JP2002206123A

JP2002206123A - 亜鉛酸化物含有廃棄物の処理方法

Info

Publication number: JP2002206123A
Application number: JP2000402238A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Hara; 敏勝原; Takeshi Seki; 猛関; Hirohiko Sasamoto; 博彦笹本
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-26

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で処理でき、且つ亜鉛回収率の高い亜
鉛酸化物含有廃棄物の処理方法を提供する。【解決手段】少なくとも亜鉛を酸化物の状態で含有す
る廃棄物（製鋼ダスト等）及び粒子径が２００μｍ以下
の還元剤を混合する混合工程と、この混合物を中心から
表面までの最短距離が２５ｍｍ以下となるように造粒品
を製造する造粒工程と、この造粒品を真空下（１２Ｔｏ
ｒｒ以下）で加熱（６００〜１１００℃）し、亜鉛酸化
物を還元させるとともに亜鉛を蒸発させて回収する亜鉛
回収工程と、を備える。還元剤として鉄系還元剤（銑
鉄、酸化鉄等）の粉末が好ましい。造粒品は還元反応を
効率よく進めるために廃棄物及び還元剤を予め混粉した
後、球状、楕円状、円柱状等に成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛酸化物含有廃
棄物の処理方法に関し、更に詳しくは、短時間で処理で
き、且つ亜鉛回収率の高い亜鉛酸化物含有廃棄物の処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より少なくとも亜鉛を酸化物の状態
で含有する廃棄物の処理は、ロータリーキルン方式によ
りバーナーで１２００℃以上で加熱し、亜鉛を廃棄物中
から除去又は回収する方法があった。しかし、この方法
では極めて高い温度に加熱する必要があり、エネルギー
コストがかかり、また、亜鉛が回収時に再酸化され、再
利用しにくいという問題がある。また、廃棄物及び還元
剤を混合し、粉体状態で真空加熱することによって亜鉛
を除去又は回収する方法もあるが、この方法では、粉体
状態の廃棄物全体への熱伝導が悪いために還元反応が進
行せず、亜鉛回収率が上がらないという問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みてなされたものであり、短時間で処理でき、且つ亜
鉛回収率の高い亜鉛酸化物含有廃棄物の処理方法を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、亜鉛回収
率の高い亜鉛酸化物含有廃棄物の処理方法について検討
した結果、本発明を完成するに至った。請求項１記載の
発明の亜鉛酸化物含有廃棄物の処理方法は、少なくとも
亜鉛を酸化物の状態で含有する廃棄物及び粒子径が２０
０μｍ以下の還元剤を混合する混合工程と、この混合物
を中心から表面までの最短距離が２５ｍｍ以下となるよ
うに造粒品を製造する造粒工程と、該造粒品を真空下で
加熱し、亜鉛酸化物を還元させるとともに亜鉛を蒸発さ
せて回収する亜鉛回収工程と、を備えることを特徴とす
る。

【０００５】上記「廃棄物」としては、少なくとも亜鉛
を酸化物の状態で含有するものであれば特に限定され
ず、例えば製鋼ダスト等が挙げられる。その形状は特に
限定されないが、造粒品を成形するためには、粉末状の
ものが好ましく用いられる。上記「還元剤」としては、
少なくとも亜鉛酸化物を還元して亜鉛とすることができ
るものであれば特に限定されないが、例えば、切削屑や
研磨屑中の鉄、銑鉄、鋼、酸化鉄（ＦｅＯ等）等の鉄系
還元剤、タイヤ屑粉等のカーボンを含む還元剤等を用い
ることができる。これらのうち、請求項２に示すように
鉄系還元剤が好ましく用いられる。

【０００６】上記還元剤は上記廃棄物と造粒品を成形す
ることができれば、その形状は特に限定されないが、粉
末状、粒状、小片等のものを用いることができる。これ
らのうち、廃棄物に含まれる亜鉛酸化物の還元効率を考
慮して、接触率の高い粉末状のものが好ましく用いられ
る。また、その大きさは、粒子径が２００μｍ以下であ
り、より好ましくは１９０μｍ以下、更に好ましくは１
８０μｍ以下のものを用いることができる。

