JP5146679B2 - 石炭微粒子の分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭微粒子の分離方法に関し、さらに詳しくは、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水から、該石炭微粒子を沈降させてその浮遊物質量を効果的に低下させる石炭微粒子の分離方法に関する。

従来から、鉄鋼製錬、フェロニッケル等のフェロアロイ製錬及び非鉄金属製錬において、操業資材である石炭は、工場内の貯炭場において保管され、工場内で操業上必要な量が所望の設備へ移送される。これら石炭の保管又は移送に伴い、降雨などによって流出したり、或いは移送設備からこぼれたりすることによって、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水が発生する。このような、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水からなる排水は、工場外に排出されるまえに、石炭微粒子の浮遊物質量を低下させるため、排水処理工程で処理される。

例えば、酸化ニッケル鉱石のフェロニッケル製錬においては、原料鉱石として、通常ガーニエライト鉱で代表される酸化ニッケル鉱石が使用され、まず、向流加熱方式のロータリーキルンで、装入された原料鉱石の焼成と部分還元処理に付される。この際、原料鉱石の還元剤としては、キルンに装入された還元用石炭が用いられ、かつ加熱源としては、キルンバーナーでの燃料からの燃焼熱、及び該還元用石炭の一部の燃焼により発生する燃焼熱が用いられる。次いで、焼成と部分還元処理に付されて得られた焼鉱は、電気炉等の熔融設備で、還元熔融され、フェロニッケル合金が生産される。

したがって、ここで、操業資材として、上記還元用石炭が工場内の貯炭場において保管されている。前記還元用石炭は、粒度が１〜２０ｍｍ程度の粒状物で添加されるため、工場内の貯炭場においては、常時操業上必要量の粒状石炭が貯留されており、また、操業時に、ロータリーキルンへの投入のため工場内を移送される。しかしながら、上記還元用石炭の粒状物には、通常の工業用の資材と同様、１〜２０ｍｍ程度の粒状物のほかに、より微細な粒子、例えば実質的には１００μｍ程度以下の粒径の微粒子も含まれているので、上記のような状況から、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水からなる排水（以下、石炭微粒子含有排水と呼称する場合がある。）が発生する。

ところで、前記石炭微粒子含有排水では、１００μｍ程度以下の粒径を有する石炭微粒子が浮遊物質（以下、ＳＳと呼称する場合がある。）を形成し、これを沈降分離して除去するためには、多大なコストを必要とするものであった。すなわち、一般的なＳＳの除去方法としては、ＳＳを含有する排水中に、そのＳＳの性質に応じた凝集剤を添加し、シックナーなどの重力沈降分離装置内に静置して、浮遊物質量を低下させるという方法が用いられている。しかしながら、ＳＳの成分として石炭微粒子を含む場合、石炭の比重が軽く、かつ微細であり、さらに疎水性を有しているので、凝集剤による捕集効率には限界があり、特に、沈降分離装置内の水面に浮遊している石炭微粒子にはその効果が小さく、オーバーフロー水とともに流出するため、さらに、フィルター等のろ過設備で除去するなどの工程を設ける必要があった。

このため、石炭微粒子からなるＳＳの除去率を向上させる方法としては、例えば、ベルトコンベアーのベルトを洗浄した際に発生する石炭粉を含む洗浄排水と凝集剤を含む溶液を撹拌する凝集撹拌槽と、該石炭粉を凝集剤により凝集沈殿させ、かつ上澄水を再利用するための凝集沈殿槽とを備えた洗浄排水処理設備であって、前記凝集沈殿槽で沈殿した石炭粉を含む沈殿物の水分を除去して濃縮し、石炭粉を回収する脱水設備を具備したことを特徴とする洗浄排水処理設備（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。また、石炭を保管する貯炭場から排出される濁水を浄化する浄化装置において、濁水を電解により浄化する電解槽と、得られた汚濁物の濃縮装置と、これを脱水する脱水装置とを備えた浄化装置（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。
これらの設備を用いる方法では、上澄水を再利用、又は石炭粉の回収が効果的行なわれるとしているが、このための新たな設備投資がかかり、また工場敷地の面積等のスペース的制約が大きいことから、設備面でより簡便で、かつ効率的な方法が求められている。

