(57)【要約】【課題】スラリー状の製鋼スラグから磁選により鉄系化合物および金属鉄を回収するための磁選方法において、回収物中のＦｅ濃度を高めることができる製鋼スラグの磁選方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る製鋼スラグの磁選方法は、表面の少なくとも一部に磁場が形成された回転式ドラムの、前記表面に、破砕または粉砕された粒子状の製鋼スラグを含むスラリーを噴射する工程と、前記回転式ドラムの表面に液体を吹き付けて、前記回転式ドラムの表面に沿って回転移動する、前記スラリーに含まれる液体成分および非磁着物を除去する工程と、を含む。【選択図】図１
2020049481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部に磁場が形成された回転式ドラムの、前記表面に、破砕または粉砕された粒子状の製鋼スラグを含むスラリーを噴射する工程と、
前記回転式ドラムの表面のうち、前記磁場が形成されている領域に液体を吹き付けて、前記回転式ドラムの表面に沿って回転移動する、前記スラリーに含まれる液体成分および非磁着物を除去する工程と、
を含む、製鋼スラグの磁選方法。
【請求項２】
前記回転式ドラムは、前記回転式ドラムの周方向に沿って異なる方向への磁場が交互に形成されている領域を有し、
前記液体は、前記回転式ドラムの表面のうち、前記異なる方向への磁場の少なくとも一方が形成されている領域に吹き付けられる、請求項１に記載の製鋼スラグの磁選方法。
【請求項３】
前記液体は、前記液体が吹き付けられる位置を含む前記回転式ドラムの接線に対して、傾斜した方向から吹き付けられる、請求項１または２に記載の製鋼スラグの磁選方法。
【請求項４】
前記回転式ドラムの表面に液体を吹きつけた後、さらに気体を吹き付ける工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製鋼スラグの磁選方法。
【請求項５】
表面の少なくとも一部に磁場が形成される回転式ドラム、ならびに、
前記回転式ドラムの回転方向にこの順に配置された、
前記表面に破砕または粉砕された粒子状の製鋼スラグを含むスラリーを噴射するノズル、
前記回転式ドラムに製鋼スラグを含むスラリーを接触させるスラリータンク、および
前記回転式ドラムの表面のうち、前記磁場が形成されている領域に液体を吹き付けて、前記回転式ドラムの表面に沿って回転移動する、前記スラリーに含まれる液体成分および非磁着物を除去する液体吹付け部、
を有する、製鋼スラグ用の磁選装置。
【請求項６】
前記回転式ドラムは、前記回転式ドラムの周方向に沿って異なる方向への磁場が形成されている領域を有し、
前記液体吹付部は、前記回転式ドラムの表面のうち、前記異なる方向への磁場の少なくとも一方が形成されている領域に前記液体を吹き付ける、
請求項５に記載の製鋼スラグ用の磁選装置。
【請求項７】
前記液体吹付部は、前記液体が吹き付けられる位置を含む前記回転式ドラムの接線に対して、傾斜した方向から前記液体を吹き付ける、請求項５または６に記載の製鋼スラグ用の磁選装置。
【請求項８】
前記回転式ドラムの表面に気体を吹付ける気体吹付け部を有する、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の製鋼スラグ用の磁選装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼スラグの磁選方法、および磁選装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工程で生じる製鋼スラグ（転炉スラグ、予備処理スラグ、二次精錬スラグおよび電気炉スラグなど）は、セメント材料、道路用路盤材、土木用材料および肥料を含む広い用途に用いられる（非特許文献１〜非特許文献３参照）。また、上記用途に用いられない一部の製鋼スラグは、埋め立て処分されている。
【０００３】
製鋼スラグには、リン（Ｐ）、カルシウム（Ｃａ）、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、硫黄（Ｓ）などの元素が含まれていることが知られている。これらのうち、製鋼スラグに最も多く含まれる元素は、製鋼工程で多量に用いられるＣａであり、通常、Ｆｅが次に多く含まれる。通常、製鋼スラグの全質量のうち、２０質量％〜５０質量％程度がＣａであり、１質量％〜３０質量％程度がＦｅである。
【０００４】
製鋼スラグ内のＦｅは、鉄系酸化物、酸化カルシウム鉄アルミニウム（Ｃａ２（Ａｌ１−ＸＦｅＸ）２Ｏ５）、および極少量ではあるが金属鉄などとして存在している。これらのうち、鉄系酸化物は、ＭｎまたはＭｇを含有するほか、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、ＣｒおよびＳなどの元素を少量ながら含有する。また、酸化カルシウム鉄アルミニウムも、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、ＣｒおよびＳなどの元素を少量ながら含有する。なお、本明細書においては、鉄系酸化物は空気中の水蒸気などによってその表面の一部などが水酸化物などに変化した化合物も含み、酸化カルシウム鉄アルミニウムは空気中の水蒸気および二酸化炭素などによりその表面の一部などが水酸化物または炭酸化物などに変化した化合物も含む。なお、本明細書においては、鉄系酸化物および酸化カルシウム鉄アルミニウムはいずれも、表面の一部などが大気汚染物質である硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）との反応物質に変化したこれらの化合物を含む。
【０００５】
上記鉄系酸化物は、その多くがウスタイト系酸化物（ＦｅＯ）として存在し、その他にヘマタイト系酸化物（Ｆｅ２Ｏ４）やマグネタイト系酸化物（Ｆｅ３Ｏ４）としても存在する。
【０００６】
これらのうち、ウスタイト系酸化物およびヘマタイト系酸化物は、強磁性体であるマグネタイト系酸化物（Ｆｅ３Ｏ４）がその内部に分散しているため、製鋼スラグを破砕もしくは粉砕して粒子状にした後、磁選によって製鋼スラグから分離して回収できる。なお、単独または他の鉄系酸化物と共存するマグネタイト系酸化物も、磁選によって製鋼スラグから分離して回収できる。
【０００７】
上記酸化カルシウム鉄アルミニウムは、磁化して磁性体となるため、やはり磁選によって製鋼スラグから分離して回収できる。
【０００８】
鉄系酸化物および酸化カルシウム鉄アルミニウム（以下、これらをまとめて「鉄系化合物」ともいう。）は、リンの含有量が０．１質量％以下とわずかであるため、上述した磁選などによって製鋼スラグから分離して回収すれば、高炉や焼結の原料として用いることができる。
【０００９】
また、今後、社会環境の変化等により、製鋼スラグを道路用路盤材、土木用材料またはセメント材料などとして使用するための土木工事の数が減少したり、製鋼スラグを埋め立て処分できる土地が減少したりする可能性もある。この観点からも、製鋼スラグに含まれる鉄系化合物を回収して、再利用または埋め立て処分される製鋼スラグの体積を減少させることが期待されている。
【００１０】
さらには、鉄系化合物に含まれるＭｎ、ＭｇおよびＣａなどは、製鉄上有用な元素であり、製鉄の材料として活用できる。たとえば、Ｍｎは鋼材の強度向上および強度安定化に寄与する元素であり、Ｍｇは高炉内でのスラグの流動性を高める元素である。Ｃａは高炉、製鋼でのスラグの主要構成元素であり、スラグの塩基度および粘性の調整のための重要元素であるが、溶鋼の脱リン剤としても利用できる。
【００１１】
