JP6969476B2 - 高リン含有スラグおよびスラグ系肥料の製造方法ならびにリン酸肥料 - Google Patents
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Description
また、本発明は、スラグ系肥料の製造方法で得られたスラグ系肥料からなる、又は該スラグ系肥料を主原料とするリン酸肥料に関するものである。
このため、リンを含む製鋼スラグなどの産業副産物からリンを回収する取り組みが盛んに行われている。
例えば、特許文献1には、リンを含有する製鋼スラグを、炭素、珪素、アルミニウムなどの還元剤を用いて還元処理し、前記製鋼スラグ中の鉄酸化物及びリン酸化物をリン含有溶融鉄として還元・回収し、該リン含有溶鉄を脱リン処理し、この脱リン処理で生成する高濃度のリン酸を含有するスラグをリン酸資源として回収する技術が提案されている。そして、脱リンスラグのT.Fe濃度とMnO濃度との和が20質量%を下回ると、リン酸が濃縮されたスラグのク溶性リン酸濃度が高まり、植物の生育試験より、リン酸肥料として優れているとしている。
特許文献2に記載された技術は、リン濃度が0.15質量%以下の溶銑を脱リンし、得られたリン含有スラグを溶銑浴に投入し、炭素材ならびに酸化鉄および/または酸素を供給してスラグ中のリンを溶銑浴中に還元抽出して、リン濃度が0.5〜3質量%の溶銑を生成する第1工程と、第1工程で生成したスラグを排滓した後、溶銑に処理後のスラグ塩基度が2〜8になるようにフラックスを添加し、さらに酸化鉄源の添加および/または酸素ガスの吹き込みを行って溶銑中に含まれる炭素濃度を1質量%以下まで低下させる第2工程により、処理後にリン酸濃度が10〜35質量%である高リンスラグを得る方法が提案されている。この方法で得られたスラグは、高濃度のリン酸を含み、直接、肥料として使用できるとしている。
本発明は、製鋼精錬工程において発生する溶銑の予備脱リンスラグや転炉脱炭精錬スラグなどのリンを含有する製鋼スラグを活用し、製鋼スラグからリンを回収し、リンの回収された高リンスラグに対して二液相分離処理を施すことにより高リン含有スラグを得ることを第1の目的とする。
また、本発明は、この高リン含有スラグをリン酸質肥料として利用することにより、よりク溶性肥料成分が高く肥料効果の高い製鋼スラグ系肥料を得ることを第2の目的とする。
1.高リン含有スラグの製造方法であって、
(1)製鋼精錬プロセスにおいて発生したリンを含有する製鋼スラグを、炭素、アルミニウムおよびシリコンのうちから選んだ少なくとも1つを含む還元剤を用いて還元処理し、該製鋼スラグ中の鉄酸化物を還元しリン含有溶融鉄として回収する第一の工程と、
(2)前記第一の工程で得られたリン含有溶融鉄を脱リン処理し、得られた高リンスラグを回収する第二の工程と、
(3)前記第二の工程で得られた高リンスラグを、1500℃以上の温度に加熱して二液相分離し、上層の超高リンスラグを回収する第三の工程と、
(4)前記第三の工程で得られた超高リンスラグを、そのまま、あるいは磁力選鉱、浮遊選鉱および比重分離のうち少なくともいずれか1つの方法を実施して、リン酸30質量%以上と、鉄分10質量%(Fe換算)未満を含有するスラグを得る第四の工程と
を含む高リン含有スラグの製造方法。
(1)前記製鋼スラグを、炭素、アルミニウムおよびシリコンのうちから選んだ少なくとも1つを含む還元剤を用いて還元処理し、該製鋼スラグ中の鉄酸化物を還元しリン含有溶融鉄として回収する第一の工程と、
(2)前記第一の工程で得られたリン含有溶融鉄を脱リン処理し、得られた高リンスラグを回収する第二の工程と、
(3)前記第二の工程で得られた高リンスラグを、1500℃以上の温度に加熱して二液相分離し、上層の超高リンスラグを回収する第三の工程と、
(4)前記第三の工程で得られた超高リンスラグを、そのまま、あるいは磁力選鉱、浮遊選鉱および比重分離のうち少なくともいずれか1つの方法を実施して、リン酸30質量%以上と、鉄分10質量%(Fe換算)未満を含有するスラグを得る第四の工程と
を含むスラグ系肥料の製造方法。
また、本発明によれば、上記のようにして得られた高リン含有スラグから、より肥料効果の高いスラグ系肥料を得ることができる。
本発明では、出発原料として、溶銑予備脱リン処理時に発生する脱リンスラグや転炉での脱炭精錬において発生する転炉スラグなどのリンを含有する製鋼スラグを用いる。
