説明

産業粉塵を、特にブリケッティング技法を使用して凝集する方法

産業粉塵を、特にブリケット技法を使用して凝集する方法。産業粉塵を凝集させる方法であって、凝集される粉塵を、バット内にて、逆エマルジョンの形であり分子量が500,000g/mol超のポリマーを含む第1結合剤の存在下で混練し、次に、さらに混練しながら、前記バットにアルカリ金属ケイ酸塩を含む第2結合剤を個別に添加し、最後に、得られた凝集体を圧力下で圧縮することからなる方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、産業粉塵を、特にブリケッティング技法を使用して凝集させる方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本発明において産業粉塵とは、鋳造所、製鋼所および熔鉱炉、特に脱塵システムからの金属酸化物が豊富な粉塵および/または微粉、ならびにガス切断その他の切断作業による残渣の、ならびにプロセスおよび/またはラグ−ニングによって形成されたスラッジの粉塵または微粉を意味する。
【0003】
産業粉塵は揮発性が高すぎるためにそのままでは処理できず、産業粉塵を輸送および使用可能とするために凝集させる必要がある。
凝集は、粒子相互の接着に基づきより大きいサイズの凝集体を得るプロセスである。
圧力を用いない、すなわちペレット化型の凝集プロセス、およびブリケッティングなどの圧力を使用するプロセスが存在する。本発明は、これら2つの技術のうち2番目のものに関する。
【0004】
米国特許第4,802,914A号は、ペレット化(湿式凝集)を使用して、水の存在下で粉塵および結合剤の混合物を連続的に添加しながら回転ドラム内で粉塵を凝集させることからなる凝集プロセスについて開示している。結合剤は、高分子量のポリマーであり、リン酸塩型、塩化物型または炭酸塩型のアルカリ無機塩を用いる前、使用中または用いた後に添加される。この特許は、アルカリ金属ケイ酸塩の種類には含まれない、アルミニウムフィロケイ酸塩、粘土の複合混合物、モンモリロナイトなどであるベントナイトを結合剤として使用することについても言及している。
【0005】
産業規模で使用される圧力凝集プロセスの中でも、最も発達したものは、「ブリケッティング」プロセスである。この圧縮技術の主な利点は、その大きなキャパシティ(処理体積に関して)およびその使用上の柔軟性(複数の寸法および形状の凝集体)である。
ブリケッティングは、ブリケットとしても知られる凝集体を所望の形状に型押しするキャビティを備えたタンジェントロールプレスで行われる。ブリケッティングは、熱間または冷間にて、大きく変更可能な圧力下で、結合剤を用いてまたは用いずに行うことができる。
【0006】
結合剤は、高い粘性または水硬性の物質(たとえばセメント)であり、粉塵に浸透して、粉塵をブリケットの形に凝集させ、各種の操作の間に粉塵が受ける振動および移動に耐えられる十分な機械抵抗性を粉塵に付与するために利用される。
現在使用されている有機結合剤として、本発明者らはデンプン、セルロース、糖蜜などを挙げる。しかしこれらの結合剤を使用すると、産業プロセスに有害な不純物(たとえば鉄鋼業における硫黄)の存在により、および/またはこれら結合剤による凝集体の機械的特性が不十分であることにより、問題が生じることがある。
それゆえ従来技術によって得られる凝集体に含有する金属酸化物の使用および価格の安定が最適でなかったように思われる。
【0007】
国際公開第96/39290号公報は、粉塵に、溶融時に熱伝達を提供することを目的とした炭素源(コークス)を、ポリマーおよび無機塩(炭酸カルシウムおよびアルミノケイ酸塩)の混合物と共に混合することと、次に最後の圧縮ステップの前に、得られた生成物にポリビニルポリマーのエマルジョンを添加することとを含む、ブリケッティングによる多段階凝集プロセスについて開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、これらの欠点を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、産業粉塵を凝集させる方法であって、
凝集させる粉塵を、バット内にて、逆エマルジョンの形であり分子量が500,000g/mol超のポリマーを含む第1結合剤の存在下で混練すること、
次に、さらに混練しながら、前記バットにアルカリ金属ケイ酸塩を含む第2結合剤を個別に添加すること、および
