JPH108153A - 粉粒体の真空熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】粉粒体から高収率且つ短時間で有価金属を回収
できる真空熱処理装置を提供する。 【解決手段】密閉系の容器内に形成された処理室で粉粒
体を真空雰囲気下に加熱処理し、該粉粒体から有価金属
を回収する装置であって、処理室に該粉粒体から発生す
る金属蒸気のキャリアーガスとして不活性ガスを供給す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉粒体の真空熱処理
装置に関する。例えば、製鋼工場の集塵装置で捕捉され
るダストには、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄）、酸化亜
鉛（ＺｎＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）等の金属酸化物が含ま
れている。かかるダストをそのまま廃棄処分したのでは
資源の無駄になるので、該ダストから鉄、亜鉛、鉛等の
有価金属を回収することが望まれる。本発明は上記のよ
うなダストに代表される粉粒体を真空雰囲気下に加熱処
理して該粉粒体から鉄、亜鉛、鉛等の有価金属を回収す
る装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、粉粒体から鉄、亜鉛、鉛等の有価
金属を回収する真空熱処理装置として、密閉系の容器
と、該容器内に断熱材で囲まれて形成された処理室と、
該処理室に装備されたヒータと、該容器に接続された該
処理室を真空雰囲気にする真空ポンプと、該容器と該真
空ポンプとの間に介装された凝縮器とを備えるものが提
案されており（特開平４−２２５８７６）、またかかる
真空熱処理装置に使用される凝縮器として、水冷の凝縮
室と、該凝縮室の下部に形成された第１真空室と、該第
１真空室の下部に形成された第２真空室とを備えるもの
が提案されている（実開平５−３０１４９）。この従来
装置は、処理室に粉粒体を供給し、真空雰囲気下に加熱
処理して、発生した亜鉛や鉛の蒸気を凝縮器で凝縮する
一方、鉄を処理室に残留させるというものである。とこ
ろが、この従来装置には、実際のところ、粉粒体から
鉄、亜鉛、鉛等の有価金属を収率良く回収することがで
きず、またその回収に時間がかかるという問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来装置では、粉粒体から鉄、亜鉛、鉛等
の有価金属を収率良く回収することができず、またその
回収に時間がかかる点である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】しかして本発明は、密閉
系の容器内に形成された処理室で粉粒体を真空雰囲気下
に加熱処理し、該粉粒体から有価金属を回収する装置で
あって、処理室に該粉粒体から発生する金属蒸気のキャ
リアーガスとして不活性ガスを供給するようにして成る
ことを特徴とする粉粒体の真空熱処理装置に係る。

【０００５】本発明においても、密閉系の容器と、該容
器内に断熱材で囲まれて形成された処理室と、該処理室
に装備された加熱源と、該容器に接続された該処理室を
真空雰囲気にする真空ポンプと、該容器と該真空ポンプ
との間に介装された凝縮器とを備えている。

【０００６】本発明では、容器の処理室に粉粒体から発
生する金属蒸気のキャリアーガスとして不活性ガス、例
えば窒素ガス、アルゴンガス等を供給するように構成さ
れている。処理室で粉粒体を真空雰囲気下に加熱処理す
ると、粉粒体から亜鉛や鉛等の金属の蒸気が発生するの
で、粉粒体の回りからかかる金属蒸気をキャリアーガス
として供給した不活性ガスに同伴させて、粉粒体の回り
の金属蒸気の濃度を低くし、すなわち金属蒸気の分圧を
低くし、粉粒体からのかかる金属の蒸発を促進させるの
である。

【０００７】一般に、粉粒体からの上記のような金属の
蒸発は、粉粒体表面に形成される金属蒸気の濃度境界層
によって大きな影響を受ける。濃度境界層が厚いと、粉
粒体からの金属の蒸発がそれだけ遅くなり、逆に濃度境
界層が薄いと、粉粒体からの金属の蒸発がそれだけ速く
なる。したがって本発明では、粉粒体表面に形成される
金属蒸気の濃度境界層を充分に薄くする或は実質的に破
壊するに足る量の不活性ガスを供給するのが好ましい。

【０００８】粉粒体表面に形成される金属蒸気の濃度境
界層を充分に薄くし易くする或は実質的に破壊し易くす
るためには、処理室において粉粒体中へ複数のノズルを
有する不活性ガス供給管を挿入するのが好ましく、或は
また処理室において粉粒体を撹拌するのが好ましいが、
なかでも処理室において粉粒体を薄く広げて撹拌した状
態とするのが好ましく、特に薄く広げて撹拌した状態の
粉粒体に向かって不活性ガスを供給するのが好ましい。

