回収方法及び回収装置
【課題】 高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる回収方法及び回収装置を提供すること。
【解決手段】 製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱し、融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を前記高炉スラグから分離して除去し、前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点（例えばＡｌ２Ｏ３の融点）未満の温度まで加熱し、ＴｉＯ２を前記高炉スラグから分離して酸化物のまま回収するものである。
【解決手段】 製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱し、融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を前記高炉スラグから分離して除去し、前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点（例えばＡｌ２Ｏ３の融点）未満の温度まで加熱し、ＴｉＯ２を前記高炉スラグから分離して酸化物のまま回収するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される残渣（高炉スラグ）から酸化チタン（ＴｉＯ２）を分離して回収する回収方法及び回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、製鉄用の溶鉱炉から高炉スラグが産業廃棄物として大量に排出される。高炉スラグは、鉄鉱石酸化物やこれとともに溶鉱炉に投入される脱酸剤、還元剤の酸化物、硫化物等が含まれる。産業廃棄物として捨てられる高炉スラグの中には、１０％前後のＴｉＯ２が含有される場合がある。
【０００３】
本発明は、高炉スラグからＴｉＯ２を分離して回収するものであるが、直接的に関連する技術を発見することはできなかった。本発明に関連する技術として、特許文献１〜特許文献５を挙げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１８８８３３号公報
【特許文献２】特開平１０−１３００４１号公報
【特許文献３】特開平１１−１９６２５号公報
【特許文献４】特開２００７−８５５６１号公報
【特許文献５】特開２００９−１２７０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収できれば、産業廃棄物としての高炉スラグを資源として有効に活用することでき、また不足するレアメタルのＴｉを補い、しかも産業廃棄物の量を減らすこともできる。
従って、本発明の目的は、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる回収方法及び回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る回収方法は、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱し、融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を前記高炉スラグから分離して除去し、前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点（例えばＡｌ２Ｏ３の融点）未満の温度まで加熱し、ＴｉＯ２を前記高炉スラグから分離して酸化物のまま回収するものである。
【０００７】
ＴｉＯ２が含まれる物質から例えば真空蒸発によりＴｉＯ２を回収しようとした場合、物質をＴｉＯ２の融点付近まで加熱する必要があるが、ＴｉＯ２の融点は非常に高温であることから、加熱に莫大なエネルギーを必要とし、ＴｉＯ２を効率よく回収することはできない。本発明者らは、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグには多量のＴｉＯ２が含めれており、しかもこのような高炉スラグは溶鉱炉から排出された時点で非常に高温の状態にある、という高炉スラグ特有の事情に着目した。すなわち、本発明は、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのまま回収処理に用いることで、処理対象物である高炉スラグの加熱に要するエネルギーを極力小さくすることができる。従って、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。
【０００８】
また、高炉スラグよりＴｉとして回収しようとすると、Ｔｉが酸化しないように回収のための処理領域をほとんど真空にする必要があるが、処理領域を真空にするためのエネルギーを莫大に要し、また処理領域を高度に気密にするための設備が大掛かりになる、などの問題がある。そこで、本発明は、ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収している。従って、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。
【０００９】
本発明に係る回収方法では、前記ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する工程は、前記高炉スラグから分離されたＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、ＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させ、沈殿物を回収してもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末が回収可能となる。
【００１０】
本発明に係る回収方法では、前記ＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させる工程は、ＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、遠心力を使ってＴｉＯ２の微粉末を集塵し、集塵したＴｉＯ２の微粉末にシャワーを噴出して前記液体に沈殿させてもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末の回収を効率よく行うことができる。
【００１１】
本発明に係る回収方法では、前記融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を高炉スラグから分離して除去する工程及び前記ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する工程は、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲の減圧下又は常圧下において行ってもよい。
【００１２】
これにより、ポンプの台数を少なくでき、設備費が安く、使用電力量が少なくすることができ、安価なエネルギー代となる。すなわち、本発明によれば、設備費が安くなりランニングコストが安くなる。そればかりか、メンテナンスも容易となる。
なお、前記融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を高炉スラグから分離して除去する工程は、前記物質を構成する各金属酸化物及び硫化物を、低減圧で、各金属酸化物及び硫化物ごとにそれぞれの融点で別々に分離して回収してもよい。
【００１３】
本発明の別形態に係る回収装置は、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱する第１の炉と、前記加熱により高炉スラグから蒸発した物質を前記第１の炉より除去する手段と、前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点（例えばＡｌ２Ｏ３の融点）未満の温度まで加熱する第２の炉と、前記加熱により高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２を酸化物のまま回収する手段とを具備する。
【００１４】
本発明では、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのまま回収処理に用いることで、処理対象物である高炉スラグの加熱に要するエネルギーを極力小さくすることができる。従って、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。また、本発明では、ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収しているので、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。
【００１５】
