(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ:0.020〜0.5 wt％、Ｓ:0.020〜0.5 wt％およびＢ:0.020〜0.5 wt％の内から選ばれる１種または２種以上を含有する鉄粉としたことを特徴とする有害物除去処理用鉄粉。
【請求項２】
Ｃ：4.5 wt％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる水アトマイズ鉄粉としたことを特徴とする有害物除去処理用鉄粉。
【請求項３】
Ｐ:0.020〜0.5 wt％、Ｓ:0.020〜0.5 wt％およびＢ:0.020〜0.5 wt％の内から選ばれる１種または２種以上並びにＣ：4.5 wt％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる水アトマイズ鉄粉としたことを特徴とする有害物除去処理用鉄粉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有害物除去処理用の鉄粉に係わり、特に、排水中に含まれるＰ化合物等の有害物の除去処理に好適な鉄粉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活排水や産業排水に含まれるＰ化合物等の有害物が、河川、湖沼および海水に流れ込み、それらの富栄養化を誘発し、あおこや赤潮等に代表される環境汚染を発生させている。これらの環境汚染を防止するため、従来から石灰、硫酸アルミニウム、塩化鉄を排水に添加して、凝集沈殿を行いＰ化合物を除去することが行われている。
【０００３】
しかし、これらの物質を用いる方法は、発生する汚泥が多いという問題や、アルミニウムイオンの溶出による２次汚染の問題や、液体で取扱が困難であるという問題があった。
これらの対策として、例えば、特開昭57-4288 号公報に、固体であって取扱の容易な、鉄、亜鉛およびマンガンの内のから選ばれる少なくとも１種もしくはその酸化物を、Ｐ化合物を含む排水に添加し、前記Ｐ化合物と反応させて、Ｐ化合物を排水中から除去する処理方法が開示されている。例えば、鉄粉をＰ化合物を含む排水に添加し、鉄粉から溶出した鉄イオンとリン酸イオンを反応させて、Ｐ化合物を排水中から除去できるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭57-4288 号公報に記載されている鉄粉は、鉄の溶出速度が十分でなく、Ｐ化合物の除去性能が劣り、排水中からＰ化合物を効率よく除去できないという問題があった。
また、Ｐ化合物の他に、重金属、有機塩素化合物などの有害物も効率よく除去することができなかった。
【０００５】
本発明は、排水中のＰ化合物や有害物を効率よく除去できる、除去性能のよい鉄粉を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者等は、鋭意検討を行った結果、特定の元素を特定の量、鉄粉に含有させることにより、鉄粉から排水中へ溶出する鉄の溶出速度を増大でき、Ｐ化合物等の有害物の除去性能が向上することを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、Ｐ:0.020〜0.5 wt％、Ｓ:0.020〜0.5 wt％およびＢ:0.020〜0.5 wt％の内から選ばれる１種または２種以上を含有する鉄粉としたことを特徴とする有害物除去処理用鉄粉である。前記鉄粉は、少なくともＰ:0.020〜0.5 wt％を含有するのが好ましい。
【０００７】
また、Ｃ：4.5 wt％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる水アトマイズ鉄粉としてもよいし、Ｐ:0.020〜0.5 wt％、Ｓ:0.020〜0.5 wt％およびＢ:0.020〜0.5 wt％の内から選ばれる１種または２種以上並びにＣ：4.5 wt％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる水アトマイズ鉄粉としてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の限定理由を説明する。
