(57)【要約】  産業粉塵を、特にブリケット技法を使用して凝集する方法。産業粉塵を凝集させる方法であって、凝集される粉塵を、バット内にて、逆エマルジョンの形であり分子量が５００，０００ｇ／ｍｏｌ超のポリマーを含む第１結合剤の存在下で混練し、次に、さらに混練しながら、前記バットにアルカリ金属ケイ酸塩を含む第２結合剤を個別に添加し、最後に、得られた凝集体を圧力下で圧縮することからなる方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業粉塵を凝集させる方法であって、
凝集させる粉塵を、バット内にて、逆エマルジョンの形であり分子量が５００，０００ｇ／ｍｏｌ超のポリマーを含む第１結合剤の存在下で混練すること、
次に、さらに混練しながら、前記バットにアルカリ金属ケイ酸塩を含む第２結合剤を個別に添加すること、および
最後に、得られた凝集体を圧力下で圧縮すること、
を含む方法。
【請求項２】
前記有機ポリマーが、水溶性で、１０〜９０モル％のイオン性を示し、
少なくとも１つのイオン性、カチオン性、両性イオン性および／または好ましくはアニオン性モノマーと、
少なくとも１つの非イオン性モノマーと、
任意の疎水性モノマー０．０２〜２モル％と、を含むことを特徴とする、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマーが、
ａ／以下から選択される少なくとも１つのイオン性モノマー：
・アクリル酸、メタクリル酸、およびその塩を含む群より選択されるカルボキシル官能基を有するアニオン性モノマー、もしくは２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＴＢＳ）およびその塩を含む群より選択されるスルホン酸官能基を有するアニオン性モノマー、ならびに／または
・ジメチルアミノエチルのアクリレート（ＡＤＡＭＥ）および／もしくは４級化されたもしくは塩形態のジメチルアミノエチルのメタクリレート（ＭＡＤＡＭＥ）、ジメチルジアリルアンモニウムクロリド（ＤＡＤＭＡＣ）、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＰＴＡＣ）および／もしくはメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド（ＭＡＰＴＡＣ）を含む群より選択される任意の１つ以上のカチオン性モノマー、
ならびに
ｂ／アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、ビニルアセテート、ビニルアルコール、アクリル酸エステル、アリルアルコール、Ｎ−ビニルアセトアミドおよび／またはＮ−ビニルホルムアミドを含む群より選択される少なくとも１つの非イオン性モノマー、
から誘導され、
任意で、アルキル、アリールアルキルおよび／もしくはエトキシ化鎖を有する（メタ）アクリル酸のエステル、アルキル、アリールアルキルもしくはジアルキル鎖を有する（メタ）アクリルアミドの誘導体、カチオン性アリル性誘導体、疎水性アニオン性もしくはカチオン性（メタ）アクリロイル誘導体または疎水性鎖を有する（メタ）アクリルアミドから誘導されるアニオン性および／もしくはカチオン性モノマーを含む群より選択される疎水性モノマーと組合される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記逆エマルジョンの使用時の（乾燥ポリマー／油）重量比が、０．１５〜１、好ましくは０．３〜０．８、より好ましくは約０．５であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ミキサーに注入されるときの前記ポリマーの濃度が、５〜２０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記逆エマルジョン中のポリマー／粉塵の比が、０．２〜１重量％、好ましくは０．２〜０．５重量％であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ケイ酸塩が形成された前記凝集体の２〜５重量％に相当すること、および前記高分子量ポリマーが前記ケイ酸塩の５〜４０重量％に相当することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アルカリ金属ケイ酸塩がアンモニウム、ナトリウム、カリウムおよびリチウムのケイ酸塩を含む群より選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ケイ酸塩が１．