特開 2023-159846 還元炉、還元処理ユニット、還元処理方法、及び、ニッケル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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023159846

(43)【公開日】2023-11-01

(54)【発明の名称】還元炉、還元処理ユニット、還元処理方法、及び、ニッケル酸化鉱石の製錬方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 5/02 20060101AFI20231025BHJP

   C22B 23/02 20060101ALI20231025BHJP

   C22C 33/04 20060101ALI20231025BHJP

【ＦＩ】

C22B5/02

C22B23/02

C22C33/04 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022162079

(22)【出願日】2022-10-07

(31)【優先権主張番号】P 2022069646

(32)【優先日】2022-04-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】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】丹 敏郎

(72)【発明者】

【氏名】山内 逸平

(72)【発明者】

【氏名】井関 隆士

【テーマコード（参考）】

4K001

【Ｆターム（参考）】

4K001AA10

4K001AA19

4K001BA02

4K001CA26

4K001DA05

4K001GA19

4K001HA01

(57)【要約】

【課題】熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うこと。
【解決手段】処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部１１と、熱処理部１１の側面に、ダンパー１１１を介して接続されている、箱型の処理対象物貯留部２１と、を備え、ダンパー１１１は、複数の板状のダンパー部材１１２の組合せによって開閉可能に構成されていて、閉鎖時に処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分を挿通させることができる貫通孔１１３が形成されている、還元炉１とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部と、
前記熱処理部の側面に、ダンパーを介して接続されている、箱型の処理対象物貯留部と、
を備え、
前記ダンパーは、複数の板状のダンパー部材の組合せによって開閉可能に構成されていて、閉鎖時に処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができる貫通孔が形成される、
還元炉。

【請求項2】

前記ダンパーは、前記熱処理部と前記処理対象物貯留部とを結ぶ開口面を二つの領域に分割したときに、一方の前記領域を閉鎖する第１のダンパー部材と、他方の前記領域を閉鎖する第２のダンパー部材と、からなり、前記ダンパーの閉鎖時において、処理対象物の挿入方向に沿って見た場合に、前記第１のダンパー部材と前記第２のダンパー部材のそれぞれの先端近傍領域が重なることとなるように、前記第１のダンパー部材と、前記第２のダンパー部材とが配置されている、
請求項１に記載の還元炉。

【請求項3】

前記ダンパーが、アルミナファイバーからなる板材の表面に不定形耐火物用の接着剤がコートされてなる断熱ボードである、
請求項１又は２に記載の還元炉。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の還元炉と、処理対象物投入用柄杓と、からなる還元処理ユニットであって、
前記貫通孔の形状及び大きさが、前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができて、尚且つ、隙間なく契合させることができる形状及び大きさである、
還元処理ユニット。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の還元炉を用いて還元処理を行う還元処理方法であって、
原料鉱石及び還元剤を前記処理対象物として、処理対象物投入用柄杓の先端の処理対象物載置部に載置した状態で前記熱処理部に挿入した後に、前記貫通孔に前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分が挿通されている状態で前記ダンパーを閉鎖して、前記処理対象物を、前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱する、
還元処理方法。

【請求項6】

請求項５に記載の還元処理方法によって、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石と前記還元剤とを含む混合物を前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱して還元することによって、フェロニッケルを製造する、
ニッケル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、還元炉、還元処理ユニット、還元処理方法、及び、ニッケル酸化鉱石の製錬方法に関する。本発明は、詳しくは、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤との混合物を還元することによりフェロニッケルを製造するニッケル酸化鉱石の製錬方法の実施に好適な還元炉及び還元処理方法等に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄とニッケルを主成分とする合金であり、ステンレス鋼及び特殊鋼の原料として用いられているフェロニッケルを製造するニッケル酸化鉱石の製錬においては、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合し、その混合物を加熱処理して還元する還元処理が行われる（特許文献１参照）。

【0003】

上記の還元処理を行う加熱炉の一つとして、図１及び図２に示すような箱型の還元炉（還元炉１）を用いることができる。この還元炉１においては、箱型の熱処理部１１の側面に、箱型の処理対象物貯留部２１が接続されており、熱処理部１１と処理対象物貯留部２１の間には、熱や炉内ガスの出入りを遮断するためのダンパー（扉）１１１が設けられている。

【0004】

例えば、原料鉱石と還元剤との混合物を還元処理するために、図３に示すような柄杓（処理対象物投入用柄杓３）を用いて、上記の混合物を処理対象物貯留部２１から熱処理部１１に移動させる場合がある。還元処理の進行中は、熱処理部１１内の温度低下を防ぐ必要があるが、仮に、ダンパー１１１を開放して原料鉱石や還元剤等の処理対象物を載置した処理対象物投入用柄杓３を熱処理部１１の内部に移動させた後、処理対象物投入用柄杓３を熱処理部１１の内部に保持したまま、尚且つ、熱処理部１１内の温度低下を防ぎながら、還元処理を行うことができれば、必要に応じて、還元処理の途中での上記の処理対象物の出し入れや還元剤の追加が効率良く行えるようになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－３９０４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行えるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、閉鎖時に処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができる貫通孔が形成されるダンパーを、熱処理部と処理対象物貯留部との間に設置することによって、上記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。

