(57)【要約】【課題】溶融した粉体状金属酸化物にカーボンを接触させて還元金属を回収するに際し、副次的に発生する高温のＣＯガスで含水金属酸化物を乾燥させる。【解決手段】バーナー１２から粉体状の金属酸化物と燃料と酸素とを炉中に供給し、酸素支援下に燃焼させた高温の火炎中で金属酸化物を溶融させ、この溶融した金属酸化物をカーボンと反応させて還元金属を回収する金属還元炉１０において、金属酸化物とカーボンとの還元反応により生じたＣＯガスの供給を還元炉から受け、酸素存在下に燃焼させてＣＯガスをＣＯ2ガスに転換させる燃焼装置２８と、燃焼装置からの高温のＣＯ2ガスおよび金属還元炉へ供給する前の粉体状金属酸化物の供給を受け、内部で両者を接触攪拌させて金属酸化物を乾燥させる乾燥装置３４と、乾燥装置からの金属酸化物と廃ガスとを分離させ、分離後の乾燥状態にある粉体状金属酸化物を所要の貯留部３２へ供給する分離装置５０とから構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属還元炉(10)へ供給した粉体状の金属酸化物をバーナー(12)からの高温の火炎中で溶融させると共に、この溶融した金属酸化物を該還元炉(10)へ供給したカーボンと反応させて還元金属を炉底に回収する金属回収方法において、
前記カーボンと溶融金属との還元反応により金属還元炉(10)中に発生する高温のＣＯガスを、炉外へ導出して酸素存在下に燃焼させて高温のＣＯ2ガスに転換し、
金属還元炉(10)へ供給前の粉体状金属酸化物を前記高温のＣＯ2ガスと接触攪拌させて乾燥するようにした
ことを特徴とする還元金属回収方法。
【請求項２】
前記乾燥後の粉体状金属酸化物を貯留部(32)に一時的に貯留し、該貯留部(32)から粉体状金属酸化物を前記金属還元炉(10)へ供給するようにした請求項１記載の還元金属回収方法。
【請求項３】
バーナー(12)から粉体状の金属酸化物と燃料と酸素とを炉中に供給し、前記燃料を酸素支援下に燃焼させた高温の火炎中で前記金属酸化物を溶融させ、この溶融した金属酸化物をカーボンと反応させて還元金属を炉底に回収する金属還元炉(10)において、
金属酸化物とカーボンとの還元反応により生じたＣＯガスの供給を前記還元炉(10)から受け、酸素存在下に燃焼させて該ＣＯガスをＣＯ2ガスに転換させる燃焼装置(28)と、
前記燃焼装置(28)からの高温のＣＯ2ガスおよび金属還元炉(10)へ供給する前の粉体状金属酸化物の供給を受け、内部で両者を接触攪拌させて該金属酸化物を乾燥させる乾燥装置(34)と、
前記乾燥装置(34)からの金属酸化物と廃ガスとを分離させ、分離後の乾燥状態にある粉体状金属酸化物を所要の貯留部(32)へ供給する分離装置(50)とから構成した
ことを特徴とする金属還元炉。
【請求項４】
前記乾燥装置(34)として流動床が使用される請求項３記載の金属還元炉。
【請求項５】
前記乾燥装置(34)としてロータリーキルンが使用される請求項３記載の金属還元炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炉中で溶融させた粉体状金属酸化物にカーボンを接触させて還元反応により溶融金属を回収する金属回収方法およびこれに使用する金属還元炉の改良に関し、更に詳細には、金属還元炉から副次的に発生する高温のＣＯガスを、水分を含んだ状態下にある金属酸化物の乾燥に有効利用するシステムの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多種類の産業廃棄物中には、例えば鉄鋼メーカーの電気炉から残渣として排出される電炉ダストや、プリント基板等の廃棄回収過程で生ずる有価金属含有ダスト等が存在する。電炉ダストや有価金属含有ダストは一般に粉砕処理されるが、これらは鉄、ニッケル、コバルト、金等の再利用可能な金属を含む酸化物と言い換えることができる。
