特許 6809377 酸化鉱石の製錬方法

(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】6809377

(24)【登録日】2020年12月14日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】酸化鉱石の製錬方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 5/10 20060101AFI20201221BHJP

   C22B 23/02 20060101ALI20201221BHJP

   C22C 33/04 20060101ALI20201221BHJP

   C22B 1/243 20060101ALN20201221BHJP

   C22B 1/244 20060101ALN20201221BHJP

【ＦＩ】

   C22B5/10

   C22B23/02

   C22C33/04 H

   !C22B1/243

   !C22B1/244

【請求項の数】4

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-103031(P2017-103031)

(22)【出願日】2017年5月24日

(65)【公開番号】特開2018-197384(P2018-197384A)

(43)【公開日】2018年12月13日

【審査請求日】2020年1月8日

(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】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】井関 隆士

(72)【発明者】

【氏名】合田 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】小林 純一

(72)【発明者】

【氏名】岡田 修二

【審査官】 祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−１３３３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１２６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６２３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１５６１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２０３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２２９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３４８６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３０８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０３６４７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｂ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合し、得られた混合物を加熱して還元処理に付し、還元物であるメタルとスラグとを得る製錬方法であって、
前記炭素質還元剤として粒子（還元剤粒子）から構成されるものを用い、
前記還元剤粒子は、比表面積が０．０６μｍ^−１以上３０．０μｍ^−１以下であり、且つ、下記式（１）により求められる平均最大粒子長が５μｍ以上５００μｍ以下である
酸化鉱石の製錬方法。
平均最大粒子長＝還元剤粒子３００個の最大粒子長の総和／３００ ・・・（１）

【請求項2】

前記還元処理における還元温度を、１２００℃以上１４５０℃以下とする
請求項１に記載の酸化鉱石の製錬方法。

【請求項3】

前記酸化鉱石は、ニッケル酸化鉱石である
請求項１又は２に記載の酸化鉱石の製錬方法。

【請求項4】

前記メタルは、フェロニッケルである
請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化鉱石の製錬方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸化鉱石の製錬方法に関するものであり、例えば、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石と、還元剤とから製造されるペレットを、還元炉にて高温下で還元加熱することによって製錬し、フェロニッケル等の還元物を得る製錬方法に関する。

【背景技術】

【0002】

酸化鉱石の一種であるリモナイトあるいはサプロライトと呼ばれるニッケル酸化鉱石の製錬方法として、熔錬炉を使用してニッケルマットを製造する乾式製錬方法、ロータリーキルンあるいは移動炉床炉を使用して鉄とニッケルの合金であるフェロニッケルを製造する乾式製錬方法、オートクレーブを使用してミックスサルファイドを製造する湿式製錬方法等が知られている。

【0003】

上述した様々な方法の中で、特に乾式製錬法を用いてニッケル酸化鉱石を還元して製錬する場合、反応を進めるために原料のニッケル酸化鉱石を適度な大きさに破砕する等して塊状物化する処理が前処理として行われる。

【0004】

具体的に、ニッケル酸化鉱石を塊状物化する、すなわち粉状や微粒状の鉱石を塊状にする際には、そのニッケル酸化鉱石と、それ以外の成分、例えばバインダーやコークス等の還元剤とを混合して混合物とし、さらに水分調整等を行った後に塊状物製造機に装入して、例えば一辺あるいは直径が１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の塊状物（ペレット、ブリケット等を指す。以下、単に「ペレット」という）とするのが一般的である。

【0005】

塊状物化して得られるペレットには、含有する水分を「飛ばす」ために、ある程度の通気性が必要となる。さらに、その後の還元処理においてペレット内で均一に還元が進まないと、得られる還元物の組成が不均一になり、メタルが分散したり偏在したりする等の不都合が生じる。そのため、ペレットと作製する際には混合物を均一に混合したり、得られたペレットを還元する際には可能な限り均一な温度を維持することが重要となる。

【0006】

加えて、還元処理により生成するメタル（フェロニッケル）を粗大化させることも非常に重要な技術である。生成したフェロニッケルが、例えば数１０μｍ〜数１００μｍ以下の細かな大きさであった場合、同時に生成するスラグと分離することが困難となり、フェロニッケルとしての回収率（収率）が大きく低下してしまう。そのため、還元後のフェロニッケルを粗大化する処理が必要となる。

【0007】

また、製錬コストを如何に低く抑えることができるかについても重要な技術的事項であり、コンパクトな設備で操業できる連続処理が望まれている。

【0008】

例えば、特許文献１には、金属酸化物と炭素質還元剤とを含む塊成物を、移動床型還元溶融炉の炉床上に供給して加熱し、金属酸化物を還元溶融させる粒状金属の製造方法において、塊成物同士の距離を０としたときの塊成物の炉床への最大投影面積率に対する、塊成物の炉床への投影面積率の相対値を敷密度としたとき、平均直径が１９．５ｍｍ以上３２ｍｍ以下の塊成物を、敷密度が０．５以上０．８以下になるように炉床上に供給して加熱する方法が開示されている。この方法では、塊成物の敷密度と平均直径とを併せて制御することで、粒状金属鉄の生産性を高められることが、特許文献１に記載されている。

【0009】

しかしながら、特許文献１に開示されている方法は、塊成物の外側で起こる反応を制御するための技術であり、還元反応において最も重要な因子である、塊成物の内部で起きる反応の制御については着目していない。他方で、塊成物の内部で起きる反応を制御することで、反応効率を高め、還元反応をより均一に進めることで、より高品質のメタル（金属、合金）を得ることが求められていた。

【0010】

また、特許文献１にあるような、特定の直径を有するものを塊成物として用いる方法は、特定の直径を有しないものを取り除く必要があるため、塊成物を作製する際の収率が低いものであった。また、特許文献１にある方法では、塊成物の敷密度を０．５以上０．８以下に調整する必要があり、塊成物を積層させることもできないため、生産性の低い方法であった。このように、特許文献１にある方法は、製造コストが高いものであった。

【0011】

さらに、特許文献１のように、原料を全て熔解して還元するいわゆる全熔解法を用いたプロセスでは、操業コストの面で大きな問題があった。例えば、原料のニッケル酸化鉱石を完全に溶融するには、１５００℃以上もの高温にする必要があるが、このような高温条件とするには多大なエネルギーコストがかかり、またそのような高温で使用する炉は傷み易くなるため、補修費もかかる。またさらに、原料のニッケル酸化鉱石中にはニッケルが１％程度しか含まれていないため、そのニッケルに相応する鉄以外は回収する必要がないにもかかわらず、多量に含まれる回収不要な成分までもすべてを溶融することになり、著しく非効率となる。

