(57)【要約】【課題】  鉄鋼製造過程からの還元鉄ペレット中に含まれる鉄メタルを、比較的容易な操作で短時間にて分析でき、コスト面でも有利な鉄メタルの定量分析法を提供する。【解決手段】  還元鉄ペレット中に含まれる鉄メタルを、臭素−メタノール混合液で完全に溶解し、得られた溶解液をろ紙に滴下して乾燥した後、ろ紙の溶解液滴下部分を蛍光Ｘ線分析装置により測定して鉄メタルを定量する。臭素−メタノール混合液への還元鉄ペレットの添加量は０.０８ｇ以上０.３ｇ未満とし、少なくとも２０分間撹拌して、鉄メタルを完全に溶解することが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元鉄ペレット中に含まれる鉄メタルの定量方法であって、還元鉄ペレット中の鉄メタルを臭素とメタノールの混合液で溶解し、得られた溶解液をろ紙に滴下して乾燥し、蛍光Ｘ線分析装置により定量することを特徴とする還元鉄ペレット中の鉄メタルの定量方法。
【請求項２】
前記臭素とメタノールの混合液に０.０８ｇ以上０.３ｇ未満の還元鉄ペレットを添加し、少なくとも２０分間撹拌して鉄メタルを溶解することを特徴とする、請求項１に記載の鉄メタルの定量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼ダストを再生した還元鉄ペレット中に含まれる鉄メタルを定量分析する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製造過程の高炉および電気炉などから発生する鉄鋼ダストは、その主成分である酸化鉄以外に亜鉛、鉛などを含有している。そのため、鉄鋼ダスト中の亜鉛や鉛を還元揮発させて亜鉛製錬用の再生原料として回収すると共に、酸化鉄は製鉄用の再生原料として回収することが行われている。
【０００３】
実際の操業ではロータリーキルンによる還元焙焼法が一般的であり、鉄鋼ダストは必要に応じて予め適当なペレットに成型され、石炭やコークスなどの還元剤と共にロータリーキルン中に連続的に装入されて、反応帯の温度と滞留時間をコントロールして還元焙焼される。還元揮発した亜鉛や鉛は排ガスに伴って集塵機に導入され、補足された粉塵は粗酸化亜鉛と称され、亜鉛製錬用の再生原料として回収される。また、ロータリーキルン内に残った残渣は、還元鉄ペレットと称され、製鉄用の再生原料として回収される。
【０００４】
この還元鉄ペレット中には鉄メタルが含まれており、この鉄メタルの量を定量分析することにより還元状態を把握して、良好な操業を維持するためにロータリーキルンなどの還元条件に反映させる必要がある。また、鉄鋼原料として販売する場合には、その価格決定のために鉄メタル量を定量分析する必要がある。尚、定量分析の精度については、１％のオーダーが得られれば工業上問題はない。
【０００５】
従来、還元鉄ペレット中に含まれる鉄メタルの定量分析は、原子吸光分析装置あるいは誘導結合プラズマ発光分光分析装置を用いて行われていた。即ち、臭素−メタノール混合液で還元鉄ペレット中の鉄メタルを溶解し、得られた溶解液をろ過した後、ろ液を蒸発乾固し、更に酸を添加して鉄メタルを溶解することで試料液を調整する。この試料液を、原子吸光分析装置又は誘導結合プラズマ発光分光分析装置で測定する。このため、還元鉄ペレット中の鉄メタルの定量分析にはほぼ２日間かかっていた。
【０００６】
このように還元鉄ペレット中の鉄メタルの定量分析に極めて長い時間を要するため、例えば還元条件上のトラブルが発生した場合に、鉄メタルの定量分析結果が出てから還元条件へ反映させても、還元条件上のトラブルを解決するための対応が遅れるという問題があった。また、鉄鋼原料としての急な出荷要請に対しても、納期への対応が困難であるという問題があった。
【０００７】
