(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環移動するエンドレスループ状の濾布上にスラリーを注ぎ、当該濾布の上下に設置した一対の圧搾ロールにて圧搾して脱水した後に、当該濾布を洗浄する脱水機を用いる際において、スラリーが乗っている濾布面側の圧搾ロールの回転数が毎分５０回転以下で、かつ、圧搾ロールの押し付け力が圧搾ロールと濾布の接する長さ１ｍ当り９，０００Ｎ以上の状態で、粉体の質量の１．０倍〜３．５倍の水分を含み、かつ、鉄化合物粉体を含有する平均粒径が１.５〜４０ミクロンの粉体のスラリーを脱水することを特徴とするスラリーの脱水方法。
【請求項２】
循環移動するエンドレスループ状の濾布上にスラリーを注ぎ、当該濾布の下方に設置してある真空吸引装置にてスラリーを吸引し、更に、当該真空吸引装置の下流工程部に濾布の上下に設置した一対の圧搾ロールにて圧搾して脱水した後に、当該濾布を洗浄する脱水機を用いる際において、スラリーが乗っている濾布面側の圧搾ロールの回転数が毎分５０回転以下で、かつ、圧搾ロールの押し付け力が圧搾ロールと濾布の接する長さ１ｍ当り９，０００Ｎ以上の状態で、粉体の質量の１．０倍〜５．５倍の水分を含みかつ、鉄化合物粉体を含有する平均粒径が１.５〜４０ミクロンの粉体のスラリーを脱水することを特徴とするスラリーの脱水方法。
【請求項３】
鉄化合物を含有する粉体のスラリーとして、高炉ガスダストの湿式集塵機シックナースラリー、転炉ガスダストの湿式集塵機シックナースラリー、酸洗工程で発生した鉄イオンの中和沈殿物スラリー、メッキ工程の水処理スラリー、熱間圧延工程で発生するスケールの沈殿ピットの微粒スケールを単独のスラリーもしくは混合スラリーを用いることを特徴とする請求項１又は２記載のスラリーの脱水方法。
【請求項４】
粒径が１０ミクロン以上の粉体を１０質量％以上含む酸化金属を含む粉体のスラリーを用いることを特徴とする請求項１又は２記載のスラリーの脱水方法。
【請求項５】
油分を含むスラリーを脱水する場合に、一対の圧搾ロールにて圧搾した後に、当該濾布を界面活性剤を含んだ洗浄水で洗い、その後に、再度洗浄することを特徴とする請求項１又は２記載のスラリーの脱水方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法で、濾布上で脱水したスラジを、当該濾布の上に設置してある圧搾ロールに転着させて、当該スラジをスクレーパーで掻き落とすことにより、スラジを回収する脱水方法において、当該スクレーパーと当該圧搾ロールの間隔を０．１〜２ｍｍの範囲とすることを特徴とするスラリーの脱水方法。
【請求項７】
１０ミクロン以下の粒子の比率が３０質量％以上である粉体を含むスラリーに、凝集剤を添加した後に、脱水することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のスラリーの脱水方法。
【請求項８】
凝集剤として、ポリアクリルアミド系ポリマー、アクリル酸系ポリマー、又は、アクリル酸系カチオンポリマーをスラリー中粉体１ｋｇに対して３０〜３００ミリグラムの比率で添加することを特徴とする請求項７記載のスラリーの脱水方法。
【請求項９】
スラリーに凝集剤水溶液を添加した後に、沈殿槽を用いて、粉体濃度を増したスラリーを脱水することを特徴とする請求項７又は８記載のスラリーの脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄業の還元、精錬、圧延加工、酸洗工程などから発生する酸化鉄を含むスラリーを脱水する方法に関するものである。特に、粒径の小さい粉体で構成されるスラリーの脱水を容易にする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄業では、多量の鉄を高温雰囲気や化学溶媒の中で扱うことから、酸化鉄などを含むダスト類やスラジ類を大量に発生している。まず、高炉・転炉法による一貫製鉄所での鉄鋼製造業は、鉄鉱石の焼結工程、高炉の還元工程、転炉の製錬工程、熱間圧延工程、鉄鋼製品の酸洗工程、メッキ工程などから構成されている。これらの工程からは、酸化鉄を中心とするダストや排水中の鉄化合物の沈殿物などが大量に発生している。また、電気炉法による製鉄業においても、連続鋳造工程、熱間圧延工程、その他の工程から、鉄分を含んだ沈殿物が多量に発生している。
