【発明の詳細な説明】
鉄含有量の多い物質から鉄を回収する方法技術的背景
本発明は、冶金上の廃物、特に鉄鋼製造プロセスで生成する廃物からの金属有
価物の回収に関するものである。背景技術
鉄鋼製造プロセスでは、酸化された鉄を含有し、また他の酸化された金属を含
有することの多い廃物が生成する。普通、これらの廃物は廃ガス流中にダストの
形態で存在する物質である。ダストは普通粒度が微細であるため、この廃物は処
理するのが困難であり、単にこの廃物を還元炉に再導入して鉄を回収しても、再
び廃ガス流の一部分になるという結果を生じるのが普通である。従って、このよ
うな粒度が微細である物質は、該物質が実質的な金属含有量を有していても、本
質的に無価値である。
製鋼所の近くにダストを山に積んで貯蔵し、安定化する方法がいくつかあるが
、この方法の選択は、環境規定が一層厳しくなり、また土地価格の上昇のため利
用可能な場所が一層制限されてくるにつれて、次第に受け入れられなくなってき
ている。また、ダストはリサイクルし、安定化してセラミック材料または建築材
料にすることができるが、必ずしも費用に対する効率が良い方法ではない。しか
し、これらの方法は、廃物中に残っている鉄および他の金属の価値を活用してい
ない。
一般的に関心の持たれている廃物はアーク炉からのダストであり、これは普通
ＥＡＦダストと呼ばれている。アーク炉は、代表的な例では、高電圧電流を使用
することにより、屑金属を溶融する。屑金属は、廃棄された鉄道レール、切断さ
れた薄鋼板、廃棄された構造鋼、および廃車になった自動車を含む種々の供給源
から生じることがある。屑金属は、鉛、亜鉛、およびカドミウムのような非鉄金
属を分離せずに、アーク炉に添加される。アーク炉の稼動中に、これらの非鉄金
属は屑金属から蒸発し、廃ガス流から凝縮してダストになり、バグハウス内で堆
積する。これらの非鉄金属のほかに、廃ガス流からは多量の回収可能な鉄がバグ
ハウス内で堆積する。従って、普通酸化した形態である鉄および重金属は、一般
的に２０ミクロン未満の粒度を有するアモルファスＥＡＦダスト中で一緒になっ
ている。このようなＥＡＦダストは、鉛およびカドミウムの含有量のために、現
在ＥＰＡ（米国環境保護局）によって危険なダストとして分類されている。従っ
て、環境を重金属から保護し、かつＥＰＡの規定に合致するようにするために、
広範囲の方法を維持しておく必要がある。ＥＡＦダスト中の金属はすべて価値を
有し、ダスト成分を分離および還元する効果的な方法を達成することができる場
合には、再生利用することができる。さらに、ＥＡＦダストは、痕跡量の重金属
をダストから除去できる場合には、無毒性にすることができる。
従来、いくつかの方法が、成功の程度は異なるが、この問題に適用されている
。これらの方法は重金属の除去には成功を収めているが、鉄の回収には不適当で
あり、一般的に価値のない微細な酸化鉄含有ダストが残る。
最も普通の方法はフューミング法（ｆｕｍｉｍｇ）と呼ばれる。この方法では
、重金属の沸点の相違を利用して重金属を分離する。ダストを、分離しようとす
る複数の重金属の沸点より高い温度に加熱して、これらの重金属を蒸発させる。
蒸発した重金属を気体からダストとして除去し、さらに処理するために捕集装置
内で凝縮させる。これらの痕跡量の重金属の沸点は、ダストの最大単一成分であ
る鉄の沸点よりかなり低い。鉛、亜鉛、およびカドミウムを分離した後に、残っ
ているダストは主として酸化鉄の形態の鉄からなる。この物質はダスト形態であ
り、この物質を処理して鉄にする際に好結果を得ることはできず、該物質は廃物
として残る。フューミング法と関連するもう一つの問題は、フューミング法は多
量のエネルギーを必要とし、またそれ自身の廃ダストを有意な量で生成する、こ
とである。
ＥＡＦダストを処理するのに使用される他の方法は、電気採取法（ｅｌｅｃｔ
ｒｏｗｉｎｎｉｎｇ）である。この方法は、浸出沈殿操作を電着と組み合わせた
ものである。先ず、ＥＡＦダストを電解液中に溶解して、鉛、亜鉛、およびカド
ミウムを可溶化する。この溶液を濾過し、次いで亜鉛粉末によって沈殿させて、
鉛およびカドミウムを捕捉する。次いで、生成した亜鉛溶液を電気化学的回収セ
ルに通して亜鉛を回収する。この方法は亜鉛を全く完全に回収できるが、浸出処
理では酸化鉄および亜鉛フェライトが溶解せず、乾燥する必要のある廃物として
残る。乾燥した廃物は、またも、価値のほとんどまたは全くない微細ダストの形
態をしている。
また、従来、ＥＡＦダストは、シリカ砂、粘土またはカレットのようなケイ酸
塩物質と混和することによって処理され、炉内で加熱されてガラス化したセラミ
ック製品を生成する。セラミックは研磨剤として有用であり、ＥＡＦダストは危
険性のないものになるが、ダスト中に含まれている有価金属は回収されない。こ
れらの金属は、危険性をなくなすために、費用のかかる精製技術によって処理さ
れて、価値の比較的低い物質に転化されている。発明の開示
従って、本発明の目的は、鉄および重金属の両者を有用な生成物として回収す
ることができる、鉄および重金属を含有するダストの処理方法を提供することに
ある。
本発明の他の目的は、以下の記載から明らかである。
要するに、本発明は、従来技術の上述の欠点を克服するか、実質的に軽減する
ことができる。ブリケット、ペレット、および／または他の固体物体の形態をし
た固体生成物を製造する方法が得られる。生成する固体生成物は、鉄含有量の多
い物質、例えば、ＥＡＦダストと、炭素源、例えば粉コークス、微粉炭、および
／またはリバート（ｒｅｖｅｒｔ）物質とを一緒に結合させてブリケットのよう
な固体成形物にして、ダストおよびそれより小さい粉末に崩壊するのを実質的に
防止したものである。前記ブリケトは鉄鋼の製造プロセスにおいて鉄源を提供し
、鉄を還元するための炭素を提供する。さらに、また、鉄含有量の多い物質中の
重金属もブリケット中に混入し、鉄還元プロセス中に、蒸発またはフューミング
によって分離され、このようにしてこれらの重金属を回収することができる。フ
ューミング法は、先ず、微粒状炭素と有機結合剤との反応生成物を利用し、好都
合な形状のブリケットまたは押出物を生成する技術または同様な技術を使用する
ことにより、供給物質を安定な固体生成物に形成する点で、独特なものである。
結合剤との反応生成物は、生成したダスト物質を、亜鉛、鉛、およびカドミウム
が蒸発しかつ酸化鉄が元素状鉄に還元されてしまうまで、維持する。この方法は
、ＥＡＦダスト中に含有されている前記物質をすべて１回のプロセスで再生利用
できるようにする。このプロセスのための燃料としては、屑粉コークス、屑微粉
炭、アーク、または天然ガスを、提供される価格上の利点に応じて使用すること
ができる。
従って、本発明方法は、鉄含有量の多い粉末状物質から鉄および重金属を回収
する方法である。本発明においては、従来は鉄有価物を回収できなかったこのよ
うな粉末状物質から、鉄鋼の製造に利用できる成形物を製造することができる。
鉄が回収されるほか、重金属も回収される。粉コークス、微粉炭、および／また
はリバート物質のような炭素含有物質を、ブリケットのような固体形態のものの
なかに入れようとする従来の試みは、全く成功しなかった。それは、生成物が適
当に結合されておらず、不安定で、使用前の貯蔵および取扱い中に、砕解するか
逆行的に崩壊して小さい微細粒子に戻るからである。しかし、本発明方法におい
ては、炭素および鉄を含有する物質を、取扱いおび貯蔵に十分な強度および耐久
性を有する固体成形物に形成することができると共に、鉄還元プロセスにおいて
、成形物が廃ガス中にダストとして搬入されるようになるような成形物の早期の
砕解を阻止するのに十分な程度まで結合されている固体生成物に形成することが
できる。
本発明の一例は、鉄含有量の多い微細な物質から成形物を製造する方法であり
、この方法は：
（ａ）前記鉄含有量の多い物質と炭素源とを混合して鉄含有量の多い物質と炭素
との混合物を、本質的に油および水分を含有していない粉末状物質として生成し
；
（ｂ）スチレン重合体樹脂またはアクリロニトリル重合体樹脂を吸湿性溶媒中に
溶解して、溶解樹脂、すなわちコンディショナを生成し；
（ｃ）前記溶解した樹脂、前記鉄含有量の多い物質と炭素との混合物、炭酸カル
シウム、およびアルミノケイ酸塩結合剤を組み合わせ；
（ｄ）ポリビニルホモポリマーを水中で乳化させ、生成した乳濁液を工程（ｃ）
の組み合わせ生成物に添加し、次いで得られた生成物を実質的に均一化し；
（ｅ）工程（ｄ）から生成した混合物を成形物に圧縮する；
ことを特徴とする。
「鉄含有量の多い微細な物質」とは、鉄、酸化鉄、および／または他の鉄化合
物を含有する粉末状または小粒子または微粒状の物質を意味する。また、この粉
末状物質は、任意の形態、例えば金属酸化物の形態の重金属を包含する他の金属
、ならびに他の鉱物質物質、特に鉱石、鉱物抽出処理からの廃物などのなかに存
在するものを含有することができる。
鉄含有量の多い適当な物質はアーク炉ダスト（ＥＡＦダスト）であり、これは
鉄鋼製造の際に使用れるアーク炉から放出され廃ガス流から堆積したものである
。鉄含有量の多い他の適当な物質としては、製鋼からの他の副産物、例えば、ミ
ルスケール、沈殿した酸化鉄、およびダスト（いわゆる、スラッヂ）、代表的な
例では酸素炉のフィルタ・バグハウス内に捕集されるダストがある。
鉄含有量の多い物質は、通常、水分を本質的に含有していない、すなわち水分
レベルが２重量％以下であり、また油のような非鉱物質物質を本質的に含有して
いない。これは、適当な清浄および乾燥方法によって、好ましくは実施例におい
て一層詳細に記載および説明されている方法によって、達成することができる。
先ず、粉末状の鉄含有量の多い物質を炭素源と混合する。この時点で、鉄含有
量の多い物質および炭素源を、所望に応じて、塩酸のような鉱酸と反応させるこ
とができる。炭素源としては任意の適当な炭素源、例えば冶金グレードのコーク
スを使用することができる。炭素源は十分に微細であり、後述するように固体成
形物を形成することができる形態のものである必要がある。さらに、炭素源は、
成形物の形成または該成形物を使用するその後の鉄還元プロセスを著しく妨害す
る不純物を、含有していない必要がある。代表的な例においては、炭素源は微細
な粉末状物質である。
本発明の代表的な適用例においては、炭素含有量の多い粉末状物質と炭素源と
を混合して、約１５〜３５重量％、好ましくは約２５重量％の炭素源を含有する
混合物を生成する。次いで、この混合物を塩酸と反応させる。この混合物は、約
１〜４重量％、好ましくは約２重量％の酸量で、塩酸と反応させるのが好ましい
。
炭素含有量の多い物質と炭素との混合物を塩酸と反応させた後に、１個または
２個以上の生形物に形成するために、結合剤と混合して混合物にする。塩酸と反
応させた混合物を、炭酸カルシウム、アルミノケイ酸塩結合剤、有機結合剤、お
よびポリビニルアルコールと混合する。これは、塩酸と反応させた混合物を炭酸
カルシウムおよびアルミノケイ酸塩物質と混合することによって、達成される。
炭酸カルシウムは硬化剤として作用し、また鉄相への還元中に不純物を除去する
ための融剤としても作用する。また、アルミノケイ酸塩は成形物用硬化剤として
作用し、また融剤としても作用する。アルミノケイ酸塩物質としては、成形物を
形成するのに使用される任意のアルミノケイ酸塩物質、例えば、カオリン粘土物
質、カオリナイト、アルミナとシリカとの混合物、ドロマイト石灰タイプの粘土
などを使用することができる。
有機結合剤は、炭酸カルシウムおよびアルミノケイ酸塩を含有する前記混合物
中に混入する。結合剤は、１９９４年１月２１日に出願された米国特許出願第０
８／１８４，０９９号に記載されている結合剤であり、これをここに参考として
記載する。この結合剤は、スチレン重合体樹脂またはアクリロニトリル重合体樹
脂を、メチルエチルケトンのような吸湿性溶媒に溶解することにより生成する。
ポリビニル重合体を水中に乳化させることによって生成する乳濁液を、スチレ
ン重合体結合剤を含有する前記混合物に添加する。次いで、生成物を実質的に均
一化する。ポリビニル重合体としてはポリビニルアルコールまたはポリ酢酸ビニ
ルを使用することができる。
次いで、ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを含有する均一になった
混合物を、任意の適当な方法、例えば、押出、成形、および圧縮によって、固体
成形物に形成する。代表的な例においては、押出圧力または成形圧力を約１５，
０００ｐｓｉ（１０５５ｋｇ／ｃｍ2）〜約４５，０００ｐｓｉ（３１６４ｋｇ
／ｃｍ2）、好ましくは約３０，０００ｐｓｉ（２１０９ｋｇ／ｃｍ2）の高い圧
力にして、緻密な耐破壊性、耐摩耗性生成物を生成する。図面の簡単な説明
図１は本発明方法の一例のフローシートである。発明を実施する最良の形態 実施例１
この実施例は、粉末状で鉄含有量の多い物質（ＩＲＭ）である供給原料の処理
方法を例示し、高グレードの鉄金属の製造で完結している。図１に示すように、
先ず、界面活性剤を使用してＩＲＭを清浄にしてＩＲＭ中に存在する油および他
の不純物を含有するエモリエント（ｅｍｏｌｌｉｅｎｔ）を生成する。ＩＲＭを
ロータリーキルン内で乾燥して前記エモリエントを蒸発させ、処理される組成物
に応じて、全水分を好ましくは約２重量％未満に減少させる。ただし、約６重量
％までの水分を許容することができる。
次いで、清浄になったＩＲＭを秤量して約２５重量％の治金グレードのコーク
スと共にミキサに入れ、約２重量％の塩酸と反応させる。次いで、ＩＲＭ、コー
クスおよび塩酸を約５分間混合する。
混合後に、酸処理したＩＲＭおよびコークス、約５重量％の炭酸カルシウムお
よび約２．５重量％のケイオライト（Ｋａｙｏｌｉｔｅ，商品名）（Ａｌ2Ｏ3＋
ＳｉＯ2）を添加し、約５分間混合する。炭酸カルシウムおよびケイオライトは
ＩＲＭ混合物中で硬化剤として作用し、また生成した物質を金属に還元する際に
融剤としても作用する。
混合後に、約３重量％の有機結合剤物質をバッチミキサに添加し、約５分間混
合する。この結合剤は、メチルエチルケトンのような吸湿性溶媒にスチレン重合
体樹脂（１０重量％）を溶解したものである。この結合剤は吸湿性溶媒を含有し
ているので、早期の反応において生成した水はこの溶媒によって除去される。
混合後に、生成した混合物に約４重量％のポリビニルアルコール ホモポリマ
ーを添加し、１０分間混合する。次いで生成した物質をブリケットプレスに高い
注入圧力下に供給するか、あるいは同様な機械を使用して、取扱いの容易な硬い
成形物を形成する。
次いで、形成したブリケットまたは他の固体成形物を約２５０〜４００°Ｆ（
１２１．１〜２０４．４℃）に加熱して硬化させる。この硬化処理によって、ブ
リケットの水分は約２重量％未満に低下する。硬化後に、ブリケットをアーク炉
中に導入し、この炉内で酸化物の還元を行う。酸化物の還元は最小の電力ペナル
ティーで行うことができ、これは、コークスと酸化された鉄との間で還元反応が
生起する時点まで、ブリケットが結合剤によってスラグ相の下で合体して保持さ
れ続けることによる。ブリケットまたは他の固体成形物に添加した他の物質は、
液体金属浴上のスラグ層中に不純物を運び込む融剤として作用する。
スチレン重合体の代りに、アクリロニトリル重合体を使用することができる。
適当なホモポリマー物質は、ナショナル・スターチ・アンド・アドヘシブ（Ｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）社から入手可能な３
２−０２４ホモポリマーＰＶＡ乳濁液である。アクリロニトリル重合体はメチル
エチルケトンによって長期間にわたって流体状態に保っておくのが好ましい。ア
クリロニトリル重合体はポリマーランド（Ｐｏｌｙｍｅｒｌａｎｄ）社から入手
可能である。ダイス・ケミカル・コンパニー（Ｄｉｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃ
ｏ．）およびサッチャー・ケミカル・コンパニー（Ｔｈａｔｃｈｅｒ Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｃｏ．）から入手可能な工業グレードのメチルエチルケトンが満足で
きるものである。９０重量％のメチルエチルケトンおよび１０重量％のアクリロ
ニトリル重合体を含有するものが適当であるが、これらの量は変えることができ
る。実施例２〜５
これらの実施例は、粉末状で鉄含有量の多い物質（ＩＲＭ）である供給原料の
処理方法を例示し、高グレードの鉄金属の製造で完結している。これらの実施例
のそれぞれにおける一般的な処理方法では、先ず界面活性剤を使用してＩＲＭを
清浄にしてＩＲＭ中に存在する油および他の不純物を含有するエモリエンを生成
する。ＩＲＭをロータリーキルン内で乾燥して前記エモリエントを蒸発させ、全
水分を減少させる。
次いで、清浄になったＩＲＭを秤量して微粒状炭素源と共にミキサに入れ、約
２重量％の塩酸と反応させる。次いで、ＩＲＭ、微粒状炭素源および塩酸を約５
分間混合する。
混合後に、酸処理したＩＲＭおよび微粒状炭素源に、約５重量％の炭酸カルシ
ウムおよびアルミノケイ酸塩である約２．５重量％のケイオライト（Ａｌ2Ｏ3＋
ＳｉＯ2）を添加し、約５分間混合する。
混合後に、約３重量％の有機結合剤物質をバッチミキサに添加し、約５分間混
合する。この結合剤はアクリロニトリル重合体であり、上述のようにメチルエチ
ルケトンによって長期間にわたって流体状態に保たれていた。
混合後に、生成した混合物に実施例１で使用したような約４重量％のポリビニ
ルアルコール ホモポリマーを添加し、１０分間混合する。次いで生成した物質
をブリケットプレスに高い注入圧力下に供給するか、あるいは同様な機械を使用
して、取扱いの容易な硬い固体成形物を形成する。
次いで、形成したブリケットまたは他の固体成形物を約２５０〜４００°Ｆ（
１２１．１〜２０４．４℃）に加熱して硬化させる。この硬化処理によって、ブ
リケットの水分は約２重量％未満に低下する。硬化後に、ブリケットまたは他の
固体生成物をアーク炉中に導入し、この炉内で酸化物の還元を行った。出発原料
、および還元によって生成した鉄およびスラグ生成物を分析した。これらの試験
結果を以下にまとめて示す。実施例２
この実施例では、微粒状炭素として粉コークス（１０４００ＢＴＵ）を使用し
、ＩＲＭとして製鋼所（米国ユタ州プリモス，ヌコル（Ｎｕｃｏｒ））から入手
したミルスケールと酸素炉（米国アラバマ州ガドソン，ガルフステート（Ｇｕｌ
ｆ Ｓｔａｔｅｓ））から入手した酸化鉄沈殿との混合物を使用した。出発物質
、生成したブリケット、および還元生成物の分析結果（重量％で示す）を下記の
表Ａに示す。還元プロセスに導入したブリケットの質量のうち、約８８％は鉄生
成物中に入り、約２１％はスラグ中に入った。（これらの数値を加算しても正確
には１００％にならないのは、測定の不正確さおよび数値を丸めたことによる誤
差のためである。）
実施例３
この実施例では、微粒状炭素として粉コークス（１０４００ＢＴＵ）を使用し
、ＩＲＭとして製鋼所からのミルスケールと塩基性酸素炉（Ｑ−ＢＯＰ）からの
フィルタによって得たスラッジとの混合物（両者とも、米国ユタ州ジュネーブ（
Ｇｅｎｅｖａ）所在）を使用した。出発物質および生成したブリケットの分析結
果（重量％で示す）、および５回のブリッケト還元試験における還元生成物の分
析結果（重量％で示す）を、下記の表Ｂ−１および表Ｂ−２に示す。試験１〜３
において、分析結果は３回の全試験で蓄積したスラグについてのものである。鉄
生成物およびスラグが生成する還元プロセスに導入されたブリケットからの質量
のパーセントを表Ｃに示す。（これらの数値を加算しても正確には１００％にな
らないのは、測定の不正確さおよび数値を丸めたことによる誤差のためである。
）
実施例４
この実施例では、微粒状炭素として粉コークス（１０４００ＢＴＵ）を使用し
、ＩＲＭとして米国ユタ州シーダーシティーの近くにあるジュネーブ鉱山から入
手した銑鉱石と塩基性酸素炉（Ｑ−ＢＯＰ）（米国ユタ州ジュネーブ所在のジュ
ネーブスチール社）からのフィルタによってたスラッジとの混合物を使用した。
出発物質および生成したブリケットの分析結果（重量％で示す）、および５回の
ブケット還元試験における還元生成物の分析結果（重量％で示す）を、下記の表
Ｄに示す。還元プロセスに導入したブリケットのうち、約８８．９％は最後には
鉄生成物中に入り、約２２．１％は最後には試験１のためのスラグ中に入った。
（これらの数値を加算しても正確には１００％にならないのは、測定の不正確さ
および数値を丸めたことによる誤差のためである。）このデータは試験２におい
ては得なかった。
実施例５
この実施例では、微粒状炭素として粉コークス（１０４００ＢＴＵ）を使用し
、ＩＲＭとして写真フィルム製造の際の副産物として得た酸化第二鉄ダストを使
用した。種々のバッチの出発物質の分析結果（重量％で示す）、および鉄還元生
