(57)【要約】【課題】本発明は、酸化鉄と酸化亜鉛を含有する電炉ダストから還元鉄を製造する際に発生する金属亜鉛蒸気を含有する還元処理ガスから効率的にＪＩＳ蒸留亜鉛地金1種クラスの高品位亜鉛を安定的に回収することを課題とする。【解決手段】本発明は、酸化鉄と酸化亜鉛を含む電炉ダスト、炭材、バインダーを混合し成型して製造した含炭成型体を、予熱乾燥し、外熱式ロータリーキルン内でさらに加熱して酸化鉄を還元して還元鉄を製造し、その際発生する還元処理ガスから鉛を回収除去した後に、還元処理ガスから亜鉛を回収することにより、電炉ダストからＪＩＳ蒸留亜鉛地金1種クラスの高品位亜鉛を回収することができる。さらに鉛を回収除去した後にＣＯ２をＣＯに改質することにより、より効率よく亜鉛を回収することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄と酸化亜鉛を含む電炉ダスト、炭材、バインダーおよび水を混合し成型して含炭成型体を製造する含炭成型体製造ステップと、
前記含炭成型体を加熱し、乾燥させる予熱ステップと、
前記予熱ステップで乾燥し加熱した含炭成型体を、閉空間内でさらに加熱して酸化鉄を還元し還元鉄にする還元処理ステップと、
前記還元処理ステップにて発生した還元処理ガスから鉛を回収除去する鉛除去ステップと、
前記鉛除去ステップを経た還元処理ガスから亜鉛を回収する亜鉛回収ステップを有することを特徴とする電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項２】
前記鉛除去ステップが、前記還元処理ガスの温度以上の温度に加熱した炭化珪素製セラミックス・ボールと前記還元処理ガスを接触させることを特徴とする請求項１に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項３】
前記鉛除去ステップと前記亜鉛回収ステップの間に、前記還元処理ガス中のＣＯ２をＣＯに改質するＣＯ２改質ステップを有することを特徴とする請求項１または２に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項４】
前記ＣＯ２改質処理ステップにおいて、前記還元処理ガスの温度以上の温度に加熱したペレット状の炭材と前記還元処理ガスを接触させることを特徴とする請求項３に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項５】
前記還元処理ステップにおいて、平均粒径１０μｍ以下の微粉状炭材を前記閉空間内に装入することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項６】
前記含炭成型体製造ステップにおいて、さらに酸化鉄を混合し、含炭成型体中のＦｅ含有量が１５重量％以上にすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項７】
前記予熱ステップでの含炭成型体の加熱温度が７７０℃以上９０７℃以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項８】
前記還元処理ステップでの含炭成型体の加熱温度が９８０℃以上１１５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項９】
前記予熱ステップを内熱式ロータリーキルンで処理し、前記還元処理ステップを外熱式ロータリーキルンで処理することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項１０】
前記亜鉛回収ステップにおいて、内部を冷却した炭化珪素製チューブと還元処理ガスを接触させた後、さらに炭化珪素製ペレットと還元処理ガスを接触させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか1項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
【請求項１１】
酸化鉄と酸化亜鉛を含む電炉ダストから鉄および亜鉛を回収する装置において、
酸化鉄と酸化亜鉛を含む電炉ダスト、炭材、バインダーおよび水を混合し成型して含炭成型体を製造する含炭成型体製造手段と、
前記含炭成型体を加熱し乾燥させる予熱手段と、
前記予熱手段で乾燥し加熱した含炭成型体を、さらに加熱して還元鉄を製造する還元処理手段と、
前記還元処理手段にて発生した還元処理ガスから鉛を回収除去する鉛除去手段と、
前記鉛除去手段を通った還元処理ガスから亜鉛を回収する亜鉛回収手段を有することを特徴とする電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【請求項１２】
前記鉛除去手段が、前記還元処理ガスの温度以上の温度に加熱した炭化珪素製セラミックス・ボールと前記還元処理ガスを接触させ、鉛を凝集させて分離回収する鉛除去装置を有することを特徴とする請求項１１に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【請求項１３】
前記鉛除去手段と前記亜鉛回収手段の間に、前記還元処理ガス中のＣＯ２をＣＯに改質するＣＯ２改質手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【請求項１４】
前記ＣＯ２改質処理手段が、前記還元処理ガスの温度以上の温度に加熱したペレット状の炭材と前記還元処理ガスを接触させ、ＣＯ２をＣＯに改質するＣＯ２改質装置を有することを特徴とする請求項１３に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【請求項１５】
前記還元処理手段に、平均粒径１０μｍ以下の微粉状炭材装入手段を有することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【請求項１６】
前記予熱手段が内熱式ロータリーキルンであり、前記還元処理手段が外熱式ロータリーキルンであることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【請求項１７】
前記亜鉛回収手段において亜鉛を回収した後の還元処理ガスを前記還元処理手段の加熱用燃料にするための還元処理ガス再利用手段を有することを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【請求項１８】
前記亜鉛回収手段が、内部を冷却した炭化珪素製チューブにより還元処理ガスを冷却し、亜鉛を凝縮させて分離回収する亜鉛凝縮器を有することを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【請求項１９】
前記亜鉛凝縮器において、炭化珪素製チューブの下流側に炭化珪素製ペレットを配置して、さらに亜鉛を凝縮させて分離回収することを特徴とする請求項１８に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化鉄と酸化亜鉛を含有する電炉ダスト（電気炉製鋼プロセスにおいて発生する粉塵）から鉄（還元鉄）を製造し、かつその還元処理にて発生するガス（還元処理ガス）中に含まれている金属亜鉛を回収する、電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年亜鉛価格の高騰により、亜鉛の有効利用が求められており、亜鉛を多量に含有する製鉄ダストからの回収が注目されている。製鉄ダスト、特に電気炉製鋼プロセスで発生する電炉ダストの発生量は電気炉での粗鋼生産量の１．８％程度であり、日本国内の電炉ダストの発生量は１９９９年で約５２万トン、２０１３年では約４４万トン程度と推定されている。
【０００３】
通常、電気炉（電炉）製鋼プロセスは、鉄スクラップを原料とし、亜鉛めっき鋼板のスクラップが大量に投入される。そのため、電炉ダスト中には平均して２５％程度の亜鉛が含有されている。この亜鉛を回収するための各種の取り組みがなされている。２０１３年には発生量の約８０％が亜鉛回収業で中間処理されており、残りの約２０％は薬注処理等の無害化処理後に管理型処分場や遮断型処分場で埋め立て処分されている。
【０００４】
電炉ダストから金属亜鉛を回収する方法は、ウエルツ法とＩＳＰ（Ｉｍｐｅｒｉａｌ  Ｓｍｅｌｔｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）法を組合せた方法が提案されている（非特許文献１および２）。例えば、非特許文献１には、ウエルツ法により製鋼煙灰から亜鉛の原料である粗酸化亜鉛（ＺｎＯ）を製造する方法が記載されている。また、非特許文献２には、ウエルツ法で回収された粗酸化亜鉛（ＺｎＯ）をＩＳＰ法で最終処理して金属亜鉛として回収する方法が記載されている。得られた粗酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、ＩＳＰ法で亜鉛として回収され、亜鉛純度が９８．５％以上の蒸留亜鉛として製品化される。参考までに、ここで蒸留亜鉛のＪＩＳ規格とＩＳＯ規格を示す。ＪＩＳ Ｈ ２１０７およびＩＳＯ ７５２：２００４、Ｚｉｎｃ ｉｎｇｏｔｓ（ＭＯＤ）では蒸留亜鉛地金１種の化学成分を、Ｚｎ：９８．５％以上、Ｐｂ：１．３％以下、Ｃｄ：０．２％以下、Ｆｅ：０．０２５％以下に定めている。
【０００５】
ウエルツ法で回収された粗酸化亜鉛の亜鉛品位は６０％程度である。そのため、電炉ダストからの脱亜鉛率（亜鉛回収率）は６０％〜７０％程度しかなく、残りの３０〜４０％の亜鉛はクリンカーに含まれており、亜鉛として回収できていない。
また、最近は回転炉床法（ＲＨＦ法）により電炉ダストの還元処理を行う例が出てきた。ＲＨＦ法は、鉄鋼ダストを造粒したブリケットにより処理するため、ウエルツ法よりは、若干回収率が高くなる。
また、ＩＳＰ法については、溶鉱炉に加えて焼結機と熱風炉などの大型設備が必要であるだけでなく、高価な塊コークスを使わざるを得ないといった経済的な問題もある。
【０００６】
これらの方法に代わり、酸化鉄と酸化亜鉛を含有する電炉ダストから還元鉄を製造する際に発生する金属亜鉛蒸気を含有する還元処理ガスに着目し、プロセス上の観点からもエネルギー効率の観点からも効率的に亜鉛を回収可能な、還元鉄の製造と亜鉛の回収方法およびその装置を提案されている（特許文献１）。
