JP7080535B2 - 鉄を利用して廃触媒中の白金族金属を捕集するスラグ組成の設計方法 - Google Patents
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Description
S1、鉄液滴の溶融スラグでの運動軌跡を解析することにより、鉄液滴の等速沈降速度と、鉄液滴の直径と、スラグ相の粘度と、スラグ相の密度との関係を得て、鉄液滴が完全に沈降した場合の限界寸法及び沈降速度に基づき、スラグ相の粘度及び密度の範囲を明らかにするステップと、
S2、廃触媒担体のタイプに応じて、スラグ形成剤のタイプを選択し、スラグ相元素の組成を明らかにし、適切な溶融温度区間を選択し、熱力学ソフトウェアによってシミュレーションして計算し、目標スラグ相成分を決定するステップと、
S3、シミュレーションにより決定された目標スラグ相成分に基づき、廃触媒担体をベースとし、スラグ形成剤を添加してスラグ相成分を配合し、廃触媒のスラグ組成に検証及び最適化を行い、白金族金属の効率的な捕集を実現するステップと、を含むことを特徴とする。
(1)鉄液滴の限界寸法dが20μm以下であると決定し、鉄液滴の限界寸法dは、溶融スラグのうち沈降していない鉄液滴の最大寸法であり、鉄液滴の限界寸法の決定過程としては、具体的に、既知の実験データに基づき、白金族金属の回収率と鉄液滴の直径dとの経験的関係を明らかにし、鉄液滴の限界寸法が20μm以下である場合、白金族金属の回収率は99%以上であり、
(2)溶融効率に基づいて鉄液滴の限界沈降速度νを決定し、
鉄液滴の沈降過程が等速運動を主とするため、その運動変位は、沈降時間にほぼ比例し、
溶融效率に基づいて溶融時間を制御し、即ち、鉄が溶けた後の沈降時間tを制御し、鉄液滴の限界沈降速度νが1.0×10-5m/s以上であると決定し、溶融效率は、単位時間当たりに溶融された廃触媒の質量であり、この場合、溶融炉の大きさに基づき、溶融效率≧100kg/hになるように制御し、
(3)鉄液滴が完全に沈降した場合の鉄液滴の限界寸法d及び鉄液滴の限界沈降速度ν
鉄液滴が溶融スラグで受けた力を解析することで、鉄液滴が溶融スラグで受けた力が平衡した場合の方程式を確立し、鉄液滴が溶融スラグで重力、浮力及び粘性力の3つの力の作用を受け、沈降過程において、重力、浮力及び粘性力の3者が平衡した場合、鉄液滴は等速で沈降し、鉄液滴が溶融スラグで受けた力が平衡した場合の方程式は、以下の式(1)の通りであり、
式(1)及び式(2)において、ηは、スラグ相の粘度であり、単位がPa・sであり、dは、鉄液滴の限界直径であり、単位がmであり、νは、受けた力が平衡した場合の鉄液滴のスラグ相に対する沈降速度であり、単位がm/sであり、
は、鉄液滴の密度であり、単位がkg/m3であり、
は、溶融スラグの密度であり、単位がkg/m3であり、gは、重力加速度であり、単位がm/s2であり、
鉄合金中の白金族金属含有量が約1.0~2.0wt.%であり、鉄液滴の密度を純鉄の密度として近似すれば、
更に、溶融スラグの密度は、以下のように表すことができ、
(4)1573~1773Kの溶融温度範囲で、鉄液滴が完全に沈降した場合に対応するスラグ相の粘度及び密度の範囲を決定し、スラグ相の粘度は、0.30Pa・s以下であり、スラグ相の密度は、3.0×103kg/m3である。
触媒担体がアルミナである場合、好ましくは、スラグ相の密度≦3.0×103kg/m3であり、スラグ相の粘度≦0.30Pa・sであり、溶融温度は1723~1773Kであり、添加されるスラグ形成剤は、酸化カルシウム、ホウ砂、シリカ、炭酸ナトリウム、フッ化カルシウム、石英、廃ガラス、ステンレス鋼スラグ、ごみ焼却飛灰、ごみ焼却主灰のうちの2つ又は2つ以上の組み合わせを含み、廃触媒とスラグ形成剤の質量比は1:1~1:1.5であり、
