Mechanochemical effects for development of impurity removal processing from natural ore and in situ observation

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K19041
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 加納 純也 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40271978)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 篠田 弘造 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (10311549) ; 石原 真吾 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40760301)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2021-03-31
• Keywords: メカノケミカル / シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

天然鉱石からの不純物除去を目指し、粉砕操作によるメカノケミカル効果を利用した分離プロセスの開発を行った。
異なる粉砕方法により鉱石を粉砕し、分離効率が最大となる粉砕方法の調査を行った。粉砕エネルギーの小さい自生粉砕、媒体ボールミルでの粉砕として転動、振動、遊星ミルによる粉砕、オートグラフによる一軸圧縮破砕、電気パルス粉砕を行った。媒体を用いない自生粉砕では、表面粉砕による微粉の生成が確認されたが、粉砕粉へのヒ素の濃縮は起こらなかった。このことから、鉱石内に点在するヒ素含有部分を露出させるために体積粉砕を行うことが必要であると示唆された。媒体ボールミルでの粉砕では、鉱石に加える粉砕エネルギーが小さすぎると粉砕が進行せず、鉱石が粉砕される条件では媒体ボール径が小さいほど、回転速度が小さいほどヒ素濃度が高くなる傾向を示した。鉱石が過粉砕されるとその後の分離効率が低下することから、分離効率を向上させるための適切なエネルギーの上限値が存在することが示唆された。オートグラフを用いた一軸圧縮破砕では、圧縮速度が小さい場合に強度の弱いエナジャイト層から破砕されやすい傾向を示した。圧縮速度が大きいと強度の弱い箇所を選択する時間がないことからエナジャイト層での破砕が減少したと考えられる。加えて、鉱石の初期配置において荷重方向に対するエナジャイト層の位置、向きにより破断面の位置が異なるため、荷重方向が重要であることがわかった。電気パルス粉砕では、異相境界面に電流が流れやすい特徴から、鉱石中のエナジャイト層に選択的に電流が流れる場合があり、印加電圧、パルス回数を最適化することで調査を行った粉砕法の中では最も分離効率が大きくなった。