特許第6583158号(P6583158)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6583158
(24)【登録日】2019年9月13日
(45)【発行日】2019年10月2日
(54)【発明の名称】蛍光X線分析用試料調製方法
(51)【国際特許分類】
   G01N 23/2202 20180101AFI20190919BHJP
   G01N 23/223 20060101ALI20190919BHJP
【FI】
   G01N23/2202
   G01N23/223
【請求項の数】6
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-124067(P2016-124067)
(22)【出願日】2016年6月23日
(65)【公開番号】特開2017-58362(P2017-58362A)
(43)【公開日】2017年3月23日
【審査請求日】2018年5月25日
(31)【優先権主張番号】特願2015-181425(P2015-181425)
(32)【優先日】2015年9月15日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【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】100067736
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100192212
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 貴明
(74)【代理人】
【識別番号】100204032
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100096677
【弁理士】
【氏名又は名称】伊賀 誠司
(72)【発明者】
【氏名】加岳井 敦
(72)【発明者】
【氏名】團上 亮平
【審査官】 佐藤 仁美
(56)【参考文献】
【文献】 実開昭56−012862(JP,U)
【文献】 特開2010−095788(JP,A)
【文献】 特開2006−138660(JP,A)
【文献】 特開2013−108778(JP,A)
【文献】 特開昭60−129651(JP,A)
【文献】 特開2008−292187(JP,A)
【文献】 特開2014−138918(JP,A)
【文献】 特開平11−326246(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01N 1/00− 1/44、23/00−23/2276、
C22B 1/00−61/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
蛇紋石を含むニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーの固形分を粉砕し、粗粉末を得る粗粉砕工程と、
上記粗粉末を粉砕機により粉砕することで、微粉末を得る微粉砕工程と、
上記微粉末を収納した試料カップを、平板状になるように加圧・成形し、ブリケットを得る成形工程とを有し、
上記微粉砕工程では、上記微粉末の粒度分布がD90≦80μm、かつ、D50≦30μmとなるように微粉砕することを特徴とする蛍光X線分析用試料調製方法。
【請求項2】
上記粗粉砕工程では、上記粗粉末が150μmふるい目開きを通過するように粗粉砕することを特徴とする請求項記載の蛍光X線分析用試料調製方法。
【請求項3】
上記粗粉砕工程の前に、上記鉱石スラリーを乾燥して該鉱石スラリーの固形分を得る乾燥工程をさらに有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の蛍光X線分析用試料調製方法。
【請求項4】
上記成形工程の前に、上記微粉末が所定の粒度分布であることを検査する検査工程をさらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の蛍光X線分析用試料調製方法。
【請求項5】
上記成形工程では、100kN〜200kNで10秒間〜60秒間加圧・成形することを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の蛍光X線分析用試料調製方法。
【請求項6】
