(57)【要約】【課題】  鋼板の酸洗時に生じた酸洗廃液から、酸化鉄粉を製造する際に、目標とする塩素濃度と粒径に応じてパラに制御することが可能な方法を提供する。【解決手段】  塩化鉄水溶液を噴霧焙焼して酸化鉄粉を製造する際に、炉内温度を調整して残存塩素濃度を制御する。  一方、噴霧焙焼方で製造される酸化鉄粉の粒径は、噴霧された液滴の大きさと水溶液の鉄分濃度によって決まってくるので、塩化物水溶液の噴霧圧力・噴霧量を一定にして液滴径を固定し、液滴中の鉄分濃度を調整して製造される酸化鉄粉の大きさを制御する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化鉄水溶液を焙焼炉内に噴霧し、噴霧された塩化鉄水溶液を前記焙焼炉内で燃焼ガスと反応させ、酸化鉄を生成させて酸化鉄粉を製造する際に、炉内温度を調整するとともに、噴霧する塩化鉄水溶液の鉄分濃度を調整することにより製造される酸化鉄粉の塩素濃度と粒径をコントロールすることを特徴とする酸化鉄粉の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩化鉄水溶液から噴霧焙焼法により粒径が整い、残留塩素濃度が調整された酸化鉄粉を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の酸洗に使用した酸洗廃液から塩酸を回収する際、酸を回収すると同時に、残された塩化鉄水溶液から鉄分を回収する意味で当該塩化鉄水溶液を噴霧焙焼して酸化鉄を製造している。
通常、噴霧焙焼法を適用する焙焼炉１は、通常、図１に示すように、略円筒形状の焙焼炉本体と、炉体の下部に設けられた燃焼バーナ５と、炉体の上部に設けられたスプレーノズル２とを有している。そして燃焼バーナ５で燃料４と空気が混合された後、燃焼され、焙焼炉内に燃焼ガス１２が吹き込まれる。燃焼バーナ５は炉体円周の接線方向に熱風を吹き込むように配置されているために、炉内に吹き込まれた燃焼ガス１２は炉の下部から上に向けて旋回して上昇し、旋回流９を生じている。一方、上部のスプレーノズル２から噴霧された塩化鉄水溶液３中の塩化鉄は、旋回流９中で水や水素と反応し、粒子状の酸化鉄とガス状の塩酸が得られる。粒子状の酸化鉄は焙焼炉の下部に落下し酸化鉄粉８として貯留され、必要に応じてロータリーバルブ７を用いて取り出される。また、ガス状の塩酸は燃焼ガス１２とともに、排ガス１０として炉外に排出される。なお、６は温度センサである。
【０００３】
ところで、得られた酸化鉄粉は、磁性材料の原料等に使用されるため、残存塩素濃度が低く均一で、粒径が整っていること等が要求されている。
このため、例えば、特許文献１には、焙焼炉の最適な炉内温度をファジー推論することにより酸化鉄の品質を制御するために、原料である塩化鉄水溶液中の鉄濃度及び製品である酸化鉄の圧縮密度、平均粒径、塩素濃度を所定の周期で検出し、これらの検出値を入力変数として焙焼炉の最適胴部温度及び最適炉底温度をあいまい理論に基づいて演算し、焙焼炉内の胴部温度が該演算結果と一致するように燃焼ガス流量をカスケード制御すると共に、所定の周期で検出した焙焼炉内の胴部温度及び炉底温度を入力変数としてロータリーバルブの回転数をあいまい理論に基づいて演算し、炉底温度が該演算結果と一致するようにロータリーバルブの回転数を制御することが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、得られる酸化鉄粉の粒径を比較的大きく、その粒径を制御するために、バーナからの火炎又は高温ガス流に供給方向に沿って複数の噴霧ノズルを設置し、噴霧ノズルからの噴霧量の総量の調整と、噴霧するノズルの数の調整を行うことが提案されている。
