JPH033738B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は製鋼炉から排出される高温溶滓の顕熱
を積極的に利用して、特殊鋼ダスト、スラツジ類
の処理と製鋼スラグとの処理を同時に行う方法に
関するものである。 〔従来技術〕 特殊鋼製造に際して発生する特殊鋼ダスト、ス
ラツジ類は、酸化鉄を主成分とするが、数％の
Niを含みながら低品位であり、しかもCr、Pb、
Zn、Cu、Cd、Ｓ、Ｆ等の有害成分を含む為に、
Ni原料としての活用もできず、更には該特殊鋼
ダスト、スラツジ類は重金属イオンを溶出するの
でそのまま廃棄することもできず、多額の費用を
かけて産業廃棄物として処分されていた。 一方、製鉄業において発生する高炉、転炉、電
気炉、合金鉄用電気炉等の各種製鋼炉から搬出さ
れる高温溶滓製鋼スラグ（以下、溶滓という）は
高温のまま排出されており、その莫大な熱エネル
ギーは未利用のまま無駄に放出されているのが現
状であつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 そこで、上記の未利用熱エネルギーを積極的に
利用してダスト、スラツジ類の処理を行うことが
必要と考えられ、この種の研究として、本願出願
人が以前に研究し出願した特願昭48−111306号公
報に記載された溶滓を利用した製鋼ダスト、スラ
ツジからの有価金属回収方法があるが、この方法
は還元剤を内装したダスト、スラツジのブリケツ
トあるいはペレツトを造り、転炉や電気炉の溶滓
鍋底に予め入れておいて、その上から高温の溶滓
を流入する方法であり、この方法によると製鋼操
業の変化に対応したブリケツト又はペレツトの装
入適性量の調節ができず、時として未反応ダス
ト、スラツジのブリケツト又はペレツトの残る欠
点を有していることが確認された。 また、製鋼スラグは、高温の溶融状態で排出さ
れ、CaOに富んでいるので、その処分については
鋭意再資源化の検討が進められているが、従来、
製鋼スラグは、主に製鋼スラグ中の遊離石灰、
2CaO・SiO₂等に起因する膨張崩壊現象のため、
セメント原料、肥料等に使用する場合は別とし
て、そのままでは土建資材には利用できないの
で、発生全量が利用されるまでに至らず、大部分
は埋め立て廃棄処分されていた。 本発明は上記事情に鑑みなされたもので、溶滓
中での反応を完全なさしめて特殊鋼ダスト、スラ
ツジ類に含まれている有価金属の回収と有害成分
の無公害化とをより完全にすると共に、製鋼スラ
グを安定化して、製鋼スラグの資源としてのより
広い利用を図ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的に沿う本発明に係る特殊鋼ダスト、ス
ラツジ類と製鋼スラグとの同時処理方法は、特殊
鋼ダスト、スラツジ類と、該特殊鋼ダスト、スラ
ツジ類中の金属化合物と反応するに必要な量の還
元剤と塩化剤及びソーダ灰と、製鋼スラグの改質
に必要な量の改質剤とを混練した後、所定の大き
さに塊成化する第１工程と、第１工程によつて得
られた塊成化物を乾燥予熱する第２工程と、第２
工程で得られた乾燥塊成化物を高温溶融製鋼スラ
グと共に溶滓鍋内に投入し、該高温溶融製鋼スラ
グの持つ顕熱によつて塩化還元反応を生起せし
め、主としてNi、Feの有価金属をメタル化させ
ると共に、溶融滓化反応を起こさせて製鋼スラグ
の改質を行う第３工程と、溶滓鍋中の物を冷却凝
固し、次いで破砕した後通常の選鉱手段でメタル
化したNi、Feと溶融滓化した製鋼スラグを分離
する第４工程とからなつている。 第一工程で使用する改質剤としては、製鋼スラ
グ中に含まれ膨張崩壊現象の主原因となつている
遊離のCaO、MgOを無くすような成分や、不安
定鉱物2CaO・SiO₂、3CaO・2SiO₂を土建資材と
しても使用可能な安定化合物CaO・SiO₂、
2CaO・Al₂O₃・SiO₂、2CaO・MgO・2SiO₂、