成物の累積分析結果（重量％で示す）を、下記の表Ｅに示す。
実施例６
この実施例では、微粒状炭素として微粉炭を使用し、ＩＲＭとして実施例３で
使用したものと同じものを使用した。鉄およびスラグ還元生成物の分析結果（重
量％で示す）を、下記の表Ｆに示す。
理論的説明
本発明においては、炭素源のなかに含まれている炭素粒子が重合して、未同定
の新規な長鎖重合体化合物を生成し、この化合物が成形体に構造的に優れた強度
を付与すると考えられる。炭素の酸化物が水中で加水分解することは知られてい
る。この反応後に、前記化合物中に存在する遊離カルボキシルイオンはそのまま
残っている。
添加された（ｄｏｐｅｄ）メチルエチルケトンの導入によって、スチレン重合
体が溶媒中に吸収されている水と交換されるので、スチレン重合体を遊離カルボ
キシル基に結合させることができる、と考えられる。
次の段階で、ポリ酢酸ビニルを導入する。この場合にも、存在するメチルエチ
ルケトンは除去触媒として作用し、アクリロニトリルまたはスチレンをポリ酢酸
ビニルに反応させることができる。
ブリケット、ペレット、および／または押出された固体部片のような生成する
圧縮成形物は、構造的に安定であり、貯蔵および取り扱い中に微細粒子に戻るこ
とはない。
本発明をいくつかの具体例および実施例について説明したが、本発明の範囲お
よび思想から逸脱することなく多くの変更を行うことでき、また、請求の範囲に
記載されているように、本発明は本発明の思想から逸脱しない発明の変更および
修正をすべて包含するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION METHOD Technical Background This invention for recovering iron from more substances iron content is related the recovery of metal values from waste produced in the waste, in particular steel manufacturing process on metallurgical . Background of the Invention Steelmaking processes produce waste products that contain oxidized iron and often contain other oxidized metals. Normally, these wastes are substances that are present in the waste gas stream in the form of dust. This dust is difficult to dispose of because the dust is usually of a fine particle size, and simply re-introducing the waste into a reduction furnace to recover the iron will result in it becoming part of the waste gas stream again. It usually happens. Thus, such fine-grained materials are essentially worthless, even if they have substantial metal content. There are several ways to store and stabilize dust in piles near steel mills, but the choice of this method will lead to stricter environmental regulations and more space available due to higher land prices. As they become restricted, they are becoming increasingly unacceptable. Also, dust can be recycled and stabilized into ceramic or building materials, but is not always a cost-effective method. However, these methods do not exploit the value of iron and other metals remaining in the waste. A waste of general interest is dust from arc furnaces, which is commonly referred to as EAF dust. Arc furnaces typically use high voltage currents to melt scrap metal. Scrap metal can originate from a variety of sources, including scrap railroad rails, cut sheet steel, scrapped structural steel, and scrapped cars. Scrap metals are added to the arc furnace without separating non-ferrous metals such as lead, zinc, and cadmium. During operation of the arc furnace, these non-ferrous metals evaporate from the scrap metal and condense from the waste gas stream into dust and accumulate in the baghouse. In addition to these non-ferrous metals, large amounts of recoverable iron from the waste gas stream accumulate in the baghouse. Thus, iron and heavy metals, usually in oxidized form, are together in an amorphous EAF dust having a particle size generally less than 20 microns. Such EAF dust is currently classified as dangerous dust by the EPA (US Environmental Protection Agency) due to its lead and cadmium content. Therefore, a wide range of methods must be maintained to protect the environment from heavy metals and to meet EPA requirements. All metals in EAF dust have value and can be recycled if an effective method of separating and reducing dust components can be achieved. Furthermore, EAF dust can be rendered non-toxic if traces of heavy metals can be removed from the dust. Heretofore, several methods have been applied to this problem with varying degrees of success. Although these methods have been successful in removing heavy metals, they are unsuitable for recovering iron, leaving fine iron oxide-containing dust that is generally of no value. The most common method is called the fuming method. In this method, heavy metals are separated by utilizing the difference in the boiling points of heavy metals. The dust is heated to a temperature above the boiling point of the heavy metals to be separated to evaporate these heavy metals. The evaporated heavy metals are removed from the gas as dust and condensed in a collector for further processing. The boiling points of these traces of heavy metals are much lower than the boiling point of iron, the largest single component of dust. After separation of lead, zinc, and cadmium, the remaining dust mainly consists of iron in the form of iron oxide. This material is in the form of dust, which has not been successful in treating this material to iron and remains as waste. Another problem associated with the fuming process is that it requires a large amount of energy and produces significant quantities of its own waste dust. Another method used to treat EAF dust is electrowinning. This method combines a leaching sedimentation operation with electrodeposition. First, EAF dust is dissolved in an electrolytic solution to solubilize lead, zinc, and cadmium. The solution is filtered and then precipitated with zinc powder to capture lead and cadmium. Next, the generated zinc solution is passed through an electrochemical recovery cell to recover zinc. Although this method can completely recover zinc, the leaching process does not dissolve the iron oxide and zinc ferrite and remains as waste that needs to be dried. The dried waste is again in the form of fine dust with little or no value. Also, conventionally, EAF dust is treated by admixing with a silicate material such as silica sand, clay or cullet, and heated in a furnace to produce a vitrified ceramic product. Ceramics are useful as abrasives, making EAF dust harmless, but valuable metals contained in dust are not recovered. These metals have been treated by costly refining techniques and converted to lower value materials to eliminate the danger. DISCLOSURE OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for treating iron and heavy metal containing dusts, wherein both iron and heavy metals can be recovered as useful products. Other objects of the present invention will be apparent from the following description. In summary, the present invention can overcome or substantially reduce the above-mentioned disadvantages of the prior art. A method is provided for producing a solid product in the form of briquettes, pellets, and / or other solid objects. The resulting solid product is an iron-rich material, such as EAF dust, and a carbon source, such as coke breeze, pulverized coal, and / or revert material, combined together to form a briquette-like solid. The molded product is substantially prevented from disintegrating into dust and smaller powder. The briquette provides an iron source in the steel making process and provides carbon for reducing iron. In addition, heavy metals in iron-rich materials can also be incorporated into the briquettes and separated by evaporation or fuming during the iron reduction process, thus recovering these heavy metals. The fuming process first utilizes the reaction product of finely divided carbon and an organic binder to produce a briquette or extrudate of any convenient shape, or a similar technique, to provide a stable solid feed. It is unique in that it forms into a product. The reaction product with the binder maintains the generated dust material until the zinc, lead and cadmium have evaporated and the iron oxide has been reduced to elemental iron. This method makes all the substances contained in the EAF dust recyclable in a single process. As a fuel for this process, waste coke, waste pulverized coal, arc, or natural gas can be used depending on the price advantages offered. Therefore, the method of the present invention is a method for recovering iron and heavy metals from a powdery substance having a high iron content. In the present invention, a molded product that can be used for the production of steel can be produced from such a powdery substance from which iron valuables could not be recovered conventionally. In addition to iron, heavy metals are also recovered. Previous attempts to incorporate carbon-containing materials, such as coke flour, pulverized coal, and / or revert material, into solid forms, such as briquettes, have been entirely unsuccessful. This is because the product is not properly bound, is unstable, and disintegrates or retrogradely disintegrates into small fine particles during storage and handling prior to use. However, in the method of the present invention, the material containing carbon and iron can be formed into a solid molded product having sufficient strength and durability for handling and storage. It can be formed into a solid product that is bound to a degree sufficient to prevent premature disintegration of the molded article that would otherwise be carried in as dust. One example of the present invention is a method for producing a molded article from a fine substance having a high iron content, the method comprising: (a) mixing the substance having a high iron content with a carbon source to reduce the iron content. Producing a mixture of carbon-rich material and carbon as a powdery material essentially free of oil and moisture; (b) dissolving the styrene polymer resin or acrylonitrile polymer resin in a hygroscopic solvent (C) combining the dissolved resin, the