先ず、第１の発明であるＰ:0.020〜0.5 wt％、Ｓ:0.020〜0.5 wt％およびＢ:0.020〜0.5 wt％の内から選ばれる１種または２種以上を含有した鉄粉について説明する。
【０００９】
第１の発明では、鉄粉に含有する元素として、Ｐ、ＳおよびＢの内から選ばれる１種または２種以上を選択した。Ｐ、ＳおよびＢの元素は、単独でも２種以上を添加しても、鉄粉から排水中へ溶出する鉄の溶出速度を増大し、Ｐ化合物等の有害物の除去性能を向上する。これらの元素が鉄の溶出速度を大きくする理由は明確ではないが、水と鉄粉の界面において鉄の腐食を促進しているためと考えられる。
【００１０】
Ｐ、Ｓ、およびＢのいずれかの含有量が0.020 wt％未満では、鉄の溶出速度を増大する効果が小さく、Ｐ化合物や有害物の除去性能を大きくする効果が十分でない。一方、Ｐ、Ｓ、およびＢのいずれかの含有量が、0.5 wt％を超えると、鉄粉を長時間排水中に浸漬して使用した場合や鉄粉を繰り返して排水中に浸漬し、長時間使用した場合、鉄の溶出速度が減少し、Ｐ化合物等の有害物の除去性能が低下する。Ｐ、Ｓ、およびＢのいずれかの含有量が0.5 wt％を超えると、鉄粉の溶出速度が低下する原因としては、それぞれの元素と鉄との化合物、Fe3P、FeS 、Fe2Bが粗大化し、前記化合物と地鉄との界面長さが減少することや鉄粉を排水中に長時間浸漬すると鉄粉の表面が前記化合物で覆われてしまうことが考えられる。
【００１１】
このため、Ｐ:0.020〜0.5 wt％、Ｓ:0.020〜0.5 wt％およびＢ:0.020〜0.5 wt％の内から選ばれる１種または２種以上を含有した鉄粉とした。
また、Ｐ、ＳおよびＢの元素の内で、Ｐの元素が、Ｐ化合物等の有害物の除去性能を向上させる効果が最も大きいので、少なくともＰを0.020 〜0.5 wt％含有するのが好ましい。次いで効果が大きい元素はＳ、その次はＢである。
【００１２】
第１の発明の鉄粉を製造する方法は特に限定しないが、Ｐ、Ｓ、Ｂの内から選ばれた１種または２種以上を添加して、成分が調整された溶鋼を水アトマイズして製造してもよいし、水アトマイズした後、さらに仕上げ還元（還元、脱炭、仕上げ焼鈍を行う。）を施してもよい。あるいは、ミルスケール（酸化鉄）と粉コークスや粉石炭または鉄鉱石と粉コークスや粉石炭とを、耐火物容器中に同心円状に充填し、粗還元する際に、粉コークスや粉石炭の硫黄分を用いるかまたは浸硫防止のために加えている石灰の添加量を減少することで、浸硫させて製造してもよい。粗還元した後、さらに仕上げ還元を施してもよい。
【００１３】
また、第１の発明の鉄粉は水アトマイズして製造する際の製造限界から、Ｃ含有量を4.5 wt％以下とするのが好ましく、残部Feおよび不可避的不純物である。
次に、第２の発明であるＣ：4.5 wt％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる水アトマイズ鉄粉について説明する。
第２の発明である水アトマイズ鉄粉は、従来の水アトマイズ法と同様に、溶鋼を水アトマイズして製造した鉄粉であって、仕上げ還元を施していないものとするのが好ましい。水アトマイズ後、仕上げ還元すると、仕上げ還元を施すので、製造コストが高くなることおよび仕上げ還元すると、Ｐ化合物等の有害物の除去性能が低くなるためである。
【００１４】
また、水アトマイズ鉄粉は、ミルスケールや鉄鉱石を還元した海綿鉄粉および海綿鉄粉を仕上げ還元した鉄粉よりも、Ｐ化合物等の有害物の除去性能が大きいからである。水アトマイズ鉄粉の組織が、水で急冷された結晶歪の大きな焼入組織であり、鉄の溶出速度が大きくなったことによると考えられる。
Ｃの含有量を4.5 wt％以下とした理由を説明する。
【００１５】
Ｃは、水アトマイズの際に鉄粉表面の酸化を抑制し、鉄粉表面に形成される酸化物を少なくすることおよび結晶歪の大きな組織とすることにより、Ｐ化合物等の有害物の除去性能を向上する。このため、Ｃを含む溶鋼を水アトマイズする。Ｃ含有量が4.5 wt％を超えると、水アトマイズ時に溶鋼流からのCOガス発生が多量となり、溶鋼流が飛散してアトマイズ操業が困難となり、鉄粉を安定して製造することができない。このため、Ｃ含有量を4.5 wt％以下とする。
【００１６】
水アトマイズ鉄粉のＣ含有量を0.15wt％未満とすると、水アトマイズの際に鉄粉表面が酸化され、鉄粉表面に酸化物が多く形成されるため、Ｐ化合物等の有害物の除去性能が低下する。このため、Ｃ含有量を0.15wt％以上とするのが好ましい。。Ｃ含有量を0.15wt％以上とすると鉄粉表面の酸化が抑制されて、Ｏ含有量が0.5 wt％以下にすることができる。