上記微粉砕工程では、上記粗粉末を粉砕時間5分〜10分で微粉砕することを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項記載の蛍光X線分析用試料調製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蛍光X線分析用試料の調製方法に関する。詳しくは、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーから得られた粉末試料を粉砕、成形して蛍光X線分析用試料を調整する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
蛍光X線分析(以下、XRF分析という場合がある。)法は、化学分析などに比較すると、分析結果を短時間で得ることが可能であり、プロセスを操業中に得られた中間物の分析結果を、操業条件にフィードバックすることを目的として、プロセス操業中の分析方法として広く利用されている。
【0003】
例えば、特許文献1には、自動粉砕装置、自動プレス装置などを備えた、蛍光X線自動分析システムについて記載されており、自動化、省力化が可能であるという面でも、プロセス操業中の分析方法として好適であることが知られている。
【0004】
特許文献1の場合も含め、分析対象が固体である場合は、分析装置にセットできるように、粉砕して粉体試料を得て、さらにプレス機などを利用し、例えば、平たい円柱状の形状に成形し、分析用の試験片(ブリケット試料という場合がある)を作成することが一般的である。
【0005】
蛍光X線分析法の操作では、非特許文献1によれば、ブリケット試料に形成された平面(円柱の底面)にX線を照射し、その際に試料表面から発生する蛍光X線を測定することにより分析が進行するため、X線を照射する面の平坦性や均一性が重要であることが知られている。
【0006】
例えば、特許文献2には、粉体試料に無機質のマトリクス整合剤と有機質の固化材を加えるなどの操作により、全体として均一な分析用試料の調整法が記載されている。また、特許文献3には、金属または合金粉末の平均粒径や、成形体の押し込み率などを規定することによって測定面の均一性を向上させて、分析精度を向上できる試料の作成方法に係る技術が記載されている。
【0007】
ところで、ニッケル酸化鉱石の湿式精錬プロセスとして、高圧酸浸出法が知られており、ニッケル酸化鉱石をスラリー状(鉱石スラリーという)にして、高温高圧下で有価金属を硫酸浸出し、不純物を除去し、硫化してニッケル・コバルト混合硫化物(MS(Mixed Sulfide)という場合がある)を製造している。更に、MSを原料として電解採取により、電気ニッケルや電気コバルトが生産されている。
【0008】
高温高圧下の浸出反応は、オートクレーブで実施され、この浸出反応を効率的に進行させるためには、鉱石スラリー中の金属成分バランスが重要である。このため、高温高圧下の浸出反応では、プロセス中から鉱石スラリーをサンプリングして組成を確認し、必要に応じて鉱石種類を変更する等の操業条件にフィードバックする。そして、上述した組成の分析(プロセス分析という場合がある)には、蛍光X線分析法が利用されている。
【0009】
上述したとおり、蛍光X線分析法によれば、サンプリングから分析結果を得られるまでの所要時間が8時間程度なので、操業を継続したまま、すなわち操業効率を低下させることなく、操業条件の調整(フィードバック)が可能である。
【0010】
一方、化学分析だと分析結果の信頼性が高いものの、分析結果を得るのに数日かかるため、操業を継続したままでの適用が難しい。
【0011】
すなわち、浸出不良の原因が、鉱石スラリーの成分のバランス悪化であることが分からぬまま数日間継続し、その間は、別の操業条件、例えば、反応温度の上昇、硫酸添加量の増加などで対応しなければならない。このため、資材コストが増加する割に効果を高めることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開平01−059043号公報
【特許文献2】特開平06−249768号公報
【特許文献3】特開2013−108778号公報
【非特許文献】
【0013】
【非特許文献1】中井泉、「蛍光X線の分析実際」、朝倉書店、2014年7月25日、第10刷、p.63−64
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかしながら、特許文献2,3に記載されるように、蛍光X線分析法の欠点として分析結果のバラツキがあり、ニッケル酸化鉱石の種類によっては、鉱石スラリーを分析する際に、特にマグネシウムの分析値がばらつく。これより、ニッケルに対するマグネシウムのバランスにバラツキが発生する場合があり、上述した操業条件の調整がうまくいかなくなるという問題点がある。
【0015】
