特開 2024-145687 金属含有試料の解析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145687

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】金属含有試料の解析方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/046 20180101AFI20241004BHJP

【ＦＩ】

G01N23/046

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023058142

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(72)【発明者】

【氏名】金子 雅子

(72)【発明者】

【氏名】近藤 光

(72)【発明者】

【氏名】林 徹太郎

【テーマコード（参考）】

2G001

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA11

2G001CA01

2G001DA09

2G001FA06

2G001HA14

2G001JA08

2G001JA09

2G001KA10

2G001LA02

(57)【要約】

【課題】金属含有試料に含まれる金属粒子の情報を精度よく、かつ効率よく解析する。
【解決手段】金属含有試料を準備する準備工程と、金属含有試料について、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、撮影距離を変えて異なる複数の試料量で撮像し、撮影距離に応じて異なる撮影視野を有する複数のＣＴ画像を取得する画像取得工程と、複数のＣＴ画像のそれぞれから、複数の粒度分布を取得する解析工程と、複数の粒度分布を規格化し、複数の規格化粒度分布を取得する規格化工程と、２つの規格化粒度分布を比較し、金属粒子の個数が相関する粒径の閾値を設定し、一方の規格化粒度分布のうち閾値未満を抽出するとともに、他方の規格化粒度分布のうち閾値以上を抽出することを、複数の規格化粒度分布のそれぞれについて行う抽出・統合工程と、抽出された規格化粒度分布に基づき、金属含有試料に含まれる金属粒子を評価する評価工程と、を有する、金属含有試料の解析方法である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属粒子が非金属物質中に存在して構成される金属含有試料を準備する準備工程と、
前記金属含有試料について、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、Ｘ線発生源から前記金属含有試料までの撮影距離を変えて、異なる複数の試料量で撮像し、前記撮影距離に応じて異なる撮影視野を有する複数のＣＴ画像を取得する画像取得工程と、
複数の前記ＣＴ画像のそれぞれから、前記金属含有試料に含まれる前記金属粒子の粒径と個数との関係を示す複数の粒度分布を取得する解析工程と、
複数の前記粒度分布を、前記ＣＴ画像を取得する際の撮影距離に応じて変化する試料量で規格化し、複数の規格化粒度分布を取得する規格化工程と、
所定の撮影距離で取得された１つの規格化粒度分布と、それよりも撮影距離の長い他の規格化粒度分布とを比較し、前記金属粒子の個数が相関する粒径の閾値を設定し、前記１つの規格化粒度分布のうち前記閾値未満の規格化粒度分布を抽出するとともに、前記他の規格化粒度分布のうち前記閾値以上の規格化粒度分布を抽出することを、複数の前記規格化粒度分布のそれぞれについて行う抽出・統合工程と、
前記抽出された規格化粒度分布に基づき、前記金属含有試料に含まれる前記金属粒子を評価する評価工程と、を有する、
金属含有試料の解析方法。

【請求項2】

前記抽出・統合工程では、前記閾値を、前記他の規格化粒度分布を取得する際の撮影距離に応じた分解能の３倍以上の範囲から設定する、
請求項１に記載の金属含有試料の解析方法。

【請求項3】

前記抽出・統合工程では、前記１つの規格化粒度分布と前記他の規格化粒度分布との前記個数の比率が０．５倍以上１．５倍以下となる粒径の範囲から前記閾値を設定する、
請求項１に記載の金属含有試料の解析方法。

【請求項4】

前記画像取得工程では、前記撮影距離の近い２つの前記試料量の比率について、比較的長い撮影距離の試料量を比較的短い撮影距離の試料量の３倍以上１００倍以下とする、
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の金属含有試料の解析方法。

【請求項5】

前記規格化工程では、最大の撮影距離で撮像されるＣＴ画像における試料量をＡ、その他の撮影距離で撮像されるＣＴ画像における試料量をＢとしたとき、前記その他の撮影距離で取得される粒度分布について、前記個数をＡ／Ｂ倍することで規格化する、
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の金属含有試料の解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属含有試料の解析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属含有試料として、例えばサプロライト等のＮｉ酸化鉱石を還元処理して、Ｆｅ－Ｎｉ合金を製錬する際に得られる還元処理産物がある。この還元処理産物には、Ｆｅ－Ｎｉ合金などのメタル（金属粒子）やスラグ（非金属物質）が含まれ、メタルは微細な粒子としてスラグ中に点在している。

【0003】

スラグ中に点在する微細な金属粒子を回収するに当たっては、製錬効率を向上すべく、スラグ中に点在する微細な金属粒子を集合させて大きくすることが望ましい。そこで、金属含有試料に含まれる金属粒子の大きさ、形状、分布状態、存在割合等の情報を得ることが有用である。金属成分の割合を測定する方法として、例えば鉱物自動分析装置（いわゆるＭＬＡ）とＸ線ＣＴ装置を用いて粒子の体積、粒子の球相当径、粒子の球形度などの形状パラメータを分析する方法が提案されている（例えば特許文献１）。また例えば、金属含有試料について化学分析を行うことにより、金属成分の含有率を測定する方法もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－３４３７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したＭＬＡおよびＸ線ＣＴ装置を併用する方法では、ＭＬＡで同定された鉱物種データとＸ線ＣＴ測定における輝度データを紐付けることにより、Ｘ線ＣＴ測定によって試料中の特定の鉱物種の粒子の体積、粒子の球相当径、粒子の球形度などの情報を得ることができる。化学分析を採用した方法では、金属の含有率を測定することはできるが、金属粒子の大きさ、形状、分布状態等の情報を得ることはできない。そこで、金属含有試料に含まれる金属粒子の大きさ、形状、分布状態、存在割合等の情報を収集するに当たって、上述したＭＬＡおよびＸ線ＣＴ装置を併用する方法を適用することができる。

