(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、スズ、亜鉛、若しくは、アルミニウムの単体又は合金である金属のメッキが施された鋼材と、多孔質又は微粉末状の炭素含有物とを、不活性ガスの雰囲気下で加熱処理し、（１）前記金属を溶融させて前記炭素含有物に吸着させ、又は、（２）前記鋼材から剥離除去させ、前記鋼材の表面から前記金属を分離することを特徴とする鋼材のメッキ分離方法。
【請求項２】
表面に、クロム、銅、若しくは、ニッケルの単体又は合金である金属のメッキが施された鋼材と、多孔質又は微粉末状の炭素含有物とを、不活性ガスの雰囲気に空気を部分的に導入して加熱処理し、（１）前記金属を溶融させて前記炭素含有物に吸着させ、又は、（２）金属酸化物として前記鋼板から板状に剥離し、前記鋼材の表面から前記金属を分離することを特徴とする鋼材のメッキ分離方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の鋼材のメッキ分離方法において、前記炭素含有物は多孔質であって、該多孔質の炭素含有物は、バイオマス原料を炭化処理したバイオマス炭素含有物、及び、製鉄用低粘結炭の残滓のいずれか一方又は双方を含むことを特徴とする鋼材のメッキ分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に金属のメッキが施された鋼材を処理し、鋼材からメッキ金属を分離する鋼材のメッキ分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用材料や高機能高耐久材として、金属メッキがなされた鋼材が、多方面で極めて大量に用いられている。
しかしながら、その廃材については、メッキ金属の経済的な分離方法が見いだせておらず、ほとんどがそのままの状態でリサイクルされている。そのメッキ成分は鋼材の品質に悪影響を与えるため、使えなかったり、また、量的な制約をもって使用されているのが現状である。メッキ金属も有価金属としてリサイクルされることがなかった。
最近の資源循環リサイクルによる環境適用技術の社会的要請は地球規模に及んできており、メッキ金属の分離再利用技術が渇望されていた。
【０００３】
鋼材である方向性高張力鋼などの高級鋼は、厳しい成分管理が必要であり、こうした不純物成分を含む屑鉄（鋼材）を材料とする電気炉からの生産は難しく、高炉から出る銑鉄から生産する方法が一般的であった。
この屑鉄を高級鋼に使用するには、スズ、亜鉛、クロム、銅、アルミニウム、ニッケルなどのメッキ金属が付着（含有）しているため、鋼材表面からメッキ金属を分離する必要がある。例えば、従来の鋼材表面からのメッキ金属の分離技術としては、無機酸（鉱酸）や塩化鉄溶液によるメッキ金属の溶解分離方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、上記したメッキ金属の溶解分離方法は、強酸性溶液を使用するため扱いづらく、また、鋼材も同時に溶解してしまい、後処理において金属の分離を困難としている。
また、分離処理の前後で使用する溶液の処理に、極めてコストがかかるため、事業化できにくいというデメリットも有していた。
【０００５】
更に、鋼材の表面にメッキ金属が残存していると、電気炉での精錬に用いる特殊鋼用廃材としての利用が困難であった。このため、最終的に、全てを溶解して分離しなければならず、上記した技術のような極めて手間がかかる既存方法を用いざるを得なかった。
【０００６】
また、メッキ金属の分離方法としては、８００〜１０００℃に及ぶ高温かつ特殊な毒性ガスを使用する方法もある（例えば、特許文献２参照）。しかし、連続処理することが困難であり、安全性に乏しく、エネルギーコストが極めて悪い上、メッキ金属と鋼材の分離率が８０％程度にとどまっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２１０８８号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鋼材の表面にメッキされた金属を、従来よりも容易に分離して回収でき、この回収した金属と鋼材の再利用を可能とする鋼材のメッキ分離方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】
【０００９】
前記目的に沿う第１の発明に係る鋼材のメッキ分離方法は、表面に、スズ、亜鉛、若しくは、アルミニウムの単体又は合金である金属のメッキが施された鋼材と、多孔質又は微粉末状の炭素含有物とを、不活性ガスの雰囲気下で加熱処理し、（１）前記金属を溶融させて前記炭素含有物に吸着させ、又は、（２）前記鋼材から剥離除去させ、前記鋼材の表面から前記金属を分離する。