【０００３】
なお、これらの鉄化合物を含有する沈殿ピットやシックナーから採取される水分を多く含み、水に粉体が懸濁して流動状態にある混合物が発生する。これをスラリーと称しており、また、水分が比較的少なく、流動性が小さい汚泥状の混合物をスラジと称する。また、以下の文中では、鉄の酸化物や塩化物などを含む粉体のスラリーを鉄スラリー、また、スラジを鉄スラジと称する。
【０００４】
一般的に、これらの鉄スラリーの処理は、沈殿ピット又はシックナーにて、鉄スラリーの粉体濃度を上げた後に、各種の脱水機を用いて、水分を低下させて、鉄スラジとして、水処理の系外に出している。
【０００５】
これらの鉄スラリー中には、粉体の粒径が特に小さいもの（つまり、粒径が４０ミクロン以下のもの）がある。これらは、特に、脱水後も汚泥状になりやすく、一般的に脱水が困難である。この種ものには、高炉ガスダストの湿式集塵分ダスト（高炉二次灰）、転炉ガスダストの内の微粒分ダスト（転炉微粒ダスト）、鋼板の酸洗工程の鉄イオンを含んだ廃液の中和沈殿物（酸洗中和スラジ）、メッキ廃液の沈殿物（メッキスラジ）、熱間圧延のスケールの貯留ピットの沈殿物（圧延スラジ）、その他がある。これらは平均粒径が１.５〜４０ミクロンのものである。
【０００６】
これらの鉄スラリーの脱水処理には、スラリーの粉体濃度や粉体粒径等の物理的な条件に合わせた脱水機の機種を選定して処理を行っている。例えば、高炉二次灰や転炉微粒ダストを湿式で集塵したものをシックナーで凝集させたスラリーの脱水には、プレス式の脱水機を用いている。これらの場合では、水分が７０〜８０％のスラリーを含有水分が２５〜３０％まで脱水している。また、酸洗中和スラジの脱水には、デカンタと呼ばれる横置き型の遠心脱水装置を用いることが多い。この脱水処理で、水分が約９０％のスラリーを含有水分が約５０％の状態まで脱水している。このように、従来技術では、鉄スラリーを脱水するために、プレス式の脱水機、横置き型の遠心脱水装置、真空脱水機などを用いている。
【０００７】
これらの鉄スラジは、脱水後も水分が２５〜５０％あるため、その後の処理に手間がかかることから、脱水後に他の乾燥ダストを混合して、産業廃棄物処分場で最終処分することが多い。ただし、一部のものは更に乾燥した後に、還元工程にリサイクルされることもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
鉄スラリーの脱水には、スラリー内の粉体の物理特性に合わせた脱水機を用いているが、粉体の粒径が小さいために、従来法で脱水した後の含有水分は、前述したように、２５〜５０％あり、その性状は汚泥状である。
【０００９】
従来法での脱水後の水分は、一般に鉄スラジの粉体粒径によって異なる。非常に細かい１.５〜１０ミクロンの粒子から構成される、酸洗中和スラジや転炉微粒ダストでは、開昭６０−９５１８号公報に示される様な真空脱水機や横型遠心分離機を用いても、２５〜５０％までしか脱水できなかった。また、比較的粗い１０〜４０ミクロンの粒子から構成される、高炉二次灰や圧延スラジでは、プレス式脱水機を用いても、２０〜３５％までしか脱水できなかった。
【００１０】
その結果、従来の脱水方法では、鉄スラリーの脱水後に生じるものは、粘着性の強い汚泥状のスラジであった。この汚泥状のスラジをハンドリングすることは、各種の問題点があった。つまり、粘着性の強いことから、鉄スラジがベルトコンベアなどの搬送機器に居付きを起こしたり、貯蔵ホッパーから排出できない現象を起こすことが認められている。その結果、鉄スラジのハンドリングには、鉄スラジを壁で囲まれた土間に積み上げて、これをクラブクレーンやショベルローダー等でトラックに載せて、乾燥処理場や焼成処理設備まで輸送している。
【００１１】
鉄スラジのもう一つのハンドリング上の問題点としては、鉄スラジのハンドリングの際には、重機を使用して、トラックなどに積み込む際に、こぼれや散乱が生じやすいことがあった。その結果、設備の周囲がスラジで汚れて、周囲に散乱したスラジが乾燥して、飛散粉塵となり、環境汚染を起こす問題もあった。従って、従来からも、脱水の後に、鉄スラジの水分を低下させて、ハンドリングしやすくする試みがなされてきた。
【００１２】
