JPH04147927A - 製鋼ダストからの高純度酸化亜鉛の精製・回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は製鋼ダストからの高純度の酸化亜鉛の精製・回
収方法に係り、特に製鋼ダストから得られる鉄、亜鉛お
よびその他の各種重金属成分を含む粗酸化亜鉛を連続的
に処理して高純度の酸化亜鉛を得る方法に関する。

（従来の技術および発明が解決すべき課題）電気製鋼炉
等から排出される製鋼ダストは、たとえば別表１の組成
に示すような鉄、亜鉛ならびに鉛、カドミウム等の重金
属を含有していて、法的規制による処理を施さずにその
ま＼で地中に埋設することはできず、また一般の鉄およ
び亜鉛の精練工程に直ちにリサイクルすることも困難で
ある。

このため、たとえば製鋼ダストをロータリキルン等で還
元焙焼してその際に生じる亜鉛を主成分とする気化しや
すい酸化物ダスト（以下これらを粗酸化亜鉛という）を
鉄と分離し、この粗酸化亜鉛を有価金属の原料として回
収利用する方法が本出願人その他によって提案されてい
る（たとえば、特開昭６０−１６２７３６号公報および
特公昭５９−２８６１号公報）。しかし、これらの従来
技術の方法によって得られる粗酸化亜鉛ないし精製粗酸
化亜鉛はいずれもそのま＼では工業材料として市販の酸
化亜鉛に要求される純度を満たずものでなく、また銅、
カドミウムおよび鉛等酸化亜鉛材料の品位の点で好まし
くない他の金属成分を含んでいる。

本発明者等は粗酸化亜鉛をさらに精製して工業的材料等
として直接市場に供給できる高純度の酸化亜鉛として精
製・回収することに着目し、そのための実用的な方法の
開発について検討した。

粗酸化亜鉛の精製については従来から知られている種々
の方法を適用することが原理的には可能であるが、多量
に生しる製鋼ダストから粗酸化亜鉛を連続的にかつ実用
的なコストで精製する方法は未だ実用化されていない。

したがって、本発明の課題は製鋼ダストから得られる粗
酸化亜鉛を連続的かつ自動的に処理して高純度の酸化亜
鉛を低コストで得ることのできる製鋼ダストからの高純
度の酸化亜鉛の精製・回収方法を提供することにある。

（課題を解決するための技術的手段） 前記従来技術の課題は製鋼ダストからの粗酸化亜鉛を連
続的に処理して高純度の酸化亜鉛を得るための下記各工
程（ｉ）〜（ｖｉｉ）を含む本発明の方法によって達成
される。

（ｉ）製鋼ダストを還元焙焼して亜鉛その地気化しやす
い成分を粗酸化亜鉛として補集する工程、（ｉｉ）補集
した粗酸化亜鉛を塩酸水溶液に溶解し濾過によって不溶
残渣を分離する工程、（ｉｉｉ）分離後の濾液を還元剤
で処理して液中の３価の鉄イオンを２価の鉄イオンに還
元する工程、（ｉｖ）　　前記工程（ｉｉｉ）を経た濾
液をイオン交換せん維体の充填層に通過させて塩化亜鉛
を選択的に吸着させその他の成分と分離する工程、（ｖ
）イオン交換せん維体に吸着された塩化亜鉛を水で溶離
する工程、 （ｖｉ）ｆ４＃ｆされた塩化亜鉛を炭酸ナトリウムの水
溶液に導入して塩基性炭酸亜鉛を析出させる工程、およ
び （ｖｉｉ）前記析出された塩基性炭酸亜鉛を濾過および
水洗しかつ仮焼化して酸化亜鉛とする工程。

（作用） 本発明においては製鋼ダストをロータリキルン等で還元
焙焼させる際に気化される粗酸化亜鉛を補集しく工程ｌ
）、以下これを湿式方法で処理して高純度の酸化亜鉛と
して精製・回収する。

前記工程（ｉ）で得られた粗酸化亜鉛はまず塩酸水溶液
に溶解して亜鉛を塩化亜鉛とし、不溶残渣を濾過によっ
て分離する（工程ｉｉ）。塩酸はたとえば約１モル濃度
として粗酸化亜鉛１ｋｇに対して（１：　１）塩酸２１
を用いて溶解させることが好ましい。

次いで塩化亜鉛を含む濾液中の３価の鉄イオンを２価の
鉄イオンに還元し、それによって次のイオン吸着工程で
の亜鉛イオンの吸着量を増大させる工程（ｉｉｉ）。

この還元はたとえば塩化亜鉛を含む工程（１１）からの
濾液を金属鉄片を充填したカラムの下部から注入し上部
から溢流させることによって連続的に行われる。

不純物を濾過によって除去した濾液は次いでイオン交換
せん維体の充填層に通液して亜鉛イオンを選択的に吸着
させる（工程ｉｖ）。

この工程ではイオン交換せん維体がクロライド亜鉛錯体
の形の亜鉛を選択的に吸着し、それによって亜鉛が共存
する鉄、銅、マンガン、カドミウム、鉛等の他の金属イ
オンと分離される。

