JPH05504375A - 金属回収 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属回収 炭素鋼のアーク炉法製造において発生するヒユーム（ｌａｍｅ）は、一般に、酸 化鉄を３０〜５０％、ＺｎＯを１５〜３５％およびＰｂＯを５〜４０％含有して いる。スラグ相において鉄を酸化物とするなどの方法で、少なくとも亜鉛を選択 的に還元し回収することは経済的に有利である。

凝縮材料と気体相との向流接触により、鋼製造時のダスト（ｓｌｅｅｌｍａｋｉ ｎｇ　ｄｕｓｔｓ）をロータリキルン中で選択的に還元することが知られている 。排気流が比較的低温であり、酸素を多く含有するということが意味することは 、亜鉛は価値の低い酸化物としてしか回収することかできないことである。多金 属成分材料（ｐａｌｙｍｅｔａｌｌｉｃｍａ＋ｅ＋ｉａｌ＋）の処理において、 重要なことは、炉の雰囲気（酸化還元ポテンシャル）、温度およびスラグの化学 的性質をきわめて厳密に制御して、有用な金属製品の回収を最大とすることであ る。したがって、好ましいのは熱供給が炉操作雰囲気とは独立している炉を使用 することである。

・　アーク炉ダスト、還元剤および融剤の混合物をプラズマアーク炉の中で蒸気 化させて金属の蒸気を発生させ、この蒸気を凝縮器の中で凝縮させることが知ら れている。

えられる実際の収率は理論値よりも小さい。本発明の全体の目的は、前記工程を 実施するのにきわめて効率的な方法を提供することにある。本発明は、炭素質還 元剤の含有量を制御するとき、微粒子の移動につながる炉内のマス（ｍａｓｓ） の発泡および金属蒸気の汚染を回避することができるという第一の認識、凝縮器 内の液状の溶融体の温度を特定の方法で制御して収率を増加させねばならないと いう第二の認識、および凝縮器内の回転機構を、高収率で金属を回収するに必要 な回転速度に耐えうるように特定の方法で構成し、位置決めをしなければならな いという第三の認識に基づいている。

本発明の一つの局面により、たとえばアーク炉での炭素鋼の製造において生ずる ダストなどの亜鉛および鉄の酸化物を含有するマスから亜鉛を回収する方法が提 供される。該方法は、前記マス、炭素質材料、およびスラグ形成融剤材料をプラ ズマ炉に供給する工程、その混合物を溶融して亜鉛蒸気を生成する工程、および 該蒸気を凝縮器に通して亜鉛蒸気を回収する工程を含んでおり、前記炭素質材料 の含有量が前記炉内の前記溶融されたマスを過剰に発泡させることなく、酸化亜 鉛を亜鉛に、酸化鉄（Ｆｅ２０３）をＦｅＯおよびＦｅに還元するのに充分であ ることを特徴とする。

処理されるべきマスは、重量比でＦｅを２０〜３０％、’Ｚｎを１５〜３０％、 ならびにＰｂ、Ｃａ、ＣＩ　、Ｆ　ｅ。

ＮａおよびＫを均等に含むことが好ましい。

前記融剤はＣａＯまたはＳｉＯ２のソースを含むことむことか好ましい。

本発明の方法の大変好ましい特徴は、前記炭素質材料の含有量が、マスおよび融 剤の両方に関連して調節されることである。炭素質材料の含有量は重量比で溶融 されるべき混合物の約３〜２０％であることが好ましい。より詳細には、酸化亜 鉛を３０％、酸化鉄を４０％含む混合物においては、炭素質材料の含有量は約１ ０％であることが好ましい。また、酸化亜鉛を２０％、酸化鉄を５０％含む混合 物においては、炭素質材料の含有量は８％であることが好ましい。

前記炭素質材料は広い範囲の物質から選択することができるが、米国石炭委員会 （ＮＣＢ）の溶鉱炉試験による測定において少なくとも２の高い二酸化炭素反応 性を有する、石炭、コークスおよび無煙炭などから選択するのが好ましい。