一方、蛍光Ｘ線分析法は、Ｘ線を試料に照射し、そのとき試料から発生する２次Ｘ線の一種である蛍光Ｘ線の強度を測定することにより、試料中の含有元素の量を知ることができる定量分析方法である。この蛍光Ｘ線分析法は、試料の前処理が簡単であるうえ、分析操作が簡単で分析のための所要時間も短いことから、広く利用されている。
【０００８】
この蛍光Ｘ線分析においては、分析を行う試料の前処理、即ち試料調製が重要である。特に試料が液体の場合には、液体試料そのままを測定容器に移すか、あるいは液体試料をろ紙又はメンブレンフィルター等に滴下して、乾燥するなどの前処理方法が行われている。
【０００９】
例えば、特開２０００−３１０５８６号公報（特許文献１）には、酸化物を含む製鋼用合金源副原料中の金属元素の定量分析について、試料を鉱酸に浸漬して加熱加圧することにより溶解し、得られた溶解液をろ紙上に点滴し、乾燥させた後、ろ紙を蛍光Ｘ線分析に供して金属元素を定量する方法が記載されている。しかし、この方法では試料を全て溶解させるため、還元鉄ペレットを試料とした場合、鉄メタルだけでなく酸化鉄なども全て溶解されてしまうため、還元鉄ペレット中の鉄メタルの定量分析には適用できない。
【００１０】
また、特開２００３−０９０８１０号公報（特許文献２）や特許第３７８３８２９号公報（特許文献３）には、蛍光Ｘ線分析用の点滴フィルムあるいは蛍光Ｘ線分析用試料保持具が提案され、試料溶液を点滴した後乾燥させてから、蛍光Ｘ線分析に供することが記載されている。しかし、いずれも０.１％以上の高い分析精度を得るための方法であり、前述の通り１％オーダーの分析精度で充分な還元鉄ペレット中の鉄メタルの定量分析には過剰な分析精度となっている。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３１０５８６号公報
【特許文献２】特開２００３−０９０８１０号公報
【特許文献３】特許第３７８３８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、鉄鋼製造過程からの再生原料である還元鉄ペレット中に含まれる鉄メタルについて、比較的容易な操作で従来よりも短時間にて分析することができ、コスト面でも有利な鉄メタルの定量分析法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記目的を達成するため各種分析方法について検討を重ねた結果、臭素とメタノールの混合液で還元鉄ペレット中の鉄メタルを完全に溶解し、その溶解液をろ紙に滴下した部分を蛍光Ｘ線分析装置で測定することによって、簡単且つ低コストにて鉄メタルの定量分析ができることを見出した。
【００１４】
即ち、本発明が提供する還元鉄ペレット中の鉄メタルの定量方法は、還元鉄ペレット中に含まれる鉄メタルを臭素とメタノールの混合液で溶解し、得られた溶解液をろ紙に滴下して乾燥し、蛍光Ｘ線分析装置により定量することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記本発明による還元鉄ペレット中の鉄メタルの定量方法においては、前記臭素とメタノールの混合液に０.０８ｇ以上０.３ｇ未満の還元鉄ペレットを添加し、少なくとも２０分間撹拌して鉄メタルを溶解することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、臭素とメタノールの混合液による還元鉄ペレット中の鉄メタルの完全溶解と、その溶解液を滴下したろ紙の蛍光Ｘ線分析との組合せにより、簡単な操作であるにもかかわらず、極めて短時間に且つ低コストで、還元鉄ペレット中に含まれている鉄メタルを工業上十分な１％オーダーの分析精度で定量分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の方法は、臭素とメタノールの混合液（以下、臭素−メタノール混合液と称する）に還元鉄ペレット中の鉄メタルを溶解させる工程と、得られた溶解液をろ紙に滴下した後乾燥させる工程と、そのろ紙の溶解液滴下部分を蛍光Ｘ線分析にて分析する工程とからなり、従来に比べてはるかに短時間で鉄メタルを定量分析することができる。
