JPH04354831A - 鋼スクラップからの銅除去方法 - 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】本発明は、銅を伴う鋼スクラップ
を処理して、銅部分を分離除去して、鋼スクラップの銅
含有量を低下させるとともに、分離された銅を回収する
ための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車や家庭電気製品のように鉄
鋼材料と、銅の組み合わせからなる部品が増加し、それ
らがスクラップとなると、スクラップ平均としてＣｕの
含有量が増加する傾向がある。これをそのまま溶解して
鋼中のＣｕの含有量が増加すると、鋼材の熱間加工性を
害するなどの悪影響がある。

【０００３】従来、銅を含む部分の分離は機械的に単体
分離して、目視、手作業として行われてきたが、このよ
うな作業は今後は労働力の確保が困難になってきている
。しかし、自動で銅を含む部分を選別できる実用的方法
は確立されておらず、また、たとえ手作業で選別しても
銅を含む部分を有効利用する実用的方法はない状態であ
る。

【０００４】スクラップから銅を分離する方法について
は、いくつかのアイデアおよび研究が発表されている。 その中で銅を化学反応でフラックスに溶解・分離するも
のとしては硫化物を用いる方法が知られている。しかし
この方法では銅の分配比が高くても２０程度であって、
溶融物を処理して、フラックスを系外に排出する方法で
はフラックスコストおよび熱ロスの点から経済性に問題
がある。この問題を解決する１つの手段として、スクラ
ップを溶解させないで、銅を活量１の状態で硫化物系フ
ラックスで処理する方法が知られているが、その場合に
は、硫化物フラックスが付着したまま、処理後のスクラ
ップが溶解されると溶解炉に硫黄が持ち込まれることで
、メタルの硫黄汚染および溶解時の硫黄含有ガスの発生
が問題である。また、銅を含んだフラックスをリサイク
ル使用するには銅の除去が必要であるが、一旦、化学反
応によってフラックスに溶け込んだ銅を硫黄の分離を起
こさないで除去することは困難である。

【０００５】また、銅を鉛やアルミニウムのように銅を
溶解するものに溶かし込んでスクラップから分離する方
法が提案されているが、一旦溶かし込んだ銅を分離して
リサイクル使用することは容易ではない。また、銅を伴
うスクラップを加熱して銅の融点以上にして銅を分離す
る方法が提案されているが、高温雰囲気−固体鉄−溶融
銅の３元系で鉄と銅を分離することは、界面現象の制約
で容易ではない。

【０００６】以上のような事情で、銅の効果的な分離方
法としては常温での肉眼識別−手作業分離の方法以外に
実用的な方法がないという状態にあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のような事情に鑑
み、本発明は、銅を伴うスクラップからの銅の分離、銅
を含むフラックスからの銅の分離回収・フラックスの再
生利用、スクラップに付着したフラックスが溶解炉に持
ち込まれても問題がないようにすることを経済的に実施
するための方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題は以下の方法
によって解決することができる。 （１）　　鋼スクラップ群から、銅を伴うものを選択分
離する第１工程と、選択されたものを溶融フラックスの
中で加熱して、銅を溶解してフラックス層内に移行させ
る第２工程と、溶融フラックスから銅を含むものを分離
する第３工程の組み合わせからなることを特徴とする鋼
スクラップからの銅除去方法。

【０００９】（２）　　第１工程が、スクラップの鉄の
部分と銅の部分の色の差を画像解析によって検出して、
表面に銅が存在するスクラップを自動検出し、その結果
に基づいて選択分離する方法であることを特徴とする前
項１記載の鋼スクラップからの銅除去方法。 （３）第１工程が鋼スクラップを加熱して、鉄の部分と
銅の部分の熱伝導度の差に基づく温度の差を検出して、
銅を伴う部分を自動検出し、その結果に基づいて選択分
離する方法であることを特徴とする前項１記載の鋼スク
ラップからの銅除去方法。

【００１０】（４）　　第２工程で用いるフラックスが
、銅を均一相として溶解しないことを特徴とする前項１
記載の鋼スクラップからの銅除去方法。 （５）　　第２工程で用いるフラックスがＳｉＯ２　，
ＣａＯ，Ａｌ２　Ｏ３　，ＭｎＯ，ＦｅＯ，Ｎａ２　Ｏ
，Ｂ２　Ｏ３　，ＣａＦ２　，ＮａＦのうちの３種ない
しそれ以上を含有することを特徴とする前項１記載の鋼
スクラップからの銅除去方法。