本発明においては、この場合のイオン交換体としてポリ
スチレンせん維等の基体にイオン交換基を導入した粉末
状せん維体（たとえば２５０〜１５００μｍ×１０〜３
０μｍφ）からなるいわゆるイオン交換せん維体が用い
られる。

このイオン交換せん維体は通常のイオン交換樹脂に比較
して流通抵抗が小さくかつ外部表面積が大きいため、通
液速度が大きく反応速度が著しく高い。したがって高速
で通液しても高い利用率が得られ、また吸着したイオン
も短時間で溶離される。たとえば本発明の方法を実施す
るために行われた実験においては、高さ２０ｃｍＸ直径
１００ｃｍ０カラムに高さ８０ＣＩ＋までイオン交換せ
ん維体の充填層を設けて前記粗酸化亜鉛を処理した濾液
を通液させた際の流速は５Ｖ２００／ｈであり、イオン
交換せん維体１ｋｇ当りの亜鉛の吸着量は２５ｇであっ
た。

本発明ではトリメチルアンモニウム型の陰イオン交換せ
ん維体が用いられ、そのイオン交換せん維体を塩素型と
して前工程からの溶液を注入する。

溶液中に共存する鉄、銅、マンガン等の他の金属イオン
よりも亜鉛イオンに対する吸着性が選択的に高いため塩
化亜鉛の効果的な吸着分離が得られる。

したがってこのようなイオン交換せん維体を用いること
によって大量の製鋼ダストからの粗酸化亜鉛を迅速に連
続処理して高純度化することが可能となる。

尚本発明において用いるイオン交換せん維では吸着、溶
離が迅速に行われるため単位時間当りの利用率が高めら
れる。この場合本発明の方法においては、通液した濾液
を所定時間カラム中に保持した後排液させることが好ま
しい、すなわち、イオン交換せん維体に対する吸着速度
の差によって、亜鉛以外の金属のイオンが先に吸着され
ることがあっても前記保持時間の間に濃度の高い亜鉛の
イオンによってこれらの金属イオンが置換される。

この場合複数の吸着カラムを設けて各カラムに対して順
次通液し、所定保持時間の経過したカラムから順次排液
および塩化亜鉛の溶離を行なうことにより、亜鉛イオン
の吸着分離を各カラムに対しては実質的にハツチ方式で
かつ全体としては連続的に行うことが可能となる。

次いで吸着カラムのイオン交換せん維体に吸着された塩
化亜鉛を水で溶離する（工程Ｖ）。

水中に溶離した塩化亜鉛を当量の炭酸ナトリウ′ムを含
む水溶液中に導入して塩化亜鉛を塩基性炭酸亜鉛として
析出させる（工程νｉ）。

この場合塩化亜鉛を含む酸性の水溶液に炭酸ナトリウム
を加えると、その分解によって生じる二酸化炭素のため
に沈澱槽中に激しい気泡が生じて作業が困難となる。し
たがって炭酸ナトリウムを含む水溶液に塩化亜鉛の溶離
液を注入することにより塩基性炭酸亜鉛を析出させるこ
とが好ましい。

この工程で用いる炭酸ナトリウムは必ずしも完全に水溶
液として溶解されている必要はなく、処理すべき排液の
減容等の点からみれば炭酸ナトリウムを一部結晶のま＼
で含んでいる状態の方が好ましい。

亜鉛を析出させるためには炭酸ナトリウムの他、たとえ
ば水酸化ナトリウム等を用いることも可能である。しか
し、この場合は水酸化亜鉛がゲル状態となるため、沈澱
の際に他の金属不純物を吸着しやすくまた濾過の際に多
量の洗浄液を必要とする。

沈澱した塩基性炭酸塩を水で洗浄して濾過する。

濾液には亜鉛残部、ナトリウムおよび炭酸等のイオンが
含まれている。

濾過によって回収した塩基性炭酸亜鉛を水で洗浄する。

洗浄液はイオン交換膜で処理してナトリウムを除去した
後、繰り返し使用される。洗浄後の塩基性炭酸亜鉛を乾
燥し約６００℃で焼化すると白色の酸化亜鉛が得られる
（工程ｖｉｉ）。

この場合の熱源としては工程（ｉ）で粗酸化亜鉛の生成
に用いたロータリキルン等の廃熱が利用される。また焼
化時に生じる二酸化炭素は前記沈澱工程に用いる炭酸ナ
トリウムの水溶液中に戻される。

本発明において精製された酸化亜鉛の純度は工業原料と
してそのま＼市場に供給することの可能な約９９％以上
の純度を有している。

以下本発明を実施例によって詳細に説明する。

実施例１ 電気製鋼炉からの製鋼ダストを５０００ｋｇ／ｈｒでロ
ータリキルン内に装入し、約１３００°Ｃに加熱したと
ころ、下記表２に示す組成の粗酸化亜鉛が１５００ｋｇ
／ｈｒでフィルタに回収された。

