TW201920696A - 煉鋼爐渣的磁選方法及煉鋼爐渣用的磁選裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之磁選方法，係一種藉由磁選方式從泥漿狀之鋼煉爐渣中，回收鐵基化合物及金屬鐵，其目的係提供一種可以提高回收物中的Fe濃度之煉鋼爐渣的磁選方法。本發明之煉鋼爐渣的磁選方法，係包含有下列步驟：接觸泥漿之步驟，將含有被破碎或被粉碎的顆粒狀之煉鋼爐渣之泥漿接觸到於表面的至少一部分上形成有磁場之旋轉式滾筒之該表面上；及去除液體成分之步驟，將氣體吹到該旋轉式滾筒的表面上，去除沿著該旋轉式滾筒的表面旋轉而移動之該泥漿中所含有的液體成分。
Description
本發明係有關於一種煉鋼爐渣的磁選方法及煉鋼爐渣用的磁選裝置。
於煉鋼步驟中產生的煉鋼爐渣（轉爐渣、預處理爐渣、二次精煉爐渣及電爐渣等），廣泛地被用於包括水泥材料、道路用路基材料、土木工程材料及肥料之用途上（茲參考日本非專利文獻1至3）。另外，未用於上述用途的部分之煉鋼爐渣係以填埋方式處理。
煉鋼爐渣，眾所皆知含有：鈣（Ca）、鐵（Fe）、矽（Si）、錳（Mn）、鎂（Mg）、鋁（Al）、磷（P）、鈦（Ti）、鉻（Cr）、硫（S）等元素。於此等元素中，煉鋼爐渣中含量最多的元素，係在煉鋼步驟中大量所使用之Ca，通常含有次大量之Fe。通常，於煉鋼爐渣總質量中，約20質量％至50質量％為Ca，而約1質量％至30質量％為Fe。
煉鋼爐渣中的鐵，存在有鐵基氧化物（Iron-based oxide）、氧化鈣鐵鋁（Ca2
（Al1
-X
Fex
）2
O5
）及以極少量作為金屬鐵等。於此等中，鐵基氧化物除含有Mn或Mg外，其他還含有譬如Ca、Al、Si、P、Ti、Cr及S等之少量元素。此外，氧化鈣鐵鋁也含有少量的Si、P、Ti、Cr及S等元素。又，於本說明書中，鐵基氧化物也包含該表面的一部分等因空氣中之水蒸氣等而變化成氫氧化物等的化合物，而氧化鈣鐵鋁也含有因空氣中之水蒸氣及二氧化碳等而讓該表面之一部分變成氫氧化物或碳酸化物等的化合物。又，於本說明書中，任何之鐵基氧化物及氧化鈣鐵鋁均包含此等化合物的部分表面等變為與作為大氣污染物質之硫氧化物（SOx）或氮氧化物（NOx）反應的物質。
上述鐵基氧化物，其中許多係以方鐵礦系列氧化物（Wustite-based oxide：FeO）存在，其他也以赤鐵礦系列氧化物（Hematite-based oxide；Fe2
O4
）或磁鐵礦系列氧化物（Magnetite-based oxide：Fe3
O4
）存在。
於此等中，方鐵礦系列氧化物及赤鐵礦系列氧化物，由於該內部分散有作為強磁性體的磁鐵礦系列氧化物（Fe3
O4
），所以將煉鋼爐渣破碎或粉碎成顆粒狀後，可以藉由磁選方式從煉鋼爐渣分離而加以回收。又，單獨或與其他鐵基氧化物共存之磁鐵礦系列氧化物也可以藉由磁選方式從煉鋼爐渣分離而加以回收。再者，於日本專利文獻1至專利文獻4記載著一種方法：藉由氧化處理等將方鐵礦系列氧化物改造成磁鐵礦系列氧化物，且藉由磁選方式分離更多之鐵基氧化物的方法。
上述氧化鈣鐵鋁，由於被磁化成磁性體，所以可藉由磁選方式從煉鋼爐渣分離而加以回收。
鐵基氧化物及氧化鈣鐵鋁（以下，將此等統稱為「鐵基化合物」。），由於磷含量小於等於0.1質量％，所以如果藉由上述之磁選等方式從煉鋼爐渣分離而加以回收，就可以用作高爐或燒結的原料。
另外，今後因社會環境的變化等因素，有可能使用煉鋼爐渣作為道路用路基材料、土木工程材料、或水泥材料等的土木工程數量減少，或用於以填埋方式處理煉鋼爐渣的土地減少。從此觀點來看，期待回收煉鋼爐渣中含有的鐵基化合物，並減少再利用或以填埋方式處理的煉鋼爐渣的體積。
再者，鐵基化合物中所含有的Mn、Mg及Ca等，係一種用於煉鋼的元素，且可以用作煉鋼材料。譬如，Mn係有助於提高鋼材強度及穩定強度的元素，而Mg係提高高爐內之爐渣流動性的元素。Ca係於高爐、煉鋼中爐渣的主要構成元素，其雖係用於調整爐渣鹼度及粘性的重要元素，但也可用作鋼水的脫磷劑。
金屬鐵係在煉鋼步驟中被混入到爐渣中的Fe或在煉鋼爐渣的凝固過程中沉澱出的細微的Fe。在大氣中於破碎或粉碎煉鋼爐渣的乾式步驟中，係藉由磁選或其他方法來分離並加以回收較大的金屬鐵。
磁選方法包含如日本非專利文獻4至7中所述之複數個種類。如用於回收上述鐵基化合物及金屬鐵的磁選，在工業上大量處理的情況下，大多使用利用將磁鐵固定在內部之旋轉式滾筒的滾筒式磁選法。在滾筒式磁選法中，係將磁鐵固定在滾筒內而讓外側滾筒轉動。鐵基化合物及金屬鐵，係被吸附在以磁鐵形成磁場的旋轉式滾筒的表面上，且沿著旋轉式滾筒的外圓周移動。
以破碎或粉碎煉鋼渣所得到的爐渣粒子，大都係懸浮在水等之液體上而泥漿化，並且流到滾筒表面而被磁選。在大氣中，若粒子變小則會凝聚，所以難以磁選方式將鐵基化合物與此等之外的化合物分離。然而，當泥漿化時，粒子可以分散而不會被液體凝聚，而能夠以磁選方式分離。