【0008】

（１） 処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部と、前記熱処理部の側面に、ダンパーを介して接続されている、箱型の処理対象物貯留部と、を備え、前記ダンパーは、複数の板状のダンパー部材の組合せによって開閉可能に構成されていて、閉鎖時に処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができる貫通孔が形成される、還元炉。

【0009】

（１）の還元炉によれば、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うことができる。又、これにより、処理対象物の出し入れ時に伴う炉内の温度低下を補填する為の燃料ガスの消費を節約することができる。

【0010】

（２） 前記ダンパーは、前記熱処理部と前記処理対象物貯留部とを結ぶ開口面を二つの領域に分割したときに、一方の前記領域を閉鎖する第１のダンパー部材と、他方の前記領域を閉鎖する第２のダンパー部材と、からなり、前記ダンパーの閉鎖時において、処理対象物の挿入方向に沿って見た場合に、前記第１のダンパー部材と前記第２のダンパー部材のそれぞれの先端近傍領域が重なることとなるように、前記第１のダンパー部材と、前記第２のダンパー部材とが配置されている、（１）に記載の還元炉。

【0011】

（２）の還元炉によれば、（１）に記載の還元炉におけるダンパー閉鎖時において、ダンパーに形成される貫通孔の内縁を、貫通孔に挿通される処理対象物投入用柄杓の柄の外縁に適度な強度で押し付けながら隙間なく契合させることが可能であり、熱処理部の内部の温度低下の抑制効果を更に高めることができる。

【0012】

（３） 前記ダンパーが、アルミナファイバーからなる板材の表面に不定形耐火物用の接着剤がコートされてなる断熱ボードである、（１）又は（２）に記載の還元炉。

【0013】

（３）の還元炉によれば、ダンパー各部の寸法減少を長期間にわたって抑制して、（１）又は（２）に記載の還元炉の耐久性を著しく向上させることができる。

【0014】

（４） （１）又は（２）に記載の還元炉と、処理対象物投入用柄杓と、からなる還元処理ユニットであって、前記貫通孔の形状及び大きさが、前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができて、尚且つ、隙間なく契合させることができる形状及び大きさである、還元処理ユニット。

【0015】

（４）の還元処理ユニットによれば、（１）又は（２）に記載の還元炉におけるダンパー閉鎖時において、貫通孔の内縁の形状及びサイズを、貫通孔に挿通される処理対象物投入用柄杓の柄の外縁の形状及びサイズに正確に適合させ、これらを一体的なユニットとして構成することにより、ダンパー閉鎖時における貫通孔周囲に生じる隙間を最小化して、熱処理部の内部の温度低下の抑制効果を更に高めることができる。

【0016】

（５） （１）又は（２）に記載の還元炉を用いて還元処理を行う還元処理方法であって、原料鉱石及び還元剤を前記処理対象物として、処理対象物投入用柄杓の先端の処理対象物載置部に載置した状態で前記熱処理部に挿入した後に、前記貫通孔に前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分が挿通されている状態で前記ダンパーを閉鎖して、前記処理対象物を、前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱する、還元処理方法。

【0017】

（５）の還元処理方法によれば、（１）又は（２）に記載の還元炉を用いることによって、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うことができる。これにより、処理対象物の出し入れ時に伴う炉内の温度低下を補填する為の燃料ガスの消費を節約することができる。

【0018】

（６） （５）に記載の還元処理方法によって、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石と前記還元剤とを含む混合物を前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱して還元することによって、フェロニッケルを製造する、ニッケル酸化鉱石の製錬方法。

【0019】

（６）のニッケル酸化鉱石の製錬方法によれば、（４）に記載の還元処理方法をニッケル酸化鉱石の製錬に適用することによって、フェロニッケルの生産性及び品質の安定性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の還元炉の本体部となる熱処理部の構成の説明に供する図面である。

【図2】本発明の還元炉の熱処理部に接続された処理対象物貯留部の構成の説明に供する図面である。

【図3】処理対象物投入用柄杓の構成の一例を示す図面である。

【図4A】本発明の還元炉のダンパーの構成（開放状態）の説明に供する図面である。

【図4B】本発明の還元炉のダンパーの構成（閉鎖状態）の説明に供する図面である。

【図5A】本発明の還元炉の他の実施形態におけるダンパーの構成（開放状態）の説明に供する図面である。

【図5B】本発明の還元炉の他の実施形態におけるダンパーの構成（閉鎖状態）の説明に供する図面である。

【図6】ダンパーの閉鎖時において処理対象物投入用柄杓の柄が貫通孔に挿通されている状態の説明に供する図面である。

【図7】ニッケル酸化鉱石の製錬方法の流れを示す工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下においては、本発明の還元炉、還元処理ユニット、及び、還元処理方法を、ニッケル酸化鉱石の製錬方法に適用する場合の実施形態について、その詳細を説明する。但し、本発明の適用対象は、ニッケル酸化鉱石の製錬方法に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において適宜変更を加えながら、原料鉱石の還元処理を含んでなる様々な金属製錬プロセスに用いることができる。