この粗酸化亜鉛を冷却後、その１ｋｇ当りについて濃塩
酸１１を加えて溶解し、濾過によって不溶残渣を除去し
た。

次いで２００ｇの金属鉄片を充填したカラムに対して濾
液を１００　ｃｃ／分で下部から注入し、上部から溢流
させて溶液中の３価の鉄イオンを２価の鉄イオンに還元
した。

イオン交換せん維体（株式会社ニチビ製）５ｋｇを充填
した高１００Ｃ１１、直径２０ｃｍの吸着カラムに前記
濾液を５Ｖ２００／ｈの流速で連続的に通液し、Ｆｅ、
Ｃｕ、Ｍｎ等のイオンを含む漏出液を排液した。

次いで前記カラムを５Ｖ１００／ｈｒの流速の水で洗浄
してイオン交換せん維体に吸着された塩化亜鉛を溶離さ
せた。溶離液のｐＨは約０．１であった。

この溶離液を当量の炭酸ナトリウムを一部未溶解の固体
として含む水溶液０．５１に注入し析出する塩基性炭酸
亜鉛を濾過しさらに水によって洗浄した。

洗浄液はイオン交換によってＮａを除去して洗浄のため
に反復して用いた。

濾過によって得られた塩基性炭酸亜鉛を前記ロータリキ
ルンの排熱によって乾燥し、６００°Ｃで焼化したとこ
ろ白色の酸化亜鉛１２０　ｋｇが得られた。

焼化の際に生じるＣＯ□は前記塩基性炭酸亜鉛の沈澱槽
にリサイクルした。この酸化亜鉛は表３に示す組成を有
しその純度は約９９・０２％であって市販の酸化亜鉛材
料とは一同一であった。

実施例２ 複数の吸着カラムを用いて各カラム毎に逐次的に亜鉛の
吸着−溶離操作を行なう他は実施例１と同様な手順で粗
酸化亜鉛の精製を実施した。

本実施例では高さ１００　ｃｖ＊、直径２０ｃｍで夫々
５ｋｇのイオン交換せん維体を充填した５本の吸着カラ
ムを配置し、前記塩化亜鉛を含む濾液を各カラムに対し
て順に注入し夫々１０分保持してイオン交換せん維体に
対して塩化亜鉛を選択的に吸着させた。保持時間の経過
したカラムから順次排液および水による塩化亜鉛の溶離
を行い、以下これらの操作を反復して全体として連続的
な亜鉛イオンの分離を実施した。

得られた酸化亜鉛の純度およびその他の不純物の含有分
は実質的に実施例の結果と同様であった。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば製鋼ダストからの粗酸化亜
鉛を連続的に処理して高純度の酸化亜鉛を得ることがで
きる。

４、

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の方法を実施するフローシートである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）製鋼ダストから高純度の酸化亜鉛を精製・回収す
   るための以下の各工程を含むことを特徴とする方法： （ｉ）製鋼ダストを還元焙焼して亜鉛その他気化しやす
   い成分を粗酸化亜鉛として補集する工程、 （ｉｉ）補集した粗酸化亜鉛を塩酸水溶液に溶解し濾過
   によって不溶残渣を分離する工程、 （ｉｉｉ）分離後の濾液を還元剤で処理して液中の３価
   の鉄イオンを２価の鉄イオンに還元する工程、 （ｉｖ）前記工程（ｉｉｉ）を経た濾液をイオン交換せ
   ん維体の充填層に通過させて塩化亜鉛を選択的に吸着さ
   せその他の成分と分離する工程、 （ｖ）イオン交換せん維体に吸着された塩化亜鉛を水で
   溶離する工程、 （ｖｉ）溶離された塩化亜鉛を炭酸ナトリウムの水溶液
   に導入して塩基性炭酸亜鉛を析出させる工程、および （ｖｉｉ）前記析出された塩基性炭酸亜鉛を濾過および
   水洗しかつ焼化して酸化亜鉛とする工程。
2. （２）前記濾液をイオン交換せん維体の充填層で処理す
   る工程において、濾液を連続的に充填層に通過させる前
   記請求項１記載の方法。
3. （３）前記濾液をイオン交換せん維体の充填層で処理す
   る工程において、濾液を充填層に注入した後所定時間静
   置し、次いで塩化亜鉛以外の非吸着成分を含む液を排出
   させる前記請求項１記載の方法。
4. （４）前記濾液をイオン交換せん維体の充填層で処理す
   る工程において、イオン交換せん維体の充填層を含む複
   数の各カラムに対して濾液を順に注入し、かつ前記所定
   時間を経過した各カラムから順に排液させる前記請求項
   ３記載の方法。