JP5481966B2 - 鉄スクラップに共存する元素の分離・回収方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、塩素ガスを用いて鉄に対して銅を選択的に反応させ、これを気体として除去する方法が報告されているが、塩素ガスを用いるので反応容器を完全密閉型にする必要があるとともに、塩素と反応しない反応容器の材質が問題となる。
しかし、この従来技術では溶融鉄に対して鉄スクラップ中から鉛合金への銅の移行と鉛合金中からアルミニウムを含む金属融体への銅の移行を別々に実施する必要があり、連続的に進行させることができない。
以上の知見に基づき完成された本発明は次のとおりである。
また、「酸化除去」とは、酸素を吹付けるなどの手段により溶融Agの表面近傍の雰囲気を強酸化性雰囲気とすることにより、溶融Agに含まれる元素のうちAgよりも酸化されやすい元素を酸化し、溶融Agに不溶な酸化物として溶融Ag相から除去することをいう。
NC≦ 1012.728 / T + 0.7271 × log T − 3.049 (1)
ここで、Tは鉄スクラップの溶融物の温度であり、1426<T<1873Kを満たす。
1.分離・回収原理
本発明におけるAgを利用した鉄スクラップ中の共存元素の分離・回収方法は、鉄スクラップが溶融して得られる溶融物からなる溶融Fe相と溶融Ag相とが2液相分離し、互いにほとんど溶解度をもたず溶け合わない性質、および媒体相である溶融Ag相が貴金属であるため酸素と反応しにくい性質を利用する。
溶融Ag相は溶融Fe相よりも比重が大きいため、本発明に係る方法を実施する反応容器として、図1に示されるように、溶融Ag相が下層に存在し、一部溶融Ag相に浸入するかたちで仕切りがあり、仕切りで区切られた一方の領域において溶融Fe相と溶融Ag相とが接触し、他方の領域において溶融Agの表面に酸素が供給されるような構造が考えられる。以下、上記の一方の領域を「分離領域」、上記の他方の領域を「回収領域」という。
このような原理で、鉄スクラップの溶融物からなる溶融Fe相に含まれる共存元素が連続的に減少し、この共存元素は溶融Ag相側において酸化物として回収される。
以上の原理(以下、「本原理」という。)に基づき元素の分離・回収を行うため、本発明において分離・回収される元素は、媒体であるAgよりも酸化されやすい元素となる。これらの元素には、Cu,Ni,Cr,Sn,Znなどのいわゆるトランプエレメントが含まれ、また、W,Mo,Co,Ni,V,Nb等の有用な希少金属も含まれる。特に、鉄よりも酸化されにくい元素(Cuなど)は、従来の酸化精錬では除去されないが、本原理に基づく本発明の方法では、効率的に分離・回収されることになる。つまり、鉄スクラップに含有される非鉄金属元素のうち、Agよりも酸化されやすくFeよりも酸化されにくい元素を対象とする場合に、本発明の分離・回収方法による利益を最も享受できる。
溶融Fe相と溶融Ag相とが接触する分離領域における雰囲気は非酸化性雰囲気であることが好ましい。溶融Fe相と溶融Ag相との間で元素の分配が行われることを利用して溶融Fe相から溶融Ag相へと共存元素を移動させるため、本原理に基づく分離・回収方法の対象元素が溶融Fe相に溶解していることが求められる。したがって、分離領域の雰囲気、すなわち溶融Fe相と溶融Ag相との界面近傍の雰囲気の酸素分圧が高いと、溶融Fe相に溶解する元素には酸化物となってしまうものもあり、そのように溶融Fe相内で酸化物になってしまうと、溶融Fe相と溶融Ag相との界面を通じて溶融Ag相に移動することが困難となり、回収領域においてその元素が回収されにくくなってしまう。
上記のように、鉄スクラップの溶融物が溶融Fe相である場合には、溶融Ag相と2液相分離させることが実現されるが、次に説明するように、鉄スクラップの溶融物は溶融Fe−C相であることが好ましく、この溶融Fe−C相に含有されるCは飽和溶解していることが特に好ましい。
NC ≦ 1012.728 / T + 0.7271 × log T − 3.049 (1)
本発明においては、鉄スクラップに含まれる共存元素の移動媒体相として溶融Ag相を使用する。溶融Ag相は鉄スクラップの溶融物と酸素を含む気相との間に介在する媒体相であって、それ自体は酸素と反応しない。このように溶融Ag相を介在させることで、鉄スクラップの溶融物における溶鉄が直接酸化反応を起こすことが抑制される。また、媒体である溶融Ag相を通じて鉄スクラップの溶融物から回収領域に移動してきたCuなどの共存元素は、回収領域の酸化性雰囲気において酸化し、溶融Ag相に不溶なものとなって回収可能となる。このため、溶融Ag相は継続的に使用することが可能である。
以上の説明では、本原理の理解を促進するために分離領域と回収領域とを仕切りにより分けた場合について説明したが、この構成は本原理において必須ではない。
Feに共存元素として含有させたCuを、Agを媒体として酸化除去した実施例を示す。
Cuを含有する溶融Fe相にAgのみからなる溶融相を接触させると、次の2つの現象が発生する。
(2)溶融Ag相に酸素を吹き付けると溶融Fe相中のCu濃度がさらに減少する(酸化による回収)。
このように、分離・回収の両方の現象により、溶融Fe相中のCu濃度が減少するため、両方の現象を独立に評価することができない。
この状態で、温度を1523Kとし、Arを100cm3/min(標準状態換算)でガス吹付け管から供給する雰囲気中で1時間保持した後、ガス吹付け管からの供給をO2(純度99.5%)を100cm3/min(標準状態換算)に切り替えて、3あるいは7時間保持して空冷した。
Claims (6)
- 鉄スクラップに共存する元素の分離・回収方法であって、鉄スクラップを溶融させ、得られた鉄スクラップの溶融物と溶融Agとを接触させることで前記鉄スクラップに共存する元素を溶融Agに移行させて鉄スクラップの溶融物から元素の分離を行う分離領域と、溶融Agに移行した元素を溶融Agから酸化除去することにより元素を回収する回収領域とを容器内に設け、前記酸化除去を行いながら前記分離を行うこと、および、鉄スクラップの溶融および鉄スクラップの溶融物と溶融Agとの接触を非酸化性雰囲気で行うことを特徴とする分離・回収方法。
- 鉄スクラップの溶融物がCを含有し、その濃度Nc(単位:質量%)が下記式(1)を満たす請求項1記載の分離・回収方法:
NC≦ 1012.728 / T + 0.7271 × log T − 3.049 (1)
ここで、Tは鉄スクラップの溶融物の温度であり、1426K<T<1873Kを満たす。 - 鉄スクラップを炭素源とともに溶融させることで、前記Cを含有する鉄スクラップの溶融物を得る請求項2記載の分離・回収方法。
- 鉄スクラップの溶融および鉄スクラップの溶融物と溶融Agとの接触を黒鉛坩堝内で行い、鉄スクラップの溶融物にCが飽和溶解している請求項3記載の分離・回収方法。
- 分離・回収される元素がトランプエレメントを含む請求項1から4のいずれかに記載の分離・回収方法。
- 分離・回収される元素がW,Mo,Co,VおよびNbからなる群から選ばれる一種または二種以上を含む請求項1から5のいずれかに記載の分離・回収方法。
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