(57)【要約】【課題】  ダスト微粉末から亜鉛化合物の回収を効率よく連続して行うことの可能な流動層反応装置及びこれを用いた塩化亜鉛の回収方法を提供すること。【解決手段】  流動化ガスを炉本体５の下部から上方に向けて送入するガス送入部２と、被処理粒子とガス成分との反応により生成される生成物の一部を炉本体５の炉外部へ排出する排出部８を備える。炉本体５は、ガス送入部２の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する円筒部５０ａと、円筒部５０ａの上部と連通し且つ上方に向かうに従い炉本体５の横断面が大きくなる断面積拡大部５０ｂを有する。被処理粒子より大きい平均粒子径であり且つ流動化ガスと反応しない流動層形成粒子よりなる流動層を円筒部５０ａから断面積拡大部５０ｂにかけて形成する。断面積拡大部５０ｂに反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する残被処理粒子排出部３を設けた。【選択図】    図６
2017159292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体と、
炉内部に投入される被処理粒子と反応するガス成分を少なくとも含む流動化ガスを前記炉本体の下部から上方に向けて送入するガス送入部と、
前記被処理粒子と前記ガス成分との反応により生成される生成物の一部を前記炉本体の上部から炉外部へ排出する排出部を備え、
前記炉本体は、前記ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する円筒部と、前記円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記炉本体の横断面が大きくなる断面積拡大部を有し、
前記被処理粒子より大きい平均粒子径であり且つ前記流動化ガスと反応しない流動層形成粒子よりなる流動層を前記円筒部から前記断面積拡大部にかけて形成し、
前記断面積拡大部に前記反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する残被処理粒子排出部を設けた流動層反応装置。
【請求項２】
炉本体と、
炉内部に投入される被処理粒子と反応するガス成分を少なくとも含む流動化ガスを前記炉本体の下部から上方に向けて送入するガス送入部と、
前記被処理粒子と前記ガス成分との反応により生成される生成物の一部を前記炉本体の上部から炉外部へ排出する排出部を備え、
前記炉本体は、前記ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部と、前記第一円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記炉本体の横断面が大きくなる断面積拡大部と、前記断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい直円筒形状を呈する第二円筒部とを有し、
前記被処理粒子より大きい平均粒子径であり且つ前記流動化ガスと反応しない流動層形成粒子よりなる流動層を前記第一円筒部から前記第二円筒部の下部にかけて形成し、
前記第二円筒部の下部に前記反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する残被処理粒子排出部を設けた流動層反応装置。
【請求項３】
炉本体と、
炉内部に投入される被処理粒子と反応するガス成分を少なくとも含む流動化ガスを前記炉本体の下部から上方に向けて送入するガス送入部と、
前記被処理粒子と前記ガス成分との反応により生成される生成物の一部を前記炉本体の上部から炉外部へ排出する排出部を備え、
前記炉本体は、前記ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部と、前記第一円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記炉本体の横断面が大きくなる第一断面積拡大部と、前記第一断面積拡大部の上部と連通し且つ直円筒形状を呈する第二円筒部と、前記第二円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記横断面が大きくなる第二断面積拡大部とを有し、
前記被処理粒子より大きい平均粒子径であり且つ前記流動化ガスと反応しない流動層形成粒子よりなる流動層を前記第一円筒部から前記第二断面積拡大部にかけて形成し、
前記第二断面積拡大部に前記反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する残被処理粒子排出部を設けた流動層反応装置。
【請求項４】
炉本体と、
炉内部に投入される被処理粒子と反応するガス成分を少なくとも含む流動化ガスを前記炉本体の下部から上方に向けて送入するガス送入部と、
前記被処理粒子と前記ガス成分との反応により生成される生成物の一部を前記炉本体の上部から炉外部へ排出する排出部を備え、
前記炉本体は、前記ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部と、前記第一円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記炉本体の横断面が大きくなる第一断面積拡大部と、前記第一断面積拡大部の上部と連通し且つ直円筒形状を呈する第二円筒部と、前記第二円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記横断面が大きくなる第二断面積拡大部とを有し、前記第二断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい直円筒形状を呈する第三円筒部とを有し、
前記被処理粒子より大きい平均粒子径であり且つ前記流動化ガスと反応しない流動層形成粒子よりなる流動層を前記第一円筒部から前記第三円筒部の下部にかけて形成し、
前記第三円筒部の下部に前記反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する残被処理粒子排出部を設けた流動層反応装置。
【請求項５】
前記断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい第二円筒部をさらに有する請求項１記載の流動層反応装置。
【請求項６】
前記第二断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい第三円筒部をさらに有する請求項３記載の流動層反応装置。
【請求項７】
前記断面積拡大部を通過する気体の速度は、前記被処理粒子の流動化開始速度の３倍未満である請求項１，２，５のいずれかに記載の流動層反応装置。
【請求項８】
前記第二円筒部を通過する気体の速度は、前記被処理粒子の流動化開始速度の３倍未満である請求項３，４，６のいずれかに記載の流動層反応装置。
【請求項９】
前記流動層形成粒子の粒子径は１００〜１０００μｍである請求項１〜８のいずれかに記載の流動層反応装置。
【請求項１０】
最下部に位置する円筒部に前記流動層形成粒子を炉外部へ排出する流動層形成粒子排出部を設けた請求項１〜９のいずれかに記載の流動層反応装置。
【請求項１１】
前記ガス送入部の直上に前記被処理粒子を前記流動層に投入する投入部を設けた請求項１〜１０のいずれかに記載の流動層反応装置。
【請求項１２】
前記流動層の上部の炉本体部分を冷却させる冷却装置をさらに備える請求項１〜１１のいずれかに記載の流動層反応装置。
【請求項１３】
前記流動層を振動させる振動手段をさらに備える請求項１〜１２のいずれかに記載の流動層反応装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の流動層反応装置を用いた塩化亜鉛の回収方法であって、
