科学研究 - 日本实证从电炉粉尘中同时回收锌和铁新技术

产学共同实用化开发业务（NexTEP）的开发课题“源自电炉炼钢粉尘的高纯度锌及钢铁原料联产系统”的开发结果经日本科学技术振兴机构（JST）认证成功。该开发课题以日本东北大学的长坂彻也教授等人的研究成果为基础，委托丰荣商会公司推进了实用化开发。

在回收利用废铁的电炉企业排放的电炉粉尘中，除了含有约20％的锌（Zn）和约30％的铁（Fe）之外，还含少量卤素（氯和氟）及有害元素铅等。因此大多都外包给中间处理公司进行处理。此前从电炉粉尘中回收锌的方法能源效率较差，铁也很难回收。

丰荣商会采用长坂教授等人研发的石灰添加法开发出电炉粉尘处理方法，在中等规模试验工厂中验证成功。利用新方法可以将粉尘中的锌作为高纯度金属锌、将残留物作为钢铁原料进行高效回收。与传统方法相比可节能30％；同时因为未使用普通的焦炭等碳材料作氧化锌还原剂，二氧化碳排放量也削减了50％。

该技术能使原来需经过多个行业的处理实现一站化，还有望为预防地球变暖做出贡献。

＜背景＞

要回收钢铁和汽车等众多行业产生的废铁，离不开利用电炉对废铁进行重熔生产钢铁的电炉企业。日本国内目前运转的电炉每生产一吨粗钢会产生16～17千克的电炉粉尘，一年约产生40万吨。电炉粉尘为特别管理产业废弃物。但粉尘中通常含有约20％的锌和约30％的铁，对于锌需求约80％尚依赖进口矿石的日本来说理应是重要的再生资源。不过，由于其中含有害元素，且锌和铁的含量比较低，因此锌冶炼业和钢铁企业并不接收这些电炉粉尘。目前大多都通过向特别管理产业废弃物的中间处理公司支付处理费，委托其进行回收。

现在电炉粉尘的中间处理主要利用碳热还原法——威尔兹法，但这种工艺主要存在以下三个问题：

① 锌只能在还原成锌蒸汽后再度氧化，以氧化锌的形式回收。因此要想获得金属锌，需要进行二次冶炼；

② 回收的氧化锌中还含有卤素和铅，因此需要进行再分离；

③ 锌挥发后的残渣中含有的铁无法再利用，大多都被废弃。

因此，处理费用和次生残渣处理是发达工业国家中电炉企业共同面临的一大烦恼。

＜开发内容＞

丰荣商会利用长坂教授等开发的石灰添加法，开发了电炉粉尘处理法。首先向电炉粉尘中添加石灰并加热，挥发去除有害元素；然后与作为还原剂的铁一起进行真空加热，锌以金属锌、铁以钢铁原料铁酸钙的形式分别进行回收。此次通过电炉粉尘处理通量为每天1吨的中等规模试验工厂，验证了从电炉粉尘中将锌和铁分别以资源物资形式同时进行回收的处理方法（图1）。

图1：开发的试验工厂的外观。A：石灰添加处理部　　B：还原处理部

验证确认，石灰添加处理部通过优化添加到电炉粉尘中的石灰比例和处理温度，可以将电炉粉尘中所含的难处理性铁酸锌转换为氧化锌和铁酸钙，同时还能去除卤素和铅。还原处理部通过采用合适的还原剂进行真空加热处理，能以高纯度金属形式分离回收锌（图2）。以铁酸钙为主要成分的最终残留物又可重新作为新的钢铁原料再利用（图3）。