JP2000336420A - 金属の製・精錬未燃ガスを利用した、アルミ残灰処理ガスの分解回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転炉で発生する排ガスは、約１５００℃の高
温で多量のダストを含むことから、また、間欠的に発生
するため、ほとんどがそのまま放出されている。一方、
アルミ残灰処理時に発生する悪臭を伴うガスは、水素、
アンモニア、炭化水素等の可燃ガスを含んでいながら悪
臭対策のために単に燃焼処分されている。これらの問
題，を同時に解決する。 【解決手段】 アルミ残灰処理時に発生するガスを回収
し、この回収ガスを、高温の転炉ガスと混合することに
より分解し、無害化回収する。 【効果】１．ＬＤＧの高温顕熱を化学反応熱として利用
し回収できる。 ２．アルミ残灰処理時に発生する悪臭を伴うガスを無害
化回収できると共に、高温のＬＤＧ顕熱を利用して水素
と窒素に分解することによって資源化を図ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミ残灰処理ガ
スを金属の製・精錬時に発生するガスを利用して無害化
分解すると同時に、このガスとともに一緒に回収する方
法に関する提案である。

【０００２】

【従来の技術】溶融銑鉄などから溶鋼を製造する転炉精
錬工程では、一酸化炭素を主成分とする高温の回収ガス
(以下、このガスを単に「ＬＤＧ」と称す) が発生す
る。かつてこのＬＤＧは、製・精錬炉の排出口部 (炉口
部) において空気と混合して燃焼させ、得られた高温排
ガスをボイラーの熱源として利用していた。しかし、こ
の方法は、排ガス中のダストに起因するトラブルが多
く、製・精錬作業の稼働率低下の主因になっていた。そ
の後、上記排ガスは、技術の発展により未燃ガスのまま
燃料用ガスとして回収されるようになり、このことが製
・精錬炉の稼動率を飛躍的に向上させることにつながっ
ている。

【０００３】すなわち、このＬＤＧは、通常、鉄分を主
体とするダストを多く含むが、およそ1500℃という高温
でもあることから、回収ダクトの途中に設置されたベン
チュリースクラバーにて集塵するとともに冷却し、ガス
ホルダーに貯留した後、燃料ガスとして使用するように
している。その他、このＬＤＧのもつ高温顕熱について
は、古くから多くの利用方法が提案されている。

【０００４】例えば、特開昭５６−４４７１０号公報で
は、一旦回収し、常温にまで冷却したＬＤＧの一部を、
冷媒として高温ＬＤＧ中に吹き込んで温度を低下させる
中で、乾式集塵後に対流式の熱交換機を設けて熱回収を
する方法を提案している。特公昭５６−２１３２７号公
報では、転炉ダクトの輻射部に設けられた冷却水循環系
の途中に温水熱交換器を設け、温水として回収する方法
を提案している。特公昭５７−１５１７１号公報では、
転炉ガスダクトの途中にコ−クス粒の移動層を設け、そ
のコークスをＬＤＧ顕熱で赤熱し、これに水蒸気を吹き
込んで水性ガスを発生させる方法を開示している。特開
昭５８−１１７１２号公報では、転炉ガスダクトの途中
に衝突反転方式の乾式集塵器とその下流側に対流式熱交
換装置を設置して、ＬＤＧの顕熱を回収する方法を提案
している。

【０００５】さて、アルミ残灰は、国内では年間およそ
３５万トン発生し、このうち約１２万トンが埋め立て処
分に供されている。ここでいうアルミ残灰とは、次のよ
うなものを言う。即ち、アルミニウムの溶解工程におい
ては、金属アルミニウムが空気と接することにより、酸
化アルミニウムや窒化アルミニウムを含むアルミドロス
を発生するが、このアルミドロスは、金属アルミニウム
の含有量が高いので、ＭＲＭと呼ばれる機械によって１
次絞り, ２次絞りされて所望の金属分が回収される。こ
のような処理工程において、上記２次絞り後の残渣をア
ルミ残灰と呼ぶのである。

【０００６】ところで、上記アルミ残灰は、そのまま埋
め立て処理すると、雨水等と接触して下記反応によりガ
スを発生する。 Al₄C₃ + ｘH₂O = ４Al(OH)₃+ｙCnHm＋ｚCm'Hn'・・(1) AlN ＋4H₂O = Al(OH)₃＋NH₄OH ・・・・(2) Al＋3H₂O= Al(OH)₃ ＋3/2H₂ ・・・・・(3) これらの反応はいずれも発熱反応で、温度上昇と共に反
応が促進され、激しい時には発火するに至ることがある
他、発生したガスは刺激的で悪臭を伴うため、埋め立て
処分する場合は、事前に抜熱処理および臭気抜き等の無
害化処理が必要となる。

