JPH11310832A - 製鋼廃棄物の金属酸化物の処理法 - Google Patents

製鋼廃棄物の金属酸化物の処理法

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JPH11310832A
JPH11310832A JP8207999A JP8207999A JPH11310832A JP H11310832 A JPH11310832 A JP H11310832A JP 8207999 A JP8207999 A JP 8207999A JP 8207999 A JP8207999 A JP 8207999A JP H11310832 A JPH11310832 A JP H11310832A
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ジェイ.コロス ピーター
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エス.ヘグデ ビシュワプラカシュ
R Diga Valdis
アール.デイガ バルディス
S Bajaji Jagitto
エス.バジャジ ジャギット
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高炉ダスト、純酸素転炉ダスト、ミルスケー
ル、含油スラッジ等の製鋼廃棄物の金属酸化物から、鉄
を回収し亜鉛や他の混入物を分離する処理法の改良に関
する。鉄の金属化濃度を95%、もしくは、それ以上で
あり、亜鉛酸化物の除去を99%以上で達成可能な処理
法を提供する。 【解決手段】 本発明による処理法は、廃棄金属酸化物
の混合物に、全炭素含有量が16〜22%となる量の粉
コークスを、そのサイズの50%以上が+60メッシュ
以上であるものを混合する工程と、約12.7〜19.
05mmの厚みを有するブリケットを形成するため、混
合物をブリケッティングする工程と、鉄を金属化し、亜
鉛と他の酸化物を放出するため、回転炉床炉内でブリケ
ットを焼成する工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は概して製鋼廃棄物の
金属酸化物の処理法に関し、より詳しくは高炉ダスト、
純酸素転炉(BOF)ダスト、スラッジやミルスケール
のような廃棄酸化物から鉄、亜鉛や鉛を分離、回収する
処理法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄成分を回収し、亜鉛や鉛の酸化物等の
ような混入物成分を分離するため、製鋼からの廃棄酸化
物処理の様々な方法が従来より提案されている。そのよ
うな先行技術における処理法の1つが、米国特許第5,
601,631号で開示されている。この特許の処理法
は、金属酸化物の廃棄物と炭素質の材料との乾質混合物
を造る工程と、圧粉体を形成するためブリケッティング
によるような混合物を塊状化する工程と、回転炉床炉内
において約1148.9℃(約2100°F)〜約13
43.3℃(約2450°F)の有効炉床温度で約5〜
12分間成形体を焼成する工程を含む。炭素質の材料
は、乾質混合物を接着し圧粉体を形成するため軟化す
る、高揮発性の内容物を含むものである。好ましい実施
態様においては、炭素質の材料は石炭である。上記特許
で開示されているように、鉄、鉛、カドミウムと亜鉛の
金属酸化物は、比較的低いCO/CO2 比、すなわち2
〜5、非常に好ましくは約3において還元する。上記特
許は99%以上の亜鉛、カドミウムと鉛の酸化物の除去
を主張している。
【0003】米国特許第4,780,135号は、ダス
トを粉コークス、炭塵、木炭、もしくは、他の適当な炭
素源などの炭素と混合し、混合物をペレット化すること
による、廃棄金属酸化物の処理法を開示している。ペレ
ットは回転炉床炉内において温度範囲593.3℃(1
100°F)〜1093.3℃(2000°F)で約8
〜20分間焼成する。
【0004】米国特許第3,836,353号は、ダス
トをまず最終的に分離するコークスと混ぜ、その後ペレ
ット化することで、製鋼炉ダストから鉄と酸化物不純物
を回収する方法を開示している。回転炉床炉内におい
て、乾燥領域(260.0℃(500°F)〜315.