【0012】

そこで、必要なニッケルだけを還元し、ニッケルよりもはるかに多く含まれる鉄の還元を部分的にしか行わない、部分熔解による還元方法が検討されてきた。しかしながら、このような部分還元法（あるいはニッケル優先還元法ともいう）では、原料を完全に熔解しない半固体状態に維持しながら還元反応を行うため、ニッケルを１００％完全に還元しながら、他方で鉄の還元をニッケルに相応する範囲に留めるように反応を制御することは容易でない。そのことにより、原料内における還元において部分的なばらつきが生じ、ニッケル回収率の低下等、効率的な操業が難しいという問題があった。

【0013】

このように、酸化鉱石を混合及び還元して金属や合金を製造する技術には、生産性や効率性を高め、製造コストを低減させ、また、還元反応を均一に進めてメタルの品質を高める点で、多くの問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２０１１−２５６４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石と炭素質還元剤とを含む混合物を還元することでメタルを製造する製錬方法において、生産性や効率性が高く、且つ低廉な製造コストで、高品質のメタルを製造することができる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】

【0016】

本発明者は、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、炭素質還元剤として、粒子（還元剤粒子）から構成され、その還元剤粒子が、比表面積が０．０６μｍ^−１以上３０．０μｍ^−１以下であり、且つ、平均最大粒子長が５μｍ以上５００μｍ以下であるものを用いることで、酸化鉱石と炭素質還元剤との接触面積や、混合物の均一性が高まり、それにより効率性の高い均一な還元反応を実現できることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は以下のものを提供する。

【0017】

（１）本発明の第１の発明は、酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合し、得られた混合物を加熱して還元処理に付し、還元物であるメタルとスラグとを得る製錬方法であって、前記炭素質還元剤として粒子（還元剤粒子）から構成されるものを用い、前記還元剤粒子は、比表面積が０．０６μｍ^−１以上３０．０μｍ^−１以下であり、且つ、下記式（１）により求められる平均最大粒子長が５μｍ以上５００μｍ以下である、酸化鉱石の製錬方法である。
平均最大粒子長＝還元剤粒子３００個の最大粒子長の総和／３００ ・・・（１）

【0018】

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記還元処理における還元温度を、１２００℃以上１４５０℃以下とする、酸化鉱石の製錬方法である。

【0019】

（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記酸化鉱石は、ニッケル酸化鉱石である、酸化鉱石の製錬方法である。

【0020】

（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記メタルは、フェロニッケルである、酸化鉱石の製錬方法である。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、酸化鉱石と炭素質還元剤とを含む混合物を還元することでメタルを製造する製錬方法において、生産性や効率性が高く、且つ低廉な製造コストで、高品質のメタルを製造することができる方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】酸化鉱石の製錬方法の流れの一例を示す工程図である。

【図2】炭素質還元剤の形状の一例を示す平面図である。

【図3】還元処理工程における処理の流れの一例を示す処理フロー図である。

【図4】炉床が回転する回転炉床炉の構成例を示す図（平面図）である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。また、本明細書において、「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ、Ｙは任意の数値）との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」の意味である。

【0024】

≪１．本発明の概要≫
本発明に係る酸化鉱石の製錬方法は、酸化鉱石を原料として、その酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して混合物とし、得られた混合物を高温下で還元処理に付して還元物であるメタルを製造する方法である。例えば、酸化鉱石として、酸化ニッケルや酸化鉄等を含有するニッケル酸化鉱石を原料とし、そのニッケル酸化鉱石を炭素質還元剤と混合して、高温下において、混合物に含まれるニッケルを優先的に還元し、また鉄を部分的に還元することで鉄とニッケルの合金であるフェロニッケルを製造する方法が挙げられる。

【0025】

具体的に、本発明に係る酸化鉱石の製錬方法は、酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合し、得られた混合物を原料として加熱して還元処理に付し、還元物であるメタルとスラグとを得る方法において、その炭素質還元剤として粒子（以下、「還元剤粒子」ともいう）から構成され、その還元剤粒子が、比表面積が０．０６μｍ^−１以上３０．０μｍ^−１以下であり、且つ、下記式（１）により求められる平均最大粒子長が５μｍ以上５００μｍ以下であるものを用いることを特徴としている。
平均最大粒子長＝還元剤粒子３００個の最大粒子長の総和／３００ ・・・（１）

【0026】

このような製錬方法によれば、その酸化鉱石と炭素質還元剤との接触面積が増加させることができ、酸化鉱石の還元反応を進み易くすることができる。また、混合物中における炭素質還元剤の分散性が高まりことによりその炭素質還元剤の凝集や偏在が抑制されるため、均一に還元反応を進行させることができる。これにより、生産性や効率性が高く、且つ低廉な製造コストで、高品質のメタルを製造することができる。

【0027】

以下では、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）として、ニッケル酸化鉱石の製錬方法を例に挙げて説明する。上述したように、製錬原料であるニッケル酸化鉱石は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを少なくとも含むものであり、そのニッケル酸化鉱石を製錬原料として還元処理することすることで、メタルとして鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）を製造することができる。

【0028】

なお、本発明は、酸化鉱石としてニッケル酸化鉱石に限定されるものではなく、製錬方法としても酸化ニッケル等を含むニッケル酸化鉱石からフェロニッケルを製造する方法に限られるものではない。

【0029】

≪２．ニッケル酸化鉱石の製錬方法≫
本実施の形態に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法は、ニッケル酸化鉱石を炭素質還元剤と混合して混合物とし、その混合物に対して還元処理を施すことによって、還元物としてメタルであるフェロニッケルとスラグとを生成させる方法である。この製錬方法では、混合物中のニッケル（酸化ニッケル）を優先的に還元させ、また、鉄（酸化鉄）を部分的に還元することで、フェロニッケルを生成させる。なお、メタルであるフェロニッケルは、還元処理を経て得られたメタルとスラグとを含む混合物から、そのメタルを分離することで回収することができる。