また、前記目的に沿う第２の発明に係る鋼材のメッキ分離方法は、表面に、クロム、銅、若しくは、ニッケルの単体又は合金である金属のメッキが施された鋼材と、多孔質又は微粉末状の炭素含有物とを、不活性ガスの雰囲気に空気を部分的に導入して加熱処理し、（１）前記金属を溶融させて前記炭素含有物に吸着させ、又は、（２）金属酸化物として前記鋼材から板状に剥離し、前記鋼材の表面から前記金属を分離する。
【００１０】
ここで、前記炭素含有物は多孔質であって、該多孔質の炭素含有物は、バイオマス原料を炭化処理したバイオマス炭素含有物、及び、製鉄用低粘結炭の残滓のいずれか一方又は双方を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る鋼材のメッキ分離方法は、表面に金属のメッキが施された鋼材と、多孔質又は微粉末状の炭素含有物とを、不活性ガスの雰囲気下で加熱処理するので、例えば、メッキされた金属の溶融分離と、鋼材表面の高炭素化や部分還元を同時に進行させることができ、メッキされた金属と鋼材との接着力を低減できるため、従来よりも容易に金属の分離ができる。
これにより、金属のメッキが施された鋼材の高付加価値鋼材源としての再利用及びメッキ金属の回収が可能となる。更に、鉄鋼業の粘結炭余剰の残滓や、バイオマスの有効活用、廃棄物の有効利用も併せて実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の一実施の形態に係る鋼材のメッキ分離方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る鋼材のメッキ分離方法は、表面に金属（以下、メッキ金属ともいう）１０のメッキが施された鋼材１１と、多孔質又は微粉末状の炭素含有物１２とを、不活性ガスの雰囲気下で加熱処理し、鋼材１１の表面から金属１０を分離する方法である。以下、詳しく説明する。
【００１４】
鋼材１１としては、例えば、高機能性鋼材（自動車用材料や高機能高耐久材等）があるが、金属のメッキが施された廃材であれば、特に限定されるものではない。
この鋼材１１の表面には、例えば、電解法、溶融法、又は、気相法等により、金属１０がメッキされている。この金属１０としては、例えば、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は、ニッケル（Ｎｉ）の単体があるが、これらの合金でもよい。
【００１５】
上記した金属１０がメッキされた鋼材１１と、炭素含有物１２とを、反応容器（図示しない）内に装入し、不活性ガスの雰囲気下（常圧環境）で加熱処理する。
炭素含有物１２は、メッキ金属１０の溶融物の吸着効果を得るためのものであり、これにより、鋼材１１からのメッキ金属１０の分離性（剥離性）を向上させることができる。具体的には、多孔質又は微粉末状のものである。
【００１６】
ここで、多孔質の炭素含有物とは、比表面積が、例えば、竹炭を高温で製作した場合と同様の１０ｍ２／ｇ程度のもの、更にはこれ以上のものが好ましい。
なお、単なる石炭やその微粉化物は多孔質ではなく、上記した吸着効果が期待できない。
また、微粉末状の炭素含有物とは、粒径が、篩目２５０メッシュ以下（公称目開き：６３μｍ以下）程度のものがよい。
【００１７】
ここで、多孔質の炭素含有物としては、例えば、バイオマス炭素含有物、製鉄用低粘結炭や製鉄用高粘結炭の残滓などの多孔質粒状物が好ましい。このバイオマス炭素含有物とは、バイオマス原料を炭化処理した炭素のみ又は炭素を含むものである。また、製鉄用低粘結炭の残滓とは、コークス化する際に粘結することなく残存する炭素含有物の粉体である。
微粉末状の炭素含有物としては、例えば、カーボンブラックがあるが、上記した粒径を有していれば、他の材料でもよい。
【００１８】
なお、炭素含有物１２は、上記したバイオマス炭素含有物及び製鉄用低粘結炭の残滓のいずれか一方又は双方のみで構成してもよく、また、これらを含むものでもよい。また、草木、剪定材、粘性有機廃棄物（例えば、畜糞や活性汚泥）等の含炭素有機系廃棄物も、受熱過程を経て多孔質の炭素含有物となるため、用いることが可能である。
更に、炭素含有物１２は、上記した多孔質の炭素含有物と、微粉末状の炭素含有物とで構成することもできる。
【００１９】
不活性ガスとしては、窒素ガス（Ｎ２ガス）や、アルゴンガス（Ａｒガス）、ヘリウムガス（Ｈｅガス）等を用いることができるが、経済性を考慮すれば窒素ガスが好ましい。なお、窒素ガスを使用する場合、その純度は９５％以上（例えば、９７％程度）であればよく、残部に酸素が含まれてもよい。