【0006】

しかしながら、Ｘ線ＣＴ測定では、微細な金属粒子が含まれている場合、分解能もしくは画素サイズによって微細な金属粒子を精度よく検出できないことがある。また、個数は僅かであるが粗大な金属粒子が含まれている場合、試料量やサンプリング精度によっては、体積比率等の存在割合を示す数値が、大きくバラつくことになる。つまり、Ｘ線ＣＴ測定では、検出可能な粒子径を小さくすることやバラつきを減少させること、といった点で課題があった。そのため、金属含有試料における金属粒子の情報、例えば大きさ、形状、数量、分布状態等の形状や数量や位置などを精度よく、かつ効率よく解析できないことがあった。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、金属含有試料に含まれる金属粒子の情報を精度よく、かつ効率よく解析する技術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】

【0008】

本発明の第１の態様は、
金属粒子が非金属物質中に存在して構成される金属含有試料を準備する準備工程と、
前記金属含有試料について、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、Ｘ線発生源から前記金属含有試料までの撮影距離を変えて、異なる複数の試料量で撮像し、前記撮影距離に応じて異なる撮影視野を有する複数のＣＴ画像を取得する画像取得工程と、
複数の前記ＣＴ画像のそれぞれから、前記金属含有試料に含まれる前記金属粒子の粒径と個数との関係を示す複数の粒度分布を取得する解析工程と、
複数の前記粒度分布を、前記ＣＴ画像を取得する際の撮影距離に応じて変化する試料量で規格化し、複数の規格化粒度分布を取得する規格化工程と、
所定の撮影距離で取得された１つの規格化粒度分布と、それよりも撮影距離の長い他の規格化粒度分布とを比較し、前記金属粒子の個数が相関する粒径の閾値を設定し、前記１つの規格化粒度分布のうち前記閾値未満の規格化粒度分布を抽出するとともに、前記他の規格化粒度分布のうち前記閾値以上の規格化粒度分布を抽出することを、複数の前記規格化粒度分布のそれぞれについて行う抽出・統合工程と、
前記抽出された規格化粒度分布に基づき、前記金属含有試料に含まれる前記金属粒子を評価する評価工程と、を有する、
金属含有試料の解析方法が提供される。

【0009】

本発明の第２の態様は、第１の態様において、
前記抽出・統合工程では、前記閾値を、前記他の規格化粒度分布を取得する際の撮影距離に応じた分解能の３倍以上の範囲から設定する。

【0010】

本発明の第３の態様は、第１の態様において、
前記抽出・統合工程では、前記１つの規格化粒度分布と前記他の規格化粒度分布との前記個数の比率が０．５倍以上１．５倍以下となる粒径の範囲から前記閾値を設定する。

【0011】

本発明の第４の態様は、第１～第３の態様のいずれかにおいて、
前記画像取得工程では、前記撮影距離の近い２つの前記試料量の比率について、比較的長い撮影距離の試料量を比較的短い撮影距離の試料量の３倍以上１００倍以下とする。

【0012】

本発明の第５の態様は、第１～第３の態様のいずれかにおいて、
前記規格化工程では、最大の撮影距離で撮像されるＣＴ画像における試料量をＡ、その他の撮影距離で撮像されるＣＴ画像における試料量をＢとしたとき、前記その他の撮影距離で取得される粒度分布について、前記個数をＡ／Ｂ倍することで規格化する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、金属含有試料に含まれる金属粒子の情報を精度よく、かつ効率よく解析することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の一実施形態にかかる金属含有試料の解析方法を示すフローチャートである。

【図2】図２は、Ｘ線ＣＴ装置を用いてＣＴ画像を撮像する場合の撮影視野を説明するための図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態における解析工程で取得される粒度分布を示す。

【図4】図４は、本発明の一実施形態における規格化工程で取得される規格化粒度分布を示す。

【図5】図５は、サンプル１において取得される規格化粒度分布を示す。

【図6】図６は、サンプル２において取得される規格化粒度分布を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態にかかる金属含有試料の解析方法について図を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる金属含有試料の解析方法を示すフローチャートである。図２は、Ｘ線ＣＴ装置を用いてＣＴ画像を撮像する場合の撮影視野を説明するための図である。

【0016】

（準備工程Ｓ１）
まず、図１に示すように、評価対象とする金属含有試料を準備する。

【0017】

金属含有試料は、金属粒子が非金属物質中に存在（もしくは点在）して構成される。金属含有試料は、例えばサプロライト等のＮｉ酸化鉱石の還元処理で得られる還元処理産物である。還元処理産物に含まれる金属粒子は、例えばＦｅ－Ｎｉ合金などのメタルである。また、還元処理産物に含まれる非金属物質はスラグであり、化合物形態としては、例えばＦｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２などになる。

