JP2014205133A - シリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】スラグに含有されたシリカとマグネシウム成分を効率よく抽出して商業用製品の原料として活用できるスラグの処理方法を提供する。
【解決手段】シリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法は、スラグに塩酸溶液を加えて反応させる酸処理工程と、酸処理工程で形成されたスラリを濾過して固形物と濾過液を分離する固液分離工程と、固形物からシリカを分離するシリカ分離工程と、前記濾過液中の塩化マグネシウムを除いた不純物を除去して塩化マグネシウム溶液を収得する精製工程と、塩化マグネシウム溶液を濃縮させた後熱分解してマグネシアを分離するマグネシア分離工程とを含む。
【選択図】図１
【解決手段】シリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法は、スラグに塩酸溶液を加えて反応させる酸処理工程と、酸処理工程で形成されたスラリを濾過して固形物と濾過液を分離する固液分離工程と、固形物からシリカを分離するシリカ分離工程と、前記濾過液中の塩化マグネシウムを除いた不純物を除去して塩化マグネシウム溶液を収得する精製工程と、塩化マグネシウム溶液を濃縮させた後熱分解してマグネシアを分離するマグネシア分離工程とを含む。
【選択図】図１
Description
本発明はシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法に係り、さらに詳しくはスラグに含有されたシリカとマグネシウム成分を効率よく抽出して、商業用製品の原料として活用できるスラグの処理方法に関する。
ステンレススチールの原料であるフェロニッケルは、一般に原鉱石を還元処理して電気炉で溶融して製造する。原鉱石の主な成分はＳｉＯ２ ３８％、ＭｇＯ２５％であり、有効金属成分はＮｉ ２．３％、Ｆｅ １１％ほど含有している。
フェロニッケルの主な工程としては、原料前処理、乾燥、予備還元、溶融還元（電気炉工程）、精錬、鋳造の過程を経て製品として生産されるが、その中、電気炉工程において副産物であるスラグが発生され、その副産物を通常フェロニッケルスラグ（ｆｅｒｒｏｎｉｃｋｅｌ ｓｌａｇ）と称する。
一般のフェロニッケルスラグの主な成分としてはシリカ（ＳｉＯ２）とマグネシア（ＭｇＯ）が挙げられる。フェロニッケルスラグは日本及びカナダのような先進国ではセメント製造用原料、土木用材料、コンクリート用細骨材、滑走路用骨材、フェロニッケルスラグの代替材などとして多様に再活用されているが、韓国では未だ活用度に乏しい実情である。
フェロニッケルスラグはＭｇの含水ケイ酸塩であって、不純物としてはＡｌ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｆｅ２Ｏ３などが存在する。今までフェロニッケルスラグは、主に製鉄製鋼工程の炉壁の保護材及び骨材として使われて来ているが、最近はシリカとマグネシウムを資源として活用するための研究活動が盛んである。
韓国公開特許第１０−２０１０−００８５６２６号、第１０−２０１０−００８５５９９号及び第１０−２０１０−００８５６１８号には、ボールミルによるミリングを通じてスラグの機械的活性化を含むマグネシウム化合物及びシリカ製品の製造過程が公開されている。フェロニッケルスラグの機械的活性化は酸によるスラグ浸出を強化するために結晶シリカを非晶質状態に変形するための目的である。満足すべき浸出率を達成するために、スラグはできるだけ微細に粉砕して反応面積を増加させるべきである。しかし、この場合スラグ浸出時に発生するシリカのゲル化現象は避けられない問題である。にもかかわらず、前述した出願には、このような問題点が考慮されていない。シリカゲルは反応器内で３次元ネットワーク構造を形成することから浸出率を減少させ、浸出液と固形物の濾過を困難にするか、場合によっては不可能になる。
酸性物質を用いたスラグの処理は多量の酸性試薬を求めることが知られている。対象成分を最大限回収するためには反応媒体の高い酸度を維持すべきなので、化学量論的な量より遥かに大きな比率の試薬が消費される。塩酸を使用する場合、酸の殆どはＭｇＯを溶解性ＭｇＣｌ２に変換するのに使われる。従って、技術の経済性は酸性物質を用いた浸出工程において再使用する塩酸の生成に大きく左右される。
フェロニッケルの主な工程としては、原料前処理、乾燥、予備還元、溶融還元（電気炉工程）、精錬、鋳造の過程を経て製品として生産されるが、その中、電気炉工程において副産物であるスラグが発生され、その副産物を通常フェロニッケルスラグ（ｆｅｒｒｏｎｉｃｋｅｌ ｓｌａｇ）と称する。
一般のフェロニッケルスラグの主な成分としてはシリカ（ＳｉＯ２）とマグネシア（ＭｇＯ）が挙げられる。フェロニッケルスラグは日本及びカナダのような先進国ではセメント製造用原料、土木用材料、コンクリート用細骨材、滑走路用骨材、フェロニッケルスラグの代替材などとして多様に再活用されているが、韓国では未だ活用度に乏しい実情である。
フェロニッケルスラグはＭｇの含水ケイ酸塩であって、不純物としてはＡｌ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｆｅ２Ｏ３などが存在する。今までフェロニッケルスラグは、主に製鉄製鋼工程の炉壁の保護材及び骨材として使われて来ているが、最近はシリカとマグネシウムを資源として活用するための研究活動が盛んである。
韓国公開特許第１０−２０１０−００８５６２６号、第１０−２０１０−００８５５９９号及び第１０−２０１０−００８５６１８号には、ボールミルによるミリングを通じてスラグの機械的活性化を含むマグネシウム化合物及びシリカ製品の製造過程が公開されている。フェロニッケルスラグの機械的活性化は酸によるスラグ浸出を強化するために結晶シリカを非晶質状態に変形するための目的である。満足すべき浸出率を達成するために、スラグはできるだけ微細に粉砕して反応面積を増加させるべきである。しかし、この場合スラグ浸出時に発生するシリカのゲル化現象は避けられない問題である。にもかかわらず、前述した出願には、このような問題点が考慮されていない。シリカゲルは反応器内で３次元ネットワーク構造を形成することから浸出率を減少させ、浸出液と固形物の濾過を困難にするか、場合によっては不可能になる。
酸性物質を用いたスラグの処理は多量の酸性試薬を求めることが知られている。対象成分を最大限回収するためには反応媒体の高い酸度を維持すべきなので、化学量論的な量より遥かに大きな比率の試薬が消費される。塩酸を使用する場合、酸の殆どはＭｇＯを溶解性ＭｇＣｌ２に変換するのに使われる。従って、技術の経済性は酸性物質を用いた浸出工程において再使用する塩酸の生成に大きく左右される。
（特許文献１） １． 韓国公開特許第１０−２０１０−００８５６２６号
