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(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】P2023180318
(43)【公開日】2023-12-21
(54)【発明の名称】ニッケル酸化鉱石の製錬方法
(51)【国際特許分類】
C22B 23/02 20060101AFI20231214BHJP
C22B 1/24 20060101ALI20231214BHJP
C22B 5/10 20060101ALI20231214BHJP
【ＦＩ】
C22B23/02
C22B1/24
C22B5/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022093508
(22)【出願日】2022-06-09
(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】100134979
【弁理士】
【氏名又は名称】中井 博
(74)【代理人】
【識別番号】100167427
【弁理士】
【氏名又は名称】岡本 茂樹
(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
4K001CA02
4K001CA03
4K001CA04
4K001CA09
4K001CA26
4K001CA27
4K001CA28
4K001CA29
4K001GA07
4K001GA19
4K001HA01
4K001KA02
4K001KA06
4K001KA13
(57)【要約】
【課題】ニッケル酸化鉱石を含むペレットを還元することで有価メタルを製造する製錬方法において、高品質（高品位）の有価メタルを効率よく製造することができるニッケル酸化鉱石の製錬方法を提供する。
【解決手段】本発明のニッケル酸化鉱石の製錬方法は、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とスラグの粘性を制御し得るスラグ制御剤とを含有する混合物を調製する混合物調製工程と、混合物からペレットを成形する混合物成形工程と、混合物成形工程で得られたペレットを加熱還元してニッケルを含有する有価メタルとスラグとを得る還元処理工程と、還元処理工程で得られる有価メタルとスラグとを分離し有価メタルを回収する回収工程と、を含み、混合物調製工程において所定の条件を満たすようにスラグ制御剤を混合する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明のニッケル酸化鉱石の製錬方法は、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とスラグの粘性を制御し得るスラグ制御剤とを含有する混合物を調製する混合物調製工程と、混合物からペレットを成形する混合物成形工程と、混合物成形工程で得られたペレットを加熱還元してニッケルを含有する有価メタルとスラグとを得る還元処理工程と、還元処理工程で得られる有価メタルとスラグとを分離し有価メタルを回収する回収工程と、を含み、混合物調製工程において所定の条件を満たすようにスラグ制御剤を混合する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ニッケル酸化鉱石と、炭素質還元剤と、スラグの粘性を制御し得るスラグ制御剤と、を含有する混合物を調製する混合物調製工程と、
該混合物からペレットを成形する混合物成形工程と、
該混合物成形工程で得られたペレットを加熱還元してニッケルを含有する有価メタルとスラグとを得る還元処理工程と、
該還元処理工程で得られる有価メタルとスラグとを分離し有価メタルを回収する回収工程と、を含み、
前記スラグ制御剤が、
ＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３を含有しており、
前記混合物調製工程において、
以下の条件：
（１）前記ペレットにおける前記スラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値が、前記ニッケル酸化鉱石と前記スラグ制御剤との合計を１００質量％としたとき、０．５質量％以上１．５質量％以下である；
（２）前記ペレットにおける前記スラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値と前記ニッケル酸化鉱石に含まれるＳｉＯ２の値との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．０２５以上０．２５以下である；
を満たすように前記スラグ制御剤を混合する
ことを特徴とするニッケル酸化鉱石の製錬方法。
該混合物からペレットを成形する混合物成形工程と、
該混合物成形工程で得られたペレットを加熱還元してニッケルを含有する有価メタルとスラグとを得る還元処理工程と、
該還元処理工程で得られる有価メタルとスラグとを分離し有価メタルを回収する回収工程と、を含み、
前記スラグ制御剤が、
ＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３を含有しており、
前記混合物調製工程において、
以下の条件：
（１）前記ペレットにおける前記スラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値が、前記ニッケル酸化鉱石と前記スラグ制御剤との合計を１００質量％としたとき、０．５質量％以上１．５質量％以下である；