【0018】

金属含有試料の形状は、Ｘ線ＣＴ測定に支障が生じない限りにおいて、塊状でも粉末状でも構わない。ただし、規定の試料容器に充填して規定の撮影視野とするために、粉末状の方が好ましい。金属含有試料を粉末状としたときの粒径については、金属含有試料の製造プロセス、由来、出所や、Ｘ線ＣＴ測定で得たい情報によって変わる。例えば、金属含有試料がサプロライト等のＮｉ酸化鉱石の還元処理で得られる還元処理産物であって、スラグ中に点在する微細な金属粒子の大きさ、形状、分布状態、存在割合等の情報が知りたい場合、当該金属粒子の大きさ、形状等が判別できなくなるほど微粉砕してしまっては、必要な情報が得られなくなる。このようなときは、空冷されたスラグをほぐす程度に解砕された、最大で６ｍｍ程度のものが用いられる。例えば、水砕ショット法により、すなわち、ジェット水流に融体を滴下する方法により製造したグラニュール状のスラグであれば、解砕、粉砕の必要が無いときもある。金属含有試料の形状が粉末状のとき、空隙が多過ぎると、空気層が透過層となって精密な測定を妨害することもあるので、タッピングによって見掛けの密度を調整することも必要になる。つまり、金属含有試料の粒径は６ｍｍ以下とすることが好ましい。

【0019】

（画像取得工程Ｓ２）
続いて、上述した金属含有試料をＸ線ＣＴ測定用の容器（カプセル）に収容する。金属含有試料を収容したカプセルをＸ線ＣＴ装置に導入する。

【0020】

Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ；コンピュータ断層撮影）装置は、対象試料を３６０°回転させながらＸ線を照射し、試料における各部分の材質ごとのＸ線吸収量の違いを利用して、物質の内部構造を非破壊で三次元的に評価するものである。図２に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線発生源１０と、検出器２０と、カプセルを載置するステージ（図示略）とを備えて構成される。Ｘ線発生源１０は、例えばコーンビーム法によりＸ線を円錐状に拡げて照射するように構成される。検出器２０は、例えばフラットパネル検出器などを用いることができ、金属含有試料を透過するＸ線を検出することで透過像を得ることができる。ステージは、Ｘ線発生源１０と検出器２０との間に配置され、回転可能であって、Ｘ線発生源１０と検出器２０との間を移動可能なように構成される。Ｘ線ＣＴ装置１では、ステージを所定の位置に移動させたうえで、カプセル内の金属含有試料にＸ線を照射し、金属含有試料を透過するＸ線を検出することで、透過像を得る。そして、カプセルを回転させ、Ｘ線を照射して、複数の透過像を取得し、最終的に、これら複数の透過像から３次元的なＣＴ画像を得る。

【0021】

本実施形態では、Ｘ線発生源からカプセル（金属含有試料）までの撮影距離を変え、異なる複数の試料量で撮像を行い、撮影距離に応じて異なる撮影視野を有する複数のＣＴ画像を取得する。本実施形態では、図２に示すように、３つの撮影距離ｄ１～ｄ３で撮像し、３つのＣＴ画像Ｐ１～Ｐ３を取得する場合を例に説明する。なお、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３となる。

【0022】

撮影距離ｄ１で得られるＣＴ画像Ｐ１は撮影距離が最も短く、拡大率が最も高くなる。そのため、ＣＴ画像Ｐ１は、撮影視野（以下、ＦＯＶ（Field Of View）ともいう）が小さく、観察される試料量は最も少なくなる。一方、ＣＴ画像Ｐ１の拡大率は高いため、その最小画素サイズは小さく、分解能が最も高くなる。つまり、短い撮影距離ｄ１で得られるＣＴ画像は、少ない試料量を高い分解能で表示することができる。ここで、ＦＯＶとは、所定の距離で観察される撮影領域の大きさを示し、例えば図２で円柱状に表示される撮影領域の直径によって示される。試料量とは、カプセルに収容される試料のうち、Ｘ線の透過により撮影された一部の試料の重量や体積を示す。試料量は、撮影距離を変えてＸ線の透過面積が変動するのに対応して、変動する。

【0023】

これに対して、撮影距離がｄ２、ｄ３と長くなるほど、拡大率が小さくなる。そのため、撮影距離に応じてＣＴ画像Ｐ２やＣＴ画像Ｐ３のＦＯＶは大きくなり、観察される試料量も多くなる。一方、その分解能は撮影距離が長くなるのに対応して低くなり、撮影距離ｄ３で分解能が最も低くなる。つまり、撮影距離を長くするほど、分解能が低くなるものの、観察される試料量を多くすることができる。

【0024】

本発明者等の検討によると、短い撮影距離ｄ１で取得されたＣＴ画像Ｐ１では、分解能が高いため、金属含有試料に含まれる微細な金属粒子も撮影することができる。ただし、金属含有試料では金属粒子の粒度がばらつくことがあり、撮影する試料量が少なすぎると、金属含有試料における全体の金属粒子の粒度を精度よく評価できないことがある。例えばＣＴ画像Ｐ１上で粗大な金属粒子が１つ含まれたときに、この金属粒子が金属試料全体で一様に存在しているのか、局所的に存在しているのか分からず、金属粒子の粒度分布を精度よく評価できないことがある。評価精度を向上させる観点からは試料量を多くする必要があり、短い撮影距離ｄ１でＣＴ画像Ｐ１を繰り返し取得する必要がある。この場合、評価時間が長くなり、作業性が著しく低下する。