前記被処理粒子が亜鉛分を含む電気炉ダストであり、前記ガス成分が塩素及び酸素であり、前記流動化ガスが前記塩素及び前記酸素並びに前記電気炉ダストとの反応に関与しない気体であり、前記流動層に前記電気炉ダスト及び前記流動化ガスを投入して、前記電気炉ダストと前記流動化ガスとの反応により気体塩化亜鉛を生じさせ、前記排出部より回収する塩化亜鉛の回収方法。
【請求項１５】
前記流動層で前記気体塩化亜鉛を生じさせた後、前記流動層の上部の炉本体部分を外部から冷却することにより、前記気体塩化亜鉛を固化又は前記流動層からのキャリーオーバー粒子（エントレインメント）を核として前記気体塩化亜鉛を凝縮固化させる請求項１４記載の塩化亜鉛の回収方法。
【請求項１６】
前記気体塩化亜鉛の固化物又は前記キャリオーバー粒子を核とした前記気体塩化亜鉛の凝縮固化物を気固分離装置で捕集した後、蒸発装置で前記キャリーオーバー粒子と分離して塩化亜鉛を得る請求項１４又は１５記載の塩化亜鉛の回収方法。
【請求項１７】
前記塩化亜鉛を蒸留装置により蒸留し高純度塩化亜鉛を得る請求項１６記載の塩化亜鉛の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層反応装置及びこれを用いた塩化亜鉛の回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（資源としての亜鉛）
日本では、鉄鋼製錬プロセスより年間約５００万トンの製錬ダストが発生しており、その内高炉−転炉法からは年間約４５０万トンの各種精錬ダストが発生し、精錬プロセスでの精錬剤や他産業での原料として有効活用が図られている。また、電気炉法からは鉄スクラップのリサイクルの際に年間約５０万トンの電気炉製鋼ダストが発生する。これには、スクラップ由来の亜鉛や鉛が含まれるため、そのまま再利用することができない。そして、自動車用メッキ鋼板スクラップの増加、並びに電気炉ダストの発生原単位の上昇傾向により、電気炉ダストの発生量は、今後とも増加する傾向にある。そこで、ダストとはいえ、おおよそ３０％も亜鉛分が含まれるので、うまくこれを資源として活用することが必要である。
【０００３】
（現在の回収方法）
現在、国内で実施中の電気炉ダスト中からの亜鉛回収法は、主要にウェルツ法、半溶鉱炉法、電熱蒸留法がある。前２者は、亜鉛分が５０％程度の粗酸化亜鉛として回収され、亜鉛鉱石から亜鉛を製錬するためのＩＳＰ（インペリアル・スメルティング・プロセス）法の精錬用原料として使用され、亜鉛が回収されている。また、電熱蒸留法は、ペレット化、焼結鉱化を経て通電加熱され、９９％程度の亜鉛華（酸化亜鉛）として回収されている。いずれにしても、大掛かりな設備が必要とされている。下記の非特許文献１及び特許文献１に現状の亜鉛回収法が記載されている。
【０００４】
（現在の亜鉛の用途と注目されているこれからの用途）
亜鉛の用途としては、主要に合金亜鉛、亜鉛華（酸化亜鉛）、電池、亜鉛めっきなどがあるが、最近は従来の用途以外に、高純度酸化亜鉛が透明で導電性を持つことや、半導体（化合物半導体）でもあるため、例えば、酸化亜鉛透明導電膜、発光デバイス、透明磁性体への応用が注目されている。そこで、亜鉛の回収方法として高純度化も見据えた方法が期待される。現在の高純度亜鉛製造法は、湿式法（電気分解法）による電気亜鉛（品位４Ｎ）および乾式法（蒸留法）による蒸留亜鉛（品位９８.５％）をより高純度化精留した亜鉛（品位４Ｎ）がある。
【０００５】
（塩化亜鉛として回収する方法の選択）
高純度化の方法は、他の半導体が行っているように塩化物をつくり、それを高純度化し、その後、酸化亜鉛などの亜鉛化合物にする方法が比較的低い温度で高い蒸気圧を示す塩化亜鉛の物性を利用できるので、合理的である。そこで、今回は塩化亜鉛として回収する方法を選択している。ダストから塩化亜鉛を製造する方法としては、Dr.Frayの文献および特許が知られている（特許文献２，３，４及び非特許文献２）。
【０００６】
しかし、これら文献にはダストから塩化亜鉛を生成させることが示されたが、この方法は未だに工業化されていない。その理由は、ダストがほとんどが１００μｍ以下の微粒子であること、しかも、鉄鋼生産の副産物であるために処理量がきわめて多いこと、さらに含有亜鉛分が多くても２０〜４０％程度なので、亜鉛分回収反応後には多量のダストが残留してしまい、その処理過程が煩雑になることなどによる。また、特許文献５にはダストから、亜鉛を選択的に溶解して亜鉛水溶液を製造する方法が記載されている。
【０００７】
電気炉ダストは２０〜４０％程度の亜鉛を含む微粒子なので、この性状のために、原料としても、また亜鉛回収後の残物質としても、多量の微粒子を取り扱わねばならない。
【０００８】
また、現状の回収方法は直接希望の亜鉛化合物にはできず、亜鉛分５０％程度の粗酸化亜鉛として回収した後、現行亜鉛製錬法プロセスの原料とするか、ペレット化、焼結鉱化を経て直接通電加熱され、酸化亜鉛として回収する方法が採用されている。さらに現在注目されているこれからの亜鉛化合物の用途、例えば半導体用途などの用途には高純度化が必要とされるが、これにはさらに全く別のプロセスを使用して製造しなければならない。
【０００９】
そこで、微粉末電炉ダストから亜鉛分の回収を高純度化し易い塩化亜鉛として回収することが望ましい。この方法として、従来さまざまな研究が行われているが、特に、特許文献２，３及び非特許文献２にある方法は、亜鉛成分のみを選択的に塩素化している。この方法は実験室においてチューブ内におかれたボート上にダスト試料を置き、加熱後反応に必要なガスを流した実験で選択的に塩化亜鉛を回収している。しかし、工業化には至っていない。その理由を検討した結果、微粒子ダスト原料の供給および未反応残ダスト抜き取りの処理量が多く、連続的な取扱いに工業化への問題点があることが推察された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３３１７１３７号公報
【特許文献２】特開昭６２−２７５３２号公報
【特許文献３】米国特許第４８０００６９明細書
【特許文献４】米国特許第５６９８７５９明細書
【特許文献５】特許第５５６４５１４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】第５版鉄鋼便覧第１巻製銑・製鋼：一般社団法人日本鉄鋼協会第５版鉄鋼便覧委員会編(2014),P238〜241,326〜331
【非特許文献２】「塩素/空気混合ガスによるアーク電気炉ダストの処理」D.J. Fray: Treatment of electric arc furnace dust using chlorine/air mixtures. , Extraction and Processing for the Treatment and Minimization of Wastes, 1994 (1993) 627-636.
【非特許文献３】D.Geldart.Powder Tech.,7,(1973) p,285-292
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、ダストから有用な金属成分を効率よく回収することを目的とし、例えばダスト微粉末から亜鉛化合物の回収を効率よく連続して行うことの可能な流動層反応装置及びこれを用いた塩化亜鉛の回収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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る流動層反応装置の特徴は、炉本体と、炉内部に投入される被処理粒子と反応するガス成分を少なくとも含む流動化ガスを前記炉本体の下部から上方に向けて送入するガス送入部と、前記被処理粒子と前記ガス成分との反応により生成される生成物の一部を前記炉本体の上部から炉外部へ排出する排出部を備え、前記炉本体は、前記ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する円筒部と、前記円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記炉本体の横断面が大きくなる断面積拡大部を有し、前記被処理粒子より大きい平均粒子径であり且つ前記流動化ガスと反応しない流動層形成粒子よりなる流動層を前記円筒部から前記断面積拡大部にかけて形成し、前記断面積拡大部に前記反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する残被処理粒子排出部を設けたことにある。