【０００７】
特許文献１には、電炉ダスト、炭材、バインダーおよび水を混合し成型して含炭成型体を製造し、その含炭成型体を加熱し、乾燥させ、閉空間内でさらに加熱して酸化鉄を還元し還元鉄にして回収し、その一方で還元処理中に発生し亜鉛を含有する還元処理ガスから亜鉛を回収する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５８８１８８６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】杉本裕史、滝澤寛、上田浩「曹鉄メタル（株）における製鋼煙灰処理」Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ  ＭＭＩＪ  Ｖｏｌ．１２３（２００７）Ｎｏ．１２
【非特許文献２】第２０５・２０６回西山記念技術講座「スラグ・ダストの利材化と新しい展開」平成２３年６月  １６０頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の方法により、電炉ダストから、プロセス上の観点からもエネルギー効率の観点からも効率的に金属亜鉛を回収することが可能となった。一方で、亜鉛原料の希少化が進み、亜鉛原料価格の高騰などの背景から、更なる亜鉛回収の効率化が求められている。さらに、回収される亜鉛についても、有害物質を含まず、通常の亜鉛原料として再生利用可能な亜鉛として回収することが望まれている。
【００１１】
即ち、蒸留亜鉛地金１種クラスの高品位亜鉛としての回収が求められている。ここで蒸留亜鉛地金１種は、ＪＩＳ Ｈ ２１０７およびＩＳＯ ７５２：２００４、Ｚｉｎｃ ｉｎｇｏｔｓ（ＭＯＤ）において、
Ｚｎ：９８．５％以上、
Ｐｂ：１．３％以下、
Ｃｄ：０．２％以下、
Ｆｅ：０．０２５％以下
に定めている。
【００１２】
そこで、本発明は、酸化鉄と酸化亜鉛を含有する電炉ダストから還元鉄を製造する際に発生する金属亜鉛蒸気を含有する還元処理ガスから効率的にＪＩＳ蒸留亜鉛地金1種クラスの高品位亜鉛を安定的に回収することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、前記課題を解決するために、特許文献１に記載のプロセスを基にして、鋭意検討を重ねた結果、以下の事項を見出した。
【００１４】
（ａ）
金属亜鉛蒸気を含む還元処理ガスを冷却する過程で、還元処理ガス中にＣＯ２が存在すると、金属亜鉛蒸気がＣＯ２で酸化され、粗酸化亜鉛（ＺｎＯ）になり、金属亜鉛の回収ができないという問題がある。これは、ＣＯ／ＣＯ２比が低いほど、亜鉛が金属蒸気として存在できる平衡温度が高くなるからである。
【００１５】
平均的な電炉ダストによる含炭成型体の還元処理ガス中には約２０％のＣＯ２が含まれている。還元処理ガス中のＣＯ２濃度を３％以下に下げれば、金属亜鉛蒸気の酸化が抑制され、金属亜鉛が効率よく回収できることが知られている。本発明者らの研究結果では、還元処理ガス中のＣＯ２濃度が３％以下であれば、金属亜鉛回収率（電炉ダスト中に含有される亜鉛量に対する回収亜鉛量）は９０％以上確保できることが分かっている。
【００１６】
そこで、ＣＯ２をＣＯに変換する改質（以下、本明細書でＣＯ２改質といい、その処理を行うことをＣＯ２改質処理という。）を行い、還元処理ガス中のＣＯ２濃度を低減させる取り組みがなされている。例えば、特許文献１には、外熱ロータリーキルン内に粉状炭材を装入し、ロータリーキルン内で撹拌させＣＯ２ガスと接触させることによりＣＯ２をＣＯに改質（ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ）できることが提案されている。
【００１７】
本発明者らは、このＣＯ２改質処理効率を上げるために、鋭意検討した結果、還元処理ステップと亜鉛回収ステップの間に、還元処理ガスの熱交換装置を設置し、１０５０℃以上に加熱した炭材ペレットを装置内に配置し、還元処理ガスを炭材ペレットに接触させることによって、ＣＯ２をＣＯに改質できることを見出した。炭材をペレット状にすることにより、還元処理ガスとの接触面積を増加させることができ、さらに高温（１０５０℃以上）に還元処理ガスを加熱することにより、ＣＯ２改質を進めることができるためである。炭材としては、例えば人造黒鉛などが好ましい。
【００１８】
（ｂ）
さらに、ＣＯ２改質を進める方法として、外熱ロータリーキルン内に装入する炭材を微粉化するとよいことを見出した。特許文献１ではＣＯ２改質用として粒径１ｍｍ以下の粉コークスを粉状炭材が装入されているが、さらに微粉化（例えば、粒径１μｍ以下）することにより、還元処理ガスとの接触面積が増加し、ＣＯ２改質が進むことが分かった。微粉炭材としては、例えばカーボンブラックを適用するとよい。カーボンブラックであれば、粒径５００ｎｍ（０．５μｍ）程度であるからである。
【００１９】
（ｃ）
次に、特許文献１に記載の方法を基に、電炉ダストからの鉄および亜鉛回収試験を実施したところ、亜鉛回収率は９０％程度と高い値が得られたものの、回収した亜鉛を分析したところ、Ｚｎ:９６．２％、Ｐｂ：３．７％、Ｃｄ：０．０３％となり、ＪＩＳ Ｈ  ２１０７で規定する蒸留亜鉛地金1種の鉛（Ｐｂ）：１．３％以下を満たしていない場合があることが分かった。これは、電炉に投入されるスクラップなどの品位により影響される場合が多く、投入原料としてのスクラップにおいてその成分を制御することは難しい。そのため、電炉ダストによらず、Ｐｂを効率的に削除する方法が求められる。
【００２０】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、還元処理ガスを１０００℃以上に加熱することにより、鉛と亜鉛の沸点差を利用して還元処理ガスから鉛を分離する手段を見出した。これは、鉛（Ｐｂ）の融点は３２７℃であり、沸点は１７４９℃である。一方、亜鉛（Ｚｎ）の融点は４２０℃、沸点は９０７℃であるので、還元処理ガスを１０００℃以上に加熱することにより、還元処理ガス中に含まれる鉛（Ｐｂ）が凝縮して微粒液滴になることを利用して、還元処理ガスから鉛を分離することで、回収金属亜鉛中の鉛の濃度を１．３％以下にできることを見出した。
【００２１】
具体的には、鉛（Ｐｂ）の凝集器（鉛除去装置）として、１０５０℃以上に加熱した炭化珪素（ＳｉＣ）ペレットを装置内に充填し、そこに還元処理ガスを流し、熱交換させることによりＰｂを凝集させ分離することができる。ＳｉＣは金属との反応性が低く、また熱伝導率も高いため、熱交換を兼ねた鉛の凝集用のペレットに適している。
【００２２】
（ｄ）
一方、足元では、電気炉製鋼技術の進歩に伴って鉄スクラップ予熱装置を備えた電気炉が増えつつある。鉄スクラップ予熱装置を備えた電気炉で発生する電気炉ダストは、鉄スクラップ予熱装置内に充填された鉄スクラップとの接触により亜鉛が濃縮され、鉄分が低下することが判明した。この鉄分が低下した電炉ダストに炭材とバインダーを加えて含炭成型体としたものを還元処理しても還元鉄（ＤＲＩ）の強度が出ず、場合によっては含炭成型体がＤＲＩにならずバラバラになってしまい、含炭成型体中からの亜鉛蒸気として回収できず、亜鉛回収効率が低下することが判明した。
【００２３】
そこで対策を鋭意検討した結果、酸化鉄を別途電炉ダストに添加し含炭成型体のＦｅ分を少なくとも１５％以上、望ましくは２０％以上にすれば、強度の高いＤＲＩが得られ、亜鉛回収効率も上がることを見出した。本発明は、上記知見を基に成されたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
【００２４】
（１）
酸化鉄と酸化亜鉛を含む電炉ダスト、炭材、バインダーおよび水を混合し成型して含炭成型体を製造する含炭成型体製造ステップと、
前記含炭成型体を加熱し、乾燥させる予熱ステップと、
前記予熱ステップで乾燥し加熱した含炭成型体を、閉空間内でさらに加熱して酸化鉄を還元し還元鉄にする還元処理ステップと、
前記還元処理ステップにて発生した還元処理ガスから鉛を回収除去する鉛除去ステップと、
前記鉛除去ステップを経た還元処理ガスから亜鉛を回収する亜鉛回収ステップを有することを特徴とする電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（２）
前記鉛除去ステップが、前記還元処理ガスの温度以上の温度に加熱した炭化珪素製セラミックス・ボールと前記還元処理ガスを接触させることを特徴とする（１）に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（３）
前記鉛除去ステップと前記亜鉛回収ステップの間に、前記還元処理ガス中のＣＯ２をＣＯに改質するＣＯ２改質ステップを有することを特徴とする（１）または（２）に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（４）
前記ＣＯ２改質処理ステップにおいて、前記還元処理ガスの温度以上の温度に加熱したペレット状の炭材と前記還元処理ガスを接触させることを特徴とする（３）に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（５）
前記還元処理ステップにおいて、平均粒径１０μｍ以下の微粉状炭材を前記閉空間内に装入することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（６）
前記含炭成型体製造ステップにおいて、さらに酸化鉄を混合し、含炭成型体中のＦｅ含有量が１５重量％以上にすることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（７）
前記予熱ステップでの含炭成型体の加熱温度が７７０℃以上９０７℃以下であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（８）
前記還元処理ステップでの含炭成型体の加熱温度が９８０℃以上１１５０℃以下であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（９）
