(57)【要約】【課題】本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、塩素が低減された高品質の亜鉛を酸化亜鉛含有のダストから効率よく回収する亜鉛回収装置を提供することを目的とする。【解決手段】ダストＤ及び還元剤を受け入れ、還元雰囲気で加熱処理して亜鉛を気化させる炉本体７と、炉本体７から排出される亜鉛含有の排ガスＧを脱塩剤に接触させ、排ガス中の塩素を除去する二次燃焼室９と、二次燃焼室９によって塩素が除去された排ガスＧを冷却し、気体状の亜鉛を固体化して回収する亜鉛回収部２７と、を備える。この構成によれば、脱塩剤Ｅを排ガスＧに接触させて塩素を除去するので、湿式にて塩素を除去していた従来にシステムに比べてシンプルな構成を実現でき、効率よく亜鉛を回収できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛含有のダストから亜鉛を回収する亜鉛回収装置において、
前記ダスト及び還元剤を受け入れ、還元雰囲気で加熱処理して亜鉛を気化させる加熱炉と、
前記加熱炉から排出される亜鉛含有の排ガスを脱塩剤に接触させ、前記排ガス中の塩素を除去する脱塩部と、
前記脱塩部によって塩素が除去された排ガスを冷却し、気体状の亜鉛を固体化して回収する亜鉛回収部と、
を備えることを特徴とする亜鉛回収装置。
【請求項２】
前記還元剤は、廃プラスチックであることを特徴とする請求項１記載の亜鉛回収装置。
【請求項３】
前記脱塩部は、前記排ガスの上昇流に対向して前記脱塩剤を降下させる請求項１または２記載の亜鉛回収装置。
【請求項４】
前記加熱炉は、加熱源としてプラズマトーチを利用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の亜鉛回収装置。
【請求項５】
前記脱塩剤は、鉄化合物−炭素複合体、酸化カルシウム−炭素複合体及び鉄化合物−カルシウム化合物−炭素複合体の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の亜鉛回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉ダストなどの酸化亜鉛含有のダストから亜鉛を回収する亜鉛回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気炉ダストなどの酸化亜鉛含有のダストから亜鉛を回収する方法が従来から知られている。電気炉ダストは、通常、鉄の他に亜鉛や鉛などを酸化物の状態で含んでいる。亜鉛の回収は、電気炉ダスト中の酸化亜鉛を還元雰囲気で加熱処理し、金属亜鉛とすることで行われる。ここで、電気炉ダスト中には、ＮａＣｌやＫＣｌなどの塩化物も含まれているため、高品質の亜鉛を回収するためには、これらの塩化物を除去する必要がある。塩化物を除去して高品質の亜鉛を回収するシステムとして、例えば、特許文献１に記載のシステムがある。このシステムは、湿式にて塩素を除去するシステムであり、電気炉ダストを水洗いすることによって塩化物を除去する。その後、塩素が除去されたダストを還元剤と混合して造粒し、造粒物中の亜鉛酸化物を還元雰囲気で加熱処理し、金属亜鉛として回収する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９４４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のシステムでは、塩素成分を除去するための水洗工程が必要であり、特に、塩素が溶解した水洗水を除去する必要があるため、大規模な処理施設が必要である。さらに、複雑且つ複数の工程が必要となるため、プロセスが複雑化してしまい、効率的な亜鉛回収は難しかった。