mixture of iron-rich material and carbon, calcium carbonate, and aluminosilicate binder; (d) combining the polyvinyl homopolymer in water And adding the resulting emulsion to the combined product of step (c), then substantially homogenizing the resulting product; (e) converting the mixture formed from step (d) into a shaped article Pressure To; and wherein the. By "fine substance with a high iron content" is meant a powdered or small particle or fine particle substance containing iron, iron oxide and / or other iron compounds. This powdery substance can also be present in any form, for example other metals, including heavy metals in the form of metal oxides, as well as other mineral substances, especially ores, waste from mineral extraction processes, etc. Can be contained. A suitable material having a high iron content is arc furnace dust (EAF dust), which is discharged from the arc furnace used in steel making and deposited from a waste gas stream. Other suitable iron-rich materials include other by-products from steelmaking, such as mill scale, precipitated iron oxide, and dust (so-called sludge), typically filter bags and bags of oxygen furnaces. There is dust trapped inside. Iron-rich materials are usually essentially free of moisture, ie, have a moisture level of less than 2% by weight, and are essentially free of non-mineral materials such as oils. This can be achieved by suitable cleaning and drying methods, preferably by the methods described and described in more detail in the examples. First, a powdery iron-rich material is mixed with a carbon source. At this point, the iron-rich material and the carbon source can be reacted with a mineral acid, such as hydrochloric acid, if desired. Any suitable carbon source can be used as the carbon source, for example, metallurgical grade coke. The carbon source must be sufficiently fine and in a form capable of forming a solid molded product as described later. In addition, the carbon source must be free of impurities that significantly interfere with the formation of the molding or the subsequent iron reduction process using the molding. In a typical example, the carbon source is a fine powder. In a typical application of the present invention, a powdered material with a high carbon content is mixed with a carbon source to produce a mixture containing about 15-35% by weight, preferably about 25% by weight of the carbon source. I do. The mixture is then reacted with hydrochloric acid. This mixture is preferably reacted with hydrochloric acid in an acid amount of about 1-4% by weight, preferably about 2% by weight. After reacting the mixture of carbon-rich material and carbon with hydrochloric acid, it is mixed with a binder to form a mixture to form one or more green forms. The mixture reacted with hydrochloric acid is mixed with calcium carbonate, aluminosilicate binder, organic binder, and polyvinyl alcohol. This is achieved by mixing the mixture reacted with hydrochloric acid with calcium carbonate and aluminosilicate material. Calcium carbonate acts as a hardening agent and also acts as a flux to remove impurities during reduction to the iron phase. Further, the aluminosilicate acts as a curing agent for moldings, and also acts as a flux. As the aluminosilicate material, any aluminosilicate material used to form the molding, such as kaolin clay material, kaolinite, a mixture of alumina and silica, dolomite lime type clay, etc. Can be. The organic binder is incorporated into the mixture containing calcium carbonate and aluminosilicate. The binder is a binder described in U.S. patent application Ser. No. 08 / 184,099, filed Jan. 21, 1994, which is incorporated herein by reference. The binder is formed by dissolving a styrene polymer resin or an acrylonitrile polymer resin in a hygroscopic solvent such as methyl ethyl ketone. The emulsion formed by emulsifying the polyvinyl polymer in water is added to the mixture containing the styrene polymer binder. The product is then substantially homogenized. As the polyvinyl polymer, polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate can be used. The homogenized mixture containing polyvinyl acetate or polyvinyl alcohol is then formed into a solid molding by any suitable method, for example, extrusion, molding, and compression. In a typical example, the extrusion or molding pressure is increased from about 15,000 psi (1055 kg / cm 2 ) to about 45,000 psi (3164 kg / cm 2 ), preferably about 30,000 psi (2109 kg / cm 2 ). To produce a dense fracture and wear resistant product. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow sheet of an example of the method of the present invention. DETAILED DESCRIPTION Example 1 This example of implementing the invention, illustrate a method of processing feedstocks are a lot iron content material (IRM) in powder form, are completed in the production of ferrous metal of a high-grade . As shown in FIG. 1, the IRM is first cleaned using a surfactant to produce an emollient containing the oil and other impurities present in the IRM. The IRM is dried in a rotary kiln to evaporate the emollient and reduce the total moisture, preferably to less than about 2% by weight, depending on the composition being treated. However, up to about 6% by weight of water can be tolerated. The cleaned IRM is then weighed into a mixer with about 25% by weight metallurgical grade coke and reacted with about 2% by weight hydrochloric acid. The IRM, coke and hydrochloric acid are then mixed for about 5 minutes. After mixing, add the acid-treated IRM and coke, about 5% by weight of calcium carbonate and about 2.5% by weight of Kayolite (trade name) (Al 2 O 3 + SiO 2 ) and mix for about 5 minutes. . Calcium carbonate and kiolite act as hardeners in the IRM mixture and also act as fluxes in reducing the resulting material to metal. After mixing, about 3% by weight of organic binder material is added to the batch mixer and mixed for about 5 minutes. This binder is obtained by dissolving a styrene polymer resin (10% by weight) in a hygroscopic solvent such as methyl ethyl ketone. Since this binder contains a hygroscopic solvent, the water formed in the earlier reaction is removed by this solvent. After mixing, about 4% by weight of polyvinyl alcohol homopolymer is added to the resulting mixture and mixed for 10 minutes. The resulting material is then fed to a briquette press under high injection pressure, or a similar machine is used to form an easily handled hard molding. The formed briquettes or other solid moldings are then heated to about 250-400 ° F (121.1-204.4 ° C) to cure. The curing reduces the briquette moisture to less than about 2% by weight. After curing, the briquettes are introduced into an arc furnace in which the reduction of the oxides takes place. Oxide reduction can be done with minimal power penalty, which keeps the briquettes coalesced under the slag phase by the binder until the reduction reaction takes place between coke and oxidized iron By continuing to be. Other substances added to the briquettes or other solid moldings act as fluxes to carry impurities into the slag layer on the liquid metal bath. Instead of a styrene polymer, an acrylonitrile polymer can be used. A suitable homopolymer material is a 32-22-024 homopolymer PVA emulsion available from National Starch and Adhesive. The acrylonitrile polymer is preferably kept in a fluid state for a long time by methyl ethyl ketone. Acrylonitrile polymers are available from Polymerland. Commercial grade methyl ethyl ketone available from Dice Chemical Co. and Thatcher Chemical Co. is satisfactory. Suitably containing 90% by weight of methyl ethyl ketone and 10% by weight of acrylonitrile polymer, but these amounts can vary. Examples 2-5 These examples illustrate a method of treating a feedstock that is a powdered, iron-rich material (IRM) and is completed with the production of high-grade ferrous metal. The general processing method in each of these examples involves first cleaning the IRM using a surfactant to produce an emollien containing oils and other impurities present in the IRM. The IRM is dried in a rotary kiln to evaporate the emollient and reduce total moisture. The clean IRM is then weighed into a mixer with a fine carbon source and reacted with about 2% by weight hydrochloric acid. The IRM, fine carbon source and hydrochloric acid are then mixed for about 5 minutes. After mixing, about 5% by weight of calcium carbonate and about 2.5% by weight of a silicate (Al 2 O 3 + SiO 2 ), which is about 5% by weight, is added to the acid-treated IRM and the fine carbon source, and about 5% by weight is added. Mix for a minute. After mixing, about 3% by weight of organic binder material is added to the batch mixer and mixed for about 5 minutes. This binder is an acrylonitrile polymer, which has been kept in a fluid state for a long time by methyl ethyl ketone as described above. After mixing, about 4% by weight of the polyvinyl alcohol homopolymer as used in Example 1 is added to the resulting mixture and mixed for 10 minutes. The resulting material is then fed to a briquette press under high injection pressure or a similar machine is used to