又，於日本專利文獻5記載一種用來從軋製油（Rolling oil）中去除鐵含量而進行磁選的方法。日本專利文獻5，係將氣體噴到附著在滾筒的製油上，再分離被附著於滾筒上之鐵含量及軋製油。
[專利文獻] [專利文獻1]日本特開昭54-88894號公報 [專利文獻2]日本特開昭54-57529號公報 [專利文獻3]日本特開昭52-125493號公報 [專利文獻4]日本特開昭54-87605號公報 [專利文獻5]日本特開平10-137627號公報
[非專利文獻] [非專利文獻1]中川雅夫，「鋼鐵爐渣的有效利用現狀」，第205、第206屆西山紀念技術講座演講稿、一般社團法人日本鋼鐵協會、2011年6月、p.25~56。 [非專利文獻2]「環保材料鋼鐵爐渣」、鋼鐵爐渣協會，2014年1月。 [非專利文獻3]二塚貴之等人，「從鋼鐵爐渣到人造海水的成分溶解行為」、鐵與鋼，Vol 89、4號、2014年1月、p.382-387。 [非專利文獻4]小林幹夫等人、「粉末精製及濕處理」、環境資源工程學會、2011年11月、p.75-84。 [非專利文獻5]長島富雄、「磁分離」，日本應用磁學會雜誌，Vol 2、2號、1978年、p.46-53。 [非專利文獻6]本間忠、「磁選機器之近期發展趨勢」、資源與素材、1994年。 [非專利文獻7]宮川清、「作為重液態選煤設備之濕式滾筒磁選機」、日本礦業雜誌，Vol94、1088號、1978年，p.697-699。
如上所述，因為從煉鋼爐渣中回收鐵基化合物有很多優點，所以總希望藉由從煉鋼爐渣中之磁選進一步提高鐵原子（Fe）的回收率。尤其，從將被回收的Fe用作為高爐或燒結的原料的觀點來看，較佳係讓回收物中的Fe濃度更高。
有鑑於上述課題，本發明目的係提供一種磁選方法及使用該方法之煉鋼爐渣用的磁選裝置，該磁選方法係一種藉由磁選方式從泥漿狀之鋼煉爐渣中，回收鐵基化合物及金屬鐵，其可以提高回收物中的Fe濃度之煉鋼爐渣的磁選方法。 [解決課題之手段]
有鑑於上述目的，本發明係有關於一種煉鋼爐渣的磁選方法，包含有下列步驟： 接觸泥漿之步驟，將含有被破碎或被粉碎的顆粒狀之煉鋼爐渣之泥漿接觸到於表面的至少一部分上形成有磁場之旋轉式滾筒之該表面上；以及 分選之步驟，將氣體吹到該旋轉式滾筒的表面上而去除沿著該旋轉式滾筒的表面旋轉而移動之該泥漿中所含有的液體成分，且依據磁化之高度對該煉鋼爐渣進行分選。
另外，本發明係有關於一種煉鋼爐渣用的磁選裝置，其具有：一旋轉式滾筒，在表面之至少一部分上形成有磁場；及依下述順序配置在該旋轉式滾筒的旋轉方向之：一泥漿槽，使含有煉鋼爐渣的泥漿與該旋轉式滾筒接觸；及一吹氣部，將氣體吹到該旋轉式滾筒的表面上而去除沿著該旋轉式滾筒的表面旋轉而移動之該泥漿中所含有的液體成分，且依據磁化之高度對該煉鋼爐渣進行分選。 [發明效果]
若藉由本發明，將提供一種磁選方法及使用該方法之煉鋼爐渣用的磁選裝置，藉由磁選方式從泥漿狀之鋼煉爐渣中，回收鐵基化合物及金屬鐵，且可以提高回收物中的Fe濃度之煉鋼爐渣。
以下，一起說明將本發明的示例性實施例之煉鋼爐渣的磁選方法與用於該方法之磁選裝置。
圖1為表示本實施例之煉鋼爐渣的磁選方法之流程圖。
煉鋼爐渣中含有的矽酸鈣、游離石灰及鐵基化合物等的組織大小，約為小於等於1000μm。因此，要分離及回收來自煉鋼爐渣中之鐵基化合物等的成分，係將煉鋼爐渣進行破碎或粉碎（步驟S110）。
煉鋼爐渣之種類，只要是在煉鋼步驟中排出的爐渣，就沒有特別限制。煉鋼爐渣的例子包括：轉爐爐渣、預處理爐渣、二次精煉爐渣及電爐爐渣。
煉鋼爐渣於煉鋼步驟中被排出後，將進行破碎或粉碎，而形成顆粒狀之爐渣粒子。爐渣粒子之最大粒徑，較佳為小於等於與鐵基化合物的組織相同程度的大小，更佳為小於等於1000μm。若上述最大粒徑為小於等於1000μm，由於鐵基化合物可以單一粒子存在，所以容易以磁選方式選擇性分選鐵基化合物。從相同的觀點來看，爐渣粒子之最大粒徑，較佳為小於等於500μm，更佳為小於等於250μm，再更佳為小於等於100μm。譬如利用包含錘磨機、輥磨機及球磨機等的粉碎機進一步粉碎已破碎的爐渣粒子，即可讓爐渣粒子的最大粒徑縮小到上述範圍左右。
煉鋼爐渣較佳係在進行磁選之前進行加熱處理。若對煉鋼爐渣進行加熱處理，會提高鐵基化合物的磁化，且藉由磁選方式可去除更大量的鐵基化合物。上述加熱處理，較佳係在大於等於300℃而小於等於1000℃的溫度下，且以大於等於0.01分鐘而小於等於180分鐘進行。
煉鋼爐渣也可為將煉鋼爐渣浸入水中，且於進行游離石灰與氫氧化鈣之浸出（Leaching）及浸出Ca化合物之表面層上的Ca之後，進行過濾所獲得的過濾殘餘爐渣。當使用過濾殘餘爐渣時，因為使用含有較少Ca的爐渣粒子，所以可以進一步提高回收物中的Fe濃度，另外，更容易讓未藉由磁選方式所回收的爐渣粒子中之Ca進行分離及回收。