最後に、得られた凝集体を圧力下で圧縮すること、を含む方法に関する。
【0010】
本発明の方法は、外部からの水を添加せずに、すなわち活性物質によって導入される以外の水を添加せずに行われる。これはたとえば、水性形で表されるケイ酸塩を用いる場合である。
本方法によれば、石灰を用いてまたは用いずに粉塵を処理することができる。
【0011】
実際に、粉塵と第1結合剤との混合時間は30秒から5分の間である。
同様に、第1のステップで得た混合物の、第2結合剤との混練時間は1分から10分の間である。
【0012】
本発明は、以下の説明によってより理解されるだろう。
本発明の主な目的は、従来技術の凝集体と比較して、驚くほど改良された特性を有するブリケットを提供することである。
本発明のブリケッティングプロセスは、2つの特別な結合剤の組合せの存在下での産業粉塵の凝集に基づく。
結合剤のこの組み合わせが、圧縮装置を通過する間に非常に高い凝集および接着特徴を与えることが予想外に見出された。とりわけこれらの結合剤の使用により、数分間での急速凝固を達成すること、ブリケットまたはボールに処理および輸送を可能とするような良好な耐摩耗性および凝集力を備えさせることとが可能である。
【0013】
さらに本発明によって、これらの凝集体をリサイクルする間に、このように得られたブリケットによって硫黄などの産業プロセスに有害な物質が導入されないようにすることが可能である。
本発明によれば、ケイ酸塩の前にポリマーを添加する必要がある。
混合物は、当業者が自らの知識から混合物を可能な限り均質にするために必要な条件を決定し得るような適切な固体ミキサーまたはブレンダで生成される。
このようして得られた混合物は、その後プレスに送られ、所望の形状とされる。ブリケット(ボールとしても知られる)は、圧縮成形によって得られる。ブリケットは、各種の寸法とすることができる。得られたブリケットは、貯蔵区域に送られる。
【0014】
本発明の別の目的は、溶融装置への補充材料として、金属酸化物が豊富な、鋳造所、製鋼所および溶鉱炉からの粉塵および/または微粉をリサイクルするために上述の凝集体を使用することを含む。これにより、材料の補充をするために添加されたブリケットの量に比例して溶融浴の増量につながり、その価格の安定を可能にする。これを行うために、本発明の変形により、ブリケットに、溶融浴に再度金属を添加する必要がないように、金属酸化物を金属に変換させる所定量の還元剤を含有させることができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
結合剤の定義および用量
a/高分子量ポリマー
これは10〜90モル%に含まれるイオン性を有し、以下から導かれる水溶性有機ポリマーである。
・少なくとも1つのイオン性、カチオン性、両性イオン性および/または、好ましくはアニオン性モノマー、
・少なくとも1つの非イオン性モノマー、および
・任意の疎水性モノマー0.02〜2モル%。
このポリマーは公知の方式で分枝させることもできる。知られているように、分枝ポリマーは、主鎖が、すべて1つの平面に配置された側鎖、グルーピングまたは分岐を呈するポリマーである。分枝は好ましくは、分枝/架橋剤および場合によっては連鎖移動剤の存在下での重合の間(またはあるいは重合後)に達成される。分枝剤には、限定を意図するものではないが、メチレンビスアクリルアミド(MBA)、エチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ジアクリルアミド、シアノメチルアクリレート、ビニルオキシエチルアクリレートもしくはメタクリレート、トリアリルアミン、ホルムアルデヒド、グリオキサール、グリシジルエーテル型の化合物、たとえばエチレングリコールジグリシジルエーテル、もしくはエポキシ化合物、または当業者に周知の他の架橋手段、が挙げられる。
【0016】
実際に、使用されるポリマーは以下の通り。
a/以下から選択される少なくとも1つのイオン性モノマー:
・カルボキシル官能基を有するアニオン性モノマー(たとえば、アクリル酸、メタクリル酸およびその塩…)もしくはスルホン酸官能基を有するアニオン性モノマー(たとえば、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(ATBS)およびその塩…)、ならびに/または
