JPH0461043B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、製鋼所で発生した製鋼煙塵から亜鉛
華を連続的に製造する方法に関する。 ［従来の技術］ 高炉、平炉、電気炉を用いて製鋼を行う製鋼所
においては、製鋼時に高炉、平炉、電気炉から多
量の製鋼煙塵が発生する。この製鋼煙塵は、従前
は大気に放散されていたが、近年の大気汚染防止
行政の強化に伴い集塵機の設置が義務づけられ、
現在その殆んど大部分が大気に放散されることな
く回収されている。回収された製鋼煙塵は、その
性状が微粒子で取扱いが困難であること、および
多種に亘る金属が大部分酸化物として含有されそ
れぞれの含有金属が低品位であること、さらに製
鋼所の副産品であるため組成の変動が大きく安定
した品質が得られないこと、等から、従来工業用
原料としては全くかえりみられなかつた。しか
し、近年、製鋼煙塵の上記物性及び含有重金属に
よる二次公害発生の怖れのあることから、之をそ
のまま廃棄するわけにはいかない。一方、製鋼煙
塵中には多量の亜鉛が含まれており、それを亜鉛
資源として再利用可能な点に着目し、製鋼煙塵か
ら、主として亜鉛、鉛、カドミウムの酸化物から
なる粉末状の粗酸化亜鉛を回収することが、本発
明者によつて1966年から企業化され、現今では日
本国内の電気炉から発生する製鋼煙塵の90％が有
効に処理されるに至つている。斯様にして製鋼煙
塵より生産された粗酸化亜鉛を原料として、電気
亜鉛地金、蒸留亜鉛地金、及び亜鉛華を生産する
ことが、数社で行われている。 従来の亜鉛華の製造方法は、亜鉛地金から生産
するフランス法、亜鉛鉱石や亜鉛ドロスから生産
するアメリカ法及び近年電熱炉を用いて製鋼煙塵
から生産する法があり、これらの方法に加えて、
先に本発明者が提案した（特公昭50−33994号）
ところの、三段の回転炉を用いて製鋼煙塵から亜
鉛華を製造する方法がある。しかし、いずれの方
法もその工程の複雑なことや、エネルギー消費が
大であることから、より効果的に製鋼煙塵から亜
鉛華を製造する方法が提供されることが望まれて
いる。 ［発明が解決しようとする問題点］ 亜鉛精製業界においては、如何に優れた方法で
あつても、それが工業的規模で実施されるか否か
は、採算性（経済性）に大きく左右される。技術
的にみれば、製鋼煙塵から亜鉛華を連続的に生成
するには、通常、いくつかの処理工程と大量の加
熱エネルギが必要となる。そして、如何に簡素な
プロセスにできるかおよび如何に使用エネルギが
少くて済むかが重要な要素となる。この観点から
みれば、従来の亜鉛華製造方法や、上記特公昭50
−33994号公報に示された方法は、３基の回転炉
を用いた３段階の処理工程の後初めて亜鉛華が得
られ、それぞれの回転炉に大きな加熱エネルギが
要求されるから、さらに簡素なプロセスでかつト
ータルの使用エネルギの少ない方法の出現が望ま
れていた。とくに、昨今の亜鉛市況の低迷から、
新規製造法の出現が切に望まれていた。 また、特公昭50−33994号公報に示された方法
では、上述のような観点から、処理の対象を亜鉛
含有率の高い平炉、電気炉からの製鋼煙塵に限つ
ており、含有亜鉛の品位が低くかつ含有率の低い
高炉からの製鋼煙塵はその対象とはしていなかつ
た。しかし、前述したように、製鋼煙塵をそのま
ま廃棄する場合、廃棄場所の確保が相当困難にな
つてきたこと、および廃棄方法によつては２次、
３次公害の発生源になるおそれがあることから、
高炉から発生する製鋼煙塵についても十分に効率
よく亜鉛回収処理することのできる方法の出現が
望まれていた。 本発明の目的は、上記のような要望に応えるべ
く、従来公知の方法よりもはるかに簡素なプロセ
スでかつ少ない使用エネルギでもつて、製鋼煙塵
から極めて効率よく亜鉛華を製造できる方法を提
供することにある。 また本発明のもう一つの目的は、上記の経済的
目的を達成しつつ、従来法よりもさらに高純度の
亜鉛華を得ることにある。 ［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成する本発明の製鋼煙塵よりの亜
鉛華製造方法は、次の方法から成る。すなわち、
製鋼時に発生した酸化鉄、酸化亜鉛、酸化鉛、酸
化カドミウム、塩化ナトリウムを含む製鋼煙塵
を、還元剤コークスを加えることなく単味で800
℃〜1100℃に加熱して空焼きすることにより、製
鋼煙塵中の酸化鉛、酸化カドミウム、塩化ナトリ
ウムを選択的に揮発させ、酸化亜鉛、酸化鉄が残
存する空焼焼鉱を生成し、 次に該空焼焼鉱を、
還元剤コークスと混合して900℃〜1100℃に加熱
することにより、空焼焼鉱中の酸化亜鉛を一旦還
元し金属亜鉛の蒸気として選択的に揮発させ、該
金属亜鉛の蒸気を炉中を流れる空気により再酸化
させて亜鉛華を生成することを特徴とする製鋼煙
塵よりの亜鉛華製造方法。 ［作用］ 上記方法における処理の対象となる製鋼煙塵
は、平炉、電気炉から発生するもの、高炉から発
生するものの両方である。平炉、電気炉から発生
する製鋼煙塵は、その原料鉄屑の等級品質や製鋼
法の違いから、若干の差異はあるが、その含有成
分および標準品位は概ね表−１の通りであり、発
生量は生産粗鋼毎屯当り１〜２％程度である。

