JPH07216468A - 鉄鋼屑よりＣｕ等の不純物を分離除去する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄鋼屑よりの脱銅を目的とし、工業的に容易
・安価な方法を提供する。 【構成】 鉄鋼屑を、溶融Ｍｇ合金中に浸漬して鉄鋼中
のＣｕを溶融Ｍｇ合金中に抽出することにより、Ｃｕを
含まない鉄鋼スクラップとする。一方溶融Ｍｇ合金は温
度を低下させて固体と液体の混合状態となし、固体とし
て生成したＭｇと銅との金属間化合物をフィルターによ
る濾過等によって分離して有効利用する。 【効果】 鉄鋼屑より、非常に低濃度まで容易に脱銅が
可能で、安価且つ大量処理が可能。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融Ｍｇ合金を用いて
鉄鋼屑中の銅を除去することを、工業的に大量処理を行
う、安価且つ簡便な方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から電気製品、家具、自動車等の薄
鋼板をプレス成形した部品は、製品の寿命が終わってス
クラップ化する際には鉄のリサイクルが重要な課題であ
る。自動車を始め電気製品、家具等には、必ず電気配線
を含み、鉄鋼材料は加圧装置によって緻密な鉄の塊とさ
れることが普通であるが、電気配線としてのＣｕやビニ
ール等の有機物、樹脂等が混在しているものである。一
例として、自動車のリサイクルにおいては、シュレッダ
ーにより全ての材料を微細な切断片に裁断して、比重選
別等により金属と有機物とを分離し、さらに磁石により
鉄鋼材料とそれ以外の材料に分離する、等の方法を実施
している。

【０００３】しかしながら、これらの方法においては、
裁断のための大規模な設備を必要とし、分離後の有機物
やガラス等は体積が大きいまま、廃棄物として埋め立て
処分がなされるものであって、現在の情勢としては埋め
立て処分場が不足して今後この方式が基本的に制限が大
きいものと考えられている。日本全体としても廃車全体
の半分程度しかこの方式で処分されておらず、残りの半
分の処置が社会的に問題となっている。

【０００４】また特開平３−１９９３１４号公報にみら
れるように、Ａｌ合金あるいはＭｇ合金を用いて鉄鋼材
料の脱銅を行う方法が示されているが、処理後のＡｌ合
金あるいはＭｇ合金の処理方法がなく、例えばこれらを
廃棄物処分場に捨てる場合を考えると、処理効率、経済
効率等を考慮して、日本全体の自動車（例えば年間１０
０万台）や電気製品の廃棄物を全て処理するという程度
の大量処理の観点から、実施が非常に困難であると推定
される。また、電気配線として混在するＣｕ等の金属成
分の除去の他に、一般の鉄鋼屑は鉄鋼中に合金成分ある
いは不純物として含有されているＣｕ等の濃度を低下さ
せることが、鉄鋼原料として利用する場合には大切であ
って、これらの除去・濃度低下は一般に容易ではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術上の上記の
課題を解決するためには、自動車や家電製品自体の構造
的な改革も必要であり、設計により部品レベルにまで簡
単に分解できる構造として、製品寿命が終了した時点で
分解して部品としての再利用を図る方法は勿論重要であ
る。しかしこの方法で全てが解決するわけではなく、金
属、樹脂、ガラス等の分離と廃棄物処理は欠かせないも
のであり、現在自動車の廃車処理のために広く実施され
ているシュレッダー方式では、ガラスやプラスチック等
の体積の増加したゴミが大量発生する欠点があった。こ
のような大量のゴミは捨てる場所がないという問題があ
り、大都市においては環境上の課題となっている。本発
明が解決しようとする課題は、上記の電気配線として混
在するＣｕ等の金属成分およびゴミとなる諸成分に加え
て、一般の鉄鋼屑中に合金成分あるいは不純物として含
有されているＣｕ等の濃度を低下させ、鉄鋼原料として
再利用することであり、これらの除去・濃度低下を工業
的に行うことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らはかかる問題
点を解決するために種々の検討を行った結果、下記に示
すような方法を発明した。即ち、本発明の要旨は以下の
通りである。 （１）鉄鋼屑を、溶融Ｍｇ合金中に浸漬して鉄鋼中のＣ
ｕを溶融Ｍｇ合金中に抽出することにより、Ｃｕを含ま
ない鉄鋼スクラップ、一方溶融Ｍｇ合金は、温度を低下
させて、固体と液体の混合状態となし、固体として生成
したＭｇと銅との金属間化合物として回収することを特
徴とする鉄鋼屑よりＣｕ等の不純物を分離除去する方
法。

