JPS6235967B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、溶銑を、アルカリ金属化合物を使
用して脱硫および／あるいは脱燐精錬を行なう際
に生成するスラグより、アルカリ金属を回収す
る、アルカリ金属化合物を含有する精錬スラグの
処理方法に関するものである。 溶銑は、一般にその成分として、Ｃ：3.5〜4.8
％、Si：0.2〜1.0％、Ｓ：0.02〜0.05％、Ｐ：0.1
〜0.18％程度を含有しているが、近年、鋼材の使
用条件の苛酷化に伴なつて、高級鋼の精錬比率が
増加し、その成分中に含有するＳ、Ｐ等の不純物
を可及的に低くすることが要求されている。 通常、酸素製鋼法による精錬に当つて、溶銑の
脱硫、脱燐処理のためには、生石灰を主成分とす
る造滓剤が使用されているが、この生石灰を主成
分とする造滓剤では上記要求を満すことができな
い。そのため酸素製鋼法による精錬の前に、炭酸
ナトリウムあるいはカーバイドを使用し、溶銑を
炉外で予備脱硫処理をすることも行なわれている
が、このような予備脱硫処理を行なつても、前記
した要求を満すには十分とは云えない。 上記した溶銑の脱硫、脱燐効果を高めるため
に、生石灰に比べ、燐および硫黄との結合力が強
い造滓剤として、アルカリ金属化合物例えば炭酸
ナトリウム（ソーダ灰）を使用し精錬を行なう方
法が、米国特許第2147205号、英国特許第782192
号等により知られている。この方法によれば、溶
銑中の燐および硫黄をほぼ所望通りに低減せしめ
ることができる。 しかし、この方法は、炭酸ナトリウムの価格が
高く、生石灰の約４倍にもなり、その原単位が大
となる等、工業的に実用化する上で多くの問題が
あつた。 上記問題を解決する手段として、最近、アルカ
リ金属化合物を主成分とする造滓剤を使用して溶
銑の予備精錬を行ない、燐、硫黄等の不純物を除
去するとともに、この精錬により発生したスラグ
から、アルカリ金属の炭酸含有塩として回収し、
これを再び精錬の際の造滓剤として循環使用する
方法が研究開発され、特開昭52−122214号、特開
昭53−102213号ほか多くの特許が出願されてい
る。 この方法は、アルカリ金属化合物を主成分とす
る造滓剤を使用して溶銑の予備精錬を行なう際に
生成するスラグが、例えば、Na：10〜60％、
Si：１〜15％、Ｐ：0.5〜22％、Ｓ：0.1〜２％の
如き成分組成を有し、かつ水溶性であることか
ら、このスラグをスラグ重量の２〜20倍の水、あ
るいは水を主成分とする溶液に溶解させ、この水
溶液に化学処理を施して、Na₂Oを抽出し、これ
を回収するものである。 しかるに、この方法でスラグを水に溶解する
と、スラグ中に含まれるFe、Mn、Si等の酸化物
を主成分とした不溶解残渣が、元のスラグ重量に
対する割合（以下、「不溶解残渣率」という）
で、30〜50％も生じ、スラグ成分組成によつて
は、60％以上にもなる場合がある。 このように不溶解残渣率の大きいスラグ溶液
は、その水−スラグ比（以下、「水比」という）
が約５以上の比較的大きい場合には、通常の円筒
型撹拌槽を使用し抽出作業を行なうことができる
が、後工程のNa炭酸含有塩の晶析工程における
作業を効率よく行なうためには、前記晶析工程の
前段階において、Naの濃度を増すための蒸発濃
縮工程を必要とし、ソーダの回収コストが高価と
なる問題があつた。一方、前記水比が４以下に小
さい場合には、抽出液のNa₂O濃度が高くなるか
ら、前記蒸発濃縮工程は必要でなく、ソーダ回収
コストが高価となることはないが、その反面、抽
出液の不溶解残渣濃度および粘度が高くなる結
果、抽出工程における撹拌が困難となり、抽出槽
の撹拌操作性が悪化する問題があつた。 また、上記水比を1.5〜3.5となし、スパイラル
羽根送り型抽出装置により抽出を行なう方法（例
えば特開昭54−100999号）も知られているが、こ
