JP6988580B2 - リン酸肥料原料の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)高P溶銑の脱リンではMgOを主成分とした脱リン剤を利用することにより脱リンスラグ中でMg3(PO4)2を晶出させることが可能であること、
(2)脱リンスラグ中のリン含有鉱物相は、脱リン剤および酸素源の条件を制御すれば冷却速度に依存しないこと、を見出した。
(3)溶銑中のP濃度が0.8質量%以上になると、一般的には脱リン効果がないと言われている酸化マグネシウムでも十分に脱リン剤となり、酸素量を適正に制御すればスラグ中のリン酸濃度が10質量%以上になること、
(4)溶銑中のP濃度が高い場合にはスラグ中のリン酸濃度が高くなり、液相線温度、固相線温度の高いMgO−Fe2O3系のフラックスでも、融点の低いP2O5自身が滓化促進効果をもち、脱リンを促進させること、を見いだした。
(1)転炉もしくは取鍋において、C濃度が3.0〜5.0質量%、Si濃度が0.01〜0.40質量%、Mn濃度が0.01〜1.40質量%、P濃度が0.8〜4.0質量%の溶銑に対して、脱リン剤として、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、又は水酸化マグネシウムもしくはこれらの組合せの合計が、脱リン剤の全質量中で90質量%以上含まれているものを、MgO換算で合計5〜25kg/溶銑ton添加し、溶銑温度が1300〜1450℃の温度範囲で、酸素ガスもしく酸化鉄の形態で酸素を7kg/溶銑ton以上(MgO原単位kg/溶銑ton+11)kg/溶銑ton以下吹くもしくは添加することにより脱リンし、その後冷却することにより、CaO、MgO、SiO2、P2O5、酸化鉄(Fe換算)、Al2O3及びMnOを合計で70質量%以上含有し、MgOが10質量%以上、P2O5が10質量%以上で、酸化鉄量がt.Feで40質量%以下、CaO/MgO質量比率が0.3以下で、かつMgO/P2O5質量比率が0.6以上であり、リン含有鉱物相としてMg3(PO4)2が晶出しているリン酸肥料原料を得ることを特徴とするリン酸肥料原料の製造方法。
(2)前記溶銑は、製鋼スラグを原料として電気炉で炭材を添加し還元することにより製造された溶銑であることを特徴とする上記(1)に記載のリン酸肥料原料の製造方法。
リン酸含有スラグの組成は、高P溶銑の組成に大きく影響を受けるため、MgOで脱リンを実施し、そのリン酸含有スラグの組成効果を高めるためには、高P溶銑の組成を制限する必要がある。
また、発明により製造するスラグは、CaO、MgO、SiO2、P2O5、酸化鉄(Fe換算)、Al2O3及びMnOを合計で70質量%以上含有し、MgOが10質量%以上、P2O5が10質量%以上で、酸化鉄量がt.Feで40質量%以下、CaO/MgO質量比率が0.3以下で、かつMgO/P2O5質量比率が0.6以上のものである。このスラグが、リン酸肥料原料として優れていることは後述する。
先ず溶銑15kgを高周波誘導炉に収容し、溶銑中のC濃度及び一般的な耐火物溶損抑制の観点から、脱リン処理時の一般的な処理温度である1300〜1450℃の範囲に溶銑温度を調整した後に、酸素と脱リン剤とを上方から添加した。脱リン剤の滓化を考えて、酸素供給量は脱リン剤の投入量に応じて変化させた。なお、底吹ガスはなしとした。
まず、脱リン剤としては、酸化マグネシウムを用い、溶銑中のC濃度が3.0〜5.0質量%、Si濃度が0.01〜0.4質量%、Mn濃度が0.01〜1.40質量%であって、P濃度が、それぞれ0.2、0.8、1.0、3.0質量%の溶銑に対して、MgOを15kg/溶銑ton一括で添加し、酸素は20kg/溶銑ton添加した。その時、脱リン実験をした時のスラグ中リン酸濃度と溶銑中P濃度との関係を図2に示す。
図2や後で示す図6により、溶銑中のP濃度が0.8質量%以上あれば、MgOを添加して脱リンしたときに生成するスラグ中のP2O5濃度が10質量%になることが分かった。但し、後で図8及び図9を用いて説明するように、リン酸肥料原料としてのリン酸含有スラグにおいて有用なMg3(PO4)2を多く含ませるためには、脱リン剤として添加するフラックスになるべく純度の高いMgOを用いる必要がある。