・任意の1つ以上のカチオン性モノマーであって、本発明者らは特に、限定を意図するものではないが、ジメチルアミノエチルアクリレート(ADAME)(および/もしくは4級化されたもしくは塩形態のジメチルアミノエチルメタクリレート(MADAME)、ジメチルジアリルアンモニウムクロリド(DADMAC)、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(APTAC)および/もしくはメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(MAPTAC)を挙げ、
b/ならびに以下から選択される少なくとも1つの非イオン性モノマー:アクリルアミド、メタクリルアミド、N−ビニルピロリドン、ビニルアセテート、ビニルアルコール、アクリル酸エステル、アリルアルコール、N−ビニルアセトアミドおよび/またはN−ビニルホルムアミド、
から誘導され、
ならびに任意で、・アルキル、アリールアルキルおよび/もしくはエトキシ化鎖を有する(メタ)アクリル酸のエステル、・アルキル、アリールアルキルもしくはジアルキル鎖を有する(メタ)アクリルアミドの誘導体、・カチオン性アリル性誘導体、・疎水性アニオン性もしくはカチオン性(メタ)アクリロイル誘導体、または・疎水性鎖を有するアニオン性および/もしくはカチオン性(メタ)アクリルアミド誘導体を含む群から好ましくは選択される疎水性モノマーと組合せて使用される。
【0017】
本発明の高分子量ポリマーはその使用中に、以下の特徴を有する:
・逆エマルジョン、すなわち油中水型の形であり、
・500,000g/mol超から20,000,000g/molまでの分子量を有し、および
・エマルジョンの(乾燥ポリマー/油)重量比は、0.15〜1、好ましくは0.3〜0.8に含まれ、好都合には約0.5である。この重量比は、エマルジョン中でのポリマーの重合の間に直接、または重合されて使用される直前にエマルジョンに油を添加することのどちらかによって得ることができる。好ましくは、重量比が油の添加によって得られる場合、前記油はエマルジョンの油と適合して、不安定化を引き起こさない必要がある。
【0018】
本発明によれば、ミキサーに注入されるポリマーの濃度は5〜20重量%に含まれる。
好ましくは高分子量ポリマーは、アクリルアミドおよびアクリル酸の塩をベースとするアニオン性コポリマーであり、10〜50モル%のアニオン性および5,000,000g/molを超える分子量を示す。
【0019】
本発明で使用されるポリマーにおける「逆エマルジョンの形で」という表現によって、当業者は、この方式ではミキサーへのその導入前に水に溶解しない油中水型の逆エマルジョンが示されることを理解するであろう。この逆エマルジョンは好ましくは、標準型、または場合によって、粒径がより小さいこと(約0.1マイクロメートル)によって標準エマルジョンとは異なるマイクロエマルジョン型であり得る。
使用前に油で任意に希釈される逆エマルジョン中のポリマーの比は、特に0.2〜1重量%/粉塵の範囲に及ぶことが可能であり、好ましくは0.2〜0.5重量%である。明細書を通じておよびすべての特許請求の範囲において、値の範囲はその限界値を含む。最適量が粒子の性質および要求される特性によって変わることは明らかである。
【0020】
b/ケイ酸塩型の第2結合剤
本発明で結合剤として使用されるケイ酸塩は、アルカリ金属ケイ酸塩であり、液体形で、すなわちその結晶点より上の温度にて使用される。
「ケイ酸塩」という用語は、シリカ(SiO)の塩を意味する。本発明の目的を達成するために使用できるアルカリケイ酸塩の中でも、アンモニウム、ナトリウム、カリウム、リチウムのケイ酸塩、特にナトリウムおよびカリウムのケイ酸塩を挙げることができる。好ましくは、簡略化された式SiO・NaOHを有し、ソーダのケイ酸塩、または可溶ガラスとしても知られる、ケイ酸ナトリウムが使用される。好ましくは使用されるケイ酸塩は、1.6〜3.2の、最適には約2のSiO/NaOモル比を有する二ケイ酸ナトリウムである。
【0021】
好ましい実施形態において、ケイ酸塩は形成された凝集体の2〜5重量%に相当し、高分子量ポリマーはケイ酸塩の5〜40重量%に相当する。
特定の実施形態において、第2結合剤は、実施時には該第2結合剤の10重量%未満に相当する界面活性剤、および任意で同量の湿潤剤、たとえばオレイルリン酸エーテル、ポリオールエステル、ポリエチレンオキシドエーテル、ポリエトキシ化ソルビタンエステル、ソルビタンエステル、ラノリンアルコールの液体溶液、ポリエチレングリコールのエステル、ラノリンから誘導されるアセチル化ポリオキシエチレン、ノニルフェノキシポリ(エチレンオキシ)エチルアルコール、ラノリンアルコールから誘導されるポリエチレングリコールのエーテル、エトキシ化コレステロール、トリメチルセチルアンモニウムブロミド、ジイソブチルフェノキシエトキシエチルジメチルベンジルアンモニウムアルキルクロリドの誘導体などの種類の化合物さえ含むことが可能である。
