特許 6891722 酸化鉱石の製錬方法、還元炉

(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】6891722

(24)【登録日】2021年5月31日

(45)【発行日】2021年6月18日

(54)【発明の名称】酸化鉱石の製錬方法、還元炉

(51)【国際特許分類】

   C21B 13/10 20060101AFI20210607BHJP

   F27D 3/04 20060101ALI20210607BHJP

   C22B 23/02 20060101ALI20210607BHJP

   C22B 5/10 20060101ALI20210607BHJP

【ＦＩ】

   C21B13/10

   F27D3/04

   C22B23/02

   C22B5/10

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-158244(P2017-158244)

(22)【出願日】2017年8月18日

(65)【公開番号】特開2019-35127(P2019-35127A)

(43)【公開日】2019年3月7日

【審査請求日】2020年3月11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】 藤長 千香子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０１２６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１７０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１５８８９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１５６１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０５２９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３０８３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｂ ３／００−５／０６

Ｃ２１Ｂ １１／００−１５／０４

Ｃ２２Ｂ １／００−６１／００

Ｆ２７Ｄ ３／００−５／００

Ｃ２１Ｄ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニッケル酸化鉱石である酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して得られる混合物を還元炉の炉床に載置し、該還元炉にて還元処理を施す酸化鉱石の製錬方法であって、
前記混合物に対する還元処理により生成した塊状の還元物を、前記還元炉の側壁に設けられた回収具により、該還元炉の炉床に沿って押し出して回収し、
前記回収具は、前記還元炉の側壁から内部に挿入され、該還元炉の炉床の面と平行に排出口に向かう方向に摺動する軸と、該軸の先端に設けられ炉床上の還元物を押し出す押出板とを備え、
前記還元炉は、その炉床が固定されており、且つ前記回収具の軸と前記側壁とに隙間が生じないように構成されている
酸化鉱石の製錬方法。

【請求項2】

前記回収具の前記軸の摺動により移動する前記押出板により、前記炉床上の還元物を、前記排出口を介して炉外に押し出して回収する
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又は２に記載の酸化鉱石の製錬方法。

【請求項4】

前記還元物を１３５０℃以下の温度で回収する
請求項３に記載の酸化鉱石の製錬方法。

【請求項5】

前記還元物は、フェロニッケルを含有する
請求項１乃至４のいずれかに記載の酸化鉱石の製錬方法。

【請求項6】

ニッケル酸化鉱石である酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して得られる混合物に対して還元処理を施すための還元炉であって、
前記混合物が載置される炉床と、
前記還元処理により前記炉床上に生成した還元物を回収する回収具と、
前記還元物を炉外に排出する排出口と、を備え、
前記回収具は、
前記還元炉の側壁から内部に挿入され、前記炉床の面と平行に前記排出口に向かう方向に摺動する軸と、
前記軸の先端に設けられ、前記還元炉の炉床上の還元物を押し出す押出板と、
を有し、
前記炉床が固定されており、
前記回収具は、側壁に備えられ、且つ前記回収具の軸と前記側壁とに隙間が生じないように構成されている
還元炉。

【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を原料として炭素質還元剤により還元することで還元物を得る製錬方法、及びその還元処理に使用する還元炉に関する。

【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、ペレットを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】

例えば、特許文献１には、フェロニッケルの製造方法に関する技術が開示されており、移動炉床炉を利用してフェロニッケルを製造する際の前処理として、酸化ニッケル及び酸化鉄を含有する原料と炭素質還元剤とを混合して混合物となす混合工程にて、混合物の余剰炭素量を調整しながらペレットを製造し、そのペレットを炉内に装入して還元工程を行う技術が開示されている。

【0008】

ここで、特許文献１には、原料と炭素質還元材とを混合するには混合機を用い、得られた混合物はそのまま移動炉床炉に装入してもよいが、造粒機で塊成化することが好ましく、このように塊成化することにより、移動炉床炉や溶解炉からのダスト発生量が減るとともに、移動炉床炉内における塊成物（混合物）の内部の伝熱効率が向上して還元速度が上昇することが記載されている。また、造粒した塊成物（混合物）を移動炉床炉に装入して、雰囲気温度１０００〜１４００℃で加熱し還元することが記載されている。

