JPS62132722A - 脱鉄精製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔）発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は鉄分を含有するＳｉＯ２系原料の脱鉄精製法に
関するものである。

（従来の技術） ８１０、系原料、例えば、ケイ石、ケイ砂、水晶、ケイ
ソウ土、長石、陶石、陶土、石灰石など天然の窯業原料
或は単結晶シリコン原料中には、多かれ少なかれ必ず鉄
分が含まれている。

これら原料中の鉄分は、製品の着色の原因となり、ある
いは製品の品位を低下させる大きな原因の一つでもあり
、その効果的な除去手段の開発は工業上極めて実要であ
る。とくに、陶磁器工業における白色素地、高級耐火物
、白土、ボルトランドセメント、ガラスなどの製造工程
においては鉄分の除去は極めて重要である。、一般に天
然鉱物原料中の鉄分の賦存状態は、結晶質のものと、非
晶質かつ超微粒状のものとに二大別し、得る。前者の例
としては、たとえば、マグネタイト、ヘマタイト、硫化
鉄群、イルメナイト、ケンタイト、黒雲母などがあり、
Ｏ０／〜数μｍの微粒子であり、場合により、それ以上
の粗粒として分布している場合が多い。

この形態の鉄分は比重選鉱、磁力選鉄、浮遊選鉄などの
物理的手段で比較的容易に除去することが可能であるが
、脱鉄率や精製品の収率の悪い欠点がめる。これに対し
、鉄分が、主に３価の鉄（Ｆｅｌ”）の状態で凝集し、
非品性酸化物ないし水酸化物を形成し、しかも数＋ム０
程度のクラスターないし超微粒子として母体鉱物中に分
散していることが多い・このような状態の鉄分に対して
は、物理的除去手段は全く役に立たず、専ら化学的除去
手段に頼らざるを得ないことＫなる＠化学的除去手段と
しては粉末原料を塩酸、硝酸、硫酸などの濃浴液で処理
し、鉄分を溶出除去する方法、または高温（！００〜１
ｏｏｏ℃）で塩化物を添加して粉体原料を加熱し、ある
いは、Ｃｊ　ｌ　　＃　ＯＯＣｊ　２　　＠　１ＦＩ　
Ｃ１などのガスを通し、鉄分を塩化鉄として揮散除去す
る方法などがある。これら化学的手段は、物理的手段に
比べて唇鉄、効果は優れ、混在する鉄分の性状にはあま
り影響されずに除去可能で　゛あるなど長所はあるもの
の、腐蝕性の極めて強い酸やガスの使用に起因する装置
の耐蝕、耐久性の問題、公害問題などのため、一般的な
利用は困峻である。また必然的に出ｉ原料の著しい変質
を伴なう欠点がある。つまり従来既知の方法では原料の
品質を殆んど損なうことなく、鉄分のみを十分に除去し
去ることは極めて困難である。

さらに、この棟の非品性ないし超微粒状の鉄分は、はと
んど全ての天然原料資源中に多かれ少かれ含まれており
、原料品位の著しい低下を招く大きな原因となっている
。それ故、この種鉄分の効果的除去手段の開発は、高品
位天然資源に乏しい我国にとって大きな社会的要求事項
の一つとなっている。しかし、このような鉄分を、良好
な脱鉄率と精製品の収率をもって、しかも原料品位の低
下を招くことなく、除去することは困難であった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は前述した従来技術の有する欠点を解消し、８１
０．系原料中の鉄分を原料の品位の低下を招くことなく
、シかも良好な脱鉄率をもって除去し、且つ精製品の収
率も良好な脱鉄精製法を提供することを目的とするもの
である。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は前述の間聰点を解決すべくなされたものであり
、鉄分を含有するＢ１０！系原料を還元雰囲気中で２０
０℃以上に加熱処理し、次いで脱鉄処理を施こすことを
特徴とする脱鉄精製法にある。

次に本発明を更に具体的に説明する・ 本発明の方法によって処理しうる８１０鵞系原料として
は、ケイ砂、ケイ石、水晶、ケイツク土、長石、陶石、
陶土、石灰石などの窯業原料或は単結晶シリコン原料を
あげることができるΦ特にこれらの原料のうち、原料母
体中に超微粒状に分散している非晶質又は超微粒状鉄分
を含有している原料の脱鉄処理法として本発明の方法は
好適な結果を与えるものである。

