(57)【要約】【課題】金属チタンの製錬工程で発生した排熱空気を利用して、当該工程で発生した湿潤性のある廃棄物中の水分を経済的かつ効率よく分離することができる技術を提供する。【解決手段】チタン塩化物を還元性金属で還元する金属チタン製造用反応炉で発生した排熱空気の利用方法であって、複数の前記反応炉から発生する排熱空気を集合させ、そのまま又は大気で希釈した排熱空気を、湿潤物の乾燥媒体として直接的に利用する金属チタン製造用反応炉の排熱利用方法。また、チタン塩化物を還元性金属で還元する金属チタン製造用の複数の反応炉で発生した排熱空気を集合させ、そのまま又は大気で希釈した排熱空気により湿潤物を乾燥させる乾燥固形物の製造方法。さらに、この方法で製造した、金属チタン製造工程で発生する廃棄用固形物であって、前記廃棄用固形物の中心部よりも表面の方に高い含水率層を有している廃棄用固形物。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン塩化物を還元性金属で還元する金属チタン製造用反応炉で発生する排熱空気の利用方法であって、
複数の前記反応炉から発生する排熱空気を集合させ、そのまま又は大気で希釈した排熱空気を、湿潤性廃棄物の加熱媒体として直接的に利用することを特徴とする金属チタン製造用反応炉の排熱利用方法。
【請求項２】
大気で希釈して、前記排熱空気の温度を３００℃以下の一定温度に制御することを特徴とする請求項１に記載の金属チタン製造用反応炉の排熱利用方法。
【請求項３】
チタン塩化物を還元性金属で還元する金属チタン製造用の複数の反応炉で発生した排熱空気を集合させ、そのまま又は大気で希釈して所定温度に制御された排熱空気により湿潤性廃棄物を乾燥させることを特徴とする乾燥固形物の製造方法。
【請求項４】
前記乾燥固形物の表面のみを水分で湿潤させることを特徴とする請求項３に記載の乾燥固形物の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の乾燥固形物の製造方法によって製造された、金属チタン製造工程で発生した廃棄用固形物であって、前記廃棄用固形物の中心部よりも表面の方に高い含水率層を有していることを特徴とする廃棄用固形物。
【請求項６】
前記湿潤性廃棄物が、金属チタン製造工程で発生した湿潤性廃棄物を原料とすることを特徴とする請求項１記載の金属チタン製造用反応炉の排熱利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四塩化チタンの製造工程で発生する廃棄物の効率的な処理方法に関し、特に、同廃棄物を経済的に乾燥処理して廃棄物の処理コストを低減させることを目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
金属チタン製錬の中間原料となる四塩化チタンは、チタン鉱石の塩素化反応により製造されているが、酸化チタン含有率が高いチタン鉱石にも鉄やケイ素等の不純物の酸化物が数％以上含まれており、これらの不純物酸化物が塩素化されて副生する不純物金属塩化物は、湿式処理されて無害化された後、産業廃棄物として処理されているのが現状である。
【０００３】
しかしながら、上記の処理にはコストが掛かり、特に、水洗処理されて無害化された固形物は、圧搾機などにより脱水されて、水分を５０〜７０％含んだ固形廃棄物（「プレスケーキ」と呼ぶ場合がある）として一般に有償で処理されている。
【０００４】
前記プレスケーキを廃棄する際には、一般にプレスケーキの重量に比例したコスト（例えば、運送費）が発生するので、コスト削減のためには、前記プレスケーキ中の水分の低減が重要な課題となっている。
【０００５】
前記したプレスケーキの水分を低減する方法としては、プレスケーキを製造する際の圧搾空気の圧力を高めることが有効と考えられる。しかしながら、この方法では、含水率に到達下限があることや、加圧のための新たな設備投資も必要という課題がある。
【０００６】
また、前記プレスケーキには、チタンの製造工程で副生する金属塩化物を中和した後の固形物が含まれておりこれを熱分解する方法も知られている（特許文献１、２）。しかしながら、当該方法においては、熱分解設備を新たに設置する必要があり、投資コストの点で改善の余地が残されている。
【０００７】
一方、同プレスケーキを加熱乾燥して水分を蒸発除去する方法も考えられる（例えば、特許文献３参照）。当該技術を利用すると、プレスケーキの重量が減り、その結果、廃棄コストを低減することができるという効果を奏するが、この方法においては、プレスケーキの加熱に必要な電力が新たに必要となり、経済性の点で改善の余地が残されている。また、湿潤した廃棄物の乾燥が進行するに伴い、粉化して大気中に飛散することによる環境への悪影響も課題となる。
【０００８】
このように、四塩化チタンの製造工程で発生する廃棄物に由来するプレスケーキ中の水分を低コストで、かつ効率良く低減できる技術が求められている。