【0025】

一方、例えば長い撮影距離ｄ３で取得されたＣＴ画像Ｐ３では、試料量が多いため、ＣＴ画像Ｐ１の場合のようにＣＴ画像を繰り返し取得する必要がなく、作業性の低下を抑制することができる。ただし、ＣＴ画像Ｐ３では、その分解能が低く、金属含有試料に含まれる金属粒子のうち、分解能未満である微細な金属粒子までは観察できない。このため、ＣＴ画像Ｐ１でもＣＴ画像Ｐ３でも、金属含有試料に含まれる金属粒子について幅広い粒径にわたって精度よく評価できない。

【0026】

例えばＦＯＶを３０ｍｍとしたＣＴ画像では、観察される試料量が２０ｇであるのに対して、ＦＯＶを７ｍｍとしたＣＴ画像では、観察される試料量が０．２ｇとなる。ＦＯＶを７ｍｍとする場合、ＦＯＶを３０ｍｍとした場合と同様の試料量を確保するにはＣＴ画像を１００回、取得する必要がある。また、ＦＯＶを３０ｍｍとした場合、分解能は９０μｍ程度であり、９０μｍ未満の金属粒子については検出できないことがある。

【0027】

このように所定の撮影距離で取得したＣＴ画像１つのみでは、撮影距離によって、試料量が少ないことで作業性が著しく低下したり、分解能が低いことで精度よく評価できなかったりすることがある。

【0028】

このことから、本実施形態では、撮影距離を変えて、異なる撮影視野を有する３つのＣＴ画像を取得する。以下、これらのＣＴ画像について解析工程Ｓ３、規格化工程Ｓ４、抽出・統合工程Ｓ５および評価工程Ｓ６を行う。

【0029】

画像取得工程Ｓ２において、複数の撮影距離は、金属含有試料に含まれる金属粒子が取り得る粒径の範囲に応じて適宜変更するとよい。後述の抽出・統合工程Ｓ５を精度よく行う観点からは、撮影距離の近い２つの試料量の比率について、比較的長い撮影距離の試料量を比較的短い撮影距離の試料量の３倍以上１００倍以下とすることが好ましく、３倍以上２５倍以下とすることがより好ましい。例えば撮影距離ｄ２の試料量を撮影距離ｄ１の試料量の３倍以上１００倍以下、撮影距離ｄ３の試料量を撮影距離ｄ２の試料量の３倍以上１００倍以下とするとよい。後述の抽出・統合工程Ｓ５をより精度よく行う観点からは、複数の撮影距離の試料量のうち、最大の撮影距離での試料量を最小の撮影距離での試料量の３倍以上１００倍以下とすることが好ましい。

【0030】

また画像取得工程Ｓ２において、最も短い撮影距離は、金属含有試料に含まれる微細な金属粒子をＣＴ画像上で検出できれば特に限定されず、検出対象とする微細な金属粒子の大きさに応じて適宜変更するとよい。検出下限値については小さければ小さいほど良いが、装置の性能にも依存するため、一概には決めることができない。一般的には、粒径が７μｍ以上である微細な金属粒子を検出できるような分解能を実現する撮影距離とするとよい。

【0031】

なお、拡大率とは、Ｘ線発生源１０の焦点からカプセル（金属含有試料）までの距離に対する、Ｘ線発生源１０の焦点から検出器２０までの距離の比率を示す。最小画素サイズは、検出器２０に由来する画素サイズを拡大率で除した値を示す。

【0032】

（解析工程Ｓ３）
続いて、取得した３つのＣＴ画像のそれぞれについて解析を行い、金属含有試料に含まれる金属粒子の粒径と個数との関係を示す複数の粒度分布を取得する。

【0033】

ＣＴ画像においては、金属含有試料における金属粒子と非金属物質との材質に応じてＸ線の吸収量に違いが生じる。金属含有試料において、密度や厚さ、原子番号などが大きい成分ほど透過Ｘ線強度が小さく、密度や厚さ、原子番号などが小さい成分ほど透過Ｘ線強度が大きくなる。ＣＴ画像においては、金属含有試料における金属粒子は、非金属物質、例えばスラグと比較して高密度であるため、高輝度で表示される。スラグは、比較的低密度であるため、低輝度で表示される。

【0034】

本実施形態では、ＣＴ画像において例えば高輝度で表示されるボクセルを抽出し、金属粒子について粒径と個数とを求め、粒度分布を取得する。本実施形態では、異なる撮影視野を有する３つのＣＴ画像のそれぞれについて粒度分布を取得する。

【0035】

具体的には、各粒度分布は、図３に示すように、粒径ｘ１～ｘ１１の金属粒子の個数をそれぞれ表示する。図３は、本発明の一実施形態における解析工程Ｓ３で取得される粒度分布を示し、横軸は金属粒子の粒径、縦軸は金属粒子の個数をそれぞれ示す。３つのＣＴ画像は撮影距離によって試料量が異なるため、各ＣＴ画像から得られる粒度分布はそれぞれ異なる試料量に基づいた情報となっている。例えば試料量の多いＣＴ画像Ｐ３から得られる粒度分布は、試料量の少ないＣＴ画像Ｐ１と比較して、同じ粒径での個数が多くなる傾向がある。

