JP3645934B2

JP3645934B2 - Treatment method of black dross generated by aluminum dissolution

Info

Publication number: JP3645934B2
Application number: JP8977795A
Authority: JP
Inventors: 英明橋本; 和士田中; 章浩竹内
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: JPH08281239A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウム溶解の際に発生するドロス、すなわちいわゆるホワイトドロスからさらにアルミニウムを回収する工程において、これを粉砕、篩分け処理する際に発生する微粉からなるいわゆるブラックドロスの処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
わが国におけるアルミニウムの消費量は、世界の１５％に達しているが、原料のほとんどがアルミニウム地金として海外から輸入されている。他方、アルミニウムはリサイクル、すなわち使用済み屑の溶解による再生が容易な金属であり、かつ再溶解に要する電力量は、ボーキサイトからの製錬の際に必要とする電力量の約３％にすぎない。このため、アルミニウムのリサイクル、すなわち溶解による再生は、資源的にもコスト的にも非常に有効な手段である。
【０００３】
しかして、アルミニウムの溶解の際には、ホワイトドロスと呼ばれる廃棄物が副生される。このホワイトドロスは、金属アルミニウムの含有量が通常７０％以上であるので、例えば図２に示すような工程によって大部分のアルミニウムが回収される。すなわち、ホワイトドロスは、粉砕され、篩分けられ、ある粒度範囲の粗粒を溶解して、アルミニウムを回収する。このホワイトドロスの粉砕、篩分けの際に発生する微粉（通常１００メッシュ以下）がいわゆるブラックドロスである。
【０００４】
このブラックドロスは、年間約３０万トンも発生するが、現在のところ有害廃棄物に指定されておらず、いわゆる管理型埋立てにより処分されている。しかしながら、不純物として窒素化合物、塩素化合物、重金属元素を含んでいるので、アルミニウムのリサイクルの進展に伴って蓄積量が増加すると、近い将来環境汚染の問題が表面化してくるものと考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ブラックドロスは、金属アルミニウムの含有量は通常２０％以下で、アルミナを主成分とするために、導電性がほとんどなく、かつ高融点である。したがって、含有される不純物を除去し、又は無害化するために、これを溶解処理することは従来の技術によっては不可能とされていた。本発明は、ブラックドロスを高温に加熱することにより溶解、すなわち溶融して、含有不純物を除去し、又は無害化する方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、アルミニウム溶解に伴い発生するホワイトドロスを粉砕して篩分けする処理工程にて発生した微紛からなるブラックドロスを直接加熱によって溶解させる工程を含むことを特徴とするブラックドロスの処理方法である。本発明の溶解装置としては、アークプラズマ発生装置を用いることができる。このアークプラズマ発生装置によってブラックドロスを溶解するためには、該ブラックドロスをプレスすることによりペレットに固めた後、装置に投入することが好ましい。
【０００７】
【発明の作用・効果】
上記の本発明によるブラックドロスの処理方法によれば、従来の技術によっては溶解不可能とされていたブラックドロスの溶解処理が可能となった。この処理によって、ドロスの容積は処理前の４０％に減少し、また同ブラックドロスに含まれた塩素は９９．９％が除去された。
【０００８】
【実施例】
本発明は、ブラックドロスを直接加熱によって溶解させる工程を含むことを特徴とするが、本発明による方法の実施例として、以下にアークプラズマによって溶解を行った実験について説明する。実験に使用した試料は、図２に示すホワイトドロスの粉砕、篩分けの際に発生する微粉（１００メッシュ以下）のブラックドロスである。図１に実験に使用したアークプラズマ発生装置を示す。この装置のアークチャンバー１の上部には、直流アルゴンプラズマ発生用トーチ２と試料投入フィーダ３が取り付けられている。トーチ２に供給されるアーク電圧、アーク電流、アルゴンガス流量は図示省略の制御装置によって制御される。チャンバー１の中央にはカーボンるつぼ４（直径２２０ｍｍ×１２０ｍｍ）が設置されており、ここでフィーダ３から投入された試料をアークプラズマによって溶解する。なお、符号５はるつぼ蓋、６はチャンバー内の圧力を測定する圧力計、７ａ、７ｂはるつぼの温度を測定する温度計、８は分析用ガス取り出し口である。
【０００９】
実験操作は次のとおりである。ブラックドロス１６０ｇを試料とし、これをプレスして固めて１０×５０×２０ｍｍの大きさのペレット１０数個を作り、フィーダ３を通してチャンバー１内のカーボンるつぼ４にペレット３個／ｍｉｎの速さで順次投入し、プラズマ溶解した。２０ｋＷの電力で約５分間で処理を終えた。
【００１０】
溶解時に発生したガスは、質量分析計を用いて分析を行った後、スクラバー（排ガス処理装置）により中和処理を施した。プラズマ処理前後の試料については、Ｘ線回折分析とＥＰＭＡを用いて化学種分析を行い、またＩＣＰ−ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分析）とフレームレス原子吸光分析を用いて組成分析を行った。下記表１にプラズマ処理前後のブラックドロスの化学種分析の結果を、下記表２に同様に組成分析の結果を示す。
【００１１】
【表１】

