(57)【要約】【課題】高炉より発生する含金属ダストのうち二次ダストは、従来、再資源化が困難であり廃棄せざるを得なかったが、本発明は、これを再資源として利用するための処理方法を提供する。【解決手段】高炉排ガスから捕集される二次ダストを比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストに分離した後、当該高比重側ダストを溶銑予備処理材として使用し、当該低比重側ダストを焼結工程等において原料または焼成熱源として使用する等によって、当該ダストの再資源化を図る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉排ガスから捕集される二次ダストの処理方法において、該二次ダストを比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストに分離した後、該高比重側ダストを溶銑予備処理材として使用することを特徴とする処理方法。
【請求項２】
高炉排ガスから捕集される二次ダストの処理方法において、該二次ダストを湿式比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストに分離した後、該高比重側ダストを、溶銑予備処理設備からの高温排ガスを利用して乾燥し、該排ガス中に含まれるダストと共に回収することを特徴とする処理方法。
【請求項３】
高炉排ガスから捕集される二次ダストの処理方法において、該二次ダストを比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストに分離した後、該高比重側ダストを還元金属製造用原料として使用することを特徴とする処理方法。
【請求項４】
上記比重選鉱が、選鉱液として水を使用する湿式比重選鉱である請求項１〜３のいずれかに記載の処理方法。
【請求項５】
上記湿式比重選鉱が、遠心分離機を使用するものである請求項４に記載の処理方法。
【請求項６】
選鉱液として水を使用する湿式比重選鉱により一次選鉱を行なった後、更に遠心分離機を使用して二次選鉱を行なう請求項４または５に記載の処理方法。
【請求項７】
上記低比重側ダストを、高炉装入原料の焼結工程またはペレット形成工程において原料または焼成熱源として使用する請求項１〜６のいずれかに記載の処理方法。
【請求項８】
湿式比重選鉱により分離された上記低比重側ダストを、固液分離法により脱水した後、焼結工程またはペレット形成工程において原料または焼成熱源として使用する請求項７に記載の処理方法。
【請求項９】
上記高比重側ダストの含水率を約４０質量％以下とした後、溶銑予備処理設備の排気口元へ投入する請求項２に記載の処理方法。
【請求項１０】
上記高比重側ダストの含水率を約４０質量％以下とする方法が、固液分離法による脱水である請求項９に記載の処理方法。
【請求項１１】
比重選鉱前の上記二次ダストと上記高比重側ダストとの混合物を、還元金属製造用原料として使用する請求項３に記載の処理方法。
【請求項１２】
上記高比重側ダストと上記低比重側ダストとの混合物を還元金属製造用原料として使用する請求項３に記載の処理方法。
【請求項１３】
上記湿式比重選鉱により得られた低比重側ダストを固液分離法により脱水したものと、上記高比重側ダストとの混合物を還元金属製造用原料として使用する請求項１２に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉より発生する含金属ダストのうち、従来は廃棄せざるを得なかった二次ダストを、再資源として利用する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属精錬用溶鉱炉から発生するガス、特に高炉内で鉄鉱石を還元したガスは、多量のダストを含有しているため、これを捕集除去した後に排出される。斯かるダストの捕集除去は、一次集塵装置（ダストキャッチャーなど）および二次集塵装置（ベンチュリースクラバー、リングスリットワッシャー等の湿式集塵機やバグフィルター等の乾式集塵機など）による二段階の集塵により行なわれる。これら集塵装置により捕集されるダストの量は、事前処理技術の進歩により減少傾向にあるものの、まだ多量に発生するのが現状である。従って、ダスト処理は鉄鋼業界における重要な解決課題の一つである。
【０００３】