【0030】

図１は、ニッケル酸化鉱石の製錬方法の流れの一例を示す工程図である。図１に示すように、この製錬方法は、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合する混合処理工程Ｓ１と、得られた混合物を塊状化し又は所定の容器に充填して成形する還元投入前処理工程Ｓ２と、塊状化され又は容器に充填された混合物を所定の温度（還元温度）で加熱する還元処理工程Ｓ３と、還元処理工程Ｓ３にて生成したメタルとスラグとを含む混合物（混在物）からメタルを分離して回収する分離工程Ｓ４とを有する。

【0031】

＜１．混合処理工程＞
混合処理工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱石を含む原料粉末を混合して混合物を得る工程である。具体的には、混合処理工程Ｓ１では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に、炭素質還元剤を添加して混合し、また任意成分の添加剤として、鉄鉱石、フラックス成分、バインダー等の、例えば粒径が０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の粉末を添加して混合し、混合物を得る。なお、混合処理は、混合機等を用いて行うことができる。

【0032】

（ニッケル酸化鉱石）
原料鉱石であるニッケル酸化鉱石としては、特に限定されないが、リモナイト鉱、サプロライト鉱等を用いることができる。なお、ニッケル酸化鉱石は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを少なくとも含有する。

【0033】

（炭素質還元剤）
炭素質還元剤としては、特に限定されないが、石炭粉、コークス粉等が挙げられる。

【0034】

本実施の形態においては、炭素質還元剤として、粒子（還元剤粒子）から構成され、還元剤粒子の比表面積が０．０６μｍ^−１以上３０．０μｍ^−１以下であり、且つ、その還元剤粒子の平均最大粒子長が５μｍ以上５００μｍ以下であるものを用いる。すなわち、この炭素質還元剤は、比表面積及び平均最大粒子長が所定の範囲内にある。このような条件を満たす還元剤粒子から構成される炭素質還元剤を用いることによって、混合物中での炭素質還元剤と鉱石との接触面積が増し、また、炭素質還元剤の分散性が向上することで、これらが良好に混合して接触することができる。したがって、このような混合物を用いることで均一であり効率的な還元反応が実現し、その結果、高品質のフェロニッケルを効率よく得ることができる。

【0035】

炭素質還元剤を構成する還元剤粒子の比表面積は、上述したように、０．０６μｍ^−１以上３０．０μｍ^−１以下の範囲内にある。このような炭素質還元剤を用いることで、ニッケル酸化鉱石との接触面積を十分に確保することができ、炭素質還元剤の一つ一つの粒を、有効に還元反応に寄与させることができる。また鉱石との密着性や分散性も良好に維持することができる。

【0036】

ここで、「比表面積」とは、還元剤粒子の表面積と体積の総和から求められ、より具体的には下記式（Ａ）により求められるが、一般的な比表面積測定装置を用いて測定することもできる。
比表面積（μｍ^−１）
＝還元剤の表面積の総和（μｍ^２）÷還元剤の体積の総和（μｍ^３） ・・・（Ａ）

【0037】

より具体的に、還元剤粒子における比表面積は、０．０６μｍ^−１以上であり、０．３μｍ^−１以上であることが好ましい。比表面積が小さすぎると、鱗片状の還元剤粒子の割合が多くなり過ぎ、鱗片状の炭素質還元剤同士が張り付いたり凝集したりする可能性があるため、混合物中に還元剤粒子が分散し難くなる。それにより、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤の接触面積が減少するため、還元反応が不均一になり易くなる。

【0038】

一方、還元剤粒子における比表面積は、３０．０μｍ^−１以下であり、２０．０μｍ^−１以下であることが好ましい。比表面積が大きすぎると、還元剤粒子の表面積のうち、還元剤粒子の外形を構成する面積が小さくなることで、鉱石との接触面積が低下し易くなる。これにより、かえって還元反応が不均一になり易くなり、還元反応の効率性が低下し易くなる。

【0039】

また、炭素質還元剤を構成する還元剤粒子の平均最大粒子長は、５μｍ以上５００μｍ以下の範囲内にある。

【0040】

ここで、「平均最大粒子長」とは、無作為に選定した還元剤粒子３００個における、個数平均での最大粒子長Ｔの平均値であり、下記式（Ｂ）により求められる。
平均最大粒子長＝還元剤粒子３００個の最大粒子長の総和／３００ ・・・（Ｂ）

【0041】

上記式（Ｂ）において、「最大粒子長」とは、特定の粒子における、最も長い直径や辺の長さをいう。具体的には、粒子が楕円状であれば最大粒子長は長径であり、直方体であれば最大粒子長は対角線をいう。図２は、不定形粒子の最大粒子長Ｔを示す模式図である。還元剤粒子が不定形粒子である場合には、図２のように最大粒子長Ｔを決定する。この「最大粒子長」は、金属顕微鏡を用いて測定することができる。

【0042】

より具体的に、還元剤粒子の平均最大粒子長は、５μｍ以上であり、１０μｍであることが好ましい。平均最大粒子長が小さすぎると、炭素質還元剤が凝集する等して、混合物における炭素質還元剤の分散が不十分になる。また、混合中に微粉が粉塵として舞うことで、設定した含有量からずれる懸念が生じ得る。

【0043】

一方、還元剤粒子の平均最大粒子長は、５００μｍ以下であり、２００μｍであることが好ましい。平均最大粒子長が大きすぎると、粗い還元剤粒子の割合が多くなりすぎることで、混合物中での炭素質還元剤の分散性が悪化するため、均一な混合物を得ることが困難になり、偏析が起こり易くなる。その結果、還元反応が不均一になり易くなる。

【0044】

このように、原料鉱石に添加する炭素質還元剤が粒子（還元剤粒子）から構成されるとともに、還元剤粒子として、比表面積が０．０６μｍ^−１以上３０．０μｍ^−１以下であり、且つ、平均最大粒子長が５μｍ以上５００μｍ以下であるものを用いることで、炭素質還元剤とニッケル酸化鉱石との接触面積が増加することで密着性が向上し、また、混合物中における炭素質還元剤の分散性が増して、炭素質還元剤とニッケル酸化鉱石とが均一に混合される。これにより、後述する還元処理工程Ｓ３において、均一な還元をより効率的に実現することができるため、反応時間を短縮して製造コストを低廉にすることができ、また、得られるフェロニッケルの品質をより高めることができる。

