(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属精錬において発生する湿ダストを乾燥機で乾燥させる乾燥工程と、乾燥後の湿ダストを還元炉内で還元する還元工程とを備えた湿ダストの還元処理方法であって、前記湿ダストを乾燥機で乾燥させる際に発生する乾燥機排ガスの全部又は一部に酸素を富化してから前記還元炉に導入する乾燥機排ガス導入工程を設けるとともに、前記乾燥機排ガス導入工程において、前記還元炉に導入する前に前記乾燥機排ガスの水分含有量を低下させておく工程を設けたことを特徴とする湿ダストの還元処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄工程などの金属精錬工程で発生する湿ダストを還元処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄工程などの金属精錬工程で発生する湿ダストは、酸化鉄などの酸化金属を比較的高濃度に含んでいるため、以下に例示するように、還元処理して鉄などの金属を回収する方法の提案が多数なされている。
【０００３】
〔従来技術１〕
例えば、US Patent 3,836,353には、クラリファイヤからスラリポンプで抜き出された転炉ダストや平炉ダストなどの湿ダストのスラリをスプレドライヤ（乾燥機）で乾燥した後にコークスを混合してペレットに造粒し、このペレットを高温の還元炉で還元処理する方法が開示されている。そして、スプレドライヤ（乾燥機）からの排ガスは集塵機で集塵したのち、そのまま還元炉排ガスとは別経路で煙突から排気している。
【０００４】
〔従来技術２〕
また、特開2001-89805には、鉄原料と還元剤との混合粉末をペレタイザで造粒したグリーンペレットを還元炉からの排気ガスで乾燥し、この乾燥ペレットを還元炉に装入し還元処理する方法が開示されている。そして、グリーンペレットの乾燥は、還元炉からの排気ガスを、燃焼用空気を供給して未燃ガス（ＣＯ）を燃焼した後に乾燥機に導入して行い、乾燥機からの排ガスは集塵、脱硫後、煙突から大気に放出される。
【０００５】
〔従来技術３〕
また、US Patent 5,782,957には、製鋼プロセスまたは他の冶金プロセスの副生物である鉄含有物質を乾燥機で乾燥した後に炭材および有機バインダを混合した乾燥混合物を加圧成形機でグリーンコンパクト（成形物）に成形後、この成形物を回転炉床炉高温の還元炉で還元処理する方法が開示されている。そして、乾燥機からの排ガスは、熱交換器を経由して降温した還元炉排ガスとともに集塵機で集塵したのち、煙突から排気している。
【０００６】
〔従来技術４〕
また、特開2000-254552号には、ごみ乾燥炉から発生する排ガスを除塵し、昇温したのち脱臭炉に通して脱臭成分を熱分解または燃焼分解する段階と、脱臭炉を通った排ガスを冷却したのち、残存するダイオキシン等の有害物質を触媒処理装置に通して分解処理する段階とを有する排ガス処理方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術１〜３により、大量の油分やダイオキシン等が含まれる湿ダスト等の被処理物を処理しようとする場合、乾燥機からの排ガス（乾燥機排ガス）中に高濃度に悪臭成分やダイオキシン等が随伴される。すなわち、被処理物中にトルエン、アンモニアなどの悪臭物質（悪臭物質は悪臭防止法で定める特定悪臭物質22種に規定されている。）が多く含まれる場合、被処理物が乾燥機内で加熱されると悪臭物質が揮発して、乾燥機排ガス中に悪臭成分が高濃度に含有されることになる。また、被処理物中にダイオキシン類やダイオキシン前駆体などが多く含まれる場合、被処理物が乾燥機内で加熱されるとダイオキシンが飛散して乾燥機排ガスに随伴されることになる。
【０００８】