form a hard solid compact that is easy to handle. The formed briquettes or other solid moldings are then heated to about 250-400 ° F (121.1-204.4 ° C) to cure. The curing reduces the briquette moisture to less than about 2% by weight. After curing, briquettes or other solid products were introduced into an arc furnace where the reduction of oxides took place. The starting materials and the iron and slag products formed by the reduction were analyzed. The results of these tests are summarized below. Example 2 This example uses coke breeze (10400 BTU) as fine carbon and a mill scale and oxygen furnace (Gadson, Ala., USA) obtained from a steel mill (Nucor, Primos, Utah, USA) as an IRM. A mixture with iron oxide precipitate obtained from Gulf States was used. Analytical results (expressed in weight percent) of the starting material, briquettes formed, and reduction products are shown in Table A below. Of the mass of briquettes introduced into the reduction process, about 88% went into the iron product and about 21% went into the slag. (The addition of these values does not result in exactly 100% due to measurement inaccuracies and errors due to rounding of the values.) Example 3 In this example, a mixture of mill scale from a steel mill and sludge obtained from a basic oxygen furnace (Q-BOP) was used as the IRM using fine coke (10400 BTU) as fine carbon. Both used Geneva, Utah, USA). The analysis results (shown in% by weight) of the starting material and the formed briquette, and the analysis results of the reduction products (shown in% by weight) in the five briquette reduction tests are shown in Tables B-1 and B-2 below. Show. In tests 1 to 3, the analysis results are for the slag accumulated in all three tests. Table C shows the percentage of mass from briquettes introduced into the reduction process where iron products and slag are formed. (Addition of these values does not result in exactly 100% due to measurement inaccuracies and errors due to rounding of the values.) Example 4 In this example, pig ore and a basic oxygen furnace (Q-BOP) (Q-BOP) obtained from the Geneva mine near Cedar City, Utah, U.S.A., using fine coke (10400 BTU) as fine carbon and IRM. A mixture with sludge filtered from a filter (Geneva Steel, Geneva, Utah, USA) was used. The results of the analysis of the starting material and the resulting briquettes (in% by weight) and of the reduction products in five Buckett reduction tests (in% by weight) are shown in Table D below. Of the briquettes introduced to the reduction process, about 88.9% finally entered the iron product and about 22.1% finally entered the slag for test 1. (The addition of these values does not result in exactly 100% due to measurement inaccuracies and errors due to rounding of the values.) This data was not obtained in Test 2. Example 5 In this example, coke breeze (10400 BTU) was used as fine-grained carbon, and ferric oxide dust obtained as a by-product of photographic film production was used as IRM. The analysis of the starting materials (in% by weight) of the various batches and the cumulative analysis of the iron reduction products (in% by weight) are shown in Table E below. Example 6 In this example, pulverized coal was used as fine-grained carbon, and the same IRM as that used in Example 3 was used. The results of the analysis of the iron and slag reduction products (expressed in weight%) are shown in Table F below. In the present invention, the carbon particles contained in the carbon source are polymerized to form an unidentified novel long-chain polymer compound, which gives the molded article a structurally superior strength. Is considered to be given. It is known that oxides of carbon hydrolyze in water. After this reaction, the free carboxyl ions present in the compound remain. It is believed that the introduction of the added methyl ethyl ketone allows the styrene polymer to be bound to free carboxyl groups since the styrene polymer is exchanged for water absorbed in the solvent. In the next step, polyvinyl acetate is introduced. Again, the methyl ethyl ketone present acts as a removal catalyst and can react acrylonitrile or styrene with polyvinyl acetate. The resulting compression moldings, such as briquettes, pellets, and / or extruded solid pieces, are structurally stable and do not return to fine particles during storage and handling. Although the present invention has been described in terms of several specific embodiments and examples, many modifications can be made without departing from the scope and spirit of the invention, and the invention is also described as set forth in the claims. Is intended to cover all changes and modifications of the invention that do not depart from the spirit of the invention.
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】１９９６年８月１６日
【補正内容】
明細書
鉄含有量の多い物質から鉄を回収する方法技術的背景
本発明は、冶金上の廃物、特に鉄鋼製造プロセスで生成する廃物からの金属有
価物の回収に関するものである。背景技術
鉄鋼製造プロセスでは、酸化された鉄を含有し、また他の酸化された金属を含
有することの多い廃物が生成する。普通、これらの廃物は廃ガス流中にダストの
形態で存在する物質である。ダストは普通粒度が微細であるため、この廃物は処
理するのが困難であり、単にこの廃物を還元炉に再導入して鉄を回収しても、再
び廃ガス流の一部分になるという結果を生じるのが普通である。従って、このよ
うな粒度が微細である物質は、該物質が実質的な金属含有量を有していても、本
質的に無価値である。
製鋼所の近くにダストを山に積んで貯蔵し、安定化する方法がいくつかあるが
、この方法の選択は、環境規定が一層厳しくなり、また土地価格の上昇のため利
用可能な場所が一層制限されてくるにつれて、次第に受け入れられなくなってき
ている。また、ダストはリサイクルし、安定化してセラミック材料または建築材
料にすることができるが、必ずしも費用に対する効率が良い方法ではない。しか
し、これらの方法は、廃物中に残っている鉄および他の金属の価値を活用してい
ない。
一般的に関心の持たれている廃物はアーク炉からのダストであり、これは普通
ＥＡＦダストと呼ばれている。アーク炉は、代表的な例では、高電圧電流を使用
することにより、屑金属を溶融する。屑金属は、廃棄された鉄道レール、切断さ
れた薄鋼板、廃棄された構造鋼、および廃車になった自動車を含む種々の供給源
から生じることがある。屑金属は、鉛、亜鉛、およびカドミウムのような非鉄金
属を分離せずに、アーク炉に添加される。アーク炉の稼動中に、これらの非鉄金
属は屑金属から蒸発し、廃ガス流から凝縮してダストになり、バグハウス内で堆
積する。これらの非鉄金属のほかに、廃ガス流からは多量の回収可能な鉄がバグ
ハウス内で堆積する。従って、普通酸化した形態である鉄および重金属は、一般
的に２０ミクロン未満の粒度を有するアモルファスＥＡＦダスト中で一緒になっ
ている。このようなＥＡＦダストは、鉛およびカドミウムの含有量のために、現
在ＥＰＡ（米国環境保護局）によって危険なダストとして分類されている。従っ
て、環境を重金属から保護し、かつＥＰＡの規定に合致するようにするために、
広範囲の方法を維持しておく必要がある。ＥＡＦダスト中の金属はすべて価値を
有し、ダスト成分を分離および還元する効果的な方法を達成することができる場
合には、再生利用することができる。さらに、ＥＡＦダストは、痕跡量の重金属
をダストから除去できる場合には、無毒性にすることができる。
従来、いくつかの方法が、成功の程度は異なるが、この問題に適用されている
。これらの方法は重金属の除去には成功を収めているが、鉄の回収には不適当で
あり、一般的に価値のない微細な酸化鉄含有ダストが残る。
最も普通の方法はフューミング法（ｆｕｍｉｍｇ）と呼ばれる。この方法では
、重金属の沸点の相違を利用して重金属を分離する。ダストを、分離しようとす
る複数の重金属の沸点より高い温度に加熱して、これらの重金属を蒸発させる。
蒸発した重金属を気体からダストとして除去し、さらに処理するために捕集装置
内で凝縮させる。これらの痕跡量の重金属の沸点は、ダストの最大単一成分であ
る鉄の沸点よりかなり低い。鉛、亜鉛、およびカドミウムを分離した後に、残っ
ているダストは主として酸化鉄の形態の鉄からなる。この物質はダスト形態であ
り、この物質を処理して鉄にする際に好結果を得ることはできず、該物質は廃物
として残る。フューミング法と関連するもう一つの問題は、フューミング法は多
量のエネルギーを必要とし、またそれ自身の廃ダストを有意な量で生成する、こ
とである。
ＥＡＦダストを処理するのに使用される他の方法は、電気採取法（ｅｌｅｃｔ
ｒｏｗｉｎｎｉｎｇ）である。この方法は、浸出沈殿操作を電着と組み合わせた
ものである。先ず、ＥＡＦダストを電解液中に溶解して、鉛、亜鉛、およびカド
ミウムを可溶化する。この溶液を濾過し、次いで亜鉛粉末によって沈殿させて、
鉛およびカドミウムを捕捉する。次いで、生成した亜鉛溶液を電気化学的回収セ
ルに通して亜鉛を回収する。この方法は亜鉛を全く完全に回収できるが、浸出処
理では酸化鉄および亜鉛フェライトが溶解せず、乾燥する必要のある廃物として
残る。乾燥した廃物は、またも、価値のほとんどまたは全くない微細ダストの形
態をしている。
また、従来、ＥＡＦダストは、シリカ砂、粘土またはカレットのようなケイ酸
塩物質と混和することによって処理され、炉内で加熱されてガラス化したセラミ
ック製品を生成する。セラミックは研磨剤として有用であり、ＥＡＦダストは危
険性のないものになるが、ダスト中に含まれている有価金属は回収されない。こ
れらの金属は、危険性をなくなすために、費用のかかる精製技術によって処理さ
れて、価値の比較的低い物質に転化されている。発明の開示
従って、本発明の目的は、鉄および重金属の両者を有用な生成物として回収す
ることができる、鉄および重金属を含有するダストの処理方法を提供することに
ある。
本発明の他の目的は、以下の記載から明らかである。
要するに、本発明は、従来技術の上述の欠点を克服するか、実質的に軽減する
ことができる。ブリケット、ペレット、および／または他の固体物体の形態をし
た固体生成物を製造する方法が得られる。生成する固体生成物は、鉄含有量の多
い物質、例えば、ＥＡＦダストと、炭素源、例えば粉コークス、微粉炭、および
／またはリバート（ｒｅｖｅｒｔ）物質とを一緒に結合させてブリケットのよう
な固体成形物にして、ダストおよびそれより小さい粉末に崩壊するのを実質的に
防止したものである。前記ブリケトは鉄鋼の製造プロセスにおいて鉄源を提供し
、鉄を還元するための炭素を提供する。さらに、また、鉄含有量の多い物質中の
重金属もブリケット中に混入し、鉄還元プロセス中に、蒸発またはフューミング
によって分離され、このようにしてこれらの重金属を回収することができる。フ
ューミング法は、先ず、微粒状炭素と有機結合剤との反応生成物を利用し、好都
合な形状のブリケットまたは押出物を生成する技術または同様な技術を使用する
ことにより、供給物質を安定な固体生成物に形成する点で、独特なものである。
結合剤との反応生成物は、生成したダスト物質を、亜鉛、鉛、およびカドミウム
が蒸発しかつ酸化鉄が元素状鉄に還元されてしまうまで、維持する。この方法は
、ＥＡＦダスト中に含有されている前記物質をすべて１回のプロセスで再生利用
できるようにする。このプロセスのための燃料としては、屑粉コークス、屑微粉
炭、アーク、または天然ガスを、提供される価格上の利点に応じて使用すること
ができる。
従って、本発明方法は、鉄含有量の多い粉末状物質から鉄および重金属を回収
する方法である。本発明においては、従来は鉄有価物を回収できなかったこのよ
うな粉末状物質から、鉄鋼の製造に利用できる成形物を製造することができる。
鉄が回収されるほか、重金属も回収される。粉コークス、微粉炭、および／また
はリバート物質のような炭素含有物質を、ブリケットのような固体形態のものの
なかに入れようとする従来の試みは、全く成功しなかった。それは、生成物が適
当に結合されておらず、不安定で、使用前の貯蔵および取扱い中に、砕解するか
逆行的に崩壊して小さい微細粒子に戻るからである。しかし、本発明方法におい
ては、炭素および鉄を含有する物質を、取扱いおび貯蔵に十分な強度および耐久
性を有する固体成形物に形成することができると共に、鉄還元プロセスにおいて
、成形物が廃ガス中にダストとして搬入されるようになるような成形物の早期の
砕解を阻止するのに十分な程度まで結合されている固体生成物に形成することが
できる。
本発明の一例は、鉄含有量の多い微細な物質から成形物を製造する方法であり
、この方法は：
（ａ）前記鉄含有量の多い物質と炭素源とを混合して鉄含有量の多い物質と炭素
との混合物を、本質的に油および水分を含有していない粉末状物質として生成し
；
（ｂ）スチレン重合体樹脂またはアクリロニトリル重合体樹脂を吸湿性溶媒中に
溶解して、溶解樹脂、すなわちコンディショナを生成し；
（ｃ）前記溶解した樹脂、前記鉄含有量の多い物質と炭素との混合物、炭酸カル
シウム、およびアルミノケイ酸塩結合剤を組み合わせ；
（ｄ）ポリビニルホモポリマーを水中で乳化させ、生成した乳濁液を工程（ｃ）
の組み合わせ生成物に添加し、次いで得られた生成物を実質的に均一化し；
（ｅ）工程（ｄ）から生成した混合物を成形物に圧縮する；
ことを特徴とする。
「鉄含有量の多い微細な物質」とは、鉄、酸化鉄、および／または他の鉄化合
物を含有する粉末状または小粒子または微粒状の物質を意味する。また、この粉
末状物質は、任意の形態、例えば金属酸化物の形態の重金属を包含する他の金属
、ならびに他の鉱物質物質、特に鉱石、鉱物抽出処理からの廃物などのなかに存
在するものを含有することができる。
鉄含有量の多い適当な物質はアーク炉ダスト（ＥＡＦダスト）であり、これは
鉄鋼製造の際に使用れるアーク炉から放出され廃ガス流から堆積したものである
。鉄含有量の多い他の適当な物質としては、製鋼からの他の副産物、例えば、ミ
ルスケール、沈殿した酸化鉄、およびダスト（いわゆる、スラッヂ）、代表的な
例では酸素炉のフィルタ・バグハウス内に捕集されるダストがある。
鉄含有量の多い物質は、通常、水分を本質的に含有していない、すなわち水分
レベルが２重量％以下であり、また油のような非鉱物質物質を本質的に含有して
いない。これは、適当な清浄および乾燥方法によって、好ましくは実施例におい
て一層詳細に記載および説明されている方法によって、達成することができる。
先ず、粉末状の鉄含有量の多い物質を炭素源と混合する。この時点で、鉄含有
量の多い物質および炭素源を、所望に応じて、塩酸のような鉱酸と反応させるこ
とができる。炭素源としては任意の適当な炭素源、例えば冶金グレードのコーク
スを使用することができる。炭素源は十分に微細であり、後述するように固体成
