JP2014133918A - マグネシウム精錬装置およびマグネシウム精錬方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マグネシウム精錬装置は、マグネシウム化合物を含む試料Bを収容する収容容器20と、太陽光を集光して収容容器に照射して、収容容器の内部が所定温度となるように加熱する集光装置とを備え、収容容器は、集光装置により所定温度に加熱されることにより、熱還元反応により試料からマグネシウム蒸気を発生させる反応部21と、マグネシウム蒸気を凝結させるコンデンサー部22とを有し、収容容器の筐体表面には、集光装置により集光された太陽光を透過させる太陽光透過部材が設けられ、反応部は、収容容器の内部に保持され、反応部の内部に試料が搬入される。
【選択図】図2
Description
請求項13に記載のマグネシウム精錬方法は、マグネシウム化合物を含む試料を収容容器に収容し、太陽光を集光して収容容器に照射して、収容容器の内部が所定温度となるように加熱し、収容容器が備える反応部の内部で、熱還元反応により試料からマグネシウム蒸気を発生させ、収容容器が備えるコンデンサー部の内部で、マグネシウム蒸気を凝結させることを特徴とする。
本発明の第1の実施の形態は、上記した二酸化炭素の発生を防ぎ、高温かつ長時間の加熱に対して耐久性が高く環境負荷の小さいマグネシウム精錬装置に関するものである。本実施の形態のマグネシウム精錬装置は、太陽炉によって集光させた太陽光のエネルギーを利用して、試料(ブリケット)を所定の温度で加熱して熱還元反応によりマグネシウムを精錬する。その際、熱還元反応により精錬されたマグネシウムには所定量のカルシウムが含まれることにより、難燃性を有するマグネシウムが生成される。この場合、熱還元反応中のマグネシウムの蒸気圧に対して、カルシウムの蒸気圧が所定パーセントとなる温度まで加熱される。すなわち、従来のピジョン法を用いて熱還元反応によるマグネシウム生成温度をより高温とすることで、カルシウムを含有させた難燃性のマグネシウムを得るものである。以下、詳細に説明する。
CaCO3・MgCO3→CaO・MgO+2CO2 …(1)
Fe2CO3+4SiO2+11C→2FeSi2+11CO …(2)
上記(1)、(2)のようにして生成された焼成ドロマイトとフェロシリコンとを混合し、所定の大きさ、形状を有するブリケットBを得る。
Mg(OH)2+Ca(OH)2→MgO+CaO+2H2O …(3)
そして、(2)により生成されたフェロシリコンを、酸化マグネシウム(MgO)と混合して、所定の大きさ、形状を有するブリケットBを得る。
2(MgO+CaO)+Si→2Mg+2CaO+SiO2 …(4)
(1)マグネシウム精錬装置1は、マグネシウム化合物を含む試料としてブリケットBを収容するレトルト20と、太陽光を集光してレトルト20に照射して、レトルト20の内部が所定温度となるように加熱する集光部10とを備えている。レトルト20は、集光部10により所定温度に加熱されることにより、熱還元反応によりブリケットBからマグネシウム蒸気を発生させる反応部21を有する。したがって、太陽光のエネルギーを用いてマグネシウムを熱還元反応により析出させることができる。その結果、ガス炉等にて化石燃料を燃焼させて長時間の高温加熱による二酸化炭素の発生を伴うことなくなり、環境へ悪影響を及ぼすことがなくなる。
(1)集光部10による集光度を変更し、加熱温度を変えることにより、マグネシウム合金を生成するための原料を生成するためにマグネシウム精錬装置1を用いることができる。この場合、上記の反応式(3)に示す焼成によりMgOを生成する工程や、反応式(2)に示すフェロシリコンを加熱により生成する工程に利用することができる。この結果、マグネシウム合金の生成に加えて、原料となるMgOの焼成やフェロシリコンの加熱の際にも化石燃料を燃焼させる必要がなくなるので、マグネシウム合金を生成するシステム全体として二酸化炭素の発生を抑制し環境への悪影響を与えることがなくなる。
本発明の第2の実施の形態による材料処理装置を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、第1の実施の形態との相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、集光路の構造とレトルトの構造と精錬されたマグネシウム合金の回収方法とが、第1の実施の形態と異なる。
2(D+2Ztanθ1)≧H>D+2Ztanθ1 …(5)
直達光センサ104からの直達日射量信号が示す日射量が第1閾値未満の場合には、判定部301は雲や大気の状態等の要因により太陽光の強度が弱く、ブリケットBへの加熱が不十分になると判定し、ブリケットBに太陽光が照射される時間を長くする必要があると判定する。この場合、送り装置駆動制御部303は、送り装置205によるブリケットBの搬送速度が低速となるように、日射量に応じて新たな搬送速度を算出する。そして、送り装置駆動制御部303は、算出した搬送速度でブリケットBが搬送されるように、送り装置205へ速度指示信号を出力する。その結果、太陽光の強度が弱くなった場合であっても、ブリケットBへの太陽光の照射時間を長くすることで、ブリケットBを熱還元反応に必要な温度まで加熱することができる。なお、再び日射量が強くなった場合には、すなわち日射量が第1閾値以上の場合には、判定部301はブリケットBへの太陽光の照射時間を短くする必要があると判定し、送り装置駆動制御部303は、ブリケットBの搬送速度が高速となるように送り装置205へ速度指示信号を出力する。
