(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛含有原料及び還元材を加熱処理することで前記亜鉛含有原料を還元して亜鉛濃縮物を含む排ガスを排出する還元炉と、
前記還元炉から排出される前記排ガスに対して所定の処理を施す排ガス処理装置と、を備えた還元処理装置であって、
前記排ガス処理装置は、前記排ガスを二次燃焼させる二次燃焼室及び前記排ガスを導入して冷却させる冷却装置の少なくとも一方を含み、
前記還元炉及び前記二次燃焼室の少なくとも一方に、前記亜鉛濃縮物を含む前記排ガスに対してアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む水酸化物の水溶液を噴霧する噴霧部を設けたことを特徴とする還元処理装置。
【請求項２】
前記還元炉及び前記二次燃焼室の少なくとも１つに、冷却用の水を噴霧する水噴霧部を備え、
前記水噴霧部は、前記水溶液を噴霧する前記噴霧部を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の還元処理装置。
【請求項３】
前記二次燃焼室に廃液燃焼のための廃液注入部を備え、
前記廃液注入部は、前記水溶液を噴霧する前記噴霧部を兼ねていることを特徴とする請求項１又は２に記載の還元処理装置。
【請求項４】
亜鉛含有原料及び還元材を加熱処理することで前記亜鉛含有原料を還元して亜鉛濃縮物を含む排ガスを排出する還元炉と、前記排ガスを二次燃焼させる二次燃焼室及び前記排ガスを導入して冷却させる冷却装置の少なくとも一方を含み前記還元炉から排出される前記排ガスに対して所定の処理を施す排ガス処理装置とを備えた還元処理装置における還元処理方法であって、
前記還元炉及び前記二次燃焼室の少なくとも一方において、前記亜鉛濃縮物を含む前記排ガスに対してアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む水酸化物の水溶液を噴霧することを特徴とする還元処理方法。
【請求項５】
前記還元炉及び前記二次燃焼室の少なくとも１つは、冷却用の水を噴霧する水噴霧部を備え、
前記水噴霧部から前記排ガスに対して前記水溶液を噴霧することを特徴とする請求項４に記載の還元処理方法。
【請求項６】
前記二次燃焼室は、廃液燃焼のための廃液注入部を備え、
前記廃液注入部から前記排ガスに対して前記水溶液を噴霧することを特徴とする請求項４又は５に記載の還元処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛含有原料から酸化亜鉛を高濃度に回収するための還元処理装置及び還元処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、還元処理装置において、亜鉛含有酸化鉄を含む例えば製鉄所発生ダストを被処理物とし、この被処理物と被処理物中の亜鉛酸化物や酸化鉄などを還元する還元材とを混合させ、この混合した材料を還元雰囲気のロータリーキルン炉内に装入して、還元材により亜鉛酸化物を還元して蒸発させると共に鉄含有物を得る亜鉛含有酸化鉄の処理方法が知られている。
【０００３】
このような処理方法により、亜鉛などを分離した鉄含有物が回収されると共に亜鉛がダストと共に回収される。この回収した亜鉛は被処理物中や還元炉内に多く含まれる塩素（Ｃｌ）により比較的高濃度の塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）を含むため、亜鉛精錬の障害となる塩素分を精錬の前に除去する必要がある。そこで、回収された亜鉛に対して、特許文献１に示すような脱塩素処理を亜鉛精錬の前処理として行ってから亜鉛精錬を行うようにしている。
【特許文献１】特開２０００−１２８５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記特許文献１のものにあっては、前処理である脱塩素処理に伴う水洗などの水処理過程において、還元処理装置で回収された亜鉛の一部を構成する塩化亜鉛などが処理水中に溶解してしまい、亜鉛の一部が前処理後に再回収できずに亜鉛総量が低減するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、亜鉛精錬のための亜鉛総量の低減を防止できる還元処理装置及び還元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】
【０００６】