【０００９】したがって本発明では、処理室に複数のプ
レートを所定間隔を空けて多段に配置し、該プレートの
それぞれ上面に近接して撹拌用部材及び移送用部材を回
転可能に配置して、最上段のプレートに供給した粉粒体
を該撹拌用部材により撹拌し、併せて該移送用部材によ
り薄く広げつつ順次下段のプレートへと落下させて連続
的に加熱処理するのが好ましく、この場合は特に、処理
室に不活性ガス供給管を挿入し、該不活性ガス供給管に
複数のノズルを取付けて、該ノズルから各プレート上の
粉粒体に向かって不活性ガスを供給するのが好ましい。

【００１０】また不活性ガスの処理室への供給量若しく
は処理室からの排気量を断続的に増減させて処理室内の
圧力を繰り返し変動させるのが好ましい。粉粒体相互間
にこもる金属蒸気を強制的に不活性ガスに同伴させて回
収できるからである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る真空熱処理装
置を一部縦断面で例示する全体図である。密閉系の容器
１１に断熱材１１ａが内張りされており、断熱材１１ａ
で囲まれて処理室２１が形成されていて、処理室２１に
チューブヒータ３１が挿入されている。容器１１の上面
には処理室２１と連通する粉粒体供給管４１が接続され
ており、粉粒体供給管４１にバルブ４１ａが介装されて
いる。容器１１の左側面上部には不活性ガス供給管５１
が接続されており、不活性ガス供給管５１は容器１１の
中央部を通って下部へと挿入されていて、挿入された不
活性ガス供給管５１には複数のノズル５１ｂが取付けら
れている。不活性ガス供給管５１にはバルブ５１ａが介
装されており、不活性ガス供給管５１の上流側に図示し
ない不活性ガス供給源が接続されている。容器１１の右
側面上部には処理室２１と連通する排気管６１が接続さ
れており、排気管６１にバルブ６１ａが介装されてい
る。排気管６１の下流側には凝縮器７１が接続されてお
り、凝縮器７１の下流側に真空ポンプ８１が接続されて
いる。

【００１２】図２は本発明に係る他の真空熱処理装置を
一部縦断面で例示する全体図である。全体として円筒状
に形成された密閉系の容器１２に断熱材１２ａが内張り
されており、断熱材１２ａで囲まれて処理室２２が形成
されていて、断熱材１２ａの内側にパネルヒータ３２が
周設されている。容器１２の上面には処理室２２と連通
する粉粒体供給管４２が接続されており、粉粒体供給管
４２にバルブ４２ａが介装されている。容器１２の下部
には軸線部に向かって下降する傾斜面が形成されてお
り、該傾斜面の下端部に処理室２２と連通する出口２２
ａが開設されている。出口２２ａには軸線部に向かって
上昇する傾斜面の形成された排出管１３が接続されてお
り、排出管１３にバルブ１３ａが介装されている。排出
管１３の大径に形成された部分の右側面上部には排気管
６３が接続されており、排気管６３の下流側はバルブ６
３ａを介して真空ポンプ８２へと接続されている。

【００１３】容器１２の右側面上部には処理室２２と連
通する排気管６２が接続されており、排気管６２にバル
ブ６２ａが介装されている。排気管６２の下流側には凝
縮器７２が接続されており、凝縮器７２の下流側に真空
ポンプ８２が接続されている。そして容器１２の左側面
上部には処理室２２と連通する不活性ガス供給管５２が
接続されており、不活性ガス供給管５２にバルブ５２ａ
が介装されていて、不活性ガス供給管５２の上流側には
図示しない不活性ガス供給源が接続されている。

【００１４】処理室２２には軸線部に回転筒９１が挿入
されており、回転筒９１に複数の板状の羽根９２が取付
けられている。回転筒９１は容器１２に軸受されてお
り、その上部は容器１２外に取出されていて、駆動モー
タ９３に接続されている。回転筒９１には昇降軸９４が
貫挿されており、その上部は回転筒９１外に取出されて
いて、シリンダ機構９５に接続されている。昇降軸９４
の下部は出口４１を通って排出管１３へと至り、その端
部に軸線部に向かって上昇する傾斜面の形成された弁９
６が取付けられている。昇降軸９４が上昇すると、弁９
６の傾斜面が排出管１３の傾斜面に密接して出口２２ａ
を閉じ、逆に昇降軸９４が下降すると、弁９６の傾斜面
が排出管１３の傾斜面から離れて出口２２ａを開く構成
である。

