JPH11504985A

JPH11504985A - 鉄酸化物含有物から金属を回収する方法

Info

Publication number: JPH11504985A
Application number: JP53350796A
Authority: JP
Inventors: ディジェ，シャム・ブイ; モーガン，ウィリアム・エイ; ペンランド，ジェリー・エル
Original assignee: フィリップ・サービシーズ・コーポレイション; ウエスティングハウス・エレクトリック・コーポレイション
Priority date: 1995-05-03
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 1999-05-11
Also published as: US5728193A; ZA963531B; CA2219415A1; WO1996034987A1; AU5723596A; MX9708384A; TW348185B; KR19990008192A; CN1186522A

Abstract

(57)【要約】鉄酸化物含有物から鉄を回収する方法である。この方法は、垂直シャフト炉（１１）に塊状コークス（２８）のベッド（２７）を形成すること、鉄酸化物含有物およびスクラップ金属を塊状コークス（２８）のベッド（２７）に供給すること、および約５０００°Ｆより高い温度を有するプラズマガスをコークスベッドに供給しながら、コークスベッド（２７）のコークスを燃焼させて、コークスベッド（２７）内に４０００°Ｆを越える温度の反応領域を形成することを含む。塊状コークス（２８）のベッド（２７）に供給された鉄酸化物含有物およびスクラップ金属は溶融して溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を生成する。この溶融相は反応領域に流れ込んで、反応領域内で塊状コークス上でフィルムを形成し、フィルム中の鉄酸化物は固体／液体還元でコークスからの炭素により還元されて、溶融鉄（２２）を生成する。この溶融鉄（２２）は炉（１１）から排出される。

Description

【発明の詳細な説明】鉄酸化物含有物から金属を回収する方法発明の背景本発明は、炉を使用して、鉄を含有するダスト、残渣または他の材料から鉄および亜鉛のような有価金属を回収する方法に関する。（酸化物または金属形態で）有価金属を含む大量のダスト、残渣および他の材料が年々発生する。これらの材料には、例えば鉄および／または鋼を溶融する炉（例えば電気アーク炉（ＥＡＦ、electric arc furnace）において生じるダストが含まれ、これは多量の鉄酸化物、亜鉛酸化物等を含む。米国特許第４,５２５,２０８号（Yasukawaら）において、ロータリーキルンおよびロータリー溶解炉を含む装置を使用して、鉄および鋼ダストから亜鉛および鉛を回収する方法が提案されている。この方法では、ロータリーキルンに鉄および鋼ダストならびに還元剤（例えば粉末コークスまたは石炭）を加えて酸化物を部分的に還元する。部分的に還元さえれた材料はロータリー溶解炉に供給されて、そこで亜鉛および鉛が還元されて蒸発し、溶融物が生成する。蒸発した亜鉛は、その後、空気により酸化されて亜鉛酸化物として回収される。しかしながら、亜鉛の再酸化は比較的多量の出口ガスを生成することになるので望ましくない。更に、この種の２段階プロセスは１段階プロセスより多くのエネルギーを消費し、設備費が高くなる。米国特許第４,６１２,０４１号において、鉄含有ダストから鉄および亜鉛を回収するために電気炉を使用するプロセスが開示されている。このプロセスでは、鉄含有ダストから形成される凝集物がシャフト炉（または高炉）に供給され、そこで、乾燥されて予熱され、鉄含有ダスト中の水酸化物、カーボネート等が除去される。凝集物は、次に、コークスと一緒に誘導加熱炉に送られ、そこで還元される。亜鉛は蒸発して金属亜鉛の形態で回収される。鉄、鉛およびスラグは誘導加熱炉にて溶融し、分離されて回収される。一般的に、この方法は、比較的多量の電力を消費し、不経済である。更に、誘導加熱炉においてスラグをコントロールするのは比較的困難であり、溶解のために必要な温度を維持することは、炉内に多量の金属を保持しない限り、困難である。米国特許第５,２７９,６４３号（Kanekoら）において、鉄ダストから有価金属を回収する方法が提案され、その方法では、アルミニウム精錬カーボンスラッジが鉄ダストと混合され、混合物から凝集物を生成する。この凝集物は、塊状コークスおよびフラックスと一緒にシャフト炉に供給され、塊状コークスの燃焼により約１０００℃〜１５００℃に加熱される。鉄酸化物を還元することにより得られる鉄およびスラグは、溶融状態で蓄積し、別々に回収される。揮発性金属、例えば亜鉛、鉛およびカドミウムは、シャフト炉において蒸発して空気により再酸化されて粗酸化物となり、その後、排ガスと一緒にシャフト炉から排出されて後のフィルターにより回収される。この方法は、比較的多量の高温出口ガスを生成し、これを冷たい空気により希釈してフィルター内の温度を下げる必要がある。更に、炉内の温度コントロールの応答時間が比較的遅い。