そこで、使用する脱リン剤は、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、又は炭酸マグネシウムもしくはこれらの組合せとする。そして、脱リン剤全体中において、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、又は炭酸マグネシウムもしくはこれらの組合せの合計は、90質量%以上にする必要がある。高P溶銑の脱リンによりリン含有鉱物相としてMg3(PO4)2を生成させるには、フラックスとしてMgOが必要であり、水酸化マグネシウムや炭酸マグネシウムは1200〜1400℃の高温で熱せられるとMgOとなるため、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムのフラックスは高温で全てMgOとなり、脱リン剤として有効に働くからである。
酸素供給量は、MgO添加量に応じて適正に制御する必要がある。高P溶銑中のP濃度が高いため、発生するスラグ量は脱リン剤と酸素の添加量とで大凡決まる。但し、この時、MgOの添加量に関わらず酸素量が少なすぎると、主として溶銑中のSiが酸化された段階で反応が止まってしまい、十分な脱リン反応が進行しない。一方でMgO添加量に対して酸素量が多すぎると、脱リン反応が飽和し、過剰な酸素がFeOやMnOの生成、並びに脱炭に使用されてしまう。そのため適正な酸素供給量が存在する。
脱リン剤であるMgOの添加量は5〜25kg/溶銑tonにする必要がある。ここで、脱リン剤は、前述したように酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、又は炭酸マグネシウムもしくはこれらの組合せの合計が、脱リン剤の全質量中で90質量%以上含まれているものであり、これらに含まれているMgO質量の合計添加量(MgO換算の添加量)をMgOの添加量とする。また、上述したように発生するスラグ量は、MgOの添加量と酸素量とによって決まる。そのため、MgOの添加量が少なすぎると、生成するリン酸含有スラグが少なくなるため、経済合理性がなりたたない。
リン酸含有スラグを製造する際には、1300〜1450℃で脱リン処理を行う必要がある。
このような溶銑を対象として、脱リン剤として酸化マグネシウム等を90質量%以上含むものをMgO換算で合計5〜25kg/溶銑ton添加し、溶銑温度が1300〜1450℃の温度範囲で、酸素ガスもしく酸化鉄の形態で酸素を7kg/溶銑ton以上MgO添加量kg/溶銑ton+11)kg/溶銑ton以下吹くもしくは添加することによって、CaO、MgO、SiO2、P2O5、酸化鉄(Fe換算)、Al2O3及びMnOを合計で70質量%以上含有し、MgOが10質量%以上、P2O5が10質量%以上で、酸化鉄量がt.Feで40質量%以下、CaO/MgO質量比率が0.3以下で、かつMgO/P2O5質量比率が0.6以上であるリン酸含有スラグが生成される。
以下に、このスラグがリン酸肥料原料として適していることを説明する。
CaO、MgO、SiO2、P2O5、酸化鉄(Fe換算)、Al2O3及びMnO各成分の合計は、処理対象とする溶銑を製造した際のスラグが当該溶銑を脱リン処理する際にも一部残留する可能性があるため、その影響を多少受けるものの、そのスラグの主成分もCaO、SiO2、Al2O3であるため、各成分の合計は70質量%以上となるのが普通である。但し、脱リン剤には酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、又は水酸化マグネシウムもしくはこれらの組合せの合計が、脱リン剤の全質量中で90質量%以上含まれているものを用い、余計な成分を持ち込まないように留意しなければならない。各成分の合計が70質量%未満であると、上記成分以外の成分とリン酸とが化合物を形成して、目的のリン含有鉱物相を晶出できなくなるので、上記各成分の合計は70質量%以上とする。好ましくは80質量%以上である。
リン酸肥料原料においては、P2O5の濃度が高い方が良い。しかし、高P溶銑の脱リン処理という特性上、適切なP2O5濃度の範囲が存在する。そこで、本発明ではP2O5濃度の下限を10質量%と規定した。図7に、C濃度が3.0〜5.0質量%、Si濃度が0.01〜0.40質量%、Mn濃度が0.01〜1.40質量%、P濃度が0.8〜4.0質量%の高P溶銑を、脱リン剤として、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、又は水酸化マグネシウムもしくはこれらの組合せの合計が、脱リン剤の全質量中で90質量%以上含まれているものを用いて、1400℃にて脱リンした時のスラグ中のMgO濃度とP2O5濃度との関係を示す。スラグ中のMgOの濃度を上昇させると、P2O5の濃度が上昇しており、P2O5が10質量%以上ではMgOが10質量%以上となっていた。以上の結果から、上述の製造方法で得られるリン酸含有スラグは、P2O5濃度が10質量%以上、かつMgO濃度は10質量%以上となることが分かる。
