JPH08193227A

JPH08193227A - 間接加熱炉による製鉄ダストの処理方法

Info

Publication number: JPH08193227A
Application number: JP496295A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kotani; 精一小谷; Hiromitsu Moridera; 弘充森寺
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】製鉄ダストの脱亜鉛処理において従来法より
低温で還元処理を行い、ダスト中の鉄と亜鉛等の非鉄金
属成分の分離回収を従来法より低コストで行う製鉄ダス
トの処理方法を提供する。【構成】製鉄ダストの還元処理において、製鉄ダスト
を乾燥後、還元剤としての金属アルミニウムを含有する
アルミ含有原料と混合し、炉内雰囲気が水素または一酸
化炭素を２０％〜１００％含有する還元性雰囲気で、炉
内温度が７００〜１０００℃の外熱式の間接加熱炉に、
この混合物を投入し、ダスト中の鉄、亜鉛、鉛、カドミ
ウムの酸化物を還元し、亜鉛等の非鉄金属成分をダスト
中から揮発除去することを特徴とする。【効果】従来の脱亜鉛法より低温でダストを還元処理
することができ、鉄、亜鉛ともに高濃度で回収すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は製鉄業において発生する
製鉄ダストの再資源化処理に関し、還元性雰囲気の間接
加熱炉において、金属酸化物を還元・揮発除去し、鉄分
と非鉄成分を分離・回収する処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鉄業で発生するダストには、高炉から
発生する高炉ダスト、転炉から発生する転炉ダスト、電
気炉から発生する電気炉ダストなどがある。これらの主
成分は酸化鉄であり、製鉄工程で再利用することが期待
できるが、ダスト中には鉄以外にも亜鉛等の非鉄金属成
分が含まれており、ダストを再資源化するには、ダスト
中の鉄分と非鉄分を分離、回収する処理が必要である。

【０００３】従来、このような非鉄金属成分を含んだ製
鉄ダストの処理の公知技術として、特開昭５８−１４１
３４５号公報に示されているように、製鉄ダストを石
炭、コークス等の炭材とともに内燃型ロータリーキルン
で１０００℃〜１４００℃で熱処理することにより、ダ
スト中から亜鉛等の非鉄金属成分を還元揮発除去し、揮
発成分は、炉出側で再酸化された後、バグフィルターで
酸化物として回収する方法が一般的である。

【０００４】ここで還元材としては、石炭、コークス等
の炭材の他に、アルミ精錬灰中の金属アルミニウムを用
いる方法もある。また、特開昭６０−１６２７３６号公
報では内燃型ロータリーキルンにおいて、特開平０５−
３２０７７９号公報では竪型還元溶解炉において、アル
ミ精錬灰中の金属アルミニウムを製鉄ダストの還元剤と
して用いる方法が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、炭材で製鉄ダ
ストを還元処理する方法では、処理温度が１０００℃以
上と高く、そのため、耐熱設備の維持コスト、熱量原単
位が高くなっている。一方、金属アルミニウムを還元剤
として利用する方法では、１０００℃以下の比較的低温
でダスト中に含まれる重金属成分を還元できる。しか
し、従来方法の還元炉では、加熱源である燃焼炎が炉内
に在るため、燃焼用の大気中酸素、燃焼で生成する水蒸
気と二酸化炭素が炉内に存在する。これらのガスにより
次の反応式により金属アルミニウムが酸化されることに
なる。

【０００６】

【数１】

【０００７】このため、製鉄ダストの還元に寄与する金
属アルミニウムが不足し、結局、その不足分の還元剤を
炉内の熱源燃料として投入している炭材で補い、しかも
１０００℃以上の高温処理が必要となるので、熱量原単
位はあまり低減されない。また、従来の内燃型ロータリ
ーキルンによる方法では、亜鉛等の還元揮発した非鉄金
属成分は、炉の出側で再酸化した後、微細な粉塵として
バグフィルターで回収され、その回収粉塵の亜鉛濃度は
50〜60%程度にとどまっている。そのため、この亜鉛を
主成分とする回収物は、さらに、非鉄精錬工場での還元
精錬する必要がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、低温処理で低コ
ストで、製鉄ダストの還元を達成し、高純度の鉄および
非鉄成分を分離回収可能とする処理方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するもので、その要旨とするところは、（１）製鉄ダストの還元処理において、製鉄ダストを乾
燥後、還元剤としての金属アルミニウムを含有するアル
ミ含有原料とを混合物となし、炉内雰囲気が水素または
一酸化炭素を２０％〜１００％含有する還元性雰囲気
で、炉内温度が７００〜１０００℃の外熱式の間接加熱
炉に、該混合物を投入し、ダスト中の鉄、亜鉛、鉛、カ
ドミウムの酸化物を還元し、亜鉛、鉛、カドミウムをダ
スト中から揮発除去することを特徴とする製鉄ダストの
処理方法。