そのため、これらの従来技術を採用した場合、乾燥機排ガスをそのまま大気に排出することができず、従来技術４のような脱臭設備やダイオキシン等の除去装置が必要となる。ここに、脱臭設備の方式は吸着法、燃焼脱臭法、触媒酸化法をはじめ種々の方式があるが、いずれも設備が高価なうえ操業コストが高いという問題がある。また、燃焼式脱臭法を用いた場合には、脱臭炉でダイオキシンが発生する可能性のあることが、上記従来技術４で開示されている。また、ダイオキシンの除去のためには触媒処理装置など高価な設備が必要で操業コストも高い。したがって、乾燥機排ガスの無害化のために、設備コストおよび処理コストが著しく増大する問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、精錬工程で発生する湿ダストを乾燥したのちに還元処理して金属を回収するプロセスにおいて、乾燥機からの排ガスに随伴される悪臭成分やダイオキシン等の有害物質を効率的かつ簡易に無害化ないし除去できる方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、金属精錬において発生する湿ダストを乾燥機で乾燥させる乾燥工程と、乾燥後の湿ダストを還元炉内で還元する還元工程とを備えた湿ダストの還元処理方法であって、前記湿ダストを乾燥機で乾燥させる際に発生する乾燥機排ガスの全部又は一部に酸素を富化してから前記還元炉に導入する乾燥機排ガス導入工程を設けるとともに、前記乾燥機排ガス導入工程において、前記還元炉に導入する前に前記乾燥機排ガスの水分含有量を低下させておく工程を設けたことを特徴とする湿ダストの還元処理方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
〔実施の形態１〕
図１は、本発明の実施に係る湿ダストの還元処理設備の概略構成を示すフロー図である。製鉄工程において発生するダストの中には水分を多く含む湿ダスト（通常、水分含有量１質量％以上）がある。例えば、高炉湿ダスト、転炉ダスト、酸洗スラジ、ミルスラジなどである。これらの湿ダストはシックナなどで濃縮されたのち通常、慣用のドラムフィルタやフィルタプレスで脱水されるが、粒度が細かいためこの段階では残留水分が高いままである。このような残留水分の高い湿ダストを塊成化して還元処理するには、さらに水分を低下させる必要がある。したがって、処理の対象である湿ダストＡは水分を除去するために乾燥機１に装入される。なお、湿ダストＡとしては、単一の種類の湿ダストに限られず、複数の種類の湿ダストを混合して使用しても良い。あるいは、湿ダストに乾ダストを混合して平均の水分含有量を低下させておいても良い。乾燥機１には通常、熱風を用いる方式の乾燥機が用いられ、本例では回転乾燥機を例示したが、これに限られるものでなく、流動層乾燥機や通気乾燥機など他の形式の乾燥機を用いても良い。湿ダストＡが乾燥機１内で熱風により乾燥される際、湿ダスト中に含有される物質の一部が熱風に随伴されるため、その物質が有害物質である場合には、大気への排出の前に排ガスの浄化処理が必要となる。この乾燥機排ガスの浄化処理の方法については後述する。
【００１６】
乾燥機１により乾燥された湿ダストＡ’は必要に応じてさらに乾ダストＢや炭素質還元剤Ｃなどその他の原料を添加して混合機２で混合され混合原料Ｄとなる。混合原料Ｄは塊成化せずにそのまま還元炉４に装入して還元処理することも可能であるが、多くの場合塊成化してから還元処理される。本例では塊成化の方法として、必要によりバインダを添加したのち加圧成形機３により圧縮成形する方法を例示する。塊成化の方法は転動造粒や押出成形など他の塊成化法を用いても良い。
【００１７】
塊成化された塊成物Ｅは還元炉４に装入される。還元炉４としては、回転炉床炉を用いるのが処理効率が高く最も推奨されるが、ロータリキルンなど他の方式を用いても良い。塊成物Ｅは還元炉４内でバーナ５により加熱され、塊成化物Ｅ中の鉄分、ニッケル分、クロム分などの酸化金属が炭素質還元剤などにより還元され金属化されたのち、還元金属Ｆとして還元炉４から取り出される。
【００１８】
