成果報告書詳細
管理番号20130000001008
タイトル平成24年度成果報告書 特殊鋼の製鋼におけるスラグの環境調和型有効利用に関する調査
公開日2013/11/30
報告書年度2012 - 2012
委託先名日鉄住金総研株式会社
プロジェクト番号P09018
部署名環境部
和文要約特殊鋼の製造においては不純物濃度を低く抑える必要があり、精錬過程で蛍石(フッ素化合物)を添加して比較的低温でも反応性を向上させで不純物除去が必要である。このため排出スラグ中に環境汚染物質であるフッ素化合物が混入しており、スラグの処分が問題となっており、多くのスラグが有効利用されず所内で保管または埋立処理されている。また世界の蛍石埋蔵量の約3分の1を占め我が国の主な調達先である中国は、近年蛍石の輸出規制を強め、供給不足から価格上昇の傾向にある。この問題に対し蛍石を使用せず特殊鋼を製造しようとすると処理温度の高温化等による消費エネルギーの増加を招く。本調査の目的は蛍石を使用する製鋼プロセスにおける上記の問題点をエネルギー増加させることなく解決するための技術開発の可能性とともに省エネと環境対策に寄与できるスラグ中の有価物の回収、再利用、資源化の技術開発の可能性を文献検索や企業・大学・国立研究機関等の研究者へのヒアリング等により調査することにある。(1)蛍石代替材開発の課題と可能性:蛍石の中国以外の主な生産国は、メキシコ、モンゴル、南ア共和国、ロシアであり、これらの国の新規鉱山開発が進められている。一方、中国の輸出規制は逆に自国の首を締めつつあり、中国の態度も変わりつつある。特殊鋼精錬では蛍石使用量削減技術が進んでおり、中国の輸出規制があっても、蛍石が逼迫していない。蛍石の代替材については、カルシウムアルミネートにトライしているという回答が多かったが、完璧な代替材とはなっておらず、更に研究が必要である。スラグからフッ素を抽出に関する技術は、スラグからフッ素の溶出を防止する技術と同じ技術範疇にある。現在はフッ素の溶出防止技術にウエイトが置かれているが、スラグからフッ素が抽出できればフッ化水素の廃液からの蛍石の合成技術を応用することが可能である。
(2)製鋼スラグ中の有価物回収・再利用の課題と可能性:スラグ中の有価物の回収は、ほとんどが地金回収である。他の有価物回収技術の基礎研究レベルであり実用化が今後の課題である。また、リンやフッ素などの有価物の回収はコスト的およびエネルギー的に困難である。フッ素含有化合物からフッ素を取り出すには熱濃硫酸で溶解する必要があるが、これらの反応生成物を分離するための複雑なプロセスは多くのエネルギーが必要であり採算が合わないと考えられる。(3)製鋼スラグの改質・有効利用の課題と可能性:各社のスラグ発生量削減技術は各社設備が同じもではないために各社異なるプロセスを用いている。革新的な製鋼技術開発には新プロセス確立が必要であり、これを実現するには設備投資に耐えうる企業の体力が必要である。スラグのエージングは大気・蒸気・加圧蒸気エージングを用いているが、Caoなどの水和反応による形態の変化(塊状や粉末)により処理を困難にしている。また、エージングには長時間を要し効率が悪い。特殊鋼の製鋼スラグの有害物質の不溶化技術は、上述したように回収技術と裏腹な関係にあるが、不溶化技術の特許出願も多く、ある程度海洋土木工事などへの利用が可能な段階に来ている。
英文要約In the production of special steels, must be kept low impurity concentration, impurity removal is necessary to increase the reactivity by the addition of fluorite (fluorine compounds) in at a relatively low temperature in the refining process. In the slag discharge, fluorine compounds which are environmental pollutants have mixed. Therefore, the disposal of slag has become an environmental problem, but it is landfilled or stored in a house without being used effectively. And more, China, accounting for about one-third of the world reserves of fluorite, strengthens export controls fluorite recent years. China is the main supplier of Japan, and the price tends to rise from short supply. To this issue, high temperature processing temperature is used to manufacture special steel without the use of fluorite leads to an increase in energy consumption. Recovery of valuable resources in the slag that can contribute to the environmental and energy saving with the possibility of technological development is useful to solve the above problems in the steelmaking process without increasing energy. The purpose of this study is to survey on the effective environment-friendly use of steelmaking slag in special steel to study hearing due to researchers such as national research institutes, universities and companies and the possibility of developing a literature search of recycling technology.(1)Potential challenges and develop alternative materials fluorite:In the outside of China, the fluorite is mainly produced by Mexico, Mongolia, the Republic of South Africa, and Russia, and new mines in these countries are being developed. On the other hand, China's export controls are being strangled, but China's attitude is changing because of the circumstances in the world. In special steel smelting technology, reducing the use of fluorite is progressing. So, even if China's export restrictions, fluorite is not tight. For alternate materials of fluorite, such as calcium-aluminate, has not become a perfect substitute material. So, there is a need for further research. Technical extraction is within the scope same technology to prevent the elution of fluorine from the slag from the slag fluorine. The current weight has been placed on prevention technology elution of fluorine. By applying a synthetic techniques fluorite hydrogen fluoride from fluorine waste can be extracted from the slag can be made.(2)Challenges and possibilities of recovery and reuse of valuable materials in steelmaking slag: Recovery of valuable resources in the slag is mostly bare metal, such as iron, in the present case. Practical use is expected a challenge for future research and the foundation of technology to recover other valuable materials. In addition, the recovery of valuable materials such as phosphorus and fluorine is difficult in relation to cost and energy. For example, it is necessary to remove the fluorine from the fluorine-containing compound to dissolve in hot concentrated sulfuric acid, and a complicated process for separating the products of these reactions is required a lot of energy and cost.(3) Challenges and possibilities of reforming and effective utilization of steel slag:The technology of reducing the amount of slag generation of each company is not the same even if their same equipment. To develop innovative steelmaking technology is necessary to establish a new process, it is necessary to realize the strength of the companies which can withstand the capital investment. Although the aging of the slag is used air aging, steam aging and pressurized steam aging, it is difficult to process by morphological changes due to hydration, such as CaO (changing to powder or bulk). In addition, inefficient aging takes a long time. Insolubilization technology of hazardous substances in steelmaking slag of special steel comes on stage to utilize in civil ocean.
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