金属鉄は、製鋼工程でスラグ中に巻き込まれたＦｅや、製鋼スラグの凝固中に析出する微小なＦｅである。金属鉄のうち大きいものは、大気中で製鋼スラグを破砕もしくは粉砕する乾式の工程中で、磁選その他の方法で分離されて回収されている。
【００１２】
製鋼スラグを破砕または粉砕して得られたスラグ粒子は、水などの液体に懸濁してスラリー化し、ドラム表面に流して磁選されることが多い。大気中では、粒子が小さくなると、凝集するため、磁選で鉄化合物とそれら以外を分離することが難しくなる。しかし、スラリー化すると液体により粒子が凝集することなく分散することが可能になり、磁選で分離できるようになる。
【００１３】
磁選方法には、特許文献１、特許文献２に記載されるような方法があげられる。上記鉄系化合物および金属鉄を回収するための磁選のように、工業的に大量処理する場合は、磁石を内部に固定した回転式ドラムを用いるドラム式磁選法が多く使われる。ドラム式磁選法では、ドラム内に磁石を固定し、外側のドラムを回転させる。鉄系化合物および金属鉄は、磁石により磁場が形成された回転式ドラムの表面に捕捉され、回転式ドラムの外周に沿って移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−０４９２１４
【特許文献２】特開２００９−１８９９６４
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】中川雅夫、「鉄鋼スラグの有効利用の状況」、第２０５・２０６回西山記念技術講座講演テキスト、一般社団法人  日本鉄鋼協会、２０１１年６月、ｐ．２５−５６
【非特許文献２】「環境資材  鉄鋼スラグ」、鉄鋼スラグ協会、２０１４年１月
【非特許文献３】二塚貴之ら、「鉄鋼スラグから人工海水への成分溶出挙動」、鉄と鋼、Ｖｏｌ．８９、Ｎｏ．４、２０１４年１月、ｐ．３８２−３８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、製鋼スラグから鉄系化合物を回収することによる利点は多いため、製鋼スラグからの磁選による鉄原子（Ｆｅ）の回収率ならびに回収効率をより高めたいという要望は常に存在する。特に、回収されたＦｅを高炉や焼結の原料として用いる観点からは、回収物中のＦｅ濃度はより高いことが望ましい。
【００１７】
上記課題に鑑み、本発明は、スラリー状の製鋼スラグから磁選により鉄系化合物および金属鉄を回収するための磁選方法において、回収物中のＦｅ濃度を高めることができる製鋼スラグの磁選方法、および当該方法に使用可能な製鋼スラグ用の磁選装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的に鑑み、本発明は、表面の少なくとも一部に磁場が形成された回転式ドラムの、前記表面に、破砕または粉砕された粒子状の製鋼スラグを含むスラリーを噴射する工程と、前記回転式ドラムの表面のうち、前記磁場が形成されている領域に液体を吹き付けて、前記回転式ドラムの表面に沿って回転移動する、前記スラリーに含まれる液体成分および非磁着物を除去する工程と、を含む、製鋼スラグの磁選方法に関する。
【００１９】
また、本発明は、表面の少なくとも一部に磁場が形成される回転式ドラム、ならびに、前記回転式ドラムの回転方向にこの順に配置された、前記表面に破砕または粉砕された粒子状の製鋼スラグを含むスラリーを噴射するノズル、前記回転式ドラムに製鋼スラグを含むスラリーを接触させるスラリータンク、および前記回転式ドラムの表面のうち、前記磁場が形成されている領域に液体を吹き付けて、前記回転式ドラムの表面に沿って回転移動する、前記スラリーに含まれる液体成分および非磁着物を除去する液体吹付け部、を有する、製鋼スラグ用の磁選装置に関する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、スラリー状の製鋼スラグから磁選により鉄系化合物および金属鉄を回収するための磁選方法において、回収物中のＦｅ濃度を高めることができる製鋼スラグの磁選方法、および当該方法に使用可能な製鋼スラグ用の磁選装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態に係る製鋼スラグの磁選方法のフローチャートである。
【図２】従来の磁選装置を用いてスラリーを磁選する様子を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。
【図３】図３Ａは、本発明の例示的な実施形態でスラリーを磁選するために用いる磁選装置の構成を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。図３Ｂは、本発明の例示的な実施形態でスラリーを磁選するために用いる別の磁選装置の構成を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。
【図４】図４は、本発明の例示的な実施形態でスラリーを磁選する様子を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。
【図５】図５Ａは、本発明の例示的な実施形態における回転式ドラムの内側のマグネット配列を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示した領域を磁石の表面からみたときの様子を示す模式図である。図５Ｃは、本発明の例示的な実施形態で回転式ドラムの内側のマグネットの別の配列を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図であり、図５Ｄは、図５Ｃに示した領域を磁石の表面からみたときの様子を示す模式図である。
【図６】図６Ａは、本発明の例示的な実施形態で、ドラム表面と吹付け水の接触部が回転式ドラムの内側のマグネットのＳ極上になるように設置した状態を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。図６Ｂは、本発明の例示的な実施形態で、ドラム表面と吹付け水の接触部が回転式ドラムの内側のマグネットのＮ極上になるように設置した状態を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。図６Ｃは、本発明の例示的な実施形態で、ドラム表面と吹付け水の接触部が回転式ドラムの内側のマグネットのＮ極とＳ極の間になるように設置した状態を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。図６Ｄは、本発明の例示的な実施形態で、ドラム表面と吹付け水の接触部が回転式ドラムの内側のマグネットから外れるように設置した状態を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。
【図７】図７Ａは、本発明の例示的な実施形態で回転式ドラムの表面に液体を吹き付ける方法を示す、模式図である。図７Ｂは、本発明の例示的な実施形態で回転式ドラムの表面に液体を吹き付ける別の方法を示す、模式図である。
【図８】図８Ａは、本発明の例示的な実施形態で回転式ドラムの表面に液体を吹き付ける方向を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。図８Ｂは、本発明の例示的な実施形態で回転式ドラムの表面に気体を吹き付ける角度を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った部分的な模式断面図である。