【0009】

しかしながら、特許文献１には、混合物をそのまま移動炉床炉に装入してもよいとの記載があるものの、酸化ニッケル鉱のスラグの融点は一般的に１３００℃〜１４００℃程度であり、かつ移動炉床炉では金属製の炉床が使用されるため、その炉床が溶融したスラグと反応してしまい、ニッケル酸化鉱を製錬することは不可能であると考えられる。すなわち、混合物の還元においては、炉床とスラグとが反応しないことが求められる。

【0010】

また、還元後の混合物をそのまま回収してスラグとメタルとを分離するにあたり、メタルが小さすぎると、スラグとメタルとを分離することが困難となる。したがって、例えば、還元後の混合物を半溶融状態、または溶融状態で保持して、メタルを有効に粗大化させる必要がある。

【0011】

このような場合、還元炉内における混合物に対する還元反応を均一に生じさせる必要がある。粗大なメタルを生成させて、スラグとメタルとを均一に分離するためには、反応温度や炉内雰囲気を均一にすることが重要となる。しかしながら、還元後に、得られた反応物（還元物）を還元炉から取り出す際に、その取り出しに時間がかかってしまうと、メタルの生成にむらが生じ、その結果、不均一な組成や大きさのメタルとなることがある。

【0012】

生産性を向上させるために回転炉等の移動炉床を有する還元炉を使用した場合には、設備的な隙間や取り出しに要する時間が増してしまうといった問題もあり、均一に反応を生じさせて、組成や大きさが均一なメタルを得ることは容易でない。

【0013】

このように、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石を混合し、その混合物を還元してメタルを製造するにあたり、還元により有効に粗大化させたメタルを効率的に回収し、高品質なメタルをばらつきなく製造するには、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２００４−１５６１４０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、メタルを効率的に回収することができ、しかも品質のばらつきが少なく高品質な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、鋭意検討を重ねた結果、特定の回収具を備えた還元炉を用いて還元処理を施し、還元処理により得られた炉床上の還元物を、その回収具により押し出して回収することで、上述した課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

【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て得られる混合物を還元炉の炉床に載置し、該還元炉にて還元処理を施す酸化鉱石の製錬方法であって、前記混合物に対する還元処理により生成した還元物を、前記還元炉に設けられた回収具により、該還元炉の炉床に沿って押し出して回収する、酸化鉱石の製錬方法である。

【0018】

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記回収具は、前記還元炉の炉床の面と平行に、該還元炉の排出口に向かう方向に摺動する軸と、前記軸の先端に設けられ、前記還元炉の炉床上の還元物を押し出す押出板と、を備えており、前記回収具の前記軸の摺動により移動する前記押出板により、前記炉床上の還元物を、前記排出口を介して炉外に押し出して回収する、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。

【0020】

（４）本発明の第４の発明は、第３の発明において、前記還元物を１３５０℃以下の温度で回収する、請求項３に記載の酸化鉱石の製錬方法である。

【0021】

（５）本発明の第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、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。

【0022】

（６）本発明の第６の発明は、第１乃至第５のいずれかの発明において、前記還元物は、フェロニッケルを含有する、酸化鉱石の製錬方法である。

【0023】

（７）本発明の第７の発明は、酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して得られる混合物に対して還元処理を施すための還元炉であって、前記混合物が載置される炉床と、前記還元処理により前記炉床上に生成した還元物を回収する回収具と、前記還元物を炉外に排出する排出口と、を備え、前記回収具は、前記炉床の面と平行に、前記排出口に向かう方向に摺動する軸と、前記軸の先端に設けられ、前記還元炉の炉床上の還元物を押し出す押出板と、を有する、還元炉である。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石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、メタルを効率的に回収することができ、しかも品質のばらつきが少なく高品質なメタルを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】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2】還元炉の構成の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

≪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。

【0028】

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て得られる混合物を還元炉の炉床に載置し、その還元炉にて還元処理を施す酸化鉱石の製錬方法において、混合物に対する還元処理により生成した炉床上の還元物を、還元炉に設けられた回収具により押し出して回収することを特徴としている。

【0029】

還元炉に設けられる回収具としては、例えば、還元炉の排出口に向かう方向に摺動する軸と、還元炉の炉床上の還元物を押し出す押出板と、を備えたものを用いることができる。この製錬方法においては、その回収具の軸の摺動により移動する押出板により、炉床上の還元物を、排出口を介して炉外に押し出して回収する。

【0030】

このような製錬方法によれば、還元処理により得られた還元物を、回収具を用いて炉外に押し出して回収していることから、全ての還元物を一気に回収することができ、すなわち還元炉からの取り出し時間を短くすることができる。これにより、品質のばらつきが小さくなり、高品質なメタルを安定的に回収することができる。また、このような方法によれば、有効に粗大化したメタルを回収することができ、このようなメタルによればスラグと選別しやすくなり、効率的にメタルを回収することができる。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

