JP5707677B2

JP5707677B2 - 転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法及び付着防止剤

Info

Publication number: JP5707677B2
Application number: JP2009129186A
Authority: JP
Inventors: 村上　直彦; 直彦村上; 重忠洲濱; 毅土岐; 将大三嶋
Original assignee: JFE Steel Corp; Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2029-05-28
Also published as: JP2010274195A

Description

本発明は、転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法に係り、特に転炉集塵水系において、鉄系懸濁物質を水中に捕捉すると共に鉄イオンが溶解した後、ｐＨ上昇などにより析出する鉄系スケールの付着を有効に防止する方法に関する。

製鋼工場で発生するダストは、工場内に設置された集塵機により回収され、この回収されたダストは、鉄源として溶銑処理や転炉等で再利用されている。特に、転炉による精練工程では、酸化鉄を主体とする大量のダストが発生するため、排ガス中のＣＯガスを分離する方式（ＯＧ方式）の排ガス回収系統を利用した湿式集塵法によってダストの回収が行われている。

図１は、転炉排ガスの湿式集塵設備の一例を示す系統図であり、転炉からの排ガスは、１次集塵機２及び２次集塵機３で湿式集塵処理された後、誘導通風ファン４により吸引されて、回収弁５、水封Ｖ弁６を経てＯＧガスホルダ７に一時貯留され、他工場へ送られる。なお、８，９は処理ガスの流路を煙突１０又はＯＧガスホルダ７へ調整するバイパス弁、三方弁である。

１次集塵機２及び２次集塵機３には、それぞれ集塵用の水が導入され、集塵処理によりダストを含む水が排出される。各集塵機２，３の集塵排水は、循環利用されるが、その際、次のような循環方式が知られている。

（１）シリーズ給水方式
図１に示すように１次集塵機２から排出される集塵排水を水処理系統２０で処理して２次集塵機３の集塵用水として給水し、２次集塵機３から排出される集塵排水を１次集塵機２の集塵用水として循環する。この場合、１次集塵機２から排出される集塵排水は、図１に示す如く、まず、粗粒分離機２１で粗粒分が分離された後、シックナ２３で固液分離され、分離水がＯＧ処理水槽２４を経てポンプ２５により２次集塵機３に送給される。粗粒分離機２１で分離された粗粒分はダストホッパ２２を経て排出される。シックナ２３の分離汚泥は、焼結工場等へ送給される。また、ＯＧ処理水槽２４内の水の一部はオーバーフローピット２６を経て系外へ排出され処理設備等へ送給される。
２次集塵機３の集塵排水はタンク２７を経てポンプ２８により１次集塵機２に循環される。
なお、各集塵機２，３からの集塵排水は、必要に応じて、途中、ピットやホッパ等を経て移送されるが、これらについての説明は省略する。

（２）パラレル給水方式
１次集塵機２から排出される集塵排水を水処理して１次集塵機２の集塵用水として循環し、２次集塵機３から排出される集塵排水を水処理して２次集塵機３の集塵用水として循環する。
この場合、１次集塵機２の集塵排水と２次集塵機３の集塵排水は、図１に示すような水処理系統に送給されて処理され、処理水がそれぞれ１次集塵機２及び２次集塵機３に集塵用水として送給される。

このような転炉集塵水系では、次のような要因で鉄スケールの析出、付着の問題があった。

転炉集塵水は、吹錬時に酸化鉄や鉄を主体とするダストを捕捉すると同時に、炭酸ガスを吸収してｐＨが低下する。ｐＨ低下（ｐＨ６〜７或いはそれ以下）により鉄がイオンとして溶解するが、徐々に炭酸ガスを放出してｐＨが上昇すると同時に鉄溶解度が下がるため、鉄の析出が起こる。即ち、ＦｅイオンはｐＨ上昇に伴い溶解度が小さくなり、また、Ｆｅイオンの中でもＦｅ^２＋は不安定なため、より溶解度の小さいＦｅ^３＋に酸化され易いことから、鉄の析出、付着が起こる。この鉄の析出、付着の際、共存する鉄系懸濁物質を抱き込むことにより系内のスケール付着が増大する。集塵系内にスケールが付着すると、集塵水量が低下するため、集塵効率が低下し、著しい場合には操業停止に至る場合がある。