【図９】図９Ａは、本発明の例示的な実施形態で、液体および気体をこの順に吹き付けてスラリーを磁選する様子を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。図９Ｂは、本発明の例示的な実施形態で、気体および液体をこの順に吹き付けてスラリーを磁選する様子を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の例示的な実施形態に係る製鋼スラグの磁選方法を、当該方法に使用する磁選装置とともに説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る製鋼スラグの磁選方法を示すフローチャートである。
【００２４】
（ステップＳ１１０）
製鋼スラグに含まれるケイ酸カルシウム、遊離石灰および鉄系化合物などの組織の大きさは、およそ１０００μｍ以下である。そのため、製鋼スラグからの鉄系化合物などの成分の分離および回収は、製鋼スラグを破砕または粉砕して行う。
【００２５】
製鋼スラグの種類は、製鋼工程で排出されるスラグであれば特に限定されない。製鋼スラグの例には、転炉スラグ、予備処理スラグ、二次精錬スラグおよび電気炉スラグが含まれる。
【００２６】
製鋼スラグは、製鋼工程で排出された後に破砕または粉砕して、粒子状のスラグ粒子にされる。スラグ粒子の最大粒径は、鉄系化合物の組織と同程度以下の大きさであることが好ましく、１０００μｍ以下であることがより好ましい。上記最大粒径が１０００μｍ以下であると、鉄系化合物が単独の粒子として存在し得るため、鉄系化合物を選択的に磁選で選別しやすい。同様の観点からは、スラグ粒子の最大粒径は５００μｍ以下であることが好ましく、２５０μｍ以下であることがより好ましく、１５０μｍ以下であることがさらに好ましい。スラグ粒子は、たとえば、破砕されたスラグ粒子をハンマーミル、ローラミルおよびボールミルなどを含む粉砕機でさらに粉砕することで、最大粒径が上記範囲となる程度に小さくすることができる。
【００２７】
製鋼スラグは、磁選を施す前に、加熱処理されることが好ましい。製鋼スラグを加熱処理すると、鉄系化合物の磁化が高まり、磁選によってより多量の鉄系化合物を取り除くことができる。上記加熱処理は、３００℃以上１０００℃以下で０．０１分以上１８０分以下行うことが好ましい。
【００２８】
製鋼スラグは、製鋼スラグを水中に浸漬させて、遊離石灰と水酸化カルシウムの浸出、およびＣａ化合物の表層のＣａの浸出を行った後に、濾過して得られる、濾過残スラグであってもよい。加えて、または単独で二酸化炭素を含有する水溶液に接触させ、Ｃａを溶出させた後、濾過をして得られる濾過残スラグであっても良い。濾過残スラグを用いると、Ｃａが少ないスラグ粒子を用いるため、回収物中のＦｅ濃度をより高めることが可能であり、また、磁選によって回収されなかったスラグ粒子からのＣａの分離および回収もより容易になる。
【００２９】
（ステップＳ１２０）
このように小粒径化したスラグ粒子は、空気中では分散性が低く、特に磁選時の磁場によって凝集して塊状になりやすいため、鉄系化合物を多く含むスラグ粒子とその他の化合物をより多く含むスラグ粒子とを分離させにくい。そのため、スラグ粒子は、液体に懸濁させてスラリー化して磁選されることが多い。スラグ粒子を液体に懸濁させると、スラグ粒子中の遊離石灰およびケイ酸カルシウムなどからＣａが溶出して、スラリーはアルカリ性になる。アルカリ性の溶液中では、それぞれのスラグ粒子がマイナスに帯電するため、スラグ粒子の分散性が高まり、鉄系化合物を多く含むスラグ粒子とその他の化合物をより多く含むスラグ粒子とを分離して回収しやすい。なお、上記濾過残スラグを液体に懸濁させても、スラグ粒子中に残存したＣａが溶出によるスラグ粒子の分散性の向上は奏される。上記液体としては、安価な水が多く使用される。
【００３０】
スラリーの流動性とＦｅの回収効率とをともに高める観点からは、製鋼スラグと水との量比は、質量比で、（製鋼スラグ／水）＝１／３００以上１／２以下であることが好ましく、１／２００以上１／５以下であることがより好ましく、１／１００以上１／１０以下であることがさらに好ましい。
【００３１】
このようなスラグ粒子を含むスラリー（以下、単に「スラリー」ともいう。）には、鉄系化合物を多く含み磁化が大きいスラグ粒子（以下、「高磁化粒子」ともいう。）、遊離石灰およびケイ酸カルシウムなどを多く含むが鉄系化合物の量が少なく磁化が小さいスラグ粒子（以下、「低磁化粒子」ともいう。）、金属鉄、および液体成分が含まれる。
【００３２】
（ステップＳ１３０）
上記スラリーは、表面の少なくとも一部に磁場が形成された回転式ドラムの、上記表面に、噴射させられる。これにより、高磁化粒子および金属鉄は、回転式ドラムの上記表面に接触し、上記磁場によってドラム表面に捕捉され、回転式ドラムの回転方向に移動され、回収部で回収される。一方で、スラリーに含まれる低磁化粒子および液体成分は、回転式ドラムの上記表面に捕捉されないため回転式ドラムの回転方向に移動せず、回収部では回収されずに排出部から排出される。上記スラリーは、上記回転式ドラムの表面のうち、磁場が形成される領域に噴射させられることが好ましいが、磁場が形成されていない領域に噴射させられて、回転式ドラムの表面に沿った回転移動によって磁場が形成される領域に移動させられてもよい。
【００３３】
スラリーを回転式ドラムの表面に向けて噴射した場合、スラリー中のスラグ粒子は慣性力によりドラムへ向かって直進する。その結果、ドラムとタンク間の平均距離(以下、スラリー流路という)を拡大しても有効付着面積が低下せず、スラグ回収率が落ちないため、スラリー流路の幅の拡大が可能になる。その結果、単位時間当たりに流せるスラリー量が増え、従来技術と比べて効率の良い磁選が可能になる。
【００３４】
このとき、低磁化粒子および液体成分の一部が、回転式ドラムの表面に沿って回収部まで移動して、高磁化粒子とともに回収されることがある。磁選により分離および回収された回収物に含まれるＦｅ濃度を高めるためには、分離および回収される高磁化粒子および金属鉄の量をより多くし、一方で上記回収される低磁化粒子および液体成分の量をより少なくするように、高磁化粒子と低磁化粒子とを選別することが望ましい。
【００３５】
（ステップＳ１４０）
そのため、本実施形態では、上記スラリーが接触した回転式ドラムの上記表面に液体を吹き付けて、回転式ドラムの表面に沿って移動する液体成分および低Ｆｅ濃度スラグを高磁化粒子および金属鉄から分離し、かつ、前記製鋼スラグを磁化の高さに応じて選別する。
【００３６】
次に、図２を用いて、従来の磁選装置１００を用いてスラリーを磁選する様子を説明する。図２は、従来の磁選装置１００の回転式ドラムの回転方向Ｘに沿った模式断面図である。
【００３７】
スラリーは、スラリー供給部１１０からスラリータンク１２０に供給されて、スラリータンク１２０において回転式ドラム１３０の表面に接触する。このとき、スラリーに含まれる高磁化粒子１８０は、磁石１４０によって形成された磁場によって回転式ドラム１３０の表面に捕捉されて、回転式ドラム１３０の回転方向に移動され、その後、高磁化粒子とドラム表面の間に存在する水の濡れ性に起因する付着力によりドラム表面に付着して回転式ドラムの表面に沿って回収部１６０まで移動する。なお、高磁化粒子には金属鉄も含まれる。
【００３８】
このとき、スラリーに含まれる液体成分１９０は、その一部がスラリー排出部１５０から排出されるものの、別の一部は高磁化粒子１８０とともに回転式ドラム１３０の表面に沿って移動して回収部１６０に回収される。
【００３９】
