| 研究課題/領域番号 |
20K05591
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分34030:グリーンサステイナブルケミストリーおよび環境化学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
久保 裕也 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (90604918)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
製鋼スラグ、および、模擬スラグを対象として、電気パルス粉砕等の手法により現状では有効活用されていない有価物質を鉄マンガン酸化物相やリン濃縮相など析出相ごとに分割し、その後それらの磁気的性質に違い亜あることを利用して、超伝導磁石による磁気分離を行なう。印加電圧やパルス数、共存物質などの粉砕の条件や、磁気フィルター、流速、印加磁場強度などの磁気分離の条件を最適化することで、効率の良い分離リサイクルプロセスを検討する。
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| 研究実績の概要 |
鉄鋼製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るとは言えない。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4年度は、模擬スラグ、実スラグの水中における電気パルス粉砕の最適化、これまでに検討した高勾配磁気分離に加えて、磁気アルキメデス分離、開放勾配型磁気分離の適用についても検討した。電気パルス粉砕の条件については、これまでの知見を総合して、極間距離30 mm、印加電圧180 kVで50パルスを1セットとして、複数回実施する方式を採用した。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た場合には、低磁化率の粒子まで磁着側にまわる傾向がある。このため、開放勾配型の磁気分離についても検討を行ない、高勾配のケースに比べて高磁場を印加した場合に、鉄マンガン酸化物相とリン濃縮相の分離が可能であることを確認した。磁気アルキメデス分離においても、周囲媒体の磁化率を適切に調整することで感度の良い分離ができることを確認した。対象となる製鋼スラグの組成や粒径に合わせて、高勾配、開放勾配型、磁気アルキメデスの各分離手法を組み合わせることで、段階的に純度の良いリン濃縮相が得られる条件を設定できると期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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4年度には、試料の前処理として、スラグの形成過程への配慮を行なったうえで、電気パルス粉砕の条件をある程度固定することが出来た。また、高勾配磁気分離に加え、開放勾配型磁気分離や磁気アルキメデス分離でも、分離が可能であることを確認できた。それぞれの分離でキーとなる条件が異なるため、製鋼スラグ組成や各ドメインの粒径の違いに合わせて、分離方法と条件を設定することができ、各プロセスを適切に組み合わせることで良好な分離結果が得られると期待されることがわかった。当初想定していた成果は得られており、順調に進展したと考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに、試料の前処理としてのスラグ形成過程への配慮、微粒子化プロセスとしての電気パルス粉砕の採用とその条件の検討を進め、得られた試料について、高勾配磁気分離、開放勾配型磁気分離、磁気アルキメデス分離により、適切な条件を与えることで鉄マンガン酸化物相とリン濃縮相の分離が可能であることを確認した。それぞれの分離手法は、得意な磁化率レンジと分離感度が異なるので、対象とする製鋼スラグ組成とドメインサイズの違いに応じて、適切な組み合わせを選択することで良好な分離プロセスが実現すると期待される。今後は、より精緻な条件の検討や、試料の組成の違いなどによる粉砕・分離条件の検討などを進めるべきであると考える。
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