【0045】

混合物中における炭素質還元剤の混合量、すなわち混合物に含まれることになる炭素質還元剤の量としては、ニッケル酸化鉱石を構成する酸化ニッケルの全量をニッケルメタル還元するのに必要な化学当量と、酸化鉄（酸化第二鉄）を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との両者合計値（便宜的に「化学当量の合計値」ともいう）を１００質量％としたときに、好ましくは５質量％以上６０質量％以下の炭素量の割合、より好ましくは、１０質量％以上の炭素量の割合や、４０質量％以下の炭素量の割合となるように調整することができる。炭素質還元剤の混合量を、化学当量の合計値１００質量％に対して５質量％以上の割合とすることで、ニッケルの還元を効率的に進行させることができ生産性が向上する。一方で、化学当量の合計値１００質量％に対して６０質量％以下の割合とすることで、鉄の還元量を抑えて、ニッケル品位の低下を防ぎ、高品質のフェロニッケルを製造することができる。

【0046】

このように、好ましくは、炭素質還元剤の混合量を化学当量の合計値１００質量％に対して５質量％以上６０質量％以下の炭素量の割合とすることで、混合物の表面に金属成分により生成した殻（メタルシェル）を均一に生成させて生産性を向上させることができ、またニッケル品位の高い高品質なフェロニッケルを得ることができ、好ましい。

【0047】

（鉄鉱石）
ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤のほか、混合物における鉄−ニッケル比を調整するために任意成分として鉄鉱石を添加することができる。ここで、鉄鉱石としては、特に限定されないが、例えば、鉄品位が５０％程度以上のものや、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬により得られるヘマタイト等を用いることができる。

【0048】

（バインダー、フラックス成分）
また、バインダーとしては、例えば、ベントナイト、多糖類、樹脂、水ガラス、脱水ケーキ等を挙げることができる。また、フラックス成分としては、例えば、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、二酸化珪素等を挙げることができる。

【0049】

下記表１に、混合処理工程Ｓ１にて混合する、一部の原料粉末の組成（重量％）の一例を示す。なお、原料粉末の組成としてはこれに限定されない。

【0050】

【表1】

【0051】

混合処理工程Ｓ１では、上述したようなニッケル酸化鉱石を含む原料粉末を均一に混合することによって混合物を得る。この混合に際しては、原料粉末を混練してもよい。ここで、原料粉末の混練は、混合と同時に行ってもよく、混合後に行ってもよい。これにより、混合物にせん断力が加えられ、炭素還元剤をはじめとした原料粉末の凝集が解けてより均一に混合されることで、原料粉末同士の接触面積が増し、混合物に含まれる空隙が減少して各々の粒子の密着性が高められる。したがって、還元反応の反応時間を短縮させることができ、且つ品質のばらつきを低減させることができる。よって、生産性の高い処理を行うことができ、且つ高い品質のフェロニッケルを製造することができる。

【0052】

また、原料粉末を混練した後、押出機を用いて混合物を押し出してもよい。このように押出機で押し出すことによって、より一層高い混練効果が得られることで、原料粉末同士の接触面積が増し、また混合物に含まれる空隙が減少する。そのため、高品質のフェロニッケルをより効率的に製造することができる。

【0053】

＜２．還元投入前処理工程（前処理工程）＞
還元投入前処理工程Ｓ２は、混合処理工程Ｓ１で得られた、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含有する混合物を成形させ、必要に応じて乾燥させる工程である。すなわち、この還元投入前処理工程Ｓ２では、原料粉末を混合して得られた混合物を、後述する還元処理工程Ｓ３にて使用する炉に投入し易くし、また効率的に還元反応が起こるように成形する。

【0054】

（１）混合物の成形
得られた混合物を成形する場合、その混合物を塊状化（造粒）して塊状の成形体（ペレット、ブリケット等）にしてもよく、混合物を容器等に充填して混合物充填容器にしてもよい。

【0055】

（混合物の塊状化）
このうち、混合物を塊状化する場合、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含有する混合物に対して、塊状化に必要な所定量の水分を添加し、例えば塊状物製造装置（転動造粒機、圧縮成形機、押出成形機等、あるいはペレタイザーともいう）を用いて、ペレット、ブリケット等の塊状の成形体（以下、単に「ペレット」という場合がある。）に成形する。

【0056】

混合物を成形する形状、すなわちペレットの形状としては、特に限定されず、立方体、直方体、円柱又は球の形状にすることができる。その中でも特に、球状のペレットに成形することが好ましい。球状のペレットにすることで、還元反応を比較的均一に進め易くすることができ、且つ、混合物の成形を容易にして成形にかかるコストを抑えることができる。また、ペレットの形状が単純になることで、成形不良のペレットを低減することができる。

【0057】

塊状化によって得られるペレットの大きさ（球状のペレットの場合には直径）は、特に限定されないが、例えば、前処理工程Ｓ２における乾燥処理や、還元処理工程Ｓ３における乾燥処理（乾燥工程Ｓ３１）、予熱処理（予熱工程Ｓ３２）を経て、還元処理（還元工程Ｓ３３）を行う場合であれば、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度にすることができる。なお、還元処理工程Ｓ３等については、詳しくは後述する。

【0058】

（混合物の容器への充填）
他方で、混合物を容器等に充填して成形する場合、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含有する混合物を押出機等で混練しながら所定の容器等に充填することで、混合物充填容器とすることができる。得られた混合物充填容器は、そのまま次工程の還元処理工程Ｓ３に供してもよいが、容器等に収容されている混合物をプレス等によって押し固めたものを、還元処理工程Ｓ３に供することがより好ましい。特に、容器等に収容されている混合物を押し固めて成形し、成形された混合物を次工程の還元処理工程Ｓ３に付すことで、混合物の間に生じる空隙を低減させて密度を高めることができ、また、密度が均一化することで還元反応をより均一に進め易くすることができる。したがって、品質のばらつきのより小さいフェロニッケルを作製することができる。

【0059】

混合物充填容器の形状としては、特に限定されないが、例えば直方体、立方体、円柱等の形状であることが好ましい。また、その大きさについても特に限定されないが、例えば直方体や立方体の形状であれば、概ね、縦、横、高さの内寸が、各々５００ｍｍ以下であることが好ましい。このような形状、大きさとすることにより、品質のばらつきが小さく、且つ生産性の高い製錬を行うことができる。

【0060】

（２）混合物の乾燥処理
ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含有する混合物には、混合物を成形する前後の少なくともいずれかにおいて、乾燥処理を行ってもよい。ここで、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤を含有する混合物には水分が多く含まれていることがあり、このような混合物を急激に還元温度まで昇温すると、水分が一気に気化し、膨張して混合物が破壊することがある。また、混合物は、水分によってべたべたした状態となっていることも多い。