【００１４】
上記構成によれば、ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する円筒部により流動層の下部の形状を直円筒形状とし且つ、円筒部の上部と連通する断面積拡大部により流動層の上部を上方に向かって炉本体の横断面が大きくなる断面積拡大形状とする。これにより、流動層下部のガス送入部から送入された流動化ガスの速度は、直円筒形状部分では変わらないが、断面積拡大形状部分では断面積の拡大に伴い低下する。一方、一般的に粒子の比重が同程度であれば、流動状態は流動化ガスの速度に依るので、同じような流動状態にするには、粒径の大きい粒子はより大きなガス速度を必要とする。例えば、流動化開始速度は粒子径の２乗に比例する。そのため、粒子径の異なる粒子間では流動状態に差が生じ、平均粒子径の小さい被処理粒子に比べ、粒径の大きい流動層形成粒子は流動の活発さがより低下していく。その結果、流動状態が部分的な流動状態となり、粒径の大きい流動層形成粒子は沈降し、上方ではより粒径の小さい粒子である反応後の残被処理粒子になり、断面積拡大部分で偏析が生じる。そして、この部分に残被処理粒子排出部を設け、ここから、反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する。これにより、流動層形成粒子は流動層中に留まり、反応後の残被処理粒子は残被処理粒子排出部から外部に抜き取られ、本反応処理プロセスを効率よく連続的に行うことが可能となる。
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る流動層反応装置の他の特徴は、炉本体と、炉内部に投入される被処理粒子と反応するガス成分を少なくとも含む流動化ガスを前記炉本体の下部から上方に向けて送入するガス送入部と、前記被処理粒子と前記ガス成分との反応により生成される生成物の一部を前記炉本体の上部から炉外部へ排出する排出部を備え、前記炉本体は、前記ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部と、前記第一円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記炉本体の横断面が大きくなる断面積拡大部と、前記断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい直円筒形状を呈する第二円筒部とを有し、前記被処理粒子より大きい平均粒子径であり且つ前記流動化ガスと反応しない流動層形成粒子よりなる流動層を前記第一円筒部から前記第二円筒部の下部にかけて形成し、前記第二円筒部の下部に前記反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する残被処理粒子排出部を設けたことにある。
【００１６】
上記構成によれば、ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部により流動層の下部の形状を直円筒形状とし且つ、第一円筒部の上部と連通する断面積拡大部により流動層の上部を上方に向かって炉本体の横断面が大きくなる断面積拡大形状とする。これによる効果は上記と同様であり、断面積拡大形状部分の上方ではより粒径の小さい反応後の残被処理粒子になる。そして、さらに断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい直円筒形状を呈する第二円筒部により、炉本体の横断面積を変えることにより、ガス送入部より流動層へ送入された流動化ガスの速度を変更する。これにより、反応後の残被処理粒子の粒度分布に応じて流動層の上部空間へ放出（キャリーオーバー）される粒子（キャリーオーバー粒子）の量をコントロールすることができる。例えば、断面積をさらに大きくすることにより流動化ガスの速度をさらに低下させ、反応後の残被処理粒子の上部空間へのキャリーオーバー粒子の量を低下させることで、反応後の残被処理粒子を第二円筒部の下部に留めておくことができる。そして、この部分に残被処理粒子排出部を設け、ここから反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する。これにより、流動層形成粒子は流動層中に留まり、反応後の残被処理粒子は残被処理粒子排出部から外部に抜き取られ、上部空間へのキャリーオーバー粒子の量を減少することにより、後工程の塩化亜鉛の回収を容易にし、本反応処理プロセスを効率よく連続的に行うことが可能となる。
【００１７】
さらに、上記目的を達成するため、本発明に係る流動層反応装置のさらに他の特徴は、炉本体と、炉内部に投入される被処理粒子と反応するガス成分を少なくとも含む流動化ガスを前記炉本体の下部から上方に向けて送入するガス送入部と、前記被処理粒子と前記ガス成分との反応により生成される生成物の一部を前記炉本体の上部から炉外部へ排出する排出部を備え、前記炉本体は、前記ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部と、前記第一円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記炉本体の横断面が大きくなる第一断面積拡大部と、前記第一断面積拡大部の上部と連通し且つ直円筒形状を呈する第二円筒部と、前記第二円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記横断面が大きくなる第二断面積拡大部とを有し、前記被処理粒子より大きい平均粒子径であり且つ前記流動化ガスと反応しない流動層形成粒子よりなる流動層を前記第一円筒部から前記第二断面積拡大部にかけて形成し、前記第二断面積拡大部に前記反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する残被処理粒子排出部を設けたことにある。
【００１８】
上記構成によれば、ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部により流動層の下部の形状を第一の直円筒形状とし且つ、第一円筒部の上部と連通する第一断面積拡大部により流動層の上部は上方に向かって炉本体の横断面が大きくなる第一の断面積拡大形状とする。さらに、その上部を第一断面積拡大部の上部と連通し且つ直円筒形状を呈する第二円筒部により第二の円筒形状とし且つ、第二円筒部の上部と連通する第二断面積拡大部によりその上部を第二の断面積拡大形状とする。これにより、流動層下部のガス送入部から送入された流動化ガスの速度は、第一、第二直円筒形状部分では変わらないが、第一、第二断面積拡大形状部分では断面積の拡大に伴い低下する。一方、一般的に粒子の比重が同程度であれば、流動状態は流動化ガスの速度に依るので、同じような流動状態にするには、粒径の大きい粒子はより大きなガス速度を必要とする。例えば流動化開始速度は粒子径の２乗に比例する。そのため、粒子径の異なる粒子間では流動状態に差が生じ、平均粒子径の小さい被処理粒子に比べ、粒径の大きい流動層形成粒子は流動の活発さがより低下していく。その結果、流動状態は部分的な流動状態となり、粒径の大きい流動層形成粒子は沈降し、上方ではより粒径の小さい粒子である反応後の残被処理粒子になり、断面積拡大部分で偏析が生じる。