これは、液体成分１９０は、スラグ粒子から溶出したＣａを含み、回転式ドラム１３０の表面および高磁化粒子１８０に対して高い濡れ性を有するためだと考えられる。つまり、液体成分１９０は、回転式ドラム１３０の表面に対する濡れ性が高いため、回転式ドラム１３０の表面から離脱しにくく、回転式ドラム１３０の外周に沿って移動して、その一部が回収部１６０にまで到達すると考えられる。また、液体成分１９０は、高磁化粒子１８０に対する濡れ性も高いため、回転式ドラム１３０の表面に捕捉された高磁化粒子１８０にも付随して回転式ドラム１３０の外周に沿って移動して、その一部が回収部１６０にまで到達すると考えられる。
【００４０】
このようにして液体成分１９０が回収部１６０に到達すると、Ｆｅを多く含む高磁化粒子１８０の他に、液体成分１９０に懸濁した低磁化粒子も回収部１６０に回収されるため、回収物中のＦｅ濃度は所望の程度にまで高めにくい。また、回転式ドラム１３０の表面に沿って移動する液体成分１９０の、単位面積当りの量は、回転式ドラム１３０の周速の１／２乗に略比例して増える。しかし、回転式ドラムの表面に捕捉される単位面積当たりの高磁化粒子の量は回転式ドラムの周速に依存せず一定である。そのため、回転式ドラム１３０の周速が上がるほど、液体成分１９０の付随量が増え、回収物中のＦｅ濃度は低下すると考えられる。なお、高磁化粒子の捕捉量が回転式ドラムの周速に依存しないのは、高磁化粒子の捕捉量が主には回転式ドラムの表面の磁束密度に依存するためであると考えられる。つまり、一定量以上の高磁化粒子がドラム表面に付着すると、磁気遮蔽効果により表面の磁束密度が小さくなり、それ以上の高磁化粒子を捕捉できなくなる。そのため、周速を変化させても、高磁化粒子の捕捉量はさほど変化しない。
【００４１】
次に、本発明の製鋼スラグの磁選方法および製鋼スラグの磁選装置を用いると、回収物中のＦｅ濃度が高まる理由を以下に説明する。
【００４２】
図３Ａおよび図３Ｂは、本実施形態でスラリーを磁選するために用いる磁選装置２００の構成を示す、回転式ドラムの回転方向Ｘに沿った模式断面図である。
【００４３】
磁選装置２００は、磁石２４０が内部に固定されて配置された回転式ドラム２３０、ならびに、回転式ドラム２３０の外周に沿って回転式ドラム２３０の回転方向（図中矢印Ｘ方向）にこの順に配置されたスラリー供給部２１０、スラリータンク２２０、スラリー排出部２５０および回収部２６０を有する。
【００４４】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、磁選装置２００は、スラリー供給部２１０からスラリーを噴出させる。スラリーを噴出するとスラリー流れの方向がドラム周方向に変わるが、このとき、スラリー中のスラグ粒子は慣性力によりドラムへ向かって直進する。これにより、より多くのスラグ粒子が磁場を形成されたドラム表面に到達するようになる。また、スラグ粒子がドラムへ向かって直進するため、スラリー流路を拡大しても磁場を形成されたドラム表面に到達するようになる。スラリーの噴出速度(流速)は１０ｍ／分以上５,０００ｍ／分以下であることが好ましく、１００ｍ／分以上３,０００ｍ／分以下であることがより好ましい。スラリー流路は１ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００４５】
また、磁選装置２００は、スラリー排出部２５０と回収部２６０との間に配置された、液体吹付部２７０を有し、回転式ドラム２３０の表面に液体吹付部２７０から液体を吹き付ける。図４は、磁選装置２００を用いてスラリーを磁選する様子を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図である。本実施形態の磁選方法では、図４に示すように、回転式ドラム２３０の表面に捕捉されない液体成分２９０および非磁着物を、液体吹付部２７０からの液体の吹き付けによって回転式ドラム２３０の表面から除去するとともに、ドラムに磁着した磁着物を洗い流す。洗い流された磁着物のうち、高磁化粒子は液体の流速の低い部分で再度磁着する。これにより、高磁化粒子２８０は、液体成分２９０および液体成分２９０に懸濁した低磁化粒子からより高精度に選別されて分離および回収される。そのため、磁選装置２００を用いる本実施形態の磁選方法は、回収物中のＦｅ濃度をより高めることが可能である。
【００４６】
スラリー供給部２１０は、スラリータンク２２０にスラリーを供給するための噴射装置である。
【００４７】
スラリータンク２２０は、供給されたスラリーを保持し、保持されたスラリーを回転式ドラム２３０の表面に接触させて、磁石２４０が形成する磁場によってスラリー中の高磁化粒子を回転式ドラム２３０の表面に捕捉させるためのタンクである。スラリータンク２２０は、図３Ａに示すようにスラリー供給部２１０から供給されたスラリーをスラリー排出部２５０まで流動させる流路であってもよいし、供給されたスラリーを一時的に貯留する貯留槽であってもよい。ドラムに捕捉された粒子中の表面近くの不要な低磁化粒子は、スラリータンクを流れるスラリーの流体抗力により取り除かれる。
【００４８】
スラリータンクにおける、スラリーが流動しているときのスラリーの流速は、回転ドラムの周速と同じでもよく、回転ドラムの周速より速くてもよく、回転ドラムの周速より遅くてもよい。低磁化粒子の除去効率をより高める観点からは、スラリーの流速と回転ドラムの周速との差は、５ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
【００４９】
また、磁選を行っている間、スラリータンク２２０には所定量のスラリーが貯留されていることが好ましい。これにより、回転式ドラム２３０とスラリーとの接触面積を広くして、スラグ回収効率を高めることができる。このときのスラリーの貯留量は多ければ多いほどよく、スラリータンク２２０へのスラリーの最大貯留量に対して３０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましく、７０％以上であることがさらに好ましく、９０％以上であることが特に好ましい。
【００５０】
回転式ドラム２３０は、表面が回転可能に構成された、回転式の中空ドラムである。回転式ドラム２３０は、内部に磁石２４０が非回転に固定配置される。
【００５１】
回転式ドラム２３０の表面は、非磁性の材料、たとえばオーステナイト相安定化オーステナイト系ステンレス鋼、チタン、プラスチックおよびセラミックなどからから形成されればよい。
【００５２】
表面に捕捉された高磁化粒子を回収部２６０まで移動させる観点からは、磁選中の回転式ドラム２３０の周速は、０．１ｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、１ｍ／ｍｉｎ以上５００ｍ／ｍｉｎ以下であることがより好ましく、５ｍ／ｍｉｎ以上３００ｍ／ｍｉｎ以下であることがさらに好ましい。
【００５３】
磁石２４０は、回転式ドラム２３０の内周に沿って、スラリータンク２２０が配置された領域と少なくとも部分的に重複する位置に固定して配置される。磁石２４０は、回転式ドラム２３０の表面に磁場を形成して、スラリーに含まれる高磁化粒子を回転式ドラム２３０の表面に捕捉する。磁石２４０は、固定されて配置されており、回転式ドラム２３０の表面が回転するときに、上記表面の回転に追随せず、回転式ドラム２３０の表面のうち、内部に磁石２４０が固定配置された領域に、磁場を形成する。
【００５４】
磁石２４０は、永久磁石でもよいし、電磁石でもよい。コストを低くし、かつ、磁場分布を制御しやすくする観点からは、永久磁石が好ましい。
【００５５】