6℃(600°F))、加熱領域(815.6℃(15
00°F)〜871.1℃(1600°F))、亜鉛の
ような混入物を気化し除去する約1093.3℃(約2
000°F)に加熱する領域、再酸化し硬質化する領域
(1093.3℃(2000°F)〜1343.3℃
(2450°F))を7〜15分間で通過し、ペレット
を処理する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般的に上述のよう
に、製鋼における廃棄生成物から鉄を回収し酸化不純物
を分離する先行技術による処理法は、概して、廃棄酸化
物を炭素質の材料と混合し、圧粉体を形成するためペレ
ット化、もしくは、ブリケッティングにより混合物を塊
状化し、そして、鉄成分を金属化し、亜鉛や鉛のような
混入酸化物を揮発するため、回転炉床炉内において約1
371.1℃(約2500°F)の温度で成形体を焼成
することを含む。これらの従来の処理法のいくつかは多
少は受け入れられた一方、本発明の処理法により明らか
にしたある困難さのため、完全に成功した方法は未だな
い。例えば、ペレット化には約12%までの水分で混合
物を濡らし、球状のペレットに成形することが必要であ
る。乾燥する際、ペレットは高速で外向きの反応ガスの
動きを妨げる比較的堅い外皮を発生する。コスト的に生
産性の障害となる予備乾燥や緩やかな加熱をしなけれ
ば、ペレットは剥離する。約12.7mm(約1/2イ
ンチ)の大きなペレットは、1%以下の水分まで予備乾
燥をしても、含有するオイル、COなどから生じる過度
の内部圧力をため込み、破裂することが知られている。
このペレットの粉砕によりガス流れやバッグハウス受け
器内に、鉄酸化物の微粒子を持ち越す結果となり、それ
により亜鉛の品質への影響や、更なる製鋼用の回収可能
な鉄成分の還元に対して不利になる。粉砕を回避する試
行において小さいペレットを使用するには、熱伝達を遅
らせ、金属化や亜鉛除去の量を低下させる、炉床上に多
層状の詰め込みを行うことになる。
【0006】ベントナイト等のような結合助剤は、回転
炉床炉内への装入に耐える十分な未焼結強度を持つペレ
ットを作成する際に使用されている。ベントナイトの使
用は、ペレット内、ペッレト上の酸化物の溶解とスラッ
ギングを促進する添加材料の不利益を有する。より詳し
くは、ベントナイトは既にアルカリ酸化物に富む廃棄酸
化物中に珪酸塩とアルカリ金属を加え、それによりこれ
らの金属が溶解しスラグを形成する温度を低下させる。
ペレットのスラッギングによって、最大作業温度と、従
って、炉の生産性に制限を加える。
【0007】ブリケットはペレットより剥離しにくい傾
向があり、高速の金属化が達成できる一方で、その使用
の際ある不利益を受けてきた。従来技術により作成した
ブリケットは、スラッギングと微細組織中での高い再酸
化度を示した。ペレットの場合のように、スラッギング
は最適な金属化を達するのに必要な温度での不要な酸化
物の溶融により生じる。スラッギングにより鉄酸化物は
包まれ、還元がより困難になる。再酸化によって金属化
度は減少する。
【0008】鉄の再酸化を生じるブリケット中の炭素消
耗を最小化する成果において、ブリケッティング前に廃
棄酸化物を石炭と混合することが提案された。ブリケッ
ト内の外周部で炭素を消耗した領域が生じるような炉の
条件の下で急速に酸化し、そのため石炭の使用は完全に
効果的ではなかった。炭素を表面から除去した場合に
は、内部の炭素は表面での再酸化を防止せず、内部の金
属化が終わらなくても、再酸化は始まりうる。さらに、
石炭によりブリケット中に添加された揮発性材料は、焼
成中のブリケットに亀裂が入る原因となりうる。
【0009】本発明の目的は、上述した先行技術の実施
における不利益を最小化した、鉄、亜鉛と鉛の成分を分
離、回収するための製鋼廃棄物の酸化物処理法を改良し
て提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の改良した処理法
は、炭素、鉄、亜鉛と鉛の成分を含む混合物を形成する
ため、乾質廃棄酸化物とスラッジを混合する工程と、約
16〜約22重量%の全炭素含有量にするに足る量の微
粒子コークスを上記混合物に添加する工程と、約12.
7mm(約1/2インチ)〜約19.05mm(約3/
4インチ)の厚みを有する未焼結ブリケットを形成する
ため、ベントナイトのようなアルカリ金属結合剤を含ま
ない混合物をブリケッティングする工程と、鉄酸化物を
鉄元素に還元し、亜鉛と鉛を放出するため、1093.
