(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、磁気分離法を用いて、工程が効率的で、かつ経済的に優れた製鉄ダストの低亜鉛化方法を提供することにある。【解決手段】  本発明の製鉄ダストの低亜鉛化方法は、鉄および亜鉛を含む製鉄ダストに浸出液を加えて１次スラリーとし、前記製鉄ダスト中に含まれる亜鉛を溶解させる亜鉛溶出工程と、前記１次スラリーを、磁気分離法を用いて、低亜鉛化磁着物と、高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリーとに分離する磁気分離工程と、前記分離された低亜鉛化磁着物を、脱水・洗浄することにより、製鉄原料として回収する製鉄原料回収工程とを具えることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄および亜鉛を含む製鉄ダストに浸出液を加えて１次スラリーとし、前記製鉄ダスト中に含まれる亜鉛を溶解させる亜鉛溶出工程と、
前記１次スラリーを、磁気分離法を用いて、低亜鉛化磁着物と、高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリーとに分離する磁気分離工程と、
前記分離された低亜鉛化磁着物を、脱水・洗浄することにより、製鉄原料として回収する製鉄原料回収工程と
を具えることを特徴とする製鉄ダストの低亜鉛化方法。
【請求項２】
前記２次スラリー中の高亜鉛化非磁着物に含まれる亜鉛を析出させ、固液分離することにより、亜鉛含有ダストを回収する亜鉛回収工程をさらに具える請求項１に記載の製鉄ダストの低亜鉛化方法。
【請求項３】
前記浸出液が、硫酸および／または硫酸アンモニウムである請求項１または２に記載の製鉄ダストの低亜鉛化方法。
【請求項４】
前記浸出液は、前記１次スラリーのｐＨが３〜１０となるよう加えられる請求項１、２または３に記載の製鉄ダストの低亜鉛化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄ダストの低亜鉛化方法、特に、高炉ダスト、転炉ダスト、または電気炉ダストなどの製鉄ダストを、磁気分離法を用いて、低亜鉛化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉ダスト、転炉ダストまたは電気炉ダスト等の製鉄ダストには、鉄、亜鉛および炭素などが含まれ、製鉄原料としての再利用が望まれている。高炉・転炉法において、各種ダストは焼結原料の一部として利用され、高炉原料として再利用されているが、亜鉛含有量の高いダストを高炉に投入した場合、亜鉛が炉壁レンガを侵食するなど、高炉操業に支障をきたすおそれがあるため、製鉄ダストの再利用は制限されていた。
【０００３】
上記問題を解決するため、製鉄ダストを低亜鉛化する技術、すなわち製鉄ダストから亜鉛を分離する技術が求められており、このような技術の代表的なものとしては、いわゆる乾式法が挙げられる。この乾式法は、製鉄ダストを高温下で還元し、亜鉛を金属蒸気として揮発させることにより、製鉄ダストから亜鉛を分離・回収する方法であり、亜鉛含有量の多い電気炉ダストの処理に用いられている。しかしながら、このような方法は、高温還元装置などの大規模な装置が必要なこと、および、加熱・還元工程に要するエネルギーが大きいことから、亜鉛の含有量が数％程度である高炉ダストや転炉ダストなどの製鉄ダストに用いた場合、亜鉛の回収量が少ないため経済的に成立しないという問題があった。
【０００４】
また、前記乾式法とは異なる前記製鉄ダストからの他の亜鉛分離技術としては、いわゆる湿式法が挙げられる。この湿式法による亜鉛回収方法としては、例えば特許文献１に開示されているように、前記製鉄ダストを酸と接触させて亜鉛を溶出させる溶出工程と、その溶出液をアルカリで中和する中和工程と、この中和工程の流出液を固液分離する分離工程とを有する亜鉛の回収方法や、特許文献２に開示されているように、前記製鉄ダストをアンモニア溶液中で処理して亜鉛をアンモニア錯イオンとして選択的に溶解させた後、溶解液を蒸留して塩基性炭酸亜鉛結晶を回収するとともに、アンモニアベーパーを直接炭酸ガスと共に前記塩基性炭酸亜鉛溶液に吹込み、その炭酸アンモニウム濃度を高める亜鉛回収方法が挙げられる。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１６４７０号公報