本発明に係る回収装置は、前記回収手段は、前記高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させるための液体槽を有し、前記液体槽は、液面が外部に露出する沈殿物回収部を有してもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末が回収可能となる。
【００１６】
本発明に係る回収装置は、前記液体槽の液体内に配置され、前記液体槽に沈殿した沈殿物を前記沈殿物回収部を介して外部に運ぶためのコンベアを有していてもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末を装置を連続運転しながら回収可能となる。
【００１７】
本発明に係る回収装置は、前記液体槽の液面の上部に配置され、ＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、遠心力を使ってＴｉＯ２の微粉末を集塵する遠心分離手段と、前記集塵したＴｉＯ２の微粉末にシャワーを噴出して前記液体に沈殿させるシャワー手段とを有していてもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末の回収を効率よく行うことができる。
本発明に係る回収装置は、前記第１及び第２の炉は、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲の減圧下又は常圧下としてもよい。
これにより、ポンプの台数を少なくでき、設備費が安く、使用電力量が少なくすることができ、安価なエネルギー代となる。すなわち、本発明によれば、設備費が安くなりランニングコストが安くなる。そればかりか、メンテナンスも容易となる。
【００１８】
本発明に係る回収装置は、前記回収手段によりＴｉＯ２が回収された後の高炉スラグを冷却する水槽冷却室と、前記水槽冷却室の沸騰水を利用して発電する発電装置とをさらに具備してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る回収装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した第１及び第２の液体回収装置を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る回収方法を示すフロー図である。
【図４】高炉スラグの成分表である。
【図５】高炉スラグを構成する成分の融点及び沸点を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る回収装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、回収装置１０は、予熱炉１１と、均熱炉１２と、第１の減圧蒸発炉１３と、第２の減圧蒸発炉１４と、移動室１５と、水槽冷却室１６とを有する。予熱炉１１、均熱炉１２、第１の減圧蒸発炉１３、第２の減圧蒸発炉１４、移動室１５及び水槽冷却室１６は、この順番に接続された連続炉を構成している。これらの間は、それぞれ開閉扉により開閉可能に仕切られている。予熱炉１１には、処理対象物である高炉スラグが搬入される搬入口が設けられている。水槽冷却室１６には、処理後の高炉スラグが搬出される搬出口が設けられている。
【００２３】
高炉スラグには、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴＦｅ、Ｓなどが含めれており、各成分の実測結果を図４に示す。また、各成分の融点と沸点は図５に示すとおりである。
【００２４】
高炉スラグは例えばトレーの上に搭載され、そのトレーは搬送手段により搬入口から搬入され、予熱炉１１、均熱炉１２、第１の減圧蒸発炉１３、第２の減圧蒸発炉１４、移動室１５、水槽冷却室１６の順番に運ばれ、搬出口から搬出される。つまり回収装置１０は、処理対象物をバッチ式に処理する。
【００２５】
第１の減圧蒸発炉１３には第１の液体回収装置２１が接続され、その第１の液体回収装置２１には第２の液体回収装置２２、フィルター２３、真空ポンプ（油回転ポンプ）２４がその順に接続されている。同様に、第２の減圧蒸発炉１４には、第１の液体回収装置３１が接続され、その第１の液体回収装置３１には第２の液体回収装置３２、フィルター３３、真空ポンプ３４がその順に接続されている。
【００２６】
予熱炉１１は、溶鉱炉から排出された高炉スラグが冷却処理されることなくそのまま直接搬入される炉であり、そのための開閉扉を有する搬入口と搬出口とが備えられている。ここで、予熱炉１１、均熱炉１２、移動室１５及び水槽冷却室１６では減圧下ではなく常圧で処理対象物を処理する。ここで、冷却処理とは、積極的に高炉スラグを冷却する場合ばかりでなく、高炉スラグをある程度大気中に放置して高炉スラグの温度低下を意図する場合なども含む。
【００２７】
予熱炉１１、均熱炉１２、第１の減圧蒸発炉１３、第２の減圧蒸発炉１４は、超高温になるので、炉体は二重壁構造となっている。二重壁間の空間は減圧して対流、伝導などによる熱の伝達を抑えている。これにより、炉１１〜１４は、炉体外側表面温度を８０℃以下にし、放熱を防ぎ、省エネルギーを実現し、更には安全性の向上を図っている。
予熱炉１１は、高炉スラグを１０００℃程度に加熱するための手段として例えばガス加熱や油加熱装置を有する。
【００２８】
均熱炉１２は、予熱炉１１より搬入された高炉スラグを１７００℃程度に加熱するための手段として電気抵抗ヒータ加熱、低周波加熱、プラズマ加熱装置などを有する。
【００２９】
第１の減圧蒸発炉１３は、均熱炉１２で１７００℃程度に加熱されたスラグを搬入されたスラグをＴｉＯ２の融点よりも低い温度、例えば１８５０℃まで加熱する。加熱手段としては、電気抵抗ヒータ加熱、低周波加熱、プラズマ加熱装置などがある。これにより、ＴｉＯ２より融点の低いＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質が蒸発し、高炉スラグから分離される。第１の減圧蒸発炉１３内は、ある程度の減圧状態とすることが好ましいが、常圧であっても構わない。その範囲は１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（常圧、低減圧）程度が好ましい。
図２は図１に示した第１及び第２の液体回収装置２１、２２の構成を示す断面図である。
【００３０】
図２に示すように、第１の液体回収装置２１は、第１の減圧蒸発炉１３と例えば配管２５で繋がっている。第１の液体回収装置２１内を真空ポンプ２４で引くことで、配管２５を介して、第１の減圧蒸発炉１３で１８５０℃まで加熱されて高炉スラグから蒸発したＳｉＯ２，Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質（微粉末）を含む気体を第１の液体回収装置２１内に引き込むことができる。
【００３１】
ここで、回収物であるＳｉＯ２，Ｆｅ酸化物などは超微細な金属酸化物（微粉末）である。従って、この回収には非常に困難が伴う。本実施形態に係る第１の液体回収装置２１では、これらの微粉末を回収するために、以下の技術を採用した。
【００３２】
第１の液体回収装置２１は、真空オイルを主成分とする液体が貯められた液体槽２１１と、その液体槽２１１の一部を内部に減圧空間を形成するように覆う液体回収本体２１２と、液体槽内沈殿物を液体槽外へ搬送する自動コンベア２１３とを有する。液体槽２１１は、液体回収本体２１２により覆われた部分以外は外部に出ており、大気中に液面の一部がある。
【００３３】
液体回収本体２１２は側壁２１４と天井２１５を有し、側壁２１４に第１の減圧蒸発炉１３からの配管２５が接続されており、天井２１５には液体回収本体２１２内に液体槽２１１に貯められた液体と同一の液体を天井付近からシャワー状に噴射させるシャワー部２１６を有する。また、そのシャワー部２１６より下側で液面及び第１の減圧蒸発炉１３に接続された配管２５の液体回収本体２１２側開口より高い位置には、遠心分離装置２１７が設けられており、一端が第２の液体回収装置２２に接続され他端が当該天井２１５付近には、配管２１８が接続されている。
【００３４】
したがって、液体回収本体２１２内部の減圧空間に吸い込まれたＳｉＯ２，Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質（微粉末）は、遠心分離装置２１７により当該体回収本体２１２内部の内壁に向かって集塵される。そしてその集塵された物質（微粉末）は、天井２１５付近からの液体シャワーにより真空オイルを主成分とする液体が貯められた液体槽２１１へ落下させられ、液体槽内沈殿物となる。
【００３５】
また、自動コンベア２１３は、水平移動部分２１３ａと、斜め上方移動部分２１３ｂとを有し、水平移動部分２１３ａが液体回収本体２１２が覆う液体中を水平移動することで槽内沈殿物をコンベア上に回収し、斜め上方移動部分２１３ｂにより当該沈殿物を液体槽２１１の液面から外部へ運び出し、回収することができる。
【００３６】
さらに、液体回収本体部２１２は、液体槽２１１の液体により外気とは隔離されており、液体槽２１１が液体回収本体２１２内の液面で当該液体回収本体２１２内を減圧度に保つ役割をしている。