触媒担体がゼオライトである場合、好ましくは、スラグ相の密度≦2.85×103kg/m3であり、スラグ相の粘度≦0.22Pa・sであり、溶融温度は1623~1723Kであり、添加されるスラグ形成剤は、酸化カルシウム、ホウ砂、炭酸ナトリウム、廃ガラス、ステンレス鋼スラグ、ごみ焼却飛灰、ごみ焼却主灰のうちの2つ又は2つ以上の組み合わせを含み、廃触媒とスラグ形成剤の質量比は1:0.5~1:1.1であり、
触媒担体がシリカである場合、好ましくは、スラグ相の密度≦2.45×103kg/m3であり、スラグ相の粘度≦0.18Pa・sであり、溶融温度は1573~1673Kであり、添加されるスラグ形成剤は、酸化カルシウム、ホウ砂、炭酸ナトリウム、ステンレス鋼スラグ、ごみ焼却飛灰、ごみ焼却主灰のうちの2つ又は2つ以上の組み合わせを含み、廃触媒とスラグ形成剤の質量比は1:0.4~1:1.0である。
S1、配合された捕集剤、廃触媒、スラグ形成剤を均一に混合してから溶融炉に入れるステップと、
S2、まず、10~30min予熱し、その後、昇温して溶融し始めるステップと、
S3、反応完了後、合金溶融物が白金族金属を十分に捕集するとともに底部に沈むように静置し、スラグと合金の分離によって白金族金属に富む鉄合金及び溶融スラグを得るステップと、を含む。
(1)本発明のスラグ組成の設計方法は、鉄による白金族金属の効率的な捕集のために理論的指導及びサポートを提供し、当該方法によれば、実験作業負荷を軽減し、研究開発周期を短縮し、研究開発コストを削減することができる。
(2)本発明のスラグ組成の設計方法は、適用範囲が広く、技術窓口が広く、鉄を利用して各種の廃触媒から白金族金属を捕集するスラグ組成の配合及び成分の最適化に適する。
(3)本発明により設計されたスラグ組成は、融点が低く、粘度が小さく、密度が小さいなどの特性を有し、スラグと鉄の分離効率の向上に寄与し、スラグ中の白金族金属含有量が10g/tよりも低く、白金族金属の回収率が99%以上であり、顕著な経済的利益を有する。
(4)本発明により設計された目標スラグ相成分は、廃ガラス、ステンレス鋼スラグ、ごみ焼却飛灰、主灰などの固形廃棄物又は有害廃棄物をスラグ形成剤として添加することで、廃棄物で廃棄物を処理し、廃棄物をリサイクルするという目的を達成することができる。
Claims (5)
- S1、鉄液滴の溶融スラグでの運動軌跡を解析することにより、鉄液滴が完全に沈降した場合の限界寸法及び沈降速度に基づき、スラグ相の粘度及び密度の範囲を明らかにするステップと、
S2、廃触媒担体のタイプに応じて、スラグ形成剤のタイプを選択し、スラグ相元素の組成を明らかにし、適切な溶融温度区間を選択し、熱力学ソフトウェアによってシミュレーションして計算し、目標スラグ相成分を決定するステップと、
S3、シミュレーションにより決定された目標スラグ相成分に基づき、廃触媒担体をベースとし、スラグ形成剤を添加してスラグ相成分を配合し、廃触媒のスラグ組成に検証及び最適化を行い、白金族金属の効率的な捕集を実現するステップと、
を含む鉄を利用して廃触媒中の白金族金属を捕集するスラグ組成の設計方法であって、
ステップS1は、具体的に、以下の通りであり、
(1)鉄液滴の限界寸法dが20μm以下であると決定し、
(2)溶融効率に基づいて鉄液滴の限界沈降速度νを決定し、鉄液滴の受けた力が平衡した場合の沈降速度が1.0×10-5m/s以上であり、
(3)鉄液滴が完全に沈降した場合の鉄液滴の限界寸法d及び鉄液滴の限界沈降速度νに基づき、鉄液滴が完全に沈降した場合に対応するスラグ相の粘度と密度との関係を決定し、
は、鉄液滴の密度であり、単位がkg/m3であり、
は、溶融スラグの密度であり、単位がkg/m3であり、gは、重力加速度であり、単位がm/s2であり、
溶融スラグの密度
及びスラグ相の粘度ηは、スラグ相成分及び溶融温度のみに関連し、
(4)1573~1773Kの溶融温度範囲で、鉄液滴が完全に沈降した場合に対応するスラグ相の粘度及び密度の範囲を決定し、スラグ相の粘度は、0.30Pa・s以下であり、スラグ相の密度は、3.0×103kg/m3以下であり、
