제철소 슬래그스포츠 사이트 황색 인 생산을위한 온도 감소 과정 탐색

Kishida Takuya, Murobushi Shoko, Mochizuki Kyosuke

PDF 다운로드

Kishida Takuya, 기술 개발 본부, 기술 인프라 센터, 물리 및 화학 기술 부서
Murobushi Shoko, 기술 인프라 센터, 기술 개발 본부, 수석 조사관 물리학 및 화학 기술 부서
Mochizuki Kyosuke, 기술 개발 본부, 물리 및 화학 기술 부서, 기술 인프라 센터

9127_9486₂O₅)가 감소되는 메커니즘을 조사했다.

산업적으로 중요한 자원 인 노란색 인의 공급은 전적으로 수입에 의존하며 국내 생산은 안정적인 공급을 위해 필요합니다. 그러나 두 가지 과제가 있습니다. (1) 인산암 인 포스페이트 암석, 원료는 일본스포츠 사이트 국내스포츠 사이트 채굴 할 수 없으며 (2) 인산암 암석을 포함한 다양한 인 자원으로부터의 인 회수는 기존의 방법으로 막대한 전기 소비가 필요합니다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 낮은 온도스포츠 사이트 황색 인을 생산하는 방법이 조사되었다. 이 방법은 원료로 국내 최대의 미사용 인 자원 인 스틸 메이킹 슬래그, 환원제로서 실리콘 (SI)을 사용합니다. 환원제로서 종래의 코크스 (C) 대신 SI를 사용함으로써, 인은 1,273 K의 낮은 온도 조건스포츠 사이트 슬래그로부터 분리 될 수있다. 표면 분석 (SEM-EDS, 원소 분석)은 또한 인산염 (P₂O₅) 슬래그 의이 저온 과정스포츠 사이트 SI의 확산에 의해 슬래그의 감소가 줄어 듭니다.

1. 소개

노란색 인은 중요한 산업 자원이지만 해외스포츠 사이트 수입을 공급하기 위해 완전히 의존하는 고갈 된 자원입니다. 따라서 공급에 대한 우려가 있으며 안정적인 공급을 위해 국내 생산이 필요합니다. Otake⁽¹⁾일본 내 인의 물질 흐름을 조사했습니다. 해당 설문 조사 결과 중 일부그림 1에 표시됩니다. 이에 따르면, 하수 슬러지스포츠 사이트 파생 된 산업용 폐기물 및 제철소 슬래그는 연간 순 성분으로 약 42,000 톤과 111,000 톤의 인 (P)을 함유하고 있다고보고된다. 이 두 가지 모두 약 34,000 톤 이상의 인이 인 광석으로 수입되어 있습니다. 슬러지스포츠 사이트 습식 인 생산에 의해 얻어진 인은 순도가 낮은 순도가 25-30%이며 비료에만 사용됩니다.⁽²⁾. Yu et al.의 보고서, 슬러지 유래 인산을 통한 고순도 황색 인의 생산을 조사한보고.⁽³⁾도 있지만 전기 가격과 운송 비용은 일본 내스포츠 사이트 실질적으로 사용하기위한 도전으로 간주됩니다. 따라서이 연구는 일본스포츠 사이트 가장 큰 미사용 인 자원 인 Steel Slag의 인 생산에 중점을 두었습니다. 인은 강철 메이킹 슬래그스포츠 사이트 산화물 형태로 존재하며, 노란색 인으로 생성 될 것으로 예상 될 수 있으며,이를 줄임으로써 부가가치가 높습니다.

표 1은 이전 기술의 문제 와이 연구의 제안 된 방법의 장점을 보여줍니다. Coke (C)를 환원제로 사용하는 기존 기술스포츠 사이트 반응 온도는 1,473k 이상으로 높습니다^{(4), (5)}, 14,000 kW · H/T (인간 동등한 전력이 필요합니다⁽²⁾. 이것은 사회 스포츠 사이트이 기술을 구현하는 데 어려움입니다. 이 문제를 해결하기 위해,이 연구스포츠 사이트, 더 낮은 온도스포츠 사이트 인을 생산하기 위해, C보다 강한 환원 전력을 갖는 실리콘 (SI)은 환원제로 사용되었고 그 효과를 조사했다. SI가 C보다 감소력이 더 높은 이유는 Si가 원자 반경이 클수록, 전기 음성이 높고 전자를 방출 할 가능성이 더 높기 때문이라고 생각된다. SI가 환원제로 사용되는 이유는 감소력이 높기 때문에 실리콘 슬러지라고 불리는 미사용 자원으로 일본에 존재하기 때문입니다. Fujimura et al.⁽⁶⁾슬래그 모의 물질에 대한 환원제로서 Si 파우더 시약을 사용하고, 노란 인은 1,273K스포츠 사이트 생산 된 것으로 밝혀졌다. 또한, 원료 슬래그의 밀링 작업은 재료를 시뮬레이션하고 반응성을 증가시키는 것으로보고된다.