【0036】

（規格化工程Ｓ４）
続いて、３つの粒度分布を試料量で規格化する。

【0037】

本実施形態では、各粒度分布について試料量の違いを排除すべく、複数の粒度分布を試料量で規格化する。これにより、試料量の違いが排除された複数の規格化粒度分布を得る。それぞれの規格化粒度分布は、規格化により試料量が同一となり、試料量の違いが排除される。

【0038】

規格化の方法は特に限定されないが、最大の撮影距離で撮像されるＣＴ画像における試料量をＡ、その他の撮影距離で撮像されるＣＴ画像における試料量をＢとしたとき、その他の撮影距離で取得される粒度分布について、個数をＡ／Ｂ倍することで規格化することが好ましい。本実施形態では、最大の撮影距離ｄ３で撮像されるＣＴ画像Ｐ３における試料量をＡ、ＣＴ画像Ｐ１における試料量をＢ１、ＣＴ画像Ｐ２における試料量をＢ２としたとき、ＣＴ画像Ｐ１から得られる粒度分布については、個数をＡ／Ｂ１倍、ＣＴ画像Ｐ２から得られる粒度分布については、個数をＡ／Ｂ２倍するとよい。これにより、試料量の比較的少ないＣＴ画像Ｐ１やＣＴ画像Ｐ２から得られる粒度分布を、ＣＴ画像Ｐ３と同一の試料量となるように補正することができる。

【0039】

各ＣＴ画像に基づく規格化粒度分布は、例えば図４となる。図４は、本発明の一実施形態における規格化工程で取得される規格化粒度分布を示し、横軸は金属粒子の粒径、縦軸は金属粒子の個数をそれぞれ示す。

【0040】

（抽出・統合工程Ｓ５）
続いて、３つの規格化粒度分布から個数の精度を担保できる粒径の範囲を特定するとともに抽出する。規格化粒度分布では、撮影距離が長くなるほど分解能が低くなるため、ＣＴ画像Ｐ２、Ｐ３と試料量が多くなるほど、粒径が小さい範囲で個数の精度が低くなる傾向がある。一方、撮影距離が短く、試料量が少なくなるほど、粒径の大きな粒子のばらつきが大きくなるため、ＣＴ画像Ｐ２、Ｐ１と試料量が少なくなるほど粒径の大きい範囲での個数の精度を担保しにくくなる。そこで、各規格化粒度分布から個数の精度を担保できる粒径の範囲を特定し、抽出する。

【0041】

個数の精度を担保できる粒径の範囲を特定する方法は、所定の撮影距離で取得された１つの規格化粒度分布と、それよりも撮影距離の長い他の規格化粒度分布とを比較し、金属粒子の個数が相関する粒径の閾値を設定する。本実施形態では、撮影距離の最も近い規格化粒度分布同士を比較し、各粒径での個数分布の相関を確認する。

【0042】

具体的には、まず、撮影距離の最も短いＣＴ画像Ｐ１と撮影距離の最も近いＣＴ画像Ｐ２のそれぞれから取得される規格化粒度分布を比較する。そして、個数の乖離が少ない粒径範囲を特定する。例えば図４では、粒径がｘ６以上においてＣＴ画像Ｐ１とＣＴ画像Ｐ２との個数の相関があることから、粒径ｘ６を、ＣＴ画像Ｐ１とＣＴ画像Ｐ２について金属粒子の個数が相関する閾値Ｔ１として設定する。粒径ｘ６未満（ｘ５以下）の範囲では、ＣＴ画像Ｐ１から取得した規格化粒度分布が金属粒子の粒度分布をより高い精度で反映し、粒径がｘ６以上の範囲では、ＣＴ画像Ｐ２から取得した規格化粒度分布が金属粒子の粒度分布をより高い精度で反映している。次に、同様の操作を、ＣＴ画像Ｐ３と撮影距離の最も近いＣＴ画像Ｐ２のそれぞれから取得される規格化粒度分布についても行う。図４では、粒径ｘ９以上においてＣＴ画像Ｐ２とＣＴ画像Ｐ３との個数の相関があることから、粒径ｘ９を、ＣＴ画像Ｐ２とＣＴ画像Ｐ３について金属粒子の個数が相関する閾値Ｔ２として設定する。粒径がｘ９未満（ｘ８以下）の範囲では、ＣＴ画像Ｐ２から取得した規格化粒度分布が金属粒子の粒度分布をより高い精度で反映し、粒径がｘ９以上の範囲では、ＣＴ画像Ｐ３から取得した規格化粒度分布が金属粒子の粒度分布をより高い精度で反映している。

【0043】

このように、各規格化粒度分布の比較から、各規格化粒度分布について個数の精度を担保できる粒径の閾値を設定した後、それぞれの規格化粒度分布から個数分布を抽出する。

【0044】

また抽出・統合工程Ｓ５において、粒径の閾値は、ＣＴ画像の撮影距離に応じた分解能、すなわち画素サイズに基づいて設定することが好ましい。具体的には、所定の撮影距離で取得された１つの規格化粒度分布、それよりも撮影距離の長い他の規格化粒度分布について、粒径の閾値は、他の規格化粒度分布の分解能（画素サイズ）の３倍以上の範囲から設定することが好ましい。例えば図４の場合であれば、ＣＴ画像Ｐ１とＣＴ画像Ｐ２から取得される規格化粒度分布については、ＣＴ画像Ｐ２の分解能（画素サイズ）の３倍以上の範囲から閾値を設定するとよい。また、ＣＴ画像Ｐ２とＣＴ画像Ｐ３から取得される規格化粒度分布については、ＣＴ画像Ｐ３の分解能（画素サイズ）の３倍以上の範囲から閾値を設定するとよい。本発明者等の検討によると、金属粒子のうち、分解能（画素サイズ）以上の粒径の粒子でも、精度よく検出できないことがわかった。その一方、分解能（画素サイズ）の３倍以上の粒径のものであれば、精度よく検出できることがわかった。