本発明による還元処理装置は、亜鉛含有原料及び還元材を加熱処理することで亜鉛含有原料を還元して亜鉛濃縮物を含む排ガスを排出する還元炉と、還元炉から排出される排ガスに対して所定の処理を施す排ガス処理装置とを備えた還元処理装置である。排ガス処理装置は、排ガスを二次燃焼させる二次燃焼室及び排ガスを導入して冷却させる冷却装置の少なくとも一方を含む。この還元処理装置は、還元炉及び二次燃焼室の少なくとも一方に、亜鉛濃縮物を含む排ガスに対してアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む水酸化物の水溶液を噴霧する噴霧部を設けたことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明による還元処理方法は、亜鉛含有原料及び還元材を加熱処理することで亜鉛含有原料を還元して亜鉛濃縮物を含む排ガスを排出する還元炉と、排ガスを二次燃焼させる二次燃焼室及び排ガスを導入して冷却させる冷却装置の少なくとも一方を含み還元炉から排出される排ガスに対して所定の処理を施す排ガス処理装置とを備えた還元処理装置における還元処理方法である。この還元処理方法では、還元炉及び二次燃焼室の少なくとも一方において、亜鉛濃縮物を含む排ガスに対してアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む水酸化物の水溶液を噴霧することを特徴としている。
【０００８】
このような還元処理装置及び還元処理方法によれば、還元炉及び二次燃焼室の少なくとも一方において、亜鉛濃縮物を含む排ガスに対してアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む水酸化物の水溶液が噴霧されるようになっている。これにより、還元処理装置内に存在する亜鉛が塩素と結合して塩化亜鉛となる前に、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と塩素とが結合して塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）となるため、亜鉛は酸化亜鉛（ＺｎＯ）となる。また、水溶液を噴霧する噴霧部は、還元炉及び二次燃焼室の少なくとも一方に設けられている。この際、還元炉及び二次燃焼室においては、亜鉛は還元材によって還元された直後であって亜鉛単体で存在している比率が高く、水酸化物によって容易に酸化亜鉛へと結合されるため、反応用のエネルギーをそれほど多く使わずに効率的に高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛を得ることができる。また、還元処理装置内に存在する亜鉛が塩化亜鉛となった場合においても、水酸化ナトリウムといった水酸化物と塩化亜鉛とが化学反応を起こして、塩化ナトリウムといった塩と酸化亜鉛とに置換され、亜鉛中の塩化亜鉛濃度が低減されると共に酸化亜鉛濃度が増加される。
【０００９】
このように、塩素分が低減された高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛を得ることにより、亜鉛精錬のための前処理である脱塩素処理そのものを不要化して、水洗による亜鉛総量の低減を確実に防止することができ、しかも、前処理にかかる処理コストや処理時間を不要とすることができる。また、脱塩素処理を行う場合であっても、塩化亜鉛の低減により、水洗の処理時間を短縮化することができ、水洗によって水に溶解される亜鉛量を少なくして、水洗による亜鉛総量の低減を防止することができる。更に、酸化亜鉛は塩化亜鉛に比べて水などの処理水に溶解されづらいことから、高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛を得ることにより、脱塩素処理の水洗を行った場合であっても、水洗による亜鉛総量の低減を一層防止することができる。
【００１０】
また、排ガス処理装置は、排ガスを二次燃焼させる二次燃焼室及び排ガスを導入して冷却させる冷却装置の少なくとも一方を含んでいる。これにより、還元炉から排出される排ガスの未燃焼分を完全燃焼させることができ、又は、排ガスを冷却させて亜鉛をダストと共に容易に回収できる。
【００１１】