形物を形成することができる形態のものである必要がある。さらに、炭素源は、
成形物の形成または該成形物を使用するその後の鉄還元プロセスを著しく妨害す
る不純物を、含有していない必要がある。代表的な例においては、炭素源は微細
な粉末状物質である。
本発明の代表的な適用例においては、炭素含有量の多い粉末状物質と炭素源と
を混合して、約１５〜３５重量％、好ましくは約２５重量％の炭素源を含有する
混合物を生成する。次いで、この混合物を塩酸と反応させる。この混合物は、約
１〜４重量％、好ましくは約２重量％の酸量で、塩酸と反応させるのが好ましい
。
炭素含有量の多い物質と炭素との混合物を塩酸と反応させた後に、１個または
２個以上の生形物に形成するために、結合剤と混合して混合物にする。塩酸と反
応させた混合物を、炭酸カルシウム、アルミノケイ酸塩結合剤、有機結合剤、お
よびポリビニルアルコールと混合する。これは、塩酸と反応させた混合物を炭酸
カルシウムおよびアルミノケイ酸塩物質と混合することによって、達成される。
炭酸カルシウムは硬化剤として作用し、また鉄相への還元中に不純物を除去する
ための融剤としても作用する。また、アルミノケイ酸塩は成形物用硬化剤として
作用し、また融剤としても作用する。アルミノケイ酸塩物質としては、成形物を
形成するのに使用される任意のアルミノケイ酸塩物質、例えば、カオリン粘土物
質、カオリナイト、アルミナとシリカとの混合物、ドロマイト石灰タイプの粘土
などを使用することができる。
有機結合剤は、炭酸カルシウムおよびアルミノケイ酸塩を含有する前記混合物
中に混入する。結合剤は、１９９４年１月２１日に出願された米国特許出願第０
８／１８４，０９９号に記載されている結合剤であり、これをここに参考として
記載する。この結合剤は、スチレン重合体樹脂またはアクリロニトリル重合体樹
脂を、メチルエチルケトンのような吸湿性溶媒に溶解することにより生成する。
ポリビニル重合体を水中に乳化させることによって生成する乳濁液を、スチレ
ン重合体結合剤を含有する前記混合物に添加する。次いで、生成物を実質的に均
一化する。ポリビニル重合体としてはポリビニルアルコールまたはポリ酢酸ビニ
ルを使用することができる。
次いで、ポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールを含有する均一になった
混合物を、任意の適当な方法、例えば、押出、成形、および圧縮によって、固体
成形物に形成する。代表的な例においては、押出圧力または成形圧力を約１５，
０００ｐｓｉ（１０５５ｋｇ／ｃｍ2）〜約４５，０００ｐｓｉ（３１６４ｋｇ
／ｃｍ2）、好ましくは約３０，０００ｐｓｉ（２１０９ｋｇ／ｃｍ2）の高い圧
力にして、緻密な耐破壊性、耐摩耗性生成物を生成する。図面の簡単な説明
図１は本発明方法の一例のフローシートである。発明を実施する最良の形態 実施例１
この実施例は、粉末状で鉄含有量の多い物質（ＩＲＭ）である供給原料の処理
方法を例示し、高グレードの鉄金属の製造で完結している。図１に示すように、
先ず、界面活性剤を使用してＩＲＭを清浄にしてＩＲＭ中に存在する油および他
の不純物を含有するエモリエント（ｅｍｏｌｌｉｅｎｔ）を生成する。ＩＲＭを
ロータリーキルン内で乾燥して前記エモリエントを蒸発させ、処理される組成物
に応じて、全水分を好ましくは約２重量％未満に減少させる。ただし、約６重量
％までの水分を許容することができる。
次いで、清浄になったＩＲＭを秤量して約２５重量％の治金グレードのコーク
スと共にミキサに入れ、約２重量％の塩酸と反応させる。次いで、ＩＲＭ、コー
クスおよび塩酸を約５分間混合する。
混合後に、酸処理したＩＲＭおよびコークス、約５重量％の炭酸カルシウムお
よび約２．５重量％のケイオライト（Ｋａｙｏｌｉｔｅ，商品名）（Ａｌ2Ｏ3＋
ＳｉＯ2）を添加し、約５分間混合する。炭酸カルシウムおよびケイオライトは
ＩＲＭ混合物中で硬化剤として作用し、また生成した物質を金属に還元する際に
融剤としても作用する。
混合後に、約３重量％の有機結合剤物質をバッチミキサに添加し、約５分間混
合する。この結合剤は、メチルエチルケトンのような吸湿性溶媒にスチレン重合
体樹脂（１０重量％）を溶解したものである。この結合剤は吸湿性溶媒を含有し
ているので、早期の反応において生成した水はこの溶媒によって除去される。
混合後に、生成した混合物に約４重量％のポリビニルアルコール ホモポリマ
ーを添加し、１０分間混合する。次いで生成した物質をブリケットプレスに高い
注入圧力下に供給するか、あるいは同様な機械を使用して、取扱いの容易な硬い
成形物を形成する。
次いで、形成したブリケットまたは他の固体成形物を約２５０〜４００°Ｆ（
１２１．１〜２０４．４℃）に加熱して硬化させる。この硬化処理によって、ブ
リケットの水分は約２重量％未満に低下する。硬化後に、ブリケットをアーク炉
中に導入し、この炉内で酸化物の還元を行う。酸化物の還元は最小の電力ペナル
ティーで行うことができ、これは、コークスと酸化された鉄との間で還元反応が
生起する時点まで、ブリケットが結合剤によってスラグ相の下で合体して保持さ
れ続けることによる。ブリケットまたは他の固体成形物に添加した他の物質は、
液体金属浴上のスラグ層中に不純物を運び込む融剤として作用する。
スチレン重合体の代りに、アクリロニトリル重合体を使用することができる。
適当なホモポリマー物質は、ナショナル・スターチ・アンド・アドヘシブ（Ｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）社から入手可能な３
２−０２４ホモポリマーＰＶＡ乳濁液である。アクリロニトリル重合体はメチル
エチルケトンによって長期間にわたって流体状態に保っておくのが好ましい。ア
クリロニトリル重合体はポリマーランド（Ｐｏｌｙｍｅｒｌａｎｄ）社から入手
可能である。ダイス・ケミカル・コンパニー（Ｄｉｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃ
ｏ．）およびサッチャー・ケミカル・コンパニー（Ｔｈａｔｃｈｅｒ Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｃｏ．）から入手可能な工業グレードのメチルエチルケトンが満足で
きるものである。９０重量％のメチルエチルケトンおよび１０重量％のアクリロ
ニトリル重合体を含有するものが適当であるが、これらの量は変えることができ
る。実施例２〜５
これらの実施例は、粉末状で鉄含有量の多い物質（ＩＲＭ）である供給原料の
処理方法を例示し、高グレードの鉄金属の製造で完結している。これらの実施例
のそれぞれにおける一般的な処理方法では、先ず界面活性剤を使用してＩＲＭを
清浄にしてＩＲＭ中に存在する油および他の不純物を含有するエモリエンを生成
する。ＩＲＭをロータリーキルン内で乾燥して前記エモリエントを蒸発させ、全
水分を減少させる。
次いで、清浄になったＩＲＭを秤量して微粒状炭素源と共にミキサに入れ、約
２重量％の塩酸と反応させる。次いで、ＩＲＭ、微粒状炭素源および塩酸を約５
分間混合する。
混合後に、酸処理したＩＲＭおよび微粒状炭素源に、約５重量％の炭酸カルシ
ウムおよびアルミノケイ酸塩である約２．５重量％のケイオライト（Ａｌ2Ｏ3＋
ＳｉＯ2）を添加し、約５分間混合する。
混合後に、約３重量％の有機結合剤物質をバッチミキサに添加し、約５分間混
合する。この結合剤はアクリロニトリル重合体であり、上述のようにメチルエチ
ルケトンによって長期間にわたって流体状態に保たれていた。
混合後に、生成した混合物に実施例１で使用したような約４重量％のポリビニ
ルアルコール ホモポリマーを添加し、１０分間混合する。次いで生成した物質
をブリケットプレスに高い注入圧力下に供給するか、あるいは同様な機械を使用
して、取扱いの容易な硬い固体成形物を形成する。
次いで、形成したブリケットまたは他の固体成形物を約２５０〜４００°Ｆ（
１２１．１〜２０４．４℃）に加熱して硬化させる。この硬化処理によって、ブ
リケットの水分は約２重量％未満に低下する。硬化後に、ブリケットまたは他の
固体生成物をアーク炉中に導入し、この炉内で酸化物の還元を行った。出発原料
、および還元によって生成した鉄およびスラグ生成物を分析した。これらの試験
結果を以下にまとめて示す。実施例２
この実施例では、微粒状炭素として粉コークス（１０４００ＢＴＵ）を使用し
、ＩＲＭとして製鋼所（米国ユタ州プリモス，ヌコル（Ｎｕｃｏｒ））から入手
したミルスケールと酸素炉（米国アラバマ州ガドソン，ガルフステート（Ｇｕｌ
ｆ Ｓｔａｔｅｓ））から入手した酸化鉄沈殿との混合物を使用した。出発物質
、生成したブリケット、および還元生成物の分析結果（重量％で示す）を下記の
表Ａに示す。還元プロセスに導入したブリケットの質量のうち、約８８％は鉄生
成物中に入り、約２１％はスラグ中に入った。（これらの数値を加算しても正確
には１００％にならないのは、測定の不正確さおよび数値を丸めたことによる誤
差のためである。）
実施例３
この実施例では、微粒状炭素として粉コークス（１０４００ＢＴＵ）を使用し
、ＩＲＭとして製鋼所からのミルスケールと塩基性酸素炉（Ｑ−ＢＯＰ）からの
フィルタによって得たスラッジとの混合物（両者とも、米国ユタ州ジュネーブ（
Ｇｅｎｅｖａ）所在）を使用した。出発物質および生成したブリケットの分析結
果（重量％で示す）、および５回のブリッケト還元試験における還元生成物の分
析結果（重量％で示す）を、下記の表Ｂ−１および表Ｂ−２に示す。試験１〜３
において、分析結果は３回の全試験で蓄積したスラグについてのものである。鉄
生成物およびスラグが生成する還元プロセスに導入されたブリケットからの質量
のパーセントを表Ｃに示す。（これらの数値を加算しても正確には１００％にな
らないのは、測定の不正確さおよび数値を丸めたことによる誤差のためである。
）
実施例４
この実施例では、微粒状炭素として粉コークス（１０４００ＢＴＵ）を使用し
、ＩＲＭとして米国ユタ州シーダーシティーの近くにあるジュネーブ鉱山から入
手した銑鉱石と塩基性酸素炉（Ｑ−ＢＯＰ）（米国ユタ州ジュネーブ所在のジュ
ネーブスチール社）からのフィルタによってたスラッジとの混合物を使用した。
出発物質および生成したブリケットの分析結果（重量％で示す）、および５回の
ブケット還元試験における還元生成物の分析結果（重量％で示す）を、下記の表
Ｄに示す。還元プロセスに導入したブリケットのうち、約８８．９％は最後には
鉄生成物中に入り、約２２．１％は最後には試験１のためのスラグ中に入った。
（これらの数値を加算しても正確には１００％にならないのは、測定の不正確さ
および数値を丸めたことによる誤差のためである。）このデータは試験２におい
ては得なかった。
実施例５
この実施例では、微粒状炭素として粉コークス（１０４００ＢＴＵ）を使用し
、ＩＲＭとして写真フィルム製造の際の副産物として得た酸化第二鉄ダストを使
用した。種々のバッチの出発物質の分析結果（重量％で示す）、および鉄還元生
成物の累積分析結果（重量％で示す）を、下記の表Ｅに示す。
実施例６
この実施例では、微粒状炭素として微粉炭を使用し、ＩＲＭとして実施例３で
使用したものと同じものを使用した。鉄およびスラグ還元生成物の分析結果（重
量％で示す）を、下記の表Ｆに示す。
理論的説明
本発明においては、炭素源のなかに含まれている炭素粒子が重合して、未同定
の新規な長鎖重合体化合物を生成し、この化合物が成形体に構造的に優れた強度
を付与すると考えられる。炭素の酸化物が水中で加水分解することは知られてい
る。この反応後に、前記化合物中に存在する遊離カルボキシルイオンはそのまま
残っている。
添加された（ｄｏｐｅｄ）メチルエチルケトンの導入によって、スチレン重合
体が溶媒中に吸収されている水と交換されるので、スチレン重合体を遊離カルボ
キシル基に結合させることができる、と考えられる。
次の段階で、ポリ酢酸ビニルを導入する。この場合にも、存在するメチルエチ
ルケトンは除去触媒として作用し、アクリロニトリルまたはスチレンをポリ酢酸
ビニルに反応させることができる。
ブリケット、ペレット、および／または押出された固体部片のような生成する
圧縮成形物は、構造的に安定であり、貯蔵および取り扱い中に微細粒子に戻るこ
とはない。
本発明をいくつかの具体例および実施例について説明したが、本発明の範囲お
よび思想から逸脱することなく多くの変更を行うことでき、また、請求の範囲に
記載されているように、本発明は本発明の思想から逸脱しない発明の変更および
修正をすべて包含するものである。
請求の範囲
１． 微細な鉄含有物質から物品を製造するに当り、
（ａ）前記鉄含有物質と炭素とを混合して鉄含有物質と炭素との混合物を、
本質的に油および水分を含有していない混合物として生成し；
（ｂ）スチレン重合体またはアクリロニトリル重合体を吸湿性溶媒中に溶解
し；
（ｃ）前記溶解したスチレン重合体またはアクリロニトリル重合体、前記鉄
含有物質と炭素との混合物、炭酸カルシウム、およびアルミノケイ酸塩結合剤を
組み合わせ；
（ｄ）ポリビニル重合体を水中で乳化させ、生成した乳濁液を工程（ｃ）の
組み合わせ生成物に添加し、次いで得られた生成物を実質的に均一化し；
（ｅ）工程（ｄ）からの生成物を物品に圧縮する；
ことを特徴とする微細な鉄含有物質から物品を製造する方法。
２． 前記炭素が石炭である、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
３． 前記ポリビニル重合体がポリビニルアルコールである、ことを特徴とする
請求項１記載の方法。
４． 前記炭素が石炭である、ことを特徴とする請求項３記載の方法。
５． 前記ポリビニル重合体がポリ酢酸ビニルである、ことを特徴とする請求項
１記載の方法。
６． 前記炭素が石炭である、ことを特徴とする請求項５記載の方法。
７． 工程（ａ）における前記鉄含有物質と前記炭素との混合中に塩酸を添加す
る、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
８． 工程（ｅ）の前記生成物をブリケット用プレス内で成形物品に圧縮する、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
９． 工程（ｅ）の前記生成物を押出によって物品に圧縮する、ことを特徴とす
る請求項１記載の方法。
１０． さらに、前記物品を加熱して該物品から水分を除去する、ことを特徴と
する請求項１記載の方法。
１１． さらに、前記物品を、該物品中の鉄を還元するための反応雰囲気中に導
入する、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
１２． 前記鉄含有物質は重金属を含有しており、前記物品は、前記重金属を蒸
発させかつ前記鉄を還元するための炉内に導入される、ことを特徴とする請求項
１記載の方法。
１３． 工程（ａ）の前に、前記鉄含有物質を界面活性剤と混合して非鉱物質物
質を除去し、界面活性剤および前記非鉱物質物質を含有するエモリエント物質を
生成し、蒸発により前記エモリエント物質を乾燥して前記エモリエント物質の水
分を減少させる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
１４． 前記物品を約３０，０００ｐｓｉ（２１０９ｋｇ／ｃｍ2）の圧力で圧
縮する、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
１５． 前記吸湿性溶媒がメチルエチルケトンである、ことを特徴とする請求項
１記載の方法。
１６． 微細な鉄含有物質から成形物品を製造するに当り、
（ａ）前記鉄含有物質と炭素とを混合して鉄含有物質と炭素との混合物を、
本質的に油および水分を含有していない混合物として生成し；
（ｂ）アクリロニトリル重合体を吸湿性溶媒中に溶解し；
（ｃ）前記溶解したアクリロニトリル樹脂、前記鉄含有物質と炭素との混合
物、炭酸カルシウム、およびアルミノケイ酸塩結合剤を組み合わせ；
（ｄ）ポリビニル重合体を水中で乳化させ、生成した乳濁液を工程（ｃ）の
組み合わせ生成物に添加し、次いで得られた生成物を実質的に均一化し；
（ｅ）工程（ｄ）からの生成物を成形物品に圧縮する；
ことを特徴とする微細な鉄含有物質から成形物品を製造する方法。
１７． 比較的微細な鉄含有物質から固体物品を形成するに当り、
炭素および鉄含有物質を含有する組成物の存在下に、スチレンまたはアク
リロニトリルを重合させ；
重合した生成物を鉄回収プロセスにおける燃料と鉄含有物質との複合供給
源として後で使用するために、高い圧縮圧力下に固体物品に形成する；
ことを特徴とする比較的微細な鉄含有物質から固体成形物品を形成する方法
。
１８． 鉄含有物質から物品を形成するに当り、
スチレン重合体またはアクリロニトリル重合体と微粒状炭素との反応生成
物によって結合されている鉄含有物質を含有する組成物に、ポリ酢酸ビニルまた
はポリビニルアルコールを付着させ；
生成物を高い圧縮圧力下に物品に形成し；
その後に前記物品を、高温炉内で、前記鉄含有物質から鉄を回収する際の
燃料および鉄含有物質の供給源として使用する；
ことを特徴とする鉄含有物質から物品を形成する方法。
１９． 微細な鉄含有物質から物品を形成するに当り、
微細な鉄含有物質、炭素、スチレン重合体樹脂またはアクリロニトリル重
合体樹脂を吸湿性溶媒に溶解した溶液であるコンディショナ、およびポリ酢酸ビ
ニルまたはポリビニルアルコールのホモポリマーを組み合わせて混合し；
生成した混合物を、後で鉄を回収するための鉄含有物質および燃料の供給
源を含有する物品に圧縮する；
ことを特徴とする微細な鉄含有物質から物品を形成する方法。
２０． 鉄含有物質および炭素分子結合部位を有する微粒状炭素が、長鎖重合体
によって一体に結合されたものである、ことを特徴とする成形物。
２１． 前記長鎖重合体がスチレンまたはアクリロニトリルを含有する化合物で
