(57)【要約】  機械的分離装置を高温で操作して、種々の揮発性の金属、金属ハロゲン化物及び金属酸化物を分離し、高純度の物質を製造する方法、特に電気アーク炉塵埃から亜鉛又は酸化亜鉛を回収する方法が開示されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流から所望の金属酸化物を除去する方法であって、前記方法は、
ａ）所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流をその発生源から提供する工程と、
ｂ）前記高温の気体流からあらゆる固体を分離する機械的分離装置を提供する工程と、
ｃ）前記高温の気体流を、該気体流にさらに含まれる揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物から所望の金属酸化物を分離するために、所望の金属酸化物の沸点よりも低く、かつ気体流にさらに含まれる揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物の沸点よりもはるかに高い温度で機械的分離装置に供給する工程と、
ｄ）分離された所望の金属酸化物を回収する工程と、を含む、所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流から所望の金属酸化物を除去する方法。
【請求項２】
工程ａ）において、前記高温の気体流が、酸化されて工程ｃ）において分離される所望の金属酸化物を生成する揮発性金属を含んでいる、請求項１記載の所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流から所望の金属酸化物を除去する方法。
【請求項３】
酸素源を前記高温の気体流に添加して、工程ｃ）において分離される前記所望の金属酸化物を生成する、請求項２記載の所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流から所望の金属酸化物を除去する方法。
【請求項４】
工程ｃ）において分離される前記金属酸化物が酸化亜鉛を含む、請求項１記載の所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流から所望の金属酸化物を除去する方法。
【請求項５】
前記高温の気体流が加熱炉から提供される、請求項１記載の所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流から所望の金属酸化物を除去する方法。
【請求項６】
前記機械的分離装置は、サイクロン分離装置、沈降室、衝突分離装置（impingement  separator）、慣性衝突分離装置（impaction  separator）、機械的フィルター（mechanical  fileter）のうち少なくとも１つを備える、請求項１記載の所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流から所望の金属酸化物を除去する方法。
【請求項７】
さらに含まれる前記揮発性の金属／金属酸化物がハロゲン化物を含む、請求項１記載の所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流から所望の金属酸化物を除去する方法。
【請求項８】
金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法であって、前記方法は、
ａ）金属混合物を熱処理することが可能な金属処理装置を提供する工程と、
ｂ）揮発性金属及び金属化合物の混合物を、金属化合物を純金属に還元することが可能な還元剤と共に前記金属処理装置に供給する工程と、
ｃ）前記金属処理装置の内容物を加熱し、揮発性の物質に、所望の金属酸化物を含む放出された気体混合物を生成させる工程と、
ｄ）前記放出された気体混合物を、機械的分離装置に供給する工程と、
ｅ）前記放出された気体混合物の残存部分から所望の金属成分を分離する工程と、
ｆ）分離された所望の金属成分を回収する工程と、を備える、金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項９】
前記揮発性の金属及び金属化合物の混合物が、所望の揮発性の金属成分を含む第１の供給材料と、還元剤を含む第２の供給材料と、を含む、請求項８記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１０】
前記揮発性の金属及び金属化合物の混合物が、さらに鉄を含有する供給材料を含む、請求項９に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１１】
