JP2006212569A - スラリーの濃縮方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを濃縮し、良好な混合状態で高濃度の濃縮スラリーを得ることのできるスラリーの濃縮方法を提供する。
【解決手段】 低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを濃縮する場合において、スラリー中に凝集剤を添加した上で、凝集反応槽２内にて攪拌翼３を回転することによってレイノルズ数Ｒｅが１５００以上となるように旋回流を形成して攪拌し、その後沈降槽５にて凝集した粉体を沈降させることととすれば、低比重粉体と高比重粉体とが沈降時に分離することがなく、所定の高い濃度のスラリーを得られる。また、スラリー濃度４５〜５５質量％に濃縮する際に、沈降槽５におけるスラリーの滞留時間を一定時間範囲に制御することにより、濃縮後のスラリー濃度を高く維持しつつ、沈降槽底部の濃縮スラリー排出配管が閉塞することなく、良好に濃縮スラリーの排出が可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、比重差の大きい複数種類の粉体を含むスラリーを、高濃度に濃縮するためのスラリーの濃縮方法に関するものである。

製鉄業では、多量の鉄を高温雰囲気や化学溶媒の中で扱うことから、酸化鉄などを含むダスト類やスラジ類を大量に発生している。まず、高炉・転炉法による一貫製鉄所での鉄鋼製造業は、鉄鉱石の焼結工程、高炉の還元工程、転炉の製錬工程、熱間圧延工程、鉄鋼製品の酸洗工程、メッキ工程などから構成されている。これらの工程からは、酸化鉄を中心とするダストや排水中の鉄化合物の沈殿物などが大量に発生している。また、電気炉法による製鉄業においても、連続鋳造工程、熱間圧延工程、その他の工程から、鉄分を含んだ沈殿物が多量に発生している。

一般的に、これらの鉄スラリーの処理は、沈殿ピット又はシックナーにて、鉄スラリーの粉体濃度を上げた後に、各種の脱水機を用いて、水分を低下させて、鉄スラジとして、水処理の系外に出している。

これら製鉄所で発生するスラリーのうち、例えば転炉ガスは、非燃焼式のガス処理装置、いわゆるＯＧ装置で集められて、集塵された後に、発電や鋼材の加熱の燃料ガスとして使用される。ＯＧ装置は、ベンチュリースクラバー方式の集塵装置を有しており、水をかけながら、ダストを集塵する。集塵水の中の転炉ダストは、まず、一次沈降槽で、粗粒分を分離して、シックナーに注がれる。シックナー内では、微粒転炉ダストを沈殿させて、濃度が濃くなったものを脱水機で、水分が２０〜３０％に脱水する。

大量の微粒転炉ダストを使用するためには、高炉にリサイクルすることが有効である。しかし、微粒転炉ダストには、亜鉛が含まれており、そのままでは、高炉で使用することが制限されている。この問題に対する対応として、微粒転炉ダストを脱亜鉛処理すれば、高炉でも使用できる。回転炉床法を用いれば、脱亜鉛率が９０％以上と高く、また、還元鉄を得られるため、脱亜鉛プロセスとして用いられている例が増加している。

回転炉床法は、固定した耐火物の天井および側壁の下で、中央部を欠いた円盤状の耐火物の炉床がレールの上を一定速度で回転する型式の焼成炉を主体とするプロセスであり、酸化金属の還元や製鉄ダストの処理に用いられる。微粒転炉ダストなどの酸化鉄を含有する粉体を回転炉床式還元炉で使用するには、粉体原料を単独で、または、他の酸化鉄を含む粉体との混合物を、粉コークス等の炭素を含む粉体と混合して、球形ペレットを製造する。

特許文献１には、金属酸化物を含むダストおよびスラジを還元処理する回転炉床式還元炉による酸化金属の還元設備が記載されている。水分を多く含み、スラリー状態となっている原料粉体（酸化金属を含む粉体と炭素を含む粉体の混合物）を良く混合する装置として、混合槽と撹拌装置を設置する。スラリー状態となっている原料粉体を、短時間で均一に撹拌するためには、水分を多量に含んでいる必要がある。混合する際のスラリー含有水分が粉体質量に対して１００％以上であれば、流動性が高く、均一混合の時間が短くなるとともに、撹拌の動力も少なくて済む。混合したスラリーを脱水機に送る。脱水機にて、含有水分が粉体質量の１６〜２６％の範囲になるよう脱水する。平均粒径が１２０μｍ以下の微粉からなるスラリーの脱水の場合は、脱水物の水分を１６〜２６％とすることは、一般的な脱水機では困難であり、特殊な脱水機を用いる。この場合に用いる脱水機として、水分を含む粉体混合物を受ける帯状フィルターとこれを挟み込んで圧縮する双ロールを有する脱水機を用いることは有効である。