発明の概要本発明の目的は、有価金属を含む鉄を含有するダスト、残渣および他の材料をリサイクルおよび再使用するための方法を提供すること；原料を複数の利用可能かつ販売可能な副生物に転換する、例えばＥＡＦダストから亜鉛、鉄および販売可能なスラグを別々に回収する上述のような方法を提供すること；および容易かつ経済的に実施可能な方法を提供することである。従って、要約すれば、本発明は鉄酸化物を含むものから鉄を回収する方法を対象とする。この方法は、垂直のシャフト炉（または高炉）において塊状コークス（lump coke）のベッド（または床）を形成し、鉄酸化物含有物およびスクラップ金属、即ち、スクラップ鋼または鉄を塊状コークスのベッドに供給することを含んで成る。約５０００°Ｆ（２７８０℃）より高い温度、好ましくは約８０００°Ｆ（４５００℃）より高い温度、より好ましくは約１００００°Ｆ（５５００℃）より高い温度を有するプラズマガスをコークスベッドに供給して、コークスを燃焼させてコークスベッド内で反応領域を形成し、反応領域内温度を約４０００°Ｆ（２２６０℃）を越える温度とする。鉄含有物およびスクラップ金属は溶融して、溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を形成し、これが反応領域に流れ込んで反応領域内の塊状コークス上でフィルム（または薄膜）を形成する。フィルム内の鉄酸化物は、コークスからの炭素により固体／液体還元（solid/liquid reduction）で還元されて溶融鉄を生成する。また、本発明は、鉄酸化物および亜鉛酸化物を含む凝集物から金属を回収する方法を対象とする。この方法は、垂直シャフト炉内において塊状コークスのベッドを形成し、凝集物およびスクラップ金属を塊状コークスのベッドに供給し、約５０００°Ｆ（２７８０℃）より高い温度、好ましくは約８０００°Ｆ（４５００℃）より高い温度、より好ましくは約１００００°Ｆ（５５００℃）より高い温度を有するプラズマガスをコークスベッドに吹き込んでコークスベッド内で反応領域を形成しながら、コークスベッドにおいてコークスを燃焼させることを含んで成る。反応領域の温度は、約４０００°Ｆ（２２６０℃）を越える。亜鉛酸化物が還元されて亜鉛金属となり、これは、蒸発して排ガスにより運ばれてコークスベッドを出て、塊状コークスのベッドに供給された凝集物およびスクラップ金属は溶融して、溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を形成する。この溶融相は、反応領域に流れ込んで、反応領域内の塊状コークス上でフィルムを形成し、フィルム内の鉄酸化物は、固体／液体還元でコークスからの炭素により還元されて溶融鉄を生成する。亜鉛は再酸化されて亜鉛酸化物となり、排ガスから回収される。更に、本発明は、亜鉛酸化物および非揮発性金属の酸化物を含む凝集物から亜鉛を回収する方法を対象とする。この方法は、垂直シャフト炉内で亜鉛の酸化物および非揮発性の金属の酸化物を還元することを含んで成る。金属亜鉛が還元されて揮発し、その後、二酸化炭素、水蒸気、ＨＮＯ₃、ＮＯ₂およびＳＯ₃から成る群から選択される酸化性ガスを使用してシャフト炉内で再酸化されて粗亜鉛酸化物を生成する。本発明の他の目的および特徴は、以後の説明において明らかであり、それを部分的に説明する。図面の簡単な説明図１は、本発明の方法を実施するためのプラズマ燃焼垂直シャフト炉の模式的断面図である。図２は、一部分を切除した、本発明の方法を実施するためのプラズマ燃焼垂直シャフト炉の模式的断面図である。発明の詳細な説明本発明の方法は、本質的にいずれの鉄含有材料であってもそのリサイクルおよび再使用を可能にするものであり、例えばＥＡＦダストのように危険物であると分類されていたような材料からの鉄および亜鉛または他の有価金属の回収に特に適当である。更に、１種の材料だけが鉄を含む材料の混合物を本発明の方法に基づいて使用できる。従って、亜鉛浮きかす（ドロス、dross）、亜鉛水酸化物フィルターケーキ、有害レベルのカドミウム、鉛、水銀、セレンまたはクロムを含む材料、油を含むミルスケール（mill scale）、使用済みドラム、オイルフィルター、切り屑（非金属物を含む）、液体有機物等を鉄含有材料と一緒に方法において使用できる。本発明の方法で処理する鉄含有材料は、材料の充填床をガスが流れることができる程度の寸法および形状を有するものの形態であるのが通常である。従って、ＥＡＦダストおよび他の粒状材料は、規則的な（または一定の）形状の凝集物を形成するように凝集させるのが通常であり、亜鉛ドロスおよび他の固体材料は、粉砕して分級して約１／２インチ（１.２５ｃｍ）〜約４インチ（１０ｃｍ）、より好ましくは約２.５インチ（６.２５ｃｍ）の寸法を有するものにする必要がある。本発明において使用する場合、粒子直径（寸法）は、市販されている標準的な機械的なまたは空気を使用する篩いにより測定する。凝集物は、例えば１またはそれ以上のダスト、残渣または他の材料を、必要な場合には粉砕および乾燥の後、バインダー（例えば糖蜜）と混合して、混合物をペレタイザーに供給することにより形成してよい。