鉱石スラリー中の金属成分をプロセス分析することは、プロセス全体の操業効率を左右するほど重要である。このため、マグネシウムの分析値のバラツキを低減する技術が要請されている。
【0016】
そこで、本発明は、上述した従来の事情に鑑みて提案されたものであり、ニッケル酸化鉱石の湿式精錬プロセスにおけるプロセス分析として、マグネシウムの分析値の精度を高めることが可能な、蛍光X線分析用試料調製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】
【0017】
本発明者らは、上記課題を解決するために、粉砕ステップにおいて、鉱物種類により不均一な粉砕結果が発生しており、その結果、マグネシウムの分析結果にバラツキが発生していることを見出し、対応策を鋭意研究することにより、本発明を完成した。
【0018】
即ち、上記目的を達成するための本発明の一態様に係る蛍光X線分析用試料調製方法は、蛇紋石を含むニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーの固形分を粉砕し、粗粉末を得る粗粉砕工程と、粗粉末を粉砕機により粉砕することで、微粉末を得る微粉砕工程と、微粉末を収納した試料カップを、平板状になるように加圧・成形し、ブリケットを得る成形工程とを有し、微粉砕工程では、上記微粉末の粒度分布がD90≦80μm、かつ、D50≦30μmとなるように微粉砕することを特徴とする。
【0020】
本発明の一態様では、粗粉砕工程において粗粉末が150μmふるい目開きを通過するように粗粉砕することが好ましい。
【0021】
本発明の一態様では、粗粉砕工程の前に、鉱石スラリーを乾燥して鉱石スラリーの固形分を得る乾燥工程をさらに有することが好ましい。
【0022】
本発明の一態様では、成形工程の前に、微粉末が所定の粒度分布であることを検査する検査工程をさらに有することが好ましい。
【0023】
本発明の一態様では、成形工程において100kN〜200kNで10秒間〜60秒間加圧・成形することが好ましい。
【0024】
本発明の一態様では、微粉砕工程において粗粉末を粉砕時間5分〜10分で微粉砕することが好ましい。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、ニッケル酸化鉱石の湿式精錬プロセスにおけるプロセス分析として、マグネシウムまたはクロムの分析値の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
図1】本発明の一実施の形態に係る蛍光X線分析用試料調製方法における試料調整プロセスの概略を示す工程図である。
図2】鉱石スラリーの固形分を粉砕により得られた試料粉末の粒度分布であり、図2(A)は蛇紋石を微粉砕する前を示すグラフであり、図2(B)は蛇紋石を微粉砕した後を示すグラフである。
図3】実施例1において得られた試料粉末の走査型電子顕微鏡写真であり、図3(A)は蛇紋石を微粉砕する前を示す写真(観察倍率1000倍)であり、図3(B)は蛇紋石を微粉砕する前のMgを示す写真(観察倍率500倍)であり、図3(C)は蛇紋石を微粉砕する前のFeを示す写真(観察倍率500倍)であり、図3(D)は蛇紋石を微粉砕した後を示す写真(観察倍率2000倍)であり、図3(E)は蛇紋石を微粉砕した後のMgを示す写真(観察倍率1000倍)であり、図3(F)は蛇紋石を微粉砕した後のFeを示す写真(観察倍率1000倍)である。
図4】実施例3における各金属の相関を示すグラフであり、図4(A)はNiの相関を示すグラフであり、図4(B)はMgの相関を示すグラフであり、図4(C)はCrの相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【0028】
本実施の形態に係る蛍光X線分析用試料調製方法(以下、「蛍光X線分析用試料調製方法」ともいう。)は、図1に示すように、粗粉砕工程の前に、鉱石スラリーを乾燥する工程S1(以下、「乾燥工程」ともいう。)と、鉱石スラリーの固形分を粗粉砕する工程S2(以下、「粗粉砕工程」ともいう。)と、粗粉末を微粉砕する工程S3(以下、「微粉砕工程」ともいう。)と、微粉砕を収納した金属製カップを、加圧・成形する工程S4(以下、「成形工程」ともいう。)とを有するものである。以下、各工程を順にそれぞれ説明する。
【0029】
(乾燥工程)