【０００９】
また、スポンジチタンの製造工程で発生する排熱を回収し、これを吸収式冷凍機にて冷熱に変換して冷却水の製造などに利用する方法も知られている（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
しかしながら、この方法においては、吸収式冷凍機を新たに導入する必要があるため設備導入コストが発生するのみならず、排熱を間接的に利用するため排熱利用の効率が低下するという別の課題に直面する。
【００１１】
このように、産業用廃棄物として好適な含水率や形態を具備した廃棄用固形物およびこれの製造方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−２４１３３９号公報
【特許文献２】特開平１０−３１４６９７号公報
【特許文献３】特開平０９−２７６６１１号公報
【特許文献４】特開２０１０―０７１６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、金属チタンの製錬工程で発生する排熱空気を直接的に利用して、当該工程で発生する湿潤した廃棄物中の水分を経済的かつ効率よく除去することができる技術の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる実情に鑑み前記課題の解決手段について鋭意検討を重ねてきたところ、当該工程で発生した湿潤性廃棄物を、金属チタンの製錬工程で発生する排熱空気を直接的に利用して乾燥することにより、乾燥のための電力の使用を伴うことなく、効率的かつ直接的に当該廃棄物中の水分を効率よく乾燥低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
即ち、本願発明に係る金属チタン製造用反応炉の排熱利用方法は、チタン塩化物をマグネシウム等の還元性金属で還元する金属チタン製造用の反応炉で発生した排熱空気の利用方法であって、複数の反応炉から発生する排熱空気を集合させ、そのまま又は大気で希釈した排熱空気を、湿潤性廃棄物の加熱媒体として直接的に利用することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本願発明に係る金属チタン製造用反応炉の排熱利用方法においては、大気で希釈して、排熱空気の温度を３００℃以下の一定温度に制御することを好ましい態様とするものである。
【００１７】
また、本願発明に係る乾燥固形物の製造方法は、チタン塩化物を還元性金属で還元する金属チタン製造用の複数の反応炉で発生した排熱空気を集合させ、そのまま、又は大気で希釈して所定温度に制御された排熱空気により湿潤性廃棄物を乾燥させることを好ましい態様とするものである。
【００１８】
さらには、本願発明に係る乾燥固形物の製造方法においては、乾燥固形物の表面のみを水分で湿潤させることを好ましい態様とするものである。
【００１９】
本願発明に係る廃棄用固形物は、上記乾燥固形物の製造方法によって製造した、金属チタン製造工程で発生した廃棄用固形物であって、廃棄用固形物の中心部よりも表面の方に高い含水率層を有していることを特徴とするものである。
【００２０】
本願発明に係る廃棄用固形物においては、前記廃棄用固形物が、金属チタンの製造工程で発生した湿潤性廃棄物を原料として製造されたものであることを好ましい態様とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本願発明に係る方法に従うことで、従来のように水分を含んでいる廃棄物を経済的に乾燥、減量することができ、最終的には、廃棄物の処理費用を削減できる、という効果を奏するものである。
【００２２】
また、本願発明においては、金属チタンの製造工程で発生する排熱をそのまま大気中に放出することなく、省エネルギーで、しかも環境負荷の低減を図ることができる、という効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明のプレスケーキ乾燥工程の一実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明のプレスケーキ乾燥工程の他の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明のプレスケーキ加湿工程の一実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本願発明の最良の実施形態について図面を用いながら以下に詳細に説明する。
本願発明に係る金属チタン製造用反応炉の排熱利用方法は、チタン塩化物を金属マグネシウム等の還元性金属で還元して金属チタンを製造する反応炉で発生する排熱空気の利用方法であって、複数の反応炉から発生する排熱空気を集合し、そのまま又は大気で希釈した排熱空気を湿潤物の乾燥媒体として利用することを特徴とし、図１は、その複数の反応炉からの排熱を統合して前記固形廃棄物の乾燥工程に供給する模式図を示す。
