柏倉 俊介

製鋼工程、例えば二次精錬での微量成分のリアルタイム分析を可能とする方法として、LIBS(レーザ誘起ブレークダウン法)の適用性を実証し、鉄鋼製造プロセスにおける省エネルギー・省資源化に貢献する。

近年において電炉は鉄鋼生産量の約3割を占めるまでになり、年間4千万トン程度排出される鉄鋼スクラップの循環利用の要となっている。電気炉にはシュレッダーやプレス、篩分けを経てサイジングされ、磁気分離によって分けられた鉄鋼が投入されているが、この鉄鋼スクラップ中には鉄鋼の性能を著しく低下させるトランプエレメントとして知られる銅を高い濃度(~1wt%程度)が混入していることがある。鉄鋼中の銅は一度製品に混入すると熱力学的に除去することが不可能であり、電気炉によって生産された鉄鋼中に蓄積する一方であることが報告されているため、銅を高い濃度含む鉄鋼スクラップについては事前選別によって除かれることが望ましい。そこで本申請課題においてはレーザー誘起プラズマ発光分光法(LIBS)を鉄鋼中の銅に適用し、非常に迅速に高濃度に銅を含む鉄鋼スクラップを判別し分別するシステムを試作することを目的としている。現在では現場における鉄鋼スクラップの事前選別にハンドヘルドタイプの蛍光X線分析装置を導入する事例が見られるが、レーザーを用いる本法は蛍光X線による手分析と比較して感度及び精度の面では一歩譲るが、大変迅速である（1試料10秒以内）、試料の形状及び性状を問わない、前処理が不要である、X線を用いないので取り扱いが容易である、などの利点を有する手法である。

現在流通している主に磁力選別によって分別された鋼スクラップに対してレーザー誘起プラズマ発光分光分析による分別を適用し、鋼スクラップ中に混入しクロムやニッケルなどの高価なレアメタルの散逸の源となるステンレス鋼やトランプエレメントである銅を高濃度で含む鋼スクラップを事前に分別除去可能なシステムを試作する。

現在製鉄所に電力を供給している石炭焚きの共同火力発電所から排出される石炭フライアッシュは多種多様な環境規制物質を含んでおり、セメントの原材料など付加価値の低い利用法しか開発されていないのが現状である。一方でフライアッシュは現在その全量を中国からの輸入に依存しているレアアースを比較的高濃度で含有している。申請者らがフライアッシュ中の環境規制物質の除去を目指して研究開発を行った酸洗浄プロセスにおいては、同時にフライアッシュが含有しているレアアースの抽出も同時に見込まれる。更に、酸洗浄プロセスにおいては使用済みの酸をアルカリ沈殿法による中和処理を行うが、この時点でレアアースは水酸化物として沈殿物（スラッジ）に濃化することが電位-pH 図により期待される。このスラッジ中のレアアース濃度は 1wt%に到達し得り、中国やカナダで産出されるレアアース鉱石中の品位に匹敵する。そこで、フライアッシュの洗浄処理と資源としてのレアアースのスラッジへの濃縮を同時に行うコプロダクションプロセスの開発を 行うことを目的としている。