前記予熱ステップを内熱式ロータリーキルンで処理し、前記還元処理ステップを外熱式ロータリーキルンで処理することを特徴とする（１）〜（８）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（１０）
前記亜鉛回収ステップにおいて、内部を冷却した炭化珪素製チューブと還元処理ガスを接触させた後、さらに炭化珪素製ペレットと還元処理ガスを接触させることを特徴とする（１）〜（９）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法。
（１１）
酸化鉄と酸化亜鉛を含む電炉ダストから鉄および亜鉛を回収する装置において、
酸化鉄と酸化亜鉛を含む電炉ダスト、炭材、バインダーおよび水を混合し成型して含炭成型体を製造する含炭成型体製造手段と、
前記含炭成型体を加熱し乾燥させる予熱手段と、
前記予熱手段で乾燥し加熱した含炭成型体を、さらに加熱して還元鉄を製造する還元処理手段と、
前記還元処理手段にて発生した還元処理ガスから鉛を回収除去する鉛除去手段と、
前記鉛除去手段を通った還元処理ガスから亜鉛を回収する亜鉛回収手段を有することを特徴とする電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
（１２）
前記鉛除去手段が、前記還元処理ガスの温度以上の温度に加熱した炭化珪素製セラミックス・ボールと前記還元処理ガスを接触させ、鉛を凝集させて分離回収する鉛除去装置を有することを特徴とする（１１）に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
（１３）
前記鉛除去手段と前記亜鉛回収手段の間に、前記還元処理ガス中のＣＯ２をＣＯに改質するＣＯ２改質手段を有することを特徴とする（１１）または（１２）に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
（１４）
前記ＣＯ２改質処理手段が、前記還元処理ガスの温度以上の温度に加熱したペレット状の炭材と前記還元処理ガスを接触させ、ＣＯ２をＣＯに改質するＣＯ２改質装置を有することを特徴とする（１３）に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
（１５）
前記還元処理手段に、平均粒径１０μｍ以下の微粉状炭材装入手段を有することを特徴とする（１１）〜（１４）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
（１６）
前記予熱手段が内熱式ロータリーキルンであり、前記還元処理手段が外熱式ロータリーキルンであることを特徴とする（１１）〜（１５）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
（１７）
前記亜鉛回収手段において亜鉛を回収した後の還元処理ガスを前記還元処理手段の加熱用燃料にするための還元処理ガス再利用手段を有することを特徴とする（１１）〜（１６）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
（１８）
前記亜鉛回収手段が、内部を冷却した炭化珪素製チューブにより還元処理ガスを冷却し、亜鉛を凝縮させて分離回収する亜鉛凝縮器を有することを特徴とする（１１）〜（１７）のいずれか１つに記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
（１９）
前記亜鉛凝縮器において、炭化珪素製チューブの下流側に炭化珪素製ペレットを配置して、さらに亜鉛を凝縮させて分離回収することを特徴とする（１８）に記載の電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、酸化鉄と酸化亜鉛を有する電炉ダストから高品位の還元鉄を製造するだけでなく、ＪＩＳ蒸留亜鉛地金1種クラスの高品位の亜鉛を効率よく、且つエネルギー効率もよく回収することができる。すなわち、以下の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明に係る電炉ダストからの鉄および亜鉛の回収方法・設備の概念図である。
【図２】図２は、本発明に係る含炭成型体製造ステップの概念図である。
【図３】図３は、本発明に係る試験装置の概念図である。図３（ａ）は、実施例１の態様を示す概念図である。図３（ｂ）は、実施例２の態様を示す概念図である。図３（ｃ）が、実施例３の態様を示す概念図である。
【図４】本発明に係る鉛除去装置の概念図である。
【図５】本発明に係る亜鉛回収装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の詳細について図１に示す概念図を例にして説明する。なお、以下に示す実施態様は一例であり、本発明の実施態様はこれに限定されることはない。
【００２８】
［含炭成型体製造ステップ］
含炭成型体製造ステップにおいては、酸化鉄と酸化亜鉛を含む電炉ダスト１０に、還元剤となる炭素材（炭材）、粒子間をつなぐ役目をもつバインダー材、そして水を混合し、成型して、含炭成型体を製造する（図２）。
【００２９】
本発明における還元鉄の原料として、製鉄所等の電気炉式製鋼プロセスで発生するダストである電炉ダストを利用している。電炉ダストは、酸化鉄の含有量も多く再利用のニーズが強い。
【００３０】
また、電気炉においてはスクラップを使用するため、電炉ダストには酸化鉄だけでなく酸化亜鉛も多く含まれている。本発明はこうした酸化鉄だけでなく酸化亜鉛を含有する電炉ダストであれば、その種類は問わない。
【００３１】
これらの電炉ダストは微粉であるため、その扱いが難しい。しかし、微粉であるがためその比表面積（単位重量あたりの表面積）が広くなり、還元反応が進みやすく、脱亜鉛性もよくなる。
【００３２】
そこで、本発明者らは、電炉ダスト粒子の比表面積が大きいまま還元反応性をよくするため、電炉ダストを微粉のまま使用することに着想し、その使用方法について鋭意検討した。その結果、電炉ダストの平均粒径（Ｄ５０：累積粒径分布において細粒からの累積頻度が５０％に相当する粒径）が１０．０μｍ以下であれば、実用上十分な還元反応性を得ることができることを見出した。
【００３３】
既存の電炉ダストの捕集はバグフィルターで行われている。回収された電炉ダストは発塵防止のため疑似粒子（ペレット）化される場合がある。ペレット径は約８ｍｍあるため、ペレットをボールミル等で粉砕し、粒径１０．０μｍ以下にしてから、含炭成型体にするとよい。
【００３４】
一方、電気炉製鋼技術の進歩に伴って鉄スクラップ予熱装置を備えた電気炉が増えつつある。鉄スクラップ予熱装置を備えた電気炉で発生する電気炉ダストは、鉄スクラップ予熱装置内に充填された鉄スクラップとの接触により亜鉛が濃縮され、鉄分が低下することが判明した。この鉄分が低下した電炉ダストに炭材とバインダーを加えて含炭成型体としたものを還元処理しても還元鉄（ＤＲＩ）の強度が出ず、場合によっては含炭成型体がＤＲＩにならずバラバラになってしまい、含炭成型体中の亜鉛を蒸気として回収できず、亜鉛回収効率が低下する。そこで、さらに酸化鉄を添加し、含炭成型体のＴ−Ｆｅ濃度（Ｔｏｔａｌ−Ｆｅ（全Ｆｅ）濃度）を少なくとも１５質量％以上、望ましくは２０質量％以上にするとよい。これにより、強度の高いＤＲＩが得られ、亜鉛回収効率も上がることができる。
【００３５】
電炉ダスト以外にも、ウエルツキルンで回収された粗酸化亜鉛や亜鉛精鉱の酸化焙焼品も酸化鉄と酸化亜鉛を含むことから、本発明の対象原料となる。ただし、いずれも鉄分濃度が低い場合は、鉄分供給のための酸化鉄を添加して、含炭成型体のＴ−Ｆｅ濃度を１５質量％以上、望ましくは２０質量％以上にすることで還元後のＤＲＩ強度を確保することができる。
【００３６】
炭材は、酸化鉄を金属鉄に還元するための還元剤であり、Ｃ当量で０．７〜１．３の範囲となるように添加する。ここで、Ｃ当量とは、下記式１、式２に基づく理論炭素量に対する比率である。電炉ダストの酸化鉄が全量Fe2O3であり、酸化亜鉛が全量ＺｎＯとすれば、Fe2O3の１モルを還元して２モルの金属鉄を得るためには３モルのＣ(炭素）が必要で、ＺｎＯの１モルを還元して１モルの亜鉛を得るためには１モルのＣが必要である。これが理論炭素量である。理論炭素量の０．７〜１．３倍のＣを添加するという意味である。
【００３７】
Fe2O3 + 3C + ΔH(1) → 2Fe + 3CO       ・・・（式１）
ZnO + C + ΔH(2) → Zn + CO            ・・・（式２）
上記式１、式２の化学反応はいずれも吸熱反応であり、吸熱量は、それぞれ
ΔH(1)=966×103kcal/t(Fe)、
ΔH(2)＝882×103kcal/t(Zn)  である。
これらの反応を起こすためには、上記吸熱量に相当する熱量を、外部から加える必要がある。
【００３８】
バインダーは、例えばコーンスターチである。含炭成型体の乾燥後圧潰強度が２ＭＰａ以上となるように添加する。成型体の乾燥後圧潰強度が２ＭＰａ未満では、ハンドリングおよびロータリーキルン内での転動により成型体が一部破壊されるからである。
【００３９】
成型体の水分は１０％前後となるよう、必要に応じて水を添加して調整することができる。
【００４０】
これらの原料を混合機に投入し、原料を混合する。混合機は、回転式のバッチタイプが通常使用されるが、原料を均一に混合できれば、その方式は特に限定しない。混合後の配合原料は中継槽を経て、押し出し成型機やロール成形機などで成型処理される。成型処理された混合原料体を含炭成型体２０と称する。
【００４１】
例えば、電炉ダストと炭材とバインダーに水分を加えて混練し、造粒する。この時、孔の開いたダイスに混練した材料を押し込み、圧力をかけて成型すると、高強度の含炭成型体を得ることができる。電炉ダストや炭材の性状と、添加する水分量、さらにはダイスの孔径、深さ、押し込み圧力などを調整することにより、原料粉に適合した含炭成型体の製造条件が得られる。
【００４２】
