JP5770118B2

JP5770118B2 - 還元鉄の製造方法

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Publication number: JP5770118B2
Application number: JP2012020890A
Authority: JP
Inventors: 公一大根; 聡彦大久保; 義紀西山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2032-02-02
Also published as: JP2013159797A

Description

本発明は、高炉、転炉等で発生するダスト（以下、「鉄鋼ダスト」と記す）からロータリーキルンを用いて還元鉄を製造する方法に関し、さらに詳しくは、鉄鋼ダストに含まれるＺｎを分離回収するとともに、ロータリーキルンを長期間にわたって連続操業することができる還元鉄の製造方法に関する。

鉄鋼ダストは、Ｆｅ分以外に比較的多量のＺｎを含有しており、量は少ないがＰｂも含まれている。そのため、資源リサイクリングの対象として、また産業廃棄物規制の対象として、鉄鋼ダストに含まれるＺｎ等を分離回収し、または無害化する処理が行われている。この場合、一般的には、ロータリーキルンによる還元焙焼法が採用されている。

ロータリーキルンによる還元焙焼法においては、鉄鋼ダストはあらかじめ適当な大きさのペレットに成形され、適当量のカーボン系のダスト、石炭またはコークス等の還元材とともに原料としてロータリーキルンに連続的に装入される。装入された原料（以下、「装入物」ともいう）はキルンの回転に伴い攪拌されながら緩やかに排鉱側に移動する。排鉱側にはバーナーが取り付けられており、その燃焼ガスは、装入原料の流れとは逆向きに、排鉱側から給鉱側に流れる。

ロータリーキルンに装入された原料はバーナーからの熱により加熱され、原料に含まれるＺｎの酸化物は、同じく原料に含まれる還元材の燃焼により発生したＣＯなどの還元ガスにより還元され、揮発する。揮発したＺｎは排ガスと共に集塵機に導入され、そこで粗酸化亜鉛として回収される。Ｚｎが分離された後の装入物中の鉄分も還元ガスにより還元され、還元鉄となる。

Ｚｎの分離回収率を最も高くする効果的な方法は、還元温度を高く維持することである。しかし、高温操業を維持すると、装入物中の低融点化合物が軟化・溶融してロータリーキルンの内壁に付着し、操業時間の経過とともに付着物がリング状に成長し増大する。その結果、キルン内での装入物の移動に支障が生じ、遂には操業を停止せざるを得なくなる。

このような低融点化合物のロータリーキルン内壁への付着の問題を解決するために、幾多の提案がなされている。例えば、特許文献１では、還元剤として、質量比でコークス１００に対し、揮発分の高い反応性の良好な石炭２０〜１００を混合したコークスと石炭との混合物を使用して、１２００〜１４００℃の高温操業を行い、Ｚｎ等を回収するとともに、キルン内壁における壁付きの生成（低融点化合物の付着）を抑制できる製鋼用電気炉ダストからの有価金属等の回収方法が提案されている。

特許文献２では、コークスと石炭とからなる還元剤の装入量を規定し、高圧噴霧バーナを使用して、キルンの出口近傍の雰囲気温度を高め、亜鉛、鉛等の還元反応を促進するとともに、キルン内壁における壁付きの生成を防止する有価金属の回収方法が提案されている。

また、特許文献３には、含Ｚｎ、Ｐｂ鉄鋼ダストと炭素質還元剤をロータリーキルンに装入し、還元焙焼してＺｎおよびＰｂを揮発させ、回収するに際し、鉄鋼ダストにＣａＯ源を添加して装入物のＣａＯ／ＳｉＯ₂質量比を２．５以上に調整することにより、還元過程での生成物の溶融点を高め、キルン内壁への溶融物の付着を抑制する鉄鋼ダストの還元焙焼方法が記載されている。

前記特許文献１、２に記載される有価金属の回収方法は、コークスと石炭の配合割合や燃焼バーナーの機能変更などにより、キルン内の温度分布を制御して還元反応を効率的に行わせ、かつ、キルン内壁付きの抑制を図るようにしたものである。しかしながら、キルン内壁における付着物の発生を抑制しているとは言いがたく、十分な成果を得るまでには至っていない。

