ウェルツ法

ウェルツ法とは、亜鉛や他の低沸点な金属を製錬残渣(典型的には、電気アーク炉ダスト)やその他のリサイクル原料から、ロータリーキルン(ウェルツキルン、ウェルツ炉)を使って 回収する手法である。 亜鉛の濃縮された産物を粗酸化亜鉛と呼び、亜鉛の減少した副産物をクリンカーと呼ぶ。 ロータリーキルンを使って亜鉛を揮発させることによって回収する概念は、1888年に遡ることができる。 このような方法は、Edward Dedolphによって1910年に特許が取得されている。 Dedolphの特許は、フランクフルトのMetallgesellschaft社によってChemische Fabrik Griesheim-Elektron社の協力の下、実用化が検討されたが、 実用的な規模のプロセスを実現することはできなかった。 1923年にKrupp Grusonwerk社が、同様のプロセスが独立して開発され、ウェルツ法と名付けられた(ウェルツ(waelz)とは、ドイツ語のWaelzenという炉内の 物質の動きを表す語からとられた)。 後に、ドイツの2社によりWaelz-Gemeinschaft (Waelz associationの意味のドイツ語)として開発と普及が図られた。 ウェルツ法は、亜鉛を含む原料を取り扱う。ここで亜鉛は、酸化亜鉛やケイ酸亜鉛、ジンクフェライト、硫化亜鉛に炭素を含んだ還元剤や燃料を混合して供給され、 1000〜1500℃のロータリーキルン内で処理される。 炉へ供給される原料は典型的には、亜鉛含有「廃棄物」、フラックス、還元剤(コークス)をペレット化したものである。 炉内では、原料中の亜鉛化合物は還元されて金属亜鉛(沸点907℃)となり揮発する。 揮発した金属亜鉛は、気相中で酸化され、酸化亜鉛になる。 酸化亜鉛は、炉の排ガスと一緒に炉外へ排出され、濾過集塵装置や電気集塵器、重力式集塵装置などで回収される。 ロータリーキルンは、典型的には長さ50メートル、内径3.6メートルであり、回転速度は1 rpmである。 回収された粗酸化亜鉛は、亜鉛製錬所へ送られる。 亜鉛含有量の減少した副産物はクリンカーと呼ばれる。 ウェルツ法には、エネルギー消費量が多く、鉄を回収できずクリンカーに鉄分が多く含まれるという問題点がある。 また、亜鉛以外の金属(鉛やカドミウム、銀など)が粗酸化亜鉛に混入する。 ハロゲン化物も粗酸化亜鉛に混入する。 鉄鋼への溶融亜鉛めっきが増加するにつれて、鉄スクラップ中の亜鉛の含有率も増加してきた。 これによる電気アーク炉の排ガス中のダストに含まれる亜鉛も増加している。 2000年の時点では、ウェルツ法は電気アーク炉ダストからの亜鉛回収における、利用可能な最良の技術であると考えられており、 全世界で工業的に利用されている。 2014年の時点では、ウェルツ法は電気アーク炉ダストの90%を処理するのに利用されている。 電気アーク炉ダストの処理方法として他には、パレット化された亜鉛含有ダストを処理する回転炉床式還元炉(日本製鉄 東日本製鉄所君津地区で利用)や ウェルツ法の効率を改善したSDHL (Saage, Dittrich, Hasche, Langbein)法、 高炉を改造して高炉ダストから銑鉄と酸化亜鉛ダストを得るDK法、 多段炉で亜鉛を揮発させるPRIMUS法 が開発・利用されている。 [脚注の使い方] ^ a b Clay & Schoonraad 1976, p. 11. ^ Harris 1936. ^ a b c d Stewart, Daley & Stephens 2000, Recovery of Zinc Oxide from secondary raw materials : New developments of the Waelz Process ^ Clay & Schoonraad 1976, pp. 11, 13. ^ Antrekowitsch et al. 2014, p. 118. ^ Antrekowitsch et al. 2014, p. 119. ^ Stewart, Daley & Stephens 2000, Recovery of Zinc Oxide from secondary raw materials : New developments of the Waelz Process. ^ Antrekowitsch et al. 2014, pp. 117–118, 119. ^ Oda, Hiroshi; Ibaraki, Tetsuharu; Takahashi, Masaharu (July 2002), “Dust Recycling Technology by the Rotary Hearth Furnace”, Nippon Steel Technical Report (86), http://www.nssmc.com/en/tech/report/nsc/pdf/8607.pdf  ^ Oda, Hiroshi; Ibaraki, Tetsuharu; Abe, Youichi (July 2006), “Dust Recycling System by the Rotary Hearth Furnace”, Nippon Steel Technical Report (94), http://mmmmconferences.com/01JyunpeiKikuta_29Sept2012.pdf  ^ Hillmann, Carsten; Sassen, Karl-Josef (2006), “Solutions for dusts and sludges from the BOF process”, Stahl und Eisin 126 (11), http://www.dk-duisburg.de/en/unternehmen/img/artikel_stahleisen2006.pdf  ^ J. L., Roth; R., Frieden; Hansmann, T.; Monai, J.; Solvi, M. (Nov 2001). “PRIMUS, a new process for recycling by-products and producing virgin iron”. Revue de Métallurgie 98 (11): 987–996. doi:10.1051/metal:2001140.  ^ “The PRIMUS process by Paul Wurth: cutting-edge technology for recycling iron and steel by-products by direct reduction”, www.innovation.public.lu, (3 Aug 2003), http://www.innovation.public.lu/en/success-stories/2003/primus-paul-wurth/index.html  Clay, J.E.; Schoonraad, G.P. (Aug 1976), “Treatment of zinc silicates by the Waelz Process”, Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy: 11–14, http://www.saimm.co.za/Journal/v077n01p011.pdf  Harris, William E. (1936), “The Waelz Process”, AIME Transactions 121 Metallurgy of Lead and Zinc: 702–720, http://www.onemine.org/search/summary.cfm/Papers--Zinc--The-Waelz-Process?d=7518FEDB9BA3333889C2338161B211AFDBDCC1C15308B599556148C5BDC1276E16551  Stewart, Donald L. (Jr.), ed. (2000), “Fourth International Symposium on Recycling of Metals and Engineered Materials. Part 1”, Proceedings of a Symposium organized by the Recycling Committee of the Extraction & processing Division of the Light Metals Division of TMS, 22-25 Oct 2000  Antrekowitsch, Jürgen; Steinlechner, Stefan; Unger, Alois; Rösler, Gernot; Pichler, Christoph; Rumpold, Rene (2014), “9. Zinc and Residue Recycling”, in Worrell, Ernst, Handbook of Recycling: State-of-the-art for Practitioners, Analysts, and Scientists  ウィキメディア・コモンズには、ウェルツ法に関するカテゴリがあります。