【0045】

また抽出・統合工程Ｓ５において、金属粒子の個数が相関する粒径の閾値を設定する際、所定の１つの規格化粒度分布とそれよりも撮影距離の長い他の規格化粒度分布との個数の比率が０．５倍以上１．５倍以下となる粒径の範囲から設定するとよい。個数の比率が上記範囲内にあれば、規格化粒度分布の乖離が小さく、閾値以上の範囲で、個数の精度を担保することができる。

【0046】

（評価工程Ｓ６）
続いて、抽出・統合した規格化粒度分布に基づき、金属含有試料に含まれる金属粒子を評価する。この評価としては、例えば金属粒子の粒径とその個数から、金属含有試料に含まれる金属粒子の重量比率などを行うとよい。また、重量比率にとどまらず、上記設定された金属粒子の個数が相関する粒径の閾値に基き、金属粒子の形状、分布状態等の形状や位置についても評価、解析することができる。

【0047】

以上により、金属含有試料に含まれる金属粒子の情報を評価することができる。

【0048】

＜本実施形態に係る効果＞
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

【0049】

比較形態として、例えば１つの撮影距離で取得されたＣＴ画像に基づき、金属含有試料に含まれる金属粒子を評価する場合、以下のような課題がある。

【0050】

例えば短い撮影距離で取得されたＣＴ画像に基づき粒度分布を取得し、その粒度分布から金属粒子を評価する場合、分解能が高く、微細な金属粒子についても検出することが可能となる。しかし、試料量が少ないため、仮に粗大な金属粒子が１つ含まれた場合、金属含有試料の本来の粒度分布を反映したものか判別できないことがある。つまり、粒径の大きい金属粒子についての個数の精度を担保できないことがある。これを解消すべく、同じ撮影距離で複数回評価することで試料量を増やすことも考えられるが、その分、評価に要する時間が長くなり、作業性が低下する。

【0051】

その反対に、長い撮影距離で取得されたＣＴ画像に基づき粒度分布を取得し、その粒度分布から金属粒子を評価する場合、試料量が多いため、粗大な粒径範囲においては、金属含有試料の本来の粒度分布を取得することが可能となる。ただし、その粒度分布では、ＣＴ画像の分解能が低く、微細な金属粒子を精度よく検出できないため、粒径の小さい金属粒子についての個数の精度を担保できないことがある。

【0052】

このように、１つの撮影距離でＣＴ画像を取得し金属含有試料を評価する場合、ＣＴ画像においては分解能と試料量とが反比例の関係にあり、粒径が幅広い範囲である粒度分布を精度よく短時間で取得することが困難となる。

【0053】

（ａ）この点、本実施形態では、まず、画像取得工程Ｓ２および解析工程Ｓ３にて、異なる３つの撮影距離（ｄ１～ｄ３）で撮像した３つのＣＴ画像Ｐ１～Ｐ３からそれぞれ粒度分布を取得する。続いて、これらの粒度分布は、撮影距離に応じた試料量に基づく情報であるため、規格化工程Ｓ４にて各粒度分布を試料量で規格化する。これにより、試料量が同一に規格化された規格化粒度分布を得る。規格化粒度分布はそれぞれ、撮影距離が異なることで、金属粒子について個数の精度を担保できる粒径範囲がそれぞれ異なる。そこで、抽出・統合工程Ｓ５にて、３つの規格化粒度分布について、撮影距離の最も近い規格化粒度分布同士を比較し、金属粒子の個数が相関する粒径の閾値を設定する。例えば、図４に示すように、撮影距離ｄ１の規格化粒度分布と撮影距離ｄ２の規格化粒度分布とを比較し、金属粒子の個数が相関する粒径範囲を特定し、その閾値Ｔ１を設定する。同様に、撮影距離ｄ２の規格化粒度分布と撮影距離ｄ３の規格化粒度分布についても比較し、粒径の閾値Ｔ２を設定する。続いて、各規格化粒度分布のそれぞれから、金属粒子の個数の精度を担保できる粒径範囲を抽出する。具体的には、撮影距離ｄ１の規格化粒度分布から閾値Ｔ１未満を、撮影距離ｄ２の規格化粒度分布から閾値Ｔ１以上閾値Ｔ２未満を、そして、撮影距離ｄ３の規格化粒度分布から閾値Ｔ２以上を、それぞれ抽出する。このように各規格化粒度分布から抽出することで、金属粒子の各粒径での個数の精度を高く維持できるので、評価工程Ｓ６にて金属含有試料に含まれる微細な金属粒子から粗大な金属粒子までを精度よく評価することができる。しかも、ＣＴ画像の取得を３回としながらも、撮影距離が最も長いｄ３に応じた試料量が最も多い情報を取得することができる。つまり、精度よく評価するために試料量を多くしながらも、その一方で評価時間を短縮することが可能となる。