ある、ことを特徴とする請求項２０記載の成形物。[Procedure of Amendment] Article 184-8, Paragraph 1 of the Patent Act [Date of Submission] August 16, 1996 [Amendment] Description Technical method for recovering iron from a substance with a high iron content The present invention relates to the recovery of metal valuables from metallurgical waste, particularly waste generated in steelmaking processes. Background of the Invention Steelmaking processes produce waste products that contain oxidized iron and often contain other oxidized metals. Normally, these wastes are substances that are present in the waste gas stream in the form of dust. This dust is difficult to dispose of because the dust is usually of a fine particle size, and simply re-introducing the waste into a reduction furnace to recover the iron will result in it becoming part of the waste gas stream again. It usually happens. Thus, such fine-grained materials are essentially worthless, even if they have substantial metal content. There are several ways to store and stabilize dust in piles near steel mills, but the choice of this method will lead to stricter environmental regulations and more space available due to higher land prices. As they become restricted, they are becoming increasingly unacceptable. Also, dust can be recycled and stabilized into ceramic or building materials, but is not always a cost-effective method. However, these methods do not exploit the value of iron and other metals remaining in the waste. A waste of general interest is dust from arc furnaces, which is commonly referred to as EAF dust. Arc furnaces typically use high voltage currents to melt scrap metal. Scrap metal can originate from a variety of sources, including scrap railroad rails, cut sheet steel, scrapped structural steel, and scrapped cars. Scrap metals are added to the arc furnace without separating non-ferrous metals such as lead, zinc, and cadmium. During operation of the arc furnace, these non-ferrous metals evaporate from the scrap metal and condense from the waste gas stream into dust and accumulate in the baghouse. In addition to these non-ferrous metals, large amounts of recoverable iron from the waste gas stream accumulate in the baghouse. Thus, iron and heavy metals, usually in oxidized form, are together in an amorphous EAF dust having a particle size generally less than 20 microns. Such EAF dust is currently classified as dangerous dust by the EPA (US Environmental Protection Agency) due to its lead and cadmium content. Therefore, a wide range of methods must be maintained to protect the environment from heavy metals and to meet EPA requirements. All metals in EAF dust have value and can be recycled if an effective method of separating and reducing dust components can be achieved. Furthermore, EAF dust can be rendered non-toxic if traces of heavy metals can be removed from the dust. Heretofore, several methods have been applied to this problem with varying degrees of success. Although these methods have been successful in removing heavy metals, they are unsuitable for recovering iron, leaving fine iron oxide-containing dust that is generally of no value. The most common method is called the fuming method. In this method, heavy metals are separated by utilizing the difference in the boiling points of heavy metals. The dust is heated to a temperature above the boiling point of the heavy metals to be separated to evaporate these heavy metals. The evaporated heavy metals are removed from the gas as dust and condensed in a collector for further processing. The boiling points of these traces of heavy metals are much lower than the boiling point of iron, the largest single component of dust. After separation of lead, zinc, and cadmium, the remaining dust mainly consists of iron in the form of iron oxide. This material is in the form of dust, which has not been successful in treating this material to iron and remains as waste. Another problem associated with the fuming process is that it requires a large amount of energy and produces significant quantities of its own waste dust. Another method used to treat EAF dust is electrowinning. This method combines a leaching sedimentation operation with electrodeposition. First, EAF dust is dissolved in an electrolytic solution to solubilize lead, zinc, and cadmium. The solution is filtered and then precipitated with zinc powder to capture lead and cadmium. Next, the generated zinc solution is passed through an electrochemical recovery cell to recover zinc. Although this method can completely recover zinc, the leaching process does not dissolve the iron oxide and zinc ferrite and remains as waste that needs to be dried. The dried waste is again in the form of fine dust with little or no value. Also, conventionally, EAF dust is treated by admixing with a silicate material such as silica sand, clay or cullet, and heated in a furnace to produce a vitrified ceramic product. Ceramics are useful as abrasives, making EAF dust harmless, but valuable metals contained in dust are not recovered. These metals have been treated by costly refining techniques and converted to lower value materials to eliminate the danger. DISCLOSURE OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for treating iron and heavy metal containing dusts, wherein both iron and heavy metals can be recovered as useful products. Other objects of the present invention will be apparent from the following description. In summary, the present invention can overcome or substantially reduce the above-mentioned disadvantages of the prior art. A method is provided for producing a solid product in the form of briquettes, pellets, and / or other solid objects. The resulting solid product is an iron-rich material, such as EAF dust, and a carbon source, such as coke breeze, pulverized coal, and / or revert material, combined together to form a briquette-like solid. The molded product is substantially prevented from disintegrating into dust and smaller powder. The briquette provides an iron source in the steel making process and provides carbon for reducing iron. In addition, heavy metals in iron-rich materials can also be incorporated into the briquettes and separated by evaporation or fuming during the iron reduction process, thus recovering these heavy metals. The fuming process first utilizes the reaction product of finely divided carbon and an organic binder to produce a briquette or extrudate of any convenient shape, or a similar technique, to provide a stable solid feed. It is unique in that it forms into a product. The reaction product with the binder maintains the generated dust material until the zinc, lead and cadmium have evaporated and the iron oxide has been reduced to elemental iron. This method makes all the substances contained in the EAF dust recyclable in a single process. As a fuel for this process, waste coke, waste pulverized coal, arc, or natural gas can be used depending on the price advantages offered. Therefore, the method of the present invention is a method for recovering iron and heavy metals from a powdery substance having a high iron content. In the present invention, a molded product that can be used for the production of steel can be produced from such a powdery substance from which iron valuables could not be recovered conventionally. In addition to iron, heavy metals are also recovered. Previous attempts to incorporate carbon-containing materials, such as coke flour, pulverized coal, and / or revert material, into solid forms, such as briquettes, have been entirely unsuccessful. This is because the product is not properly bound, is unstable, and disintegrates or retrogradely disintegrates into small fine particles during storage and handling prior to use. However, in the method of the present invention, the material containing carbon and iron can be formed into a solid molded product having sufficient strength and durability for handling and storage. It can be formed into a solid product that is bound to a degree sufficient to prevent premature disintegration of the molded article that would otherwise be carried in as dust. One example of the present invention is a method for producing a molded article from a fine substance having a high iron content, the method comprising: (a) mixing the substance having a high iron content with a carbon source to reduce the iron content. Producing a mixture of carbon-rich material and carbon as a powdery material essentially free of oil and moisture; (b) dissolving the styrene polymer resin or acrylonitrile polymer resin in a hygroscopic solvent (C) combining the dissolved resin, the mixture of iron-rich material and carbon, calcium carbonate, and aluminosilicate binder; (d) combining the polyvinyl homopolymer in water And adding the resulting emulsion to the combined product of step (c), then substantially homogenizing the resulting product; (e) converting the mixture formed from step (d) into a shaped article Pressure To; and wherein the. By "fine substance with a high iron content" is meant a powdered or small particle or fine particle substance containing iron, iron oxide and / or other iron compounds. This powdery substance can also be present in any form, for example other metals, including heavy metals in the form of metal oxides, as well as other mineral substances, especially ores, waste from mineral extraction processes, etc. Can be contained. A suitable material having a high iron content is arc furnace dust (EAF dust), which is discharged from the arc furnace used in steel making and deposited from a waste gas stream. Other suitable iron-rich materials include other by-products from steelmaking, such as mill scale, precipitated iron oxide, and dust (so-called sludge), typically filter bags and bags of oxygen furnaces. There is dust trapped inside. Iron-rich materials are usually essentially free of moisture, ie, have a moisture level of less than 2% by weight, and are essentially free of non-mineral materials such as oils. This can be achieved by suitable cleaning and drying methods, preferably by the methods described and described in more detail in the examples. First, a powdery iron-rich material is mixed with a carbon source. At this point, the iron-rich material and the carbon source can be reacted with a mineral acid, such as hydrochloric acid, if desired. Any suitable carbon source can be used as the carbon source, for example, metallurgical grade coke. The carbon source must be sufficiently fine and in a form capable of forming a solid molded product