【０００７】このアルミ残灰処理の方法としては、アル
ミ残灰を大量の水中に投入し、加水分解反応を起こさせ
てガスを抜いてから埋め立てする方法が一般的である。
その他には次のような方法がある。特公平７−３２９０
１号公報では、アルミ残灰に対し水分含有量が５〜３０
％になるようにあらかじめ水を添加した後、７００〜１
５００℃で焼成する方法を開示している。特開平９−１
７６７５２号公報では、アルミ残灰とアルミスラッジの
同時処理法としてアルミ残灰１００重量部に対し水を、
アルミスラッジ中の水分が２０〜３００重量部になるよ
うに添加し、その後７００〜１０００℃に加熱する方法
が開示されている。また、乾式処理法としては、例え
ば、「回転ア−ク炉によるアルミドロス処理技術」 (資
源処理 VOL.45 No.1（'98 −春))では、ア−ク炉にてア
ルミ残灰を１３００℃程度に加熱した後、炉内に空気を
９０〜１２０分間供給することによって、塩化物や窒化
物を分解、酸化する処理法を提案している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、加熱炉や熱処理
炉等の排ガス顕熱の回収法としては、排ガスダクトの途
中に多管式熱交換機を設置して熱交換し、熱風若しくは
蒸気として回収する方法が一般的である。しかしなが
ら、ＬＤＧはそもそも間欠的に発生するガスであり、し
かもそのガス中には、多量の金属鉄ダストを含んでいる
ので、ダクトの途中に多管式熱交換装置のような障害物
を設置すると、管に金属ダストが付着、堆積し、目詰ま
りをおこして閉塞し、操業不能になる。このため、種々
の排ガス顕熱の回収方法が検討されてきたが、未だ十分
な成果をあげるに至っていないのが実情である。

【０００９】例えば、前記特開昭５６−４４７１０号公
報に提案の技術では、折角回収したＬＤＧを再び未処理
のＬＤＧ中に吹き込むため、処理コストが嵩む上、ガス
量も多量となり、その結果、装置が大型化し、経済的な
負担が大である。また、特公昭５６−２１３２７号公報
に提案の技術の場合、回収熱が温水であるため、使用先
が極めて限定されるという弱点がある。とくにＬＤＧ顕
熱は高温であり、これを温水化するのは得策でない。ま
た、特公昭５７−１５１７１号公報に提案の技術は、ダ
クト内にコ−クスの移動層が設置されており、ＬＤＧ中
の活性に富んだ多量のダストが移動層の金枠に付着し、
堆積し、操業不能に陥る恐れがある。また、転炉は間欠
運転であり、開放型になっているのが普通である。した
がって、空気の侵入が十分考えられることから、ダクト
の途中に赤熱コ−クスがあるのは、装置面、管理面で十
分な対策を講じないとダクト内の雰囲気組成によっては
爆発の危険が生ずるという問題があった。そして、特開
昭５８−１１７１２号公報に提案の技術は、簡単な衝突
板をダクト内に設置し、ガスとダストの慣性力の差によ
って集塵するものであるが、該ダストの粒子径は非常に
細かく、平均１〜２ミクロンであることから、衝突板方
式では除塵効率が低いことが予測され、下流の熱交換機
への残留ダストの付着、堆積が懸念される。しかも、金
属製・精錬時に発生するダストを多量に含む高温ガス顕
熱を回収しようとする場合、ダストの付着トラブルを如
何に回避するかが大きな課題である。

【００１０】一方、従来のアルミ残灰処理についても多
くの課題、すなわち、悪臭防止と発熱防止の問題が残さ
れている。例えば、最も一般的な方法では、大量の水中
にアルミ残灰を投入してガス抜きする方法があるが、こ
の方法は、かような処理に長時間を要する上、反応を完
全に終了させることができない。また、特公平７−３２
９０１号公報や特開平９−１７６７５２号公報に開示の
技術は、いずれも水分添加後に加熱焼成しており、悪臭
については解消するが、代わって窒素酸化物が発生する
ため、その除去という副次的な処理が不可欠となり、大
きなコスト負担となる。そして、前記文献記載の回転ア
−ク炉による乾式処理法では、その電力原単位がアルミ
残灰トン当たり３４０KWｈとあり、電力単価の高い日本
では残灰処理費負担が障害となっており、もっと安価な
処理方法が求められている。