特開平０９−０８５２５５号公報（第１頁、第２頁） 特開２００３−１８１４５７号公報（第１頁、第２頁）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水から、該石炭微粒子を沈降させてその浮遊物質量を効果的に低下させ、さらに分離した石炭微粒子を利用することができる石炭微粒子の分離方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水から、該石炭微粒子を沈降分離する方法について、鋭意研究を重ねた結果、該懸濁水に、酸化ニッケル鉱石と凝集剤とを添加して混合し、次いで静置したところ、酸化ニッケル鉱石粒子による石炭微粒子の共沈凝集効果が発現し、該石炭微粒子を酸化ニッケル鉱石粒子とともに沈降させ、その浮遊物質量を低下することができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水（Ａ）から、該石炭微粒子を分離する方法であって、
前記懸濁水（Ａ）に、酸化ニッケル鉱石のガーニエライト鉱と凝集剤とを添加して混合し、次いで静置し、沈降した石炭微粒子とガーニエライト鉱を含有する沈殿物を分離することを特徴とする石炭微粒子の分離方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記ガーニエライト鉱を添加する際、ガーニエライト鉱を含む懸濁水（Ｂ）を用いることを特徴とする石炭微粒子の分離方法が提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明において、前記ガーニエライト鉱の粒径は、１０〜５０μｍであることを特徴とする石炭微粒子の分離方法が提供される。

また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３いずれかの発明において、前記ガーニエライト鉱の添加割合は、前記懸濁水（Ａ）中の石炭微粒子１質量部に対し、１〜３質量部であることを特徴とする石炭微粒子の分離方法が提供される。

また、本発明の第５の発明によれば、第１〜４いずれかの発明において、前記懸濁水（Ａ）は、鉄鋼製錬、又はフェロニッケル製錬の工場排水であることを特徴とする石炭微粒子の分離方法が提供される。

また、本発明の第６の発明によれば、第５の発明において、前記沈殿物は、前記鉄鋼製錬又はフェロニッケル製錬において、原料鉱石又は石炭に混入され、製錬工程内で利用されることを特徴とする石炭微粒子の分離方法が提供される。

本発明の石炭微粒子の沈降分離方法は、第１〜５の発明では、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水から、該石炭微粒子を沈降分離する際、該懸濁水に、酸化ニッケル鉱石と凝集剤とを添加して混合し、次いで静置するという簡便な設備を用いた方法により、酸化ニッケル鉱石粒子のよる石炭微粒子の共沈凝集効果が発現し、石炭微粒子を酸化ニッケル鉱石粒子とともに効果的に沈降分離させ、その浮遊物質量を低下することができ、例えば、シックナー等の簡便な重力沈降分離装置において、９５％以上の石炭微粒子の沈降分離効率を得ることができ、また、幅広いｐＨ領域において、同様の沈降分離効果を得ることができるので、その工業的価値は極めて大きい。

また、第６の発明によれば、沈降した石炭微粒子と酸化ニッケル鉱石を含有する沈殿物は、鉄鋼製錬又はフェロニッケル製錬において、原料鉱石又は石炭に混入され、製錬工程内で有効に利用することができる。例えば、フェロニッケル製錬では、沈殿物は、その焼成及び部分還元処理する工程に装入され、還元用石炭及び酸化ニッケル鉱石として利用されるので、コスト上もより有利である。

以下、本発明の石炭微粒子の分離方法を詳細に説明する。
本発明の石炭微粒子の分離方法は、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水（Ａ）から、該石炭微粒子を分離する方法であって、前記懸濁水（Ａ）に、酸化ニッケル鉱石と凝集剤とを添加して混合し、次いで静置し、沈降した石炭微粒子と酸化ニッケル鉱石を含有する沈殿物を分離することを特徴とする。

