JPH11189832A

JPH11189832A - 亜鉛含有粉体の処理方法

Info

Publication number: JPH11189832A
Application number: JP35768497A
Authority: JP
Inventors: Shoji Miyagawa; 昌治宮川; Natsuo Ishiwatari; 夏生石渡; Yoshiaki Hara; 義明原
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、竪型溶融還元炉を用い亜鉛含有粉体
から亜鉛を回収するに際し、回収物中の亜鉛濃度の変動
を抑制すると共に、該亜鉛濃度を高位に安定させること
が可能な亜鉛含有粉体の処理方法を提供することを目的
としている。【解決手段】高温空気を吹き込む上下２段に設けた複数
個の羽口を有する竪型溶融還元炉の内部に、炉頂より装
入した炭素系固体還元剤で充填層を形成し、前記羽口の
うちの少なくとも上段羽口より該充填層に亜鉛含有粉体
を吹込み還元精錬し、その排ガスを冷却して亜鉛を回収
するに際し、１ｍｍ以下の微粒含有量を予め定めた値以
下に調整した炭素系固体還元剤を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛含有粉体の処
理方法に係わり、特に、上下２段に設けた羽口を有する
竪型溶融還元炉内を用い、亜鉛含有粉体から亜鉛を回収
する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、資源のリサイクル使用、エネルギ
ー節減等の要望が高まり、鉄スクラップのリサイクル使
用が強力に推進されている。この鉄スクラップは、発生
源によりその品質が大きく異なっている。例えば、自家
製スクラップは、鉄鋼の製造過程で発生するものであ
り、その出処が明確で、且つ不純物の混入が少ないた
め、その大部分は発生工場内で消費される。それに対
し、２次加工スクラップや老廃スクラップは、鋼材が２
次加工される際や、最終製品として世間で使用された後
に、老廃物として分別回収されたものであるため、鋼種
としては、表面処理鋼板や特殊鋼を多く含んでいる。

【０００３】ところで、かかる鉄スクラップの多くは、
現在、電気炉メーカーにおいて精錬され、再利用される
ことになるが、精錬に際し発生する電気炉ダストの処理
が問題となる。つまり、該電気炉ダストには、クロム、
カドミウム、鉛等、そのまま地中に埋め立て廃棄した場
合には、溶出して環境汚染を起こす元素が数重量％、亜
鉛分が１０〜４０重量％、鉄分が２５〜５０重量％程度
含まれているからである。そこで、これらの処理（再資
源化）、すなわちクロム、カドミウム、鉛等の有害金属
の無害化及びＺｎ、Ｆｅ等の有価金属の回収に関し、安
価な技術の出現が熱望されている。

【０００４】かかる状況の下で、本出願人は、先に特開
平７−１７３５４８号公報で、電気炉ダストを始めとす
る亜鉛含有粉体類の処理技術を開示した。それは、『炭
素系固体還元剤の充填層を有する竪型溶融還元炉に、羽
口を介して電気炉ダスト等の亜鉛含有粉体を吹き込み、
該粉体中の亜鉛分を還元、蒸発させる一方、この蒸発さ
せた亜鉛蒸気を含む排ガスを炉外で冷却することにより
亜鉛を回収する』ものである。そして、その操業におい
て、『亜鉛含有粉体を吹き込み中に、竪型溶融還元炉の
炉頂温度を６００℃以上に保持したり』あるいは、『竪
型溶融還元炉の炉頂温度を、炉内で発生した排ガスの２
次燃焼で調整する』ようにして、亜鉛含有粉体から亜鉛
を一層効率よく回収する技術を開発した。