特許文献３に記載される還元焙焼方法では、キルン内壁への溶融物の付着を抑制することにより、従来３０日間程度であった連続操業を６０日間に延長することを実現している。しかし、添加するＣａＯ源の粒度が粗い場合、ミクロ的に見るとＣａＯ源の分布に偏在が生じるため、低融点化合物が生成しやすいＣａＯ／ＳｉＯ₂比が１．５未満の部分が多く存在することになり、その部分からキルン内付着が進行する。また、このＣａＯ／ＳｉＯ₂比が低い領域を少なくするためには、原料全体の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂を過度に上昇させる必要があり、結果的にはロータリーキルンでの処理量を低下させることとなる。

特公昭５７−１０１７０号公報特開昭５８−１４１３４５号公報特公平２−４７５２９号公報

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉄鋼ダストをロータリーキルンで還元焙焼して、Ｚｎを分離し、還元鉄を製造する際、ロータリーキルン内壁における付着物の発生を抑制してロータリーキルンを長期にわたり連続操業することができる還元鉄の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明者らは、鉄鋼ダストにＣａＯ源を添加してロータリーキルンへの装入原料の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を高めることにより、還元焙焼過程における低融点化合物のキルン内壁への付着を抑制することとし、その際、原料中におけるＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを極力低減することに留意した。原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減することにより、局部的なＣａＯ／ＳｉＯ₂の低下部位をなくしてキルン内壁における付着物の発生を抑制するとともに、原料全体の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂を過度に高めず、鉄鋼ダストへのＣａＯ源の添加量を必要最小量に抑えてロータリーキルンでの鉄鋼ダストの処理量の低下を最低限にとどめるためである。

図１は、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＦｅＯ₃元系状態図における低融点化合物の生成領域を示す図である。領域の境界は外側が１３００℃の等融点線、内側が１２００℃の等融点線であり、この領域内では低融点化合物が生成する。具体的には、図１に示したＯｌｉｖｉｎｅ（オリビン、カンラン石類）は組成式Ｘ₂ＳｉＯ₄（Ｘ＝Ｍｇ、Ｆｅ^II、Ｍｎ^II、Ｃａ）をもち、Ｆａｙａｌｉｔｅ（ファイライト、鉄カンラン石）は組成式Ｆｅ^II［ＳｉＯ₄］〔Ｆｅ^II／（Ｍｇ＋Ｆｅ^II＋Ｍｎ^II）＝０．９〜１．０〕をもつ斜方晶系の鉱物で、いずれも低融点の化合物であり、それぞれ図示した組成の周辺領域で生成する。図１には、ＣａＯ／ＳｉＯ₂が質量比で１．０、１．５、２．０または２．５となる範囲を併せて示した（以下、「ＣａＯ／ＳｉＯ₂」は質量比を意味する）。

鉄鋼ダストを含む原料全体のＣａＯ／ＳｉＯ₂は１．０程度なので、図１に示すように、オリビンやファイライトの生成領域と重複する部分があり、この原料をロータリーキルンで還元焙焼すると、オリビンやファイライトが生成する可能性が大きく、キルン内壁に付着物が生成する。実際にロータリーキルンに装入する原料の３元状態図上に占める位置は、図１中に△印を付して示した位置で、Ｆｅの含有量についてはバラツキが大きいが、通常はＦｅＯ換算で概ね５０質量％以下であり、ＣａＯ／ＳｉＯ₂は１．０近傍の値を示している。一方、▲印は通常の装入原料にＣａＯ源を添加してＣａＯ／ＳｉＯ₂を２．５程度とした場合の３元状態図上の位置である。この場合は、これらの位置が低融点溶融領域とはかなり離れているので、キルン内壁における付着物の生成は起こり得ないと推測される。

したがって、原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減して局部的にＣａＯ／ＳｉＯ₂が低下する部位をなくすことができれば、装入原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂の下限を１．５としても、キルン内壁に付着物を生成させずに（もしくは、僅かな生成に留めて）還元焙焼することが可能であり、鉄鋼ダストへのＣａＯ源の添加量を必要最小量に抑えることができると考えられる。

そこで、本発明者らは、原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減するために、添加するＣａＯ源（例えば、石灰石）を微細粒化して使用すること、さらには、石灰石を洗った際に発生する石灰乳を使用すること、等について検討した。その結果、ＣａＯ源を添加した後の装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを大きく低減させ得ることを確認した。