また、鋼材１１及びメッキ金属１０と、炭素含有物１２との反応性により、不活性ガスに更に一酸化炭素（ＣＯ）を混ぜることもできる。
【００２０】
加熱温度は、鋼材１１表面からのメッキ金属１０の分離を実施できる温度であればよく、分離の際の形態や分離に要する時間等を考慮して、適宜設定できる。例えば、メッキ金属がスズの場合、例えば、４００℃以上である。なお、この温度以上であれば分離できるため、特に上限値については規定しないが、例えば、経済性（ランニングコスト）等を考慮すれば、６００℃以下程度とするのがよい。
【００２１】
また、加熱処理する、金属１０がメッキ処理された鋼材１１と炭素含有物１２との比率（反応容器に装入する割合）は、鋼材１１表面からメッキ金属１０を分離可能な条件に基づいて設定すればよく、例えば、体積比で１対１程度であるが、炭素含有物１２の体積を更に増加させてもよい。
なお、炭素含有物の体積を過剰に多くした場合、反応容器内に空気を導入して発熱源としても用いることができるため、加熱コストの低減が図れる。
【００２２】
ここで、上記した加熱処理を、メッキ金属１０がスズである場合に適用した反応形態について説明する。なお、加熱温度は４００℃程度、分離に要する時間は４時間程度、である。
図１（Ａ）に示すように、メッキ金属１０に炭素含有物１２が接触し、図１（Ｂ）に示すように、炭素含有物１２がメッキ金属１０を吸着する。このとき、メッキ金属１０の一部１３は、鋼材１１の表面から溶け落ちる（フューム）。
【００２３】
そして、図１（Ｃ）に示すように、原子状炭素１４が生成することで、また、図１（Ｄ）に示すように、鋼材１１の表面が炭素リッチな鉄（還元鉄）１５となることで、鋼材１１表面からのメッキ金属１０の剥離（分離）が進行する。このとき、メッキ金属１０であるスズは、スズの微粒子や複雑な形態の有機スズ等の化合物となって、回収される。一方、鋼材１１は、図１（Ｅ）に示すように、その表層部全体に、炭素リッチな鉄１５が生成する。
【００２４】
なお、メッキ金属１０と鋼材１１とを分離させた後は、不活性ガスと共に空気を反応容器内に供給し、反応容器内に残存する炭素含有物１２を取り除く。
そして、反応容器内の鋼材１１の温度を室温程度まで低下させた後、図１（Ｆ）に示すように、鋼材１１を反応容器内から取り出す。このとき、鋼材１１の表層部は瞬時に酸化して酸化鉄１６となる。
得られた鋼材１１は、例えば、高機能性鋼材の原料として使用でき、また、分離したメッキ金属１０は、酸やアルカリに溶解させることで、最終的に金属として再利用可能であるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
なお、メッキ金属１０として、スズの代わりに亜鉛を使用する場合は、上記したスズと同様の方法で鋼材の表面から分離し回収できる。
また、メッキ金属がクロムやニッケルである場合、加熱温度を例えば６００℃程度（より高い温度でもよい）とし、部分的な空気導入による一酸化炭素の効果により、鋼材の表面からカルボニル金属として回収可能である。このとき、生成物である塩が若干存在するが、クロムやニッケルのカルボニル金属が揮発性であるため、ガストラップへ誘導し吸収させて分離するとよい。
そして、メッキ金属が銅である場合、加熱温度を例えば５００℃程度（より高い温度でもよい）とし、ガス状炭素や部分的な空気導入による一酸化炭素の効果により、黒色の金属酸化物として、鋼材表面から板状に剥離するため、容易に回収できる。
更に、メッキ金属がアルミニウムである場合、加熱温度を例えば融点の６６０℃程度（より高い温度でもよい）とすると、炭素含有物と反応してＡｌ４Ｃ３のカーバイドを生成し、鋼材表面から容易に剥離除去可能となる。
【００２６】
以上に示したように、還元性の雰囲気下でのガス状炭素生成反応に付随した金属還元法で生成したメッキ金属の塩回収、鋼材表面の残余メッキ金属の吸着洗浄効果も併せて用いることで、メッキ金属のほぼ完全な分離が可能となった。
従って、金属のメッキが施された鋼材の高付加価値鋼材源としての再利用及びメッキ金属の回収が可能となる。更に、鉄鋼業の粘結炭余剰の残滓や、バイオマスの有効活用、廃棄物の有効利用も併せて実現できる。
【００２７】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の鋼材のメッキ分離方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
１０：金属、１１：鋼材、１２：炭素含有物、１３：一部、１４：原子状炭素、１５：炭素リッチな鉄、１６：酸化鉄
【図１】
0006628078.tif 000002