【００１７】
不可避的不純物としては、例えば Si 、Mnがあげられ、Si:0.02 wt％以下、Mn:0.20 wt％以下とするのが好ましいが、溶鋼の精錬処理の条件に応じてSi：2 .0wt％以下、Mn：2.0 wt％以下とするとよい。
Siは、酸素との親和力が強い元素であって、Si含有量が、2 .0wt％を超えると、水アトマイズの際に鉄粉表面に難還元性の酸化物を多く形成し、Ｐ化合物等の有害物の除去性能が低下する。このため、Si含有量を2.0 wt％以下とするとよい。  Mnも、酸素との親和力が強い元素であって、Mn含有量が、2.0 wt％を超えると、Siと同様に水アトマイズの際に鉄粉表面に難還元性の酸化物を多く形成し、Ｐ化合物等の有害物の除去性能が低下する。このため、Mn含有量を2.0 wt％以下とするとよい。さらに、Mn:0.20 wt％以下、Si:0.02 wt％以下とすると、MnとSiの含有量を汎用鉄粉と同じにでき、水アトマイズ鉄粉の生産コストが低下するので好ましい。
【００１８】
第３の発明である、Ｐ:0.020〜0.5 wt％、Ｓ:0.020〜0.5 wt％およびＢ:0.020〜0.5 wt％の内から選ばれる１種または２種以上並びにＣ：4.5 wt％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる水アトマイズ鉄粉について説明する。
Ｐ:0.020〜0.5 wt％、Ｓ:0.020〜0.5 wt％およびＢ:0.020〜0.5 wt％の内から選ばれる１種または２種以上を含有する理由については、前述した第１の発明と同じであり、さらに、Ｃ：4.5 wt％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる水アトマイズ鉄粉とする理由については、前述した第２の発明と同じである。第３の発明の水アトマイズ鉄粉は、第２発明の鉄粉と同様に仕上げ還元を施していないものとするのが好ましい。
【００１９】
第１、第２および第３の発明の鉄粉は、比表面積を0.01〜1.0m2/g とするのが好ましい。この理由は、比表面積が大きいほど、単位重量当たりの表面積が大きくなるので、排水と接触する面積が大きくなって、鉄の溶出には有利であるが、1.0m2/g を超えると、空気中の酸素と粒子表面の反応性が大きくなり、粒子表面が酸化物で覆われて、鉄の溶出速度が低下したり、酸素と反応して発火しやすくなるためである。一方、0.01m2/g未満とすると、表面積が小さくなって鉄の溶出速度が小さくなるからである。
【００２０】
また、第１、第２および第３の発明の鉄粉は、粒子径を1 〜1000μm とするのが好ましい。この理由は、1000μm を超えると、鉄粉形状のため0.01m2/g  未満の比表面積となるからで、一方、1 μm 未満では1.0m2/g を超える比表面積となるからである。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
Ｐ、Ｓ、Ｂの内から選ばれた１種または２種以上を添加して、成分が調整された溶鋼を水アトマイズした後、脱水、乾燥、解砕、分級して、Ｃ含有量0.15wt％の水アトマイズ鉄粉を得た。MnおよびSiは溶鋼の酸化精錬により調整した。
【００２２】
これらの水アトマイズ鉄粉を、水素雰囲気中、900 ℃×1hr で仕上げ還元（還元、脱炭、仕上げ焼鈍が施される。）した後、解砕、分級して、表１に示す本発明例の鉄粉を得た。
一方、Ｐ、Ｓ、Ｂのいずれの元素も添加しない溶鋼を水アトマイズした後、前記発明例と同様にして比較例の鉄粉を得た。
【００２３】
得られた発明例と比較例の鉄粉は、平均粒径70μｍ、BET 法で測定した比表面積0.01〜0.1m2/g であった。BET 法は、粒子表面に吸着させたガス量を測定して算出する方法で、ここでは、液体窒素温度での窒素ガスの吸着量を室温に戻して離脱してくるガス量をガスクロマトグラフィで測定した。発明例および比較例の鉄粉の比表面積が前記範囲であったので、幾何学的形状による反応性は同じ条件となっている。
【００２４】