【0061】

したがって、混合物に対して乾燥処理を施し、例えば塊状物の固形分が７０重量％程度で、水分が３０重量％程度となるようにすることで、次工程の還元処理工程Ｓ３において、混合物が崩壊することを防ぐことができ、それにより還元炉からの取り出しが困難になることを防ぐことができる。また、混合物に対して乾燥処理を施すことで、表面のべたべたした状態を解消できるため、還元炉への装入までの取り扱いを容易にすることができる。

【0062】

具体的に、混合物に対する乾燥処理としては、特に限定されないが、例えば２００℃〜４００℃の熱風を混合物に対して吹き付けて乾燥させる。なお、乾燥処理時の混合物の温度は、ペレットを破壊され難くする観点から、１００℃未満を維持することが好ましい。

【0063】

乾燥処理は、後述の還元処理工程Ｓ３における乾燥処理（乾燥工程Ｓ３１）を含めて、１回のみ行ってもよく、複数回行ってもよい。なお、乾燥処理を１回のみ行う場合は、後述するように、還元処理工程Ｓ３において乾燥工程Ｓ３１を行うことで、エネルギー効率をより高めることができる。

【0064】

下記表２に、乾燥処理後のペレットにおける固形分中組成（重量部）の一例を示す。なお、ペレットの組成としては、これに限定されるものではない。

【0065】

【表2】

【0066】

＜３．還元処理工程＞
還元処理工程Ｓ３では、還元投入前処理工程Ｓ２を経て成形された混合物を還元炉に装入して、所定の還元温度に還元加熱する。このように、混合物に対して加熱処理することで、製錬反応（還元反応）が進行して、メタルとスラグとの混在物が生成する。

【0067】

図３は、還元処理工程Ｓ３にて実行する処理工程を示す工程図である。図３に示すように、還元処理工程Ｓ３は、混合物を乾燥する乾燥工程Ｓ３１と、乾燥させた混合物を予熱する予熱工程Ｓ３２と、混合物を加熱して還元する還元工程Ｓ３３と、得られた還元物を冷却する冷却工程Ｓ３５と、を有する。また、還元工程Ｓ３３を経て得られた還元物を所定の温度範囲に保持する温度保持工程Ｓ３４を有してもよい。

【0068】

ここで、還元処理工程Ｓ３における還元加熱処理は、還元炉等を用いて行われる。還元加熱処理に用いる還元炉としては、特に限定されないが、移動炉床炉を用いることが好ましい。還元炉として移動炉床炉を使用することにより、炉外で混合物の炉床への載置を行った後で、移動炉床炉に装入させることができるため、還元炉をより効率的に運用することができる。また、移動炉床炉を用いることで、連続的に還元反応が進行し、一つの設備で反応を完結させることができ、各工程における処理を別々の炉を用いて行うよりも処理温度の制御を的確に行うことができる。さらに、移動炉床炉を使用して一つの設備で各処理を行うことで、ヒートロスが低減されるとともに炉内雰囲気も的確に制御できるため、反応をより効果的に進行させることができる。そのため、より効果的に、ニッケル品位が高いフェロニッケルを得ることができる。

【0069】

移動炉床炉としては、特に限定されず、回転炉床炉や、ローラーハースキルン等を用いることができる。このうち、回転炉床炉を用いる例としては、例えば、図４に示すような、円形状であって複数の処理室２３〜２６に区分けされた回転炉床炉（ロータリーハース炉）２０を有する還元炉２を挙げることができる。回転炉床炉２０は、平面上を回転移動する炉床を備えており、混合物を載置した炉床が所定の方向に回転移動することで、各領域においてそれぞれの処理が行われる。このとき、各領域を通過する際の時間（移動時間、回転時間）を制御することで、それぞれの領域での処理温度を調整することができ、回転炉床が１回転する毎に混合物１０が製錬処理される。

【0070】

この回転炉床炉２０では、例えば処理室２３〜２６のすべてを還元室として、乾燥室２１から順次供給される混合物１０に対して、処理室２３〜２６で還元処理を行ってもよい。他方で、処理室２３を予熱室、処理室２４を還元室、処理室２５を温度保持室、処理室２６を冷却室として、乾燥室２１から順次供給される混合物１０に対して、処理室２３で予熱を行い、処理室２４で還元処理を行い、処理室２５で温度を保持した後、処理室２６で冷却させ、外部冷却室２７にてさらに冷却処理されるようになっていてもよい。このように、処理室２３〜２６の間で温度を異ならせる場合は、反応温度を厳密に制御してエネルギーロスを抑制するために、処理室２３〜２６を可動式の仕切り壁で仕切られた構成とすることが好ましい。なお、図４における回転炉床炉２０上の矢印は、炉床の回転方向を示すとともに、処理物（混合物）の移動方向を示す。

【0071】

回転炉床炉２０を用いて、これらの処理を一つの還元炉内にて行うことによって、その還元炉内の温度を高い温度で維持することができるため、それぞれの工程における処理の都度、温度を上げたり下げたりする等の必要が無くなり、エネルギーコストを低減することができる。そのため、高い生産性で、品質の良好なフェロニッケルを、連続して安定的に作製することができる。

【0072】

なお、特に混合物を還元炉に装入する場合、予めその還元炉の炉床に炭素質還元剤（以下、「炉床炭素質還元剤」ともいう）を敷き詰めて、その敷き詰められた炉床炭素質還元剤の上に混合物を載置してもよい。また、混合物を充填した容器を炉床炭素質還元剤上に載置した後、炭素質還元剤を用いて覆い隠す状態にすることもできる。このように、炉床に炭素質還元剤が敷き詰められた還元炉に混合物を装入し、又は、装入した混合物をさらに覆い隠すように炭素質還元剤で包囲させた状態で還元加熱処理を施すことで、混合物の崩壊を抑制しながら、製錬反応をより速く進行させることができる。また、特に炉床炭素質還元剤を敷き詰めることで、処理室２３〜２６において還元反応が進んでニッケルメタルやスラグが生成しても、炉床との反応が抑えられるため、スラグが炉床に染み込んだり貼り付いたりすることを低減することができる。