この部分的な流動状態を維持するために、その部分的な流動状態となる部分に第二円筒部を設けたので、粒径の大きな粒子と小さな粒子との分離（偏析）をさらに促進される。そして、この部分に残被処理粒子排出部を設け、ここから、反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する。これにより、流動層形成粒子は流動層中に留まり、反応後の残被処理粒子は残被処理粒子排出部から外部に抜き取られ、本反応処理プロセスを効率よく連続的に行うことが可能となる。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明に係る流動層反応装置のさらに他の特徴は、炉本体と、炉内部に投入される被処理粒子と反応するガス成分を少なくとも含む流動化ガスを前記炉本体の下部から上方に向けて送入するガス送入部と、前記被処理粒子と前記ガス成分との反応により生成される生成物の一部を前記炉本体の上部から炉外部へ排出する排出部を備え、前記炉本体は、前記ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部と、前記第一円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記炉本体の横断面が大きくなる第一断面積拡大部と、前記第一断面積拡大部の上部と連通し且つ直円筒形状を呈する第二円筒部と、前記第二円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い前記横断面が大きくなる第二断面積拡大部とを有し、前記第二断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい直円筒形状を呈する第三円筒部とを有し、前記被処理粒子より大きい平均粒子径であり且つ前記流動化ガスと反応しない流動層形成粒子よりなる流動層を前記第一円筒部から前記第三円筒部の下部にかけて形成し、前記第三円筒部の下部に前記反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する残被処理粒子排出部を設けたことにある。
【００２０】
上記構成によれば、ガス送入部の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部により流動層の下部の形状を第一の直円筒形状とし且つ、第一円筒部の上部と連通する第一断面積拡大部により流動層の上部は上方に向かって炉本体の横断面が大きくなる第一の断面積拡大形状とする。さらに、その上部を第一断面積拡大部の上部と連通し且つ直円筒形状を呈する第二円筒部により第二の円筒形状とし且つ、第二円筒部の上部と連通する第二断面積拡大部によりその上部を第二の断面積拡大形状とする。これによる効果は上記と同様であり、第二断面積拡大形状部分に向かう程粒径の小さい粒子である反応後の残被処理粒子になる。そして、さらに第二断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい直円筒形状を呈する第三円筒部により、炉本体の横断面積を変えることにより、流動化ガスの速度を変更する。これにより、反応後の残被処理粒子の粒度分布に応じて流動層の上部空間へ放出（キャリーオーバー）される粒子（キャリーオーバー粒子）の量をコントロールすることができる。例えば、断面積をさらに大きくすることにより流動化ガスの速度をさらに低下させ、反応後の残被処理粒子の上部空間へのキャリーオーバー粒子の量を低下させることで、反応後の残被処理粒子を第三円筒部の下部に留めておくができる。そして、この部分に反応後に残存する残被処理粒子排出部を設け、ここから反応後に残存する残被処理粒子を炉外部へ排出する。これにより、流動層形成粒子は流動層中に留まり、反応後の残被処理粒子は残被処理粒子排出部から外部に抜き取られ、上部空間へのキャリーオーバー粒子の量を減少することにより、後工程の塩化亜鉛の回収を容易にし、本反応処理プロセスを効率よく連続的に行うことが可能となる。
【００２１】
上記第一の特徴構成において、前記断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい第二円筒部をさらに有するとよい。これにより、反応後の残被処理粒子の粒度分布に応じて流動層の上部空間へのキャリーオーバー粒子の量を調整、減少させることができ、例えば後工程の塩化亜鉛の回収を容易にすることができる。
【００２２】
上記第三の特徴構成において、前記第二断面積拡大部の上部と連通し且つその上端部の径より大きい第三円筒部をさらに有するとよい。これにより、反応後の残被処理粒子の粒度分布に応じて流動層の上部空間へのキャリーオーバー粒子の量を調整、減少させることができ、例えば後工程の塩化亜鉛の回収を容易にすることができる。
【００２３】
上記第一、第二の特徴構成において、前記断面積拡大部を通過する気体の速度は、前記被処理粒子の流動化開始速度の３倍未満であるとよい。これにより、流動層の断面積拡大形状部分において、流動層形成粒子が上方へ移動すると共に被処理粒子が下方に沈降する偏析が安定して生じやすく、効率的な反応をより安定して持続させることができる。
【００２４】
上記第三、第四の特徴構成において、前記第二円筒部を通過する気体の速度は、前記被処理粒子の流動化開始速度の３倍未満であるであるとよい。これにより、流動層の第二の円筒形状部分において、流動層形成粒子が上方へ移動すると共に被処理粒子が下方に沈降する偏析が安定して生じやすく、効率的な反応をより安定して持続させることができる。
【００２５】
上記いずれかに記載の構成において、例えば、前記流動層形成粒子の粒子径は１００〜１０００μｍである。また、最下部に位置する円筒部に前記流動層形成粒子を排出する流動層形成粒子排出部を設けるとよい。これにより、流動層下部での流動層形成粒子の蓄積を抑制して偏析を安定的に持続させることで、効率的な反応を持続させることができる。
【００２６】
さらに、上記いずれかに記載の構成において、前記炉本体の前記ガス導入部の近傍に前記被処理粒子を前記流動層に投入する投入部を設けるとよい。これにより、被処理粒子の投入ロスを防止し、反応に供する被処理粒子を安定供給し、効率的な反応を持続させる。
【００２７】
また、上記いずれかに記載の構成において、前記流動層の上部の炉本体部分を冷却させる冷却装置をさらに備えるとよい。反応に生じる生成物をその融点以下に冷却することで、凝縮固化させて目的物を効率よく回収する。
【００２８】
また、上記いずれかに記載の構成において、前記流動層を振動させる振動手段をさらに備えてもよい。これにより、流動化ガス量を減らして流動層をより安定化させることで効率的な反応を維持することができる。
【００２９】
上記目的を達成するため、本発明に係る塩化亜鉛の回収方法の特徴は、上記いずれかに記載の流動層反応装置を用いた塩化亜鉛の回収方法において、前記被処理粒子が亜鉛分を含む電気炉ダストであり、前記ガス成分が塩素及び酸素であり、前記流動化ガスが前記塩素及び前記酸素並びに前記電気炉ダストとの反応に関与しない気体であり、前記流動層に前記電気炉ダスト及び前記流動化ガスを投入して、前記電気炉ダストと前記流動化ガスとの反応により気体塩化亜鉛を生じさせ、前記排出部より回収することにある。
【００３０】
前記流動層で前記気体塩化亜鉛を生じさせた後、前記流動層の上部の炉本体部分を外部から冷却することにより、前記気体塩化亜鉛を固化又は前記流動層からのキャリーオーバー粒子（エントレインメント）を核として前記気体塩化亜鉛を凝縮固化させるとよい。
【００３１】
前記気体塩化亜鉛の固化物又は前記キャリオーバー粒子を核とした前記気体塩化亜鉛の凝縮固化物を気固分離装置で捕集した後、蒸発装置で前記キャリーオーバー粒子と分離して塩化亜鉛を得るとよい。係る場合、前記塩化亜鉛を蒸留装置により蒸留し高純度塩化亜鉛を得るようにすることも可能である。
【発明の効果】
【００３２】