【０００７】（２）溶融Ｍｇ合金に必要に応じてＭｇ合
金を追加して、温度の制御により液相と固相の分離ある
いは２液相の分離によりＭｇ₂ Ｃｕを回収することを特
徴とする（１）記載の方法。 （３）Ｍｇ₂ Ｃｕを溶解し温度の制御によりＭｇ₂ Ｃｕ
・ＭｇＣｕ₂ 共晶合金を回収することを特徴とする
（１）記載の方法。

【０００８】

【作用】実験的規模で検討する際の状況を説明する。よ
り定量的な説明は実施例において行う。鉄鋼屑として
は、自動車をスクラップ処理するために主として外板薄
板をプレスした鉄塊（一部、導線等のＣｕを含有する）
より、切断により切り出したもの等を小鉄塊として使用
する。この小鉄塊は、予め酸洗、水洗、乾燥した方がよ
い。この酸洗は、鉄の酸化物を除去するものであり、後
の工程でＭｇ溶湯中に浸漬する場合、テルミット的な反
応による爆発的な反応を防止するものである。

【０００９】ここで、念のためテルミット反応について
説明しておくと、一般に鉄の酸化物例えばＦｅ₂ Ｏ₃ は
Ａｌと接触すると、Ａｌが鉄酸化物より酸素を奪って酸
化し、一方鉄酸化物は還元されてＦｅに戻るが、その反
応は爆発的に起こるものである。このテルミット反応式
は一例を挙げれば、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＋２Ａｌ＝Ａｌ₂ Ｏ₃＋
２Ｆｅである。このテルミット反応と同様にＦｅ₂ Ｏ₃
がＭｇと接触すると、Ｍｇが鉄酸化物より酸素を奪って
酸化し、一方鉄酸化物は還元されてＦｅに戻るが、その
反応は爆発的に起こるものである。大量生産方式でこの
酸洗を実施する場合には、当然酸液の処理や、酸化鉄の
大量処理工程を必要とするが、それらは既に鉄鋼業界に
おいて実施されており、ここで詳細に説明する必要はな
いと考える。また、水洗・乾燥は、溶融金属と水との接
触による爆発的反応を防止するためである。

【００１０】以上の前処理の後、さらにＭｇ溶湯に装入
する前に、該小鉄塊を５００℃以上に加熱して安全上万
全を期すことが望ましい。次にこの小鉄塊を、Ｍｇ溶湯
中に浸漬して、脱銅処理を行う。脱銅処理は、混在した
金属成分のＭｇ溶湯中への溶解および鉄鋼中の合金成分
の拡散によるＭｇ溶湯中への溶解によって行われる。銅
等は鉄鋼中より溶融状態のＭｇ中に溶解した状態の方が
エネルギー的に安定であるため、鉄鋼中を拡散してＭｇ
中へ移動するものと考えている。

【００１１】浸漬を行うに際しては、ゆっくりと溶湯中
に装入して爆発的反応が起こらないことを確認しながら
徐々に浸漬する。さらに安全の観点から、燃焼防止のた
めの塩素系フラックスをのせたＭｇ溶湯を使用する方法
が望ましい。小鉄塊は鉄鋼リサイクル用スクラップとし
て十分に利用可能な純粋な濃度のＦｅであり、再度、軽
度の酸洗・水洗・乾燥の後、鉄鋼スクラップとして製鉄
原料となし得る。一方、Ｍｇ溶湯に関しては、このよう
な鉄塊の浸漬を繰り返すことにより、Ｍｇ合金中の銅濃
度が徐々に増加するので、以下のような処理を行い、Ｍ
ｇ合金より純粋な金属間化合物を取り出すことによりＡ
ｌ合金製造用原料となし、必要に応じてＭｇを追加投入
することによって、Ｍｇ溶湯中のＣｕ濃度の増加を抑制
して、再使用即ち有効利用を可能とするものである。