本発明は、上記の検討結果に基づいてなされたものであり、その要旨は、次のとおりである。
Ｆｅ、Ｚｎを含有し、スラリー状で調整槽に搬入されて撹拌後に脱水する前処理が施された鉄鋼ダストを還元材とともにロータリーキルンに装入して還元焙焼することにより、Ｚｎを分離し、Ｆｅを還元鉄として回収する還元鉄の製造方法であって、鉄鋼ダストにＣａＯ源を添加してロータリーキルン装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂を質量比で１．５以上にするとともに、前記添加するＣａＯ源をスラリー状で、または投入後に槽内でスラリーが形成される状態で前記調整槽に投入し、当該ＣａＯ源の粒度を、−０．２ｍｍ比率が８０質量％以上となるように調整することを特徴とする還元鉄の製造方法。なお、本明細書においては、これ以下では特に断りがない限り「％」は「質量％（mass％）」を意味する。

ここで、「鉄鋼ダスト」とは、製鉄所の高炉、転炉等から発生するダストをいう。これらのダストは、通常、スラリー状にして調整槽に搬入され、攪拌されて成分が均一に分散された後、フィルタープレスにより脱水する前処理が施されるが、ここでいう「鉄鋼ダスト」とは、この前処理後のダストをいう。
「ＣａＯ源」とは、石灰石、生石灰、消石灰等、高温でＣａＯを生成する物質をいう。
また、粒度が「−０．２ｍｍ比率が８０％以上」とは、ＣａＯ源粒子の粒径分布（積算分布）において、粒径が０．２ｍｍよりも小さい粒子の全粒子に対する質量比が８０％以上となるような粒度をいう。

本発明の還元鉄の製造方法において、前記鉄鋼ダストへのＣａＯ源の添加を、当該ＣａＯ源をスラリー状で、または投入後に槽内でスラリーが形成される状態で、鉄鋼ダストの前処理に用いる調整槽に投入することにより行うこととすれば、原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減して局部的なＣａＯ／ＳｉＯ₂の低下部位をなくし、キルン内壁における付着物の発生を効果的に抑制することができるので、望ましい。

前記の「ＣａＯ源をスラリー状で」とは、極微細の石灰粉が水に懸濁した状態で、ということであって、その代表例は石灰乳である。また、「投入後に槽内でスラリーが形成される状態で」とは、調整槽に投入した後、スラリー状になるように、例えば、石灰粉を微細粒化した状態で、という意味である。

本発明によれば、還元焙焼での生成物の融点を高めることができるので、還元温度を高く維持してＺｎ等の分離回収率を向上させることが可能であり、しかも、キルン内壁におけるリング状の付着物の発生を抑制することができる。その結果、従来の還元焙焼法では長くても９０日間程度に留まっていたロータリーキルンの連続操業日数を、少なくとも３００日程度とすることが期待できる。
さらに、ロータリーキルン装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂調整用に添加するＣａＯ源の粒度を細かくすることにより装入原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減することができ、装入原料全体の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂を必要以上に上げることなく操業できるため、ＣａＯ源の添加による鉄鋼ダストの処理量の低下を最低限に留めることが可能となる。

ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＦｅＯ₃元系状態図における低融点化合物の生成領域を示す図である。ロータリーキルンを用いた還元鉄製造プロセスを例示する概略図である。石灰粉および微細粒化石灰粉の粒径分布（積算分布）の一例を示す図である。石灰乳の粒径分布（積算分布）の一例を示す図である。実施例の結果で、ロータリーキルンの長期連続操業時における装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂の推移を示す図である。

本発明は、Ｆｅ、Ｚｎを含有する鉄鋼ダストを還元材とともにロータリーキルンに装入して還元焙焼することにより、Ｚｎを分離し、Ｆｅを還元鉄として回収する還元鉄の製造方法を前提としている。ここでは、Ｆｅ、Ｚｎを含有する鉄鋼ダストとしているが、Ｐｂが同時に含まれていてもよい。

図２は、ロータリーキルンを用いた還元鉄製造プロセスを例示する概略図である。図２に示すように、高炉ダスト、製鋼ダスト等は、通常、スラリー状で調整槽１１に搬入され、十分に攪拌され、成分が均一に分散された後、フィルタープレス１２により脱水する前処理が施される。この前処理後のダストがここでいう鉄鋼ダスト１である。

鉄鋼ダスト１はカーボン系ダスト３やコークス４等の還元材と一緒に混合・造粒機５に投入される。電気炉ダスト２が投入されることもある。これらの原材料は混合・造粒機５により混合され、成分が均一化されるとともに、ペレット状に造粒される。