（特許文献２） ２． 韓国公開特許第１０−２０１０−００８５５９９号
（特許文献３） ３． 韓国公開特許第１０−２０１０−００８５６１８号
（特許文献２） ２． 韓国公開特許第１０−２０１０−００８５５９９号
（特許文献３） ３． 韓国公開特許第１０−２０１０−００８５６１８号
本発明は前述した従来の技術の問題点を解決するために達成されたもので、その目的はスラグの酸による浸出時シリカのゲル化現象を減少させて、浸出及び濾過の容易なスラグの処理方法を提供するところにある。
本発明の他の目的は、シリカおよびマグネシア抽出過程で発生する低濃度の塩酸溶液と塩素ガスを工程に投入して活用することによって、酸性物質の消費量を節減できる経済的なスラグの処理方法を提供するところにある。
本発明の他の目的は、シリカおよびマグネシア抽出過程で発生する低濃度の塩酸溶液と塩素ガスを工程に投入して活用することによって、酸性物質の消費量を節減できる経済的なスラグの処理方法を提供するところにある。
前述した目的を達成するための本発明に係るシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法は、スラグに塩酸溶液を加えて反応させる酸処理工程と、前記酸処理工程において形成されたスラリを濾過して固形物と濾過液を分離する固液分離工程と、前記固形物からシリカを分離するシリカ分離工程と、前記濾過液中の塩化マグネシウムを除いた不純物を除去して塩化マグネシウム溶液を得る精製工程と、前記塩化マグネシウム溶液を濃縮させてから熱分解してマグネシアを分離するマグネシア分離工程と、を含む。
前記酸処理工程は、前記スラグをパウダーに加工した後前記塩酸溶液と反応させ、前記スラグの加工は、ａ）篩を用いて前記スラグを、０．１〜０．９９ｍｍのサイズで構成された第１グループ粒子と、１．０〜７．０ｍｍのサイズよりなる第２グループ粒子とに分類する工程と、ｂ）前記第２グループ粒子を選別して１００〜３００μｍサイズのパウダーに粉砕する工程とを含むことを特徴とする。
前記酸処理工程は、前記スラグと前記塩酸溶液の反応前または反応中にフッ素化合物を加えて反応させることを特徴とする。
前記フッ素化合物は、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）の中から選ばれた少なくともいずれか一つであることを特徴とする。
前記酸処理工程は、前記スラグに前記塩酸溶液を加えて１次反応させた後濾過する第１浸出工程と、前記第１浸出工程で分離された残留物を水で洗浄してから前記塩酸溶液を加えて２次反応させる第２浸出工程とを含むことを特徴とする。
前記シリカ分離工程は、ａ）前記固形物にアルカリ溶液を加えて前記固形物に含有されたシリカを溶解させるアルカリ処理工程と、ｂ）前記アルカリ処理工程後濾過して水ガラスを分離する濾過工程と、ｃ）前記水ガラスに酸物質を加えてシリカを沈殿させるシリカ沈殿工程とを含むことを特徴とする。
前記マグネシア分離工程で生成された塩酸溶液を前記シリカ沈殿工程の前記酸物質として用いることを特徴とする。
前記アルカリ処理工程の前記アルカリ溶液は水酸化ナトリウム溶液であることを特徴とする。
前記マグネシア分離工程で生成された塩酸溶液を前記酸処理工程の前記塩酸溶液として用いることを特徴とする。
前記精製工程は、ａ）前記濾過液に塩基を加えて前記不純物を金属水酸化物形態に沈殿させる沈殿工程と、ｂ）前記沈殿工程で形成された沈殿物を濾過して除去する濾過工程とを含むことを特徴とする。
前記マグネシア分離工程で発生する塩化マグネシウム水和物を脱水させた後電気分解してマグネシウムを分離するマグネシウム分離工程とをさらに含むことを特徴とする。
前記電気分解により生成された塩素ガスを原料にして生産した塩酸溶液を前記酸処理工程の塩酸溶液として用いることを特徴とする。
前記酸処理工程は、前記スラグをパウダーに加工した後前記塩酸溶液と反応させ、前記スラグの加工は、ａ）篩を用いて前記スラグを、０．１〜０．９９ｍｍのサイズで構成された第１グループ粒子と、１．０〜７．０ｍｍのサイズよりなる第２グループ粒子とに分類する工程と、ｂ）前記第２グループ粒子を選別して１００〜３００μｍサイズのパウダーに粉砕する工程とを含むことを特徴とする。
前記酸処理工程は、前記スラグと前記塩酸溶液の反応前または反応中にフッ素化合物を加えて反応させることを特徴とする。
前記フッ素化合物は、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）の中から選ばれた少なくともいずれか一つであることを特徴とする。
前記酸処理工程は、前記スラグに前記塩酸溶液を加えて１次反応させた後濾過する第１浸出工程と、前記第１浸出工程で分離された残留物を水で洗浄してから前記塩酸溶液を加えて２次反応させる第２浸出工程とを含むことを特徴とする。
前記シリカ分離工程は、ａ）前記固形物にアルカリ溶液を加えて前記固形物に含有されたシリカを溶解させるアルカリ処理工程と、ｂ）前記アルカリ処理工程後濾過して水ガラスを分離する濾過工程と、ｃ）前記水ガラスに酸物質を加えてシリカを沈殿させるシリカ沈殿工程とを含むことを特徴とする。
前記マグネシア分離工程で生成された塩酸溶液を前記シリカ沈殿工程の前記酸物質として用いることを特徴とする。
前記アルカリ処理工程の前記アルカリ溶液は水酸化ナトリウム溶液であることを特徴とする。
前記マグネシア分離工程で生成された塩酸溶液を前記酸処理工程の前記塩酸溶液として用いることを特徴とする。
前記精製工程は、ａ）前記濾過液に塩基を加えて前記不純物を金属水酸化物形態に沈殿させる沈殿工程と、ｂ）前記沈殿工程で形成された沈殿物を濾過して除去する濾過工程とを含むことを特徴とする。
前記マグネシア分離工程で発生する塩化マグネシウム水和物を脱水させた後電気分解してマグネシウムを分離するマグネシウム分離工程とをさらに含むことを特徴とする。
前記電気分解により生成された塩素ガスを原料にして生産した塩酸溶液を前記酸処理工程の塩酸溶液として用いることを特徴とする。
以上説明したように本発明によれば、スラグの酸による浸出時フッ素化合物を用いてシリカのゲル化現象を減少させることができる。従って、浸出及び濾過が容易である。
また、本発明はシリカ及びマグネシア抽出過程で発生する塩酸と塩素ガスを工程に投入して再活用することによって、酸性廃水の発生を減少させ経済的である。
このように本発明はスラグに含有されたシリカとマグネシウム成分を効率よく抽出して 商業用製品の原料として活用できるスラグの処理方法を提供する。
また、本発明はシリカ及びマグネシア抽出過程で発生する塩酸と塩素ガスを工程に投入して再活用することによって、酸性廃水の発生を減少させ経済的である。