【0073】

（１）乾燥工程
乾燥工程Ｓ３１では、原料粉末を混合して得られた混合物に対して乾燥処理を施す。この乾燥工程Ｓ３１は、混合物中の水分や結晶水を飛ばすことを主な目的とする。

【0074】

混合処理工程Ｓ１にて得られた混合物には水分等が多く含まれており、そのような状態で還元処理時に還元温度のような高温まで急加熱すると水分が一気に気化、膨張することで、成形した混合物が割れ、場合によっては破裂して粉々になるため、均一な還元処理を行うことが困難になる。そこで、還元処理を行う前に、混合物に対する乾燥処理を施して水分を除去することで、このような混合物の破壊を低減させ、それにより均一な還元処理を促進することができる。

【0075】

乾燥工程Ｓ３１における乾燥処理は、還元炉に接続される形態で行われることが好ましい。他方で、還元炉内において乾燥処理を施すエリア（乾燥エリア）を設けて実施することも考えられるが、この場合、乾燥エリアでの乾燥処理が律速になるため、還元工程Ｓ３３における処理の効率や、温度保持工程Ｓ３４における処理の効率を低下させる可能性がある。

【0076】

したがって、乾燥工程Ｓ３１における乾燥処理は、還元反応を行う炉の外に設けられ、その炉に直接又は間接的に接続された乾燥室で行われることが好ましい。例えば、図４の還元炉２では、回転炉床炉２０の炉外に乾燥室２１を設けることで、後述する予熱、還元、冷却といった工程とは全く別に乾燥室を設計でき、望ましい乾燥処理、予熱処理、還元処理、冷却処理をそれぞれ実行し易くすることができる。例えば、原料に依存して混合物に水分が多く残存するような場合には、乾燥処理に時間がかかるため、乾燥室２１の全長が長めになるように設計し、又は、乾燥室２１の内部での混合物１０の搬送速度が遅くなるように設計すればよい。

【0077】

乾燥工程Ｓ３１における乾燥処理の方法については、特に限定されないが、乾燥室２１において搬送されてきた混合物１０に対して、熱風を吹き付けることによって行うことができる。また、乾燥室２１の乾燥温度についても、特に限定されないが、還元反応が始まらないようにする観点から、５００℃以下とすることが好ましく、５００℃以下の温度で混合物１０の全体を均一に乾燥することがより好ましい。

【0078】

（２）予熱工程
予熱工程Ｓ３２では、乾燥工程Ｓ３１での乾燥処理によって水分を除去した後の混合物を予熱（予備加熱）する。この予熱工程Ｓ３２は、還元時に温度がスムーズに還元温度まで上がるようにすることを主な目的とする。

【0079】

還元反応を行う炉の外部から内部に混合物を装入するとき、混合物が急激に還元温度まで昇温することで、熱応力によって混合物が割れたり、粉状になったりすることがある。また、混合物の温度が均一に上がらないことで、還元反応にばらつきが生じ、生成されるメタルの品質がばらつくことがある。そのため、混合物に対して乾燥工程Ｓ３１を行った後に、所定の温度にまで予熱することが好ましく、これにより混合物の破壊や還元反応のばらつきを抑えることができる。

【0080】

予熱工程Ｓ３２における予熱処理は、回転炉床炉の中に設けられた予熱室で行ってもよく、回転炉床炉の外側に設けられ、乾燥室から予熱室を経て回転炉床炉まで連続するように設けられた予熱室で行ってもよい。例えば、図４に示す還元炉２では、回転炉床炉２０の中に、乾燥室２１から連続するように設けられている処理室２３を予熱室とすることで、回転炉床炉２０の内部の温度を高い温度に維持することができるため、還元工程Ｓ３３において、混合物１０を供給した回転炉床炉２０の再加熱に必要なエネルギーを、大幅に削減することができる。

【0081】

予熱工程Ｓ３２における予熱温度としては、特に限定されないが、６００℃以上であることが好ましく、７００℃以上であることがより好ましい。他方で、予熱工程Ｓ３２における予熱温度の上限は、１２８０℃としてもよい。特に、高い予熱温度で処理することによって、還元工程Ｓ３３において還元温度まで再加熱する際に必要となるエネルギーを、大幅に削減することができる。

【0082】

（３）還元工程
還元工程Ｓ３３では、予熱工程Ｓ３２にて予熱した混合物に対し、所定の還元温度で還元処理を施す。この還元工程Ｓ３３は、予熱工程Ｓ３２で予熱した混合物を還元することを主な目的とする。

【0083】

還元炉を使用した還元処理においては、ニッケル酸化鉱石に含まれる金属酸化物である酸化ニッケルは可能な限り完全に還元し、一方で、ニッケル酸化鉱石とともに原料粉末として混合した鉄鉱石等に由来する酸化鉄は一部だけ還元して、目的とするニッケル品位のフェロニッケルが得られようにすることが好ましい。

【0084】

還元工程Ｓ３３における還元温度としては、特に限定されないが、１２００℃以上１４５０℃以下の範囲とすることが好ましい。ここで、還元工程Ｓ３３における還元温度は、好ましくは１２００℃、より好ましくは１３００℃を下限とする。また、還元工程Ｓ３３における還元温度は、好ましくは１４５０℃、より好ましくは１４００℃を上限とする。このような温度範囲で還元することによって、均一に還元反応が進みやすくなるため、品質のばらつきを抑制したメタル（フェロニッケル）を生成させることができる。また、この温度範囲で還元することで、比較的短時間で所望の還元反応を進めることができる。

【0085】

還元工程Ｓ３３において還元加熱処理を行う時間は、還元炉の温度に応じて設定されるが、１０分以上であることが好ましく、１５分以上であることがより好ましい。他方で、還元工程Ｓ３３において還元加熱処理を行う時間の上限は、製造コストの上昇を抑える観点から、５０分以下としてもよく、４０分以下としてもよい。

【0086】

還元工程Ｓ３３における還元加熱処理では、例えば１分程度のわずかな時間で、先ず還元反応の進みやすい混合物の表面近傍において、酸化ニッケル及び酸化鉄が還元されメタル化して、鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）となり、シェル（以下、「殻」ともいう）を形成する。一方で、殻の中では、その殻の形成に伴って混合物中のスラグ成分が徐々に熔融して液相のスラグが生成する。これにより、１個の混合物の中で、フェロニッケル等の合金や金属からなるメタル（以下、単に「メタル」という）と、酸化物からなるスラグ（以下、単に「スラグ」という）とが分かれて生成する。