【００３７】
これにより、液体による真空シールであることで真空ポンプ２４を停止することなく沈殿物を回収することができる。このことは、装置の稼働を停止させることなく沈殿物の回収ができ、効率的で、ランニングコストも安価になる。
【００３８】
第２の液体回収装置２２は、第１の液体回収装置２１の液体回収本体２１２の天井２１５付近に配管２１８で接続されており、真空オイルを主成分とする液体が貯められた液体槽２２１と、その液体槽２２１の上部を内部に減圧空間を形成するように覆う液体回収本体２２２とを有する。なお、第２の液体回収装置２２の液体は第１の液体回収装置２１と同一の液体を用いることが好ましい。
【００３９】
液体回収本体２２２は、側壁２２２ａと天井２２２ｂを有し、側壁２２２ａに第１の液体回収装置２１からの配管２１８が接続されており、液体回収本体２２２内の液体槽２２１に貯められた液体と同一の液体を天井付近からシャワー状に噴射させるシャワー部２２３と、当該天井２２２ｂ付近にその一端が接続されフィルター２３に他端が接続された配管２２４とを有する。
液体回収本体２２２内はフィルター２３を介して真空ポンプ２４により１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒに減圧されている。
【００４０】
第１の液体回収装置２１は液体槽２１１を有するので、真空引きするときにこの液体槽２１１から来る液と第１の液体回収装置２１で取り切れない微粉末や分解ガスや有毒ガス、有害物など種々の物質が引き込まれる。このため、第１の液体回収装置２１とは別に本回収装置の真空ポンプ２４の前に粉末沈殿槽としての第２の液体回収装置２２を備えることとしたものである。
【００４１】
フィルター２３は、第２の液体回収装置２２で取り切れない微粉末や分解ガスや有毒ガス、有害物など種々の物質をろ過するものであり、第２の液体回収装置２２と真空ポンプ２４との間に配置されている。
【００４２】
真空ポンプ２４は、第１及び第２の液体回収装置２１、２２の液体回収本体２１２、２２２内を例えば４Ｔｏｒｒの減圧空間とする場合に、沸点とならない真空オイルを主成分とする液体を使用するためのものである。勿論、１台の真空ポンプ２４に限られるものではなく、例えばブースターポンプ等の油シール方法のポンプなどの複数の真空ポンプを直列に接続して使用できる。
【００４３】
この回収装置１０は、低減圧処理のため（１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ）、真空ポンプ２４のようなポンプの台数を少なくでき、設備費が安く、使用電力量が少なくすることができ、安価なエネルギー代となる。すなわち、本発明によれば、設備費が安くなりランニングコストが安くなる。そればかりか、メンテナンスも容易となる。なお、７６０Ｔｏｒｒ（常圧）に近い圧力で処理するときには、液体は水でも良いが、このときは真空ポンプ２４に代えて水シールの水封ポンプを使用する。その場合には、上記付帯装置設備は変わらない。
【００４４】
第２の減圧蒸発炉１４は、第１の減圧蒸発炉１３と移動室１５との間に配置されており、第１の減圧蒸発炉１３で１８５０℃に加熱された高炉スラグをＴｉＯ２の融点である１８７０℃以上で、Ａｌ２Ｏ３の融点未満の温度まで加熱する。第２の減圧蒸発炉１４内は、第１減圧蒸発炉１３と同様、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（常圧）に減圧される。
【００４５】
第２の減圧蒸発炉１４は、第１の減圧蒸発炉１３と同様、第１の液体回収装置３１と配管３５で繋がっている。これにより第２の減圧蒸発炉１４で１８７０℃以上で、Ａｌ２Ｏ３の融点未満の温度まで加熱された高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２の微粉末を含む気体を第１の液体回収装置３１に引き込み、高炉スラグから分離されたＴｉＯ２を酸化物のまま回収する。
【００４６】
ここで、第２の減圧蒸発炉１４に接続された第１の液体回収装置３１、第２の液体回収装置３２、フィルター３３、真空ポンプ３４は、構造的には第１の減圧蒸発炉１３に接続された第１の液体回収装置２１、第２の液体回収装置２２、フィルター２３、真空ポンプ２４と同じである。
【００４７】
ただし、第２の減圧蒸発炉１４に接続された第１の液体回収装置３１に配管３５を介して吸い込まれるのはＴｉＯ２の微粉末を含む気体である。回収される物質もＴｉＯ２である。
【００４８】
移動室１５は、第２の減圧蒸発炉１４と水槽冷却室１６との間に配置されており、第２の減圧蒸発炉１４から搬出される高炉スラグをある程度冷却して水槽冷却室１６に渡す役割を有する。
【００４９】
水槽冷却室１６は、移動室１５の後に配置されている。水槽冷却室１６には例えばトレーに載せられて搬入された高炉スラグを自動的に反転させて高炉スラグのみを冷却用水槽に落下させる落下装置が備えられている。この落下装置は、超高温スラグが一度に大量の水を貯える冷却用水槽に投入されると水が大きく膨張を起こし、水蒸気爆発を起こすので、少量ずつ落下するように例えば反転速度等を制御する。
【００５０】
次に、この回収装置１０によるＴｉＯ２の回収方法について説明する。
図３はＴｉＯ２の回収方法を示すフローチャートである。
【００５１】
製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出された高炉スラグを分離された状態から冷却することなくそのまま回収装置１０の予熱炉１１へ搬入し、空気中、常圧で１０００℃に高炉スラグを予熱する（ステップ３０１）。
次に、当該予熱炉１１で１０００℃に予熱された高炉スラグを均熱炉１２へ搬入し、空気中、常圧で１７００℃に加熱する（ステップ３０２）。
【００５２】
次に、均熱炉１２で１７００℃に加熱された高炉スラグを第１の減圧蒸発炉１３へ搬入し、当該第１の減圧蒸発炉１３内で１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（常圧）に減圧し、ＴｉＯ２の融点(１８７０℃)よりも低い温度に加熱する（ステップ３０３）。ここで、後述する物質のなかで一番高い融点はＳｉＯ２の１６５０℃であるので例えば１６８０℃から１８５０℃までの温度に加熱する。これにより、ＴｉＯ２より融点の低いＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質が蒸発し、高炉スラグから気体中に分離される（ステップ３０４）。
【００５３】
なお、ＳｉＯ２のみを回収する場合は、ＳｉＯ２の融点より低い融点のＦｅ酸化物、硫化物を上述と同じ様な方法で当該２成分を分離回収して、その後ＳｉＯ２のみを１６５０℃〜１８５０℃の温度と１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの圧力で単独で回収する。この様にすることにより高純度のＳｉＯ２が得られる。
【００５４】
高炉スラグから分離されたＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質である気体中の微粉末は、配管２５を通って真空ポンプ２４により第１の液体回収装置２１の液体回収本体２１２内に吸引される（ステップ３０５）。
【００５５】
当該液体回収本体２１２内部の減圧空間に吸い込まれたＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質（微粉末）は、遠心分離装置２１７により当該液体回収本体２１２内部の内壁に向かって集塵される。そしてその集塵された物質（微粉末）は、天井２１５付近からの液体シャワーにより真空オイルを主成分とする液体が貯められた液体槽２１１へ落下させられ、液体槽２１１内に沈殿する（ステップ３０６）。なお、液体シャワーは当該液体を循環させて使用することが好ましい。
【００５６】
自動コンベア２１３の水平移動部分が液体中を水平移動することで液体槽２１１内に沈殿した物質をコンベア上に回収し、当該自動コンベア２１３の斜め上方移動部分により当該ＳｉＯ２，Ｆｅ酸化物、硫化物などの沈殿物を液体槽２１１の液面から外部へ運び出し、回収する（ステップ３０７）。
【００５７】
第１の液体回収装置２１の液体回収本体２１２内部の気体（第１の液体回収装置２１で取り切れなかった微粉末や分解ガスなど種々の物質を含んだ気体）は、上述の真空ポンプ２４により第２の液体回収装置２２に吸引される（ステップ３０８）。これにより、当該第２の液体回収装置２２の液体回収本体２２２内のシャワーにより種々の物質は液体槽２２１に落下させられ、液体槽２２１内に沈殿する。この沈殿物は清掃口２２５より回収される。
【００５８】
上述の第２の液体回収装置２２にも回収されなかった物質があるときは、真空ポンプ２４の前に備えられたフィルター２３によりろ過され、最終的に無害な気体となって排出される（ステップ３０９）。
【００５９】