如此地，小粒徑化的爐渣粒子，於空氣中分散性低，特別容易因磁選時的磁場凝聚而形成塊狀，所以難以將含有大量鐵基化合物的爐渣粒子與含有更多其他化合物的爐渣粒子分離。因此，大多使爐渣粒子懸浮在液體上且泥漿化而被磁選（步驟S120）。當爐渣粒子懸浮在液體上時，會從爐渣粒子中之游離石灰及矽酸鈣等中溶出Ca，使泥漿為鹼性。在鹼性溶液中，由於每個爐渣粒子帶負電，所以爐渣粒子的分散性提高，且容易分離及回收含有大量鐵基化合物的爐渣粒子及含有更多其他化合物的爐渣粒子。又，即使讓上述過濾殘餘殘渣懸浮在液體中，也可藉由溶出殘留在爐渣粒子中之Ca進而實現提高爐渣粒子的分散性。大多使用廉價的水來作為上述液體。
從同時提高泥漿的流動性及Fe的回收效率的觀點來看，煉鋼爐渣與水的比例，就質量比而言，較佳為（煉鋼爐渣/水）=大於等於 1/300而小於等於1/2，更佳為大於等於 1/200而小於等於1/5，再更佳為大於等於 1/100而小於等於1/10。
於含有如此之爐渣粒子的泥漿（以下，也簡稱為「泥漿」）中，包含：含有大量鐵基化合物並具有大的磁化強度之爐渣粒子（以下，也稱為「高磁化粒子」）、雖含有大量的游離石灰及矽酸鈣等，但為少量之鐵基化合物且磁化強度較小之爐渣粒子（以下，也稱為「低磁化粒子」）、金屬鐵及液體成分。
使上述泥漿接觸於表面的至少一部分上形成有磁場之旋轉式滾筒之表面（步驟S130）。藉此，高磁化粒子及金屬鐵，係藉由上述磁場而被吸附於旋轉式滾筒的上述表面上，而往旋轉式滾筒的旋轉方向上移動並被回收部回收。另一方面，泥漿所含有之低磁化粒子及液體成分，由於沒有被吸附在旋轉式滾筒的上述表面上，所以不會沿旋轉式滾筒的旋轉方向移動，而沒有被回收部回收而被排出。雖較佳係讓上述泥漿接觸到上述旋轉式滾筒的表面中形成有磁場的區域，但也可接觸到沒有形成磁場的區域，藉由沿旋轉式滾筒表面的旋轉移動而移動到形成有磁場的區域。
此時，有低磁化粒子及部分之液體成分沿著旋轉式滾筒的表面移動到回收部，而與高磁化粒子一起被回收的情況。為了提高藉由磁選方式於被分離及回收的回收物中所含的Fe濃度，較佳係分選高磁化粒子及低磁化粒子，以便進一步增加被分離及回收之高磁化粒子及金屬鐵的量，另一方面，並進一步減少上述所回收之低磁化粒子及液體成分的量。
因此，於本實施例中，將氣體吹到與上述泥漿接觸的旋轉式滾筒之上述表面上，從高磁化粒子分離沿旋轉式滾筒之表面移動的液體成分，且依據磁化高度對該煉鋼爐渣進行分選（步驟S140）。
以下，將說明以如此方式提高回收物中的Fe濃度的理由。
圖2為沿著旋轉式滾筒之旋轉方向之示意剖面圖，其中表示使用習知之磁選裝置100進行磁選泥漿之狀態。
泥漿係從泥漿供應部110供應到泥漿槽120，並接觸到泥漿槽120中的旋轉式滾筒130的表面。此時，泥漿中所含有之高磁化粒子180係藉由以磁鐵140所形成的磁場而吸附在旋轉式滾筒130的表面上，且往旋轉式滾筒130的旋轉方向（圖中箭頭X所示之方向）移動，之後，藉由因存在於高磁化粒子及滾筒表面之間的水的潤濕性所產生的附著力，讓高磁化粒子附著在滾筒表面上並沿著旋轉式滾筒的表面移動到回收部160。
此時，泥漿中所含有之液體成分190，雖然其中一部分被從泥漿排出部150排出，但另一部分係與高磁化粒子180一起沿旋轉式滾筒130的表面移動，而被回收到回收部160。
此被認為是因為液體成分190含有從爐渣粒子溶出的Ca，相對於旋轉式滾筒130的表面及高磁化粒子180具有高的潤濕性之故。換言之，此被認為是因為液體成分190相對旋轉式滾筒130的表面具有高的潤濕性，所以難以從旋轉式滾筒130的表面脫離，且沿著旋轉式滾筒130的外圓周移動，使其一部分到達回收部160之故。另外，此被認為是因為液體成分190相對於高磁化粒子180也具有高的潤濕性，所以也隨著被吸附於旋轉式滾筒130之表面之高磁化粒子180，而沿著旋轉式滾筒130的外圓周移動，使其一部分到達回收部160之故。
當液體成分190以如此方式到達回收部160時，除了含有大量Fe的高磁化粒子180之外，由於懸浮在液體成分190中的低磁化粒子也被回收到回收部160中，所以難以將回收物中的Fe濃度提高到所期望的程度。另外，沿著旋轉式滾筒130的表面移動的液體成分190之每單位面積的量，大約以旋轉式滾筒130的圓周速度的1/2之平方比例增加。然而，被吸附在旋轉式滾筒之表面上的每單位面積的高磁化粒子的量，無論旋轉式滾筒的圓周速度如何，皆為一定的量。因此，此被認為旋轉式滾筒130的圓周速度越快，則液體成分190的伴隨量就會增加，且回收物中的Fe濃度也會降低。又，高磁化粒子之吸附量不依賴於旋轉式滾筒的圓周速度的原因，被認為是高磁化粒子的吸附量主要取決於旋轉式滾筒之表面上的磁通密度之故。換言之，當大於等於一定量的高磁化粒子吸附在滾筒表面上時，會因磁屏蔽效應而降低表面上的磁通密度，而使得無法吸附任何高磁化粒子。因此，即使改變圓周速度，高磁化粒子的吸附量也不會變化太多。