【0087】

そして、還元工程Ｓ３３における還元加熱処理の処理時間が１０分程度経過すると、還元反応に関与しない余剰の炭素質還元剤の炭素成分が、鉄−ニッケル合金に取り込まれて融点を低下させる。その結果、炭素を含有した鉄−ニッケル合金は溶解して液相となる。

【0088】

上述したように、還元加熱処理によって形成されるスラグは、熔融して液相となっているが、既に分離して生成したメタルとスラグとは混ざり合うことがなく、その後の冷却によってメタル固相とスラグ固相との別相として混在する混在物となる。この混在物の体積は、装入する混合物と比較すると、５０％〜６０％程度の体積に収縮している。

【0089】

還元工程Ｓ３３における還元処理は、上述したとおり、還元炉等を用いて行われる。例えば、図４の還元炉２の処理室２４で還元工程Ｓ３３を行う場合、予熱室である処理室２３で混合物を予熱した後、炉床の回転によって処理室２４に移動させることが好ましい。

【0090】

（４）温度保持工程
還元工程Ｓ３３を経て得られた還元物に対して、回転炉床炉内で所定の温度条件で保持する温度保持工程Ｓ３４を行ってもよい。具体的に、この温度保持工程Ｓ３４は、還元工程Ｓ３３における還元温度を同等の温度に還元物を保持することによって、その還元物中におけるメタル成分をさらに沈降させて纏め、メタルを粗大化させる。これにより、メタルを回収し易くすることができる。

【0091】

還元処理して得られた状態において還元物中のメタル成分が小さい場合、例えば２００μｍ以下程度のバルク状のメタルが得られた場合には、その後の分離工程Ｓ４でメタルとスラグとを分離することが困難になる。このとき、必要に応じて、還元物を高温保持することで、還元物中のスラグよりも比重の大きいメタルを沈降、凝集させて、メタルを粗大化させることができる。

【0092】

温度保持工程Ｓ３４における還元物の保持温度は、還元工程Ｓ３３における還元温度に応じて適宜設定することができ、１３００℃以上１５００℃以下の範囲内にあることが好ましい。この温度範囲内で還元物を高温保持することによって、還元物中のメタル成分を効率よく沈降させて、粗大なメタルを得ることができる。ここで、保持温度が１３００℃未満であると、還元物の多くの部分が固相となるため、メタル成分が沈降しないか、沈降した場合であっても粗大なメタルを得るには時間を要する。また、保持温度が１５００℃を超えると、得られた還元物と、炉床や炉床炭素質還元剤との反応が進行することで、還元物を回収できなくなることがあり、また、炉を損傷させてしまうことがある。

【0093】

温度保持工程Ｓ３４において温度を保持する時間は、還元炉の温度に応じて設定されるが、１０分以上であることが好ましく、１５分以上であることがより好ましい。他方で、温度保持工程Ｓ３４において温度を保持する時間の上限は、製造コストの上昇を抑える観点から、５０分以下としてもよく、４０分以下としてもよい。

【0094】

温度保持工程Ｓ３４における処理は、還元反応を行う炉の中で、還元工程Ｓ３３に続いて連続的に行うことが好ましい。例えば、図４の還元炉２の処理室２５で温度保持工程Ｓ３４を行う場合、処理室２４で混合物を還元処理した後、炉床の回転によって処理室２５に移動させることが好ましい。

【0095】

このように、還元工程Ｓ３３と温度保持工程Ｓ３４とを連続的に行うことによって、還元物中のメタル成分が効率的に沈降するため、得られるメタルを粗大化させることができる。また、これにより各処理間におけるヒートロスが低減するため、効率的な操業を行うことができる。

【0096】

なお、還元工程Ｓ３３における還元処理によって、製造上問題ないレベルまでメタルが粗大化している場合には、特に温度保持工程Ｓ３４を設けることを必要としない。

【0097】

（５）冷却工程
冷却工程Ｓ３５は、還元工程Ｓ３３を経て、あるいは必要に応じて温度保持工程Ｓ３４にて温度を保持した後の還元物を、続く分離工程Ｓ４にて分離回収できる温度にまで冷却する工程である。

【0098】

冷却工程Ｓ３５における還元物の冷却は、還元反応を行う炉の内側にある処理室と、炉の外側に接続された処理室のうち、少なくともいずれかで行うことができる。例えば、図４の還元炉２では、回転炉床炉２０の処理室２６を冷却室とし、且つ炉外に外部冷却室２７を設けることで、回転炉床炉２０の内部における温度低下が小さくなるため、還元炉２におけるエネルギーロスを低減することができる。また、特に回転炉床炉２０から外部冷却室２７には熱が伝わり難くなるため、還元物の冷却をよりスムーズに行うことができる。

【0099】

冷却工程Ｓ３５において、還元工程Ｓ３３を経た還元物を冷却室に移す温度（以下、「回収時温度」ともいう）は、還元物を実質的に固体として扱える温度であればよい。特に、回転炉床炉を用いて還元工程Ｓ３３を行った場合には、回収時温度ができるだけ高い温度であることが好ましい。このとき、回収時温度をできるだけ高くすることで、冷却室に移すまでの回転炉床炉２０の炉床の温度低下が小さくなる。そのため、回転炉床や炉内の雰囲気への冷却及び予熱によるエネルギーロスを低減することができ、再加熱に要するエネルギーをより一層節約することができる。

【0100】

ここで、冷却工程Ｓ３５における回収時温度は、６００℃以上であることが好ましい。回収時温度をこのような高い温度にすることで、再加熱に要するエネルギーが大幅に低減するため、より低コストで効率的な製錬処理を行うことができる。また、回転炉床炉２０の炉床における温度差が減少することで、その炉床や炉壁等に加わる熱応力も減少するため、回転炉床炉２０の寿命を大きく延ばすことができることに加え、回転炉床炉２０の操業中の不具合も大幅に減らすことができる。

【0101】

本実施の形態では、還元処理工程Ｓ３における反応が理想的に進行した場合、還元処理工程Ｓ３を行った後の混合物は、メタルとスラグとの混在物になる。このとき、大きな塊のメタルが形成されることで、還元炉から回収する際における回収の手間を低減させることができ、また、メタル回収率の低下を抑えることができる。