このように本発明はスラグに含有されたシリカとマグネシウム成分を効率よく抽出して 商業用製品の原料として活用できるスラグの処理方法を提供する。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態によるスラグの処理方法について詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係るスラグの処理方法を図１にフローチャートで示した。本発明に係るスラグ処理方法は、スラグに塩酸溶液を加えて反応させる酸処理工程と、処理工程で形成されたスラリを濾過して固形物と濾過液を分離する固液分離工程と、固形物からシリカを分離するシリカ分離工程と、濾過液中の不純物を除去して塩化マグネシウム溶液を得る精製工程と、塩化マグネシウム溶液からマグネシアを分離するマグネシア分離工程とに大別される。以下、各工程別に具体的に説明する。
１．酸処理工程
まず、スラグに塩酸溶液を加えて反応させる。
本発明の出発物質は、スラグ（ｓｌａｇ）としてフェロニッケルスラグを用いることが好ましい。フェロニッケルスラグはフェロニッケル（ｆｅｒｒｏｎｉｃｋｅｌ）の製造時電気炉の溶融還元過程で発生する。フェロニッケルスラグはシリカの含量が高くて材料として利用するのに有利である。従って、高炉スラグを用いることもできるが、 フェロニッケルスラグは高炉スラグに比べてシリカの含量が約５２〜５５重量％と高く、さらに不純物が少なくて高純度のシリカを回収することができる。
一例として、フェロニッケルスラグの主要成分は下記の表１の通りである。
本発明の一実施形態に係るスラグの処理方法を図１にフローチャートで示した。本発明に係るスラグ処理方法は、スラグに塩酸溶液を加えて反応させる酸処理工程と、処理工程で形成されたスラリを濾過して固形物と濾過液を分離する固液分離工程と、固形物からシリカを分離するシリカ分離工程と、濾過液中の不純物を除去して塩化マグネシウム溶液を得る精製工程と、塩化マグネシウム溶液からマグネシアを分離するマグネシア分離工程とに大別される。以下、各工程別に具体的に説明する。
１．酸処理工程
まず、スラグに塩酸溶液を加えて反応させる。
本発明の出発物質は、スラグ（ｓｌａｇ）としてフェロニッケルスラグを用いることが好ましい。フェロニッケルスラグはフェロニッケル（ｆｅｒｒｏｎｉｃｋｅｌ）の製造時電気炉の溶融還元過程で発生する。フェロニッケルスラグはシリカの含量が高くて材料として利用するのに有利である。従って、高炉スラグを用いることもできるが、 フェロニッケルスラグは高炉スラグに比べてシリカの含量が約５２〜５５重量％と高く、さらに不純物が少なくて高純度のシリカを回収することができる。
一例として、フェロニッケルスラグの主要成分は下記の表１の通りである。
前記表１に示したように、フェロニッケルスラグはＳｉＯ２ ５７％、ＭｇＯ３２％であり、その他 Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｎなどの金属成分が殆どを占める。
酸との反応性を向上させるために、スラグはパウダーに加工するのが好ましい。このため、塊状のスラグを粗く破砕した後、一定サイズの粒子のスラグだけを選別した後、細かく 粉砕する過程を経る。
望ましくは、破砕後スラグを粒子のサイズ別に分類選別して使う。仮に、篩を用いてスラグを、０．１〜０．９９ｍｍサイズで構成された第１グループ粒子と、１．０〜７．０ｍｍサイズで構成された第２グループ粒子とに分類する。スラグのうち第１グループ粒子は１０〜１２重量％であり、第２グループ粒子は約８８〜９０重量％である。
第１グループ粒子は少量の非晶質ガラス状構造を含むが、殆どは結晶構造を有する。そして、第２グループ粒子は少量の結晶構造を含むが、殆どは非晶質ガラス状構造を有する。この構造的な差異に鑑みて、本発明は第１及び第２グループ粒子を分離して処理する技術を提供する。非晶質ガラス状構造を有する第２グループ粒子は、スラグの格別な前処理なしで大気圧雰囲気下で酸溶液に直ちに溶けることができる。また、第２グループ粒子は第１グループ粒子に比べてＭｇ、ＳｉＯ２ 以外の不純物（Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｎｉ）の含量が低い。これは、酸処理過程で消費される塩酸溶液の量を節減できる。Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｒなどのように高い原子価を有する金属は２価のＭｇに比べて遥かに多量の酸を消費するからである。
選別された第２グループ粒子はボールミルのような粉砕装置を用いて１００〜３００μｍサイズのパウダーに粉砕する。微細なスラグ粒子は酸との反応時高い反応性を提供する。粒子サイズが大きければ反応速度が低くて生産面において非効率的である。一方、第１グループ粒子は研磨後セメント組成物のための充填材などとして活用できる。
第２グループ粒子を粉砕したスラグが用意さると、塩酸溶液を加えてスラグを塩酸と反応させる。例えば、スラグ１００ｇ当たり１５〜３５％濃度の塩酸溶液２００〜５００ｍｌを加えて反応させる。
酸との反応性を向上させるために、スラグはパウダーに加工するのが好ましい。このため、塊状のスラグを粗く破砕した後、一定サイズの粒子のスラグだけを選別した後、細かく 粉砕する過程を経る。
望ましくは、破砕後スラグを粒子のサイズ別に分類選別して使う。仮に、篩を用いてスラグを、０．１〜０．９９ｍｍサイズで構成された第１グループ粒子と、１．０〜７．０ｍｍサイズで構成された第２グループ粒子とに分類する。スラグのうち第１グループ粒子は１０〜１２重量％であり、第２グループ粒子は約８８〜９０重量％である。
第１グループ粒子は少量の非晶質ガラス状構造を含むが、殆どは結晶構造を有する。そして、第２グループ粒子は少量の結晶構造を含むが、殆どは非晶質ガラス状構造を有する。この構造的な差異に鑑みて、本発明は第１及び第２グループ粒子を分離して処理する技術を提供する。非晶質ガラス状構造を有する第２グループ粒子は、スラグの格別な前処理なしで大気圧雰囲気下で酸溶液に直ちに溶けることができる。また、第２グループ粒子は第１グループ粒子に比べてＭｇ、ＳｉＯ２ 以外の不純物（Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｎｉ）の含量が低い。これは、酸処理過程で消費される塩酸溶液の量を節減できる。Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｒなどのように高い原子価を有する金属は２価のＭｇに比べて遥かに多量の酸を消費するからである。
選別された第２グループ粒子はボールミルのような粉砕装置を用いて１００〜３００μｍサイズのパウダーに粉砕する。微細なスラグ粒子は酸との反応時高い反応性を提供する。粒子サイズが大きければ反応速度が低くて生産面において非効率的である。一方、第１グループ粒子は研磨後セメント組成物のための充填材などとして活用できる。