次に、第１の減圧蒸発炉１３で１６８０℃から１８５０℃までの温度に加熱された高炉スラグを第２の減圧蒸発炉１４へ搬入し、当該第２の減圧蒸発炉１４内で１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（常圧）に減圧し、ＴｉＯ２の融点(１８７０℃) 以上で、Ａｌ２Ｏ３の融点未満の温度まで加熱する（ステップ３１０）。例えばＴｉＯ２の融点（１８７０℃）の直上からＡｌ２Ｏ３の融点２０５０℃直下の間の温度を使用することでＴｉＯ２の酸化物単独で高純度に回収できる。
【００６０】
これにより、ＴｉＯ２が蒸発し、高炉スラグから気体中に分離される（ステップ３１１）。以下は、ＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの回収と同様であり、その説明は省略する（ステップ３１２〜３１６）。
【００６１】
次に、上述の第２の減圧蒸発炉１４によりＴｉＯ２の融点の１８７０℃以上で、Ａｌ２Ｏ３の融点未満の温度に加熱された高炉スラグを移動室１５へ搬入し（ステップ３１７）、空気などの気体によって冷却し、その後、水槽冷却室１６へ搬入する（ステップ３１８）。
この水槽冷却室により冷却されたＭｇＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３等は、残渣として回収する（ステップ３１９）。
【００６２】
以上により、本発明では製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを分離された状態から冷却することなくそのまま、予熱炉１１、均熱炉１２、第１の減圧蒸発炉１３に搬入することとしたので、予熱炉１１などで加熱するためのエネルギーを小さく抑えることができる。
【００６３】
また、第１の減圧蒸発炉１３でＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱し、融点がＴｉＯ２より低い物質を当該高炉スラグから分離した後で第２の減圧蒸発炉１４に搬入して、さらにＴｉＯ２の融点まで加熱することとしたので、容易にＴｉＯ２を分離、回収することができる。従って、貴重なＴｉＯ２の酸化物のまま分離して回収し、産業廃棄物としての高炉スラグを資源として有効活用することにより、不足するレアーメタルを補い同時に産業廃棄物等の量を減らすことができる。
【００６４】
さらに、予熱炉１１、均熱炉１２、移動室１５、水槽冷却室１６はすべて空気中での常圧酸化炉或いは常圧酸化室である。第１及び第２の減圧蒸発炉１３、１４及び第１及び第２液体回収装置（液体回収本体）関連設備のみが減圧室となる。従って、すべて真空室となっている（炉の装置全体が真空装置となっている）場合に比較して、酸化炉が多く設備が安価でランニングコストも安く済む。
【００６５】
また、回収装置として第１の液体回収装置で有用物質等を回収するとともに、さらに第２の液体回収装置、フィルターを設けたが、このことは、公害防止装置となり、又真空ポンプの能力低下を防ぎ、さらに故障が少なく、ポンプの寿命を長くする。
さらに、低減圧処理のため（１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ）の真空ポンプの台数が少ないため設備費が安く、使用電力量が少ない、安価なエネルギー代となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６６】
上述のスラグ冷却時のエネルギーは非常に大きく、当該冷却用水槽中の水はたえず沸騰する。したがって、この沸騰する水を利用して水蒸気発電をする水蒸気発電装置（図１の符号１７）備えることが好ましい。これにより発電された電気は本設備の電気として利用したり、他にも転用したりすることにより、省エネルギー化を図ることができ、ランニングコストも安価にすることができる。
例えば、回収したＴｉＯ２は回収高温温度を利用し別室で２０００℃溶融液の電解方法などのＫｒｏｌｌ法又はＨｕｎｔｅｒ法などの方法で直接金属Ｔｉを回収するように構成してもよい。
上記の実施形態に示した装置は基本的には連続炉であるが、低周波加熱、プラズマ加熱の場合単炉により構成してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 回収装置
１１ 予熱炉
１２ 均熱炉
１３ 第１の減圧蒸発炉
１４ 第２の減圧蒸発炉
１５ 移動室
１６ 水槽冷却室
２１、３１ 第１の液体回収装置
２２、３２ 第２の液体回収装置
２３、３３ フィルター
２４、３４ 真空ポンプ
２１１ 液体槽
２１３ 自動コンベア
２１６ シャワー部
２１７ 遠心分離装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される残渣（高炉スラグ）から酸化チタン（ＴｉＯ２）を分離して回収する回収方法及び回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、製鉄用の溶鉱炉から高炉スラグが産業廃棄物として大量に排出される。高炉スラグは、鉄鉱石酸化物やこれとともに溶鉱炉に投入される脱酸剤、還元剤の酸化物、硫化物等が含まれる。産業廃棄物として捨てられる高炉スラグの中には、１０％前後のＴｉＯ２が含有される場合がある。
【０００３】
本発明は、高炉スラグからＴｉＯ２を分離して回収するものであるが、直接的に関連する技術を発見することはできなかった。本発明に関連する技術として、特許文献１〜特許文献５を挙げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１８８８３３号公報
【特許文献２】特開平１０−１３００４１号公報
【特許文献３】特開平１１−１９６２５号公報
【特許文献４】特開２００７−８５５６１号公報
【特許文献５】特開２００９−１２７０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収できれば、産業廃棄物としての高炉スラグを資源として有効に活用することでき、また不足するレアメタルのＴｉを補い、しかも産業廃棄物の量を減らすこともできる。
従って、本発明の目的は、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる回収方法及び回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る回収方法は、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱し、融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を前記高炉スラグから分離して除去し、前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点（例えばＡｌ２Ｏ３の融点）未満の温度まで加熱し、ＴｉＯ２を前記高炉スラグから分離して酸化物のまま回収するものである。
【０００７】
ＴｉＯ２が含まれる物質から例えば真空蒸発によりＴｉＯ２を回収しようとした場合、物質をＴｉＯ２の融点付近まで加熱する必要があるが、ＴｉＯ２の融点は非常に高温であることから、加熱に莫大なエネルギーを必要とし、ＴｉＯ２を効率よく回収することはできない。本発明者らは、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグには多量のＴｉＯ２が含めれており、しかもこのような高炉スラグは溶鉱炉から排出された時点で非常に高温の状態にある、という高炉スラグ特有の事情に着目した。すなわち、本発明は、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのまま回収処理に用いることで、処理対象物である高炉スラグの加熱に要するエネルギーを極力小さくすることができる。従って、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。
【０００８】
また、高炉スラグよりＴｉとして回収しようとすると、Ｔｉが酸化しないように回収のための処理領域をほとんど真空にする必要があるが、処理領域を真空にするためのエネルギーを莫大に要し、また処理領域を高度に気密にするための設備が大掛かりになる、などの問題がある。そこで、本発明は、ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収している。従って、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。
【０００９】
本発明に係る回収方法では、前記ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する工程は、前記高炉スラグから分離されたＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、ＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させ、沈殿物を回収してもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末が回収可能となる。
【００１０】