【００１１】（６）　　第２工程の処理が、予熱された
スクラップを含む容器１と、フラックスを加熱できる容
器２を結合させ、溶融フラックスを２つの容器間で移動
させることによって行われることを特徴とする前項１記
載の鋼スクラップからの銅除去方法。 （７）　　第３工程での銅の分離が、溶融フラックスか
ら銅を含む部分を比重差で沈降させることによって行わ
れることを特徴とする前項１記載の鋼スクラップからの
銅除去方法。

【００１２】（８）　　第３工程での銅の分離が、溶融
フラックスを含む容器を回転することによって加速され
ることを特徴とする前項１記載の鋼スクラップからの銅
除去方法。

【００１３】

【作用】以下、具体的な実施方法によって本発明を詳細
に説明する。本発明が特徴とするのは、銅を含む鋼スク
ラップをフラックス内で加熱して銅を溶解して分離する
工程と、銅を含む溶融フラックスから銅を分離回収する
工程の組み合わせからなることである。なお、この方法
で銅除去が行えるのは、鋼の中に溶け込んだ銅ではなく
、鋼スクラップと銅あるいは銅合金として異相をなして
存在するものである。したがって、工程の効率化のため
に、鋼スクラップから、銅を伴うものを選択・分離して
、それを処理の対象とする。この前処理を行わないで、
全スクラップに対して、上記の処理を行うとすれば、工
業的には次のような問題がある。■スクラップ加熱にも
ちいるエネルギーが大きくなる。■スクラップに付着し
て溶解炉にもち去られるフラックスの分だけ、フラック
ス原単位が大きくなる。■この方法で処理されたスクラ
ップは原則として溶解炉に一括装入され、連続装入する
ことには適さない。

【００１４】鋼スクラップ群から、銅を伴うものの選択
分離を、自動的に行う方法として本発明では次のような
方法によって行うことができる。すなわち、スクラップ
群をコンベアの上を流し、鉄の部分と銅の部分の色の差
を画像解析によって検出して、検出された銅の部分を伴
うスクラップを自動的にラインから分ける方法、あるい
はコンベアに乗せたスクラップを高温加熱炉を通し、そ
の後、スクラップの表面温度分布を測定して、銅の部分
と鉄の部分で熱伝導の差によって表面温度差を生じる現
象を利用して銅の存在部分を検出し、自動的にラインか
ら分ける方法である。

【００１５】このようにスクラップ分から分離された、
銅を伴うスクラップは、例えば予備加熱用の容器に収め
られ、例えばバーナーなどにより加熱される。予備加熱
を行うことによって次の工程で銅の溶解速度を大きくし
生産性を上げることができるので有利である。予熱され
たスクラップは、溶融フラックス層に浸漬されて、銅の
融点以上に加熱され、銅が溶解する。この場合、使用す
るフラックス中に実質的に銅を均一相として溶解しない
ことが望ましい。なぜならば、そのようなフラックスは
スクラップに一部付着して溶解炉に持ち込まれても、硫
化物系のフラックスのようにメタルを汚染することがな
いか、あるいは好ましくないガスの発生が少ないこと、
また均一溶解しないので銅の分解回収を行いやすいから
である。

【００１６】フラックスの成分としては酸化物を主体と
し、必要に応じてフッ化物を添加する。酸化物としては
ＳｉＯ２　，ＣａＯ，ＦｅＯ，Ａｌ２　Ｏ３　，ＭｎＯ
，Ｎａ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３などがあり、フッ化物としてはＣ
ａＦ２　，ＮａＦなどがあり、これらの成分のうち３種
ないしそれ以上を含ませる。これらの成分は、フラック
スが次のような条件を満足するように調整される。■　
　融点（凝固終了点）が１１００℃以下となるようにす
る。

