(57)【要約】      （修正有）【課題】新たに処理しなければならない廃棄物が発生することなく、処理物を鉄源として有効利用することができる、ボーキサイト溶解残渣の処理方法を提供する。【解決手段】ボーキサイト溶解残渣をコークス及び造滓剤と共に還元雰囲気に保持されたコークスベッド式溶融炉へ装入し、還元溶融処理する。又は、ボーキサイト溶解残渣を、廃棄物、コークス、及び造滓剤と共にコークスベッド式溶融炉１０へ装入し、還元溶融処理する。被処理物、コークス及び石灰は投入口１３から、溶融炉１０に投入される。溶融物は排出口１６から排出され、水砕装置３０にて水砕固形物となり、更に４０にて金属鉄が磁選分離される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーキサイト溶解残渣をコークス及び造滓剤と共に還元雰囲気に保持されたコークスベッド式溶融炉へ装入し、還元溶融処理することを特徴とするボーキサイト溶解残渣の処理方法。
【請求項２】
ボーキサイト溶解残渣を、廃棄物、コークス、及び造滓剤と共にコークスベッド式溶融炉へ装入し、還元溶融処理することを特徴とするボーキサイト溶解残渣の処理方法。
【請求項３】
還元溶融処理温度が１４００℃〜１８００℃であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のボーキサイト溶解残渣の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーキサイト溶解残渣を還元雰囲気に保持されたコークスベッド式溶融炉へ装入して、還元し、さらに溶融する処理（以下、還元溶融処理という）を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボーキサイトからアルミナ分を抽出した際に排出される溶解残渣は、従来、海洋投棄などによって処分されており、その殆どが利用されていなかった。このような状況にあって、ボーキサイト溶解残渣（以下、赤泥ともいう）には、その組成の一例を表１に示すように、Ｆｅ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2 などの成分が多量に含まれている上に、その発生量が極めて多量であるため、その有効利用が求められるようになってきた。しかし、ボーキサイト溶解残渣には、その有効利用を妨げる成分が多量に含まれているので、殆どの場合、ボーキサイト溶解残渣をそのまま原料として使用することはでない。例えば、ボーキサイト溶解残渣に含まれている多量のナトリウム分（Ｎａ2 Ｏ）がその利用分野を著しく狭めている。このため、ボーキサイト溶解残渣を有効利用するための処理方法が種々検討されている。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
例えば、特許文献1には、その中の鉄分を製鉄原料として利用するためのボーキサイト溶解残渣の処理方法が示されている。この方法においては、ボーキサイト溶解残渣に酸を加えて攪拌し、ナトリウム分（Ｎａ2 Ｏ）やアルミニウム分（Ａｌ2Ｏ3）を溶出させた後、固液分離する処理が行われている。この酸処理は、下記のように、その中に含まれているナトリウム分（Ｎａ2 Ｏ）とアルミニウム分（Ａｌ2Ｏ3）が製鉄操業の阻害成分であるので、これらの成分の含有率を所定値以下にするために行われている。
【０００５】
製鉄原料中にＮａ2 Ｏが含まれていると、その原料を高炉へ装入した場合、Ｎａ2 Ｏが気化して高炉上部の低温部に付着し、炉壁の耐火物を損傷すると言う問題が発生する。又、Ａｌ2Ｏ3が多量に含まれていると、生成するスラグが酸性になって溶銑の脱硫処理や脱燐処理の生産性が低下したり、燒結鉱やペレットにした場合、その強度が低下して高炉内の通気性が悪くなると言う問題が発生する。