特許文献２には、微粉転炉ダストを回転炉床法で還元する発明が記載されている。まず、転炉ガスとともに発生した微粒転炉ダストは、ベンチユリースクラバーにて集塵される。この転炉ダストと水のスラリーを粗粒分離装置で、大きな粒子を分離した後に、シックナーでダストを濃縮し、脱水機で水分を２０〜３５質量％とする。この微粒転炉ダストをスラリー備蓄槽と粉コークス備蓄槽から供給される他スラッジ類や粉コークスとを混合槽で混合して、水分が５５質量％以上（つまり、スラリー濃度４５質量％以下）の混合スラリーにする。この混合スラリーを脱水装置で脱水する。脱水後の水分は１７〜２７質量％とする。この脱水物を成形装置で１０〜４０ｍｍ程度の円筒、または粒状の成形体を製造する。回転炉床式還元炉にこの成形体を供給して、焼成還元する。

特開２００１−２３４２２０号公報 特開２００３−８２４１８号公報

特許文献１に記載の方法では、酸化金属を含む粉体と炭素を含む粉体を混合する際のスラリー含有水分を粉体質量に対して１００％以上（つまりスラリー濃度５０質量％以下）としている。この方法では、スラリー濃度５０質量％以下の幅広い濃度のスラリーを脱水する必要があり、脱水機は、脱水対象とするスラリーのスラリー濃度が低いほど（含有水分が多いほど）生産能力が低下するため、スラリー濃度が低い場合にも回転炉床へ安定して原料を供給できるよう脱水機を多数設置する必要があった。そのため脱水機の設備費及び運転費用が増大してしまうという問題があった。

特許文献２に記載の方法では、微粉転炉ダストスラリーを一度脱水機を用いて水分を２０〜３５％とし、その後混合槽で粉コークスと混合し、脱水装置で脱水している。即ち、脱水処理を２回行うことが必要であり、脱水処理のための設備費及び運転費用の増大を招くこととなる。微粉転炉ダストを脱水処理せずに用いる方法も記載されているが、この場合には含有水分の少ない炭素源や他のダストを大量に用いない限り、混合後の水分を５５％以下（つまり、スラリー濃度４５質量％以上）にすることができない。

酸化金属を含む粉体と炭素を含む粉体を混合する際のスラリーは高い含有水分とし、混合したスラリーの粉体を沈殿させて濃縮することができれば、水分含有量の少ないスラリーを用いて脱水を行うので、脱水機の生産能力を高めることができる。また、脱水工程を２回行うことが不必要となり、あるいは含有水分の少ない炭素源や他のダストを大量に用いる必要もない。

ところが、酸化金属のように比重の高い粉体と、炭素源のように比重の低い粉体とを混合したスラリーについて、沈降槽で沈殿させて濃縮しようとすると、比重の高い粉体の沈降速度は比重の低い粉体の沈降速度よりも速く、比重の高い粉体が先に沈降するため、沈降槽内で沈降物が分離してしまい、正常な混合物を得ることができなくなる。回転炉床法などの還元炉の安定操業のためには、原料中の酸化金属と炭素源（還元剤）の含有比率が常に適正な値となるような原料を調整する必要があるが、沈降槽での濃縮によって、原料中の酸化金属と炭素源の含有比率が適正な値をはずれ、かつ、変動するため、還元炉内での還元反応が経時的に変化して、ときには還元率が低下したり、またときには反応ガスが過剰になるなどの問題があった。また、濃縮後のスラリー濃度が高いので、沈降槽底部の濃縮スラリー排出配管が閉塞し、濃縮スラリーの排出が困難となることがあった。

本発明は、低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを濃縮し、良好な混合状態で高濃度の濃縮スラリーを得ることのできるスラリーの濃縮方法を提供することを目的とする。