これらダストのうち一次集塵により捕集される一次ダストは、焼結等の事前処理工程の原料として、ほぼ全量が再利用されている。
【０００４】
ところが、二次集塵により捕集される二次ダストは、一次ダストと同様に有価分として金属（Ｆｅ，Ｚｎ，Ｐｂなど）、酸化金属（酸化鉄類，ＺｎＯ，ＰｂＯなど）およびＣ（コークス粉など）を含有しているものの、一次ダストに比べてＺｎやアルカリ金属類（Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏなど）の含有量が高いため、再利用が困難であるという欠点を有する。即ち、これらは、高炉内張りレンガの損傷の原因となったり、炉壁付着物の生成を助長するため、二次ダストを焼結鉱等事前処理の原料として再利用することは諦めざるを得ない。
【０００５】
また、二次ダストは、還元材となるＣを酸化鉄類分の還元材として必要な量よりも過剰に含むため、還元金属製造用原料としてそのまま再利用するには、別に酸化金属を追加する必要がある。従って、この場合には二次ダスト再資源化のコストメリットがない。この過剰なＣの存在は、二次ダストの脱リン材・脱珪材としての再資源化の妨げともなる。即ち、当該Ｃが酸化鉄の持つ酸素分を消費するため脱リン材・脱珪材としての利用効率低下の原因となり、また、スラグフォーミングの原因となるため、脱リン処理等そのものが阻害されることとなる。
【０００６】
更に、二次ダストは一次ダストよりも微粒であるために吸湿し易く、二次集塵装置が湿式集塵機である場合にはスラリー状となり、水分除去に多大な乾燥エネルギーを必要とする。従って、焼結原料として再利用すると焼結操業の生産性を阻害するという欠点をも有する。
【０００７】
これらの欠点により、二次ダストに関しては、これまで廃棄するか或いはコストをかけて処理をするしかなかった。
【０００８】
ところで、特許文献１には、ダストを溶銑の脱珪処理に用いると共に含有Ｚｎを還元揮発させる方法が記載されている。しかし、当該方法では、含有Ｃによる脱珪処理効率の低下という問題が全く解決されておらず、加えて二次ダストの乾燥工程を必要とするために、方法全体の効率やコストの問題がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２１９３３１号公報（請求項１等）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した状況の下、本発明の解決課題は、二次ダストを単に処理するだけでなく、再資源として利用できる様な方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
斯かる課題を解決すべく、本発明者らは、二次ダストの再資源化を伴なう処理方法につき鋭意研究を進めたところ、二次ダストを比重により選鉱すれば、非常に効率的に処理することができ、且つ再資源としての利用が可能となることを見出して、本発明を完成した。
【００１２】
即ち、本発明に係る第１の処理方法は、高炉排ガスから捕集される二次ダストの処理方法であって、該二次ダストを比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストに分離した後、該高比重側ダストを溶銑予備処理材として使用することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る第２の処理方法は、高炉排ガスから捕集される二次ダストの処理方法において、該二次ダストを湿式比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストに分離した後、該高比重側ダストを、溶銑予備処理設備からの高温排ガスを利用して乾燥し、該排ガス中に含まれるダストと共に回収することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る第３の処理方法は、高炉排ガスから捕集される二次ダストの処理方法において、該二次ダストを比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストに分離した後、該高比重側ダストを還元金属製造用原料として使用することを特徴とする。
【００１５】
これらの処理方法において、上記比重選鉱としては、選鉱液に水を使用する湿式比重選鉱が好ましく、更に、当該湿式比重選鉱としては、遠心分離機を使用するものが好ましい。
