JPH04218627A - 冶金プラントの亜鉛および鉛含有残滓を再処理する方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高温加熱処理と還元
条件とによって亜鉛および鉛を蒸発し、比較的高度の鉄
酸化物をＦｅＯに還元すると共に、上記蒸発した亜鉛お
よび鉛を冷却後に廃ガスから分離することを特徴とする
冶金プラントの亜鉛および鉛含有残滓の再処理方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】銑鉄および鋼の生産時には種々の段階、
例えば焼結装置内、高炉周辺、風転炉周辺、電弧炉周辺
および圧延プラント内に残滓が塵およびスラリーの形で
堆積する。なおこの残滓は主として鉄から成るが、僅か
に亜鉛、鉛およびアルカリを含み、時には油で汚染され
ている。

【０００３】これらの亜鉛、鉛およびアルカリ分は高炉
工程で困難を生じるから、これらのフィードバックが、
例えば処理工程中の焼結装置に関連して問題になる。ま
たこれらの残滓の廃棄は環境保護の見地から常に困難で
ある。さらに廃棄によって鉄、亜鉛および鉛の可成りの
量が失われる。従って焼結装置に関連したこれら残滓の
リサイクリングのために、亜鉛、鉛、アルカリおよび油
の沈澱が焼結装置への装入前に必要となる。

【０００４】還元条件下で亜鉛、鉛およびアルカリを蒸
発し、また鉄酸化物を可成りの部分まで金属鉄に還元す
るような方法は既に周知である。しかしこのように前も
って処理されたこれら残滓を焼結する場合には、金属鉄
は再び再酸化される。さらに焼結混合物中の金属鉄は、
焼結方法にマイナスの効果を及ぼす。

【０００５】次に鉄成分を単にＦｅＯに還元するような
方法も周知である。

【０００６】亜鉛含有鉄鉱石を流動層内で処理し、その
結果廃ガスには、亜鉛が金属亜鉛の形で、また部分的に
は亜鉛酸化物の形で含まれ、さらに鉄酸化物は、少なく
ともＦｅＯに還元されるような処理方法は既にＤＥ−Ａ
Ｓ１０５６１５７に開示されている。

【０００７】しかしより敏速な脱亜鉛のためには、鉄酸
化物を金属鉄に還元しなければならない。亜鉛含有鉄鉱
石は大きさがｍｍオーダーのペレット内に入れられ、流
動塵は高温集塵器内で廃ガスから分離されて流動層内に
戻される。

【０００８】かくして浄化された廃ガスはその後燃やさ
れ、これによって金属亜鉛がＺｎＯに酸化されまたＺｎ
Ｏが塵を分離する間に分離される。また還元ガスは、下
からガス導入継手を通って導入される。

【０００９】ところで脱亜鉛材はガス送給中止後、上記
導入継手を経て放出されるから、ここには不連続な処理
方法が記載されている。

【００１０】ＦＲ−ＰＳ２３７３６１２および、１９８
０年ワシントンでの第１回プロツク・テクノル・会議の
議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　　１ｓｔ．Ｐｒｏｃ
．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）の８５〜１
０３頁には、炭素含有物質が若し還元手段として使用さ
れないなら、金属鉄を形成することなしに亜鉛および鉛
の蒸発が可能であることを記載している。

【００１１】またその結果として、例えば高炉塵のごと
く固形の炭素含有物質を多量に含む冶金プラントの塵か
らは、炭素含有物質が還元処理前に除去される。なおこ
れは、物理的手段の結果として生み出すことが出来るか
、あるいは固形炭素含有物質成分が、予め分離された段
階で酸化条件の下にほとんど完全に燃やされるかである
。