【特許文献２】特開平６−１０７４１５号公報
【０００６】
しかしながら、特許文献１および特許文献２の亜鉛回収方法は、いずれも酸のｐＨを制御することによって亜鉛を選択的に溶解させることができるものの、特許文献１の亜鉛回収方法は、亜鉛の溶解と同時に鉄も溶解させてしまうため、中和に必要なアルカリ量が増えるというコストの問題や、亜鉛と鉄の沈殿を分離するため、多段の中和が必要となるという工程の繁雑化という問題があった。さらに、特許文献２の亜鉛回収方法は、塩基性炭酸亜鉛結晶の晶析にかかるエネルギーが大きく、亜鉛の含有量が数％程度である製鉄ダストの処理の場合には、経済的に成立しないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、工程が効率的で、かつ経済的に優れた製鉄ダストの低亜鉛化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、製鉄ダストに浸出液を加えた１次スラリーを、磁気分離法を用いて、低亜鉛化磁着物と、高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリーとに分離し、前記分離された低亜鉛化磁着物を、脱水・洗浄することにより、製鉄原料として回収することができることを見出した。
【０００９】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、要旨構成は以下の通りである。
（１）鉄および亜鉛を含む製鉄ダストに浸出液を加えて１次スラリーとし、前記製鉄ダスト中に含まれる亜鉛を溶解させる亜鉛溶出工程と、前記１次スラリーを、磁気分離法を用いて、低亜鉛化磁着物と、高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリーとに分離する磁気分離工程と、前記分離された低亜鉛化磁着物を、脱水・洗浄することにより、製鉄原料として回収する製鉄原料回収工程とを具えることを特徴とする製鉄ダストの低亜鉛化方法。
【００１０】
（２）前記２次スラリー中の高亜鉛化非磁着物に含まれる亜鉛を析出させ、固液分離することにより、亜鉛含有ダストを回収する亜鉛回収工程をさらに具える上記（１）に記載の製鉄ダストの低亜鉛化方法。
【００１１】
（３）前記浸出液が、硫酸および／または硫酸アンモニウムである上記（１）または（２）に記載の製鉄ダストの低亜鉛化方法。
【００１２】
（４）前記浸出液は、前記１次スラリーのｐＨが３〜１０となるよう加えられる上記（１）、（２）または（３）に記載の製鉄ダストの低亜鉛化方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鉄および亜鉛を含む製鉄ダストに浸出液を加えて１次スラリーとし、前記製鉄ダスト中に含まれる亜鉛を溶解させる亜鉛溶出工程と、前記１次スラリーを、磁気分離法を用いて、低亜鉛化磁着物と、高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリーとに分離する磁気分離工程と、前記分離された低亜鉛化磁着物を、脱水・洗浄することにより、製鉄原料として回収する製鉄原料回収工程とを具えることにより、工程が効率的で、かつ経済的に優れた製鉄ダストの低亜鉛化方法を提供することができ、これにより、少ない環境負荷で、製鉄ダストを資源化することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の製鉄ダストの低亜鉛化方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明に従う製鉄ダストの低亜鉛化方法を表す模式図である。