第２グループ粒子を粉砕したスラグが用意さると、塩酸溶液を加えてスラグを塩酸と反応させる。例えば、スラグ１００ｇ当たり１５〜３５％濃度の塩酸溶液２００〜５００ｍｌを加えて反応させる。
塩酸とスラグの反応を通じてスラグ中に含有された金属成分が塩酸に溶けて浸出される。浸出された金属成分は塩酸塩の形態で存在する。そして、塩酸に不溶性であるシリカはスラグから分離されて固形物に沈殿される。このように塩酸との反応を通じて浸出された塩酸塩とシリカ、それから未反応スラグ、過剰の塩酸は混在してスラリ（ｓｌｕｒｙ）状に存在する。
スラグと塩酸の反応式は次の通りである。
スラグ（Ｃａ，Ａｌ，Ｍｇ， ．．．） ＋ ＨＣｌ → ＳｉＯ２↓ ＋ Ｍ（Ｃｌ）ｎ， Ｍ＝Ｃａ， Ａｌ， Ｍｇ．．．
塩酸の反応時間によるスラグ内のマグネシウムとシリカの浸出率を図４に示した。図４から分かるように、反応開始後５分以内に４３％（スラグに含有されたマグネシウム量に対する浸出マグネシウム量の百分率）のマグネシウムと５７％（スラグに含有されたシリカ量に対する浸出シリカ量の百分率）のシリカが浸出される。そして、５分経過後浸出速度が遅くなることが分かるが、これはシリカのゲル化の発生に起因する。このようなシリカゲル化はスラグの反応性を低下させ、濾過を困難にする。このような問題点を、本発明ではフッ素化合物の使用によって克服する。
フッ素化合物はスラグと塩酸の反応前にスラグに加えられたり、スラグと塩酸の反応中に加えられる。フッ素化合物としてフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）の中から選ばれた少なくともいずれか一つを利用できる。スラグ１００ｇ当たりフッ素化合物の適正量はヘキサフルオロケイ酸の場合は、０．０１〜０．０５ｍｏｌ程であり、フッ化アンモニウムとフッ化ナトリウムは０．０４〜０．１０ｍｏｌほどである。
酸処理工程においてフッ素化合物をスラグに加えることは、スラグの非晶質ガラス状構造をエッチングして、スラグの浸出に有利な効果を奏する。また、フッ素化合物のような強い酸化剤によって鉄、クロム、マンガンなどのような金属成分を容易に酸化させることができる。
シリカの回収率を向上させるため、酸処理工程はスラグと塩酸反応を数回繰返して行える。例えば、スラグに塩酸溶液を加えて１次反応させた後に濾過する第１浸出工程と、前記第１浸出工程において分離された残留物を水で洗浄した後に塩酸溶液を再び加えて２次反応させる第２浸出工程とからなる。
２．固液分離工程
スラグと塩酸の反応により形成されたスラリを濾過液と固形物とに分離する。濾過は圧力濾過器や遠心分離機など多様な固液分離機を用いて行える。
濾過液には塩酸に溶解された金属成分が塩酸塩の形態で存在する。そして、固形物は８０〜９５重量％のシリカ及び残量の不純物、未反応スラグで構成される。
固液分離工程で得られた固形物からシリカを抽出し、濾過液からマグネシアを抽出する。
３．シリカ分離工程
固液分離工程で得られた固形物からシリカを抽出するためのシリカ分離工程は、ａ）固形物にアルカリ溶液を加えて固形物に含有されたシリカを溶解させるアルカリ処理工程と、 ｂ）アルカリ処理工程後に濾過して水ガラスを分離する濾過工程と、ｃ）水ガラスに酸物質を加えてシリカを沈殿させるシリカ沈殿工程とを含む。
アルカリ処理工程は、固形物１００重量部に対して１５０〜３００重量部のアルカリを加えて、８０〜９０℃で３０〜６０分間反応させて行える。アルカリとして濃度１２〜１５％の水酸化ナトリウム溶液を用いることができる。
固形物にアルカリ、例えば、水酸化ナトリウム溶液を添加すれば、固形物に含まれたシリカは次のように反応する。
スラグ（Ｃａ，Ａｌ，Ｍｇ， ．．．） ＋ ＨＣｌ → ＳｉＯ２↓ ＋ Ｍ（Ｃｌ）ｎ， Ｍ＝Ｃａ， Ａｌ， Ｍｇ．．．
塩酸の反応時間によるスラグ内のマグネシウムとシリカの浸出率を図４に示した。図４から分かるように、反応開始後５分以内に４３％（スラグに含有されたマグネシウム量に対する浸出マグネシウム量の百分率）のマグネシウムと５７％（スラグに含有されたシリカ量に対する浸出シリカ量の百分率）のシリカが浸出される。そして、５分経過後浸出速度が遅くなることが分かるが、これはシリカのゲル化の発生に起因する。このようなシリカゲル化はスラグの反応性を低下させ、濾過を困難にする。このような問題点を、本発明ではフッ素化合物の使用によって克服する。
フッ素化合物はスラグと塩酸の反応前にスラグに加えられたり、スラグと塩酸の反応中に加えられる。フッ素化合物としてフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）の中から選ばれた少なくともいずれか一つを利用できる。スラグ１００ｇ当たりフッ素化合物の適正量はヘキサフルオロケイ酸の場合は、０．０１〜０．０５ｍｏｌ程であり、フッ化アンモニウムとフッ化ナトリウムは０．０４〜０．１０ｍｏｌほどである。
酸処理工程においてフッ素化合物をスラグに加えることは、スラグの非晶質ガラス状構造をエッチングして、スラグの浸出に有利な効果を奏する。また、フッ素化合物のような強い酸化剤によって鉄、クロム、マンガンなどのような金属成分を容易に酸化させることができる。
シリカの回収率を向上させるため、酸処理工程はスラグと塩酸反応を数回繰返して行える。例えば、スラグに塩酸溶液を加えて１次反応させた後に濾過する第１浸出工程と、前記第１浸出工程において分離された残留物を水で洗浄した後に塩酸溶液を再び加えて２次反応させる第２浸出工程とからなる。
２．固液分離工程
スラグと塩酸の反応により形成されたスラリを濾過液と固形物とに分離する。濾過は圧力濾過器や遠心分離機など多様な固液分離機を用いて行える。
濾過液には塩酸に溶解された金属成分が塩酸塩の形態で存在する。そして、固形物は８０〜９５重量％のシリカ及び残量の不純物、未反応スラグで構成される。
固液分離工程で得られた固形物からシリカを抽出し、濾過液からマグネシアを抽出する。
３．シリカ分離工程
固液分離工程で得られた固形物からシリカを抽出するためのシリカ分離工程は、ａ）固形物にアルカリ溶液を加えて固形物に含有されたシリカを溶解させるアルカリ処理工程と、 ｂ）アルカリ処理工程後に濾過して水ガラスを分離する濾過工程と、ｃ）水ガラスに酸物質を加えてシリカを沈殿させるシリカ沈殿工程とを含む。
アルカリ処理工程は、固形物１００重量部に対して１５０〜３００重量部のアルカリを加えて、８０〜９０℃で３０〜６０分間反応させて行える。アルカリとして濃度１２〜１５％の水酸化ナトリウム溶液を用いることができる。
固形物にアルカリ、例えば、水酸化ナトリウム溶液を添加すれば、固形物に含まれたシリカは次のように反応する。
ＳｉＯ２ ＋ ２ＮａＯＨ → Ｎａ２ＳｉＯ３（ｗａｔｅｒ ｇｌａｓｓ） ＋ Ｈ２Ｏ
固形物とアルカリの反応後の液状の水ガラスと溶解されない固形の残留物を分離するために濾過する。濾過は濾過紙または通常の固液分離機を用いて行える。