≪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。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。

【0034】

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、ニッケル酸化鉱石を含む原料を混合する混合処理工程Ｓ１と、得られた混合物を所定の形状に成形する混合物成形工程Ｓ２と、成形された混合物（ペレット）を所定の還元温度で還元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分離してメタルを回収する分離工程Ｓ４と、を有する。

【0035】

＜２−１．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。

【0036】

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。

【0037】

炭素質還元剤としては、特に限定されないが、例えば、石炭粉、コークス粉等が挙げられる。なお、この炭素質還元剤は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石の粒度や粒度分布と同等の大きさのものであると、均一に混合し易く、還元反応も均一に進みやすくなるため好ましい。

【0038】

炭素質還元剤の混合量としては、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。このように、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。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。

【0039】

また、任意成分の添加剤である鉄鉱石としては、例えば、鉄品位が５０％程度以上の鉄鉱石、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。

【0040】

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。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。

【0041】

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、混合性を高めるために混練を同時に行ってもよく、混合後に混練を行ってもよい。具体的に、混練は、例えば二軸混練機等を用いて行うことができ、混合物を混練することによってその混合物にせん断力を加え、炭素質還元剤や原料粉末等の凝集を解いて、均一に混合できるとともに、各々の粒子の密着性を向上させ、また空隙を減少させることができる。これにより、還元反応が起りやすくなるとともに均一に反応させることができ、還元反応の反応時間を短縮することができる。また、品質のばらつきを抑えることができる。そして、結果として、生産性の高い処理を施すことができ、高い品質のフェロニッケルを製造することができる。

【0042】

また、混練した後、押出機を用いて押出してもよい。このように押出機で押出すことによって、より一層高い混練効果を得ることができる。

【0043】

なお、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％）の一例を示すが、原料粉末の組成としてはこれに限定されない。

【表1】

【0044】

＜２−２．混合物成形工程＞
混合物成形工程Ｓ２は、混合処理工程Ｓ１で得られた混合物を成形する工程である。具体的には、原料粉末を混合して得られた混合物を、ある程度の大きさ以上の塊（塊状化物、以下「ペレット」ともいう）に成形する。したがって、混合物成形工程Ｓ２は、ペレット製造工程とも換言することができる。

【0045】

成形方法としては、特に限定されないが、混合物を塊状物化するのに必要な量の水分を添加し、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）を用いて所定の形状のペレットに成形する。

【0046】

混合物を成形して得られるペレットの形状としては、例えば、球状、直方体状、立方体状、円柱状等とすることができる。このような形状とすることにより、混合物を成形し易くし、成形にかかるコストを抑えることができる。また、上述した形状は簡易な形状であって複雑なものではないため、不良品の発生を抑制することができ、得られるペレットの品質も均一にすることができる。

【0047】

また、ペレットの形状としては、次工程の還元処理工程での処理において、ペレットを積層させた状態で処理できることが好ましく、その点においても、ペレットが球状、直方体状、立方体状、円柱状等であれば、還元炉内に積層させて載置させ易く、還元処理に供する処理量を多くすることができる。また、このように積層させて還元処理に供することで、一つのペレットを巨大化しなくても還元時の処理量を増やすことができるため、取り扱いが容易となり、また移動時等に崩れ落ちたりすることがなく、不良等の発生を抑えることができる。さらに、ペレットが巨大化されないことから、還元処理の終了後、得られた還元物を、回収具を用いて炉外へ押し出して排出させることができ、効率的に回収できる。なお、還元物の取り出しに関しては後述する。

【0048】

ペレットの大きさとしては、特に限定されないが、球状とする場合には、その直径が１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となるように成形することができる。また、直方体状、立方体状、円柱状等とする場合には、概ね、縦、横の内寸が５００ｍｍ以下程度となるように成形することができる。これらのような大きさに成形してペレットとすることにより、還元処理が均一に施され、ばらつきが少なく、かつ生産性の高い製錬を行うことができる。

【0049】

混合物を成形した後には、その混合物に対して乾燥処理を施すようにしてもよい。混合物中には所定量の水分が含まれていることがあり、還元処理に際して急激な昇温によって内部の水分が一気に気化して膨張すると、その混合物が粉々になってしまう懸念がある。このような膨張を防ぐ観点から、成形した混合物に対して乾燥処理を施す工程を設けることができる。