【表】

【表】 現在、運搬上の便宜から、製鋼煙塵は発生工場
で２〜５mm径の粒状ペレツト化されているので、
４〜７％の水分を含有している。 また、高炉から発生する製鋼煙塵は、現状では
亜鉛含有率が低いことから亜鉛華製造のための原
料としては使用されていないが、以下に述べる如
く本発明方法による高効率の亜鉛華製造により、
今後は十分に本発明の処理対象となり得る。高炉
から発生する製鋼煙塵の標準品位は、概ね表−２
に示す通りである。

【表】

【表】 本発明においては、上記のような製鋼煙塵が、
まず添加物に加えることなく、常圧にて800℃〜
1100℃に加熱され、該温度下で空焼きされる、空
焼き時間は約30分〜90分程度が適当である。空焼
きは、第１段加熱炉の一端側から製鋼煙塵が投入
され、該第１段加熱炉内を製鋼煙塵が他端側へと
移送される間に、行われる。この第１段加熱炉お
よび後述の第２段加熱炉としては、回転炉（ロー
タリキルン）が此ましく、とくに少し傾斜させた
回転炉が好ましい。このような回転炉を用いるこ
とにより、一端側から投入された製鋼煙塵は、炉
の回転に伴ない自然に他端側へと移送される。通
常一般にはバツチ式の炉が用いられるが、上記の
ような回転炉により連続的な処理が可能になる。
この空焼きにおいては、製鋼煙塵中の鉛、カドミ
ウム、塩素等が選択的に揮発され、該揮発物は加
熱雰囲気下で大部分が酸化鉛となり、一部が塩化
鉛、酸化カドミウム、塩化カドミウム、食塩
（NaCl）となつて、第１段加熱炉に接続された第
１段回収装置に補集されて回収される。製鋼煙塵
中に含有されていた亜鉛、鉄は、揮発することな
く残存し、空焼鉱として第１段加熱炉の他端側か
ら取り出され、後述の第２段処理の原料とされ
る。 上記空焼き中の揮発において、鉛、カドミウ
ム、塩素が選択的に揮発され、亜鉛、鉄が残存す
るのは次のような理由によるものと考えられる。
製鋼煙塵中の塩素は、その大部分が他の塩化物を
作らずNaClの形で残存していることが本発明者
による調査で判明しており、このNaClの一部と、
製鋼煙塵中に酸化物として含有されているPbO、
CdOとが、塩化物を生成する反応を呈し、該反応
が鉛、カドミウム、塩素の揮発を促進するものと
考えられる。このことは原料の製鋼煙塵を予め温
洗してNaClを除去すると、NaClが失われた試料
からは鉛、カドミウム、塩素が揮発しにくくなる
という実験結果により確かめられた。 上記塩化物を生成する反応を、PbO、CdO、
ZnO、Fe₂O₃について示せば次の通りである。△
G°₁、△G°₃、△G°₄は、各反応における標準自由
エネルギ変化を示している。 PbO＋2NaCl ＝PbCl₂＋Na₂O（△G°₁） …………(1) CdO＋2NaCl ＝CdCl₂＋Na₂O（△G°₂） …………(2) ZnO＋2NaCl ＝ZnCl₂＋Na₂O（△G°₃） …………(3) 1/2Fe₂O₃＋3NaCl＝FeCl₃＋3/2Na₂O（△G°₄
）…………(4) また、各温度における標準自由エネルギ変化
（Cal）は表−３に示す通りである。