圖3A及圖3B為沿著旋轉式滾筒之旋轉方向之示意剖面圖，其中表示於本實施例中，用於磁選泥漿之磁選裝置200之構造。
磁選裝置200具有：讓磁鐵240固設於內部之旋轉式滾筒230、沿著旋轉式滾筒230外圓周且依旋轉式滾筒230的旋轉方向（圖中箭頭X方向）的順序所配置之泥漿供應部210、泥漿槽220、泥漿排出部250及回收部260。
如圖3A及圖3B所示，磁選裝置200具有被配置在泥漿排出部250及回收部260之間的吹氣部270，將氣體從吹氣部270吹到旋轉式滾筒230的表面上。圖4為沿著旋轉式滾筒之旋轉方向之示意剖面圖，其中表示使用磁選裝置200磁選泥漿之狀態。於本實施例之磁選方法中，如圖4所示，藉由來自吹氣部270之吹氣，從旋轉式滾筒230的表面上去除未被吸附到旋轉式滾筒230表面上的液體成分290。藉此，從液體成分290及懸浮在液體成分290中之低磁化粒子，以更高的精密度分選且分離與回收高磁化粒子280。因此，使用磁選裝置200之本實施例之磁選方法，可更加提高回收物中的Fe濃度。
泥漿供應部210係用於將泥漿供應到泥漿槽220的流動路徑。泥漿供應部210也可將泥漿暫時地儲存在儲存部215中，調整供應到泥漿槽220的泥漿的量。
泥漿槽220係用於保持所供應之泥漿，且讓所保持的泥漿與旋轉式滾筒230的表面接觸，藉由磁鐵240形成的磁場，將泥漿中之高磁化粒子吸附在旋轉式滾筒230的表面上的槽。泥漿槽220，如圖3A所示，也可為用於使從泥漿供應部210所供應的泥漿流動到泥漿排出部250的流動路徑，或者也可以為用於暫時地儲存所供應的泥漿的儲存槽。
泥漿在泥漿槽中流動時之泥漿流速，也可與旋轉式滾筒的圓周速度相同，或比旋轉式滾筒的圓周速度快，或者比旋轉式滾筒的圓周速度慢。從進一步提高低磁化粒子的去除效率的觀點來看，泥漿的流速與旋轉式滾筒的圓周速度之間的差異，較佳為大於等於1m / min。
旋轉式滾筒230為構成表面為可旋轉之旋轉式的中空滾筒。旋轉式滾筒230係讓磁鐵240以非旋轉方式固設於內部。
旋轉式滾筒230之表面可以由非磁性材料，譬如奧氏體相穩定的奧氏系列不銹鋼（austenite phase stabilized austenitic stainless steel）、鈦、塑料及陶瓷等形成。
從讓被吸附在表面上的高磁化粒子移動到回收部260的觀點來看，磁選中之旋轉式滾筒230的圓周速度，較佳為大於等於0.1m/min而小於等於1000m/min，更佳為大於等於1m/min而小於等於500m/min，再更佳為大於等於5m/min而小於等於300m/min。
磁鐵240係沿著旋轉式滾筒230的內圓周，固設在至少部分與配置有泥漿槽220的區域重疊的位置上。磁鐵240係在旋轉式滾筒230的表面上形成磁場，且將泥漿中所含有之高磁化粒子吸附於旋轉式滾筒230的表面上。磁鐵240為固定配置，當旋轉式滾筒230的表面旋轉時，其不會追循該表面的旋轉，而係在旋轉式滾筒230的表面中，於內部固設有磁鐵240的區域中形成磁場。
磁鐵240可為永久磁鐵或電磁鐵皆可。從降低成本且容易控制磁場分佈的觀點來看，較佳為永久磁鐵。
高磁化粒子及低磁化粒子雖然磁化有差異，但兩者都被磁化，所以無法如同一般磁選僅施加磁力就進行分選。從易於讓高磁化粒子更加吸附於旋轉式滾筒230的表面上的觀點來看，磁鐵240較佳係將於旋轉式滾筒230之表面上的垂直方向的磁通密度之最大值設為大於等於50G之磁鐵，而大於等於100G之磁鐵為更佳。另外，從不易吸附低磁化粒子且抑制降低回收物中Fe濃度的觀點來看，磁鐵240較佳係將於旋轉式滾筒230的表面上的垂直方向的磁通密度之最大值設為小於等於3000G之磁鐵，而小於等於1500G之磁鐵為更佳。
磁鐵240，較佳為沿旋轉式滾筒230的內圓周設置複數個磁鐵。
此時，上述複數個磁鐵較佳係配置成讓吹出上述氣體的區域中的磁通密度之絕對值的最大值大於其他區域。又，所謂吹出上述氣體的區域，意味著於旋轉式滾筒230的表面中，位於氣體形成的氣流中心的延長線上的區域。
另外，此時，上述複數個磁鐵較佳係配置成在旋轉式滾筒230的表面上形成具有不同磁場方向之複數個區域。具體而言，上述複數個磁鐵較佳係包含：配置成將N極朝向旋轉式滾筒230的表面之磁鐵；及配置成將S極朝向旋轉式滾筒230的表面之磁鐵。配置朝向上述N極之磁鐵及配置朝向S極之磁鐵，較佳係交替地配置在旋轉式滾筒230的旋轉方向上。利用如此之配置，上述複數個磁鐵依據磁場方向的變化而在移動過程中讓被吸附於旋轉式滾筒230的表面上之高磁化粒子旋轉，且讓被吸引到高磁化粒子附近的低磁化粒子解吸，進而可更提高回收物中的Fe濃度。