さらに、特許文献３には、粒径が小さく、かつ残留塩素濃度の低い酸化鉄粉を安定的に製造するために、焙焼炉の炉内温度を測定する温度センサを焙焼炉胴部の周方向に複数配設し、この温度センサの測定値の最小値が目標温度になるように塩化鉄水溶液の噴霧量及び／又は燃料ガス量を制御することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−５６４３０号公報
【特許文献２】特開平７−７１８８１号公報
【特許文献３】特開２０００−１５９５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、炉内温度の調整により、粉体の粒径と粉体中の残存塩素濃度の両方を制御しようとしているために、互いの制御に影響がでやすくなる。また、特許文献２に記載の方法では、結果的に粉体の粒径を制御しているのみであるから、残留塩素濃度が少なく、均一な酸化鉄粉を安定的に得ることはできない。しかも、溶液の供給量，溶液の各ノズルへの分配量，及び噴霧に用いるノズルの数を種々変化させて調整しているため、制御が複雑になっている。さらに、特許文献３に記載の方法も、実際の操業にあっては、炉温と噴霧量の両方を調整することになる。噴霧量を調整しようとするときには、ノズルに負荷される噴霧圧の変更が伴うことになる。ノズル個数を一定にして噴霧するとき、噴霧圧が高くなりすぎると、配管やフランジにも負荷がかかりすぎ、破損・噴出の懸念が生じる。逆に、噴霧圧が低すぎると、ノズルからの噴霧不安定になるばかりでなく、ノズル冷却能が低下し、ノズル自身の溶融の懸念が生じる。したがって、噴霧量の調整範囲、ひいては粒径の調整範囲が狭くなってしまう。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、酸化鉄粉中の残存塩素濃度の制御を炉温調整で、酸化鉄粉の粒径制御を噴霧水溶液の濃度調整で行うことにより、目標とする塩素濃度と粒径に応じてパラに制御可能な酸化鉄粉の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の酸化鉄粉の製造方法は、その目的を達成するため、塩化鉄水溶液を焙焼炉内に噴霧し、噴霧された塩化鉄水溶液を前記焙焼炉内で燃焼ガスと反応させ、酸化鉄を生成させて酸化鉄粉を製造する際に、炉内温度を調整するとともに、噴霧する塩化鉄水溶液の鉄分濃度を調整することにより製造される酸化鉄粉の塩素濃度と粒径をコントロールすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
塩化鉄水溶液を噴霧焙焼して酸化鉄粉を製造する方法においては、酸化鉄粉中の残留塩素濃度は炉内温度に影響される。したがって、本発明においては、炉内温度を調整して残留塩素濃度を調整している。
一方、製造される酸化鉄粉の粒径は、炉内温度や噴霧ノズルの位置等にも影響されるが、基本的には噴霧された液滴の大きさと水溶液の鉄分濃度によって決まってくる。したがって、塩化物水溶液の噴霧量を一定にし、噴霧された液滴の径が同じであっても、液滴中の鉄分濃度の大小により製造された酸化鉄粉の大きさを調整できることになる。噴霧圧を大きく変える必要がないのでノズルにかかる負担は軽減され、噴霧量も大きく変動されることがないので安定的な操業が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に用いる装置の基本的な全体構造を、図２に基づいて説明する。