【０００７】上記鉄系還元剤を用いた場合に起こる還元
反応は次の通りである。ＺｎＯ＋Ｆｅ → Ｚｎ＋ＦｅＯＺｎＯ＋３ＦｅＯ → Ｚｎ＋Ｆｅ₃Ｏ₄ これらの反応は真空中においても進行する。そして、生
成した亜鉛は６００℃以上、通常１０Ｔｏｒｒより高真
空の条件で蒸発するため、金属状態で回収することがで
きる。

【０００８】上記「造粒品」は、上記廃棄物及び上記還
元剤を含むものであるが、還元反応を効率的に進行させ
るため、あるいは細かいダストや上記還元剤が真空ポン
プやシール部へ入り込まないようにするために、予めこ
れらを混粉した後に造粒品とすることが好ましい。ま
た、これらの配合比は、上記廃棄物を１００重量部とし
た場合、上記還元剤が好ましくは１００重量部以下、よ
り好ましくは９０重量部以下重量部、更に好ましくは８
０重量部以下である。尚、下限は通常３０重量部であ
る。１００重量部を超えると廃棄物の処理効率が低下
し、一方、３０重量部未満では亜鉛酸化物の還元が不完
全となり好ましくない。

【０００９】上記造粒品は、通常、上記廃棄物及び上記
還元剤にバインダーを混ぜて成形される。バインダーと
しては、特に限定されないが、例えば、アルミナセメン
ト、水ガラス、デンプン、ベントナイト、フェノール樹
脂、フラン樹脂、等が挙げられる。これらのうち、処理
中に揮発しても煙や臭気等が問題にならないアルミナセ
メント、デンプン、ベントナイトが好ましく用いられ
る。上記バインダーの使用量は、上記廃棄物を１００重
量部とした場合、好ましく３〜２０重量部、より好まし
くは３〜１５重量部、更に好ましくは３〜１２重量部で
ある。３重量部未満では、バインダーが少なすぎて成形
が難しく、２０重量部を超えると、造粒品の強度が低く
なりすぎて好ましくない。

【００１０】上記造粒品の形状は特に限定されず、球
状、楕円球状、半球状、立方体、直方体、円柱状、ブリ
ケット状等いずれでもよい。また、密に成形されていな
くてもよい。還元反応を進行させるために、上記造粒品
を構成する上記廃棄物及び上記還元剤が下記還元温度に
保たれる必要があり、加熱が始まってから還元温度に達
するまでの熱伝導を考慮し、上記造粒品の中心から表面
までの最短距離を２５ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍ
ｍ以下、更に好ましくは８ｍｍ以下とすることができ
る。但し、通常、下限は３ｍｍである。３ｍｍ未満とし
ても効果はあるものの、その度合いは小さい。２５ｍｍ
を超えると造粒品の内部が還元温度に達しないため好ま
しくない。尚、上記造粒品の例として、球状の場合、直
径の最大が５０ｍｍの球状の造粒品を用いることがで
き、立方体の場合、１辺の長さの最大が５０ｍｍの立方
体の造粒品を用いることができる。造粒品の熱伝導は、
造粒品が密になっているよりはある程度の空隙を有して
いるほうが、輻射熱による効果が発揮されてよくなる。

【００１１】上記「真空度」は、亜鉛酸化物が還元され
て亜鉛となり、更に蒸発することができれば特に限定さ
れないが、本発明の処理方法において、上記還元反応を
効率よく進めるために、加熱の際の圧力（真空度）を１
２Ｔｏｒｒ以下とすることができ、より効率を上げるた
めに、これより高真空としてもよい。１２Ｔｏｒｒを超
えると還元反応が進みにくくなり好ましくない。また、
還元温度は６００〜１１００℃、より好ましくは８００
〜９５０℃、更に好ましくは８５０〜９５０℃とするこ
とができる。６００℃未満では還元反応が進みにくくな
り、一方、１１００℃を超えると高価な処理炉を必要と
し、いずれも好ましくない。尚、鉄系還元剤を用いる場
合は、還元温度を好ましくは８００℃以上、より好まし
くは８５０℃以上、圧力を好ましくは１０Ｔｏｒｒ以下
で処理するのがよい。