含炭成型体の形は、球状または円柱状とすることが一般的であるが、立方体や直方体、もしくは三角柱、およびブリケットなど、その形は限定されない。含炭成型体の大きさは、後の還元処理を考慮して直径１０〜３０mm程度の球状もしくは直径１０〜３０ｍｍで長さ１０〜３０ｍｍの円柱状とするとよい。直径や長さが１０ｍｍより小さいと還元処理後の還元鉄が小さくなる。また、１０ｍｍより小さいと、表面積の増大に伴いロータリーキルン内での転動に伴う粉化率が上昇し、加えて、還元に伴い約４０％も収縮することから還元鉄（ＤＲＩ）のサイズが小さくなり過ぎ、リサイクル時のハンドリング上の問題が生ずる。また、３０ｍｍより大きくすると、粉化率は減少するものの、還元所要時間が増加してしまうため、還元炉内の滞留時間が一定であれば金属化率、脱亜鉛率が低下してしまうという問題が生じるためである。好ましくは直径や長さが１０〜３０ｍｍにするとよく、さらには１５〜２５ｍｍにすることが好ましい。
【００４３】
成型体とすることにより、成品としての還元鉄も収縮はするものの成型体で得られ、そのまま電気炉原料とすることができる。原料の切り出しから、所定の大きさの含炭成形体を選別するまでの一連の工程に要する装置を含炭成型体製造装置１１と呼ぶ。含炭成型体製造装置１１を形成する各個別の装置は、前述した機能を達成できるものであれば、その態様は特に問わない。
【００４４】
［含炭成型体製造手段］
前述したように、電炉ダスト１０を始めとして、炭材、バインダー、水の各原料を混合機に投入し、原料を混合し成型する（図２）。各原料の切り出しから、混合、成型し、成形処理された含炭成型体２０を払い出す一連の装置が含炭成型体製造手段（含炭成型単製造装置）１１である。
【００４５】
各原料の切り出しは、計量切り出しができるものであれば、その態様は問わない。例えば、振動フィーダなどが適用される。
【００４６】
混合機は、回転式のバッチタイプが通常使用されるが、原料を均一に混合できれば、その方式は特に限定しない。混合後の配合原料は中継槽を経て、押し出し成型機やロール成形機などで成型処理される。
【００４７】
成形機も、所定の形状に成型できればその態様は問わない。前述したように、含炭成型体の形は、球状または円柱状とすることが一般的であるが、立方体や直方体、もしくは三角柱、およびブリケットなど、その形は限定されない。例えば、孔の開いたダイスに混練した材料を押し込み、圧力をかけて成型すると、高強度の含炭成型体を得ることができる。電炉ダストや炭材の性状と、添加する水分量、さらにはダイスの孔径、深さ、押し込み圧力などを調整することにより、原料粉に適合した含炭成型体の製造条件が得られる。
【００４８】
含炭成型体の払い出し装置も、特にその態様は問わない。ただし、含炭成型体を破壊するようなものは避けたほうがよい。
【００４９】
［予熱ステップ］
本発明における予熱ステップとは、含炭成型体製造ステップ１１で製造された含炭成型体２０を加熱することにより、含炭成型体中に含まれる水分を蒸発させ、塩素（Cl）などの揮発性不純物を除去した含炭成型体を排出するまでの一連の工程を指す。含炭成型体は、電炉ダストを原料としているため、塩素などのいろいろな不純物が混入している。特に塩素などの揮発性不純物は、還元処理後の還元処理ガス中に混入し、設備腐食などの原因となるため、還元処理前に取り除く。また、水分も還元処理ガス中に混入すると、気化した亜鉛の再酸化を助長するため、これを取り除く。
【００５０】
亜鉛の沸点は９０７℃である。このことから、予熱ステップにおける含炭成型体の加熱温度は９０７℃以下にするとよい。９０７℃以上にすると亜鉛が蒸発する可能性が高くなる。亜鉛が蒸発すると、排ガス中に混入し、再酸化されて酸化亜鉛（粗酸化亜鉛）としてダストとして回収され、再利用される。これは、処理の効率性の観点から適当ではない。含炭成型体の加熱温度は、できれば８９０℃以下にするとよい。実操業における温度のばらつきを考慮すると８８０℃以下にするとさらによい。
【００５１】
加熱温度の下限は低すぎると、揮発性不純物（塩素（Ｃｌ）およびカドミウム（Ｃｄ））を取り除くことができない。通常の電炉ダスト中には、亜鉛の１０％は塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）として存在している。また微量ではあるがカドミウムがＣｄＯとして含まれ、加熱中に還元されてカドミウムとして揮発する。塩化亜鉛の沸点が７５６℃で、カドミウムの沸点が７６７℃なので、予熱温度は７７０℃以上とするとよい。７７０℃より低い温度であると、塩化亜鉛とカドミウムが次の還元処理ステップに持ち込まれる可能性が高くなるからである。含炭成型体内の温度バラツキなどを考慮すると、予熱ステップでの含炭成型体の加熱温度は７８０℃以上が好ましく、７９０℃以上であればより好ましく、できれば８００℃以上とするとよい。
こうして、揮発性不純物除去し、加熱され、乾燥された含炭成型体３０は、次の還元処理ステップへ移送される。
【００５２】
［予熱手段］
予熱ステップでは、揮発性不純物や水分除去のための含炭成型体２０の予熱・乾燥が目的であるため、特に雰囲気は問わない。したがって、含炭成型体２０を加熱できる手段であれば、その態様は問わない。しかし、揮発した塩化亜鉛を冷却し凝集させて回収し、再度原料として使用するため、発生するガスを大気放散させない構造が望ましい。さらに、次工程の還元処理工程へ移送に際し、酸素（大気）の混入を避ける必要があることから、閉空間での処理が好ましい。この観点から、予熱手段２２としては内熱式ロータリーキルンを適用することが好ましい。内熱式ロータリーキルンは、ウエルツ法でも適用されているため、含炭成型体のようなペレット状の電炉ダストを加熱することについて実績がある。本発明においては、内熱式ロータリーキルンを用いて含炭成型体を予熱することを例として説明する。
【００５３】
ウエルツ式に代表される内熱式ロータリーキルンでの還元処理の場合、原料中の脈石成分（SiO2やCaO）が、酸化鉄であるFe2O3、およびその還元中間物であるFeOとの間で、以下に示すような低融点物質を形成しやすい。
Fe2O3・CaO：溶融点１２０６℃
FeO・SiO2 ：溶融点１１８０℃
FeO・CaO  ：溶融点１１０５℃
【００５４】
脈石成分の含有量が多い場合や、焼成帯の原料温度が高すぎる場合、燃焼炎（バーナーフレーム）の温度が高すぎる場合、燃焼炎（バーナーフレーム）の形状が広角すぎてロータリーキルン内壁面をなめている場合などに、ロータリーキルン内壁面上に付着物の生成をもたらす。この付着物は、リング状に形成されるのでダムリングと呼ばれる。ダムリングは、ロータリーキルン内における被処理物（原料）の移動を妨げる上に、ダムリングが多量に連続して脱落する場合があり、安定操業の面から好ましくない。しかし、予熱ステップで用いる内熱式ロータリーキルンは、前述したように、高々900℃程度までしか加熱しないため、ダムリングは形成されない。
また、内熱式ロータリーキルンは、その上流側からキルン内のガスを吸引排出するので、揮発性不純物や水分を含む排ガスを速やかにキルン外に排出することができる。
【００５５】
内熱式ロータリーキルン２２で予熱・乾燥された含炭成型体３０は、キルンから排出され、次工程の還元処理装置へ移送される。内熱式ロータリーキルンからの排出装置２３は、還元処理設備への装入装置３１と一体として考えることが好ましい。後述するが、還元処理ステップにおいては、その雰囲気中に酸素の混入を極力避ける必要があるため、予熱手段（予熱装置）からの排出装置２３、還元処理への装入装置３１とも大気を遮断する機能を有することが好ましい。
【００５６】
［還元処理ステップ］
本発明における還元処理ステップとは、予熱ステップで予熱・乾燥された含炭成型体３０を、閉空間内に装入し、加熱することにより含炭成型体中の酸化鉄および酸化亜鉛を還元し、鉄および亜鉛（蒸気）にする一連の工程である。還元処理中に大気（特に酸素）が混入すると、せっかく還元した鉄や亜鉛が再酸化するため、大気の混入を遮断した密閉された閉空間で処理することが重要である。
【００５７】
含炭成型体は、電炉ダストを微粉のまま炭材と混合するため、電炉ダストの比表面積が広く、還元剤となる炭材との反応性を高めることができ、還元処理温度を下げることができる。
【００５８】
本発明者らは、本発明に係る含炭成型体を９８０℃〜１１５０℃程度に加熱すれば実用上問題ない程度に還元反応が進むことを確認した。実験の結果（表５）から、酸化鉄をC（炭素）自体で還元するためには実用上９８０℃以上の温度が必要である。したがって、還元処理温度の下限は理想的には９８０℃である。しかし、含炭成型体内で微粉酸化鉄と炭素との接触状態などの因子も影響するので、還元処理温度は好ましくは１０５０℃以上であればよい。
【００５９】
還元処理の上限温度は、設備的耐熱性による。例えば、外熱式ロータリーキルンの場合、耐熱鋳鋼製が一般的であるので、その使用上限温度は１２００℃である。設備の耐用を考慮して、使用上限温度を１１５０℃とするとよい。好ましくは１１３０℃、さらに好ましくは１１００℃を上限とするとよい。１１００℃程度で還元処理が進むため、従来の回転炉床式還元法（ＲＨＦ）での１２５０℃や、ウエルツ法の１２００℃に比べて低温化が達成できる。設備的耐熱性が上がれば、当然還元処理温度を上げることができる。
【００６０】
還元鉄の品質指標として、ＧＲＯＳＳ金属化率を採用し、ＲＨＦ法のＧＲＯＳＳ金属化率６０％以上を合格の基準とした。詳細については、後述の実施例にて説明する。
【００６１】
また、酸化鉄の還元処理により発生するガスは、式１からもわかるようにＣＯ（一酸化炭素）ガスである。また、酸化亜鉛の還元処理により発生するガスは、亜鉛蒸気（便宜上Ｚｎ（ｇａｓ）と表記する。）とＣＯである（式３）。一部のＣＯガスはＣＯ２（二酸化炭素）にもなる。
ＺｎＯ  ＋ Ｃ  →  Ｚｎ（ｇａｓ） ＋  ＣＯ         ・・・（式３）
【００６２】
電炉ダスト中には表１、表９に示すように少量ではあるが酸化鉛の形で鉛も含有されており、還元処理に伴い含炭成型体中の酸化鉄と酸化亜鉛の還元と同時に、酸化鉛も還元されて金属鉛となる。表３に示すように、１０５０℃×３０分の還元処理で脱亜鉛率は９８．３％で脱鉛率は９２．３％で、脱鉛率も低くはない。鉛の融点と沸点はそれぞれ３２７℃と１７４９℃なので、１０５０℃では還元された鉛は液体で存在する。鉛の蒸気圧は高くはないが、Ｚｎが４気圧で蒸発するエジェクター効果に引っ張られて含炭成型体の外部に蒸発する。しかしながら、１０５０℃では液体でしか存在できないので凝縮して微粒の液滴となる。その他、電炉ダスト中にはアルカリ金属塩（ＮａＣｌ、ＫＣｌ）も少量含有されており、脱アルカリ率は７０〜８０％程度である。融点と沸点はそれぞれ８００℃と１４１３℃、および７７０℃と１４２０℃なので、１０５０℃の還元処理ガス中ではアルカリ金属塩も鉛と同様含炭成型体の外部に蒸発し微粒の液滴として存在している。