上記本発明に係る流動層反応装置及びこれを用いた塩化亜鉛の回収方法の特徴によれば、ダストから有用な金属成分を効率よく回収することが可能となり、例えばダスト微粉末から亜鉛化合物の回収を効率よく連続して行うことが可能となった。
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る塩化亜鉛の回収方法を示す工程図である。
【図２】図１の回収方法を装置を用いて表した工程図である。
【図３】本発明の塩化亜鉛の回収方法の改変例を示す図１相当図である。
【図４】図３の改変例の図２相当図である。
【図５Ａ】部分流動状態を説明する図であり、活発な流動が行われている状態を示す。
【図５Ｂ】部分流動状態を説明する図であり、部分的な流動の状態を示す。
【図５Ｃ】部分流動状態を説明する図であり、図５Ｂの部分的流動の状態がさらに進んだ状態を示す。
【図６】本発明の第一実施形態に係る流動層反応装置を模式的に示す図である。
【図７】本発明に係る流動層反応装置における流動層を模式的に示す概念図である。
【図８】Geldartの粉体分類図を示す図である。
【図９】流動層反応装置の第二実施形態を模式的に示す図である。
【図１０】流動層反応装置の第三実施形態を模式的に示す図である。
【図１１】流動層反応装置に振動流動装置を適用した場合を示す図である。
【図１２】流動層反応装置の改変例を模式的に示す図である。
【図１３】流動層反応装置の他の改変例を模式的に示す図である。
【図１４】従来の一般的な流動層反応装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の各実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００３５】
また、以下の実施形態において、原料となる電気炉ダストを「原料ダスト」、原料ダストを流動層６で塩化反応処理した後、流動層６中に残った固体成分を「残ダスト」、流動層から放出される気体と共にフリーボード５４へ同伴された固体成分を「キャリーオーバーダスト」（以下、「第一ダスト」と称する）、流動層６に送入された気体で反応せず、流動層６からフリーボード５４へ出た気体を「反応残ガス」、フリーボード５４中で冷却により気体塩化亜鉛が凝縮固化したものを「塩化亜鉛微粉」、第一ダスト表面上に気体塩化亜鉛が凝縮固化したものを「塩化亜鉛コートキャリーオーバーダスト」（以下、「第二ダスト」と称する）と呼ぶ。
【００３６】
まず、図１〜４を参照しながら、本発明に係る流動層反応装置１を用いた塩化亜鉛の回収方法について説明する。
図１は本発明の塩化亜鉛の回収方法の基本的な工程図を示し、図２は図１を説明するため装置を用いて表す。図１中、角型の枠は工程、楕円枠は物質を示す。
図１，２に示すように、塩化亜鉛の回収方法は、原料ダストＦ０の含有亜鉛を選択塩素化する塩素化工程Ｓ１と、流動層反応装置１からの反応残ガスＦ２と固体（塩化亜鉛微粉、第一ダスト及び第二ダスト）との分離を行う第一分離系工程Ｓ２と、第一分離系工程Ｓ２で分離された固体Ｆ３を蒸発器３３により塩化亜鉛Ｆ５を蒸発分離する第二分離系工程Ｓ３と、塩化亜鉛Ｆ５を蒸留操作し高純度塩化亜鉛Ｆ１２を製造する第三分離系工程Ｓ４と、第二分離系工程Ｓ３で得られた塩化亜鉛Ｆ５で通常の亜鉛化合物の製造を行う第一還元反応系工程（Ｓ５ａ）及び／又は第三分離系工程Ｓ４で得られた高純度塩化亜鉛Ｆ１２で高純度亜鉛化合物の製造を行う第二還元反応系工程（Ｓ５ｂ）を含む還元反応系工程Ｓ５を備えている。
【００３７】
図３，４に示す例は、図１，２に示す実施形態と同様であるが、第二還元反応系工程（Ｓ５ｂ）に代えて、得られた高純度塩化亜鉛Ｆ１２を電解法により高純度亜鉛金属Ｆ１３と塩素化工程Ｓ１に用いる塩素Ｆ１５とを製造する還元反応系Ｓ５ｃを備えている。
【００３８】
（塩素化工程：Ｓ１）
原料ダストＦ０中の亜鉛成分を塩素Ｆ１５と酸素Ｆ１４とを反応させて選択塩素化し、塩化亜鉛を生成させる。原料ダストＦ０を流動層６に原料ダスト投入口４から供給し、気体塩素Ｆ１５、酸素（空気）Ｆ１４はウィンドボックス２から流動層６中に送られる。流動層６中で原料ダストＦ０中の亜鉛分（酸化亜鉛、酸化鉄と結合した亜鉛化合物など）と塩素Ｆ１５が反応し、塩化亜鉛が生成する。反応した塩化亜鉛は気体となり、流動層６上部からフリーボード５４（希薄層）に出ていく。塩素Ｆ１５と反応せずに残存した残ダストＦ０’は、流動層６上部に蓄積されるので、残ダスト抜き取り口３から炉外へ抜き取る。
【００３９】
（第一分離系工程：Ｓ２）
流動層反応装置１から排出された反応残ガスと固体（塩化亜鉛微粉、第一ダスト及び第二ダスト）との混合物Ｆ１は、排出口８より固体と気体の分離を行うサイクロンやフィルターなどの固気分離装置３１に導かれる。捕集した固体（塩化亜鉛微粉、第一ダスト及び第二ダスト）Ｆ３は保持タンク３２に回収され、気体（酸素、窒素などの反応残ガス）Ｆ２は外部に放出される。
【００４０】
（第二分離系工程Ｓ３）
第一分離系工程Ｓ２の保持タンク３２に捕集回収された固体（塩化亜鉛微粉、第一ダスト及び第二ダスト）Ｆ４を蒸発器３３に送り、加熱し、塩化亜鉛を蒸発させ気体塩化亜鉛Ｆ５にする。蒸発器３３は一般的な蒸発器で構わないが、キャリアガス送入あるいは減圧法で蒸発させてもよい。気体塩化亜鉛Ｆ５は、目的とする塩化亜鉛純度に応じて、例えば純度９９％程度の塩化亜鉛を目的とする場合には気体塩化亜鉛Ｆ６とし、さらに高純度の塩化亜鉛を目的とする場合には気体塩化亜鉛Ｆ７として次工程に送られる。もちろん、どちらか一方を選ぶことも可能である。また、保持タンク３６の塩化亜鉛を蒸発させて気体塩化亜鉛Ｆ７’とすることも可能である。純度９９％程度の塩化亜鉛を得るには、気体塩化亜鉛Ｆ６（気体塩化亜鉛Ｆ５）を冷却装置３５により冷却固化し捕集、あるいは液体状態で塩化亜鉛の洗浄捕集などにより塩化亜鉛Ｆ８のみを保持タンク３６に回収する。これらの操作により塩化亜鉛の濃度は９９％以上に高められる。蒸発器３３で残った残キャリーオーバーダストＦ２０は保持タンク３４に貯められ、流動層反応装置１の残ダスト抜き取り口３から抜き取られた残ダストＦ０’に加えられる。
【００４１】
（第三分離系工程Ｓ４）
高純度塩化亜鉛を得るには、第二分離系工程Ｓ３で回収された濃度９９％以上の塩化亜鉛Ｆ７（気体塩化亜鉛Ｆ５）を蒸留塔３７に導く。ここで蒸留操作により高純度塩化亜鉛Ｆ１０として回収され、冷却装置３８により冷却され、固体あるいは液体状態で塩化亜鉛Ｆ１１を保持タンク３９に回収する。純度は最終製品の要求純度にまで、例えば６Ｎ以上に高められる。
【００４２】
（還元反応系工程Ｓ５）
第二分離系工程Ｓ３で回収された保持タンク３６の純度９９％の塩化亜鉛Ｆ９は通常の亜鉛化合物の製造装置４０で使用される（工程Ｓ５ａ）。第三分離系工程Ｓ４で回収された保持タンク３９の高純度塩化亜鉛Ｆ１２は、酸化し高純度酸化亜鉛製造やその他さまざまな高純度亜鉛化合物の製造装置４１で使用される（工程Ｓ５ｂ）。また、図３，４では、電解槽４２を使用して高純度金属亜鉛Ｆ１３，塩素Ｆ１５を製造し、原料ダストＦ０の塩素化工程Ｓ１に利用する（工程Ｓ５ｃ）。
【００４３】
次に、本発明の流動層反応装置１について、図５〜７を用いて詳細に説明する。
（流動層の採用）
大量の粉体を処理する方法にはいくつかあるが、そのために前処理（ブリケット作成、化学処理など）を施せば高コスト、消費エネルギーの増大を招くので、そのままの状態で処理を行うことが望ましい。それには、流動層での処理が挙げられるが、課題が２つ存在する。
【００４４】
その一つは、本発明における被処理粒子となる原料ダスト（電気炉ダスト）は、その粒径が１００μｍ以下の粒子がほとんどのダストなので、流動化を起こしにくく、空塔速度が終末速度以上になれば、この微粉状の原料ダストが流動化ガスに同伴されて飛び出し、大量にロスしてしまう。そのため、この粒子径に合わせた空塔速度を使用すれば、処理速度は極めて小さい（遅い）ものとなり、処理効率が低下することが予想される。
【００４５】