【００１５】図３は本発明に係る更に他の真空熱処理装
置を一部縦断面で例示する全体図、図４は図３と同じ真
空熱処理装置の内部構造を示す部分拡大縦断面図、図５
は図３と同じ真空熱処理装置の内部構造を示す部分拡大
横断面図、図６は図３と同じ真空熱処理装置の内部構造
を別の角度から示す部分拡大縦断面図である。図３にお
いて、全体として円筒状の密閉系の容器１４に断熱材１
４ａが内張りされており、容器１４内には断熱材１４ａ
で囲まれて処理室２３が形成されていて、処理室２３に
チューブヒータ３３が装備されている。容器１４の軸線
部には断熱材１４ａ及び処理室２３を貫通して回転軸１
１０が装架されており、回転軸１１０は容器１４に取付
けられた駆動モータ１１０ａの図示しない駆動軸に接続
されている。

【００１６】処理室２３には上下方向に合計９段でプレ
ート１１１〜１１９が所定間隔を空けて配置されてお
り、プレート１１１〜１１９は同一径を有する円板状に
形成されていて、その軸線部で回転軸１１０に軸受され
ている。同一径を有する円板状のプレート１１１〜１１
９は同一軸線回りに配置されているのである。プレート
１１１〜１１９の周縁にはリング状の壁片１１１ａ，１
１４ａ，１１９ａ，・・・が立設されており、壁片１１
１ａ，１１４ａ，１１９ａ，・・・は容器１４の上下方
向に装架された棒材１１０ｂに取付けられている。した
がってプレート１１１〜１１９は回転軸１１０に支持さ
れているが、回転軸１１０が回転してもそれ自体は回転
しない。

【００１７】プレート１１１〜１１９には開口部１１１
ｂ，１１４ｂ，１１９ｂ，・・・がその半径方向に沿う
スリット状に設けられている。開口部１１１ｂ，１１４
ｂ，１１９ｂ，・・・は最上段のプレート１１１から最
下段のプレート１１９へと向かって順次、回転軸１１０
の回転方向とは逆方向へずれた位置に設けられている。
図４及び図５において、回転軸１１０は平面から見て右
回りで回転するが、最上段のプレート１１１の開口部１
１１ｂはプレート１１１を臨む粉粒体供給管４３の直下
よりも左回りの位置に設けられており、第２段のプレー
ト１１２の図示しない開口部は最上段のプレート１１１
の開口部１１１ｂよりも更に左回りの位置に設けられて
いる。以下同様にして、第３段のプレート１１３から最
下段のプレート１１９へと、これらの開口部は順次左回
りのずれた位置に設けられているが、これらのうちで第
４段のプレート１１４の開口部１１４ｂは最も右側に設
けられており、また最下段のプレート１１９の開口部１
１９ｂは最も左側に設けられていて、開口部１１９ｂは
ロート状に形成された排出シュート２３ａの直上に位置
している。

【００１８】図４〜図６において、プレート１１１，１
１４，１１９，・・・の上面にはこれらに近接してそれ
ぞれ複数の突起棒を有する２本の櫛状物を備える撹拌用
部材１２１，１２４，１２９，・・・が配置されてお
り、また撹拌用部材１２１，１２４，１２９，・・・よ
りもやや右回りの位置にそれぞれ２枚の羽根を備える移
送用部材１３１，１３４，１３９，・・・が配置されて
いる。撹拌用部材１２１，１２４，１２９，・・・及び
移送用部材１３１，１３４，１３９，・・・は回転軸１
１０に取付けられており、これらは回転軸１１０と一体
的に回転するようになっている。例えば、回転軸１１０
を正逆方向へ回転させつつ全体としては間欠的に正方向
へ回転させると、すなわち回転軸１１０を右回りと左回
りとで交互に回転させつつ全体としては間欠的に右回り
で回転させると、撹拌用部材１２１，１２４，１２９，
・・・及び移送用部材１３１，１３４，１３９，・・・
も正逆方向へ回転しつつ全体としては間欠的に正方向へ
回転する、すなわち撹拌用部材１２１，１２４，１２
９，・・・及び移送用部材１３１，１３４，１３９，・
・・も右回りと左回りとで交互に回転しつつ全体として
は間欠的に右回りで回転するのである。