なお本発明において、スラリー濃度（質量％）とは、１００％から含水率（質量％）を引いた値を意味する。

本発明者らは、低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを濃縮する場合において、スラリー中に凝集剤を添加した上で所定の適切な条件で攪拌を行い、その後沈降槽で凝集した粉体を沈降させることととすれば、低比重粉体と高比重粉体とが沈降時に分離することがなく、所定の高い濃度のスラリーを得られることを見出した。

本発明者らはまた、沈降槽におけるスラリー滞留時間に適正時間範囲があり、滞留時間をこの適正時間範囲内に制御することにより、濃縮後のスラリー濃度を高く維持しつつ、沈降槽底部の濃縮スラリー排出配管が閉塞することなく、良好に濃縮スラリーの排出が可能になることを見出した。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、即ち、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）固体分の３０質量％以上が粒径１０μｍ以下の粒子であり、低比重粉体と高比重粉体とを含み、高比重粉体は真比重が低比重粉体の２倍以上であるスラリーを濃縮する方法において、凝集剤を添加したスラリーを、凝集反応槽２内にて攪拌翼３を回転することによって下記式（１）で計算されるレイノルズ数Ｒｅが１５００以上となるように旋回流を形成して攪拌し、その後沈降槽５にて凝集した粉体を沈降させることを特徴とするスラリーの濃縮方法。
Ｒｅ＝ρ×ｎ×ｄ²／μ （１）
ただし、ρ：液密度（ｋｇ／ｍ³）、ｎ：攪拌翼の回転速度（ｓｅｃ^-1）、ｄ：攪拌翼の直径（ｍ）、μ：液粘度（ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ）である。
（２）低比重粉体として微粉炭、コークス粉の少なくとも１種を含み、前記高比重粉体として酸化鉄、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化マンガンの少なくとも１種を含むことを特徴とする上記（１）に記載のスラリーの濃縮方法。
（３）スラリー濃度が２０〜４０質量％のスラリーを処理してスラリー濃度４５〜５５質量％に濃縮する際に、沈降槽５におけるスラリーの滞留時間を一定時間範囲に制御することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のスラリーの濃縮方法。
（４）沈降槽５における滞留時間が所定の時間を超えた場合、沈降槽下部から濃縮スラリーを抽出して再度沈降槽へ投入することを特徴とする上記（３）に記載のスラリーの濃縮方法。
（５）沈降槽５における濃縮スラリーと上澄み液との界面レベルを検出又は推定し、該界面レベルが予め設定した上限を超えた場合は沈降槽５へのスラリー送給を停止し、予め設定した下限を下回った場合は沈降槽５へのスラリー送給を再開することを特徴とする上記（３）又は（４）に記載のスラリー濃縮方法。
（６）凝集剤として、弱アニオン系高分子凝集剤あるいはノニオン系高分子凝集剤を、スラリー中の固形物質質量に対して０．０１〜０．０７質量％添加することを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のスラリーの濃縮方法。
（７）低比重粉体と高比重粉体の一方又は両方として、鉄鋼製造工程において発生するダストあるいはスラジを含むことを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のスラリーの濃縮方法。

本発明は、低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを濃縮する場合において、スラリー中に凝集剤を添加した上で凝集反応槽で所定のレイノルズ数の範囲で旋回流を形成して攪拌を行うことにより、その後沈降槽で凝集した粉体を沈降させるに際し、低比重粉体と高比重粉体とが沈降時に分離することがなく、所定の高い濃度のスラリーを得ることができる。

本発明はまた、沈降槽でのスラリー滞留時間を適正時間範囲内に制御することにより、濃縮後のスラリー濃度を高く維持しつつ、沈降槽底部の濃縮スラリー排出配管が閉塞することなく、良好に濃縮スラリーを排出することが可能になる。

図１に基づいて本発明のスラリー濃縮方法の説明を行う。

本発明が濃縮の対象とするスラリーは、固体分の３０質量％以上が粒径１０μｍ以下の粒子であり、低比重粉体と高比重粉体とを含み、高比重粉体は真比重が低比重粉体の２倍以上である。

沈降槽５においてスラリー中の粉体粒子を沈降させてスラリーを濃縮するに際し、粉体粒子の沈降速度は粒子径の２乗に比例し、真比重に比例する。従って、スラリーが低比重粉体と高比重粉体とを含み、高比重粉体は真比重が低比重粉体の２倍以上である場合には、高比重粉体は低比重粉体に比較して沈降速度が２倍以上大きく、高比重粉体が先に沈降する。そのため、このように比重の異なる２種類の粉体を含むスラリーにおいては、沈降槽内で沈降物が分離してしまう。