【０００３】
前記の粉体状金属酸化物は、産業廃棄物として位置付けされているが、低濃度ながらもニッケル、コバルト、金等の有価金属を含んでいるので、これを還元処理することにより高濃度の合金として回収する再利用技術が確立している。なお、本発明中で「粉体状」という用語は、純然たる所謂パウダー状のものに限らず、粒状や顆粒状のもの、粉体と粒体とが混在した粉粒体、更にはチップ状細小片の集合からなる流動状物等の全てを意味している。
【０００４】
前述した金属酸化物から金属を回収する技術としては、例えば特開平９−３１０１２６号に係る発明「金属酸化物から金属を得る製造方法」が存在する。この発明は、金属還元炉１０内でバーナー１２からの高温火炎中に粉体状の金属酸化物を供給して溶融させると共に、該還元炉１０に供給した還元剤と溶融した金属酸化物とを反応させて、炉底に有価金属を還元回収するものである。例えば図３において、１０は炉体で、その上部にバーナー１２が下向きに配設されている。このバーナー１２は、図２に示すように、バーナーヘッドの中心部に燃料の噴射孔１７を有し、その外側に１次酸素の噴射孔１９を、更にその外側に粉粒の噴射孔２１を、更に最外周位置に２次酸素の噴射孔２３を夫々同心状に配した形態をなしている。
図３に示す金属還元炉１０では、表１に示す成分の電炉ダストを溶融させて、還元処理した。ここでダストは表２に示す粒度の微粉であった。
【０００５】
【表１】
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【表２】
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【０００６】
本例では、炉体１０をＣａＯを４００ｋｇ，ＣａＦ２を１００ｋｇ投入して予熱した後、以下の条件で酸素バーナー１２から重油，酸素，電炉ダストを炉体内に噴射して、電炉ダストをバーナー１２からの高温火炎中で溶融させると共に、炉壁に取り付けたノズル２６から炉中心に向けてコークス粉を投入した。また炉底より窒素ガスを噴出して溶湯の攪拌を行なった。
重油  ９００１／Ｈ
酸素  １６００Ｎｍ3／Ｈ
ダスト  ３．０ｔ／Ｈ
コークス粉  ０．４８ｔ／Ｈ
ここでコークス粉は０．１〜２mmの粒度のものを使用した。また酸素供給量は、重油が完全燃焼するに必要な量の８９％で供給した。
【０００７】
上記処理を１時間行なった後、スラグと溶融金属とを別々に出滓及び出湯した。このとき溶鋼量は１．１８ｔであった。また溶鋼成分中のＣは０．４％であり、ＺｎＯ，ＰｂＯは夫々０．１％以下であった。更にスラグ成分は表３に示す通りで、その量は１．０２ｔであった。
【表３】
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【０００８】
前記の金属酸化物から金属を回収する方法に使用される炉(金属還元炉)には、コークス等を粉砕して得た粒体状カーボンが投還元剤として投入され、金属酸化物との還元反応により炉内は還元雰囲気となって高温のＣＯガスが副次的に発生する。このＣＯガスは、他の粉塵残渣と混在した廃ガスとして炉外へ導出されて燃焼によりＣＯ2ガスとなった後に冷却塔で冷却され、次いで残渣物を集塵選別して無害化処理した後に大気中へ放出される。また、燃焼により得られたＣＯ2ガスの熱エネルギーを利用してボイラによる発電を行なったり、金属還元炉へ供給する酸素を予熱したりする応用もなされている。