【0050】

具体的に、乾燥処理においては、例えばペレットの固形分が７０重量％程度で、水分が３０重量％程度となるように処理を施すことができる。例えば、１５０℃〜４００℃の熱風をペレットに吹き付けて乾燥させる。

【0051】

なお、比較的大きなペレットである場合、乾燥処理前や乾燥処理後の混合物にひびや割れが入っていてもよい。塊が大きい場合には、割れ等によって表面積が大きくなってもその影響は僅かであり、大きな問題にはならない。このため、還元処理に供される成形したペレットに割れ等があっても特に問題はない。

【0052】

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

【0053】

【表2】

【0054】

＜２−３．還元処理工程＞
（１）還元処理
還元処理工程Ｓ３では、混合物成形工程Ｓ２を経て成形された混合物を還元炉内に装入して、所定の還元温度で加熱することによって還元処理を施す。この還元処理工程Ｓ３における還元処理により、製錬反応（還元反応）が進行して、還元物であるメタルとスラグとが生成する。

【0055】

具体的に、還元処理工程Ｓ３における還元処理は、還元炉を用いて行われ、ニッケル酸化鉱石を含む混合物（ペレット）を、所定の還元温度に加熱した還元炉に装入することによって還元加熱する。還元炉を使用した還元処理においては、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は可能な限り完全に優先的に還元し、一方で、ニッケル酸化鉱石に含まれる酸化鉄は一部だけ還元して、目的とする高いニッケル品位のフェロニッケルが得られる、いわゆる部分還元を施す。

【0056】

還元処理では、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ペレットの表面近傍において混合物中のニッケル酸化鉱石及び鉄酸化物が還元されメタル化して鉄−ニッケル合金（以下、鉄−ニッケル合金を「フェロニッケル」ともいう）となり、殻（シェル）を形成する。一方で、殻の中では、その殻の形成に伴って容器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、混合物中では、フェロニッケルメタル（以下、単に「メタル」という）と、フェロニッケルスラグ（以下、単に「スラグ」という）とが分かれて生成する。

【0057】

また、混合物が十分に混合されて組成ばらつきが実質的にない場合においては、原料同士が密着しているため、還元反応は均一に生じる。そのため、従来から言われているようにメタルシェルを生成し、その中である程度、時間をかけて反応して均一化する必要はなく、よってメタルシェルの生成が必須とはならない。すなわち、メタルシェルができなくても均一に反応が進み、フェロニッケルを製造することができる。

【0058】

還元処理工程Ｓ３において、混合物中のスラグは熔融して液相となっているが、還元処理により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合物となる。この混合物の体積は、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。

【0059】

還元処理における温度（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く、１３００℃以上１４００℃以下の範囲とすることがより好ましい。このような温度範囲で還元することによって、均一に還元反応を生じさせることができ、品質のばらつきを抑制したフェロニッケルを生成させることができる。また、より好ましくは１３００℃以上１４００℃以下の範囲の還元温度で還元することで、比較的短時間で所望の還元反応を生じさせることができる。

【0060】

なお、還元処理においては、上述した範囲の還元温度になるまでバーナー等により還元炉の内部温度を上昇させ、昇温後にその温度を維持する。

【0061】

（２）還元炉の構成
図２は、還元処理に使用する還元炉の断面図であり、構成の一例を示すものである。還元炉１は、還元処理対象のペレットＰを炉内空間Ｓに装入する装入口１１と、還元処理により得られた還元物を炉外に排出させる排出口１２とを備えている。なお、還元炉１の炉床１３、炉壁１４は、耐火煉瓦により構成されていることが好ましい。

【0062】

還元炉１は、例えば１２００℃〜１４５０℃程度の温度（還元温度）に加熱され、加熱された炉内空間Ｓに、装入口１１を介してペレットＰが装入される。還元炉１では、炉床１３上に載置させたペレットＰに対して所定の還元時間で還元処理が施され、その後、還元処理により得られた還元物が排出口１２を介して炉内から排出される。

【0063】

また、還元炉１には、回収具１５が設けられている。回収具１５は、還元炉１の炉床１３の面と平行に、還元炉１の排出口１２に向かう方向に摺動する軸１５ａと、軸１５ａの先端に設けられて還元炉１の炉床１３上の還元物を押し出す押出板１５ｂと、を備えている。回収具１５の軸１５ａは、還元炉１の炉壁１４から挿入されて構成されている。