本発明はこのようなスラリーにおいて分離を起こさずにスラリー濃縮を実現することを目的としているので、低比重粉体と高比重粉体とを含み、高比重粉体は真比重が低比重粉体の２倍以上のスラリーに限定することとした。

本発明は、固体分の３０質量％以上が粒径１０μｍ以下の粒子であるスラリーを対象とす。このように粒径が小さい粉体を含有するスラリーにおいて、本発明の効果が発揮されるからである。即ち、スラリーの沈降濃縮においては、小粒径（特に１０μｍ以下）の粉体ほど沈降しにくい（上澄み液と一緒に流出しやすい）うえ、小粒径の粉体の比率が高くなる（３０％を超える）と、それらが沈降できずに流出した場合に、濃縮スラリーの成分が大きく変化してしまうこととなるからである。

本発明のスラリー濃縮方法においては、スラリーに凝集剤を添加し、凝集反応槽内にてスラリーを攪拌してスラリー中の固体分を凝集し、その後沈降槽にて凝集した粉体を沈降させることにより、スラリーを濃縮する。図１に示す場合においては、凝集剤供給装置４から供給される凝集剤が、凝集反応槽２において濃縮前スラリーに供給される。凝集した凝集物には高比重粉体と低比重粉体とが均一に混合するため、凝集物相互間の比重差が存在しないので、その後の沈殿槽内で均一な沈降物を得ることが可能となる。

本発明においては、凝集反応槽２内にて攪拌翼３を回転することによってスラリーを攪拌する。通常は、円筒状の凝集反応槽２を準備し、凝集反応槽２の軸心と一致する回転軸を有する攪拌翼３を用いて攪拌を行う。攪拌翼３は、プロペラ型、パドル型、らせん型、いかり型、くし型、タービン型が使用可能であるが、穏やかな攪拌とせん断効果の少ないパドル型やいかり型が好適である。攪拌翼３の回転によって凝集反応槽２内に水平面内で旋回する旋回流を発生させ、スラリーを旋回させつつ、凝集反応槽２の底部から上部へ徐々にスラリーを移動させる。そのため、新しいスラリーは凝集反応槽２の底部から供給され、凝集反応槽２の上部からオーバーフローして沈降槽５に供給される。

本発明では、攪拌する際に下記式（１）で計算されるレイノルズ数Ｒｅが１５００以上となるように旋回流を形成して攪拌することを特徴とする。
Ｒｅ＝ρ×ｎ×ｄ²／μ （１）
ただし、ρ：液密度（ｋｇ／ｍ³）、ｎ：攪拌翼の回転速度（ｓｅｃ^-1）、ｄ：攪拌翼の直径（ｍ）、μ：液粘度（ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ）である。

レイノルズ数Ｒｅが小さすぎると、高比重粉体と低比重粉体とが凝集した凝集物が凝集反応槽２の底部に堆積してしまう。レイノルズ数Ｒｅが１５００以上であれば、凝集物が堆積することなく、良好に凝集反応を終えて凝集反応槽上部からスラリーと共に排出されることとなる。

また、レイノルズ数Ｒｅが大きすぎると、凝集した粒子が破壊され、凝集効果を発揮させることができなくなる。レイノルズ数Ｒｅが２１００以下であれば、凝集した粒子が破壊されることなく、本発明の凝集効果を発揮させることができる。

本発明は、低比重粉体として微粉炭、コークス粉の少なくとも１種を含み、前記高比重粉体として酸化鉄、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化マンガンの少なくとも１種を含むこととすると好ましい。このような配合のスラリーにおいては、低比重粉体としてコークス粉を用いた場合の真比重は１．８〜１．９程度、高比重粉体として酸化鉄を用いた場合の真比重は５．２程度であり、高比重粉体と低比重粉体の真比重の比が２倍以上となる。このため、従来のスラリー濃縮方法では均一な濃縮ができず、本発明方法を用いることによりはじめて均一な濃縮が可能となるからである。