高磁化粒子と低磁化粒子は、磁化の差はあるものの、いずれも磁化はするので、通常の磁選のように単に磁力をかけるだけでは選別はできない。磁石２４０は、回転式ドラム２３０の表面に高磁化粒子をより捕捉させやすくする観点から、回転式ドラム２３０の表面における垂直方向の磁束密度の最大値を５０Ｇ以上とする磁石であることが好ましく、１００Ｇ以上とする磁石であることがより好ましい。また、磁石２４０は、低磁化粒子を捕捉させにくくして回収物中のＦｅ濃度の低下を抑制する観点からは、回転式ドラム２３０の表面における垂直方向の磁束密度の最大値を４０００Ｇ以下とする磁石であることが好ましく、１５００Ｇ以下とする磁石であることがより好ましい。
【００５６】
磁石２４０は、複数の磁石を回転式ドラム２３０の内周に沿って配置することが好ましい。
【００５７】
このとき、上記複数の磁石は、上記液体が吹き付けられる領域における磁束密度の絶対値の最大値が、その他の領域よりも大きくなるように配置されることが好ましい。なお、上記気体が吹き付けられる領域とは、回転式ドラム２３０の表面のうち、液体による流れの中心の延長線上に位置する領域を意味する。
【００５８】
また、このとき、上記複数の磁石は、図５Ａおよび図５Ｂに示すよう回転式ドラム２３０の表面に、回転式ドラム２３０の回転方向に沿って異なる方向への磁場が交互に形成されるように配置されることが好ましい。なお、図５Ａは、磁石２４０の一部の領域を示す、回転式ドラムの回転方向に沿った模式断面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示した領域を磁石２４０の表面からみたときの様子を示す模式図である。具体的には、上記複数の磁石は、回転式ドラム２３０の表面にＮ極を向けて配置された磁石２４０ａと、回転式ドラム２３０の表面にＳ極を向けて配置された磁石２４０ｂと、を含むことが好ましい。上記Ｎ極を向けて配置された磁石２４０ａとＳ極を向けて配置された磁石２４０ｂとは、回転式ドラム２３０の回転方向に交互に配置されることが好ましい。このような配置とすることで、上記複数の磁石は、回転式ドラム２３０の表面に捕捉された高磁化粒子を磁場の方向の変化によって移動中に回転させて、高磁化粒子の近傍に紛れ込んだ低磁化粒子を脱離させ、回収物中のＦｅ濃度をより高めることができる。より詳細には、吹付けた液体により脱落した粒子は磁束密度の低い部分を経て、下方の磁束密度の高い複数の部分で再捕捉される。この間に不要な低磁化粒子が除去される。ドラムが回転するため、このような作用が連続的に生じ、高磁化粒子比率が大きくなり回収物のＦｅ濃度が高くなる。図５Ｃおよび図５Ｄに示すよう回転式ドラム２３０の表面に、回転式ドラム２３０の回転方向に直交する方向に沿って異なる方向への磁場が交互に形成されるように上記複数の磁石を配置したときよりも、図５Ａおよび図５Ｂに示すように上記複数の磁石を配置したときのほうが、上記効果は大きい。
【００５９】
また、このとき、吹き付けられる液体による高磁化粒子の脱離を抑制する観点からは、上記複数の磁石は、回転式ドラム２３０の表面において、垂直方向の磁束密度の絶対値が低い領域が少なくなるように配置されることが好ましい。具体的には、上記複数の磁石は、回転式ドラム２３０の表面において、垂直方向の磁束密度の絶対値が当該表面における最大値に対して５０％以上となる領域間の間隔（以下、単に「５０％磁束間隔」ともいう。）が５０ｍｍ以下となるように配置されることが好ましく、４０ｍｍ以下となるように配置されることがより好ましく、３０ｍｍ以下となるように配置されることがさらに好ましい。このような配置とすることで、ある領域に捕捉された高磁化粒子が上記液体の吹き付けなどにより高磁化粒子が移動させられたとしても、他の領域に捕捉されやすくなり、高磁化粒子の脱離が抑制される。
【００６０】
スラリー排出部２５０は、磁場によって回転式ドラム２３０の表面に捕捉されなかった低磁化粒子および液体成分を磁選装置２００の外部に排出するための流路である。スラリー排出部２５０は、図３Ａに示すようにスラリータンク２２０の末端に配置されてもよいし、図３Ｂに示すようにスラリータンク２２０の中間に配置されて、排出弁２５５によりスラリーの流量を調整してもよい。製鋼スラグと回転式ドラムの接触面積を増やすため、スラリータンク内で回転式ドラムの下部表面がスラリー中に浸かっている状態であることが好ましい。
【００６１】
回収部２６０は、回転式ドラム２３０の表面に捕捉されて回転式ドラム２３０の外周に沿って移動してきた高磁化粒子２８０を回収する。
【００６２】
液体吹付部２７０は、液体を噴出するノズル２７５を有し、ノズル２７５から噴出された液体を回転式ドラム２３０の表面に吹き付ける。これにより、図４に示すように、高磁化粒子２８０と液体成分２９０ならびに低磁化粒子とが分離され、液体成分２９０および液体成分２９０に懸濁した低磁化粒子は、除去されてスラリー排出部２５０から排出される。
【００６３】
液体吹付部２７０は、スラリータンク２２０と回収部２６０との回転方向Ｘに沿った中間、つまりは、スラリータンク２２０と回収部２６０との間において、回転式ドラム２３０の表面に上記液体を吹き付ける位置に配置されればよい。
【００６４】
なお、スラグ粒子は、Ｆｅ以外にもＭｎおよびＭｇなどを含有するため、高磁化粒子であっても、金属鉄などと比べて磁化が小さく、回転式ドラム２３０の表面から脱離しやすい。そのため、液体の吹き付けによる回転式ドラム２３０の表面からの高磁化粒子の脱離を抑制する観点からは、液体吹付部２７０は、回転式ドラム２３０の表面のうち、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、内側に磁石２４０が配置され、磁石２４０によって少なくとも一方の磁場が形成される領域に上記液体を吹き付ける位置に配置される。上記観点からは、液体吹付部２７０は、垂直方向の磁束密度の絶対値が回転式ドラム２３０の表面における垂直方向の磁束密度の絶対値の最大値に対して５０％以上である領域に上記液体を吹き付ける位置に配置されることが好ましい。また、液体吹付部２７０を図６Ｄに示す、磁石２４０による磁場が形成された領域から外れた領域に上記液体を吹き付ける位置に配置することは、回転式ドラム２３０の表面からの高磁化粒子の脱離を促進するため好ましくない。
【００６５】
また、回転式ドラム２３０の表面に沿っての移動の途中で、液体成分のほぼ全てが、重力などにより回転式ドラム２３０の表面から除去されるような場合は、液体吹付部２７０は、液体成分が回転式ドラム２３０の表面に存在する領域に上記液体を吹き付ける位置に配置されることが好ましい。このような領域に液体を吹き付けることで、低磁化粒子の除去効率がより高まる。このような領域で上記液体成分に対して気体を吹き付けると、流体抗力によって低磁化粒子の除去効率が高くなる。
【００６６】
また、液体の吹付けを行った場合、液体が吹き付けられる位置では水流れにより磁着物が一度脱落する。磁着物のうち、高磁化粒子は流れの勢いの弱い箇所で再度磁着するが、低磁化粒子は回収されることなく流れ去る。この作用により回収部２６０に到達して回収される回収物のうちの高磁化粒子の比率が大きくなり、回収物のＦｅ濃度が高くなる。粒子の回収率を高めるためには、液体吹付けノズル２７５の形状、ならびに液体の吹付け方式は図７Ａに示す、シャワー方式のような、ドラム表面巾方向に不連続に吹き付けを行うことが好ましい。不連続に吹き付けを行うことにより流れの勢いの弱い場所が増え、高磁化粒子が流れの弱い場所に集中し、粒子回収率が高まる。シャワー方式は、液体吹付けノズル２７５の形状、ならびに液体の吹付け方式が図７Ｂに示すスプレー方式のようなドラム表面巾方向に連続に吹き付けを行う方式に比べて、ドラム表面に流れの勢いの弱い部分が発生しやすく、高磁化粒子の再磁着も起こりやすくなり、結果、粒子回収率を高めることができるため好ましい。
【００６７】