【０００５】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、塩素が低減された高品質の亜鉛を酸化亜鉛含有のダストから効率よく回収する亜鉛回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、酸化亜鉛含有のダストから亜鉛を回収する亜鉛回収装置において、ダスト及び還元剤を受け入れ、還元雰囲気で加熱処理して亜鉛を気化させる加熱炉と、加熱炉から排出される亜鉛含有の排ガスを脱塩剤に接触させ、排ガス中の塩素を除去する脱塩部と、脱塩部によって塩素が除去された排ガスを冷却し、気体状の亜鉛を固体化して回収する亜鉛回収部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、ダストと還元剤とが加熱炉に受け入れられ、還元雰囲気で加熱処理される。ダスト中の酸化亜鉛は加熱炉内で還元され、さらに亜鉛は気化して排ガスと一緒に排出される。排ガス中には、塩化物として塩素も含まれているが、この塩素は、排ガスが脱塩剤に接触することで除去され、塩素が除去された排ガスを冷却することで亜鉛を固体化させることができ、固体状の亜鉛を回収することで高品質の亜鉛回収を実現できる。さらに、本発明によれば、脱塩剤を排ガスに接触させて塩素を除去するので、湿式にて塩素を除去していた従来にシステムに比べてシンプルな構成を実現でき、効率よく亜鉛を回収できるようになる。
【０００８】
さらに、上記の還元剤は、廃プラスチックであると好適である。廃プラスチックの主な成分は炭素と水素とからなり、還元剤として有効利用可能であるが、塩素分も含むため従来のシステムにおいて利用することは困難である。しかしながら、本発明では、加熱炉から排出された排ガス中の塩素を脱塩部で除去できるため、廃プラスチックを還元剤として有効利用できる。その結果、資源の有効活用が可能になる。
【０００９】
さらに、脱塩部は、排ガスの上昇流に対向して脱塩剤を降下させると好適である。この構成によれば、排ガスと脱塩剤とが対向流を形成するために排ガスと脱塩剤との接触効率は向上し、塩素の効率的な除去が可能になる。
【００１０】
さらに、加熱炉は、加熱源としてプラズマトーチを利用すると好適である。プラズマトーチを利用することで、通常の燃料燃焼バーナに比べて排ガス量を低減でき、亜鉛の効率的な回収に有効である。
【００１１】
さらに、脱塩剤は、鉄化合物−炭素複合体、酸化カルシウム−炭素複合体及び鉄化合物−カルシウム化合物−炭素複合体の少なくとも一つであると好適である。これらの脱塩剤によれば、排ガス中の塩素を効率よく除去することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、塩素が低減された高品質の亜鉛を酸化亜鉛含有のダストから効率よく回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る亜鉛回収装置を模式的に示す説明図である。
【図２】キルン回転炉の断面を概略的に示す図である。
【図３】亜鉛（Ｚｎ）の融点、沸点及び蒸気圧の関係を示すグラフである。
【図４】塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）の生成エネルギーを示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る亜鉛回収装置を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る亜鉛回収装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る亜鉛回収装置を模式的に示す説明図であり、図２は、キルン回転炉の断面を概略的に示す図である。
【００１５】
亜鉛回収装置１Ａは、例えば、電気炉などに併設される。電気炉から排出されたダスト（「電気炉ダスト」、「煤塵」ともいう）Ｄには、通常、鉄、亜鉛及び鉛などが酸化物の状態で含まれている。亜鉛回収装置１Ａは、酸化亜鉛含有のダストＤから亜鉛を回収する。
【００１６】
図１に示されるように、亜鉛回収装置１Ａは、ダストＤを還元雰囲気で加熱処理し、酸化亜鉛を亜鉛とし、さらに亜鉛を気化させるキルン回転炉（「ロータリーキルン」ともいう）３を備えている。
【００１７】
キルン回転炉３は、縦型キルンもあるが、本実施形態では横型キルンを採用している。キルン回転炉３は、酸化亜鉛含有のダストＤと還元剤としての廃プラスチックとを加熱処理する円筒形状の炉本体（加熱炉）７と、ダストＤと廃プラスチックと受け入れ、定量ずつを炉本体７に供給する定量供給装置５と、炉本体７から排出される亜鉛含有飛灰を含む排ガスを二次燃焼する二次燃焼室（「二次燃焼塔」ともいう）９とを備えている。