【0064】

回収具１５を構成する軸１５ａは、還元炉１の炉床１３に面に沿った水平方向（図２中の矢印Ｆの方向）に摺動するようになっている。軸１５ａの摺動動作は、手動により行われてもよく、ピストン機構により機械的に行われてもよい。

【0065】

回収具１５を構成する押出板１５ｂは、上述した軸１５ａの先端に設けられ、板状体の板の面が炉床１３上に存在する還元物に対向しており、その軸１５ａの摺動により炉床１３の面に沿って水平方向に移動する。

【0066】

回収具１５は、高温化での還元処理に耐久性を有する材質により構成されていることが好ましい。また、回収具１５は、還元炉１内の雰囲気が変わらないように還元炉１に設置されることが好ましい。例えば、回収具１５の軸１５ａと還元炉１本体（例えば側壁）とに隙間が生じないように構成することが好ましい。

【0067】

還元炉１は、移動炉床炉等の炉床が回転移動等するものであってもよいが、炉床が固定された還元炉であることが好ましい。このように、固定炉を使用する場合、耐熱性に優れる材料により炉床１３を構成することが好ましく、耐火煉瓦により構成されている炉床１３であることが好ましい。少なくとも炉床１３が耐火煉瓦により構成される還元炉１であれば、１５００℃以上の温度条件にも耐え得ることができ、還元温度（混合物を溶融する温度）を例えば１４５０℃程度まで上げることができる。このような還元温度の条件で還元処理を施すことで、還元反応時間を短くすることができる。また。生成したメタルが沈降し、粗大化し易くなり、これにより、スラグとメタルとの分離が容易となり、より一層に効率的にメタルを回収することができる。

【0068】

また、還元炉１において、炉床１３が耐火煉瓦で構成されていることにより、炉床１３上に載置させたペレットＰがその炉床１３と反応してしまうことを防ぐことができ、ペレットＰの熔着等を抑制することができる。これにより、得られた還元物を回収具１５により押し出して取り出す際に、作業困難となることを防いで、粗大なメタルを効率的に回収することができ、操業をより安定化させることができる。

【0069】

なお、還元炉１の炉壁１４についても、耐火煉瓦により構成されることが好ましい。

【0070】

（３）還元物の回収
本実施の形態においては、還元炉１内における混合物に対する還元処理により生成した還元物を、その還元炉１に設けられた回収具１５により、炉床１３に沿って押し出して回収することを特徴としている。

【0071】

上述したように回収具１５においては、軸１５ａが、還元炉１の炉床１３に面に沿った水平方向（図２中の矢印Ｆの方向）に摺動するようになっており、その軸１５ａの先端には押出板１５ｂが設けられている。そのため、軸１５ａの摺動により炉床１３の面と平行に押出板１５ｂが移動することで、押出板１５ｂの板面に対向するように炉床１３上に位置する還元物を押し出すことができる。本実施の形態においては、このようにして、排出口１２の方向に軸１５ａを動かし、押出板１５ｂにより還元物を板面に当てて押し出すことによって、その還元物を炉外に押し出す。

【0072】

このように、得られた還元物を、回収具１５を用いて炉床１３から押し出すことで、その還元物を一気に取り出すことができ、還元物の取り出しに要する時間を短くすることができる。還元物の取り出しに時間がかかると、還元炉１内での還元物の滞留時間にばらつきが生じてしまい、還元物のメタルの生成にむらが発生して、均一なメタル品位を有するフェロニッケルを回収できないことがある。これに対して、回収具１５を用いて、得られた還元物を一気に取り出すことにより、短い時間で全ての還元物を炉外に排出させることができ、還元炉１内での滞留時間のばらつきを抑制して、均一なメタル品位を有するフェロニッケルを効率的に回収することができる。

【0073】

また、このような方法によれば、粗大化したメタルを効率的に回収することができ、その結果、スラグと選別しやすくなり、メタルの回収率を高めることができる。

【0074】

還元物の回収時の温度としては、特に限定されないが、１３５０℃以下とすることが好ましく、１２５０℃以下とすることがより好ましい。このように、回収時の温度を１３５０℃以下とすることで、コストを低減させて効率的に還元物を回収することができる。また特に、回収時の温度を１３５０℃以下とすることで、還元反応を最大化させつつ、還元物の熔融に起因する炉床１３への熔着をより効率的に抑制することができ、より効率的な回収作業を行うことができる。なお、回収時の温度の下限は、１２００℃以上とすることが好ましい。