【００１２】上記還元温度における加熱時間は上記造粒
品がほぼ均一な温度に加熱され、且つ亜鉛がほぼ完全に
蒸発されればよく、特に限定されない。好ましくは５分
以上、より好ましくは３０分以上、更に好ましくは６０
分以上とすることができる。但し、通常、上限は１２０
分である。更に、上記還元温度と加熱時間の好ましい組
み合わせは、８００℃では好ましくは６０分以上、より
好ましくは９０分以上、更に好ましくは１２０分以上、
８５０℃では好ましくは６０〜９０分、より好ましくは
９０〜１２０分、更に好ましくは１２０分以上、９００
℃では好ましくは５〜３０分、より好ましくは３０〜６
０分、更に好ましくは６０〜９０分、９５０℃では好ま
しくは５〜３０分、より好ましくは３０〜６０分、更に
好ましくは６０〜９０分である。尚、加熱方法は特に限
定されず、上記のように所定の温度で一定時間行っても
よいし、所定の還元温度より低い温度で予備加熱してか
ら昇温させて行ってもよい。

【００１３】上記亜鉛酸化物含有廃棄物の処理は、通
常、熱処理炉を用いて行われる。この熱処理炉は、少な
くともヒーターを備え、投入される上記造粒品を均一に
加熱できるものであれば、特に限定されない。この熱処
理炉の例としては、真空式ロータリーハース型加熱炉等
が挙げられる。上記廃棄物の処理の際には、熱処理炉に
上記造粒品を投入して行われるが、熱伝導を考慮し、上
記造粒品の積み高さは８０ｍｍ以下、より好ましくは５
０ｍｍ以下、更に好ましくは３０ｍｍ以下とすることが
できる。本発明の亜鉛酸化物含有廃棄物の処理方法によ
れば、一回の操業で、毎時１トンの廃棄物を処理する場
合、含有亜鉛の回収率を６５％以上、より好ましくは７
０％以上、更に好ましくは７５％以上とすることができ
る。

【００１４】本発明の処理方法により回収された亜鉛
は、通常、ほぼ真空とされた回収器の中で溶融され、そ
の後固化されてインゴットにされる。インゴットにする
と、その後の回収金属の利用に便利であるからである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げて本発明を具
体的に説明する。試験例［１］鉄系還元剤の平均粒子径と亜鉛回収率との関係に
ついての試験平均粒子径の異なる鉄系還元剤を用いて造粒品を作製し
た場合の亜鉛回収率を調べるため、廃棄物として表１に
示す組成を有し、粒子径が５〜１５μｍの製鋼ダストを
用いた。この製鋼ダストと、表２に示す組成を有し、平
均粒子径５０，１００，１８０，３００，４２０及び５
００μｍの銑鉄粉末（Ｔ−６０）とを重量比２：１で混
合した。この混合粉から１ｇをサンプリングし、耐熱石
英管にボードを用いて挿入後、耐熱石英管に真空ポンプ
をつないで内圧を１０Ｔｏｒｒとした後、耐熱石英管を
８００℃に加熱した石英管加熱炉（内径２０ｍｍφ、長
さ３５０ｍｍ）に投入し、３０分保持して、還元処理
し、回収した亜鉛重量を測定し、その回収率を測定し
た。尚、この場合は、積み高さは低いので熱伝導の影響
は少ない。尚、表２において、「Ｔ−Ｆｅ」は酸化鉄の
鉄を含む全Ｆｅ量を示し、「Ｍ−Ｆｅ」は金属状態のＦ
ｅ量を示す。また、鉄系還元剤として、ＦｅＯ粉末試薬
を用い、廃棄物と重量比１：１で混合した混合粉末から
得た造粒品１ｇについても同様の測定を行った。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】［２］加熱時の廃棄物への熱伝導を調べる
ための試験上記製鋼ダストと上記銑鉄粉末を重量比２：１で混合し
た粉末全重量に対し、５％重量のアルミナセメントをバ
インダーとして添加し、十分に混合した後、直径３〜５
ｍｍφ、長さ４０ｍｍ及び直径５〜１０ｍｍφ、長さ４
０ｍｍの円柱状造粒品をそれぞれ３ｋｇ作製した。初め
に、直径３〜５ｍｍφ、長さ４０ｍｍの造粒品を、図２
に示すマッフル炉に投入し、積み高さを７０ｍｍとし
て、真空ポンプを用いて内圧を１０Ｔｏｒｒとした後、
昇温速度１０℃／分で炉温を８５０℃まで昇温した。マ
ッフル炉に投入された造粒品の中に表面から深さ１０ｍ
ｍの位置（図２の３ａ）及び底から１０ｍｍ上の位置
（図２の３ｂ）に熱電対をセットし、加熱を始めてから
の熱応答を測定した。得られた結果から昇温曲線を作成
し、図３に示した。尚、図３において、凡例の「３−５
ｍｍ上部」は図２の３ａに位置する直径３〜５ｍｍφの
造粒品を意味する。直径５〜１０ｍｍφの造粒品も同じ
ようにして、昇温曲線を作成し図３に示した。次に、上
記製鋼ダストと上記銑鉄粉末を重量比２：１で混合し、
このままマッフル炉に投入し、積み高さ７０ｍｍとし
て、上記と同様に加熱し、昇温曲線を作成し、図３に示
した。

