JP5057855B2 - スラッジの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属粉を含有するスラッジの処理方法に関し、一層詳細には、金属粉の他に該金属粉と平均粒径が異なる粒子をさらに含有するスラッジの処理方法に関する。

ワークから所定形状の成形品を作製するに際しては、例えば、鍛造加工が行われる。しかしながら、鍛造加工を施した直後の成形品にはバリが生じており、そのままでは最終製品として使用することができない。このため、バリを大まかに切断し、その後、残留したバリの基端部を研磨加工によって除去する等、鍛造加工品を最終寸法に仕上げるための仕上げ加工が行われるのが一般的である。

周知のように、研磨加工では、油性ないし水性のクーラントを研磨箇所に供給し、これにより該研磨箇所を冷却させる一方、該研磨箇所から金属研磨粉を除去する。すなわち、金属研磨粉は、前記クーラントと混合されて研磨スラッジとして研磨加工ステーションから排出される。

近時、Ｎｉを含む合金でエンジンバルブを作製することが行われつつある。この場合において、上記のように鍛造加工及び仕上げ加工を行うと、研磨スラッジとして、Ｎｉ成分を含んだ金属研磨粉（以下、Ｎｉ含有金属粉ともいう）とクーラントの混合物が生成することになる。

研磨スラッジは、クーラント等の液分を可能な限り分離して固形分の割合を高めた後、埋立処理されることが通例となっていた。しかしながら、環境保護の観点から、本来的には埋立処理を行わないことが望ましい。このように、埋立処理以外の研磨スラッジの処理方法を確立する必要があること、及び省資源化及びコスト低廉化の観点から、研磨スラッジ中の固形分を回収して再利用することが種々検討されている。特に、Ｎｉ含有金属粉は高価であるため、研磨スラッジからの回収方法等が確立されると、コストの大幅な低廉化に有利となるからである。

例えば、特許文献１には、研磨スラッジに対して濾過及び圧搾を行うことによってブリケットを得ることを試みた技術が開示されている。該特許文献１によれば、このブリケットは、研磨粉同士が互いに強固に接合しているために崩壊し難く、このために運搬ないし取扱が容易であり、製鋼材として再利用し易い、とのことである。

また、特許文献２においては、クーラントが分離されて濃縮した固形分を乾燥した後、この固形分を溶解し、さらに、この固形分に含まれる研磨材を分離することにより研磨粉を得、この研磨粉を粉体として再利用することが提案されている。

特開２００１−３００５９７号公報 特開２００５−１４４４００号公報

特許文献１、２記載の従来技術では、先ず、分離ステーションにて研磨スラッジからクーラント（液分）を分離するようにしている。しかしながら、研磨スラッジは流動性に富み、このため、研磨加工ステーションで収集した研磨スラッジを分離ステーションに移送する際、該研磨スラッジから研磨粉を含んだ液分が滴下ないし飛散する懸念がある。このような事態が生じた後に液分が乾燥すると、残余の研磨粉、すなわち、粉塵によって作業場が汚れてしまうという不具合が惹起される。

研磨スラッジの流動性を低下させる方策として、粉体をさらに配合することが想起される。しかしながら、この場合、研磨スラッジの体積及び質量が大幅に増加するとともに、研磨粉と粉体との分離作業が必要となる。

また、研磨スラッジから液分を分離することなく加熱炉に導入することで液分を蒸発させ、研磨粉のみを残留させることも考えられるが、この場合、加熱炉のフィルタが頻繁に目詰まりを起こしてしまう。勿論、この際にはフィルタの清掃や交換が必要となるので、処理作業を中断しなければならない。すなわち、加熱によって液分を蒸発させる従来技術には、作業効率が低いという不具合が顕在化している。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、ハンドリングが容易で作業場が汚染される懸念も払拭可能であり、しかも、研磨粉の回収作業の効率を向上させることも可能なスラッジの処理方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係るスラッジの処理方法は、平均粒径が５０〜１５０μｍであり且つ金属粉である第１粒子と水性クーラントを含み、当該水性クーラントの割合が、６０〜７０質量％である研磨スラッジに対して、前記水性クーラントの割合が４０質量％以下となるように、平均粒径が０．０５〜０．２μｍである第２粒子を混合してスラッジを形成する工程と、
前記スラッジを加熱することによって前記水性クーラントを除去するとともに、前記金属粉を溶融した後、冷却固化させることによって金属のインゴットを得る工程と、
を有することを特徴とする。なお、本発明における平均粒径は全て、レーザ回折散乱法による粒度分布測定方法での測定値である。

平均粒径が互いに著しく相違する第１粒子及び第２粒子を含有するこのスラッジでは、第１粒子と第２粒子が液分の液架橋力を介して付着し合う。その結果、液分の保持能力に優れるようになるので、該スラッジが滴下したり飛散したりすることが著しく抑制される。このため、このスラッジは、ハンドリングが容易である。また、作業場が汚れる懸念も払拭される。