【００１９】処理室２３には最上段のプレート１１１を
直下に臨んで粉粒体供給管４３が挿入されており、バル
ブ４３ａを介装する粉粒体供給管４３はホッパ１５へと
接続されていて、ホッパ１５の上流側にはバルブ１５ａ
を介装する粉粒体供給管１５ｂが接続されている。ホッ
パ１５の右側面上部には排気管６６が接続されており、
排気管６６にはバルブ６６ａが介装されていて、排気管
６６の下流側は真空ポンプ８３へと接続されている。ま
た処理室２３には最下段のプレート１１９の開口部１１
９ｂを直上に臨んでロート状の排出シュート２３ａが配
置されている。排出シュート２３ａにはバルブ２３ｂを
介装する排出管２３ｃが接続されており、排出管２３ｃ
はホッパ１６へと接続されていて、ホッパ１６の下流側
にはバルブ１６ａを介装する排出管１６ｂが接続されて
いる。ホッパ１６の右側面上部には排気管６５が接続さ
れており、排気管６５にはバルブ６５ａが介装されてい
て、排気管６５の下流側は真空ポンプ８３へと接続され
ている。

【００２０】容器１４の右側面上部には処理室２３と連
通する排気管６４が接続されており、排気管６４にはバ
ルブ６４ａが介装されている。排気管６４の下流側には
凝縮器７３が接続されており、凝縮器７３の下流側に真
空ポンプ８３が接続されている。そして処理室２３には
不活性ガス供給管５３が挿入されており、挿入された不
活性ガス供給管５３には複数のノズル５３ｂが取付けら
れていて、これらのノズル５３ｂはそれぞれプレート１
１１〜１１９の上面を向いている。不活性ガス供給管５
３にはバルブ５３ａが介装されており、不活性ガス供給
管５３の上流側は図示しない不活性ガス供給源に接続さ
れている。

【００２１】図３〜図６について説明した本発明に係る
真空熱処理装置を用い、粉粒体を真空雰囲気下に加熱処
理して該粉粒体から有価金属を回収する場合について説
明する。バルブ１５ａを開き、バルブ４３ａを閉じた状
態で、ホッパ１５に粉粒体を投入する。バルブ１５ａ，
４３ａ，１６ａを閉じ、バルブ６６ａ，２３ｂ，６５ａ
を開いた状態で、真空ポンプ８３を作動させ、処理室２
３内及びホッパ１５，１６内を真空雰囲気にすると共
に、駆動モータ１１０ａ及びチューブヒータ３３を作動
させる。処理室２３内が所定温度になったとき、バルブ
４３ａを開いて、ホッパ１５から最上段のプレート１１
１へと粉粒体を落下させると共に、バルブ５３ａを開い
て、不活性ガス供給管５３を介し複数のノズル５３ｂか
ら不活性ガスを供給する。落下した粉粒体はプレート１
１１上において撹拌用部材１２１により撹拌され同時に
移送用部材１３１により薄く広げられつつ押し出され
て、プレート１１１の開口部１１１ｂから第２段のプレ
ート１１２へと落下する。落下した粉粒体はプレート１
１２上において同様に撹拌され同時に薄く広げられつつ
押し出されて、プレート１１２の開口部から第３段のプ
レート１１３へと落下する。以下同様にして粉粒体は順
次下段のプレートへと落下し、最後に最下段のプレート
１１９の開口部１１９ｂから排出シュート２３ａへと落
下する。粉粒体は合計９段のプレート１１１〜１１９の
各上面において撹拌用部材１２１，１２４，１２９，・
・・により繰り返して撹拌され同時に移送用部材１３
１，１３４，１３９，・・・により繰り返して薄く広げ
られた状態となる。また合計９段の各プレート１１１〜
１１９上において、上記のように撹拌され同時に薄く広
げられた状態の粉粒体表面に各ノズル５３ｂからキャリ
アーガスとして不活性ガスが供給され、これにより粉粒
体表面に形成される金属蒸気の濃度境界層を充分に薄く
し或は実質的に破壊する。粉粒体中の亜鉛や鉛等は極め
て効率的に且つ短時間で蒸発し、これらの金属蒸気は凝
縮器７３で回収されるのである。排出シュート２３ａに
落下する処理物は粉粒体から亜鉛や鉛等が蒸発した残り
の例えば鉄であり、この処理物はホッパ１６に貯留した
後、バルブ２３ｂを閉じ、ホッパ１６内を復圧してか
ら、バルブ１６ａを開いて取り出す。