【００１７】本発明においては、溶融フラックスは、鋼
を溶かさないで、銅を溶解するための熱媒体として用い
られる。また、溶融した銅をスクラップから分離させる
ために、鋼スクラップの近傍で溶融フラックスの流れを
作るという機能がある。この機能を果すためには融点が
上記条件を満足する必要がある。■　　酸化鉄の溶解度
が２６％以下になるようにする。

【００１８】酸化鉄（ＦｅＯ）の溶解度が大きいと、鋼
スクラップの表面に生成した酸化皮膜を溶かしてしまい
、溶けた銅が鋼面に付着して分離性を悪くする。一方、
フラックス中に溶解した酸化鉄濃度が２６％を越えると
、フラックスが鋼スクラップに付着する量が増えるので
好ましくない。したがって、フラックスは酸化鉄の溶解
度が２６％以下となるように調整して、フラックスによ
って鋼表面に付着した酸化鉄が完全には溶解されない状
態を保ちつつ銅の溶解が行われるようにする。

【００１９】鋼スクラップはフラックス処理する前に、
熱経済および表面に酸化皮膜を作って銅と鉄の濡れを防
止するために、酸化性雰囲気で加熱処理が行われる。加
熱の方法としては、例えば、バーナー加熱、あるいはス
クラップの溶解炉から出るガスを燃焼させることによっ
て行われるが、その場合、雰囲気は完全燃焼して遊離酸
素が１％以上、温度は８００℃以上となる。

【００２０】なお、フラックス成分として、特にＭｎＯ
が１０％以上含まれていると、次の２つの効果がある。 ■　　フラックス融点が低下する。■　　容器２で加熱
時に還元されたＭｎが銅と合金して融点を下げる。した
がって、両者あいまって、第２工程の操業温度を低下す
ることができる。

【００２１】溶融フラックスによる鋼スクラップの処理
を実施する形態の１例を図１に示す。予熱されたスクラ
ップを含む容器１と、フラックスを加熱できる容器２を
結合し、例えば容器２内の圧力を変化させることによっ
て、溶融フラックスを２つの容器間で移動させるもので
ある。容器２内ではフラックスは例えば電気加熱されて
１１００℃以上とされる。容器壁の部分はフラックスが
凝固し、いわゆるセルフライニングの状態になっている
。またこの加熱中に溶融フラックスの中に懸濁した溶融
銅粒の合体と比重差による沈降分離が進む。沈降した銅
は間欠的に孔を開けて炉外に取り出す。

【００２２】この溶融フラックスが容器１に送り込まれ
ると鋼スクラップと接してこれを加熱し、最終的には銅
の部分を溶解して溶融フラックス内に移行させる。容器
１と２の間を溶融フラックスを数回移行させることによ
って、熱の供給と、溶解した銅の取り出しが行われる。 鋼スクラップから銅除去の処理が終わると、溶融フラッ
クスを容器２に移し、２つの容器の結合を切り放し、高
温の鋼スクラップが溶解炉に装入される。鋼スクラップ
は１１００℃前後に加熱されているので、普通の場合は
、くっついてハンドリングに問題があるが、本発明では
フラックスで被覆されているので、処理しやすいという
利点がある。

【００２３】なお、上記の方法とは別に溶融フラックス
からの銅の比重差による分離を促進しようとすれば、溶
融フラックスを収めた容器を回転して遠心力を利用する
方法が効果的である。以上のようにして、溶融フラック
スをくりかえし使用できる。

【００２４】

【実施例】１．鋼スクラップ（シュレッダーくず）を、
図２（ａ）に示すように、色を検出して銅が表面に出て
いるものを検知して、それを選別した。選別されたもの
、および選別されなかったものの比率および平均成分は
表１に示すようになった。

【００２５】

【表１】

【００２６】２．同じ鋼スクラップを図２（ｂ）に示す
ように一旦加熱した（５００℃の炉内に３分間）後、サ
ーモビュアで表面温度を検出し、温度が平均より３０℃
以上高い部分として検出される部分を表面に銅が現れて
いる部分として、その有り無しでスクラップを選別した
。選別されたもの、およびされなかったものの比率およ
び平均成分を表２のようになった。