【００６３】
以上のことから、本発明における還元処理ステップで発生するガス（還元処理ガス５０）は、ＣＯガスを主体とし、蒸気亜鉛とＣＯ２ガスを含むほかに、少量の鉛と微量のアルカリ金属塩の微粒液滴を含む。したがって、ＪＩＳ蒸留亜鉛地金1種クラスの高品位亜鉛を回収するためには、規格値以下になるように鉛を除去することが重要である。
さらに、亜鉛回収ステップのセラミックス・ボール充填層への目詰まり防止のために、アルカリ金属塩もできるだけ除去することが望まれる。
【００６４】
このようにして、還元処理ステップでは、含炭成型体から揮発成分を分離し、高金属化率の還元鉄４０を固形のまま回収することができ、その一方で、亜鉛蒸気を含む還元処理ガス５０を回収することができる。
【００６５】
［還元処理手段］
還元処理ステップでは、大気（特に酸素）を遮断した閉空間で加熱し、還元処理を行わなければならない。この制約を具現化できる手段であれば、その態様は特に限定しない。現在、この制約を具現化できる手段として外熱式ロータリーキルン３２を適用することができる。
【００６６】
前述したように、発明者らは、含炭成型体にすることにより、９８０℃〜１１５０℃程度に加熱すれば実用上問題ない程度に還元反応が進むことを確認した。これは、既存の還元鉄製造装置であるウエルツ法の１２００℃や回転炉床式還元法（ＲＨＦ法）の１２５０℃に比べて、かなりの低温化が達成できる。この低温化により、従来は使用できなかった外熱式ロータリーキルンを使用することが可能となった。外熱式ロータリーキルンの胴体は遠心鋳造で製造する耐熱鋳鋼製が一般的であり、１２００℃程度が使用上の上限である。温度のバラつき等を考慮すると加熱温度の下限は１０５０℃にすることが好ましい。一方で、設備保全性の観点から、上限温度は１１５０℃にするとよく、好ましくは１１３０℃に、さらに好ましくは１１００℃とするとよいとするとよい。当然のことであるが、設備的耐熱性が上がれば、当然還元処理温度を上げることができる。
【００６７】
以下、外熱式ロータリーキルン３２を例として、還元処理手段（還元処理装置）の説明を行う。
【００６８】
予熱・乾燥した含炭成型体３０を、内熱式ロータリーキルン２２から外熱式ロータリーキルン３２へ移送・装入する際にも、大気（厳密には酸素）が混入しないようにすることが望ましい。同様に、外熱式ロータリーキルン３２から還元鉄を排出するときも、キルン内に大気が入らないよう気密性を維持する必要がある。このように移送・装入装置３１（以下、単に装入装置）も排出装置３５も、気密性を確保できるものであれば、その態様は限定しない。例えば、２重ダンパーを用いて具現化することができる。
【００６９】
内熱式ロータリーキルン２２から排出された含炭成型体３０を、ロータリーバルブにより切り出し量を制御し、２重ダンパー（例えば、２つホッパーが上下直列に設置され、各ホッパー下部に開閉式ダンパーが設置されているもの）の上部ホッパーに移送する。２重ダンパーのダンパーを交互に開閉し、移送された含炭成型体を上部ホッパーから下部ホッパーに移送（落下）させる。そして、下部ホッパーを開いて含炭成型体を外熱式ロータリーキルン３２内に装入する。この方法で含炭成型体を装入すれば、大気の混入を極力抑制することができる。
【００７０】
外熱式ロータリーキルン３２から、還元鉄を排出する際も、同様に、２重ダンパーを適用することにより、キルン内に大気が混入することを抑制することができる。こうして、亜鉛を分離し、高金属化率の還元鉄４０を固体のまま回収することができる。
外熱式ロータリーキルン３２内の還元処理ガス５０は、キルンに接続された配管を経由して、大気に触れることなく次工程の亜鉛回収装置５７に導かれる。こうすることにより、気化した亜鉛を再酸化させることなく、亜鉛回収することが可能となる。
【００７１】
［ＣＯ２改質］
本発明におけるＣＯ２改質とは、還元処理ステップで発生した還元処理ガス中のＣＯ２をＣＯに改質することである。
金属亜鉛蒸気を含む還元処理ガスを冷却する過程で、還元処理ガス中にＣＯ２が存在すると、金属亜鉛蒸気がＣＯ２で酸化され粗酸化亜鉛（ＺｎＯ）になり、金属亜鉛の回収ができない。これは、ＣＯ／ＣＯ２比が低いほど（ＣＯ２濃度が高いほど）、亜鉛が金属蒸気として存在できる平衡温度が高くなるからである。
【００７２】
例えば、ＣＯ／ＣＯ２比＝４のとき、ＺｎＯの還元（ＺｎＯ＋ＣＯ→Ｚｎ＋ＣＯ２）方向の平衡温度は１２００℃程度であり、この温度以上になると酸化亜鉛の還元が進む。酸化物のエネルギー・温度図（エリンガムダイアグラム）によれば、ＣＯ／ＣＯ２比＝１０のときの平衡温度は１１００℃、ＣＯ／ＣＯ２比＝１５のときの平衡温度は１０５０℃、ＣＯ／ＣＯ２比＝２０のときの平衡温度は１０１０℃、ＣＯ／ＣＯ２比＝１００のときの平衡温度は９１０℃である。
【００７３】
本発明に係る含炭成型体の処理温度は９８０℃〜１１５０℃程度であるので、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の還元を促進するには、ＣＯ／ＣＯ２比が約３０以下であればよい。即ち、ＣＯ２濃度で約３％以下であればよい。本発明者らの検討では、還元処理ガス中のＣＯ２濃度が３％以下であれば、金属亜鉛回収率（電炉ダスト中に含有される亜鉛量に対する回収亜鉛量）は９０％以上確保できることが分かった。
【００７４】
次に、ＣＯ２改質の具体的な方法について検討した。ＣＯ２改質は、還元処理ガス中のＣＯ２をＣＯに改質するものである。例えば、還元処理ガスを何らかの方法で炭素（Ｃ）に接触させることにより、ＣＯ２をＣＯに改質（ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ）できる。
特許文献１には、外熱式ロータリーキルン３２に粉状炭材装入装置（粉状炭材を装入する装置）３６を設置し、外熱式ロータリーキルン３２内に粉状炭材を装入し、それを還元処理ガスに接触させる方法が提案されている。
【００７５】
［還元処理ステップにおける微粉状炭材の装入］
そこで、さらにＣＯ２改質を進める方策を検討した結果、還元処理ガスと炭材の接触面積を増やせばよいことに着目し、還元処理ステップ（例えば外熱式ロータリーキルン）に装入する粉状炭材を微粉化するとよいことが分かった。特許文献１ではＣＯ２改質用として粒径１ｍｍ以下の粉コークスを粉状炭材が装入されているが、さらに微粉化（例えば、粒径１００μｍ以下）することにより、同じ重量の炭材でも、還元処理ガスとの接触面積が増加し、ＣＯ２改質が進むことが分かった。微粉化した粉状炭材（微粉状炭材）の平均粒径は１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下ではさらに好ましく、１０μｍ以下であればなお好ましい。微粉状炭材の種類は特に限定しない。例えばカーボンブラックを適用することができる。カーボンブラックであれば、平均粒径５００ｎｍ（０．５μｍ）程度であるからである。この微粉状炭材の装入により、ＣＯ２濃度を０．５％から１．０％程度低減し、還元処理ステップ出側での還元処理ガス中のＣＯ２濃度を２．５％以下にすることができる。
【００７６】
［ＣＯ２改質ステップおよび手段］
しかし、外熱式ロータリーキルンなどの還元処理装置内に粉状炭材や微粉状炭材を装入して還元処理ガスと接触する方法では、接触するガスの量は限定的であるため、還元処理ガス中のＣＯ２濃度をさらに低減させることは難しい。
そこで、ＣＯ２改質ステップは、外熱式ロータリーキルンなどによる還元処理ステップではなく、還元処理ガスと炭材をより効率よく接触させて、ＣＯ２の改質を進める独立した工程である。還元処理ガスと炭材を効率よく接触させるには、空間における炭材密度を高めるとよい。つまり、ガス流路断面における炭材面積を増やすようにするとよい。
【００７７】
ガス流路断面における炭材面積を増やすことができるものであれば、その手段は特に限定しない。具体的なＣＯ２改質の手段の例として、粉状炭材をペレット状にしたもの（炭材ペレット）を専用の容器（ＣＯ２改質装置）内に充填したもの（炭材ペレット移動層）に、還元処理ガスを通す手段を見出した。これにより、還元処理ガスの流路断面における炭材の面積を増やすことができ、炭材ペレット間の隙間に還元処理ガスが流れ、その際に炭材ペレットと還元処理ガスが接触するものである。この方式であれば、両者の接触がよくなされ、ＣＯ２改質の反応（ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ）が効率よく進むことが確認された。
【００７８】
また、その際に、炭材ペレットは少なくとも還元処理ガスの温度と同等またはそれ以上であることが好ましい。そうすることにより、還元処理ガスの温度を下げることなくＣＯ２改質を進めることができる。このＣＯ２改質、ＣＯ２濃度は２％以下にすることができる。したがって、炭材ペレット温度は９８０℃以上が好ましく、１０００℃以上であればさらに好ましく、１０５０℃以上であればなお好ましい。
【００７９】
炭材ペレットの大きさは特に限定されない。できるだけ平均粒径が小さい方が、還元処理ガスと炭材ペレットとの接触効率がよくなる。その分ＣＯ２改質が進み、ＣＯ濃度をさらに下げることができる。一方、平均粒径が小さ過ぎると、炭材ペレットの強度が低下し、ペレットが崩壊することにより目詰まりを起こす。そのため、適当な隙間を確保する観点から炭材ペレットの大きさは直径５〜１０ｍｍ程度、高さ５〜１０ｍｍ程度の円柱形や、直径５〜１０ｍｍ程度の球形であると扱い易く、適度な空隙を確保することができるので好ましい。
【００８０】
炭材ペレット連続的に供給し、容器内で移動させて排出させてもよい。こうすることにより、容器内の炭材ペレットの温度を維持することもできる。もちろん、いわゆるバッチ式に、還元処理ガスを一定流量流した後に炭材ペレットを交換してもよい。
【００８１】
