(57)【要約】【課題】  ハロゲン類及び／又は揮発性重金属類を含む鉄ダスト類を資源化する還元・炭化処理において、汎用性のある還元・炭化処理を確立し、かつ、排気系統における従来対策を不要とするとともに燃料コストを低減する。【解決手段】  流動層型反応炉を用いて、鉄ダスト類中の物質を資源化する方法において、（ａ）炉頂より鉄ダスト類を装入し、（ｂ）炉内に、Ｈ2及びＣＨ4を主成分とする廃棄物由来ガスを吹き込んで流動層を形成し、（ｃ）鉄ダスト類中の鉄酸化物を選択的に還元及び／又は炭化することを特徴とする。【選択図】      図１
2007009302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層型反応炉を用いて、鉄ダスト類中の物質を資源化する方法において、
（ａ）炉頂より鉄ダスト類を装入し、
（ｂ）炉内に、Ｈ2及びＣＨ4を主成分とする廃棄物由来ガスを吹き込んで流動層を形成し、
（ｃ）鉄ダスト類中の鉄酸化物を選択的に還元及び／又は炭化する
ことを特徴とする鉄ダスト類の資源化方法。
【請求項２】
流動層型反応炉を用いて、鉄ダスト類中の物質を資源化する方法において、
（ａ）炉頂より鉄ダスト類を装入し、
（ｂ）炉内に、Ｈ2及びＣＨ4を主成分とする廃棄物由来ガスを吹き込んで流動層を形成し、
（ｃ）鉄ダスト類中の鉄酸化物を選択的に還元及び／又は炭化し、次いで、
（ｄ）生成した還元鉄及び／又は炭化鉄と脈石分を分離・回収する
ことを特徴とする鉄ダスト類の資源化方法。
【請求項３】
前記鉄ダスト類が、ハロゲン類及び／又は揮発性重金属類を含むものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【請求項４】
前記鉄ダスト類を予熱した後、流動層型反応炉に装入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【請求項５】
前記廃棄物由来ガスが、天然ガス、液化石油ガス、石炭ガス化炉ガス、又は、廃タイヤ、廃プラスチック、廃バイオマス等の廃棄物を処理したとき発生するガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【請求項６】
前記炉内の温度を６００〜７００℃に維持することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【請求項７】
前記炉内の圧力を２００ｋＰａＧ以上に維持することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【請求項８】
前記炉内において、ガス（Ｈ2＋ＣＨ4）／（鉄ダスト類中Ｆｅ）モル比を２．５〜８．４に維持することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【請求項９】
前記モル比を４．２〜８．４に維持ずることを特徴とする請求項８に記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼業又は金属加工業等から発生し、廃棄物として処理されている鉄ダスト類に、還元及び／又は炭化処理を施し、廃棄物を資源化し、廃棄物の有効利用を図る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流動層型反応炉内で、鉄酸化物粒子を反応ガスで流動化しつつ炭化しアイアンカーバイドを製造する技術が知られている（特許文献１、２、参照）。
【０００３】
上記技術は、純粋な鉄酸化物（鉄鉱石）を対象とするものであるが、該技術を背景として、鉄ダスト類等の酸化鉄系原料中のハロゲン類又は揮発性重金属類に対する処理技術が、これまで数多く提案されている（特許文献３、４、参照）。
【０００４】
特許文献３には、還元焙焼過程でダスト類に水分を添加することにより、塩素及び弗素を分離する方法が開示されている。この方法によれば、塩素及び弗素を効率的に揮発分離することができるが、水分を添加するので、炉内温度の低下による生産性の悪化は避けられず、また、炉内温度の低下に対処するため、燃料使用量の増大も避けられない。
【０００５】
また、特許文献４には、特に、塩素、弗素、亜鉛等の揮発成分による弊害を解消する方策として、事前処理・配合条件を制約し、回収する還元鉄の強度を確保するとともに、排気系統内での飛散ダストの付着防止を図る方策が開示されている。
【０００６】
しかし、上記方策においては、事前処理・配合条件の制約が、該方策の汎用性を狭めているし、また、特許文献４には、塩素等の腐蝕性ガスに対する対策は開示されていない。
【０００７】
このように、従来の鉄ダスト類の還元処理においては、鉄酸化物だけでなく、ハロゲン類及び／又は揮発性重金属酸化物をも還元し、この還元生成物（気体）を排気系統へ排出・分離するので、この排出・分離のために膨大な量の燃料を必要とするのみならず、排気系統内での重金属類の付着・堆積に対する対策、及び、不可避的に排出・分離されるハロゲン類による排気系統の腐蝕に対する対策が必要である。