従来、水系の鉄系スケールの防止方法としては、ホスホン酸系、アクリル酸系、或いはマレイン酸系の重合物や共重合物をスケール防止剤として添加することが行われてきた。

また、水系に添加されたスケール防止剤は、その水系に懸濁物質が存在すると、その懸濁物質に吸着、消耗され、目的とする効果が得られないことが知られている。例えば、特許文献１には、鉄化合物や懸濁物質が存在する水系では、従来のスケール防止剤を添加しても十分な効果が得られないため、スケール防止剤を添加する水系の全鉄濃度（鉄イオン・コロイド・粒子の合計量）を１ｍｇ／Ｌ以下に制御する必要があることが報告されている。

しかしながら、従来においては、鉄系懸濁物質存在下での鉄イオンの析出が原因で鉄系スケールが付着する系に対して、有効なスケール付着防止技術の提案はなされていない。このため、前述の転炉集塵水系における鉄スケールの析出、付着については、定期的に運転を停止して、配管内洗浄や配管交換を行うことで対応しており、このことが、安定操業に支障を来していた。

特開２００８−６３６９号公報

本発明は、鉄系懸濁物質が存在する弱酸性条件下で鉄スケールが析出、付着する転炉集塵水系において、鉄系懸濁物質に対する吸着、消耗が少なく且つ鉄イオンの析出抑制効果に優れたスケール防止剤を用いて、鉄系スケールの付着を確実に防止して安定操業を図る転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法は、転炉集塵水系のうち、集塵機に対して集塵用水として給水される水であり、かつ鉄系懸濁物質が１００ｍｇ／Ｌ以上存在し、ｐＨ７以下、鉄イオン濃度が１ｍｇ／Ｌ以上である箇所に、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を添加することを特徴とする。

請求項２の転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法は、請求項１において、前記鉄系懸濁物質が、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ、及びＦｅＯ（ＯＨ）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を主成分とすることを特徴とする。

請求項３の転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法は、請求項１又は２において、前記転炉集塵水系が、転炉排ガスを１次集塵機及び２次集塵機で順次集塵処理している集塵水系であって、１次集塵機から排出される集塵排水を水処理した後、２次集塵機の集塵用水として給水し、２次集塵機から排出される集塵排水を１次集塵機の集塵用水として循環するシリーズ給水の集塵方式においては、２次集塵機から排出され１次集塵機に循環される循環水及び／又は１次集塵機から排出され水処理後に２次集塵機に給水される処理水に、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を添加し、１次集塵機から排出される集塵排水を水処理した後、１次集塵機の集塵用水として循環し、２次集塵機から排出される集塵排水を水処理した後、２次集塵機の集塵用水として循環するパラレル給水の集塵方式においては、１次集塵機から排出され水処理後に１次集塵機に循環される循環水及び／又は２次集塵機から排出され水処理後に２次集塵機に循環される循環水に、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を添加することを特徴とする。

請求項４の転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を、転炉集塵水系における濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌとなるように添加することを特徴とする。

本発明（請求項５）の転炉集塵水系の鉄スケール付着防止剤は、転炉集塵水系のうち、集塵機に対して集塵用水として給水される水であり、かつ鉄系懸濁物質が１００ｍｇ／Ｌ以上存在し、ｐＨ７以下、鉄イオン濃度が１ｍｇ／Ｌ以上である箇所に添加される鉄スケール付着防止剤であって、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を含むことを特徴とする。