前記廃触媒は、コージェライト、アルミナ、ゼオライト、シリカを担体とする白金族金属含有触媒のうちのいずれか1つ又はいずれか1つ以上の組み合わせを含むことを特徴とする鉄を利用して廃触媒中の白金族金属を捕集するスラグ組成の設計方法。 - 熱力学ソフトウェアによってシミュレーションして計算し、目標スラグ相成分を決定するステップは、具体的に、鉄液滴が完全に沈降した場合に対応するスラグ相の粘度及び密度の範囲を決定した後、担体の成分に応じて適切なスラグ形成剤を選択し、スラグ組成を明らかにし、溶融温度Tを一定にし、熱力学ソフトウェアによって計算して対応するスラグ相成分の範囲を得て、ケイ酸塩状態図に基づいてスラグ相の融点が1573Kよりも小さい成分区間を選択し、スラグ量が最小となる原則に基づき、最終的な目標スラグ相成分を決定することであることを特徴とする請求項1に記載の鉄を利用して廃触媒中の白金族金属を捕集するスラグ組成の設計方法。
- 触媒担体がコージェライトである場合、スラグ相の密度≦2.75×103kg/m3であり、スラグ相の粘度≦0.20Pa・sであり、溶融温度は1673~1723Kであり、添加されるスラグ形成剤は、酸化カルシウム、ホウ砂、炭酸ナトリウム、ステンレス鋼スラグ、ごみ焼却飛灰のうちの1つ又は1つ以上の組み合わせを含み、廃触媒とスラグ形成剤の質量比は1:0.8~1:1.2であり、
触媒担体がアルミナである場合、スラグ相の密度≦3.0×103kg/m3であり、スラグ相の粘度≦0.30Pa・sであり、溶融温度は1723~1773Kであり、添加されるスラグ形成剤は、酸化カルシウム、ホウ砂、シリカ、炭酸ナトリウム、フッ化カルシウム、石英、廃ガラス、ステンレス鋼スラグ、ごみ焼却飛灰、ごみ焼却主灰のうちの2つ又は2つ以上の組み合わせを含み、廃触媒とスラグ形成剤の質量比は1:1~1:1.5であり、
触媒担体がゼオライトである場合、スラグ相の密度≦2.85×103kg/m3であり、スラグ相の粘度≦0.22Pa・sであり、溶融温度は1623~1723Kであり、添加されるスラグ形成剤は、酸化カルシウム、ホウ砂、炭酸ナトリウム、廃ガラス、ステンレス鋼スラグ、ごみ焼却飛灰、ごみ焼却主灰のうちの2つ又は2つ以上の組み合わせを含み、廃触媒とスラグ形成剤の質量比は1:0.5~1:1.1であり、
触媒担体がシリカである場合、スラグ相の密度≦2.45×103kg/m3であり、スラグ相の粘度≦0.18Pa・sであり、溶融温度は1573~1673Kであり、添加されるスラグ形成剤は、酸化カルシウム、ホウ砂、炭酸ナトリウム、ステンレス鋼スラグ、ごみ焼却飛灰、ごみ焼却主灰のうちの2つ又は2つ以上の組み合わせを含み、廃触媒とスラグ形成剤の質量比は1:0.4~1:1.0であることを特徴とする請求項1に記載の鉄を利用して廃触媒中の白金族金属を捕集するスラグ組成の設計方法。 - 前記スラグ組成の設計方法によってスラグ組成を設計することで、スラグ相と鉄合金の分離効率を向上させ、スラグ中の白金族金属含有量を低減し、スラグ中の白金族金属含有量を10g/t以下にすることができることを特徴とする請求項1に記載の鉄を利用して廃触媒中の白金族金属を捕集するスラグ組成の設計方法。
- 鉄を利用して廃触媒中の白金族金属を捕集することは、
S1、配合された捕集剤、廃触媒、スラグ形成剤を均一に混合してから溶融炉に入れるステップと、
S2、まず、10~30min予熱し、その後、昇温して溶融し始めるステップと、
S3、反応完了後、合金溶融物が白金族金属を十分に捕集するとともに底部に沈むように静置し、スラグと合金の分離によって白金族金属に富む鉄合金及び溶融スラグを得るステップと、を含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の鉄を利用して廃触媒中の白金族金属を捕集するスラグ組成の設計方法。
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