【００２２】図７は不活性ガスを供給しない従来の真空
熱処理装置における処理室内の圧力変動を略示するグラ
フ、図８は図１〜図６に示したような本発明に係る真空
熱処理装置において処理室へ不活性ガスを供給し続けた
場合の処理室内の圧力変動を略示するグラフ、図９は図
１〜図６に示したような本発明に係る真空熱処理装置に
おいて処理室へ不活性ガスを断続的に供給した場合の処
理室内の圧力変動を略示するグラフである。図７〜図９
では処理室からの排気量を一定に保っている。図９に示
すように、処理室内の圧力を繰り返し変動させると、粉
粒体相互間にこもる金属蒸気を強制的に不活性ガスに同
伴させて回収できるので、有価金属をより効率的に回収
できる。図９に示すような処理室内の圧力変動は、処理
室へ不活性ガスを断続的に供給する場合を含め、処理室
への不活性ガスの供給量或は処理室からの不活性ガスの
排気量を断続的に増減させることによって達成でき、か
かる増減は、図１〜図３のバルブ５１ａ，５２ａ，５３
ａ或はバルブ６１ａ，６２ａ，６４ａの開度を調節する
ことによってなし得る。

【００２３】図３〜図６について前述した真空熱処理装
置を用い、製鋼工場の集塵装置で捕捉された亜鉛含量
７．０重量％のダストに還元材としてコークスを混合し
たものを、真空度２Ｔｏｒｒ、温度９００℃、処理室内
滞留２時間で加熱処理すると、排出シュートからホッパ
に落下した処理物中の残留亜鉛含量は０．７重量％とな
った。これに対し、キャリアーガスとして不活性ガスを
供給せず、その他は同様の条件下で加熱処理すると、処
理物中の残留亜鉛含量は１．７重量％であった。

【００２４】

【発明の効果】既に明らかなように、以上説明した本発
明には、粉粒体から高収率且つ短時間で有価金属を回収
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空熱処理装置を一部縦断面で例
示する全体図。

【図２】本発明に係る他の真空熱処理装置を一部縦断面
で例示する全体図。

【図３】本発明に係る更に他の真空熱処理装置を一部縦
断面で例示する全体図。

【図４】図３と同じ真空熱処理装置の内部構造を示す部
分拡大縦断面図。

【図５】図３と同じ真空熱処理装置の内部構造を示す部
分拡大横断面図。

【図６】図３と同じ真空熱処理装置の内部構造を別の角
度から示す部分拡大縦断面図。

【図７】従来の真空熱処理装置における処理室内の圧力
変動を略示するグラフ。

【図８】本発明に係る真空熱処理装置において処理室へ
不活性ガスを供給し続けた場合の処理室内の圧力変動を
略示するグラフ。

【図９】本発明に係る真空熱処理装置において処理室へ
不活性ガスを断続的に供給した場合の処理室内の圧力変
動を略示するグラフ。

【符号の説明】

１１，１２，１４・・・容器、１１ａ，１２ａ，１４ａ
・・・断熱材、２１，２２，２３・・・処理室、３１，
３３・・・チューブヒータ、３２・・・パネルヒータ、
５１，５２，５３・・・不活性ガス供給管、５１ｂ，５
３ｂ・・・ノズル、７１，７２，７３・・・凝縮器、８
１，８２，８３・・・真空ポンプ、９２・・・羽根、１
１１〜１１９・・・プレート、１２１，１２４，１２９
・・・撹拌用部材、１３１，１３４，１３９・・・移送
用部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉系の容器内に形成された処理室で粉
   粒体を真空雰囲気下に加熱処理し、該粉粒体から有価金
   属を回収する装置であって、処理室に該粉粒体から発生
   する金属蒸気のキャリアーガスとして不活性ガスを供給
   するようにして成ることを特徴とする粉粒体の真空熱処
   理装置。
2. 【請求項２】 粉粒体表面に形成される金属蒸気の濃度
   境界層を充分に薄くする或は実質的に破壊するに足る量
   の不活性ガスを供給するようにした請求項１記載の粉粒
   体の真空熱処理装置。
3. 【請求項３】 処理室に複数のプレートが所定間隔を空
   けて多段に配置されており、該プレートのそれぞれ上面
   に近接して撹拌用部材及び移送用部材が回転可能に配置
   されていて、最上段のプレートに供給した粉粒体を該撹
   拌用部材により撹拌し、併せて該移送用部材により薄く
   広げつつ順次下段のプレートへと落下させて連続的に加
   熱処理するようにした請求項１又は２記載の粉粒体の真
   空熱処理装置。
4. 【請求項４】 処理室に不活性ガス供給管が挿入されて
   おり、該不活性ガス供給管には複数のノズルが取付けら
   れていて、該ノズルから各プレート上の粉粒体に向かっ
   て不活性ガスを供給するようにした請求項３記載の粉粒
   体の真空熱処理装置。
5. 【請求項５】 不活性ガスの供給量若しくは排気量を断
   続的に増減させて処理室内の圧力を繰り返し変動させる
   ようにした請求項１、２、３又は４記載の粉粒体の真空
   熱処理装置。