JP6743859B2 - 亜鉛の分離方法、亜鉛材料の製造方法および鉄材料の製造方法 - Google Patents
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Description
前記亜鉛浸出工程後の処理液に、第1のアルカリおよび酸化剤を添加して鉄を沈殿させる鉄沈殿工程と、
前記鉄沈殿工程後の処理液を固液分離する第1固液分離工程と、
前記第1固液分離工程後の処理液に第2のアルカリを添加して亜鉛を沈殿させる亜鉛沈殿工程と、
前記亜鉛沈殿工程後の処理液を固液分離する第2固液分離工程とを含み、
前記鉄沈殿工程において、複数の区画に分割された反応槽を使用し、前記複数の区画のうち少なくとも2つの区画において前記第1のアルカリの添加を行う、亜鉛の分離方法。
図1は、本発明の一実施形態における亜鉛の分離方法を示すフローチャートである。前記フローチャートに示したように、本実施形態における亜鉛の分離方法では、製鉄ダストに対して下記(S1)〜(S5)のステップによる処理を順次施す。
(S1)亜鉛浸出工程
(S2)鉄沈殿工程
(S3)第1固液分離工程
(S4)亜鉛沈殿工程
(S5)第2固液分離工程
本発明における製鉄ダストとしては、特に限定されることなく、製鉄工程で発生するダストであれば、任意のものを用いることができる。製鉄ダストの代表的なものとしては、例えば、高炉ダスト、転炉ダスト、電炉ダストなどが挙げられる。
上記製鉄ダストに酸を添加してpHを1.0以上に調整し、前記製鉄ダストに含まれる亜鉛を浸出させる(亜鉛浸出工程)。
次いで、亜鉛浸出工程後の処理液に、第1のアルカリおよび酸化剤を添加して鉄を沈殿させる(鉄沈殿工程)。上記亜鉛浸出工程は、酸に亜鉛を浸出させることを目的としているが、鉄が浸出することを完全に防止することは困難である。そのため、処理液には、亜鉛イオン以外に鉄イオンも含まれており、酸に亜鉛を浸出させた残渣に含まれる鉄の含有率が低下し、製鉄原料としての再資源化率も低下する。また、上記処理液にアルカリを添加して亜鉛を沈殿回収すると、亜鉛だけでなく鉄も同時に沈殿するため、鉄の混入により亜鉛原料としての価値が下がり、非経済的である点も課題である。
続いて、鉄沈殿工程後の処理液を固液分離する(第1固液分離工程)。本工程では、前記処理液が、主に亜鉛イオンを含むろ液と、亜鉛浸出工程における亜鉛浸出残渣および鉄沈殿工程において沈殿した固形分(鉄沈殿物)とに分離される。
次に、第1固液分離工程後の処理液に第2のアルカリを添加して亜鉛を沈殿させる(亜鉛沈殿工程)。ここで、「第1固液分離工程後の処理液」とは、第1固液分離工程において固形分を分離した後の液体部分(ろ液)を指すものとする。
最後に、亜鉛沈殿工程後の処理液を固液分離する(第2固液分離工程)。これにより、処理液から固形分(亜鉛沈殿物)を分離する。
図5は、本発明の他の実施形態における亜鉛の分離方法を示すフローチャートである。前記フローチャートに示したように、本実施形態における亜鉛の分離方法は、亜鉛浸出工程(S1)とpH調整工程(S2)との間に、処理液を固液分離する第3固液分離工程(S11)をさらに備える。
本発明による亜鉛材料の製造方法は、製鉄ダストから、上記亜鉛の分離方法により亜鉛を分離して回収することを特徴とする。これにより、製鉄ダストに含まれる亜鉛を濃縮して、亜鉛含有率40%以上の亜鉛材料を製造することができる。
本発明による鉄材料の製造方法は、製鉄ダストから、上記亜鉛の分離方法により鉄を分離して回収することを特徴とする。これにより、製鉄ダストに含まれる鉄の全てを回収して再資源化することができる。
表1に示す組成を有する高炉ダストに水を加えて、高炉ダスト:水=1:10(重量比)になるように調整した後、3mol/Lの硫酸をpH=1、2、3、4、5になるように添加し、60分間撹拌した後、鉄および亜鉛の浸出率を調査した。なお、実験中の反応pHは、pHコントローラにより一定になるように制御した。
第3固液分離工程後の処理液(ろ液)中のZn濃度:CZn、0(mg/L)と、第1固液分離工程後の処理液(ろ液)中のZn濃度:CZn、1(mg/L)とを、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS)により測定した。得られた値から、下記(1)式によりZnの沈殿率を算出した。
亜鉛の沈殿率(%)=(CZn、0−CZn、1/CZn、0)×100…(1)
亜鉛の場合と同様に、第3固液分離工程後の処理液(ろ液)中のFe濃度:CFe、0(mg/L)と、第1固液分離工程後の処理液(ろ液)中のFe濃度:CFe、1(mg/L)とを、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS)により測定した。得られた値から、下記(2)式によりFeの沈殿率を算出した。
鉄の沈殿率(%)=(CFe、0−CFe、1/CFe、0)×100…(2)
図1に示したフローに従って高炉ダストから亜鉛を分離した。すなわち、まず、表1に示した組成を有する高炉ダストに水を加えて、高炉ダスト:水=1:10(重量比)のスラリー状となるように調整した。その後、前記スラリーに3mol/Lの硫酸を添加してpH=2.0に調整し、高炉ダストに含まれる亜鉛を浸出させた(亜鉛浸出工程)。
上記鉄沈殿工程における鉄および亜鉛の沈殿率を図9に示す。この結果より、本発明の方法によれば、鉄沈殿工程において、亜鉛をほとんど沈殿させることなく、鉄を完全に沈殿させて除去できることが分かる。