（２）前記ペレットにおける前記スラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値と前記ニッケル酸化鉱石に含まれるＳｉＯ２の値との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．０２５以上０．２５以下である；
を満たすように前記スラグ制御剤を混合する
ことを特徴と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、ニッケル酸化鉱石の製錬方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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には、熔錬炉を使用して硫黄と共に硫化焙焼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炭素質還元剤を用いて還元することによってニッケルを含有する合金を製造する乾式製錬方法、オートクレーブを使用して硫酸でニッケルやコバルトを浸出して得た浸出液に硫化剤を添加して混合硫化物（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】
上述した種々の製錬方法の中で、炭素源と共にキルンや炉に装入して還元処理することでニッケル酸化鉱石を製錬（乾式製錬方法）しようとする場合、還元で生成するニッケルメタルは粗大な方が生産性の観点から好ましい。これは、ニッケルメタルが、例えば数１０μｍ程度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、ニッケルの回収率（収率）が大きく低下するためである。
粗大なニッケルメタルを得るには、ニッケル品位の高い鉱石を処理することが最も簡単な方法ではある。しかし、近年は世界的に資源事情が厳しく、高ニッケル品位の鉱石を得ることは容易でない。
粗大なニッケルメタルを得るには、ニッケル品位の高い鉱石を処理することが最も簡単な方法ではある。しかし、近年は世界的に資源事情が厳しく、高ニッケル品位の鉱石を得ることは容易でない。
【0004】
そこで、品位の低い鉱石（例えば、ニッケルの品位が１．０質量％以下の鉱石）から粗大なニッケルメタルを得るための研究が行われている。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ペレットを還元溶融炉で加熱して金属酸化物を還元溶融してニッケルメタル（粒状金属）を製造するにあたり、炉床上に供給するペレットの平均直径を１９．５ｍｍ以上、３２ｍｍ以下とし、炉床上でペレットを加熱するときのペレットの炉床への投影面積率から算出される敷密度を０．５以上、０．８以下に制御することにより、ニッケルメタルの生産性を向上させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【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】
【0006】
しかしながら、特許文献１の技術では、ペレットの作製にコストがかかったり、炉内におけるペレットの敷密度を所定の値に調整する必要があることなどから、結果的に生産性が向上しないためニッケルメタルの製造コストが高くなるという問題が生じている。
【0007】
本発明は上記事情に鑑み、ニッケル酸化鉱石を含むペレットを還元することで有価メタルを製造する製錬方法において、高品質（高品位）の有価メタルを効率よく製造することができるニッケル酸化鉱石の製錬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】
【0008】
本発明者は、上記課題を解決すべき鋭意検討を重ねた結果、ペレットにスラグ制御剤を含有させることにより、大きな有価メタルを効率的に得られることを見出し、本発明の完成に至った。
【0009】
第１発明のニッケル酸化鉱石の製錬方法は、ニッケル酸化鉱石と、炭素質還元剤と、スラグの粘性を制御し得るスラグ制御剤と、を含有する混合物を調製する混合物調製工程と、該混合物からペレットを成形する混合物成形工程と、該混合物成形工程で得られたペレットを加熱還元してニッケルを含有する有価メタルとスラグとを得る還元処理工程と、該還元処理工程で得られる有価メタルとスラグとを分離し有価メタルを回収する回収工程と、を含み、前記スラグ制御剤が、ＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３を含有しており、前記混合物調製工程において、以下の条件：
（１）前記ペレットにおける前記スラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値が、前記ニッケル酸化鉱石と前記スラグ制御剤との合計を１００質量％としたとき、０．５質量％以上１．５質量％以下である；
（２）前記ペレットにおける前記スラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値と前記ニッケル酸化鉱石に含まれるＳｉＯ２の値との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．０２５以上０．２５以下である；
を満たすように前記スラグ制御剤を混合することを特徴とする。