判定部301は、マグネシウム精錬装置1が起動してから所定の時間が経過するごとに、窓材201を所定方向に所定量駆動するように窓材駆動制御部304へ駆動信号を出力する。窓材201にマグネシウムの蒸気が付着して、太陽光の透過率が低下している領域を避けて、窓材201の透過率が高い領域を通ってブリケットBの表面に太陽光を導くことを目的としている。このため、上記の窓材201が駆動する所定方向と所定量は、これまで窓材201がレトルト20の内部に対面していた領域とは異なる領域がレトルト20の内部に面するように予め決定されている。
判定部301は、圧力センサ207から入力した圧力信号が示す圧力値に基づいて、コンデンサシールド202の内部、およびコンデンサシールド202の外部のレトルト20内の圧力を一定に保持する。本実施の形態では、第2圧力センサ207bから入力した圧力信号が示す圧力値が100Paを超えることがないような排気速度を有するポンプ208が配置されている。
(1)レトルト20の筐体表面には、集光部10により集光された太陽光を透過させる窓材201が設けられ、コンデンサシールド202はレトルト20の内部に保持され、コンデンサシールド202の内部にブリケットBが搬入される。この結果、太陽光のエネルギーロスを抑制してブリケットBを加熱できるので、マグネシウム精錬効率を向上できる。
(1)マグネシウム回収部204に重力の作用を利用して、連通部202bを介して液体のマグネシウムを流入、滴下させるものに代えて、レトルト20を振動させて、振動の衝撃により液体のマグネシウムをマグネシウム回収部204に滴下させてもよい。この場合、レトルト20を振動させるための振動機構をさらに有する。ただし、振動によりブリケットB上で太陽光が集光する位置が一定とならずに、所望の加熱温度が得られないことがないように、振幅や振動時間や振動のタイミング等を制御することが必要となる。
20…レトルト、21…反応部、
22…コンデンサー、30…制御部、
101…主鏡、102…副鏡、102a…駆動機構、
104…直達光センサ、201…窓材、
202…コンデンサシールド、203…第2シールド、
204…マグネシウム回収部、205…送り装置、202h…開口、
202g、202g1、202g2、202g3…ガイド部材、206…温度センサ、
207、207a、207b…圧力センサ、第1圧力センサ、第2圧力センサ、
210…ブリケット搬入口、211…ブリケット搬出口、212…搬送路、
301…判定部、302…集光部駆動制御部、
303…送り装置駆動制御部、304…窓材駆動制御部
Claims (20)
- マグネシウム化合物を含む試料を収容する収容容器と、
太陽光を集光して前記収容容器に照射して、前記収容容器の内部が所定温度となるように加熱する集光装置と、を備え、
前記収容容器は、前記集光装置により前記所定温度に加熱されることにより、熱還元反応により前記試料からマグネシウム蒸気を発生させる反応部と、前記マグネシウム蒸気を凝結させるコンデンサー部とを有し、
前記収容容器の筐体表面には、前記集光装置により集光された太陽光を透過させる太陽光透過部材が設けられ、
前記反応部は、前記収容容器の内部に保持され、前記反応部の内部に前記試料が搬入されることを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項1に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記収容容器は、熱還元反応により発生した前記マグネシウム蒸気が前記太陽光透過部材に付着することを防止するためのシールド部を内部に有し、
前記シールド部の表面には、前記集光装置により集光され、前記太陽光透過部材を透過した太陽光を通過させる通過領域が設けられ、
前記反応部は、前記シールド部の内部に保持されることを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項2に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記シールド部は、透明材料によって構成された筐体の内面または外面のうち前記通過領域を除いて反射材料をコーティングして構成されることを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項3に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記シールド部の前記通過領域には所定波長の光を透過させる膜を設けることを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記反応部と前記コンデンサー部とは一体に形成されて前記収容容器の内部に保持され、
前記収容容器の長手方向の一方の端部は他方の端部より低い高度となるように保持され、
前記コンデンサー部の内部には、前記マグネシウム蒸気から凝結した液体マグネシウムが前記収容容器の前記一方の端部の方向へ、前記長手方向に沿って流れるように案内する案内部材が設けられることを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項5に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記収容容器の前記一方の端部の下方に設けられ、前記コンデンサー部で凝結した前記液体マグネシウムを液体の状態で回収する回収部をさらに備え、
前記回収部は、前記コンデンサー部から重力の作用によって滴下した前記液体マグネシウムを回収することを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記収容容器に前記試料を搬入する搬入口と、
前記収容容器から前記試料を搬出する搬出口と、