【0102】

＜４．分離工程＞
分離工程Ｓ４では、還元処理工程Ｓ３にて生成した還元物から、メタル（フェロニッケルメタル）を分離して回収する。具体的には、混合物を還元加熱処理することによって得られた、メタル相（メタル固相）とスラグ相（スラグ固相）とを含む混在物（還元物）から、メタル相を分離して回収する。

【0103】

固体として得られたメタル相とスラグ相との混在物からメタル相とスラグ相とを分離する方法としては、例えば、篩い分けによる不要物の除去に加えて、比重による分離や、磁力による分離等の方法を利用することができる。また、得られたメタル相とスラグ相は、濡れ性が悪いことから容易に分離することができ、上述した大きな混在物に対して、例えば、所定の落差を設けて落下させ、あるいは篩い分けの際に所定の振動を与える等の衝撃を付与することで、その混在物から、メタル相とスラグ相とを容易に分離することができる。

【0104】

このようにしてメタル相とスラグ相とを分離することによって、メタル相を回収し、フェロニッケルの製品とすることができる。

【実施例】

【0105】

以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

【0106】

［混合処理工程］
実施例１〜１２、比較例１〜４の各試料について、原料鉱石としてのニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤（石炭粉）を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合した。

【0107】

ここで、炭素質還元剤としては、粒子（還元剤粒子）によって構成され、且つ、比表面積の値と、平均最大粒子長の値が、表４に記載される数値にあるものを用いた。また、炭素質還元剤の含有量は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケルと酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを過不足なく還元するのに必要な量を１００質量％としたときに、３３質量％になるようにした。

【0108】

なお、表４に記載される比表面積は、表面積測定装置（島津製作所製、商品名：フローソーブＩＩＩ２３０５）によって測定した。また、平均最大粒子長は、金属顕微鏡を用いて、無作為に選定し測定した還元剤粒子３００個の最大粒子長の平均値より求めた。

【0109】

そして、混合機を用いて原料を混合した後、二軸混練機を用いて原料を混練することで、混合物を得た。

【0110】

［前処理工程］
混合処理によって得られる混合物に対して、パン型造粒機を用いてφ１８±１．５ｍｍの球形状のペレットに成形することで塊状化した後、固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、２５０℃〜３５０℃の熱風を吹き付けて乾燥処理を施した。下記表３に、乾燥処理後の混合物（ペレット）の固形分組成（炭素を除く）を示す。

【0111】

【表3】

【0112】

［還元処理工程］
前処理を行った後のペレットを、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気にした、回転炉床炉を有する還元炉に各々装入した。還元炉としては、図４に示すように、炉床が回転移動する領域を４分割するように４つの処理室２３〜２６を備えた回転炉床炉２０を有するものを用いた。この還元炉２では、乾燥室２１が回転炉床炉２０の処理室２３に接続されており、また、外部冷却室２７が回転炉床炉２０の処理室２６に接続されている。

【0113】

そして、回転炉床炉２０の炉外に接続された乾燥室２１にペレットを装入して乾燥処理を施した後、乾燥室２１に連続して回転炉床炉２０の中に設けられた、予熱室である処理室２３に移行させ、予熱室内の温度を７００℃以上１２８０℃以下の範囲に保持して、ペレットに対して予熱処理を行った。

【0114】

続いて、予熱処理後のペレットを、回転炉床炉２０の中で処理室２４に移行させて、表４に示す温度及び時間で還元処理を行った。

【0115】

還元処理を経て得られたペレットの還元物は、表４に示す還元温度に維持された温度保持室である処理室２５と、冷却室である処理室２６との順に移行させ、次いで、回転炉床炉２０に接続された外部冷却室２７に移行させ、窒素を流しながら速やかに室温まで冷却して大気中へ取り出した。なお、還元物の回転炉床炉２０からの回収は、還元物を外部冷却室２７に移行させる際に行い、外部冷却室２７に設置したガイドに還元物を沿わせるようにして回収した。

【0116】

また、還元加熱処理後の各試料について、ニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有率を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ−８１００型）により分析して算出した。

【0117】

ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率は、以下の式により算出した。
ニッケルメタル化率＝
ペレット中のメタル化したＮｉ量÷（ペレット中の全てのＮｉ量）×１００（％）
メタル中のニッケル含有率＝
ペレット中のメタル化したＮｉ量÷
（ペレット中のメタル化したＮｉとＦｅの合計量）×１００（％）

【0118】

下記表４に、実施例１〜１２、比較例１〜４の各試料より得られたメタルのニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有率を示す。

【0119】

【表4】

【0120】

表４の結果に示されるように、炭素質還元剤として、粒子（還元剤粒子）によって構成され、還元剤粒子の比表面積が０．０６μｍ^−１以上３０．０μｍ^−１以下であり、且つ、還元剤粒子の平均最大粒子長が５μｍ以上５００μｍ以下であるものを用いることで、ニッケルメタル化率は９８．４％以上と高く、メタル中のニッケル含有量も１８．３％以上と高い、高品位のフェロニッケルを製造することができることが分かった（実施例１〜実施例１２）。

【0121】

また、ニッケル含有量が高いメタルを得られることで、メタルの粗大化が起きやすくなるため、精錬処理の収率及び生産性も高められることが推察される。

【0122】

このように、高品位のフェロニッケルを製造することができた理由として、特定の大きさ及び比表面積を有する炭素質還元剤を含有させることで、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤との接触面積や、混合物の均一性が高まり、それにより均一であり且つ効率的な製錬処理を安定して行えるようになったことが考えられる。

【0123】

これに対して、比較例１〜２の結果に示されるように、還元剤粒子の比表面積を０．０６μｍ^−１未満にし（比較例１）、又は３０．０μｍ^−１を超えた場合（比較例２）、ニッケルメタル化率は高くても９０．０％であり、メタル中ニッケル含有量は高くても１６．１％であり、実施例と比較して低い値であった。

【0124】

また、比較例３〜４の結果に示されるように、還元剤粒子の平均最大粒子長を５μｍ未満にし（比較例３）、又は５００μｍを超えた場合（比較例４）、ニッケルメタル化率は高くても８７．６％であり、メタル中ニッケル含有量は高くても１４．５％であり、実施例と比較して低い値であった。

【符号の説明】

【0125】

１ 還元剤粒子
１０ 混合物
２ 還元炉
２０ 回転炉床炉
２１ 乾燥室
２３〜２６ 処理室
２７ 外部冷却室
Ｌ 最大粒子長

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】