2CaO・Fe₂O₃、4CaO・Al₂O₃・Fe₂O₃等に変化
させる（以上の反応を溶融滓化反応という）に必
要な成分を含み、しかも低融点であるものが有効
であつて、例えばSiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃を主成分
とする珪酸塩質の鉱物、岩石又はその風化物、砂
岩、珪砂、鋳物廃砂、火山灰、石炭灰、赤泥、銅
〓、亜鉛〓、酸性キユポラ滓等が使用される。そ
の使用量は製鋼スラグの塩基度によつても若干変
化するが通常は溶滓量の５〜15重量％程度であ
る。 また、第１工程で用いる還元剤には、コークス
あるいは木粉等の炭素質還元剤であるものの他、
鋳鉄粉やアルミ粉、フエロシリコン等を含まれる
ものであるが、通常は安価なコークスあるいは木
粉等の炭素質還元剤を使用するのが好ましい。ま
た、炭素質還元剤を用いる場合、その添加量は炭
素量がNi還元に必要な理論量の１〜５倍とし、
その粒度は５mm以下とすることが好ましい。 そして、上記塩化剤としては通常安価なCaCl₂
やNaClを使用するのが好ましいが、塩化剤の添
加量はCaCl₂やNaClを用いる場合、Niを塩化す
るのに必要な理論量の0.5〜1.5倍とすることが好
ましく、ソーダ灰の添加量は脈石成分量でも異な
るが通常0.5〜10％とすることが好ましい。 なお、所定の大きさに塊成化するとは、ブリケ
ツト化またはペレツト化することをいうが、これ
に限定されるものではない。 〔作用〕 次に、本発明に係る特殊鋼ダスト、スラツジ類
と製鋼スラグとの同時処理方法の処理手順とその
作用とを詳述する。 第１工程でダスト、スラツジ類に所定量の還元
剤、塩化剤及びソーダ灰と、改質剤とを添加混練
して塊成化した後、第２工程で該塊成化物を乾燥
予熱するが、乾燥予熱したのは、過剰な水分が存
在すると、 NiCl₂＋H₂O→NiO＋2HClまたは、 FeCl₂＋H₂O→FeO＋2HCl 等で示される加水分解を起こし、Ni、Feの塩化
反応が阻害されるからである。 また、充分に乾燥予熱することによつて、水分
等による溶滓顕熱の熱損失を防止するだけでな
く、溶滓中に投入された塊成化物の破裂粉化を防
止するものである。 第３工程は、高温の溶滓中に第２工程よりの塊
成化物を投入する工程で、溶滓鍋への落下乱流、
高圧気体吹き込みあるいは機械撹拌による入工乱
流によつて塊成化物を溶滓中に没入せしめ、顕熱
によつてNiの塩化還元反応を促進するすると共
に溶滓化反応を起こさせて製鋼スラグを改質する
工程であるが、溶滓化反応については前述したの
で、上記塩化還元反応について説明する。 Ni化合物は、まずNiCl₂となつて気体化し、次
いで還元剤表面に還元されたメタルとして析出す
る。即ち、その析出機構は、Ｃが塩化反応（NiO
＋2HCl→NiCl₂＋H₂O）で発生したH₂Oを分解し
てH₂を発生させる為に、H₂分圧の高くなる還元
剤の表面でNiCl₂が還元されメタルNiが析出する
ものと思われる。 この場合、添加したソーダ灰は熱分解によつて
Na₂OとCOに分離するが、CO₂はＣ＋CO₂→2CO
によつてCO分圧を上げ、このCOがH₂Oの分解を
促進してH₂分圧を更に向上しNiCl₂の還元をより
効果的にするものと思われ、一方、Na₂Oは脈石
成分の軟化を促進し、生成Niメタルの成長粗大
化を容易とする特徴を有する。 また、前記した溶滓化反応においても熱が必要
であり、改質剤の量は溶滓の量に応じて決まつて
しまうので、塊成化物中のダスト、スラツジ類の
量は多くは混入できず、溶滓顕熱に応じた量にす
る必要があり、通常は塊成化物の量は溶滓量の30
％以下である。従つて、多くのダスト、スラツジ
類を処理しようとする場合、熱が必要であるので
適当に補助電極あるいは補助バーナ等を用いて加
熱するかあるいは、溶滓中に投入しようとする塊
成化物を充分に予熱しておくことが必要である。 〔実施例〕 続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明方