濾過過程を通じて得られた水ガラスは、時間が経つにつれて綺麗で安定的な状態になる。水ガラスは比重１．５０〜１．６０ｇ／ｍｌ、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比率が２．５〜３．３であって、シリカ生産のための良質の材料になる。
固形物とアルカリの反応後の液状の水ガラスと溶解されない固形の残留物を分離するために濾過する。濾過は濾過紙または通常の固液分離機を用いて行える。
濾過過程を通じて得られた水ガラスは、時間が経つにつれて綺麗で安定的な状態になる。水ガラスは比重１．５０〜１．６０ｇ／ｍｌ、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比率が２．５〜３．３であって、シリカ生産のための良質の材料になる。
そして、濾過で発生された残留物はシリカの含量が高いことを除けばスラグに似ている。これは、残留物が非溶解スラグで構成されていることを意味する。従って、残留物は出発物質であるスラグとして再活用される。
水ガラスが用意されると、酸物質を加えてシリカを沈殿させて分離する。
シリカを沈殿させるために水ガラスに塩酸溶液を加えてｐＨを８．５程度に調整する。５〜６分後にシリカの沈殿が開始する。シリカを沈殿させた後に濾過してシリカを分離できる。スラグから分離されたシリカは純度９８重量％以上である。実験を通じて分離されたシリカの成分は、一例として、ＳｉＯ２ ９８．７３重量％、ＡｌＯ３ ０．６６重量％、Ｎａ２Ｏ ０．４７重量％、ＣａＯ ０．０４重量％、ＭｇＯ ０．０３重量％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．０３重量％である。
このように中間物質である水ガラスは、沈殿シリカ生産のための極めて適切な材料であり、大事なことはシリカ回収率が高いということである。スラグに含有されたシリカのうち約８０％が本発明により分離しており、これはフェロニッケルスラグ１トン当たり４５０ｋｇのシリカ生産量に該当するものである。
水ガラスが用意されると、酸物質を加えてシリカを沈殿させて分離する。
シリカを沈殿させるために水ガラスに塩酸溶液を加えてｐＨを８．５程度に調整する。５〜６分後にシリカの沈殿が開始する。シリカを沈殿させた後に濾過してシリカを分離できる。スラグから分離されたシリカは純度９８重量％以上である。実験を通じて分離されたシリカの成分は、一例として、ＳｉＯ２ ９８．７３重量％、ＡｌＯ３ ０．６６重量％、Ｎａ２Ｏ ０．４７重量％、ＣａＯ ０．０４重量％、ＭｇＯ ０．０３重量％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．０３重量％である。
このように中間物質である水ガラスは、沈殿シリカ生産のための極めて適切な材料であり、大事なことはシリカ回収率が高いということである。スラグに含有されたシリカのうち約８０％が本発明により分離しており、これはフェロニッケルスラグ１トン当たり４５０ｋｇのシリカ生産量に該当するものである。
４．精製工程
固液分離工程で得られた濾過液からマグネシアを抽出するために精製工程をが行われる。
精製工程は、ａ）濾過液に塩基を加えて不純物を金属水酸化物形態に沈殿させる沈殿工程と、ｂ）沈殿工程で形成された沈殿物を濾過して除去する濾過工程とを含む。
固液分離工程で得られた濾過液からマグネシアを抽出するために精製工程をが行われる。
精製工程は、ａ）濾過液に塩基を加えて不純物を金属水酸化物形態に沈殿させる沈殿工程と、ｂ）沈殿工程で形成された沈殿物を濾過して除去する濾過工程とを含む。
固液分離工程で得られた濾過液には塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化カルシウムなどが存在する。従って、所望の塩化マグネシウムのほか、他の不純物を除去するために塩基を加えて塩化アルミニウム、塩化カルシウムなどを金属水酸化物の形態に沈殿させた後に分離する。塩基として水酸化ナトリウムを用いることができる。また、塩基として過酸化水素と水酸化ナトリウムを用いることもできる。
一例として、濾過液に過酸化水素水を添加してｐＨ３〜４にした後、水酸化ナトリウム溶液を加えてｐＨ６．５〜７．５まで調節して不純物を沈殿させることができる。
沈殿反応が済んだ後に濾過してマグネシウム溶液を得ることができる。マグネシウム溶液と分離された沈殿物は、主に鉄、酸化マグネシウム、アルミニウム及び他の微量不純物で構成されている。従って、適切な処理後製鉄原料として用いられる。
５． マグネシア分離工程
塩化マグネシウム溶液からマグネシアを分離するために濃縮及び熱分解を行う。まず、蒸発によって塩化マグネシウム溶液を濃縮させて塩化マグネシウム水和物 （ＭｇＣｌ２・ｎＨ２Ｏ）を得る。そして、塩化マグネシウム水和物を流動層乾燥機、回転釜、スプレイ乾燥機などのような多様な装置を使って熱分解する。熱分解時の温度は約７００℃である。
熱分解を通じて塩化マグネシウム水和物は、下記のようにマグネシアと塩酸に分解される。
ＭｇＣｌ２・ｎＨ２Ｏ →ＭｇＯ（ｓ） ＋ ２ＨＣｌ ＋ （ｎ−１）Ｈ２Ｏ
熱分解後の濾過を介してマグネシアを分離する。このように得られたマグネシアの回収率はフェロニッケルスラグ１トン当たり約１７０ｋｇに該当する。
一例として、濾過液に過酸化水素水を添加してｐＨ３〜４にした後、水酸化ナトリウム溶液を加えてｐＨ６．５〜７．５まで調節して不純物を沈殿させることができる。
沈殿反応が済んだ後に濾過してマグネシウム溶液を得ることができる。マグネシウム溶液と分離された沈殿物は、主に鉄、酸化マグネシウム、アルミニウム及び他の微量不純物で構成されている。従って、適切な処理後製鉄原料として用いられる。
５． マグネシア分離工程
塩化マグネシウム溶液からマグネシアを分離するために濃縮及び熱分解を行う。まず、蒸発によって塩化マグネシウム溶液を濃縮させて塩化マグネシウム水和物 （ＭｇＣｌ２・ｎＨ２Ｏ）を得る。そして、塩化マグネシウム水和物を流動層乾燥機、回転釜、スプレイ乾燥機などのような多様な装置を使って熱分解する。熱分解時の温度は約７００℃である。
熱分解を通じて塩化マグネシウム水和物は、下記のようにマグネシアと塩酸に分解される。
ＭｇＣｌ２・ｎＨ２Ｏ →ＭｇＯ（ｓ） ＋ ２ＨＣｌ ＋ （ｎ−１）Ｈ２Ｏ
熱分解後の濾過を介してマグネシアを分離する。このように得られたマグネシアの回収率はフェロニッケルスラグ１トン当たり約１７０ｋｇに該当する。
マグネシアと分離された濾過液は濃度８ないし１２％の塩酸溶液である。このような濾過液は酸処理工程における塩酸溶液と、シリカ沈殿工程における酸物質として再活用して製造コストを節減できる。
一方、本発明は他の実施例として図３に示したように、マグネシア分離工程で発生する塩化マグネシウム水和物を用いてマグネシウムを得ることができる。このため、塩化マグネシウム水和物（ＭｇＣｌ２・ｎＨ２Ｏ）を脱水させて得た無水塩化マグネシウムを電気分解してマグネシウムを分離する。電気分解を用いてマグネシウムを分離する技術は公知の技術であることから、具体的な説明を省く。