本発明に係る回収方法では、前記ＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させる工程は、ＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、遠心力を使ってＴｉＯ２の微粉末を集塵し、集塵したＴｉＯ２の微粉末にシャワーを噴出して前記液体に沈殿させてもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末の回収を効率よく行うことができる。
【００１１】
本発明に係る回収方法では、前記融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を高炉スラグから分離して除去する工程及び前記ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する工程は、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲の減圧下又は常圧下において行ってもよい。
【００１２】
これにより、ポンプの台数を少なくでき、設備費が安く、使用電力量が少なくすることができ、安価なエネルギー代となる。すなわち、本発明によれば、設備費が安くなりランニングコストが安くなる。そればかりか、メンテナンスも容易となる。
なお、前記融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を高炉スラグから分離して除去する工程は、前記物質を構成する各金属酸化物及び硫化物を、低減圧で、各金属酸化物及び硫化物ごとにそれぞれの融点で別々に分離して回収してもよい。
【００１３】
本発明の別形態に係る回収装置は、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱する第１の炉と、前記加熱により高炉スラグから蒸発した物質を前記第１の炉より除去する手段と、前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点（例えばＡｌ２Ｏ３の融点）未満の温度まで加熱する第２の炉と、前記加熱により高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２を酸化物のまま回収する手段とを具備する。
【００１４】
本発明では、製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのまま回収処理に用いることで、処理対象物である高炉スラグの加熱に要するエネルギーを極力小さくすることができる。従って、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。また、本発明では、ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収しているので、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。
【００１５】
本発明に係る回収装置は、前記回収手段は、前記高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させるための液体槽を有し、前記液体槽は、液面が外部に露出する沈殿物回収部を有してもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末が回収可能となる。
【００１６】
本発明に係る回収装置は、前記液体槽の液体内に配置され、前記液体槽に沈殿した沈殿物を前記沈殿物回収部を介して外部に運ぶためのコンベアを有していてもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末を装置を連続運転しながら回収可能となる。
【００１７】
本発明に係る回収装置は、前記液体槽の液面の上部に配置され、ＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、遠心力を使ってＴｉＯ２の微粉末を集塵する遠心分離手段と、前記集塵したＴｉＯ２の微粉末にシャワーを噴出して前記液体に沈殿させるシャワー手段とを有していてもよい。
これにより、ＴｉＯ２の微粉末の回収を効率よく行うことができる。
本発明に係る回収装置は、前記第１及び第２の炉は、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲の減圧下又は常圧下としてもよい。
これにより、ポンプの台数を少なくでき、設備費が安く、使用電力量が少なくすることができ、安価なエネルギー代となる。すなわち、本発明によれば、設備費が安くなりランニングコストが安くなる。そればかりか、メンテナンスも容易となる。
【００１８】
本発明に係る回収装置は、前記回収手段によりＴｉＯ２が回収された後の高炉スラグを冷却する水槽冷却室と、前記水槽冷却室の沸騰水を利用して発電する発電装置とをさらに具備してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高炉スラグよりＴｉＯ２を効率よく回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る回収装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した第１及び第２の液体回収装置を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る回収方法を示すフロー図である。
【図４】高炉スラグの成分表である。
【図５】高炉スラグを構成する成分の融点及び沸点を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る回収装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、回収装置１０は、予熱炉１１と、均熱炉１２と、第１の減圧蒸発炉１３と、第２の減圧蒸発炉１４と、移動室１５と、水槽冷却室１６とを有する。予熱炉１１、均熱炉１２、第１の減圧蒸発炉１３、第２の減圧蒸発炉１４、移動室１５及び水槽冷却室１６は、この順番に接続された連続炉を構成している。これらの間は、それぞれ開閉扉により開閉可能に仕切られている。予熱炉１１には、処理対象物である高炉スラグが搬入される搬入口が設けられている。水槽冷却室１６には、処理後の高炉スラグが搬出される搬出口が設けられている。
【００２３】
高炉スラグには、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴＦｅ、Ｓなどが含めれており、各成分の実測結果を図４に示す。また、各成分の融点と沸点は図５に示すとおりである。
【００２４】
高炉スラグは例えばトレーの上に搭載され、そのトレーは搬送手段により搬入口から搬入され、予熱炉１１、均熱炉１２、第１の減圧蒸発炉１３、第２の減圧蒸発炉１４、移動室１５、水槽冷却室１６の順番に運ばれ、搬出口から搬出される。つまり回収装置１０は、処理対象物をバッチ式に処理する。
【００２５】
第１の減圧蒸発炉１３には第１の液体回収装置２１が接続され、その第１の液体回収装置２１には第２の液体回収装置２２、フィルター２３、真空ポンプ（油回転ポンプ）２４がその順に接続されている。同様に、第２の減圧蒸発炉１４には、第１の液体回収装置３１が接続され、その第１の液体回収装置３１には第２の液体回収装置３２、フィルター３３、真空ポンプ３４がその順に接続されている。
【００２６】
予熱炉１１は、溶鉱炉から排出された高炉スラグが冷却処理されることなくそのまま直接搬入される炉であり、そのための開閉扉を有する搬入口と搬出口とが備えられている。ここで、予熱炉１１、均熱炉１２、移動室１５及び水槽冷却室１６では減圧下ではなく常圧で処理対象物を処理する。ここで、冷却処理とは、積極的に高炉スラグを冷却する場合ばかりでなく、高炉スラグをある程度大気中に放置して高炉スラグの温度低下を意図する場合なども含む。
【００２７】
予熱炉１１、均熱炉１２、第１の減圧蒸発炉１３、第２の減圧蒸発炉１４は、超高温になるので、炉体は二重壁構造となっている。二重壁間の空間は減圧して対流、伝導などによる熱の伝達を抑えている。これにより、炉１１〜１４は、炉体外側表面温度を８０℃以下にし、放熱を防ぎ、省エネルギーを実現し、更には安全性の向上を図っている。
予熱炉１１は、高炉スラグを１０００℃程度に加熱するための手段として例えばガス加熱や油加熱装置を有する。
【００２８】
均熱炉１２は、予熱炉１１より搬入された高炉スラグを１７００℃程度に加熱するための手段として電気抵抗ヒータ加熱、低周波加熱、プラズマ加熱装置などを有する。
【００２９】
第１の減圧蒸発炉１３は、均熱炉１２で１７００℃程度に加熱されたスラグを搬入されたスラグをＴｉＯ２の融点よりも低い温度、例えば１８５０℃まで加熱する。加熱手段としては、電気抵抗ヒータ加熱、低周波加熱、プラズマ加熱装置などがある。これにより、ＴｉＯ２より融点の低いＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質が蒸発し、高炉スラグから分離される。第１の減圧蒸発炉１３内は、ある程度の減圧状態とすることが好ましいが、常圧であっても構わない。その範囲は１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（常圧、低減圧）程度が好ましい。
