(57)【要約】【課題】Ｃを大量に含有する製鉄用の高炉排ガスの湿ダストを、鉄（Ｆｅ）と炭素（Ｃ）に分離し、製鉄プロセスで再活用するための、簡易、実用的かつ有効な方法を具体的に提供すること。【解決手段】湿ダストを、スラリー状となし、そのスラリーに超音波処理を施した後に、湿式磁選などの湿式分離法を適用し、鉄を主とする回収物と炭素分を主とする回収物に分離する。鉄を主とする回収物は、還元炉にて脱亜鉛を行い製鉄工程でＦｅ源として再利用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄用の高炉から発生する排ガスを湿式集塵した際に捕集される湿ダストをスラリー状とし、
そのスラリー状の湿ダストに超音波処理を施した後に、鉄を主とする粒子と炭素を主とする粒子の物性値の差を利用して湿式分離を行うことによって、
鉄を主とする物質と炭素分を主とする物質に分離する高炉発生物中の湿ダストの処理方法。
【請求項２】
前記超音波処理が、
スラリー１ｍ３当たりのｋＷで表示した超音波強度と分で表示した超音波照射時間の積で表される超音波処理パラメーターが、２０ｋＷ・ｍｉｎ／ｍ３以上である請求項１に記載の高炉発生物中の湿ダストの処理方法。
【請求項３】
前記鉄を主とする粒子と炭素を主とする粒子の物性値の差を利用した湿式分離が、湿式磁選法である請求項１に記載の高炉発生物中の湿ダストの処理方法。
【請求項４】
前記の鉄を主とする粒子と炭素を主とする粒子の物性値の差を利用した湿式分離による分離後の鉄を主とする物質を脱亜鉛のための還元炉の原料として使用する請求項１から３の何れかに記載の高炉発生物中の湿ダストの処理方法。
【請求項５】
製鉄用の高炉から発生する排ガスを湿式集塵した際に捕集される湿ダストを還元炉の原料として使用するに際して、
前記湿ダストの一部を請求項１から３の何れかに記載の処理を行ってから使用し、前記湿ダストの残りは処理を行なわないまま使用する高炉発生物中の湿ダストの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄工程で生じる発生物を再度製鉄工程で有効利用するためのリサイクル方法、より詳しくは、製鉄高炉排ガスの集塵中の湿ダスト中の鉄（Ｆｅ）と炭素（Ｃ）の分離によるＦｅ分の製鉄工程での再活用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉排ガスから集塵されるダストには、乾式で集塵される粗粒の一次集塵ダストと湿式で集塵される微粒の二次ダストとがある。
【０００３】
乾式集塵ダストは、Ｆｅの回収のためほぼ全量が焼結原料として再利用されている。
【０００４】
ところが、湿式ダストは、Ｆｅ源として焼結工程で利用するにしても、微粒であるため含水率が高く、脱水しても焼結操業への悪影響があることにもまして、一般に亜鉛（Ｚｎ）の含有量が多く、高炉内の炉材の損傷や炉壁付着物生成の助長の原因となるなどの悪影響が有り、高炉原料としてのリサイクル使用が制約され、廃棄されることも多い。
【０００５】
この高炉排ガスから集塵された湿ダストは脱Ｚｎ処理を行なう必要があり、従来法のプロセス全体の一例を示す図２のように、還元炉による処理が行われることが多い。
【０００６】
その還元炉操業では、還元剤としてカーボンが使用されるものの、カーボンの装入総量は還元反応との関連で適正範囲があり、過剰な配合Ｃは還元ペレットに強度劣化をもたらす原因となり、品質に悪影響を与える。
【０００７】
然るに、高炉湿ダストには、表１（鉄鋼便覧第四版より引用）に示すようにＣが大量に含まれており、還元炉原料として大量に使用できず、図２に示すように一部は破棄せざるを得ないという問題がある。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
また、高炉へのＺｎの悪影響を回避するため、溶銑予備処理や製鋼工程で使用する場合もある。しかしながら、Ｃ含有量が多いために、精練用酸素の消費や酸化により発生するＣＯガスによるスラグフォーミングなどの弊害が生じやすく、その使用が制約される。