本発明においては、スラリー濃度が２０〜４０質量％のスラリーを処理してスラリー濃度４５〜５５質量％に濃縮する際に、沈降槽５におけるスラリーの滞留時間を一定時間範囲に制御することとすると好ましい。

低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを均一に混合するためには、濃縮前のスラリー濃度が２０〜４０質量％であると好ましい。濃縮前のスラリー濃度が低すぎると、沈降槽５において十分に高い濃度にスラリーを濃縮することが困難となるが、スラリー濃度が２０質量％以上であれば十分な濃縮を行うことができる。また、濃縮前のスラリー濃度が高すぎると、スラリー中の固体分を均一に混合することが困難となるが、スラリー濃度が４０質量％以下であれば均一混合を行うことが可能となる。

本発明は、濃縮後のスラリー濃度を４５〜５５質量％とする。濃縮後のスラリー濃度が低すぎると、その後の脱水工程において十分に効率の良い脱水を行うことが困難となるが、濃縮後のスラリー濃度が４５質量％以上あれば、良好な効率で脱水を行うことが可能となる。また、濃縮後のスラリー濃度が高すぎると、沈降槽５の底部からスラリーを排出することが困難となって配管が閉塞する可能性が高くなるが、濃縮後のスラリー濃度が５５質量％以下であれば、配管が閉塞することなく良好な作業を行うことが可能となる。

本発明は、スラリー濃縮後のスラリー濃度好適範囲が４５〜５５質量％と非常に狭いので、この好適範囲に保持するための制御を行うことが重要である。本発明においては、沈降槽５におけるスラリーの滞留時間を一定時間範囲に制御することにより、濃縮後のスラリー濃度を好適範囲に維持することを特徴とする。

濃縮後のスラリー濃度は、沈降槽５におけるスラリーの滞留時間によって変動する。滞留時間が長いほど濃縮後のスラリー濃度は高くなり、滞留時間が短いほどスラリー濃度は低くなる。そして、滞留時間が３０分以上６０分以内であれば、濃縮後のスラリー濃度を４５〜５５質量％の好適範囲内に制御できることを見出した。ここで、沈降槽におけるスラリーの滞留時間とは、沈降槽５の内容積をスラリー流入量１１（ｍ³／ｈｒ）で除した値を意味する。

スラリー濃度４５〜５５質量％（含水率４５〜５５質量％）に濃縮したスラリーを沈降槽５から抜き出し、その後脱水機７で脱水して含水率を１７〜２７％に低下させる。本発明においては、脱水機７に投入する段階でスラリー濃度が４５〜５５質量％まで濃縮されているので、従来に比較して脱水後の含水率を下げることができるとともに、脱水機７の処理能力を向上させることができ、脱水機７の設置台数の減少あるいは脱水機７の小型化を実現することができる。

本発明のスラリー濃縮方法で濃縮したスラリーをさらに脱水するための脱水機７としては、脱水後の水分が標記の値になるものであれば、いずれの型式でも良いが、濾布上にスラリーを注ぎ、このスラリーと濾布を上下一対の圧搾ロールで搾る型式の脱水機、フィルタープレス式脱水機、真空ドラム式脱水機、または、遠心分離式脱水機が良い。

上記のとおり、沈降槽５におけるスラリーの滞留時間とは、沈降槽５の内容積をスラリー流入量１１（ｍ³／ｈｒ）で除した値を意味する。沈降槽５の内容積は一定であるから、スラリーの滞留時間はスラリー流入量１１によって定まる。従って、濃縮前のスラリーの供給量１２が低下すると、それに伴ってスラリー流入量１１も低下し、スラリーの滞留時間が長くなる。滞留時間が好適範囲上限を超えると、濃縮後のスラリー濃度が高くなり過ぎ、沈降槽の底部からスラリーを排出することが困難になる可能性がある。

本発明においては、沈降槽５における滞留時間が所定の時間を超えた場合、沈降槽下部から濃縮スラリーを抽出して再度沈降槽へ投入することにより、上記問題を解決した。即ち、濃縮前のスラリー供給量が低下して沈降槽５における滞留時間が所定の時間を超えた場合、沈降槽下部から濃縮スラリーを抽出して再度沈降槽へ投入することとする。再度投入するスラリーの量を循環量１３とすれば、沈降槽５へのスラリー流入量１１はスラリー供給量１２と循環量１３を足した値となり、その結果沈降槽における滞留時間を短くし、好適な滞留時間に戻すことができる。その結果、濃縮後のスラリー濃度を好適な濃度範囲に維持することが可能となる。