【０００５】しかしながら、これらの技術を用いて亜鉛
含有粉体から亜鉛の回収を実施した場合、亜鉛は効率よ
く回収できたが、回収物中の亜鉛品位、特に亜鉛濃度が
変動して一定しない現象が見受けられた。この回収物
は、主に、亜鉛精錬用原料に使用されるが、その亜鉛精
錬操業の安定を図る観点では、該回収物中の亜鉛濃度を
安定させることが重要である。前記回収物の亜鉛濃度の
変動は、最終製品亜鉛の品質を左右にしかねないからで
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、竪型溶融還元炉を用い亜鉛含有粉体から亜鉛を
回収するに際し、回収物中の亜鉛濃度の変動を抑制する
と共に、該亜鉛濃度を高位に安定させることが可能な亜
鉛含有粉体の処理方法を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、従来技術の見直しを行い、竪型溶融還元炉
へ装入する前に、原料である亜鉛含有粉体を事前処理す
ることを新たに着想し、その着想を本発明に具現化し
た。すなわち、本発明は、高温空気を吹き込む上下２段
に設けた複数個の羽口を有する竪型溶融還元炉の内部
に、炉頂より装入した炭素系固体還元剤で充填層を形成
し、前記羽口のうちの少なくとも上段羽口より該充填層
に亜鉛含有粉体を吹込み還元精錬し、その排ガスを冷却
して亜鉛を回収するに際し、１ｍｍ以下の微粒含有量を
予め定めた値以下に調整した炭素系固体還元剤を用いる
ことを特徴とする亜鉛含有粉体の処理方法である。

【０００８】また、本発明は、前記炭素系固体還元剤の
粒度調整を、該還元剤の水分率を２〜４重量％まで乾燥
後に行うことを特徴とする亜鉛含有粉体の処理方法であ
る。さらに、本発明は、前記１ｍｍ以下の微粒含有量
を、回収物中の目標亜鉛濃度に応じて定めることを特徴
とする亜鉛含有粉体の処理方法である。加えて、本発明
は、前記粒度調整で得た１ｍｍ以下の微粒を、上下２段
の羽口のいずれか、もしくは両方を経由して炉内に吹込
むことを特徴とする亜鉛含有粉体の処理方法である。

【０００９】さらに加えて、本発明は、前記亜鉛含有粉
体を、電気炉ダストとすることを特徴とする亜鉛含有粉
体の処理方法でもある。本発明によれば、炉内に持ち込
まれる微粒の炭材量が一定になり、回収物中に混入する
量が低位に抑えられるようになる。その結果、回収物中
の亜鉛濃度の変動が抑制できるようになると同時に、該
亜鉛濃度を高位に安定させることが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施に用いた設
備であるが、従来のものと異なる点は、点線で囲った部
分である。ここでは、この部分を除き、まず、従来の亜
鉛回収方法を説明し、その後に本発明に係る経緯をまじ
えて、本発明の実施形態を詳述する。１）従来の亜鉛回収方法それは、竪型溶融還元炉１（以下、還元炉）に、コーク
スもしくは石炭、あるいはその両者からなる炭素系固体
還元剤２（以下、炭材と称する）の充填層を形成するこ
とから始まる。この炭材は、炭材用ホッパ３を介して炉
頂から炉内に装入され、還元炉１の炉頂で所定のストッ
クライン（装入物レベル）を維持する。原料の亜鉛含有
粉体３６は、粉体吹き込み装置８を経て還元炉１の上段
羽口９から炉内に吹き込まれる。また、亜鉛含有粉体３
６を溶融する際、スラグの粘度や融点を調整する目的で
添加される石灰石や珪石等の製錬溶剤（フラックス）３
７は、該亜鉛含有粉体３６に所定の割合で予め混合さ
れ、粉体吹き込み装置８で亜鉛含有粉体３６と共に適量
切り出されるようになっている。送風空気は、８００〜
１０００℃に加熱され、送風管を通じて熱風として上段
羽口９及び下段羽口１０からそれぞれ還元炉１内に送風
される。その際、必要に応じて適量の酸素が熱風中に富
化される。その熱風は、還元炉１内において炭材２を燃
焼し、発生する燃焼熱と還元ガスで前記亜鉛含有粉体３
６を溶融し、該粉体３６中の酸化亜鉛ＺｎＯを還元す
る。Ｚｎは、蒸気となって炭材２の充填層を通り、炉頂
部から排出される。この時、充填層上部の温度を上げる
目的で炉頂部に複数の２次燃焼ランス１３を設置して排
ガスを燃焼させて、炉頂温度６００℃〜１０００℃に保
持するようにすれば、Ｚｎ蒸気を炉頂のダクトより安定
して排出できる。