【００１５】
本発明による製鉄ダストの低亜鉛化方法は、亜鉛溶出工程と、磁気分離工程と、製鉄原料回収工程とを具える。以下に、各工程の詳細な説明を行う。
【００１６】
（亜鉛溶出工程）
本発明の亜鉛溶出工程では、図１に示すように、鉄および亜鉛を含む製鉄ダスト１０に浸出液１１を加えて１次スラリー１２とし、前記製鉄ダスト１０中に含まれる亜鉛を溶解させる。前記浸出液１１の添加は、浸出槽１３で行われるのが好ましい。
【００１７】
一般に、既設ダスト処理施設において処理されるダストは、含水率が７０〜８５％程度まで濃縮された後、フィルタプレス式脱水機などによる固液分離処理を受けて、含水率３０〜４０％程度の脱水ダストとして保管されている。このような製鉄ダストは、数μｍ程度の一次粒子を形成しているが、上述した脱水処理の過程を経ることで、平均粒子径が数１０μｍから数ｍｍの二次粒子を形成する。このとき、製鉄ダスト中の磁性物と非磁性物とが凝集したり、緩く凝固したりすることで、後の磁気分離工程において、磁性物に巻き込まれた非磁性物が、磁着物として磁気分離されてしまうおそれがある。したがって、本発明の前記製鉄ダスト１０は、上記脱水が行われる前の、含水率が７０〜８５％程度のダストを用いるのが好ましい。
【００１８】
本発明は、磁気分離工程の前に、亜鉛浸出工程を具えることで、２次粒子を形成した粒子の表面を穏やかな条件で溶解し、磁性物と非磁性物の分離性を向上させることができる。また、前記製鉄ダスト１０としては、例えば、高炉ダスト、転炉ダストまたは電気炉ダスト等が挙げられ、磁性を有する複合酸化物であるZnO・Fe2O3が少ないという点で、転炉ダストを用いるのが好ましい。
【００１９】
前記浸出液１１は、亜鉛を溶解させることができるものであればよいが、回収された製鉄原料を再利用する際、炉を傷めるおそれがあるので、塩酸は好ましくない。一方、硫酸および／または硫酸アンモニウムは、炉の損傷のおそれがないこと、製鉄所内で副生するため入手が容易なことから、前記浸出液１１として用いることができる。前記硫酸および／または硫酸アンモニウムの組成は任意に設定することができ、また、処理費用の抑制を目的として、前述の通り、製鉄所で副生される硫酸アンモニウムや、酸洗剤として使用された廃硫酸を用いることが特に好ましい。
【００２０】
前記浸出液１１は、前記１次スラリー１２のｐＨが３〜１０となるよう加えられるのが好ましい。ｐＨを３以上に設定すると、製鉄ダスト１０に含まれる鉄の溶解が促進されることがなく、後の磁気分離工程において分離される低亜鉛化磁着物中の鉄濃度が減少することがなく、また、高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリー中の鉄濃度が減少するため、その後、亜鉛析出工程を行う場合、亜鉛析出のために添加される亜鉛析出薬剤が溶解した鉄と反応することがなく、前記亜鉛析出薬剤の必要量を増加させるおそれがない。また、前記製鉄ダストの亜鉛が、酸化亜鉛として多く存在する場合、ｐＨが８〜１０の範囲において、前記酸化亜鉛は、アンモニア存在下で亜鉛アンモニア錯イオンを形成して溶解しており、ｐＨが１０以下の場合、前記形成された亜鉛アンモニア錯イオンが解離することがない。したがって、水酸化亜鉛の微細な沈殿を生成することがなく、その後の磁気分離工程における亜鉛の分離効率が向上する。さらに、処理効果と経済性の両立の点から、前記ｐＨは５〜６であるのがより好ましい。
【００２１】
前記浸出液１１の濃度は任意に設定することができるが、用水量削減の観点から、可能な限り高濃度であることが好ましい。前記浸出液１１として硫酸アンモニウムを用い、前記ｐＨを３〜１０に調整し、前記製鉄ダスト１０中の亜鉛を亜鉛アンモニア錯イオンとして溶解させる場合、前記硫酸アンモニウムの濃度は、浸出槽１リットルあたり最大３モル程度となるようにするのが好ましい。このとき、前記硫酸アンモニウムの濃度は、製鉄ダスト１０中の亜鉛濃度に依存する。
【００２２】