【００１０】
この観点から、高炉ダスト中のＣをＦｅから分離する方法は、従来から多く提案されている。
【００１１】
例えば、特許文献１には、水選処理あるいは水中での磁選による分離法が提案され、水選処理をすることにより容易に沈降して沈殿する重い酸化鉄粉および炭素質物質に酸化鉄が食い込んだ形の重量分と、浮遊および浮上する軽い炭素質微粉、酸化鉄微粉、亜鉛、錫などの酸化物微粉の軽量分とに分別できるとしている。しかしながら、この特許文献１には、Ｆｅは焼結原料としてのリサイクルに、また、Ｃは活性炭原料として利用するというＦｅとＣの分離の目的は示されているが、分離のための具体的な処理についての記載はない。さらには、Ｆｅ回収側のＣ混入濃度も示されていないため、Ｆｅ活用の際の障害となるＣ除去の目的に対して有効な技術であるか否かの判断も困難である。
【００１２】
特許文献２には、水などによる比重選鉱法が示されている。二次ダストに含まれているＦｅ・Ｚｎ・Ｐｂなどの金属および酸化金属分と、コークス粉など炭素分および脈石成分は比重が異なることから比重選鉱によって容易に分離することができるとし、その比重選鉱の方法として、比重により二次ダストを分離できるものであれば、とくに、制限なしで利用でき、乾式でも湿式でも適用できるとしている。また、選鉱率を高めるために遠心分離機を使用してもよいこと、とくに、湿式比重選鉱を採用する場合は、重力沈降法を用いるものでも流体サイクロンを用いるものでもよいが、好ましくは遠心分離機を使用することが記載されている。しかしながら、比重選鉱の方式として「重力沈降法」、「流体サイクロン」、「遠心分離機」を例示しているのみで、具体的な分離条件や分離結果の例示は皆無である。文献記載のように、「重力沈降法により容易に分離可能」であれば、高炉集塵の湿ダスト処理設備としてしばしば設置されるシックナーでも十分に分離ができるはずである。
【００１３】
また、特許文献３や特許文献４には、必要に応じての湿式破砕処理および浮遊選鉱によるＣの分離が開示されている。これも原理としては粒子を機械的に分離して微粒子に乖離した後にＦｅ系物質とＣ系物質の密度差を利用するものである。何れにも、黒鉛を主成分とする浮遊物と酸化鉄ないしその他のものが沈下物に分離できることが開示されている。しかしながら、何れの文献に示されている浮遊選鉱は、Ｆｅ系物質とＣ系物質のそれぞれ粒子とが、充分に分離されていないと、密度差を利用した粒子の浮遊選鉱処理は不可能であるという問題がある。そして、何らかの粒子乖離処置がなければ有効にＦｅ系物質とＣ系物質に分離できないという問題がある。さらには、大きなものの破砕、例えば数センチ以上の大きなものを数ミリなどに破砕することは比較的容易であるが、さらにミクロン単位へ微破砕することが難しいこと、負荷の掛かることは一般的に良く知られている。機械的な破砕法で、数ミクロン〜数十ミクロンの粒子からなる凝集固着物を、元の粒子に完全分離することはかなり難しい。適切な設備の選定が必要であり、また操業負荷も大きいという問題がある。
【００１４】
さらに、特許文献５には、有機溶媒による接触浮上分離の方法が示されている。ダスト中の炭素分はグラファイト質が多く活性炭のように有機物を選択的に吸着する性質をもっているので、炭素分を水より比重が軽くかつ水に対して溶解性が少なく水に分散して浮上効果のある有機物と接触吸着させて静置することにより浮上捕集することが開示されている。しかしながら、有機溶媒による接触浮上分離法は、有機溶媒を使用することに対する安全衛生上の対策や環境面の対策を必要とし、設備・操業の制約が多い。また、高炉ガス灰の中に、有機溶媒に易溶の成分、不純物が含まれていると有機溶媒へ抽出されて蓄積濃縮するので、有機溶媒の繰返し使用が困難となりコストが増加するという問題がある。
【００１５】