まず、図1に示す乾燥工程S1とは、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーを乾燥して鉱石スラリーの固形分を得る工程をいう。蛍光X線分析用試料調製方法では、乾燥工程S1を有することが好ましい。なぜなら、湿潤状態の鉱石スラリーを次工程である粗粉砕工程S2に使用すると、蛍光X線を測定する際に重量測定に誤差が生じやすい。また、鉱石スラリーには、赤土状、粘土状の固形分が含まれるため、取り扱いに手間を要し、蛍光X線に使用する冶具の洗浄作業などに時間を要するからである。さらに、後述する成形工程S4では、金属カップに試料を入れる際に、ヘラなどによりカップ上面を平たくするために調整する必要がなく、ブリケット化することができる。
【0030】
より具体的には、乾燥工程S1では、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーを100℃〜200℃で、1時間〜6時間乾燥して、鉱石スラリーの固形分濃度を40重量%〜45重量%となるように乾燥することが好ましい。
【0031】
乾燥工程S1では、乾燥温度が100℃〜200℃に制御されることが好ましい。これにより、水分を適切に蒸発させることができる。
【0032】
乾燥温度が100℃未満の場合には、水分を十分に蒸発させることができない。一方、乾燥温度が200℃を超える場合には、鉱石中に含まれる結晶水が分解されるため、正確な分析値が得られない可能性がある。
【0033】
乾燥工程S1では、乾燥時間が1時間〜6時間に制御されることが好ましい。これにより、水分を適切に蒸発させることができる。
【0034】
乾燥時間が1時間の場合には、水分を適切に蒸発させることができない。一方、乾燥時間が6時間を超える場合には、いたずらに乾燥時間が長時間化するだけで鉱石中に含まれる水分がすでに蒸発しているので、余分なエネルギーの損失となる。
【0035】
乾燥工程S1では、鉱石スラリーの固形分濃度を40重量%〜45重量%となるように乾燥することが好ましい。これにより、蛍光X線分析用試料調製方法では、後工程である粗粉砕工程S2における粗粉砕の効率化を図ることができる。
【0036】
したがって、乾燥工程S1では、固形分濃度が所定の範囲である鉱石スラリーを得ることができる。
【0037】
(粗粉砕工程)
次に、図1に示す粗粉砕工程S2では、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーの固形分を粉砕する。
【0038】
粗粉砕工程S2では、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーの固形分を、乳鉢やすり鉢などで粉砕することが好ましい。乳鉢としては、アルミナの乳鉢が特に好ましい。
【0039】
粗粉砕工程S2では、次工程である微粉砕工程S3における所望の粒度分布からなる微粉末を得るために、粗粉末の粒径を150μm以下に粗粉砕することが好ましい。具体的には、粗粉砕工程S2では、乳鉢などで粉砕した粉末を、150μmふるい目開き(100メッシュ)に通すことにより、粒径が150μm以下である粗粉末を得ることができる。
【0040】
また、粗粉砕工程S2では、150μmふるい目開きを通らなかった粉末を、再度、乳鉢などで粗粉砕することもできる。そして、粗粉砕工程S2では、再度粗粉砕して得られる粉末を、150μmふるい目開きに通すことにより、粒径が150μm以下である粗粉末を得ることができる。
【0041】
したがって、粗粉砕工程S2では、上述した手順により粒径が150μm以下である粗粉末を得ることができる。
【0042】
(微粉砕工程)
次に、図1に示す微粉砕工程S3では、粗粉砕工程S2により得られる粗粉末を微粉砕する。
【0043】
蛍光X線分析用試料調製方法は、微粉砕工程S3を有するものである。ここで、蛍光X線分析用試料調製方法では、鉱石スラリーの固形分を目的とする微粉末となるまでに粉砕するための方法は特に限定されないが、一般的な乳鉢を使用する手作業では鉱石スラリーの固形分を粉砕するのに膨大な時間と手間を要するため好ましくない。
【0044】
蛍光X線分析用試料調製方法では、従来の方法(手作業で粒径150μmまでをふるいわけ)に比べて、微粉砕工程S3を有するので、多少の手間がかかるとも考えられる。しかしながら、蛍光X線分析用の試料は、10g以下の量で充分であるため、試料調製に要する時間が大幅に増加することはない。例えば、従来では、ニッケル酸化鉱石から蛍光X線分析用の試料を準備するために5時間〜6時間程度を要するものであった一方、蛍光X線分析用試料調製方法では、8時間程度に増加する程度である。このため、化学分析に数日間要することを考慮すれば大きな問題にはならない。
【0045】
さらに、蛍光X線分析用試料調製方法では、前工程である粗粉砕工程S2を経ずに微粉砕工程S3だけで、目的とする微粉末のサイズにした場合には、粉砕効率が非常に悪く粉砕機の寿命が短くなる。
【0046】