【0023】

又、近年は、ニッケル品位が高く不純物が少ない鉱石は少なくなりつつあり、上記のニッケル酸化鉱石の製錬において高品質のフェロニッケルを製造するためには様々な鉱石を効率良く処理してデータを蓄積することが求められている。本発明の還元炉は、このようなデータを取得するための試験操業を行うための試験炉としても好ましく用いることができる。試験炉としての実施態様の詳細については別途後述する。

【0024】

以下、先ずは、本発明の還元炉、還元処理ユニット、及び、還元処理方法の好適な適用対象であり、本発明の実施態様の一つでもある、ニッケル酸化鉱石の製錬方法の概要について説明し、その後に、本発明の還元炉、還元処理ユニット、及び、還元処理方法について詳細に説明する。

【0025】

＜ニッケル酸化鉱石の製錬方法＞
本発明の好適な適用対象プロセスであるニッケル酸化鉱石の製錬は、一例として図７に示すように、ニッケル酸化鉱石を含む原料と炭素質還元剤と混合する混合処理工程Ｓ１、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、成形された混合物（或いは、原料鉱石及び還元剤）を還元炉にて所定の還元温度で還元加熱する還元工程Ｓ３、及び、還元工程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回収工程Ｓ４、が順次行われるプロセスである。

【0026】

本発明の「ニッケル酸化鉱石の製錬方法」は、上記各工程のうち、少なくとも、還元工程Ｓ３を本発明の還元炉、還元処理ユニット、又は、還元処理方法によって実施することを特徴とする新規な製錬プロセスである。尚、以下においては、上記の４つの工程（Ｓ１～Ｓ４）について説明するが、本発明の「ニッケル酸化鉱石の製錬方法」においては、上記の混合処理工程Ｓ１及び混合物成形工程Ｓ２は、必ずしも必須の工程ではない。このような処理を行わずに原料鉱石及び還元剤を還元炉に投入する実施態様としても、本発明の「ニッケル酸化鉱石の製錬方法」を実施することは可能であり、そのような実施態様も本発明の技術的範囲である。

【0027】

［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。原料鉱石であるニッケル酸化鉱石としては、リモナイト鉱、サプロライト鉱等を用いることができる。尚、炭素質還元剤としては、石炭粉、コークス粉等を用いることができる。

【0028】

［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、所定の大きさ以上の塊に成形し、次の還元工程Ｓ３での還元処理に際して、還元炉内に混合物を例えば積層して投入できるようにする。

【0029】

［還元工程］
還元工程Ｓ３は、混合物成形工程Ｓ２で得られた混合物（成形物）を、還元炉内において加熱することによって還元反応を進行させて、ニッケル酸化鉱石からメタルとスラグとを生成させる工程である。還元処理の温度（還元温度）としては、１２００℃以上１５００℃以下とすることが好ましく、１２５０℃以上１４５０℃以下とすることがより好ましい。このような範囲の還元温度とすることで、効率的に且つ確実に還元反応を進行させて、所望とする特性のフェロニッケルを得ることができる。尚、この還元工程Ｓ３の実施に好適な本発明の還元処理方法の詳細については追って後述する。

【0030】

［回収工程］
回収工程Ｓ４は、還元工程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工程である。具体的には、容器に充填させた状態の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、即ち、フェロニッケルを分離して回収する。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。

【0031】

＜還元炉、還元処理ユニット＞
図１及び図２示す還元炉１は、本発明の還元炉の好ましい実施形態の一例である。還元炉１は、処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部１１と、熱処理部１１の側面の開口部分に、ダンパー１１１を介して接続されている処理対象物貯留部２１と、を備える、箱型の加熱炉である。

【0032】

そして、還元炉１は、ダンパー１１１に、処理対象物投入用柄杓３（「図３参照」）の柄３１の部分を挿通させ、尚且つ、隙間なく契合させることができる貫通孔１１３が形成されていることを、主たる特徴とする。

【0033】

又、本明細書においては、本発明の還元炉１と、還元炉１に形成されている貫通孔１１３に隙間なく契合する形状の柄３１を有する処理対象物投入用柄杓３との組合せからなる還元処理用の技術的手段のことを、「還元処理ユニット」と称する。