沈降槽内において、底部に沈殿した濃縮スラリーと上澄み液との界面（以下「スラリー界面１７」という。）が存在する。このスラリー界面１７が一定の上限位置を超えて高い位置となると、濃縮後のスラリー濃度が高くなり過ぎ、沈降槽５の底部からスラリーを排出することが困難となることが判明した。つまり、スラリー界面１７を把握することができれば、このスラリー界面１７が一定の上限を超えた場合に、濃縮後のスラリー濃度を低減する対応を図ることにより、濃縮後のスラリー濃度を一定の好適範囲に維持することが可能となる。

脱水装置７の運転状態（運転台数、脱水速度など）にあわせてスラリー排出量１５を変化させるため、それにあわせてスラリー供給量１２を変化させる必要がある。本発明おいては、沈降槽５における濃縮スラリーと上澄み液との界面レベル（スラリー界面１７）を検出又は推定し、スラリー界面レベルが予め設定した上限を超えた場合は沈降槽へのスラリー送給を停止し、予め設定した下限を下回った場合は沈降槽へのスラリー送給を再開することにより、スラリー供給量とスラリー排出量のバランスを保ち、かつ濃縮後のスラリー濃度を好適範囲に保つことを可能とした。

転炉ダストなどのシックナー（沈降槽）では、連続的にダストを含んだ排水が流入し、沈降槽内のスラリー界面が設定値を超えた際に沈降槽底部よりスラリーを排出することで濃縮スラリーを得ることができる。この場合、濃縮スラリーの排出は間欠となってしまうため、連続的に脱水機に供給するためには濃縮スラリーの貯留設備（水槽、攪拌装置、ポンプ）が必要となる。しかし、本発明では、沈降槽の底部から濃縮スラリーを連続的に排出できるよう、沈降槽内のスラリー界面を検出又は推定して、間欠でスラリーを沈降槽へ供給することで、濃縮スラリーの貯留設備が不要となった。

スラリー界面１７については、超音波を用いた界面計によって検出することが可能である。また、以下の方法でスラリー界面を推定することが可能である。

一般的に沈降槽５の槽中央部には、センターウェル６と呼ばれる円形筒部分が配置され、このセンターウェル６内にスラリーが供給される。センターウェル６内の液面１９レベルは、センターウェル外側の液面１８レベルよりも高くなり、レベル差が生じることがある。そして、沈降槽内のスラリー界面１７が高くなるほど、このレベル差が大きくなることが判明した。従って、予め液面レベル差とスラリー界面１７との関係を把握しておくことにより、センターウェル内外の液面レベル差を検出してこれからスラリー界面レベルを推定することが可能である。なお、センターウェル外側の液面１８レベルは通常は一定に保持されるので、センターウェル内の液面１９レベルのみを検出することにより、センターウェル内外の液面レベル差を計測することが可能である。

本発明で用いる凝集剤としては、弱アニオン系高分子凝集剤あるいはノニオン系高分子凝集剤を用いると好ましい。弱アニオン系高分子凝集剤が好ましい理由は、酸化金属粒子の表面は正に帯電しているため、負に帯電した高分子凝集剤が凝集に有効に作用するためである。ノニオン系高分子凝集剤が好ましい理由は、電荷が正／負の中間であるため、比較的広範囲の粉体に使用可能であるからである。

これら凝集剤の添加量としては、スラリー中の固形物質質量に対して０．０１〜０．０７質量％添加すると好ましい。凝集剤添加量が少なすぎると粉体粒子の凝集が不十分となり、沈降槽内で分離して、低比重で小粒径の粉体が上澄液へ多量に流出してしまうが、スラリー中の固形物質質量に対して０．０１質量％以上添加すればその問題は発生しない。また、凝集剤添加量が多すぎると凝集物が大きくなりすぎて、凝集反応槽内に堆積したり、濃縮後のスラリー濃度が高くなりすぎて、沈降槽底部の排出配管が閉塞してしまうが、添加量をスラリー中の固形物質質量に対して０．０７質量％以下とすればその問題は発生しない。