另外，此時，從抑制由吹氣造成高磁化粒子之解吸的觀點來看，上述複數個磁鐵較佳係於旋轉式滾筒230的表面上，配置成讓垂直方向上的磁通密度的絕對值較低的區域減小。具體而言，上述複數個磁鐵，較佳係於旋轉式滾筒230的表面上，配置成讓垂直方向上的磁通密度之絕對值相對於該表面中之最大值為大於等於50％的區域間的間隔為小於等於50mm，而更佳為配置成小於等於40mm，再更佳為配置成小於等於30mm。利用如此之配置，即使被吸附在某一區域的高磁化粒子由於上述吹氣等而造成高磁化粒子移動，也容易被吸附在其他區域中，而抑制高磁化粒子的解吸。
泥漿排出部250係用於將藉由磁場而未被吸附到旋轉式滾筒230的表面的低磁化粒子及液體成分排出到磁選裝置200的外部的流動路徑。泥漿排出部250也可設置於泥漿槽220的末端（如圖3A所示），或也可以設置在泥漿槽220的中間（如圖3B所示），藉由排放閥255來調整泥漿的流量。
回收部260係回收被吸附於旋轉式滾筒230的表面上且沿著旋轉式滾筒230的外圓周移動的高磁化粒子。
吹氣部270具有噴出氣體之噴嘴275，從噴嘴275所噴出的氣體被吹到旋轉式滾筒230的表面上。藉此，如圖4所示，使高磁化粒子280及液體成分290分離，去除液體成分290及懸浮在液體成分290中的低磁化粒子，並從泥漿排出部250排出。
吹氣部270只要配置於沿著泥漿槽220及回收部260的旋轉方向的中間，換言之，配置於泥漿槽220及回收部260之間，將上述氣體吹到旋轉式滾筒230的表面上的位置即可。
又，除了Fe之外，爐渣粒子也含有Mn及Mg等之故，所以即使為高磁化粒子，與金屬鐵等相較之下磁化小，且容易從旋轉式滾筒230的表面解吸。因此，從抑制藉由於吹氣而解吸來自旋轉式滾筒230的表面之高磁化粒子的觀點來看，吹氣部270在旋轉式滾筒230的表面中，於內側配置有磁鐵240（如圖3A、3B及圖4所示），且配置在將上述氣體吹向藉由磁鐵240形成磁場的區域的位置上。從以上觀點來看，吹氣部270較佳係配置於將上述氣體吹向垂直方向上的磁通密度之絕對值相對於旋轉式滾筒230的表面上垂直方向的磁通密度的絕對值之最大值為大於等於50％之區域。
另外，在沿著旋轉式滾筒230的表面移動的途中，在藉由重力等從旋轉式滾筒230的表面去除幾乎所有液體成分的情況下，吹氣部270較佳係設置於將上述氣體吹向液體成分存在於旋轉式滾筒230的表面上的區域的位置上。利用將氣體吹向如此的區域，可進一歩提高液體成分的去除效率。另外，於如此般的區域上，當將氣體吹向上述液體成分時，會因氣體引起的氣流所產生的流體阻力，提高低磁化粒子的去除效率。
另外，如圖5A所示，吹氣部270較佳係設置於將上述氣體吹向從相對於氣體被吹到的位置之旋轉式滾筒230之切線（圖中虛線L）傾斜之方向（在圖5A中，以d 1至d 3為例）的位置上（在圖5A中，以吹氣部270a，270b及270c為例子）。又，於本說明書中，所謂於氣體被吹到的位置上之旋轉式滾筒230的切線，意味在沿旋轉式滾筒的旋轉方向的剖面圖中，於氣體被吹到的位置上之旋轉式滾筒230的切線。
上述傾斜的角度θ，如圖5B所示，係在相對於旋轉式滾筒230的切線L之角度為小於等於90°度的情況下測定的角度（在圖5B中為θ1或θ2）。當設置上述角度θ時，由於高磁化粒子被所吹出的氣體壓附在旋轉式滾筒230的表面上，所以可抑制由吹氣造成的高磁化粒子的解吸，尤其可更加抑制在磁場方向反轉的區域中間，於磁通密度部分減弱的區域等中之高磁化粒子的解吸。又，此時，未被吸附於旋轉式滾筒230的表面上的低磁化成分，可藉由上述流體阻力等而與液體成分一起從旋轉式滾筒230的表面解吸。
又，吹氣部270可配置在相對於旋轉式滾筒230之切線從回收部260側吹出上述氣體的位置上（如圖5A之吹氣部270a所示），或者也可配置在相對於旋轉式滾筒230之切線將上述氣體垂直吹出的位置上（如圖5A之吹氣部270b所示），或者也可配置在從泥漿槽220側吹出上述氣體吹出的位置上（如圖5A之吹氣部270c所示）。
當相對於旋轉式滾筒230的切線從回收部260側或者與旋轉式滾筒230的切線垂直的方向（如圖5A之d1及d2所示）吹出氣體時，其中若設成以角度θ1吹出上述氣體時，不易發生因氣流而讓高磁化粒子解吸及讓已解吸之高磁化粒子混合到液體成分中而與液體成分一起分離而導致降低Fe的回收效率之情況，且也不易發生因泥漿中所含有的液體成分之噴散而造成周圍環境的污染之情況。