【００１２】材料のこの処理は移動ストーカ上か、ある
いは高炉内で生じる。かくして固形炭素含有物質の除去
は独立の方法段階を必要とする。なおこの固形炭素含有
物質が燃える際の熱の一部は、この方法のために使用さ
れる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記課題は、冶金プラ
ントの残滓を再処理するための連続的方法を提供するこ
の発明の出発点になる。なおこの方法は、固形炭素含有
物質材の存在の下でかつ良好な蒸発を伴うような還元処
理を可能にするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、以下のよう
な発明によって解決される。すなわちこの発明では、加
熱処理は循環する流動層システム内で行われる。またこ
の流動層システムの流動層反応器の下部には、自由酸素
を実質的に含まない還元ガスが導入される。また固形炭
素含有物質成分は、上記流動層システム内で５〜３０％
の範囲に調節される。また上記流動層反応器下部におけ
る還元ポテンシャルは、上記流動ガスの量と組成とを選
択することにより、含有鉄分のうち少くとも８０％がＦ
ｅ２＋として、その最大１％が金属鉄としてかつ残りが
Ｆｅ３＋としてそれぞれ存在するように調節される。ま
た上記流動層反応器にはその上部に酸素含有ガスが導入
される。また必要とする熱量の主要部分（ｚｕｍ　　ｕ
ｅｂｅｒｗｉｅｇｅｎｄｅｎ　　Ｔｅｉｌ）は、固形炭
素含有物質の燃焼によって賄われるが、ＣＯ２　の生成
は金属亜鉛が再酸化されない程度に押えられる。また上
記流動層反応器の上部から出る固形懸濁ガスは、循環す
る流動層システムの戻し用集塵器に導かれて、そこで固
体をすっかり取り除かれる。また上記流動層システム内
での毎時の固体の循環量は流動層反応器内に存在する固
体重量の少くとも５倍となるように、上記分離された固
体は上記流動層反応器内に戻される。また上記戻し用集
塵器から出るガスはある温度に冷却される。これによっ
て金属亜鉛はＺｎＯに酸化されると共に、塵を形成する
亜鉛化合物および鉛化合物はガスから分離される。

【００１５】冶金プラントの残滓としては、特に鉄およ
び鋼を生産する際の高炉ガスの塵、転炉の塵、および電
気炉の塵が問題となる。亜鉛の電解による生成中に形成
される残滓が使用される時は、その処理に先立って鉄明
ばん石の残滓が、硫酸塩の分解を受けなくてはならない
。なお上記残滓は約３ｍｍまでの粒径を有する。

【００１６】上記流動層反応器内の流動層の下部領域は
、その上部領域よりもはるかに還元的に運転される。 なお上記下部領域は、上記流動層反応器の高さの３０％
までに達する。また上記下部領域内流動層中の固形炭素
含有物質の量は３〜３０％の範囲に調節される。

【００１７】若し金属鉄が装入材料を通って上記上部領
域に達すれば、この金属鉄はその８０％以上がＦｅ２＋
に酸化され、残りはＦｅ３＋となる。そして最大１％が
金属鉄として残る。なお上記金属鉄は燃料として働らく
ことになる。

【００１８】還元ガスとしては特にコークス炉ガス、転
炉ガスが使用される。また酸素含有ガスとしては、空気
、酸素を豊富にした空気、および技術的に混じり気のな
い酸素を使用することができる。

【００１９】流動層反応器内の温度は９００〜１１００
℃に調節される。上記下部領域の固体密度の平均は３０
０〜６００ｋｇ／ｍ３　に達し、また上記上部領域のそ
れは、５〜５０ｋｇ／ｍ３　に達する。

【００２０】上記冶金プラントの残滓は、好ましくは上
記上部領域に装填される。若し冶金プラントの残滓中の
固形炭素含有物質の量が非常に僅かであれば、固形炭素
含有物質を含む材料、特にコークス又は無煙炭が装填さ
れる。なお前記“ｚｕｍ　　ｕｅｂｅｒｗｉｅｇｅｎｄ
ｅｎ　　Ｔｅｉｌ”という表現は、熱の補給の明らかに
５０％以上が固形炭素含有物質の燃焼で賄われることを
意味する。

【００２１】またこの熱補給の一部は、還元ガスの燃焼
で賄われる。若し金属鉄が処理材中に存在するなら、そ
の一部はこの金属鉄の燃焼によって賄うことができる。 亜鉛および鉛と並んでアルカリおよびたとえば塩素が蒸
発される。なお処理材中に万一油があれば、この油は蒸
発されて燃料として働らく。

【００２２】固体物質は流動層反応器の下部か、あるい
は戻し導管から連続的に運び出される。戻し用集塵器か
ら出るガスは水噴霧および／又は間接的な熱交換器を通
される。金属亜鉛の再酸化に必要な温度はＣＯ／ＣＯ２
　混合物内のＣＯ成分に依存する。