電気分解により生成されたマグネシウムは各種のマグネシウム製品の原料として用いる。そして、マグネシウムと共に生成された塩素ガスは塩化マグネシウム水和物の脱水過程で触媒として再活用できる。また、塩素ガスを用いて塩酸を生産した後の酸処理工程の塩酸溶液として再活用できる。
一方、図２に本発明の他の実施例によってスラグからシリカを得るための酸処理及びアルカリ処理工程のフローチャートを示した。
図２を参照すれば、第１浸出及び第２浸出過程からなる酸処理工程と、アルカリ処理工程を通じてスラグからシリカを得る。
一方、本発明は他の実施例として図３に示したように、マグネシア分離工程で発生する塩化マグネシウム水和物を用いてマグネシウムを得ることができる。このため、塩化マグネシウム水和物（ＭｇＣｌ２・ｎＨ２Ｏ）を脱水させて得た無水塩化マグネシウムを電気分解してマグネシウムを分離する。電気分解を用いてマグネシウムを分離する技術は公知の技術であることから、具体的な説明を省く。
電気分解により生成されたマグネシウムは各種のマグネシウム製品の原料として用いる。そして、マグネシウムと共に生成された塩素ガスは塩化マグネシウム水和物の脱水過程で触媒として再活用できる。また、塩素ガスを用いて塩酸を生産した後の酸処理工程の塩酸溶液として再活用できる。
一方、図２に本発明の他の実施例によってスラグからシリカを得るための酸処理及びアルカリ処理工程のフローチャートを示した。
図２を参照すれば、第１浸出及び第２浸出過程からなる酸処理工程と、アルカリ処理工程を通じてスラグからシリカを得る。
スラグに塩酸溶液を１次に加えて第１浸出工程を行う。そして、濾過して残留物と濾過液とに分離する。濾過液は前述した実施例において説明したように、精製及び熱分解を通じてマグネシアを得る。そして、残留物は洗浄後塩酸溶液を加えて第２浸出工程を行う。この際、塩酸溶液で熱分解を通じて生成されたマグネシアから分離された濾過液を再活用できる。第２浸出工程後に濾過して濾過液と残留物に分離する。この際の濾過液は塩酸の濃度が低いので、高濃度の商業用塩酸と混合して第１浸出で使用される塩酸溶液として用いる。
第２浸出工程後に濾過して分離された残留物に水酸化ナトリウムを加えてアルカリ処理する。そして、濾過して残留物と水ガラスを分離する。この際発生する残留物は第１浸出過程で使われるスラグ材料として活用される。そして、水ガラス中のシリカを沈殿させるための酸物質として熱分解を通じて生成されたマグネシアから分離された濾過液を再活用できる。
以下、実験例を通じて本発明について説明する。但し、下記の実験例は本発明を具体的に説明するためのものであって、本発明の範囲を下記の実験例に限定するものではない。
＜酸処理実験＞
（１）第１実験例
用意したフェロニッケルスラグを１次に破砕した後、篩を用いてサイズ別に分類した。分類された各粒子の成分を分析して、下記の表２に示した。
＜酸処理実験＞
（１）第１実験例
用意したフェロニッケルスラグを１次に破砕した後、篩を用いてサイズ別に分類した。分類された各粒子の成分を分析して、下記の表２に示した。
前記表２に示したように、１．０以上の粒子だけを使う場合、マグネシアとシリカの含量が１．０未満の粒子に比べてさらに高いことが分かる。
サイズ１．０ｍｍ以上の粒子だけを選別した後、２００μｍに粉砕した。粉砕されたスラグ粉末１００ｇを、濃度２０％塩酸溶液３２ｍｌが入っている１０００ｍｌのフラスコに投入した。フラスコには攪拌機、還流コンデンサ、温度計及びヒート装置が具備されているものを用いた。５時間攪拌しつつ９０℃の大気圧下で１次浸出の反応を進めた。
（２）第２及び第３実験例
前記第１実験例と同様の方法で行い、スラグ１００ｇにフッ素化合物としてＨ２ＳｉＦ６ ０．０３ｍｏｌを添加した。フッ素化合物の添加は２種の方法に分けて行った。第２実験例は、塩酸溶液との反応前にフッ素化合物をスラグに添加し、第３実験例は、フッ素化合物をスラグと塩酸溶液の反応中に添加した。
前記第１〜第２実験例を通じて得たスラリのマグネシア及びシリカの浸出率、スラリの 濾過後の濾過液と固形物との特性を、下記の表３に示した。
サイズ１．０ｍｍ以上の粒子だけを選別した後、２００μｍに粉砕した。粉砕されたスラグ粉末１００ｇを、濃度２０％塩酸溶液３２ｍｌが入っている１０００ｍｌのフラスコに投入した。フラスコには攪拌機、還流コンデンサ、温度計及びヒート装置が具備されているものを用いた。５時間攪拌しつつ９０℃の大気圧下で１次浸出の反応を進めた。
（２）第２及び第３実験例
前記第１実験例と同様の方法で行い、スラグ１００ｇにフッ素化合物としてＨ２ＳｉＦ６ ０．０３ｍｏｌを添加した。フッ素化合物の添加は２種の方法に分けて行った。第２実験例は、塩酸溶液との反応前にフッ素化合物をスラグに添加し、第３実験例は、フッ素化合物をスラグと塩酸溶液の反応中に添加した。
前記第１〜第２実験例を通じて得たスラリのマグネシア及びシリカの浸出率、スラリの 濾過後の濾過液と固形物との特性を、下記の表３に示した。
前記表３を参照すると、第１実験例に比べてフッ素化合物を使用した第２及び第３実験例の浸出特性がさらに優れていることが分かった。マグネシアとシリカの浸出率において第２及び第３実験例が第１実験例の結果よりさらに良好であった。特に、フッ素化合物を添加して反応させる場合、濾過機能を大幅に向上させることが確認された。
（３）第４実験例
第３実験例のスラリをろ過して分離した固形物には、ＳｉＯ２ ８３．５９重量％、ＭｇＯ４．２４重量％、ＦｅＯ／Ｆｅ２Ｏ３ ０．８４重量％、Ａｌ２Ｏ３ ３．２３重量％、Ｃｒ２Ｏ３ ０．１５重量％、ＣａＯ ０．４９重量％、Ｃｌ ０．４９重量％及びその他の微量の元素が含まれていた。ここで、シリカのほか、他の成分は不純物と見なされる。アルカリ処理工程を行う前に、不純物はできるだけ最大に除去されるべきであり、特にアルミニウムとマグネシウムは最大限減少されるべきである。
このため、第３実験例のスラリを濾過して分離した固形物１２５ｇに濃度１０％塩酸溶液２１０ｍｌを加えてから持続的に攪拌した。反応温度は８０℃、浸出時間は９０分であった。反応完了後のスラリを濾過して濾過液と固形物とに分離した。
第４実験例を通じて得た固形物は、ＳｉＯ２ ９４．７９重量％、ＭｇＯ ０．９２重量％、ＦｅＯ／Ｆｅ２Ｏ３ ０．５４重量％、Ａｌ２Ｏ３ １．７４重量％、Ｃｒ２Ｏ３ ０．１２重量％、ＣａＯ ０．３６重量％、Ｃｌ０．５０重量％ 及び他の微量の不純物が含まれている。
図５に示した固形物の写真をみると、シリカ粒子（四角形で表示）の間に不純物粒子（円形で表示）が混入されていることが分かる。
（４）第５実験例