蛍光X線分析用試料調製方法では、微粉砕工程S3により、粗粉砕工程S2により得られる粗粉末を粉砕機により微粉砕して、微粉末の粒度分布がD90≦80μmとなるように微粉砕する。
【0047】
このように、微粉砕する理由は、ニッケル酸化鉱石内に含まれる蛇紋石を粉砕する必要があるからである。この蛇紋石は、マグネシウム鉱物を多く含んでいて、マグネシウムの分析精度を悪化させる要因となっている。なぜなら、蛇紋石は、図3(A)、図3(B)、及び図3(C)に示すように、Mg濃度の高い成分の粒子を、Fe濃度の高い成分が被覆する構造(以下、「Fe被膜構造」ともいう)となっている。
【0048】
この被覆部分は壊れにくく、従来の粉砕程度では、粒径が100μm程度のサイズの蛇紋石であれば、Fe被膜構造を保持したまま、粉砕後の粉末試料に残留する。例えば、図2(A)に示す微粉砕前の粒度分布測定結果には、70μm〜200μm付近において肩となって現れている。一方、微粉砕工程により所定の粒度分布になるまで粗粉末を、微粉砕すると、図2(B)に示すように、図2(A)に示した肩が消失する。
【0049】
その結果、蛇紋石の構造は破壊、粉砕され、蛇紋石の内部であったMg濃度の高い成分が表面に現れるため、蛍光X線分析をした場合に、X線が充分に照射される。
【0050】
このように、蛍光X線分析用試料調製方法では、微粉砕工程S3におけるニッケル酸化鉱石由来の微粉末がD90≦80μmとなるように微粉砕することを要する。
【0051】
また、微粉砕工程S3では、ニッケル酸化鉱石由来の微粉末がD50≦30μmとなるように微粉砕することが好ましい。これにより、ニッケル酸化鉱石に含まれる蛇紋石をさらに細かく粉砕することにより、Fe濃度の高い成分が被覆する構造を破壊されるため、Mg濃度の精度をより上げることができる。
【0052】
微粉砕工程S3では、粗粉末を粉砕機により微粉砕する。粉砕機としては、例えば、一般に市販されているボールミルや振動ミルなどが挙げられる。粉砕条件としては、例えば粉砕容器のサイズが100cc〜500ccタイプであり、粉砕容器の材質がジルコニア製であり、粉砕用ボールが30個〜60個であり、粉砕用ボールの材質がジルコニア製であり、粉砕用ボールの直径が5mm〜15mmであり、回転数が200rpm〜500rpmであり、粉砕時間が5分〜20分であることが好ましい。これにより、微粉砕工程S3では、粗粉砕工程S2により得られる粗粉末を粉砕機により微粉砕して、微粉末の粒度分布がD90≦80μm、D50≦30μmとなるように微粉砕することができる。なお、D50は、各粒径における粒子数を粒径の小さい側から累積し、その累積体積が全粒子の合計体積(通過分積算)の50%となる粒径を意味している。また、D90は、各粒径における粒子数を累積し、その累積体積が全粒子の合計体積(通過分積算)の90%となる粒径を意味している。D50及びD90を求める方法は特に限定されないが、例えば、レーザー光回折散乱式粒度分析計で測定した体積積算値から求めることができる。
【0053】
さらに、微粉砕工程S3で使用する粉砕機を遊星型ボールミルとし、粉砕条件としては、粉砕容器のサイズが250ccタイプであり、粉砕容器の材質がジルコニア製であり、粉砕用ボールが50個であり、粉砕用ボールの材質がジルコニア製であり、粉砕用ボールの直径が10mmであり、回転数が360rpmであり、粉砕機に装入するニッケル酸化鉱石の粗粉末10〜18gとし、粉砕時間を5〜10分とすることがより好ましい。
【0054】
これにより、蛍光X線分析に必要な微粉末を得ることができ、微粉砕工程S3に引き続き行われる成形工程S4の所要時間とのバランスが良くなり、微粉砕工程S3と成形工程S4を同時に進行しても無駄な時間がなくなるため、効率的に分析作業を進めることができる。また、前記したとおり、化学分析結果と最も相関の良いMgの蛍光X線の分析強度を得ることが可能であるだけでなく、Crを含有する鉱物であるクロマイトにとっても同時に最適な粉砕条件となる。
【0055】
クロマイトはCrを主成分とする硬質の鉱物であり粉砕しづらいので、粉砕時間が長くなるほど粒度が小さくなって微粉末となり、蛍光X線分析の結果が高くなる。一方、Mgを含有する蛇紋石は、粉砕時間が過剰だと、一度微粉末となった鉱物が凝集するという性質があり、粉砕時間が不足しても過剰であっても、蛍光X線分析の結果が低くなる。
【0056】
このため、蛍光X線分析のためには最適な粉砕条件を選択しなければならないことが知られているが、前記の条件であればMg、Cr両元素の最適な粉砕条件を同時に満足することができる。
【0057】