as described later. In addition, the carbon source must be free of impurities that significantly interfere with the formation of the molding or the subsequent iron reduction process using the molding. In a typical example, the carbon source is a fine powder. In a typical application of the present invention, a powdered material with a high carbon content is mixed with a carbon source to produce a mixture containing about 15-35% by weight, preferably about 25% by weight of the carbon source. I do. The mixture is then reacted with hydrochloric acid. This mixture is preferably reacted with hydrochloric acid in an acid amount of about 1-4% by weight, preferably about 2% by weight. After reacting the mixture of carbon-rich material and carbon with hydrochloric acid, it is mixed with a binder to form a mixture to form one or more green forms. The mixture reacted with hydrochloric acid is mixed with calcium carbonate, aluminosilicate binder, organic binder, and polyvinyl alcohol. This is achieved by mixing the mixture reacted with hydrochloric acid with calcium carbonate and aluminosilicate material. Calcium carbonate acts as a hardening agent and also acts as a flux to remove impurities during reduction to the iron phase. Further, the aluminosilicate acts as a curing agent for moldings, and also acts as a flux. As the aluminosilicate material, any aluminosilicate material used to form the molding, such as kaolin clay material, kaolinite, a mixture of alumina and silica, dolomite lime type clay, etc. Can be. The organic binder is incorporated into the mixture containing calcium carbonate and aluminosilicate. The binder is a binder described in U.S. patent application Ser. No. 08 / 184,099, filed Jan. 21, 1994, which is incorporated herein by reference. The binder is formed by dissolving a styrene polymer resin or an acrylonitrile polymer resin in a hygroscopic solvent such as methyl ethyl ketone. The emulsion formed by emulsifying the polyvinyl polymer in water is added to the mixture containing the styrene polymer binder. The product is then substantially homogenized. As the polyvinyl polymer, polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate can be used. The homogenized mixture containing polyvinyl acetate or polyvinyl alcohol is then formed into a solid molding by any suitable method, for example, extrusion, molding, and compression. In a typical example, the extrusion or molding pressure is increased from about 15,000 psi (1055 kg / cm 2 ) to about 45,000 psi (3164 kg / cm 2 ), preferably about 30,000 psi (2109 kg / cm 2 ). To produce a dense fracture and wear resistant product. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow sheet of an example of the method of the present invention. DETAILED DESCRIPTION Example 1 This example of implementing the invention, illustrate a method of processing feedstocks are a lot iron content material (IRM) in powder form, are completed in the production of ferrous metal of a high-grade . As shown in FIG. 1, the IRM is first cleaned using a surfactant to produce an emollient containing the oil and other impurities present in the IRM. The IRM is dried in a rotary kiln to evaporate the emollient and reduce the total moisture, preferably to less than about 2% by weight, depending on the composition being treated. However, up to about 6% by weight of water can be tolerated. The cleaned IRM is then weighed into a mixer with about 25% by weight metallurgical grade coke and reacted with about 2% by weight hydrochloric acid. The IRM, coke and hydrochloric acid are then mixed for about 5 minutes. After mixing, add the acid-treated IRM and coke, about 5% by weight of calcium carbonate and about 2.5% by weight of Kayolite (trade name) (Al 2 O 3 + SiO 2 ) and mix for about 5 minutes. . Calcium carbonate and kiolite act as hardeners in the IRM mixture and also act as fluxes in reducing the resulting material to metal. After mixing, about 3% by weight of organic binder material is added to the batch mixer and mixed for about 5 minutes. This binder is obtained by dissolving a styrene polymer resin (10% by weight) in a hygroscopic solvent such as methyl ethyl ketone. Since this binder contains a hygroscopic solvent, the water formed in the earlier reaction is removed by this solvent. After mixing, about 4% by weight of polyvinyl alcohol homopolymer is added to the resulting mixture and mixed for 10 minutes. The resulting material is then fed to a briquette press under high injection pressure, or a similar machine is used to form an easily handled hard molding. The formed briquettes or other solid moldings are then heated to about 250-400 ° F (121.1-204.4 ° C) to cure. The curing reduces the briquette moisture to less than about 2% by weight. After curing, the briquettes are introduced into an arc furnace in which the reduction of the oxides takes place. Oxide reduction can be done with minimal power penalty, which keeps the briquettes coalesced under the slag phase by the binder until the reduction reaction takes place between coke and oxidized iron By continuing to be. Other substances added to the briquettes or other solid moldings act as fluxes to carry impurities into the slag layer on the liquid metal bath. Instead of a styrene polymer, an acrylonitrile polymer can be used. A suitable homopolymer material is a 32-22-024 homopolymer PVA emulsion available from National Starch and Adhesive. The acrylonitrile polymer is preferably kept in a fluid state for a long time by methyl ethyl ketone. Acrylonitrile polymers are available from Polymerland. Commercial grade methyl ethyl ketone available from Dice Chemical Co. and Thatcher Chemical Co. is satisfactory. Suitably containing 90% by weight of methyl ethyl ketone and 10% by weight of acrylonitrile polymer, but these amounts can vary. Examples 2-5 These examples illustrate a method of treating a feedstock that is a powdered, iron-rich material (IRM) and is completed with the production of high-grade ferrous metal. The general processing method in each of these examples involves first cleaning the IRM using a surfactant to produce an emollien containing oils and other impurities present in the IRM. The IRM is dried in a rotary kiln to evaporate the emollient and reduce total moisture. The clean IRM is then weighed into a mixer with a fine carbon source and reacted with about 2% by weight hydrochloric acid. The IRM, fine carbon source and hydrochloric acid are then mixed for about 5 minutes. After mixing, about 5% by weight of calcium carbonate and about 2.5% by weight of a silicate (Al 2 O 3 + SiO 2 ), which is about 5% by weight, is added to the acid-treated IRM and the fine carbon source, and about 5% by weight is added. Mix for a minute. After mixing, about 3% by weight of organic binder material is added to the batch mixer and mixed for about 5 minutes. This binder is an acrylonitrile polymer, which has been kept in a fluid state for a long time by methyl ethyl ketone as described above. After mixing, about 4% by weight of the polyvinyl alcohol homopolymer as used in Example 1 is added to the resulting mixture and mixed for 10 minutes. The resulting material is then fed to a briquette press under high injection pressure or a similar machine is used to form a hard solid compact that is easy to handle. The formed briquettes or other solid moldings are then heated to about 250-400 ° F (121.1-204.4 ° C) to cure. The curing reduces the briquette moisture to less than about 2% by weight. After curing, briquettes or other solid products were introduced into an arc furnace where the reduction of oxides took place. The starting materials and the iron and slag products formed by the reduction were analyzed. The results of these tests are summarized below. Example 2 This example uses coke breeze (10400 BTU) as fine carbon and a mill scale and oxygen furnace (Gadson, Ala., USA) obtained from a steel mill (Nucor, Primos, Utah, USA) as an IRM. A mixture with iron oxide precipitate obtained from Gulf States was used. Analytical results (expressed in weight percent) of the starting material, briquettes formed, and reduction products are shown in Table A below. Of the mass of briquettes introduced into the reduction process, about 88% went into the iron product and about 21% went into the slag. (The addition of these values does not result in exactly 100% due to measurement inaccuracies and errors due to rounding of the values.) Example 3 In this example, a mixture of mill scale from a steel mill and sludge obtained from a basic oxygen furnace (Q-BOP) was used as the IRM using fine coke (10400 BTU) as fine carbon. Both used Geneva, Utah, USA). The analysis results (shown in% by weight) of the starting material and the formed briquette, and the analysis results of the reduction products (shown in% by weight) in the five briquette reduction tests are shown in Tables B-1 and B-2 below. Show. In tests 1 to 3, the analysis results are for the slag accumulated in all three tests. Table C shows the percentage of mass from briquettes introduced into the reduction process where iron products and slag are formed. (Addition of these values does not result in exactly 100% due