の方法では、抽出性能を向上させるために不可欠
な撹拌作業が不十分であり、この結果、抽出装置
を複数基直列に設置して行なう多段抽出が必要と
なつて、設備コストの増加、設備面積の増大等を
招く問題があつた。 更に、従来の方法では、スラグを単に水で溶解
しているので、スラグ中のNa₂Oは、水にNaOH
の形で抽出される。NaOHは１モル40ｇであるか
ら、１の水水にスラグを40ｇ溶解（即ちNa₂O
として約３％）すればPH14、４ｇ溶解（即ち
Na₂Oとして約0.3％）すればPH13となる。逆に言
えば、PH13〜14で抽出しても、Na₂Oは0.3〜３％
となるだけである。そして、このようにPHが13〜
14となるため、溶液中にNa₂Oと共に不純物であ
るSiO₂が約30〜50％も溶出する。この結果、溶
液の粘度が高くなり、不溶解残渣の過性が極め
て悪化する問題があつた。 この発明は、上述のような観点から、アルカリ
金属化合物を主成分とする造滓剤を使用して、溶
銑の精錬を行なう際に生成するスラグより、アル
カリ金属を抽出するに当り、晶析工程の前段階に
おける抽出液の蒸発濃縮工程を不要にし、しかも
抽出工程における撹拌操作性を良好となし、また
抽出液中の不溶解残渣濃度を低め、これらによつ
て効率的にアルカリ金属の抽出を行なうことがで
きる、アルカリ金属化合物を含有する精錬スラグ
の処理方法を提供するもので、溶銑をアルカリ金
属化合物を使用して精錬する際に生成するスラグ
を、抽出槽において被抽出液中に溶解させて得た
抽出液からアルカリ金属を回収するアルカリ金属
化合物を含有する精錬スラグの処理方法におい
て、前記抽出槽における循環液のスラグに対する
比を小にした上、前記抽出槽中に、前記抽出液の
シツクナーにおける上澄液、および／あるいは、
前記抽出液の不溶解残渣分離液の一部を還流液
として還流して、前記抽出槽における抽出液のス
ラグに対する比を４以上になし、これによつて不
溶解残渣濃度を低減させ、効率よくアルカリ金属
を抽出回収することに特徴を有するものである。 次に、この発明を図面と共に説明する。 第１図には、この発明方法の一例が系統図によ
り示されている。図面において、１は通常の円筒
型撹拌槽からなる抽出槽、２は抽出槽１内に設け
られた気液接触装置、３は抽出槽１の出側に設け
られたポンプ、４はシツクナー、５は分離機であ
る。アルカリ金属化合物を主成分とする造滓剤を
使用して溶銑の処理を行なつたときに生成したス
ラグは、抽出作業性を高めるため予め、通常の粉
砕機を使用して、20mmφ以下、望ましくは10mmφ
以下に粉砕して整粒した後、テーブルフイーダ、
ロータリーフイーダ等の通常の粉体供給装置（図
示せず）により、抽出槽１に供給する。 抽出槽１におけるスラグ中の含有成分を抽出す
るための被抽出液としては、後工程の晶析工程に
おいて、Naを重炭酸塩として60℃以下の比較的
低温により晶析回収する際の分離液である、
Na₂O−CO₂−H₂O系飽和液の循環液（以下、「循
環液」という）ａと、シツクナー４および／ある
いは分離機５から抽出槽１に還流される還流液ｂ
の混合液を使用する。 一般に、スラグ中のNaを重炭酸塩として晶析
し回収するためには、晶析槽における過液のPH
を9.5以下、望ましくは９以下に管理することが
必要となる。そのため、抽出槽１内に送られる前
記循環液ａのPHも当然9.5以下、あるいは９以下
となる。 そこで、本発明者等は、Na₂−CO₂−H₂O系飽
和液のPHと、前記液中のNa₂O溶解度との関係に
ついて調べたところ、第２図の如き関係のあるこ
とがわかつた。即ち、第２図はNa₂−CO₂−H₂O
系飽和液のPHとの関係におけるNa₂Oの溶解度曲
線を示す一般図である。図面において、白丸印は
液の温度が60℃の場合、黒丸印は液の温度が、35
℃の場合である。図面に示す如く、液のPHが9.5
以下の場合は、液中のNa₂Oの溶解度は４〜5.5％