還元により発生するＣＯガスを燃料として有効に利用するため、還元炉４内に二次燃焼用空気Ｑ2を吹き込んでこのＣＯガスを燃焼させている。還元炉４からの排ガス（還元炉排ガス）Ｇは通常1100℃以上と高温である場合が多くそのまま熱交換器６に導入できないため、還元炉排ガスＧに希釈ガスとして常温の空気Ｒを所定量吹き込んで還元炉排ガスの温度調節がなされる。温度調節された還元炉排ガスＧ’は、熱交換器６に導入され所定量の空気Ｑを予熱する。熱交換器６を通過した還元炉排ガスＧ’’は、集塵機８の保護等のため調温設備７で温度および水分含有量が調整されたのち集塵機８で除塵され大気に排出される。なお、熱交換器６で予熱された空気Ｑ’は、バーナ５燃焼用の一次燃焼用空気Ｑ1と上記の二次燃焼用空気Ｑ2とに分けて還元炉４に吹き込まれる。
【００１９】
湿ダストＡ中にトルエン、アンモニアなどの悪臭物質が多く含まれている場合、湿ダストＡが乾燥機１内で加熱されるとこれら悪臭物質が揮発して、乾燥機排ガスＰ中にこれらの悪臭成分が高濃度に含有される。また、湿ダストＡ中にダイオキシン類やダイオキシン前駆体などを多く含む場合、湿ダストＡが乾燥機１内で加熱されると乾燥機排ガスＰ中にダイオキシンが飛散して乾燥機排ガスＰに高濃度に随伴される。
【００２０】
本例では、このような有害成分を高濃度に含有する乾燥機排ガスＰをサイクロン１１および／または集塵機１２で除塵した後のガスＰ’全量を還元炉４の二次燃焼用空気Ｑ2の全部または一部として還元炉４に吹き込む。還元炉４内温度は酸化鉄などの酸化金属を炭素質還元剤で還元するため800〜1500℃に保持されていることから、悪臭物質およびダイオキシンはほぼ完全に分解される。なお、除塵後の乾燥機排ガスＰ’は、二次燃焼用空気Ｑ2に代えて、ないしは加えて一次燃焼用空気Ｑ1として還元炉４に吹き込んでも良い。また乾燥機排ガスＰ’は、全量でなく一部を還元炉４に吹き込んでも良い。乾燥機排ガスＰ’を全量でなく一部のみを還元炉４に吹き込む場合には、乾燥機排ガスＰ’の残分は、従来通り脱臭装置およびダイオキシン除去装置で処理しても良い（全量でなく残分のみを処理すれば良いため処理ガス量が減少し、処理設備が小型化でき、設備コスト、操業コストとも低減できる）が、後述の実施の形態３で説明するように還元炉排ガスＧ中に混合して大気中に排気する方がより好ましい（後述の図２において酸素Ｓの富化がない場合に相当）。
【００２１】
〔実施の形態２〕
乾燥機１に用いられる熱風は通常、燃焼排ガスを常温空気で希釈して温度調節したものが用いられるため、乾燥機排ガスＰ’中の酸素濃度は空気より低い。そこで、図２（固体のフローは省略し、ガスのフローのみを図示したもの）に示すように、乾燥機排ガスＰ’のうち還元炉４に吹き込む分Ｐ’’に所定量の酸素Ｓを添加（酸素富化）することにより、例えば空気と同等ないし空気以上の酸素濃度として還元炉４に吹き込むことが好ましい。還元炉４に吹き込む乾燥機排ガスＰ’’の酸素濃度を上昇させることにより、還元炉排ガスＧ量が減少し、還元炉排ガスＧによる還元炉４からの持ち去り顕熱が減少する結果、還元炉４の燃料原単位を低減できるからである。
【００２２】
また、乾燥機排ガスＰ’’には高濃度に水分が含まれているため、還元炉４に吹き込む前に水分含有量を低下させておくことも乾燥機排ガスＰ’’の酸素濃度を上昇でき効果的である。乾燥機排ガスＰ’’の水分含有量を低下させるためには、例えば吸湿性を有する物質中を通過させる方法や、スクラバなどで排ガス温度を低下させて飽和水蒸気圧を低下させる方法など慣用の方法を用いれば良い。
【００２３】
〔実施の形態３〕
図３（固体のフローは省略し、ガスのフローのみを図示したもの）に示すように、乾燥機排ガスＰ’を還元炉４内にではなく、還元炉排ガスＧ中に希釈ガスＲの全部または一部として吹き込むこともできる。乾燥機排ガスＰ’を吹き込む位置における還元炉排ガスＧの温度は800℃以上とすることが望ましく、これにより悪臭成分やダイオキシンを効率的に分解できる。
【００２４】
【実施例】
〔実施例１〕