１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩（以下「１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）」と称す場合がある。）は、鉄系懸濁物質が存在する系において、懸濁物質に対する吸着及びそれによる消耗が少なく、しかも鉄イオンの析出抑制効果に優れ、鉄系懸濁物質が１００ｍｇ／Ｌ以上存在し、かつｐＨ７以下で鉄イオン濃度が１ｍｇ／Ｌ以上の鉄が析出し易い転炉集塵水系において、鉄スケールの析出及び付着を有効に防止する。

なお、カルシウム系の懸濁物質の存在下では、懸濁物質表面のＣａとホスホン酸との吸着或いはホスホン酸カルシウムの生成によりホスホン酸系化合物である１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）は消耗する。しかしながら、本発明で対象とする転炉集塵水系中の鉄系懸濁物質の場合は、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）の吸着が少なく、吸着、消耗によるスケール付着防止効果の低下は防止され、添加効果を有効に発揮することができる。

このため、本発明によれば、転炉集塵水系における鉄イオンの析出、付着による集塵効率の低下を防止し、また配管洗浄や配管交換の頻度を大幅に低減して、安定操業を図ることが可能となる。

転炉排ガスの湿式集塵設備の一例を示す系統図である。

以下に本発明の転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法においては、転炉集塵水系に対して鉄スケールの付着防止剤として、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）を添加する。このうち１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸の塩としては、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸のナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩やアンモニウム塩などを用いることができ、この塩は一つのホスホン酸基のみが塩形となったものであっても、二つのホスホン酸基が塩形となったものでも良い。１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）は１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。

本発明において処理対象とする転炉集塵水系は、鉄系懸濁物質を１００ｍｇ／Ｌ以上を含み、ｐＨが７以下の酸性条件であり、鉄イオン濃度が１ｍｇ／Ｌ以上の水系である。

このうち鉄系懸濁物質は、一般に、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４等の酸化鉄、金属鉄、ＦｅＯ（ＯＨ）等の水酸化鉄といった鉄系成分を主体とし、通常これらの鉄系成分を６０重量％以上含むものである。
転炉集塵水系中の鉄系懸濁物質の存在量は、通常１００ｍｇ／Ｌ以上、特に５００ｍｇ／Ｌ以上である。鉄系懸濁物質の存在量の上限には特に制限はないが、通常１０，０００ｍｇ／Ｌ以下である。このような鉄系懸濁物質存在量の転炉集塵水系は、通常濁度が２０度以上、例えば５０〜９０度の高濁度懸濁水である。

また、転炉集塵水系のｐＨは、炭酸ガスの放出量によっても異なるが、通常ｐＨ６〜７、特に６．５〜７程度であり、このような弱酸性の転炉集塵水系内では、その後の炭酸ガスの放出によるｐＨ上昇で鉄イオンの析出がおこる。

また、転炉集塵水系の鉄イオン濃度は通常１ｍｇ／Ｌ以上であり、その上限は通常１００ｍｇ／Ｌ以下である。本発明においては、１０ｍｇ／Ｌ以上特に２０ｍｇ／Ｌ以上の高濃度の鉄イオンが存在する場合でも有効に鉄スケールの付着を防ぐことができる。

本発明においては、このように鉄系懸濁物質が多量に存在し、かつ鉄イオン濃度の高い、弱酸性の、鉄イオンが析出し易い転炉集塵水系に、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）を添加することにより、鉄スケールの析出、付着を防止する。

転炉集塵水系への１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）の添加量は、鉄スケールの付着防止効果が得られる程度であれば良く、転炉集塵水系の水質による鉄スケールの析出傾向によっても異なるが、通常、処理対象水中の１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌ、特に１〜１０ｍｇ／Ｌとなるように添加することが好ましい。１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）添加量が少な過ぎると十分なスケール付着防止効果を得ることができず、多過ぎても添加効果に見合う向上効果は得られず、薬剤コストの面で経済的に不利である。

１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）の添加箇所としては特に制限はないが、前述の集塵方式に応じて、例えば次のような箇所とすることが好ましい。

