(57)【要約】【課題】  製鉄スラッジを簡易に塊成化する方法、特に、均一に混合できて塊成化物の品質にむらがなく、しかも塊成化の処理コストが低くて歩留りの良好な塊成化方法を提案する。【解決手段】  製鉄工程で発生するスラリー状製鉄スラッジに製鋼ダストを混合して塊成化するに当たり、該製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して該製鋼ダスト中の金属鉄の量が25質量部以上となるように、スラリー状製鉄スラッジと製鋼ダストを混合して混合物とし、その混合物を脱水後に乾燥、固化させることを特徴とするスラリー状製鉄スラッジの塊成化方法。  【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄工程で発生するスラリー状製鉄スラッジに製鋼ダストを混合して塊成化するに当たり、該製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して該製鋼ダスト中の金属鉄の量が25質量部以上となるように、スラリー状製鉄スラッジと製鋼ダストを混合して混合物とし、その混合物を脱水後に乾燥、固化させることを特徴とするスラリー状製鉄スラッジの塊成化方法。
【請求項２】
上記製鋼ダストは、金属鉄の含有量が乾燥質量で20mass％以上であり、粒径１mm以下のものが90mass％以上含まれるものであることを特徴とする請求項１に記載のスラリー状製鉄スラッジの塊成化方法。
【請求項３】
製鉄スラッジに混合する際の製鋼ダストは、スラリー状のものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のスラリー状製鉄スラッジの塊成化方法。
【請求項４】
脱水後の混合物を乾燥、固化させるに当たり、該混合物を山積みした状態あるいは一定高さに平積みした状態にして一定期間放置して置くことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスラリー状製鉄スラッジの塊成化方法。
【請求項５】
混合物の乾燥、固化に当たり、乾燥開始から一定期間経過後に機械的に粗破砕して表層部と内層部とが入れ替わるように掻き混ぜた後、さらに一定期間経過してから本破砕して所望の粒度に調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスラリー状製鉄スラッジの塊成化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄スラッジの塊成化方法に関し、特に金属水酸化物や金属酸化物等を含む酸洗スラッジや中和スラッジ等のスラリー状製鉄スラッジを、シャフト炉や転炉、電気炉等の製鉄原料として再利用するための塊成化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼を製造するいわゆる製鉄工程、例えば、鋼材表面の酸洗処理工程においては、金属分が多量に溶解した廃液が発生する。この金属分を含む廃液は、その後、中和処理されるが、この時、溶解していた金属分が析出して、酸洗スラッジや中和スラッジ等の製鉄スラッジが発生する。こうした製鉄スラッジに含まれる金属分は、処理する鋼材の種類によっても異なるが、主として鉄(Fe)であり、その他に、NiやCrなどの有用な金属が含まれている。したがって、スラリー状製鉄スラッジから、その中に含まれる金属分を回収して転炉用原料などに再利用することができれば極めて有意義なことである。そのためには、こうした製鉄スラッジに、バインダー等を添加してブリケットやペレットとし、塊成化する必要がある。
【０００３】
しかしながら、これら製鉄スラッジに含まれる金属分は、主として水酸化物の形で存在しており、微細で親水性が高いため、フィルタープレス等の脱水処理を施しても、なお多くの水分を含む粘土質のものとなるので、取り扱いが極めて困難である。また、このスラッジは、自然乾燥が困難であることから、ロータリーキルン等の専用の乾燥機を用いて乾燥する必要があり、処理コストの上昇を招くことにもなる。
【０００４】