亜鉛浸出工程後の処理液(ろ液)中のZn濃度:CZn、0(mg/L)と、第1固液分離工程後の処理液(ろ液)中のZn濃度:CZn、1(mg/L)とを、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS)により測定した。得られた値から、下記(1)式によりZnの沈殿率を算出した。
亜鉛の沈殿率(%)=(CZn、0−CZn、1/CZn、0)×100…(1)
亜鉛の場合と同様に、亜鉛浸出工程後の処理液(ろ液)中のFe濃度:CFe、0(mg/L)と、第1固液分離工程後の処理液(ろ液)中のFe濃度:CFe、1(mg/L)とを、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS)により測定した。得られた値から、下記(2)式によりFeの沈殿率を算出した。
鉄の沈殿率(%)=(CFe、0−CFe、1/CFe、0)×100…(2)
上記亜鉛沈殿工程で沈殿した沈殿物の成分分析を行った。成分分析結果を表3に示す。表3から、得られた沈殿物は、亜鉛が42.6%まで濃縮されており、亜鉛原料としての回収価値が高いとされる亜鉛含有率40%を上回っており、製鉄ダストより分離した亜鉛を亜鉛原料として再資源化できることが分かる。
比較のために、鉄沈殿工程に用いる反応槽の内部を区切らずに使用した点以外は上記発明例と同様の条件で、高炉ダストからの亜鉛の分離を行った。なお、反応槽全体の容積は、上記発明例で使用した反応槽全体の容積と同じとした。
前記亜鉛除去率とは、処理前の製鉄ダストに含まれる亜鉛の量に対する、第1固液分離工程において固形分(沈殿)として回収されなかった亜鉛の量の割合を指す。第1固液分離工程において回収される固形分は、亜鉛浸出工程において溶解しなかった残渣(亜鉛浸出残渣)と、鉄沈殿工程において沈殿した固形分とからなり、鉄材料として回収されるものである。したがって、この第1固液分離工程で得られた固形分に含まれていない亜鉛の量を、除去することができた亜鉛の量と見なすことができる。
亜鉛除去率(質量%)=100−(CZn、b/CZn、a)×100…(3)
前記鉄再資源化率とは、処理前の製鉄ダストに含まれる鉄の量に対する、第1固液分離工程において固形分(沈殿)として回収された鉄の量の割合を指す。上述したように、この第1固液分離工程において回収される固形分は、亜鉛浸出工程において溶解しなかった残渣(亜鉛浸出残渣)と、鉄沈殿工程において沈殿した固形分とからなり、鉄材料として回収されるものである。言い換えると、この第1固液分離工程で固形分として回収されずに処理液側に残ったFeの量の割合が、再資源化されなかった鉄の割合と言えるから、その値を100から引くことによって鉄再資源化率を求めることができる。
鉄再資源化率(質量%)=100−(CFe、b/CFe、a)×100…(4)
Claims (10)
- 製鉄ダストに酸を添加してpHを1.0以上に調整し、前記製鉄ダストに含まれる亜鉛を浸出させる亜鉛浸出工程と、
前記亜鉛浸出工程後の処理液に、第1のアルカリおよび酸化剤を添加して鉄を沈殿させる鉄沈殿工程と、
前記鉄沈殿工程後の処理液を固液分離する第1固液分離工程と、
前記第1固液分離工程後の処理液に第2のアルカリを添加して亜鉛を沈殿させる亜鉛沈殿工程と、
前記亜鉛沈殿工程後の処理液を固液分離する第2固液分離工程とを含み、
前記鉄沈殿工程において、複数の区画に分割された反応槽を使用し、前記複数の区画のうち少なくとも2つの区画において前記第1のアルカリの添加を行う、亜鉛の分離方法。 - 前記亜鉛浸出工程において、pHを2.0以上3.0以下に調整する、請求項1に記載亜鉛の分離方法。
- 前記亜鉛浸出工程における浸出時間を15分以上120分以下とする、請求項1または2に記載の亜鉛の分離方法。
- 前記鉄沈殿工程において、処理液のpHを4.0以上6.0以下に調整する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。
- 前記亜鉛沈殿工程において、処理液のpHを8.0以上12.0以下に調整する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。
- 前記第1固液分離工程で分離された鉄を回収する第1鉄回収工程および前記第2固液分離工程で分離された亜鉛を回収する亜鉛回収工程の一方または両方をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。
- 前記亜鉛浸出工程と前記鉄沈殿工程との間に、処理液を固液分離する第3固液分離工程をさらに備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。
- 前記第3固液分離工程で分離された鉄を回収する第2鉄回収工程をさらに含む、請求項7に記載の亜鉛の分離方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法により、製鉄ダストから亜鉛を分離して回収する、亜鉛材料の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法により、製鉄ダストから鉄を分離して回収する、鉄材料の製造方法。
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