Mg-Day in ＴＯＫＹＯ at TOＫＹＯ ＢＩＧ ＳＩＧＨＴ
２０１７．６．７．

グリーンエネルギーを利用したマグネシウム製錬の可能性‐日本国内でのマグネシウムリサイクルを目指して‐

東北大学 多元物質科学研究所
サステナブル理工学研究センター
材料分離プロセス研究分野

柴田浩幸

1

元素の存在量

http://pubs.usgs.gov/fs/2002/fs087-02/

例：Mg空気電池のリサイクル

Mg合金

製錬、精錬

空気電池として使用

MgO

Mg（OH)2＋塩水乾燥（焼却）酸化物の安定性

Fe
Si
Aｌ

２Mg＋O２＝２MgOCa

Mgの製錬法：Siを利用する
1960年

マグネシウム作製方法（ピジョン法）
The
Three Steps of the Pidgeon Process1.

Calcination of Dolomite,
CaMg(CO3)2 = CaO + MgO + 2CO2

2.

Ferrosilicon Alloy Production ,Fe2O3 + 4SiO2 + 11C = 2(Fe)Si2 + 11CO

3.

Silicothermic Reduction of MgO by Ferrosilicon,
2MgO + 2CaO + (Fe)Si = 2Mg(g) + Ca2SiO4(s) + Fe

Toguri and Pidgeon, Can. J. Chem., 40, 1769 (1962)