【０００８】
したがって、排気系統において燃料コストが低く、かつ、従来対策が不要の汎用性のある鉄ダスト類の処理技術が求められている。
【０００９】
【特許文献１】特許第２６３５９４５号公報
【特許文献２】特許第３１０４８４２号公報
【特許文献３】特開２００３−３２１７号公報
【特許文献４】特願２００４−５４２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者は、上記要望を踏まえ、ハロゲン類及び／又は揮発性重金属類を含む鉄ダスト類を資源化する還元・炭化処理において、汎用性のある還元・炭化処理を確立し、かつ、排気系統における従来対策を不要とするとともに、燃料コストを低減することを課題とし、該課題を解決する鉄ダスト類に資源化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】
【００１１】
ハロゲン類及び／又は揮発性重金属類を含んだ鉄ダスト類を還元・炭化し資源化する際に、鉄酸化物のみを選択的に還元・炭化するとともに、ハロゲン類及び／又は揮発性重金属類を、存在形態を変えることなくそのまま残存させれば、（ｉ）排気系統における設備負担（コスト）を軽減することができ、また、（ii）揮発性重金属酸化物（特にＺｎＯ）を脈石分中に濃縮して、脈石分も有価物として回収することができる。
【００１２】
本発明者は、上記発想のもとに鋭意研究した結果、流動層型反応炉を用いて、鉄ダスト類に含まれる物質、特に、酸化鉄を、低温度で選択的に還元及び／又は炭化すれば、上記発想を実現できることを見いだした。
【００１３】
また、本発明者は、流動層型反応炉内で鉄ダスト類を流動化し、酸化鉄を選択的に還元及び／又は炭化する作動ガスとして、廃棄物由来ガスを使用できることを見いだした。
【００１４】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１５】
（１）  流動層型反応炉を用いて、鉄ダスト類中の物質を資源化する方法において、
（ａ）炉頂より鉄ダスト類を装入し、
（ｂ）炉内に、Ｈ2及びＣＨ4を主成分とする廃棄物由来ガスを吹き込んで流動層を形成し、
（ｃ）鉄ダスト類中の鉄酸化物を選択的に還元及び／又は炭化する
ことを特徴とする鉄ダスト類の資源化方法。
【００１６】
（２）  流動層型反応炉を用いて、鉄ダスト類中の物質を資源化する方法において、
（ａ）炉頂より鉄ダスト類を装入し、
（ｂ）炉内に、Ｈ2及びＣＨ4を主成分とする廃棄物由来ガスを吹き込んで流動層を形成し、
（ｃ）鉄ダスト類中の鉄酸化物を選択的に還元及び／又は炭化し、次いで、
（ｄ）生成した還元鉄及び／又は炭化鉄と脈石分を分離・回収する
ことを特徴とする鉄ダスト類の資源化方法。
【００１７】
（３）  前記鉄ダスト類が、ハロゲン類及び／又は揮発性重金属類を含むものであることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【００１８】
（４）  前記鉄ダスト類を予熱した後、流動層型反応炉に装入することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【００１９】
（５）  前記廃棄物由来ガスが、天然ガス、液化石油ガス、石炭ガス化炉ガス、又は、廃タイヤ、廃プラスチック、廃バイオマス等の廃棄物を処理したとき発生するガスであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【００２０】
（６）  前記炉内の温度を６００〜７００℃に維持することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【００２１】
（７）  前記炉内の圧力を２００ｋＰａＧ以上に維持することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【００２２】
（８）  前記炉内において、ガス（Ｈ2＋ＣＨ4）／（鉄ダスト類中Ｆｅ）モル比を２．５〜８．４に維持することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【００２３】
（９）  前記モル比を４．２〜８．４に維持ずることを特徴とする前記（８）に記載の鉄ダスト類の資源化方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、鉄ダスト類中の鉄酸化物を選択的に還元・炭化するとともに、脈石分に、揮発性重金属酸化物（特にＺｎＯ）を濃縮できるので、脈石分も有価物として回収できる。
【００２５】
また、本発明によれば、還元・炭化に要する燃料使用量の大幅低減という省エネルギー効果の他、排気系統における設備負担の大幅軽減というコスト低減効果をも得ることができる。