【００１１】一方、亜鉛含有粉体３６中の鉄酸化物は、
クロム、カドミウム等と共に、前記炭材２の燃焼熱で上
段羽口９の羽口先レースウェイ３８内で溶融し、生成し
た融体は、該炭材２の充填層を下段羽口１０に向かって
降下する。そして、この過程において、下段羽口１０の
羽口先で生成し、充填層内を上昇してくる還元ガスと向
流接触し、還元されると共に、滴下途中で充填層の炭材
２と直接接触して還元され、所謂メタルとスラグに分離
する。最終的に炉床に留まった溶融状態にあるメタル
は、出銑口１１から、スラグは、出滓口１２から排出さ
れる。なお、クロム、カドミウム等は、該溶融メタル中
に固溶され、無害化する。

【００１２】還元炉１の炉頂から排出される亜鉛を含有
するダストは、以下のように処理し、回収される。すな
わち、図１に示すごとく、還元炉１の排ガス出側にサイ
クロン１４を配置し、竪型溶融還元炉１から飛び出した
ダストのうち、炭材に起因しカーボン分を含む約１０μ
ｍ以上の比較的粗いダストをサイクロン１４で補集し、
該ダストに含まれるカーボン分の大部分を分離する。こ
のカーボン分を主体とするダストは、ダスト溜めホッパ
１５を経由し、その一部がダスト輸送装置１６を介して
竪型溶融還元炉１の上段羽口９に吹き込まれる。また、
ダスト溜めホッパ１５内のダストの一部は、バルブ１７
ａ、１７ｂを開閉し、ダスト排出ホッパ１８を経由して
系外に排出される。一方、サイクロン１４で補集されな
かった微細なダストは、Ｚｎ分を主体としており、排ガ
スと共に冷却槽１９に導入され、水スプレー配管２０か
ら直接に水スプレーして、分離冷却される。そして、冷
却槽１９内に、冷却水と懸濁したスラリー２１として溜
められる。

【００１３】なお、水スプレーで２００℃以下に冷却さ
れた除塵後の排ガスは、系外に出される。また、冷却槽
１９内のスラリー液２１の液面レベルは、レベル計２３
と流量調整弁２４を用いて制御される。そして、Ｚｎ分
を主体としたダストは、スラリー液２１として、スラリ
ーポンプ２２を用いて脱水機２５に輸送され、スラリー
濃度４０〜８０％の範囲で脱水後、スラリー輸送装置２
６を経由して、Ｚｎ分が濃化されたスラリーとして容器
２７に排出される。さらに、脱水機２５の排液は、沈殿
槽２８に送られて排液中に多少含まれるダスト等の固形
分を沈降させ、固形分の大半を取り除いた処理水２９を
処理水ポンプ３０で水スプレー配管２０を経由し、冷却
槽１９に循環させる。最後に、容器２７に排出されたＺ
ｎ分の濃化したスラリー３９は、乾燥で水分が除去さ
れ、本発明の対象である回収物４０となる。２）本発明に係る亜鉛含有粉体の処理方法発明者は、前記目的を達成するため、上記した従来の亜
鉛回収方法及び回収物４０について調査、研究を行っ
た。その結果、以下のような知見を得た。すなわち、該
回収物４０は、（ａ）羽口を介して炉内に吹き込まれた
亜鉛含有粉体中の亜鉛分が還元気化し、この気化した亜
鉛蒸気を含む排ガスが炉外で冷却、回収された亜鉛、
（ｂ）炉内で消費されずに，排ガスで炉外に排出された
微細な炭材、（３）炉内の製錬反応で生成したメタル及
びスラグで構成される。