また、液体吹付部２７０は、図８Ａに示すように、液体が吹き付けられる位置における回転式ドラム２３０の接線（図中破線Ｌ）に対して傾斜した方向（図８Ａ中に、ｄ１〜ｄ３として例示）から上記気体を吹き付ける位置に配置されることが好ましい（図８Ａ中に、液体吹付部２７０ａ、２７０ｂおよび２７０ｃとして例示）。なお、本明細書において、気体が吹き付けられる位置における回転式ドラム２３０の接線とは、回転式ドラムの回転方向に沿った断面図における、気体が吹き付けられる位置における回転式ドラム２３０の接線を意味する。
【００６８】
上記傾斜の角度θは、図８Ｂに示すように、回転式ドラム２３０の接線Ｌに対する角度が９０°以下となるように測定した角度（図８Ｂにおけるθ１またはθ２）とする。上記角度θを設けると、吹き付けられた気体により高磁化粒子が回転式ドラム２３０の表面に押し付けられるため、液体の吹き付けによる高磁化粒子の脱離、特には磁場の向きが反転する領域間の中間で磁束密度が部分的に弱まっている領域などでの高磁化粒子の脱離、をより抑制することができる。なお、このとき、回転式ドラム２３０の表面に捕捉されない低磁化成分は、上記流体抗力などにより、液体成分とともに回転式ドラム２３０の表面から脱離される。
【００６９】
なお、液体吹付部２７０は、回転式ドラム２３０の接線に対して回収部２６０側から上記液体を吹き付ける位置に配置されてもよい（図８Ａの液体吹付部２７０ａ）し、回転式ドラム２３０の接線に対して垂直に上記気体を吹き付ける位置に配置されてもよい（図８Ａの液体吹付部２７０ｂ）し、スラリータンク２２０側から上記液体を吹き付ける位置に配置されてもよい（図８Ａの液体吹付部２７０ｃ）。
【００７０】
回転式ドラム２３０の接線に対して回収部２６０側または回転式ドラム２３０の接線に対して垂直方向（図８Ａおよび図８Ｂにおけるｄ１およびｄ２）から液体を吹き付けるとき、角度θ１を設けて上記液体を吹き付けると、液流れによる高磁化粒子の脱離、および脱離した高磁化粒子が液体成分に混入して液体成分とともに分離されることによるＦｅの回収効率の低下、が生じにくくなり、かつ、スラリーに含まれる液体成分の飛散による周囲の汚染が生じにくくなる。
【００７１】
回転式ドラム２３０の接線に対してスラリータンク２２０側から、または回転式ドラム２３０の接線に対して垂直方向（図８Ａにおけるｄ２およびｄ３）から、液体を吹き付けるとき、上記角度θ２を設けて上記液体を吹き付けると、回転式ドラム２３０の回転方向への気体の量を必要以上に増やさないため、液流れによる高磁化粒子の脱離、液体成分および低磁化粒子が吹き付けられる液体によって回収部２６０側に移動して回収されることによる回収物中のＦｅ濃度の低下、およびスラリーに含まれる液体成分の飛散による周囲の汚染が生じにくくなる。
【００７２】
上記観点から、上記角度θ１またはθ２は、いずれも、接線に対して４０°以上９０°以下であることが好ましく、５５°以上９０°以下であることがより好ましく、７０°以上９０°以下であることがさらに好ましい。
【００７３】
また、上記液体の吹き付けによる高磁化粒子と液体成分の分離の促進、および高磁化粒子の脱離の抑制の観点からは、液体吹付部２７０は、流速が、０．４ｍ／ｓ以上４ｍ／ｓ以下である上記気体を吹き付けることが好ましく、０．７ｍ／ｓ以上３．５ｍ／ｓ以下である上記気体を吹き付けることがより好ましい。
【００７４】
また、上記液体の吹き付けによる高磁化粒子と液体成分の分離の促進、および高磁化粒子の脱離の抑制の観点からは、液体吹付部２７０は、吹き付け量が０．５ｌ／ｓ・ｍ以上５．５ｌ／ｓ・ｍ以下である上記気体を吹き付けることが好ましく、１．０ｌ／ｓ・ｍ以上５．０ｌ／ｓ・ｍ以下である上記気体を吹き付けることがより好ましい。
【００７５】
上記液体の流速および量は、回転式ドラムの表面に吹き付けられるときの流速および量であるが、上記液体を吹き出すノズルと、上記液体が吹き付けられる表面との間隔が十分に近いとき（たとえば、１０ｍｍ以下であるとき）は、ノズル出口における上記気体の流速およびノズル出口から出射される上記液体の量を、回転式ドラムの表面に吹き付けられる液体の流速および量であると略見なすことができる。
【００７６】
上記吹き付ける液体は特に限定されず、水、ガソリン、アセトンやエタノールなどの有機溶媒などを使用することができる。これらの気体のうち、磁選のコストをより低くする観点からは、水が好ましい。また、スラリーに溶出したＣａと気体に含まれる二酸化炭素との反応により生成れる炭酸カルシウムがバインダーとして作用して低磁化粒子を高磁化粒子と凝集させ、上記凝集した低磁化粒子が回収されることによる、回収物中のＦｅ濃度の低下を抑制する観点からは、上記液体は二酸化炭素の濃度が５体積％未満であることが好ましい。また、窒素酸化物および硫黄酸化物などとスラリーとの反応を抑制する観点からは、上記液体は窒素酸化物および硫黄酸化物の濃度がいずれも０．１体積％未満であることが好ましい。
【００７７】
また、上記角度範囲内であれば、図９Ａおよび図９Ｂに示すよう液体の吹付けに加え、更に回収物濃度を高めるため、気体吹付部３００から気体の吹付けを行っても良い。図９Ａに示すよう、液体の吹付けを行い低磁化粒子を洗い流した後に気体を吹きつけることは、高磁化粒子に付着している、低濃度粒子が多少混合した液体を吹き飛ばすことが可能になり、更にＦｅ濃度が向上するため好ましい。液体を吹き付けた後に気体を吹き付けることは、図９Ｂに示すよう、気体の吹付けを行ってから液体の吹付けを行うときに比べて、高磁化粒子に付着している、低濃度粒子が多少混合した液体を吹き飛ばしやすく、Ｆｅ濃度が向上しやすいため好ましい。
【００７８】
また、上記気体の吹き付けによる高磁化粒子と液体成分の分離の促進、および高磁化粒子の脱離の抑制の観点からは、気体吹付部３００は、流速が、１０ｍ／ｓ以上３３０ｍ／ｓ以下である上記気体を吹き付けることが好ましく、２０ｍ／ｓ以上９０ｍ／ｓ以下である上記気体を吹き付けることがより好ましい。
【００７９】
また、上記気体の吹き付けによる高磁化粒子と液体成分の分離の促進、および高磁化粒子の脱離の抑制の観点からは、気体吹付部３００は、吹き付け量が５ｌ／ｓ・ｍ以上１６５ｌ／ｓ・ｍ以下である上記気体を吹き付けることが好ましく、１０ｌ／ｓ・ｍ以上４５ｌ／ｓ・ｍ以下である上記気体を吹き付けることがより好ましい。
【００８０】
上記気体の流速および量は、回転式ドラムの表面に吹き付けられるときの流速および量であるが、上記気体を吹き出すノズルと、上記気体が吹き付けられる表面との間隔が十分に近いとき（たとえば、１０ｍｍ以下であるとき）は、ノズル出口における上記気体の流速およびノズル出口から出射される上記気体の量を、回転式ドラムの表面に吹き付けられる気体の流速および量であると略見なすことができる。
【００８１】
上記吹き付ける気体は特に限定されず、空気（大気）、窒素、酸素、水素、水蒸気、およびフロンガスなどを使用することができる。これらの気体のうち、磁選のコストをより低くする観点からは、空気（大気）が好ましい。また、スラリーに溶出したＣａと気体に含まれる二酸化炭素との反応により生成される炭酸カルシウムがバインダーとして作用して低磁化粒子を高磁化粒子と凝集させ、上記凝集した低磁化粒子が回収されることによる、回収物中のＦｅ濃度の低下を抑制する観点からは、上記気体は二酸化炭素の濃度が５体積％未満であることが好ましい。また、窒素酸化物および硫黄酸化物などとスラリーとの反応を抑制する観点からは、上記気体は窒素酸化物および硫黄酸化物の濃度がいずれも０．１体積％未満であることが好ましい。
【００８２】