法を高温溶融製鋼スラグの一例である合金鉄溶滓
に応用した場合について詳述する。 ここに、第１図は本発明方法の一実施例に係る
特殊鋼ダスト、スラツジ類と製鋼スラグとの同時
処理方法の工程説明図である。 合金用電気炉１から出湯されたメタルと溶滓
は、メタル用の取鍋２内で比重分離されて、溶滓
４のみが次の取鍋３に溢流落下して貯留される。 一方、ダスト、スラツジ類と必要な量の還元
剤、塩化剤、ソーダ灰及び改質剤とを混練して、
また必要によつては製団用のバインダーを加え
て、製団機８でブリケツト５を造り、乾燥予熱装
置７によつて乾燥予熱し、該乾燥予熱されたブリ
ケツト５はフイーダ６に準備される。 この後、溶滓４が取鍋３に落下する時に乾燥予
熱されたブリケツト５をフイーダ６から同時に落
下させ、取鍋３内でよく混合し溶滓の顕熱を充分
にブリケツト５に伝達せしめて、ブリケツト内の
NiやFeの塩化還元反応を促進すると共に、改質
剤によつて製鋼スラグの改質を促進する。ここ
で、ブリケツト５の温度が約800℃以上になると、
塩化還元反応が起こり、主としてメタルNiの生
成をみるものであるが、Feの一部も同様な反応
によつてメタル化するので実際にはFe−Ni合金
の生成となる。 この場合、図示しない高圧ランスパイプ等で溶
滓を充分にバブリングして反応を均一に促進する
ことが好ましい。この過程で上記塩化還元反応が
起こると共に、製鋼スラグの改質が行われ、ダス
ト、スラツジ類中に含まれている揮発分が揮化す
る。 次いで処理を完了した溶滓９は放流または溶滓
鍋内で冷却凝固された後に、選鉱工程１０に送つ
て破砕、磁力選鉱、比重選鉱によつてNiを主体
とした還元メタル粒と、改質された製鋼スラグに
分離されて回収される。 〔実施例〕 次に本発明を作用効果を確かめる為に行つた実
験例について説明する。 なお、上記実施例と同一の構成物については同
一の番号を付してその説明を省略する。 エルー式電気炉１１で製鋼スラグを再溶解して
造つた約600Kgの溶滓１２を第２図にて示す如く
鉄製の溶滓鍋１３に流入した後、溶滓１２中にラ
ンスパイプ１４を挿入し、高圧空気にて溶滓１２
をバブリングしながら、予めステンレス製鋼ダス
ト100重量部に対し外割りで、粉コークス15重量
部と、塩化カルシウム５重量部と、ソーダ灰５重
量部と、改質剤の一例であつて適当に粉砕された
粘板岩100重量部とを混練し、この後製団して充
分に乾燥予熱したブリケツト70Kgを１分間に７Kg
の投入速度で溶滓中に投入して約３時間放置して
転倒凝固させて常温に冷却させた。この後、該凝
固した処理後の製鋼スラグ１５を粉砕して磁力選
鉱工程１６で磁力選鉱を行つた結果は第１表の如
くであつた。 この時、電気炉から出湯時の溶滓温度は1620℃
で、ブリケツト投入完了時の溶滓温度は1400℃で
あつた。

【表】 なお、上記表において崩壊率はASTM法によ
るオートクレーブ処理（200℃、20気圧、３時間
加熱）後の粉化率で示す。 上記結果より磁着メタル中の成分回収率を計算
してみると、Ni回収率は89.0％となり、Fe回収
率は14.5％となり、Cr回収率は32.4％となり、特
にNiの回収率が高く、次いでFeと続き、Crの回
収は低く、本発明は塩化容易なNiの回収に有利
な塩化還元反応の特徴をよく表している。 また、第１表に示される如く、処理されたスラ
グは崩壊率が小さいので、スラグの改質も充分に
行われていることが分かる。 次に選鉱産物の環境庁告示による溶出イオン測
定を行つたが、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Fe、
Mn、Cu、Hgについては不検出であつた。 このことから、投入ダストは完全に溶滓中に溶
け込み、処理後のスラグは、膨張崩壊と有害成分
の溶出とが完全に防止されていることを示してお
り、本発明によつて処理されたスラグが道路用バ