しかも、このスラッジは液分が比較的少ないので、例えば、加熱炉に導入された際、蒸気の発生量が少ない。このために加熱炉に設置されたフィルタが目詰まりする頻度が低減するので、加熱による処理作業が中断される頻度も低減する。これにより、スラッジ、ひいては該スラッジに含まれる第１粒子（金属粉）の処理効率が向上する。

なお、該スラッジの加熱処理は、例えば、第１粒子（金属粉）が溶融可能な温度で行われる。この場合、第１粒子を原材料とするインゴットが形成される。このインゴットは、例えば、鋳造加工に用いる溶湯の原材料として再利用することができる。勿論、これにより、鋳造加工のコストを低廉化することができる。

その上、このスラッジにおいては、平均粒径が小さな第２粒子が第１粒子同士の間隙に進入するので、第１粒子と第２粒子を配合したことに伴って体積が著しく増加することもない。

ここで、前記第２粒子はカーボン粉であることが好ましい。この場合、スラッジに対して加熱処理を行うと、カーボン粉が酸化されて二酸化炭素となる。二酸化炭素は常温以上では気体であり、従って、固形分として残留する第１粒子から極めて容易に分離することが可能である。

すなわち、カーボン粉を用いた場合、スラッジに対して加熱を行う一作業のみで、液分とカーボン粉を同時にスラッジから除去することができる。このため、処理効率が一層向上する。

なお、前記第１粒子の好適な例としては、Ｎｉを４質量％以上含有する金属粉を挙げることができる。ＮｉはＦｅ等に比して高価であり、従って、このような金属粉を回収・再資源化することによって、コストを著しく低廉化することができるようになる。

本発明によれば、平均粒径が互いに著しく相違する第１粒子及び第２粒子を配合し且つ液分を４０質量％以下とするようにしているため、第１粒子と第２粒子が液分の液架橋力を介して付着し合うようになるので液分の保持能力に優れるとともに、加熱処理時に蒸気の発生量が少なくなる。これにより、ハンドリングが容易で効率よく処理することが可能なスラッジを得ることができるとともに、作業場が汚れる懸念を払拭することができる。

以下、本発明に係るスラッジの処理方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係るスラッジを模式的に拡大して図１に示す。このスラッジ１０は、金属粉からなる第１粒子１２と、該第１粒子１２に比して平均粒径が小さい第２粒子１４と、液分としての水性クーラント１６を含む。なお、便宜上、水性クーラント１６も粒子形状として示している。

この場合、第１粒子１２は、Ｎｉ構成元素として含有する合金からなるエンジンバルブに対して研磨加工を施した際に発生した金属研磨粉である。すなわち、この金属研磨粉（第１粒子１２）は、Ｎｉ含有金属粉である。

金属研磨粉である第１粒子１２の平均粒径は、概ね５０〜１５０μｍの範囲内であり、代表的には約１００μｍである。

水性クーラント１６は、前記の研磨加工を行う際にエンジンバルブの研磨箇所に供給されたものである。このことから諒解されるように、スラッジ１０中の第１粒子１２及び水性クーラント１６は、エンジンバルブに対して研磨加工を施す研磨加工ステーションにおいて発生した研磨スラッジに由来するものである。

すなわち、先ず、研磨加工ステーションにおいて、エンジンバルブの研磨箇所に対して水性クーラント１６が供給されるとともに研磨加工が施される。この際に発生した金属研磨粉が水性クーラント１６と混じり合い、研磨スラッジとして収集される。この研磨スラッジにおける水性クーラント１６の割合は、概ね６０〜７０質量％である。

次に、この研磨スラッジに対して第２粒子１４が配合されることにより、スラッジ１０が調製される。

ここで、本実施の形態では、第２粒子１４として、平均粒径が０．０５〜０．２μｍの範囲内、代表的には約０．１μｍであるカーボン粉が選定されている。カーボン粉は、例えば、ドライブシャフトの製作過程から排出されたもの等、各種排出物であってもよい。この場合、研磨スラッジと同時にカーボン粉を処理することも可能となるので好適である。勿論、各種排出物ではなく市販品のカーボン粉を使用するようにしてもよい。

研磨スラッジに対して第２粒子１４が配合されることに伴い、スラッジ１０に含まれる水性クーラント１６の割合が低減する。最終的に、第２粒子１４が配合されたスラッジ１０の質量を１００質量％とするとき、水性クーラント１６の割合は４０質量％以下に調整される。

ここで、第２粒子１４の平均粒径は、第１粒子１２に比して著しく小さい。このため、第２粒子１４は、隣接する第１粒子１２同士の間の間隙に進入する。従って、スラッジ１０の体積は、研磨スラッジの体積よりも若干大きくなる程度である。換言すれば、研磨スラッジに第２粒子１４を配合することに起因して該研磨スラッジの体積が大幅に増加することはない。

また、水性クーラント１６は、図２に拡大して示すように、第１粒子１２と第２粒子１４の間に介在する。第１粒子１２（大粒子）と第２粒子１４（小粒子）の間に極めて微小な間隙が形成されるので、水性クーラント１６が毛管現象によってこの間隙に進入するからである。すなわち、第１粒子１２と第２粒子１４は、液架橋力を介して互いに付着する。