また、ＣＯ２改質ステップは、後述の鉛除去ステップと亜鉛回収ステップの間に行うとよい。鉛除去ステップの前（上流側）でＣＯ２改質ステップを行うと、ＣＯ２改質ステップ中に鉛やアルカリ金属塩が凝集分離され、炭材ペレット中に含侵してしまうためである。
【００８２】
［鉛除去ステップおよび手段］
本発明における鉛除去ステップとは、還元処理ステップで発生した還元処理ガス中の鉛（Ｐｂ）を回収除去する一連の工程である。鉛除去ステップにおいては、以下に説明するがアルカリ金属塩（特にＮａＣｌ、ＫＣｌ）も除去することができる。
【００８３】
電炉ダスト中には表１、表９に示すように少量ではあるが酸化鉛の形で鉛（Ｐｂ）やアルカリ金属塩（ＮａＣｌ、ＫＣｌ）も少量含有されて有されている。特許文献１のように還元処理ステップで発生した還元処理ガスをそのまま後述の亜鉛回収ステップで処理し亜鉛を回収すると、亜鉛回収率は９０％程度と高い値が得られたものの、回収した亜鉛を分析したところ、Ｚｎ:９６．２％、Ｐｂ：３．７％、Ｃｄ：０．０３％となり、ＪＩＳ Ｈ  ２１０７で規定する蒸留亜鉛地金1種（Ｚｎ：９８．５％以上、Ｐｂ：１．３％以下、Ｃｄ：０．２％以下、Ｆｅ：０．０２５％以下）を満たさない場合がある。これは、電炉に投入されるスクラップなどの品位により影響される場合が多く、投入原料としてのスクラップにおいてその成分を制御することは難しい。
【００８４】
同様に、アルカリ金属塩（例えばＮａＣｌやＫＣｌ）も投入原料中に含まれ、そのまま回収した亜鉛にも含まれる場合がある。
【００８５】
鉛（Ｐｂ）を除去できるものであれば、その手段は特に限定しない。具体的な鉛除去手段の例として、鉛と亜鉛の沸点差を利用し、還元処理ガス中から鉛を除去分離する手段を見出した。この手法であれば、ＮａＣｌやＫＣｌなどのアルカリ金属塩も除去することができる。
【００８６】
亜鉛（Ｚｎ）の融点は４２０℃、沸点は９０７℃である。一方、鉛（Ｐｂ）の融点は３２７℃であり、沸点は１７４９℃である。同様に、ＮａＣｌの融点は８００℃、沸点は１４１３℃であり、ＫＣｌの融点は７７０℃、沸点は１４２０℃である。
還元処理ステップで発生した還元処理ガスは、９８０℃〜１１５０℃であるから、Ｐｂ、ＮａＣｌ、ＫＣｌは、沸点がそれよりも高いため蒸気ではなく微粒の液滴の形で存在している。そこで、セラミックス・ボールの充填層を通過させることで、セラミックス・ボールの表面に、Ｐｂ、ＮａＣｌ、ＫＣｌの微粒の液滴を凝集させ、充填層の下部に大粒の液滴として滴下させ回収することで還元処理ガスから分離除去できることを見出した。
【００８７】
セラミックス・ボールの充填層の温度は、還元処理ガスの温度と同じかそれより高い温度に維持するとよい。これにより、還元処理ガス温度を低下させることがないからである。
【００８８】
セラミックス・ボールの材質は、特に限定されない。熱伝導率や金属との濡れ性（金属と濡れないことが好ましい）を考慮すると炭化珪素（ＳｉＣ）セラミックスが好ましい。また、全体がセラミックス製であってもよく、またはセラミックス・コーティングを施したペレットであってもよい。
【００８９】
セラミックス・ボールの大きさも、特に限定されない。できるだけ平均粒径が小さい方が、還元処理ガスとの接触効率がよくなる。その分ＰｂやＮａ，Ｋの凝集除去が進む。一方、平均粒径が小さ過ぎると、目詰まりを起こす。そのため、適当な隙間を確保する観点からセラミックス・ボールの大きさは直径５〜１０ｍｍ程度の球形であると扱い易く、好ましい。形状は球形に限らず、例えば直径５〜１０ｍｍ程度、高さ５〜１０ｍｍ程度の円柱形やラグビーボール型などであってもよい。
【００９０】
配置するセラミックス・ボールの数は複数（２個以上）であれば特に限定されないが、ガスが万遍なくペレット表面に接触することが望ましいので、ガスが通過する断面を埋めるように充填するとよい。また、ペレットを多重に重ねることにより、よりガスとペレット表面が接触するようになり、鉛やアルカリ金属塩の除去性能が向上する。
【００９１】
このような鉛除去ステップ（または手段）に還元処理ガスを通した後に亜鉛回収することにより、回収した亜鉛中のＰｂ、ＮａＣｌ、ＫＣｌの含有量を下げることができ、蒸留亜鉛地金1種クラス、またはさらに高純度の亜鉛を回収することができる。
【００９２】
［亜鉛回収ステップ］
本発明における亜鉛回収ステップとは、還元処理ステップで発生した還元処理ガス５０から亜鉛を回収する一連の工程である。ガス中の亜鉛の再酸化を抑止するため、還元処理ガスは大気が混入しないように導くことが必要である。
【００９３】
亜鉛を含むガスから亜鉛を回収する方法については、特に限定しない。還元処理ガスから亜鉛を分離回収する方法は、例えば、鉛スプラッシュ・コンデンサーを適用する方法がある。しかし、設備が大型化し、また回収効率もよくない。そこで本発明者らは検討を重ね、還元処理ガスを直接冷却し、亜鉛を凝縮させて溶融亜鉛として回収できることを見出した。これによれば、鉛スプラッッシュ・コンデンサーに比べ設備構成をコンパクトにすることができ、且つ高効率に亜鉛を分離回収することができる。例えば、冷却チューブによりガスを直接冷却すればよい。冷却チューブが金属製（例えば、鋼や銅製）の場合、亜鉛と反応して合金を生成するので、冷却チューブの材質は金属以外がよい。例えば、セラミックスがよい。そこで、発明者らは、熱伝導のよい炭化珪素（ＳｉＣ）製の冷却チューブにより、還元処理ガスを冷却し、亜鉛を凝縮し回収できることを確認した。冷却チューブは、還元処理ガスと接触する部分がセラミックスであればよい。例えば、金属製チューブにセラミックス（例えばＳｉＣ）コーティングしたものでもよい。
【００９４】
凝縮した微粒液滴の亜鉛は、冷却チューブの下流側に設置したセラミックス・ボール充填層で凝集し、液滴として回収される。亜鉛回収装置下部に溶融亜鉛として貯蔵してもよいし、液滴で滴下している間に冷却して、亜鉛粒として回収してもよい。回収方法は、特に限定しない。
【００９５】
［亜鉛回収手段］
亜鉛回収手段（亜鉛回収装置）は、還元処理ガス中に含まれる亜鉛を分離・回収できる手段であれば、その態様は特に限定されない。例えば、前述したように亜鉛スプラッシュ・コンデンサーを適用してもよい。
【００９６】
しかし、前述したようなガスの直接冷却により亜鉛を凝縮して回収することが、効率性や亜鉛品質の観点から好ましい。この機能を有する手段であれば、その態様は特に限定しない。また、発明者らが見出したように、亜鉛を含む還元処理ガス５０を直接冷却し、亜鉛を凝縮させ回収する装置であってもよい。特に、発明者らは、冷却チューブ５６を直接ガスに接触させることによりガス中の亜鉛を凝縮する亜鉛凝縮器（亜鉛コンデンサー）が効率的であることを見出した。図４（ａ）にその概念図を示す。この冷却チューブ５６により凝縮した亜鉛は溶融状態のまま落下し、亜鉛凝縮器の下部にたまる。もちろん、凝縮後に落下中に冷却し、亜鉛粒として回収することもできる。
【００９７】
冷却チューブ５６は１本または複数本設置し、ガス流れに対し直交するように配置することが好ましい。ガス流れ方向に設置すると、配管上で凝固し固着してしまうからである。また、冷却チューブ５６は、水平に配置することが好ましい。水平にしないと、冷却チューブ上で凝縮した溶融亜鉛が、重力により冷却チューブ上を移動し、凝固して固着する可能性があるからである。水平に配置することにより、溶融亜鉛が凝固する前に滴下させることができる。冷却チューブ５６を複数本設置する場合、チューブの配置は特に限定されない。冷却効率の観点から設定すればよい。
【００９８】
冷却チューブ間を通り抜け、チューブ表面に接触しないガスは、亜鉛蒸気や溶融亜鉛微粒子を含んだままになっている。このため、亜鉛回収率を上げるため、亜鉛蒸気含有ガスの流れ方向で冷却チューブの下流側に、セラミックス製またはセラミックス・コーティングを施したペレットを複数個配置するとよい（図４（ｂ））。亜鉛蒸気や溶融亜鉛微粒子を含んだガスが、セラミックス製ペレットの間隙を通過する際に、ペレット表面に接触し、亜鉛が凝縮・凝集され分離されるからである。この時、凝縮・凝集し溶融亜鉛となったものは、液滴となって下方へ滴下し回収される。
【００９９】
ペレットの大きさは特に限定しないが、直径５〜１０ｍｍ程度、高さ５〜１０ｍｍ程度の円柱形や、直径５〜１０ｍｍ程度の球形であると扱い易く、適度な空隙を確保することができる。
【０１００】
セラミックスの材質は特に問わないが、冷却チューブと同様に、熱伝導性の良い炭化珪素（ＳｉＣ）が好ましい。ＳｉＣであれば、溶融亜鉛にぬれることもなく、容易に分離回収することができる。
【０１０１】
配置するペレットの数は複数（２個以上）であれば特に限定されないが、ガスが万遍なくペレット表面に接触することが望ましいので、ガスが通過する断面を埋めるように充填するとよい。また、ペレットを多重に重ねることにより、よりガスとペレット表面が接触するようになり、亜鉛の回収率が向上する。
【０１０２】
還元処理ガス中の亜鉛が再酸化しないように、外熱式ロータリーキルン３２から亜鉛回収装置５１までのガス導入管は、大気を遮断した気密性の良いものである必要がある。還元処理ガスを吸引するブロワー５４は、亜鉛回収装置の下流に設置することが好ましい。亜鉛が分離されているため、ブロワーの羽根（翼）に亜鉛が凝着することがないからである。ブロワーの設備保護の観点から、ブロワー前に集塵機５３を配置するとよい。
【０１０３】
さらに、亜鉛含有ガスを冷却する際に、亜鉛含有ガスが金属鉄に接触するとカーボン・デポジション反応（２ＣＯ→ＣＯ２＋Ｃ）によってＣＯ２（二酸化炭素）が発生し、このＣＯ２により蒸気亜鉛が再酸化し、粗酸化亜鉛（ＺｎＯ）になる。前述したように、一旦粗酸化亜鉛（ＺｎＯ）になると金属亜鉛が回収できないため、このカーボン・デポジション反応を抑制することが望ましい。
【０１０４】
亜鉛回収装置が鋼で製造されている場合、その内面を被覆し、亜鉛含有ガスが直接鋼と接触させないようにするとよい。被覆は特に限定しないが、例えば塗装をすればよい。塗料は限定しないが、例えば耐熱塗料などがある。また、例えばライニングしてもよい。例えばセラミックス塗料やキャスタブルなどでのライニングなどがある。
【０１０５】
以上、電炉ダストから鉄（還元鉄）、亜鉛（還元された亜鉛）を取り出す方法および設備について説明したが、さらに排出されるガスなどの有効利用のために付加することができる方法および設備について説明する。