當相對於旋轉式滾筒230的切線從泥漿槽220側或者與旋轉式滾筒230的切線垂直的方向（如圖5A之d2及d3所示）吹出氣體時，其中若設成以角度θ2吹出上述氣體時，由於不會增加過多往旋轉式滾筒230的旋轉方向上流動所需的氣體量，所以不易發生因氣流而讓高磁化粒子解吸、因吹氣而讓液體成分與低磁化粒子往泥漿回收部260側移動而降低回收物中的Fe濃度、及因泥漿中所含有的液體成分噴散而造成周圍環境的污染之情況。
從以上觀點來看，無論是上述角度θ1或θ2，其相對於切線，較佳為大於等於40度而小於等於90度，更佳為大於等於55度而小於等於90度，再更佳為大於等於70度而小於等於90度。
另外，從藉由吹出上述氣體而促進高磁化粒子與液體成分的分離及抑制高磁化粒子的解吸之觀點來看，吹氣部270較佳係吹出流速為大於等於10m / s而小於等於330m / s的上述氣體，更佳為吹出流速為大於等於20m / s而小於等於250m / s的上述氣體。
另外，從藉由吹出上述氣體而促進高磁化粒子與液體成分的分離及抑制高磁化粒子的解吸之觀點來看，吹氣部270較佳係吹出噴吐量為大於等於5l/ s.m而小於等於180l/ s.m的上述氣體，更佳為吹出噴吐量為大於等於10l / s.m而小於等於130l / s的上述氣體。
上述氣體之流速及量，雖然為吹在旋轉式滾筒之表面上時的流速及量，但當用來吹出上述氣體的噴嘴與上述氣體被吹到的表面之間的距離夠接近時（譬如，當小於等於10mm時），大概可將噴嘴出口處的上述氣體流速及從噴嘴出口噴出的上述氣體量視為被吹到旋轉式滾筒之表面上的氣體之流速及量。
並無特別限制上述吹出之氣體，可使用空氣（大氣）、氮氣、氧氣、氫氣、水蒸氣及氟氯烷氣體（Freon gas）等。於此等氣體中，從進一步降低磁選的成本的觀點來看，較佳為空氣（大氣）。另外，由於泥漿中溶出的Ca與氣體中所含的二氧化碳反應而產生碳酸鈣，其作為粘合劑產生作用，使低磁化粒子與高磁化粒子凝聚，從抑制由於回收上述凝聚的低磁化粒子而降低回收物中Fe濃度的觀點來看，上述氣體的二氧化碳濃度較佳為小於5體積％。另外，從抑制氮氧化物及硫氧化物等與泥漿之反應的觀點來看，上述氣體中的氮氧化物與硫氧化物的任一者的濃度較佳為小於0.1體積％。
又，即使在旋轉式滾筒的表面上覆蓋疏水性聚氨酯樹脂或氟樹脂等之樹脂，由於無法去除隨著高磁化粒子而沿著旋轉式滾筒之外圓周移動的液體成分，所以無法將回收物中的Fe濃度提高到如本實施例那麼高。另外，若在被上述疏水性樹脂覆蓋的旋轉式滾筒的表面上形成球狀之水滴，且讓高磁化粒子進入到該水滴時，則可能會使高磁化粒子與水滴一起被去除，而降低Fe的回收效率。當旋轉式滾筒之表面上的磁力較弱（磁通密度較低）時，特別容易發生上述Fe的回收效率的降低。
另外，即使試圖將輥壓抵在旋轉式滾筒之表面上擠壓液體成分，由於欲去除的液體成分及低磁化粒子會於旋轉式滾筒之表面與輥表面之間通過，所以無法將回收物中的Fe濃度提高到如本實施例那麼高。特別是，由於高磁化粒子被磁化後的表面通常具有凹凸狀，所以難以有效地去除凹部中的液體成分及低磁化粒子。再者，為了要維持液體成分及低磁化粒子的去除效率，需要進行去除吸附在輥表面上的爐渣粒子的維護，而降低磁選的作業效率。
藉由磁選去除鐵基化合物及金屬鐵之後的固態或泥漿狀之煉鋼爐渣，為了要更充分地回收鐵基氧化物及金屬鐵，也可以再次進行上述步驟的磁選。
磁選後的泥漿狀之煉鋼爐渣，依需要而利用習知方法回收Ca及P等之後，可用於水泥材料、道路用路基材料、土木用材料及肥料等。
另外，藉由磁選所回收的回收物，由於包含著許多含有鐵基化合物及金屬鐵等之Fe的化合物，所以可以作為高爐或燒結的原料再利用。
以下，將參照實施例更具體地來說明本發明。又，此等之實施例並非將本發明的範圍限制於以下之具體方法。
[實施例] 準備表1所記載的煉鋼爐渣成分。又，煉鋼爐渣中所含之成分的種類及數量，係藉由化學分析方法來測量。
煉鋼爐渣在大氣中於750℃下加熱60分鐘提高磁化強度之後，進行粉碎。粉碎係用乾式球磨機將其粉碎至小於等於200μm，然後再以濕式球磨機粉碎至小於等於50μm。
[表1] 表1：爐渣的成分（質量％）
使用圖4所示構造的磁選裝置。滾筒的外徑為400mm。將通過滾筒及泥漿槽之間的泥漿的流速調整至40m / min。泥漿中之煉鋼爐渣與水的比例，就質量比而言，煉鋼爐渣：水= 1:50。在滾筒內配置釹系列之永久磁鐵，以便在滾筒的圓周方向上改變N及S的磁極。
[實驗1] 使用滾筒式之磁選裝置，其中於旋轉式滾筒之表面上的垂直方向的磁通密度的最大值設為300G。
磁鐵係從泥漿供應口到吹氣部為止，配置在旋轉式滾筒之內側。另外，將磁鐵配置成讓垂直方向之磁通密度的大小相對於藉由在滾筒表面中之各個磁鐵所形成之垂直方向上的磁通密度之絕對值的最大值大於等於50％的區域間之間隔為10mm。