本発明において、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水に、凝集剤とともに、酸化ニッケル鉱石を添加することが重要である。これによって、酸化ニッケル鉱石粒子による石炭微粒子の共沈凝集効果が発現し、石炭微粒子を効果的に沈降分離させるとともに、添加した酸化ニッケル鉱石を含めた浮遊物質量を低下することができる。例えば、重力沈降分離装置のような簡便な設備において、前記懸濁水中の石炭微粒子と添加した酸化ニッケル鉱石の合計量の９５％以上を沈降分離することができ、石炭微粒子と酸化ニッケル鉱石を含有する沈殿物として分離することができる。また、幅広いｐＨ領域において、同様の沈降分離効果を得ることができる。

すなわち、前記懸濁水に、酸化ニッケル鉱石粒子を添加し、さらに凝集剤を添加することにより、石炭微粒子は酸化ニッケル鉱石粒子と共沈し、フロックの粗大化が起こり、所謂共沈凝集効果によって、一般的に用いられるシックナーなどの重力沈降分離装置でも、容易に沈降させることができる。また、同時に、石炭微粒子のうち液面に浮遊する割合も大幅に減少するので、これを除去するためのフィルター等のろ過設備を使用することなく、工場外への排水中の浮遊物質量を排水基準以下に低下させることができる。

したがって、上記方法に用いる沈降分離設備としては、特に限定されるものではないが、例えば、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水に、酸化ニッケル鉱石と凝集剤とを添加して混合する撹拌混合槽と、この混合液を静置し、石炭微粒子と酸化ニッケル鉱石を沈降させるシックナー等の重力沈降分離装置からなる簡便な設備が用いられる。

上記方法に用いる石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水（Ａ）としては、特に限定されるものではないが、通常、浮遊物質の沈降が困難である、例えば、粒径が１０〜１００μｍ程度の石炭微粒子と水を含む懸濁物が挙げられる。上記懸濁物としては、前述したように、鉄鋼製錬、フェロニッケル等のフェロアロイ製錬及び非鉄金属製錬において、操業資材である石炭が工場内の貯炭場において保管され、また工場内で操業上必要量が所望の設備へ移送される際に発生する石炭微粒子含有排水が含まれる。なお、前記粒径は、下限粒径では、保留粒子径の異なる複数の定量ろ紙を用い、上限粒径では、篩目開きの異なる複数の標準篩を用いて測定されたものである。

上記方法において、酸化ニッケル鉱石を添加する手段としては、特に限定されるものではないが、酸化ニッケル鉱石粒子を直接添加するか、或いは酸化ニッケル鉱石粒子を含む懸濁水（Ｂ）を用いることができる。ここで、前記懸濁水（Ｂ）の酸化ニッケル鉱石の濃度としては、特に限定されないので、例えば、工場内で発生する酸化ニッケル鉱石粒子を含む懸濁水が有効に用いられる。

上記方法に用いる酸化ニッケル鉱石の粒径としては、特に限定されるものではなく、石炭微粒子の共沈凝集効果を発現する、１０〜５０μｍであることが好ましい。すなわち、前記粒径が１０μｍ未満では、添加する際のハンドリングが難しく、粉塵発生の原因となる。一方、前記粒径が５０μｍを超えると、共沈凝集効果が低下する。このような粒径を有する酸化ニッケル鉱石は、一般的に工業的に使用されている原料鉱石から容易に調製することができる。なお、前記粒径は、下限粒径では、保留粒子径の異なる複数の定量ろ紙を用い、上限粒径では、篩目開きの異なる複数の標準篩を用いて測定されたものである。

上記方法に用いる酸化ニッケル鉱石の添加割合としては、特に限定されるものではなく、前記懸濁水（Ａ）中の石炭微粒子１質量部に対し、１〜３質量部であることが好ましく、２〜３質量部であることがより好ましい。すなわち、前記添加割合が１質量部未満では、共沈凝集効果が不充分であり、９５％以上の沈降分離効率が得られない。一方、前記添加割合が３質量部を超えても、それ以上の効果が望めない。また、前記添加割合が２質量部以上であれば、９９％以上の沈降分離効率が得られる。なお、沈降分離効率とは、実施例において記載する方法で求められるものである。