【００１２】次に、Ｍｇ溶湯中のＣｕ濃度を増加した場
合の処理方法について説明する。図１に、Ｃｕ−Ｍｇ２
元状態図の一部を模式的に示す。Ｃｕ−Ｍｇ２元状態図
は、当該分野ではよく知られており、例えば日本金属学
会編，１９７４年に丸善より発行された、金属データブ
ックの４３９ページに提示されている。図１はこの一部
を模式的に示したものである。上記に示した小鉄塊を該
Ｍｇ合金溶湯中への浸漬を繰り返すことによって、例え
ば最初Ｃｕ濃度がＡ点であったＭｇ合金溶湯が、Ｂ点の
Ｃｕ濃度まで増加する。この時に溶湯の温度を低下させ
ることにより、Ｂ点からＣ点に到達させ液相線に当たる
と、Ｉ点の濃度に相当するＣｕ・Ｍｇ金属間化合物（例
えばＭｇ₂ Ｃｕ，ＭｇＣｕ₂ 等）が固体として生成しな
がら、液相は液相線上を→の線に沿って濃度が変化して
ゆく。

【００１３】この場合、全体としてのＣｕ濃度（あるい
はＭｇ濃度）は一定で平均としてはＣ点−Ｅ点の直線上
にある。遂に温度がＥ点に到達する時には、Ｆ点の濃度
・温度に相当する金属間化合物とＤ点に相当する溶湯と
が共存する状態となる。温度をこれ以下に低下させる
と、全体が固体となってしまい分離が困難となるため、
温度はＥ点の直上（例えば１０℃高い点）として、以下
の濾過を実施する。

【００１４】濾過は、例えば、鉄製の樋の中央に鉄製あ
るいはセラミックス製のフィルターを設置したものの上
流側に上記の固体と液体とが分離した状態の溶湯を流
し、下流に設置した容器の中にＭｇ溶湯を流す。このＭ
ｇ合金即ちＤ点における溶湯は加熱して、鉄鋼材料の脱
Ｃｕに再度使用する。この際、量的に不足する場合等
は、必要に応じてＭｇあるいはＭｇ合金を新しく追加す
る。一方、フィルターで分離した金属間化合物の固体
は、例えば別に準備した加熱装置の中で加熱して溶解
し、他の容器に移して分離作業を終了する。なおこの
際、塩化物スラグは、必要に応じて他の容器に排出して
分離する。

【００１５】このようにして得られた金属間化合物は、
純粋な成分のものであって、例えばＡｌ合金のＣｕ，Ｍ
ｇの添加剤として有用である。なお、Ａｌ合金製造のた
めに必要なＣｕやＭｇは、全世界的に相当な量であっ
て、大量の鉄鋼スクラップの処理を行っても発生する金
属間化合物は利用可能である。そのために、ＭｇもＣｕ
も有効に利用されて工業的に無駄がなく、結果として安
価な鉄鋼材料よりの銅等の不純物の安価な除去方法が得
られるものである。前記の特開平３−１９９３１４号公
報による場合に比較しても、処理作業後発生するＭｇ合
金の不要物の量が非常に少なく、優れた技術である。

【００１６】また、銅以外の他の不純物元素は、主とし
て塩化物スラグ中に捕捉されるため、発生するゴミの体
積が非常に少なくなり、ゴミ処理上有利で処分も容易で
ある。なおさらに安全のためには、これらの装置全体に
排気ガス処理設備を設置しておくことが望ましい。なお
この場合の発生ガスは、通常純粋な炭酸ガスやＳＯ₂が
主体となり、一般のゴミ処理等における焼却炉の排気ガ
スのレベルよりは少ないといえる。以上のように、本法
は工業的に大量処理が可能で、従来の脱銅の困難さも解
除され、実行が容易な方案である。

【００１７】なお、Ｍｇ合金中には通常Ｆｅは溶解し難
いものであるが、Ｍｇ合金が相当量のＣｕを含有してさ
らに高温になると、僅かながらＦｅが溶解するようにな
る。この場合でも９００℃以下程度の比較的低温ではＦ
ｅが溶け難いものであり、本方法では、一般に鉄製容器
を使うことが可能であるため、この点からも工業的に実
施が容易で安価な方法である。また、塩化物スラグによ
る方法の他に、例えばＡｒガス環境中に保持する方法等
によるＭｇの燃焼の防止も有効である。