CaOとMgOとの質量濃度の比率(以下、CaO/MgO質量比率)は、0.3以下にする必要がある。これは、CaOとMgOとではCaOの方がスラグ中のリン酸と化合物を形成しやすいからである。CaO/MgO比率が0.3を超えるとP2O5濃度によってはリン含有鉱物相として、β−Ca3(PO4)2が晶出し、狙いのリン含有鉱物相であるMg3(PO4)2相の晶出を制御することができないからである。好ましくは、0.1以下である。この条件も、処理対象とする高P溶銑を製造した際のスラグを、当該高P溶銑を脱リン処理する前に十分に排除し、使用する脱リン剤を、その全体中において、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、又は炭酸マグネシウムもしくはこれらの組合せの合計が90質量%以上のものを用いることによって、リン酸含有スラグ中に混入されるCaO量を抑えることができるため、特に困難無く達成される。
MgOとP2O5との質量濃度の比率(以下、MgO/P2O5質量比率)は、0.6以上である。C濃度が3.0〜5.0質量%、Si濃度が0.01〜0.40質量%、Mn濃度が0.01〜1.40質量%、P濃度が0.8〜4.0質量%である高P溶銑に対して、脱リン剤として、その全体中において、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、又は炭酸マグネシウムもしくはこれらの組合せの合計が90質量%以上のものを用い、その中の酸化マグネシウム等をMgO換算で合計5〜25kg/溶銑ton添加し、溶銑温度が1300〜1450℃の温度範囲で、酸素ガスもしく酸化鉄の形態で酸素を7kg/溶銑ton以上(MgO添加量kg/溶銑ton+11)kg/溶銑ton以下吹くもしくは添加する。これにより、図9に示すように、MgO/P2O5質量比率は、0.6程度が下限となる。MgO/P2O5比率という指標は、小さいほどMgOによる脱リン効率が高い(MgOによるP2O5固定の比率が高い)ことを意味する。CaO/MgO質量比率を0.3以下と制限した条件下では、P2O5はMgOと反応する比率が高くなると考えられるが、MgO/P2O5質量比率が0.6程度までが、本発明におけるMgOのP2O5との結びつきの限界と分かった。
比較例2では、MgO添加量を30kg/溶銑tonと過剰に添加したため、相対的にP2O5濃度が10質量%未満となってしまった。
比較例3では、酸素供給量が7kg/溶銑ton未満であったため、脱リンがあまり進行せず、P2O5濃度は10質量%未満となった。
比較例4では、酸素供給量が27kg/溶銑tonであり、(MgO添加量kg/溶銑ton+11)kg/溶銑tonである、26kg/溶銑tonよりも多かった。そのため、t.Fe濃度が40質量%超となった。
Claims (2)
- 転炉もしくは取鍋において、C濃度が3.0〜5.0質量%、Si濃度が0.01〜0.40質量%、Mn濃度が0.01〜1.40質量%、P濃度が0.8〜4.0質量%の溶銑に対して、脱燐剤として、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、又は水酸化マグネシウムもしくはこれらの組合せの合計が、脱リン剤の全質量中で90質量%以上含まれているものを、MgO換算で合計5〜25kg/溶銑ton添加し、溶銑温度が1300〜1450℃の温度範囲で、酸素ガスもしく酸化鉄の形態で酸素を7kg/溶銑ton以上(MgO添加量kg/溶銑ton+11)kg/溶銑ton以下吹くもしくは添加することにより脱リンし、その後冷却することにより、CaO、MgO、SiO2、P2O5、酸化鉄(Fe換算)、Al2O3及びMnOを合計で70質量%以上含有し、MgOが10質量%以上、P2O5が10質量%以上で、酸化鉄量がt.Feで40質量%以下、CaO/MgO質量比率が0.3以下で、かつMgO/P2O5質量比率が0.6以上であり、リン含有鉱物相としてMg3(PO4)2が晶出しているリン酸肥料原料を得ることを特徴とするリン酸肥料原料の製造方法。
- 前記溶銑は、製鋼スラグを原料として電気炉で炭材を添加し還元することにより製造された溶銑であることを特徴とする請求項1に記載のリン酸肥料原料の製造方法。
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