【００１４】また、さらなる調査の結果、回収物４０中
の亜鉛量は、炉内に供給された原料中の亜鉛量と一致
し、回収物４０中のメタル及びスラグ量もほぼ一定であ
るが、微細な炭材６の量だけが、大きく変動しているこ
とが判明した。つまり、「炉内で消費されずに炉外に排
出された微細な炭材６」の量の変動が、回収物４０中の
亜鉛濃度が変動する原因と言える。この微細な炭材６
は、主として炉頂から装入される炭素系固体還元剤の付
着粉が、炉内で乾燥し、排ガスに伴われて排出され、回
収物４０中に混入したものである。

【００１５】そこで、発明者は、この知見に基づき、炭
材２中の微粒を事前に除去し、炉内に持ち込まれるその
量を一定にすれば、回収物４０中の炭材量を低位に安定
できると考えた。また、そのようにすれば、亜鉛濃度の
変動が減少すると共に、亜鉛にとっての不純物が減少す
るので、亜鉛濃度も高位に安定すると予想した。そし
て、引き続き、除去すべき炭材の限界粒径について研究
を行った。

【００１６】その結果、前記回収物４０の粒径は、高々
０．５〜１ｍｍであることが判明した。さらに、走査型
電子顕微鏡を用いて、該回収物４０を高倍率で直接観察
したり、元素分析を行ったところ、該回収物４０の比較
的粗粒部分を微粒の炭材６が占め、微粒部を亜鉛を主体
とするダストが占めることを確認した。この事実から、
発明者は、還元炉へ装入する炭材２中の１ｍｍ以下の微
粒を除去すれば、回収物４０中の亜鉛濃度の安定化と上
昇が可能となると判断した。

【００１７】そして、この考えを具体化するため、微粉
除去装置５について検討した。通常、篩分けが、粒度分
布を有する粉体から特定の粒度範囲を除去するための最
も基本的な手段である。しかしながら、対象還元炉の炉
内に供給する炭材２の粒径上限は３０ｍｍ程度であるの
に対して、回収物４０中の亜鉛濃度を安定させるために
除去すべき炭材の粒径上限は１ｍｍと差がある。この篩
い分けを実際の操業で連続的に且つ完全に行うことは、
思った以上に難しい。そのため、発明者は、篩の選択に
鋭意努力し、炭材が間隙から落下しない程度に目が細か
い篩としてＪＩＳＺ８８０１で規定した目開き１ｍｍ
の篩網を採用したところ、漸く目標とする微粒が除去で
きた。そこで、前記図１に点線で囲み示したように、還
元炉１の炉上部に組込むようにしたのである。

【００１８】以上述べたように、本発明は、炉内に持ち
込まれる炭材の微粒６を事前の除去操作によって調整管
理することであるが、該微粒の除去量は、前記篩の操作
時間によって調整でき、その結果として前記回収物４０
中の亜鉛濃度が制御できるのである。なお、図１の設備
では、還元炉１で発生した排ガスを冷却槽１９に直接導
いても良い。その場合、サイクロン１４、ダスト溜めホ
ッパ１５を省略することが可能で、設備の簡便化が図れ
る。また、亜鉛の回収方法としては、水スプレーを用い
て排ガスに対して直接水を噴霧し、排ガスの冷却と排ガ
ス中から亜鉛を含有するダストを回収する図１に示す湿
式回収方法の他に、図２に示すような乾式回収法を用い
ても良い。つまり、還元炉１の後段にサイクロン集塵装
置１４、間接冷却式の冷却槽３１、およびバッグフィル
タ３３を配置して、サイクロン１４で補集されなかった
微細なＺｎ分を主体としたダストを、排ガスと共に冷却
槽３１に導入する。この冷却槽３１の内部には、冷却水
配管３２が配置されており、高温の排ガスやダストは、
それらがもつ顕熱と冷却水が熱交換することにより約２
００℃以下に冷却後、バッグフィルタ３３に送られる。
そして、該冷却槽３１とバッグフィルタ３３に留まった
冷却されたダストは、切り出し装置３４ａ、３４ｂを用
いて輸送装置３５から切り出されて、系外に排出される
ようにするのである。