なお、回転式ドラムの表面を撥水性のウレタン樹脂またはフッ素樹脂などの樹脂で被覆しても、高磁化粒子に付随して回転式ドラムの外周に沿って移動する液体成分および非磁着物を除去することができないため、回収物中のＦｅ濃度を本実施形態ほど高めることはできない。また、上記撥水性の樹脂で被覆した回転式ドラムの表面に球状の水滴が形成されて、この水滴に高磁化粒子が取り込まれると、高磁化粒子が水滴と共に除去されてしまい、Ｆｅの回収効率が低下することがある。上記Ｆｅの回収効率の低下は、回転式ドラムの表面の磁力が弱い（磁束密度が低い）場合に特に生じやすい。
【００８３】
また、回転式ドラムの表面にロールを押し当てて液体成分および非磁着物を絞り落とそうとしても、除去しようとする液体成分および低磁化粒子が回転式ドラムの表面とロールの表面との間を通過してしまうため、回収物中のＦｅ濃度を本実施形態ほど高めることはできない。特に、通常高磁化粒子が磁着した後の表面は凹凸があるため、凹部の液体成分および低磁化粒子を効率よく除去することは困難である。さらには、液体成分および低磁化粒子の除去効率を維持するためには、ロールの表面に付着するスラグ粒子を除去するためのメンテナンスが必要であり、磁選の作業効率が低下する。
【００８４】
磁選によって鉄系化合物および金属鉄を取り除いた後の固体またはスラリー状の製鋼スラグは、鉄系酸化物および金属鉄をより十分に回収するため、再度上述の工程による磁選を行ってもよい。
【００８５】
磁選後のスラリー状の製鋼スラグは、必要に応じて公知の方法でＣａおよびＰなどを回収した後、セメント材料、道路用路盤材、土木用材料および肥料などに利用することができる。
【００８６】
また、磁選によって回収された回収物は、鉄系化合物および金属鉄などのＦｅを含む化合物を多く含むため、高炉や焼結の原料として再利用することができる。
【００８７】
以下、本発明について実施例を参照してより具体的に説明する。なお、これらの実施例は、本発明の範囲を以下に記載の具体的方法に限定するものではない。
【実施例】
【００８８】
表１に記載の成分（表１の数値は質量％）の製鋼スラグを用意した。なお、製鋼スラグに含まれる成分の種類およびその量は、化学分析法により測定した。
【００８９】
製鋼スラグは、７５０℃の大気中で６０分加熱して磁化を高めた後、粉砕した。粉砕は、乾式ボールミルで２００μｍ以下に粉砕後、湿式ボールミルで５０μｍ以下に粉砕した。
【００９０】
【表１】
2020049481.tif 000003
【００９１】
図４に示す構成の磁選装置を使用した。なお、ドラム内にはネオジウム系の永久磁石を、ドラムの回転方向Ｘに沿って、ＮとＳの磁極が変わるように配置した。なお、磁石は、ドラムの内側の、スラリー供給口から液体(気体)吹付部までに対応する部位に配置されていた。吹き付けられる水の流れの中心、ならびに気流の中心が、吹き付けられる領域の内側に配置された磁石による垂直方向の磁束密度が最大値となる位置の真上に来るようにした。
【００９２】
［実験１］
スラリー投入方法、ドラムの周速および吹き付けられた水の流速、スラリー流路と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を調査した。それらの条件を含め、実験条件は表２に示すとおりとした。なお、スラリー流路は容器とドラム間の距離とし、スラリー流速は、当該スラリー流路でスラリーを流した場合の計算値とした。
【００９３】
【表２】
2020049481.tif 000004
【００９４】
上記磁選装置への上記スラリーの供給を行った後、回収物の重量、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、回収物中のＦｅ量を測定した。加えて、回収効率の指標として、回収物の重量とスラリー供給開始から終了までに要した時間（磁選時間）から、１分あたりのスラグ回収重量を計算した。
【００９５】
ドラムの周速および吹き付けられた水の流速、スラリー流路幅と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を表３に示す。Ｆｅ濃度が３３％以上である物を合格レベルとした。
【００９６】
【表３】
2020049481.tif 000005
【００９７】
回転式ドラムに水を吹き付けると、吹き付けないとき（試験６）よりも回収物中のＦｅ濃度が高くなった。これは、ドラムに付着して回転移動する液体成分および低磁化粒子が除去され、高磁化粒子とともに回収される液体成分および低磁化粒子の量が減ったためである。
【００９８】
これに対し、回転式ドラムに水を吹付けると、ドラム周速が早くなっても、安定してＦｅ濃度が３３％以上となった。
【００９９】
容器側面からスラリーを噴射すると、スラリー流路を拡大して１分あたりのスラグ回収重量を増加させたときのスラグ回収重量が、容器沿いにスラリー投入したとき（試験５）よりも高くなっていた。これは、容器側面からスラリーを噴射する方法（図４）は、容器側面からスラリーを投入する方法と異なり、ドラム近傍へ向かうスラリー流れができて、磁束密度が高いドラム近傍を通過する粒子量が増加したためである。
【０１００】
［実験２］
スラリータンク内のスラリー量と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を調査した。実験条件は、表４に示すように変更し、排出弁を操作することで、実験中のタンク内のスラリー貯蔵量に変化をつけた。
【０１０１】
【表４】
2020049481.tif 000006
【０１０２】
上記磁選装置への上記スラリーの供給を所定時間連続して行った後、回収物の重量、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、回収物中のＦｅ量を測定した。加えて、回収物の重量と磁選時間から、１分あたりのスラグ回収重量を計算した。
【０１０３】
スラリータンク中のスラリー貯蔵量と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を表５に示す。Ｆｅ濃度が３３％以である物を合格レベルとした。
【０１０４】
【表５】
2020049481.tif 000007
【０１０５】
排出弁の開度が低くなるほど、１分あたりのスラグ回収重量が高くなった。これは、排出弁の開度が低くなってスラリータンク中のスラリー量が多くなるほど、回転式ドラムとスラリーとの接触面積が広くなるためである。
【０１０６】
［実験３］
磁石の配置方法と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を調査した。実験条件は、表６に示すように変更した。
【０１０７】
【表６】
2020049481.tif 000008
【０１０８】
上記磁選装置への上記スラリーの供給を所定時間連続して行った後、回収物の重量、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、回収物中のＦｅ量を測定した。加えて、回収物の重量と磁選時間から、１分あたりのスラグ回収重量を計算した。
【０１０９】
磁石の配置方法と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を表７に示す。Ｆｅ濃度が３３％以上である物を合格レベルとした。
【０１１０】
【表７】
2020049481.tif 000009
【０１１１】
回転式ドラムの周方向に周方向に磁場を交互に形成すると、１分あたりのスラグ回収重量がより高くなった。これは、回転式ドラムの表面に捕捉された高磁化粒子を磁場の方向の変化によって移動中に回転させて、高磁化粒子の近傍に紛れ込んだ低磁化粒子を脱離させたためである。
【０１１２】
［実験４］