（１）前記ペレットにおける前記スラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値が、前記ニッケル酸化鉱石と前記スラグ制御剤との合計を１００質量％としたとき、０．５質量％以上１．５質量％以下である；
（２）前記ペレットにおける前記スラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値と前記ニッケル酸化鉱石に含まれるＳｉＯ２の値との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．０２５以上０．２５以下である；
を満たすように前記スラグ制御剤を混合することを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明のニッケル酸化鉱石の製錬方法は、ニッケル酸化鉱石とともにスラグ制御剤、を混合することにより、ペレット中で形成されるスラグの粘性を制御することができるようになる。このため、高品質（高品位）の有価メタルを効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本実施形態のニッケル酸化鉱石の製錬方法の概略フロー図ある。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本実施形態のニッケル酸化鉱石の製錬方法は、ニッケル酸化鉱石からニッケルを含む有価メタルを得る乾式製錬方法であり、スラグ制御剤の混合量を調整することにより、平均粒径が大きな有価メタルを製造できるようにしたことに特徴を有している。
【0013】
以下、本実施形態のニッケル酸化鉱石の製錬方法を図面に基づいて説明する。
まず、本実施形態のニッケル酸化鉱石の製錬方法（以下、本製錬方法という）の概略について説明する。
まず、本実施形態のニッケル酸化鉱石の製錬方法（以下、本製錬方法という）の概略について説明する。
【0014】
図１に示すように、本製錬方法は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石と還元剤である炭素質還元剤とスラグの粘性を制御し得るスラグ制御剤とを含有する混合物を調製する混合物調製工程Ｓ１と、得られた混合物からペレットを成形する混合物成形工程Ｓ２と、ペレットを還元炉内において所定の還元温度で加熱還元する還元処理工程Ｓ３と、還元処理工程後の還元物からスラグを分離して有価メタルを回収する回収工程Ｓ４と、を含む。
とくに、本製造方法では、スラグ制御剤の混合量を調整することに特徴を有している。このスラグ制御剤の混合量についての詳細は、後述する。
とくに、本製造方法では、スラグ制御剤の混合量を調整することに特徴を有している。このスラグ制御剤の混合量についての詳細は、後述する。
【0015】
本製造方法では、上記のごとくペレット内に所定量のスラグ制御剤を含有させることにより、還元処理工程Ｓ３のペレット内で形成されるスラグにおいて、二酸化ケイ素ＳｉＯ２を主成分とするネットワーク構造（以下、単にＳｉＯ２ネットワーク構造という）を適切に分断することができる。このスラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造が分断されると、ＳｉＯ２で構成されるネットワークの分子が小さくなり分子がスラグ中で動きやすくなる。このため、スラグの粘性が下がり流動性を向上させることができるので、生成した流動性を有する有価メタルが凝集し易くなる。
すなわち、ペレット内において流動性を有する有価メタルの流路（つまり有価メタルがスラグ内を移動する際に形成される液相の流路、以下、単に液相流路と称することがある）を形成させることができるので、この液相流路を流れ伝わる流動性を有する有価メタルの量を増加させることができる。
したがって、本製造方法では、スラグの流動性を向上させることにより、流動性を有する有価メタルの凝集性を向上させることができるので、粗大な有価メタル（ニッケルを含有するニッケル系合金）を適切に生成することができるという効果を奏する。
すなわち、ペレット内において流動性を有する有価メタルの流路（つまり有価メタルがスラグ内を移動する際に形成される液相の流路、以下、単に液相流路と称することがある）を形成させることができるので、この液相流路を流れ伝わる流動性を有する有価メタルの量を増加させることができる。
したがって、本製造方法では、スラグの流動性を向上させることにより、流動性を有する有価メタルの凝集性を向上させることができるので、粗大な有価メタル（ニッケルを含有するニッケル系合金）を適切に生成することができるという効果を奏する。
【0016】
なお、有価メタルとしては、例えば、鉄－ニッケル系合金（いわゆるフェロニッケル）や、鉄－ニッケル－コバルト系合金、鉄－ニッケル－銅系合金、鉄－ニッケル－コバルト－銅系合金などを挙げることができるが、ニッケルを含有するニッケル系合金であれば、かかる構成成分に限定されない。
【0017】
なお、本明細書では、このスラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造が分断された状態を、スラグの粘性が低下した状態という。また、本明細書では、粘性が低下した状態のスラグを流動性が向上した状態又は流動性に富む状態にある、とも称する。つまり、本製錬方法を用いれば、ペレット内のスラグを流動性に富む状態にすることができるので、粗大な有価メタルを生成させることができる。