鉄スラジの特性を説明すると、鉄スラジは粉体の粒径の違いにより、粘着性の強い汚泥状態から、粘着性の弱い比較的乾いた状態の変わる水分比率は異なる。１.５〜１０ミクロンのかなり細かい粒子から構成されるスラジの場合は、水分が２０〜３０％程度以下で比較的乾いた、粘着性が弱い状態になる。また、１０〜４０ミクロンの比較的粗い粒子から構成されるスラジでは、水分が１５〜２２％程度で比較的乾いた、粘着性が弱い状態になる。
【００１３】
つまり、上記の水分含有率まで落とせれば、鉄スラジをベルトコンベア等の連続的な搬送手段で輸送できることから、輸送の費用の大幅な削減が可能となる。特に、製鉄所内のリサイクル工程、例えば、燒結工場、ダストペレット製造設備、ロータリーキルン方式や回転炉床方式の還元設備、で利用する際には、水分を搬送できるまで低下させておくことは、これらの工程での搬送装置の安定稼動のてめにも有効である。
【００１４】
しかし、従来法の脱水方法では、脱水工程単独では水分を十分に落とすことができないことから、脱水後に、熱源を用いた乾燥を行って、水分を低下させる手段が用いられている。その結果、鉄スラリーの水分除去工程は、脱水装置、乾燥装置、および、これらを結合する搬送手段で構成され、工程が複雑となっていた。また、脱水後の鉄スラジは汚泥状であり、これの乾燥工程へのハンドリングにはクラブクレーンなどの重機が必要であり、人手もかかることから、費用がかかっていた。
【００１５】
一般には鉄スラジを脱水後に、乾燥工程で水分を約１０％低下させる必要がある。水分を１０％低下させるためには、鉄スラジ１トン当り約３０万ｋＪもの熱量が必要であり、このための熱消費も大きく、省エネルギーやコスト上の大きな問題であった。
【００１６】
更に、鉄鋼業で発生するスラリーの中には油を含んだものがある。これは、圧延などの工程で、機械油がスケールなどと混合してしまう結果である。スラリーの中に油が混合していると、プレス式の脱水機などでは、フィルターの目詰まりを起こすことの問題があった。
【００１７】
以上に説明したように、従来技術では、鉄スラリーを脱水する際には、脱水装置単独では、ハンドリングを容易に行えるまでの低水分含有率にすることはできなかった。従って、鉄スラリーを脱水機のみで、粘着性が出ない含有水分まで低下させるための新しい鉄スラリーの脱水方法が求められていた。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のスラリーの脱水方法の要旨は、次の（１）から（９）の通りである。
【００１９】
（１）  循環移動するエンドレスループ状の濾布上にスラリーを注ぎ、当該濾布の上下に設置した一対の圧搾ロールにて圧搾して脱水した後に、当該濾布を洗浄する脱水機を用いる際において、スラリーが乗っている濾布面側の圧搾ロールの回転数が毎分５０回転以下で、かつ、圧搾ロールの押し付け力が圧搾ロールと濾布の接する長さ１ｍ当り９，０００Ｎ以上の状態で、粉体の質量の１．０倍〜３．５倍の水分を含み、かつ、鉄化合物粉体を含有する平均粒径が１.５〜４０ミクロンの粉体のスラリーを脱水することを特徴とするスラリーの脱水方法。
【００２０】
（２）  循環移動するエンドレスループ状の濾布上にスラリーを注ぎ、当該濾布の下方に設置してある真空吸引装置にてスラリーを吸引し、更に、当該真空吸引装置の下流工程部に濾布の上下に設置した一対の圧搾ロールにて圧搾して脱水した後に、当該濾布を洗浄する脱水機を用いる際において、スラリーが乗っている濾布面側の圧搾ロールの回転数が毎分５０回転以下で、かつ、圧搾ロールの押し付け力が圧搾ロールと濾布の接する長さ１ｍ当り９，０００Ｎ以上の状態で、粉体の質量の１．０倍〜５．５倍の水分を含み、かつ、鉄化合物粉体を含有する平均粒径が１.５〜４０ミクロンの粉体のスラリーを脱水することを特徴とするスラリーの脱水方法。
【００２１】
（３）  鉄化合物を含有する粉体のスラリーとして、高炉ガスダストの湿式集塵機シックナースラリー、転炉ガスダストの湿式集塵機シックナースラリー、酸洗工程で発生した鉄イオンの中和沈殿物スラリー、メッキ工程の水処理スラリー、熱間圧延工程で発生するスケールの沈殿ピットの微粒スケールを単独のスラリーもしくは混合スラリーを用いることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のスラリーの脱水方法。
【００２２】
（４）  粒径が１０ミクロン以上の粉体を１０質量％以上含む酸化金属を含む粉体のスラリーを用いることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のスラリーの脱水方法。