二つ目は、この被処理粒子である原料ダスト中の含有亜鉛は、多くても２０〜４０％であることから、含有亜鉛を塩化し、気体塩化亜鉛として除去しても、３分の２近くが残ダストとして依然残されたままである。これをうまく流動層反応装置１の炉本体５から除去しなければ、連続的操業を継続することができない。そのために、ガス量を増やし、全量をキャリーオーバー粒子として炉外に飛び出させて回収することも考えられるが、結局は全量が塩化亜鉛と電気炉ダスト（被処理粒子）の混合物となってしまい、さらに工程数を増やしてしまい得策ではない。
【００４６】
そこで、発明者はこれらのことを鋭意検討し、ガスで流動化している流動層６の中に数１００μｍ程度の原料ダストを供給して反応させれば、少なくともこの微粉状の原料ダストが反応する前に流動層６から飛び出すことがないことを見出した。
【００４７】
また、粒径の大きな流動層形成粒子と粒径の小さい残ダスト（残被処理粒子）を含む流動層６において、それらを流動しながら分けなければならない。その方法として、流動層の特性として、粒径の異なる粒子を混合して流動化させ、空塔速度（仮に粒子がないものとして計算した気体の速度）を下げていくと、粒径の大きな粒子が下方に、粒径の小さな粒子が上方に偏析する現象が起こる。ただし、空塔速度が比較的大きい場合（条件によって異なるが、おおよそ最少流動化速度の３倍以上）は偏析が起こらず、空塔速度を減少させるにつれて粒径の大きな粒子の下方での偏析が見られ始め、流動化開始速度近くでは、流動層が偏析する。発明者は、後述する本発明の流動層６においても、流動化の始まりから完全に流動状態になるまでの間の部分流動状態でそのような偏析が起こることを見出した。
【００４８】
これを図５Ａ〜Ｃのモデル図で説明する。図５Ａは、活発な流動が行われている状態を示す。
同図におけるテーパー状を呈するテーパー流動層部分１００では、その中央部１０１は横断面積の増加に従って気泡が広がるのではなく、ガス分散板（ガス導入部）１５１の断面積又はそれよりやや狭い面積で上昇する。そのため、そのテーパー流動層部分の中央部１０１では、活発に被処理粒子の残ダストと流動層形成粒子が混合しているが、中央部１０１を取り囲む炉壁側流動層部分１０２では気泡割合が少なく固定層や移動層となり徐々に下方に動き、中央の活発なテーパー流動層部分１０１の下部に巻き込まれる。
【００４９】
図５Ｂは、空塔速度を減少させ、流動化の始まりの状態と完全に流動している状態の間の部分的流動状態を示す。気体が粒子の間をすり抜けて固定層状態になっているのではなく、ある部分では流動が起こり粒子の移動がある状態である。この状態では、大きい粒子Ｐ１（流動層形成粒子）が沈降すると共に、それより小さい粒子Ｐ２（残ダスト）が上方に行き偏析が起こる。これらが混在した部分が、部分的流動層部分１０３である。
【００５０】
図５Ｃは、図５Ｂがさらに進んだ状態を示している。大きい粒子Ｐ１’（流動層形成粒子）とそれより小さい粒子Ｐ２’（残ダスト）の偏析が顕著となる。
【００５１】
そして、これらの二つの課題を統合して解決するために検討した結果、流動層６を上下連続した２つの流動層部分６０ａ，６０ｂから構成することとした。例えば、図１４に示す通常の単一の直円筒形状のみの流動層６’の場合、ガス速度の変更は容易に変更できるが、活発な流動層と偏析作用のある流動層の二つの機能を同時に実現することはできない。
【００５２】
本発明は、図６，７に示す如く、上下連続した２つの流動層部分６０ａ，６０ｂを設けたので、下部は直円筒形状を呈する活発な第一流動層部分６０ａで確実に塩化反応を達成させ、上部は上方に向かって炉本体５の横断面積が大きくなるテーパー形状（断面積拡大形状）を呈する第二流動層部分６０ｂとして徐々にガス速度を減少させることで偏析作用を生じさせ、流動層形成粒子と残ダストを偏析分離し、炉壁側から残ダストを外部に抜き取り、連続操業を可能とした。
【００５３】
すなわち、数１００μｍ程度の流動層形成粒子がガスで流動化している第一流動層部分６０ａの中に原料ダストを供給して反応させる。そして、連続した上部の第二流動層部分６０ｂでは下部からのガスによる空塔速度が、下部と同じ速度から次第に流動化開始速度へと減少していくテーパー形状等の断面積拡大形状の流動層構造とした。その結果、テーパー形状の第二流動層部分６０ｂでは、大径粒子である流動層形成粒子と塩化反応後の残ダストである小径粒子の混合流動層が、少なくとも大径粒子である流動層形成粒子の流動化開始速度近くで偏析を起こし、大径粒子（流動層形成粒子）と小径粒子（残ダスト）が分離し、大径粒子（流動層形成粒子）が沈降傾向となり、大径粒子（流動層形成粒子）の上部では残ダストである小径粒子層６３が発生する。なお、断面積拡大形状として、テーパー形状（円錐形）を例示するがこれに限られるものではない。例えば、下側に凸状部を有する緩やかな湾曲形状や上側に凸状部を有する湾曲形状であってもよい。
【００５４】
さらに、第二流動層部分６０ｂでは断面積の増加に従って気泡が広がるのではなく、ガス分散板の面積であるいはそれよりやや狭い面積で上昇するので、壁側流動層部分６２では気泡割合が少なく固定層や移動層となり、その層も残ダストから成っていくので、炉壁側から残ダスト層６３を外部に抜き取るのに好都合である。
【００５５】
この流動層反応装置１により、粒径１００μｍ以下の原料ダスト（被処理粒子）を１００〜１０００μｍの流動層形成粒子よりなる流動層６の中に直接供給し、選択塩化反応を行い、その後、塩化亜鉛ガスと第一ダストが流動層６上のフリーボード５４を経由して炉外部に導かれ、流動層６には媒体粒子と残ダストが残り、それらがテーパー形状に起因する空塔速度減少により、第二流動層部分６０ｂで流動層偏析分離を起こして、流動層形成粒子が沈降し、残ダストが上部に残る。この残ダストを連続的に抜き取ることにより、塩化反応の連続的な操業を継続することができる。
【００５６】
次に、流動塩化の方法の概要を、図６の本発明の第一実施形態に係る流動層反応装置１の模式図で説明する。
流動層反応装置１は、大略、炉本体５と、その下部に加圧・乾燥されたガスを受け入れるウィンドボックス２と、流動層６に均等にガスを導入するガス分散装置５１、炉本体５をほぼ覆う耐火物５５、排出口８が設けられた炉本体５の上部で且つ流動層６より上部の内部空間であるフリーボード５４を冷却する冷却装置５２、原料ダスト投入口４、残ダスト抜き取り口３、流動層形成粒子抜き出し口５３から構成される。炉本体５は、直円筒形状を呈する円筒部５０ａと、円筒部５０ａの上部と連通し且つ上方に向かうに従い炉本体５の横断面が大きくなる断面積拡大部５０ｂを有する。流動層６は、円筒部５０ａにより第一流動層部分６０ａが形成され、断面積拡大部５０ｂにより第二流動層部分６０ｂが形成される。
【００５７】
流動層反応装置１の炉本体５の下方内部には、原料ダストより大きな平均粒子径で且つ送入ガス（流動化ガス）に反応しない流動層形成粒子で流動層６が形成され、その後亜鉛含有原料ダストが原料ダスト投入口４から流動層６中に円筒部５０ａの下部から供給される。ガス分散装置５１（ガス送入部）からの塩素、酸素（空気）により原料ダストが塩化され、気体塩化亜鉛が生成する。生成された気体塩化亜鉛は流動層６からフリーボード５４に出て冷却固化し、微粉となって排出口８から次工程に導かれる。流動層６中央部の活発流動部分６１には流動層形成粒子および残ダストが残るが、残ダストは、流動層６上部で第二流動層部分６０ｂのテーパー形状の効果による偏析現象で上部に分離した残ダスト層６３および壁近傍に炉壁側流動層部分（固定層・移動層）６２ができ、残ダストが壁際まで流動層形成粒子と分離した残ダスト層６３となっているので、残ダスト抜き取り口３より抜き取られる。原料ダスト中に流動層形成粒子級の大きな粒径の粒子がある場合には活発流動部分６１の下部に残留するので、適宜、流動層形成粒子抜き出し口５３から流動層形成粒子とともに抜き取られ、流動層６内の流動層形成粒子は一定にされる。このようにして、亜鉛含有原料ダストから亜鉛分が連続的に塩化亜鉛として製造される。以下、順に詳しく説明する。