６〜３．２のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比を示す二ケイ酸ナトリウムであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業粉塵を、特にブリケッティング技法を使用して凝集させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明において産業粉塵とは、鋳造所、製鋼所および熔鉱炉、特に脱塵システムからの金属酸化物が豊富な粉塵および／または微粉、ならびにガス切断その他の切断作業による残渣の、ならびにプロセスおよび／またはラグ−ニングによって形成されたスラッジの粉塵または微粉を意味する。
【０００３】
産業粉塵は揮発性が高すぎるためにそのままでは処理できず、産業粉塵を輸送および使用可能とするために凝集させる必要がある。
凝集は、粒子相互の接着に基づきより大きいサイズの凝集体を得るプロセスである。
圧力を用いない、すなわちペレット化型の凝集プロセス、およびブリケッティングなどの圧力を使用するプロセスが存在する。本発明は、これら２つの技術のうち２番目のものに関する。
【０００４】
米国特許第４，８０２，９１４Ａ号は、ペレット化（湿式凝集）を使用して、水の存在下で粉塵および結合剤の混合物を連続的に添加しながら回転ドラム内で粉塵を凝集させることからなる凝集プロセスについて開示している。結合剤は、高分子量のポリマーであり、リン酸塩型、塩化物型または炭酸塩型のアルカリ無機塩を用いる前、使用中または用いた後に添加される。この特許は、アルカリ金属ケイ酸塩の種類には含まれない、アルミニウムフィロケイ酸塩、粘土の複合混合物、モンモリロナイトなどであるベントナイトを結合剤として使用することについても言及している。
【０００５】
産業規模で使用される圧力凝集プロセスの中でも、最も発達したものは、「ブリケッティング」プロセスである。この圧縮技術の主な利点は、その大きなキャパシティ（処理体積に関して）およびその使用上の柔軟性（複数の寸法および形状の凝集体）である。
ブリケッティングは、ブリケットとしても知られる凝集体を所望の形状に型押しするキャビティを備えたタンジェントロールプレスで行われる。ブリケッティングは、熱間または冷間にて、大きく変更可能な圧力下で、結合剤を用いてまたは用いずに行うことができる。
【０００６】
結合剤は、高い粘性または水硬性の物質（たとえばセメント）であり、粉塵に浸透して、粉塵をブリケットの形に凝集させ、各種の操作の間に粉塵が受ける振動および移動に耐えられる十分な機械抵抗性を粉塵に付与するために利用される。
現在使用されている有機結合剤として、本発明者らはデンプン、セルロース、糖蜜などを挙げる。しかしこれらの結合剤を使用すると、産業プロセスに有害な不純物（たとえば鉄鋼業における硫黄）の存在により、および／またはこれら結合剤による凝集体の機械的特性が不十分であることにより、問題が生じることがある。
それゆえ従来技術によって得られる凝集体に含有する金属酸化物の使用および価格の安定が最適でなかったように思われる。
【０００７】
国際公開第９６／３９２９０号公報は、粉塵に、溶融時に熱伝達を提供することを目的とした炭素源（コークス）を、ポリマーおよび無機塩（炭酸カルシウムおよびアルミノケイ酸塩）の混合物と共に混合することと、次に最後の圧縮ステップの前に、得られた生成物にポリビニルポリマーのエマルジョンを添加することとを含む、ブリケッティングによる多段階凝集プロセスについて開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、これらの欠点を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、産業粉塵を凝集させる方法であって、
凝集させる粉塵を、バット内にて、逆エマルジョンの形であり分子量が５００，０００ｇ／ｍｏｌ超のポリマーを含む第１結合剤の存在下で混練すること、
次に、さらに混練しながら、前記バットにアルカリ金属ケイ酸塩を含む第２結合剤を個別に添加すること、および
最後に、得られた凝集体を圧力下で圧縮すること、を含む方法に関する。
【００１０】
本発明の方法は、外部からの水を添加せずに、すなわち活性物質によって導入される以外の水を添加せずに行われる。これはたとえば、水性形で表されるケイ酸塩を用いる場合である。