【００１６】
また、選鉱液として水を使用する上記湿式比重選鉱により一次選鉱を行なった後は、更に遠心分離機を使用して二次選鉱を行なうことも好適な態様である。
【００１７】
上記低比重側ダストの処理としては、高炉装入原料の焼結工程またはペレット形成工程において原料または焼成熱源として使用することが好ましい。この低比重側ダストを湿式比重選鉱により分離した場合には、固液分離法により脱水した後に、焼結工程またはペレット形成工程において原料または焼成熱源として使用することが好ましい。
【００１８】
本発明に係る第２の処理方法において、上記高比重側ダストは、その含水率を約４０質量％以下とした後に、溶銑予備処理設備の排気口元へ投入して乾燥することが好ましい。高比重側ダストの含水率を約４０質量％以下とする方法としては、固液分離法による脱水が好ましい。
【００１９】
上記選鉱により得られた高比重側ダストは、金属成分が多いために、本発明に係る第３の処理方法において、比重選鉱前の上記二次ダストと混合して還元金属製造用原料として使用することも好適となる。また、選鉱により得られた高比重側ダストと低比重側ダストとを適当に混合して還元金属製造用原料として使用することも可能である。この場合において、選鉱として湿式比重選鉱を用いた場合には、得られた低比重側ダストを固液分離法により脱水したものと、上記高比重側ダストとを混合することが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る含金属ダストの処理方法が享有する最大の特徴は、従来、再利用が困難であった高炉排ガスから捕集される二次ダストを、比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストとに分離する工程を経ることによって、これまでＺｎやアルカリ金属分などが含まれているために破棄等せざるを得なかった二次ダストを様々に再資源化することが可能となり、また、それぞれの方法における問題点を解決した点にある。
【００２１】
以下に、斯かる特徴を発揮する本発明の実施形態およびその効果について説明する。
【００２２】
本発明に係る処理方法の対象は、「高炉排ガスから捕集される二次ダスト」である。この「二次ダスト」は、（１）一次ダストよりも粒径が小であるために吸湿し易い、（２）亜鉛やアルカリ金属類を多く含む、（３）炭素分が比較的多い、等の理由により実用的な再資源化方法が確立されていなかったことから、本発明の対象とされる。例えば、二次ダストをそのまま高炉装入原料の焼結等の事前処理に使用すると、亜鉛等が再資源化の阻害要因となり、また、還元金属製造用原料や脱リン材・脱珪材として利用すると、炭素分が阻害要因となり、更に、アルカリ金属類は設備損傷の原因となる。
【００２３】
本発明の最大の特徴は、二次ダストを比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストに分離する点にある。即ち、二次ダストに含まれている金属および酸化金属分（鉄・亜鉛・鉛分など）と炭素分（コークス粉など）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、それぞれの特性に沿った再資源化が可能となり、以下の処理を施すことが可能となる。
【００２４】
本発明に係る第１の処理方法では、選鉱により分離された高比重側ダストを溶銑の予備処理材として使用する。ここで、「溶銑予備処理」とは、主として溶銑の脱リン処理および脱珪処理をいう。即ち、当該高比重側ダストは酸化金属分を豊富に含有する上に炭素分が著しく低減されているため、酸化金属分の酸素が脱リン作用等を示すと共に、炭素分が脱リン反応等を阻害することもない。よって、従来は再資源としての利用が困難であった高炉排ガス二次ダストの一部（高比重側）の再利用が可能となる。従って、脱リン材等として鉄鉱石よりも安価な固体酸素源を供給できるだけでなく、脈石成分による熱損失が大きい鉄鉱石を使用する必要もなくなるという効果もある。
【００２５】
「比重選鉱」の方法は、比重により二次ダストを分離できるものであれば特に制限されることなく利用でき、乾式でも湿式でもよい。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。特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。