方法の間、金属酸化物と炭素ソースとの間の緊密な接触をもたらすように、コークス粉末（coke breeze）を凝集物に組み込んでよく、それにより、酸化物の還元が容易になる。凝集物は、フラックス、例えば石灰またはシリカを更に含んでよい。ＥＡＦおよび他の鉄含有ダストから形成される凝集物は、ダスト、コークス粉末、フラックスおよびバインダーの混合物から形成するのが好ましい。凝集ダストの場合の典型的な組成範囲を以下に示す：成分重量％Ｆｅ１４−５０ＺｎＯ８−４５ＰｂＯ０−２５ＣａＯ４−１５ＳｉＯ₂ ２.５−８Ｃ２.５−１０バインダー５−１５凝集物は、規則的な形状を有するのが好ましく、より好ましくは「ブリケット（ briquette、例えば豆炭）」の形態である。図１を参照する。本発明の方法は、垂直シャフト炉１１のような炉において実施する。この垂直シャフト炉１１は、外側壁１２および供給口１３を有し、その口を介して、鉄含有物、コークスおよび他の原料が供給される。方法の間に生成する排ガスは排気口１５を介して炉を出る。プラズマトーチ１７が炉の下方部分に接続され、吹き込み空気羽口１９がプラズマトーチ１７より上方で炉に接続され、また、酸化ガス羽口２１が吹き込み空気羽口１９より上方で炉に接続されている。スラグ２０および鉄２２は、炉１１の底部付近に配置したタップホール（ taphole）２３および２５を介してそれぞれ炉から取り出すことができる。炉１１は、冶金グレードの塊状コークス２８のベッド２７を含み、このベッドは、炉１１の底部付近から吹き込み空気羽口１９より上方であるが、酸化ガス羽口２１より下方のレベルまで延在する。プラズマトーチ１７は、コークスベッド２７内に延び、コークスベッド２７の底部でその中央付近に位置する領域（図示せず）で終端している。約９０〜１２０インチ（２.２５〜３ｍ）の内部直径を有するシャフト炉の場合のコークスベッドの深さは、例えば、典型的には約２４〜３６インチ（６０〜９０ｃｍ）の範囲である。好ましくは、プラズマトーチはコークスベッドの底部に位置し、トーチ用の隔離カバーを保持するように十分にコークスベッドに入り込んでいる。適当なプラズマトーチは、Westinghouse Ele ctric Corporation（Pittsburgh、Pennsylvania）および他の業者から市販されている。コークスベッド２７の上にベッド３１が存在し、これは、鉄含有材料、冶金グレードの塊状コークスおよびスクラップ金属（スクラップ鋼またはスクラップ鉄）のピースを含んで成る。十分量のフラックスが（例えばフラックスを鉄含有ダストと組み合わせて凝集物にすることによっても）鉄含有物に含まれていないなら、ベッド３１は、石灰石、シリカ、ドロマイト（苦石灰）または生石灰を更に含む必要がある。ベッド３１は、コークスベッドの頂部から酸化ガス羽口２１より上のレベルまで延在する。運転に際して、約５０００°Ｆ（２７８０℃）より高い温度、好ましくは約８０００°Ｆ（４５００℃）より高い温度、より好ましくは約１００００°Ｆ（５５００℃）より高い温度を有する電気的に誘導されたプラズマガスをコークスベッド２７に注入する。別の態様を用いてもよいが、この態様では、プラズマガスはプラズマトーチ１７のノズル（図示せず）からほぼ上向きの方向に導かれる。プラズマガスは、好ましくは、直流電気アークを通過した空気であり、同伴したコークス粉末を運ぶ。一般的に、使用するプラズマトーチの数は、炉の直径およびトーチのエネルギー発生量の関数であり、例えば約９０〜１２０インチ（２. ２５〜３ｍ）の内部直径を有するシャフト炉の場合、３〜６本の２メガワットのトーチが好ましい。溶解のための主たるエネルギー源としてのコークスの燃焼に依存している、鉄含有ダストから鉄および亜鉛を回収する従来の方法とは異なり、本発明の方法は、重要なエネルギー源としてのプラズマガスに依存する。この特徴は幾つかの利点を提供する。例えば、トーチの出力レベルを変えることにより温度をコントロールでき、そのようなコントロールの応答時間は数分のオーダーである。結果として、炉へのエネルギーの入力を、フィードの酸化物含量、従って、溶解に必要なエネルギーが変化すると、迅速に調節できる。更に、燃焼に必要な空気の量が減るので、炉を通過するガスの流量が減少して有利である。一般的に、いずれの時間においても、炉へのエネルギー入力の約２０〜６０％をプラズマガスから得て、エネルギー入力の約８０〜４０％を塊状コークスおよびコークス粉末から得、プラズマガスから得られるエネルギー量は、平均で、この方法に必要とされるエネルギーの約半分である。プラズマガスの注入と同時に、予熱空気およびコークス粉末を吹き込み空気羽口１９を経由して注入する。これらの羽口は、別の態様では、プラズマトーチより下方に位置してよいが、図１に示すように、吹き込み空気羽口１９は、プラズマトーチより上方に位置するのが好ましく、コークスベッド内にほぼ水平方向で予熱空気およびコークス粉末を導入する。所定の炉に必要な吹き込み空気羽口の数は、主として、炉の内径の関数であるが、一般的には、約９０〜１２０インチ（２.２５〜３ｍ）の内部直径を有するシャフト炉の場合、少なくとも３つの吹き込み空気羽口が好ましい。