【００１０】（２）前記製鉄ダストとアルミ含有原料と
の混合物において、前記混合物を粒径２〜１５ｍｍφの
ペレットとする（１）記載の製鉄ダストの処理方法（３）前記亜鉛、鉛、カドミウムの金属揮発成分を含ん
だ排出ガスから、金属揮発成分を除去した後、排出ガス
を回収し、前記排出ガスを炉内雰囲気ガスとしての再利
用する（１）記載の製鉄ダストの処理方法。

【００１１】（４）前記亜鉛、鉛、カドミウムの金属揮
発成分を含んだ排出ガスから、金属揮発成分を除去した
後、排出ガスを回収し、前記排出ガスを間接加熱炉の加
熱燃料として再利用する（１）記載の製鉄ダストの処理
方法。本発明では、アルミ含有原料としては、例えばアルミ缶
屑、アルミ精錬ドロス、アルミ精錬集塵灰、アルミ精錬
残灰等が利用できる。これらの金属アルミニウム含有量
は、アルミ缶屑で９５％以上、アルミ精錬ドロスで３５
％程度、アルミ精錬集塵灰、アルミ精錬残灰で１０％前
後である。

【００１２】

【作用】本発明の作用について、以下に説明する。本発
明を実現する全体のプロセスフローを図１に示す。な
お、図１では、実線で固体の処理フローを、点線でガス
の流れを示す。本発明では、アルミ含有原料中に含まれ
る金属アルミニウムの、燃焼用の大気中酸素と、燃焼で
生成する水蒸気と二酸化炭素による酸化反応（前述の化
学反応(1) 〜(3) ）を避けるため、加熱源としての燃焼
炎雰囲気とダストを還元する反応雰囲気とを分離する外
熱式の間接加熱炉を還元炉に用いている。

【００１３】このことにより、炉内の反応雰囲気から、
燃焼用の大気中酸素、燃焼で生成する水蒸気と二酸化炭
素を排除し、金属アルミニウムのこれらのガスによる酸
化を防止できる。なお、本発明の間接加熱炉には、好ま
しくは、炉内での処理材の撹拌と搬送ができる外熱式ロ
ータリーキルンを用いる。また、製鉄ダストは、アルミ
含有原料と混合する前には乾燥しておく必要がある。こ
れは、製鉄ダストを乾燥せずにアルミ含有原料と混合す
れば、アルミ含有原料中に含まれる窒化アルミニウムが
水分と反応して、人体に有毒なアンモニアガスを発生す
るおそれがあり、また、間接加熱炉内でこの水分と金属
アルミニウムが反応し、金属アルミニウムの還元剤とし
ての反応効率が低下してしまうことによる。

【００１４】さらに、製鉄ダストとアルミ含有原料の混
合は、むらなく混合することが重要となる。通常、アル
ミ精錬ドロス、集塵灰、残灰は粉体であるので製鉄ダス
トと混合する際、特に問題なく撹拌混合できるが、アル
ミ缶屑の場合、シュレッダー処理しておく必要があるの
で、アルミ含有原料としてはアルミ精錬ドロス、集塵
灰、残灰を用いることが望ましい。また、外熱式ロータ
リーキルンを用いる場合には、製鉄ダストの還元処理に
より、生成した還元鉄がロータリーキルンの炉壁に付着
するのを防止するため、製鉄ダストとアルミ精錬灰との
混合物をペレットにしておくと有利となる。このペレッ
トの粒径としては、２ｍｍφ未満ではペレットが炉内で
破砕して粉化しやすく、炉壁へのダスト付着の問題が生
じ、１５ｍｍφ超ではペレット内部での、亜鉛等の非鉄
金属成分の還元揮発を抑制する効果が大きくなるので、
２〜１５ｍｍφが好ましい。

【００１５】また、製鉄ダストとアルミ含有原料の混合
比については、ダスト中の鉄、亜鉛、鉛等の酸化物の量
とアルミ精錬灰中の金属アルミニウム含有量によって異
なる。基本的には、還元の対象となるダスト中の酸化物
の還元に対応する金属アルミニウムが必要であるが、還
元雰囲気中に少量ながら存在する水蒸気、または二酸化
炭素と金属アルミニウムが反応するので、必要当量の
１．２〜１．３倍に相当する金属アルミニウムを含有す
るアルミ含有原料と混合する。