また、還元炉及び二次燃焼室の少なくとも１つに、冷却用の水を噴霧する水噴霧部を備え、この水噴霧部は、水酸化物の水溶液を噴霧する噴霧部を兼ねていることが好ましい。通常、還元炉や二次燃焼室には燃焼温度を調整するための冷却用の水噴霧部が備えられており、これら水噴霧部を利用して水酸化物の水溶液を噴霧するようにしたことにより、別途、噴霧部を設けるといった処理コストの増加を招来することなく、高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛を得ることができる。
【００１２】
また、還元処理装置は、二次燃焼室に廃液燃焼のための廃液注入部を備え、この廃液注入部は、水酸化物の水溶液を噴霧する噴霧部を兼ねていることが好ましい。二次燃焼室には廃液を燃焼させるための廃液注入部が備えられているものもあり、この廃液注入部を利用して水酸化物の水溶液を噴霧するようにしたことにより、別途、噴霧部を設けるといった処理コストの増加を招来することなく、高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明によれば、亜鉛精錬のための亜鉛総量の低減を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による還元処理装置及び還元処理方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る還元処理装置を示す構成図であり、ここでは、還元処理装置は、亜鉛含有酸化鉄の還元処理装置とされている。
【００１６】
図１に示すように、還元処理装置１は、製鉄所発生ダストである亜鉛含有酸化鉄（亜鉛含有原料）と還元材とを導入して加熱処理することで亜鉛含有酸化鉄を還元するロータリーキルン（還元炉）２と、このロータリーキルン２から排出される排ガスに対して所定の処理を施す排ガス処理装置３とを備えている。
【００１７】
ロータリーキルン２は、円筒形状の回転胴部２ｂを有し、入口側の前部（図示左側）から出口側の後部（図示右側）に向かって下方に傾斜して配設されている。なお、ロータリーキルン２としては、水平置きされるものもある。このロータリーキルン２は、回転胴部２ｂの前端部が前支持部２ｃにより閉じられると共に後端部が後述する二次燃焼室４に挿入され、回転自在に支持されている。前支持部２ｃには、亜鉛含有酸化鉄を炉内に導入する導入ダクト２ｄと炉内を還元温度とするための燃料燃焼装置２ｅが貫設され、導入ダクト２ｄには、炉内に還元材を供給するための還元材供給装置２ｆが設けられている。
【００１８】
このような前支持部２ｃには、炉内温度を調整するための冷却水を噴霧する水噴霧部２ｇが貫設されている。この水噴霧部２ｇには、冷却水が供給され、バルブ１１の選択によって、冷却水に代えて、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水溶液が供給されるようになっている。このため、水噴霧部２ｇから水酸化ナトリウム水溶液を炉内に噴霧することができる。このように水噴霧部２ｇは水酸化ナトリウム水溶液の噴霧部を兼ねていることから、別途、噴霧部を炉内に設けるといった処理コストの増加を招来することはない。
【００１９】
排ガス処理装置３は、排ガスを二次燃焼させる二次燃焼室４と、二次燃焼室４からの排ガスによる熱交換を行うボイラ５と、ボイラ５からの排ガスを冷却するガス冷却塔（冷却装置）６と、ガス冷却塔６からの排ガスを固気分離するサイクロン７と、サイクロン７からの排ガス中のダストを捕集する前段バグフィルタ８ａとこれに続く後段バグフィルタ８ｂと、排ガスに処理剤としての消石灰、活性炭を供給する排ガス処理剤供給装置９とを備え、この排ガス処理剤供給装置９には、脱塩などが成され清浄化されたガスを大気に放出する煙突１０が接続される。
【００２０】
二次燃焼室４は、ロータリーキルン２の出口２ａに連絡されてロータリーキルン２からの排ガスの二次燃焼を行って燃焼を完結させるものである。二次燃焼室４の上方の側壁には、室内温度を調整するための冷却水を噴霧する水噴霧部４ａが貫設されており、ロータリーキルン２と同様に、この水噴霧部４ａには、冷却水が供給され、バルブ１１の選択によって、冷却水に代えて水酸化ナトリウム水溶液が供給されるようになっている。このため、水噴霧部４ａから水酸化ナトリウム水溶液を室内に噴霧することができる。このように水噴霧部４ａは水溶液の噴霧部を兼ねていることから、別途、噴霧部を室内に設けるといった処理コストの増加を招来することはない。
【００２１】