またさらに、特許文献６には、ＦｅとＺｎの分離を目的として、分散剤および超音波処理を施し静置による沈降・浮上分離をすることにより高炉ガス灰の元素分離を行うことが開示され、その実施例の結果を示す表にはＣの挙動も記載されている。しかしながら、この文献における開示事項において、成分分離の促進のために、分散剤と超音波処理という前処理を併用していることが注目されるが、沈静・比重分離において、ＦｅとＺｎとの分離は良好ではあるにしても、ＦｅとＣとの分離に関しての効果が窺えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開昭４８−５２６９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１０５８０１号公報
【特許文献３】特開昭５３−８８６０１号公報
【特許文献４】特開昭５５−１４８６４号公報
【特許文献５】特開昭５３−２３８９６号公報
【特許文献６】特開昭５２−２８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の課題は、高炉排ガスの湿ダストに関して、鉄（Ｆｅ）を製鉄プロセスで再活用するために、炭素（Ｃ）と分離する簡易で、実用的かつ有効な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の鉄を主とする物質と炭素分を主とする物質に分離する高炉発生物中の湿ダストの処理方法は、製鉄用の高炉から発生する排ガスを湿式集塵した際に捕集される湿ダストをスラリー状とし、そのスラリー状の湿ダストに超音波処理を施した後に、鉄を主とする粒子と炭素を主とする粒子の物性値の差を利用して湿式分離を行うことをその基本構成とする。  
【発明の効果】
【００１９】
本発明によって、高炉湿ダストに大量に含有されるＣ分を、Ｆｅを主とする部分から分離する。その結果、Ｆｅを主とする部分を脱亜鉛のための還元炉に装入する際の総炭素量制約による高炉湿ダスト使用量制約を減少でき、高炉湿ダストの鉄源としての再利用可能量を増加できる。いいかえれば、利用できずに廃棄される高炉湿ダスト量を減少させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のプロセスを示すフロー図である。
【図２】従来法のプロセスの一例を示すフロー図である。
【図３】超音波処理有無および処理条件と磁着側スラリーのＣ含有量（％）／Ｆｅ含有量（％）の関係を示す。
【図４】超音波処理有無および処理条件と磁着側スラリーへのＣ分配比率（％）の関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照して、本発明の各プロセスにおける条件は以下のとおりである。
【００２２】
スラリー化の条件
高炉において発生したダストは、湿式のベンチュリーで集塵され直後は希薄なスラリー状のものであるので、通常はハンドリングしやすいように、シックナーで沈降濃縮の後に脱水機で脱水する。
【００２３】
本発明を適用するために湿ダストは、スラリー状態とする必要があるが、その方法としては、湿式ベンチュリーで集塵されたスラリーそのままでも良いし、またシックナーで沈降濃縮したスラリーで良い。またこれらのスラリーを元に何らかの方法で濃縮ないし希釈したスラリーでも良い。
【００２４】
さらには輸送や保管の便宜上から脱水機で脱水を行いスラッジ状となった高炉湿ダストへ、再度水分を加えてスラリー化したものでも良い。
【００２５】
また、本発明においては、必須ではないが、スラリーのｐＨを８．５〜１０程度に保持することが、より好適である。その理由は他ｐＨ値に比し、このｐＨ範囲ではＦｅ、Ｚｎなど金属元素の液中への溶出が少なく、最終的な固液分離後の排液処理が容易なためである。
【００２６】
超音波処理の条件
