2020 Fiscal Year Research-status Report
製鋼スラグに含まれる有価物質の磁気的性質の違いに基づくリサイクル技術
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20K05591
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
廣田 憲之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (10302770)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保 裕也 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (90604918)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 磁気分離 / 製鋼スラグ / 超伝導磁石 / 磁気アルキメデス効果 / 電気パルス粉砕 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄鋼精錬で排出される製鋼スラグにはリンやマンガン、金属鉄といった有価物質が多く含まれるが、現状ではそれらは有効に活用されていない。本研究では、これらの物質が製鋼スラグ中において鉄マンガン酸化物相(常磁性)、リン濃縮相(反磁性)、金属鉄細粒などの形態をとり、その分布が偏っていること、各相の磁気的性質が異なることに着目し、磁気分離法を活用することで分離回収・再資源化する手法の開発を目指している。高効率での分離を実現するため、分離の前処理として製鋼スラグに対して電気パルス粉砕を適用し、その微細化処理のための条件、超伝導磁気分離、及び、磁気アルキメデス分離の適用条件について、種々のパラメータの最適化を検討している。令和2年度には、模擬スラグ、実スラグを水中で電気パルス粉砕する際にその分散性に配慮して、懸濁液に分散材とpH調整剤を適宜添加し、電圧、周波数、印加回数をパラメータとして条件の最適化を図った。分散処理をしたスラグ懸濁液について、超伝導マグネット内にステンレスメッシュを配置した流通式の高勾配磁気分離カラムを用いて分離実験を行った。流速、メッシュ径、磁場強度などの影響を調査した結果、分散剤を添加しない場合に比べ、回収物の品位、濃度が大きく向上することが明らかとなった。また、従来の磁気分離とは異なり、物質に作用する磁気力と重力を利用する磁気アルキメデス分離の適用についても予備的な検討を行なった。また、分離装置系の最適化のための装置設計を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、製鋼スラグに含まれるリンやマンガンの分離回収・再資源化を目指している。それらの物質がそれぞれ異なる相に存在し、各相の磁気的性質が違うことを利用して磁気分離するための条件を検討している。令和2年度には、試料の前処理としての電気パルス粉砕において微粒子化する際の分散性を従来よりも向上させることのできる条件を見出し、分離試験を実施した。現在までのところ、当初予定していたスケジュールに近い状況で進行しており、概ね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は、電気パルス粉砕に関しては、引き続き、微細化処理とさらなる分散性の向上に向けて、分散条件、電極ギャップや消費電力、粉砕重量の影響について評価する。さらに、粉砕後の粒子表面の効果をSEM観察、磁化測定により評価し、機械処理や化学処理の必要性について考察する。また、磁気分離では、初年度に得られた結果をもとに、磁気分離カラムの改良を行ない、有効と考えられる数種のフィルターを用いて印加磁場強度、流速をパラメータとした系統的な評価を進めるほか、磁場強度を変化させる多段階プロセスの適用と分離後にさらに精度を高めるための磁気アルキメデス分離との併用についての検討も行う。
最終年度は、前年度までに得られた知見を体系化し、製鋼スラグに含まれる有価物質の粉砕・分離条件の最適化を行う。
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| Causes of Carryover |
本研究は、福岡工大チームが行う試料調製の一部で東北大学の設備を利用する必要があること、また、高磁場を利用する分離実験はつくばの物質・材料研究機構において行なうことから、多くの旅費を見込んでいたが、コロナウイルス感染拡大防止のため、移動が制限されたため、旅費を利用することが無かったので、次年度使用額が生じた。
この次年度使用額については、移動が可能となった際の旅費として使用するほか、これまでの実験において得られた知見をもとに、使用する磁気分離カラムの改良を計画しているため、その試作に使用する予定である。
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