【0075】

＜２−４．分離工程＞
分離工程Ｓ４では、還元処理工程Ｓ３にて生成したメタルとスラグとを分離してメタルを回収する。具体的には、混合物に対する還元加熱処理によって得られた、メタル相（メタル固相）とスラグ相（スラグ固相）とを含む混合物（混在物）からメタル相を分離して回収する。

【0076】

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。

【0077】

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、上述した還元処理工程Ｓ３における処理で得られた、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る、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与えることで、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。

【0078】

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、メタル相を回収する。

【実施例】

【0079】

以下、本発明の実施例及び比較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。

【0080】

≪実施例１〜６、比較例１〜２≫
［混合処理工程］
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、炭素含有量：８５重量％、平均粒径：約２００μｍ）を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤は、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（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを過不足なく還元するのに必要な量の合計値を１００質量％としたときに２０％の割合となる量で含有させた。

【0081】

［混合物成形工程］
次に、得られた混合物を、パン型造粒機を用いて球状に造粒して、φ１５．５±１．５ｍｍの大きさに篩った。

【0082】

［還元処理工程］
次に、用意した混合物試料（各試験で１０個ずつ）を還元炉に装入し、下記表４に示すそれぞれの還元温度、還元時間で還元処理を施した。還元炉としては、図２に示したような構成のものであって、炉床及び炉壁が耐火煉瓦により構成されているものを用いた。

【0083】

なお、還元処理に供する各混合物試料は、還元処理に先立ち、固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、３００℃〜４００℃の熱風を吹き付けることで乾燥させた。下記表３に、乾燥処理後の試料の固形分組成（炭素を除く）を示す。

【0084】

【表3】

【0085】

具体的に、実施例１〜６では、還元炉として図２に示したような回収具を備える還元炉を用いた。還元炉の炉床は耐火煉瓦により構成した。また、還元処理後には、還元炉の側璧から設けられた回収具の軸を摺動させ、その軸の先端に接続された押出板により、炉床上に得られた還元物を押し出すことによって、排出口を介して炉外に排出させ回収した。

【0086】

一方で、比較例１〜２では、還元炉として回収具が設けられていない炉を使用し、還元処理後の還元物の回収に際しては、炉内に設けられたガイドに沿わせるようにして取り出した。なお、還元炉の炉床は金属製とし、この比較例１〜２では、還元炉の炉床と混合物試料とが反応により熔着して炉床から剥がれなくなって回収不能になる可能性が高いと想定されたため、金属製の炉床に灰（主成分はＳｉＯ_２であり、その他の成分としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する灰）を敷き詰め、実質的に酸化を含まない窒素雰囲気下において混合物試料を装入した。

【0087】

なお、すべての試験例において、還元物を回収した後は、窒素を流しながら速やかに室温まで冷却し、大気中へ取り出した。

【0088】

≪評価≫
還元加熱処理後に取り出した試料について、ニッケルメタル率、メタル中のニッケル含有率を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ−８１００型）により分析して算出した。下記表４に、分析結果から算出した値を併せて示す。なお、ニッケルメタル率は（１）式、メタル中ニッケル含有率は（２）式により求め、試験毎に得られた合計１０個の還元物の平均を算出した。
ニッケルメタル率＝混合物中のメタル化したＮｉの量÷（ペレット中の全てＮｉの量）×１００（％） ・・・（１）式
メタル中ニッケル含有率＝混合物中のメタル化したＮｉの量÷（ペレット中のメタル化したＮｉとＦｅの合計量）×１００（％） ・・・（２）式

【0089】

【表4】

【0090】

表４の結果に示されるように、実施例１〜６では、還元炉に設けられた回収具を用い、還元物を押し出して炉外に排出させたため、効率的に還元物を回収することができ、高い生産性でもってメタルを製造することができた。また、ニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有量は、いずれも高い値で良好な結果となり、高品質なメタルを製造することができた。

【0091】

一方で、比較例１では、ニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有量がいずれも実施例に比べて低い値となった。このことは、還元物の取り出しに時間がかかってしまったため、メタルの生成にむらが発生し、ばらつきが生じたことによると考えられる。しかも、比較例２では、炉床に灰を敷き詰めたものの、金属製の炉床と混合物試料とが反応してしまい、有効に還元物を回収できなかった。

【符号の説明】

【0092】

１ 還元炉
１１ 装入口
１２ 排出口
１３ 炉床
１４ 炉壁
１５ 回収具
１５ａ 軸
１５ｂ 押出板

【図1】

【図2】