例えば、上述した製鉄スラッジを有効利用する技術としては、製鉄スラッジを脱水し、乾燥したものに対して、他の製鉄工程で発生するダストやスケールを加え、これにバインダーを添加して固めて、フェロアロイ製造用原料等に用いる方法が知られている(例えば、特許文献１、特許文献２参照)。しかし、これらの方法は、まず、製鉄スラッジをロータリーキルン等の専用の乾燥機を用いて乾燥し、その後、乾燥ダストやバインダー等を加えてブリケットやペレットにする方法であるため、設備コストや運転コスト、バインダー等の副原料コストがかかるという問題がある。
【０００５】
一方、特許文献３には、製鉄スラッジと金属鉄を含有する製鋼ダストを混合して塊成化する方法が開示されている。この方法は、金属鉄の酸化発熱反応を利用して製鉄スラッジを塊成化する技術であり、ブリケットマシーンやペレタイザーといった塊成化用の設備が不要になることから、塊成化コストを大幅に低減できるという利点がある。また、この方法は、製鉄工程の副産物である製鋼ダストを再利用できる点においても優れた技術である。しかし、この塊成化方法は、ヤード上に製鉄スラッジや製鋼ダストを積層し、これをパワーショベル等で混合する手段をとるため、均一に混合することが困難である。そのため、塊成化物の強度や粒径などの品質のバラツキが生じたり、あるいは、塊成化されずに粉状のまま残存し、再度塊成化処理に廻される比率が高くなったりするといった問題点がある。
【特許文献１】特開昭５２−８８５１９号公報
【特許文献２】特開昭５２−８８５２０号公報
【特許文献３】特開２００１−３１６７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来の製鉄スラッジの塊成化技術は、処理コストや塊成化品の品質面での問題を抱えており、そうした問題点の解決が求められていた。
そこで、本発明の目的は、かかる事情に鑑み、製鉄スラッジを簡易に塊成化する方法、特に、均一に混合できて塊成化物の品質にむらがなく、しかも塊成化の処理コストが低くて歩留りの良好な塊成化方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、従来技術が抱えている上述した問題点の解決に向けて鋭意研究した結果、製鉄工程で発生するスラリー状製鉄スラッジに製鋼ダストを混合して塊成化するに当たり、該製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して、該製鋼ダスト中の金属鉄の量が25質量部以上となるように、スラリー状製鉄スラッジと製鋼ダストを混合して混合物とし、その混合物を脱水後に乾燥、固化させることを特徴とするスラリー状製鉄スラッジの塊成化方法を開発するに至った。
【０００８】
なお、本発明の塊成化方法において、前記製鋼ダストは、金属鉄の含有量が乾燥質量で20mass％以上であり、粒径１mm以下のものを90mass％以上含むこと、また、製鉄スラッジに混合する際の製鋼ダストは、スラリー状態のものをそのままスラリー状製鉄スラッジと混合することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の塊成化方法においては、脱水後の混合物を乾燥、固化させるに当たり、該混合物を山積みした状態あるいは一定高さに平積みした状態にして一定期間放置して置くこと、好ましくは、乾燥開始から一定期間経過後に機械的に粗破砕して表層部と内層部とが入れ替わるように掻き混ぜた後、さらに一定期間経過してから本破砕して所望の粒度に調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、製鉄工程で発生する製鉄スラッジを脱水し、その後、乾燥、固化して塊成化するに当たり、その脱水工程の前に、スラリー状の製鉄スラッジに金属鉄を含む製鋼ダストを、好ましくはスラリー状の製鋼ダストとして流動状態で混合し、その混合工程のあとに脱水処理する点に大きな特徴がある。このような工程で処理すると、製鉄スラッジと製鋼ダストとが均一に混合し、乾燥固化したものも均質になるため、塊成化物の強度むらがなく、ひいては、製品歩留りを向上させることができる。また、本発明方法においては、スラリー状で発生した製鋼ダストをそのままの状態で使用することができるので、塊成化物の均質化のみならず、処理工程が簡素化し、製鉄工程で発生する副産物のリサイクルが容易になるので、製造コストの低減にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明では、スラリー状製鉄スラッジに金属鉄を含む製鋼ダストを混合する。その理由は、金属鉄を含有する一般的な製鋼ダストの粒径は数十ミクロンで、製鉄スラッジの粒径の10倍程度であるため、フィルタープレス等で脱水処理をする上では、粒径が小さい製鉄スラッジ単独よりも、粒径の大きい金属鉄含有製鋼ダストと混合した製鉄スラッジの方が、脱水が容易であるからである。
