電気炉で生産される鋼鉄1トンごとに、15～25kgの粉塵（バグフィルターで捕集される微粒子状物質）が発生します。年間50万トンの製鋼工場の場合、年間7,500～12,500トンの粉塵が発生することになります。この粉塵は、埋め立て処分された場合に地下水に浸出する可能性のある重金属（主に亜鉛、鉛、カドミウム）を含んでいるため、ほとんどの国で有害廃棄物に分類されています。
モンテ・インテリジェンスは、10年以上にわたり電気炉（EAF）の粉塵処理システムに携わってきました。粉塵問題は、環境上の義務であると同時に経済的な機会でもあります。なぜなら、EAFの粉塵には通常15～30％の亜鉛が含まれており、これは現在採掘されている多くの亜鉛鉱床の濃度よりも高いからです。
電気炉ダストの組成は、スクラップの混合比率を反映している。亜鉛めっきスクラップを溶解する工場からのダストには、25～35%の亜鉛が含まれる。一方、主に重スクラップや家庭スクラップを溶解する工場からのダストには、わずか8～15%の亜鉛しか含まれていない。亜鉛含有量はリサイクルの経済的実現可能性を左右する。亜鉛含有量が約15%を超えると、ダストのリサイクルは一般的にプラスの収益を生み出す。亜鉛含有量が10%未満の場合、リサイクルコストが回収された亜鉛の価値を上回る可能性があり、安定化処理後に埋め立て処分する方が経済的に合理的な選択肢となる。ただし、規制の動向は埋め立て処分に反対する方向へと向かっている。
電気炉ダスト中の鉛含有量は、リサイクル工程と回収された亜鉛製品の市場性の両方に影響を与えるため、注目に値します。一般的な鉛含有量は1～5%です。鉛と亜鉛は化学的に非常に似ているため、経済的に分離することは困難です。主流のリサイクル技術であるウェルツキルン法では、通常0.5～2%の鉛を含む酸化亜鉛製品が生成されます。これは、さらに精製を行うことができる亜鉛製錬業界では許容範囲内です。しかし、一部の市場では鉛の規格がより厳しくなるため、追加の精製工程が必要となり、コストが増加する場合があります。
ウェルツ炉法は電気炉ダストリサイクルの主力であり、世界中でリサイクルされるダストの約80%を処理しています。この炉は回転式の円筒形炉で、通常長さ40～60メートル、直径3～4メートル、水平面から2～3度の角度で傾斜しています。電気炉ダストは炭素質還元剤（通常はコークス粉または石炭）と混合され、炉内に投入されます。装入物が回転と重力によって炉内を移動するにつれて、温度は1100～1300℃に達します。
これらの温度では、粉塵中の酸化亜鉛は炭素によって還元され、金属亜鉛蒸気となる。反応式は ZnO + C → Zn(g) + CO である。亜鉛蒸気は排ガスとともに窯から排出され、装入物の上部に導入された空気によって再び酸化されて酸化亜鉛となる。反応式は 2 Zn(g) + O2 → 2 ZnO である。酸化亜鉛は窯の下流にあるバグハウスで回収される。この生成物はウェルツ酸化物と呼ばれ、通常55～65%の亜鉛を含み、二次原料として亜鉛製錬所に販売される。
ウェルツ窯から出る非揮発性残渣、すなわちスラグには、酸化鉄、石灰、シリカ、および残留重金属が含まれています。このスラグは従来埋め立て処分されていましたが、近年では道路建設の骨材やセメント製造の原料として利用されることが増えています。これらの有益な用途に利用するには、スラグは溶出試験（米国ではTCLP試験、欧州ではEN 12457など）に合格する必要があります。
ウェルツ窯の代替技術としては、回転炉床炉（RHF）、多段炉床炉（MHF）、プラズマベースのプロセスなどがある。RHFは傾斜円筒ではなく平らな回転炉床を使用することで、滞留時間を短縮し、より精密な温度制御を可能にする。MHFは積み重ねられた炉床と、各段間で材料を移動させるためのラブリングアームを使用する。プラズマプロセスは、電気アークまたはプラズマトーチを使用して亜鉛の揮発に必要な高温を実現し、エネルギー源として化石燃料ではなく電気を使用できるという利点がある。
それぞれの技術にはトレードオフが存在する。ウェルツ窯は、年間5万トン以上の高生産量を実現する上で最も設備投資コストが低い選択肢だが、コークス消費量が多いため運転コストが高くなる。RHFはエネルギー効率が高く排出量も少ないが、より均一な原料が必要となる。プラズマプロセスは環境負荷が最も低いものの、電力コストが最も高い。ただし、低炭素電力が利用可能で炭素価格制度が導入されている場合は、プラズマプロセスが有利となる可能性がある。
商業用ウェルツ窯における亜鉛回収率は、通常90～95%です。回収率が90%を下回る場合は、窯内の還元条件が不十分、滞留時間が短すぎる、または粉塵と還元剤の混合が不十分など、プロセス上の問題があることを示しています。窯の運転を最適化すれば95%を超える回収率も達成可能ですが、最後の数パーセントの回収にかかる追加コストは、回収される亜鉛の価値に見合わない可能性があります。
電気炉から発生する鉄分を豊富に含むスラグは、一般的に考えられているよりももっと注目されるべき物質の流れである。年間10万トンの電気炉ダストを処理するウェルツ炉では、約6万トンのスラグが発生する。このスラグには30～40%の鉄分が含まれており、これを回収して製鋼工程に戻すことができる。ウェルツスラグからの鉄分回収技術は、磁気分離や溶解還元などいくつか開発中であるが、いずれもまだ広く商業的に採用されていない。
モンテ・インテリジェンスは、電気炉操業向けに、空気圧搬送、ペレット化、貯蔵などの粉塵処理・調整システムを提供しています。また、粉塵リサイクル戦略に関するコンサルティングも行っており、オンサイトでのリサイクル、中央のウェルツ窯への輸送、第三者処理業者との契約など、最適な選択肢をご提案いたします。
電気炉の粉塵管理に関する選択肢の評価については、helenxu@cnlymonte.comまでお問い合わせください。