前記鉄を含有する供給材料が、くず鉄、鉄鉱石、焼結塵埃（sinter  dust）及び酸素転炉スラッジのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１２】
前記第１の供給材料が電気アーク炉塵埃を含む、請求項９に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１３】
前記還元剤が炭素源を含む、請求項８に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１４】
前記炭素源がコークスを含む、請求項１３に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１５】
前記金属処理装置が加熱炉を備える、請求項８に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１６】
前記金属処理装置が、誘導炉、平炉、回転窯、トンネル窯、及び回転炉床炉のうち少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１７】
前記機械的分離装置が、サイクロン分離装置、沈降室、衝突分離装置（impingement  separator）、慣性衝突分離装置（impaction  separator）、及び機械的フィルター（mechanical  filter）のうち少なくとも１つを備える、請求項８に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１８】
工程ｅ）の前に、酸素源が、放出された気体混合物と混合され、所望の揮発性金属成分を酸化する、請求項８に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項１９】
前記所望の揮発性金属成分が亜鉛を含む、請求項８に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項２０】
前記揮発性の金属及び金属化合物の混合物がハロゲン化物を含む、請求項８に記載の金属処理用の供給材料から揮発性金属を回収する方法。
【請求項２１】
電気アーク炉塵埃から亜鉛を回収する方法であって、前記方法は、
ａ）電気アーク炉塵埃と、熱処理装置内で酸化亜鉛を亜鉛に還元することが可能な少なくとも１の還元剤と、を混合する工程と、
ｂ）前記熱処理装置を加熱して還元された酸化亜鉛を他の揮発性成分と共に蒸発させる工程と、
ｃ）蒸発した亜鉛を酸化する工程と、
ｄ）酸化された亜鉛を他の揮発性成分から分離することが可能な機械的分離装置に、酸化された亜鉛及び他の揮発性成分を供給する工程と、
ｅ）分離された酸化された亜鉛を回収する工程と、を具備する、電気アーク炉塵埃から亜鉛を回収する方法。
【請求項２２】
工程ａ）において、前記電気アーク炉塵埃を、鉄を含有する物質とさらに混合する、請求項２１に記載の電気アーク炉塵埃から亜鉛を回収する方法。
【請求項２３】
前記鉄を含有する物質が、くず鉄、鉄鉱石、焼結塵埃（sinter  dust）及び酸素転炉スラッジのうち少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の電気アーク炉塵埃から亜鉛を回収する方法。
【請求項２４】
工程ｃ）において、酸素源を亜鉛の蒸気に添加して該亜鉛の蒸気を酸化する、請求項２１に記載の電気アーク炉塵埃から亜鉛を回収する方法。
【請求項２５】
前記機械的分離装置が、サイクロン分離装置、沈降室、衝突分離装置（impingement  separator）、慣性衝突分離装置（impaction  separator）、及び機械的フィルター（mechanical  filter）のうち少なくとも１つを備える、請求項２１に記載の電気アーク炉塵埃から亜鉛を回収する方法。
【請求項２６】
前記熱処理装置が、誘導炉、平炉、回転窯、トンネル窯、及び回転炉床炉のうち少なくとも１つを備える、請求項２１に記載の電気アーク炉煤塵塵埃から亜鉛を回収する方法。
【請求項２７】
回収された酸化亜鉛を、精製された亜鉛を得るためにさらに処理する、請求項２１に記載の電気アーク炉塵埃から亜鉛を回収する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属元素及び金属酸化物や金属ハロゲン化物等の金属化合物を含む揮発性金属を分離する方法及び装置に関する。より具体的には、本発明は、機械的又は物理分離装置及びシステムを使用することを含んだ、揮発性金属をその混合物から分離する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属化合物の製造の際に、供給材料から揮発性金属化合物を除去するために熱プロセスが使用されることが知られている。例えば、熱プロセスは金属酸化物を対応する金属元素に転換する化学反応を利用することを含んでいてもよい。金属元素が、該プロセスの運転温度において揮発性である場合には、これらの金属元素を、処理されている他の化合物と共に除去することができる。例えば、供給材料中に存在することのある金属ハロゲン化物は、通常金属酸化物よりも低い沸点を有しており、そのため、他の揮発性金属と共に蒸気流として除去することができる。このように、熱プロセスを利用して、揮発性金属又は金属化合物として供給材料中に存在する特定の金属を、除去することができる。