【００１８】
図２に示されるように、炉本体７の外周には歯車が設けられ、炉本体７は図示しないモータによって軸線Ｌ回りに回転する。炉本体７は、ダストＤと廃プラスチックとの混合物を受入れ側Ｕｓから排出側Ｄｓへ移動させることができるように、受入れ側Ｕｓから排出側Ｄｓに向けて下方に傾斜されている。炉本体７と二次燃焼室９とは、炉本体７が回転可能に且つ接合部の気密が保持されるように接合されている。混合物を還元雰囲気で加熱処理した後には、鉄原料を含む回収ダストＤｒが残り、回収ダストＤｒと排ガスＧとは、炉本体７の排出口７ａから二次燃焼室９に導入され、回収ダストＤｒは落下し、排ガスＧは上昇する。亜鉛含有飛灰を含む排ガスＧは、二次燃焼室９で二次燃焼される。
【００１９】
炉本体７の受入れ側Ｕｓの端面であるフロントウォール７ｂには、定量供給装置５に連結される受入口が形成されている。また、フロントウォール７ｂには、加熱源としてのプラズマトーチ１１が貫通して取り付けられている。
【００２０】
プラズマトーチ１１は、例えば、非移行型の直流プラズマトーチであり、筒状の筐体（シュラウド）の内部には中空円筒状の陽極部と陰極部とが配置されており、陽極部と陰極部との間でアークが発生する。陽極部と陰極部との間には、空気、アルゴンまたは窒素などのプラズマガスが供給され、プラズマジェットを発生させて炉本体７内を加熱する。プラズマトーチ１１には、プラズマガスをプラズマトーチ１１に供給するガス供給装置１３と、所定の電位をプラズマトーチ１１にかける電源装置１５とが接続されている。プラズマトーチ１１を加熱源として利用することで、燃料燃焼バーナに比べて炉本体７内の排ガス量を低減できる。
【００２１】
定量供給装置５は、フロントウォール７ｂの受入口に接続されたシリンダ部５ａと、シリンダ部５ａ内を往復動する押出部５ｂと、押出部５ｂの往復動を駆動制御する供給器５ｃと、シリンダ部５ａ内に連通するホッパ５ｄとを備えている。ホッパ５ｄには、電気炉から排出されたダストＤと廃プラスチックとが投入される。ホッパ５ｄ内に堆積するダストＤと廃プラスチックとは、シリンダ部５ａ内に落下し、押出部５ｂの往復動によって定量ずつが炉本体７内に供給される。定量供給装置５は、スクリューコンベヤなどによってダストＤと廃プラスチックとを攪拌混合しながら炉本体７内に供給する装置であってもよい。なお、ダストＤと廃プラスチックとを炉本体７へ供給する供給部は、別々の独立した装置であってもよい。
【００２２】
炉本体７内へ供給されたダストＤと廃プラスチックとは、供給当初からプラズマトーチ１１によって加熱される。廃プラスチックの主成分は炭素と水素とからなり、炉本体７内で還元剤として機能させることができる。ダストＤは、炉本体７内において、攪拌されながら６００℃〜９００℃程度まで加熱され、受入れ側Ｕｓから排出側Ｄｓに移動する。移動する過程でダストＤ中の酸化亜鉛は還元されて金属亜鉛となる。さらに、図３に示されるように、亜鉛の沸点は、６００℃よりも低いため、６００℃〜９００℃程度までダストＤを加熱すると亜鉛は蒸気化して気化し、排ガスＧ中の飛灰と一緒に排出口７ａから排出される。一方で、ダストＤ中の鉄などは気化せず、回収ダストＤｒとして排出口７ａから排出される。
【００２３】
炉本体７の排出側には、二次燃焼室９が併設されている。二次燃焼室９は鉛直方向に沿って立設された縦長の塔であり、上下方向の中央付近には、排ガスＧを二次燃焼させるためのプラズマトーチ１７が取り付けられている。プラズマトーチ１７の構成は、炉本体７に取り付けられた前述のプラズマトーチ１１と同様であるため、詳細説明は省略する。
【００２４】
二次燃焼室９の上端近傍の壁には、脱塩剤Ｅの供給口９ａが設けられており、この供給口９ａは、脱塩剤供給装置１９に接続されている。脱塩剤供給装置１９から粉体状の脱塩剤Ｅが二次燃焼室９内に送り込まれる。脱塩剤Ｅは、二次燃焼室９の供給口９ａから落下（降下）し、上昇する排ガスＧと対向流にて接触する。脱塩剤Ｅは、排ガスＧと接触することで、排ガスＧ中に含まれる塩素分を取り込み、排ガスＧから塩素を除去する。本実施形態に係る二次燃焼室９は、脱塩部に相当する。
【００２５】