液架橋力は、静電気力やファンデルワールス力に比して大きい。このため、第１粒子１２と第２粒子１４が互いに強固に付着する。従って、水性クーラント１６が第１粒子１２と第２粒子１４によって保持され、結局、液分を保持する能力に優れたスラッジ１０となる。

しかも、上記したように、本実施の形態においては、スラッジ１０中の液分の割合が４０質量％以下に調整されている。このことも相俟って、スラッジ１０からＮｉ含有金属粉を含んだ水性クーラント１６が滴下したり飛散したりすることが著しく抑制されるようになる。その結果、スラッジ１０のハンドリングが容易となるとともに、作業場が粉塵で汚れる懸念が払拭される。

このようにして得られたスラッジ１０は、水性クーラント１６（液分）と、固形分である第１粒子１２及び第２粒子１４とが分離されることなく加熱炉に移送される。上記したように、スラッジ１０が液分保持力に優れたものであるので、移送の間にＮｉ含有金属粉を含んだ水性クーラント１６が滴下ないし飛散する頻度が著しく少ない。従って、スラッジ１０を極めて容易に加熱炉に移送することができる。勿論、作業場が汚れる懸念もない。

スラッジ１０は、次いで、加熱炉に導入される。加熱炉は予め１０００〜１２００℃に保持されており、このため、スラッジ１０が加熱炉内において急速に昇温され、これに伴って水性クーラント１６が蒸発するとともに水蒸気が急激に発生する。

ここで、スラッジ１０中の水性クーラント１６の割合は、４０質量％以下に設定されている。このため、水蒸気の発生速度は大きいものの、その発生量は少ない。従って、加熱炉に設置されたフィルタが目詰まりする頻度が著しく低減する。このため、処理作業が頻繁に中断されることが回避されるようになる。

また、第２粒子１４であるカーボン粉は、１０００〜１２００℃の温度域において、加熱炉内の空気中の酸素によって酸化され、気相である二酸化炭素として加熱炉外に排出される。これによりカーボン粉が消失するので、加熱炉内には、第１粒子１２であるＮｉ含有金属粉が残留することになる。すなわち、第２粒子１４としてカーボン粉を選定する本実施の形態によれば、一作業を行うのみで水性クーラント１６と第２粒子１４を除去し、第１粒子１２（Ｎｉ含有金属粉）のみとすることができる。

以上のような理由から、処理作業を効率よく進行させることができる。すなわち、研磨スラッジ（金属研磨粉である第１粒子１２と、水性クーラント１６との混合物）に対して第１粒子１２よりも平均粒径が著しく小さい第２粒子１４を配合することにより、ハンドリングが容易で且つ作業場を汚す懸念がなく、しかも、処理効率に優れたスラッジ１０を得ることができる。

第１粒子１２であるＮｉ含有金属粉は、加熱炉内で溶融してスラグとなる。このスラグを冷却固化させれば、Ｎｉを構成元素とする合金鋼の１種である、いわゆるフェロニッケルのインゴットが作製されるに至る。勿論、このインゴットは、例えば、鋳造加工に用いられる溶湯の原材料として再利用することが可能である。結局、金属研磨粉である第１粒子１２を資源として供することができ、これに伴い、フェロニッケルを原材料とする部材を製造する際のコストを大幅に低廉化することができる。

なお、上記した実施の形態では、エンジンバルブ（Ｎｉ含有合金）に対して研磨加工を施すことで発生した研磨スラッジに第２粒子１４を配合するようにしているが、第１粒子１２は別種の金属研磨粉であってもよいし、研磨粉以外の金属粉であってもよい。

また、この実施の形態においては、研磨スラッジと第２粒子１４とでスラッジ１０を調製するようにしているが、これらに加え、汚泥やショット粉等を配合するようにしてもよい。その場合の配合の一例を図３に示す。なお、汚泥が配合されている場合においても、加熱後は金属分のみが残留する。

さらに、第２粒子１４はカーボン粉に特に限定されるものではなく、平均粒径が０．０５〜０．２μｍの範囲内である粒子であれば如何なる物質であってもよい。液分も、水性クーラント１６に特に限定されるものではなく、単なる水であってもよい。

本実施の形態に係るスラッジの模式的拡大図である。 図１のスラッジに含まれる第１粒子と第２粒子との接触箇所近傍を示す模式的拡大図である。 スラッジに含まれる廃棄物の種類及び配合割合を示す図表である。

符号の説明

１０…スラッジ １２…第１粒子
１４…第２粒子 １６…水性クーラント

Claims (1)

1. 平均粒径が５０〜１５０μｍであり且つ金属粉である第１粒子と水性クーラントを含み、当該水性クーラントの割合が、６０〜７０質量％である研磨スラッジに対して、前記水性クーラントの割合が４０質量％以下となるように、平均粒径が０．０５〜０．２μｍである第２粒子を混合してスラッジを形成する工程と、
   前記スラッジを加熱することによって前記水性クーラントを除去するとともに、前記金属粉を溶融した後、冷却固化させることによって金属のインゴットを得る工程と、
   を有することを特徴とするスラッジの処理方法。

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