ドラム表面における磁石間の垂直方向の磁束密度の絶対値が、それぞれの磁石により形成される垂直方向の磁束密度の絶対値の最大値に対して、常に５０％以上となるよう磁石間の間隔を変更した場合の、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との変化を調査した。実験条件は、表８に示すように変更した。磁束密度はドラム表面に磁力計を当てることで測定した。
【０１１３】
【表８】
2020049481.tif 000010
【０１１４】
上記磁選装置への上記スラリーの供給を所定時間連続して行った後、回収物の重量、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、回収物中のＦｅ量を測定した。加えて、回収物の重量と磁選時間から、１分あたりのスラグ回収重量を計算した。
【０１１５】
磁石間隔と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を表９に示す。Ｆｅ濃度が３３％以上である物を合格レベルとした。
【０１１６】
【表９】
2020049481.tif 000011
【０１１７】
垂直方向の磁束密度の大きさが５０％以上となる磁石間隔が５０ｍｍ以下であると、水の吹き付けによる磁着物の移動は生じなかった。
【０１１８】
［実験５］
水吹付けを行う場所の磁場と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を調査した。実験条件は、表１０に示すように変更した。
【０１１９】
【表１０】
2020049481.tif 000012
【０１２０】
上記磁選装置への上記スラリーの供給を所定時間連続して行った後、回収物の重量、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、回収物中のＦｅ量を測定した。加えて、回収物の重量と磁選時間から、１分あたりのスラグ回収重量を計算した。
【０１２１】
水吹付けを行う場所の磁場と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を表１１に示す。Ｆｅ濃度が３３％以上である物を合格レベルとした。
【０１２２】
【表１１】
2020049481.tif 000013
【０１２３】
水を吹付ける部分に磁場がない場合、磁着物が洗い流されたため回収できなかった。一方、磁場がある部分に水の吹き付けを行った場合、Ｆｅ濃度が高い回収物が安定して得られた。
【０１２４】
［実験６］
ノズル形状と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を調査した。実験条件は、表１２に示すように変更した。
【０１２５】
【表１２】
2020049481.tif 000014
【０１２６】
上記磁選装置への上記スラリーの供給を所定時間連続して行った後、回収物の重量、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、回収物中のＦｅ量を測定した。加えて、回収物の重量と磁選時間から、１分あたりのスラグ回収重量を計算した。
【０１２７】
ノズル形状と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を表１３に示す。Ｆｅ濃度が３３％以上である物を合格レベルとした。
【０１２８】
【表１３】
2020049481.tif 000015
【０１２９】
ノズル形状がシャワー状、スプレー状のいずれであっても、水を吹付けた部位からは磁着物が脱落したことを確認した。ノズル形状をシャワーとした場合は、脱落した磁着物が水の当っていない箇所に移動し、再磁着したことを確認した。
【０１３０】
［実験７］
水を吹付ける角度と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を調査した。実験条件は、表１４に示すように変更した。
【０１３１】
【表１４】
2020049481.tif 000016
【０１３２】
上記磁選装置への上記スラリーの供給を所定時間連続して行った後、回収物の重量、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、回収物中のＦｅ量を測定した。加えて、回収物の重量と磁選時間から、１分あたりのスラグ回収重量を計算した。
【０１３３】
水吹付けを行う場所の磁場と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を表１５に示す。Ｆｅ濃度が３３％以上である物を合格レベルとした。
【０１３４】
なお、表１５において、水吹付角度が正の値であるときは、回転式ドラムの回収部２６０側から、回転式ドラムの接線に対して記載の角度を設けて水を吹き付けたこと、水吹付角度が負の値であるときは、回転式ドラムのスラリータンク２２０側から、回転式ドラムの接線に対して記載の角度を設けて水を吹き付けたこと、をそれぞれ示す。
【０１３５】
【表１５】
2020049481.tif 000017
【０１３６】
特に、回転式のドラムに対して９０°付近の角度で水を吹付けると、吹き付けによる衝撃を無駄なくドラムに伝えられ低品位磁着物が効率よく除去され、かつ磁着物と水との接触時間が短くなり脱落する高品位磁着物が少なくなった。
【０１３７】
［実験８］
水と空気を吹付けた場合の、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との変化を調査した。実験条件は、表１６に示すように変更した。
【０１３８】
【表１６】
2020049481.tif 000018
【０１３９】
上記磁選装置への上記スラリーの供給を所定時間連続して行った後、回収物の重量、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、回収物中のＦｅ量を測定した。加えて、回収物の重量と磁選時間から、１分あたりのスラグ回収重量を計算した。
【０１４０】
水吹付け、空気吹付けの条件の磁場と、磁選回収物のＦｅ濃度、１分あたりのスラグ回収重量との関係を表１７に示す。Ｆｅ濃度が３３％以上である物を合格レベルとした。
【０１４１】
【表１７】
2020049481.tif 000019
【０１４２】
回転式ドラムに水を吹きつけた場合、空気のみを吹付けた場合よりも回収物中のＦｅ濃度が高くなった。水を吹付けてから空気を吹付けた場合、水のみを吹付けた場合よりも更に回収物中のＦｅ濃度が高くなった。特に、水を吹付けてから空気を吹付けた場合、空気を吹付けてから水を吹付けた場合よりも１分あたりのスラグ回収重量が高くなった。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明は、磁選により製鋼スラグからより高濃度のＦｅを回収することができるため、製鉄におけるＦｅ資源の回収方法として有用である。
【符号の説明】
【０１４４】
１００、２００  磁選装置
１１０、２１０  スラリー供給部
１２０、２２０  スラリータンク
１３０、２３０  回転式ドラム
１４０、２４０  磁石
１５０、２５０  スラリー排出部
１６０、２６０  回収部
１８０、２８０  高磁化粒子
１９０、２９０  液体成分
２４０ａ  回転式ドラムの表面にＮ極を向けて配置された磁石
２４０ｂ  回転式ドラムの表面にＳ極を向けて配置された磁石
２５５  排出弁
２７０、２７０ａ、２７０ｂ、２７０ｃ  液体吹付部
２７５  液体吹付けノズル
３００  気体吹付部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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