【００１８】
より詳しくは、まず、還元鉄ペレットの所定量をフラスコあるいはビーカーなどの溶解に適した容器に秤取し、所定量の臭素−メタノール混合液を添加撹拌して、還元鉄ペレット中の鉄メタルを完全に溶解する。次に、得られた溶解液の所定量をろ紙の中央部に滴下し、乾燥させて測定試料とする。その後、ろ紙の溶解液が染み込んだ部分を蛍光Ｘ線分析装置で分析することにより、得られた蛍光Ｘ線強度値から還元鉄ペレット中の鉄メタル濃度を求める。尚、臭素−メタノール混合液の臭素／メタノールの比率は、臭素を含有する分析後廃液の取り扱いを考慮して、１／２０程度とすることが望ましい。
【００１９】
図１は、鉄メタル含有量がそれぞれ１０重量％、２０重量％、３０重量％に相当する標準鉄メタルを秤取し、臭素−メタノール混合液で溶解して溶解液とし、測定用Ｘ線が適切に照射される程度の同一量の溶解液をろ紙に滴下して乾燥した後、蛍光Ｘ線分析装置により測定して得た鉄メタル含有量と蛍光Ｘ線強度との関係を示すグラフである。図１において鉄メタル含有量と蛍光Ｘ線強度とが良好な直線関係となっていることから、鉄メタルが完全に溶解していること、並びに図１のグラフを本発明方法の検量線として使用できることが分る。
【００２０】
また、還元鉄ペレット中の鉄メタルは完全に溶解されることが重要である。そこで、臭素−メタノール混合液に、鉄メタル含有量が２７重量％である還元鉄ペレットを、それぞれ０.１ｇ、０.３ｇ、０.５ｇ、０.７ｇ添加し、且つ溶解時間を２０分、５０分、８０分、１１０分と変化させて溶解した。得られた溶解液を、それぞれ測定用Ｘ線が適切に照射される程度の同一量にてろ紙に滴下して乾燥した後、蛍光Ｘ線分析装置により分析した。得られた結果を図２に示す。
【００２１】
還元鉄ペレットの溶解時間と測定により得られた鉄メタル含有量の関係を還元鉄ペレットの添加量毎に示す図２から、還元鉄ペレットの添加量が０.１ｇの場合は、溶解時間が２０分以上であれば、溶解時間にかかわらず鉄メタル含有量が２７重量％という結果が得られたことから、還元鉄ペレット中の鉄メタルが完全に溶解していることが分る。一方、還元ペレットの添加量が０.３ｇ以上の場合は、溶解時間を１１０分まで延長しても鉄メタル含有量の測定結果が２７重量％に到達せず、還元鉄ペレット中の鉄メタルの溶解は不完全であることが分る。
【００２２】
上記の実験から、臭素−メタノール混合液で還元鉄ペレット中の鉄メタルを完全に溶解するためには、還元鉄ペレットの添加量を０.３ｇ未満とすることが望ましく、０.２ｇ以下がより好ましいことが分った。ただし、臭素−メタノール混合液に対する還元鉄ペレットの添加量が少なすぎると、分析精度に支障を来たす恐れがあるため、還元鉄ペレットの添加量は０.０８ｇ以上であることが好ましく、０.１ｇ以上が更に好ましい。
【００２３】
また、図２から分るように、還元鉄ペレットの添加量を０.１ｇ程度とした場合は、溶解時間として少なくとも２０分あれば十分である。しかし、一連の分析作業として引き続き蛍光Ｘ線測定装置の準備などが控えているため、これらの準備作業を見こんだ溶解時間としては更に長いことが好ましいが、溶解時間を長くしすぎると定量分析の所要時間の短縮という目的に反する。これらの点を考慮すると、溶解時間は２５〜３５分の範囲がより好ましい。
【００２４】