本発明においては、低比重粉体と高比重粉体の一方又は両方として、鉄鋼製造工程において発生するダストあるいはスラジを含むこととすると特に好ましい。鉄鋼製造工程からは、酸化鉄を中心とするダストや排水中の鉄化合物の沈殿物などが大量に発生している。また鉄鋼製造工程からは、微粉炭や粉コークスなどの炭素源がダストやスラッジとして発生している。これらのダストやスラッジのうち炭素源を多く含むものを低比重粉体とし、酸化鉄を多く含むものを高比重粉体として含有するスラリーを用いて本発明のスラリー濃縮方法を適用することにより、炭素源と酸化鉄源とを含む高濃縮スラリーを効率よく生成することができるので、この高濃縮スラリーをさらに脱水して還元鉄製造の原料とすることが可能となる。

低比重粉体としてコークス粉を含むスラリーと、高比重粉体として酸化鉄を含むスラリーとを混合し、スラリーを濃縮し、脱水して還元鉄製造原料を製造するに際し、本発明を適用した。酸化鉄を含むスラリーは、製鉄製造工程のうち転炉ガスの湿式集塵工程で発生した微粉転炉ダストを用いている。低比重粉体としてのコークス粉の真比重は１．８であり、高比重粉体としての酸化鉄の真比重は５．２であり、両者の比重差は２倍以上となっている。

濃縮前スラリー中において、全固体分のうち、コークス粉の比率は１３〜１５．５質量％であり、酸化鉄の比率は７０．１〜７２．６質量％であった。また、固体分のうち、粒径１０μｍ以下の粒子の比率は５４質量％であった。濃縮前スラリー中のスラリー濃度は２５質量％前後である。

図１に示す装置を用いてスラリーの濃縮を行った。まず凝集剤供給装置４から凝集剤を添加したスラリーを凝集反応槽２内で攪拌翼３を回転することによって攪拌し、その後沈降槽５で粉体を沈降させて濃縮し、濃縮したスラリーを取り出して脱水機７に供給した。

凝集反応槽２は、内径が１．２ｍ、内容積が１．７ｍ³であり、その中に配置した直径１．１ｍの攪拌翼３を用いてスラリーを攪拌する。攪拌翼３は、２枚羽根の翼を有している。攪拌翼３の回転速度を５３ｒｐｍ〜９０ｒｐｍで変化させることにより、式（１）で計算されるレイノルズ数を１３５０〜２２９０で変化させた。レイノルズ数Ｒｅ計算のための液密度（ρ）は１２５９ｋｇ／ｍ³とし、液粘度（μ）は１．０ｋｇ／ｍ・ｓｅｃとした。

凝集剤としてはノニオン系高分子凝集剤（具体的にはテデフロックＴＫＩ−３１８（ＴＤＥ製））を用い、凝集剤添加量はスラリー中の固形分質量に対し０．０２％とした。

沈降槽５は、内容積が４６．０ｍ³であり、槽の中央にセンターウェル６が配置され、このセンターウェル６内にスラリーが供給される。スラリーの滞留目標時間は３０〜６０分とした。スラリーの供給量が５７ｍ³／ｈｒであり、滞留時間実績は４８．４分となる。

沈降槽内のスラリー界面レベル検出については、センターウェル内の液面１９レベルを測定し、この液面レベルからスラリー界面レベルを推定することによって検出した。
（本発明例）
凝集反応槽２の攪拌翼回転数を６５ｒｐｍとし、式（１）で計算されるレイノルズ数Ｒｅを１６５０としてスラリーの濃縮を行った。

スラリー濃縮を開始してから４時間の間、１時間毎に濃縮前後のスラリーを採取してスラリー濃度と成分の評価を行った。結果を表１に示す。表１から明らかなように、４時間にわたって、濃縮後のスラリー濃度を４５〜５５質量％の良好な範囲に保持し、また濃縮後スラリー中のＦｅ含有量とＣ含有量を均一に保持することができた。

（比較例１）
凝集反応槽の攪拌翼回転数を９０ｒｐｍとし、式（１）で計算されるレイノルズ数Ｒｅを２２９０としてスラリーの濃縮を行った。

レイノルズ数Ｒｅが大きすぎるため、凝集反応槽内で凝集した粒子が破壊される結果となった。そのため、沈降槽内で炭素分が沈降しきれず、オーバーフロー水へ炭素粉体が流出し、表２に示すように、濃縮スラリー中の炭素成分比率が低下する結果となった。