【0034】

［還元炉］
図１及び図２に示すように、還元炉１の熱処理部１１には、熱処理部１１の内部と外部とを仕切る開閉可能な扉であるダンパー１１１が設けられている。又、図２に示すように、熱処理部１１の外部には、ダンパー１１１を介して、処理対象物貯留部２１が接続されている。又、熱処理部１１の内部には、公知の各種の加熱炉と同様に、加熱用のバーナー１２、及び、排気口１４が設けられている。又、熱処理部１１の内部には、その床面におけるダンパー１１１の設置位置に隣接する位置に、基台１３が設けられていることが好ましい。基台１３は、本発明における必須の構成ではないが、原料鉱石と還元剤との混合物等の処理対象物を載置した処理対象物載置部３２を安定的に支持するための台である。

【0035】

図４Ａ、４Ｂに示す通り、ダンパー１１１は、複数の板状のダンパー部材１１２Ａ、１１２Ｂの組合せによって構成されている開閉可能な扉状の仕切り部材である。ダンパー１１１には、図４Ａに示す閉鎖時の状態において、処理対象物投入用柄杓３（図３）の柄３１の部分を挿通させ、尚且つ、隙間なく契合させることができる貫通孔１１３が形成される。尚、この貫通孔１１３の内径は、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の太さに対する上記の要件を満たす大きさであるとともに、貫通孔１１３を通じた熱の出入りを最小限に止めるために、熱処理部１１と処理対象物貯留部２１とを結ぶ開口面の面積に対する貫通孔の面積の比率を、０．０５以下とすることが好ましく、０．０３以下とすることがより好ましい。一例として、上記開口面が１００ｍｍ×１３０ｍｍの矩形状の開口面である場合であれば、貫通孔１１３の内径は、２８ｍｍ以下であることが好ましく、２２ｍｍ以下であることがより好ましい。

【0036】

還元炉１においては、処理対象物貯留部２１から熱処理部１１への処理対象物の装入、及び、熱処理部１１から処理対象物貯留部２１への取り出しは、図４Ｂに示すようにダンパー１１１を開放させた状態で、処理対象物を載置した処理対象物投入用柄杓３を、ダンパー１１１を通じて熱処理部１１に速やかに出し入れすることによって行われる。

【0037】

そして、還元炉１における処理対象物の還元処理は、図４Ａに示すようにダンパー１１１を閉鎖させた状態で行う。この還元処理は、より具体的には、図６に示すように、熱処理部１１の内部に処理対象物投入用柄杓３の処理対象物載置部３２を挿入したまま、ダンパー１１１を閉鎖し、その状態で処理対象物載置部３２の載置面３２１に載置されている処理対象物を加熱することによって行う。この際、ダンパー１１１は、図６に示すように、処理対象物投入用柄杓３の柄３１をダンパー１１１の貫通孔１１３に挿通させて尚且つ隙間なく契合させた状態で閉鎖するようにする。

【0038】

一例として、ダンパー１１１は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、それぞれの先端近傍領域にダンパー１１１の閉止時に貫通孔１１３を形成することができるように半円形の貫通孔形成用の切り欠き部１１３Ａ、１１３Ｂ（図４Ｂ参照）が形成されているダンパー部材１１２Ａ、１１２Ｂによって構成することができる。

【0039】

又、他の一例として、ダンパー１１１は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、熱処理部１１と処理対象物貯留部２１とを結ぶ開口面を二つの領域に分割したときに、一方の領域を閉鎖する第１のダンパー部材１１２Ｃと、他方の領域を閉鎖する第２のダンパー部材１１２Ｄで構成し、ダンパー１１１の閉鎖時において、処理対象物の挿入方向に沿って見た場合に、第１のダンパー部材１１２Ｃと第２のダンパー部材Ｄのそれぞれの先端近傍領域が重なることとなるように、両ダンパーを配置することもできる。この場合、第１のダンパー部材１１２Ｃ及び第２のダンパー部材１１２Ｄは、図５Ｂに示すように先端が半円形状とされているスリット状の貫通孔形成用の切り欠き部１１３Ｃ、１１３Ｄ（図５Ｂ参照）が形成されているものする。尚、上述の先端近傍領域同士の重なり幅は、特に限定されるものではないが、２０ｍｍ程度以上とすることが好ましい。この重なり幅をこのように適度に大きくすることにより、先端近傍領域間の隙間からの輻射熱の出入りをより確実に防ぐことができるようになる。

【0040】

ここで、本発明の還元炉及び還元処理ユニットの代表的な使用対象プロセスとして想定されるニッケル酸化鉱石の製錬においては、上述した通り、還元炉の炉内温度は、最大１５００℃程度に達するため、ダンパー部材１１２の耐熱温度を１５００℃以上とすることが好ましい。又、このような高温での還元処理の実施時には、熱処理部１１の内外における温度差が極めて大きくなるので、ダンパー１１１を構成する各々のダンパー部材１１２の材料としては、このような過酷な温度環境下でも十分な耐久性を有するものとすることが好ましい。以上より、ダンパー部材１１２の材料としては、上記各条件を満たす各種の板状の断熱ボードを適宜用いることができる。