本発明の第二の局面によれば、亜鉛などの蒸気を凝縮する方法に使用される凝縮 器が提供される。該凝縮器は、屋根材のチャンバを有する容器、前記屋根に設け られた金属蒸気の供給のための入口、前記入口から間隔をおいて前記屋根に配置 された凝縮されていない気体物質を排出するための出口、前記屋根に取り付けら れ床に向って延びる回転式インペラ、前記床付近に設けられた凝縮された物質を 排出するための出口、および前記容器内の床の上方に設けられ、液体亜鉛を充分 に冷却して、亜鉛蒸１気を凝縮させる冷却用サーキットからなる。

別の局面によれば、本発明により、前記容器内で金属蒸気を凝縮する方法が提供 される。該方法は金属蒸気を、前記入口を経て前記容器内へ送る工程、前記イン ペラを回転させて、液体亜鉛をスプレー化し、その蒸気を凝縮させる工程、前記 回転式シャフトを、その下方端部が凝縮された金属中へわずかな距離だけ延びる ように配置する工程、冷却用媒体を前記冷却用サーキットに通して前記凝縮され た液体金属を冷却する工程、および前記液体金属を前記容器から前記用［］を経 て取り去る工程がらなっている。

シャフトと回転羽根との組立体は合金からなる外側部分を有し、約３００〜６０ ０＋ｐｍの速度で回転することが好ましい。前記合金は、モリブデン−タングス テンなどであることか好ましい。

別の局面においては、本発明により前記目的のためのロータ組立体が提供される 。該組立体は、金属の回転シャフト、前記シャフトに取り付けられたスリーブ、 および回転羽根組立体からなっている。前記スリーブおよび回転羽根はモリブデ ン−タングステンなどの合金またはグラファイトで形成されている。

本発明を充分に理解するため、以下に、添付図面に示される具体例を参照しつつ 単なる例示として説明する。

図１は亜鉛含有物質から亜鉛を回収する工程の略図、図２は亜鉛凝縮器ユニット の垂直断面図、図３は前記凝縮器ユニフトの横断面図、および図４は凝縮器内の ロータを示す部分断面正面図である。

図１は、炭素鋼の溶融において形成されたアーク炉ダストから、金属亜鉛を回収 するのに用いられる装置を概略的に示す。ダスト、炭素質材料、典型的には石炭 、およびたとえば酸化カルシウムなどのスラグ融剤材料の配合混合物（ａ　ｐ「 ｏｐｏｒｔｉｏｎｅｄ　ｍ１ｘｔｕＩｅ）がすへて、共通ホッパー３からスクリ ュー１によって、開放された浴炉２に供給される。炉は軟鋼製シェル４と耐火性 の内張５を有する容器とからなる。前記内張５は、炭素を含むマグネシアまたは マグネシア−クロムれんかによって形成されている。炉は屋根部６を有しており 、該屋根部６は水冷式で、高品位アルミナのキャストライニングで内張すされて いる。プラズマトーチ７またはグラファイト電極が炉の屋根から内側へ延びてい る。形成された、ガスによって安定化されたプラズマアークは、水冷されたプラ ズマトーチまたはグラファイト電極から炉内の溶融体へ伝達される。炉内の溶融 体は、炉床または適切な耐火性の導電性炉床に設けられた、軟鋼またはステンレ ス鋼からなるリターンビレット（ｒｅｔｕ「ｎ　ｍ１ｌｄ　０１　＋ｔａｉｎｌ ｅ＋＋＋ｔｅｅｌ　ｂｉｌｌｅｔ）　と電気的に接触している。金属の溶融体か ら発生する蒸気は、導管８を経由して排出され、形成されたスラグおよびすべて の銑鉄は、底部排出口９を経由して間欠的に排出される。

導管８は亜鉛凝縮器１０に連通している。亜鉛凝縮器１゜をさらに詳細に図２〜 ４に示す。

亜鉛凝縮器は、耐火れんがの内張りを有する鋼製の容器からなる。屋根には、炉 １から回収された金属蒸気のための入口１１、およびバグハウスフィルターユニ ット（図示せず）に通じる出口１２がある。凝縮された亜鉛金属のための出口１ ３は、前記入口１１から離れた前記容器の下部の隅に設けられる。まぐさく１ｉ ｎｔｅｌ）　１４が皿形の床部分１５に設けられており、金属のせき（ｗｅｉｒ ）を定めている。