図２は図１に示した第１及び第２の液体回収装置２１、２２の構成を示す断面図である。
【００３０】
図２に示すように、第１の液体回収装置２１は、第１の減圧蒸発炉１３と例えば配管２５で繋がっている。第１の液体回収装置２１内を真空ポンプ２４で引くことで、配管２５を介して、第１の減圧蒸発炉１３で１８５０℃まで加熱されて高炉スラグから蒸発したＳｉＯ２，Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質（微粉末）を含む気体を第１の液体回収装置２１内に引き込むことができる。
【００３１】
ここで、回収物であるＳｉＯ２，Ｆｅ酸化物などは超微細な金属酸化物（微粉末）である。従って、この回収には非常に困難が伴う。本実施形態に係る第１の液体回収装置２１では、これらの微粉末を回収するために、以下の技術を採用した。
【００３２】
第１の液体回収装置２１は、真空オイルを主成分とする液体が貯められた液体槽２１１と、その液体槽２１１の一部を内部に減圧空間を形成するように覆う液体回収本体２１２と、液体槽内沈殿物を液体槽外へ搬送する自動コンベア２１３とを有する。液体槽２１１は、液体回収本体２１２により覆われた部分以外は外部に出ており、大気中に液面の一部がある。
【００３３】
液体回収本体２１２は側壁２１４と天井２１５を有し、側壁２１４に第１の減圧蒸発炉１３からの配管２５が接続されており、天井２１５には液体回収本体２１２内に液体槽２１１に貯められた液体と同一の液体を天井付近からシャワー状に噴射させるシャワー部２１６を有する。また、そのシャワー部２１６より下側で液面及び第１の減圧蒸発炉１３に接続された配管２５の液体回収本体２１２側開口より高い位置には、遠心分離装置２１７が設けられており、一端が第２の液体回収装置２２に接続され他端が当該天井２１５付近には、配管２１８が接続されている。
【００３４】
したがって、液体回収本体２１２内部の減圧空間に吸い込まれたＳｉＯ２，Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質（微粉末）は、遠心分離装置２１７により当該体回収本体２１２内部の内壁に向かって集塵される。そしてその集塵された物質（微粉末）は、天井２１５付近からの液体シャワーにより真空オイルを主成分とする液体が貯められた液体槽２１１へ落下させられ、液体槽内沈殿物となる。
【００３５】
また、自動コンベア２１３は、水平移動部分２１３ａと、斜め上方移動部分２１３ｂとを有し、水平移動部分２１３ａが液体回収本体２１２が覆う液体中を水平移動することで槽内沈殿物をコンベア上に回収し、斜め上方移動部分２１３ｂにより当該沈殿物を液体槽２１１の液面から外部へ運び出し、回収することができる。
【００３６】
さらに、液体回収本体部２１２は、液体槽２１１の液体により外気とは隔離されており、液体槽２１１が液体回収本体２１２内の液面で当該液体回収本体２１２内を減圧度に保つ役割をしている。
【００３７】
これにより、液体による真空シールであることで真空ポンプ２４を停止することなく沈殿物を回収することができる。このことは、装置の稼働を停止させることなく沈殿物の回収ができ、効率的で、ランニングコストも安価になる。
【００３８】
第２の液体回収装置２２は、第１の液体回収装置２１の液体回収本体２１２の天井２１５付近に配管２１８で接続されており、真空オイルを主成分とする液体が貯められた液体槽２２１と、その液体槽２２１の上部を内部に減圧空間を形成するように覆う液体回収本体２２２とを有する。なお、第２の液体回収装置２２の液体は第１の液体回収装置２１と同一の液体を用いることが好ましい。
【００３９】
液体回収本体２２２は、側壁２２２ａと天井２２２ｂを有し、側壁２２２ａに第１の液体回収装置２１からの配管２１８が接続されており、液体回収本体２２２内の液体槽２２１に貯められた液体と同一の液体を天井付近からシャワー状に噴射させるシャワー部２２３と、当該天井２２２ｂ付近にその一端が接続されフィルター２３に他端が接続された配管２２４とを有する。
液体回収本体２２２内はフィルター２３を介して真空ポンプ２４により１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒに減圧されている。
【００４０】
第１の液体回収装置２１は液体槽２１１を有するので、真空引きするときにこの液体槽２１１から来る液と第１の液体回収装置２１で取り切れない微粉末や分解ガスや有毒ガス、有害物など種々の物質が引き込まれる。このため、第１の液体回収装置２１とは別に本回収装置の真空ポンプ２４の前に粉末沈殿槽としての第２の液体回収装置２２を備えることとしたものである。
【００４１】
フィルター２３は、第２の液体回収装置２２で取り切れない微粉末や分解ガスや有毒ガス、有害物など種々の物質をろ過するものであり、第２の液体回収装置２２と真空ポンプ２４との間に配置されている。
【００４２】
真空ポンプ２４は、第１及び第２の液体回収装置２１、２２の液体回収本体２１２、２２２内を例えば４Ｔｏｒｒの減圧空間とする場合に、沸点とならない真空オイルを主成分とする液体を使用するためのものである。勿論、１台の真空ポンプ２４に限られるものではなく、例えばブースターポンプ等の油シール方法のポンプなどの複数の真空ポンプを直列に接続して使用できる。
【００４３】
この回収装置１０は、低減圧処理のため（１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ）、真空ポンプ２４のようなポンプの台数を少なくでき、設備費が安く、使用電力量が少なくすることができ、安価なエネルギー代となる。すなわち、本発明によれば、設備費が安くなりランニングコストが安くなる。そればかりか、メンテナンスも容易となる。なお、７６０Ｔｏｒｒ（常圧）に近い圧力で処理するときには、液体は水でも良いが、このときは真空ポンプ２４に代えて水シールの水封ポンプを使用する。その場合には、上記付帯装置設備は変わらない。
【００４４】
第２の減圧蒸発炉１４は、第１の減圧蒸発炉１３と移動室１５との間に配置されており、第１の減圧蒸発炉１３で１８５０℃に加熱された高炉スラグをＴｉＯ２の融点である１８７０℃以上で、Ａｌ２Ｏ３の融点未満の温度まで加熱する。第２の減圧蒸発炉１４内は、第１減圧蒸発炉１３と同様、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（常圧）に減圧される。
【００４５】
第２の減圧蒸発炉１４は、第１の減圧蒸発炉１３と同様、第１の液体回収装置３１と配管３５で繋がっている。これにより第２の減圧蒸発炉１４で１８７０℃以上で、Ａｌ２Ｏ３の融点未満の温度まで加熱された高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２の微粉末を含む気体を第１の液体回収装置３１に引き込み、高炉スラグから分離されたＴｉＯ２を酸化物のまま回収する。
【００４６】
ここで、第２の減圧蒸発炉１４に接続された第１の液体回収装置３１、第２の液体回収装置３２、フィルター３３、真空ポンプ３４は、構造的には第１の減圧蒸発炉１３に接続された第１の液体回収装置２１、第２の液体回収装置２２、フィルター２３、真空ポンプ２４と同じである。
【００４７】
ただし、第２の減圧蒸発炉１４に接続された第１の液体回収装置３１に配管３５を介して吸い込まれるのはＴｉＯ２の微粉末を含む気体である。回収される物質もＴｉＯ２である。
【００４８】
移動室１５は、第２の減圧蒸発炉１４と水槽冷却室１６との間に配置されており、第２の減圧蒸発炉１４から搬出される高炉スラグをある程度冷却して水槽冷却室１６に渡す役割を有する。
【００４９】
水槽冷却室１６は、移動室１５の後に配置されている。水槽冷却室１６には例えばトレーに載せられて搬入された高炉スラグを自動的に反転させて高炉スラグのみを冷却用水槽に落下させる落下装置が備えられている。この落下装置は、超高温スラグが一度に大量の水を貯える冷却用水槽に投入されると水が大きく膨張を起こし、水蒸気爆発を起こすので、少量ずつ落下するように例えば反転速度等を制御する。
【００５０】
次に、この回収装置１０によるＴｉＯ２の回収方法について説明する。
図３はＴｉＯ２の回収方法を示すフローチャートである。
【００５１】
製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出された高炉スラグを分離された状態から冷却することなくそのまま回収装置１０の予熱炉１１へ搬入し、空気中、常圧で１０００℃に高炉スラグを予熱する（ステップ３０１）。
次に、当該予熱炉１１で１０００℃に予熱された高炉スラグを均熱炉１２へ搬入し、空気中、常圧で１７００℃に加熱する（ステップ３０２）。
【００５２】