【００２３】
（５）  油分を含むスラリーを脱水する場合に、一対の圧搾ロールにて圧搾した後に、当該濾布を界面活性剤を含んだ洗浄水で洗い、その後に、再度洗浄することを特徴とする上記（１）又は（２）記載のスラリーの脱水方法。
【００２４】
（６）前出（１）〜（５）のいずれかに記載の方法で、濾布上で脱水したスラジを、当該濾布の上に設置してある圧搾ロールに転着させて、当該スラジをスクレーパーで掻き落とすことにより、スラジを回収する脱水方法において、当該スクレーパーと当該圧搾ロールの間隔を０．１〜２ｍｍの範囲とすることを特徴とするスラリーの脱水方法。
【００２５】
（７）  １０ミクロン以下の粒子の比率が３０質量％以上である粉体を含むスラリーに、凝集剤を添加した後に、脱水する（１）から（６）のいずれか記載のスラリーの脱水方法。
【００２６】
（８）  凝集剤として、ポリアクリルアミド系ポリマー、アクリル酸系ポリマー、又は、アクリル酸系カチオンポリマーをスラリースラリー中粉体１kgに対して３０〜３００ミリグラムの比率で添加する（７）記載のスラリーの脱水方法。
【００２７】
（９）  スラリーに凝集剤水溶液を添加した後に、沈殿槽を用いて、粉体濃度を増したスラリーを脱水する（７）又は（８）記載のスラリーの脱水方法。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく、鉄スラリーの脱水方法を行うを装置を図１に示し、これを用いて本発明の方法を説明する。図１には、本発明を実施した設備である、鉄スラリーの沈殿用シックナー、スラリー輸送装置、双ロール式脱水機、スラジ輸送コンベア、および、スラジ保管場所からなる設備を示した。
【００２９】
まず、鉄スラリーは製鉄所の鉄スラリー発生工程、例えば、高炉二次灰の集塵用ベンチュリースクラバーからの集塵水や鋼板の酸洗工程の鉄イオンを含んだ廃液の中和槽、から、沈殿用シックナー１に濃度の薄い鉄スラリーが送られる。沈殿用シックナー１では、重力により、鉄スラリー中の粒子を沈殿させて、底部に粒子濃度の高い鉄スラリーを作る。この粒子濃度の高い鉄スラリーを沈殿用シックナー１の底から抜いて、スラリーポンプ２を用いて、スラリー配管３を経由して、脱水機４に送られる。ここで、鉄スラリーは脱水されて、所定の水分含有率となり、ベルトコンベア５にて、スラジ保管場所６に送られる。
【００３０】
脱水の詳細な方法を説明するために、脱水機４の詳細図を図２に示す。本発明の脱水機においては、スラリー供給口７から、鉄スラリーがループ状に設置された濾布８に注がれる。濾布８は繊維で編み込まれた布や不撚布であるフェルトで構成されるものであり、例えばナイロンやテトロン（登録商標名）で作られたものである。スラリーの水分の吸収のよいフェルトを用いた濾布が特に望ましい。濾布８は定常速度で、濾布の上下に設置されている一対の圧搾用ロール９、１０に向かって移動して、一対の圧搾ロール９と１０は定常速度で回転しながら、濾布８とその上の鉄スラリー１１を上下から圧搾して、水分を絞る。粉体は水分が低下した状態で、ロールの下流側に送られる。鉄スラリーに含有されてた水分の多くは、圧搾ロール９、１０に押されて、濾布８の下側に押し出される。また、脱水後の鉄スラジは、濾布８が圧搾ロール１０で下方に曲がる部分で、濾布から分離させる。ただし、多くの鉄スラジは濾布８と上側の圧搾ロール９に付着するので、これをスクレーパー１２にて殺ぎ落とす。
【００３１】
脱水が終了して、鉄スラジを分離した後の濾布８には、鉄化合物の粉体が付着している。このまま、次の脱水サイクルで使用すると更に粉体の付着が増えて、濾布８の目詰まりが起きる。そこで、濾布洗浄を行う。洗浄ノズル１３にて、水を吹き付けて、洗浄槽１４で粉体で汚れた水を流す。通常は、１段の洗浄で十分であるため、図２の洗浄ノズル１５と洗浄槽１６は不要である。しかし、油を含むスラリーを洗浄するためには、図２に示されるように、２段の洗浄を行う。第一段の洗浄では、洗浄ノズル１３から界面活性剤を含んだ水を吹き付けて、粉体を落とすとともに、油分を乳化して落とす。第二段で、洗浄ノズル１５にて水を吹き付け、洗浄槽１６にて、粉体を洗い落とす。洗浄の段数は任意に決定できるので、限定されるものでない。
【００３２】