【００２６】
さらに、本発明によれば、還元・炭化後の鉄ダスト類を、破砕・磁選するのみで、還元鉄及び／又は炭化鉄と脈石分を容易に分離できるので、排出系統においてもコスト低減効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明について、図面に基づいて説明する。図１に、本発明を実施する一実施体系を示す。
【００２８】
鉄酸化物及び亜鉛酸化物を含有する鉄ダスト類又はその造粒物（以下「鉄ダスト類等」ということがある。）Ａを、まず、流動層型予熱炉（以下「予熱炉」）１に装入し、流動層型反応炉（以下「反応炉」）２の炉頂ガスで予熱した後、反応炉２に供給する。なお、流動層プロセスの簡略化のため、予熱炉１を設置せず、鉄ダスト類等を、直接、反応炉２に供給してもよい。
【００２９】
反応炉２において、鉄ダスト類等は、ガス加熱炉３から反応炉２の内部へ供給される廃棄物由来ガスにより流動化されて、鉄ダスト類等中の鉄酸化物のみが選択的に還元・炭化される。
【００３０】
このとき、反応炉の温度は、４００〜７００℃とするが、反応速度が実用域となる６００℃以上で、Ｚｎ酸化物が還元されない７００℃以下が好ましい。また、流動層を形成する圧力は、通常の０〜８００ｋＰａＧの範囲で選択するが、還元反応及び／又は炭化反応をより促進する上で、２００ｋＰａＧ以上が好ましい。なお、反応温度と圧力については、後で詳述する。
【００３１】
反応炉２から排出される処済鉄ダスト類等Ｂは、破砕・磁選機で、破砕された後、還元鉄及び／又は炭化鉄Ｃと重金属酸化物Ｄに分離される。
【００３２】
反応炉２に供給する廃棄物由来ガスＧの元となる廃棄物由来ガスＧ0は、ガスコンプレッサ７で昇圧され、次いで、熱交換器５で、サイクロン６で除塵された後の出口ガスｇと熱交換した後、ガス加熱炉３に供給され、必要に応じ、酸素又は空気Ｇ”による部分燃焼、又は、外部加熱（電気ヒータ又はガス燃料ヒータ）（図示なし）により、反応温度を適正な温度（例えば、６００〜７００℃）に維持するのに充分な温度に加熱される。
【００３３】
廃棄物由来ガスＧを反応炉２へ供給し、適正な反応温度（例えば、６００〜７００℃）を維持するが、該温度を維持するため、反応炉２に、外部加熱、又は、ガスの部分燃焼で、熱を供給してもよい。
【００３４】
なお、廃棄物由来ガスＧ0の圧力及び温度が、所定の条件に合致し、反応炉２へ直接供給できるものであれば、ガスコンプレッサ７ 、熱交換器５、及び、ガス加熱炉３を含むガス処理体系は不要である。
【００３５】
鉄ダスト類等中の鉄酸化物を選択的に還元・炭化する反応ガスは、主成分とし、Ｈ2を２０〜４０vol.％、及び、ＣＨ4を主体とする炭化水素を５０〜７０vol.％含むガス組成のものであればよい。望ましいガス組成は、Ｈ2：２５〜３５vol.％、ＣＨ4：５０〜６０vol.％、Ｈ2Ｏ：２vol.％以下である。
【００３６】
廃棄物由来ガスが上記ガス組成のものであれば、そのまま使用するが、ガス組成を調整する必要がある場合、又は、望ましいガス組成に調整する場合には、廃棄物由来ガスに、Ｈ2及び／又はＣＨ4等の添加ガスＧ’を、ガスコンプレッサ７で昇圧する前に添加する。
【００３７】
また、反応炉内で、鉄ダスト類等に含まれる鉄酸化物のみを、より効率的に、選択的に還元・炭化処理するために、反応炉内におけるガス／鉄のモル比（鉄ダスト類等のモルに対する反応ガスのモル数）を４．２〜８．４に維持することが望ましい。そして、反応炉内で、このモル比範囲を維持するために、鉄ダスト類等の反応炉内における滞留時間を、適宜、制御する。
【００３８】
廃棄物由来ガスＧは、反応炉２内で鉄ダスト類等中の鉄酸化物を選択的に還元・炭化した後、炉頂から排出され、予熱炉１に送給され、鉄ダスト類等を予熱する。
【００３９】
予熱後、予熱炉１を出た出口ガスｇは、サイクロン６で除塵された後、熱交換器５で、ガスコンプレッサ７で昇圧された廃棄物由来ガスＧ0と熱交換し、その後、スクラバ８でさらに減温・除塵される。
【００４０】
サイクロン６で回収した回収物（微粒の鉄ダスト類等）は、反応炉２に装入してもよいし、また、スクラバ８で回収した回収物（粉状の鉄ダスト類等）は、鉄ダスト類等の原料として再使用してもよい。
【００４１】
スクラバ８を出た出口ガスは、オフガスｇ’として他の用途に利用される。スクラバ８を出た出口ガスを、反応ガスとして利用できる場合には、ガスコンプレッサ７に循環し、廃棄物由来ガスＧ0に混合する。その全体系統を図２に示す。図２中の数字、記号の意味は、図１中の同じ数字、記号の意味と同じである。
【００４２】
ここで、鉄ダスト類等中の鉄酸化物を選択的に酸化及び／又は炭化する反応について、表１に示す組成の廃棄物由来ガスを用いて、表２に示す組成の鉄ダスト材を還元・炭化する場合を例にとって説明する。
【００４３】