【００１１】そこで、本発明の目的は、アルミ残灰処理
ガスが抱える悪臭, 発熱の課題と金属の製・精錬ガスが
抱えているダストと低回収率の課題とを同時に解決する
ことのできる方法を提案することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、一方ではアル
ミ残灰処理ガスの悪臭, 発熱を回避し、他方では金属製
・精錬時の高温ガス顕熱の効率回収という全く異なる業
種のそれぞれが抱えている課題を、互いの技術を巧みに
組み合わせることによってともに解決する方法である。
即ち、アルミ残灰処理時のアンモニアガスを含む発生ガ
ス, すなわちアルミ残灰処理ガスを燃焼させることなく
回収し、これを金属製・精錬時に発生する高温の回収ガ
ス中に吹き込み、その回収ガス中にダストとして含有す
る金属鉄の触媒作用と、該高温回収ガスのもつ顕熱を利
用することにより、該アルミ残灰処理ガスを熱分解し、
該金属製・精錬ガスの一部として一緒に回収する方法で
ある。

【００１３】アルミ残灰ガスの組成はアルミ残灰組成に
よっても異なるが、およそ水素５５％、アンモニア４０
％、炭化水素系ガスその他のガス５％程度である。分解
対象となるガスは、主に悪臭と刺激臭のもとであるアン
モニアガスである。アンモニアガスの分解反応は（４）
式に示すように吸熱反応である。 ２ＮＨ₃ →Ｎ₂+３Ｈ₂ −１３kcal／mol ・・(4) 従って、反応のためには熱補償が必要である。本発明で
は、その熱源として、現状ではガス清浄化及び冷却の
為、温排水となって無為に排出されているＬＤＧの保有
する顕熱を有効活用する。さらに、ＬＤＧ中に含まれる
ダストの主成分である金属鉄及び酸化鉄の触媒機能を活
用することによって前記アルミ残灰処理ガスの分解反応
を促進し、短時間で反応を終了させて両ガスの無害化回
収を実現するものである。

【００１４】なお、本発明では、ＬＤＧの顕熱をガス分
解反応熱という形で回収するため、アルミ残灰処理ガス
を高温のＬＤＧガス中に吹き込むだけでよく、ダクト内
にガス流路の障害となるような装置を組み込む必要が全
く無く、従って、従来法のような金属製・精錬作業への
支障の懸念は全くない。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のプロセスフロ−
を示す説明図である。図１においてホッパ−１に貯留さ
れたアルミ残灰をフィ−ダ−２にて所定量を切り出し、
回転炉３に装入する。この回転炉３中には、もう一方の
反応物質である水が、流量調節弁４、配管５を介してア
ルミ残灰量に対して重量比で０．３〜０．５の割合で注
水され、炉の回転運動を利用して該アルミ残灰と混合さ
れる。その結果、回転炉３内では、アルミ残灰中の炭化
アルミ、窒化アルミが炉内温度２０〜５０℃で前記(1)
〜(3) 式に示す反応によって水と反応し、炭化水素やア
ンモニアガスを発生する。そして、発生したアンモニア
ガスは、アルミ残灰に添加した水に溶解してそのｐＨを
上昇させる。その高ｐＨ化した水により、残灰中に含ま
れている金属アルミニウムを覆う酸化アルミが溶解し、
金属アルミニウムが露出して水と直接的に接触し、前記
(3) 式に示す反応によって水素を発生する。この反応は
発熱量が大きいため、反応系の急激な温度上昇を招き、
発生ガスによって反応粉体の流動化現象を起こすほどに
なる。即ち、回転炉３内のアルミ残灰は温度が上昇する
ことにより、反応がより一層促進されると共に、未反応
の水分は蒸発し、乾燥が終わって反応が停止する。

【００１６】こうして反応の終了したアルミ残灰は、前
記回転炉３の他端に設けられた排出口よりアルミ残灰処
理物６として排出される。表１に処理前と処理後のアル
ミ残灰の組成を示すが、前記処理物６は、例えば鉄鋼造
滓剤としても使用することができる。

【００１７】一方、回転炉３から発生したアルミ残灰処
理ガスは、湿りガス状で、導管７にてコンプレッサ−８
に導かれ昇圧された後、タンク１０に貯留される。な
お、コンプレッサ−８にて昇圧される際に発生するドレ
−ンは、アンモニアを多量に含んでいるので配管９を経
由して回転炉にリサイクルされる。