to measurement inaccuracies and errors due to rounding of the values.) Example 4 In this example, pig ore and a basic oxygen furnace (Q-BOP) (Q-BOP) obtained from the Geneva mine near Cedar City, Utah, U.S.A., using fine coke (10400 BTU) as fine carbon and IRM. A mixture with sludge filtered from a filter (Geneva Steel, Geneva, Utah, USA) was used. The results of the analysis of the starting material and the resulting briquettes (in% by weight) and of the reduction products in five Buckett reduction tests (in% by weight) are shown in Table D below. Of the briquettes introduced to the reduction process, about 88.9% finally entered the iron product and about 22.1% finally entered the slag for test 1. (The addition of these values does not result in exactly 100% due to measurement inaccuracies and errors due to rounding of the values.) This data was not obtained in Test 2. Example 5 In this example, coke breeze (10400 BTU) was used as fine-grained carbon, and ferric oxide dust obtained as a by-product of photographic film production was used as IRM. The analysis of the starting materials (in% by weight) of the various batches and the cumulative analysis of the iron reduction products (in% by weight) are shown in Table E below. Example 6 In this example, pulverized coal was used as fine-grained carbon, and the same IRM as that used in Example 3 was used. The results of the analysis of the iron and slag reduction products (expressed in weight%) are shown in Table F below. In the present invention, the carbon particles contained in the carbon source are polymerized to form an unidentified novel long-chain polymer compound, which gives the molded article a structurally superior strength. Is considered to be given. It is known that oxides of carbon hydrolyze in water. After this reaction, the free carboxyl ions present in the compound remain. It is believed that the introduction of the added methyl ethyl ketone allows the styrene polymer to be bound to free carboxyl groups since the styrene polymer is exchanged for water absorbed in the solvent. In the next step, polyvinyl acetate is introduced. Again, the methyl ethyl ketone present acts as a removal catalyst and can react acrylonitrile or styrene with polyvinyl acetate. The resulting compression moldings, such as briquettes, pellets, and / or extruded solid pieces, are structurally stable and do not return to fine particles during storage and handling. Although the present invention has been described in terms of several specific embodiments and examples, many modifications can be made without departing from the scope and spirit of the invention, and the invention is also described as set forth in the claims. Is intended to cover all changes and modifications of the invention that do not depart from the spirit of the invention. Claims 1. In producing an article from a fine iron-containing substance, (a) mixing the iron-containing substance and carbon to form a mixture of the iron-containing substance and carbon as a mixture essentially containing no oil and moisture; (B) dissolving the styrene polymer or acrylonitrile polymer in a hygroscopic solvent; (c) the dissolved styrene polymer or acrylonitrile polymer, a mixture of the iron-containing substance and carbon, calcium carbonate, and Combining an aluminosilicate binder; (d) emulsifying the polyvinyl polymer in water, adding the resulting emulsion to the combined product of step (c), and then substantially homogenizing the resulting product (E) compressing the product from step (d) into an article; a method for producing an article from a fine iron-containing material. 2. The method of claim 1, wherein the carbon is coal. 3. The method of claim 1, wherein the polyvinyl polymer is polyvinyl alcohol. 4. The method of claim 3, wherein the carbon is coal. 5. The method of claim 1, wherein said polyvinyl polymer is polyvinyl acetate. 6. The method of claim 5, wherein the carbon is coal. 7. The method of claim 1, wherein hydrochloric acid is added during the mixing of the iron-containing substance and the carbon in step (a). 8. The method of claim 1, wherein the product of step (e) is compressed into a shaped article in a briquette press. 9. The method of claim 1 wherein the product of step (e) is compressed into an article by extrusion. 10. The method of claim 1, further comprising heating the article to remove moisture from the article. 11. The method of claim 1, further comprising introducing the article into a reaction atmosphere for reducing iron in the article. 12. The method of claim 1 wherein the iron-containing material comprises a heavy metal and the article is introduced into a furnace for evaporating the heavy metal and reducing the iron. 13. Prior to step (a), the iron-containing material is mixed with a surfactant to remove non-mineral material, producing an emollient material containing a surfactant and the non-mineral material, and evaporating the emollient material. The method of claim 1, wherein the material is dried to reduce the moisture of the emollient material. 14． The method of claim 1 wherein the compression pressure, it is characterized in the articles about 30,000psi (2109kg / cm 2). 15. The method of claim 1, wherein the hygroscopic solvent is methyl ethyl ketone. 16. In producing a molded article from a fine iron-containing substance, (a) mixing the iron-containing substance and carbon to form a mixture of the iron-containing substance and carbon, and a mixture containing essentially no oil and moisture. (B) dissolving the acrylonitrile polymer in a hygroscopic solvent; (c) combining the dissolved acrylonitrile resin, a mixture of the iron-containing substance and carbon, calcium carbonate, and an aluminosilicate binder; (D) emulsifying the polyvinyl polymer in water, adding the resulting emulsion to the combined product of step (c), then substantially homogenizing the resulting product; (e) step (d) Compressing the product from the above into a shaped article; a method for producing a shaped article from a fine iron-containing material. 17． In forming a solid article from a relatively fine iron-containing material, styrene or acrylonitrile is polymerized in the presence of a composition containing carbon and the iron-containing material; the polymerized product is combined with fuel and iron in an iron recovery process. Forming a solid molded article from a relatively fine iron-containing material under high compression pressure for later use as a composite source with the contained material. 18. In forming an article from an iron-containing material, polyvinyl acetate or polyvinyl alcohol is attached to a composition containing an iron-containing material that is bound by a reaction product of a styrene polymer or an acrylonitrile polymer and finely divided carbon. Forming the product into an article under high compression pressure; and then using the article in a high temperature furnace as a source of fuel and iron-containing material in recovering iron from the iron-containing material. A method of forming an article from an iron-containing substance, characterized in that: 19. In forming an article from a fine iron-containing material, a conditioner that is a solution in which a fine iron-containing material, carbon, a styrene polymer resin or an acrylonitrile polymer resin is dissolved in a hygroscopic solvent, and polyvinyl acetate or polyvinyl alcohol Compressing the resulting mixture into an article containing an iron-containing material for recovering iron and a source of fuel; and an article from a fine iron-containing material. How to form. 20. A molded article characterized in that an iron-containing substance and fine-grained carbon having a carbon molecule binding site are integrally bound by a long-chain polymer. 21. The molded article according to claim 20, wherein the long-chain polymer is a compound containing styrene or acrylonitrile.
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(51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ
Ｃ２２Ｂ 1/16 Ｃ２２Ｂ 7/02 Ａ
7/02 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０１Ｎ
３０３Ｌ
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ
Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ
，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，
ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ
Ｇ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ
Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ
，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，
ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ
Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ
，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，
ＶＮ──────────────────────────────────────────────────の Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI C22B 1/16 C22B 7/02 A 7/02 B09B 3/00 301N 303L (81) Designated country EP (AT, BE, CH, DE) , DK, ES, 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), AM, AT, AU, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ, DE, DK , ES, FI, GB, GE, HU, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK, LT, LU, LV, MD, MG, MN, MW, MX, NO, NZ, L, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TR, TT, UA, UZ, VN