【００２５】
ここでいうところのチタン塩化物を還元性金属で還元して金属チタンを製造するとは、いわゆるクロール法による金属チタンの製造方法を意味している。
【００２６】
チタン塩化物である四塩化チタンを溶融マグネシウムで還元する際には、反応熱を発生し、これを放置すると反応部の温度が上昇し、前記反応物を保持している炭素鋼と還元反応で生成した金属チタンが合金を生成し、その結果、反応容器の損傷を招く場合がある。
【００２７】
このため、反応部の温度は、四塩化チタンと金属マグネシウムとの反応で生成した金属チタンと反応容器を構成する炭素鋼との共晶温度（１０８０℃）以下に維持することが好ましく、四塩化チタンと金属マグネシウムとの反応が進行する反応域の反応容器の外壁に対して、空気を吹き付けて、所定の温度範囲以下になるように強制冷却（以下、「空冷」と呼ぶ場合がある。）を施している。
【００２８】
本願発明においては、前記した空冷に使われた空気（以降、「排熱空気」、と呼ぶ場合がある）は、３００〜４００℃程度までに加熱される。該排熱空気は、図１に示すように還元反応が進行している複数の反応炉（図１では、３基の反応炉を１〜３で例示）から同時に発生しており、本願発明においては、前記した複数の反応炉１〜３で発生した排熱空気を集約して平準化することを好ましい態様とするものである。
【００２９】
還元反応が進行している複数の反応炉のうち、３基の反応炉を１〜３で発生する排熱の量は、各反応炉の還元進行状況に応じて変動しているため、各反応炉から発生する排熱空気を図１に示した調温手段４に集約させることを好ましい態様とするものである。
【００３０】
その結果、調温手段４から排出される高温の排熱空気の経時的な温度変化を効果的に平準化することができる、という効果を奏するものである。
【００３１】
本願発明においては、前記した調温手段４の出口に対して、外部より、室温状態にある空気を効率よく混合することを好ましい態様とするものである。
【００３２】
その結果、調温手段４から排出される排熱空気を任意に温度に調整したり、固形廃棄物の過熱を効果的に抑制することができる、という効果を奏するものである。
【００３３】
調温手段４における空気の混合に際しては、例えば空気供給管に開閉弁を設け、調温手段内の温度センサーからの出力信号により弁の開度を調節するように構成することで、反応炉１〜３から供給される排熱温度が変動したとしても、調温手段４から供給される混合後の排熱空気を所定の温度に自動調整することができる。
【００３４】
本願発明においては、調温手段４の出口から排出される排熱空気の温度は、５０℃〜３００℃を好ましい態様とするものである。
【００３５】
前記した排熱空気の温度が３００℃を超える場合には、固形廃棄物の含有成分の変質や乾燥された固形廃棄物が過度に粉化した状態になり、その結果、その後の取り扱いを困難にする場合がある。一方、前記した排熱空気の温度が５０℃未満の場合には、湿潤廃棄物の乾燥に長時間を要し好ましくない。
【００３６】
よって、本願発明においては、調温手段４の出口から排出された排熱空気の温度は、１２０℃〜３００℃が好ましいとされる。この温度範囲に調整された排熱空気は、図１に示す下流側の湿潤物（プレスケーキ）の乾燥工程に供給される。
【００３７】
図２は、プレスケーキ乾燥工程に係る好ましい態様の一例を示す。本願発明に係る廃棄物の湿式処理におけるスラリー状廃棄物を圧搾する設備（詳細は図示せず）で生成された固形廃棄物であるプレスケーキ５は、第１乾燥工程に移送され、前記した調温手段４から排出された排熱空気を前記プレスケーキの乾燥に利用をすることを好ましい態様とするものである。
【００３８】
第１乾燥工程とは、例えば、ベルトコンベヤ６ａの上に載置されたプレスケーキ５に対して排熱空気を直接接触させることを好ましい態様とするものである。
【００３９】
この際に、前記したプレスケーキ５の乾燥状態は、排熱空気の温度調節によっても調整でき、また、温度は一定としてかつ第１乾燥工程におけるプレスケーキ５のベルトコンベヤ６ａ上での滞留時間を調節することでも対応することができる。
【００４０】
本願発明においては、第１乾燥工程に引き続き、更に、下流側に第２乾燥工程を設けて、第１乾燥工程で乾燥されたプレスケーキを乾燥させることもできる。
【００４１】
第２乾燥工程においても、前記した排熱空気の温度のみならず、プレスケーキ５の滞留時間を変更させることによっても、プレスケーキ５の乾燥状態を調節することができる、という効果を奏するものである。
【００４２】
図３は、プレスケーキ乾燥工程に係る別の好ましい態様を表している。本実施態様においては、プレスケーキを充填して固定層８とし、この底部より温風を供給することを好ましい態様とするものである。
【００４３】