Mg 融点：650℃

沸点：1091℃

ピジョン法の原理の実験
2MgO + 2CaO + (Fe)Si = 2Mg(g) + Ca2SiO4(s) + Fe

Mｇ

ブリケット

レトルトの中を真空にし、ブリケット部分を１２００℃に加熱する

グリーンエネルギーの候補
１．太陽炉
２．バイオマス）３．工場排熱

太陽熱

MgO

Mg

難燃性Mg燃料

Mg
MgO

廃材（ガキ）

間伐材

Mg

ゴミ焼却炉

MgO

工場排熱

グリーンエネルギーを利用するには。。。
太陽光エネルギーの利用

バッジ処理が適している
製錬時間の短縮

Mg製錬法：

溶融塩電解

ピジョン法（乾式法

製錬反応高効率化が必要
ピジョン法の改良
・製錬温度の高温化 1200℃より高温1500℃
・グリーンな還元剤の探査・新奇な高効率精練プロセス開発

東北大学の太陽炉 （旧科学計測研究所）
1963年3月完成

10M 焦点距離：3.2M 集光サイズ：約3cm
最高到達温度：摂氏3,700度 耐火煉瓦を溶かしたデモが展示されている
直径：

石亀：光学 第12巻第３号（1983年6月）、

マグネシウム製錬を目指している太陽炉

１．ニコン
反射鏡方式
２．三鷹光機ヘリオススタット ビームダウン方式
３．若狭湾エネルギー研究センター
フレネルレンズ方式

マグネシウム製錬を目指している太陽炉

ニコン
反射鏡方式

若狭湾エネルギー研究センター
フレネルレンズ方式

三鷹光機器

ビームダウン太陽集光装置

14太陽光を集光・高熱変換・蓄熱する

1400℃用
光濃縮装置に変更

高効率発電用熱源装置
楕円鏡
第1焦点

500℃用
光濃縮装置
第2焦点

MSC

Multi Segment Concentrator

光濃縮装置
溶融塩蓄熱タンク

平成23年度NEDOイノベーション事業によるビームダウン式太陽熱集光装置（三鷹光器 富士見町研究所）

新型レトルト用
ビームダウン太陽炉1515

ビームダウン太陽集光装置← 宮崎大学50kW級

10枚ヘリオスタット：88台
ミラー総面積：173㎡

三鷹光器㈱ 富士見町研究所 →250kW級
10枚ヘリオスタット:220台
24枚ヘリオスタット：20台
ミラー総面積：526㎡
16新規高効率製錬法の試み

東京工業大学とのマイクロ波ピジョン法におけるマグネシウム還元
２０１７年６月７日

オリコン・エナジー株式会社

17

技術開発の概要

１．技術開発の背景

マイクロ波ピジョン法
マイクロ波を熱源として使用した、日本発信の新しい金属還元システム

マイクロ波ピジョン法の特徴
Mg回収部 Mg

物質選択加熱・原料のみを加熱することができる
・装置全体を加熱する必要がない

迅速加熱

省エネ効果

・原料へ直接エネルギーを供給できる・熱媒体を必要としない

マイクロ波装置

接触点加熱
・団鉱接触点での高効率加熱（検証中）

原料MW（マイクロ波）

マイクロ波ピジョン法イメージ図

特殊効果
・反応温度の低下（検証中）高純度Mg製錬

波及効果
・CO2の大幅な削減

環境負荷低減18

２．技術開発の背景
技術開発の独自性、優位性

2（MgO・CaO）+Fe-Si（75%）→2Mg+CaSiO3+Fe
従来ピジョン法
Mg (1t)石炭（11t）
318GJ

CO2 (28.5t)

マイクロ波ピジョン法
電力98.3GJ

事前検討より概算

Mg (1t)CO2 (11.2t)

充填粒子の効率的加熱

直接的短時間加熱
低温プロセス化

大気汚染・CO2排出○60～85%省エネルギー○コスト33%減○CO2排出の大幅な削減

３．マイクロ波ピジョン法
ピジョン法によるマグネシウム製錬の工程
ドロマイト

焼成処理
CaCO3・MgCO3→
CaO・MgO+2CO2↑

団鉱製造（粉砕・造粒）

還元処理

製錬処理

Ｍｇ地金

2(CaO・MgO)+Si→
2Mg↑+2CaO・SiO2

従来型ピジョン法

フェロシリコン

還元プロセスの比較項目エネルギー源
必要エネルギー量(Mg１ｔ還元当たり）
ＣＯ２排出量(Mg１ｔ還元当たり）

オペレーション＆メンテナンス

従来型ピジョン法
化石燃料（石炭、天然ガス等）

マイクロ波ピジョン法
電力１９２．１ ＧＪ

５８．６ ＧＪ (* )大量
（石炭 17.3t-CO2、0
天然ガス9.5t-CO2）
外部加熱の全体加熱のためエネ アンテナ効果（原料の共振構ルギーの損失が大。高価なレトル 造）によるエネルギーの効率的トの超高温使用による消耗大。
利用。
炉の温度の上げ下げはレトルトの 内部加熱、選択加熱、迅速加熱
劣化を早めるため常時火力維持 等のマイクロ波の特長により炉の不経済。作業は労働集約型。 全体が高温にならず、装置の耐久性、操作性、経済性に有利。
（＊）ラボスケール実験結果から算出したベストの見込値

マイクロ波ピジョン法

クリーンで効率的な還元法「マイクロ波を利用したマグネシウム製錬装置及び製錬方法」
特許登録番号
第5945373号

Theグリーンな還元剤の探査
Three Steps of the Pidgeon Process
還元剤そのものはグリーンか？ 反応時間、コスト還元反応は進むのか？
ピジョン法

シリコン還元：2MgO（固）+Si（固）=2Mg(気)+SiO2（固）アルミニウム還元：2MgO（固）+Al（液）=2Mg(気)+Al2O3（固）炭素還元：MgO（固）+C（固）=Mg(気)+CO(気)還元剤を用いない熱分解：2MgO（固）=2Mg(気)+O2（気）Mg蒸気と生成ガスが混在し分離できず冷却時にMgOに熱力学的には戻ってしまう

Mg 融点：650℃

沸点：1091℃

他の金属は？ 周期律表

２＋Mg→Mg ＋2e
http://ccinfo.ims.ac.jp/periodic/indexj.html

まとめ• Mgの酸化物は安定な物質である。製錬条件の高効率化は温度と還元剤が重要。
• 太陽炉の実用化には製錬時間の短縮と大型化（生産量）がポイント。
• マイクロ波ピジョン法の実用化には大型化（生産量）がポイント。

ご清聴ありがとうございました