（１）シリーズ給水の集塵方式の場合
２次集塵機から排出され１次集塵機に循環される循環水及び／又は１次集塵機から排出され水処理後に２次集塵機に給水される処理水に添加する。
例えば、図１において、１次集塵機２へ循環される２次集塵機３の集塵排水、及び／又は１次集塵機２の集塵排水を水処理系統２０で処理した後、２次集塵機３に給水される集塵用水に、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）を添加する。

（２）パラレル給水の集塵方式の場合
１次集塵機から排出され水処理後に１次集塵機に循環される循環水、及び／又は、２次集塵機から排出され水処理後に２次集塵機に循環される循環水に添加する。

即ち、本発明では、集塵機に対して集塵用水として給水される水に対して１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）を添加することが好ましく、特に、前段側の１次集塵機に集塵用水として給水される水に１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）を添加することが好ましく、これにより、鉄系懸濁物質を多く含み、また転炉排ガスと接触した直後であるため炭酸成分を多く含み、ｐＨが上昇する前の系内で１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）によるスケール析出防止効果を効果的に発揮させることができる。

なお、このような転炉集塵水系への１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）の添加にあたり、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）は配管にライン注入しても良く、また、適当なピットやタンクに添加しても良い。また、給水ポンプの入口側で添加して、ポンプ内での攪拌効果を得ることも好ましい態様である。
例えば、図１におけるシリーズ給水の集塵方式の場合、２次集塵機３からの集塵排水を受けるタンク２７に添加することにより、薬注作業が容易であると共に、添加した１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）を集塵水中に均一に溶解させることができ好ましい。

ただし、本発明は、図１に示すように、１次集塵機と２次集塵機の２機の集塵機で集塵処理する場合に何ら限定されず、１機の集塵機で集塵処理する場合であっても、当該集塵機の集塵用水に１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）を添加して良好なスケール析出防止効果を得ることができる。

また、集塵機には、集塵排水を処理して循環使用する循環水の他、補給水として、系外から工業用水等を導入する場合があるが、この場合、この補給水に１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）を添加して、鉄系懸濁物質が１００ｍｇ／Ｌ以上存在し、ｐＨ７以下、鉄イオン濃度が１ｍｇ／Ｌ以上である転炉集塵水系に１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（塩）が添加されるようにすることもできる。

以下に実施例、比較例及び参考例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［机上試験］
１）模擬試験水の調製
野木町水に鉄系懸濁物質として市販のＦｅＯ試薬（粒子径７５μｍ以下）を１０００ｍｇ／Ｌ添加して攪拌し、ｐＨを塩酸で６．５に調整して模擬試験水Ａを調製した。
比較のためにＦｅＯ試薬を無添加で、ｐＨのみ６．５とした模擬試験水Ｂを調製した。

２）試験方法
模擬試験水Ａ及びＢにそれぞれ、表１示す薬剤を添加した後（ただし、比較例１，４では薬剤無添加）、硫酸第一鉄を鉄イオン（Ｆｅ^２＋）濃度が３ｍｇ／Ｌとなるように添加して１０分間攪拌した。この液を０．１μｍマイクロフィルターで濾過することにより、残留鉄イオン濃度を分析し、鉄イオンの析出抑制効果を調べた。この残留鉄イオン濃度が多い方が、析出抑制効果が高いことを示す。

３）試験結果及び考察結果
試験結果を表１に示す。

表１より、次のことが分かる。
ＦｅＯ試薬無添加の場合（比較例１〜３、参考例１）においても、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸と他の薬剤では、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸の方がやや析出抑制効果が優れるもののその効果に大差はない。これに対して、ＦｅＯ試薬を添加した場合（比較例４〜６、実施例１）には、他の薬剤では殆どスケール析出防止効果が得られないが、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸であれば十分な効果が得られ、本発明による１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸のスケール析出抑制効果が顕著である。