【0018】
また、本製造方法の還元処理工程Ｓ３において、ペレットを還元炉内において所定の還元温度で加熱還元する温度が、特許請求の範囲の「加熱還元温度」に相当する。以下では、この温度を単に還元温度と称することもある。
【0019】
以下、本製錬方法の各工程について詳細に説明する。
【0020】
（混合物調製工程Ｓ１）
本製錬方法の混合物調製工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱石と、炭素質還元剤と、スラグ制御剤と、を含有する混合物を調製する工程である。
例えば、混合物調製工程Ｓ１において、粉状のニッケル酸化鉱石と、粉状の炭素質還元剤と、スラグ制御剤と、を適量の水を添加しながら混合して混合物を調製する。なお、混合物には、後述する任意成分の添加剤として、鉄鉱石、バインダー等を粉末状にしたものを含有させてもよい。
本製錬方法の混合物調製工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱石と、炭素質還元剤と、スラグ制御剤と、を含有する混合物を調製する工程である。
例えば、混合物調製工程Ｓ１において、粉状のニッケル酸化鉱石と、粉状の炭素質還元剤と、スラグ制御剤と、を適量の水を添加しながら混合して混合物を調製する。なお、混合物には、後述する任意成分の添加剤として、鉄鉱石、バインダー等を粉末状にしたものを含有させてもよい。
【0021】
ニッケル酸化鉱石等を混合する方法は、とくに限定されず、例えば、市販の混合機を用いることができる。
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。また、混練には、ブラベンダー等のバッチ式ニーダー、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、ヘリカルローター、ロール、一軸混練機、二軸混練機等を用いて行うことができる。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、炭素質還元剤や粉状のニッケル酸化鉱石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、その混合物において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。
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。また、混練には、ブラベンダー等のバッチ式ニーダー、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、ヘリカルローター、ロール、一軸混練機、二軸混練機等を用いて行うことができる。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、炭素質還元剤や粉状のニッケル酸化鉱石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、その混合物において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。
【0022】
表１には、混合物の調製に用いられる原料の組成（質量％）の一例を示す。なお、表に示した組成は、あくまで一例に過ぎず、ニッケル酸化鉱石等が表に示した組成以外の組成を含有してもよい。
【0023】
【表1】
【0024】
以下、各原料について説明する。
【0025】
（ニッケル酸化鉱石）
ニッケル酸化鉱石は、ニッケルを酸化ニッケル（ＮｉＯ）として含有する鉱石であれば、とくに限定されない。例えば、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、代表的な構成成分として酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する。
ニッケル酸化鉱石は、ニッケルを酸化ニッケル（ＮｉＯ）として含有する鉱石であれば、とくに限定されない。例えば、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、代表的な構成成分として酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する。
【0026】
（スラグ制御剤）
スラグ制御剤は、上述したように、還元処理工程Ｓ３のペレット内で形成されるスラグにおいて、ＳｉＯ２ネットワーク構造を分断することにより、スラグの粘性を低下させる機能を有する組成物である。言い換えれば、スラグ制御剤は、スラグの粘性を制御し得る機能を有する組成物である。
スラグ制御剤は、上記機能を発揮するための成分として、少なくとも酸化カルシウム（ＣａＯ）および／または炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を含有する。
スラグ制御剤は、上述したように、還元処理工程Ｓ３のペレット内で形成されるスラグにおいて、ＳｉＯ２ネットワーク構造を分断することにより、スラグの粘性を低下させる機能を有する組成物である。言い換えれば、スラグ制御剤は、スラグの粘性を制御し得る機能を有する組成物である。
スラグ制御剤は、上記機能を発揮するための成分として、少なくとも酸化カルシウム（ＣａＯ）および／または炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を含有する。