また、二次燃焼室４の下方の側壁には、二次燃焼室４内で廃液を燃焼させるための廃液注入部４ｂが貫設されており、この廃液注入部４ｂには、廃液が供給され、バルブ１２の選択によって、廃液に代えて、水酸化ナトリウム水溶液が供給されるようになっている。このため、廃液注入部４ｂから水酸化ナトリウムの水溶液を室内の上方に向かって噴霧することができる。このように廃液注入部４ｂは水溶液の噴霧部を兼ねていることから、別途、噴霧部を室内に設けるといった処理コストの増加を招来することはない。なお、二次燃焼室の底部には、ロータリーキルン２で還元された鉄含有物を排出するための開口部４ｃが形成されている。
【００２２】
ガス冷却塔６は、ボイラ５からの排ガスを冷却するものであり、冷却用の水を噴霧する水噴霧部６ａが貫設されており、ロータリーキルン２や二次燃焼室４と同様に、この水噴霧部６ａには、冷却水が供給され、バルブ１１の選択によって、冷却水に代えて水酸化ナトリウム水溶液が供給されるようになっている。このため、水噴霧部６ａから水酸化ナトリウム水溶液を塔内に噴霧することができる。このように水噴霧部６ａは水溶液の噴霧部を兼ねていることから、別途、噴霧部を設けるといった処理コストの増加を招来することはない。
【００２３】
このような還元処理装置１にあっては、まず、ロータリーキルン２において燃料燃焼装置２ｅを駆動して炉内を還元雰囲気にした後に、亜鉛含有酸化鉄と還元材とを炉内に供給混合し、両者を加熱処理することで、還元材により亜鉛含有酸化鉄を還元して亜鉛濃縮物を蒸発させ、これと同時に鉄含有物を分離させる。分離された鉄含有物は、出口２ａから流下して開口部４ｃから外部に排出される。
【００２４】
ここで、ロータリーキルン２にあっては、水噴霧部２ｇから水酸化ナトリウム水溶液が所定量、噴霧されている。このため、還元直後であって単体で存在している亜鉛（Ｚｎ）を多く含む亜鉛濃縮物が塩素と結合して塩化亜鉛となる前に、水噴霧部２ｇから噴出される水酸化ナトリウム水溶液と塩素とが結合して塩化ナトリウムとなるため、亜鉛は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を多く含む亜鉛濃縮物とされる。なお、亜鉛濃縮物の一部は、炉内の塩化物と結合して塩化亜鉛とされる。このように、酸化亜鉛の濃度が高められた亜鉛濃縮物は揮発し、微粒子のダストとして飛散し排ガスに随伴されて二次燃焼室４に向かう。
【００２５】
二次燃焼室４では排ガス中の未燃分が完全燃焼される。ここで、二次燃焼室４にあっては、ロータリーキルン２と同様に、水噴霧部４ａ及び廃液注入部４ｂから水酸化ナトリウム水溶液が所定量、噴霧されている。このため、亜鉛単体や酸化亜鉛や塩化亜鉛等から構成される亜鉛濃縮物のうち、塩化亜鉛が水噴霧部４ａ及び廃液注入部４ｂから噴霧される水酸化ナトリウム水溶液により化学反応を起こして酸化亜鉛とされ、亜鉛濃縮物中の酸化亜鉛濃度が更に高められると共に亜鉛濃縮物中の塩化亜鉛濃度が低減される。このような亜鉛濃縮物は排ガスに随伴されてボイラ５へ送られる。なお、以降の二次燃焼室４から後段においては、還元処理は行われないことから、亜鉛は単体で存在するよりも、酸化亜鉛又は塩化亜鉛として存在する比率が高くなる。
【００２６】
続いて、亜鉛濃縮物を含む排ガスはボイラ５へ送られ、ボイラ５で熱回収が行われて熱源として有効利用が図られる。ボイラ５を通過した亜鉛濃縮物を含む排ガスは、ガス冷却塔６で所定温度まで冷却される。
【００２７】
ガス冷却塔６にあっては、ロータリーキルン２や二次燃焼室４と同様に、水噴霧部６ａから水酸化ナトリウム水溶液が所定量、噴霧されている。このため、酸化亜鉛や塩化亜鉛等から構成される亜鉛濃縮物のうち塩化亜鉛は、水噴霧部６ａから噴霧される水酸化ナトリウム水溶液により化学反応を起こして酸化亜鉛へと置換され、亜鉛濃縮物中の酸化亜鉛濃度が一層高められると共に亜鉛濃縮物中の塩化亜鉛濃度が低減される。このような亜鉛濃縮物は排ガスに随伴されて後段のサイクロン７に送られる。
【００２８】
サイクロン７に送られた亜鉛濃縮物を含む排ガスは、当該サイクロン７で固気分離が成されて亜鉛濃縮物と排ガスとに分離され、亜鉛濃縮物が他のダストと共に捕集される。一方、サイクロン７を通過した排ガスは、前段バグフィルタ８ａを通り、この時、サイクロン７で捕集されなかった亜鉛濃縮物が前段バグフィルタ８ａで捕集される。このようなサイクロン７及び前段バグフィルタ８ａによる２段階の捕集により、塩素分が低減され且つ高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛濃縮物を得ることができる。そして、前段バグフィルタ８ａを通過した排ガスは、排ガス処理剤供給装置９などによる所定の排ガス処理が行われた後、煙突１０を介して大気に放出される。
