(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金プロセスで発生するダスト類と炭素質物質を    加熱炉に供給して揮発性の有価金属成分を回収する方法において、    前記加熱炉が環状炉床回転式炉であり、該炉の加熱源が、炉壁の 天井部に配置して、連通孔を有する多孔体の各連通孔部から火炎 を噴出されて加熱する面加熱式バーナーであることを特徴とする    有価金属成分の回収方法
【請求項２】
前記ダスト類が、高炉ダスト、転炉ダストおよび    スラッジから選択される１種または２種以上の混合物であること    を特徴とする請求項１に記載の有価金属成分の回収方法
【請求項３】
面加熱バーナーが金属繊維の焼結板であることを    特徴とする請求項１または２に記載の有価金属成分の回収方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、製鉄等の冶金プロセスで発生するダスト類から亜鉛成分等の揮発性有価金属成分さらには鉄成分等のその他の有価金属成分を回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製鉄プロセスで発生するダスト類から、亜鉛成分、鉄成分などの有価金属成分を回収する方法はいくつか知られている。
【０００３】
例えば、特開平５−１２５４５４号公報には、製鋼工場から排出されるダストに炭素質物質および有機結合剤を混合してペレット化し、これを回転型窯炉に送って、炉の側面に配置されたロングフレームバーナーでペレットを加熱し、亜鉛、鉛およびカドミウムの酸化物を還元、揮発して回収し、また残存するダストペレットを還元鉄ペレットとして回収することを特徴とする、直接還元プロセスおよび装置が開示されている。
【０００４】
また、特公昭６４−５２３３号公報には、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルトなどを含む対象物に、コークス粉など還元剤を添加してペレット化し、これを環状炉床回転式炉に装入して、環状炉床の回転通路に沿って複数配設されたロングフレームバーナーでペレットを加熱して、還元金属ペレットを得るための移動型炉床炉および熱処理方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−１２５４５４号公報に記載の直接還元プロセス、および特公昭６４−５２３３号公報に記載の熱処理方法においては、熱損失が非常に大きく、したがって燃料原単位が大きく、また金属酸化物の還元反応に比較的長時間を要し、さらに炉床回転式炉の上部縦方向に非常に大きな空間が必要で、回転炉床炉自体が巨大になるなどの問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、製鉄等の冶金ダスト類を加熱して有価金属成分を回収する際の加熱源に面加熱式バーナーを使用することによって前記課題を解決しうることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、冶金プロセスで発生するダスト類と炭素質物質を加熱炉に供給して揮発性の有価金属成分を回収する方法において、前記加熱炉が環状炉床回転式炉であり、該炉の加熱源が、炉壁の天井部に配置して、連通孔を有する多孔体の各連通孔部から火炎を噴出されて加熱する面加熱式バーナーであることを特徴とする有価金属成分の回収方法に関するものである。
【０００８】
本発明で使用される面加熱式バーナーは、炉床に敷き詰められたダストペレットの加熱を均一に行えることを特徴とする。従来のロングフレーム式バーナー１は、一例を図３に示すように、断熱材で覆われた炉壁４の側壁に取着されており、車輪８によって走行する耐火物７の炉床６上に敷き詰められたダストペレット５を、燃料と空気の予混合ガス３が供給された各バーナー１から水平方向に吹き出すバーナー火炎２の輻射エネルギー９で熱せられるようになっている。この加熱炉では、図４に示すように、フレームの直下にあるダストペレットは高温に曝され、一方、フレームとフレームの間に位置するダストペレットはその温度が低く、温度の不均一性が著しい。このため、フレーム直下のダストペレットの温度を、ダストペレット同士の融着が起こらない温度（１１５０℃程度）に設定すると、フレームとフレームの間に位置するダストペレットの温度が低温状態となり、炭素質物質による酸化亜鉛、酸化鉄等の有価金属成分の還元反応が進行し難くなる。
【０００９】
一方、本発明の面加熱式バーナー１０は、一例を図１に示すように、炉壁４の天井に取着されている。この面加熱式バーナーでは、図２に示すように、ダストペレットが炉内の全ての位置において均一に加熱され、かつ炭素質物質による酸化亜鉛、酸化鉄等の有価金属成分の還元反応に最も適した温度に設定できるため、より短時間の加熱で還元反応が完了する。このため、同一ダスト処理量あたりの装置がより小型となり、またダストペレットの加熱に必要な燃料を節約できる。
【００１０】