【００１９】

【実施例】図１に示した竪型溶融還元炉を下記仕様と
し、亜鉛含有粉体に表１に示す組成の電気炉ダストを用
いて、本発明に係る処理方法の効果確認の操業試験を行
った。溶融還元炉炉径：１．２ｍ高さ：８．０ｍ羽口：上段、下段各３本送風条件送風量：１６５０Ｎｍ³ ／ｈｒ送風温度：９００℃ 富化酸素量：５０〜２００Ｎｍ³ ／ｈｒ粉体吹込み配合比：電気炉ダスト９０％：溶剤（石灰石＋珪石）１０％吹込み量：８００ｋｇ／ｈｒ（電気炉ダスト）その際、出銑口１１から排出された溶融メタルは、Ｆ
ｅ：９０〜９３重量％、Ｓｉ：１〜２重量％、Ｃ：４．
０〜４．３重量％、Ｍｎ：０．８〜１．２重量％、Ｃ
ｒ：０．６〜０．９重量％を含む銑鉄である。また、ス
ラグ組成は、２４〜２７重量％ＳｉＯ₂ 、１６〜２４重
量％Ａｌ₂ Ｏ₃ 、２２〜２５重量％ＣａＯ、２．３〜
２．６重量％ＭｇＯ、５．７〜６．８重量％ＭｎＯであ
った。

【００２０】使用した炭材２は、高炉用コークスであ
り、３５ｍｍ以下の粒径のものを用いた。試験中にサン
プリングしたコークスのサンプルは、水分８重量％であ
り、それを湿式で粒径分布を測定したところ、１ｍｍ以
下の微粉は６重量％であった。このコークスを用いて、
上記溶融還元炉１にて前記亜鉛含有粉体３６の処理を行
った。

【００２１】また、効果比較のため、上記コークスから
微粉除去を行わない操業も行った。それに対して上記本
発明の実施例では、上記コークスを水分３重量％（外
数）に乾燥してから篩分けを行う操業試験も行った。そ
の篩分けには、開口部の形状が３ｍｍ角のゴム製打ち抜
き網を用いた。篩分けの時間を変更することで、コーク
ス中の微粉割合を変えて操業を行った。各条件での操業
は、それぞれ２４時間以上実施し、還元炉１へ装入する
直前のコークスのサンプリングによって、コークス中の
１ｍｍ以下の微粒割合と前記回収物４０中の亜鉛濃度を
確認した。表２に、かかる操業の結果を、一括して示
す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】比較例１は、上記したコークスを篩分けせ
ずに、そのまま使用した例である。実施例２から７は、
上記したコークスを乾燥してから篩分けしたものを使用
した結果である。コークス中の微粉割合が低下すること
で、回収物４０中の亜鉛濃度が上昇していることが、表
２より明らかである。これは、炉頂から装入したコーク
ス中の微粒が炉内ガスに同伴して回収物４０中に混入す
ることで、その亜鉛濃度を低下させていたからである。
これにより、還元炉１の炉頂装入コークスの１ｍｍ以下
の微粉の量を調整することで、回収物４０中の亜鉛濃度
をコントロールできることが確認できた。この場合、設
備規模や、亜鉛含有粉体３６の品位等により炉頂から装
入する１ｍｍ以下のコークスの割合と回収物４０中の亜
鉛濃度の絶対値の関係は、変化することが考えられる
が、それぞれの炉１に応じて図３のような関係を予め把
握しておくことで、回収物４０の目標亜鉛濃度に対応す
る炉頂装入コークス中の微粒の割合を調整することがで
きる。

【００２５】図４は、上記の操業試験で使用したコーク
スの乾燥程度を変えて、前記篩で篩分けを行った結果を
示す。それは、コークスの水分量を０から８重量％で変
更したコークスの付着微粉割合を示す。コークスの水分
量が４重量％を超えている状態では、コークスの表面で
の付着粉が多く、篩分けによる微粉を除去する効果があ
まりない。また、水分量が２重量％を下回るまで乾燥を
強化しても、付着粉の除去効果は飽和しているため、乾
燥は２重量％までしておけば良い。