【０１０６】
［還元処理ガス再利用ステップ及び手段］
亜鉛回収後の還元処理ガスは、亜鉛が分離されているので、主にＣＯ（一部ＣＯ２）で構成されている。もちろん、大気放散しても構わないが、燃料としてのＣＯを有効活用するとよい。例えば、還元処理手段の加熱手段（例えば、外熱式ロータリーキルン３２の燃焼バーナー３４）の燃料として利用してもよい。また、例えば、予熱装置２２の加熱手段の燃料（例えば、内熱式ロータリーキルンの燃焼ガス）として再利用してもよい。もちろん、他の設備での再利用をしてもよい。
【０１０７】
そのためには、還元処理ガス５０を精製する必要がある。例えば、ガスの顕熱を回収しガス温度を下げるレキュペレーター５２や、ガス中のダスト除去する集塵機５３、送風機５４、さらにはガス圧力を安定化させるガスホルダー５５などを設置するとよい。これらの設備を通したガスを外熱式ロータリーキルンの燃焼バーナー３４の燃料として使用することができる。還元処理ガスの精製方法・設備は、特にこの態様に限定されることはなく、ガスの用途に応じて精製方法および設備を適宜選択すればよい。
【０１０８】
［その他付帯装置］
予熱ステップにおいて、含炭成型体を加熱・乾燥したのちに発生する排気ガス８０中には、前述したように塩化亜鉛や酸化鉄・酸化亜鉛を含んだダストが含まれている。したがって、予熱ステップで発生した排ガス中からこれら成分を分離回収することが望ましい。そのため、例えば、予熱装置（例えば内熱式ロータリーキルン）２２から発生した排ガス８０を集塵機（バグフィルター）８１に通し、塩化亜鉛やダスト８４を回収したのち、大気放散するとよい。もちろん排ガスを吸引する送風機８２は集塵機の下流に設置するとよい。予熱ステップでの排ガスの用途に応じて、ガス処理方法・設備を適宜選択すればよい。
【実施例】
【０１０９】
［実施例１］
以下、本発明について試験プラントでの実施例を説明する。
表１に、試験操業で使用した電炉ダストＡおよび炭材としての粉コークスの化学成分を示した。数値は質量％を示す。この電炉ダストの粒度分布は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（マイクロトラック）にて測定し、Ｄ５０＝１．５μｍ、同じく粉コークスのＤ５０＝３６．２μｍであった。Ｄ５０とは、累積粒度分布において細粒からの累積頻度が５０％に相当する粒径である。
【０１１０】
【表１】
2020164888.tif 000003
【０１１１】
表２に、試験操業で使用した含炭成型体の原料配合割合を示す。炭材としての粉コークスをＣ当量が１．０となるように添加し、水分調整用の水とバインダーとしてのコーンスターチを加え、双腕ニーダーでよく混合した後、半乾式押し出し成型機で底面直径２０ｍｍφ×長さ２５ｍｍの含炭成型品２０を製造した。含炭成型品の水分は１０．３％であった。含炭成型品の生強度（成型直後の強度）は０．８５３ＭＰａ，１５０℃で２時間乾燥した後の乾燥後強度は３．６３ＭＰａであった。
【０１１２】
【表２】
2020164888.tif 000004
【０１１３】
＜試験プラントの設備仕様＞
試験プラント全体概念図を図３（ａ）に示した。処理能力は含炭成型体５０ｄｋｇ（ドライ状態での重量（Ｋｇ）を示す。以下同じ。）／ｈである。基本的構成は図１の実機設備に近いが、外熱式ロータリーキルンの外熱炉は簡便のため電気加熱式としている。内熱式ロータリーキルンの加熱には熱風発生装置（予熱装置用バーナー）を使用した。また、外熱式ロータリーキルンの排ガスは亜鉛回収装置で冷却した後、排ガス燃焼装置でＣＯガスを燃焼し無害化してから屋外放出する構造とした。
【０１１４】
主な設備仕様を以下に示す。
［内熱式ロータリーキルン］
・ステンレス鋼製：内径５００ｍｍ×長さ４ｍ
・加熱方式：熱風発生装置
［外熱式ロータリーキルン］
・耐熱鋳鋼製：内径３００ｍｍ×長さ４ｍ、最高使用温度１１５０℃
・外熱炉：電気加熱式、全長２ｍ
［含炭成型体供給・排出装置］
・内熱式ロータリーキルンへの供給装置：常温型２重ダンパー
・内熱式ロータリーキルンから外熱式ロータリーキルンへの移送装置：高温型水冷
ロータリーバルブ直列２台
・外熱式ロータリーキルンからの排出装置：常温型２重ダンパー
【０１１５】
[粉状炭材装入装置]
・外熱式ロータリーキルン３３に粉状炭材（微粉状炭材も含む）を装入することができる粉状炭材装入装置３６を設置した。さらに、外熱式ロータリーキルンの内面に突起を設置し、キルンの回転により微粉状炭材が内面突起によって上部へ持ち上げられ、そしてキルン内に落下する構造にした。
【０１１６】
［鉛除去装置（図４）］
・鉛除去装置は、耐熱鋳鋼製で１８０ｍｍ×３５０ｍｍの長方形の断面を持つ縦長の筒状容器の中に、直径５〜１０ｍｍのＳｉＣセラミックス・ボールを厚さ４００ｍｍとなるよう充填し、耐熱鋳鋼製筒状容器の外部に設置した電気ヒーターにより、充填層中心部の温度が１０５０℃を維持できるようにした。
・ＳｉＣセラミックス・ボールはアルミニウムに近い２００Ｗ／ｍｋの高熱伝導率を持つものを採用し、長方形の断面の長辺側を加熱することで充填層中心部の温度維持がしやすい構造とした。なお、鉛回収装置とＣＯ２改質装置は、外熱式ロータリーキルン後の還元処理ガスライン中に取り外し可能になるよう設置した。
【０１１７】
［ＣＯ２改質装置］
・ＣＯ２改質装置は、耐熱鋳鋼製で１８０ｍｍ×３５０ｍｍの長方形の断面を持つ縦長の筒状容器と、その中に直径５〜１０ｍｍの人造黒鉛ペレットを厚さ６００ｍｍとなるように充填した。耐熱鋳鋼製筒状容器の外部に設置した電気ヒーターにより、充填層中心部の温度を１０５０℃〜１１５０℃の間で制御できる構造とした。人造黒鉛ペレットはアルミニウム以上の２５０Ｗ／ｍｋの高熱伝導率を持つものを採用し、長方形の断面の長辺側を加熱することで充填層中心部の温度維持がしやすい構造にした。
【０１１８】
［亜鉛回収装置］
・亜鉛回収装置は、正方形断面をもつ縦長の筒状容器であって、鋼板製の外壁と内壁の２重構造になっている。内壁の内側には、２０ｍｍ厚の断熱材と８０ｍｍ厚のキャスタブルがこの順に配置されている。また、外壁と内壁とは５０ｍｍ離れており、それらの間には窒素を流し、還元処理ガス中に空気が混入しないようにした。還元処理ガスが流れる部分は、一辺２５０ｍｍの正方形断面にした。
・亜鉛回収装置の上部に、冷却チューブとして、内部を水冷した外径３０ｍｍ、内径２０ｍｍのＳｉＣパイプ（ＳｉＣ：９９％）を千鳥状に２５本配置した。パイプ上部にパイプと密着するように底辺を切削したＳｉＣの三角柱（長さ２５ｃｍ）を乗せることで、パイプ上への金属亜鉛の堆積を防止した。
・ＳｉＣパイプの加熱冷却に伴う膨張収縮を吸収し、外気を遮断するため、ＳｉＣパイプの取り付け部にＯリングを設置した。
・図５に示すように、亜鉛回収装置５７の冷却チューブ６５の下流側（下部）に、ＳｉＣセラミックス・ボールを充填した。ＳｉＣセラミックス・ボールは直径５〜１０ｍｍであり、亜鉛回収装置の断面（２５０ｍｍ四方の断面）に厚さ４００ｍｍとなるよう、ＳｉＣセラミックス・ボールを充填した。
・さらに、外熱式ロータリーキルンから亜鉛回収装置までの配管の内面には、カーボン・デポジション対策として、耐熱塗料を塗布した。また、亜鉛回収装置の内壁の内側面はキャスタブルでライニングしているが、念のため、内壁の内側面にも耐熱塗料を塗布した。
【０１１９】
＜試験方法＞
以下の手順により試験を行った。
（１）内熱式ロータリーキルン２２の熱風発生装置２４を作動させたのち、内熱式ロータリーキルン２２内に装入装置（２重ダンパー）２１を経由して、前述した方法により製造した含炭成型体２０を５０ｄｋｇ／ｈの速度で装入した。含炭成型体が予熱・乾燥されて内熱式ロータリーキルン２２から排出されるときの温度が９００℃となるように熱風発生装置２４の燃料燃焼量と内熱式ロータリーキルンの回転数を制御した。
【０１２０】
（２）外熱式ロータリーキルン３２は、外面温度を１０５０℃になるまで昇温させた。９００℃まで加熱された含炭成型体が、装入装置（２台直列水冷ロータリーバルブ）３１を経由して外熱式ロータリーキルン３２に装入開始されたのちは、外熱炉長２ｍの間の滞留時間が３０分となるように外熱式ロータリーキルンの回転数を調整すると同時に、外熱式ロータリーキルン外面温度が１０５０℃を維持するよう外熱炉の電力投入量を制御した。
【０１２１】
（３）還元処理温度を１０５０℃、還元処理時間を３０分とした理由は、後述の表５に示すとおり還元処理温度と還元処理時間を種々変更した試験を事前に実施し、１０５０℃で３０分間還元処理すれば、９５％以上の金属化率と脱亜鉛率が得られることが確認できたためである。
【０１２２】
（４）還元処理ガス中のＣＯ２をＣＯに改質するため、粉状炭材装入装置３６から微粉状炭材としてカーボンブラックを外熱式ロータリーキルンに装入した。カーボンブラックの装入量は、含炭成型体５０ｄ−ｋｇ／ｈ当たり、２ｄ−ｋｇ／ｈを装入した。カーボンブラックは直径が５００ｎｍ（０．５μｍ）以下の極めて微細な炭材であり、表面積が大きくＣＯ２との反応性が高いことから選択した。亜鉛回収装置出側の排ガス６７中のＣＯ２を分析したところ、カーボンブラック装入前は２０％あったＣＯ２がカーボンブラック装入後は２．５％に低下した。
【０１２３】
（５）外熱式ロータリーキルン３２内部では、含炭成型体が還元されて亜鉛蒸気と
ＣＯガスとＣＯ２ガスおよび鉛・アルカリ金属塩微粒液滴が発生する。この排ガス５０を
排気ブロア６２で吸引し、ＳｉＣ製水冷パイプとＳｉＣペレット充填層６６からなる蒸気亜鉛回収装置５７に通した。まずＳｉＣ製水冷パイプによって蒸気亜鉛を凝縮させ亜鉛液滴微粒子とし、次いでＳｉＣペレット充填層を通すことによって微粒子を凝集させて雨粒大の亜鉛液滴として滴下させ、亜鉛回収装置下に設置した溶融亜鉛溜５９に貯留した。亜鉛液滴の温度が５００℃以上を維持するようＳｉＣ水冷パイプ中の水量を調節した。貯留した溶融亜鉛は定期的に鋳型に流し込んで回収した。
【０１２４】
還元処理温度１０５０℃、還元処理時間３０分で実施した還元試験の結果を表３に示した。金属化率は９６．３％、脱亜鉛率は９８．３％、脱鉛率は９２．３％であった。回収した金属亜鉛の分析値を表４に示した。この時の金属亜鉛の回収率は電炉ダスト中亜鉛の９０．５％と高い値であったが、ＺｎとＰｂの分析値はＪＩＳ蒸留亜鉛１種の基準を外れていた。