【表】 上記(1)(2)(3)(4)式においては、表−３における△
G°の値が小さい程反応は右に進み易いので、
CdOが最も塩化され易く、PbOはそれよりも僅か
に塩化されにくく、ZnO、Fe₂O₃はPbO、CdOに
比べはるかに塩化されにくい。そのため、前述の
温度における空焼きにおいては、上記(1)(2)式の反
応は活発に起こるが、(3)(4)式の反応は殆んど起き
ないことになる。この(1)(2)式の反応が、製鋼煙塵
中のPb、Cd、Cl成分の揮発を促進する役目を果
たすと考えられ、後述の実施例における具体的デ
ータに示される如く、現実に空焼焼鉱中にはPb、
Cd、Clの成分が殆んどなく、Zn、Fe成分が多量
に残存している。 このように第１段処理にて生成された空焼焼鉱
は、鉛、カドミウム、塩素成分が除去されて殆ん
ど含まれず、残存する亜鉛、鉄の含有率が高めら
れたものとして取り出され、第２段処理に送られ
る。 第２段処理においては、上記空焼焼鉱に還元剤
としてコークスが混入される。コークスの混合比
は、約30重量％程度が適当である。混合物は、第
２段加熱炉に投入され、900℃〜1100℃に加熱さ
れ該温度に保持される。保持時間は、約30分〜90
分程度が適当である。 この加熱においては、空焼焼鉱中の酸化亜鉛
は、コークスによつて還元され、鉄との金属蒸気
圧の差により、金属亜鉛蒸気として選択的に揮発
される。そして、酸化雰囲気中で、たとえば同時
に炉内に吹き込まれた適当な空気により、直ちに
再酸化されて純白の亜鉛華が生成される。この際
金属亜鉛蒸気の再酸化される時発生する発熱も有
効に利用される。該亜鉛華は、第２段加熱炉に接
続された第２段回収装置に補集され、目標とする
亜鉛華が得られる。 得られる亜鉛華は、第１段処理において既に
鉛、カドミウム、塩素と分離された空焼焼鉱か
ら、更に第２段処理において金属蒸気圧の差を利
用して鉄と選択分離されたものであるから、純度
は非常に高く、アメリカ法により製造される亜鉛
華規格を凌駕し、フランス法亜鉛華に匹敵するも
のである。 本発明方法における必要エネルギーは、主とし
て製鋼煙塵とコークスを所定温度まで加熱するの
に消費される分と、酸化亜鉛の還元に消費される
分の２つである。しかし、後者においては、生成
する亜鉛蒸気と一酸化炭素は二次空気によつて最
終的に亜鉛華と二酸化炭素に酸化されるために再
び発熱し、結果としてはコークスが燃焼して二酸
化炭素になるときのエネルギーに相当する分が過
剰に発生する。このエネルギーは生成する亜鉛華
１Kg当り1160KCalに達し、これを有効に回収し
て装入物又は重油バーナー用一次空気の加熱に利
用すれば、エネルギー消費を大巾に下げることが
できる。なお、コークスの一部は酸化鉄の還元に
も消費されるが、金属に還元されると直ちに蒸気
となつて反応系外に去つて行く亜鉛の場合と比較
