転炉スラグと銅スラグからのケイ灰石セラミックス製造:協同酸化、焼結挙動、微細構造進化、機械的性能
Pyroxene Ceramics Fabricated from Tailings via Synergistic Oxidation of Converter Slag and Copper Slag: Sintering Behavior, Microstructure Evolution and Mechanical Performance
本研究では、鉄資源の浪費とセラミック性能の低下を引き起こす転炉スラグと銅スラグの高鉄含有量問題に対処するため、鉄抽出協同酸化と尾鉱のセラミック製造を組み合わせた2段階利用法を提案する。尾鉱含有量、焼結温度、焼結助剤添加が、ケイ灰石ベースセラミックスの相組成、微細構造、物理機械的特性、浸出特性に与える影響を調査した。結果として、尾鉱を50 wt%含むセラミックスは、均一に分散した微細な閉気孔を持つ単一のケイ灰石相を示すことが明らかになった。焼結温度1190°Cにおいて、最適化されたセラミックは0.33%の吸水率と80.5 MPaの曲げ強度を達成した。焼結温度の上昇はケイ灰石結晶の結晶粒成長と液相形成を促進する。焼結助剤の添加は、焼結温度を効果的に低下させ、セラミック母材の緻密化度を向上させる。さらに、調製されたセラミックスの浸出毒性は、標準規制値を十分に下回る。本研究は、尾鉱の高付加価値リサイクルに向けた新規アプローチを提供する。
- 転炉スラグと銅スラグを対象に、鉄抽出の協同酸化と尾鉱のセラミック製造を組み合わせた2段階利用法を提案
- 尾鉱を50 wt%含むケイ灰石ベースセラミックスは、均一分散した微細な閉気孔を持つ単一のケイ灰石相を形成
- 焼結温度1190°Cで吸水率0.33%、曲げ強度80.5 MPaを達成
- 焼結温度上昇によりケイ灰石結晶の粒成長と液相形成が促進されることを確認
- 焼結助剤添加により焼結温度を低減し、セラミック母材の緻密化度を向上
- 調製したセラミックスの浸出毒性は標準規制値を十分に下回る
転炉スラグ・銅スラグという産業副産物からケイ灰石系セラミックスを製造し、鉄を協同酸化で回収しつつ残渣を高付加価値建材・セラミックスへ転換する2段階プロセスを提案した研究。吸水率0.33%、曲げ強度80.5MPa、浸出毒性が規制値以下という定量結果は、製鉄・非鉄精錬各社が抱えるスラグ処理コストと環境規制リスクを、付加価値製品の売上に転換できる可能性を示す。廃棄物処理から素材供給への収益源シフトに関心を持つ製鉄・非鉄・セメント関連の投資判断で注目したい。ただし実験室スケールの結果であり、実用化にはスケールアップと経済性検証が前提となる。