JP2009006273A

JP2009006273A - 微粒混合物の湿式磁気分離方法

Info

Publication number: JP2009006273A
Application number: JP2007170586A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Yoshinaga; 陽一吉永; Yoshiaki Nishina; 慶晃西名; Seiji Enoeda; 成治榎枝; Hiroshi Yamamoto; 浩山本; Shigeki Fujiwara; 茂樹藤原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】磁性粒子と非磁性粒子が混合している微粒混合物（例えば、鉄分含有粒子と非鉄分粒子が混合している転炉ダスト）に対して、的確に精度良く磁気分離を行うことができる微粒混合物の磁気分離方法を提供する。
【解決手段】あらかじめ転炉ダストを水中で攪拌（湿式攪拌）することによって個々の粒子に解砕した後、磁力が異なる２段の磁気選別によって、強磁性ダスト（ＦｅＯ粒子等）と弱磁性ダスト（Ｆｅ_２Ｏ_３粒子）と非磁性ダスト（ＺｎＯ粒子）に分離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細粒子が混ざり合っている混合物（微粒混合物）を選別分離する方法に関するものであり、例えば、製鉄所プロセスにおける製銑工程や製鋼工程等で発生するダスト廃棄物（製鉄ダスト）について、鉄分含有粒子（ＦｅＯ粒子等）と非鉄分粒子（酸化亜鉛粒子等）を選別分離して、製鉄原料として再利用可能なダストとする方法に関するものである。

通常、製銑工程で発生するダスト廃棄物（製銑ダスト、高炉ダスト）や製鋼工程で発生するダスト廃棄物（製鋼ダスト、転炉ダスト）は、以下のように処理されている。なお、高炉ダストおよび転炉ダストとも基本的な処理工程は同様なので、ここでは、転炉ダストを例に説明する。

転炉ダストは、転炉排ガスの集塵ダストであり、転炉排ガスを水噴してダストを湿式集塵し、その集塵水を沈殿槽で凝集して、フィルターなどで濾化脱水し、製鉄原料（焼結原料）等として再資源化・再利用されている。

この転炉ダストは、大部分が鉄分であり、強磁性体のＦｅ粒子、ＦｅＯ粒子、Ｆｅ_３Ｏ_４粒子から成り、一部、弱磁性体のＦｅ_２Ｏ_３粒子が含まれているとともに、転炉原料に利用したスクラップに由来する酸化亜鉛粒子（ＺｎＯ粒子）が存在する。従来は、転炉でのスクラップ利用は比較的少なかったため、転炉ダスト中の亜鉛濃度が低く、そのまま焼結原料等として活用されていた。

しかし、今後、スクラップの利用量が増加するようになった場合、転炉ダスト中に混入する酸化亜鉛粒子の量が増加して、転炉ダスト中の亜鉛濃度が高くなり、そのままでは転炉ダストを製鉄原料として再利用できなくなる恐れがある。すなわち、亜鉛は焼結機や高炉の運転に障害をもたらすからである。

この問題に対して、ロータリーキルン炉や回転炉床炉を用いて、転炉ダスト等にコークスなどの還元剤を添加して、転炉ダスト等を高温下で還元し、亜鉛を金属蒸気として除去、回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、転炉ダクトのガス通過系に磁気印加した筐体を設置して、転炉ダストを乾燥状態（乾式）で磁気選別し、磁性粒子（ＦｅＯ粒子等）と非磁性粒子（酸化亜鉛粒子等）を分離する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平０９−２２２２１７号公報特開昭５８−００６２５２号公報

前記特許文献１に記載されているような、ロータリーキルン炉や回転炉床炉を用いて、製鉄ダスト中の酸化亜鉛を加熱還元処理して、蒸発亜鉛を回収する方法は、時間処理能力１トンを超える大量のダスト処理を行うことは適しているが、運転に伴い、炉やダクト壁面に付着物が堆積し、メンテナンスコストがかかってしまう。そのため、加熱還元処理するダスト量を事前に減らすことが求められている。

加熱還元処理するダスト量を事前に減らす方法として、前記特許文献２に記載されているような、製鉄ダストを乾燥状態で磁気選別する方法が考えられる。

しかし、転炉ダストの性状を解析したところ、図３（ａ）に示すように、転炉ダスト中の個々のＺｎＯ粒子および鉄分含有粒子（ＦｅＯ粒子等）の平均粒径は１〜２μｍであるが、乾燥状態では、図３（ｂ）に示すように、それらの粒子が凝集して数１０〜１００μｍの粒径の２次粒子が形成されることが分かった。なお、高炉ダストについても、同様であり、個々の粒子の平均粒径は１０〜２０μｍであるが、乾燥状態では凝集して２次粒子が形成される。