第４実験例を通じて得た固形物１１８ｇに濃度１２．５％ＮａＯＨ溶液２００ｇを加えてから８０℃の温度で４５分間攪拌しつつ反応させた。反応完了後スラリを濾過して固体残留物と水ガラスとを分離した。分離された固体残留物は、最初に５０ｍｌの脱イオン水で、２回目は約３００ｍｌの脱イオン水で、最後は水道水で洗浄した。最初の洗浄後発生した洗浄液はシリカ成分の損失を最小化するために水ガラスに混合した。それから２回目の洗浄後発生した洗浄液は、後述する第６実験例におけるシーディング（ｓｅｅｄｉｎｇ）溶液として用いた。
前記第５実験例を通じて得た水ガラスは、密度１．５８ｇ／ｍｌ、ＳｉＯ２／Ｎａ２０モル比２．８であり、主要成分としてＳｉＯ２ １１．６ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ ４．２ｗｔ％であり、不純物として（Ａｌ２Ｏ３ ＋Ｆｅ２Ｏ３）０．０６ｗｔ％、（ＭｇＯ ＋ ＣａＯ） ０．０２ｗｔ％であった。
（５）第６実験例
５ｇのＳｉＯ２／ｌの濃度を有するケイ酸塩溶液を作るために、１１℃の温度下で前記第５実験例を通じて得たシーディング溶液２９０ｍｌを５００ｍｌの水に希釈した後、攪拌機とヒーター、温度計が備えられた１０００ｍｌガラス容器に投入した。そして、１０％塩酸２００ｍｌを３５０ｍｌの水に希釈した後ガラス容器に加えながら攪拌してｐＨ９に調整した。シリカは混濁状態の形態に現れるが、５〜６分後に沈殿が始まり、その後凝集した形態で沈殿した。最後に、濃度１０％のＮａＯＨ溶液を加えてｐＨを７に調整した。 そして、濾過して沈殿したシリカを分離した後、水で洗浄してから１２５℃で乾燥させた。
スラグ１００ｇからの分離された最終シリカの量は４５．０３ｇであった。従って、シリカ製品の収率は４５％に至った。シリカは純度９８．７重量％であった。その他の不純物として、Ａｌ２Ｏ３ ０．６６重量％、Ｎａ２Ｏ ０．４７重量％、ＣａＯ ０．０４重量％、ＭｇＯ ０．０３重量％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．０３重量％であることが確認された。
（６）第７実験例
前記第４実験例を通じて得た濾過液に濃度１０％の水酸化ナトリウム溶液を加えてｐＨ５に調整して１次に沈殿させた後濾過してから、再び濃度１０％の水酸化ナトリウム溶液を加えてｐＨに調整した後濾過して、塩化マグネシウム溶液と沈殿物を分離した。
分離された塩化マグネシウム溶液は密度１．１７ｇ／ｍｌであり、リットル当たり金属濃度はマグネシウム４１．９８ｇ、ナトリウム７．９５ｇ、カルシウム０．４２ｇであった。そして、鉄、マンガン、クロム、ニッケル、コバルト、アルミニウムは検出されなかった。
（７）第８実験例
前記第７実験例で得た塩化マグネシウム溶液２４８ｍｌを真空蒸発器で蒸発させて濃縮した後にアルミナるつぼに配置し、１時間８００℃で実験室のマッフル炉で熱分解した後、残渣塩化物を分解するために熱水を混合した。得られた懸濁液を濾過して濾過液と残留物を分離した。残留物を脱イオン水で２回洗浄して２時間１２０℃で実験室乾燥機に乾燥させて、１６．３ｇ量の白色のマグネシアを得た。得られたマグネシアの成分はＭｇＯ ９８．５重量％、Ｎａ２Ｏ ０．３３重量％、Ａｌ２Ｏ３ ０．１２重量％、ＳｉＯ２ ０．３０重量％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．１４重量％、Ｃｒ２Ｏ３ ０．０１重量％、Ｃｌ０．４２重量％、ＳＯ３ ０．０７重量％であった。従って、フェロニッケルスラグ１００ｇにおいてマグネシアの生産は１６．３ｇであり、５２．６％のＭｇＯを回収した。
前述した実験結果を通じてフェロニッケルスラグからシリカとマグネシアを効率よく分離できることを確認した。下記の表４に、実験を通じて得られた各物質の成分分析結果をまとめめた。表４において第１試料は第１実験例で得た１．０〜７．０ｍｍサイズのフェロニッケルスラグであり、第２試料は第３実験例で得た固形物であり、第３試料は第４実験例で得た固形物であり、第４試料は第５実験例から得た残留物であり、第５試料は第７実験例で得た沈殿物であり、第６試料は水であり、第６試料は第６実験例から得たシリカである。
（３）第４実験例
第３実験例のスラリをろ過して分離した固形物には、ＳｉＯ２ ８３．５９重量％、ＭｇＯ４．２４重量％、ＦｅＯ／Ｆｅ２Ｏ３ ０．８４重量％、Ａｌ２Ｏ３ ３．２３重量％、Ｃｒ２Ｏ３ ０．１５重量％、ＣａＯ ０．４９重量％、Ｃｌ ０．４９重量％及びその他の微量の元素が含まれていた。ここで、シリカのほか、他の成分は不純物と見なされる。アルカリ処理工程を行う前に、不純物はできるだけ最大に除去されるべきであり、特にアルミニウムとマグネシウムは最大限減少されるべきである。
このため、第３実験例のスラリを濾過して分離した固形物１２５ｇに濃度１０％塩酸溶液２１０ｍｌを加えてから持続的に攪拌した。反応温度は８０℃、浸出時間は９０分であった。反応完了後のスラリを濾過して濾過液と固形物とに分離した。
第４実験例を通じて得た固形物は、ＳｉＯ２ ９４．７９重量％、ＭｇＯ ０．９２重量％、ＦｅＯ／Ｆｅ２Ｏ３ ０．５４重量％、Ａｌ２Ｏ３ １．７４重量％、Ｃｒ２Ｏ３ ０．１２重量％、ＣａＯ ０．３６重量％、Ｃｌ０．５０重量％ 及び他の微量の不純物が含まれている。
図５に示した固形物の写真をみると、シリカ粒子（四角形で表示）の間に不純物粒子（円形で表示）が混入されていることが分かる。
（４）第５実験例
第４実験例を通じて得た固形物１１８ｇに濃度１２．５％ＮａＯＨ溶液２００ｇを加えてから８０℃の温度で４５分間攪拌しつつ反応させた。反応完了後スラリを濾過して固体残留物と水ガラスとを分離した。分離された固体残留物は、最初に５０ｍｌの脱イオン水で、２回目は約３００ｍｌの脱イオン水で、最後は水道水で洗浄した。最初の洗浄後発生した洗浄液はシリカ成分の損失を最小化するために水ガラスに混合した。それから２回目の洗浄後発生した洗浄液は、後述する第６実験例におけるシーディング（ｓｅｅｄｉｎｇ）溶液として用いた。
前記第５実験例を通じて得た水ガラスは、密度１．５８ｇ／ｍｌ、ＳｉＯ２／Ｎａ２０モル比２．８であり、主要成分としてＳｉＯ２ １１．６ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ ４．２ｗｔ％であり、不純物として（Ａｌ２Ｏ３ ＋Ｆｅ２Ｏ３）０．０６ｗｔ％、（ＭｇＯ ＋ ＣａＯ） ０．０２ｗｔ％であった。
（５）第６実験例
５ｇのＳｉＯ２／ｌの濃度を有するケイ酸塩溶液を作るために、１１℃の温度下で前記第５実験例を通じて得たシーディング溶液２９０ｍｌを５００ｍｌの水に希釈した後、攪拌機とヒーター、温度計が備えられた１０００ｍｌガラス容器に投入した。そして、１０％塩酸２００ｍｌを３５０ｍｌの水に希釈した後ガラス容器に加えながら攪拌してｐＨ９に調整した。シリカは混濁状態の形態に現れるが、５〜６分後に沈殿が始まり、その後凝集した形態で沈殿した。最後に、濃度１０％のＮａＯＨ溶液を加えてｐＨを７に調整した。 そして、濾過して沈殿したシリカを分離した後、水で洗浄してから１２５℃で乾燥させた。