【００１２】
また、スラリー状製鉄スラッジに混合する製鋼ダストの添加量は、スラリー状製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して製鋼ダスト中の金属鉄の量が25質量部以上となるよう添加する必要がある。というのは、本発明では、製鉄スラッジと製鋼ダストの混合物から得られる塊成化物を製鉄原料として再利用することを想定しており、そのためには、塊成化物は、貯蔵やベルトコンベアやトラック等への積み降ろしなどのハンドリング等によっても粉化しない強度を有していることが必要である。このような塊成化物の強度は、製鋼ダスト中に含まれる金属鉄が、脱水後の乾燥過程で酸化し、その時の酸化発熱反応によって製鉄スラッジや製鋼ダスト中の金属鉄以外の部分が固結(固化)することにより得られる。従って、金属鉄の量が相対的に少ない場合には、固結力が十分に得られず、塊成化物の強度が低くなるからである。
【００１３】
発明者らは、塊成化物に必要な強度を把握するため、後述する塊成化物の圧潰強度とトラック等で運搬した時の粉化率との関係を調査したところ、図１に示すような結果を得た。この結果から、圧潰強度が2.5MPa以上であれば、粉化率がほぼ５％で一定となること、また、圧潰強度が2.5MPa以上であれば、転炉やシャフト炉で製鉄原料として使用しても、発生粉の増加等の問題が生じないことが確認された。そして、製鉄スラッジと製鋼ダストの混合物から得られる塊成化物の圧潰強度を2.5MPa以上とするためには、スラリー状製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して製鋼ダスト中の金属鉄の量が25質量部以上となるよう、製鋼ダストを添加する必要があることを見出し、本発明を完成させた。
【００１４】
製鉄工程で発生する製鉄スラッジとしては、脱水工程を経る前のスラリー状態にある製鉄スラッジを用いることが必要である。その理由は、高強度で均一な成分の塊成化物を得るには、製鉄工場で発生する製鉄スラッジと金属鉄を含有する製鋼ダストとを均一に混合することが不可欠である。しかし、製鉄スラッジは、混合前に脱水すると粘土状態になり、そうした粘土状態にある製鉄スラッジに対して金属鉄を含有する製鋼ダストを添加しても、これらを均一に混合することは困難である。つまり、この問題を解決するには、金属鉄を含有する製鋼ダストを、脱水処理前のスラリー状態にある製鉄スラッジに添加することが必要となる。
【００１５】
製鉄スラッジに混合する製鋼ダストは、金属鉄の含有量が乾燥質量で20mass％以上であり、かつ、粒径１mm以下のものが90mass％以上含まれるものであることが好ましい。このような条件の製鋼ダストを原料として用いることで、製鉄原料として使用しやすい20mm〜50mmの粒径の塊成化物を、歩留り良く製造することができる。
【００１６】
かかる製鋼ダストは、好ましくはスラリー状態のものを用いることが好ましい。その理由は、製鉄スラッジの場合と同様、均一に混合するにはスラリー状態である方が好ましいこと、製鋼ダストは、湿式で回収されることが多いため、スラリー状の方が入手が容易であること等による。また、スラリー状の製鋼ダストは、アルカリ性であることから、酸性の製鉄スラッジの中和に必要なアルカリ添加量を低減できるという点でも有利である。
【００１７】
製鉄スラッジと製鋼ダストとの混合方法は、特に制限する必要はなく、それぞれをタンクに入れ攪拌することでも行うことができる。また、製鉄スラッジと製鋼ダストとの混合物は、スラリー状態にあるため、乾燥、固化して塊成化を図る前処理として、脱水処理を行う必要がある。この脱水処理の方法は、特に制限されないが、例えば、フィルタープレス法等を好適に用いることができる。
【００１８】