【0041】

但し、ダンパー部材１１２の材料として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）製のダンパー、或いは、その他の各種のセラミックス製のダンパーを選択した場合には、使用中にダンパー１１１が割れてしまうリスクがある。ダンパー１１１が割れてしまうと、熱処理部１１と処理対象物貯留部２１との間の熱遮断ができなくなるので、処理対象物貯留部２１内における冷却が困難となり、還元物の酸化が起こりやすくなる。又、割れたダンパーを回収することが困難になり、更に、処理対象物投入用柄杓３を介した処理対象物貯留部２１から熱処理部１１への処理対象物の装入、及び、熱処理部１１から処理対象物貯留部２１への取り出しが困難となる等、様々な不都合が生じる。一方、ダンパー部材１１２の材料として、金属製ダンパーを選択した場合には、耐熱性金属を用いたとしても、熔融、軟化、或いは、酸化によって早々に使用に支障をきたす程度にまで劣化してしまうリスクがある。

【0042】

そこで、ダンパー１１１を構成する各々のダンパー部材１１２の材料としては、上述の各リスクが小さい材料として、アルミナファイバー製の断熱ボードであって、密度が２５０ｋｇ／ｍ^３以上の断熱ボードを、特に好ましく用いることができる。ダンパー部材の材料として、このような断熱ボードを採用することにより、適切な貫通孔を形成するための加工が容易に行えるようになる。又、上記の断熱ボードの採用により、ダンパー１１１全体の重量も軽量化されて開閉が容易になる。

【0043】

又、ダンパー１１１を構成する各々のダンパー部材１１２の材料としては、各種の断熱ボードの表面にコーティングを施すことも有効である。例えば、リフラクトリーセラミックファイバー（ＲＣＦ）同士の接着に用いられ、バルクと結合剤を混錬した不定形耐火物用の接着剤である、コーティングセメント（イソライト工業製）、ＭＢセメント（イソライト工業製）或いは、１７Ｄセメント（イソライト工業製）等を、上記のコーティングを行うコート剤として好ましく使用することができる。これらは、一般的には、各種の断熱ボード等、不定形耐火物用の接着剤として用いられているものではあるが、コート性に優れるうえ、ダンパーの強度を向上することでダンパー各部の寸法減少を長期間抑制することが可能である。従って、ダンパー１１１を構成する各々のダンパー部材１１２の極めて好ましい材料として、アルミナファイバーからなる板材の表面に上述した各種の不定形耐火物用の接着剤がコートされてなる断熱ボードを挙げることができる。

【0044】

処理対象物貯留部２１は、ダンパー１１１を介して、熱処理部１１と接続されている。尚、処理対象物貯留部２１には、ダンパー１１１と対向する位置に、「処理対象物」を出し入れするための装入／取出口２１２が設けられている。装入／取出口２１２は、蓋体であり、開閉可能な扉状の構造を有している。又、装入／取出口２１２は、極力空気が入らないように、二重構造の扉（二重扉）とすることが好ましい。処理対象物貯留部２１に「処理対象物」を装入する際には、装入／取出口２１２を開放して行い、熱処理部１１での還元処理時、処理対象物貯留部２１での還元剤供給時、及び処理対象物貯留部２１での冷却時には、装入／取出口２１２を閉めた状態で各操作を実行する。

【0045】

尚、処理対象物貯留部２１は、雰囲気ガスを置換できる構造を有していることが好ましい。置換するガスとしては、不活性ガスであることが好ましい。不活性ガスを流して雰囲気を置換することで、還元済みの処理対象物を処理対象物貯留部２１にて冷却する際に、流通させた不活性ガスが冷却用ガスとして作用して冷却を促進することができる。処理対象物貯留部２１の内部の雰囲気ガスが不活性ガスであることにより、還元済みの処理対象物の酸化を抑制することもできる。尚、上記の不活性ガスとしては、比較的安価で、安定的に入手できる点から、窒素、アルゴン等を用いることができる。又、二酸化炭素も不活性ガスとして用いることができる。又、処理対象物貯留部２１の内供に不活性ガスを流通させることによって、貫通孔１１３を通じた熱の対流によって起る処理対象物貯留部２１の内部の温度上昇も抑制することができる。