【特許文献１】特開平７−１６６２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献1の方法によれば、製鉄操業の阻害成分であるナトリウム分などが取り除かれて減少し、ボーキサイト溶解残渣が製鉄原料に供することができるものになるが、ボーキサイト溶解残渣を酸処理した際の廃液が発生する。このため、ボーキサイト溶解残渣という廃棄物を処理することにより、新たな廃棄物（廃液）が発生し、その処理をしなければならない。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、新たに処理しなければならない廃棄物が発生することなく、処理物を鉄源として有効利用することができる、ボーキサイト溶解残渣の処理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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係るボーキサイト溶解残渣の処理方法は、ボーキサイト溶解残渣をコークス及び造滓剤と共に還元雰囲気に保持されたコークスベッド式溶融炉へ装入し、還元溶融処理することを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明に係るボーキサイト溶解残渣の処理方法は、ボーキサイト溶解残渣を、廃棄物、コークス、及び造滓剤と共にコークスベッド式溶融炉へ装入し、還元溶融処理することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明に係るボーキサイト溶解残渣の処理方法は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、溶融処理温度が１４００℃〜１８００℃であることを特徴としている。
【００１１】
上記の発明において、廃棄物としては可燃性廃棄物と不燃性廃棄物があり、可燃性廃棄物とは、主として可燃性物質からなる廃棄物であって、都市ごみや可燃性物質を主とする産業廃棄物などのようなものを指し、不燃性廃棄物とは焼却灰などを指す。
【００１２】
ところで、本発明で使用するコークスベッド式溶融炉は、炉底に堆積させたコークスを燃焼させて高温のコークス層（コークスベッド）を形成し、その上に被処理物を投入して溶融させたり、あるいは被処理物を熱分解させた後、その熱分解残渣を溶融させたりするのに適した型式の炉である。従って、上記コークスベッド式溶融炉は、ボーキサイト溶解残渣（以下、赤泥という）の還元溶融処理に適用することができる他に、廃棄物の溶融処理にも適用することができる。
【００１３】
このため、本発明で使用するコークスベッド式溶融炉は、必要に応じて、赤泥処理、廃棄物処理、又は赤泥と廃棄物の同時処理の何れかの操業に適宜切換えて使用することができる。そして、上記コークスベッド式溶融炉へ赤泥と廃棄物を装入する操業を行えば、廃棄物の処理を行いながら、赤泥の還元溶融処理を行って金属鉄を得ることができる。このように、コークスベッド式溶融炉を廃棄物処理と赤泥処理の共用の処理炉として使用することができるので、廃棄物の溶融処理に使用されている既存のコークスベッド式溶融炉がある場合には、その溶融炉を廃棄物と赤泥を処理する共用の溶融炉としてそのまま使用することができ、新たな設備を設置する必要がない。
【００１４】
赤泥を鉄源として使用するためには、前記のように、製鉄操業の阻害成分であるＮａ2 ＯやＡｌ2Ｏ3を所定値以下にしなければならないが、本発明においては、赤泥を還元雰囲気に保持されたコークスベッド式溶融炉へ装入して還元溶融処理をすることにより、赤泥中に含まれているＮａ2 ＯやＡｌ2Ｏ3などの夾雑成分と鉄分とが容易に分離される。
【００１５】
すなわち、赤泥が還元溶融処理されることによって、赤泥中のＦｅ2Ｏ3は還元されて金属鉄になり、又、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2はスラグになる。生成した金属鉄とスラグは何れも溶融状態で排出される。そして、溶融炉内においては、溶融金属鉄と溶融スラグが比重差により２層に分かれるので、両者を分別排出して分離することができる。又、分別排出しない場合においても、水砕などによる急冷処理をすれば、金属鉄とスラグが分離された状態で固化するので、その固化物を磁選などの処理を行うことにより、金属鉄とスラグに分離することができる。このようにして、Ａｌ2Ｏ3の分離がたやすく行われる。又、Ｎａ2 Ｏは７００℃〜８００℃で溶融し、さらにヒュームになって排ガスと共に排出される。