【0027】
なお、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）は、還元処理工程Ｓ３において、加熱されることにより、酸化カルシウム（ＣａＯ）を生成する。このため、還元処理工程Ｓ３において、加熱されると酸化カルシウム（ＣａＯ）を生成するものであれば、スラグ制御剤の含有することが可能である。
【0028】
混合物調製工程Ｓ１において、スラグ制御剤は、以下の２つの条件を満たすように調整されている。
【0029】
条件（１）：ＣａＯ量に基づいた条件
条件（１）は、ペレットにおけるスラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値が、スラグ制御剤とニッケル酸化鉱石との合計を１００質量％としたとき、０．５質量％以上１．５質量％以下となるようにスラグ制御剤を混合する。
この条件値は、０．５質量％以上１．５質量％以下が好ましく、より好ましくは０．５質量％以上１．３質量％以下であり、さらに好ましくは０．５質量％以上１．２質量％以下である。
なお、スラグ制御剤中のＣａＯ値をＣａＯおよびＣａＣＯ３から換算する場合、ＣａＯ値はその合計値として算出する。
条件（１）は、ペレットにおけるスラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値が、スラグ制御剤とニッケル酸化鉱石との合計を１００質量％としたとき、０．５質量％以上１．５質量％以下となるようにスラグ制御剤を混合する。
この条件値は、０．５質量％以上１．５質量％以下が好ましく、より好ましくは０．５質量％以上１．３質量％以下であり、さらに好ましくは０．５質量％以上１．２質量％以下である。
なお、スラグ制御剤中のＣａＯ値をＣａＯおよびＣａＣＯ３から換算する場合、ＣａＯ値はその合計値として算出する。
【0030】
上記値が０．５質量％未満の場合、スラグ中のＣａＯ含有率が低すぎてスラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造の分断が十分に進行させることができず、スラグの粘性が高い状態のまま還元処理が行われる。つまり、ペレット内のスラグは、液相流路が形成されにくい状態（ＳｉＯ２ネットワーク構造が分断された箇所が少ない状態）で還元処理が進行する。この場合、還元処理工程Ｓ３において、スラグ内に生成した溶体状態の有価メタルが流れにくくなるので、凝集する有価メタルの量が低下する。このため、溶体状態の有価メタルが凝集し難くい状態となるから、有価メタルの粗大化が進行し難くなる。
一方、上記値が１．５質量％を超えると、スラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造が分断され過ぎてしまいスラグの粘性が著しく低下してしまう傾向にある。この場合、スラグが炉床材に浸透して炉床そのもと反応して炉床を溶損したり、炉床にメタルを含んだスラグが固着して有価メタルが効率的に回収できなくなってしまう可能性がある。
したがって、混合物調製工程Ｓ１において、条件（１）では、スラグ制御剤を上記範囲内となるように調整する。
一方、上記値が１．５質量％を超えると、スラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造が分断され過ぎてしまいスラグの粘性が著しく低下してしまう傾向にある。この場合、スラグが炉床材に浸透して炉床そのもと反応して炉床を溶損したり、炉床にメタルを含んだスラグが固着して有価メタルが効率的に回収できなくなってしまう可能性がある。
したがって、混合物調製工程Ｓ１において、条件（１）では、スラグ制御剤を上記範囲内となるように調整する。
【0031】
条件（２）：ＣａＯとＳｉＯ２の質量比に基づく条件
条件（２）は、ペレットにおけるスラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値とニッケル酸化鉱石に含まれるＳｉＯ２の値との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．０２５以上０．２５以下となるようにスラグ制御剤を混合する。
この条件値は、０．０２５以上０．２５以下が好ましく、より好ましくは０．０２５以上０．２３以下であり、さらに好ましくは０．０２５以上０．２１以下である。
なお、スラグ制御剤中のＣａＯ値をＣａＯおよびＣａＣＯ３から換算する場合、ＣａＯ値はその合計値として算出する。
条件（２）は、ペレットにおけるスラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値とニッケル酸化鉱石に含まれるＳｉＯ２の値との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．０２５以上０．２５以下となるようにスラグ制御剤を混合する。
この条件値は、０．０２５以上０．２５以下が好ましく、より好ましくは０．０２５以上０．２３以下であり、さらに好ましくは０．０２５以上０．２１以下である。
なお、スラグ制御剤中のＣａＯ値をＣａＯおよびＣａＣＯ３から換算する場合、ＣａＯ値はその合計値として算出する。
【0032】