上記方法に用いる凝集剤としては、特に限定されるものではなく、市販の無機系ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）硫酸バンド（硫酸アルミニウム）等の無機系凝集剤、或いはポリアクリルアミド系等の高分子凝集剤が用いられる。

上記方法に用いる懸濁水のｐＨとしては、特に限定されるものではなく、石炭微粒子の沈降分離処理後の排水を容易に廃棄することができる排水基準に適合していることが好ましく、例えば、ｐＨ５〜９の範囲で、９５％以上の沈降分離効率が得られる。

上記方法に用いる酸化ニッケル鉱石としては、特に限定されるものではないが、工業的に製錬原料鉱石として使用されている、ニッケルを比較的高品位で含有するガーニエライト鉱、或いはニッケルの含有量が少ないリモナイト鉱が挙げられる。
これらの鉱石の工業的使用としては、フェロニッケル製錬では、主として、ガーニエライト鉱等のケイ酸マグネシウム鉱石が使用される。ここで、最も一般的に用いられるガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱換算でＮｉ品位が２．１〜２．５質量％、Ｆｅ品位が１１〜２３質量％、ＭｇＯ品位が２０〜２８質量％、ＳｉＯ_２品位が２９〜３９質量％、ＣａＯ品位が＜０．５質量％、灼熱減量が１０〜１５質量％であり、ロータリーキルンへ装入される原料鉱石には、１０〜３０質量％の付着水が含有されている。また、鉄鋼製錬の銑鉄の製造では、鉄鉱石源として、リモナイト鉱等のＮｉ品位が１質量％程度以下で、ゲーサイト（Ｆｅ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ）又はへマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）を主成分として含有する鉱石が使用される。

上記方法で得られる沈殿物の用途としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄鋼製錬又はフェロニッケル製錬においては、上記沈殿物は、原料鉱石又は石炭に混入され、製錬工程内で利用されることが好ましい。これによって、前記沈殿物は、製錬工程内で処理される石炭及び酸化ニッケル鉱石の一部として有効に利用される。例えば、フェロニッケル製錬では、その焼成及び部分還元処理する工程に装入すれば、沈殿物中の石炭微粒子と酸化ニッケル鉱石が還元用石炭及び酸化ニッケル鉱石の一部として利用される。また、このとき、前記沈殿物は、シックナーなどの重力沈降分離装置から排出されたスラリー状態のままで、焼成及び部分還元処理する工程の装入物に混入するか、或いは貯鉱場又は貯炭場に投入することにより使用することができるので、濃縮、乾燥等の後処理が不要である。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた沈降分離効率の評価方法は、次の通りである。
［沈降分離効率の測定方法］
沈降分離処理後の上澄み液１００ｍＬを用いて、メンブランろ過器でろ過した。なお、メンブランろ過器では、事前に秤量しておいたろ紙を用いた。続いて、乾燥機で、ろ紙上に捕集された浮遊物質（石炭微粒子及び酸化ニッケル鉱石）を、ろ紙ごと、１０５℃の温度で１時間乾燥し、放冷後の重量を秤量した。その後、乾燥後の重量と事前に秤量しておいたろ紙重量の差から、浮遊物質量（ｍｇ／Ｌ）を求めた。次いで、この浮遊物質量（ｍｇ／Ｌ）を用いて、沈降分離処理前の石炭微粒子を含有した懸濁水中の石炭微粒子量と添加した酸化ニッケル鉱石量の合計量（ｍｇ／Ｌ）とから、沈降分離量を算出し、沈降分離効率（％）を求めた。なお、沈降分離効率が９５％未満では、国の定める一律排水基準より厳しい上乗せ基準値（ＳＳ：６０ｍｇ／Ｌ）を満足することが難しい