また、微粉砕工程S3では、次の工程である成形工程S4の前に、微粉末が所定の粒度分布であることを検査する検査工程をさらに有することが好ましい。マグネシウムの分析値の精度を高めるためには、蛇紋石の構造が破壊、粉砕され、蛇紋石の内部であったMg濃度の高い成分が表面に現れるよう、微粉末が所定の粒度分布であることを確認することが望ましいからである。
【0058】
したがって、微粉砕工程S3では、粒度分布がD90≦80μmである微粉末を得ることができる。
【0059】
(成形工程)
次に、図1に示す成形工程S4では、微粉砕工程S3で得られる微粉末を収納した試料カップを、平板状になるように加圧・成形する。
【0060】
成形工程S4では、試料カップに、微粉砕工程S3で得られる微粉末を収納する。この際、微粉砕工程S3により微粉末が細かい粒子状となっているので、試料カップに盛られている微粉末の表面をヘラなどで平たくする必要がない。
【0061】
試料カップの材質として、金属などが挙げられる。例えば、スズでメッキされた鉄製などが好ましい。試料カップの大きさは、φ30mm〜50mmであり、深さ8mm〜12mmが好ましい。
【0062】
成形工程S4では、微粉末を収納した試料カップを、加圧ブレス機により高さ2mm〜3mmの平板状になるように加圧・成形する。加圧・成形する条件としては、圧力が100kN〜200kNで圧縮し、圧縮時間を10秒〜60秒間保持することが好ましい。
【0063】
したがって、成形工程S4では、平板状のブリケットを得ることができる。なお、ブリケットとは、微粉末を収納した試料カップを加圧・成形することによりブリケットされた成型体をいう。
【0064】
(まとめ)
本実施の形態に係る蛍光X線分析用試料調製方法は、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーの固形分を粉砕し、粗粉末を得る粗粉砕工程S2と、粗粉末を粉砕機により、微粉末を得る微粉砕工程S3と、微粉末を収納した試料カップを、平板状になるように加圧・成形し、ブリケットを得る成形工程S4とを有し、微粉砕工程S3では、微粉末の粒度分布がD90≦80μmとなるように微粉砕することを特徴とする。
【0065】
これにより、ニッケル酸化鉱石に含まれる蛇紋石のFeを被膜する構造を破壊することができる。その結果、ニッケル酸化鉱石の湿式精錬プロセスにおけるプロセス分析として、マグネシウムまたはクロムの分析値の精度を高めることができる。このような方法は、非常に有用性が高く、工業的価値が極めて大きい。
【実施例】
【0066】
以下に示す実施例及び比較例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。なお、実施例1〜3、比較例1〜3に関し、鉱石1〜3のいずれかを用いて、粉砕した場合を、蛍光X線による測定誤差をそれぞれ説明する。
【0067】
まず、各実施例では、ニッケル酸化鉱石である鉱石1及び鉱石2について、微粉砕工程S3により微粉末にすることの効果を確認するため、評価基準として化学分析により金属の含有率を分析した。その結果、鉱石1は、表1に示すように、Ni:1.16重量%、Co:0.11重量%、Mg:1.38重量%、Cr:2.10重量%をそれぞれ含有するものであった。また、鉱石2は、表1に示すように、Ni:1.01重量%、Co:0.065重量%、Mg:0.58重量%、Cr:1.82重量%をそれぞれ含有するものであった。また、鉱石3は表1に示すように、Ni:1.04重量%、Co:0.084重量%、Mg:1.12重量%、Cr:1.94重量%をそれぞれ含有するものであった。
【0068】
【表1】
【0069】
<実施例1>
(粗粉砕工程)
実施例1では、鉱石シックナー装置に鉱石1を加えて、鉱石シックナー装置の出口付近で鉱石スラリーを得た。次に、得られた鉱石スラリーの固形分濃度が45重量%になるように調整した。鉱石スラリーの固形分をアルミナ乳鉢(アズワン社製、HD−3)で粗粉砕した。そして、得られた粉末をふるい目開き150μm(100メッシュ)でふるい分けをし、粒径が150μm以下である粗粉末を得た。
【0070】
ここで、ふるい目開き150μmを通らなかった粉末は、再度アルミナ乳鉢で粗粉砕した後、得られた粉末をふるい目開き150μmでふるい分けをし、粒径が150μm以下である粗粉末を得た。
【0071】
(微粉砕工程)
次に、実施例1では、遊星型ボールミル(フリッチュ製、P−5)を用いて、得られた粗粉末5gをジルコニア製250ccタイプの粉砕容器内で微粉砕した。ここで、粉砕条件として、粉砕ボールの材質がジルコニア製であり、粉砕ボールのサイズが直径10mmであり、粉砕ボールの個数が50個であり、回転数が360rpmであり、粉砕時間が10分で行った。これにより、微粉末を得た。実施例1では、この微粉末をレーザー回折/散乱方式の粒度分布測定装置(堀場製作所社製、LA−950)により測定した。なお、体積を基準とした積分分布によるものである。