【特許文献１】特開平９−３１０１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで金属酸化物の中には、酸洗スラッジやメッキスラッジの如く、湿式処理されたり、水中で凝集沈殿した後に掬い上げられたりして、その時点で含水率の極めて高い(約５０％)スラッジ状態を呈しているものがある。乾燥した粉体状の金属酸化物は、空気圧送により管路中を金属還元炉へ向けて送られるが、スラッジ状を呈した金属酸化物は、そのままでは空気圧送に供することができない。このため従来は、含水率の高いスラッジ状金属酸化物を別途燃料を使用して乾燥させ、含水率を充分に低下させた状態でホッパーに移送貯留してから前記金属還元炉へ供給するようになっている。しかしこの場合は、金属酸化物の含水スラッジを乾燥させるための燃料が余分に必要になり、操業的に極めて不経済となる難点があった。
【００１０】
そこで発明者は、前述の課題の解決策を求めて種々検討したところ、金属還元炉の内部に副生し、無害化処理した後に大気中へ放出しているＣＯ2ガスが充分に高温の熱エネルギーを有していることに着眼し、このＣＯ2ガスにより含水スラッジ状の金属酸化物を乾燥させるシステムを想到するに至った。すなわち炉中のＣＯガスは猛毒であるが、これを酸素存在化に自燃させてＣＯ2(２酸化炭素)ガスに転換し、未だ熱エネルギーを充分に有しているＣＯ2ガスを含水スラッジ状の金属酸化物に接触・攪拌させることにより、該金属酸化物は含水率３％程度位にまで充分乾燥されて粉体状を回復し、従って管路系での空気圧送に好適に供し得ることが判った。また、このように含水スラッジ状の金属酸化物を乾燥させることが、金属還元炉からの廃熱の利用方法として最も設備コスト的に有利であることが判明した。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を克服し、所期の目的を好適に達成するため本発明は、金属還元炉へ供給した粉体状の金属酸化物(水酸化物を含む)をバーナーからの高温の火炎中で溶融させると共に、この溶融した金属酸化物を該還元炉へ供給したカーボンと反応させて還元金属を炉底に回収する金属回収方法において、
前記カーボンと溶融金属との還元反応により金属還元炉中に発生する高温のＣＯガスを、炉外へ導出して酸素存在下に燃焼させて高温のＣＯ2ガスに転換し、
金属還元炉へ供給前の水分を含んだ粉体状金属酸化物を前記高温のＣＯ2ガスと接触攪拌させて乾燥するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
同じく前記課題を克服し、所期の目的を好適に達成するため本発明は、バーナーから粉体状の金属酸化物(水酸化物を含む)と燃料と酸素とを炉中に供給し、前記燃料を酸素支援下に燃焼させた高温の火炎中で前記金属酸化物を溶融させ、この溶融した金属酸化物をカーボンと反応させて還元金属を炉底に回収する金属還元炉において、
金属酸化物とカーボンとの還元反応により生じたＣＯガスの供給を前記還元炉から受け、酸素存在下に燃焼させて該ＣＯガスをＣＯ2ガスに転換させる燃焼装置と、
前記燃焼装置からの高温のＣＯ2ガスおよび金属還元炉へ供給する前の水分を含んだ粉体状金属酸化物の供給を受け、内部で両者を接触攪拌させて該金属酸化物を乾燥させる乾燥装置と、
前記乾燥装置からの金属酸化物と廃ガスとを分離させ、分離後の乾燥状態にある粉体状金属酸化物を所要の貯留部へ供給する分離部とから構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
高い含水率のスラッジ状金属酸化物(本来粉体状である)を、金属還元炉からのＣＯガスを転換させた高温のＣＯ2ガスに接触させることで、金属酸化物を良好に乾燥させて粉体状に戻すことができ、しかも炉からの廃ガスを有効利用するものであるため、乾燥用に燃料を別途消費する必要がなく、操業コストを大幅に抑えることができる。また猛毒のＣＯガスをＣＯ2ガスに転換させることで、作業環境に及ぼす危険を低減させる効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明に係る還元金属の回収方法およびその実施に使用される金属還元炉のシステムについて、図１を参照しながら説明する。