以电炉粉尘为原料的锌制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锌制造方法，特别是涉及以电炉粉尘或二次粉尘为原料的锌制造 方法，所述电炉粉尘是作为炼铁工艺之一的电炉法中对废料进行熔解冶炼时产生的，所述 二次粉尘是指将电炉粉尘作为炼铁原料、非铁原料、水泥增量材进行再利用时在还原炉中 产生的粉尘。
【背景技术】
[0002] 通常，在作为炼铁工艺之一的电炉法中，在废料的熔解冶炼时，产生炼钢量的约 1.5%到2.0%的电炉粉尘，其是含有氧化锌成分的工业废弃物。据称电炉粉尘在世界范围 内产生700万吨，在日本产生50万吨。
[0003] 大部分铁废料为废家电或废汽车。废家电或废汽车的涂装基底实施过镀锌。此外， 废料中含有涂料、塑料和油分等。因此，在电炉粉尘中除了锌或铅等重金属之外，还含有氯 化物和二噁英类等有害有机物。另一方面，电炉粉尘中含有约20~30%的铁和20~30%的 锌。因此，电炉粉尘是非常有用的资源。
[0004] 但是，现行的锌制造方法的主流以水溶液电解，难以将电炉粉尘直接为作为水溶 液电解的原料。这是因为:首先电炉粉尘中的大部分锌形成了难溶于硫酸的铁酸锌(氧化锌 与氧化铁的化合物），另一方面，电炉粉尘含有大量可溶于硫酸的游离氧化铁。再者，除此之 外，电炉粉尘中还含有有害于水溶液电解的氯等卤素。出于这样的理由，进行的锌制造法 中，先对电炉粉尘进行还原处理，将其作为粗氧化锌的形式回收后进行电解处理。
[0005] 作为用于从电炉粉尘中得到粗氧化锌的主要再利用技术，可以举出井炉法、等离 子体法、电熔融还原法、MF炉法或转底炉法等。目前利用这些再利用技术生成的粗氧化锌成 为干式和湿式的锌冶炼用的原料。
[0006] 在该情况下，关于锌回收方法，专利文献1公开了一种从由电炉法铁肩冶炼炉等产 生的含有氧化锌的电炉粉尘中回收金属锌的方法。具体而言，专利文献1中公开了下述内 容:将电炉粉尘或二次粉尘与含金属铁的粉末、还原剂、粘合剂和水混合及混炼，之后进行 成型，进一步在还原炉中进行烧制。由此，在专利文献1中，将电炉粉尘中或二次粉尘中的氧 化锌以金属锌蒸气的形式回收。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1:日本特开2002-105550号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]但是，根据本发明人的研究，在专利文献1所公开的构成中，虽然将电炉粉尘中或 二次粉尘中的氧化锌以金属锌蒸气的形式回收，但由于粗氧化锌中含有氯成分，因此从粗 氧化锌生成锌块时，在氯成分的去除上花费成本，存在改良的余地。
[0012] 此外，在专利文献1所公开的构成中，回收的金属锌的组成以纯度3N为极限，存在 提高纯度的余地。
[0013] 此外，根据本发明人的进一步研究，在以粗氧化锌为原料的湿式冶炼的电解方法 中，使用稀硫酸水溶液电解，其电流密度低至500A/m 2,此外，需要装卸阴极来回收在阴极表 面生长的锌块，因此需要回收作业和用于此的设备，存在改良的余地。因此，在该湿式冶炼 的电解方法中，为了降低成本而获得规模的利益，倾向于形成大规模工厂。即，在目前使用 电炉粉尘的锌制造方法中，能够将电炉粉尘制成粗氧化锌这样的中间原料，但所处的状况 是不得不负担运输成本来将粗氧化锌搬运到大规模锌冶炼厂。
[0014]此外，如上所述，对于粗氧化锌，其是从电炉粉尘中以二次粉尘的形式制造的，其 中使用大规模设备，且使用大量能源。在目前作为锌制造法主流的水溶液电解中无法直接 利用电炉粉尘的一大理由是电炉粉尘中的大部分锌形成了难溶于硫酸的铁酸锌，若能够直 接对其进行处理，则能够实现大的节能。