このせきにおいて、汚染体の捕集が行われる。インペラ２０は凝縮器の屋根から 下方に延びており、モータ（図示せず）によって回転させられる。ロータはスチ ールシャフト２１からなり、該シャフト上には適切な形の回転羽根組立体２３を 有する回転体スリーブ２２か取り付けられている。スリーブ２３はモリブデン− タングステン合金またはグラファイトなど、耐火性の強い材料から製造される。

冷却用サーキット３０は、凝縮器の下方部にあり、図２および３に示されるよう に、ポンプにより流される、たとえば水なとの冷却用媒体の入っているパイプ３ １を含む。

該パイプは一般に中央に位置決めされたＵ字型ループ３２を有しており、前記容 器内に通している。図示されるとおり、ループ３２は反転して曲げられており、 上部３２Ａおよび下部３２Ｂを含み、前記回転羽根組立体２３のすぐ下に配置さ れている。凝縮器の壁には窓（図示せず）かあり、これは使用時には耐火れんが で封鎖されている。該れんがは、必要なとき、清掃を容易にするための凝縮器内 へのアクセスのために取り除くことが可能である。

使用時には、ダスト、約５〜２０％のコークスおよび融剤のあらかじめブレンド した混合物を、屋根にある供給ポートを経て炉１内へ供給する。材料は炉の雰囲 気を通って落下しながら加熱され、急速に融解されて溶融体になる。入力エネル ギー（ｔｈｅ　ｐｏｖｅ＋　１ｎｐｕｔ）を制御して１２００〜１６００℃、好 ましくは約１５００℃の溶融体温度に保持する。亜鉛および酸化鉛は、炭素熱還 元されｆｃａ＋ｂｏｌｈｅ＋ｍ１ｃａｌ１７　ｒｅｄｕｃｅｄ）、金属蒸気とし て揮発性とされる。そして、これらはスラグおよび銑鉄を残して炉から凝縮器１ ０内へ移動する。残ったスラグおよび銑鉄は必要に応して流し出される。インペ ラ２１を凝縮器１０内の溶融亜鉛中で回転させて、表面積の大きな金属の小滴か らなるスプレーを発生させ、亜鉛蒸気の効果的な凝縮を可能とする。小滴は容器 １０の下方部に蓄積される。ロータの高さは、回転羽根組立体２３の下半分が常 に液体の中にあるように調節される。回転速度を約３００〜６００１ｐｆＤに調 節して、凝縮速度および亜鉛小滴の大きさを制御する。

回転体スリーブの材料の特性（ｎａｔｕ「ｅ）のため、発生する回転力すなわち トルクに耐えることか可能である。液体金属の温度は、冷却用コイル３０を介し て熱を除去することによって制御される。コイル３０の形状およびロータ組立体 に対する位置は、最大の効果をうろことができるように選択される。前記液体材 料の温度は約５２５℃に保たれる。凝縮器ｌＯの出口１２から出る気体は、バグ ハウスに入る気体流を冷却するために使用される過剰の空気とともに燃焼室内で 燃焼される。

処理されるダストに対して添加されるコークスの割合は、溶融体中に過剰の泡を 発生することなく、ダスト中の酸化亜鉛を亜鉛金属に還元し、酸化鉄をＦｅ２Ｏ ３からＦｅＯおよびＦｅに還元するのに充分なＣＯが発生するように選択される 。なぜなら、そのような発泡が起こると、たとえばスラグなどの非亜鉛材料が凝 縮器内へ運ばれ、回収されるべき亜鉛の純度を下げ、水冷式プラズマトーチの操 作寿命が減じられるからである。供給材料の拡散（ｃａ＋ｒ７−ｏｙｅ＋）を減 じ、プラズマアークの温度の高いところで発生する不要な揮発源（Ｍｇ、Ｓｉ○ 、Ｆｅ０）のヒユーム化を減じ、および炉の耐火性材料をプラズマアークから遮 蔽することにより工程の熱効率を改善するためにスラグの発泡量を制御すること が好ましい。

炉への融剤の添加は、低融点と高流動性スラグが実現されるように、その割合が 決められる。塩基比（ｂｘ＋１ｃｉｌｙ＋ｘｔｉｏ）Ｃａ　Ｏ：　Ｓ　ｉ　０２ は、約１．４：］　〜０．８：ｌである。

炭素質材料の含有量が制御される結果、ロータを選択された速度で回転させるこ と、および液体亜鉛の温度を制御することにより金属亜鉛の回収効率が改善され 、全体の効率が理論値に近くなる。