【００２６】
「比重選鉱」としては、選鉱液として水を使用する湿式比重選鉱がより好適に使用される。選鉱液として水を使用すれば、炭素分の比重がほぼ１であることから、高比重の金属分と酸化金属分を豊富に含むダストと、低比重の炭素分を高濃度に含むダストに効率的よく分離できるからである。また、湿式比重選鉱では、低比重側ダストをスラリー状で回収できるため、後述する焼結等の事前処理に利用する場合の輸送や添加が容易となる。
【００２７】
この湿式比重選鉱に際しては遠心分離機を使用するか、または湿式比重選鉱により一次選鉱を行なった後、更に遠心分離機を使用する二次選鉱を行なうことが好ましい。より高い選鉱率が得られることに加えて、比重選鉱の最終工程で遠心分離機を使用すれば高比重側ダストを脱水ケーキとして回収することが可能となり、ダストの乾燥に必要なエネルギーを軽減できるという利点があるからである。加えて、再資源化の障害となるアルカリ金属分は選鉱液と共に低比重側へ移行するため、高比重側ダストの再資源化を害する原因ともならない。
【００２８】
他方、低比重側ダストは、焼結工程またはペレット形成工程で原料または焼成熱源として再利用できる。即ち、この低比重側ダストは炭素分を豊富に含有するため、これら事前処理の原料または焼成熱源として再資源化が可能となる。また、低比重側ダストに含まれる石灰石等の脈石成分は、そのまま焼結原料となる。
【００２９】
比重選鉱として湿式比重選鉱を使用した場合、低比重側ダストはスラリー状で回収されるため、これを再資源として利用するには乾燥する必要がある。この場合には、加熱によらず遠心脱水法や圧縮脱水法等の固液分離法で脱水することが好ましい。広大な敷地や加熱設備が必要とされないのみならず、固液分離法によれば、二次ダストの再資源化の障害となるアルカリ金属類は他の成分に吸着せず、選鉱液（水など）と共に殆ど除去できるからである。
【００３０】
本発明に係る第２の処理方法では、湿式比重選鉱により分離された該高比重側ダストを、溶銑予備処理設備からの高温排ガスを利用して乾燥し、該排ガス中に含まれるダストと共に回収する。こうして回収された乾燥含金属ダストと溶銑予備処理ダストとの混合物は、酸化鉄を含み炭素分が少ないために再度溶銑予備処理材として使用でき、或いは亜鉛類がある程度濃縮された状態で還元金属製造用原料とすれば、最終的には鉄分や炭素分等の有価成分を回収再利用しつつ非有価分である亜鉛類は濃縮され、体積が減縮された状態で捕集回収することができる。
【００３１】
比重選鉱として湿式比重選鉱を使用した場合には、高比重側ダストは選鉱液（主として水）を含んでいるため、再資源とする前に乾燥する必要がある。斯かる乾燥方法として自然乾燥や乾燥炉を用いるとすれば、広大な敷地、新たな設備建設や乾燥自体にかかる費用がコスト的に問題となる。しかし、本法によれば既存の製鉄設備である溶銑予備処理設備の高温排ガスを利用してコストをかけずに乾燥することができ、且つ炭素分や脈石成分が除去された金属分および酸化金属分を含むダストを予備処理設備からのダストと共に回収し再利用が可能となる。
【００３２】
ここで、「溶銑予備処理」とは、主として溶銑の脱リン処理および脱珪処理をいう。溶銑の脱リン処理等には高温排熱が生じるが、本法によれば、これをダストの乾燥のために無駄なく利用することができる。
【００３３】
当該第２の処理方法においては、選鉱された高比重側ダストの含水率を約４０質量％以下とした後、溶銑の予備処理設備の排気口元へ投入する態様が好適である。含水率を約４０質量％とすれば、特別な噴霧装置等の必要もなく、溶銑予備処理設備の排気口元へ投入することができるからである。また、予備処理工程では高温高圧の排ガスが発生するので、予備処理設備の排気口元へ投入すれば排ガス気流により落下することなく吹き上げられ、速やかに乾燥される。
【００３４】
上記含有水分を除去する方法としては、固液分離法による脱水が好適である。選鉱液に溶解しているアルカリ金属分を金属分等に吸着させることなく除去できるからであり、且つ高比重側ダストを利便性の高い脱水ケーキとして回収することが可能となるからである。
【００３５】
当該第２の処理方法においても、湿式比重選鉱に遠心分離機を使用する態様および遠心分離機を使用して二次選鉱を行なう態様が好適であり、その効果も上記第１の処理方法におけるものと同様である。また、低比重側ダストが焼結工程等の原料や焼成熱源として再利用され得ることも、第１の処理方法と同様である。