（比較例２）
凝集反応槽の攪拌翼回転数を５３ｒｐｍとし、式（１）で計算されるレイノルズ数Ｒｅを１３５０としてスラリーの濃縮を行った。

レイノルズ数Ｒｅが低すぎるため、凝集反応槽の底部にスラリーが堆積してしまい、攪拌不能となった。

実施例１の本発明例と同様の条件のもと、スラリーを濃縮し、脱水して還元鉄製造原料を製造した。凝集反応槽入口のスラリー濃度は３２．３％であった。また、濃縮後のスラリー濃度を４５〜５５％の範囲とするためには、沈降槽におけるスラリーの滞留時間を３０〜６０分の範囲に制御すればよいことがわかっている。

表３に結果を示す。

表３のＮｏ．１〜３は、沈降槽下部から濃縮スラリーを抽出して再度沈降槽へ投入する「循環」を行っていない。スラリーの供給量が変動することにより、沈降槽での滞留時間が変動した。Ｎｏ．１は滞留時間が２３分と短く、濃縮後スラリー濃度が４２．６％と目標スラリー濃度に満たなかった。Ｎｏ．２は滞留時間が５５分と良好であり、濃縮後スラリー濃度も良好範囲であった。Ｎｏ．３は滞留時間が長すぎ、濃縮後スラリー濃度が高すぎた。

そこで表３のＮｏ．４においては、Ｎｏ．３と同一のスラリー供給量において、「循環」を行った。その結果、沈降槽での滞留時間が良好範囲となり、濃縮後スラリー濃度も良好範囲とすることができた。

本発明のスラリー濃縮方法を示す概念図である。

符号の説明

１ 原料槽
２ 凝集反応槽
３ 攪拌翼
４ 凝集剤供給装置
５ 沈降槽
６ センターウェル
７ 脱水機
１１ スラリー流入量
１２ スラリー供給量
１３ 循環量
１４ オーバーフロー水
１５ スラリー排出量
１６ スラリー
１７ スラリー界面
１８ 液面
１９ 液面
Ｐ ポンプ

Claims (7)

1. 固体分の３０質量％以上が粒径１０μｍ以下の粒子であり、低比重粉体と高比重粉体とを含み、高比重粉体は真比重が低比重粉体の２倍以上であるスラリーを濃縮する方法において、
   凝集剤を添加したスラリーを、凝集反応槽内にて攪拌翼を回転することによって下記式（１）で計算されるレイノルズ数Ｒｅが１５００以上となるように旋回流を形成して攪拌し、その後沈降槽にて凝集した粉体を沈降させることを特徴とするスラリーの濃縮方法。
   Ｒｅ＝ρ×ｎ×ｄ²／μ （１）
   ただし、ρ：液密度（ｋｇ／ｍ³）、ｎ：攪拌翼の回転速度（ｓｅｃ^-1）、ｄ：攪拌翼の直径（ｍ）、μ：液粘度（ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ）である。
2. 前記低比重粉体として微粉炭、コークス粉の少なくとも１種を含み、前記高比重粉体として酸化鉄、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化マンガンの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載のスラリーの濃縮方法。
3. スラリー濃度が２０〜４０質量％のスラリーを処理してスラリー濃度４５〜５５質量％に濃縮する際に、前記沈降槽におけるスラリーの滞留時間を一定時間範囲に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のスラリーの濃縮方法。
4. 沈降槽における滞留時間が所定の時間を超えた場合、沈降槽下部から濃縮スラリーを抽出して再度沈降槽へ投入することを特徴とする請求項３に記載のスラリーの濃縮方法。
5. 沈降槽における濃縮スラリーと上澄み液との界面レベルを検出又は推定し、該界面レベルが予め設定した上限を超えた場合は沈降槽へのスラリー送給を停止し、予め設定した下限を下回った場合は沈降槽へのスラリー送給を再開することを特徴とする請求項３又は４に記載のスラリー濃縮方法。
6. 前記凝集剤として、弱アニオン系高分子凝集剤あるいはノニオン系高分子凝集剤を、スラリー中の固形物質質量に対して０．０１〜０．０７質量％添加することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスラリーの濃縮方法。
7. 前記低比重粉体と高比重粉体の一方又は両方として、鉄鋼製造工程において発生するダストあるいはスラジを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスラリーの濃縮方法。

Images