本方法によれば、石灰を用いてまたは用いずに粉塵を処理することができる。
【００１１】
実際に、粉塵と第１結合剤との混合時間は３０秒から５分の間である。
同様に、第１のステップで得た混合物の、第２結合剤との混練時間は１分から１０分の間である。
【００１２】
本発明は、以下の説明によってより理解されるだろう。
本発明の主な目的は、従来技術の凝集体と比較して、驚くほど改良された特性を有するブリケットを提供することである。
本発明のブリケッティングプロセスは、２つの特別な結合剤の組合せの存在下での産業粉塵の凝集に基づく。
結合剤のこの組み合わせが、圧縮装置を通過する間に非常に高い凝集および接着特徴を与えることが予想外に見出された。とりわけこれらの結合剤の使用により、数分間での急速凝固を達成すること、ブリケットまたはボールに処理および輸送を可能とするような良好な耐摩耗性および凝集力を備えさせることとが可能である。
【００１３】
さらに本発明によって、これらの凝集体をリサイクルする間に、このように得られたブリケットによって硫黄などの産業プロセスに有害な物質が導入されないようにすることが可能である。
本発明によれば、ケイ酸塩の前にポリマーを添加する必要がある。
混合物は、当業者が自らの知識から混合物を可能な限り均質にするために必要な条件を決定し得るような適切な固体ミキサーまたはブレンダで生成される。
このようして得られた混合物は、その後プレスに送られ、所望の形状とされる。ブリケット（ボールとしても知られる）は、圧縮成形によって得られる。ブリケットは、各種の寸法とすることができる。得られたブリケットは、貯蔵区域に送られる。
【００１４】
本発明の別の目的は、溶融装置への補充材料として、金属酸化物が豊富な、鋳造所、製鋼所および溶鉱炉からの粉塵および／または微粉をリサイクルするために上述の凝集体を使用することを含む。これにより、材料の補充をするために添加されたブリケットの量に比例して溶融浴の増量につながり、その価格の安定を可能にする。これを行うために、本発明の変形により、ブリケットに、溶融浴に再度金属を添加する必要がないように、金属酸化物を金属に変換させる所定量の還元剤を含有させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
結合剤の定義および用量
ａ／高分子量ポリマー
これは１０〜９０モル％に含まれるイオン性を有し、以下から導かれる水溶性有機ポリマーである。
・少なくとも１つのイオン性、カチオン性、両性イオン性および／または、好ましくはアニオン性モノマー、
・少なくとも１つの非イオン性モノマー、および
・任意の疎水性モノマー０．０２〜２モル％。
このポリマーは公知の方式で分枝させることもできる。知られているように、分枝ポリマーは、主鎖が、すべて１つの平面に配置された側鎖、グルーピングまたは分岐を呈するポリマーである。分枝は好ましくは、分枝／架橋剤および場合によっては連鎖移動剤の存在下での重合の間（またはあるいは重合後）に達成される。分枝剤には、限定を意図するものではないが、メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡ）、エチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ジアクリルアミド、シアノメチルアクリレート、ビニルオキシエチルアクリレートもしくはメタクリレート、トリアリルアミン、ホルムアルデヒド、グリオキサール、グリシジルエーテル型の化合物、たとえばエチレングリコールジグリシジルエーテル、もしくはエポキシ化合物、または当業者に周知の他の架橋手段、が挙げられる。
【００１６】
実際に、使用されるポリマーは以下の通り。
ａ／以下から選択される少なくとも１つのイオン性モノマー：
・カルボキシル官能基を有するアニオン性モノマー（たとえば、アクリル酸、メタクリル酸およびその塩…）もしくはスルホン酸官能基を有するアニオン性モノマー（たとえば、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＴＢＳ）およびその塩…）、ならびに／または