【００１８】ホルダ−１０に貯留されたアルミ残灰処理
ガスは、制御器１３の操作信号によって制御される流量
調節弁１１を介して金属の製・精錬炉から発生するガス
の回収ダクト１５中に吹き込まれる。前記回収ダクト１
５には、製・精錬炉１４, たとえば転炉の吹精運転によ
って発生する約１５００℃のＬＤＧ (転炉ガス) が流れ
ており、アルミ残灰処理ガスは、この高温ＬＤＧによっ
て主として(4) 式に示すように水素と窒素に分解され、
ＬＤＧと混合して改質ＬＤＧとなり、除塵装置であるベ
ンチュリ−スクラバ−１６にて除塵されると共に、該ベ
ンチュリ−スクラバ−１６に注水される水１７によって
冷却される。ベンチュリ−スクラバ−１６のダストを含
む集塵水は、排水管１８にて回収ダクト１５から系外に
排出される。一方、除塵され、冷却された上記改質ガス
は、誘引ブロア−１９によってガスホルダ−２０に送入
されて、一旦貯留された後、燃料に供せられる。

【００１９】

【実施例】表１に示す成分組成のアルミ残灰を、回転炉
(ロ−タリ−キルン) に装入し、同時に水を注入してキ
ルン内にて混合し、発生するアルミ残灰処理ガスをタン
ク内に貯留した。一方、１０トン転炉にて溶銑を精錬し
て、その精錬中に発生する転炉ガス回収ダクト中に、前
記の貯留タンクからアルミ残灰処理ガスを抜き出して吹
き込み、分解させ、得られたガスを改質転炉ガスとして
増量回収した。ロ−タリ−キルンでのアルミ残灰処理の
操業条件を表１に、その結果を表２に、高温の回収転炉
ガス中へのアルミ残灰処理ガスの吹き込み条件を表３
に、そしてこの処理の結果を表４に示す。表４に示すよ
うに、転炉ガス回収量９１Nm³/t-steel に対し、アルミ
残灰処理ガスを２７Nm³/min 吹き込むことにより、改質
転炉ガス回収量は１５７Nm³/t に増量させて回収でき
た。また、アルミ残灰処理ガスを分解するために消費さ
れた回収転炉ガスの顕熱回収量は230,900 Kcalで、全転
炉ガス顕熱の48.3％にも達してエネルギーの有効な回収
ができると共に、アルミ残灰処理ガスの無害化回収がで
きた。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明回収方法の
実施により下記のような効果が得られる。 今まで悪臭をもつ発熱性ガスとして処分されていた
アルミ残灰処理時発生ガスの資源化が図られる。 アルミ残灰処理時発生ガスを高温の金属製・精錬時
発生回収ガス中に吹き込むことによって、その高温回収
ガスの顕熱を、前記アルミ残灰処理ガスの分解反応熱と
して有効に活用できると共に、回収ガスの増量化が図れ
る。 いままでは投棄されていたアルミ残灰を製鉄用造滓
材として資源化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の処理フローを示す説明図である。 １ アルミ残灰貯留ホッパ− ２ フィ−ダ− ３ 回転炉 ４ 水の流量調節弁 ５ 注水管 ６ アルミ残灰処理物 ７ 導管 ８ コンプレッサ− ９ 配管 10 ガスタンク 11 ガス流量調節弁 12 ガス流量計 13 制御器 14 製・精錬炉 15 ダクト 16 ベンチュリ−スクラバ− 17 水 18 集塵水 19 誘引ブロア− 20 ガスホルダ−

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３Ｌ (72)発明者 上杉 浩之 東京都千代田区内幸町２−２−３ 川崎製 鉄株式会社本社内 (72)発明者 森田 彰 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１−34−１ 日本 軽金属株式会社内 (72)発明者 榊原 路晤 愛知県東海市東海町５の３ 協材興業株式 会社内 (72)発明者 岡田 英治 東京都港区虎ノ門１−26−５ 虎ノ門17森 ビル６Ｆ 財団法人金属系材料研究開発セ ンター内 Ｆターム(参考） 3B117 AA02 BA51 4D004 AA44 CA24 CA28 CA48 CB09 DA03 DA06 DA10 4K001 AA02 BA16 4K002 AB04 AD01 BA01 4K056 DB04

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミ残灰に注水したときに発生するア
   ルミ残灰処理ガスを、金属の製・精錬時に発生する高温
   の回収ガス中に吹き込むことによって、該金属の製・精
   錬ガスの一部として一緒に回収することを特徴とする金
   属の製・精錬未燃ガスを利用した、アルミ残灰処理ガス
   の分解回収方法。