本発明の方法を実施することにより、ここで集められた鉄スラジは良好な脱水状態となる。この際、平均粒径が１０〜４０ミクロンと比較的大きい粒子のもので、含有水分が１５〜２２％となり、また、平均粒径が１０ミクロン未満と小さい粒子のもので、含有水分が２０〜３０％となる。
【００３３】
上記の良好な含有水分の範囲では、含有されている水分により粒子が擬似凝集したものが圧縮されたフレーク状の鉄スラジとなる。このフレーク状の鉄スラジは、比較的水分が低いため、粘着性が弱いことから、ベルトコンベア５で搬送してもコンベアベルトへのスラジの付着が少なく、容易に搬送できる。また、このスラジはパイプコンベア等のベルトコンベア以外の搬送手段でも容易に輸送できるものである。
【００３４】
本発明者らは、図２に示される脱水機で、効率的に鉄化合物粉体を含有する鉄スラリーを脱水するための操業条件について種々の研究を重ね、以下の条件で操業することにより、上記の良好な範囲の含有水分のスラジを得ることができることを解明した。
【００３５】
まず、本発明の用いた鉄スラリーの粉体と水分の質量の比率には適切な範囲が存在する。水分が少なすぎる場合は、濾布上に注がれた鉄スラリーの流動が十分に確保できずに、濾布上に乗った鉄スラリー量に極端な濃淡ができてしまう。その結果、濾布上に均一な鉄スラリー分布を作れずに、鉄スラリーの多い部分は、当該部分の鉄スラリーが厚すぎて、圧搾が不十分となり、水分が絞りきれない問題があった。酸化鉄等の鉄化合物の粉体を含有する鉄スラリーを脱水する場合は、水分の粉体に対する質量比率が１．０以下では、鉄スラリーの輸送時に鉄スラリーの流動が悪くなる。その結果、管内での流速が低下した場合に、スラリー配管３の内部で詰まり現象を生ずる問題があり、この点からも水分の粉体に対する質量比率が１．０以上であることが適正な脱水操業の条件である。
【００３６】
また、水分が多すぎる場合は、鉄スラリーを絞りきれずに、脱水後のスラジの水分が高すぎる問題がある。本発明者らが、適正な鉄スラリー水分比率の上限値を研究した結果を、鉄スラリーの水分と粉体の質量比率と生産性（時間当り脱水量）の関係として、図３に示す。なお、図３の例では、鉄スラリー中の粒子の径が２９ミクロンと比較的粗い高炉二次灰を用いた。
【００３７】
水分の比率が多くなると、脱水後のスラジの水分含有率を適正にする運転条件では、生産性が悪化する傾向にある。特に、水分の粉体に対する質量比率が３以上となると、スラリーの水分が増加に伴う、生産性の悪化が出始める。高炉二次灰において、脱水後のスラジが粘着性をあまり持たない状態である２０％以下の含有水分のスラジを得て、かつ、生産性が悪化しないためには、水分の粉体に対する質量比率が３．５以下であることが脱水操業のための重要な条件であることを解明した。
【００３８】
以上述べたように、本発明に用いる図２の脱水機においては、鉄スラリー原液の水分比率に制約がある。しかし、更に水分の高い鉄スラリーを脱水する場合もある。この際には、ロールで圧搾する前に、濾布の下方から、鉄スラリーを真空吸引する方法が有効である。ただし、水分が多すぎると濾布を通過する水量が多すぎて、濾布が目詰まりを起こす。本発明者らは各種の実験を行い、鉄スラリー含有水分が粉体質量の４倍以下であれば、脱水は効率的に行えることを解明した。つまり、鉄スラリー原液の水分の粉体に対する質量比率が１．０〜５．５の範囲の場合は、圧搾の前に真空吸引する方法が有効であり、上記の適正な含有水分比率まで脱水できる。
【００３９】
更に、本発明者らは、鉄スラリー脱水時の圧搾ロールの圧搾条件についても、適正な条件があることを解明した。脱水成績に影響する重要な圧搾ロールの圧搾条件は、圧搾ロールの回転速度と押し付け圧力である。圧搾ロールの回転速度が高すぎると、脱水が不十分なままスラジが圧搾ロール下流側に送られてしまう。その結果、脱水後のスラジが、粘着性をあまり持たない状態の水分以上の含有水分を持ってしまう。また、圧搾ロールの押し付け圧力が低すぎても、同様に、水分が落ちきらない問題が生ずる。このように、本発明者らは、図２に示される型式の脱水機を用いて、鉄スラリーのハンドリングに適切な水分含有率まで脱水使用する際には、適切な圧搾ロールの回転速度と押し付け圧力の範囲が存在することを見いだした。
【００４０】