ついで、製鋼スラグ中の鉄酸化物及びリン酸化物を、ロータリーキルンにて炭素、アルミニウム、シリコンのうちから選んだ少なくとも1つを用いて還元し、リン濃度が0.5質量%以上のリン含有溶融鉄を回収する。ここに、還元処理工程に使用する処理容器としては、ロータリーキルンの他、アーク炉、さらには溶銑を熱源及び種湯として保持した取鍋やトピードカーなどを用いることができる。なお、還元剤の投入量は溶融スラグ1トン当たり、炭素を用いる場合は30〜120kg、アルミを用いる場合は45〜180kg、シリコンを用いる場合は35〜145kg程度が好適である。
溶銑を熱源及び種湯として用いる場合は溶銑中の炭素の一部も還元剤として作用するので前記範囲の内で少な目に、溶銑を用いない場合は前記範囲の内で多目が良い。ただし、還元剤の過剰な投入はコストが上昇するのみならず、還元に供されずに余剰となったアルミとシリコンはリン含有融鉄中に溶解して後述する高リンスラグ中にAl2O3とSiO2として侵入し、P2O5の濃度を低下せしめたり二液相化を阻害するので望ましくない。
ここに、石灰源の供給方法としては特に制約はなく、浸漬ランスによる溶銑中へのインジェクションや上置き装入などの任意の方法で溶銑中への供給を行うことができる。浸漬ランスによる溶銑中へのインジェクションは、固体酸素源とともに行ってもよい。また、脱リン効率を高めるために石灰源を溶銑の浴面上方からキャリアガスを用いて浴面に投射する(吹き付ける)こともできる。このキャリアガスとしては、窒素や不活性ガスあるいは気体酸素を用いることができる。
得られた二液相は、比重差により、上層は、P2O5>25質量%、酸化鉄(FeO+Fe2O3:FeO換算)と金属鉄(M.Fe:FeO換算)の和≦15質量%の高リン相となる。他方、下層は、P2O5<20質量%、酸化鉄(FeO+Fe2O3:FeO換算)と金属鉄(M.Fe:FeO換算)の和>15質量%の高鉄相になる。ここで、二液相上層を超高リンスラグとする。
脱リン処理は一般に温度が低い方がよく、1300〜1450℃程度で実施されるが、この温度域ではスラグ中に液相がほとんど生成しないため、高リン溶銑を再脱リン処理しただけではリン濃縮スラグは二液相に分離せず、高リンかつ低鉄相は得られない。リン濃縮スラグすなわち高リンスラグを1500℃以上に加熱することでスラグの液相率は70質量%以上となり二液相に分離させることができる。スラグの加熱コストおよび容器の溶損の点からは、加熱温度は1680℃以下であることが好ましい。
また、加熱時間は、リン濃縮スラグを十分に溶融させるために10分以上とすることが好ましい。また、この加熱保持時間の上限については特に制限はないが120分程度で十分である。
それ故、リン濃縮スラグ中のP2O5濃度は7質量%以上とする。好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上である。
ここで、MgO濃度が16質量%以上であると、高リン相の冷却後の主要相であるC3P相へのMgOの置換割合が増えるので好ましくない。一般に、リン鉱石は主にリン酸原料として多用されるが、リン鉱石を硫酸で分解した際、MgOの存在下では、不純物であるリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)が多量に生成してしまう。従って、かようなMAPの発生を防ぐために、MgOは10質量%未満とすることが好ましい。
また、酸化鉄濃度及び酸化マンガン濃度の和が15質量%以下では、二液相分離せず、ほぼ均一な相となるので好ましくなく、一方80質量%以上になると高リン相の生成量が少なく、再加熱コストに対する回収物生成量が少なくなるため、好ましくない。なお、酸化鉄、金属鉄及び酸化マンガンの和は、25質量%以上55質量%以下とすることが好ましい。さらに好ましくは40質量%以上55質量%以下の範囲である。
粉砕処理は、粉砕後の粒径が75μm以下となるように粉砕機を用いて行うこととしている。なお、粉砕機は、スラグをジェットエアーに乗せてスラグ同士を衝突させることにより粉砕するジェットミル方式であってもよく、スラグと共に硬質のボールを容器内に入れて回転させることによってスラグを粉砕するボールミル方式であってもよい。
出発原料として、脱リンスラグや転炉スラグなどのリン含有製鋼スラグを用い、これを還元処理してリン含有溶融鉄とし、このリン含有溶融鉄を脱リン処理して高リンスラグとし、この高リンスラグを、1500℃以上の温度に加熱して二液相分離し、上層の超高リンスラグを回収してリン酸30質量%以上と、鉄分10質量%(Fe換算)未満を含有するスラグとするまでは、前述したところと同じである。
そして、このようにして得られた超高リンスラグをリン肥料として活用することにより、より肥料効果の高いスラグ系肥料を得ることができるのである。