噴霧焙焼炉装置の構造は、従来から使用されている装置と基本的に差異はない。酸洗ラインＬで発生した酸洗廃液は一旦廃酸タンク２１に集液される。廃液は、塩酸濃縮塔２２に導かれ、塩酸分Ｈと濃縮酸分に分離され、塩酸分Ｈは塩酸として回収される。一方、濃縮酸分は濃縮酸受槽２３で一旦蓄えられた後、順次焙焼炉１に送られ、炉体上部に設置されたスプレーノズル２から炉内に噴霧される。そして、本発明に用いる装置にあっては、スプレーノズル２につながる供給管に水供給口２４と濃度計２５が付設され、濃度計２５の測定データと別途指示されたデータに基づいて算定された塩化物水溶液濃度に調整するための水補給が行えるように配管されている。２６は算定用のコンピュータである。
【００１０】
炉体には下部に燃焼バーナ５が、燃焼ガスを炉体円周の接線方向に吹き込むように配置されているとともに、温度を測定するセンサ６も設置され、この温度測定センサの測定値に基づき燃料供給量を調整・制御する機構も付設されている。この機構自体も従来のものと基本的には同じである。排出された排ガス中の酸化鉄粉を回収するために、排ガスはサイクロン２９を経由され、回収された酸化鉄粉はホッパ３０に貯蔵され、塩酸含有ガスは濃縮塔２２を経由して塩酸吸収塔３１に回送される。
さらに、炉底にロータリーバルブ７が設置されるとともに、排出された酸化鉄粉を乾燥させるロータリーキルン２７及び製造された酸化鉄粉を貯蔵するホッパ２８が付設されている。この点も従来の焙焼設備と差はない。
【００１１】
次に本発明にしたがった焙焼方法を詳しく説明する。
上部に設置されたスプレーノズル２から所定圧で所定量の塩化鉄水溶液を炉内に噴霧する。同時に炉体下部に設置した燃焼バーナ５に燃料と空気を送給して燃焼させ、燃焼ガスを炉体円周の接線方向に吹き込む。
燃焼ガス量は噴霧量と焙焼炉温度により決定される。焙焼炉温度が一定値になるよう、燃焼ガス量の制御を行う。
炉内では、高温の燃焼ガスと上部から噴霧された塩化鉄水溶液により、下記酸化還元反応が進行する。
４ＦｅＣｌ2＋４Ｈ2Ｏ＋Ｏ2  →  ２Ｆｅ2Ｏ3＋８ＨＣｌ
燃焼ガスは、上記反応のＯ2を供給するために、空燃比＞１に設定する。また、反応温度を上げればより反応は早くなる。すなわち、炉内温度を高くすればするほど、反応は進み、酸化鉄中の塩素濃度は低くなる。ただし、一般的には炉内の耐火物、及び付属品の耐熱温度を考慮し、６００〜８００℃を目標温度とする。
【００１２】
噴霧された液滴と上昇する燃焼ガスとを反応させ、生成した塩酸ガスを燃焼ガスとともに排ガスとして炉外に排出するとともに、生成された酸化鉄粒子をロータリーバルブの作用で炉底から適宜取り出す。
炉底から取り出され、ロータリーキルンで乾燥された酸化鉄粉の成分分析を行うとともに、粒径も測定する。
酸化鉄粉中の残留塩素濃度の測定値に基づき、既存の炉内温度と残留塩素塩素と関係を参考にして、目標とする残留塩素濃度になるように、燃料送給量および空気送給量を調整して炉内温度を制御する。すなわち、残留塩素濃度は炉内温度が低いほど高くなるので、目標残留濃度よりも高い場合には、既知のデータを参考にして、その差に応じて燃料の燃焼量が多くなるように調整して、炉内温度をフィードバック制御する。
【００１３】
塩化鉄水溶液を所定圧・所定量で噴霧された液滴は、一定の大きさで焙焼炉内を漂い、燃焼ガスと反応して酸化鉄の微粒子を生成する。このとき生成される酸化鉄粒子の大きさは液滴の大きさと濃度で決定される。そして、液滴の大きさが一定であるとき、酸化鉄粒子の大きさは液滴の濃度、すなわち塩化鉄水溶液の鉄分濃度で決定される。そこで、炉体から排出され、ロータリーキルンで乾燥された酸化鉄粉の粒径を測定し、その測定結果をフィードバックし、濃度計の測定データと併せて、塩化物水溶液濃度を調整するための水補給量を算出し、水補給口から水を供給する。
取り出された酸化鉄粉の粒径及び残留塩素濃度を一定時間ごとにサンプリングして測定し、その測定値に応じて、上記のように噴霧する塩化鉄水溶液の濃度及び炉内温度を調整する。
【実施例】
【００１４】