【００２７】

【表２】

【００２８】実施例１、２の場合とも銅を伴う部分が選
別されているが、実施例２の方がやや選別効率が高いこ
とが分かる。 ３．実施例２で選別されたスクラップ（銅が付着してい
るもの）を予熱容器に収め、バーナーで加熱して、遊離
酸素２％、最高加熱温度９５０℃、平均加熱温度８４０
℃とする。この場合、鋼スクラップの内、酸化したのは
約３．４％であった。 ４．この予熱スクラップを容器ごと移動し、図１に示す
ようにセットし、黒鉛電極で加熱された溶融フラックス
を容器２の圧力を変化させることによって、溶融フラッ
クスの供給・排出をくりかえし行った。操業条件および
結果を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】なお、本発明の方法のフラックスには銅は
均一相としてはほとんど溶解しないことは次のように確
かめられた。すなわち、急速凝固させたフラックス層を
微粉砕して比重選別したところ、表４に示すように銅の
ほとんどの部分はメタル粒として存在し、フラックスに
均一に溶けている部分は極めて少ないことがわかった。

【００３１】

【表４】

【００３２】容器１および２の底に溜まった銅の成分を
抜き出して分析したところ、表５のような結果が得られ
た。これを銅の製錬工程に送って通常の工程で鉄、マン
ガンを分離して金属銅を製造した。

【００３３】

【表５】

【００３４】なお、銅粒分離のための保持だけだと、溶
融フラックス中の平均の銅濃度を０．５％以下にするの
に約３０分を要した。この時間を短縮するために、これ
とは別に、溶融フラックスを収めた容器を５０ｒｐｍで
回転すると、５分後には銅の平均濃度を０．５％以下に
することができた。銅濃度は回転前の量の７％に減少し
た。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明を実施することによ
り、鋼スクラップからの銅の除去および銅の分離・回収
を効率的に行うことができ、工業的、経済的な効果が大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第２工程の実施態様の１例を示す。

【図２】本発明の第１工程の実施形態の例を示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋼スクラップ群から、銅を伴うものを
   選択分離する第１工程と、選択されたものを溶融フラッ
   クスの中で加熱して、銅を溶解してフラックス層内に移
   行させる第２工程と、溶融フラックスから銅を含むもの
   を分離する第３工程の組み合わせからなることを特徴と
   する鋼スクラップからの銅除去方法。
2. 【請求項２】　　第１工程が、スクラップの鉄の部分と
   銅の部分の色の差を画像解析によって検出して、表面に
   銅が存在するスクラップを自動検出し、その結果に基づ
   いて選択分離する方法であることを特徴とする請求項１
   記載の鋼スクラップからの銅除去方法。
3. 【請求項３】　　第１工程が鋼スクラップを加熱して、
   鉄の部分と銅の部分の熱伝導度の差に基づく温度の差を
   検出して、銅を伴う部分を自動検出し、その結果に基づ
   いて選択分離する方法であることを特徴とする請求項１
   記載の鋼スクラップからの銅除去方法。
4. 【請求項４】　　第２工程で用いるフラックスが、銅を
   均一相として溶解しないことを特徴とする請求項１記載
   の鋼スクラップからの銅除去方法。
5. 【請求項５】　　第２工程で用いるフラックスがＳｉＯ
   ２　，ＣａＯ，Ａｌ２　Ｏ３　，ＭｎＯ，ＦｅＯ，Ｎａ
   ２　Ｏ，Ｂ２　Ｏ３　，ＣａＦ２　，ＮａＦのうちの３
   種ないしそれ以上を含有することを特徴とする請求項１
   記載の鋼スクラップからの銅除去方法。
6. 【請求項６】　　第２工程の処理が、予熱されたスクラ
   ップを含む容器１と、フラックスを加熱できる容器２を
   結合させ、溶融フラックスを２つの容器間で移動させる
   ことによって行われることを特徴とする請求項１記載の
   鋼スクラップからの銅除去方法。
7. 【請求項７】　　第３工程での銅の分離が、溶融フラッ
   クスから銅を含む部分を比重差で沈降させることによっ
   て行われることを特徴とする請求項１記載の鋼スクラッ
   プからの銅除去方法。
8. 【請求項８】　　第３工程での銅の分離が、溶融フラッ
   クスを含む容器を回転することによって加速されること
   を特徴とする請求項１記載の鋼スクラップからの銅除去
   方法。