このように、本発明の製造方法で製造されたスラグ系肥料は、粒径構成の厳密な管理が不要という特徴を有している。
(実施例1)
高炉から出銑された高炉溶銑をトピードカーで受銑し、トピードカーに収容された高炉溶銑に脱珪処理及び予備脱リン処理を施し、その後、高炉溶銑を溶銑鍋に移し替え、溶銑鍋内の高炉溶銑に機械攪拌式脱硫装置により脱硫処理を施し、この脱硫処理終了後の高炉溶銑を転炉に装入して転炉にて脱炭精錬を施した。このような高炉溶銑から溶鋼を溶製する製銑−製鋼工程において本発明を適用した。すなわち、出発原料として、上記の製銑−製鋼工程において生成した転炉スラグを用いた。
なお、予め、磁力が3000G、スラグの処理能力が50〜150t/Hrである磁力選別機を用いて転炉スラグを磁気分離し、転炉スラグ中の金属鉄を分離・除去した。
上記の還元処理によって得られたリン含有還元鉄は、リンを1.0〜4.0質量%含有していた。このリン含有還元鉄を、溶銑保持容器に収容された高炉溶銑に投入して溶解させ、リン濃度を0.5〜3.0質量%に調整したリン含有溶銑を溶製した。
これに対し、水準2に対して二液相分離プロセスを実施した水準4では、二液相分離により、P2O5濃度が27.7質量%、T.Fe濃度が11.3質量%の超高リンスラグを得ることができた。
しかしながら、リン酸の溶解性を阻害するT.Fe濃度が高く、更に低減する余地がある。
本実施例では、超高リンスラグの分離方法による影響の検証を行った。
対象として、水準4に示した超高リンスラグを用いた。
X線回折測定により、水準4の超高リンスラグは、C3P相、(FeMg2)O4相を有することが確認された。
そこで、上記超高リンスラグをボールミルで75μm以下に粉砕を行い、磁力選鉱、比重分離を実施した。
磁力選鉱は、粒子同士の凝集を防ぐため、湿式処理にて行った。また、比重分離は、サイクロン分離を実施した。
以上のようにして超高リンスラグの分離処理を実施した最終的な回収物について、P2O5濃度とT.Fe濃度を化学分析より測定した。
得られた結果を表2に示す。
その結果を表3に示す。
このように、本発明のリン酸質肥料の製造方法に従えば、P2O5濃度が高く、酸化鉄及び地金濃度が低く、肥料効果の高いリン酸肥料を得ることができる。
また、本発明で得られたリン酸質肥料の結晶構造について調べたところ、いずれも多結晶質であることが確認された。
Claims (3)
- 高リン含有スラグの製造方法であって、
(1)製鋼精錬プロセスにおいて発生したリンを含有する製鋼スラグを、炭素、アルミニウムおよびシリコンのうちから選んだ少なくとも1つを含む還元剤を用いて還元処理し、該製鋼スラグ中の鉄酸化物を還元しリン含有溶融鉄として回収する第一の工程と、
(2)前記第一の工程で得られたリン含有溶融鉄を脱リン処理し、得られたSiO2濃度:10質量%未満の高リンスラグを回収する第二の工程と、
(3)前記第二の工程で得られたSiO2濃度:10質量%未満の高リンスラグを、1500℃以上の温度に加熱して二液相分離し、上層の超高リンスラグを回収する第三の工程と、
(4)前記第三の工程で得られた超高リンスラグを、そのまま、あるいは磁力選鉱、浮遊選鉱および比重分離のうち少なくともいずれか1つの方法を実施して、リン酸30質量%以上と、鉄分10質量%(Fe換算)未満を含有するスラグを得る第四の工程と
を含む高リン含有スラグの製造方法。 - 製鋼精錬プロセスにおいて発生したリンを含有する製鋼スラグから、リンを濃縮すると共に、鉄分を除去してリン酸質肥料を製造する方法であって、
(1)前記製鋼スラグを、炭素、アルミニウムおよびシリコンのうちから選んだ少なくとも1つを含む還元剤を用いて還元処理し、該製鋼スラグ中の鉄酸化物を還元しリン含有溶融鉄として回収する第一の工程と、
(2)前記第一の工程で得られたリン含有溶融鉄を脱リン処理し、得られたSiO2濃度:10質量%未満の高リンスラグを回収する第二の工程と、
(3)前記第二の工程で得られたSiO2濃度:10質量%未満の高リンスラグを、1500℃以上の温度に加熱して二液相分離し、上層の超高リンスラグを回収する第三の工程と、
(4)前記第三の工程で得られた超高リンスラグを、そのまま、あるいは磁力選鉱、浮遊選鉱および比重分離のうち少なくともいずれか1つの方法を実施して、リン酸30質量%以上と、鉄分10質量%(Fe換算)未満を含有するスラグを得る第四の工程と
を含む製鋼スラグ系肥料の製造方法。 - 前記製鋼スラグ系肥料のク溶性リン酸濃度が20質量%以上である請求項2に記載の製鋼スラグ系肥料の製造方法。
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