これらの原料を還元性雰囲気中で加熱処理する・還元性
雰囲気としてはＨ，、Ｈ，とＮ、等の不活性ガスとの混
合物、天然ガス、都市ガス、発生炉ガス等を使用しうる
が、特にＨ！含有ガス、好ましくはＨ！を３マｏ１％以
上含有する１１！含有ガスが好適に使用できる。

上記原料を加熱処理する温１ｙは２００℃以上好ましく
は３００〜４／ＬＯＯ℃とするのが適当である。

第１図は原料として天草陶石の中でとりわけ鉄分の多い
“かわｌと呼ばれる原料（非晶質鉄分をｌＰｅ１Ｏ１と
して、、Ｚ／ｗｔ％含有）をＨ２１０ｖａ１％、Ｈ１り
０ｖｏ１％なる組成を有する還元性雰囲気中で各処理温
度に２時間加熱処理した場合の、カロ熱温度と、この処
理を施こした原料中の鉄分（Ｆｅ２０ｇ換算）の飽和磁
化（印υ口磁場１０ＫＯｅでの磁化の値をここでは！ａ
　ｉＤ　？６化とする）の関係を示すグラフである。

飽和磁化の強さｉｊ：　（後述するように）磁気分離に
より鉄分が除去し易い程度ヲ示す入寂となるもので、そ
の値が大きい程脱麩が容易となる。

冥訣の結果処理温度が、：ｚｏｏ℃、好ましくはコＪ′
θ℃以上の温度で飽和磁化が急速に増大し弘ＯＱ℃でほ
ば飽和に達し、これ以上の温度に加熱しても１”１％益
のないことを示している。

還元処理に際し、原料の粉砕後の粒径の影響もかなり者
しい。！８ｇ２図は３００μｍ、／７７μｍと７０５μ
ｍの平均粒径を有する三種類の原料粉体について還元処
理後、数回磁気分離を繰返した後の鉄分残存量の値を示
したものである。横軸は加熱温度である。このようにむ
しろ１１００ｐ以下の微粒よりも２００〜３００μｒｎ
程要の粗粒を還元した方が、磁気分離による脱鉄効果は
大きいことがわかる＠鉄分は粗粒の万で約♂０〜７！チ
除去されているのに対し、微粉砕した１０ｊμｍの試料
では！θ〜乙０チの脱鉄率である。

（作　用） 上述の加熱処理により、非晶質の鉄分は磁性の極めて強
い（従って磁気分離法によって除去し易い）しかも、鉱
酸により溶出され易いマグネタイトないしα−Ｆｅに転
化されるものと考えられる。このことは次のデータによ
り裏付ゆられる。

第３図は天草陶石の中でもとりわけ鉄分の多騒“かわ“
と呼ばれる褐色部分について室温で測定した磁化曲線の
１例である。原料中の鉄分含ＭｔＦ＠ｔｏｓとして２．
／ｗｔ％であツタ（′Ｊよりｆ１３″≠、０−フェナン
トロリン吸元元度法により分析定ｔ）又原料として約／
７７μｍの粒度のものを用いた。磁化の値は鉄分をＦｅ
２０１として換算しその２当りの磁化とじて示しである
。なお、鉄分以外の成分の反磁性寄与分に対する補正は
行なっていない。図から、磁場の強さの増加と共に磁化
は直線的に増加し、また磁気履歴は観測されないことが
わかる。磁化率は約／、≠×１０　　ｅｍｕ／ｆであっ
た。こういった磁気的特徴はたとえば、非晶質水酸化第
二鉄のような超微粒状かつ非晶質の物質について観測さ
れる磁性と極めて類似である。少くとも、結晶性のα−
Ｆ　ｅ　ＯＯＨｓ　　γ−Ｆ　ｅ　ＯＯＨなどのような
、反強磁性体や常磁性体あるいはα−Ｆθ、０．のよう
な容性強磁性体ざらにはマグネタイトのような強（フェ
リ）磁性体では観測されない磁性であるａつまり、原料
中の鉄分は非品性のものであって超微粒状かつ極めて均
一に原料中に分散しているものと推量される。