脱塩剤Ｅとしては、例えば、鉄化合物−炭素複合体、酸化カルシウム−炭素複合体及び鉄化合物−カルシウム化合物−炭素複合体の少なくとも一つからなる脱塩剤Ｅを利用すると好適である。ここで、鉄化合物−炭素複合体は、酸化鉄及び金属鉄の少なくとも一方を含む鉄化合物と炭素とからなり、酸化カルシウム−炭素複合体は酸化カルシウムと炭素とからなり、鉄化合物−カルシウム化合物−炭素複合体は、酸化鉄及び金属鉄の少なくとも一方を含む鉄化合物、酸化カルシウム及び炭素からなる。これらの脱塩剤Ｅによれば、排ガスＧ中の塩素を効率よく除去することができる。
【００２６】
また、脱塩剤Ｅとしては、カルシウム系脱塩剤（例えば、消石灰：Ｃａ（ＯＨ）２）やマグネシウム系脱塩剤を利用することもできる。これらの脱塩剤Ｅは、一般に低温の方が反応効率は良いといわれるが、逆に高温の方が反応速度は速くなると考えられる。従って、脱塩剤Ｅの選択は、二次燃焼室９内の温度に応じて適宜に選択する。
【００２７】
二次燃焼室９の底部には、落下した脱塩剤Ｅ及び飛灰と、炉本体７から排出された回収ダストＤｒとを分離するための二股式の第１排出口９ｂ及び第２排出口９ｃが設けられている。回収ダストＤｒの出口となる第１排出口９ｂは、炉本体７側に設けられ、脱塩剤Ｅや飛灰の出口となる第２排出口９ｃは、二次燃焼室９の傾斜した側面側に設けられている。回収ダストＤｒは、第１排出口９ｂを落下し、鉄原料回収装置２１によって回収される。一方、脱塩剤Ｅや飛灰は、第２排出口９ｃから排出される。二股式の第１，第２排出口９ｂ，９ｃを設けることで、脱塩剤Ｅと回収ダストＤｒとを、それぞれ分けて回収できる。
【００２８】
また、図１に示されるように、亜鉛回収装置１Ａは、排ガスＧを冷却して気体状の亜鉛を固体状に相転移させる減温塔２３と、固体化した亜鉛を含む飛灰を捕捉して回収するバグフィルタ２５とを備えている。減温塔２３及びバグフィルタ２５は亜鉛回収部２７を構成する。
【００２９】
二次燃焼室９の上端には亜鉛含有飛灰を含む排ガスＧの移送管２９が接続されており、移送管２９の下流端は、減温塔２３の上端に接続されている。減温塔２３内で排ガスＧは、熱交換されて２００℃〜３００℃程度にまで冷却される。すると、排ガスＧ中の気体状の亜鉛は、凝縮または凝固（相転移）し、固体状の金属亜鉛となって出現する。減温塔２３の下端は、連絡管３１を介してバグフィルタ２５に接続されている。バグフィルタ２５によって排ガスＧから分離された亜鉛含有の飛灰は、亜鉛原料として回収される。一方で、バグフィルタ２５を通過した排ガスＧは、後処理工程を経て大気に放出される。
【００３０】
図４に示されるように、高温の排ガスＧ中に塩素分が残っていると塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）が生成されてしまうことになり、高品質の亜鉛原料を回収することは難しい。しかしながら、本実施形態に係る亜鉛回収装置１Ａでは、二次燃焼室９内で排ガスＧから塩素が除去されるため、塩化亜鉛の生成を抑えることができ、高品質の亜鉛原料を回収することができる。
【００３１】
以上、本実施形態に係る亜鉛回収装置１Ａによれば、ＮａＣｌやＫＣｌなどの塩化物を含有するダストＤから塩素分を低減させた高品質の金属亜鉛を回収できる。通常、製鋼ダストや電炉ダストなどのダストＤから亜鉛含有の飛灰を回収しようとすると、亜鉛濃度が５０％以上必要であり、また、その飛灰中に塩素分が混入していると原料として亜鉛精錬メーカーにて購入されず、逆に、塩素分を除去して廃棄するための処理費用（ペナルティ）が課せられる場合がある。本実施形態によれば、塩素分を低減させた高品質の金属亜鉛を回収できるため、亜鉛精錬メーカーなどに高価値の原料として提供できる。
【００３２】