【００１８】さらに付記すれば、本法で示した２元状態
図を利用して温度を変化させて金属間化合物を分離する
方法は、２元状態図に限るものではなく、鉄鋼材料中に
存在する合金の種類に応じて３元系あるいは４元系，５
元系の状態図等を用いることも可能且つ有用であって、
本法は使用する状態図の種類を制限するものではない。
また、本発明の実施に際しては、鉄鋼屑を単純な容器に
入った溶湯へ浸漬する方法に限るものではなく、ロータ
リーキルンの利用やその他の種々の反応炉を利用するこ
とが可能であって、この点における制限はない。

【００１９】

【実施例】

実施例１ 自動車をスクラップ処理するためにプレスした鉄塊よ
り、実験用材料として約５cmの立方体を金鋸切断により
１００個以上切り出した。この小鉄塊の重さは、平均で
３９５ｇであった。まず５００ml、９０℃の１５％硫酸
水溶液中に、この小鉄塊を浸漬して酸洗した。この後、
小鉄塊は十分に水洗し、乾燥し、さらに該小鉄塊を５０
０℃以上に加熱した。次にこの５００℃の小鉄塊を１６
００ｇ（約１０００ml）、８００℃のＭｇ溶湯中に浸漬
して、脱銅処理を行った。浸漬を行うに際しては、ゆっ
くりと溶湯中に装入して爆発的反応が起こらないことを
確認しながら徐々に浸漬した。Ｍｇ溶湯の表面には、塩
素系フラックスをのせた。

【００２０】Ｍｇ溶湯は、高周波加熱装置の中で温度を
一定に保持した。浸漬後、５分間溶湯中に保持して脱銅
処理を行った。その後、小鉄塊を取り出して、再度、水
洗・軽度の酸洗・水洗・乾燥の後、鉄鋼スクラップとし
て製鉄原料とした。さらに、合計１００個の小鉄塊につ
いて同様の処理を行って、製鉄原料を作成した。なお、
これらの小鉄塊中の当初のＣｕ濃度は平均で０．８％で
あったが、脱銅処理後のＣｕ濃度は平均で０．１％以下
となっていた。

【００２１】一方、１６００ｇのＭｇ溶湯に関してはこ
のような鉄塊の浸漬を繰り返すことにより、Ｍｇ合金中
の銅濃度が徐々に増加して且つ全体の重量も増加した。
Ｍｇ合金中の銅は分析の結果、約２８０ｇとなり、溶湯
全体は１８８０ｇとなった。この段階で以下のように、
Ｍｇ溶湯よりの金属間化合物の分離作業を実施した。先
ず、高周波加熱装置の中の該Ｍｇ合金溶湯を徐々に冷却
した。温度が約５７０℃まで低下した時、溶湯中にＭｇ
の固体が生成を始めた。温度を４９０℃まで低下した段
階で、Ｍｇの固体は約１３００ｇ（分離後重量を測定）
となった。

【００２２】この時に、鉄製の樋の中央に鉄製のフィル
ター（ＪＩＳ Ｇ３５５５に示される織金網のうち、
０．６mm線径、１６メッシュのなまし鉄線製平織金網）
を設置したものの上流側に上記の固体と液体とが分離し
た状態の溶湯を流し、下流に設置した容器の中にＭｇ溶
湯を流した。この結果、下流の容器にＣｕが約３１％、
残りがＭｇのＭｇ₂ ＣｕとＭｇとの共晶合金が５８０ｇ
得られた。これは、常に一定濃度のものが得られるた
め、Ａｌの合金添加剤等として有用である。また上流側
より、９９．５％以上の濃度の純粋なＭｇが、１３００
ｇ得られた。これは、さらにＭｇを追加することによっ
て上記の脱銅処理に再利用できる。

【００２３】実施例２ 実施例１と同様にして、小鉄塊を１６００ｇ、８００℃
のＭｇ溶湯中に浸漬して、脱銅処理を行い、鉄鋼スクラ
ップとして製鉄原料とした。さらに、合計５００個の小
鉄塊について同様の処理を行って、製鉄原料を作成し
た。なお、これらの小鉄塊中の当初のＣｕ濃度は平均で
０．８％であったが、脱銅処理後のＣｕ濃度は平均で
０．１％以下となっていた。一方１６００ｇのＭｇ溶湯
に関しては、このような鉄塊の浸漬を繰り返すことによ
り、Ｍｇ合金中の銅濃度が徐々に増加して且つ全体の重
量も増加した。Ｍｇ合金中の銅は分析の結果、約１４０
０ｇとなり、溶湯全体は、３０００ｇとなった。