成分が均一化されたペレット状の原料はロータリーキルン６に装入される。キルン６は排鉱側に向けて若干下方に傾斜しているので、装入された原料は、キルン６の回転に伴い転動しながら緩やかに排鉱側に移動する。排鉱側にはバーナー７が取り付けられており、その燃焼ガスは、装入原料の流れとは逆向きに、排鉱側から給鉱側に流れる。

ロータリーキルン６に装入された原料はバーナー７からの熱により加熱され、一定温度以上になると、原料に含まれるコークス等の還元材の燃焼が始まる。原料に含まれる亜鉛酸化物は、還元材の燃焼により発生したＣＯなどの還元ガスにより還元されてＺｎとなり、揮発する。揮発したＺｎは、排ガスとともにファン８により吸引されてキルン６外に排出され、Ｚｎが濃縮されたＺｎダストとして集塵機９で捕集される。原料に鉛酸化物が含まれる場合は、同様に還元されてＰｂとなって揮発し、集塵機９で捕集される。

Ｚｎが分離された後の装入物中の鉄分（鉄酸化物）も還元ガスにより還元され、還元鉄となる。還元鉄はキルン６の排鉱端から排出され、ロータリークーラー１０を通過する間に冷却され、回収される。

本発明の還元鉄の製造方法においては、さらに、鉄鋼ダストにＣａＯ源を添加してロータリーキルン装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂を１．５以上にするとともに、前記添加するＣａＯ源の粒度を、−０．２ｍｍ比率が８０％以上となるように調整する。具体的には、前記の図２に示すように、微細粒化石灰粉１３として鉄鋼ダスト１やカーボン系ダスト３、コークス４等と一緒に混合・造粒機５に投入する方法、あるいは、ＣａＯ源をスラリー状で（例えば、石灰乳）鉄鋼ダストの前処理に用いる調整槽１１に投入する方法などを採用する。

鉄鋼ダストにＣａＯ源を添加して装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂を１．５以上にするのは、還元焙焼過程で、前記図１に示した低融点のオリビンやファイライトが生成するのを避けて、低融点化合物のキルン内壁への付着を抑制するためである。ＣａＯ／ＳｉＯ₂の上限は特に限定しない。ＣａＯ／ＳｉＯ₂を過度に上昇させると（すなわち、ＣａＯ源の添加量を増大させ過ぎると）、鉄鋼ダストの処理量が低下するので、鉄鋼ダストの処理能率、ひいては還元鉄の生産効率を維持する観点から自ずと定まるからである。ただし、この規定を有効ならしめるためには、次に述べるように、原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減させるという条件を満たすことが必要である。

本発明においては、原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減させるために、添加するＣａＯ源の粒度を、−０．２ｍｍ比率が８０％以上となるように調整する。これは、ミクロ的に見てもＣａＯ源の分布に偏在が生じないように、原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減して局部的なＣａＯ／ＳｉＯ₂の低下部位をなくし、低融点化合物のキルン内壁への付着を防止するためである。ＣａＯ源の偏在を抑制する具体的な方策として、本発明では、ＣａＯ源（例えば、石灰石）を微細粒化して使用に供する。さらに、スラリー状でまたはスラリー状になり得る状態で使用する。

図３は、石灰粉および微細粒化石灰粉の粒径分布（積算分布）の一例を示す図であり、図４は、石灰乳の粒径分布（積算分布）の一例を示す図である。石灰粉および微細粒化石灰粉の粒径分布は篩い分け法により求め、石灰乳の粒径分布はレーザー回折粒度分布測定法により求めた。石灰粉とは、例えば篩い分けにより塊状の石灰石を得る際の篩下など、特別な処理を施すことなく入手できるＣａＯ源である。微細粒化石灰粉は、石灰粉に破砕（粉砕）処理を施したＣａＯ源である。また、石灰乳とは、例えば石灰石を洗った際に発生するスラリー状のＣａＯ源である。