したがって、このように個々の微細粒子が凝集して２次粒子が形成された状態では、磁性粒子（ＦｅＯ粒子等）と非磁性粒子（酸化亜鉛粒子）とに的確に磁気分離することは困難である。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、磁性粒子と非磁性粒子が混合している微粒混合物（例えば、鉄分含有粒子と非鉄分粒子が混合している製鉄ダスト）に対して、的確に精度良く磁気分離を行うことができる微粒混合物の磁気分離方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］磁性粒子と非磁性粒子が混合している微粒混合物を磁気分離する方法であって、あらかじめ微粒混合物を湿式攪拌によって解砕してから、当該微粒混合物を磁気選別によって磁性粒子と非磁性粒子とに分離することを特徴とする微粒混合物の湿式磁気分離方法。

［２］前記磁気選別による分離が、磁力の同じ及び／又は異なる複数の磁気選別による分離であることを特徴とする前記［１］に記載の微粒混合物の湿式磁気離方法。

本発明においては、あらかじめ微粒混合物を湿式攪拌によって解砕してから磁気選別を行うようにしているので、乾燥状態では２次粒子に凝集していた微粒混合物が個々の微細粒子に分解・分散された状態で磁気選別されることとなり、的確に精度良く磁性粒子と非磁性粒子に分離することができる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、転炉ダストを例にして述べる。

図１は、本発明の一実施形態における転炉ダストの湿式磁気分離方法の処理フローを示すものであり、図２は、その処理フローを模式的に示したものである。

前述したように、転炉ダストは、大部分が鉄分であり、強磁性体のＦｅ粒子、ＦｅＯ粒子から成り、一部、弱磁性体のＦｅ_２Ｏ_３粒子が含まれているとともに、非磁性体の酸化亜鉛粒子（ＺｎＯ粒子）が存在する。そして、乾燥状態では、個々の粒子が凝集して２次粒子が形成される。

そこで、この実施形態においては、あらかじめ転炉ダストを水中で攪拌（湿式攪拌）することによって個々の粒子に解砕した後、磁力が異なる２段の磁気選別によって、強磁性ダスト（ＦｅＯ粒子等）と弱磁性ダスト（Ｆｅ_２Ｏ_３粒子）と非磁性ダスト（ＺｎＯ粒子）に分離するようにしている。

すなわち、図１、図２に示すように、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ８）の手順によって分離処理を行っている。

（Ｓ１）転炉から発生する排ガスを湿式集塵して、転炉ダストを回収する。

（Ｓ２）その集塵水を沈殿槽で凝集させる。

（Ｓ３）凝集させた転炉ダストをホッパー１１に投入し、ホッパー１１内に注水して、湿式攪拌する。これによって、転炉ダストが個々の粒子に解砕される。なお、攪拌はフロペラや循環流や超音波等によって行う。また、湿式攪拌して解砕した後、必要に応じて、再凝集を抑止するための薬品を投入してもよい。

（Ｓ４）そして、湿式攪拌により解砕された懸濁状態の転炉ダストを定常装入機構（ここでは、薄流水型振動供給機）１２によって低磁力選別機（弱磁力分離機）１３に装入する。ちなみに、薄流水型振動供給機は、傾斜面に薄く水を流しながら振動を加えることによって、定常的に所定量を供給する装置である。

（Ｓ５）低磁力選別機１３において、低磁力（例えば、１０００Ｇ）のもとで磁力選別を行う。これによって、低磁力選別機１３の磁着物として強磁性ダスト（ＦｅＯ粒子等）が分離される。

（Ｓ６）次に、強磁性ダスト（ＦｅＯ粒子等）が分離された後の懸濁状態の転炉ダストを沈殿槽で凝集させた後、再度湿式攪拌して解砕する。ただし、必要がなければ、この工程は省いてもよい。