して、酸化鉄の還元は非常に緩やかである。 従来法では第１段の加熱で生成する粗酸化亜鉛
中の不純物を水洗と第２段加熱によつて除去して
から第３段の亜鉛華製造工程に回すため、加熱回
数は３回となり、コークス混入工程も２回必要で
ある。その上、第１段の粗酸化亜鉛回収工程では
塩素分の揮発が著しいために有効な熱回収は困難
で、本法の２倍量のコークスを使用する割にはそ
の燃焼熱を効果的に利用することができない。こ
れに対して、本発明方法では、第１段処理におい
て最初に鉛、カドミウム、塩素成分と亜鉛、鉄が
残存する空焼焼鉱とに分離し、第２段処理におい
て、空焼焼鉱から亜鉛成分を選択分離する方法で
あるから、２段階処理ですみ、全体のプロセスが
簡略化される。また、コークス混入工程も１回だ
けでよい。そして、加熱等が２段でよく、金属亜
鉛蒸気の再酸化および一酸化炭素の燃焼による発
熱も利用出来るので、亜鉛華生成までの使用エネ
ルギーは前述の３段の従来法に比べ約2/3以下に
なり、大幅に節減される。 なお、第２段処理において第２段加熱炉から取
り出される焼鉱滓は、鉄含有率が大幅に高められ
た形であるので、高炉操業における焼結鉱その他
の原料として利用可能である。 ［実施例］ 以下に、本発明の望ましい実施例を図面を参照
して説明する。 第１図および第２図は、本発明方法を実施する
ための装置の概略機器系統を示している。図にお
いて、第１図の１は第１段処理装置全体、第２図
の２は第２段処理装置全体を示している。第１段
処理装置１は、第１段加熱炉としてのロータリキ
ルン３と、該ロータリキルン３に導管４を介して
接続された第１段回収装置としての洗滌塔５を有
している。ロータリキルン３の加熱源としては重
油又は灯油が用いられ、これとともに空気が吹き
込まれるようになつている。ロータリキルン３の
一端側から吹き込まれた加熱空気はロータリキル
ン３内を通過した後、導管４を経て洗滌塔５を通
過し、排気として排出される。 第２段処理装置２も略同様の装置構成からな
り、第２段加熱炉としてのロータリキルン６、ロ
ータリキルン６に導管７を介して接続された第２
段回収装置８を有している。ロータリキルン６の
加熱源としては重油又は灯油が用いられ、これと
ともに空気が吹き込まれ、加熱空気は第２段回収
装置８を通過した後排気される。ロータリキルン
３，６は、原料導入口側３ａ，６ａが他端側３
ｂ，６ｂよりも少し高位になるよう傾けて設置さ
れている。ロータリキルン３，６では、回転数の
調整が可能となつており、導入口３ａ，６ａより
投入された原料は、内部を他端側３ｂ，６ｂに向
けて移送されるが、その速度、つまり炉内滞留時
間は回転数により調整可能となつている。 このような装置を用いて、次のように亜鉛華の
製造を行つた。 まず、原料として用いた製鋼煙塵は、電気炉か
ら発生したものであり、その品位は表−４に示す
通りである。