要　約 亜鉛と鉄の酸化物を含むマス、スラグ形成融剤材料、および炭素質材料を炉内で 溶融することにより亜鉛が回収される。炭素質材料の含有量は過剰の発泡を避け るように選択される。発生した亜鉛の蒸気は、インペラ（２ｏ）および冷却用サ ーキット（３０）を有する凝縮器（１ｏ）内で凝縮される。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成４年６月１９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．亜鉛および鉄の酸化物を含有するマスから亜鉛を回収する、 前記マス、炭素質材料、およびスラグ形成用融剤材料をプラズマ炉に供給する工 程、 前記混合物を溶融して亜鉛蒸気を形成する工程、および 前記亜鉛蒸気を凝縮器に通して亜鉛を回収する工程からなる方法であって、 前記炭素質材料の含有量が、前記炉内の溶融された前記マスを過剰に発泡させる ことなく、酸化亜鉛を亜鉛に、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３をＦｅＯに還元するのに充分な 含有量であることを特徴とする方法。 ２．前記炭素質材料が、溶融される前記混合物の約３〜２０重量％である請求項 １記載の方法。 ３．溶融される前記混合物が、約３０重量％の酸化亜鉛、約４０重量％の酸化鉄 を含有し、前記炭素質材料の含有量が約１０重量％である請求項１または２記載 の方法。 ４．前記混合物が、約２０重量％の酸化亜鉛、約５０重量％の酸化鉄を含有し、 前記炭素質材料の含有量が約８重量％である請求項１または２記載の方法。 ５．前記炭素質材料が、米国石炭委員会の溶紘炉試験による測定において少なく とも２の高い二酸化炭素反応性を有する、石炭、コークスおよび無煙炭などから 選択される請求項１、２、３または４記載の方法。 ６．処理される前記マスが鉛、カルシウム、ナトリウム、およびカリウムを含有 する請求項１、２、３、４または５記載の方法。 ７．前記融剤が、低融点で高い流動性のスラグを生成するように、塩基比ＣａＯ ：ＳｉＯ２が約１：４：１〜０．８：１であるように選択されてなる請求項１、 ２、３、４、５、６または７記載の方法。 ８．前記スラグ形成用融剤材料が、ＣａＯまたはＳｉＯ２のソースおよびＡｌ２ Ｏ３のソースを任意に含む請求項７記載の方法。 ９．亜鉛などの蒸気の凝縮に使用する凝縮器であって、凝縮器１０が、屋根付き チャンバを有する容器、前記屋根に設けられた金属蒸気の供給のための入口１１ 、濃縮されない気体物質を排出するための出口１２、前記屋根に取り付けられ、 床１５に向かって延びる回転式インペラ２０、前記床１５付近に設けられ凝縮さ れた物質を排出するための出口１３、および前記容器１０内の前記床１５の上方 に設けられ、前記亜鉛蒸気の凝縮が起こるよう充分液体亜鉛を冷却するように構 成された冷却用サーキット３０からなる凝縮器。 １０．前記インペラ２０が、金属製の回転体シャフト２１、前記シャフト２１に 取り付けられたスリーブ２２、および回転羽根組立体２３を有してなる請求項９ 記載の凝縮器。 ｌｌ．前記回転羽根組立体２３がモリブデン−タングステン合金またはグラファ イトで製造されてなる請求項１０記載の凝縮器。 １２．亜鉛および鉄の酸化物を含有する溶融されたマスから回収された亜鉛蒸気 を凝縮する方法であって、金属蒸気を請求項９、１０、またはｌｌの凝縮器内へ 前記入口を通して通す工程、 前記インペラを回転させて亜鉛のスプレーおよび蒸気を発生して凝縮する工程、 前記回転式シャフトを、その下方端が凝縮された前記金属内へわずかに延びるよ うに配置する工程、冷却用媒体を前記冷却用サーキット内に通して凝縮された前 記液体金属を冷却する工程、および前記液体金属を前記容器から前記出口を経由 して取り出す工程を含むことを特徴とする方法。 １３．前記シャフトが約３００〜６００ｒｐｍの速度で回転する請求項１２記載 の方法。 １４．前記冷却用媒体を前記冷却用サーキットに通して、前記液体金属の温度を 約５２５℃に保つ請求項１２または１３記載の方法。