【0072】
実施例1で得られた微粉末の粒度分布は、D50が13.6μmであり、D90が67.4μmであった。
【0073】
さらに、実施例1では、微粉砕する前の粗粉末と微粉砕した後の微粉末とを走査型電子顕微鏡(SEM)によりMgとFeの関係性をそれぞれ確認した。図3は、実施例1において得られた試料粉末の走査型電子顕微鏡写真であり、図3(A)は蛇紋石を微粉砕する前を示す写真(観察倍率1000倍)であり、図3(B)は蛇紋石を微粉砕する前のMgを示す写真(観察倍率500倍)であり、図3(C)は蛇紋石を微粉砕する前のFeを示す写真(観察倍率500倍)であり、図3(D)は蛇紋石を微粉砕した後を示す写真(観察倍率2000倍)であり、図3(E)は蛇紋石を微粉砕した後のMgを示す写真(観察倍率1000倍)であり、図3(F)は蛇紋石を微粉砕した後のFeを示す写真(観察倍率1000倍)である。
【0074】
実施例1では、図3(A)、図3(B)、及び図3(C)に示すように、Mg濃度の高い成分の粒子を、Fe濃度の高い成分が被覆する構造となっていることを確認した。一方、実施例1では、図3(D)、図3(E)、及び図3(F)に示すように、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーの固形分を最終的に微粉末とすることで、ニッケル酸化鉱石内に含まれる蛇紋石が破壊され、Fe濃度の高い成分が粉々に破壊された。その結果、実施例1では、図3(F)に示すように、Mg濃度の高い成分の粒子を、Fe濃度の高い成分が被覆する構造が消失していることを確認した。
【0075】
(形成工程)
次に、実施例1では、微粉砕工程S3で得られた微粉末5gを試料カップ(スズメッキの鉄製カップ、φ:40mm、高さ:10mm)に加えた。特にヘラにより試料カップ内の微粉末の表面を平滑化することなく、この試料カップを油圧プレス(理研商会社製、MP−4)を用いて、圧力150kNで圧縮して30秒間保持した。30秒後に、圧力を解き、ブリケット(φ:40mm、厚さ:2mm)を得た。
【0076】
(成分分析)
次に、実施例1では、ブリケットを試料ホルダー(φ:27mm)の円形のぞき窓(試料マスク)にセットし、蛍光X線分析装置(パナリティカル社製、Axios advanced)によりブリケット試料面を照射した。ここでは、Ni、Co、Mg成分をそれぞれ分析した。
【0077】
その結果、実施例1では、表2に示すように、鉱石1の成分としてNi:1.14重量%、Co:0.11重量%、Mg:1.39重量%であることを確認した。
【0078】
また、実施例1では、下記式に従い、Mg誤差率を算出した。
Mg誤差率(%)=((A−B)/B)×100・・・式
A:実施例1のMg分析値(重量%)
B:基準となる鉱石のMg分析値(重量%)
【0079】
その結果、実施例1では、表2に示すように、Mg誤差率が+0.72%であることを確認した。
【0080】
<実施例2>
実施例2では、鉱石2を用いたこと以外は実施例1と同様にして微粉末を得た。実施例2では、実施例1と同様に、この微粉末をレーザー回折/散乱方式の粒度分布測定装置により測定した。なお、D50及びD90は、体積を基準とした積分分布によるものである。
【0081】
実施例2で得られた微粉末の粒度分布は、D50が12.8μmであり、D90が63.4μmであった。
【0082】
実施例2では、実施例1と同様に、得られた微粉末をブリケット化し、蛍光X線分析装置により、Ni、Co、Mg成分をそれぞれ分析した。
【0083】
その結果、実施例2では、表2に示すように、鉱石2の成分としてNi:0.98重量%、Co:0.065重量%、Mg:0.60重量%であることを確認した。また、Mg誤差率が+3.4%であることを確認した。
【0084】
<比較例1>
比較例1では、微粉末にしなかったこと以外は実施例1と同様にして粗粉末を得た。
【0085】
比較例1では、実施例1と同様に、得られた粗粉末をブリケット化し、蛍光X線分析装置により、Ni、Co、Mg成分をそれぞれ分析した。
【0086】
その結果、比較例1では、表2に示すように、鉱石1の成分としてNi:1.17重量%、Co:0.093重量%、Mg:1.28重量%であることを確認した。また、Mg誤差率が−7.2%であることを確認した。
【0087】
【表2】
【0088】