ここに金属酸化物としては、図３に関して述べた如く、例えば鉄鋼メーカー等から廃棄物として排出される鉄を主成分とする酸洗スラッジを挙げるが、本発明に供し得る金属酸化物はこれに限定されるものでなく、ニッケルやコバルトその他金等の有価金属を含み、更に水分を含んでいる酸化物や水酸化物が処理対象物に含まれることは勿論である。すなわち本発明に使用する「金属酸化物」の用語は、例えば鉄系酸化物(Fe2O3)だけでなく、鉄系水酸化物(Fe(OH)3)も含む広い意味を有していると解すべきである。
【００１５】
図１において金属還元炉１０の構成は、基本的に特開平９−３１０１２６号公報に開示され、かつ図３に関して説明したところと同じであって、金属還元炉１０には垂直にバーナー１２が挿入され、そのバーナーヘッドを炉底に指向させている。バーナー１２には、図示しない液体燃料供給源からの液体燃料(例えば重油)が、ポンプ１５により重油供給管１４を介して圧送される。但し、本発明でバーナー１２により燃焼されるのは重油等の液体燃料に限られるものでなく、都市ガス等の気体燃料や微粉炭等の固体燃料も広汎に含むものである。また図示しない酸素供給源からの酸素が酸素供給源１６を介して圧力下に前記バーナー１２へ供給される。更に粉体貯留部３２に貯留された粉体状の金属酸化物としての乾燥した酸洗スラッジが、粉体供給管１８を介して同じくバーナー１２へ空気圧送される。なお、本明細書で使われる「スラッジ」の語は、粉体状の金属酸化物でありながら、水分を含んでドロドロした状態にあるものを総称している。
【００１６】
また、カーボン貯留タンク３６に貯留した粉体状カーボン(例えばコークスを所定粒径以下にまで粉砕したもの)は、ブロータンク３８で空気圧を加えられてカーボン供給管２０を空気輸送され、金属還元炉１０の内部に臨むカーボン噴射ノズル２６から炉内へ供給される。なお、金属還元炉１０の炉底に開口する窒素ガス供給管２４は、図示しない窒素ガス供給源に接続し、炉底に貯まった溶融金属を窒素ガス(不活性ガス)により攪拌して、下方に滞留する還元金属(鉄鋼用合金)と上方に滞留する溶融スラグとに分離させる。
【００１７】
そして、バーナー１２へ供給される重油に点火して酸素支援下に燃焼させ、高温の火炎中に粉体状金属酸化物を供給して溶融させ、更に前記カーボン噴射ノズル２６からのカーボンに接触させて還元反応を生じさせることで、溶融した還元金属を炉底に回収し得ることは先に説明した通りである。この場合における金属還元炉１０の炉内温度は、炉頂付近で約１５００℃の高温になっている。
【００１８】
前記金属還元炉１０の炉頂近傍からＣＯガス排出ライン２２が外部へ導出され、このＣＯガス排出ライン２２はタワー状の燃焼装置２８(以下「燃焼塔」と云う)の塔頂に連通接続している。ＣＯガス排出ライン２２は、金属還元炉１０から導出された管路の途中にラッパ状の空気取入口２５を有し、この空気取入口２５から所要量の酸素が該ライン中に併せて取り入れられる。ＣＯガス排出ラインを介して燃焼塔２８へ供給された高温のＣＯガスは、該燃焼塔２８の内部で空気中の酸素(Ｏ2)存在下に自己燃焼し、ＣＯ2ガスに転換されて燃焼塔２８の下方に連通接続したＣＯ2ガス排出ライン３０に送られる。ＣＯ2ガス排出ライン３０は、その途中で主ライン４０と副ライン４２とに分岐し、主ライン４０を送られるＣＯ2ガスは、ダンパ４４を経て系外の冷却・集塵・脱硫ゾーンへ送られて大気中へ拡散される。なお、主ライン４０が接続する冷却ゾーンは空気吸引されて負圧状態になっているので、前記燃焼塔２８からのＣＯ2ガス(約８００〜１０００℃)は大きな流速をもってＣＯ2ガス排出ライン３０および主ライン４０を移送される。
【００１９】