3℃(2000°F)を超える温度の回転炉床炉内で未
焼結ブリケットを焼成する(通常は約18分間までの)
工程と、製鋼処理に使用するため焼成したブリケットを
炉から抽出する工程と、回転炉床炉の下流において、放
出した亜鉛と鉛を回収する工程を含む。
【0011】
【発明の実施の形態】特に好ましい実施態様において
は、混合物に添加するコークスの約50%は、+60メ
ッシュ、もしくは、それ以上の大きさの微粒子であり、
コークスを約18重量%の量で添加する。処理は好まし
くは、約14分程度の時間について1260.0℃(2
300°F)以上の温度でブリケットを焼成することで
行う。
【0012】本発明の処理法は、95%、もしくは、そ
れ以上までの濃度の金属化をもたらす。亜鉛除去は99
%以上で、鉛除去は95%以上である。亜鉛、鉛とその
他の酸化混入物は、回転炉床炉からバッグハウスへ排出
される。亜鉛除去の高い濃度と、ダスト受け器への鉄酸
化物の移動が極微量であることにより、主に亜鉛プラン
トでの使用に適した亜鉛酸化物に富む生成物を生じる。
亜鉛の鉄に対する比率は、十分10以上であると明らか
になっており、70を超えうるものである。
【0013】この発明の好ましい実施態様を実行する
際、純酸素転炉ダスト、高炉ダスト、ミルスケール等の
ような乾質廃棄酸化物は、オイルを含むミルスケールの
ような含油製鋼廃棄物と混合し、それは1996年5月
31日にMethod of Agglomerating Oil-Containing Ste
el Mill Waste というタイトルで、同時係属出願した出
願番号第08/646,832号において記述した方法
であり、その開示を参照し連携する。廃棄酸化物はその
現存の状態で使用でき、すなわち、微粒子サイズを小さ
くするため粉砕する必要はない。本発明によると、混合
物中に含まれる酸化物の還元可能な化学量論的な要求に
合致する量より、約5%炭素含有量を引き上げるに足る
量の粉コークスを混合物中に混ぜる。乾質、含油廃棄酸
化物の混合物は、典型例として約13%の炭素含有量を
有する。従って、約16〜約22重量%の範囲に、より
好ましくは約18重量%の炭素濃度含有量に引き上げる
に足る量の粉コークスを混合物に添加する。粉コークス
はサイズを分類し、約96%が8メッシュのふるいを通
過し、約50%、もしくは、それ以上が+60メッシ
ュ、もしくは、それ以上のものである。
【0014】ブリケッティング用の混合物を作成するの
に結合剤を使用する。結合剤は重大な影響を及ぼすアル
カリ金属を含有しないことを特徴とする。典型的な廃棄
酸化物の混合物は約0.45%のNa2 O+K2 Oを含
む。1.5%のベントナイト添加により、ブリケットを
約1248.9℃(約2280°F)、もしくは、それ
以上にさらすと、約10分でスラグ形成が観察できる濃
度のアルカリ金属含有量に上昇するということが、テス
トにより示された。スラッギング現象は、鉄酸化物がス
ラグ中で薄まるため達成可能な金属化を制限する。本発
明の1例では、結合剤は糖蜜と消石灰であり、それぞれ
4%と3%の量で混合物に混ぜる。しかしながら、物理
的に弱い未焼結ブリケットになるが、結合剤の量を減ら
したものを使用することができる。
【0015】混合材料から形成した未焼結ブリケット
は、好ましくは約12.7mm(約1/2インチ)〜約
19.05mm(約3/4インチ)の厚みを有し、非常
に好ましくはおよそ12.7mm(1/2インチ)〜1
5.875mm(5/8インチ)の厚みである。他の寸
法は商業的なブリケットサイズに一致する。約12.7
mm(約1/2インチ)以下のブリケット厚みでは炉床
上に詰め込まれ、それが金属化の速度とその程度に不利
な影響を及ぼす。約19.05mm約(3/4インチ以
上の厚みでは、不十分な金属化に終わる。
【0016】形成したブリケットを回転炉床炉内に装入
する。最適な金属化のため、ブリケットはその1〜1.