別の態様では、プラズマトーチを主吹き込み空気羽口内に設置してもよく、コークス粉末を小さい吹き込み空気羽口を介して注入する。予熱空気の温度は少なくとも約５００℃であるのが好ましい。典型的には、プラズマトーチを介するより多くの空気を吹き込み空気羽口を介して炉に供給する。プラズマトーチを介して注入される空気：吹き込み空気羽口を介して注入される空気の体積比は、約１：１〜約１：１０であり、２メガワットのプラズマトーチの場合、標準状態にて約２００〜３００ＣＦＭの空気がプラズマトーチを通過する。図２を参照する。プラズマガスは、反応領域３３（破線により３つの側が囲まれたコークスベッド２７の領域）において塊状コークス２８を少なくとも４０００°Ｆ（２２６０℃）、好ましくは少なくとも５０００°Ｆ（２７８０℃）まで過熱（または強熱）する。炉の外側壁１２を保護するために、プラズマトーチ１７からのプラズマガスおよび吹き込み空気羽口１９からの空気の流れは、反応領域３３を包囲する、コークスのより低い温度の断熱層３５（炉の壁１２と破線との間のコークスベッド２７の領域）を保持するようにコントロールされる。反応領域３３内において、塊状コークスおよびコークス粉末は燃焼して、その結果、非常に熱く、また、非常に還元性の排ガスが生成し、これが、コークスベッド２７から上昇してベッド３１に入る。好ましくは、ベッド３１に入る排ガスの温度は少なくとも３０００°Ｆ（１６６０℃）、より好ましくは３０００°Ｆ（１６８０℃）〜３７００°Ｆ（２０５０℃）である。反応領域３３の直ぐ上にある領域３２のベッド３１は、上昇する排ガスにより約３０００°Ｆ（１６６０℃）〜３７００°Ｆ（２０５０℃）、好ましくは約３４００°Ｆ（１８５０℃）の温度に加熱される。この温度において、鉄含有物、スクラップ金属およびフラックスは溶融して溶融相を形成する。溶融したスクラップ金属は溶融相の体積を増やして非揮発性の金属の酸化物の分散を助長し、フラックスは鉄以外の物質を含んで、金属鉄から分離できるスラグを形成する。溶融相は、コークスベッド２７内に流下して、コークスベッド２７内の塊状コークス２８の間のフリースペース（free space）３７を通過して、塊状コークスの表面上で薄層、例えば約０.０６インチ（１.５ｍｍ）〜約０.１５インチ（３.７５ｍｍ）の厚さを有するフィルムを形成する。溶融相中に存在する鉄酸化物および他の非揮発性金属、例えば銅、ニッケルおよびクロムの酸化物は、コークスの固体炭素表面で金属に還元される。非常に高い温度および空気による大きい伝熱量に助けられて、炭素はフィルム内に拡散する。更に、この拡散は、フィルムの有効表面積を増やす一酸化炭素の発生により助けられ、それにより、不動態境界層（passive boundary layer）が増える。反応領域において生じる主たる還元は、液体相／固体相溶解反応である；塊状コークスおよびコークス粉末の燃焼により生じる一酸化炭素は、非揮発性金属の酸化物の二次的な還元剤である。金属鉄およびスラグはコークスベッド２７を通過して下向きに流れ続け、垂直シャフト炉１１の底部に到達する。そこから、スラグ２０および溶融鉄２２は、タップホール２３および２５を介して、それぞれ炉から取り出される。スクラップ金属および鉄含有物の溶融が生じることに加えて、非常に高温で非常に還元性の排ガスも、揮発性金属の酸化物の還元および領域２９に存在する鉛、カドミウムおよび亜鉛のような金属の蒸発を生ぜしめる。蒸発した金属は、排ガスにより運ばれて排気口１５を介して炉１１を出る。排ガスが、不純物または汚染物質、例えばアルカリ金属または種々のハロゲン化物、例えば塩化ナトリウムおよびフッ化ナトリウムを含まないなら、スプラッシュコンデンサ（splash c ondenser）等にて排ガスから亜鉛を回収できる。ＥＡＦおよび他の鉄含有ダストの溶解により生成する排ガスが関連する典型的な場合のように、排ガスがアルカリ金属またはハロゲン化物を含むなら、二酸化炭素、水蒸気、ＨＮＯ₃、ＮＯ₂またはＳＯ₃のような酸化性ガスを使用して亜鉛または他の揮発性金属を再酸化するのが好ましい。これらの酸化性ガスは、空気よりも好ましい。それは、そのようなガスを使用すると、酸化性ガスとして空気を使用する場合よりも、排ガスの体積が実質的に減少するからである。酸化性ガスは、酸化性ガス羽口２１を介して炉に注入される。この領域において、ベッド３１の温度は、約４５０℃〜約８５０℃であり、従って、再酸化された亜鉛は、直ちに核生成または凝縮し、微細な粒状物の形態になり、これは上昇するガスストリームにより同伴される。好ましくは、酸化性ガスは、二酸化炭素であり、その量は、亜鉛を酸化するために化学量論的に必要な二酸化炭素の量の５０％以上を過剰に供給できるのに十分な量である。排ガスは、ベッド３１を出た後、約３００℃の範囲の温度の上方キューポラ領域３９に入り、その後、炉１１から排ガスにより運び出される。重要であるのは、排ガス速度は、シャフト炉の内径に基づき、排ガスが再酸化された亜鉛酸化物を同伴でき、また、排ガスと共に炉から外に運び出すことができるように維持されるということ、更に、二酸化炭素と亜鉛蒸気との間の反応温度をコントロールするように維持するということである。亜鉛酸化物は、サイクロンおよびバグハウス（bag house、図示せず）にて排ガスから分離される。