【表】 この製鋼煙塵を、添加物を加えることなくロー
タリキルン３の導入口３ａから連続的に投入し、
炉内を排出口３ｂ側に向けて移送させつつ炉内で
800℃〜1100℃に加熱し、その温度で約60分の空
焼き時間になるようロータリキルン３の回転数を
調整した。製鋼煙塵が炉内を通過する間に、鉛、
カドミウム、塩素が揮発し、揮発物は洗滌塔５に
て、酸化鉛、塩化鉛、酸化カドミウム、塩化カド
ミウム、食塩スライムとして回収された。そし
て、不揮発物として、亜鉛、鉄成分が残存する空
焼焼鉱が排出口３ｂから得られた。得られた空焼
焼鉱の各成分含有率は表−５に示す通りであり、
鉛、カドミウム、塩素が殆んど除去されていた。

【表】 次に上記空焼焼鉱をロータリキルン６の導入口
６ａより、約30重量％のコークスを混入した状態
で投入し、炉内で900℃〜1100℃に加熱するとと
もに、炉内滞留時間が約60分になるようロータリ
キルン６の回転数を調整した。この加熱中に金属
蒸気圧の差により亜鉛が選択的に揮発し、他端側
から吹き込まれた加熱空気により揮発した金属亜
鉛蒸気が再酸化されて亜鉛華が生成され、生成さ
れた亜鉛華は空気とともに第２段回収装置に送ら
れ、純白の純度の高い亜鉛華として回収された。
この際の金属亜鉛蒸気の再酸化時の発熱はエネル
ギー節約に充分貢献した。 亜鉛成分の揮発した空焼焼鉱は、焼鉱滓として
排出口６ｂより排出された。得られた亜鉛華の含
有成分は表−６に示す通りであり、フランス法に
より製造される亜鉛華の規格に匹敵するだけの高
純度のものが得られた。

【表】 また、残留焼鉱滓の含有成分は表−７に示す通
りであり、亜鉛、鉛、カドミウムが高効率で揮発
されたことがわかる。

【表】 この焼鉱滓は、前述の如く鉄の含有量が大幅に
高められたものであるから、焼結鉱等の原料とし
て使用可能である。 ［発明の効果］ 本発明の製鋼煙塵よりの亜鉛華製造方法によれ
ば、製鋼煙塵中に共存するNaClの作用を積極的
に利用し鉛、カドミウム、塩素を揮発させる、
FeO、ZnOから成る空焼焼鋼を得る第１段処理
と、空焼焼鋼とコークスとを混合して加熱し金属
蒸気圧の差を利用して選択的に酸化亜鉛を還元し
て金属亜鉛として揮発させ再酸化させて亜鉛華を
得る第２段処理との２段階処理により亜鉛華を得
るようにしたので、従来法に比べプロセス、装置
を大幅に簡素化することができ、必要使用エネル
ギーを大幅に節減するとともに、設備費を大幅に
削減することができ、経済的な亜鉛華の製造を行
うことができるという効果が得られる。したがつ
て、平炉、電気炉から発生する製鋼煙塵はもとよ
り従来全く未利用資源であつた高炉からの製鋼煙
塵の有効活用も可能となる。 また、ZnOとFeOの揮発温度が大きく異なるの
で、高精度にZnOを抽出でき、得られる亜鉛華は
フランス法亜鉛華の規格に匹敵するものであり、
製品品位を大幅に高めることができるという効果
も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置の
うち第１段処理装置の概略機器系統図、第２図は
第２段処理装置の概略機器系統図、である。 １……第１段処理装置、２……第２段処理装
置、３……第１段加熱炉としてのロータリキル
ン、４，７……導管、５……第１段回収装置とし
ての洗滌塔、６……第２段加熱炉としてのロータ
リキルン、８……第２段回収装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 製鋼時に発生した酸化鉄、酸化亜鉛、酸化
   鉛、酸化カドミウム、塩化ナトリウムを含む製鋼
   煙塵を、還元剤コークスを加えることなく単味で
   800℃〜1100℃に加熱して空焼きすることにより、
   製鋼煙塵中の酸化鉛、酸化カドミウム、塩化ナト
   リウムを選択的に揮発させ、酸化亜鉛、酸化鉄が
   残存する空焼焼鉱を生成し、 次に該空焼焼鉱を、還元剤コークスと混合して
   900℃〜1100℃に加熱することにより、空焼焼鉱
   中の酸化亜鉛を一旦還元し金属亜鉛の蒸気として
   選択的に揮発させ、該金属亜鉛の蒸気を炉中を流
   れる空気により再酸化させて亜鉛華を生成するこ
   とを特徴とする製鋼煙塵よりの亜鉛華製造方法。