【0046】

又、処理対象物貯留部２１の熱処理部１１側の開口部には、ダンパー１１１とは別途に、上述のような貫通孔１１３が形成されることなく当該開口部の全体を閉鎖することが可能な「補助ダンパー（図示せず）」を更に併設しておくこともできる。還元炉１においてこの「補助ダンパー」を設置した場合には、熱処理部１１の内部に処理対象物投入用柄杓３の処理対象物載置部３２が挿入されている状態においては、「補助ダンパー」を開放しておき、熱処理部１１の外部に処理対象物投入用柄杓３が取り出されている状態においては、「補助ダンパー」を閉鎖すればよい。これにより、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うことができるという本願発明の基本的な作用・効果を享受しながら、尚且つ、熱処理部１１の外部に処理対象物投入用柄杓３が取り出されている状態である場合を含めて、処理対象物貯留部の内部の処理対象物貯留部２１の内部の温度上昇を更に抑制することができる。

【0047】

［還元処理ユニット］
本発明の還元処理ユニットとは、一例として、図１及び図２に示す本発明に係る還元炉１と、図３に示す処理対象物投入用柄杓３との組合せからなる還元処理の実施を目的とする技術的手段である。この還元処理ユニットにおいては、還元炉１のダンパー１１１に形成されている貫通孔１１３の内縁の形状及び大きさが、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分の中心軸に直交する断面（即ち軸の外縁）の形状及び大きさに等しくなるように、両者の形状及び大きさがそれぞれ最適化されている。これにより、還元処理ユニットにおいては、図６に示すように、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分を、ダンパー１１１の閉鎖時において、貫通孔１１３に挿通させることができて、尚且つ、その状態において、貫通孔１１３と処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分を隙間なく契合させることができるので、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを、効率良く行うことができる。

【0048】

（処理対象物投入用柄杓）
図３は、本発明の還元処理ユニットを構成する処理対象物投入用柄杓３の構成を示す図面である。処理対象物投入用柄杓３は、柄３１と、柄３１の先端に連結された処理対象物載置部３２とを備えている。柄３１は、作業者がその手により、或いは、機械により把持する部分であり、棒状体により構成されている。処理対象物載置部３２は、柄３１の先端に連結されており、その上面（載置面３２１）に処理対象物が載置される。尚、図３では、処理対象物載置部３２が直方体状である実施形態の一例を示しているが、処理対象物載置部の形状は、これに限られず、載置面が凹部を構成し、四方に壁面が立設され、上面が開口した容器のような物で構成されていてもよい。処理対象物投入用柄杓３の材料は、使用条件に応じた一定以上の耐熱性を有する各種のセラミックとすることができるが、アルミナ質のセラミック、或いは、マグネシア質のセラミックとすることが特に好ましい。

【0049】

＜還元処理方法＞
本発明の「還元処理方法」（以下、単に「還元処理方法」とも言う）は、還元炉１、或いは、それを含んで構成される上述の「還元処理ユニット」を用いて、処理対象物の還元処理を行う方法である。以下、この「還元処理方法」の具体的な手順の一例を説明する。

【0050】

「還元処理方法」においては、先ず、処理対象物貯留部２１の装入／取出口２１２を開けて処理対象物貯留部２１の内部に装入し、更に、ダンパー１１１を開放して、処理対象物貯留部２１に接続されている熱処理部１１の内部へと装入し、基台１３に載置する。

【0051】

このとき、熱処理部１１内に入れた処理対象物投入用柄杓３を、基台１３の中央部付近まで移動させた後、処理対象物投入用柄杓３それ自体を基台１３の上に置き、その状態のまま（原料鉱石や還元剤等の処理対象物（以下、単に「処理対象物」とも言う）を、収容した処理対象物投入用柄杓３を載置させた状態のまま）還元処理を開始する。即ち、還元処理に際して、処理対象物投入用柄杓３を熱処理部１１内に残したまま加熱を開始する。このような方法によれば、処理対象を処理対象物投入用柄杓３に載置し、その後は、処理対象物投入用柄杓３を、処理対象物貯留部２１を経由して熱処理部１１に出し入れする操作を行うだけで、還元処理を実行することができる。これにより、ダンパー１１１を通じて熱処理部１１に出し入れする際のダンパー１１１の開放時間を短縮して、ダンパー１１１開放中の熱処理部１１内部の温度低下を抑制することができる。又、処理対象物投入用柄杓３から基台１３上に「処理対象物」を移し変えるとき等にその「処理対象物」が基台１３から落下するといった誤操作を防いだり、バーナー１２による加熱が均一に生じなくなるといった不具合を防いだりすることができる。尚、このような実施態様の場合において、処理対象物投入用柄杓３の処理対象物載置部３２に、灰や炭素質還元剤等を敷いておいてもよい。これにより、その処理対象物載置部３２の載置面での「処理対象物」の融着を防ぐことができる。

【0052】

又、このように処理対象物投入用柄杓３を熱処理部１１内に残した状態においては、その処理対象物投入用柄杓３の柄３１の主な部分は、処理対象物貯留部２１に位置するようになる（図２参照）。そして、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分が処理対象物貯留部２１内に位置するようにして還元処理を開始することで、還元処理の加熱によって処理対象物投入用柄杓３の柄３１が熱変形してしまうことを防ぐことができる。