その後、一酸化炭素を含む排ガスを燃焼させてよく、その燃焼熱を水蒸気または電力の形態で回収できる。排ガスから回収された亜鉛酸化物は、亜鉛金属を製造するために直接使用してよい。回収された亜鉛酸化物は、汚染物質、例えば塩化ナトリウム、フッ化ナトリウム、鉄酸化物、鉛酸化物または他の少量の不純物を含むので、第１次の亜鉛製造業者は、この形態の亜鉛酸化物を使用しないこともあろう。従って、そのような業者に販売できるようにするために、この亜鉛を苛性アルカリに溶解して電解採取プロセスに付すことにより亜鉛を更に精製することが望ましい場合がある。ベッド３１内の鉄含有物、スクラップ金属およびフラックスは溶融するので、ベッド３１は、追加の鉄含有物、スクラップ金属およびフラックスを供給口１３から炉に供給することによって連続的に補充する。同様に、反応領域３３の塊状コークスは燃焼により消費されるので、供給口１３からベッド３１の頂部に塊状コークスを連続的に供給する。理想的には、これらの材料は、その消費に対応する割合で供給され、その結果、コークスベッド２７およびベッド３１のレベルはほぼ一定のままである。鉄含有物がＥＡＦダストまたは同等の鉄含有ダストまたは残渣である場合、凝集したダスト、塊状コークス、スクラップ金属およびフラックスは、凝集ダスト：スクラップ金属の重量比が約１：３〜３：１となるように垂直シャフト炉に供給する。凝集ダスト：スクラップ金属の重量比が３：１を越えると、炉の処理量が減少し、コークス消費が増えるということが観察された。このような割合では、スラグが凝固する可能性が大きく、また、このような問題を緩和するためにより長い時間にわたってプラズマを用いる必要がある。更に、凝集ダスト：スクラップ金属の重量比が１：３より小さい場合、プロセスが比較的不経済であることが観察された。スクラップは比較的高価であるので、酸化物の鋼スクラップに対する割合が大きくなると、プロセスは有利になり、亜鉛をより多く得ることができるという利点がある。炉に供給する塊状コークスの量は、部分的には凝集ダスト：スクラップ金属の相対的な割合に依存する。一般的には、凝集物およびスクラップ金属：コークスの重量比は、約１３：１〜約１０：１であり、凝集ダストの割合が増えると、必要なコークスの割合が大きくなる。同様に、フラックスの必要量は、凝集物が増えると、増加する。先に述べたように、吹き込み空気羽口を介して注入される空気およびプラズマガスは、同伴されるコークス粉末を運ぶのが好ましい。コークス粉末は、反応領域３３に供給されるのが好ましく、鉄生成物の炭素含量を３.５％を越える濃度に維持し、また、ＦｅＯがスラグから十分に減少することを確保する。プラズマトーチおよび吹き込み空気羽口を介して炉に注入されるコークス粉末の量はプロセスにより変わるが、一般的には、ベッド３１に供給される塊状コークス：プラズマトーチおよび吹き込み空気羽口を介して炉に注入されるコークス粉末の重量比は、約１：１〜２：１である。スクラップ金属として種々の材料を使用してよい。このスクラップ金属は、垂直シャフト炉１１において溶融相を形成し、それによって、溶融酸化物の分散を助長することに寄与するのであれば、本質的にはいずれの金属であってもかまわない。しかしながら、一般的には、鉄含有、鋼含有および亜鉛含有材料が好ましい。例えば、スクラップ金属は、鉛、亜鉛、ゴム、プラスチック被覆鋼、または汚れた鋼、例えば裁断されたドラム、オイルフィルター等であってよい。更に、スクラップ金属は、ベッド３１を形成するためにコークスおよびスクラップと一緒に炉１１に供給した時に、炉においてそれを阻害しない（例えばブリッジングを起こさない）、また、コークスベッド２７からの排ガスがベッド３１を通って上方に流れることができるように十分なフリースペースを提供できるような寸法および形状である必要がある。約５ｃｍより大きいディメンジョンを有さないスクラップ金属でうまく運転できることが認められた。使用できる種々のスクラップ金属に加えて、本発明の方法は、種々の非金属をリサイクルするために使用できる。例えば、切り屑をフラックスとして使用でき、液体有機物または他の炭素質材料をコークス粉末の変わりに燃料源として使用できる。炉の環境は、有機物が十分に燃焼して、販売可能なスラグ中で重金属がガラス状化されるようになっている。後者については、ＲＣＲＡおよびＴＣＬＰテストのような濾過性試験に一貫して合格することにより例証された。以下の実施例は、本発明を説明するものである。実施例１本明細書にて説明する本発明に基づいて、凝集ＥＡＦダストから鉄および亜鉛を回収する一連のテストを、内径３６インチのプラズマ燃焼垂直シャフト炉で実施した。スタートアップ条件は、約５５インチのベッドを羽口の上方に形成するために、炉に冶金グレードのコークスを供給することを含む。主羽口からの燃焼空気３００ＳＣＦＭおよび第２羽口からの燃焼空気３００ＳＣＦＭを用いて８００ＫＷの出力で１０分間、プラズマトーチを用いてこのコークスに着火する。燃焼空気を主羽口および第２羽口との間で等しく分割して、ヒートアップ期間の間、コークスベッドのレベルを維持する。上述の燃焼空気量でトーチを１０分間２回燃焼させる。