【0054】

（ｂ）抽出・統合工程Ｓ５にて、所定の撮影距離で取得された１つの規格化粒度分布と、それよりも撮影距離が長く、最も近い撮影距離で取得された他の規格化粒度分布を比較し、粒径の閾値を、他の規格化粒度分布の分解能、すなわち画素サイズの３倍以上の範囲から設定することが好ましい。本実施形態では、撮影距離ｄ１およびｄ２で取得された規格化粒度分布についての粒径の閾値Ｔ１を、撮影距離ｄ２でのＣＴ画像Ｐ２の分解能（画素サイズ）の３倍以上の範囲から選択するとよい。また同様に、撮影距離ｄ２およびｄ３で取得された規格化粒度分布についての粒径の閾値Ｔ２を、撮影距離ｄ３でのＣＴ画像Ｐ３の分解能（画素サイズ）の３倍以上の範囲から選択するとよい。これにより、各規格化粒度分布のそれぞれから、金属粒子の個数についての情報をより高い精度で取得することが可能となる。

【0055】

（ｃ）また抽出・統合工程Ｓ５にて、１つの規格化粒度分布および他の規格化粒度分布を比較した際に、金属粒子の個数の比率が０．５倍以上１．５倍以下となるときの粒径の範囲から閾値を設定することが好ましい。個数の比率が上記範囲内であれば、１つの規格化粒度分布および他の規格化粒度分布について個数の相関がより高くなることから、金属粒子の個数についての情報をより高い精度で取得することが可能となる。

【0056】

（ｄ）また、画像取得工程Ｓ２では、撮影距離の近い２つの試料量の比率について、比較的長い撮影距離での試料量を比較的短い撮影距離での試料量の３倍以上１００倍以下とすることが好ましい。これにより、抽出・統合工程Ｓ５にて各規格化粒度分布から、個数の精度が担保された粒径範囲をより確実に抽出することができ、評価工程Ｓ６にて金属粒子をより精度よく評価することができる。

【0057】

（ｅ）規格化工程Ｓ４では、最大の撮影距離で撮像されるＣＴ画像における試料量をＡ、その他の撮影距離で撮像されるＣＴ画像における試料量をＢとしたとき、その他の撮影距離で取得される粒度分布について、個数をＡ／Ｂ倍することで規格化することが好ましい。これにより、評価工程Ｓ６にて金属粒子をより精度よく評価することができる。

【0058】

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。

【0059】

上述の実施形態では、３つの異なる撮影距離でＣＴ画像を取得する場合について説明したが、２つの異なる撮影距離でＣＴ画像を取得し、解析工程Ｓ３～評価工程Ｓ６を上述の実施形態と同様に行ってもよい。この場合、撮影距離の最大値を最小値の３倍以上１００倍以下とすることが好ましい。なお、異なる撮影距離は４以上を選択してもよい。上限は特に限定されないが、撮影距離を増やすほど評価時間が長くなるため、作業性の著しい低下を招かない範囲で適宜設定するとよい。

【実施例0060】

以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

【0061】

（サンプル１）
サンプル１では、金属含有試料として、Ｎｉ酸化鉱石（サプロライト）の還元処理で得られる還元処理産物を破砕した破砕物を準備した。この破砕物は、金属酸化物を含むスラグから主に構成され、その中に金属が粒子状に存在している。この破砕物は２ｍｍの篩を通るように破砕している。

【0062】

続いて、破砕物をＸ線ＣＴ測定用の容器（カプセル）に収容し、Ｘ線ＣＴ装置（株式会社リガク製の「ＣＴＬａｂＨＸ１３０」）に導入した。サンプル１では、Ｘ線発生源と金属含有試料との間の撮影距離を変え、撮影視野（ＦＯＶ）の大きさが７ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍとなるように撮像し、撮影視野の異なる３つのＣＴ画像を取得した。以降、ＦＯＶの大きさが７ｍｍであれば「ＦＯＶ７」と表記する。なお、各試料量は、ＦＯＶ７で０．２ｇ、ＦＯＶ２０で５ｇ、ＦＯＶ３０で２０ｇであった。また、各ＣＴ画像での分解能、すなわち画素サイズは、ＦＯＶ７で７．１μｍ、ＦＯＶ２０で２０μｍ、ＦＯＶ３０で３０μｍであった。

【0063】

続いて、取得した各ＣＴ画像を解析し、金属含有試料に含まれる金属粒子の粒径とその個数を測定し、粒度分布を得た。続いて、各粒度分布をＦＯＶ３０の試料量となるように規格化した。具体的には、ＦＯＶ７の粒度分布について個数を１００倍（２０／０．２）、ＦＯＶ２０の粒度分布について個数を４倍（２０／５）した。これにより、３つの規格化粒度分布を得た。得られた規格化粒度分布を図５に示す。図５は、サンプル１において取得される規格化粒度分布を示し、横軸は粒径［μｍ］を、縦軸は個数の対数をそれぞれ示す。