ラス等の土建資材として使用できることが明らか
になつた。 〔発明の効果〕 本発明は以上のように構成されていて、溶滓中
での反応を完全に行なわせているので、特殊鋼ダ
スト、スラツジ類に含有されている有価金属の回
収と有害成分の処理とをより容易にすることがで
きることとなつた。特に有価金属の回収について
は、特殊鋼ダスト、スラツジ類に含まれている
Niを塩化還元反応によつて選択的に濃縮回収す
ることが可能となつた。 また、同時に製鋼スラグを改質して安定化を行
うものであるから、製鋼スラグを資源として更に
広く使用できることになつた。 このように、本発明によつて従来無駄にされて
いた溶滓顕熱を有効に活用すると共に、公害上深
刻化されているダスト、スラツジ類の無公害化対
策がNi、Feの回収と同時にでき、合わせて製鋼
スラグの改質も行えることは産業上極めて意義が
大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る特殊鋼ダス
ト、スラツジ類と製鋼スラグとの同時処理方法の
工程図、第２図は本発明方法に係る特殊鋼ダス
ト、スラツジ類と製鋼スラグとの同時処理方法の
効果を確認する為に行つた実験工程図である。 符号の説明、１……電気炉、２……メタル用取
鍋、３……溶滓鍋、４……溶滓、５……乾燥ブリ
ケツト、６……ブリケツト投入フイダー、７……
ブリケツト乾燥予熱装置、８……製団機、９……
処理後の製鋼スラグ、１０……選鉱工程、１１…
…電気炉、１２……溶滓、１３……溶滓鍋、１４
……ランス状パイプ、１５……処理後の製鋼スラ
グ、１６……選鉱工程。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記の各工程より成る特殊鋼ダスト、スラツ
   ジ類と製鋼スラグとの同時処理方法 第１工程：特殊鋼ダスト、スラツジ類と、該特
   殊鋼ダスト、スラツジ類中の金属化合物と反応す
   るに必要な量の還元剤、塩化剤及びソーダ灰と、
   製鋼スラグの改質に必要な量の改質剤とを混練し
   た後、所定の大きさに塊成化する。 第２工程：第１工程によつて得られた塊成化物
   を乾燥予熱する。 第３工程：第２工程で得られた乾燥塊成化物を
   高温溶融製鋼スラグと共に溶滓鍋内に投入し、該
   高温溶融製鋼スラグの持つ顕熱によつて塩化還元
   反応を生起せしめ、主としてNi、Feの有価金属
   をメタル化させると共に、溶融滓化反応を起こさ
   せて製鋼スラグの改質を行う。 第４工程：溶滓鍋中の物を冷却凝固し、次いで
   破砕した後通常の選鉱手段でメタル化したNi、
   Feと溶融滓化した製鋼スラグとを分離する。 ２ 第１工程で用いる製鋼スラグの改質剤は、珪
   酸塩質の鉱物、岩石又はその風化物、砂岩、珪
   砂、鋳物廃砂、火山灰、石炭灰、赤泥、銅〓、亜
   鉛〓、酸性キユポラ滓の少なくとも一種以上を含
   む特許請求の範囲第１項記載の特殊鋼ダスト、ス
   ラツジ類と製鋼スラグとの同時処理方法。 ３ 第１工程で用いる還元剤が、コークスあるい
   は木粉等の炭素質還元剤である特許請求の範囲第
   １項若しくは第２項記載の特殊鋼ダスト、スラツ
   ジ類と製鋼スラグとの同時処理方法。 ４ 第１工程で用いる還元剤が、鋳鉄粉である特
   許請求の範囲第１項若しくは第２項記載の特殊鋼
   ダスト、スラツジ類と製鋼スラグとの同時処理方
   法。 ５ 第１工程で用いる塩化剤が、CaCl₂または
   NaClである特許請求の範囲第１項、第２項、第
   ３項若しくは第４項記載の特殊鋼ダスト、スラツ
   ジ類と製鋼スラグとの同時処理方法。 ６ 第３工程において、溶滓鍋内に乾燥塊成化物
   と高温溶融製鋼スラグを投入するに際し、これら
   を同時に投入する特許請求の範囲第１項、第２
   項、第３項、第４項若しくは第５項記載の特殊鋼
   ダスト、スラツジ類と製鋼スラグとの同時処理方
   法。