また、本実施形態では、炉本体７から排出された亜鉛含有飛灰を含む排ガスＧを脱塩剤Ｅに接触させて乾式にて塩素を除去するので、湿式にて塩素を除去していた従来にシステム（特許文献１参照）に比べてシンプルな構成を実現でき、効率よく亜鉛を回収できるようになる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、還元剤として廃プラスチックを利用している。近年においては、化石燃料の節減と廃棄物有効利用の観点から燃料代替に廃プラスチックを利用する場合がある。廃プラスチックの主な成分は炭素と水素とからなり、還元剤として有効利用可能であるが、従来のシステムにおいて燃料代替や還元剤として利用すると、排ガスＧと一緒に排出される飛灰中の亜鉛含有濃度が低下すると共に、塩素濃度が増加してしまう。その結果、低品位な亜鉛しか回収できなくなるため、従来のシステムでの廃プラスチックの有効利用は困難であった。しかしながら、本実施形態では、炉本体７から排出された排ガスＧ中の塩素を二次燃焼室９で除去できるため、廃プラスチックを還元剤として有効利用でき、その結果として、資源の有効活用が可能になる。
【００３４】
さらに、二次燃焼室９では、排ガスＧの上昇流に対向して脱塩剤Ｅを降下させており、排ガスＧと脱塩剤Ｅとは対向流を形成する。その結果として、排ガスＧと脱塩剤Ｅとの接触効率は向上し、塩素の効率的な除去が可能になる。
【００３５】
さらに、炉本体７は、加熱源としてプラズマトーチ１１を利用しており、通常の燃料燃焼バーナに比べて排ガスＧ量を低減でき、亜鉛の効率的な回収に有効であり、装置の小型化にも有効である。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る亜鉛回収装置について、図５を参照して説明する。なお、本実施形態に係る亜鉛回収装置は、第１実施形態に係る亜鉛回収装置と同様の構成を備えているため、相違点を中心に説明し、同様の構成については同一の符号を付して詳細説明を省略する。
【００３７】
図５に示されるように、亜鉛回収装置１Ｂは、キルン回転炉３を備えている。キルン回転炉３は、ダストＤ及び廃プラスチックの定量供給装置５及び炉本体７を備えており、炉本体７には、加熱源としてプラズマトーチ１１が取り付けられている。炉本体７の排出側には、二次燃焼室３３が併設されており、二次燃焼室３３にもプラズマトーチ１７が取り付けられている。本実施形態に係る亜鉛回収装置１Ｂは、二次燃焼室３３に脱塩剤Ｅを供給する装置を備えておらず、二次燃焼室３３には脱塩剤Ｅは送り込まれない。従って、本実施形態に係る二次燃焼室３３は、脱塩部として機能しない。
【００３８】
二次燃焼室９の上端には、排ガスＧの移送管３５が接続されている。移送管３５の途中には、脱塩剤Ｅを充填した脱塩チャンバ３７が設けられている。移送管３５内を流れる排ガスＧは、脱塩チャンバ３７内を通過する際に脱塩剤Ｅに接触する。脱塩剤Ｅは、排ガスＧ中の塩素を取り込み、排ガスＧから塩素を除去する。脱塩チャンバ３７は脱塩部に相当する。
【００３９】
気体状の亜鉛を含有する排ガスＧは、減温塔２３を降下する際に３００℃以下にまで冷却され、その際に亜鉛は相転移して固体状になる。固体状の亜鉛は、バグフィルタ２５で捕捉され、高品質の亜鉛原料として回収される。
【００４０】
本実施形態に係る亜鉛回収装置によっても、第１実施形態に係る亜鉛回収装置と同様に、ＮａＣｌやＫＣｌなどの塩化物を含有するダストＤから塩素分を低減させた高品質の金属亜鉛を回収できる。そして、炉本体７から排出された亜鉛含有飛灰を含む排ガスＧを脱塩剤Ｅに接触させて乾式にて塩素を除去するので、湿式にて塩素を除去していた従来にシステム（特許文献１参照）に比べてシンプルな構成を実現でき、効率よく亜鉛を回収できるようになる。
【００４１】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、加熱炉は、バーナによって加熱するキルン回転炉に限定されず、例えば、ボイラ設備の廃熱を、スチームなどを介して対流伝熱及び熱伝導よって伝熱したり、電気ヒータなどによって加熱したりする加熱手段を備えた炉であってもよい。また、脱塩チャンバと脱塩部として機能する二次燃焼室との両方を備えた構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…亜鉛回収装置、７…炉本体（加熱炉）、９…二次燃焼室（脱塩部）、１１…プラズマトーチ、２７…亜鉛回収部、３７…脱塩チャンバ、Ｅ…脱塩剤、Ｄ…ダスト。
【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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