【００２３】循環する流動層システムは流動層反応器と
、戻し用集塵器（Ｒｕｅｃｋｆｕｅｈｒｚｙｋｌｏｎ）
と、この戻し用集塵器内で分離された固体を戻すための
戻し導管とから成る。なおここで“Ｒｕｅｃｋｆｕｅｈ
ｒｚｙｋｌｏｎ”という表現は、１つの戻し用集塵器か
又は、ガス側に並列接続された複数の戻し用集塵器を意
味する。

【００２４】この発明に応用される流動層原理は、１つ
の密度相がその上に存在するガス空間から明確な密度の
急変によって分けられる“古典的な”流動層と相違し、
流動層反応器内に明確な限界層のない分布状態が存在す
るということで秀れている。上記密度相とその上に存在
する塵空間との間の密度の急変は存在しないが、固体の
集中は、反応器の内部で下から上に向って漸減している
。フルード（Ｆｒｏｕｄｅ）数およびアルキメデス（Ａ
ｒｃｈｉｍｅｄｅｓ）数についての運転条件の定義は結
果として一定の範囲を生む。

【００２５】

【数１】

【００２６】および、

【００２７】０．０１＜Ａｒ＜１００

【００２８】ここで、

【００２９】

【数２】

【００３０】

【数３】

【００３１】なおここで、

【００３２】ｕ：相対速度（ｍ／ｓｅｃ）

【００３３】
Ａｒ：アルキメデス数

【００３４】Ｆｒ：フルード数

【００３５】ρｇ　：ガス密度（ｋｇ／ｍ３　）

【００
３６】ρｋ　：固形粒子密度（ｋｇ／ｍ３　）

【００３
７】ｄｋ　：球形粒子の直径（ｍ）

【００３８】ν：動
粘性係数（ｍ２　／ｓｅｃ）

【００３９】ｇ：重力常数
（ｍ／ｓｅｃ２　）

【００４０】好ましい設計は、固形
炭素含有物質を含む材料が、流動層反応器の下部におい
て酸素含有ガスの供給位置よりも下方の位置に導入され
ることである。これによって炭素含有物質のより良い利
用が流動層反応器内で生じる。

【００４１】また好ましい設計は、循環する流動層シス
テムから出る高温の固体が、油を含む湿った固体と直接
的熱交換を受け、そこで発生する蒸発物が流動層反応器
内に導かれるということから成る。なお油を含む湿った
固体としては、圧延スケールのように、実質的には亜鉛
および鉛を含まないものが使用される。また油、分解生
成物および水蒸気が蒸発物として生じる。また上記導入
は酸素含有ガスの供給位置とほぼ同じ高さで行われるこ
とが望ましい。かくして流動層反応器から出る固体の保
有熱は、このような材料の処分に使用され、またその際
生じる可燃物質は、流動層反応器内で利用し尽されるこ
とになる。

【００４２】また好ましい設計は、直接的熱交換が古典
的流動層内で生じるということから成る。古典的流動層
用のガスとしては、特に空気が用いられる。またこの空
気は、流動層反応器内に蒸発物と一緒に酸素含有ガスと
して導入される。

【００４３】また好ましい設計は、直接的熱交換が機械
的ミキサーで行われることにある。なおこの機械的ミキ
サーとして、特にスクリユーミキサーが適用される。

【００４４】また好ましい設計は、戻し用集塵器からの
廃ガスのＣＯとＣＯ２　との比が０．３〜１に達するこ
とにある。この比は特に良好な運転条件を生むことにな
る。

【００４５】また好ましい設計は、流動ガスおよび／又
は酸素含有ガスが、流動層反応器への導入前に間接的熱
交換で予熱されることにある。戻し用集塵器から出る塵
分離前の廃ガス又は、塵分離後の燃やされるガスは熱媒
体として使用される。さらに外部からの熱、例えばコー
ク炉のガスの燃焼あるいは製鋼時のガスの燃焼から得ら
れる高温ガスが使用されてもよい。

【００４６】また好ましい設計は、装填されるべき材料
が戻し用集塵器からのガスとの直接的な熱交換で予熱さ
れることにある。この予熱は浮遊ガス熱交換器内で行わ
れる。またこれによって工程の熱経済性が改善される。