[0015] 本发明人经过以上研究发现，利用氯化工序提取电炉粉尘中或二次粉尘中的锌成 分，之后进行纯化，并利用熔融盐电解法进行处理，由此能够解决上述问题，从而完成了本 发明。
[0016] 本发明是鉴于该情况而完成的，其目的在于提供一种锌制造方法，其不需要用于 脱氯的附加成本，适合于含有大量氯的电炉粉尘等的处理，能够制造纯度4N以上的高纯度 锌块，并且能够利用小型装置进行操作。
[0017] 用于解决课题的手段
[0018] 本发明的基本内容如下:使电炉粉尘或二次粉尘与含有氯气和含氧气体的混合气 体接触，使电炉粉尘或二次粉尘中的氧化锌成分转化为氯化锌并使其气化，以粗氯化锌蒸 气的方式提取后，对其进行纯化，制成熔融状态的纯化氯化锌，进一步利用熔融盐电解法对 其进行处理，通过具有这种构成，获得纯度4N以上的高纯度锌块。
[0019] 在本发明的氯化工序中，通过使含有氧化锌的电炉粉尘或二次粉尘与含有氯气和 含氧气体的混合气体接触，电炉粉尘或二次粉尘中的铁成分仅少许被氯化，大部分仍以固 体状态残留，因此能够使电炉粉尘或二次粉尘中的锌成分选择性氯化并使其气化。
[0020] 在几乎由粗氧化锌构成的二次粉尘的氯化中，可以为单独使用氯气或使用含有氯 气和含氧气体的混合气体的任一种的氯化，但是，电炉粉尘的情况下，需要对铁酸锌进行氯 化。该情况下，期望铁酸锌中的氧化铁成分和单独存在的游离氧化铁的大部分不发生氯化， 氧化锌成分优先发生氯化。在本发明中，根据热力学研究发现，若使用含有氯气和含氧气体 的混合气体，则上述情况成为可能，进一步在实验中对其进行确认。
[0021] 此外，在本发明的纯化工序中，能够将在氯化工序中得到的粗氯化锌蒸气中所含 的氯化锌成分从粗氯化锌蒸气中所含的氯化锌以外的成分分离出来，从而能够得到纯化氯 化锌。作为氯化锌以外的成分，据认为其是一部分的氧化铁氯化而生成的氯化铁和来自原 料的氯化铅、氯化碱等。
[0022] 作为该纯化工序，优选采用蒸馏工序或还原工序，此外，也可以采用组合蒸馏工序 和还原工序，并以该顺序实行的复合的纯化工序。
[0023] 采用蒸馏工序作为纯化工序的情况下，通过对含有粗氯化锌蒸气中所含的氯化锌 成分的熔融液进行蒸馏，从而得到纯化氯化锌。由此，粗氯化锌蒸气中的氯化锌成分与氯化 锌以外的金属氯化物成分可以利用它们的蒸气压差而相互分离开，最终能够纯化该氯化锌 成分。
[0024] 此外，采用还原工序作为纯化工序的情况下，通过在粗氯化锌熔融液中添加还原 剂，或在粗氯化锌与碱金属氯化物或碱土金属氯化物的熔融混合盐中添加还原剂，使比锌 贵的金属杂质成分还原析出，从而能够纯化该氯化锌成分。需要说明的是，使用混合熔融盐 的情况下，其中可以含有比锌贱的金属成分。
[0025] 此外，采用组合蒸馏工序和还原工序，并以该顺序实施的复合的纯化工序的情况 下，利用它们的协同作用，能够以进一步提高纯度的方式纯化粗氯化锌蒸气中的氯化锌成 分。
[0026] 此外，在本发明的电解工序中，其熔融盐电解浴为氯化物，因此即使原料含有氯成 分，也不需要现有方法那样的用于脱氯的附加成本，非常适合于含有大量氯的电炉粉尘等 的处理。
[0027] 进一步，在本发明的电解工序中，使用氯化锌的熔融盐电解法，因此在每lm2电极 表面积中电流密度为5000A/V以上，与在现有的水溶液电解中电流密度约为500A/V相比 较，得到10倍的生产率，能够使设备小型化。此外，在该熔融盐电解法中，若将电解浴的温度 设定在金属锌的熔点以上，则能够使用基于氮气等惰性气体的气提式、真空抽提式