・任意の１つ以上のカチオン性モノマーであって、本発明者らは特に、限定を意図するものではないが、ジメチルアミノエチルアクリレート（ＡＤＡＭＥ）（および／もしくは４級化されたもしくは塩形態のジメチルアミノエチルメタクリレート（ＭＡＤＡＭＥ）、ジメチルジアリルアンモニウムクロリド（ＤＡＤＭＡＣ）、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＰＴＡＣ）および／もしくはメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド（ＭＡＰＴＡＣ）を挙げ、
ｂ／ならびに以下から選択される少なくとも１つの非イオン性モノマー：アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、ビニルアセテート、ビニルアルコール、アクリル酸エステル、アリルアルコール、Ｎ−ビニルアセトアミドおよび／またはＮ−ビニルホルムアミド、
から誘導され、
ならびに任意で、・アルキル、アリールアルキルおよび／もしくはエトキシ化鎖を有する（メタ）アクリル酸のエステル、・アルキル、アリールアルキルもしくはジアルキル鎖を有する（メタ）アクリルアミドの誘導体、・カチオン性アリル性誘導体、・疎水性アニオン性もしくはカチオン性（メタ）アクリロイル誘導体、または・疎水性鎖を有するアニオン性および／もしくはカチオン性（メタ）アクリルアミド誘導体を含む群から好ましくは選択される疎水性モノマーと組合せて使用される。
【００１７】
本発明の高分子量ポリマーはその使用中に、以下の特徴を有する：
・逆エマルジョン、すなわち油中水型の形であり、
・５００，０００ｇ／ｍｏｌ超から２０，０００，０００ｇ／ｍｏｌまでの分子量を有し、および
・エマルジョンの（乾燥ポリマー／油）重量比は、０．１５〜１、好ましくは０．３〜０．８に含まれ、好都合には約０．５である。この重量比は、エマルジョン中でのポリマーの重合の間に直接、または重合されて使用される直前にエマルジョンに油を添加することのどちらかによって得ることができる。好ましくは、重量比が油の添加によって得られる場合、前記油はエマルジョンの油と適合して、不安定化を引き起こさない必要がある。
【００１８】
本発明によれば、ミキサーに注入されるポリマーの濃度は５〜２０重量％に含まれる。
好ましくは高分子量ポリマーは、アクリルアミドおよびアクリル酸の塩をベースとするアニオン性コポリマーであり、１０〜５０モル％のアニオン性および５，０００，０００ｇ／ｍｏｌを超える分子量を示す。
【００１９】
本発明で使用されるポリマーにおける「逆エマルジョンの形で」という表現によって、当業者は、この方式ではミキサーへのその導入前に水に溶解しない油中水型の逆エマルジョンが示されることを理解するであろう。この逆エマルジョンは好ましくは、標準型、または場合によって、粒径がより小さいこと（約０．１マイクロメートル）によって標準エマルジョンとは異なるマイクロエマルジョン型であり得る。
使用前に油で任意に希釈される逆エマルジョン中のポリマーの比は、特に０．２〜１重量％／粉塵の範囲に及ぶことが可能であり、好ましくは０．２〜０．５重量％である。明細書を通じておよびすべての特許請求の範囲において、値の範囲はその限界値を含む。最適量が粒子の性質および要求される特性によって変わることは明らかである。
【００２０】
ｂ／ケイ酸塩型の第２結合剤
本発明で結合剤として使用されるケイ酸塩は、アルカリ金属ケイ酸塩であり、液体形で、すなわちその結晶点より上の温度にて使用される。
「ケイ酸塩」という用語は、シリカ（ＳｉＯ２）の塩を意味する。本発明の目的を達成するために使用できるアルカリケイ酸塩の中でも、アンモニウム、ナトリウム、カリウム、リチウムのケイ酸塩、特にナトリウムおよびカリウムのケイ酸塩を挙げることができる。好ましくは、簡略化された式ＳｉＯ２・ＮａＯＨを有し、ソーダのケイ酸塩、または可溶ガラスとしても知られる、ケイ酸ナトリウムが使用される。好ましくは使用されるケイ酸塩は、１．６〜３．２の、最適には約２のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比を有する二ケイ酸ナトリウムである。
【００２１】
好ましい実施形態において、ケイ酸塩は形成された凝集体の２〜５重量％に相当し、高分子量ポリマーはケイ酸塩の５〜４０重量％に相当する。