【０００３】
揮発性金属が、供給材料中のより揮発性の低い成分から除去される際に、それらを空気と反応させて金属酸化物を生成させ、その後処理を行い、注目している物質を回収することもできる。この種の熱処理方法は、ある種の鉱石の精錬や、廃棄物を処理して特定の注目している物質を除去する際に使用されてきた。こうしたプロセスにおいて、加熱により放出された揮発性金属及び金属化合物は、通常冷却され、凝縮する。一旦凝縮すると、金属化合物は、集塵システムにより回収され、使用又は廃棄される。
【０００４】
電気アーク炉（ＥＡＦ）の塵埃は、電気アーク炉での鋼の製造の際に生じる廃棄物である。鋼の製造の際に、ＥＡＦ塵埃は、廃棄又はリサイクルのために捕捉、回収される。
【０００５】
ＥＡＦ塵埃の主要成分は、鉄（５０重量％まで）及び亜鉛（３０重量％まで）であり、通常酸化物の形態をとる。さらに、ＥＡＦ塵埃は、少量のカルシウム、マグネシウム、マンガン、鉛、カドミウム、塩化物、フッ化物及び他の微量元素を含む。
【０００６】
一般に、亜鉛含量の高いＥＡＦ塵埃は、既存の亜鉛回収手段を用いて処理し、亜鉛含量の低いＥＡＦ塵埃は、送り出して化学的に安定化させ、埋め立てて廃棄物として処分するのが経済的である。
【０００７】
上述したような熱プロセスは、ＥＡＦ塵埃を処理し、亜鉛、鉛及びカドミウム等の揮発性金属を除去するために使用されてきた。ＥＡＦ塵埃は、還元剤を添加し、次いで得られた混合物を加熱することにより処理される。好適な揮発性金属が生成されると、それらは金属ハロゲン化物等の、あまり好適でない及び／又は好適でない揮発性物質と共に混合物から放出される。揮発性物質は、当該プロセスから放出されると、回収され、少なくとも揮発性金属成分が高温の気体流内で金属酸化物を生成するように空気又は酸素と混合される。次いで、気体流を冷却し、化合物の混合物を凝集させ、凝集した物質は集塵システムで回収する。
【０００８】
ＥＡＦ塵埃処理から上述のようにして回収された物質は、酸化亜鉛粗製品と呼ばれており、通常、酸化亜鉛、塩化亜鉛、塩化鉛、カドミウム、及び塩化カドミウムを含有する。この物質は、組成に応じて一定の市場価値を有するが、高純度酸化亜鉛ははるかに価値が高く、望ましい。
【０００９】
酸化亜鉛粗製品からの、より価値の高い高純度酸化亜鉛の分離は、第２分離工程において、第２の熱プロセス又は湿式化学プロセスのいずれかを用いて行うことができる。しかし、第２のプロセスを用いると、混合物から化合物を分離する際に消費しなければならない追加のエネルギーに比例してコストは増大する。酸化亜鉛粗製品の熱処理には、酸化雰囲気下で、除去される不純物の沸点を上回る温度で粗製品を加熱することが含まれる。酸化亜鉛粗製品の場合、ハロゲン化鉛、ハロゲン化カドミウム、カドミウム及び塩化亜鉛を除去するために、粗製品を１８００°Ｆ以上の温度に加熱しなければならない。この加熱プロセスは、回転窯、トンネル窯、回転炉床炉又は同様の加熱装置を用いて行われる。
【００１０】
熱プロセスに代わるものとしては、湿式化学プロセスを用いて不純物を溶解し、所望の金属酸化物生成物から洗い去ることにより特定の金属酸化物を不純物から分離するプロセスがある。この洗浄は、所望の金属を酸化物の形態のままにするが、金属ハロゲン化物等の不純物を洗い去ることのできる特定のｐＨで行われる。
【００１１】
以下の特許は、揮発性金属を処理する様々なシステムを例証している：Ｒａｈｎらの発明に対する米国特許第４，１０８，６３４号、Ｍａｅｌｚｅｒらの発明に対する米国特許第４，２００，４５４号、Ｂｒｅｓｓｅｒらの発明に対する米国特許第５，４７４，５９２号、Ｂｅｒｎａｒｄらの発明に対する米国特許第５，５６７，２２５号、Ｋｅｅｇｅｌ．，Ｊｒ．らの発明に対する米国特許第５，６６７，５５３号、Ｍｉｙａｚａｗａらの発明に対する米国特許第５，７６６，３０７号、Ｈｏｒｎｅらの発明に対する米国特許第６，３９５，０６０号、及びＨｏｒｎｅらの発明に対する米国特許第６，４６４，７５３号。さらに、Ｈｏｒｎらによる係属中の米国特許出願第２００２／００１１３３号明細書には、揮発性金属を処理するシステムが開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、機械的又は物理分離装置及びシステムを使用することを含む、揮発性金属をその混合物から分離する方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の明細書においてこの後明らかにされる本発明の様々な特徴、特性及び実施態様によると、本発明は、揮発性の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流から所望の金属酸化物を除去する方法を提供する。当該方法は、