이 연구스포츠 사이트, 산업화에 대한 시선으로, 우리는 인산 칼슘으로부터 원료를 변화함으로써 원료로 생성 될 수 있는지 (20 WT% 인 함유) 슬래그 시뮬레이션 물질로서 (약 3 wt% 인 포스 포스를 포함하는지, 또한 슬래그를 지칭하는지, 이에도한 것으로, 이에도하는 것, 또한 이후의 인을 포함하는지) 희석 된 인 농도를 갖는 원료로부터 생산 될 수 있고, 공정을 단순화하기 위해, 방법은 Fujimura et al. 우리는 기존의 방법보다 1,273K의 반응 온도스포츠 사이트 인 형성 실험을 수행하고 반응 메커니즘을 조사했습니다.

2. 테스트 방법

SLAG 및 SI 시약 (99.9%)을 혼합하여 세 가지 유형의 샘플을 준비했습니다. 이 시간에 사용 된 슬래그는 P2O5 형태로 2.89 중량% 인을 함유 하였다. 사용 된 테스트 장비그림 2에 표시됩니다. 샘플을 알루미나 연소 보트에 넣고 알루미나 튜브의 중앙에 놓고 전기 용광로로 가열 하였다. 표적 반응 온도에 도달 한 후, 온도는 지정된 기간 동안 유지되었다. 테스트 조건의 세부 사항표 2에 표시됩니다. 실리콘 플러그를 알루미나 튜브에 부착하고, 아르곤 (AR) 가스 (99%)를 4 L/분의 유량으로 흐르고 가열 하였다. 감소 및 가스화 된 황색 인은 후속 단계스포츠 사이트 AR 가스와 결합됩니다 (H₂o) 트랩으로 날려 진 단성화되고 수집됩니다. 처리 후, X- 선 형광 분석기 (XRF)를 사용하여 화학 조성물을 분석 하였다.

SLAG-SI 시스템스포츠 사이트 인 감소 반응의 메커니즘을 조사하기 위해, SI/슬래그 중량 비율의 처리 조건에 대해 1,273K의 목표 온도에 도달 한 후, 온도가 일정하고 유지 시간이 변경되었고, 샘플은 에너지 분산 X- 레이 분광법에 따라 샘플을 적용 하였다 (SEM-EDS 분석).

3. 결과

그림 3은 슬래그와 Si의 혼합 샘플이 1,273K에 도달 한 후 4 시간 동안 유지 될 때 인 수율의 결과를 보여줍니다. 여기서는 인 수율 y는 가열 전후의 샘플 중량 w입니다._a, w_B및 XRF 분석에 의해 결정된 가열 전후의 샘플스포츠 사이트 P₂O₅중량 분획 x_a, x_B를 사용하여 방정식 (1)을 사용하여 정의됩니다.

그림 3에 도시 된 바와 같이, 획득 된 데이터의 범위 내스포츠 사이트, 인 수율은 Si/슬래그 중량 비율이 0.25 일 때 가장 큰 수율이었고, 심지어 Si 첨가 양이 증가하더라도 인 수율의 증가는 관찰되지 않았다.

SEM-EDS 분석 결과그림 4 ~ 6에 표시됩니다. 또한, 비교를 위해, 가열이없는 샘플도 SEM 관찰을 위해 수행되었다.그림 4에 표시된 바와 같이, 체류 시간이 증가하고 인 수율이 증가했습니다. 특히, 5 분스포츠 사이트 30 분 사이에 유의 한 증가가 관찰되었다. 또한,그림 5에 대한 SEM 관찰 결과로부터, 입자는 120 분의 유지 시간이있는 경우와 비교하여 열처리가없는 경우에 입자가 별도로 존재하는 반면, 120 분의 유지 시간이있는 경우 입자는 응축 (소결)에 의해 응집되었다.그림 6ha그림 5- (a), - (b)하나의 소결 된 입자의 표면스포츠 사이트 요소 중량 분획의 분석. 체류 시간이 증가함에 따라 슬래그스포츠 사이트 Si의 중량 분율이 증가하고 반대로 칼슘 (Ca)의 중량 분율이 감소한 것으로 확인되었다.