特定の実施形態において、第２結合剤は、実施時には該第２結合剤の１０重量％未満に相当する界面活性剤、および任意で同量の湿潤剤、たとえばオレイルリン酸エーテル、ポリオールエステル、ポリエチレンオキシドエーテル、ポリエトキシ化ソルビタンエステル、ソルビタンエステル、ラノリンアルコールの液体溶液、ポリエチレングリコールのエステル、ラノリンから誘導されるアセチル化ポリオキシエチレン、ノニルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エチルアルコール、ラノリンアルコールから誘導されるポリエチレングリコールのエーテル、エトキシ化コレステロール、トリメチルセチルアンモニウムブロミド、ジイソブチルフェノキシエトキシエチルジメチルベンジルアンモニウムアルキルクロリドの誘導体などの種類の化合物さえ含むことが可能である。
きわめて明らかであるが、以下の例は、決して本発明の限定を構成するものではなく、本発明の目的を例証するためだけに与えられている。
【実施例】
【００２２】
以下の実施例で使用する粉塵は製鋼所からの廃棄物であり、以下のように調製されている：
２５％  「ＢＧＬ」ロールミルによるグリス含有スラッジ
７５％  製鋼所からの粒状スラッジ
この混合物を石灰で処理して、次にミキサー（容量：２トン）内に導入する。
このブリケッティング混合物の特別な特徴は、炭化水素の存在に起因する粉体の疎水性性質である。化学的観点からこの特徴を考慮することが非常に重要であり、結合剤は、ミキサー内で完全な混合物が得られるようにおよびブリケッティング段階の間に最大接着力が得られるように、粉体と最適親和性を示す必要がある。
【００２３】
次に結合剤は、以下の順序で添加および混合される：
・最初に高分子量ポリマーが逆エマルジョンの形で、完全手動型圧縮空気ポンプによって添加される。添加は、圧縮空気弁を所与の期間にわたって開くことによって行われる。
・所定混合時間の後、ケイ酸塩型結合剤は、重量流量計を装着した容積ポンプ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｐｕｍｐ）によって添加される。
全体として、ミキサーへの結合剤の導入と圧縮機への混合物の流出との間にかかる時間は５分である。
混合物が得られると、圧縮装置に移送される。
試験に使用する装置は、ドラム型圧縮機である。使用する圧力は約１００バールである。
【００２４】
比較のために使用する結合剤は、業界で従来より使用される結合剤、すなわち糖蜜およびリグノスルホン酸塩である。その主な欠点はそれらが鋼鉄中に硫黄を導入することであり、その結果は鋼鉄が脆性となることである。
試験はポリマーの用量および性質を変化させることによって行った。これを行うために、以下の５つのポリマーを使用した。
【表１】
2012509167.tif 000002
【００２５】
添加の順序：
ミキサーの充填が終了すると、
・第１（または唯一の）結合剤を導入する。
・次に混合の２分後に、必要な場合は第２結合剤を導入する。
５分間の総混練時間の後、ただちにミキサーの内容物を圧縮機に空ける。
添加：容積ポンプまたは空気ポンプによって行う。
【００２６】
ボール外観試験：目視試験では、ボールは良好に成形される必要があり、形状は長方形の小石状である。平滑な外観および効果的な結合（多層形成なし）が期待される。
廃棄微粉試験：圧縮機からの出口でのボールのスクリーニングの後、廃棄微粉を取出して秤量する。比は、廃棄微粉の重量／混合物の総重量（２トン）であり、％で表す。
ボール硬度試験：手動プレスを用いて、ボールに可変圧力を加える。試験は、ボールが分割および／または破裂したときに終了する。この試験は２時間後および２４時間後にボールに対して行う。硬度はｋｇ／ボール（ボールを壊すのに必要な重量）で表す。この数値が大きくなればなるほど、ボールは優れている。２５０ｋｇが手動試験の上限であり、この試験が優れたボール品質について完璧に検証されてきたことに注目されたい。
【００２７】
結果
【表２】
2012509167.tif 000003
【００２８】
行った試験により、以下のことが示される。
３〜５：使用したケイ酸塩はそれ自体作用していない。
６〜１０：本発明による凝集プロセスは、装入材料（アニオン性またはカチオン性）または分子量のどちらも圧縮効率に影響を及ぼすことなく、良好な結果を与える。
１３：使用したエマルジョン中のポリマー自体は、良好な圧縮には不十分である。
１４：結合剤導入の順序が非常に重要である。
１５〜１８：試験９と比較して、ナトリウムの炭酸塩、塩化物およびリン酸塩は、ブリケットの形成で満足な結果をもたらさない。同じことがベントナイトにも当てはまる。
【国際調査報告】
2012509167.tif 000004
2012509167.tif 000005
2012509167.tif 000006
2012509167.tif 000007