【０１２５】
【表３】
2020164888.tif 000005
【０１２６】
【表４】
2020164888.tif 000006
【０１２７】
（６）含炭成型体は還元が終了すると還元鉄（ＤＲＩ）４０となる。１０５０℃の還元鉄は外熱式ロータリーキルン３２の排出口に設置された水冷ボックス内で１００℃以下まで冷却したのち、排出装置（２重ダンパー）３５を経由して外部に排出し回収した。
【０１２８】
（７）外熱式ロータリーキルン３２の排ガス５０を亜鉛回収装置５７で急冷した後の５００℃の排ガスは排ガス燃焼装置６４で過剰空気の元で燃焼され、次いで大量の空気で希釈することで５０℃以下に冷却し、更に集塵機（バグフィルター）６１で徐塵した後大気に放散した。
【０１２９】
（８）以上、還元処理温度が１０５０℃で還元処理時間が３０分の場合について説明したが、還元処理温度については９５０℃から１１５０℃の間で、還元処理時間については１０分から４０分の間で種々変更して９水準の試験を実施し、回収したＤＲＩの分析結果を表５に示した。
【０１３０】
【表５】
2020164888.tif 000007
【０１３１】
（９）ＮＥＴ金属化率は還元によって増加した金属化率である。ＧＲＯＳＳ金属化率は電炉ダスト中にもともとあったＭ・Ｆｅ（金属鉄（メタリックＦｅ））を加えた還元後サンプルの全金属化率である。ＧＲＯＳＳとＮＥＴの金属化率の定義を式５、式６で示す。以下、Ｔ・ＦｅはトータルＦｅ（全鉄分）を示し、Ｍ・ＦｅやＴ・Ｆｅの重量％は、含炭成型体に対する重量％を示す。
GROSS金属化率＝（還元後のＭ・Ｆｅ（重量％））／（還元後のＴ・Ｆｅ（重量％））                                              ・・・（式５）
NET金属化率  ＝｛［（還元後のＭ・Ｆｅ（重量％）×還元後の含炭成形体の全重量）−（還元前のＭ・Ｆｅ（重量％）×還元前の含炭成形体の全重量）］／（還元後の全重量）｝／（還元後のＴ・Ｆｅ（重量％））          ・・・（式６）
【０１３２】
（１０）表５には比較のために、電炉ダストをウエルツ法およびＲＨＦ法で処理した場合の成績を併記した。含炭成型体を使用するＲＨＦ法の方がウエルツ法よりも成績は良好である。ＲＨＦで還元処理されたＤＲＩの金属化率は６０〜７０％で、ＤＲＩは全量、鉄源として電気炉でリサイクルされており、また、脱亜鉛率も７０〜９０％と高い。そこで、ＲＨＦ並みのＧＲＯＳＳ金属化率と脱亜鉛率が得られた試験結果を○で、ＧＲＯＳＳ金属化率はＲＨＦ並みでも脱亜鉛率がＲＨＦ以下の試験結果を△で示した。
【０１３３】
［実施例２］
実施例１と同様の試験装置において、外熱式ロータリーキルン３２で発生した還元処理ガス中の鉛やアルカリ金属塩の微粒液滴を除去するため、図３（ｂ）に示すように亜鉛回収装置５７の前に鉛除去装置５１を設置した。この鉛除去装置に還元処理ガスを通すことにより、ＳｉＣセラミックス・ボール充填層で凝集され滴下した溶融鉛と溶融アルカリ金属塩は装置下に設置された回収装置５８に貯留し、定期的に鋳型に流し込んで回収した。
【０１３４】
前記した還元処理ガス中の鉛除去装置を設置した図３（ｂ）に示す試験装置を用いて、実施例１と同様に、電炉ダストＡの含炭成型体を対象にした還元試験を実施した。その結果を表６に示したが、鉛が除去されたため金属亜鉛回収率は実施例１の９０．５％から８７．７％へ低下したものの、ＺｎとＰｂの分析値はＪＩＳ蒸留亜鉛1種の基準を満足する結果が得られた。
【０１３５】
【表６】
2020164888.tif 000008
【０１３６】
［実施例３］
実施例２と同様の試験装置において、還元処理ガス中のＣＯ２をＣＯに改質するため、鉛除去装置５１と亜鉛回収装置５７の間に図３（Ｃ）に示すようにＣＯ２改質装置５４を設置した。充填した人造黒鉛ペレットは３２．６２０ｋｇで、還元試験前後で重量を測定し、還元試験でＣＯ２との反応によって消費された人造黒鉛ペレットの量を把握した。
【０１３７】
前記したＣＯ２改質装置５４を設置した図３（Ｃ）に示す試験装置を用いて、実施例１と同様に、電炉ダストＡの含炭成型体を対象にした還元試験を２水準で実施した。水準１では炭材ペレット充填層中心部の温度を１０５０℃に保持し、水準２では１１５０℃に保持した。水準１では、亜鉛回収装置出側の排ガス６７中のＣＯ２を分析したところ、カーボンブラック装入後２．５％であったものが２％まで低下した。また水準２では更に１％まで低下した。水準１の試験結果を表７に、水準２の試験結果を表８に示したが、ＣＯ２のＣＯへの改質を徹底することで金属亜鉛回収率が実施例２の８７．７％から、それぞれ９０．０％、９２．４％まで改善されることが確認できた。
還元試験は２水準ともに処理時間を６時間としたが、試験前後での人造黒鉛ペレットのＣＯ２との反応による重量減少量は、それぞれ３０５ｇ、６１０ｇであった。
【０１３８】
【表７】
2020164888.tif 000009
【０１３９】
【表８】
2020164888.tif 000010
【０１４０】
［実施例４］
鉄スクラップ予熱装置を備えた電気炉で発生する、高濃度の亜鉛を含有するものの鉄分濃度の低い電炉ダストを対象に、含炭成型体のＦｅ濃度が還元処理後のＤＲＩ強度に及ぼす影響を知るための試験を実施した。まず、目標Ｆｅ濃度を１０〜２５％の間で変化させて製造した含炭成型体を製造し、次いで、実施例２の図３（ｂ）で示した試験装置を用いて還元試験を実施した。試験に用いた電炉ダストＢ、鉄分供給用の転炉ダストおよび粉コークスの分析値を表９に示した。電炉ダストＢのＤ５０平均粒径は４．４μｍ、転炉ダストのＤ５０平均粒径は６．９μｍ、粉コークスのＤ５０平均粒径は４４．９μｍであった。
【０１４１】
【表９】
2020164888.tif 000011
【０１４２】
目標Ｔ−Ｆｅ濃度を１０〜２５％の間で変化させた含炭成型体製造のための原料配合割合と、各水準の含炭成型体の還元試験前および還元試験後ＤＲＩの圧潰強度測定結果を表１０に示す。表１０から、ＤＲＩ強度については、Ｔ−Ｆｅが１０％では強度は全く発現せず、指で挟むとすぐに壊れてしまうほど脆弱で、外熱式ロータリーキルンからの排出品にも粉が混ざっていた。しかしながら、Ｔ−Ｆｅを１５％まで増加させると、ＤＲＩ強度は２．８３ＭＰａまで改善されており、外熱式ロータリーキルンからの排出品も健全で、キルン内での転動に絶えられることが判明した。Ｔ−Ｆｅを２０％以上にすれば極めて強度の高いＤＲＩが得られることも確認できた。
【０１４３】
【表１０】
2020164888.tif 000012
【０１４４】
［実施例５］
ＩＳＰ法では主原料の亜鉛精鉱とウエルツキルン法で回収した粗酸化亜鉛（ＺｎＯ）を溶剤とともに所定割合で混合・造粒し、焼結機で脱硫・焼結して焼結鉱とした上で溶鉱炉に装入して、最終的に金属亜鉛として回収している。粗酸化亜鉛と亜鉛精鉱を酸化焙焼した亜鉛精鉱焙焼品の分析値を表１１に示す。いずれも高濃度の亜鉛を含有するものの鉄分濃度が１０％程度以下と低く、実施例４で示した鉄スクラップ予熱装置を備えた電気炉で発生する電炉ダストＢに類似した性状である。そこで、実施例４と同様、目標Ｆｅ濃度を１５〜２５％に増加させた含炭成型体を製造し、次いで、実施例２の図３（ｂ）で示した試験装置を用いて還元試験を実施した。粗酸化亜鉛のＤ５０平均粒径は５．５μｍ、亜鉛精鉱焙焼品のＤ５０平均粒径は９．４μｍであった。鉄分供給用の転炉ダストおよび粉コークスは実施例４と同じものである。
【０１４５】
【表１１】
2020164888.tif 000013
【０１４６】
目標Ｔ−Ｆｅ濃度を１５〜２５％の間で変化させた含炭成型体製造のための原料配合割合と、各水準の含炭成型体の還元試験前および還元試験後のＤＲＩの圧潰強度測定結果を表１２に示す。表１２から、粗酸化亜鉛と亜鉛精鉱焙焼品のいずれもＴ−Ｆｅを１５％まで増加させると、ＤＲＩ強度は２．５ＭＰａを上回っており、外熱式ロータリーキルンからの排出品も健全で、キルン内での転動に耐えられること、Ｔ−Ｆｅを２０％以上にすれば極めて強度の高いＤＲＩが得られることが確認できた。実施例４と５の結果から、高濃度の亜鉛を含有するものの鉄分濃度の低い電炉ダスト、粗酸化亜鉛、亜鉛精鉱焙焼品は
いずれもＦｅ含有量が15重量％以上、望ましくは２０％以上となるように酸化鉄を含有させることで、図３（ｂ）で示した試験装置による還元試験で健全なＤＲＩが得られることが判明した。
【０１４７】
【表１２】
2020164888.tif 000014
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明は、電気炉による製鉄プラントで発生する電炉ダストから還元鉄と亜鉛を分離回収することができることから、電気炉による製鉄業において利用することができる。
【符号の説明】
【０１４９】
10    電炉ダスト
11    含炭成型体製造装置（手段）
20    含炭成型体
21    装入装置
22    予熱装置（内熱式ロータリーキルン）
23    排出装置
24    予熱装置用バーナー（熱風発生装置）
30    予熱・乾燥した含炭成型体
31    装入装置
32    還元処理装置(外熱式ロータリーキルン）
33    還元処理装置の加熱装置
34    燃焼バーナー
35    排出装置
36    粉状炭材装入装置
40    還元鉄
50    還元処理ガス
51    鉛除去装置
53    炭材ペレット（供給側）
54    ＣＯ２改質装置
55    炭材ペレット（排出側）
57    亜鉛回収装置
58    鉛およびアルカリ金属塩の回収品
59    亜鉛回収品
60    熱交換器
61    集塵機
62    送風機
63    ガスホルダー
64    排ガス燃焼装置
65    冷却チューブ
66    セラミックス・ペレット充填層
70    加熱装置排ガス
80    予熱装置排ガス
81    集塵機
82    送風機
83    煙突
84    ダスト（リサイクル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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