各燃焼の前後でベッドの高さを（焼け落とすことによって）調節できるように高さを測定し、ヒートアップの最後において羽口の上方２４〜３６インチとなるようにする。ベッドが３６インチより上にある場合には、トーチからの吹き込みを継続する。ベッドが２４インチより下がると、コークスを追加する。羽口の中央ラインの上方約１４０インチまで炉をチャージ材料により満たすことによって、プロセス材料のチャージ（または供給）を開始する。運転しながらの材料のチャージは、羽口の上方約１４０〜１５０インチの均一なベッド高さを維持するように実施する。材料は、チャージ前に、所望の割合で予め混合しておいた。チャージの初期の間は、フラックス供給量（または石灰石の追加）は、炉の予熱の間に生成するコークスアッシュの残りを溶かし出すために、より大きい。この間の全吹き込み量は、約６００ＳＣＦＭであり、これは、主羽口からの５００ＳＣＦＭおよび二次羽口からの１００ＳＣＦＭに分けられている。５０００ °Ｆ（２７８０℃）の羽口の混合空気温度を維持するために主羽口を介してより多くの空気を供給する。全吹き込み量の１７％を第２羽口に送り、シャフトの側方において凝固部分が形成されるのを防止する。トーチ出力は、２.５〜３トン／時間の溶融量の場合、約８００ＫＷに維持する。コークス粉末を羽口から供給して生成する鉄の炭素含量を約３.５％のレベルに維持して、ＦｅＯがスラグから十分に還元されることを確保する。フィードの組成およびフィード量を以下の表Ｉに示す：テストＮｏ．３の出力性能生成物中の金属鉄としてのフィード中の鉄の回収率９９．５％スラグ中における鉄の全ロス０．４５％生成物中の酸化物基準の亜鉛としてのフィード中の金属亜鉛の回収率９８．１％スラグ中における亜鉛の全ロス０％鉄中における亜鉛の全ロス０％８５％効率におけるプラズマトーチエネルギー 654,377Kcal/時間コークスエネルギー 646,251Kcal/時間鉄の炭素含量は、３.２〜５.９％であり、平均は４.４％であった。溶融生成物として鉄と共にスラグを回収したが、溶融生成物は、冷却および固化後に容易に分離した。スラグ生成物は、ＴＣＬＰ分析に合格し、埋め立て材料として適当であった。テストＮｏ．３の場合のオフガスの組成（重量％）重量％ＣＯ３３.７ＣＯ₂ ６.１Ｎ₂ ４４.０ＣａＯ０.８ＺｎＯ１１.０ＰｂＯ１.３Ｈ₂Ｏ３.８出力性能およびオフガスの組成のデータは、２５％スクラップ金属／７５％ＥＡＦペレットの場合（テストＮｏ．３）だけである。また、生成した液体金属１トン当たり、また、フィード１トン当たり消費されたエネルギー量は、より多くの酸化物を還元する必要があるので、（テストＮｏ．１および２と比べて）増加するが、特にフィード１トン当たりで増加する。また、コークス、特にコークス粉末の消費も増加する。上述のように、本発明の目的が達成されることが理解されよう。本発明の概念から逸脱することなく、上述の組成および方法において種々の変更が可能であるので、上述の記載に含まれる全ての事項は、例示的なものであり、限定的な意味のものではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年７月２５日【補正内容】凝集物およびスクラップ金属を塊状コークスのベッドに供給すること、約５０００°Ｆより高い温度を有するプラズマガスをコークスベッドに吹き込みながら、コークスベッドのコークスを燃焼させて、コークスのベッド内に４０００°Ｆを越える温度の反応領域を形成すること、蒸発して、コークスベッドを出る排ガスにより運ばれる金属亜鉛に亜鉛酸化物を還元すること、塊状コークスのベッドに供給された凝集物およびスクラップ金属を溶融させて溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を形成し、溶融相は反応領域に流れ込んで、反応領域内で塊状コークス上でフィルムを形成し、フィルム中の鉄酸化物は固体／液体還元でコークスからの炭素により還元されて、溶融鉄を生成すること、亜鉛を亜鉛酸化物に再酸化すること、ならびに再酸化された亜鉛酸化物を排ガスから回収することを含んで成る方法。８．垂直シャフト炉に供給される酸化性ガスにより亜鉛を亜鉛酸化物に再酸化する請求の範囲７に記載の方法。９．垂直シャフト炉に供給される二酸化炭素により亜鉛を亜鉛酸化物に再酸化する請求の範囲７に記載の方法。１０．プラズマガスは、約１００００°Ｆ（５５００℃）を越える温度を有する請求の範囲７に記載の方法。１１．プラズマガスは、炉へのエネルギー入力の約４０％〜約６０％を供給する請求の範囲７に記載の方法。１２．亜鉛酸化物および非揮発性金属の酸化物を含む凝集物から亜鉛を回収する方法であって、垂直シャフト炉において亜鉛および非揮発性金属の酸化物を還元して、亜鉛および非揮発性金属を生成し、金属亜鉛は、還元後、シャフト炉内で蒸発すること、垂直シャフト炉に空気以外の酸化性ガスを供給して、垂直シャフト炉において金属亜鉛を再酸化して、酸化性ガスは、二酸化炭素、水蒸気、ＨＮＯ₃、ＮＯ₂およびＳＯ₃から成る群から選択されること、ならびに粗亜鉛酸化物を、炉を出る排ガスから回収することを含んで成る方法。１３．