陶石中のこういった注状の鉄分は、強磁場中でも磁化の
値が小さいことと相乗して、物理的手段、とりわけ磁力
選鉱法によっては、分離除去が極めて困難なものである
。それ故、たとえば、２０〜３０％の濃塩酸中でど０〜
了ｊ℃に７１０温しつつ、通常弘〜！日間もの長時間鉄
分を抽出するといった化学的処理方法に頼らざるを得な
いことになる。このため、鉄分はある程度除去されるも
のの、同時に陶石中のアルカリないし、アルカリ土類成
分、アルミナ分なども溶出し、品質が著しく変化し、陶
石としての品位低下を招くことになる。

第６図は、同じ原料をＨ，−Ｎ、（Ｈ，！ｒＯ％）混合
気流中で３３０℃に２時間加熱した試料の室温における
磁化曲線である。第３図のそれと比べて全くその様子が
異なり、磁化の値が著しく増していること、そして、磁
気履歴が観測されることが一見して明らかである。Ｘ線
回折の結果かなりの鉄分が結晶質のマグネタイトおよび
、α−Ｆｅに変化しているものと確認された０このよう
に磁性が著しくなると、磁力選鉱の効率が激増すること
は容易に想定される。

（実施例／） 天草陶石の中でもとりわけ鉄分の多い、〃かわ“と呼ば
れる褐色部分を原料として使用した〇原試料中の鉄分含
有量は、Ｆｅ！０．として２／ｗｔ％であった。（Ｊよ
りｒｇｊｌＡ、ｏ−フェナントロリン吸元元度法により
分析定量）。

また原料の粒度は比較的粗い約／７７μｍ粒度のものと
した。第３図は上述した原料（Δ印）とこの原料をＨｚ
　−Ｎｌ　　（Ｈｚ　ｊ　ＯＶ　Ｏ１％）の混合気流中
で３３０℃において２時間還元処理をした試料（０印）
を５０℃の稀塩酸（／、７ｗｔ％）中に′＆漬した場合
、溶液中に浴出する鉄分（Ｆｏｇ　Ｏｓとして）の浸漬
時間による変化を比較して示したものである・原料中の
鉄分は、良ｔ１を時間が長い程浴出量が大きくなり、は
ぼ７２時間で限界値に到し、これ以上、浸漬してもあま
り、効果がなく、シかも、浴出量はＯ０ｙ！チ（／２時
間値）と少なく、約／、１ｗｔチの鉄分が除去されずに
残留していることになる。

これに対し、一旦３３０℃で還元加熱した試料は、ｔ７
チの稀塩酸にわずか３０分の浸漬で、ユＱｊｗｔ％の鉄
分つまり、全鉄分の約りｒｅｓが溶出することがグラフ
から判る・ このように還元加熱処理により、原料中の鉄塩での溶出
処理が可能なため、原料母体のレオロジー的性質を含む
、原料の性質に対する影響が極めて小さく、高品位の脱
鉄陶石を得ることが可能となることは明らかである・ 第参図は上述の処理を施こした試料を磁気分離により脱
鉄した場合の磁気分離操作の回数と、分離操作を施こし
た試料中の残存鉄分の１ｔ（Ｆｅｆｉ　ｏ、　ｗｔ％）
の関係を示すグラフであり、１回の分＊ｍ作で鉄分の約
λ／３が除去されることが判る。なお繰返し操作により
鉄分の低下は顕著でない。つまり１回の磁気分離操作で
分離しうる鉄分は殆んど除去されることが判る＠なお未
処理の原料中の鉄分は磁気分離法によっては全熱分離す
ることができない・ （実施例コ） けい砂を原料として用いた場合の脱鉄処理について実施
例を示す・原料けい砂は肉眼、光学顕微鏡およびＸ線回
折の結果からα−およびβ−石英を主とするものであり
、微量の正長石、黒雲母、磁鉄鉱、チタン鉄、鉱鉄およ
び加水ハロイブイト、リモナイトなどを含むものであっ
た。