5倍の厚みの層内で炉床上に装填する。ブリケットを約
1065.6℃(約1950°F)、もしくは、それ以
上の温度に保持した炉床の領域に装入する。炉床が回転
するにつれて、ブリケットは温度が増加し、最終的に約
1315.6℃(約2400°F)、もしくは、それ以
上の最終焼成温度になるよう保持してある、連続した領
域を移動する。ブリケットは約10〜14分間炉内で加
熱する。
【0017】炉内雰囲気の制御は、所望の金属化度を達
成するのに重要である。COのCO 2 に対する比は最小
でも2.0、好ましくはそれ以上でなければならない。
炉床の動作方向はブリケットが炉内にあるかなりの時
間、高温ガスの流れと逆向きであるべきである。本発明
を実行するのに十分であると明らかになった回転炉床炉
の1例おいては、ブリケットを炉内に最初に装入した
際、炉床がおよそ27°回転する間高温ガスの流れと一
致している。その後ガス流れの向きは、ブリケットが最
高焼成温度に達し、炉から抽出されるまで、炉床の回転
方向と逆向きである。炉のチャンバーから排出される高
温ガスは、酸化可能なガスを完全に燃焼し、気相の金属
亜鉛と鉛を空気とともに酸化する、アフターバーナー領
域を移動する。ダストに満ちたガスは、露点以上の温度
で、ガスが運ぶ固体を捕らえるため設置したバッグハウ
スへの損傷の危険を示さない十分な冷却を、空冷、もし
くは、水冷で行う。
【0018】本発明の処理法を好ましい方法で実行した
とき、ブリケットは還元と、99.6%の量の亜鉛と鉛
の除去により、少なくとも93%、そして最適には95
%、もしくは、それ以上の金属化が可能である。バッグ
ハウス内のダスト受け器の組成は、1.0%以下の鉄を
鉄酸化物として含み、それにより、回収可能で、有益な
亜鉛酸化物の副産物を提供する。
【0019】およそ18%の炭素を含むブリケッティン
グ混合物を用意するのに石炭の代わりに粉コークスを使
用し、約50%の微粒子が+60メッシュ、もしくは、
それ以上のサイズを持つ粉コークスにサイズ分類するこ
とは、上述した結果を達成するのに重要な因子となる。
石炭の代わりにコークスを使用することは、揮発性ガス
が作る断層線のためブリケットが破損するのを少なくす
る。さらに、粉コークスの灰はブリケット内でスラッギ
ングしにくい傾向にある。50%が+60メッシュ、も
しくは、それ以上の粉にした粗い粉コークス微粒子を添
加することにより、還元した鉄を再酸化から保護する。
炉のガスは炭素と金属の両方を酸化するとしても、ブリ
ケットの表面領域にある粗いコークス微粒子が、金属に
対して還元条件に維持し、それにより再酸化に対して保
護する。−100メッシュに粉砕した粉コークスを使用
することは、+60メッシュの材料より炉内でより酸化
するようであり、ブリケットの表面でコークスの消耗領
域をもたらすということが明らかになった。コークスの
消耗領域の厚みがわずか約100〜200ミクロンにな
ると、金属化がブリケット内部で完了してなくても、再
酸化が始まる。このように、ブリケット表面に、もしく
は、その近傍に炭素が局所的に存在することが、再酸化
なしに高い金属化度を達成するのに必要であるというこ
とが明らかになった。
【0020】
【実施例】本発明の他の特徴と利点は、以下に記述した
詳細な実施例より明白である。テストランは製鋼におけ
る様々な出所からのスラッジを含む純酸素転炉ダスト、
高炉ダスト、ミルスケールと鉄酸化物について行った。
乾質廃棄酸化物とスラッジは、同時係属出願番号第08
/646,832号に記述した方法で混合した。混合物
は少なくとも10%のミルスケールを含み、約10%が
+8メッシュのものからなるサイズであった。廃棄酸化
物はその現存の状態、すなわち、粉砕せずに使用した。
96%が−8メッシュで、約50%が+60メッシュの
サイズである粉コークスを混合物に添加し、炭素濃度は
およそ21%であった。表1は供給したブリケット組成
の結果である。
【0021】およそ厚み12.7mm(1/2インチ)
〜幅15.875mm(5/8インチ)×長さ22.2
25mm(7/8インチ)のサイズを持つブリケットを
作成するため、供給材料をブリケッティングし、それを
図面に示したように回転炉床炉内に装入する。炉の温度
は装入領域から抽出領域にかけて、図面において1から
5で示した5つの領域を通過して高くなる。温度プロフ
ァイルは、装入領域1で1073.9〜1079.4℃
(1965〜1975°F)、第2領域2で1266.
1〜1275.6℃(2311〜2328°F)、第3
領域3で1298.3〜1312.2℃(2369〜2
394°F)、第4領域4で1325.6〜1335.