【００１６】例えば、ダスト中の組成が表１に示される
ような組成で、アルミ精錬集塵灰の組成が表２に示され
るような組成の場合には、ダスト中の鉄、亜鉛、鉛をす
べて金属にまで還元するのに必要な金属アルミニウムの
量は200g/kg-dustとなるから、表２のようなアルミ精錬
集塵灰の場合では2kg/kg-dust で混合することになる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】本発明では、炉内雰囲気ガスとして、水素
または一酸化炭素を含有するガスを用いるが、ガス源と
しては、例えばコークス炉ガス（COG ガス) 、転炉ガ
ス、炭化水素部分燃焼ガス、またはこれらの混合ガスが
使用できる。表３にコークス炉ガス組成例、表４に転炉
ガス組成例、および表５にプロパン部分燃焼ガス組成例
をそれぞれ示す。

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】この場合の炉内雰囲気の濃度としては、水
素または一酸化炭素が２０％未満では反応速度が遅くな
り、効果的でないので、２０％以上に調整する。また、
一酸化炭素よりも水素の方が反応速度を高める点で効果
的であるので、水素濃度として５０〜６５％を有し、し
かも比較的安価なコークス炉ガスを用いることが望まし
い。

【００２４】本発明における反応機構としては、金属ア
ルミニウムの融点が６６０℃であるため、炉内で液化し
た金属アルミニウムがダスト中の酸化物と接触し、次の
ような還元反応を起こす。

【００２５】

【数２】

【００２６】この反応で鉄以外の亜鉛、鉛、カドミウム
は金属蒸気として揮発し、固体分から分離する。また、
炉内雰囲気が水素または一酸化炭素を含有する還元性雰
囲気であるため、ダスト中の酸化物は、これらの還元ガ
スによっても還元される。

【００２７】

【数３】

【００２８】しかし、この反応により生成した水蒸気ま
たは一酸化炭素と金属アルミニウムとが、先に示した反
応式(2) または(3) の反応を起こすため、結局、見かけ
上は反応式(4) 〜(8) の反応をすることになる。したが
って、この炉内雰囲気の水素または一酸化炭素は、金属
アルミニウムと金属アルミニウムに直接接触していない
酸化物とを見かけ上反応させる作用がある。

【００２９】本発明では、この炉内温度は金属アルミニ
ウムが溶融し、かつ亜鉛、カドミウムが揮発し始める温
度として７００℃（７００℃における亜鉛蒸気圧０．０
８atm）以上に設定する。また、炉内温度が１０００℃
超では、間接加熱炉の外部加熱のための熱量原単位が高
くなり、しかも、間接加熱炉の材質として用いるＳＵＳ
３１０Ｓ等のステンレス鋼素材が使用限界点に近づくの
で、１０００℃以下に設定する必要がある。水素による
酸化亜鉛の還元反応が、８００〜９００℃にかけて急激
に上昇するので、８００〜９５０℃で還元処理すること
が特に好ましい。

【００３０】また、排出ガス中の金属揮発成分の濃度に
ついては、排出ガス中の水蒸気と二酸化炭素の含有量が
少ないため、金属揮発成分は、これらのガスによる酸化
反応（(9) 〜(18)の逆反応）の影響を受けにくく、飽和
蒸気圧付近まで濃縮できる。例えば、排出ガス温度が７
００℃であれば、７００℃、１気圧での飽和亜鉛蒸気濃
度は８％であるから、間接加熱炉内での亜鉛蒸気濃度を
８％以下にまで設定することができる。金属蒸気濃度の
設定は、ダスト中の揮発金属成分の含有量に対する、間
接加熱炉に投入する雰囲気ガス量により調節できる。例
えば、処理するダストが表１のような組成で、排出ガス
中の亜鉛蒸気濃度を８％に設定する場合は、0.5Nm³/kg-
dustの雰囲気ガスを投入すればよい。排出ガス中に飽和
蒸気圧付近まで濃縮された金属揮発成分は、排出ガスを
冷却することにより凝縮液化回収できる。