吹氣部係將空氣（大氣）吹到旋轉式滾筒的表面上。用於吹出空氣的噴嘴，從水平方向往上傾斜20度而往上方吹出空氣，且在將氣體吹到相對於氣體被吹到的位置之旋轉式滾筒的切線為90度（垂直）的位置上，隔著10mm之間隔設置於噴嘴出口與旋轉式滾筒之表面之間。於噴嘴出口處測量吹出的氣體流速。另外，使吹出氣體的氣流中心位於藉由配置在被吹到的區域內側的磁鐵所形成垂直方向的磁通密度為最大值之位置的正上方。
在將上述泥漿以預定時間連續地供應給上述磁選裝置後，藉由化學分析方法測量回收物中所含有之成分的種類及該量，且測量回收物中的Fe含量。
表2中顯示滾筒的圓周速度（滾筒表面的速度）及吹出的空氣之流速以及磁選回收物的Fe濃度的關係。
[表2] 表2：旋轉式滾筒的圓周速度、吹出的空氣之流速及回收物中的Fe濃度
當空氣未吹到旋轉式滾筒上時（流速0m/s），滾筒圓周速度越快，回收物中的Fe濃度就越低。此是因為附著在滾筒上旋轉移動，且與高磁化粒子一起被回收的液體成分及低磁化粒子的量增加之故。
相對地，當空氣吹向旋轉式滾筒時，即使滾筒圓周速度加快，也不會降低回收物中的Fe濃度，且穩定地獲得Fe濃度高的回收物。
[實驗2] 使用滾筒式磁選裝置，其中將空氣被吹到的區域之旋轉式滾筒之表面上的垂直方向之磁通密度的最大值設為400G，且將其他它區域上的旋轉式滾筒之表面上的垂直方向的磁通密度的最大值設為300G。
磁鐵係從泥漿供應口到吹氣部為止，配置在旋轉式滾筒之內側。另外，將磁鐵配置成讓垂直方向之磁通密度大小相對於藉由從泥漿供應口到吹氣部為止之滾筒表面中各個磁鐵所形成之垂直方向上的磁通密度之最大值大於等於50％的區域間之間隔為30mm。
吹氣部係將空氣（大氣）吹到旋轉式滾筒的表面上。於將空氣吹到通過旋轉式滾筒的旋轉軸之水平面與旋轉式滾筒之表面交叉的位置處，在噴嘴出口與旋轉式滾筒之表面之間相隔10mm的間隔配置用於吹出空氣的噴嘴。讓被吹到之空氣的角度相對被空氣吹到的位置中之旋轉式滾筒的切線變更為如表3所示。在噴嘴出口處，被吹到之氣體的流速設為55m / s。另外，被吹到之氣體的氣流中心，係位於藉由設置在被吹到區域內側的磁鐵為垂直方向的磁通密度為最大值的位置之正上方。
旋轉式滾筒的圓周速度設為20m/min。
以目視觀察於磁選中空氣被吹到的位置中，被吸附於旋轉式滾筒之表面上的粒子（磁附物體）及液體成分之狀態。將結果顯示於表3中。
又，於表3中，分別顯示當吹氣角度為正值時，從旋轉式滾筒230之回收部260側或垂直方向，以相對於旋轉式滾筒230的切線以所設之所述角度吹出空氣；及當吹氣角度為負值時，從旋轉式滾筒230之泥漿槽220側，以相對於旋轉式滾筒230的切線所設之所述角度吹出空氣。
[表3] 表3：吹出空氣角度及被吹到之表面的狀態
若以大於等於40度的角度相對於旋轉式滾筒的切線吹出空氣，就沒有磁附物體的移動及泥漿噴散之問題。若從旋轉式滾筒之回收部260側，以小於40°的角度相對於旋轉式滾筒的切線吹出空氣時，則磁附物體將往下方（往泥漿槽220）移動，且混入到流動中的液體成分。因此，所回收的磁附物體的量也減少了。另外，此時也噴散許多液體成分。若從旋轉式滾筒的泥漿排出部250側，以小於40度的角度相對於旋轉式滾筒的切線吹出空氣時，則磁附物體將往上方（往回收部260側）移動，且一部分之液體成分也往上方移動並移動到回收部。另外，此時也噴散許多液體成分。
然而，於任何實驗中，回收物中的Fe濃度係高於沒有吹氣的情況（表2的第6號至9號）。
[實驗3] 使用滾筒式磁選裝置，該裝置係讓被空氣吹到的區域以及於此以外區域上之旋轉式滾筒表面上之垂直方向的磁通密度之最大值皆設定為700G。
磁鐵係從泥漿供應口到吹氣部且配置在旋轉式滾筒之內側。另外，將磁鐵為垂直方向的磁通密度大小相對於藉由從泥漿供應口到吹氣部之滾筒表面中之各個磁鐵所形成之垂直方向上的磁通密度之最大值大於等於50％的區域之間的間隔，變更為表4所示。
吹氣部係將空氣（大氣）吹到旋轉式滾筒的表面上。用於吹出空氣的噴嘴，於將空氣吹到通過旋轉式滾筒的旋轉軸之水平面與旋轉式滾筒之表面交叉的位置處，在噴嘴出口與旋轉式滾筒表面之間配置有相隔10mm的間隔。將空氣吹到垂直於讓空氣吹到位置中之旋轉式滾筒的切線處。在噴嘴出口處，將被吹到之氣體的流速設為55m / s。另外，被吹到之氣體的氣流中心，係位於藉由設置在被吹到區域內側的磁鐵為垂直方向的磁通密度為最大值的2個位置之中間。
旋轉式滾筒的圓周速度為20m/min。
表4為表示以目視觀察到於磁選中讓空氣被吹到的位置中，被吸附於旋轉式滾筒之表面上的粒子（磁附物體）的狀態之結果。
[表4]：磁通密度之最大值為50％的區域間的間隔及吹出空氣之位置狀態。
若垂直方向的磁通密度大小為大於等於50％之區域間的間隔小於等於50mm，則由於吹出空氣所以沒有讓磁附物體產生移動。若垂直方向的磁通密度大小為大於等於50％之區域間的間隔超過50mm，就會看到磁附物體的移動。往下方移動的磁附物體，將隨著液體成分一起往下流動，流下去而沒有被回收。