製鉄スラッジと製鋼ダストとの混合物は、脱水した後、乾燥、固化させる。乾燥、固化の方法は、製鉄工場のヤード等に、パワーショベル等を用いて、山積みの状態に積んで置くか、あるいは、高さが30〜70cm程度で、縦横がそれぞれ７〜10ｍ程度の平積みの状態に置いて行うことが好ましい。ただし、混合物を乾燥、固化させる場合、特に、山積みの状態で乾燥、固化させる場合には、混合物が空気(酸素)と接触する頻度が表層部と内層部とで大きな違いがあるため、乾燥や酸化反応の進行度合いに差が生じ、ひいては塊成化物の品質にばらつきが生ずることがある。
【００１９】
この問題を解消するには、乾燥、固化を開始してから一定期間経過した後(例えば、２週間程度経過後)、パワーショベル等を用いて、当初の積み付け状態をいったん破壊し、表層部と内層部の混合物を粗破砕して掻き混ぜてから、再度、元の積み付け状態にして、さらに一定期間(例えば、１週間程度)、乾燥、固化を行わせることが好ましい。この攪拌処理を行うことにより、表層部と内層部での塊成化が均一に進むようになり、乾燥、固化に必要な期間を大幅に短縮することができる。なお、乾燥、固化期間が長期化し過ぎると、塊成化物の表面の風化が始まるので、乾燥、固化後は、速やかに製鉄原料として使用することが好ましく、できれば乾燥、固化開始から５週間以内に使用することが好ましい。
【００２０】
なお、乾燥、固化は、山積みあるいは平積みのいずれの状態で行っても、上記攪拌処理を適正に行えば、得られる塊成化物の強度は、ほぼ同じとなる。ただし、製鉄原料として用いる際のハンドリング等による粉化率は、乾燥、固化が比較的に均一に進行する平積みの方が若干低い傾向にあるので有利である。しかし、平積みの場合、パワーショベル等による整地作業等が必要になる上、山積みに比べて広い敷地が必要となる。従って、工程的に製鉄スラッジを処理する場合には、ヤード条件や作業負荷等を考慮して、山積みにするか平積みするのかを選択する必要がある。
【実施例１】
【００２１】
ステンレス圧延工場で発生した、表１に示す成分組成を有するスラリー状製鉄スラッジに、表２に示す成分組成を有する金属鉄含有製鋼ダストの乾燥粉を添加して20kgの混合物とした。この際、混合物中の製鋼ダストに由来する金属鉄分が、製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して、５〜85質量部となるように、製鋼ダストの添加量を調整した。なお、表１及び表２に示す各成分の組成値は、定法の化学分析によって測定したものであり、金属単体として含まれるものの他、酸化物や水酸化物等の化合物の形態で含まれるものを含む値である。上記のように調整した全ての混合物を、フィルタープレスにより、脱水圧力：0.4MPaで脱水し、この脱水後の混合物から直ちに100ｇのサンプルを採取し、水分含有率の測定を行った。ここで、上記水分含有率は、100ｇのサンプルを110℃の雰囲気中に保持しながら乾燥した時に、質量の減少がなくなって安定した時の混合物の質量と、当初の質量との差を水分とみなし、これを当初の混合物の質量に対する百分率で表したものである。
【００２２】
水分含有率の測定に供した残りの脱水後の混合物は、10cmの厚さに平積みし、そのまま室内で１ヶ月間保持して自然乾燥させ、固化させた。この固化した混合物を、50mm目開きの鋼製網(スクリーン)の上に載せ、全量が網下となるまでハンマーで粉砕してから、塊成化物の圧潰強度を測定した。圧潰強度の測定は、目開き50mmの篩を通りかつ目開き20mmの篩上に残る粉砕後の塊状塊成化物の中から、20個を任意に選んで代表サンプルとし、これらをプレス機で圧下した時の破壊するまでの最大荷重を測定し、この最大荷重20個の中の最大値と最小値を除く18個の算術平均を求めて、これを圧潰強度とした。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【００２５】
図２は、製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して添加した製鋼ダスト中の金属鉄分の質量部と、混合物の脱水後の水分含有率との関係を示したものである。この図２から、混合物中の金属鉄の比率が高くなるほど、つまり製鉄スラッジに対して添加した製鋼ダストの比率が高くなるほど、フィルタープレスによる脱水後の水分含有率が低下すること、つまり、製鉄スラッジは製鋼ダストを添加することで脱水し易くなることがわかる。