凝集物は、少なくとも１種のアルカリ金属またはハロゲン化物を含む請求の範囲１２に記載の方法。１４．酸化性ガスは二酸化炭素である請求の範囲１２に記載の方法。１５．凝集物は、少なくとも１種のアルカリ金属またはハロゲン化物を含み、粗亜鉛酸化物は少なくとも１種のアルカリ金属またはハロゲン化物を含む混合物の一部分として回収される請求の範囲１４に記載の方法。１６．酸化性ガスは二酸化炭素であり、凝集物は、少なくとも１種のアルカリ金属またはハロゲン化物を含み、粗亜鉛酸化物は少なくとも１種のアルカリ金属またはハロゲン化物を含む混合物の一部分として回収される請求の範囲１２に記載の方法。１７．垂直シャフト炉において塊状コークスのベッドを形成すること、凝集物およびスクラップ金属を塊状コークスのベッドに供給すること、ならびに約１００００°Ｆより高い温度を有するプラズマガスをコークスベッドに吹き込みながら、コークスベッドのコークスを燃焼させて、コークスベッド内に４０００°Ｆを越える温度の反応領域を形成することを更に含んで成る請求の範囲１４に記載の方法。１８．塊状コークスのベッドに供給された凝集物およびスクラップ金属を溶融させて溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を生成し、溶融相は反応領域に流れ込んで、反応領域内で塊状コークス上でフィルムを形成し、フィルム中の鉄酸化物は固体／液体還元でコークスからの炭素により還元されて、溶融鉄を生成することを更に含んで成る請求の範囲１７に記載の方法。１９．凝集させたＥＡＦダスト：スクラップ金属の重量比は、約１：３〜３：１である請求の範囲１７に記載の方法。２０．プラズマガスは、炉へのエネルギー入力の約４０％〜約６０％を供給する請求の範囲１７に記載の方法。２１．鉄酸化物含有物から鉄を回収する方法であって、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｂ 19/30 Ｃ２２Ｂ 19/30 (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ディジェ，シャム・ブイアメリカ合衆国15235−5098 ペンシルベニア州ピッツバーグ、ビューラー・ロード 1310番 (72)発明者モーガン，ウィリアム・エイカナダ、エル８エル・７ダブリュー２、オンタリオ、ハミルトン、ディーポー１、ピー・オー・ボックス 423、バーリントン・ストリート・イースト651番 (72)発明者ペンランド，ジェリー・エルカナダ、エル８エル・７ダブリュー２、オンタリオ、ハミルトン、ディーポー１、ピー・オー・ボックス 423、バーリントン・ストリート・イースト651番

Claims

【特許請求の範囲】１．鉄酸化物含有物から鉄を回収する方法であって、垂直シャフト炉において塊状コークスのベッドを形成すること、鉄酸化物含有物およびスクラップ金属を塊状コークスのベッドに供給すること、約５０００°Ｆより高い温度を有するプラズマガスをコークスベッドに供給しながら、コークスベッドのコークスを燃焼させて、コークスベッド内に４０００ °Ｆを越える温度の反応領域を形成すること、塊状コークスのベッドに供給された鉄酸化物含有物およびスクラップ金属を溶融させて溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を生成し、溶融相は反応領域に流れ込んで、反応領域内で塊状コークス上でフィルムを形成し、フィルム中の鉄酸化物は固体／液体還元でコークスからの炭素により還元されて、溶融鉄を生成すること、ならびに炉から溶融鉄を排出することを含んで成る方法。２．鉄酸化物含有物は凝集させたＥＡＦダストである請求の範囲１に記載の方法。３．プラズマガスは、約８０００°Ｆを越える温度を有する請求の範囲１に記載の方法。４．プラズマガスは、約１００００°Ｆを越える温度を有する請求の範囲１に記載の方法。５．鉄酸化物含有物は凝集させたＥＡＦダストであり、凝集させたＥＡＦダスト：スクラップ金属の重量比は、約１：３〜３：１である請求の範囲１に記載の方法。６．プラズマガスは、炉へのエネルギー入力の約４０％〜６０％を供給する請求の範囲１に記載の方法。７．鉄酸化物および亜鉛酸化物を含む凝集物から金属を回収する方法であって、垂直シャフト炉において塊状コークスのベッドを形成すること、凝集物およびスクラップ金属を塊状コークスのベッドに供給すること、約５０００°Ｆより高い温度を有するプラズマガスをコークスベッドに吹き込みながら、コークスベッドのコークスを燃焼させて、コークスのベッド内に４０００°Ｆを越える温度の反応領域を形成すること、蒸発して、コークスベッドを出る排ガスにより運ばれる金属亜鉛に亜鉛酸化物を還元すること、塊状コークスのベッドに供給された凝集物およびスクラップ金属を溶融させて溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を形成し、溶融相は反応領域に流れ込んで、反応領域内で塊状コークス上でフィルムを形成し、フィルム中の鉄酸化物は固体／液体還元でコークスからの炭素により還元されて、溶融鉄を生成すること、亜鉛を亜鉛酸化物に再酸化すること、ならびに再酸化された亜鉛酸化物を排ガスから回収することを含んで成る方法。