【００１２】
【表２】

【００１３】
上記実験の結果、本発明の方法によれば、ブラックドロスの直接加熱による溶解が可能なことが明らかとなった。すなわち、ブラックドロスから作ったペレットを少量ずつるつぼ４内に投入することにより、始めにるつぼの底に少量の溶融物からなる導電性の溜まりを形成し、この溜まり中に順次ペレットを投入して溶解させる。このようにして非導電性のブラックドロスの直接溶解が可能となった。この溶解処理によって、ブラックドロスの容積は処理前の４０％に減少した。表１から、ブラックドロスの主成分の形態は、Ａｌの酸化物と窒化物の混合した形となっていると考えられ、プラズマ処理後も大きな変化は見られなかった。表２から、Ｍ−Ａｌ（金属アルミニウム）については、プラズマ処理により酸化されてＡｌ₂Ｏ₃に変化することが分かった。これは、フィーダ３を用いて試料を大気下で投入したので、るつぼの周りが酸化雰囲気になっていたためであると考えられる。窒素については、プラズマ処理を施すことによってほぼ１／３に減少した。プラズマ処理を極く短時間行うと、質量分析計に質量数１７のアンモニアのピークが生じたことから、プラズマ処理によってブラックドロス中のＮ成分は分解されたと考えられる。Ｃｌについては、濃度がプラズマ処理前の７．３２％から、プラズマ処理後は０．００８０％（＝８０ｐｐｍ）に減少し、９９．９％除去することができた。Ｃｒ，Ｐｂ，Ｃｄのような重金属元素についは、プラズマ処理によってあまり変わっていないが、ガラス状に固化されているので溶出のおそれはないと考えられる。このように、ブラックドロスの溶解生成物は無害化されており、かつアルミナを主成分とするので、路盤材等としての再利用が期待される。
【００１４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施したアークプラズマ発生装置の一部切り欠き略立面図である。
【図２】アルミニウム溶解に伴うブラックドロスの発生を示す工程図である。
【符号の説明】
１…アークチャンバー、２…プラズマ発生用トーチ、３…試料投入フィーダ、４…カーボンるつぼ。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention, dross generated during the aluminum dissolution, i.e. in the step of further recovering aluminum from a so-called white dross, which grinding, but relates to a process for the treatment of so-called black dross consisting fines generated during the processing sieved is there.
[0002]
[Prior art]
Aluminum consumption in Japan has reached 15% of the world, but most of the raw materials are imported from overseas as aluminum ingots. On the other hand, aluminum is a metal that can be easily recycled, i.e., regenerated by melting spent waste, and the amount of power required for remelting is only about 3% of the amount of power required for smelting from bauxite. . For this reason, recycling of aluminum, that is, regeneration by dissolution, is a very effective means in terms of resources and cost.
[0003]
Thus, when aluminum is dissolved, a waste called white dross is by-produced. The white dross usually has a metal aluminum content of 70% or more, so that most of the aluminum is recovered by a process such as shown in FIG. That is, white dross is pulverized and sieved, and coarse particles in a certain particle size range are dissolved to recover aluminum. The fine powder (usually 100 mesh or less) generated during pulverization and sieving of white dross is so-called black dross.
[0004]
This black dross, but approximately 300,000 tons generated per year, not specified in the currently hazardous waste, have been disposed of by the so-called managed landfill hand. However, since nitrogen compounds, chlorine compounds, and heavy metal elements are included as impurities, it is considered that the problem of environmental pollution will surface in the near future if the amount of accumulation increases with the progress of aluminum recycling.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, black dross usually has a metal aluminum content of 20% or less and has alumina as a main component, and therefore has almost no conductivity and a high melting point. Therefore, in order to remove or detoxify the contained impurities, it has been impossible by conventional techniques to dissolve the impurities. An object of the present invention is to provide a method for removing, or detoxifying, impurities contained in black dross by heating to a high temperature, ie, melting, melting.
[0006]
[Means for solving the problems]
In order to achieve the above-mentioned object , the present invention includes a step of dissolving black dross composed of fine powder generated in a processing step of pulverizing and sieving white dross generated along with dissolution of aluminum by direct heating. This is a characteristic black dross processing method. An arc plasma generator can be used as the melting device of the present invention. In order to melt black dross by this arc plasma generator, it is preferable that the black dross is pressed into a pellet and then charged into the apparatus.
[0007]
[Operation and effect of the invention]
According to the above black dross treatment method of the present invention, the black dross dissolution treatment, which has been impossible to dissolve by the prior art, can be performed. This treatment reduced the dross volume to 40% before treatment and 99.9% of the chlorine contained in the black dross was removed.
[0008]
【Example】
The present invention is characterized by including a step of dissolving black dross by direct heating. As an example of the method according to the present invention, an experiment in which arc plasma is melted will be described below. The sample used for the experiment is a black dross of fine powder (100 mesh or less) generated during pulverization and sieving of white dross shown in FIG. FIG. 1 shows an arc plasma generator used in the experiment. A DC argon plasma generating torch 2 and a sample feeding feeder 3 are attached to the upper portion of the arc chamber 1 of this apparatus. The arc voltage, arc current, and argon gas flow rate supplied to the torch 2 are controlled by a control device (not shown). A carbon crucible 4 (diameter 220 mm × 120 mm) is installed at the center of the chamber 1, and the sample charged from the feeder 3 is melted by arc plasma here. Reference numeral 5 is a crucible lid, 6 is a pressure gauge for measuring the pressure in the chamber, 7a and 7b are thermometers for measuring the temperature of the crucible, and 8 is a gas outlet for analysis.
[0009]
The experimental procedure is as follows. Using 160 g of black dross as a sample, this is pressed and hardened to make 10 pellets of 10 × 50 × 20 mm in size, and through the feeder 3 into the carbon crucible 4 in the chamber 1 at a rate of 3 pellets / min. Sequentially charged and plasma dissolved. Processing was completed in about 5 minutes with 20 kW of power.
[0010]
The gas generated during dissolution was analyzed using a mass spectrometer and then neutralized by a scrubber (exhaust gas treatment device). Samples before and after the plasma treatment were subjected to chemical species analysis using X-ray diffraction analysis and EPMA, and also subjected to composition analysis using ICP- AES (inductively coupled plasma emission analysis ) and flameless atomic absorption analysis. Table 1 below shows the results of chemical species analysis of black dross before and after plasma treatment, and Table 2 below shows the results of composition analysis in the same manner.
[0011]
[Table 1]