スラグ１００ｇからの分離された最終シリカの量は４５．０３ｇであった。従って、シリカ製品の収率は４５％に至った。シリカは純度９８．７重量％であった。その他の不純物として、Ａｌ２Ｏ３ ０．６６重量％、Ｎａ２Ｏ ０．４７重量％、ＣａＯ ０．０４重量％、ＭｇＯ ０．０３重量％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．０３重量％であることが確認された。
（６）第７実験例
前記第４実験例を通じて得た濾過液に濃度１０％の水酸化ナトリウム溶液を加えてｐＨ５に調整して１次に沈殿させた後濾過してから、再び濃度１０％の水酸化ナトリウム溶液を加えてｐＨに調整した後濾過して、塩化マグネシウム溶液と沈殿物を分離した。
分離された塩化マグネシウム溶液は密度１．１７ｇ／ｍｌであり、リットル当たり金属濃度はマグネシウム４１．９８ｇ、ナトリウム７．９５ｇ、カルシウム０．４２ｇであった。そして、鉄、マンガン、クロム、ニッケル、コバルト、アルミニウムは検出されなかった。
（７）第８実験例
前記第７実験例で得た塩化マグネシウム溶液２４８ｍｌを真空蒸発器で蒸発させて濃縮した後にアルミナるつぼに配置し、１時間８００℃で実験室のマッフル炉で熱分解した後、残渣塩化物を分解するために熱水を混合した。得られた懸濁液を濾過して濾過液と残留物を分離した。残留物を脱イオン水で２回洗浄して２時間１２０℃で実験室乾燥機に乾燥させて、１６．３ｇ量の白色のマグネシアを得た。得られたマグネシアの成分はＭｇＯ ９８．５重量％、Ｎａ２Ｏ ０．３３重量％、Ａｌ２Ｏ３ ０．１２重量％、ＳｉＯ２ ０．３０重量％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．１４重量％、Ｃｒ２Ｏ３ ０．０１重量％、Ｃｌ０．４２重量％、ＳＯ３ ０．０７重量％であった。従って、フェロニッケルスラグ１００ｇにおいてマグネシアの生産は１６．３ｇであり、５２．６％のＭｇＯを回収した。
前述した実験結果を通じてフェロニッケルスラグからシリカとマグネシアを効率よく分離できることを確認した。下記の表４に、実験を通じて得られた各物質の成分分析結果をまとめめた。表４において第１試料は第１実験例で得た１．０〜７．０ｍｍサイズのフェロニッケルスラグであり、第２試料は第３実験例で得た固形物であり、第３試料は第４実験例で得た固形物であり、第４試料は第５実験例から得た残留物であり、第５試料は第７実験例で得た沈殿物であり、第６試料は水であり、第６試料は第６実験例から得たシリカである。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
Claims (12)
- スラグに塩酸溶液を加えて反応させる酸処理工程と、
前記酸処理工程で形成されたスラリを濾過して固形物と濾過液とを分離する固液分離工程と、
前記固形物からシリカを分離するシリカ分離工程と、
前記濾過液中の塩化マグネシウムを除いた不純物を除去して塩化マグネシウム溶液を収得する精製工程と、
前記塩化マグネシウム溶液を濃縮させた後熱分解してマグネシアを分離するマグネシア分離工程とを含むことを特徴とするシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。 - 前記酸処理工程は、前記スラグをパウダーに加工した後前記塩酸溶液と反応させ、
前記スラグの加工は、ａ）篩を用いて前記スラグを、０．１〜０．９９ｍｍサイズで構成された第１グループ粒子と、１．０〜７．０ｍｍサイズで構成された第２グループ粒子とに分類する工程と、ｂ）前記第２グループ粒子を選別して１００〜３００μｍサイズのパウダーに粉砕する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。 - 前記酸処理工程は、前記スラグと前記塩酸溶液の反応前または反応中にフッ素化合物を加えて反応させることを特徴とする請求項１に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
- 前記フッ素化合物は、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）の中から選ばれた少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項３に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
- 前記酸処理工程は、前記スラグに前記塩酸溶液を加えて１次反応させた後に濾過する第１浸出工程と、前記第１浸出工程で分離された残留物を水で洗浄してから前記塩酸溶液を加えて２次反応させる第２浸出工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
- 前記シリカ分離工程は、ａ）前記固形物にアルカリ溶液を加えて前記固形物に含有されたシリカを溶解させるアルカリ処理工程と、ｂ）前記アルカリ処理工程後に濾過して水ガラスを分離する濾過工程と、ｃ）前記 水ガラスに酸物質を加えてシリカを沈殿させるシリカ沈殿工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
- 前記マグネシア分離工程で生成された塩酸溶液を、前記シリカ沈殿工程の前記酸物質として用いることを特徴とする請求項６に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
- 前記アルカリ処理工程の前記アルカリ溶液は、水酸化ナトリウム溶液であることを特徴とする請求項６に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
- 前記マグネシア分離工程で生成された塩酸溶液を、前記酸処理工程の前記塩酸溶液として用いることを特徴とする請求項１に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
- 前記精製工程は、ａ）前記濾過液に塩基を加えて前記不純物を金属水酸化物の形態で沈殿させる沈殿工程と、ｂ）前記沈殿工程で形成された沈殿物を濾過して除去する濾過工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
- 前記マグネシア分離工程で発生される塩化マグネシウム水和物を脱水させてから電気分解してマグネシウムを分離するマグネシウム分離工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
- 前記電気分解により生成された塩素ガスを原料にして生産した塩酸溶液を、前記酸処理工程の塩酸溶液として用いることを特徴とする請求項１１に記載のシリカ及びマグネシア抽出のためのスラグの処理方法。
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