それらのスラリーに対して超音波を照射して処理を行なう。超音波照射の目的・機能は、物理的に相互に付着しているＦｅ主体やＣ主体など、様々な種類の粒子を、ミクロ的に分離することである。ここでいうミクロとは、スラリーに懸濁する粒子相互の分離との意味である。すなわち、Ｆｅ分の多いスラリーないしスラッジとＣ分の多いスラリーないしスラッジに分けるための何らかのマクロな湿式分離を次工程で行う前に、個別の粒子を極力分離するものである。
【００２７】
超音波処理は、実質的にスラリーに超音波が照射できれば良い。例えば、スラリー１ｍ３当たりの１ｋＷの超音波強度で２〜３分の超音波照射にて、超音波照射なしの場合に比してＦｅとＣの分離が良好となる。
【００２８】
照射する超音波の周波数は特に限定されないが、１００ｋＨｚ程度以下の比較的低い周波数の方がより好適である。
【００２９】
超音波照射を、バッチ式容器で行っても連続的な流路で行っても、何れでも構わない。
バッチ式処理、連続処理何れの場合にも、何らかの方法によって、十分なスラリー撹拌が必要である。超音波の加振力のみではスラリーの均一化、ひいては均一な超音波照射ができないためである。
【００３０】
超音波照射を行う際のスラリー濃度、すなわち、固体物質量／全質量の比もとくには限定されない。低濃度ほど処理効率が低下し同一湿ダスト処理量に対する設備規模が大きくなり、経済的に不利である。また高濃度になれば、処理効率は向上するが撹拌や移送など処理が難しくなる。何れのスラリー濃度でも効果は得られるが、これらの観点から実質的には３〜２５質量％程度が好適な範囲といえる。
【００３１】
とくに、超音波処理条件は、スラリー１ｍ３当たりのｋＷで表示した超音波強度と、分で表示した超音波照射時間の積で表される超音波処理パラメーターが、２０ｋＷ・ｍｉｎ／ｍ３未満では、この超音波処理パラメーターの値が増加するにつれて、Ｆｅ回収側のＣ／Ｆｅ比率が大きく低下しているが、２０〜３０ｋＷ・ｍｉｎ／ｍ３以上となると、Ｃ／Ｆｅ比率の低下の程度は減少する。
【００３２】
これは超音波処理パラメーターの値が２０ｋＷ・ｍｉｎ／ｍ３未満である領域では、超音波処理によるＦｅ主体の粒子とＣ主体の粒子のミクロな分離がまだ不足であり、超音波処理の増加とともに分離が急速に進んでいることを示している。一方２０〜３０ｋＷ・ｍｉｎ／ｍ３以上となると超音波処理の増加とともに分離は進むが、その程度は僅かとなる。
【００３３】
このため、設備費と効果の効率バランスを考慮すると、工業的には超音波処理パラメーターの値が２０ｋＷ・ｍｉｎ／ｍ３以上との条件を満たすことが、とくに、好適な条件と言える。
【００３４】
また、超音波強度と照射時間の組合せは特に限定されない。実施例に示すように、２０ｋＷ・ｍｉｎ／ｍ３以上との条件を満たす限り、４ｋＷ／ｍ３のような低強度で長時間の照射を行う場合と、３５ｋＷ／ｍ３のような高強度で長時間の照射を行う場合とで明瞭な差はなく、任意の組合せが選べる。
【００３５】
湿式分離の条件
図１に示す超音波処理後の湿式分離の方法もとくに、限定されない。湿式磁選法・浮遊選鉱法・遠心分離法・化学的な抽出処理など、実質的にＦｅ分の多いスラリーないしスラッジとＣ分の多いスラリーないしスラッジにマクロ的に分離できる方法であれば、どんな方法でも適用できる。また工業的に分離できる限りは如何なる条件でも良い。
【００３６】
湿式分離の方法の中でも、湿式磁選法が特に好適である。その理由は、デカンターなど遠心分離法に比し、使用する設備の構造が簡易であり、設置費用および整備・維持費用が安価である。また、浮遊選鉱法や化学的な抽出処理では処理施設の設置に加えて、操業の際に然るべき薬剤の使用が必要であり、コスト負荷および環境管理負荷が生じるが、湿式磁選法は一切の薬剤の使用はない。したがって、湿式分離方法の中でも、とくに、湿式磁選法がとくに優れていると言える。
【００３７】
また、湿式磁選法の中でも、ドラム式湿式磁選・フィルター式湿式磁選などが適用でき、湿式磁選の具体的な方法や磁束密度などの条件は特定されない。
【００３８】
分離物の再活用