図３に示すように、従来のロングフレーム式バーナー１では、大きな炉空間が必要であり、また、熱がダストペレット５のある炉床方向だけでなく、炉の上部天井方向へも発散するため、熱損失が大きい。これに対し、本発明の面加熱式バーナー１０では、図１に示すように、バーナー板の背面層（燃料ガスの上流側にあたる面）は常温〜１００℃程度であり、バーナー板の表面層（燃料ガスの下流側にあたる火面）のみに熱が集中して、その熱の大部分がダストペレットに与えられるため、熱損失が著しく小さく、その分、燃料原単位を低く抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
冶金プロセスで発生するダスト類は、製鉄プロセスで発生する高炉系ダスト、転炉系ダストおよび表面処理廃液系スラッジ(亜鉛メッキ系、化成処理系)、さらには、電気炉系ダスト、キュポラ系ダストなどが代表的なものであるが、その他の金属の冶金、例えば、銅製錬、鉛製錬、スズ製錬等で発生する溶鉱炉ダスト、転炉ダスト等も適用できる。
【００１２】
これらのダスト類には、各種の価値のある金属成分すなわち有価金属成分が含まれている。この金属成分は揮発性金属成分と非揮発性金属成分に分けられる。揮発性金属成分とは還元されて生成した金属状態で加熱炉内の加熱温度で気体になる金属成分であり、例えば、亜鉛、カドミウム、鉛等である。非揮発性金属成分の例としては鉄、ニッケル、コバルト、クロム、チタン、マンガン等を挙げることができる。これらの金属成分はダスト(スラッジを含む)中に主に酸化物、硫化物等の形が存在している。これらの金属成分の含有量としては、製鉄プロセスで発生するダスト類の場合は鉄が１〜８０重量％程度、亜鉛が０．０１〜５０重量％程度である。また、ダスト類の粒径は０．１μｍ〜１ｍｍ程度、通常０．１〜２００μｍ程度である。
【００１３】
炭素質物質は加熱炉内での加熱によって有価金属成分を還元して金属化するものである。使用される炭素質物質としては、粉コークス、微粉炭、木炭などがある。炭素質物質は粒径が０．１〜１０００μｍ程度、特に０．１〜５００μｍ程度のものが好適である。炭素質物質の使用量は、ダスト類中に含まれる酸化鉄、酸化亜鉛およびその他の金属酸化物の量により異なるが、金属酸化物の形態にある酸素に対する重量比で０．１〜２０程度、好ましくは０．２〜１０程度が適当である。
【００１４】
例えば高炉湿ダストの場合には、ダスト１重量部に対し炭素質物質０．０１〜０．２重量部の範囲が適当である。炭素質物質はダスト類と均一に混合した状態で加熱炉で加熱される。
【００１５】
ダスト類は、炭素質物質および造粒促進剤を添加して造粒してから加熱炉に装入するのが好ましい。
【００１６】
造粒促進剤はそれ自身が硬化することにより、ダスト粒子間に強固な結合を形成させる（造粒物の加熱による再粉化の防止）。造粒促進剤に要求される性質としては、水との混合で硬化する、室温で硬化する、高温にさらしても硬化強度が低下しない、等である。このような造粒促進剤としては、ベントナイト、石灰、セメントなどを使用することができる。使用量はダスト１重量部に対し、造粒促進剤０．００５〜０．２重量部の範囲が適当である。
【００１７】
所定量の炭素質物質および造粒促進剤が添加されたダスト類は、水を加えて混練し、ディスクペレタイザー、加圧成型器などを用いて所定粒径のペレットに成形される。ペレットの形状は、球状、円筒状、アーモンド状などのいずれでもよい。また、ペレットの粒径は、２〜２０ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは５〜１５ｍｍの範囲である。
【００１８】
ダスト類を炭素質物質とともに加熱する加熱炉には、環状炉床回転式が使用される。この環状炉床回転式炉は、ダストペレットの加熱処理過程で発生するダス
ト(二次生成ダスト)の量が少なく、かつ亜鉛の回収率が高いので好ましい。ダスト類と炭素質物質の加熱炉への装入はバッチ式、間欠式、連続式のいずれであってもよいが、炉に連続的に装入することが好ましい。炉に装入されたダストペレットは、炉床部に厚さ１０〜４０ｍｍ程度の層状に敷き詰められる。
【００２０】
本発明では、加熱炉の加熱源に面加熱式バーナーを用いることを特徴とする。
【００２１】
面加熱式バーナーは連通孔を有する多孔体の各連通孔部から火炎を噴出させて加熱するバーナーであり、通常は板状をしている。多孔体は粒状物を結合させて形成したものでもよいが、一般的には、金属やセラミックスなどの繊維を焼結して板状に成形したバーナー板が使用される。
【００２２】
バーナー板の材質としては、ステンレス、ニッケル合金などの金属もしくは石英、アルミナなどのセラミックスを単独または適当な割合で混合したものである。使用する繊維は、通常、径が１０〜５０μｍ程度、長さが１０〜１００ｍｍ程度の長繊維である。また、多孔体の板厚は、通常２〜６ｍｍ程度で、空隙率は８０〜９５％程度である。また、バーナー板には、金属繊維焼結体とセラミックス繊維焼結体とを積層した複合焼結板も使用できる。この場合、燃料ガスの上流側にあたる背面層に金属繊維焼結体を、下流側にあたる表面層にセラミックス繊維焼結体を使用することが好ましい。これらの繊維焼結板には市販品を使用することができる。
【００２３】
面加熱バーナー板は、天井部に配置する。面加熱バーナー板からダストペレット層までの距離は適宜決定されるが、通常は５〜１００ｃｍである。
【００２４】