【００３６】
本発明に係る第３の処理方法では、選鉱により分離された高比重側ダストを還元金属製造用原料として使用する。この高比重側ダストは酸化金属分を豊富に含み、二次ダストから選鉱されたもの故に粒子が非常に細かいためペレットやブリケットに成型し易く、また、微粒で表面積が非常に大きく反応性が高いので、還元材として非常に優れている。
【００３７】
ここで「還元金属製造」とは、酸化金属を還元して金属を得ることをいい、例えば鉄鉱石を還元して鉄を得ることをいう。
【００３８】
当該第３の処理方法においても、選鉱液として水を使用する湿式比重選鉱を用いる態様、湿式比重選鉱に遠心分離機を使用する態様および遠心分離機を使用して二次選鉱を行なう態様が好適であり、その効果も上記第１の処理方法におけるものと同様である。また、低比重側ダストが焼結工程等の原料または焼成熱源として再利用され得るのも、第１の処理方法と同様である。
【００３９】
更に、還元金属製造工程における熱源および還元材として低比重側ダストおよび選鉱前の二次ダストを使用することもできる。即ち、還元金属製造用原料として、選鉱後の高比重側ダストおよび選鉱前の二次ダストや選鉱後の高比重側ダストおよび低比重側ダストを、それぞれの構成成分により或いは各々の還元金属製造工程において最適な割合で選択混合して再資源化することができる。その際、湿式比重選鉱により得られたダストを固液分離法により脱水したものを使用すれば、アルカリ金属分を含有しない材料として再利用が可能となる。
【００４０】
上述した本発明に係る３つの処理方法は、それぞれ単独で使用してもよく、複数の方法を組み合わせて実施してもよい。また、これら処理方法を繰り返し用いることによって、これまで廃棄等せざるを得なかった高炉排ガスから捕集される二次ダストの構成成分のうち、鉄分、酸化鉄分、炭素分および脈石は再資源として利用され、水溶性であるアルカリ金属分は除去され、亜鉛や鉛等の揮発金属成分は処理が繰り返される毎に濃縮され排ガスからダストとして捕集される。即ち、本発明に係る処理方法によれば、製鉄工程における不純物である亜鉛や鉛等を含んだダストを、最終的には鉄分や炭素分等の有価成分を回収再利用しつつ低減すると共に、亜鉛等が濃縮され、体積が減縮された状態で捕集回収することができる。従って、有価分を再資源化することができるだけでなく、非有価分を排斥するコストを著しく軽減することができる。
【００４１】
本発明に係る処理方法の概略図を図１に示す。当該図の通り、二次ダストは、先ず比重選鉱により高比重側ダストと低比重側ダストに分離される。次に、高比重側ダストは、第１の処理方法では溶銑予備処理剤として利用され、第２の方法では溶銑予備処理設備で乾燥された後、予備処理ダストと共に回収され、第３の方法では還元金属製造原料として利用される。また、低比重側ダストは、焼結・ペレット原料や焼成熱源として再利用される他、高比重側ダストと混合され、還元金属製造用原料として利用される。
【００４２】
また、溶銑予備処理設備にて乾燥された高比重側ダスト（本発明に係る第２の処理方法による）の利用の一形態を、図２として示す。即ち、比重分離された高比重側ダストは、溶銑予備処理設備で乾燥され予備処理ダストと共に回収される。これを更に溶銑予備処理剤として利用することを繰り返すと、亜鉛類等の非有価金属分が濃縮されたダストが得られる。こうして得られたダストを還元金属製造設備で利用すれば、還元金属と共に非有価金属がより高濃度で得られるため、体積を減らした状態でこれを廃棄することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る処理方法によれば、これまで再資源化が困難であるとされてきた高炉排ガスから捕集される二次ダストを、コストをかけることなく再利用することがでる。従って、本発明は、製鉄に伴う排ガスに含まれるダストの処理方法として、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る３つの処理方法の概略図
【図２】溶銑予備処理設備にて乾燥された高比重側ダストの利用の一形態
【図１】
2004105801.tif 000002
【図２】
2004105801.tif 000003