然而，於任一實驗中，回收物中的Fe濃度，係高於沒有吹出空氣的情況（如表2之編號6~編號9所示）。
本申請案，係主張基於2017年9月14日申請的日本專利申請第2017-176882號的優先權，該申請案之專利申請範圍、說明書及附圖中所記載的內容，皆援用到本案中。 [產業上之可利用性]
本發明，由於可藉由磁選方式從煉鋼爐渣中回收更高濃度的Fe， 所以可用作回收煉鐵中Fe資源的方法。
100、200‧‧‧磁選裝置
110、210‧‧‧泥漿供應部
120、220‧‧‧泥漿槽
130、230‧‧‧旋轉式滾筒
140、240‧‧‧磁鐵
150、250‧‧‧泥漿排出部
160、260‧‧‧回收部
180、280‧‧‧高磁化粒子
190、290‧‧‧液體成分
215‧‧‧儲存部
255‧‧‧排放閥
270、270a、270b、270c‧‧‧吹氣部
275‧‧‧噴嘴
圖1為表示本發明的示例性實施例之煉鋼爐渣的磁選方法之流程圖。 圖2為沿著旋轉式滾筒之旋轉方向之示意剖面圖，其中表示使用習知之磁選裝置進行磁選泥漿之狀態。 圖3A為沿著旋轉式滾筒之旋轉方向之示意剖面圖，其中表示於本發明的示例性實施例中，用於磁選泥漿之磁選裝置之構造。圖3B為沿著旋轉式滾筒之旋轉方向之示意剖面圖，其中表示於本發明的示例性實施例中，用於磁選泥漿之另一磁選裝置之構造。 圖4為沿著旋轉式滾筒之旋轉方向之示意剖面圖，其中表示於本發明的示例性實施例中，磁選泥漿之狀態。 圖5A為沿著旋轉式滾筒之旋轉方向之示意剖面圖，其中表示於本發明的示例性實施例中，將氣體吹到旋轉式滾筒之表面上之方向。圖5B為沿著旋轉式滾筒之旋轉方向之示意剖面圖，其中表示於本發明的示例性實施例中，將氣體吹到旋轉式滾筒之表面上之角度。
Claims (12)
- 一種煉鋼爐渣的磁選方法，係包含有下列步驟： 接觸泥漿之步驟，將含有被破碎或被粉碎的顆粒狀之煉鋼爐渣之泥漿接觸到於表面的至少一部分上形成有磁場之旋轉式滾筒之該表面上；及 分選之步驟，將氣體吹到該旋轉式滾筒的表面上而去除沿著該旋轉式滾筒的表面旋轉而移動之該泥漿中所含有的液體成分，且依據磁化之高度對該煉鋼爐渣進行分選。
- 如申請專利範圍第1項所述之煉鋼爐渣的磁選方法，其中該氣體係吹到該旋轉式滾筒之表面上形成有磁場的區域。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之煉鋼爐渣的磁選方法，其中該氣體係從相對於包含該氣體被吹到的位置之該旋轉式滾筒的切線傾斜之方向吹出。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之煉鋼爐渣的磁選方法，其中該氣體係從相對於包含該氣體被吹到的位置之該旋轉式滾筒的切線設為大於等於40度之角度方向吹出。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之煉鋼爐渣的磁選方法，其中該旋轉式滾筒係在該表面上形成有複數個不同取向的磁場的區域。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之煉鋼爐渣的磁選方法，其中該旋轉式滾筒係形成為讓該表面之磁場為垂直方向磁通密度相對於該表面之最大值大於等於50％的區域間的距離小於等於50mm。
- 一種煉鋼爐渣用的磁選裝置，其具有： 一旋轉式滾筒，在表面之至少一部分上形成有磁場；及 依下述順序配置在該旋轉式滾筒的旋轉方向之： 一泥漿槽，使含有煉鋼爐渣的泥漿與該旋轉式滾筒接觸；及 一吹氣部，將氣體吹到該旋轉式滾筒的表面上而去除沿著該旋轉式滾筒的表面旋轉而移動之該泥漿中所含有的液體成分，且依據磁化之高度對該煉鋼爐渣進行分選。
- 如申請專利範圍第7項所述之煉鋼爐渣用的磁選裝置，其中該吹氣部係配置在將該氣體吹到該旋轉式滾筒的表面上形成有磁場區域的位置上。
- 如申請專利範圍第7或8項所述之煉鋼爐渣用的磁選裝置，其中該吹氣部係配置在從相對於包含該氣體被吹到的位置之該旋轉式滾筒的切線傾斜之方向吹出之位置上。
- 如申請專利範圍第7或8項所述之煉鋼爐渣用的磁選裝置，其中該吹氣部係配 置於從相對於包含該氣體被吹到的位置之該旋轉式滾筒的切線設為大於等於40度之角度方向吹出該氣體之位置上。
- 如申請專利範圍第7或8項所述之煉鋼爐渣用的磁選裝置，其中該旋轉式滾筒在該旋轉式滾筒的表面上形成有複數個不同取向的磁場之磁鐵。
- 如申請專利範圍第7或8項所述之煉鋼爐渣用的磁選裝置，其中該旋轉式滾筒係具有複數個磁鐵，該複數個磁鐵係配置於讓該表面之磁場為垂直方向磁通密度相對於該表面之最大值大於等於50％的區域間的距離為小於等於50mm之位置上。
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