次に、実施例3および比較例2〜3では、微粉砕工程において使用する粉砕機をボールミルとし、円筒形の粉砕容器のサイズを250ccタイプ(内径76mm、高さ70mm)とし、粉砕容器の材質をジルコニアとし、粉砕用ボールの直径を10mm、個数を50個とし、材質をジルコニアとし、回転数を360rpmとし、粉砕機に装入するニッケル酸化鉱石の試料は鉱石3とし、粗粉末15gとした。
【0089】
<実施例3>
実施例3では、粉砕時間を8分として微粉末を得た。
【0090】
実施例3では、実施例1と同様に、得られた粗粉末をブリケット化し、蛍光X線分析装置により、Mg、Cr成分をそれぞれ分析した。
【0091】
その結果、実施例3では、表3に示すように、鉱石3の成分としてMg:1.11重量%、Cr:1.94重量%であることを確認した。また、Mg誤差率が−0.98%、Cr誤差率が<±0.1%であることを確認した。
【0092】
<比較例2>
比較例2では、粉砕時間を4分としたこと以外は実施例3と同様にして微粉末を得た。
【0093】
比較例2では、実施例1と同様に、得られた粗粉末をブリケット化し、蛍光X線分析装置により、Mg、Cr成分をそれぞれ分析した。
【0094】
その結果、比較例2では、表3に示すように、鉱石3の成分としてMg:1.05重量%、Cr:1.67重量%であることを確認した。また、Mg誤差率が−7.0%、Cr誤差率が−14%であることを確認した。
【0095】
<比較例3>
比較例3では、粉砕時間を12分としたこと以外は実施例3と同様にして微粉末を得た。
【0096】
比較例3では、実施例1と同様に、得られた粗粉末をブリケット化し、蛍光X線分析装置により、Mg、Cr成分をそれぞれ分析した。
【0097】
その結果、比較例3では、表3に示すように、鉱石3の成分としてMg:1.08重量%、Cr:2.03重量%であることを確認した。また、Mg誤差率が−3.6%、Cr誤差率が+4.6%であることを確認した。
【0098】
なお、実施例3のニッケル酸化鉱石の粗粉末を10gより少なくしたときには、クロマイトの粉砕が過剰となりCrの誤差率が+9.2%、蛇紋石は一度微粉末となった鉱物が凝集したので、Mgの誤差率が−13%と大きくなった。また、ニッケル酸化鉱石の粗粉末を18gより多くしたときには、クロマイト及び蛇紋石の粉砕が不足したので、Crの誤差率が−7.6%、Mgの誤差率が−7.9%とそれぞれ大きくなった。
【0099】
【表3】
【0100】
実施例3におけるNi、Mg、Crの化学分析の結果とXRF分析結果の比較結果を表4及び図4に示す。この図4において、Ni、Mg、Crすべてが相関係数0.99以上となっていたので、すべての元素で誤差が少ない結果が得られたことを確認した。
【0101】
【表4】
【0102】
(考察)
実施例1及び実施例2では、表2に示すように、Mgの誤差率は絶対値で0.7〜3.4%程度であり、誤差率が絶対値で5%未満であるため良好な結果が得られた。一方、比較例1では、表2に示すように、実施例1及び実施例2と比べて誤差率の絶対値が2倍〜10倍に増大し、誤差率の絶対値が5%を超えていたため不良であることを確認した。
【0103】
したがって、実施例1及び実施例2では、微粉砕工程S3において粗粉末を、粒度分布がD90≦80μm及びD50≦30μmとなるように微粉砕することが有用であることを確認した。一方、比較例1では、実施例1及び実施例2と異なり、鉱石スラリーの固形分を粗粉砕するだけであったので、測定誤差が問題となるため、適切ではないことを確認した。
【0104】
また、実施例3の最適な粉砕時間では、微粉末の粒度分布は、D50が14.5μmであり、D90が73.4μmであったので、D50≦30μm、D90≦80μmを共に満足しており、表3に示したように、Mg,Crの誤差率は1%未満であるため、充分な結果であることを確認した。
【0105】
一方、比較例2では、粉砕時間が短く粉砕不足により、微粉末の粒度分布は、D50が14.6μmであり30μm以下であったが、D90が93.9μmであり80μm以上であったため、Mgの誤差率は−7.0%、Crの誤差率は−14%と大きくなっていることを確認した。また、比較例3では、粉砕時間が長くなり、一度微粉末となった鉱物が凝集したので、微粉末の粒度分布は、D50が14.3μmであり30μm以下であったが、D90が81.8μmであり80μm以上であったため、Mgの誤差率は−3.6%、Crの誤差率は+4.6%と大きくなっていることを確認した。
【0106】
なお、上記のように本発明の一実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【0107】
S1 乾燥工程、S2 粗粉砕工程、S3 微粉砕工程、S4 成形工程
図1
図2
図3
図4