次に、均熱炉１２で１７００℃に加熱された高炉スラグを第１の減圧蒸発炉１３へ搬入し、当該第１の減圧蒸発炉１３内で１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（常圧）に減圧し、ＴｉＯ２の融点(１８７０℃)よりも低い温度に加熱する（ステップ３０３）。ここで、後述する物質のなかで一番高い融点はＳｉＯ２の１６５０℃であるので例えば１６８０℃から１８５０℃までの温度に加熱する。これにより、ＴｉＯ２より融点の低いＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質が蒸発し、高炉スラグから気体中に分離される（ステップ３０４）。
【００５３】
なお、ＳｉＯ２のみを回収する場合は、ＳｉＯ２の融点より低い融点のＦｅ酸化物、硫化物を上述と同じ様な方法で当該２成分を分離回収して、その後ＳｉＯ２のみを１６５０℃〜１８５０℃の温度と１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの圧力で単独で回収する。この様にすることにより高純度のＳｉＯ２が得られる。
【００５４】
高炉スラグから分離されたＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質である気体中の微粉末は、配管２５を通って真空ポンプ２４により第１の液体回収装置２１の液体回収本体２１２内に吸引される（ステップ３０５）。
【００５５】
当該液体回収本体２１２内部の減圧空間に吸い込まれたＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの物質（微粉末）は、遠心分離装置２１７により当該液体回収本体２１２内部の内壁に向かって集塵される。そしてその集塵された物質（微粉末）は、天井２１５付近からの液体シャワーにより真空オイルを主成分とする液体が貯められた液体槽２１１へ落下させられ、液体槽２１１内に沈殿する（ステップ３０６）。なお、液体シャワーは当該液体を循環させて使用することが好ましい。
【００５６】
自動コンベア２１３の水平移動部分が液体中を水平移動することで液体槽２１１内に沈殿した物質をコンベア上に回収し、当該自動コンベア２１３の斜め上方移動部分により当該ＳｉＯ２，Ｆｅ酸化物、硫化物などの沈殿物を液体槽２１１の液面から外部へ運び出し、回収する（ステップ３０７）。
【００５７】
第１の液体回収装置２１の液体回収本体２１２内部の気体（第１の液体回収装置２１で取り切れなかった微粉末や分解ガスなど種々の物質を含んだ気体）は、上述の真空ポンプ２４により第２の液体回収装置２２に吸引される（ステップ３０８）。これにより、当該第２の液体回収装置２２の液体回収本体２２２内のシャワーにより種々の物質は液体槽２２１に落下させられ、液体槽２２１内に沈殿する。この沈殿物は清掃口２２５より回収される。
【００５８】
上述の第２の液体回収装置２２にも回収されなかった物質があるときは、真空ポンプ２４の前に備えられたフィルター２３によりろ過され、最終的に無害な気体となって排出される（ステップ３０９）。
【００５９】
次に、第１の減圧蒸発炉１３で１６８０℃から１８５０℃までの温度に加熱された高炉スラグを第２の減圧蒸発炉１４へ搬入し、当該第２の減圧蒸発炉１４内で１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（常圧）に減圧し、ＴｉＯ２の融点(１８７０℃) 以上で、Ａｌ２Ｏ３の融点未満の温度まで加熱する（ステップ３１０）。例えばＴｉＯ２の融点（１８７０℃）の直上からＡｌ２Ｏ３の融点２０５０℃直下の間の温度を使用することでＴｉＯ２の酸化物単独で高純度に回収できる。
【００６０】
これにより、ＴｉＯ２が蒸発し、高炉スラグから気体中に分離される（ステップ３１１）。以下は、ＳｉＯ２、Ｆｅ酸化物、硫化物などの回収と同様であり、その説明は省略する（ステップ３１２〜３１６）。
【００６１】
次に、上述の第２の減圧蒸発炉１４によりＴｉＯ２の融点の１８７０℃以上で、Ａｌ２Ｏ３の融点未満の温度に加熱された高炉スラグを移動室１５へ搬入し（ステップ３１７）、空気などの気体によって冷却し、その後、水槽冷却室１６へ搬入する（ステップ３１８）。
この水槽冷却室により冷却されたＭｇＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３等は、残渣として回収する（ステップ３１９）。
【００６２】
以上により、本発明では製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを分離された状態から冷却することなくそのまま、予熱炉１１、均熱炉１２、第１の減圧蒸発炉１３に搬入することとしたので、予熱炉１１などで加熱するためのエネルギーを小さく抑えることができる。
【００６３】
また、第１の減圧蒸発炉１３でＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱し、融点がＴｉＯ２より低い物質を当該高炉スラグから分離した後で第２の減圧蒸発炉１４に搬入して、さらにＴｉＯ２の融点まで加熱することとしたので、容易にＴｉＯ２を分離、回収することができる。従って、貴重なＴｉＯ２の酸化物のまま分離して回収し、産業廃棄物としての高炉スラグを資源として有効活用することにより、不足するレアーメタルを補い同時に産業廃棄物等の量を減らすことができる。
【００６４】
さらに、予熱炉１１、均熱炉１２、移動室１５、水槽冷却室１６はすべて空気中での常圧酸化炉或いは常圧酸化室である。第１及び第２の減圧蒸発炉１３、１４及び第１及び第２液体回収装置（液体回収本体）関連設備のみが減圧室となる。従って、すべて真空室となっている（炉の装置全体が真空装置となっている）場合に比較して、酸化炉が多く設備が安価でランニングコストも安く済む。
【００６５】
また、回収装置として第１の液体回収装置で有用物質等を回収するとともに、さらに第２の液体回収装置、フィルターを設けたが、このことは、公害防止装置となり、又真空ポンプの能力低下を防ぎ、さらに故障が少なく、ポンプの寿命を長くする。
さらに、低減圧処理のため（１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ）の真空ポンプの台数が少ないため設備費が安く、使用電力量が少ない、安価なエネルギー代となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６６】
上述のスラグ冷却時のエネルギーは非常に大きく、当該冷却用水槽中の水はたえず沸騰する。したがって、この沸騰する水を利用して水蒸気発電をする水蒸気発電装置（図１の符号１７）備えることが好ましい。これにより発電された電気は本設備の電気として利用したり、他にも転用したりすることにより、省エネルギー化を図ることができ、ランニングコストも安価にすることができる。
例えば、回収したＴｉＯ２は回収高温温度を利用し別室で２０００℃溶融液の電解方法などのＫｒｏｌｌ法又はＨｕｎｔｅｒ法などの方法で直接金属Ｔｉを回収するように構成してもよい。
上記の実施形態に示した装置は基本的には連続炉であるが、低周波加熱、プラズマ加熱の場合単炉により構成してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 回収装置
１１ 予熱炉
１２ 均熱炉
１３ 第１の減圧蒸発炉
１４ 第２の減圧蒸発炉
１５ 移動室
１６ 水槽冷却室
２１、３１ 第１の液体回収装置
２２、３２ 第２の液体回収装置
２３、３３ フィルター
２４、３４ 真空ポンプ
２１１ 液体槽
２１３ 自動コンベア
２１６ シャワー部
２１７ 遠心分離装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱し、融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を前記高炉スラグから分離して除去し、
前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点未満の温度まで加熱し、ＴｉＯ２を前記高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する
回収方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回収方法であって、
前記ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する工程は、前記高炉スラグから分離されたＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、ＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させ、沈殿物を回収する
回収方法。
【請求項３】
請求項２に記載の回収方法であって、