【００１６】
このように、赤泥を還元溶融処理することによって、製鉄操業の阻害成分であるＡｌ2Ｏ3やＮａ2 Ｏの分離がたやすく行われると共に、鉄分が金属鉄の形態で排出される。この金属鉄は高炉用の鉄源として供給することができる他、転炉用や電気炉用の鉄源として供給することができる。又、製鉄以外の用途としては、非鉄金属製錬において、原料中の硫黄分と反応させ、硫黄分を硫化鉄にして除去する脱硫剤として使用することができる。
【００１７】
又、スラグは、その中に含まれている有害金属が溶融して閉じ込められ安定化されており、又、赤泥中に含まれていたＮａ2 Ｏが揮散して消失しているので、環境汚染防止に関わる新たな処理を施すことなく、骨材や路盤材などの土木建築用資材として使用することができる。
【００１８】
上記還元溶融処理において、被処理物を溶融する温度は１４００℃〜１８００℃であるのが好ましい。溶融温度を１４００℃以上にすることにより、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2 を溶融状態のスラグとして排出させることができる。又、溶融温度を１８００℃よりも高くすると、ＳｉＯ2 が昇華してガス状になり、炉内上部で冷却されて炉内壁に付着してクリンカを形成し、そのクリンカが棚吊り現象（炉内へ装入された廃棄物や副原料が炉壁間にブリッジを形成して落下しなくなる現象）を引き起こす原因となる。このため、１８００℃を超える温度は不適な温度領域に属する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、処理物が環境汚染防止に関わる処理を施すことなく利用することができる状態で排出され、鉄源として有効利用できる金属鉄と土木建築用資材として使用できるスラグが得られる。
【００２０】
又、本発明によれば、コークスベッド式溶融炉を使用するので、その溶融炉を、赤泥処理、廃棄物処理、又は赤泥と廃棄物の同時処理などの操業に適宜切換えて使用することができる。このため、赤泥の処理に際し、既存の廃棄物溶融炉がある場合には、その溶融炉をそのまま使用することができ、新たな設備を設置する必要がないので、赤泥の処理コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の実施の形態に係るコークスベッド式溶融処理設備の一例の説明図である。図１において、１０はコークスベッド式溶融炉で、炉底に堆積させたコークスを燃焼させて高温のコークス層を形成し、その上に被処理物を投入して溶融させたり、あるいは被処理物を熱分解させた後、その残渣を溶融させたりする炉である。１１は竪型で円筒形状の溶融炉本体である。そして、５０は溶融炉本体から排出される燃焼ガスを再燃焼させる二次燃焼炉、５１は二次燃焼炉から排出される高温ガスの熱回収を行うボイラ、５２は除塵処理や有害ガス処理に適する温度まで排ガスを冷却するための減温塔、５３はバグフィルターなどの集塵機である。
【００２２】
溶融炉本体１１は、その下部で被処理物の溶融処理が行われるようになっており、拡径された上部はフリーボード部１２になっている。このフリーボード部１２はその容積が非常に大きく、その内径は、通常、燃焼ガスの上昇速度が１ｍ／sec程度になるように形成されている。１３は被処理物の投入口、１４は、赤泥、コークス、及び造滓剤（スラグ成分の調整剤）である石灰石を装入する装置、１５はガス排出口、１６は溶融物の排出口である。そして、６０は炉底部に堆積されたコークス層、６１はコークス層の上に投入された被処理物層を示す。
【００２３】
溶融炉本体１１のコークス層６０が形成される部位には、コークスを燃焼させる空気又は酸素富化空気を吹込むための主羽口１７が設けられており、空気又は酸素富化空気の吹き込みにより高温燃焼帯が形成されるようになっている。この高温燃焼帯で被処理物が溶融される。又、主羽口１７の上方には、上記高温燃焼帯で発生した燃焼ガス中の未燃分の一部を燃焼させる空気を吹込むための副羽口１８が設けられている。さらに、フリーボード部１２には、コークス層６０で発生した未燃分を含む燃焼ガスの一部を燃焼させて高温にし、ダイオキシン類やタール分を分解させるための空気を吹き込む三段羽口１９が設けられている。