スラリー側の圧搾ロール９の回転速度がスラジ含有水分に与える影響を調査した結果を図４に示す。なお、図４の例では、やはり鉄スラリー中の粒子の径が比較的粗い高炉二次灰を用い、圧搾ロールの押し付け力は、圧搾ロールと濾布の接する長さ１ｍ当り９，０００Ｎで、濾布の上方に設置してあるスラリー側の圧搾ロール９の直径は３５０ｍｍである。回転速度が毎分５０回転以下では、脱水後のスラジが粘着性をあまり持たない状態である２０％以下の含有水分のスラジを得られる。更に、回転速度が毎分３５回転以下では、含有水分は、１８％以下と良好な成績が得られた。
【００４１】
また、スラリー側の圧搾ロール９の直径を５００ｍｍにした実験結果でも、圧搾ロール回転速度が毎分５０回転以下では良好な脱水成績が得られた。本発明者らは、図２に示される型式の脱水機においては、圧搾ロール９が濾布を押し付ける際の、圧搾ロールと濾布の間隔の時間変化率が脱水結果に影響することが理由であることを解明した。つまり、スラリー側圧搾ロールの径が大きい場合は、濾布の通過速度が大きくとも、ロールと濾布の間隔の時間変化率は大きくならないため、脱水成績は同等である。つまり、大径の圧搾ロールでは、ロールの回転速度を一定とする条件を守れば、濾布速度を大きくしても脱水成績が悪化しない。つまり、スラリー側の圧搾ロール９の回転速度が脱水成績を決める重要な条件であり、回転速度が毎分５０回転以下では良好な脱水成績が得られることから、これを本発明の範囲とした。
【００４２】
次に、圧搾ロールの押し付け圧力がスラジ含有水分に与える影響を調査した結果を図５に示す。なお、図５の例でも、鉄スラリー中の粒子の径が比較的粗い高炉二次灰を用い、スラリー側の圧搾ロール９の回転速度は毎分３５回転である。圧搾ロールの押し付け力が高いほど、脱水して生成した鉄スラジの水分が低い結果であった。圧搾ロールの押し付け力が９，０００Ｎ／ｍ以上では、含有水分が目標の２０％以下となり、良好な脱水成績が得られた。ただし、圧搾ロールの押し付け力が５０，０００Ｎ／ｍ以上では、スラジが圧搾ロールと濾布に強力に付着してはがれづらい現象が起きていたため、圧搾ロールの押し付け力はあまり高すぎない方が望ましい。なお、圧搾ロールと濾布の接する長さ１ｍ当りの押し付け力をＮ／ｍで表記する（Ｎはニュートンである）。
【００４３】
以上の実験を、平均粒径が６ミクロンと小さい粒子であるメッキスラジのスラリーでも行った。その結果では、脱水後のスラジ含有水分が２２〜２５％と高炉二次灰よりもやや高かったものの、上記に示した脱水条件を守って操業を行えば、安定した脱水が行えた。また、脱水後のスラジの含有水分が２２〜２５％であっても、メッキスラジではフレーク状の脱水物となり、付着性の弱いものであった。このように、粒径が小さい粒子のスラジの場合は、粒子の比面積が大きいため、粒子の大きいスラジよりも水分が数％高くとも、付着性などの物性は同等である。
【００４４】
次に、本発明者らは、鉄スラリーの粒子径の脱水成績への影響を調査した。鉄化合物の粒子からなる鉄スラリーの脱水の際に、粒子径が小さい場合は、押し付け圧力を大きくしても、脱水しづらくなる。粒子の平均径が１.５ミクロンまでは、やや生産性が低下するものの、鉄スラリーを付着性の弱い適正な水分まで脱水ができる。しかし、平均粒子径が１.５ミクロン以下となると、スラリー側の圧搾ロールの回転速度を毎分１５回転まで落としても、水分が３０〜３５％までしか脱水できなかった。このスラジは粘着性を有しており、脱水が不十分な状態である。つまり、鉄スラリー中の粒子の平均粒径が１.５ミクロン以上であることが本発明の重要な要件である。
【００４５】
本発明者らは、また、平均粒径が小さい場合でも、やや大きい粒子が混在している場合は、脱水が良好となることも解明した。鉄スラリーでの脱水実験を繰り返し行った結果、粒径の比較的大きい１０ミクロン以上の粒子がある程度の比率で混合している場合は、脱水しやすいことが分かった。１０ミクロン以上の粒径の粒子が１０質量％以上の比率で混在していれば、平均粒径が同一でも脱水の生産性が２０％向上することも解明した。これは、粒径の大きな粒子が混在していることにより、その粒子の周囲の透水が良好となり、脱水しやすくなることが理由である。従って、粒径の小さい粒子から構成される鉄スラリーの脱水性能を良好とするためには、粒径の粗い粒子から構成される鉄スラリーと混合して、１０ミクロン以上の粒径の粒子を増加させて脱水することは有効な手段である。
【００４６】