きわめて明らかであるが、以下の例は、決して本発明の限定を構成するものではなく、本発明の目的を例証するためだけに与えられている。
【実施例】
【0022】
以下の実施例で使用する粉塵は製鋼所からの廃棄物であり、以下のように調製されている:
25% 「BGL」ロールミルによるグリス含有スラッジ
75% 製鋼所からの粒状スラッジ
この混合物を石灰で処理して、次にミキサー(容量:2トン)内に導入する。
このブリケッティング混合物の特別な特徴は、炭化水素の存在に起因する粉体の疎水性性質である。化学的観点からこの特徴を考慮することが非常に重要であり、結合剤は、ミキサー内で完全な混合物が得られるようにおよびブリケッティング段階の間に最大接着力が得られるように、粉体と最適親和性を示す必要がある。
【0023】
次に結合剤は、以下の順序で添加および混合される:
・最初に高分子量ポリマーが逆エマルジョンの形で、完全手動型圧縮空気ポンプによって添加される。添加は、圧縮空気弁を所与の期間にわたって開くことによって行われる。
・所定混合時間の後、ケイ酸塩型結合剤は、重量流量計を装着した容積ポンプ(volumetric pump)によって添加される。
全体として、ミキサーへの結合剤の導入と圧縮機への混合物の流出との間にかかる時間は5分である。
混合物が得られると、圧縮装置に移送される。
試験に使用する装置は、ドラム型圧縮機である。使用する圧力は約100バールである。
【0024】
比較のために使用する結合剤は、業界で従来より使用される結合剤、すなわち糖蜜およびリグノスルホン酸塩である。その主な欠点はそれらが鋼鉄中に硫黄を導入することであり、その結果は鋼鉄が脆性となることである。
試験はポリマーの用量および性質を変化させることによって行った。これを行うために、以下の5つのポリマーを使用した。
【表1】

【0025】
添加の順序:
ミキサーの充填が終了すると、
・第1(または唯一の)結合剤を導入する。
・次に混合の2分後に、必要な場合は第2結合剤を導入する。
5分間の総混練時間の後、ただちにミキサーの内容物を圧縮機に空ける。
添加:容積ポンプまたは空気ポンプによって行う。
【0026】
ボール外観試験:目視試験では、ボールは良好に成形される必要があり、形状は長方形の小石状である。平滑な外観および効果的な結合(多層形成なし)が期待される。
廃棄微粉試験:圧縮機からの出口でのボールのスクリーニングの後、廃棄微粉を取出して秤量する。比は、廃棄微粉の重量/混合物の総重量(2トン)であり、%で表す。
ボール硬度試験:手動プレスを用いて、ボールに可変圧力を加える。試験は、ボールが分割および/または破裂したときに終了する。この試験は2時間後および24時間後にボールに対して行う。硬度はkg/ボール(ボールを壊すのに必要な重量)で表す。この数値が大きくなればなるほど、ボールは優れている。250kgが手動試験の上限であり、この試験が優れたボール品質について完璧に検証されてきたことに注目されたい。
【0027】
結果
【表2】

【0028】
行った試験により、以下のことが示される。
3〜5:使用したケイ酸塩はそれ自体作用していない。
6〜10:本発明による凝集プロセスは、装入材料(アニオン性またはカチオン性)または分子量のどちらも圧縮効率に影響を及ぼすことなく、良好な結果を与える。
13:使用したエマルジョン中のポリマー自体は、良好な圧縮には不十分である。
14:結合剤導入の順序が非常に重要である。
15〜18:試験9と比較して、ナトリウムの炭酸塩、塩化物およびリン酸塩は、ブリケットの形成で満足な結果をもたらさない。同じことがベントナイトにも当てはまる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
産業粉塵を凝集させる方法であって、
凝集させる粉塵を、バット内にて、逆エマルジョンの形であり分子量が500,000g/mol超のポリマーを含む第1結合剤の存在下で混練すること、
次に、さらに混練しながら、前記バットにアルカリ金属ケイ酸塩を含む第2結合剤を個別に添加すること、および
最後に、得られた凝集体を圧力下で圧縮すること、
を含む方法。
