Chemical Cycles of five elements for carbon-neutral production of iron and chemicals

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20549
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Hayashi Jun-ichiro 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (60218576)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅野 周作 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (30827522) ; 村中 陽介 京都大学, 工学研究科, 助教 (40756243) ; 前 一廣 京都大学, 工学研究科, 教授 (70192325)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 製鉄 / 廃鉄 / 鉄鉱石 / 溶解 / 塩化鉄 / 塩酸 / 炭素 / 合成ガス

Outline of Final Research Achievements

This study proposed and experimentally proven the concept of a novel ironmaking process with coproduction of syngas, hydrogen and nano-fibrous carbon (NFC), which consists of (1) dissolution of iron ore (or steel waste) into HCl aq., (2) Separation and recovery of iron as high purity FeCl3, (3) its mixing with biomass and pelletization, (4) heating of pellet to 800°C (complete recovery of chlorine as HCl and preparation of metallic-Fe/C composite, (5) methane decomposition to hydrogen NFC over the composite and NFC recovery, and (6) steam gasification of the composite to produce Fe-rich carbon (direct feedstock of ironmaking) and syngas.

Free Research Field

反応工学、化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は従来にない酸化鉄（鉄鉱石）の還元スキームを提案したものであるが、なかでも、塩酸水溶液による酸化鉄Fe2O3からの脱酸素、共存する他の遷移金属種との極めてシンプルな分離、親水性かつ多孔性有機物固体であるバイオマスへの高担持、バイオマス熱分解時に生成する還元性活性種による塩素の塩化水素への完全転換と金属鉄への還元のシーケンスの実証を通じて塩素と水素が関与する鉄還元のしくみを明らかにしたことは、カーボンニュートラリティが求められている製鉄の次世代技術、さらには、トランプ元素除去の困難さが問題となっている廃鉄のリサイクル技術に貢献できる知見として意義がある。