［実機試験］
１）対象水系
転炉１次集塵機送りライン（図１において、２次集塵機３の集塵排水を１次集塵機２に循環するライン）

２）試験方法
１次集塵機送りラインから分岐した各試験ラインにそれぞれ表３に示す薬剤を注入し（ただし比較例７，１０では薬剤無添加）、ステンレス試験チューブ（径：１／２Ｂ、長さ：１００ｍｍ）に流速２ｍ／ｓで通水したときのスケール付着速度を調べた。
なお、試験はそれぞれ２回行い、１回目を比較例７〜９と実施例２、２回目を比較例１０，１１と実施例３とした。

各々の試験中の水質は次の通りであった。
１回目：懸濁物質＝５６０〜７２０ｍｇ／Ｌ，Ｆｅイオン＝５２〜６１ｍｇ／Ｌ，
ｐＨ＝６．５〜７．０
２回目：懸濁物質＝４５０〜１，２３０ｍｇ／Ｌ，Ｆｅイオン＝２０〜３６ｍｇ／Ｌ，
ｐＨ＝６．５〜７．０

また、各回における無薬注時の試験チューブ内付着物を分析した結果は下記表２の通りであり、酸化鉄等を主成分とする鉄スケールが析出、付着していたことを確認した。

３）試験結果及び考察
試験結果を表３に示す。

表３より、鉄系懸濁物質が１００ｍｇ／Ｌ以上存在し、ｐＨ７以下で鉄イオン濃度が１ｍｇ／Ｌ以上の、鉄スケールが析出、付着する転炉集塵水系において、従来のスケール防止剤に比べて、本発明で用いる１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸が優れたスケール付着防止効果を発揮することが分かる。

１転炉
２１次集塵機
３２次集塵機
４誘引通風ファン
５回収弁
７ＯＧガスホルダ
１０煙突
２０水処理系統

Claims

転炉集塵水系のうち、集塵機に対して集塵用水として給水される水であり、かつ鉄系懸濁物質が１００ｍｇ／Ｌ以上存在し、ｐＨ７以下、鉄イオン濃度が１ｍｇ／Ｌ以上である箇所に、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を添加することを特徴とする転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法。
請求項１において、前記鉄系懸濁物質が、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ、及びＦｅＯ（ＯＨ）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を主成分とすることを特徴とする転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法。
請求項１又は２において、前記転炉集塵水系が、転炉排ガスを１次集塵機及び２次集塵機で順次集塵処理している集塵水系であって、
１次集塵機から排出される集塵排水を水処理した後、２次集塵機の集塵用水として給水し、２次集塵機から排出される集塵排水を１次集塵機の集塵用水として循環するシリーズ給水の集塵方式においては、２次集塵機から排出され１次集塵機に循環される循環水及び／又は１次集塵機から排出され水処理後に２次集塵機に給水される処理水に、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を添加し、
１次集塵機から排出される集塵排水を水処理した後、１次集塵機の集塵用水として循環し、２次集塵機から排出される集塵排水を水処理した後、２次集塵機の集塵用水として循環するパラレル給水の集塵方式においては、１次集塵機から排出され水処理後に１次集塵機に循環される循環水及び／又は２次集塵機から排出され水処理後に２次集塵機に循環される循環水に、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を添加することを特徴とする転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法。
請求項１ないし３のいずれか１項において、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を、転炉集塵水系における濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌとなるように添加することを特徴とする転炉集塵水系の鉄スケール付着防止方法。
転炉集塵水系のうち、集塵機に対して集塵用水として給水される水であり、かつ鉄系懸濁物質が１００ｍｇ／Ｌ以上存在し、ｐＨ７以下、鉄イオン濃度が１ｍｇ／Ｌ以上である箇所に添加される鉄スケール付着防止剤であって、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸及び／又はその塩を含むことを特徴とする転炉集塵水系の鉄スケール付着防止剤。