上記の図１に示す構成の設備を用いて湿ダストＡの還元処理を行った。本実施例においては、本発明の効果を明確にするため湿ダストＡにアンモニアやトルエンを意図的に添加したものを乾燥機１に導入したことにより、集塵機１１出口における乾燥機排ガスＰ’中にはトルエン0.10ppm、アンモニア40ppm、ダイオキシン0.05ng-TEQ/m3(標準状態)が含まれていた。還元炉４内温度を1200〜1350℃に保持し、乾燥機排ガスＰ’を還元炉４に吹き込まない場合と全量吹き込んだ場合の還元炉排ガスＧ中のトルエン、アンモニア、ダイオキシン濃度の変化を調査した。その結果、還元炉排ガスＧ中のトルエン、アンモニア、ダイオキシン濃度は還元炉４への乾燥機排ガスＰ’吹き込みの前後でほとんど変化は認められなかった。これより、乾燥機排ガスＰ’中の悪臭成分およびダイオキシンは還元炉４内でほぼ完全に分解されることが確認された。
【００２５】
〔実施例２〕
次に、上記の図２に示す構成の設備を用いて湿ダストＡの還元処理を行った。本実施例においては、乾燥機排ガスＰ’量26000m3(標準状態)/hのうち、7500m3(標準状態)/hを抜き出してＰ’’とし、これに酸素Ｓを1800m3(標準状態)/h富化して酸素濃度を30vol%にしたのち二次燃焼用空気として還元炉４に吹き込んだ。乾燥機排ガスＰ’の残分Ｐ’’’は希釈ガスＲの一部として約1100℃の還元炉排ガスＧ中に吹き込んだ。その結果、乾燥機排ガスＰ’’を還元炉４に吹き込まない場合に比べ、還元炉４の燃料原単位を約40%削減することができた。また、還元炉排ガスＧ’中のトルエン、アンモニア、ダイオキシン濃度は乾燥機排ガスＰ’（Ｐ’’、Ｐ’’’）吹き込みの前後でほとんど変化は認められなかった。
【００２６】
〔実施例３〕
次に、上記の図３に示す構成の設備を用いて湿ダストＡの還元処理を行った。本実施例においては、乾燥機排ガスＰ’量26000m3(標準状態)/h全量を希釈ガスＲ（45000m3(標準状態)/h）の一部として約1100℃の還元炉排ガスＧ中に吹き込んだ。なお、不足の希釈ガスＲ量は常温の空気Ｒ’で補った。その結果、還元炉排ガスＧ’中のトルエン、アンモニア、ダイオキシン濃度は乾燥機排ガスＰ’吹き込みの前後でほとんど変化は認められなかった。これより、乾燥機排ガスＰ’中の悪臭成分およびダイオキシンは高温の還元炉排ガスＧ中に混合することによってほぼ完全に分解されることが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、精錬工程で発生する湿ダストを乾燥したのちに還元処理して金属を回収するプロセスにおいて、乾燥機からの排ガスに随伴される悪臭成分やダイオキシン等の有害物質を効率的かつ簡易に無害化ないし除去できる。また、有害物質の処理のための設備コストや操業コストが著しく上昇することがなく、実用化が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１（実施例１）における概略設備構成を示すフロー図である。
【図２】  本発明の実施の形態２（実施例２）における概略設備構成を示すフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態３（実施例３）における概略設備構成を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…乾燥機
２…混合機
３…加圧成形機
４…還元炉
５…バーナ
６…熱交換器
７…調温設備
８…集塵機
１１…サイクロン
１２…集塵機
Ａ…湿ダスト
Ｂ…乾ダスト
Ｃ…炭素質還元剤
Ｄ…混合原料
Ｅ…塊成物
Ｆ…還元金属
Ｇ…還元炉排ガス
Ｐ…乾燥機排ガス
Ｑ…空気
Ｑ1…一次燃焼用空気
Ｑ2…二次燃焼用空気
Ｒ…希釈ガス
Ｓ…酸素
【図１】
0004177995.tif 000002
【図２】
0004177995.tif 000003
【図３】
0004177995.tif 000004