【００２４】この段階で以下のように、Ｍｇ溶湯よりの
金属間化合物の分離作業を実施した。先ず高周波加熱装
置の中の該Ｍｇ合金溶湯を徐々に冷却した。温度が約５
６０℃まで低下した時、溶湯中にＭｇ₂ Ｃｕの固体が生
成を始めた。温度を４９０℃まで低下した段階で、Ｍｇ
₂ Ｃｕの固体は約１８１２ｇ（分離後重量を測定）とな
った。

【００２５】この時に、鉄製の樋の中央に鉄製のフィル
ターを設置したものの上流側に上記の固体と液体とが分
離した状態の溶湯を流し、下流に設置した容器の中にＭ
ｇ溶湯を流した。この結果、下流の容器に残りがＭｇ₂
ＣｕとＭｇとの共晶合金が１１８８ｇ得られた。これ
は、さらにＭｇを追加することによって、上記の脱銅処
理に再利用できる。また、上流側よりＭｇ：４３wt％、
Ｃｕ：５７wt％の純粋なＭｇ₂ Ｃｕが、１８１２ｇ得ら
れた。これは、常に一定濃度のものが得られるため、Ａ
ｌの合金添加剤等として有用である。

【００２６】実施例３ 実施例２で得られたＭｇ：４３wt％、Ｃｕ：５７wt％の
純粋なＭｇ₂ Ｃｕ：１８１２ｇについて、さらに分離の
処理を行った。先ず実施例２で得られた該Ｍｇ合金（固
体、純粋なＭｇ₂ Ｃｕ）を高周波加熱装置の中で徐々に
加熱した。温度が約５７０℃まで上昇した時、溶解が開
始した。さらに約６００℃まで温度を上昇させた後、約
５分程度温度を一定に保持し、その後再び温度を低下さ
せた。温度が約５６０℃まで低下した時、溶湯が２種類
の液に分離した。十分な観察はできなかったが、２種類
の溶湯の存在が認められた。さらに温度を低下させ５５
０℃以下となった時に、固体が生成して溶液と明瞭に分
離した。

【００２７】ここで、約５３０℃に温度を保持し、鉄製
の樋の中央に鉄製のフィルターを設置したものの上流側
に、上記の固体と液体とが分離した状態の溶湯を流し、
下記に設置した容器の中にＭｇ溶湯を流した。この結
果、下記の容器の残りがＭｇ₂ＣｕとＭｇとの共晶合金
が４５４ｇ得られた。これは、さらにＭｇを追加するこ
とによって上記の脱銅処理に再利用できる。また上流側
より純粋なＭｇＣｕ₂ と純粋なＭｇ₂ Ｃｕとの共晶合金
が、１３５８ｇ得られた。これは、常に一定濃度のもの
が得られるため、Ａｌの合金添加剤等として有用であ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は溶湯Ｍｇ
合金を用いて鉄スクラップよりの脱銅処理が容易であ
り、且つ利用した溶湯Ｍｇ合金を、温度の制御と濾過と
により、２液相あるいは液相と固相の分離を行うことに
よって金属間化合物を得て、例えばＡｌ合金用の添加合
金として無駄なく利用することができ、結局、鉄スクラ
ップよりの脱銅処理に関して工業的な大量処理を可能と
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に利用したＣｕ−Ｍｇ２元状態図
の一部の模式図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄鋼屑を、溶融Ｍｇ合金中に浸漬して、
   鉄鋼中のＣｕを溶融Ｍｇ合金中に抽出することにより、
   Ｃｕを含まない鉄鋼スクラップ、一方溶融Ｍｇ合金は、
   温度を低下させて、固体と液体の混合状態となし、固体
   として生成したＭｇと銅との金属間化合物として回収す
   ることを特徴とする鉄鋼屑よりＣｕ等の不純物を分離除
   去する方法。
2. 【請求項２】 溶融Ｍｇ合金に必要に応じてＭｇ合金を
   追加して、温度の制御により液相と固相の分離あるいは
   ２液相の分離によりＭｇ₂ Ｃｕを回収することを特徴と
   する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 Ｍｇ₂ Ｃｕを溶解し温度の制御によりＭ
   ｇ₂ Ｃｕ・ＭｇＣｕ₂ 共晶合金を回収することを特徴と
   する請求項１記載の方法。