長坂 徹也

溶鋼２次精錬用脱硫スラグの基本系であるCaO-Al²O³-CaF²系スラグ（硫黄濃度＝0.2～0.3％）を対象とし、本スラグ中の硫黄の空気酸化挙動とそれに及ぼす諸条件の影響を定量的に明らかにする。1000℃前後の温度域において、溶鋼２次精錬プロセスから排出されるCaF²含有脱硫スラグを空気酸化によってスラグから硫黄をSO²として除去できれば、スラグを再生することができるので、本法の最適条件を実験的に決定する。本法によってスラグから硫黄のみを迅速に除去できれば、スラグの脱硫能は回復するので、容易にスラグを再利用できる。廃棄の際に懸念されるフッ素は基本的に循環できるので、フッ素の問題は大幅に低減できると期待される。

本研究では、主に電炉で生成される含亜鉛製鋼ダストを空気中で石灰と反応させ、ダスト中亜鉛の主成分であるジンクフェライト（ZnFe2O4）を酸化亜鉛（ZnO）とカルシウムフェライト（Ca2Fe2O5）に相分離せしめた後に、強磁場を作用させてZnOを回収する技術（石灰添加・磁気分離法：Lime Addition & Magnetic Separation Process-LAMSプロセス）を開発する。また、LAMSプロセス開発と並行して、詳細な現場ダストのサンプリング調査を行い、炉内の状況変化（スクラップ装入、加熱、溶け落ち、精錬、出鋼）に伴うダストの形態変化について研究する。これによって後段のLAMS法の効率をより向上させ、「新資源として利用できるダストを作り出す技術」、すなわちオンサイト型の新しいダスト処理プロセスである「ダストメイキングテクノロジー：DMTech」の基礎を確立する。現状では、「出来てしまったダスト」を処理することが大きな負担になっているが、これに対してDMTechでは、積極的にダストを後処理に好都合な形態に副生させ、容易に再資源化させることが基本的なテーマである。本プログラムの最終年度には、開発されたDMTechのLCI、マテリアル環境会計分析を行い、鉄鋼業にとって本法が既存のWaelzよりどのくらい経済的、環境的に優位であるかを定量的に証明する。

申請者らが考案したGPSプロセスを応用発展させた溶銑脱りんスラグからのマンガン回収法を開発することを目的とする。脱りん処理によって溶銑中のマンガンはスラグ中に酸化除去されてしまうが、予備実験から、マンガンはスラグの最終凝固時に析出するウスタイト中に分配・固溶されることがわかっている。この時のマンガンの分配率はマンガンの回収量に直接結びつくのみならず、マンガノウスタイト固溶体と基盤相の磁気分離効率にも影響する。従って、「どんな組成のスラグ」を「どう冷却」して「マンガンをどう分配」させ、「どんな磁場」を与えれば「どのくらいのマンガン回収」が可能かを知る必要があり、本研究ではこれらを系統的に解明する。また製鋼スラグのリサイクルはスラグ発生量の削減にもつながるので、この波及効果についても廃棄物計量経済モデル（廃棄物産業連関分析モデル）を用いて定量化する。

年間約50万トン規模で発生する電気炉製鋼ダストは主にWaeltz法によって処理されているが、本法は一旦還元揮発させた亜鉛を再酸化してZnOを濃化回収する極めて非効率的なプロセスであり、亜鉛の枯渇性に対する強い危機意識が高まるにつれ、新しいプロセス開発が望まれている。本提案では、ダストをCaOと反応させることにより、ZnOとカルシウムフェライトに相分離せしめた後、両相の磁気的性質の違いを利用して強磁場を作用させてZnOを分離・回収しようというものであり、鉄鋼プロセスでのオンサイト処理の実用化を目指した要素研究である。

年間約17万トンの国内生産量があるルチル（TiO2）は、従来白色顔料および金属チタンの製錬原料として用いられてきたが、近年、光触媒、抗菌材料や熱電素子等、高機能材料としての新たな利用が注目されている。従来、ルチルは天然ルチル鉱石を精錬して製造されてきたが、天然ルチル鉱石は高価かつ枯渇傾向にあり、近年では、安価で豊富に存在するイルメナイト鉱石（FeTiO3）から、チタンスラグ法あるいは硫酸浸出法にて人工ルチルを得るのが一般的製造法である。しかしチタンスラグ法は、1700℃もの高温強還元雰囲気が必要であり、エネルギー消費が極めて大きく、また硫酸浸出法においても、大量の化学薬品の使用と浸出残渣の処理が問題になっている。これに対して東北大学環境科学研究科の長坂教授らのグループは、イルメナイト鉱石を空気中で酸化するだけでルチルが生成することを見出しており、長坂教授が提案する方法が実用化された場合には、投入資源・エネルギー量がほぼ半減できると見込まれている。従って、本提案は、十分事業化への展開が可能な大学発シーズであると考えられる。