前記ＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させる工程は、ＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、遠心力を使ってＴｉＯ２の微粉末を集塵し、集塵したＴｉＯ２の微粉末にシャワーを噴出して前記液体に沈殿させる
回収方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の回収方法であって、
前記融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を高炉スラグから分離して除去する工程及び前記ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する工程は、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲の減圧下又は常圧下において行われる
回収方法。
【請求項５】
製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱する第１の炉と、
前記加熱により高炉スラグから蒸発した物質を前記第１の炉より除去する手段と、
前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点未満の温度まで加熱する第２の炉と、
前記加熱により高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２を酸化物のまま回収する手段と
を具備する回収装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回収装置であって、
前記回収手段は、前記高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させるための液体槽を有し、
前記液体槽は、液面が外部に露出する沈殿物回収部を有する
回収装置。
【請求項７】
請求項６に記載の回収装置であって、
前記液体槽の液体内に配置され、前記液体槽に沈殿した沈殿物を前記沈殿物回収部を介して外部に運ぶためのコンベア
をさらに具備する回収装置。
【請求項８】
請求項６に記載の回収装置であって、
前記液体槽の液面の上部に配置され、ＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、遠心力を使ってＴｉＯ２の微粉末を集塵する遠心分離手段と、
前記集塵したＴｉＯ２の微粉末にシャワーを噴出して前記液体に沈殿させるシャワー手段と
をさらに具備する回収装置。
【請求項９】
請求項５〜８のうちいずれか１項に記載の回収装置であって、
前記第１及び第２の炉は、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲の減圧下又は常圧下とされる
回収装置。
【請求項１０】
請求項５〜９のうちいずれか１項に記載の回収装置であって、
前記回収手段によりＴｉＯ２が回収された後の高炉スラグを冷却する水槽冷却室と、
前記水槽冷却室の沸騰水を利用して発電する発電装置と
をさらに具備する回収装置。
【請求項１１】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の回収方法であって、
前記融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を高炉スラグから分離して除去する工程は、前記物質を構成する各金属酸化物及び硫化物を、低減圧で、各金属酸化物及び硫化物ごとにそれぞれの融点で別々に分離して回収する
回収方法。
【請求項１】
製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱し、融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を前記高炉スラグから分離して除去し、
前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点未満の温度まで加熱し、ＴｉＯ２を前記高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する
回収方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回収方法であって、
前記ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する工程は、前記高炉スラグから分離されたＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、ＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させ、沈殿物を回収する
回収方法。
【請求項３】
請求項２に記載の回収方法であって、
前記ＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させる工程は、ＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、遠心力を使ってＴｉＯ２の微粉末を集塵し、集塵したＴｉＯ２の微粉末にシャワーを噴出して前記液体に沈殿させる
回収方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の回収方法であって、
前記融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を高炉スラグから分離して除去する工程及び前記ＴｉＯ２を高炉スラグから分離して酸化物のまま回収する工程は、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲の減圧下又は常圧下において行われる
回収方法。
【請求項５】
製鉄用の溶鉱炉の鉄鉱石から排出される高炉スラグを、排出された状態から冷却処理をすることなくそのままＴｉＯ２の融点よりも低い温度まで加熱する第１の炉と、
前記加熱により高炉スラグから蒸発した物質を前記第１の炉より除去する手段と、
前記物質が除去された高炉スラグをＴｉＯ２の融点以上で、高炉スラグに含まれるＴｉＯ２の融点よりも融点の高い物質の当該融点未満の温度まで加熱する第２の炉と、
前記加熱により高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２を酸化物のまま回収する手段と
を具備する回収装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回収装置であって、
前記回収手段は、前記高炉スラグから蒸発したＴｉＯ２の微粉末を液体に沈殿させるための液体槽を有し、
前記液体槽は、液面が外部に露出する沈殿物回収部を有する
回収装置。
【請求項７】
請求項６に記載の回収装置であって、
前記液体槽の液体内に配置され、前記液体槽に沈殿した沈殿物を前記沈殿物回収部を介して外部に運ぶためのコンベア
をさらに具備する回収装置。
【請求項８】
請求項６に記載の回収装置であって、
前記液体槽の液面の上部に配置され、ＴｉＯ２の微粉末を含む気体から、遠心力を使ってＴｉＯ２の微粉末を集塵する遠心分離手段と、
前記集塵したＴｉＯ２の微粉末にシャワーを噴出して前記液体に沈殿させるシャワー手段と
をさらに具備する回収装置。
【請求項９】
請求項５〜８のうちいずれか１項に記載の回収装置であって、
前記第１及び第２の炉は、１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲の減圧下又は常圧下とされる
回収装置。
【請求項１０】
請求項５〜９のうちいずれか１項に記載の回収装置であって、
前記回収手段によりＴｉＯ２が回収された後の高炉スラグを冷却する水槽冷却室と、
前記水槽冷却室の沸騰水を利用して発電する発電装置と
をさらに具備する回収装置。
【請求項１１】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の回収方法であって、
前記融点がＴｉＯ２の融点よりも低い物質を高炉スラグから分離して除去する工程は、前記物質を構成する各金属酸化物及び硫化物を、低減圧で、各金属酸化物及び硫化物ごとにそれぞれの融点で別々に分離して回収する
回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１２０２１（Ｐ２０１２−１１２０２１Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３９９２（Ｐ２０１０−２６３９９２）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（５１０３１３４７４）文華通商株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（５１０３１３４７４）文華通商株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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