【００１９】実施例１上記製鋼ダストと、表２に示す組成を有し、平均粒子径
１８０μｍの銑鉄粉末とを重量比２：１で混合し、混合
粉末全量に対し、５％重量のアルミナセメントをバイン
ダーとして添加し、直径５〜１０ｍｍφの球状造粒品を
１ｋｇ作製した。この造粒品を積み高さが７０ｍｍとな
るように、上記マッフル炉に投入し、真空ポンプを用い
て内圧を１０Ｔｏｒｒとした後、８００℃で１時間保持
した後、更に９５０℃まで上げて１時間保持して還元処
理し、回収した亜鉛重量を測定し、その回収率を測定し
た。この結果を図４及び表３に示した。また、上記と同
様にして温度を８５０℃まで上げて１時間保持したとき
の亜鉛回収率も測定し、図４に示した。

【００２０】

【表３】

【００２１】実施例２造粒品の直径を３〜５ｍｍφとした以外は、実施例１と
同様にして亜鉛の回収率を測定した。その結果を図４及
び表３に示した。実施例３造粒品を直径１〜３ｍｍの球状とした以外は、実施例１
と同様にして亜鉛の回収率を測定した。その結果を図４
及び表３に示した。

【００２２】比較例１銑鉄粉末の平均粒子径を３００μｍとした以外は、実施
例１と同様にして亜鉛の回収率を測定した。その結果を
図４及び表３に示した。比較例２銑鉄粉末の平均粒子径を３００μｍとし、造粒品の直径
を３〜５ｍｍφとした以外は、実施例１と同様にして亜
鉛の回収率を測定した。その結果を図４及び表３に示し
た。

【００２３】比較例３銑鉄粉末の平均粒子径を３００μｍとし、造粒品の直径
を１〜３ｍｍφとした以外は、実施例１と同様にして亜
鉛の回収率を測定した。その結果を図４及び表３に示し
た。比較例４廃棄物と平均粒子径３００μｍの銑鉄粉末を単に混合
し、そのまま処理した以外は実施例１と同様にして亜鉛
の回収率を測定した。その結果を図４及び表３に示し
た。

【００２４】比較例５銑鉄粉末の平均粒子径を１８０μｍ、造粒品の直径を５
２ｍｍφ、積み高さを７０ｍｍとした以外は、実施例１
と同様にして亜鉛の回収率を測定した。その結果を図４
及び表３に示した。比較例６銑鉄粉末の平均粒子径を３００μｍ、造粒品の直径を５
２ｍｍφ、積み高さを７０ｍｍとした以外は、実施例１
と同様にして亜鉛の回収率を測定した。その結果を図４
及び表３に示した。