【００２４】
そして、３０は溶融物排出口１６から排出される溶融物（溶融金属鉄と溶融スラグ）を水砕処理する水砕装置である。３１は溶融物受部、３２は大量の水が収容された水砕水槽、３３は水砕処理された固化物を掻き揚げて排出するコンベアである。４０は水砕装置３０から排出された固化物から金属鉄を分離回収するための磁選機である。
【００２５】
図１の構成によるコークスベッド式溶融処理設備による赤泥の処理は、次のように行われる。赤泥はアルミニウム製練場等から水分４０％程度のスラリー状で排出されるが、搬送効率を調整するために、水分調整を行った後、タンクローリー等による車両輸送あるいはモノポンプ等を用いた配管輸送により溶融処理設備に搬送される。
【００２６】
赤泥を還元溶融するための燃料としてコークスが溶融炉本体の投入口１３から装入され、炉底部に堆積されてコークス層６０が形成される。コークス層６０には主羽口１７から理論燃焼量未満の酸素富化空気が吹き込まれ、コークスの燃焼によって還元雰囲気の高温燃焼帯が形成される。この高温燃焼帯の温度は１４００℃〜１８００℃の範囲の所定値に維持されるように制御される。
【００２７】
炉底部のコークス層６０が上記のような状態において、所定量の赤泥と石灰石が投入され、コークス層６０の上に堆積される。赤泥と石灰石が堆積された被処理物層６１は、コークス層６０から上昇する燃焼ガスによって加熱されると共に、副羽口１８から吹き込まれる空気によって、上昇する炉内ガス中の未燃分の一部が燃焼し、この燃焼熱によって加熱される。そして、その加熱によって、被処理物層６１の赤泥と石灰石が乾燥されると共に予熱される。副羽口１８から吹き込まれる空気量も理論燃焼量未満であって、被処理物層６１も還元雰囲気に維持される。
【００２８】
予熱された赤泥は、石灰石と共に還元されながら炉底部まで降下し、１４００℃〜１８００℃の範囲の所定値に維持されているコークス層の高温燃焼帯で溶融され、溶融金属鉄と溶融スラグが生成する。生成した溶融金属鉄と溶融スラグは炉底に溜まり、溶融物排出口１６から連続的又は間欠的に抜き出される。なお、溶融炉本体１１内に溜まった溶融金属鉄と溶融スラグは比重差によって２層に分かれているので、溶融物排出口１６を上下２段に設けておけば、溶融金属鉄と溶融スラグを分別して排出することができる。
【００２９】
上記のようにして、所定量のコークスと赤泥と石灰石が順次投入され、赤泥の還元溶融処理が連続的に行われる。
【００３０】
溶融物排出口１６から排出された溶融物は水砕装置３０の水砕水槽３２の水中へ投入され、水砕処理される。溶融物は水砕されて５ｍｍ程度の粒状物になる。次いで、この粒状物は磁選機４０へ送られて金属鉄とスラグに分離され、それぞれの用途に供給される。
【００３１】
一方、被処理物層６１を通過して上昇したガスは、フリーボード部１２において、三段羽口１９から空気が吹き込まれて一部の未燃成分が燃焼し、ダイオキシン類やタール分が分解する８００℃以上の温度になり、ガス排出口１５から排出される。ガス排出口１５から排出されたガスは二次燃焼炉５０で再燃焼して高温ガスになり、ボイラ５１で熱回収される。ボイラ５１から排出された排ガスは減温塔５２で水が噴霧されて冷却され、集塵機５３で除塵処理された後、窒素酸化物などの有害成分を除去する有害ガス処理工程へ送られる。
【００３２】
図２は本発明の実施の形態に係るコークスベッド式溶融処理設備の他の例の説明図である。図２において、図１と同じ構成に係る部分については、同一の符号を付し、同じ目的で使用される部分については説明を省略する。この実施の形態においては、図１に示す設備に追加して、都市ごみなどの可燃性廃棄物を装入する装置が設けられており、赤泥と可燃性廃棄物からなる２種類の被処理物が処理される。
【００３３】