前記収容容器の内部に設けられ、前記搬入口から前記搬出口までを結ぶ搬送路に沿って、前記試料を搬送する搬送手段と、をさらに備え、
前記搬送路の少なくとも一部は、前記反応部の内部を通過して前記試料を熱還元反応させるための反応用搬送路により構成されることを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項7に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記搬送路は、
前記搬入口から第1搬送方向へ前記試料が搬送される第1部分搬送路と、
前記第1搬送方向と逆方向の第2搬送方向へ前記試料が搬送される第2部分搬送路と、
前記第1部分搬送路と、前記第2部分搬送路とを連結し、前記第1部分搬送路で搬送された前記試料を前記第2部分搬送路へ搬送させるため第1屈曲搬送路と、
前記第2部分搬送路と、前記第1部分搬送路とを連結し、前記第2部分搬送路で搬送された前記試料を前記第1部分搬送路へ搬送させるための第2屈曲搬送路とを有し、
前記第2部分搬送路の一部は、前記反応用搬送路により構成されることを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項7または8に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料は円柱状であって、前記試料の中心軸は前記試料の搬送方向と一致し、
前記搬送手段は、少なくとも前記反応部においては前記試料を前記円柱の軸回りに回転させながら搬送することを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項7または8に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料は角柱状であって、
前記搬送手段は、少なくとも前記反部においては前記試料を所定の平面上で二次元移動させることを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項7乃至10の何れか一項に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記試料が使用可能か否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記搬送手段は、前記判定手段により前記試料が使用可能ではないと判定されると、前記試料を前記搬出口を介して前記収容容器から搬出することを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - 請求項11に記載のマグネシウム精錬装置において、
前記判定手段は、前記試料が前記反応用搬送路を通過した回数が所定回数を超えた場合には、前記試料は使用可能ではないと判定することを特徴とするマグネシウム精錬装置。 - マグネシウム化合物を含む試料を収容容器に収容し、
太陽光を集光して前記収容容器に照射して、前記収容容器の内部が所定温度となるように加熱し、
前記収容容器が備える反応部の内部で、熱還元反応により前記試料からマグネシウム蒸気を発生させ、
前記収容容器が備えるコンデンサー部の内部で、前記マグネシウム蒸気を凝結させることを特徴とするマグネシウム精錬方法。 - 請求項13に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記反応部と前記コンデンサー部とを一体に形成して前記収容容器の内部に保持し、
前記収容容器の長手方向の一方の端部が他方の端部より低い高度となるように保持し、
前記コンデンサー部の内部において、前記マグネシウム蒸気から凝結した液体マグネシウムが前記収容容器の一方の端部の方向へ、前記長手方向に沿って流れるように案内することを特徴とするマグネシウム精錬方法。 - 請求項14に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記収容容器の前記一方の端部において、重力の作用によって前記コンデンサー部から滴下した前記液体マグネシウムを回収することを特徴とするマグネシウム精錬方法。 - 請求項13乃至15の何れか一項に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記収容容器に前記試料を搬入する搬入口と、前記収容容器から前記試料を搬出する搬出口とを結び、少なくとも一部が前記反応部の内部を通過する搬送路に沿って、前記試料を搬送することを特徴とするマグネシウム精錬方法。 - 請求項16に記載のマグネシウム精錬方法において、
円柱状であって、中心軸が搬送方向と一致する前記試料を、少なくとも前記反応部においては、前記円柱の軸回りに回転させながら搬送することを特徴とするマグネシウム精錬方法。 - 請求項16に記載のマグネシウム精錬方法において、
角柱状の前記試料を、少なくとも前記反応部においては、所定の平面上で二次元移動させることを特徴とするマグネシウム精錬方法。 - 請求項16乃至18の何れか一項に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記試料が使用可能か否かを判定し、
前記試料が使用可能ではないと判定されると、前記試料を前記搬出口を介して前記収容容器から搬出することを特徴とするマグネシウム精錬方法。 - 請求項19に記載のマグネシウム精錬方法において、
前記試料が前記反応部を通過した回数が所定回数を超えた場合に、前記試料は使用可能ではないと判定することを特徴とするマグネシウム精錬方法。
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