ａ）所望の金属酸化物並びにさらに少なくとも１の揮発性の金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物を含む高温の気体流をその発生源から提供する工程と、
ｂ）前記高温の気体流からあらゆる固体を分離する機械的分離装置を提供する工程と、
ｃ）前記高温の気体流を、該気体流にさらに含まれる揮発性金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物から所望の金属酸化物を分離するために、所望の金属酸化物の沸点よりも低く、かつ気体流にさらに含まれる揮発性金属／金属酸化物及び金属ハロゲン化物の沸点よりもはるかに高い温度で前記機械的分離装置に供給する工程と、
ｄ）分離された所望の金属酸化物を回収する工程と、を含む。
【００１４】
さらに、本発明は、金属処理用の供給材料から揮発性金属を分離する方法を提供する。当該方法は、
ａ）金属混合物を熱処理することが可能な金属処理装置を提供する工程と、
ｂ）揮発性金属及び金属化合物の混合物を、金属化合物を純金属に還元することが可能な還元剤と共に金属処理装置に供給する工程と、
ｃ）金属処理装置の内容物を加熱し、揮発性の物質に、所望の金属成分を含む放出された気体混合物を生成させる工程と、
ｄ）放出された気体混合物を、機械的分離装置に供給する工程と、
ｅ）放出された気体混合物の残存部分から所望の金属成分を分離する工程と、
ｆ）分離された所望の金属成分を回収する工程と、を含む。
【００１５】
また、本発明は、電気アーク炉塵埃から亜鉛を回収する方法を提供する。当該方法は、
ａ）電気アーク炉塵埃と、熱処理装置中で酸化亜鉛を亜鉛に還元することが可能な少なくとも１の還元剤と、を混合する工程と、
ｂ）前記熱処理装置を加熱し、還元された酸化亜鉛を他の揮発性成分と共に蒸発させる工程と、
ｃ）蒸発した亜鉛を酸化する工程と、
ｄ）酸化された亜鉛を他の揮発性成分から分離する能力を有する機械的分離装置に酸化された亜鉛及び他の揮発性成分を、供給する工程と、
ｅ）分離された酸化された亜鉛を回収する工程と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、金属元素及び金属酸化物や金属ハロゲン化物等の金属化合物を含む揮発性金属を分離する方法及び装置を対象とし、当該方法及び装置は、機械的若しくは物理的分離装置又はシステムを包含する。
【００１７】
本発明の方法及び装置は、金属処理プロセスから排出された高温の気体流を処理して高純度の金属酸化物を製造するために使用することができる。本発明は、熱プロセスにより生成された、ハロゲン化鉛、ハロゲン化カドミウム又は金属カドミウム等の金属及び金属ハロゲン化物を含む気体流中に存在する、他の金属及び金属ハロゲン化物から亜鉛、鉛及び／又はカドミウムを（酸化物として）分離するために使用することができる。本発明の方法は、高温での機械的分離を用いて揮発性の金属及び金属ハロゲン化物を所望の金属又は金属酸化物から分離している。
【００１８】
本発明においては、単なる例示であるが、サイクロン分離装置、沈降室、衝突分離装置（impingement  separator）、慣性衝突分離装置（impaction  separator）、機械的フィルター（mechanical  filter）及び他の機械的装置等の、高温で揮発性金属を分離することが可能な任意の機械的分離装置を使用することができる。実施の際には、本発明に従って使用される機械的分離装置により、金属酸化物を揮発性の金属、金属ハロゲン化物及び他の化合物から分離する。本発明は、特に、金属酸化物（酸化亜鉛を含む）が、他の金属、金属酸化物及び金属ハロゲン化物の存在下で処理する際に生成するプロセスに適用可能である。
【００１９】
本発明の１つの実施形態に従って、高温で揮発性金属を分離する工程を示すブロックフロー図である図１を参照しながら、本発明の特定の実施形態について議論する。本実施形態においては、電気アーク炉（ＥＡＦ）塵埃の処理について言及されているが、揮発性金属の分離に関する本発明に従って、亜鉛及び／又は揮発性金属を含有する他の種類の供給材料を処理することが可能であることは理解されるであろう。