（Ｓ７）そして、懸濁状態の転炉ダストを定常装入機構（ここでは、薄流水型振動供給機）１４によって高磁力選別機（強磁力分離機）１５に装入する。

（Ｓ８）高磁力選別機１５において、高磁力（例えば、３０００Ｇ）のもとで磁力選別を行う。これによって、高磁力選別機１５の磁着物として弱磁性ダスト（Ｆｅ_２Ｏ_３粒子）が分離され、非磁着物として非磁性ダスト（ＺｎＯ粒子）が抽出される。

このようにして、この実施形態においては、あらかじめ転炉ダストを湿式攪拌によって解砕してから磁気選別を行うようにしているので、乾燥状態では２次粒子に凝集していた転炉ダストが個々の微細粒子に分解・分散された状態で磁気選別されることとなり、的確に強磁性ダスト（ＦｅＯ粒子等）と弱磁性ダスト（Ｆｅ_２Ｏ_３粒子）と非磁性ダスト（ＺｎＯ粒子）に分離することができる。

なお、この実施形態においては、低磁力選別機１３によって強磁性ダスト（ＦｅＯ粒子等）を選別分離することで、非磁性ダスト（ＺｎＯ粒子）の混入を防止して、製鉄原料の回収純度の向上を図るとともに、その後の高磁力選別機１５によって弱磁性ダスト（Ｆｅ_２Ｏ_３粒子）を選別分離することで、製鉄原料の回収率の向上を図っているが、このような２段の磁気選別に限定されるものではなく、適宜必要な段数の磁気選別を行うようにすればよい。その際、前段の磁力と後段の磁力が同じ場合や、前段の磁力と後段の磁力が異なっている場合、あるいは両者が組み合わさっている場合等によって磁気選別を行うことができる。すなわち、磁力の同じ及び／又は異なる複数段の磁気選別によって分離するようにしてもよい。

また、ここでは、転炉ダストを例にして説明したが、高炉ダストにも同様に適用することができる。さらに、高炉ダストと転炉ダストを混合したダストにも適用することができる。また、製鉄ダストだけでなく、電気炉ダストに対しても用いることができる。

すなわち、乾燥状態では磁性粒子と非磁性粒子が凝集しているような微粒混合物に対して本発明を適用することによって、磁性粒子と非磁性粒子を的確に分離することができる。

上記の本発明の一実施形態に基づいて、転炉ダストの湿式磁気分離処理を行った。その結果を表１に示す。なお、処理前の転炉ダストのＺｎ濃度は１．０％であった。また、低磁力選別機１３の磁力は１０００Ｇとし、高磁力選別機１５の磁力は３０００Ｇとした。

表１に示すように、低磁力選別機の磁着物として強磁性ダスト（ＦｅＯ粒子等）を分離することによって、転炉ダストの９１．３％をＺｎ濃度０．４％に希薄化して回収することができた。

そして、上記のように低磁力選別機によって転炉ダストの主な組成である強磁性ダストが分離回収されたので、残ったダスト量が１０％程度になり、より希薄な懸濁状態になった。したがって、解砕・分散性が上がり、個々の粒子が一層分散された状態で、高磁力選別機に供給された。

そして、高磁力選別機の磁着物として、転炉ダストの６．７％がＺｎ濃度０．７％に希薄化して回収されるとともに、高磁力選別機の非磁着物として、転炉ダストの２．１％がＺｎ濃度２６．５％に濃縮して回収された。

このようにして、焼結機等の運転に障害をもたらす亜鉛の濃度を希薄化したダストを得ることができ、これによって、転炉ダストを製鉄原料として有効に再利用することが可能であることを確認することができた。

また、亜鉛濃度を２６．５％に濃縮して回収することができたことから、亜鉛資源として再利用できる可能性があることが示された。

本発明の一実施形態における転炉ダストの湿式磁気分離方法の処理フローを示す図である。図１の処理フローを模式的に示した図である。転炉ダストの粒子に状態を示した図である。

符号の説明

１１ホッパー
１２薄流水型振動供給機
１３低磁力選別機（弱磁力分離機）
１４薄流水型振動供給機
１５高磁力選別機（強磁力分離機）

Claims

磁性粒子と非磁性粒子が混合している微粒混合物を磁気分離する方法であって、あらかじめ微粒混合物を湿式攪拌によって解砕してから、当該微粒混合物を磁気選別によって磁性粒子と非磁性粒子とに分離することを特徴とする微粒混合物の湿式磁気分離方法。
前記磁気選別による分離が、磁力の同じ及び／又は異なる複数の磁気選別による分離であることを特徴とする請求項１に記載の微粒混合物の湿式磁気離方法。