[0012]
[Table 2]

[0013]
As a result of the above experiment, it was revealed that the black dross can be dissolved by direct heating according to the method of the present invention. That is, by putting a small amount of pellets made from black dross into the crucible 4, a conductive reservoir made up of a small amount of melt is first formed at the bottom of the crucible. Dissolve. In this way, non-conductive black dross can be directly dissolved. This dissolution treatment reduced the black dross volume to 40% before treatment. From Table 1, the main component of black dross is considered to be a mixed form of Al oxide and nitride, and no significant change was observed after plasma treatment. From Table 2, it was found that M-Al (metallic aluminum) was oxidized by plasma treatment and changed to Al ₂ O ₃ . This is presumably because the sample was put in the atmosphere using the feeder 3 and the atmosphere around the crucible was in an oxidizing atmosphere. About nitrogen, it reduced to about 1/3 by performing plasma processing. When the plasma treatment was performed for an extremely short time, an ammonia peak having a mass number of 17 was generated in the mass spectrometer, and it is considered that the N component in the black dross was decomposed by the plasma treatment. With respect to Cl, the concentration decreased from 7.32% before the plasma treatment to 0.0080% (= 80 ppm) after the plasma treatment, and 99.9% could be removed. Although heavy metal elements such as Cr, Pb, and Cd have not changed much by the plasma treatment, it is considered that there is no possibility of elution because they are solidified into glass. As described above, the dissolved product of black dross is made harmless and is mainly composed of alumina, so that it can be reused as a roadbed material or the like.
[0014]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway schematic elevational view of an arc plasma generator in which the method of the present invention is implemented.
FIG. 2 is a process diagram showing the generation of black dross accompanying aluminum dissolution.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Arc chamber, 2 ... Plasma generation torch, 3 ... Sample feeding feeder, 4 ... Carbon crucible.

Claims

A method for treating black dross, comprising a step of dissolving black dross formed of fine powder generated in a treatment step of pulverizing and screening white dross generated along with dissolution of aluminum by direct heating.

2. The black dross processing method according to claim 1, wherein an arc plasma generator is used as the black dross melting apparatus.

The black dross processing method according to claim 2, wherein the black dross is solidified into pellets by pressing and then melted by the arc plasma generator .