(57)【要約】【課題】特殊鋼の製造原料であるフェロクロムの代替として使用可能なクロム原料であって、より安価なクロム原料を提供する。【解決手段】クロム原料７は、シリコンスラッジ２を脱液処理して得られたシリコンケーキ３と、粉状のクロム鉱石１とを樹脂バインダー４と共に混合機５により混合した後、成型機６により塊状に成型してなる。フェロクロムの例えば一部代替として使用した場合、酸化クロムはシリコンにより瞬時に還元され、金属クロムとなって溶鋼に溶け込む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンスラッジを脱液処理して得られたシリコンケーキと、粉状のクロム鉱石とを樹脂バインダーと共に混合機により混合した後、成型機により塊状に成型してなることを特徴とするクロム原料。
【請求項２】
クロム鉱石とシリコンの混合比率が質量比で５０：５０〜７０：３０であることを特徴とする請求項１に記載のクロム原料。
【請求項３】
シリコンスラッジ中のシリコンが多結晶シリコン又は単結晶シリコンをスライスする際に発生する微粉末シリコンである請求項１又は２に記載のクロム原料。
【請求項４】
シリコンスラッジが炭化珪素を含み、当該炭化珪素は、多結晶シリコンもしくは単結晶シリコンをスライスする際に用いられる研磨材である請求項１〜３の何れかに記載のクロム原料。
【請求項５】
樹脂バインダーが水溶性樹脂である請求項１〜４の何れかに記載のクロム原料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロム原料に関するものであり、詳しくは、特殊鋼の製造原料であるフェロクロムの代替として使用可能なクロム原料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クロムは、鋼の耐食性を著しく向上させ且つ強度も改善するため、特殊鋼などに多く用いられている。特に、ステンレス鋼あるいは耐熱鋼には１０％以上のクロムを含有させるため、クロム源であるフェロクロムの製造原料となるクロム鉱石が大量に輸入されている。また、クロム鉱石は、地球上に偏在しているため、重要レアメタルとして国により貯蔵が管理されている。
【０００３】
クロムは、典型的な難還元元素であり、クロム鉱石より鉄鋼原料になるフェロクロムを製造するには、大量のコークスと大量のエネルギー（電力）を必要とする。すなわち、フエロクロムは、クロム鉱石中の三酸化二クロムおよび一酸化鉄を炭素により還元したクロム−鉄−炭素合金であり、フエロクロムの製造においては、クロム鉱石、還元剤としてのカーボン、鉱滓形成物などを電気炉に装入し、１６００℃以上の温度を維持するため、膨大な熱エネルギーが消費される。一方、輸入されるクロム鉱石の７０〜８０％は粉鉱石であるが、電気炉を安定して操業するには、成型機を用いて粉鉱石を予め塊状化処理し、粉鉱石の装入比率を抑制する必要がある。従って、事前処理としての塊状化処理もコストアップの一因となっている。
【０００４】
昨今、フェロクロムの製造においては、クロム鉱石の事前処理（固相還元）技術も開発され、電力消費量も大幅に削減されている。例えば、クロム鉱石を粒径１ｍｍ以下に微粉砕して流動床炉に装入し、流動床炉内を６５０〜９５０℃に保持しつつ、炭化水素と水素との混合ガスを吹込み、流動床炉内に生成された炭化クロムおよび炭化鉄混合物から脈石を重液選鉱法で分離するようにした炭化クロムおよび炭化鉄混合物の製造方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３０１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フェロクロムの製造においては、約２０００ＫＷＨ／トンの電力が必要とされ、且つ、還元に長時間を要するため、フェロクロムは、未だに「高価な鉄鋼原料」の１つであることに相違ない。
【０００７】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、特殊鋼の製造原料であるフェロクロムの代替として使用可能なクロム原料であって、より安価なクロム原料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、種々検討した結果、クロム鉱石を還元するに当たり、従前の炭素による還元反応に代えて、強力な還元作用を有するシリコンを使用し、公知のシリコンテルミット反応を利用することにより、電気炉の消費電力を大幅に軽減できることを見出した。そして、シリコンとして、ウエハー製造工場から排出されるシリコンスラッジを脱液処理して得られたシリコンケーキを乾燥処理することなく利用するならば、フェロクロムに替わる一層安価なクロム原料を粉状のクロム鉱石から直ちに製造できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は、シリコンスラッジを脱液処理して得られたシリコンケーキと、粉状のクロム鉱石とを樹脂バインダーと共に混合機により混合した後、成型機により塊状に成型してなることを特徴とするクロム原料に存する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のクロム原料によれば、粉状のクロム鉱石をそのまま使用し、かつ、シリコンスラッジを脱液処理して得られたシリコンケーキを乾燥させることなく、これを前記のクロム鉱石にバインダーと共に混合して成型することにより、容易に且つ安価に製造でき、そして、特殊鋼の製造原料であるフェロクロムの一部または全部の代替として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係るクロム原料の製造工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るクロム原料の実施形態を説明する。図１に示すように、本発明のクロム原料７は、粉状のクロム鉱石１とシリコンケーキ３とを樹脂バインダー４と共に混合機５により混合した後、成型機６により塊状に成型して製造される。