【0064】

続いて、各規格化粒度分布を比較し、金属粒子の個数が相関する粒径の閾値を設定した。ＦＯＶ７とＦＯＶ２０の規格化粒度分布を比較したとき、粒径が６３μｍ以上の範囲で個数の相関が高いことから、ＦＯＶ７とＦＯＶ２０についての閾値を６３μｍに設定した。また同様に、ＦＯＶ２０とＦＯＶ３０の規格化粒度分布を比較したとき、粒径が９０μｍ以上の範囲で個数の相関が高いことから、ＦＯＶ２０とＦＯＶ３０についての閾値を９０μｍに設定した。なお、粒径の閾値は、各ＦＯＶでの分解能、すなわち画素サイズの３倍以上の範囲であって、かつ、比較する規格化粒度分布の個数の比率が０．５倍以上１．５倍以下となる粒径の範囲から設定した。

【0065】

続いて、各規格化粒度分布について設定した粒径の閾値に基づき、粒度分布を抽出した。具体的には、ＦＯＶ７の規格化粒度分布については粒径が８．１μｍ～５３μｍの範囲を、ＦＯＶ２０の規格化粒度分布については粒径が６３μｍ～７５μｍの範囲を、ＦＯＶ３０の規格化粒度分布については粒径が９０μｍ以上の範囲を、それぞれ抽出し、１つに統合した。

【0066】

続いて、抽出・統合した規格化粒度分布に基づき、金属含有試料に含まれる金属粒子を評価した。サンプル１では、金属粒子の情報として、金属含有試料に含まれる金属粒子の含有量（重量比率）を解析した。具体的には、金属粒子の粒径とその個数に基づき、金属含有試料に含まれる金属（メタル）の重量比率を評価した。その結果、金属含有試料に含まれる金属の含有量は重量割合で１０．７重量％であることが確認された。

【0067】

（サンプル２）
サンプル２では、ＦＯＶ７およびＦＯＶ３０となるように２点の撮影距離で撮像してＣＴ画像を取得した以外は、サンプル１と同様の操作を行い、金属含有試料を評価した。サンプル２にて、得られた規格化粒度分布を図６に示す。図６は、サンプル２において取得される規格化粒度分布を示し、横軸は粒径［μｍ］を、縦軸は個数の対数をそれぞれ示す。サンプル２では、ＦＯＶ７とＦＯＶ３０の規格化粒度分布を比較し、粒径が９０μｍ以上の範囲で個数の相関が高いことから、ＦＯＶ７とＦＯＶ３０についての閾値を９０μｍに設定した。そして、抽出した規格化粒度分布に基づき、金属試料を評価したところ、サンプル２では、金属試料に含まれる金属の含有量は重量割合で１１．１重量％であることが確認された。

【0068】

（サンプル３）
サンプル３では、ＦＯＶ７となるように１点の撮影距離で撮像したＣＴ画像から粒度分布を取得し、規格化を省略した以外は、サンプル１と同様の操作を行い、金属試料を評価した。その結果、サンプル３では、金属含有試料に含まれる金属の含有量は重量割合で２２．０重量％であることが確認された。

【0069】

（サンプル４）
サンプル４では、ＦＯＶ３０となるように１点の撮影距離で撮像したＣＴ画像から粒度分布を取得し、規格化を省略した以外は、サンプル１と同様の操作を行い、金属試料を評価した。その結果、サンプル４では、金属含有試料に含まれる金属の含有量は重量割合で７．５重量％であることが確認された。

【0070】

（評価結果）
サンプル１～４の評価結果を比較するため、金属含有試料について化学分析により金属の含有量を測定したところ、金属の含有量は重量割合で１５．４重量％であることが確認された。このことから、サンプル１および２では、サンプル３やサンプル４と比較して、化学分析に近い精度で金属試料を評価しながらも、評価時間を短縮できることが確認された。

【0071】

ＦＯＶ７のＣＴ画像のみに基づき評価を行ったサンプル３では、化学分析よりも金属の含有量が高くなることが確認された。これは、撮影距離が短く、試料量の少ない撮影視野において、粗大な金属粒子が含まれていたことで、その粒度分布が金属試料の本来の粒度分布を正しく反映していないためと推測される。

【0072】

また、ＦＯＶ３０のＣＴ画像のみに基づき評価を行ったサンプル４では、化学分析よりも金属の含有量が低くなることが確認された。これは、ＦＯＶ３０のＣＴ画像では、分解能が低く、微細な金属粒子の個数を精度よく検出できないためと推測される。

【0073】

一方、複数のＣＴ画像から抽出・統合して評価を行ったサンプル１や２では、検出可能な粒子径を小さくするとともに、粗大な金属粒子による解析のバラつきを抑制できたため、サンプル３やサンプル４と比較して金属試料を精度よく評価できたものと推測される。本発明の金属含有試料の解析方法によれば、非金属物質中に点在する金属粒子の粒度分布を精度よく、かつ効率よく取得することができるが、さらに、目安としてではあるが、金属粒子の重量比率も迅速に評価できることが分かった。ちなみに、一般的な化学分析では、化合物形態や単体を問わず金属元素の全てを定量してしまうため、単体金属の形態を取るものだけを定量するには、特殊な分析法に依ることとなり、多大な手間と時間を要する。

【0074】

以上説明したように、金属含有試料について異なる撮影距離で複数のＣＴ画像を撮像し、複数のＣＴ画像から粒度分布の取得、その規格化、そして規格化粒度分布に基づき所定の粒径範囲を適宜抽出することで、測定時間を短縮しながらも、金属含有試料に含まれる金属粒子を高い精度で評価することができる。

【符号の説明】

【0075】

１ Ｘ線ＣＴ装置
１０ Ｘ線発生源
２０ 検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】