【００２５】実施例の効果図１より、還元剤の平均粒子径が小さいほど亜鉛の回収
率が高いことが分かる。銑鉄の場合、平均粒子径が４０
０μｍのものでは亜鉛の回収率が６０％程度であるのに
対し、平均粒子径が１００μｍのものでは回収率が８７
％と高くなった。ＦｅＯ系還元剤の場合、平均粒子径が
５００μｍのものでは回収率が４０％であるのに対し、
平均粒子径が９５μｍのものでは回収率が８３％と高く
なった。また、図３より、廃棄物と還元剤を粉体のまま
混合したものを処理するよりは３〜５ｍｍφあるいは５
〜１０ｍｍφの円柱状造粒品として処理するほうが、よ
り短時間で目的の還元温度に達することが分かる。即
ち、試料を８５０℃まで上げようとした場合、粉体を加
熱すると１００分で７００℃に達した後、それ以降、１
時間経過しても８５０℃には達しないが、造粒品を加熱
すると４０分以内に７００℃に達し、９０分で８５０℃
に達した。図４から明らかなように、還元温度が８５０
℃と９５０℃とでは、９５０℃のほうが還元反応が効率
よく進行し、亜鉛の回収率も高かった。表３より、比較
例１〜３では、造粒品に含まれる還元剤である銑鉄粉末
の平均粒子径が３００μｍと大きいために廃棄物と還元
剤の接触率が小さくなり、還元反応が進行しにくくな
り、亜鉛の回収率が上がらなかった。比較例４は、廃棄
物と還元剤の混合粉末を処理したものであるが、真空加
熱還元炉内に密な状態で置かれたために、輻射熱による
熱伝導が期待できない等により自らが断熱的性質を有
し、熱伝導が悪く、温度上昇が著しく遅くなり、還元反
応が進行せず、亜鉛の回収率が上がらなかった。また、
比較例５及び６は、造粒品の大きさが５２ｍｍφと大き
いものであるが、加熱しても表面部のみしか設定温度に
達せず、造粒品の中心部まで熱が伝わらなかったため、
亜鉛の回収率が上がらなかった。一方、実施例１〜３で
は、造粒品に含まれる還元剤の平均粒子径が１８０μｍ
と小さいために廃棄物と還元剤の接触率が大きく、また
造粒品全体への熱伝導も良好であったために亜鉛の回収
率が高かった。特に造粒品が５〜１０ｍｍφの大きさの
場合は、隣り合う造粒品の間にわずかな空隙ができ、輻
射熱の効果によって高い回収率を得た。

【００２６】尚、本発明においては、上記実施例に限定
されるものではなく、目的、用途に応じて本発明の範囲
内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、
上記製鋼ダストの代わりに溶解スラグ、あるいは亜鉛以
外の重金属を含んだ産業廃棄物や一般廃棄物、セメント
原料等の処理にも適用することができる。また、１回の
操業で用いられる造粒品は大きさ及び形状が一定でなく
てもよく、これらが本発明の範囲内にあれば、大きさ及
び形状はどんな組み合わせであってもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明の亜鉛酸化物含有廃棄物の処理方
法によれば、廃棄物を還元剤とともに造粒品の状態で処
理するので、還元反応が起こる温度に達する時間を短く
でき、操業時間を短縮することができる。また、廃棄物
を還元剤とともに混粉することによりこれらの接触率が
上がり、還元反応が効率的に進行する。更に、真空加熱
による還元を行うことから、蒸発した亜鉛が再酸化する
ことなく金属状態で回収することができ、これを再利用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】還元剤の平均粒子径と亜鉛回収率の関係を示す
グラフである。

【図２】マッフル炉を用いて処理したときの造粒品と熱
電対の位置を示す説明断面図である。

【図３】廃棄物の処理時間と温度の昇温の関係を示すグ
ラフである。

【図４】廃棄物の還元温度と亜鉛回収率の関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１；マッフル炉、２；造粒品、３；熱電対、３ａ；上部
熱電対、３ｂ；下部熱電対、４；ヒーター、４ａ；上部
ヒーター、４ｂ；下部ヒーター。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｂ 7/02 Ｃ２２Ｂ 9/02 7/04 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０４Ｇ 9/02 5/00 ＺＡＢＮ (72)発明者笹本博彦愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内Ｆターム(参考） 4D004 AA36 AA43 AC05 BA05 CA14 CA22 CA37 CB04 CB31 CC11 DA03 DA06 DA20 4K001 AA30 BA12 BA13 BA14 CA25 CA28 DA06 EA02 HA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも亜鉛を酸化物の状態で含有す
る廃棄物及び粒子径が２００μｍ以下の還元剤を混合す
る混合工程と、この混合物を中心から表面までの最短距
離が２５ｍｍ以下となるように造粒品を製造する造粒工
程と、該造粒品を真空下で加熱し、亜鉛酸化物を還元さ
せるとともに亜鉛を蒸発させて回収する亜鉛回収工程
と、を備えることを特徴とする亜鉛酸化物含有廃棄物の
処理方法。
【請求項２】上記還元剤が鉄系還元剤である請求項１
記載の亜鉛酸化物含有廃棄物の処理方法。
【請求項３】上記亜鉛回収工程における加熱の際の真
空度が１２Ｔｏｒｒ以下であり、且つ還元温度が６００
〜１１００℃である請求項１又は２に記載の亜鉛酸化物
含有廃棄物の処理方法。