【0053】

又、「還元処理方法」においては、還元処理の途中の段階において「処理対象物」を熱処理部１１から処理対象物貯留部２１に移動させることもできる。この場合は、ダンパー１１１を開放した後に、処理対象物投入用柄杓３の柄３１を把持して処理対象物貯留部２１の側からその処理対象物投入用柄杓３を引き出すようにして、「処理対象物」が載置された処理対象物載置部３２の部分を処理対象物貯留部２１内に移動させ、速やかにダンパー１１１を閉鎖する。そして、例えば、処理対象物載置部３２に載置した「処理対象物」に更に炭素質還元剤を追加する作業等、必要な追加作業を処理対象物貯留部２１の内部において、適宜行うことができる。このように、熱処理部１１と処理対象物貯留部２１との間の「処理対象物」の移動を、処理対象物投入用柄杓３を移動させることによって行うことで、円滑に且つ確実に移動させることができる。

【0054】

そして、還元処理の終了後には、処理対象物貯留部２１の内部からダンパー１１１を開放して、還元処理により得られた還元物を、熱処理部１１から処理対象物貯留部２１を経由して取り出す。還元物の取り出しに際しては、処理対象物貯留部２１において還元物の冷却を行う。処理対象物貯留部２１での還元物の冷却は、処理対象物貯留部２１の内部からダンパー１１１を閉鎖した状態で行う。これにより、熱処理部１１からの高温の熱が処理対象物貯留部２１内に入り込むことを防いで、効率的に冷却を行うことができる。

【0055】

又、処理対象物貯留部２１での還元物の冷却を行う際には、処理対象物貯留部２１の内部に、不活性ガスを流通させることが好ましい。これにより、不活性ガスが冷却用ガスとして作用して、還元処理により得られた還元物を所定の温度にまで効率良く冷却することができる。又、不活性ガスが充満している環境下では、還元処理により得られた還元物の酸化を抑制することもできる。又、還元炉１が上記の「補助ダンパー」を備えている場合であれば、「補助ダンパー」も閉鎖した状態で冷却処理を行うことにより、熱処理部１１からの高温の熱が処理対象物貯留部２１の内部に入り込むことによる処理対象物貯留部２１内部の温度をより好ましい低温度範囲内により確実に防ぐことができる。

【0056】

又、処理対象物貯留部２１は、熱処理部１１に連続して接続されているため、熱処理部１１での還元処理により得られた還元物を大気中に取り出すことなく冷却することができる。高温に加熱された状態の還元物をそのまま大気中に取り出した場合、生成したメタルの酸化が急速に進行して、メタル特性が低下するとともに、メタルの回収率が大きく低下する。この点、処理対象物貯留部２１が熱処理部１１に接続された還元炉１を用いて還元処理を行うことで、高温の還元物に対する冷却操作を、その処理対象物貯留部２１にて効率的に行うことができ、メタルの酸化を効果的に防ぐことができる。
＜試験操業としての実施形態＞

【0057】

本発明の「還元炉」、「還元処理ユニット」、「還元処理方法」は、何れも、還元処理を含む実装業に反映させるための各種データを取得することを目的とした還元処理の試験操業を行うための技術的手段としても好ましく用いることができる。例えば、還元炉１に少量のペレットを装入し、還元処理を行い、生成した還元物の取り出しを行って、上述の各種データを取得することができる。

【0058】

還元炉に限らず、一般的に炉には、試料等の処理産物の出し入れのための開口部が必要となる。酸素の巻き込みや熱の拡散、外気の影響等を防ぐために、その開口部の大きさは小さい方が好ましい。ところが、特に、試験操業用に比較的小規模な炉を用いる場合、相対的に開口部のサイズは大きくなり、試験によって得られるデータの誤差発生の要因になるという問題がある。この問題に対して、本発明の適用により、還元炉１を試験炉として用いることによって、開口部の大きさを確保しながら、急激な温度変化を抑制することができるので、炉内での還元状況の正確なデータを得て操業に反映させることができるようになる。

【実施例0059】

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。

【0060】

［実施例］
図１及び図２に示す構成からなる還元炉１及び図３に示す処理対象物投入用柄杓３と同様の形状・構成からなる還元炉と処理対象物投入用柄杓とからなる「還元処理ユニット」を用いて、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤との混合物を処理対象物とし、本発明の上述した「還元処理方法」の手順に則り、還元処理の試験操業を行った。

【0061】

（還元炉と処理対象物投入用柄杓（還元処理ユニット））
実施例で用いる還元炉１のダンパーの形状と配置は、図４Ａ及び図４Ｂに示す通りとした。又、上記の還元炉において、ダンパーによって閉鎖される熱処理部の開口部のサイズは、１３０ｍｍ×１００ｍｍとし、処理対象物投入用柄杓の外径とダンパーの閉鎖時に形成される貫通孔の内径は２０ｍｍとした。