【００４７】また好ましい設計は、冶金プラントの超微
細な残滓が循環する流動層システムへの装入前に、集塊
によって最大径３ｍｍの球塊に形成されることである。 この集塊は例えばマイクロペレットの製造によって行わ
れてもよい。これによってより均質な流動床構造が流動
層反応器内に形成されると共に、金属蒸気を含むガスと
、固形との間のより良好な分離が可能になる。

【００４８】

【実施例】以下本発明の実施例につき、図１を参照しな
がら説明する。図１において循環する流動層システムは
、流動層反応器１、戻し用集塵器２および戻し導管３か
ら成る。

【００４９】ところで冶金プラントの残滓は導管４を経
て、また炭素含有物質は導管５を経て上記流動層反応器
１にそれぞれ送り込まれる。また還元ガスは、導管６か
ら間接熱交換器７に導かれ、そこで予熱されたあと上記
流動層反応器１内に導管９を経て送られる。さらに酸素
含有ガスは、導管１０を経て間接熱交換器１１に導かれ
、そこで予熱のあと２次ガスとして上記流動層反応器１
内に導管１２を経て送られる。なお上記流動層反応器１
において、より高度に還元するよう働かされる流動層の
下部領域は、上記酸素を含む２次ガスの供給部１２にま
でほぼ達している。

【００５０】上記流動層反応器１から出る固形懸濁ガス
は、戻し用集塵器２内ですっかり固形を取除かれる。か
くして分離された固形は、戻し導管３を経て流動層反応
器１に戻される。またこの戻し用集塵器２からのガスは
、導管１３を経て間接的熱交換器１４に導かれ。そこで
或る温度に冷却される。その結果、金属ＺｎはＺｎＯに
酸化され、そのあと導管１５を経て塵分離器１６に導か
れる。そして塵を除かれたガスは、送風機１７および導
管１８を経て運び出される。なお上記塵分離器１６内で
分離された２次塵は、導管１９を経て排出される。

【００５１】次に流動層反応器１内の固形は、その下部
から導管２０を経て連続的に排出されて古典的な流動層
反応器２１に導かれる。さらにこの流動層反応器２１に
は、導管２２を経て油含有の湿った固形が、また導管２
３を経て酸素含有流動ガスがそれぞれ導入される。

【００５２】次に加熱された流動ガスは、導管２４を経
て導管１２に２次ガスとして導かれ、そこから導管１２
を経て上記流動層反応器１に導かれる。なお固形は、導
管２５を経て上記流動層反応器２１から排出される。

【００５３】

【試験例】上記流動層反応器は高さが１５ｍ、直径が２
．６ｍである。酸素含有ガスの取入れ口は下からせいぜ
い４ｍ位で、炭素含有物質の取入れ口は高さ３．５ｍ、
冶金プラントの残滓取入れ口は４．５ｍであった。 また上記戻し用集塵器内で分離された固体の戻し導管３
は、上記流動層反応器の高さ５ｍのところに開口してい
た。なお処理された固体は、上記流動層反応器１の下部
領域から排出された。

【００５４】乾燥状態で表１の組成を持つ混合物、すな
わち高炉ガスのスラリー、転炉から出る塵および焼結装
置から出るＥＧＲ塵の混合物が冶金プラントの残滓とし
て装入された。

【００５５】

【表１】

【００５６】上記流動層反応器には上記混合物が２０ｔ
／ｈの割合で、また１ｍｍ以下の粒径を持つコークスが
３．２ｔ／ｈの割合でチャージされた。また４０００Ｎ
ｍ３　／ｈの割合で、コークス炉ガスが流動ガスとして
上記流動層反応器に導入された。なおコークス炉ガスの
成分は、表２の通りである。

【００５７】

【表２】

【００５８】上記コークス炉ガスは間接的熱交換器内で
予熱され、６００℃で流動層反応器に導入される。また
間接的熱交換器で７５０℃に予熱した空気が、１１００
０Ｎｍ３　／ｈの割合で酸素含有ガスとして上記流動層
反応器に導入される。

【００５９】上記戻し用集塵器から出るガスは表３に示
す組成を有する。

【００６０】

【表３】

【００６１】上記ガスは間接的熱交換器内で２５０℃に
冷却され、そのあとフイルタを貫流する。このフイルタ
では、１ｔ／ｈの割合で２次塵が分離される。なおこの
２次塵の成分を表４に示す。