図３および図４から、微細粒化石灰粉および石灰乳は、石灰粉に比べてかなり微粒であり、特に石灰乳は極めて微粒であることがわかる。

表１は、図３および図４に粒径分布を示したものと同種の石灰粉、微細粒化石灰粉および石灰乳について、粒径分布と、−０．２ｍｍ比率（％）および平均粒径を表示したものである。表１において、粒径が、例えば、「＋１０ｍｍ」とは、篩の目開きが１０ｍｍの篩で篩い分けした際に、篩の上に残った篩上を、「−０．１２５ｍｍ」とは、目開きが０．１２５ｍｍの篩で篩い分けした際の篩下を、また、「２〜１ｍｍ」とは、目開きが２ｍｍの篩の篩下であって、目開きが１ｍｍの篩の篩上であることを意味する。それぞれの数値は質量百分率である。また、「−０．２ｍｍ比率（％）」とは、粒径分布（積算分布）において、粒径が０．２ｍｍよりも小さい粒子の全粒子に対する質量百分率である。

表１に示されるように、−０．２ｍｍ比率（％）は、石灰粉では５％で極僅かであるが、微細粒化石灰粉では５６％、石灰乳では１００％であり、石灰粉に比べてかなり微粒であることがわかる。

表２に、ＣａＯ源として石灰粉または石灰乳を添加した原料におけるＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキの調査結果を示す。ＣａＯ源の添加量は、石灰粉添加、石灰乳添加のいずれの場合においても、原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂が２．０になるような量とした。石灰粉の添加は、鉄鋼ダスト、カーボン系ダストおよびコークスと一緒に混合・造粒機に投入することにより行い、石灰乳の添加は、鉄鋼ダストの前処理に用いる調整槽に投入することにより行った。試料のサンプリングは、混合・造粒機から排出され、ロータリーキルンに装入される直前において、それぞれ一定時間ごとに１０回行った。

表２から明らかなように、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の平均値は、石灰粉、石灰乳のいずれを添加した場合でも、２．０に極めて近かったが、標準偏差（σ）は、それぞれ０．７５、０．１６で、バラツキの程度が大きく異なった。いま、２σを採って、「平均値±２σ」によりバラツキの範囲（データが正規分布すると仮定した場合、全データの９５．４５％が分布する範囲）を求めると、石灰粉を添加した場合は、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の範囲は０．５０〜３．４８となり、前記図１を参照すると、還元焙焼過程でオリビンやファイライトが生成する可能性が極めて高いことがわかる。これに対し、石灰乳を添加した場合は、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の範囲は１．６６〜２．３０で、オリビンやファイライトの生成領域からは明らかに離れており、低融点化合物のキルン内壁への付着のおそれはないといえる。

本発明において、添加するＣａＯ源の粒度を、−０．２ｍｍ比率が８０％以上となるように調整するのは、前記図３および図４、ならびに表１および表２に示した調査結果等から判断して、以下に述べるように、適切な条件であると考えられるからである。

石灰乳は極めて微細で、ほとんど全粒子が粒径０．１ｍｍ以下である（表１、図４参照）。石灰乳を添加した場合のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキ範囲は極めて小さく（表２）、前述のように、還元焙焼過程で低融点化合物のキルン内壁への付着のおそれはない。一方、微細粒化石灰粉を添加した場合のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキ範囲の調査結果はないが、粒径分布は、石灰粉のそれとは大きく相違し、粒径１ｍｍ以下の微細粒が圧倒的に多い（表１、図３）。したがって、細粒化石灰粉を添加した場合のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキ範囲は、石灰乳を添加した場合には及ばないにしても、石灰粉を添加した場合に比べると、かなり狭くなることが期待される。

装入原料中におけるＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減するためには、ＣａＯ源粒子の粒径を小さくしてミクロ的な粒子の偏在をなくすこと、均一な混合を行ってマクロ的なバラツキを小さくすること、が必要である。ＣａＯ源粒子の粒径については、微細粒化石灰粉の平均粒径は石灰粉の平均粒径の１／１０程度であり（表１）、微細粒化石灰粉を使用することによりミクロ的な粒子の偏在は十分に改善される。

一方、マクロ的なバラツキをなくすための均一な混合は、混合される双方の粒径が同程度のとき最も効率よく行われる。微細粒化石灰粉の混合の相手である高炉ダスト（鉄鋼ダストの主要部を占める）の粒径は、乾ダストで、０．０５〜１ｍｍが多いとされている。したがって、微細粒化石灰粉の粒径が、０．０５〜１ｍｍの範囲内で、しかもできるだけ小さい粒径であれば、高炉ダストとの混合が効率よく行われ、粒径が小さいのでミクロ的な粒子の偏在も大きく改善されると考えられる。
そこで、本発明では、添加するＣａＯ源の粒度を、−０．２ｍｍ（粒径が０．２ｍｍよりも小さい）に相当する粒度とした。