前記製鉄ダスト１０と前記浸出液１１との反応時間、反応温度、攪拌条件は任意に設定することができるが、前記浸出液１１として硫酸アンモニウムを用い、前記ｐＨを３〜１０に調整し、前記製鉄ダスト１０中の亜鉛を亜鉛アンモニア錯イオンとして溶解させる場合、亜鉛の溶出率を向上させるため、可能な限り反応時間を長く、反応温度を高く、そして、強い攪拌条件とするのが好ましい。前記浸出液１１として硫酸を用いる場合、反応時間は１０〜６０分とするのが好ましい。前記反応時間が１０分以上とすると、粒子の分散性が良好であり、磁気分離工程の分離効率が向上する。また、前記反応時間を６０分以下とすると、加えた硫酸によって、製鉄ダスト１０中の鉄が溶解するおそれがない。
【００２３】
（磁気分離工程）
本発明の磁気分離工程では、図１に示すように、前記１次スラリー１２を、磁気分離法を用いて、低亜鉛化磁着物１４と、高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリー１５とに分離する。前記磁気分離工程は、磁力選別装置１６を用いて行うのが好ましい。
【００２４】
前記磁気選別装置１６としては、例えば、一方向に所定の速度で回転する非磁性体のドラムと、前記１次スラリーを非磁性体ドラム上の所定の個所に投入するための投入装置と、非磁性体ドラムの内部に固定配置されて、その磁力によって、投入された前記１次スラリーの低亜鉛化磁着物を、非磁性体ドラム上に所定の周方向範囲で磁着させるための磁石とを具える湿式磁力選別装置が挙げられる。
【００２５】
前記１次スラリー１２中の鉄が、金属鉄、酸化鉄（FeO）などの強磁性体を多く含む場合、低磁力選別装置（例えば、０．１〜０．３Ｔ）によって、前記１次スラリー１２から低亜鉛化磁着物１４を分離する。一方、前記１次スラリー１２中の鉄が、三酸化第二鉄（Fe2O3）などの弱磁性体を多く含む場合、高磁力選別装置（例えば、０．３〜１．０Ｔ）によって、前記１次スラリー１２から低亜鉛化磁着物１４を分離する。いずれの場合においても、前記磁力選別装置１６によって分離されなかったものは、亜鉛、酸化亜鉛粒子および金属亜鉛粒子等の高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリー１５となる。
【００２６】
（製鉄原料回収工程）
本発明の製鉄原料回収工程では、図１に示すように、前記分離された低亜鉛化磁着物１４を、脱水・洗浄することにより、製鉄原料１７として回収する。前記脱水は、脱水装置１８を用いて行うのが好ましい。この脱水装置１８は、任意に選択することができるが、低亜鉛化磁着物１４の含水率低減の観点から、脱水装置内で低亜鉛化磁着物１４を洗浄できる機能を有するフィルタプレス脱水機を用いるのが好ましい。
【００２７】
（亜鉛回収工程）
本発明による製鉄ダストの低亜鉛化方法は、亜鉛回収工程をさらに具えるのが好ましい。本発明の亜鉛回収工程では、図１に示すように、前記２次スラリー１５中の非磁着物に含まれる溶解している亜鉛を析出させ、固液分離することにより、亜鉛含有ダスト１９を回収する。前記亜鉛の析出は、亜鉛析出槽２０内で、前記２次スラリー１５に、亜鉛析出薬剤２１を添加して行うのが好ましい。
【００２８】
前記亜鉛析出薬剤２１は、回収される亜鉛の処理方法に応じて、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属の硫化物、アルカリ金属の水硫化物などから任意に選択することができるが、発生する析出物の固液分離性を考慮すると、アルカリ金属の水硫化物、特に、水硫化ナトリウムを用いるのが好ましい。すわなち、アルカリ金属の水酸化物およびアルカリ土類金属の水酸化物は、嵩高い沈殿が発生するため固液分離性が悪く、また、ｐＨ８〜９程度のアルカリまで亜鉛析出薬剤を添加する必要があり、薬剤コストがかかるためである。一方、アルカリ金属の硫化物およびアルカリ金属の水硫化物は、低いｐＨから硫化亜鉛を析出させるため、薬剤コストが低減できるというメリットもある。
【００２９】