【0062】

（還元処理方法）
実施例の具体的な作業手順は以下の通りとした。先ず、処理対象物投入用柄杓に載置した処理対象物を、載置面に載置した状態のまま、処理対象物投入用柄杓を移動させることによって熱処理部内に挿入し、処理対象物を上記の載置面に載置したままの状態で、且つ、処理対象物投入用柄杓の柄の部分はダンパーの閉鎖時に形成される上記の貫通孔に挿通されている状態で、ダンパーを閉鎖し、１４００℃×３０分の加熱条件で還元処理を行った。そして、その後、ダンパーを開放し、処理対象物投入用柄杓に載置されたまま還元処理を終えた処理対象物が載置面に載置されている状態のままで、処理対象物投入用柄杓を移動させることによって、処理対象物貯留部に移動させ、還元処理済の処理対象物を、同室内において、ダンパーを閉鎖した状態で、１５分冷却してから、大気中に取り出した。処理対象物貯留部の内部には窒素を常時流して処理した。尚、ダンパーの重なり部分の幅を実施例１では１ｍｍ、実施例２では２０ｍｍとした。

【0063】

【表1】

【0064】

ここで、ニッケル酸化鉱石の還元処理を含む一般的なニッケル酸化鉱石の製錬プロセスにおいて求められる「Ｎｉメタル化率」は、通常、９７％～９９％程度である。実施例１、２の試験操業においては、十分な「Ｎｉメタル化率」を維持できているが、併せて、熱処理部と処理対象物貯留部との間の「処理対象物」の全ての移動を、処理対象物投入用柄杓を略平行に移動させることのみによって簡単に行うことができるようにされていることにより、処理対象物の載置面からの零れ落ちも全くなく、速やかに各移動を完了させることができた。

【0065】

［ダンパーの材料選択について］
追加試験として、更に、本発明の還元炉における、ダンパーの最適な材料選択について検証するための試験も行った。ここで、試験は、アルミナファイバー製の断熱ボードの表面に以下の各種のコート剤（上述した不定形耐火物用の接着剤）でコーティングしたものと、コーティングを行わなかったものとを、それぞれ各試験用還元炉のダンパーとし、ダンパーの開閉を繰り返したときのダンパー（即ち、断熱ボード）の各部寸法の減少を確認する方法により行った。コート剤として用いる「不定形耐火物用の接着剤」としては、「１７Ｄセメント（イソライト工業製）」、「ＭＢセメント（イソライト工業製）」の何れかを用いた。又、各還元炉の熱処理部内の初期温度は１４００°とした。この状態の熱処理部に、処理対象物投入用柄杓の処理対象物載置部を挿入し、その状態で３０分保持した後、処理対象物載置部を処理対象物貯留部内に引き出す作業を繰り返し、尚且つ、ダンパーの開閉回数が１０回、２０回、４０回、６０回、８０回となる時点で作業を停止し、その時点でのダンパーの各部寸法の測定を行い、下記の評価基準で各ダンパー材料の可否を評価した。評価結果は表２に示す通りであった。
（評価基準）
ダンパーの幅、高さ、及び厚みの減少が、１．００ｍｍ未満：Ａ
ダンパーの幅、高さ、及び厚みの減少が、１．００ｍｍ以上２．００ｍｍ未満：Ｂ
ダンパーの幅、高さ、及び厚みの減少が、２．００ｍｍ以上：Ｃ

【0066】

【表2】

【0067】

表２より、コーティングが施されていない場合では、開閉回数１０回を超えた頃からから摩耗が発生し、６０回を超えると摩耗が２．００ｍｍ以上になり、長期の継続使用は困難であることが窺える。一方、コーティングを施した場合では、開閉回数６０回までは、断熱ボードの摩耗は１．００ｍｍ未満とほぼ無視できる程度であり、８０回を超えても２ｍｍ未満であるため、長期の継続使用が可能であることが窺える。このように、不定形耐火物用の接着剤を断熱ボードの表面にコートすることで、ダンパー各部の寸法減少を長期間抑制することができることが確認された。

【0068】

以上より、本発明によれば、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うことができることが確認された。

【符号の説明】

【0069】

１ 還元炉
１１ 熱処理部
１２ バーナー
１３ 基台
１４ 排気口
１１１ ダンパー
１１２（１１２Ａ～Ｄ） ダンパー部材
１１３ 貫通孔
１１３Ａ～Ｄ 貫通孔形成用の切り欠き部
２１ 処理対象物貯留部
２１２ 装入／取出口
３ 処理対象物投入用柄杓
３１ 柄
３２ 処理対象物載置部
３２１ 載置面
Ｓ１ 混合処理工程
Ｓ２ 混合物形成工程
Ｓ３ 還元工程
Ｓ４ 回収工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】