このように、スラリー中に含まれる粒子の大きさが脱水機の性能に強く影響する。そこで、本発明者らは、粒子を凝集させて、数十〜数千の微細な粒子が集まったクラスターを形成することにより、脱水性能を向上させることを発明した。鉄化合物、特に、酸化鉄や水酸化鉄の微粒子を含むスラリーに適合した凝集剤を種々検討した結果、ポリアクリルアミド系ポリマー、アクリル酸系ポリマー、又は、アクリル酸系カチオンポリマーが良いことを見い出した。これらの凝集剤を脱水前のスラリーに混合して１０ミクロン以下の微粒の粒子を凝集させれば、見掛け粒子径が大きくなって、脱水性能が向上する。具体的には、脱水機４の圧搾ロール９の長さ１ｍ当たりの処理速度が向上する。また、水分も低下する。粒径が１０ミクロン以下の粒子の比率が３０質量％以上であると、凝集剤の効果は顕著である。また、凝集材の添加量はスラリー中粉体１kgに対して３０〜３００ミリグラムの比率が良い。ただし、凝集材は水溶液の形態で添加するため、凝集剤添加を行うと、スラリー水分が増加して、脱水機４の機能をやや低下する。そこで、沈殿用シックナー１から脱水機４の間に沈殿槽を設置することにより、この水分上昇分を元に戻すことにより、脱水機４に入るスラリー水分を凝集剤添加前の状態に戻すことは有効な方法である。
【００４７】
また、平均粒径が大きすぎる場合も脱水処理に問題が生ずる。前述した様に、濾布８は繊維を編み込んだものであることから、粒径の大きな粒子が多いと、粒子が繊維の間に挟まり、濾布の目詰まりが生じたり、繊維が損傷を受けることがある。鉄スラリーでの脱水の場合、平均粒径が４０ミクロンを超えると、濾布の目詰まりが生じやすくなることが分かった。長時間の操業の結果を比較すると、平均粒径が２９ミクロンの場合は、濾布が６５日間もったのに対して、平均粒径が４５ミクロンの場合は、濾布を２２日間で交換しなければならなかった。
【００４８】
酸化鉄などの鉄化合物は高硬度であり、脱水機４の部品の磨耗が大きくなる。特に、圧搾ロール９とスクレーパー１２の磨耗が大きいため、本発明では、圧搾ロール９とスクレーパー１２を直接接触させない方法で対応する。両者の間隔を０．１〜２ｍｍとすることにより、圧搾ロール９とスクレーパー１２の磨耗が少なく、かつ、圧搾ロール９に付着しているスラジの剥離も問題なくできる。
【００４９】
鉄鋼業で発生する油を含んだ鉄スラリーを脱水する際にも、図２に記載された様な本発明の圧搾ロールで搾る脱水方式は有効である。しかし、時間とともに、濾布８が油で汚れることから、濾布を界面活性剤で洗浄することが有効である。本発明では、圧搾脱水を完了した濾布を第一段の洗浄で濾布の油を界面活性剤で縣濁した後に、第二段の洗浄で洗い流すことにより、総質量の１％程度までの油が混在した鉄スラリーも長期間安定して脱水できる。対象となる鉄スラリーは、高炉二次灰、転炉微粒ダスト、酸洗中和スラジ、メッキスラジ、圧延スラジ、および、その他の粉体の鉄スラリーである。
【００５０】
【実施例】
本発明に基づく装置を用いて行った脱水の結果を従来法による脱水方法と比較し表１に示した。本発明による脱水機は図２に示されるもので、ロール径３５０ｍｍ、濾布幅が１．２ｍのものである。従来法による比較例１として、プレス式の脱水機の脱水結果と図２に示される脱水機であるものの、操業条件が本発明の範囲を外れる脱水処理の例を比較例１として示す。鉄スラリーはいずれも高炉二次灰のスラリーを用いた。スラリー水分は粉体の質量の約２倍（６７質量％）であり、粉体の平均粒径は２５ミクロンで、１０ミクロン以下の粒子比率は２３％であった。
【００５１】
比較例１はフィルタープレス式の脱水機の脱水結果であるが、脱水後のスラジ水分は５２％と高く、スラジも粘土状の固まりで、粘着性が強く、ハンドリングが困難なものであった。比較例２は圧搾ロール式の脱水機での操業であるが、圧搾ロールの回転速度が６５回転／分と速かったので、脱水後のスラジ水分は３１％と高かった。性状も粘土状であった。また、比較例３では、圧搾ロールの押し込み力が６０００Ｎ／ｍと本発明の範囲よりも弱い処理の例である。この処理の結果、脱水処理速度が良好であったものの、脱水後のスラジの水分は３３％と高かった。
【００５２】
一方、本発明の実施例では、圧搾ロール式の脱水機での操業であり、圧搾ロールの回転速度が３５回転／分、圧搾ロールの押し付け力も１２，０００Ｎ／ｍと本発明での適正な処理範囲であったため、脱水後のスラジ水分は２３％と良好であった。このスラジの性状は、フレーク状であり、粘着性の弱いものであった。このように、本発明の条件で圧搾ロール式の脱水機を運転すれば、ハンドリング特性に優れたスラジを作ることができた。