【００１３】
クロム鉱石１としては、クロム鉱石の輸入量の８割程度を占める粉状の鉱石（粉鉱石）を使用する。クロム鉱石１は、通常、三酸化二クロムを約４０質量％、一酸化鉄を約２７質量％含んでいる。一方、シリコンケーキ３は、シリコンスラッジ２を脱液処理して得られたものである。
【００１４】
ところで、シリコンは、近年、再生可能エネルギーの一つとして脚光をあびている太陽電池の素材であり、太陽電池に用いられるシリコンウエハーは、ウエハー製造工場において、多結晶シリコン又は単結晶シリコンのインゴットをワイヤーソーでスライスしたものである。スライスに用いられワイヤーソーは、通常１００〜１５０ミクロンの径を持っているため、スライス処理においては、ワーヤーソーの直径分のシリコン粉が発生することになり、その量は、シリコンウエハーの製造量と略同量と言われている。
【００１５】
また、シリコンのインゴットのスライスは、炭化珪素粉を溶かし込んだ水溶液中で行われるため、スライス時に発生するシリコン粉は、スラリー状態で且つ炭化珪素を含む所謂シリコンスラッジ２として排出される。通常、シリコンも、クロムと同様に、難還元元素であり且つ高価な金属であるため、シリコンスラッジ２については、再利用を目的として、真空加熱炉、遠心分離機あるいはプレスフィルター等を用いて脱液処理を施し、水分やグリコールの含有量が３０〜４０質量％程度のシリコンケーキ３を製造する。
【００１６】
更に、シリコンケーキ３は、押出成型機を使用してペレット状に成型した後、乾燥炉に装入して乾燥処理を施し、水分やグリコールの含有量を例えば１０質量％未満まで低減させ、再利用原料として出荷されている。しかしながら、シリコンケーキ３のシリコンは、数ミクロンの微粒子であるため、乾燥処理に困難を極めている。また、水分等を抜きすぎてドライ状態になると、酸化されて発火する危険もある。シリコンも鉄鋼にとって不可欠な元素であり、フェロシリコンの形で年間４０万トンが海外から輸入されている。
【００１７】
本発明においては、上記のようにシリコンスラッジ２を脱液処理して得られたシリコンケーキ３を乾燥処理することなくそのまま利用する。すなわち、本発明においては、シリコンスラッジ２を脱液処理して得られたシリコンケーキ３と、そのままでは利用し難い粉状のクロム鉱石１とを混合すると共に、混合の際に樹脂バインダー４を添加する。
【００１８】
通常、クロム鉱石１とシリコン（シリコンケーキ３におけるシリコン）の混合比率は質量比で５０：５０〜７０：３０とされ、クロム原料７の全体量に対する樹脂バインダー４の混合比率は２〜１２質量％とされる。
【００１９】
樹脂バインダー４としては、各種の水溶性樹脂を使用できる。水溶性樹脂としては、特に制限されないが、例えばカルボキシル基含有重合体が好適に使用される。カルボキシル基含有重合体としては、例えば、アラビアガム、カラヤガム、トラガントガム、アルギン酸塩類などの天然の酸性多糖類、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルハイドロキシエチルセルロース等の半合成の水溶性高分子物質、グアーガム、ローカストビーンガム等の中性多糖類の変性物、ポリアクリル酸塩類などの合成水溶性高分子物質が挙げられる。
【００２０】
粉状のクロム鉱石１、シリコンケーキ３及び樹脂バインダー４の混合においては、ホッパーに撹拌羽根が配置されたバッチ方式のミキサー、円筒状本体に撹拌スクリュウが挿通された連続処理方式のミキサー等の混合機５を使用して均一に混合処理する。そして、得られた混合物を成型機６に供給し、ペレット等の塊状に成型されたクロム原料７を製造する。なお、成型機６としては、例えば、ラム又はスクリュウの加圧によって金型から押し出す直接押出方式の成型機が使用できる。
【００２１】
すなわち、本発明のクロム原料７は、粉状のクロム鉱石１（粉鉱石）を利用すると共に、ウエハー製造工場より排出されたシリコンスラッジ２に脱液処理を施して得られたシリコンケーキ３をそのまま乾燥することなく利用する。そして、これらを樹脂バンダーと共に混合機５で充分に混合した後、成型機６により塊状に成型することにより製造される。
【００２２】
上記のようにして塊状にされた成型されたクロム原料７、すなわち、クロム鉱石１（粉鉱石）とシリコン混合物は、特殊鋼の製造において、製造原料であるフェロクロムの例えば一部の代替として電気炉または転炉等の溶融炉に装入される。炉内では、シリコンテルミット反応が起こり、反応熱によりクロム鉱石は溶かされ且つ鉱石中の酸化クロムはシリコンにより瞬時に還元され、金属クロムとなって溶鋼に溶け込む。
【００２３】
上記のように、本発明のクロム原料７は、粉状のクロム鉱石１をそのまま使用し、かつ、シリコンスラッジ２を脱液処理して得られたシリコンケーキ３を乾燥させることなく、これを前記のクロム鉱石１にバインダー４と共に混合機５で混合し、成型機６で成型することにより、容易に製造できる。すなわち、貴重ではあるが利用方法に難のある２つの原料を有機的に組み合わせることにより、安価な方法で製造できる。そして、大量に使用されているフェロクロムの一部または全部の代替として使用できる。しかも、従来はクロム鉱石を溶かすのに多くの電力などのエネルギーを必要とするところ、本発明のクロム原料７を使用した場合は、シリコンの強烈な発生熱（還元作用）を利用するため、特殊鋼の製造においてエネルギーの大幅な節減が可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１  ：クロム鉱石（粉鉱石）
２  ：シリコンスラッジ
３  ：シリコンケーキ
４  ：樹脂バインダー
５  ：混合機
６  ：成型機
７  ：クロム原料
【図１】
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