【００５８】
（大径粒子での流動層形成）
一般に気固流動層を形成する粒子は、流動状態により、気固流動層の分野においてGeldartの粉体分類（非特許文献３）として、図８に示すような、平均粒子径と密度差（粒子密度と流動ガス密度の差）の関数として４種類の粉体性質に分類される。原料ダストは粒径が１００μｍ以下の粒子がほとんどなので、それより大きい粒子、例えば図８のGeldart粒子のＡあるいはＢ粒子から選択して通常の気泡流動層を構成する。流動層を形成する流動層形成粒子は、亜鉛の塩化反応に関与しない粒子、例えば酸化物や窒化物から選択される。例えば、所定の粒径を持つ鉄系粒子の表面を酸化し使用してもよい。反応ガスは、流動層６下部からガス分散装置５１を経由して、塩素、酸素（あるいは空気）、さらに必要ならば反応に関与しない不活性ガスなどの混合ガスを流動化ガスとして送入する。そのガス速度は、流動化開始速度の１０倍以内とするが３〜８倍が好ましい。厳密な基準は無いが、３倍以下では流動が不安定となり偏析を起こしやすく、またガス速度大きいほどキャリーオーバー量も増大するので、一般にこの範囲で行われる。温度は、反応後の塩化亜鉛が気体状で流動層６から出ていくようにする。電気炉からの顕熱を利用できればよいが、送入ガスを加熱してもよい。流動層高は、反応性が原料の原料ダストの性状によって異なるので、事前に実験で確かめ、充分な反応時間を確保できる高さとする。
【００５９】
（原料ダストの供給）
流動層形成粒子よりなる流動層６に原料ダストを原料投入口４から供給する。図１４に示す従来例の如く、流動層６’上の原料投入口４’から供給すると、流動層６’から上昇する流動化ガスに同伴されてキャリーオーバー粒子７１’となり、原料ロスとなる。そこで、本実施形態では、図６に示すように、炉本体５下部（円筒部５０ａ）のガス分散装置５１（ガス導入部）の直上に原料ダスト投入口４（投入部）を設けてある。
【００６０】
図６に示すように、第一流動層部分６０ａ（円筒部５０ａ）の炉壁側では下降流となっており、原料ダスト投入口４から原料ダストを投入すると、キャリーオーバー粒子となることなく流動層６中に供給され、流動層形成粒子と共に混合流動層となって下降し、 下部からの流動化ガス（塩素、酸素など）との反応が開始される。原料ダストの供給は送入ガスの一部（空気など）か反応に関与しない不活性ガスを使用して送入してもよい。
【００６１】
（塩化反応）  
流動層６中で原料ダスト中の亜鉛成分（酸化亜鉛、酸化鉄と結合した亜鉛化合物など）と塩素が反応し、塩化亜鉛が生成する。反応した塩化亜鉛は気体となり流動層６上部からフリーボード５４に出ていく。残ダスト粉末は流動層形成粒子と共に流動層６上部に運ばれる。
【００６２】
流動層温度は、反応後の塩化亜鉛が気体状で流動層６から出ていくために流動層６を７３２℃以上にする。また、原料ダスト中に塩類が含まれている場合、例えば塩化ナトリウムが含まれている場合には８０１℃以下、塩化カリウムが含まれている場合には７７２℃以下にし、それらが溶融し液体となって、あるいは混合塩の液体となって粒子同士の凝集などを惹起するなどの流動状態の阻害要因を防ぐことが好ましい。また、塩化亜鉛の蒸気圧が比較的高いので、塩化亜鉛が液体となって流動状態を阻害しない範囲（塩化亜鉛の分圧による）で７００℃程度まで温度を下げてもよい。
【００６３】
（流動層形成粒子と残ダストの分離と抜き取り）
塩化反応後は、塩化亜鉛や反応残ガスの気体と気体に伴うキャリオーバー粒子は流動層６からフリーボード５４に出て行き、流動層形成粒子と残ダストの固体粒子は流動層６に残る。ここで、図７を参照しながら、流動層形成粒子と残ダストの分離が、テーパー形状による気泡の集積とガス速度減少による偏析（セグリゲーション）の利用をすることを説明する。実際には明確な推移が見えにくいことが多い。
【００６４】
Ａゾーンは塩化反応ゾーンである（第一流動層部分６０ａ（円筒部５０ａ））。活発な気泡流動状態である。空塔速度は流動化開始速度Ｕmfの１０倍以下、特に３〜８倍が選ばれるが、ここではＡゾーンの流動が５倍で行われているとする。以下、流動化の状態に倍数を用いているが、これは目安を表すものであって、これに限定するものではない。また残ダストはＡゾーンから上のゾーンに順次供給されていく。
【００６５】
Ｂゾーンからテーパー部分となる（第二流動層部分６０ｂ（断面積拡大部５０ｂ））。テーパーの影響で空塔速度がＵmfの５倍から３倍に低下していくが、ここでは流動もまだ活発な状態である。反応残ガスは直上するので壁側部分は移動層となり粒子は下降流れとなる。
Ｃゾーンではテーパーの影響により空塔速度がさらに低下していき、Ｕmfの３倍から１倍になる。流動層形成粒子（大径粒子）の流動は部分流動となり、残ダスト（小径粒子）はＵmfの５倍以上となっている。このゾーンで偏析を起こし始め、流動層形成粒子（大径粒子）は沈降し、Ｃゾーン上部は残ダスト（小径粒子）となる。
Ｄゾーンでは流動層形成粒子（大径粒子）がＵmfの１倍以下となる。残ダスト（小径粒子）も空塔速度がＵmfの５倍から３倍に低下するが、まだ流動は活発なのでこのゾーンから残ダストを抜き取る。
Ｅゾーンでは、流動層形成粒子（大径粒子）は無く、残ダスト（小径粒子）は部分流動状態である。
残ダストには粒度分布があり細かい粒子も含まれているので、炉本体５の断面積を大きくし、ガス速度を低下させることで、キャリオーバー粒子を減らすことも可能である。
【００６６】
以下に上記をまとめる。但し、図７は概念図であり、実際にはテーパー部の角度、円筒部５０ａの流動層（第一流動層部分６０ａ）の高さとテーパ部５０ｂの流動層（第二流動層部分６０ｂ）の高さとの比、流動層形成粒子の径と残ダストの径の比などにより、図７のような断面形状が大きく異なることが予想され、極端な場合には流動層形成粒子が中央に集まり、角状あるいは台形状になってその頂部からガスが吹き抜けることもありうる。そこで流動反応炉を設計する際には目的に合致するよう流動層形成粒子と残ダストの性状を十分考慮して、決定されねばならない。
【００６７】
【表１】
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【００６８】
（流動層形成粒子および流動層形成粒子と同等以上の直径を持つ残ダスト中の粒子の抜き取り）
原料ダスト中あるいは残ダスト中に流動層形成粒子と同等以上の直径あるいは偏析に影響を及ぼす物性を持つ粒子が含まれている場合には、それらが流動層６内に蓄積されていき、Ｃ、Ｄゾーンの位置が変わってくるので、必要に応じて抜き取る必要がある。図６に示すように、流動層反応装置１の円筒部５０ａ（第一流動層部分６０ａ）下部に設けた流動層形成粒子抜き出し口５３より抜き取る。また、流動層形成粒子と残ダストの間で偏析の起こる位置を最適に調整する際にも利用することができる。
【００６９】
（フリーボード）
塩化亜鉛や反応残ガスの気体および気体に伴うキャリオーバーダストは流動層６からフリーボード５４に出ていく。フリーボード５４の炉壁外部は冷却装置５２で冷却され、この塩化亜鉛や反応残ガスの気体および気体に伴うキャリオーバーダスト粉末が塩化亜鉛の融点以下まで冷却される。その結果、塩化亜鉛は凝固し微粉となり、あるいはキャリーオーバーダストが核となり粒子表面への塩化亜鉛の凝固も起き、これも微粉となる。そして、気体と共に流動層反応装置１から排出口８を経て、次の固気分離装置３１へ導かれる。
【００７０】
以上のように、本発明によれば、電炉ダストから亜鉛分を効率よく高純度化し易い塩化物として回収することができる。
すなわち、本発明は、微粉体の処理量が多く、しかも回収後の目的生成物は高純度化し易い塩化物とするため、選択塩素化流動層を反応器として使用し、その反応器では気泡流動層を形成させ、その流動層内に微粒子を供給し塩化反応を行い、気泡流動を形成している粒子は流動層に残しつつ、多量な反応後の残物質を流動層外に排出できるようにすることが可能となった。
