マイクロ波照射による高炉水砕スラグの結晶化挙動

Research Project

Project/Area Number	15656189
Research Category	Grant-in-Aid for Exploratory Research
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Metal making engineering
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	森田一樹東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (00210170)
Project Period (FY)	2003 – 2004
Project Status	Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help	¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000) Fiscal Year 2004: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000) Fiscal Year 2003: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Keywords	高炉スラグ / マイクロ波プロセッシング / 結晶化 / 誘電損失 / 廃棄物処理
Research Abstract	昨年度に引き続き、高炉スラグおよび同模擬スラグ(CaO-SiO_2-Al_2O_3系)に種々の条件でマイクロ波照射を行い、結晶化に対する影響を調査した。昨年度の結果から2.45GHz、1.6kWのマイクロ波照射では単独で加熱がされないため、SiCを試料下部に配置してハイブリッド加熱で行った。同一温度履歴になるよう試料を外熱式で急速加熱した場合、ほぼ同じ結晶化挙動となり、本条件下ではマイクロ波照射の影響は見られなかった。次に、模擬スラグおよび水砕スラグに28GHzミリ波帯域のマイクロ波を用いて1.2〜2.4kWの出力で照射したところ、約1.8kW以上の出力ではある温度以上で急速に加熱されることが判明し、最高到達温度は800〜1100℃の範囲に保つことが可能であった。それらの試料はすべて結晶化し、1000℃約3分の保持で50%の結晶化率であったのに対し、外熱式では同条件では結晶化は見られず、1000℃で50%の結晶化率を得るには、25分程度の時間を要した。このことから、28GHzマイクロ波を用いた場合、外熱式よりも低温で結晶化がおこりしかもその速度は非常に大きいことが判明した。なお、析出した結晶相よりも母相のガラス相の方がマイクロ波による加熱は大きく、急速に起きる加熱は結晶析出現象とは無関係と考えられる。詳細なメカニズムは今後の課題であるが、マイクロ波の非熱的効果としで結晶化促進がはじめて確認された。また、FeO, Na_2O, MgO, TiO_2を2%添加した場合、さらに低い温度で結晶化し、実際の高炉スラグ中に8%程度存在するMgOはマイクロ波吸収を促進することが示された。当初目標とした環境浄化への用途拡大の一つとして人工砂等があるが、結晶化による固結防止の確認ができれば、マイクロ波の照射はガラス化したスラグを低温短時間で効率的に部分結晶化できる環境調和プロセスであると考えられる。