ここで、添加するＣａＯ源の全量が−０．２ｍｍの粒度のものであるとすると、例えば、全量を−０．２ｍｍとするため石灰粉の粉砕処理を過度に行い、あるいは粉砕処理後に篩い分けを実施するなど、調製時の負担が大きくなり、実用的ではない。また、一般的に、−０．２ｍｍに相当する粒度のＣａＯ源（例えば、微細粒化石灰粉）の特性が発現されるためには、必ずしも全量がその粒度である必要はなく、相当量が当該粒度であれば足りると考えられる。そこで、−０．２ｍｍに相当する粒度のＣａＯ源が８０％以上含まれるものであればよいとした。
上述した理由により、本発明では、添加するＣａＯ源の粒度を、−０．２ｍｍ比率が８０％以上となるように調整することと規定した。

「ＣａＯ源」としては、前述のように、石灰石、生石灰、消石灰等を使用することができる。微細粒化石灰粉は、例えば、特別な処理を施していない石灰粉などを破砕（粉砕）処理することにより得られ、−０．２ｍｍ比率が８０％以上となるような適切な破砕条件をあらかじめ把握しておくことにより容易に得ることができる。使用する粉砕機の型式等については、実情に合わせて適宜選定すればよい。

微細粒化石灰粉を装入原料に添加するに際しては、前記図２に示したように、微細粒化石灰粉１３として鉄鋼ダスト１やカーボン系ダスト３、コークス４等と一緒に混合・造粒機５に投入する。混合・造粒機５を通過する間に、微細粒化石灰粉１３は鉄鋼ダスト１等と十分混合される。

本発明の還元鉄の製造方法において、鉄鋼ダストへのＣａＯ源の添加を、当該ＣａＯ源をスラリー状で、または投入後に槽内でスラリーが形成される状態で、鉄鋼ダストの前処理に用いる調整槽に投入することにより、前述のように、原料中のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減して局部的なＣａＯ／ＳｉＯ₂の低下部位をなくし、キルン内壁における付着物の発生を効果的に抑制することができる。

前記のスラリー状の代表例は石灰乳であり、石灰石を洗った際に発生するスラリーをそのまま使用に供することも可能である。また、微細粒化した石灰粉に水を加えてスラリー状としてもよい。このスラリーにおける石灰粉の濃度は、輸送面や調整槽内での鉄鋼ダストとの混合のし易さ等を考えた場合、２５〜４５％程度とするのが望ましい。

投入後に槽内でスラリーが形成される状態とは、前記のように、調整槽に投入した後、スラリー状になるような状態、例えば、石灰粉を微細粒化した状態、という意味である。微細粒化しているので、調整槽内の鉄鋼ダストのスラリーに容易に懸濁し、鉄鋼ダストと混合される。

スラリー状で、または投入後に槽内でスラリーが形成される状態で、調整槽に投入するのは、添加するＣａＯ源の全量であってもよいし、一部でもよい。その時々におけるＣａＯ源の調達のし易さ等に応じて、適宜選択することが可能である。

以上述べたように、装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂を１．５以上にするとともに、添加するＣａＯ源の粒度を、−０．２ｍｍ比率が８０％以上となるように調整することにより、装入原料におけるＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキを低減することができる。これにより、キルン内壁における付着物の発生を抑制することができ、還元温度を高く維持してＺｎ等の分離回収率を向上させるとともに、ロータリーキルンを長期にわたり連続操業することが可能となる。さらに、装入原料全体の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂を必要以上に高めることなく操業できるので、ＣａＯ源の添加による鉄鋼ダストの処理量の低下を最低限に留めることが可能となる。

本発明の効果を確認するために、前記図２に示した還元鉄製造プロセスにより、本発明を適用して還元鉄の製造を行い、ロータリーキルンへの装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂の推移を調査するとともに、鉄鋼ダストの処理能率を、通常粒度の石灰粉（すなわち、微細粒化していない石灰粉）を添加して還元鉄の製造を行った場合と比較した。使用したロータリーキルンは、内径３．５ｍ、長さ８０ｍであり、キルン内最高温度を約１２５０℃として還元焙焼することによりＺｎ等を分離回収し、還元鉄を製造した。