本発明の方法を実際の焙焼炉に適用した例について説明する。
直径５．６ｍ，高さ２１ｍ3であり、炉の下部にＬＰＧガスを燃料とする最大能力１００００００ｋｃａｌ／Ｈｒの燃焼バーナを２基、スプレーノズルを２基有する焙焼炉に適用した。
２基のスプレーノズルから、酸洗廃液を総量で１．６ｍ3／Ｈｒで噴霧した。また、２
基の燃焼バーナで、７５ｍ3／ＨｒのＬＰＧガスを燃焼させて炉中央部の温度が６５０℃になるように調整した。
【００１５】
濃縮塔通過後の濃縮酸比重は１．４７、Ｆｅ濃度１４３．３ｇ／Ｌのとき、ノズル噴霧圧力は０．４ＭＰａであった。この噴霧圧力とノズル特性より想定される噴霧液滴径は１５０〜１６０μｍである。このときの酸化鉄の平均粒径は０．８２μｍ、塩素濃度は０．０８３％であった。
平均粒径を小さくすべく、濃縮酸へ水を補給し濃縮酸比重を１．４５、Ｆｅ濃度にして１３２．７ｇ／Ｌまで下げたところ、酸化鉄の粒径は０．７８μｍまで小径化した。このとき、塩素濃度，焙焼炉温度，ノズル噴霧圧に変化はなかった。
そして、水補給量の変更により、酸洗廃液の濃縮酸比重、すなわち塩化鉄水溶液の濃度を種々変えて噴霧焙焼し、得られた酸化鉄粉の粒径を測定した。測定結果を、酸洗廃液の濃縮酸比重と酸化鉄粉の粒径との関係で整理すると、図３に示すようになっていた。
【００１６】
バラツキはあるが、濃縮酸比重と得られた酸化鉄粉の粒径は線的な関係にあることがわかる。すなわち、濃縮酸濃度の調整により酸化鉄粉の粒径をコントロールすることができることがわかる。
なお、図３にみられるバラツキは、噴霧された濃縮酸液滴の大きさのバラツキに起因するものである。スプレーノズルで所定量の液体を噴霧した場合、徐々にノズル内への異物詰まりにより、噴霧圧力は高くなる。噴霧圧力と噴霧液滴径の関係は表１にみられるように、噴霧圧が高いほど液滴径は小さくなる。このため、当初の条件変更しなくても、ノズル内での異物詰まりにより噴霧圧力が次第に高くなり、全体として製造された酸化鉄粉の粒径の大きさにバラツキが生じるものである。
【００１７】
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【００１８】
酸化鉄粉の塩素濃度のコントロールには、他の特許でも多く用いられている炉温による制御を実施する。
前述と同じ設備、同じ条件にて、酸洗廃液１．６ｍ3／Ｈｒで処理した。前述の通り、炉温が６５０℃になるように調整されており、得られた酸化鉄粉の平均粒径は０．８２μｍ、塩素濃度は０．０８３％であった。
この状態より、さらに塩素濃度を低下させるべく、燃焼量を増やし、炉温を６８０℃に調整した。この結果、塩素濃度は０．０７７％まで低下したが、平均粒径は０．８５μｍまで大径化した。そこで、さらに濃縮酸比重を１．４６、Ｆｅ濃度を１３３ｇ／Ｌまで調整した。他の条件はそのままである。
この結果、塩素濃度は０．０７７％のままで、平均粒径は０．８２μｍにまで小径化した。
【００１９】
以上の説明からわかるように、酸化鉄粉中の残留塩素濃度については炉温によりコントロールすることができ、その粒径は濃縮酸の濃度によりコントロールすることができる。すなわち、両者を分離、制御することにより、塩素濃度及び粒径を別々に目標値へコントロールすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】噴霧焙焼炉の構造を説明する縦断面図
【図２】酸洗廃液から塩酸及び酸化鉄粉を回収する態様を説明する図
【図３】酸洗廃液の濃縮酸比重と酸化鉄粉粒径との関係を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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