前記亜鉛析出薬剤２１としてアルカリ金属の硫化物またはアルカリ金属の水硫化物を用いた場合、前記２次スラリー１５中の溶解性亜鉛は硫化亜鉛として析出し、固液分離装置２２で亜鉛含有ダスト１９と回収浸出液２３とに分離することができる。前記回収浸出液２３は、水処理施設に移送され、水処理後放流されるか、または、その濃度が十分に高い場合には、前記浸出液１１に混合して繰り返し使用されることができる。
【００３０】
なお、図１は、代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
表１に示す組成の製鉄ダスト（転炉ダスト）に、硫酸として０．１ｍｏｌ／ｌになるよう硫酸アンモニウムを添加した後、硫酸溶液（硫酸：水＝１：1）（硫酸として６２質量％）を加えてｐＨを５に調整し、３０分攪拌した。こうして得られた１次スラリーを、磁気分離により、低亜鉛化磁着物と、高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリーとに磁力選定し、前記得られた低亜鉛化磁着物を脱水・水洗して回収された製鉄原料の分析を行った。
【００３２】
【表１】
2010001524.tif 000003
【００３３】
前記２次スラリーには、水硫化ソーダ溶液（４５質量％）を加えて、硫化亜鉛および硫化鉄沈殿を生成させた後、遠心分離により回収された亜鉛含有ダストの分析を行った。
【００３４】
前記実施例１の製鉄原料および亜鉛含有ダストの組成を表２に示す。
【００３５】
【表２】
2010001524.tif 000004
【００３６】
（比較例１）
上記表１に示す組成の製鉄ダスト（転炉ダスト）に硫酸溶液（硫酸：水＝１：１）（硫酸として６２質量％）を加えてｐＨを１に調整し、３０分攪拌した。こうして得られたスラリーを、固液分離し、固形物として回収したものを水洗して得られたダストの分析を行った。前記回収ダストの組成を表３に示す。
【００３７】
【表３】
2010001524.tif 000005
【００３８】
表２および表３より、本発明に従う実施例１における製鉄ダストの製鉄原料への鉄回収率は７０％であり、製鉄原料中の亜鉛濃度は０．３質量％であり、製鉄原料として利用できる程度に亜鉛濃度を低減させることができた。また、亜鉛含有ダストへの亜鉛回収率は８０％と大部分を亜鉛含有ダストへ回収できた。実施例１と比較して、比較例１における回収ダストの亜鉛濃度は０．８質量％と大幅に高く、本発明に従う実施例１は、製鉄ダストを大幅に低亜鉛化できていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、鉄および亜鉛を含む製鉄ダストに浸出液を加えて１次スラリーとし、前記製鉄ダスト中に含まれる亜鉛を溶解させる亜鉛溶出工程と、前記１次スラリーを、磁気分離法を用いて、低亜鉛化磁着物と、高亜鉛化非磁着物を含む２次スラリーとに分離する磁気分離工程と、前記分離された低亜鉛化磁着物を、脱水・洗浄することにより、製鉄原料として回収する製鉄原料回収工程とを具えることにより、工程が効率的で、かつ経済的に優れた製鉄ダストの低亜鉛化方法を提供することができ、これにより、少ない環境負荷で、製鉄ダストを資源化することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に従う製鉄ダストの低亜鉛化方法の模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０        製鉄ダスト
１１        浸出液
１２        １次スラリー
１３        浸出槽
１４        低亜鉛化磁着物
１５        ２次スラリー
１６        磁力選別装置
１７        製鉄原料
１８        脱水装置
１９        亜鉛含有ダスト
２０        亜鉛析出槽
２１        亜鉛析出薬剤
２２        固液分離装置
２３        回収浸出液
【図１】
2010001524.tif 000006