0℃(2418〜2435°F)、抽出領域5で130
8.9〜1315.0℃(2388〜2399°F)で
あった。炉内の全滞在時間は13.5分であった。テス
ト全体について、43.1kg(95ポンド)のブリケ
ットを炉内に供給し、24.0kg(53ポンド)の処
理済ブリケットを回収した。表2にブリケットの組成を
示す。
【0022】バッグハウスにおいて回収したダストを分
析試料とした。表3にその結果を示す。本発明の多くの
変形例と修正例が、先の記述や特定の実施例からみて技
術に熟練したものにとって明らかであろう。従って、請
求の範囲内で本発明を別の方法や特に記述したように実
行可能であるということは理解できる。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】
【発明の効果】本発明による、高炉ダスト、純酸素転炉
ダスト、スラッジやミルスケールのような廃棄酸化物の
処理法は、鉄の金属化濃度が95%、もしくは、それ以
上であり、亜鉛酸化物の除去が99%以上で達成可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の処理法を実行するのに適した回転炉床
炉の模式図。
【符号の説明】
1…装入温度領域 2…第2温度領域 3…第3温度領域 4…第4温度領域 5…抽出温度領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22B 13/02 C22B 13/02 19/30 19/30 (71)出願人 594024888 ユーエスエックス エンジニアーズ アン ド コンサルタンツ,インコーポレーテツ ド アメリカ合衆国ペンシルバニア州ピッツバ ーグ,グラント ストリート 600 (72)発明者 ピーター ジェイ.コロス アメリカ合衆国,ペンシルバニア 15232, ピッツバーグ,メイプル ハイツ ロード 154 (72)発明者 ビシュワプラカシュ エス.ヘグデ アメリカ合衆国,オハイオ 44136,スト ロングスビル,バーセイルズ ドライブ 10139 (72)発明者 バルディス アール.デイガ アメリカ合衆国,オハイオ 43614,トレ ド,グレン エリン ドライブ 1717 (72)発明者 ジャギット エス.バジャジ アメリカ合衆国,ペンシルバニア 15668, マリーズビル,ティンバーウッド コート 1013

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高炉ダスト、純酸素転炉ダスト、スラッ
    ジとミルスケールを含む、製鋼プラントにおける廃棄酸
    化物から、鉄、亜鉛と鉛を分離、回収する処理法であっ
    て、次の工程、 a)乾質廃棄酸化物とスラッジを混合することで、炭素
    と、鉄、亜鉛と鉛の成分を含む混合物を形成する工程
    と、 b)約16〜約22重量%の全炭素含有量にするに足る
    量の微粒子コークスを、上記混合物に添加する工程と、 c)アルカリ結合剤なしで上記混合物をブリケッティン
    グすることによって、約12.7〜約19.05mmの
    厚みを有する未焼結ブリケットを形成する工程と、 d)1093.3℃を超える温度の回転炉床炉内で、上
    記未焼結ブリケットを焼成することで、鉄酸化物を鉄元
    素に還元し、亜鉛と鉛を放出させる工程と、 e)製鋼処理に供するため、回転炉床炉から焼成ブリケ
    ットを抽出する工程と、 f)回転炉床炉の下流において、放出した亜鉛と鉛を回
    収する工程を含む製鋼廃棄物の金属酸化物の処理法。
  2. 【請求項2】 廃棄酸化物のサイズを小さくすることな
    く使用することを特徴とする請求項1記載の処理法。
  3. 【請求項3】 上記微粒子コークスの約50%が、+6
    0メッシュ、もしくは、それ以上のサイズを持つ微粒子
    である請求項1または2記載の処理法。
  4. 【請求項4】 上記微粒子コークスを約18重量%の量
    で上記混合物に添加する請求項1から3のいずれか1項
    記載の処理法。
  5. 【請求項5】 結合剤を上記混合物に上記ブリケッティ
    ング工程前に添加し、上記結合剤が糖蜜と消石灰の混合
    物である請求項1から4のいずれか1項記載の処理法。
  6. 【請求項6】 上記未焼結ブリケットを1260.0℃
    を超える温度で焼成する請求項1から5のいずれか1項
    記載の処理法。
  7. 【請求項7】 上記ブリケットの焼成時間が約14分程
    度である請求項1から6のいずれか1項記載の処理法。
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