【００２０】
図１は、少なくともＥＡＦ塵埃等の揮発性金属を含有する供給材料及びコークス等の炭素源又は他の還元剤を投入することが可能な加熱炉１を示す。炭素源により、加熱炉内が確実に還元性雰囲気にならしめられる。そのような還元性雰囲気下において、ＥＡＦ塵埃中の揮発性金属の金属酸化物が金属型に変換される。使用される加熱炉のタイプによっては、鉄の供給源を供給材料として含めることもできる。例えば、くず鉄を処理する際に誘導炉を使用する場合、くず鉄の溶融浴を調製することは熱源としての機能を果たすと共に、本発明により揮発性金属を分離するための経済的な手段をもたらす。回転窯を加熱炉として使用する場合、必要なのは、ＥＡＦ塵埃等の揮発性金属を含有する材料とコークス等の炭素源を別々に供給することだけである。実際には、後述するように揮発性金属を高温の気体として放出する、任意の慣用される加熱炉及び処理装置を使用することができる。加熱炉の例としては、誘導炉、平炉、回転窯、トンネル窯、及び回転炉床炉等が挙げられる。
【００２１】
図１では、加熱炉１を、ＥＡＦ塵埃等の揮発性金属を含有する供給材料を加熱炉１内に供給するためのライン２及びコークス等の炭素源又は他の還元剤を加熱炉１内に供給するためのライン３を含むいくつかの材料供給口を有するものとして図示されている。さらに、任意の供給ライン４が図示されているが、これをくず鉄、鉄鉱石、溶銑、焼結塵埃（sinter  dust）、酸素転炉スラッジ等の鉄を含有する材料を加熱炉１内に供給するのに使用することもできる。
【００２２】
熱処理プロセス実施時の加熱炉の運転温度において、亜鉛及び他の揮発性の金属並びに金属ハロゲン化物は供給材料の混合物中から沸騰により放出され、加熱炉内から除去することができる。放出される高温の金属及び金属化合物の蒸気が、適当な回収手段により回収することができ、機械的分離装置５に供給される。この工程が、図１のブロック矢印６に示されている。亜鉛、鉛及びカドミウムは、元の供給材料から放出される際には、それらの元素型をとっている。揮発性金属を酸化するために、ブロック矢印７で示されるように、放出又は回収された蒸気に酸素源又は空気を添加してもよい。酸化された揮発性物質は凝結して固体粒子となり、機械的分離装置５により、他の揮発性の高い気体状の化合物から回収することができる。凝結したこれらの揮発性物質は、ライン８で示されるように機械的分離装置から取り除かれる。より揮発性の高い気体状の化合物は、ライン９で示されるように機械的分離装置から除去され、任意のさらに所望の処理に供することができる。加熱炉１の内部に残った物質は、揮発性の金属及び化合物の放出後に、ライン１０で示されるように取り出すことができる。
【００２３】
機械的分離装置は、サイクロン分離装置、沈降室、衝突分離装置（impingement  separator）、慣性衝突分離装置（impaction  separator）、機械的フィルター（mechanical  filetr）及び他の慣用される機械的分離装置を含むものであってよい。
【００２４】
亜鉛を分離回収する場合、気体流の温度を１８００°Ｆ（９８２℃）を上回る温度に保持することによって、カドミウム、塩化亜鉛、塩化カドミウム、及び塩化鉛等のより揮発性の高い化合物は気相に残るが、酸化亜鉛は凝結して固体となる。高温の気体流を、機械的分離装置５を介して送出することにより、比較的低濃度の不純物しか含まない酸化亜鉛を回収することができる。
【００２５】
本発明の方法は、揮発性金属を含む金属供給材料を高温で処理又は取り扱う既存の熱プロセスと組み合わせて使用することができる。このような場合、本発明の方法では追加のエネルギーを投入する必要はなく、単に機械的分離装置を取り付けて、動作させればよい。
【００２６】
本発明について、特定の手段、材料及び実施形態を参照しつつ説明してきたが、当業者は、上記記載より、本発明の本質的特徴を容易に明らかにすることができ、上に述べたような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの用途及び特徴に適合させるために種々の変更及び修正を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明について、添付した図１を参照して説明するが、本図は本発明を限定しない単なる例示であり、本発明の１つの実施形態により高温で揮発性金属を分離する工程を示すブロックフロー図である。
【図１】
2007521393.tif 000003
【国際調査報告】
2007521393.tif 000004
2007521393.tif 000005
2007521393.tif 000006