８．垂直シャフト炉に供給される酸化性ガスにより亜鉛を亜鉛酸化物に再酸化する請求の範囲７に記載の方法。９．垂直シャフト炉に供給される二酸化炭素により亜鉛を亜鉛酸化物に再酸化する請求の範囲７に記載の方法。１０．プラズマガスは、約１００００°Ｆ（５５００℃）を越える温度を有する請求の範囲７に記載の方法。１１．プラズマガスは、炉へのエネルギー入力の約４０％〜約６０％を供給する請求の範囲７に記載の方法。１２．亜鉛酸化物および非揮発性金属の酸化物を含む凝集物から亜鉛を回収する方法であって、垂直シャフト炉において亜鉛および非揮発性金属の酸化物を還元して、金属亜鉛は、還元後、シャフト炉内で蒸発すること、垂直シャフト炉に酸化性ガスを供給して、垂直シャフト炉において亜鉛を再酸化して、酸化性ガスは、二酸化炭素、水蒸気、ＨＮＯ₃、ＮＯ₂およびＳＯ₃から成る群から選択されること、ならびに粗亜鉛酸化物を排ガスから回収することを含んで成る方法。１３．凝集物は、少なくとも１種のアルカリ金属またはハロゲン化物を含む請求の範囲１２に記載の方法。１４．酸化性ガスは二酸化炭素である請求の範囲１２に記載の方法。１５．凝集物は、少なくとも１種のアルカリ金属またはハロゲン化物を含み、粗亜鉛酸化物は少なくとも１種のアルカリ金属またはハロゲン化物を含む混合物の一部分として回収される請求の範囲１４に記載の方法。１６．プラズマガスは、約１００００°Ｆを越える温度を有する請求の範囲１４に記載の方法。１７．垂直シャフト炉において塊状コークスのベッドを形成すること、凝集物およびスクラップ金属を塊状コークスのベッドに供給すること、ならびに約１００００°Ｆより高い温度を有するプラズマガスをコークスベッドに吹き込みながら、コークスベッドのコークスを燃焼させて、コークスベッド内に４０００°Ｆを越える温度の反応領域を形成することを更に含んで成る請求の範囲１４に記載の方法。１８．塊状コークスのベッドに供給された凝集物およびスクラップ金属を溶融させて溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を生成し、溶融相は反応領域に流れ込んで、反応領域内で塊状コークス上でフィルムを形成し、フィルム中の鉄酸化物は固体／液体還元でコークスからの炭素により還元されて、溶融鉄を生成することを更に含んで成る請求の範囲１７に記載の方法。１９．凝集させたＥＡＦダスト：スクラップ金属の重量比は、約１：３〜３：１である請求の範囲１７に記載の方法。２０．プラズマガスは、炉へのエネルギー入力の約４０％〜約６０％を供給する請求の範囲１７に記載の方法。２１．鉄酸化物含有物から鉄を回収する方法であって、垂直シャフト炉において塊状コークスのベッドを形成すること、鉄酸化物含有物およびスクラップ金属を、約１：３〜３：１の鉄酸化物含有物：スクラップ金属塊状コークスの重量比で、塊状コークスのベッドに供給すること、約５０００°Ｆより高い温度を有するプラズマガスを供給しながら、コークスベッドのコークスを燃焼させること、塊状コークスのベッドに供給された鉄酸化物含有物およびスクラップ金属を溶融させて溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を生成し、溶融相は反応領域に流れ込んで、反応領域内で塊状コークス上でフィルムを形成し、フィルム中の鉄酸化物はコークスからの炭素により還元されて、溶融鉄を生成すること、ならびに炉から溶融鉄を排出することを含んで成る方法。２２．鉄酸化物含有物は凝集させたＥＡＦダストである請求の範囲２１に記載の方法。２３．プラズマガスは、炉へのエネルギー入力の約４０％〜約６０％を供給する請求の範囲２２に記載の方法。２４．鉄酸化物および亜鉛酸化物を含む凝集物から金属を回収する方法であって、垂直シャフト炉において塊状コークスのベッドを形成すること、凝集物およびスクラップ金属を塊状コークスのベッドに供給すること、約５０００°Ｆより高い温度を有するプラズマガスをコークスベッドに供給しながら、コークスベッドのコークスを燃焼させて、コークスベッド内に反応領域を形成すること、亜鉛酸化物を、蒸発して、コークスベッドを出るガス排ガスにより運ばれる金属亜鉛に還元すること、塊状コークスのベッドに供給された凝集物およびスクラップ金属を溶融させて溶融鉄酸化物および溶融スクラップ金属を含む溶融相を生成し、溶融相は反応領域に流れ込んで、反応領域内で塊状コークス上でフィルムを形成し、フィルム中の鉄酸化物はコークスからの炭素により還元されて、溶融鉄を生成すること、垂直シャフト炉に供給される酸化性ガスを使用して、亜鉛を亜鉛酸化物に再酸化すること、ならびに再酸化された亜鉛酸化物を排ガスから回収することを含んで成る方法。２４．亜鉛は、垂直シャフト炉に供給される二酸化炭素により亜鉛酸化物に再酸化される請求の範囲２３に記載の方法。２５．鉄酸化物含有物は凝集させたＥＡＦダストである請求の範囲２３に記載の方法。２６．プラズマガスは、炉へのエネルギー入力の約４０％〜約６０％を供給する請求の範囲２５に記載の方法。２７．亜鉛は、垂直シャフト炉に供給される二酸化炭素により亜鉛酸化物に再酸化される請求の範囲２５に記載の方法。