【００３１】金属揮発成分を除去した排出ガスの組成
は、ほぼ、間接加熱炉に投入した時点のガス成分と同じ
なので、還元雰囲気ガスとして循環使用することができ
る。ただ、ガス中には、微量ではあるが、水蒸気、二酸
化炭素の他、アルミ精錬残灰中の窒化アルミニウムから
発生するアンモニアが含まれるので、数回ガスを循環使
用した後、アンモニアを除去する必要がある。また、排
出ガスは間接加熱炉の加熱燃料としても用いることがで
きる。

【００３２】還元処理後の固形分には還元鉄が含まれて
おり、鉄源として利用できる。しかし、鉄以外にも酸化
アルミニウム等の酸化物が多く含まれているので、固形
分を破砕後、磁力選別により鉄分を主体とする磁性物と
非磁性物とに分別し、磁性物は鉄源として、非磁性物は
路盤材、セメント原料として回収する。以下、本発明に
ついて実施例に基づいてさらに詳述する。

【００３３】

【実施例】表１の組成を持つ電気炉ダスト10kgに対して
各種条件で還元揮発処理を行った。処理条件は、アル
ミ含有原料を加え、窒素雰囲気で熱処理したもの、処理
条件はアルミ含有原料は加えずにコークス炉ガス相当
雰囲気で熱処理したもの、処理条件はアルミ含有原料
を加え、コークス炉ガス相当雰囲気で熱処理した。

【００３４】ここで、アルミ含有原料としては、表２の
組成を持つアルミ精錬集塵灰を電気炉ダストの還元当量
に相当する20kgを用いた。熱処理装置としては外部加熱
型の電気炉を用い、コークス炉ガス相当雰囲気としては
組成が(H₂/CH₄/N₂=55/35/10)の雰囲気ガスを0.3l/minで
流通させ、８００℃において60分間処理した。その結果
を表６に示す。

【００３５】

【表６】

【００３６】表６の処理条件の還元剤としてアルミ含
有原料だけを用いた場合では、８００℃で亜鉛、鉛を還
元揮発除去するのは困難であることがわかる。一方、還
元雰囲気中では処理条件のアルミ含有原料を含まない
場合では脱亜鉛率が41.8％にとどまっているのに対し、
処理条件のアルミ含有原料を添加した場合では脱亜鉛
率92.4％、脱鉛率70.0％とともに飛躍的に向上した。

【００３７】また、処理条件の時の炉出側での雰囲気
ガス中の水素濃度も54.0% と、投入ガス組成とほとんど
変化しておらず、雰囲気ガスとして循環使用できること
がわかった。さらに、処理条件において、電気炉ダス
トとアルミ精錬集塵灰を混合した後に、10mmφのペレッ
トとし、コークス炉相当雰囲気で熱処理した結果、還元
鉄がロータリーキルンの壁面に付着することなく、上記
と同様の脱亜鉛率90％以上、脱鉛率70％以上にすること
ができた。

【００３８】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなとおり、本
発明は製鉄ダストに、アルミ含有原料を添加し、還元雰
囲気炉でダスト中の金属成分を還元・揮発処理を行うこ
とによって、従来より低温で製鉄ダストから亜鉛を除去
し、鉄と亜鉛をそれぞれ高純度で回収することを可能と
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製鉄ダスト処理の固体およびガス
のプロセスフロー図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製鉄ダストの還元処理において、製鉄ダ
ストを乾燥後、還元剤としての金属アルミニウムを含有
するアルミ含有原料とを混合物となし、炉内雰囲気が水
素または一酸化炭素を２０％〜１００％含有する還元性
雰囲気で、炉内温度が７００〜１０００℃の外熱式の間
接加熱炉に、該混合物を投入し、ダスト中の鉄、亜鉛、
鉛、カドミウムの酸化物を還元し、亜鉛、鉛、カドミウ
ムをダスト中から揮発除去することを特徴とする製鉄ダ
ストの処理方法。
【請求項２】前記製鉄ダストとアルミ含有原料との混
合物において、該混合物を粒径２〜１５ｍｍφのペレッ
トとする請求項１記載の製鉄ダストの処理方法。
【請求項３】前記亜鉛、鉛、カドミウムの金属揮発成
分を含んだ排出ガスから、金属揮発成分を除去した後、
排出ガスを回収し、該排出ガスを炉内雰囲気ガスとして
の再利用する請求項１記載の製鉄ダストの処理方法。
【請求項４】前記亜鉛、鉛、カドミウムの金属揮発成
分を含んだ排出ガスから、金属揮発成分を除去した後、
排出ガスを回収し、該排出ガスを間接加熱炉の加熱燃料
として再利用する請求項１記載の製鉄ダストの処理方
法。