であるのに対し、液のPHが10.5以上になると、液
中のNa₂Oの溶解度は15〜19％に上る。なお、前
記溶解度は液の抽出能力のことであり、飽和まで
抽出するということではない。そこで、抽出槽１
内における抽出液のPHを10.5〜11.5に制御し、こ
れによつて循環液ａのNa₂O溶解度を15〜19％に
高めることが出来る。即ち、循環液ａのNa₂O溶
解能力としては、PH10.5〜11.5におけるNa₂O溶解
度と、PH9.5以下におけるNa₂O溶解度との差に相
当する量になる。つまり （15〜19％）−（４〜5.5％） となり、約10〜15％のNa₂O溶解能力を有するこ
とになり、従来の0.3〜３％に比べて高くなるの
である。 このような循環液ａ中へのNa₂Oの溶解は、第
１図に示すように気液接触装置２を用い、ガス供
給管２′から炭酸ガスを吹き込みながら行なわれ
るので、抽出槽１内の抽出液は、Na₂O−CO₂−
H₂O系更に具体的にはNa₂CO₃−NaHCO₃−H₂O
系を形成する。従つて、PH10.5〜11.5で、Na₂O溶
解度が15〜19％に高められるのである。 従つて、抽出槽１内における水比即ち循環液／
スラグ比は、スラグ中のNa₂O含有率が25〜45％
であることから、約1.5〜４でよく、このように
小さい水比により、十分に抽出を行なうことがで
きる。このように、抽出槽１における抽出液のPH
を10.5〜11.5に管理することによつてNa₂Oの溶解
度は大となり、かつ過性を悪化させるSiO₂の
溶出も抑制される。 上記した抽出槽１内における抽出液のPH制御
は、抽出槽１内にCO₂を含むガスを供給すること
により行なわれる。このようなCO₂を含むガスの
供給は、抽出槽１の内底部付近に上向に開口した
ガス供給管２′を設けると共に、液中で垂直軸と
共に回転する下面に複数の撹拌体が同心円上に取
付けられた、優れた気液接触効率と撹拌効果をも
つ気液接触装置２（例えば特許第960646号）を使
用することが好ましい。 上述したように、抽出槽１中でスラグを水比
1.5〜４により循環液ａ中に抽出溶解させるとき
は、スラグは前述の如く不溶解残渣率が60％以上
もあるから、抽出槽１における抽出液の不溶解残
渣濃度は約15〜30％になる。従つて、抽出槽１が
通常の円筒型撹拌槽では、抽出液の撹拌が困難と
なり、抽出作業性が悪化することになる。 そこでこの発明においては、第１図に示す如
く、シツクナー４における抽出液の上澄液を管路
６で、および／あるいは、分離機５における不溶
解残渣分離液の一部を管路７で、夫々還流液ｂ
として抽出槽１に還流させる。上記においてシツ
クナー４は、シツクナー４における抽出液の分離
機５にかかる負荷を低減する機能を有するが、必
ずしもシツクナー４によつて清澄液を得る必要は
なく、抽出液を大体固液分離の上、その上澄液を
抽出槽１に還流させ、併せて分離機にかかる負荷
の低減を図るものである。 上記により、シツクナー４および／あるいは分
離機５から抽出槽１へ還流される還流液ｂは、循
環液ａとは異つて、Na₂Oが飽和した抽出能力の
殆んどない液であるから、この液が抽出槽１内に
還流されても、抽出作用は起らず、単に不溶解残
渣の濃度を下げる作用しか生じない。従つて、抽
出槽１内における水比は、見掛上、（循環液＋還
流液）／スラグ（以下、「見掛水比」と称する）
となり、この見掛水比を大に設定する程、不溶解
残渣濃度は小となつて、抽出槽１内における抽出
液の撹拌操作を円滑に行なうことが可能となる。 上記した見掛水比は、４未満では不溶解残渣濃
度を小となして抽出液の撹拌操作を円滑に行なう
効果が生じない。従つて４以上とすることが必要
である。しかし、余りに見掛水比が大になると、
抽出槽１の容積を必要以上に大きくしなければな
らないため、実用的には見掛水比は５〜６で操業
することが望ましい。 上記したように、この発明方法によれば、溶出