【００２６】
図３は、製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して添加した製鋼ダスト中の金属鉄分の質量部が、塊成化物の圧潰強度に及ぼす影響を示したものである。図３から、製鉄スラッジに添加する金属鉄分の量が多いほど、乾燥、固化後の塊成化物の圧潰強度が高いことがわかる。また、この図３から、先述した塊成化物を製鉄原料として再利用するのに必要な圧潰強度(2.5MPa以上)を得るためには、混合物中の金属鉄分が、製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して25質量部以上となるように、製鋼ダストを添加すればよいことがわかる。
【実施例２】
【００２７】
製鉄スラッジに添加する製鋼ダストとして好ましい特性を調べるため、表２に示した製鋼ダストを加熱して酸化させたものと無処理の製鋼ダストとを適宜に混合し、金属鉄分がそれぞれ20.0mass％、15.0mass％の製鋼ダストを調整した。また、酸化した製鋼ダストは、加熱した際、一部が凝縮して粗粒を形成していたため、加熱後の製鋼ダストの粒径をレーザー回折散乱法による粒度分布測定装置(マイクロトラック：日機装製)で測定した。
【００２８】
上記のように金属鉄分と粒径を調整した製鋼ダストを、表１に示したスラリー状製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して、製鋼ダストに由来する金属鉄分が40質量部となるように配合し、これらを混合して20kgの混合物とし、これをフィルタープレスで脱水し、その後、10cm高さに平積みして３週間、乾燥、固化し塊成化物とした。このようにして得られた塊成化物は、大塊を含んでいるため、ハンマーにより全ての塊成化物が50mm角の鋼製網(スクリーン)下に落下するまで破砕し、さらに、この50mm角スクリーンを通った塊成化物を20mm角のスクリーンで篩い、篩から落下せず残存した質量を測定し、この質量の全塊成化物量(篩上＋篩下)に対する比率を百分率で表し、この値を歩留りとした。また、20mm角のスクリーン上に残った塊成化物については、実施例１と同様の方法で圧潰強度を測定した。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
表３は、上記測定の結果を示したものである。表３より、本発明に適合する条件の塊成化物では20〜50mm(50mmスクリーンアンダー)の粒径の塊成化物は、圧潰強度が2.5MPa以上となり、製鉄原料として再利用するに当って強度的に問題が無いことがわかる。また、製鋼ダスト中の金属鉄分が20mass％以上で、かつ粒径が１mm以下の製鋼ダストが90mass％を超える微細な粒径のものを使用した場合には、塊成化物の歩留りが90％以上と高く、本発明の塊成化法によって効率よく製鉄原料として使用できる塊成化物が得られることがわかる。
【実施例３】
【００３１】
回収したままのスラリー状の製鋼ダストを、製鉄スラッジ100質量部(乾燥質量)に対する製鋼ダストに由来する金属鉄分が40質量部となるよう、スラリー状の製鉄スラッジに混合し、実施例１と同じ条件で塊成化し、圧潰強度を測定した。結果を表４に示したが、乾燥した製鋼ダストを使用した場合とスラリー状の製鋼ダストを使用した場合とでは、ほぼ同じ圧潰強度が得られている。ただし、スラリー状の製鋼ダストを使用した場合、湿式回収した製鋼ダストの乾燥工程を省略できることの他、製鋼ダスト中の金属鉄の酸化発熱による発火等の問題を回避できるという利点がある。さらに、スラリー状製鋼ダストの溶媒は、アルカリ性であるため、酸性である製鉄スラッジの中和に必要なアルカリ添加量を削減できるという利点もある。
【００３２】
【表４】
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【実施例４】
【００３３】