（実施例１）
装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂調整用のＣａＯ源として、表１に示した−０．２ｍｍ比率が５６％の微細粒化した石灰粉を使用し、鉄鋼ダストの前処理に用いる調整槽１１（図２参照）に投入して鉄鋼ダストと混合した。用いた石灰粉は自体は−０．２ｍｍ比率８０％以上という本発明の規定から外れているが、調整槽に投入してスラリー状になる過程での微細粒化、粒表面の溶解等により、本発明の規定を十分満たすものと考えられる。
操業に際しては、原料全体の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂が２．５０になるように添加量を調整し、操業１年余が経過した後、２．０になるように調整した。なお、通常粒度の石灰粉を使用した場合は、原料全体の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂を２．５０の一定とした。

図５は、装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂の推移を示す図である。図５において、横軸は調査開始後の操業期間（月）を表す。試料のサンプリングは、混合・造粒機から排出され、ロータリーキルンに装入される直前において、定期的に（３回／日）実施し、１ヶ月の平均値として図示している。同図に示すように、平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂を２．０に低下させた後も、キルン内壁における付着の抑制を図りつつ、３００日程度にわたり連続操業を続けることができ、１年間にわたる連続操業維持の見通しが得られた。これにより、１回／年実施するロータリーキルンの定期修理から次の定期修理までの稼働期間内における突発停機を回避することが可能となる。

前掲の特許文献３に記載される方法では、ＣａＯ／ＳｉＯ₂を２．５以上としているが、本発明では、２．０に低下させて同等の効果を得ることができた。なお、図５の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂を２．０に低下させた後のＣａＯ／ＳｉＯ₂のバラツキの程度から判断して、本発明で規定するＣａＯ／ＳｉＯ₂を１．５以上とする操業も十分可能と考えられる。

表３に、鉄鋼ダストの処理能率を従来の製造方法を適用した場合と対比して示す。表３において、ＣａＯ源として石灰乳を使用した場合（本発明例１）が、前記原料の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂を２．０に調整して操業を行った場合である。ＣａＯ源として通常粒度の石灰粉を使用した場合（比較例）に比べて、処理能率が５．６％程度向上した。これは、原料の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂を２．５０から２．０に低下させてＣａＯ源の装入量を抑制し、その分鉄鋼ダストの装入量を増大させ得たことによるものである。

（実施例２）
装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂調整用のＣａＯ源として、本発明の規定を満たす微細粒化石灰粉を使用し、鉄鋼ダストやカーボン系ダスト、コークス等と一緒に混合・造粒機に投入する方法により鉄鋼ダストと混合して還元鉄の製造を行った。原料全体の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂は２．０とした。この場合も、キルン内壁における付着の抑制を図りつつ連続操業が維持できた。

鉄鋼ダストの処理能率を前記表３に併せて示す（本発明例２）。この場合も、ＣａＯ源として通常粒度の石灰粉を使用した比較例（原料全体の平均ＣａＯ／ＳｉＯ₂は２．５）に比べて、処理能率が４．２％程度向上した。

本発明の還元鉄の製造方法によれば、鉄鋼ダストをロータリーキルンで還元焙焼して還元鉄を製造する際、キルン内壁における付着物の発生を抑制してロータリーキルンを長期にわたり連続操業することができる。したがって、本発明は、製鉄所内における鉄鋼ダスト主体の原料からの還元鉄の製造に有効に利用することができる。

１：鉄鋼ダスト、２：電気炉ダスト、３：カーボン系ダスト、
４：コークス、５：混合・造粒機、６：ロータリーキルン、
７：バーナー、８：ファン、９：集塵機、
１０：ロータリークーラー、１１：調整槽、
１２：フィルタープレス、１３：微細粒化石灰粉

Claims

Ｆｅ、Ｚｎを含有し、スラリー状で調整槽に搬入されて撹拌後に脱水する前処理が施された鉄鋼ダストを還元材とともにロータリーキルンに装入して還元焙焼することにより、Ｚｎを分離し、Ｆｅを還元鉄として回収する還元鉄の製造方法であって、
鉄鋼ダストにＣａＯ源を添加してロータリーキルン装入原料のＣａＯ／ＳｉＯ₂を質量比で１．５以上にするとともに、
前記添加するＣａＯ源をスラリー状で、または投入後に槽内でスラリーが形成される状態で前記調整槽に投入し、当該ＣａＯ源の粒度を、−０．２ｍｍ比率が８０質量％以上となるように調整することを特徴とする還元鉄の製造方法。