得られた鉄粉2gを、Ｐ濃度15ppm のリン酸水溶液200 g に添加し、2 分間攪拌した。攪拌後の水溶液をろ過し、鉄粉と反応生成物を除去した後、ろ液中のＰ濃度を定量した。ろ液のＰ濃度を、u （ppm ）として、Ｐ化合物の除去性能を下記除去速度Ｒ( 表中のＰの除去速度) で評価した。
結果を表１に示す。
【００２５】
Ｒ=(15-u)/15×100/t   ・・・・・・(1)
但し、ｔ：攪拌時間( 分）
【００２６】
【表１】
0003702662.tif 000002
【００２７】
本発明例の鉄粉は、Ｐ化合物の除去速度が30％以上であるのに対して、比較例の鉄粉はＰ化合物の除去速度が30％未満であった。
（実施例２）
溶鋼中への添加Ｃ量を調整するかまたはＰ、Ｓ、Ｂの内から選ばれた１種または２種以上が添加されるとともに、添加Ｃ量を調整した溶鋼を、水アトマイズした後、脱水、乾燥、解砕、分級して、表２、表３に示す本発明例の鉄粉を得た。MnおよびSiは溶鋼の酸化精錬により調整した。
【００２８】
得られた発明例の鉄粉は、平均粒径70μｍ、BET 法で測定した比表面積0.01〜0.1m2/g であった。
これらの鉄粉について、攪拌時間を1 分とし、それ以外の条件は実施例１と同様にしてＰ化合物の除去速度を測定した。
結果を表２、表３に示す。
【００２９】
【表２】
0003702662.tif 000003
【００３０】
【表３】
0003702662.tif 000004
【００３１】
本発明例の鉄粉は、Ｐ化合物の除去速度が30％以上であった。
また、水アトマイズした発明例の鉄粉である試料番号B25 と実施例３のミルスケールを還元した海綿鉄粉である試料番号C01 とを比較すると、水アトマイズした発明例の鉄粉の方が、Ｐ化合物の除去速度が大きくなっている。この理由としては、前記したように水アトマイズした鉄粉組織が、水で急冷された結晶歪の大きな焼入組織となっているため、鉄の溶出速度が大きくなったことによると考えられる。
【００３２】
（実施例３）
ミルスケール（酸化鉄）と粉コークスとを、耐火物容器中に同心円状に充填し、1150℃×40hrで、粗還元した。粗還元する際に、前記粉コークスに添加する石灰の添加量を減少して浸硫させた。粗還元後、粉砕、分級して、表４に示す発明例の鉄粉を得た。一方、同一ロットのミルスケールを、粗還元する際に、前記の浸硫するための処理は行わなかったが、それ以外は同様にして比較例の鉄粉を得た。
【００３３】
得られた発明例と比較例の鉄粉は、平均粒径70μｍ、BET 法で測定した比表面積0.05〜0.20 m2/g であった。
これらの鉄粉について、攪拌時間を1 分とし、それ以外の条件は実施例１と同様にしてＰ化合物の除去速度を測定した。
結果を表４に示す。
【００３４】
【表４】
0003702662.tif 000005
【００３５】
本発明例の鉄粉は、Ｐ化合物の除去速度が30％以上であるのに対して、比較例の鉄粉は除去速度が30％未満であった。
（実施例４）
実施例３と同一ロットのミルスケールを、実施例３の発明例と同じ条件で、粗還元、粉砕、分級した後、水素ガス中、900 ℃×1hr で仕上げ還元（還元、脱炭、仕上げ焼鈍が施される。）し、粉砕、分級して、表５に示す発明例の鉄粉を得た。一方、同一ロットのミルスケールを粗還元する際に、実施例３の発明例で施した浸硫する処理を行わなかったが、それ以外は前記発明例と同様にして比較例の鉄粉を得た。
【００３６】
得られた発明例と比較例の鉄粉は、平均粒径70μｍ、BET 法で測定した比表面積0.05〜0.20 m2/g であった。
これらの鉄粉について、攪拌時間を1 分とし、それ以外の条件は実施例１と同様にしてＰ化合物の除去速度を測定した。
結果を表５に示す。
【００３７】
【表５】
0003702662.tif 000006
【００３８】
本発明例の鉄粉は、Ｐ化合物の除去速度が30％以上であるのに対して、比較例の鉄粉はＰ化合物の除去速度が30％未満であった。
なお、実施例３および実施例４では、ミルスケールを用いたが、鉄鉱石を用いても同様な結果が得られたので、いずれを用いてもよい。
【００３９】
また、Ｐ化合物の他に、重金属、有機塩素化合物などの有害物も同様に効率よく除去できることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の鉄粉によれば、鉄の溶出速度が大きく、Ｐ化合物等の有害物の除去性能が優れているので、排水中のＰ化合物等の有害物を効率よく除去できる。