【００２６】表１の実施例８は、実施例３にほぼ近い条
件でコークス中の１ｍｍ以下の微粉量を３重量％に低下
させた例であるが、同時に篩分けで分離した１ｍｍ以下
の微粉コークスを下段羽口１０から吹き込んで燃料とし
て利用した例である。この例では、羽口から吹き込んだ
燃料は、羽口先で即座に燃焼して熱源として使用された
ため、炉頂からのコークスの装入量は、その分低減でき
た。したがって、炉頂からの装入コークス量は、羽口か
ら吹き込んだコークス量２６ｋｇ／ｈ分だけ低減でき
た。

【００２７】なお、上記実施例では、電気炉製鋼で発生
したダストを用いたが、本発明は、その原理から明らか
なように、亜鉛含有していれば、その製造履歴を問わず
いかなる金属のダストにも適用できる。また、鉛を始め
とする鉄と比較して蒸気圧が高い金属の回収において
も、同様の優れた効果が得られる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、竪型
溶融還元炉を用いて亜鉛含有粉体から亜鉛を回収するに
当たり、回収物中の亜鉛濃度の変動が小さくなり、品位
が安定すると共に、品位の向上が得られた。また、回収
物の品位を低下させていた炭材の微粒を直接羽口に吹き
込むことで、回収物の亜鉛濃度に影響を与えずに、炉頂
から装入する炭材量が低減できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る亜鉛含有粉体の処理方法を実施す
る設備を示す流れ図である。

【図２】図１と別態様の流れ図である。

【図３】コークス中の１ｍｍ以下の微粒割合と回収物中
の亜鉛濃度との関係を示す図である。

【図４】コークス水分率と１ｍｍ以下の微粉割合との関
係を示す図である。

【符号の説明】

１竪型溶融還元炉（還元炉）２炭素系固体還元剤（炭材）３炭材用ホッパ４微粉除去前の炭材５微粉除去装置６微粒の炭材７微粒を除去した後の炭材８粉体吹込み装置９上段羽口１０下段羽口１１出銑口１２出滓口１３２次燃焼ランス１４サイクロン１５ダスト溜めホッパ１６ダスト輸送装置１７ａ、１７ｂバルブ１８ダスト排出ホッパ１９冷却槽２０水スプレー配管２１スラリー液２２スラリーポンプ２３液面レベル計２４流量調整弁２５脱水機２６スラリー輸送装置２７容器２８沈殿槽２９処理水３０処理水ポンプ３１間接冷却式の冷却槽３２冷却水配管３３バッグフィルタ３４ａ、３４ｂ切り出し装置３５輸送装置３６原料（亜鉛含有粉体）３７フラックス３８レースウエイ３９亜鉛の濃化したスラリー４０回収物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温空気を吹き込む上下２段に設けた複
数個の羽口を有する竪型溶融還元炉の内部に、炉頂より
装入した炭素系固体還元剤で充填層を形成し、前記羽口
のうちの少なくとも上段羽口より該充填層に亜鉛含有粉
体を吹込み還元精錬し、その排ガスを冷却して亜鉛を回
収するに際し、１ｍｍ以下の微粒含有量を予め定めた値以下に調整した
炭素系固体還元剤を用いることを特徴とする亜鉛含有粉
体の処理方法。
【請求項２】前記炭素系固体還元剤の粒度調整を、該
還元剤の水分率を２〜４重量％まで乾燥後に行うことを
特徴とする請求項１記載の亜鉛含有粉体の処理方法。
【請求項３】前記１ｍｍ以下の微粒含有量を、回収物
中の目標亜鉛濃度に応じて定めることを特徴とする請求
項１又は２記載の亜鉛含有粉体の処理方法。
【請求項４】前記粒度調整で得た１ｍｍ以下の微粒
を、上下２段の羽口のいずれか、もしくは両方を経由し
て炉内に吹込むことを特徴とする請求項１〜３いずれか
に記載の亜鉛含有粉体の処理方法。
【請求項５】前記亜鉛含有粉体を、電気炉ダストとす
ることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の亜鉛
含有粉体の処理方法。