臭素−メタノール混合液で鉄メタルを溶解した溶解液は、ろ紙に滴下して乾燥した後、蛍光Ｘ線分析装置で分析する。溶解液の滴下量については、前述したとおり、測定用のＸ線が適切に照射される程度の量であればよい。例えば、蛍光Ｘ線分析装置としてＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製のＭａｇｉＸを使用する場合、標準的なホルダーの測定Ｘ線照射部分が直径２７ｍｍであるため、ろ紙に滴下した溶解液が染み込んだ部分の直径が２７ｍｍ以下となる量を滴下する。尚、蛍光Ｘ線分析装置に使用するろ紙は、鉄を含まないことが必要である。
【００２５】
例えば、操作の容易性を考慮すると、溶解液の滴下量は２０μｌとすることが望ましい。２０μｌ分取用のマイクロピペットで容易に分取でき、また、ろ紙に滴下したとき溶解液が染み込む範囲の直径が１０ｍｍ程度となり、溶媒成分を乾燥すると、溶解液の溶質成分は直径１０ｍｍ程度の範囲内に保持されるからである。上記のごとくホルダーの測定用Ｘ線照射部分の直径が２７ｍｍであることから、直径１０ｍｍ程度の範囲に保持された溶質成分は、その全範囲をホルダーの直径内に容易にセットすることが可能であるため、溶質成分に漏れなく測定用Ｘ線を照射することができる。
【００２６】
上記した本発明方法による一連の分析作業に要する時間は、準備時間、還元鉄ペレットの溶解時間、蛍光Ｘ線分析装置での測定時間を含めて、わずか１時間程度である。従って、上述した従来の分析方法ではほぼ２日を要していた還元鉄ペレット中の鉄メタルの定量分析時間を、大幅に短縮することができる。尚、本発明方法の実施に当たっては、臭素−メタノール混合液の量あるいは混合比率を変えた場合にも、還元鉄ペレットの添加重量を適切に比例調整させることにより、同様の効果が得られる。
【実施例】
【００２７】
還元鉄ペレット試料０.１ｇを１００ｍｌ共栓付きフラスコに秤取し、２１ｍｌの臭素−メタノール混合液（臭素／メタノールの比率＝１／２０）を添加し、スターラー上で３０分間撹拌した後、５分間静置した。得られた溶解液をマイクロピペットで２０μｌ分取し、ろ紙の中央部に滴下した。滴下後２分程度放置し、溶解液を乾燥させた後、滴下した部分を蛍光Ｘ線分析装置（ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製：ＭａｇｉＸ）により測定した。
【００２８】
比較のため、上記と同じ還元鉄ペレット試料について、従来の分析方法により鉄メタルの定量分析を行った。即ち、還元鉄ペレット中の鉄メタルを臭素−メタノール混合液で溶解し、得られた溶解液をろ過した後、ろ液を蒸発乾固させ、残った鉄メタルを酸の添加により溶解して試料液を調整した。この試料液を、原子吸光分析装置により測定した。
【００２９】
鉄メタル含有量が異なる試料Ａ〜Ｄの４種類の還元鉄ペレット試料について、上記した本発明の分析方法（ＸＲＦ）による鉄メタルの定量分析結果と、従来の分析方法による鉄メタルの定量分析結果を、下記表１に比較して示した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
この結果から明らかなように、本発明の分析方法と従来の分析方法で得られた結果は１％のオーダーでは一致しており、双方とも同等の分析精度が得られていることが分る。しかも、本発明の分析方法は、臭素−メタノール混合液で鉄メタルを溶解した溶解液を、ろ紙に滴下して測定するだけの簡単な方法であるため、分析時間は従来の約２日間から約１時間程度にまで大幅に短縮された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】標準鉄メタル試料を測定して得た鉄メタル含有量と蛍光Ｘ線強度との関係を示すグラフである。
【図２】還元鉄ペレットの溶解時間と測定により得られた鉄メタル含有量の関係を還元鉄ペレットの添加量毎に示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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