【００６２】

【表４】

【００６３】流動層反応器の下部領域から温度１０００
℃の固形が１９．２ｔ／ｈの割合で排出され、古典的な
流動層を持つ流動床冷却器に送り込まれる。またこの流
動床冷却器内では、０．８ｔ／ｈの割合の水と共に表５
に示す組成の圧延スケールスラリーが４ｔ／ｈの割合で
運び込まれる。

【００６４】

【表５】

【００６５】空気は１０００Ｎｍ３　／ｈの割合で上記
流動床冷却器の底部を経て導入されこの流動床冷却器か
ら上方に排出され、そのあと循環する流動層システムの
流動層反応器に酸素含有ガスとして導入される。

【００６６】前記固体は表６に示す成分を有する。

【００６７】

【表６】

【００６８】

【発明の効果】この発明の長所は工程に必要な大量の熱
の主要部分が、流動層システム内の固形炭素含有物質の
直接的燃焼によって自給され得ることであり、またそれ
にもかかわらず広範な脱亜鉛を生じる。かくして残滓の
再処理が非常に科学的な方法で行われることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】再処理装置説明図

【符号の説明】

１　　　　流動層反応器 ２　　　　戻し用集塵器

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】亜鉛および鉛を蒸発させると共により高度
   な鉄酸化物をＦｅＯに還元し、上記蒸発させた亜鉛およ
   び鉛は冷却後に廃ガスから分離するべく、高温の熱処理
   および還元条件にて冶金プラントの亜鉛および鉛含有残
   滓を再処理する方法において、上記熱処理は循環する流
   動層システム内で行われ、この流動層システムに属する
   流動層反応器の下部には自由酸素を実質的に含まない還
   元ガスが導入され、流動層の下部では固形炭素の量は５
   〜３０％の範囲に調節され、上記流動層反応器下部の還
   元ポテンシャルは含有鉄分の平均８０％がＦｅ２＋とし
   て、最大１％が金属鉄としてかつ残滓がＦｅ３＋として
   それぞれ存在するように流動ガスの量および組成が選択
   的に調節され、酸素含有ガスは上記流動層反応器の上部
   に導入され、必要とする熱量の主要部分は上記固形炭素
   の燃焼にて供給されるが、ＣＯ２　の生成は金属亜鉛が
   再酸化されない程度に押さえられ、上記流動層反応器か
   ら出る固体懸濁ガスは上記循環する流動層システムの戻
   し用集塵器内に導かれてこの集塵器ですっかり固体を取
   除かれ、この分離された固形は上記流動層システム内で
   の毎時の固体循環量が上記流動層反応器内の固体重量の
   少なくとも５倍となるように上記流動層反応器内に戻さ
   れ、上記戻し用集塵器から出るガスはある温度に冷却さ
   れて金属亜鉛がＺｎＯに酸化されると共に、塵を形成す
   る亜鉛化合物および鉛化合物は上記ガスから分離される
   ことを特徴とする冶金プラントの亜鉛および鉛含有残滓
   を再処理する方法。
2. 【請求項２】固形炭素含有材は上記流動層反応器の下部
   でかつ上記酸素含有ガスの下方に供給される請求項１記
   載の方法。
3. 【請求項３】上記循環する流動層システムから取り出さ
   れた高温固体は油を含む湿った固形との直接的熱交換に
   曝されかつ発生する蒸気は上記流動層反応器に送られる
   請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】上記直接的熱交換は古典的な流動層内にて
   生じる請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】上記直接的熱交換は機械的ミキサー内にて
   生じる請求項３記載の方法。
6. 【請求項６】上記戻し集塵器から出るガスのＣＯとＣＯ
   ２　との比は０．３〜１の範囲にある請求項１、２、３
   、４又は５記載の方法。
7. 【請求項７】上記流動ガスおよび／又は酸素含有ガスは
   上記流動層反応器への導入前に間接的熱交換で予熱され
   る請求項１、２、３、４、５又は６記載の方法。
8. 【請求項８】装填されるべき材料は上記戻し用集塵器か
   ら出るガスとの直接的熱交換にて予熱される請求項１、
   ２、３、４、５、６又は７記載の方法。
9. 【請求項９】冶金プラントの超微細残滓は上記循環する
   流動層システムへの装入前にミクロな集塊で最大径３ｍ
   ｍの球塊にされる請求項１、２、３、４、５、６、７又
   は８記載の方法。