図３の実施態様は、図２の場合と比較して比較的強度の高いプレスケーキを乾燥する場合に好適に適用しうる。また、この実施態様においては、図２の実施態様に比べて設備コストが安価で済むという効果を奏するものである。
【００４４】
図３の固定層８に供給する温風に対しては、事前に室温にある乾燥空気を配合しておいてもよい。前記した室温にある乾燥空気を固定層８に供給する温風に配合しておくことにより、温風に含まれる水分量を増加させることなく、固定層に供給する温風の温度を効果的に好適な範囲に調節することができる、という効果を奏するものである。
【００４５】
本願発明においては、チタン塩化物からのスポンジチタン製造工程における還元炉からの排熱空気以外にも、副生する塩化マグネシウムの溶融塩電解工程や中間原料となる四塩化チタンの製造工程で発生する排熱空気を利用することも可能である。
【００４６】
図４は、本願発明に係る、更に別の好ましい態様を表している。当該実施態様においては、前記第１乾燥工程あるいは第２乾燥工程の下流側に、追加的にベルトコンベヤ６ｃ等の移送手段を設け、乾燥後の固形廃棄物の粉化・飛散を防ぐ目的により、水分を噴霧する加湿工程を設けてもよい。この工程によって、生成されたプレスケーキ５の表面に水分を付与させることを好ましい態様とするものである。
【００４７】
前記したようなプレスケーキ５の表面に湿潤層を形成させることで、プレスケーキ５のハンドリングする際に、粉塵の発生を効果的に抑制することができる、という効果を奏するものである。
【００４８】
即ち、当該処理を終えたプレスケーキ５は、中心部よりも表面の方に高い含水率層を有していることを特徴とする廃棄用固形物の一態様を構成することができる。
【００４９】
本願発明に係る廃棄用固形物の表層部における含水率層中の含水率は、３０％以上の範囲を好ましい態様とするものである。また、廃棄用固形物の中心部の含水率は、２０％以下の範囲を好ましい態様とするものである。
【００５０】
前記したような含水率に制御することにより、プレスケーキの廃棄重量の増加を最小限に抑制しつつプレスケーキのハンドリングの際に発生する粉塵の量を効果的に抑制することができる、という効果を奏するものである。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例および比較例により本発明の作用効果についてより詳細かつ具体的に説明する。
（操業条件）
（１）反応炉の基数：１１基
（２）反応炉からの排熱空気量：９００Ｎｍ３／ｈｒ／炉×１１炉
（３）排熱平均温度：４６０℃
（４）乾燥空気温度(大気希釈後)：２００℃
（５）乾燥空気流量(大気希釈後)：２２００Ｎｍ３／分／炉（平均）×１１炉
（６）湿潤被乾燥物：廃棄物（主にチタン鉱石中不純物の水酸化物＝プレスケーキ）
（７）乾燥前の廃棄物含水率：６０％
（８）廃棄物の供給速度(乾燥前)：３０ｋｇ／分
（９）乾燥機タイプ：メッシュベルト式連続乾燥機
（１０）廃棄物の排出速度（乾燥後）：１５ｋｇ／分
（１１）乾燥後の平均廃棄物含水率：１０％
【００５２】
［実施例１］
標記条件の下で、チタン鉱石中の塩素化処理工程で副生された廃棄物であるプレスケーキを原料として、図１に示すようなフローに従い、図３の設備を使用して、四塩化チタンの還元工程で回収された排熱空気を利用してプレスケーキの乾燥処理を施した。
その結果、乾燥前のプレスケーキの含水率が６０％であったが、乾燥後のプレスケーキの含水率を１０％まで低下させることができ、その結果、廃棄物重量を約半分まで低減できた。なお、同処理においては、外部より格別の加熱の必要はなかった。
【００５３】
［実施例２］
実施例１において、図３に代えて、図４の設備を使用して廃棄物の処理試験を実施した。その結果、実施例１と同様、乾燥前のプレスケーキの含水率が６０％であったが、乾燥後のプレスケーキの含水率を１０％まで低下させることができた。
【００５４】
［比較例１］
排熱空気を再利用しなかった以外は実施例１と同じ条件で、乾燥空気温度を電気ヒータで加熱昇温した。その結果、５００Ｋｗｈ／ｈｒ（熱効率３０％）の電気エネルギーを必要とした。
【００５５】
[実施例３]
実施例１で得られた乾燥プレスケーキに対して、図４の設備を使って、散水処理を行ないプレスケーキ表層部に含水率３０％の湿潤層を形成させた。
その結果、同処理を施したプレスケーキの搬送処理の際の粉塵発生は、殆ど確認されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、四塩化チタンの製造工程で発生した湿潤廃棄物中の水分を効果的に削減でき、廃棄物の廃棄コストを効率よく改善できる。
【符号の説明】
【００５７】
１〜３…還元炉、４…調温手段、５…プレスケーキ、６ａ〜６ｃ…移送手段（ベルトコンベヤ）、７…散水手段、８…固定層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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