リサイクル用スクラップ鋼材中のトランプエレメントの湿式除去法の開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555181
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 水流 徹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20092562)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 紀平 寛 新日本製鐵(株), 鉄鋼研究所, 主任研究員 ; 荒岡 礼 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40323787) ; 西方 篤 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (90180588)
• Keywords: スクラップ鋼 / トランプ元素 / アンモニア錯体 / リサイクル / 回収 / 不働態 / 電流効率 / 銅

Research Abstract

自動車・家電等のスクラップは大量であり,表面処理鋼板による亜鉛あるいはモーターや配線による銅の混入率が大きく,通常の方法で溶融・処理すると低品位の鋼材として再生される。本研究は,これらのスクラップ鋼材から酸洗とアノード処理によって亜鉛と銅を除去すると同時に,反対側の電極で銅を回収しようとするもので,高品位の鋼材の再生と有用資源である銅と亜鉛を低エネルギーコストで回収することを目的としている。
前年度までの研究によって,pH10前後のアンモニア塩水溶液中では,鉄は不働態化し,銅および亜鉛はアンモニア錯体として溶解すること,アノード分極によって100%の電流効率で溶解すること,対極では銅の析出が起こることが確認された。また,高作業効率を得るために大電流(50V,30A)のデュアルポテンショスタットを試作した。
今年度の研究では,銅の回収効率,流動撹拌条件下での銅の析出機構,亜鉛および銅の錯イオン形成とアノード溶解機構等について検討した。
銅の析出効率については,デュアルポテンショスタットにより析出電位を制御した場合60から70%の電流効率が得らること,電位を制御されない対極では,銅-亜鉛合金の析出と水素発生が起こることが確認された。銅のアノード溶解については1価,2価溶解ともにほぼ100%の電流効率で溶解し,反応は錯イオン形成のためのアンモニアの供給が律速することが明らかになった。なお,実操業に近いモデル実験では,溶解して細くなった銅線等が剥落して,電流効率は150%以上となることもあった。
操業モデル実験では,溶解および析出の速度に対して流動撹拌の効率が最も重要な因子であることが確認された。より大きな規模での操業では,強力で均一な撹拌と同時に,剥落した銅を空気吹込みにより酸素を酸化剤とする化学溶解も加速する必要があることがわかった。銅のアノード溶解機構の研究から,アンモニアの電極面への供給が反応を律速していること,pHによりNH_3/NH_4^+の比が変わり溶解速度が異なることがわかった。

Research Products

• [Publications] 片岡敦,西方篤,水流徹: "アンモニア錯体を利用したスクラップ鋼材からのトランプ元素の除去と回収"材料と環境2000講演集. 297-300 (2000)
• [Publications] 水流徹,片岡敦,西方篤: "リサイクル用スクラップ鋼材の湿式処理(銅および亜鉛の除去と回収)"材料とプロセス. 13・5. 861 (2000)