温度：６３０℃、圧力：３５０ｋＰａＧの条件で、ガス（Ｈ2＋ＣＨ4）／（鉄ダスト材中Ｆｅ）モル比（以下「ガス／Ｆｅモル比」）を変えて、鉄ダスト材の化学平衡組成を計算した結果を図３に示す。鉄ダスト材組成で、Ｚｎは、Ｆｅに対する原子比率で示している。
【００４４】
この条件では、ガス／Ｆｅモル比を２．５〜８．４（Ｆｅ１モルに対し、２．５〜８．４モルのガスを反応させる）、好ましくは４．２〜８．４とすることで、ＺｎＯを還元することなく、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3）のみを還元して、ＦｅとＦｅ3Ｃが生成する。
【００４５】
ガス／Ｆｅモル比が２．５より小さいときは、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3）が酸化鉄としてそのまま残り、一方、ガス／Ｆｅモル比が８．４を超えるときは、酸化亜鉛が還元されてＺｎが生成する。
【００４６】
次に、圧力：３５０ｋＰａＧ、ガス／Ｆｅモル比：８．４の条件で、温度を変えたときの鉄ダスト材の化学平衡組成を計算した結果を図４に示す。温度が７１０℃を超えると、ＺｎＯが還元されてＺｎが生成する。実験では、温度が６００℃以上でないと、実用的な反応速度が得られないので、温度範囲としては、６００〜７００℃が好ましい。
【００４７】
さらに、温度：６３０℃、ガス／Ｆｅモル比：８．４の条件で、圧力を変えたときの鉄ダスト材の化学平衡組成を計算した結果を図５に示す。流動層型反応炉において、圧力：０〜８００ｋＰａＧの範囲においては、Ｚｎは生成しない。
【００４８】
なお、鉄ダスト類中には塩素が含まれているが、塩素は、温度の高いところで出てくるので、本発明で採用する温度範囲では出てこない。
【実施例】
【００４９】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００５０】
（実施例）
表１に示す組成の廃棄物由来ガスを用いて、表２に示す組成の鉄ダスト材を、表３に示す条件で還元・炭化した。なお、表３中のガスとは、廃棄物由来ガスのことをいう。
【００５１】
還元・炭化後の鉄ダスト材を粉砕・磁選し、それぞれの組成を分析した。その結果を、表３に、生成物として併せて示す。
【００５２】
表３に示す処理条件であれば、鉄ダスト類中の鉄酸化物を還元鉄及び／又は炭化鉄として回収できるとともに、脈石分に、揮発性重金属酸化物（特に、ＺｎＯ）を濃縮して、脈石分も有価物として回収できる。
【００５３】
【表１】
2007009302.tif 000003
【００５４】
【表２】
2007009302.tif 000004
【００５５】
【表３】
2007009302.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００５６】
前述したように、本発明によれば、鉄ダスト類中の鉄酸化物を還元鉄及び／又は炭化鉄として回収できとともに、脈石分に、揮発性重金属酸化物（特にＺｎＯ）を濃縮して、脈石分も有価物として回収できる。
【００５７】
また、本発明によれば、還元・炭化に要する燃料使用量の大幅低減という省エネルギー効果の他、排気系統における設備負担の大幅軽減というコスト低減効果をも得ることができ、さらに、破砕・磁選のみで、還元鉄及び／又は炭化鉄と脈石分を容易に分離できるので、排出系統においてもコスト低減効果を得ることができる。
【００５８】
したがって、本発明は、鉄鋼産業において、資源再利用技術として利用可能性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明を実施する一実施体系を示す図である。
【図２】本発明を実施する別の実施体系を示す図である。
【図３】鉄ダスト材の化学平衡組成とガス／Ｆｅモル比の関係を示す図である。
【図４】鉄ダスト材の化学平衡組成と温度（℃）の関係を示す図である。
【図５】鉄ダスト材の化学平衡組成と圧力（ｋＰａＧ）の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    流動層型予熱炉
２    流動層型反応炉
３    ガス加熱炉
４    破砕・磁選機
５    熱交換器
６    サイクロン
７    ガスコンプレッサ
８    スクラバ
Ａ    鉄ダスト類及びその造粒物（鉄ダスト類等）
Ｂ    処理済鉄ダスト類等
Ｃ    還元鉄及び／又は炭化鉄
Ｄ    重金属酸化物
Ｇ0、Ｇ    廃棄物由来ガス
Ｇ’    添加ガス
Ｇ”    酸素又は空気
ｇ    出口ガス
ｇ’    オフガス
【図１】
2007009302.tif 000006
【図２】
2007009302.tif 000007
【図３】
2007009302.tif 000008
【図４】
2007009302.tif 000009
【図５】
2007009302.tif 000010