【００７１】
次に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
図９に示す第二実施形態では、炉本体５Ａは、ガス送入部５１の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部５０ａ１と、第一円筒部５０ａ１の上部と連通し且つ上方に向かうに従い炉本体５Ａの横断面が大きくなる第一断面積拡大部５０ｂ１と、第一断面積拡大部５０ｂ１の上部と連通し且つ直円筒形状を呈する第二円筒部５０ａ２と、第二円筒部５０ａ２の上部と連通し且つ上方に向かうに従い横断面が大きくなる第二断面積拡大部５０ｂ２とを有し、流動層６を第一円筒部５０ａ１から第二断面積拡大部５０ｂ２にかけて形成する。先のＣゾーン、すなわち流動層形成粒子（大径粒子）と残ダスト（小径粒子）との間で偏析を起こし始めるゾーンにおいて、先の実施形態と異なり当該部分の流動層部分をテーパー形状とせずに円筒形状とすることで（第二円筒部５０ａ２部分）、つまり断面積の減少を無くすることでＣゾーン下部の流動状態を保持させ、偏析を推進させるようにしている。そして、第二断面積拡大部５０ｂ２の下部に残被処理粒子排出部３を設けることで、流動層６内の流動層形成粒子を一定とし、連続的に効率よく塩化亜鉛として製造されるようにしている。
【００７２】
図１０に示す第三実施形態では、炉本体５Ｂは、ガス送入部５１の上部に位置し且つ直円筒形状を呈する第一円筒部５０ｃ１と、第一円筒部の上部と連通し且つ上方に向かうに従い炉本体５の横断面が大きくなる断面積拡大部５０ｄ１と、断面積拡大部５０ｄ１の上部と連通し且つその上端部の径より大きい直円筒形状を呈する第二円筒部５０ｃ２とを有し、流動層６を第一円筒部５０ｃ１から第二円筒部５０ｃ２の下部にかけて形成する。断面積拡大部５０ｄ１の上端の第二円筒部５０ｃ２の断面積Ｓを大きくし、残ダストのキャリーオーバーの量をコントロールするようにしている。そして、第二円筒部５０ｃ２の下部に残被処理粒子排出部３を設けることで、流動層６内の流動層形成粒子を一定とし、連続的に効率よく塩化亜鉛として製造されるようにしている。
【００７３】
本発明では、気体塩化亜鉛の捕集を炉壁外部冷却による気体塩化亜鉛の凝縮粉末化とさらにキャリーオーバー粒子の表面に気体塩化亜鉛を凝縮固化させ、気体塩化亜鉛の捕集効果を上げるという方法を採っている。しかし、キャリーオーバー粒子表面の凝縮固化方法は、キャリーオーバー粒子の量が多ければそれだけ凝縮固化し易いが、逆に次工程の分離系（気固分離、塩化亜鉛の蒸発分離、残キャリーオーバー粒子の処理）の負荷を増やすことになる。そこで、最適なキャリーオーバー粒子の量にすることが必要である。キャリーオーバー粒子は反応残ガスに伴われるが、フリーボード中の反応残ガス速度が大きいほど、伴われるキャリーオーバー粒子量は多くなるので、炉の設計時に断面積Ｓが最適になるようにする。
【００７４】
最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について説明する。
（振動流動層の利用）
図１１に振動流動装置を利用した流動層反応装置１Ｃを示す。これは流動層６に機械的振動を与えるもので、その代り流動化させるガス量を減少することができる。このような振動流動装置は上記第一〜第三実施形態に適用可能であり、流動化に要するガス量（＝空塔速度）が四分の一以下で済むので、流動層６が安定しやすく、フリーボードへのキャリーオーバー量が減少するので操業をコントロールし易い。
【００７５】
図１１に示すように、最下部に振動発生装置５６を取り付け、さらに取り付け架台５９に取り付け基台５７とその間にスプリング５８を設置されている。これらにより流動層に振動を与えるが、粒子によって必要な振動数は異なるので、流動層形成粒子と原料ダストの塩化反応に最適な振動数で操業する。なお、本例では、炉本体５全体を振動させることで流動層６を振動させているが、振動手段はこれに限られるものではない。
【００７６】
図１２に、図９に示す第二実施形態の改変例を示す。この改変例では、第二断面積拡大部５０ｂ２の上部に、その上部と連通し且つその上端部の径より大きい直円筒形状を呈する第三円筒部５０ａ３をさらに設け、流動層６を第一円筒部５０ａ１から第三円筒部５０ａ３の下部にかけて形成してある。第二断面積拡大部５０ｂ２の上端の第三円筒部５０ａ３の断面積Ｓを大きくして、残ダストのキャリーオーバーの量をコントロールするようにしている。そして、第三円筒部５０ａ３の下部に残被処理粒子排出部３を設けることで、流動層６内の流動層形成粒子を一定とし、連続的に効率よく塩化亜鉛として製造されるようにしている。
【００７７】
上記各実施形態において、残被処理粒子排出部としての残ダスト抜き取り口３を１カ所にのみ設けたが、例えば、残被処理粒子排出部を２カ所に設けることも可能である。例えば、図１３に示す第三実施形態の改変例では、断面積拡大部５０ｄ１及び第二円筒部５０ｃ２の２カ所に残ダスト抜き取り口３ｘ，３ｙを設けている。なお、図１２の第二実施形態の改変例においても、複数箇所に残ダスト抜き取り口３は可能である（図中の符号３及び３ｚ）。これは、例えば残ダスト６３内を気体が上昇し、その部分の流動状態が活発ではない場合、残ダスト６３内においても偏析が起こる。そこで、このように、複数の排出部を設けることで、排出部間で粒度の異なったダストを排出させることが可能である。これは、例えばダストの再利用を行う場合の前処理に役立てることができる。なお、第一、第二実施形態においても、複数の排出部を設けることは可能である。
【００７８】
上記実施形態において、被処理粒子を亜鉛分を含む電気炉ダスト、ガス成分を塩素及び酸素、流動化ガスを塩素及び酸素並びに電気炉ダストとの反応に関与しない気体を用いて、流動化反応装置を説明した。しかし、これら材料には一例であり、これに限定されるものではない。例えば、亜鉛に代えて鉛やカドミウム等にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、高炉メーカー、電気炉メーカーから発生する製鉄所ダストから有用な金属成分を回収する回収方法および装置に用いることができる。さらに詳しくは、製鉄所ダストから亜鉛分を高純度亜鉛化合物製造が可能な塩化亜鉛として回収する流動層反応装置及びこれを用いた塩化亜鉛の回収方法として利用することができる。例えば、電気炉ダストを流動層において選択塩素化し、塩化亜鉛として回収する方法として、貫したプロセスで通常グレードのみならず高純度亜鉛化合物製品をも製造することに適している。
【符号の説明】
【００８０】
１：流動層反応装置、２：ウィンドボックス、３：残ダスト抜き取り口（残被処理粒子排出部）、４：原料ダスト投入口（投入部）、５：炉本体、６：流動層、７：希薄層、８：排出口、３１：固気分離装置、３２：保持タンク、３３：蒸発器、３４：保持タンク、３５：冷却装置、３６：保持タンク、３７：蒸留塔、３８：冷却装置、３９：保持タンク、４０：亜鉛化合物製造装置、４１：高純度亜鉛化合物製造装置、４２：電解槽、５０ａ：円筒部、５０ｂ：断面積拡大部、５１：ガス分散装置、５２：冷却装置、５３：流動層形成粒子抜き出し口（流動層形成粒子部）、５４：フリーボード（上部内部空間）、５５：耐火物、５６：振動発生装置、５７：取り付け基台、５８：スプリング、５９：取り付け架台、６０ａ：第一流動層部分（直円筒形状）、６０ｂ：第二流動層部分（断面積拡大形状）、６１：活発流動部分、６２：炉壁側流動層部分（固定層・移動層）、６３：残ダスト層、１００：テーパー流動層部分、１０１：中央部、１０２：壁側流動層部分、１０３：部分的流動層部分
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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