【請求項2】
前記有機ポリマーが、水溶性で、10〜90モル%のイオン性を示し、
少なくとも1つのイオン性、カチオン性、両性イオン性および/または好ましくはアニオン性モノマーと、
少なくとも1つの非イオン性モノマーと、
任意の疎水性モノマー0.02〜2モル%と、を含むことを特徴とする、
請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記ポリマーが、
a/以下から選択される少なくとも1つのイオン性モノマー:
・アクリル酸、メタクリル酸、およびその塩を含む群より選択されるカルボキシル官能基を有するアニオン性モノマー、もしくは2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(ATBS)およびその塩を含む群より選択されるスルホン酸官能基を有するアニオン性モノマー、ならびに/または
・ジメチルアミノエチルのアクリレート(ADAME)および/もしくは4級化されたもしくは塩形態のジメチルアミノエチルのメタクリレート(MADAME)、ジメチルジアリルアンモニウムクロリド(DADMAC)、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(APTAC)および/もしくはメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(MAPTAC)を含む群より選択される任意の1つ以上のカチオン性モノマー、
ならびに
b/アクリルアミド、メタクリルアミド、N−ビニルピロリドン、ビニルアセテート、ビニルアルコール、アクリル酸エステル、アリルアルコール、N−ビニルアセトアミドおよび/またはN−ビニルホルムアミドを含む群より選択される少なくとも1つの非イオン性モノマー、
から誘導され、
任意で、アルキル、アリールアルキルおよび/もしくはエトキシ化鎖を有する(メタ)アクリル酸のエステル、アルキル、アリールアルキルもしくはジアルキル鎖を有する(メタ)アクリルアミドの誘導体、カチオン性アリル性誘導体、疎水性アニオン性もしくはカチオン性(メタ)アクリロイル誘導体または疎水性鎖を有する(メタ)アクリルアミドから誘導されるアニオン性および/もしくはカチオン性モノマーを含む群より選択される疎水性モノマーと組合される、
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記逆エマルジョンの使用時の(乾燥ポリマー/油)重量比が、0.15〜1、好ましくは0.3〜0.8、より好ましくは約0.5であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
ミキサーに注入されるときの前記ポリマーの濃度が、5〜20重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記逆エマルジョン中のポリマー/粉塵の比が、0.2〜1重量%、好ましくは0.2〜0.5重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記ケイ酸塩が形成された前記凝集体の2〜5重量%に相当すること、および前記高分子量ポリマーが前記ケイ酸塩の5〜40重量%に相当することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
前記アルカリ金属ケイ酸塩がアンモニウム、ナトリウム、カリウムおよびリチウムのケイ酸塩を含む群より選択されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記ケイ酸塩が1.6〜3.2のSiO/NaOモル比を示す二ケイ酸ナトリウムであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。

【公表番号】特表2012−509167(P2012−509167A)
【公表日】平成24年4月19日(2012.4.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−536923(P2011−536923)
【出願日】平成21年11月2日(2009.11.2)
【国際出願番号】PCT/FR2009/052111
【国際公開番号】WO2010/058111
【国際公開日】平成22年5月27日(2010.5.27)
【出願人】(510157524)エス.ピー.シー.エム. エス.エイ. (2)
【Fターム(参考)】