前記副ライン４２は、ダンパ４６を介して乾燥装置３４の底部近傍に連通し、前記燃焼塔２８からのＣＯ2ガスを、前述した大きな流速をもって該乾燥装置３４に送り込んでいる。この乾燥装置３４の底部にはスラッジ投入部３５が設けられ、このスラッジ投入部３５へ含水率の高いスラッジ状の金属酸化物が、図示しない搬送手段を介して連続的に供給される。
【００２０】
前記乾燥装置３４の内部構造は、例えば多数の篩段板を階段状に設けた流動床として構成され、充分な熱エネルギー(約７００℃程度)と流速とを有しているＣＯ2ガスにより、スラッジ状の金属酸化物は乾燥装置３４内で翻弄されて上昇・落下状態を繰り返して乾燥される。なお、乾燥装置３４の構成は、流動床タイプ以外に、例えばロータリーキルン型式のもの等が適宜採用される。
【００２１】
本来の粉体状に戻された金属酸化物は、乾燥装置３４の塔頂近傍に接続したスラッジ導出ライン４８から導出され、多段サイクロン構成に係るマルチクロン５０に送られる。ここでＣＯ2ガスを含む廃ガスと粉体状金属酸化物との１次分離がなされ、分離された金属酸化物の粉体はマルチクロン５０の下方より排出ライン５２およびフィルタ５４を経てコンベア５６へ送られる。
【００２２】
また、前記マルチクロン５０で１次分離されたＣＯ2ガスを含む廃ガスは、管路５８を介して集塵機６０へ送られ、ここで廃ガス中に残留している金属酸化物を２次分離し、捕集した金属酸化物は管路６２を介して前記コンベア５６へ再回収される。なお、集塵機６０からの廃ガスは、ターボブロア６６により引かれて前述した冷却・集塵・脱硫ゾーンへ合流し、無害化処理された後に大気中へ拡散される。
【００２３】
前記コンベア５６に送られた粉体状金属酸化物は、例えば含水率３％程度までに充分乾燥されているので、該コンベア５６からブロータンク６４で空気圧を加えられ、輸送管６５を介して前記粉体貯留部３２へ空気輸送される。このスラッジ貯留部３２に貯留された金属酸化物は、粉体供給管１８を介して金属還元炉１０のバーナー１２へ供給されることは前述した通りである。
【００２４】
以上に説明したように、本実施例に係るシステムによれば、高い含水率のスラリー状金属酸化物を、金属還元炉からのＣＯガスを転換させた高温のＣＯ2ガスに接触させることで、これを良好に乾燥させて粉体状に戻すことができる。従って水分を含んだスラッジ状の金属酸化物を乾燥させるために、燃料を別途消費する必要がなく、操業コストを大幅に低減させ得る、という有用な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る還元金属の回収方法を実施する金属還元炉の好適な実施例を示す概略システム図である。
【図２】金属還元炉に使用されるバーナーヘッドの正面図である。
【図３】従来技術に係る金属還元炉の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  金属還元炉
１２  バーナー
１４  重油供給管
１５  ポンプ
１６  酸素供給源
１８  粉体供給管
２０  カーボン供給管
２２  ＣＯガス排出ライン
２４  窒素ガス供給管
２６  カーボン噴射ノズル
２８  燃焼塔
３０  ＣＯ2ガス排出ライン
３２  粉体貯留部
３４  乾燥装置
３５  スラッジ投入部
３６  カーボン貯留タンク
３８  ブロータンク
４０  主ライン
４２  副ライン
４４  ダンパ
４６  ダンパ
４８  スラッジ導出ライン
５０  マルチクロン(分離部)
５２  排出ライン
５４  フィルタ
５６  コンベア
５８  管路
６０  集塵機
６２  管路
６４  ブロータンク
６６  ターボブロワー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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