液のシツクナー上澄液および／あるいは不溶解残
渣分離液の一部を、還流液ｂとして抽出槽に還
流させることにより、抽出槽における不溶解残渣
濃度は低減され、通常の円筒型撹拌槽でも円滑な
撹拌操作が可能となる。 また、溶出液の見掛水比は４以上であつても、
溶出液中における実際に抽出能力をもつ液（循環
液）の水比は1.5〜４であるから、そのPHを10.5
〜12に、また、溶出液中のNa₂O濃度も一定範囲
に管理することにより、晶析工程での晶析作業に
は何ら影響を及ぼすことはない。従つて、晶析工
程の前段階において、Naの濃度を増すために蒸
発濃縮工程を経る必要はなくなる。 次に実施例について説明する。 第１図に示したスラグ処理能力が約５Kg／Hr
の連続抽出試験装置により、下記第１表に示す成
分組成のスラグを用いて抽出試験を行なつた。な
お、抽出槽には通常の円筒型撹拌槽（有効容量30
）に特許第960646号に基づく気液接触装置を設
けたものを使用した。

【表】 抽出条件 (1) 固定条件 スラグ供給量 ５Kg／Hr スラグ粒度 ３mm 水比（循環液／スラグ）２（循環液量10
Kg／Hr） 抽出槽内の溶出液PH11 PH調整ガス CO₂：20％、O₂：８％、
N₂：72％の合成ガス 抽出槽内の溶出液温度60±５℃ 抽出槽滞留時間 60分 (2) 試験要因 見掛水比 なお、循環液は、予めNaの重炭酸塩
（NaHCO₃）飽和液を合成しておき、これを試
験に供した。 上記した条件により、見掛水比に対する溶
出

【表】 液の撹拌操作性能および炭酸ガスによるPH管
理性能を調べた。第２表はその試験結果であ
る。

【表】 上記第２表から明らかな如く、抽出槽の撹
拌操作性能およびPH管理性能などの抽出操作
性において、見掛水比が２の場合即ち還流液
量が０のときは不良であり、見掛水比が３の
場合でもやや不良であるが、見掛水比が４の
ときは撹拌操作性能が良好になるため、PH管
理性能も向上して円滑な抽出操作が可能とな
り、更に見掛水比が５になると、前記抽出操
作性は一段と優れた性能を示した。これは見
掛水比３以下の場合に比べ、見掛水比が５の
場合にはスラグの不溶解残渣率が小さくなつ
たことからも明らかであつた。 以上述べたように、この発明によれば、アルカ
リ金属化合物を主成分とする造滓剤を使用して溶
銑の予備精錬を行なう際に生成するスラグより、
アルカリ金属化合物を抽出するに当り、晶析工程
の前段階における溶出液の蒸発濃縮工程を不要に
し、しかも抽出工程における撹拌操作性を良好と
なし、また溶出液中の不溶解残渣濃度を低め、こ
れらによつて効率的にアルカリ金属を抽出できる
工業的に優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法の一例を示す系統図、第
２図はNa₂O−CO₂−H₂O系飽和液のPHとの関係
におけるNa₂O溶解度曲線を示す一般図である。
図面において、 １……抽出槽、２……気液接触装置、３……ポ
ンプ、４……シツクナー、５……分離機、６，７
……管路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶銑をアルカリ金属化合物を使用して精錬す
   る際に生成するスラグを、抽出槽において被抽出
   液中に溶解させて得た抽出液からアルカリ金属を
   回収するアルカリ金属化合物を含有する精錬スラ
   グの処理方法において、 前記抽出槽における循環液のスラグに対する比
   を小にした上、前記抽出槽中に、前記抽出液のシ
   ツクナーにおける上澄液、および／あるいは、前
   記抽出液の不溶解残渣分離液の一部を還流液と
   して還流して、前記抽出槽における抽出液のスラ
   グに対する比を４以上になし、これによつて不溶
   解残渣濃度を低減させ、効率よくアルカリ金属を
   抽出回収することを特徴とするアルカリ金属化合
   物を含有する精錬スラグの処理方法。