ｊＯメツシュの原鉱から出発して、いろいろな脱鉄処理
を行なった場合の鉄分含有量を比較して表−７に示す、
原鉱の主成分としての８１０！含７ｈ量はｆ１％として
ｒｅ２ｏ１と（、ては／、　ｊ　、２　％を含むもので
あった。このような原鉱粉を（都市ガスＩＱ％十Ｎ、り
Ｏチ）の混合気流中で３００℃、２時間加熱した。なお
温度上昇時、そして下降時にはＮ、ガスのみを反応管中
に流し九〇このような前処理を施した後、ＩＩ述した簡
便な磁気分離を１回だけ行ない鉄分を除去した試料ｒｃ
ついての鉄分分有量を同表今コに示す。鉄分は０．０６
％に下がり約Ｊ−ＯＳ以上の鉄分が除去されている仁と
が分かる。さらにこの試料を５０℃に加温した／、　７
　％稀塩酸に３Ｑ分程浸漬した後水洗【７、乾燥した。

その試料の鉄分分析値をす３に示す０鉄分はｏ、ｏｉｔ
ｓに著しく低下し一連の操作でり０％以上の鉄分が簡便
に除去されている。

比較のために還元処理を行なわない場合についての結果
を＋≠、す！に示す。ナ≠は原鉱を直ちに前述と同じ方
法で磁気分離した後の鉄分の含Ｖｔを示したもので、僅
かに７０％強の鉄分が除去されたに過ぎない。その試料
を３０℃の７．７−の稀塩酸に３Ｑ分浸漬したところ、
はとんど鉄分の溶出は見られなかったので止むを得ず２
≠時間に時間を延長した・しかし稀塩酸では０．　／俤
程度の極く僅かの鉄分の溶出しか認められなかった。そ
こで３０℃の濃塩酸（２０慢）に２≠時間＆漬し鉄分の
浴出を図った結果がすｔに示されている。残留鉄分は０
．０３％に低下しているが、本発明による処理の残留鉄
分ｏ、ｏｉ％と比べて作用効果が著しく劣っていること
は明らかである。

〔発明の効果〕

本発明の方法によるときは従来原料の品質を損うことな
く除去することが困難であった非晶質鉄分を磁気分離法
或は低温における稀薄な鉱酸による短時間の処理で、原
料の品質を損うことなく殆んど完全に除去することがで
きる。

本発明は前述の説明或は実施例に限定されることなく、
本願の目的と精神を逸脱しない限度において適宜変更し
うるものである。

例えば原料中の鉄分のうち結晶質のものを予め物理的手
段で除去した後、非晶質のものを本発明の方法によって
除去してもよく、或は本発明の方法で熱処理したものを
、磁気分離法で処理し、ついで鉱酸処理を行なうことも
できる。

或は又鉱酸としてＨｅ／の代りに、Ｈ，８０４等を使用
することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄分を含有する８１ｏ、系原料を還元雰囲気中
でη０熱する際の加熱温度と飽和磁化の強さの関係を示
すグラフ、第２図は還元処理温度と、磁気分離法によっ
て除去される鉄分の一：の関係の原料の粒度をパラメー
ターとして示したグラフ、第３図は未処理原料と本発明
の還元処理を施こした原料を鉱酸中に浸漬で処理した際
の鉄分の浴出門と浸漬時間の関係を示すグラフ、ｗＪｌ
Ａ図は磁気分離操作の回数と残存鉄分の量の関係を示す
グラフ、第５図は未処理原料の磁化曲線、第６図は本発
明の方法によって処理した原料の磁化凸線である。 第１図 −で 第２図 鋼３図 磁気分菖の回数 □□■ 磁界の強さＨ（にＯｅ） 第６図 磁界の強さＨ（にＯｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）鉄分を含有するＳｉＯ＿２系原料を還元雰囲気中
   で２００℃以上に加熱処理し、次いで脱鉄処理を施こす
   ことを特徴とする脱鉄精製法（２）鉄分は非晶質又は超
   微粒状であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の脱鉄精製法 （３）加熱処理温度は３００〜４００℃であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１、２項記載の脱鉄精製法 （４）還元雰囲気はＨ＿２含有ガスであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１、２、３項記載の脱鉄精製法 （５）ＳｉＯ＿２系原料はケイ砂、ケイ石、水晶、ケイ
   ソウ土、長石、陶石、陶土、石灰石であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１、２、３、４項記載の脱鉄精製
   法 （６）脱鉄処理は磁気分離法によつて行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第１、２、３、４、５項記載の脱
   鉄精製法 （７）脱鉄処理は鉱酸溶液を用いて行なうことを特徴と
   する特許請求の範囲第１、２、３、４、５項記載の脱鉄
   精製法