【００２９】
このように、本実施形態に係る還元処理装置１又は還元処理装置１による還元処理方法によれば、亜鉛濃縮物を含む排ガスに水酸化ナトリウム水溶液を噴霧するようにしているため、塩素分が低減された高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛濃縮物を得ることができ、亜鉛精錬のための前処理である脱塩素処理そのものを不要化して、水洗による亜鉛総量の低減を確実に防止することができる。また、脱塩素処理をこの後、行う場合であっても、塩化亜鉛の低減により、水洗の処理時間を短縮化することができ、水洗によって水に溶解される亜鉛量を少なくして、水洗による亜鉛総量の低減を防止することができる。更に、酸化亜鉛は塩化亜鉛に比べて水などの処理水に溶解されづらいことから、高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛濃縮物を得ることにより、脱塩素処理の水洗を行った場合であっても、水洗による亜鉛総量の低減を一層防止することができる。
【００３０】
また、本実施形態に係る還元処理装置１又は還元処理装置１による還元処理方法によれば、水酸化ナトリウム水溶液を噴霧する噴霧部が、少なくともロータリーキルン２及び二次燃焼室４に設けられている。ロータリーキルン２及び二次燃焼室４においては、亜鉛は、還元材によって還元された直後であって亜鉛単体で存在している比率が高く、塩化亜鉛から酸化亜鉛へと置換する場合に比べ、水酸化ナトリウム水溶液によって塩素を塩化ナトリウムとして安定化させているため、容易に酸化亜鉛へとすることができる。これにより、燃焼時の熱によるエネルギーを効率的に亜鉛の化学反応に利用して、高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛濃縮物を得ることができる。
【００３１】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、水噴霧部２ｇ、４ａ，６ａや廃液注入部４ｂを利用して、水酸化ナトリウム水溶液を噴霧するための噴霧部としているが、専用の噴霧部を設けるようにしてもよい。また、上記実施形態においては、４つの噴霧部から水酸化ナトリウムの水溶液を噴霧するようにしているが、これらの内、少なくとも１の噴霧部から水酸化ナトリウムの水溶液を噴霧すれば、塩素分が所定量低減されて、高濃度の酸化亜鉛を含む亜鉛濃縮物を得ることができる。また、後段のガス冷却塔６などに亜鉛濃縮物中の塩素量を検出するセンサ部を設け、このセンサ部で検出された塩素量に応じて、各噴霧部から噴霧する水酸化ナトリウム水溶液の噴霧量を調整する制御部を設けるようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態においては、噴霧部から噴霧する水酸化物として水酸化ナトリウムの水溶液を用いているが、水酸化ナトリウム水溶液に代えて、水酸化カリウムや水酸化マグネシウムなどの水酸化物の水溶液を用いてもよい。要は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む水酸化物の水溶液であればよい。また、還元材として、ＡＳＲ（自動車由来のシュレッダーダスト）、家電シュレッダーダスト、廃プラスチック、廃棄物から得られるＲＤＦ（Refuse Derived Fuel）、ＲＰＦ（Refuse Paper and Plastic Fuel）、汚泥、油泥、木くず、繊維くず、ゴムくず、動植物性残渣などを用いてもよい。なお、還元材として、ＡＳＲや廃プラスチックなどを用いた場合、これらには比較的多くの塩素分が含まれているが、上述した還元処理装置や還元処理方法によって、塩素分が低減された高濃度の酸化亜鉛を含有する亜鉛濃縮物を得ることができる。また、上記実施形態においては、ロータリーキルン２へ亜鉛含有酸化鉄を導入しているが、ロータリーキルン２へ導入するのは、亜鉛含有酸化鉄に限定されるものではなく、亜鉛含有原料であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る還元処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…還元処理装置、２…ロータリーキルン（還元炉）、２ｇ，４ａ，６ａ…水噴霧部、３…排ガス処理装置、４…二次燃焼室、４ｂ…廃液注入部、６…ガス冷却塔（冷却装置）。
【図１】
0005189873.tif 000002