SEM-EDS 분석은 SI/슬래그 중량 비율 = 0.25, 1,273K 및 120 분의 보유 시간을 갖는 샘플스포츠 사이트 샘플 단면 방향으로 수행되었다. 결과그림 7에 표시됩니다.그림 7입자 표면 근처스포츠 사이트 Ca 농도가 낮고 Si 농도는 중심 부분에 비해 더 높다는 것이 밝혀졌다. 이는 환원제 인 SI가 슬래그로 확산되어 Si 농도가 증가하여 Ca 농도가 감소하기 때문입니다. 이 경향은 특히 입자 표면으로부터 3.5 μm 범위 내스포츠 사이트 두드러지며, 아래에 설명 된 메커니즘을지지하는 것으로 생각된다.

4. 고려 사항

그림 6의 결과에 기초하여, 슬래그 -SI 시스템의 반응 메커니즘에 대해 논의되었다.그림 5 - (b)의 SEM 이미지스포츠 사이트, 전체 샘플 용융의 징후는 관찰되지 않았다. 따라서, 슬래그의 인 및 고체의 부분 용융 또는 소결 (고체 확산 포함)에 의해 접촉 된 슬래그 및 환원제 SI가 접촉 인터페이스로부터 환원 반응이 진행되는 것으로 보인다. 슬래그의 인 농축 상 (CAO-P₂O₅-sio₂)는 2,273 K의 용융점이 있습니다.⁽⁷⁾. 따라서, 1,687K의 용융점 또는 인터페이스로부터의 확산으로 SI의 부분 용융은 SI가 슬래그 상으로 이동하고, 환원 반응이 시작되었다고 가정한다.

위스포츠 사이트그림 6의 결과 SI는 체류 시간에 걸쳐 부분적으로 녹거나 확산되어 슬래그로 이동하고 슬래그 입자스포츠 사이트 CA를 희석하는 것으로 해석 될 수 있습니다. 상기 추정 된 반응 메커니즘은이다그림 8에 표시됩니다. 슬래그스포츠 사이트의 인이 풍부한 상 (p₂O₅-cao-sio₂ )⁽⁷⁾17743_17860⁽⁸⁾. P₂O₅와 확산 된 Si와 접촉 할 때 발생했으며, 인은 노란 인 P4 (g) 형태로 슬래그스포츠 사이트 제거되었다.그림 7의 결과 슬래그 입자의 표면에 Si 입자의 확산 및 입자 경계 확산의 메커니즘을 나타내는 것으로 생각된다.

5. 결론

이 시험이 다음을 공개했습니다.

(1)

코크 (c)보다 더 높은 환원 전력을 갖는 실리콘 (SI)을 사용함으로써, 인은 1,273k의 온도스포츠 사이트 종래의 C 감소보다 낮은 1,273k의 슬래그스포츠 사이트 생성되었다. 이 연구의 새로운 프로세스는 기존의 방법에 비해 전력 소비를 줄일 수있는 잠재력이 있습니다.

(2)

이 연구스포츠 사이트 밀링이 제거 되더라도 처리 조건에 따라 인을 생산할 수 있으며, 이는 프로세스를 단순화하고 자본 투자 비용을 줄일 수 있습니다.

(3)

슬래그와 SI 입자 사이의 메커니즘은 분석 결과로부터 검사되며, 여기서 입자 인터페이스로부터의 Si의 부분 용융 또는 슬래그로의 SI 확산이 검증된다.

(4)

이 연구가 진행됨에 따라, 원자재 슬래그 및 실리콘 슬러지의 가치를 자원으로 개선하고 현재 수입에 의존하는 인 자원을 대상으로 일본의 순환 경제 실현에 기여할 것으로 예상됩니다.

- 사과 -

이 연구를 진행하면서, 우리는 Yamasue Hidetsugu 교수, Kashiwakura Shunsuke 및 Kugamura Yuo로부터 에너지 및 자원 및 순환 공학과, 기계 공학과, 과학 공학부, Ritsumeikan University의 조언을 받았습니다. 여기서 감사를 표현하고 싶습니다.

　　　　　　　　　　　　　 　 　 　

Volume 64, Issue 2 지속 가능한 미래를 지원하는 특별 기능 에너지 및 스마트 기술