【００５３】
実施例２には、同じ高炉二次灰を用いたが、スラリーの水分が粉体質量の約４．２倍（水分８１％）のものを脱水した。このスラリーは水分が多いため、脱水機４の圧搾ロール９と１０での脱水の前に、濾布下方に設置してある真空吸引装置で事前脱水した。この結果、スラリー水分が多いにもかかわらず、脱水後のスラジ水分は２５％と良好であった。
【００５４】
また、脱水前のスラリーに凝集剤を添加した脱水処理の例を実施例３として示す。実施例３では、亜鉛メッキの廃液を処理したスラリーを用いた。これは、平均粒子径が４．３ミクロンであり、１０ミクロン以下の粒子の比率が８７％と、非常に細かい粉体のスラリーであった。このスラリー中粉体１kgに対してアクリル酸系ポリマーを４４ミリグラム添加した。この結果、粒子が凝集して、見掛けの平均粒径が１１ミクロンとなった。凝集剤を添加した後に、このスラリーの沈殿濃縮操作を行った結果、水分は凝集剤添加前とほぼ同等とできた。この処理では、脱水後のスラジ水分は２７％と細かい粒子のスラジとしては非常に良好な水分であった。一方、実施例４では、凝集剤なしでの脱水を行った。脱水条件は同等であったが、脱水処理速度が実施例３に比べると７５％程度に低下して、また、スラジの水分は３０％と高かったものの、適正に処理できた。なお、他形式の脱水機では、このスラジの脱水後水分は４５〜６０％であることに比べると実施例４での本発明の効果は認められた。
【００５５】
油を１％含む、平均粒径が２６ミクロンの鋼材圧延工程で発生したスラジを処理した例を実施例５に示す。脱水機４での洗浄ノズル１３から界面活性剤を含んだ水を吹き付けて、粉体を落とすとともに、油分を乳化して落として脱水処理を行った。この結果、脱水後の水分は１８％と低く、また、１ヶ月間の連続脱水でも、濾布が油で目詰まりすることはなかった。
【００５６】
表１には記載がないが、実施例６では、実施例１と同じ高炉二次灰のスラリーを実施例１と同等の条件で脱水した結果である。ただし、実施例６では、スクレーパー１２を圧搾ロール９と接触させないことによる、圧搾ロール９とスクレーパー１２の寿命の比較を行った処理であり、実施例１ではこの対応を行わなかった。実施例６では、脱水処理速度や脱水後のスラジ水分は実施例１と同じであった。ただし、実施例６では１年間は圧搾ロール９の研磨を行わずに脱水できた。また、スクレーパー１２の寿命は５ヶ月であった。一方、実施例１では、圧搾ロール９とスクレーパー１２を直接に接触させたため、圧搾ロール９の研磨を６ヶ月毎に行う必要があった。また、スクレーパー１２の寿命は１ヶ月と短かった。
【表１】
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【００５７】
【発明の効果】
本発明の方法の操業範囲で、スラリーの乗っている濾布を一対以上の圧搾ロールで圧搾して脱水する型式の脱水機で、製鉄業の工程から発生する鉄化合物を含有する粉体のスラリーを脱水して、低水分の脱水物を製造できる。また、油等の混在する可能性のあるスラリーを脱水する脱水機による効果も発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を行う、脱水装置のシステム図であり、スラリーを濃縮する沈殿用シックナーから、脱水機に送り脱水する設備の図である。
【図２】圧搾ロールにて濾布上のスラリーを脱水する型式の脱水機の詳細図である。
【図３】スラリーの水分と粉体の質量比が脱水の生産性に与える影響を示した図である。
【図４】圧搾ロールの回転速度が脱水後のスラジ水分に与える影響を示した図である。
【図５】スラリーを押し付ける側の圧搾ロールの押し付け力が脱水後のスラジ水分に与える影響を示した図である。
【符号の説明】
１  沈殿用シックナー
２  スラリーポンプ
３  スラリー配管
４  脱水機
５  ベルトコンベア
スラジ保管場所
７  スラリー供給口
８  濾布
９  圧搾用ロール
１０  圧搾用ロール
１１  鉄スラリー
１２  スクレーパー
１３  洗浄ノズル
１４  洗浄槽
１５  洗浄ノズル
１６  洗浄槽
【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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