（実施例１）
まず、粒径１０〜１００μｍの石炭微粒子を２ｇ／Ｌの濃度で含有する懸濁水を準備した。なお、ｐＨは７程度であった。
次いで、前記懸濁水５００ｍＬを採取し、その中に、酸化ニッケル鉱石として粒径１０〜５０μｍのガーニエライト鉱１ｇ（石炭微粒子１質量部に対し１質量部に当たる。）を添加した。続いて、その中に、凝集剤として、ＰＡＣ（八代化学株式会社製、濃度：５質量％）２ｍＬ、及びクリフロックＥＮ−１４１（栗田工業株式会社製、濃度：０．２質量％）３０ｍＬを添加し、スターラで３０秒間攪拌混合し、１分間静置後に、沈殿物から分離された上澄み液を採取し、上記評価方法により沈降分離効率を求めた。結果を表１に示す。

（実施例２）
前記ガーニエライト鉱を２ｇ（石炭微粒子１質量部に対し２質量部に当たる。）添加したこと以外は実施例１と同様に行い、沈降分離効率を求めた。結果を表１に示す。

（実施例３）
前記ガーニエライト鉱を３ｇ（石炭微粒子１質量部に対し３質量部に当たる。）添加したこと以外は実施例１と同様に行い、沈降分離効率を求めた。結果を表１に示す。

（実施例４）
前記懸濁水の準備において、希塩酸を添加してｐＨ５程度に調整したこと以外は実施例３と同様に行い、沈降分離効率を求めた。結果を表１に示す。

（実施例５）
前記懸濁水の準備において、アンモニア水を添加してｐＨ９程度に調整したこと以外は実施例３と同様に行い、沈降分離効率を求めた。結果を表１に示す。

（比較例１）
前記懸濁水にガーニエライト鉱を添加しなかったこと以外は実施例１と同様に行い、沈降分離効率を求めた。結果を表１に示す。

表１より、実施例１〜５では、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水に、酸化ニッケル鉱石と凝集剤とを添加して混合し、次いで静置し、石炭微粒子と酸化ニッケル鉱石を含有する沈殿物を分離することで、本発明の方法に従って行われたので該懸濁水から、該石炭微粒子の浮遊物質量を効果的に低下させることができることが分かる。
これに対して、比較例１では、酸化ニッケル鉱石の添加において、これらの条件に合わないので、該石炭微粒子の沈降分離において満足すべき結果が得られないことが分かる。

以上より明らかなように、本発明の石炭微粒子の分離方法は、石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水から、該石炭微粒子を沈降し、その浮遊物質量を効果的に低下させることができるので、前記懸濁水が発生する幅広い分野で利用することができ、特に鉄鋼製錬、フェロニッケル等のフェロアロイ製錬及び非鉄金属製錬分野で利用する、懸濁水から石炭微粒子を分離回収し、さらに得られた沈殿物を利用する方法として好適である。

Claims (6)

1. 石炭微粒子を浮遊物質として含む懸濁水（Ａ）から、該石炭微粒子を分離する方法であって、
   前記懸濁水（Ａ）に、酸化ニッケル鉱石のガーニエライト鉱と凝集剤とを添加して混合し、次いで静置し、沈降した石炭微粒子とガーニエライト鉱を含有する沈殿物を分離することを特徴とする石炭微粒子の分離方法。
2. 前記ガーニエライト鉱を添加する際、ガーニエライト鉱を含む懸濁水（Ｂ）を用いることを特徴とする請求項１に記載の石炭微粒子の分離方法。
3. 前記ガーニエライト鉱の粒径は、１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭微粒子の分離方法。
4. 前記ガーニエライト鉱の添加割合は、前記懸濁水（Ａ）中の石炭微粒子１質量部に対し、１〜３質量部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の石炭微粒子の分離方法。
5. 前記懸濁水（Ａ）は、鉄鋼製錬又はフェロニッケル製錬の工場排水であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の石炭微粒子の分離方法。
6. 前記沈殿物は、前記鉄鋼製錬又はフェロニッケル製錬において、原料鉱石又は石炭に混入され、製錬工程内で利用されることを特徴とする請求項５に記載の石炭微粒子の分離方法。