図２の構成によるコークスベッド式溶融処理設備による赤泥と可燃性廃棄物の処理は、次のように行われる。溶融炉本体の投入口１３から、赤泥を還元溶融するための燃料及び可燃性廃棄物をガス化溶融させるための補助燃料としてコークスが装入され、炉底部に堆積されてコークス層６０が形成される。コークス層６０には主羽口１７から理論燃焼量未満の酸素富化空気が吹き込まれ、コークスの燃焼によりその下部には還元雰囲気の高温燃焼帯が形成される。この高温燃焼帯の温度は１４００℃〜１８００℃の範囲の所定値に維持されるように制御される。
【００３４】
そして、コークス層６０の上に、所定量の赤泥と可燃性廃棄物と石灰石が投入され、堆積される。堆積された被処理物層６１中の可燃性廃棄物は副羽口１８から吹き込まれる空気によって適度に流動させられながら、その一部が燃焼する。又、副羽口１８から空気の吹き込みによって、コークス層６０で発生した可燃性ガスの燃焼も行われる。これらの燃焼熱とコークス層６０から上昇する燃焼ガスの熱によって、可燃性廃棄物が乾燥され、次いで乾留されて可燃性ガスが発生する。この可燃性廃棄物が乾留される過程において、可燃性廃棄物と共に投入された赤泥は乾燥されると共に予熱される。なお、副羽口１８から吹き込まれる空気量も理論燃焼量未満であって、被処理物層６１も還元雰囲気に維持される。
【００３５】
予熱された赤泥と可燃性廃棄物の乾留残渣は、石灰石と共に還元されながら炉底部まで降下し、１４００℃〜１８００℃の範囲の所定値に維持されているコークス層の高温燃焼帯で溶融され、溶融金属鉄と溶融スラグが生成する。生成した溶融金属鉄と溶融スラグは溶融物排出口１６から、連続的又は間欠的に抜き出される。
【００３６】
上記のようにして、所定量のコークスと赤泥と可燃性廃棄物と石灰石が順次投入され、赤泥を還元溶融して溶融金属鉄と溶融スラグを生成させる処理と、可燃性廃棄物を乾留して可燃性ガスを発生させると共にその乾留残渣を溶融する処理が同時に行われる。
【００３７】
溶融物排出口１６から排出された溶融物は水砕装置３０で水砕処理された後、磁選機４０へ送られて金属鉄とスラグに分離される。
【００３８】
溶融炉本体１１から排出された燃焼ガスは、図１の場合と同様に処理されるが、赤泥と共に可燃性廃棄物を処理した場合には、多量の可燃性ガスが発生するので、ボイラ５１において、多量の熱が回収される。
【実施例】
【００３９】
都市ごみ処理量１５０ｔ／ｄのコークスベッド式廃棄物ガス化溶融炉を使用し、図１に示す溶融処理設備の構成により赤泥を還元溶融する操業と、図２に示す溶融処理設備の構成により赤泥と都市ごみをガス化溶融する操業を行った。そして、上記何れの操業においても、製鉄用原料や非鉄金属製錬における脱硫剤として使用できる金属鉄と、骨材や路盤材などの土木建築用資材として使用できるスラグが得られた。
【００４０】
上記それぞれの操業におけるコークスの消費量は表２に示す通りであった。なお、参考値として、都市ごみ処理１００％の場合も示す。赤泥と都市ごみ処理する場合には、都市ごみから発生する燃焼熱が利用されるので、赤泥を処理するためのコークス量が節減される。
【００４１】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係るコークスベッド式溶融処理設備の一例の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るコークスベッド式溶融処理設備の他の例の説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  コークスベッド式溶融炉
１１  溶融炉本体
１２  フリーボード部
１３  被処理物の投入口
１４  装入する装置
１５  ガス排出口
１６  溶融物排出口
１７  主羽口
１８  副羽口
１９  三段羽口
３０  水砕装置
３１  溶融物受部
３２  水砕水槽
３３  コンベア
４０  磁選機
５０  二次燃焼炉
５１  ボイラ
５２  減温塔
５３  集塵機
６０  コークス層
６１  被処理物層
【図１】
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【図２】
2005120420.tif 000006