鉄鋼業の資源・環境・エネルギー問題解決への触媒・鉄源としての低品位鉄鉱石利用

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製鉄業での鉱石品位の低下に伴い、劣質ゲーサイト（FeOOH）鉱石の使用量が増大している。ゲーサイト鉱石は粉化しやすく焼結プロセスで超高温・長時間処理して高炉に投入する必要がある。一方、ゲーサイトは300℃程度の低温か焼で多孔質化し、得られた細孔中に炭素を導入した炭材内装鉱石は極めて低温で還元されることが分かっている。焼結プロセスを伴わない低温処理のみでゲーサイト鉱石からの高速製鉄が可能である。昨年度の研究では、作製した炭材内装ゲーサイト鉱石から酸素雰囲気での急速加熱によりわずか1分程度で部分的に金属鉄を得た。一方、還元率は30%程度と低いため、さらなる還元率の向上が必要であった。そこで今年度は、初めに最適な炭材内装鉱石の作製条件の検討をおこなった。数値計算ソフトウェアを用いた熱的な計算で、鉱石の完全還元および溶融が起こる条件下での炭材内装鉱石中の必要炭素量の評価を実施した。炭材内装鉱石製造条件では、鉱石が通常Fe3O4まで還元されていることも踏まえると、炭材内装ゲーサイト鉱石は27.9wt%以上の炭素を含有している必要があることがわかった。この結果は、今後の炭材内装ゲーサイト鉱石製造条件の指針となる。次に、異なるタール量および炭化処理温度で作製した炭材内装鉱石を用いた還元実験をおこなった。使用するタール量を大きくする、またはタール処理温度を低くすることで炭材内装鉱石中の炭素量および細孔充填率は増大した。還元実験での還元率は、炭素量がより大きな炭材内装鉱石で高くなった。これは鉱石表面の炭素量が増大し再酸化を防止したことに加え、鉱石内部で鉱石/炭素間の接触面積が増大したことにより還元が高速化したためである。作製条件を変えることで、還元実験での還元率が昨年度の30%から最大60%程度まで向上した。