以上の超音波照射および湿式分離法により、分離されたＦｅ分の多いスラリーないしスラッジは、処理前の高炉湿ダストに比してＦｅ分が濃縮されているので製鉄プロセスでのＦｅ源として利用できる。焼結工程・高炉工程・製鋼工程など具体的な利用先は必ずしも限定されない。
【００３９】
しかしながら、スラリーないしスラッジにはまだＺｎがかなり含まれるので、スラリーないしスラッジを大量に使用するためには、還元炉による脱Ｚｎ処理を行なった後とすることが、とくに好ましい。
【００４０】
また、高炉湿ダストを還元炉にて脱Ｚｎ処理を行なった後に製鉄プロセスでのＦｅ源として利用する際には、必ずしもダスト全量を本発明法による超音波照射および湿式分離法を適用する必要はなく、還元炉のカーボンの装入総量との見合いでダストの一部を処理すれば良い。
【００４１】
すなわち、回収したままの湿ダストのＣ／Ｆｅ比は０.７〜０．８程度であるが、本発明法を適用して分離されたＦｅ分の多いスラリーないしスラッジのＣ／Ｆｅ比は０．１５〜０．２程度であり、処理前の１／４〜１／５程度のＣ含有比率となる。
【００４２】
すなわち、ダストからの装入Ｃ量を半分にしたい場合は、ダスト全体量の６割程度を処理すれば良いこととなる。  これに対して全量に本発明の処理法を適用してＣ／Ｆｅ比が０．３〜０．４の操業を行うこともできるが、装入量の一部のみ本発明を適用してＣ／Ｆｅ比０．１５〜０．２程度とする処理法の方が、設備の原価償却費、処理費などのコストが安価となるため好適である。
【実施例】
【００４３】
実施例１
図１に示す過程によって、表２に示す組成の高炉湿ダストを超音波処理および湿式磁選を行なった。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
表２に示す組成の高炉湿ダストを含むスラリーは、シックナーから引抜いた濃縮スラリーであり、その質量濃度は１２％であった。ｐＨは９．５程度に調整した。
【００４６】
これを表３に示す超音波強度と照射時間の水準下で処理をした。比較として、超音波処理を行なわずに湿式磁選のみを行った水準も設けた。
【００４７】
超音波処理は、貯槽にスラリーをため、インペラー撹拌をしながら所定時間・所定強度の超音波照射を行った。湿式磁選は、表面磁束密度０．２４テスラのドラム式磁選機で行った。磁着側スラリー、非磁着側スラリーはそれぞれ磁選機出側でサンプリングをして、分析を行なった。
【００４８】
【表３】
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【００４９】
表３には磁着側スラリーのＦｅ分析値およびＣ分析値、インプットＣ総量に対する磁着側スラリーへのＣ分配の比率も示す。それらを図示したものが図３および図４である。
【００５０】
これらの図から、以下のことが言え、本発明法の効果が明瞭に理解できる。
【００５１】
イ、比較法である超音波処理無し（表３のＮｏ.１）に比し、超音波処理後に湿式磁選を行なうことによって、ＦｅとＣの分離が改善されている。
ロ、超音波処理条件が２０ｋＷ・ｍｉｎ／ｍ３以上となると、改善効果の向上代は少なくなる。したがって、それ未満の条件に比し、２０ｋＷ・ｍｉｎ／ｍ３以上の条件範囲が特に好適な範囲である。
【００５２】
実施例２
還元炉の装入総Ｃ量の制約によって、高炉湿ダスト発生量２４トンの半分１２トン程度しか処理できていないので、全量処理を目標として本発明法の適用を行なった。発生量の６割を本発明法で処理し、残り４割をそのままで、還元炉へ装入した。
【００５３】
表４にそのマスバランス測定結果を示す。ほぼ比較法（無処理で発生量の半分を使用）と同様の還元炉装入カーボンにて湿ダストの全量が使用でき、その結果Ｆｅリサイクル量が増加できる効果が得られた。
【００５４】
【表４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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