この面加熱式バーナーは、一側に燃料と酸素源、通常は空気を送入し、他側にこの空気等を予混合した燃料が多孔体の連通孔を通っていって他側の面から火炎を噴出させる。
【００２５】
面加熱式バーナーに使用される燃料には、可燃性気体であれば特に制限がなく、天然ガス、ＬＰＧ、コークス炉ガスなど、いずれでも差し支えない。バーナー板で使用される予混合気体の当量比(燃料と空気との混合割合)は、０.５〜１.５の範囲が好ましく、より好ましくは０．８〜１．２の範囲である。また、バーナー板からのガスの噴出速度は、２〜３０ｃｍ／ｓｅｃの範囲が好ましく、より好ましくは５〜２０ｃｍ／ｓｅｃの範囲である。
【００２６】
上記のように構成された面加熱式バーナーにおいて、燃料ガスと空気との予混合気体は、バーナー板の全面から均一に噴射する。点火プラグにより点火すれば、火炎はバーナー板全面に伝播し、その表面に付着した状態で燃焼を開始し、火炎は表面から浮上しない。このようにバーナー板の表面が均一に加熱され、高温ガスからの熱と、高い放射による熱が発生する。この熱が炉床に敷き詰められたダストペレットに移行して、ダストペレットが均一に加熱される。加熱によりダストペレットは、その中に含まれる酸化亜鉛等の揮発性有価金属成分が炭素質物質と反応して、還元、揮発して、排ガスに同伴される形で系外に排出される。炉外に排出された金属亜鉛等の揮発性有価金属蒸気は、温度の低下とともにその大半が再酸化されて、ほぼ酸化亜鉛等の金属酸化物の形で回収される。また、これと同時にダストペレット中の酸化鉄等の非揮発性有価金属成分が炭素質物質により還元され、還元鉄等の金属ペレットとして炉出口より排出され、回収される。面加熱式バーナーによるダストペレットの加熱温度は、ダストペレットの表面温度が１０００〜１１５０℃の範囲になるように設定される。ダストペレットの表面温度が１１５０℃を越えると、ダストペレット同士の融着が起こるので好ましくない。加熱時間は実用的な範囲で有価金属成分が充分に回収できるよう設定される。
【００２７】
【実施例】
実施例１
実験に使用したダスト試料は、表１に示した化学組成の高炉湿ダスト１００重量部に、粉コークス１０重量部、ベントナイト１重量部および表２に示した亜鉛メッキスラッジ１０重量部を混合して、６〜９ｍｍの球状のペレットに造粒したものである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【表２】
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【００３０】
このペレットを環状炉床回転式炉(直径８００ｍｍ)に連続的に装入した。炉床上のダストペレットは、ほぼ二層になるようにスクリーンで調節した。この炉の天井に配置した面加熱バーナー板は、繊維素材としてステンレス（ＳＵＳ３１６製）の長繊維（繊維径２５μｍ、繊維長５０ｍｍ）を使用し、板厚４ｍｍのドーナツ盤に焼結したファイバーマットバーナーである。燃料ガスにはＬＰＧを使用し、ガスボンベからバーナー本体内に設けられたノズルに供給し、また、空気はブロワーでバーナー本体の上流側でノズルから噴出する燃料ガスと予混合した。ガスに点火後、所定温度で所定時間の処理を行った。この間、炉より発生するダスト（二次生成ダスト）を捕集して、成分の分析を行うとともに、処理後のペレットの組成を分析した。実験結果を表３に示す。
【００３１】
実施例２〜１０
実施例１の方法において、試料の混合割合、処理温度および処理時間を変えて実験を行った。実験条件および実験結果を表３に示す。
【００３２】
比較例
実施例１の方法において、ファイバーマットバーナーの代わりに、ロングフレームバーナーを使用して実験を行った。実験条件および実験結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、製鉄プロセスで発生するダスト類に、炭素質物質および造粒促進剤を加えてペレット化し、これを炉床移動式加熱炉に連続的に供給して、炉の天井部に配置した面加熱式バーナーで加熱するように構成したので、ダストペレットの均一加熱および加熱時間の短縮化が図られ、また熱損失の大幅な低減化が図られ、燃料源単位が低く抑えられるとともに、設備を小型化できるなど顕著な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による面加熱式バーナーを配置した、炉床移動式炉の一垂直断面図である。
【図２】  本発明による面加熱式バーナーで、ダストペレットを加熱したときのダストペレットの温度分布である。
【図３】  従来のロングフレームバーナーを配置した、炉床移動式炉の一垂直断面図である。
【図４】  従来のロングフレームバーナーで、ダストペレットを加熱したときのダストペレットの温度分布である。
【符号の説明】
１  バーナー
２  バーナー火炎
３  燃料−空気予混合ガス
４  炉壁
５  ダストペレット
６  炉床
７  耐火物
８  車輪
９  輻射エネルギー
１０  面加熱式バーナー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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