ステンレス圧延工場で発生した表１に示す成分組成を有するスラリー状製鉄スラッジに、製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対して、製鋼ダストに由来する金属鉄分が25質量部となるように、表２に示す成分組成を有する金属鉄含有製鋼ダストをスラリー状で添加、混合して混合物とし、その後、フィルタープレスで脱水した混合物を約50ｔ用意し、これを、パワーショベルを用いて高さ約３ｍの高さに山積みにし、山の上層部(表面から30cm未満)と下層部(表面から30cm以上内部)の塊成化物を定期的に採取し、実施例１と同様にして圧潰強度を測定して、経時変化を調べた。
【００３４】
その結果、図４に示すように、約２週間後の圧潰強度は、上層部(表面)では目標の2.5MPa付近まで上昇しているのに対し、下層部では1.6MPaでしかなかった。この理由について調査した結果、山積みの状態では内部に空気(酸素)が届かないため、図５および図６に示すように、下層部では、塊成化物中の水分が高く、金属鉄の酸化反応が十分に進行していないためと考えられた。そこで、乾燥開始から２週間後に、パワーショベルで山を崩して機械的に表層部と内層部の混合物を掻き混ぜた後、再び山積みにして、圧潰強度の変化を継続して調査した。その結果、上層部、下層部とも再積み付けの１週間後には、圧潰強度が目標の2.5MPaを超えることがわかった。
【００３５】
なお、３週間後以降の圧潰強度の変化についても引き続き測定を行ったところ、乾燥開始から５週間を超えて経過すると、塊成化物の表面の風化し始めて圧潰強度の低下が起こるようになり、トラックで運搬したときの粉化率が高くなる傾向にあることも確認された。さらに、図６からわかるように、５週間以上経過した塊成化物中の金属Feの比率は、３週間経過後のものより低下しており、これは、その後の工程で還元処理される製鉄原料としては好ましくないことである。以上の結果から、混合物を少なくとも山積みの状態で乾燥、固化させる場合には、２週間程度経過後にパワーショベル等で山を壊して粗破砕し、表層部と内層部を機械的に掻き混ぜて混合物と空気とを十分に接触させてから、さらに１週間程度経過した後、本破砕して適正な粒度に調整し、できるだけ速やかに(出来れば乾燥、固化開始から５週間以内に)製鉄原料として使用することが好ましいこと確認された。
【００３６】
また、混合物を乾燥、固化させる時の積み付け状態について、上述したような山積みする場合と、約50cmの高さで、縦横をそれぞれ約８ｍに平積みする場合について比較実験を行った。その結果、塊成化物の脱水から３週間後の圧潰強度は、途中攪拌処理を行えば、平積みした場合と山積みにした場合とではほとんど差がなかった。しかし、本粉砕後の５mm以上の製品歩留まりについては、平積する方が５〜10％高いことが確認された。
【００３７】
なお、このようにして製造した製鉄スラッジの塊成化物を、製鉄原料としてコークス充填層型溶融還元炉の炉頂から炉内に装入し、海綿鉄の溶融製造実験を行ったが、特に問題は発生せず、有価金属を回収することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の技術を適用すれば、製鉄工程で発生する製鉄スラッジや製鋼ダストのみならず、製鉄所から発生し、金属成分を含むその他の様々な副産物の塊成化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】塊成化物の圧潰強度と塊成化物運搬後の粉化率(５mm以下の粉の発生率)との関係を示すグラフである。
【図２】製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対する製鋼ダスト中の金属鉄分の比率(質量部)と製鉄スラッジの脱水後の水分含有率との関係を示すグラフである。
【図３】製鉄スラッジの乾燥質量100質量部に対する製鋼ダスト中の金属鉄分の比率(質量部)と塊成化物の圧潰強度との関係を示したグラフである。
【図４】脱水後、山積みの状態に置いた時の、経過日数と塊成化物の圧潰強度との関係を示すグラフである。
【図５】脱水後、山積みの状態に置いた時の、経過日数と塊成化物中の水分含有率との関係を示すグラフである。
【図６】脱水後、山積みの状態に置いた時の、経過日数と塊成化物中の金属鉄比率との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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