上記値が、０．０２５未満の場合、条件（１）においてＣａＯが０．５質量％未満の場合と同様にスラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造の分断が十分に進行させることができず、スラグの粘性が高い状態のまま還元処理が行われる。この場合、還元処理工程Ｓ３において、生成した溶体状態の有価メタルがスラグ内を通り難くなるので、有価メタルの凝集量も低下するから、有価メタルの粗大化が進行し難い。
一方、上記値が、０．２５を超えると、条件（１）においてＣａＯが１．５質量％を超えた場合と同様に、スラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造が分断され過ぎてしまいスラグの粘性が著しく低下してしまう傾向にある。この場合、スラグが炉床材に浸透して炉床そのものと反応して炉床を溶損したり、炉床にメタルを含んだスラグが固着して有価メタルが効率的に回収できなくなってしまう可能性がある。
したがって、混合物調製工程Ｓ１において、条件（２）では、スラグ制御剤を上記範囲内となるように調整するのが好ましい。
一方、上記値が、０．２５を超えると、条件（１）においてＣａＯが１．５質量％を超えた場合と同様に、スラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造が分断され過ぎてしまいスラグの粘性が著しく低下してしまう傾向にある。この場合、スラグが炉床材に浸透して炉床そのものと反応して炉床を溶損したり、炉床にメタルを含んだスラグが固着して有価メタルが効率的に回収できなくなってしまう可能性がある。
したがって、混合物調製工程Ｓ１において、条件（２）では、スラグ制御剤を上記範囲内となるように調整するのが好ましい。
【0033】
なお、上記の条件（１）、（２）において、スラグ制御剤、ニッケル酸化鉱石は、水を添加する前の状態の質量とする。
この水を添加する前の状態とは、例えば水分率（質量％）が３０質量％程度以下の状態を意味する。
水分率（質量％）の測定には、例えば、乾燥重量法（乾燥減量法とも呼ばれる）、カールフィッシャー滴定法、蒸留法などを用いることができることができる。乾燥重量の場合、例えば、１０５℃に設定した定温乾燥機で、恒量となるまで所定時間燥した後の乾燥前後における試料の質量差から、水分率（質量％）＝（Ａ－Ｂ）／Ａ×１００、（Ａ：乾燥前の試料の質量、Ｂ：絶乾燥後の試料の質量）、により算出される。
この水を添加する前の状態とは、例えば水分率（質量％）が３０質量％程度以下の状態を意味する。
水分率（質量％）の測定には、例えば、乾燥重量法（乾燥減量法とも呼ばれる）、カールフィッシャー滴定法、蒸留法などを用いることができることができる。乾燥重量の場合、例えば、１０５℃に設定した定温乾燥機で、恒量となるまで所定時間燥した後の乾燥前後における試料の質量差から、水分率（質量％）＝（Ａ－Ｂ）／Ａ×１００、（Ａ：乾燥前の試料の質量、Ｂ：絶乾燥後の試料の質量）、により算出される。
【0034】
なお、本明細書において「～」の表記は、「以上以下」を意味する。例えば、０．５質量％～１．５質量％は、０．５質量％以上１．５質量％以下を意味する。
【0035】
（炭素質還元剤）
炭素質還元剤としては、例えば、石炭粉、コークス粉等が挙げられる。なお、その一部または全てを植物由来成分、例えば澱粉等で構成してもよい。
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を用いるのが好ましい。このような大きさであると、混合する際に均一に混合し易く、還元反応も均一に進みやすくなる。
炭素質還元剤としては、例えば、石炭粉、コークス粉等が挙げられる。なお、その一部または全てを植物由来成分、例えば澱粉等で構成してもよい。
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を用いるのが好ましい。このような大きさであると、混合する際に均一に混合し易く、還元反応も均一に進みやすくなる。
【0036】
混合物調製工程Ｓ１における炭素質還元剤の混合割合は、ニッケル酸化鉱石を構成する酸化ニッケル、酸化コバルト、及び酸化鉄と、を過不足なく還元するのに必要な炭素質還元剤の量を１００％としたとき、５０％以下となるように混合する。好ましくは４０％以下である。一方、炭素質還元剤の混合量の下限値は、とくに限定されないが、例えば、以下に説明する化学当量の合計値を１００％としたときに、２０％以上とすることが好ましく、より好ましくは２３％以上とする。
【0037】
したがって、混合物調製工程Ｓ１において、炭素質還元剤を混合する割合（混合割合）は、ペレットに含まれる炭素質還元剤の量（炭素質還元剤の混合量）を、化学当量の合計値を１００％としたとき、２０％以上５０％以下とすれば、後述する還元処理工程Ｓ３における還元反応を効率的に進行させることができるので、ニッケル品位（質量％）の高い有価メタルを効率的に製造することができる。
【0038】
なお、炭素質還元剤の混合割合（％）の単位は、モル比であっても質量比であってもよい。つまり、炭素質還元剤の混合割合（％）は、モル比または質量比において、上記範囲内であればよい。
また、酸化ニッケル、酸化コバルト、及び酸化鉄と、を過不足なく還元するのに必要な炭素質還元剤の量とは、還元処理工程Ｓ３において、混合物を成形して得られたペレットに含まれる酸化ニッケルの全量をニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレットに含まれる酸化鉄を鉄メタルに還元するのに必要な化学当量との合計値（以下、「化学当量の合計値」ともいう）と定義する。
また、酸化ニッケル、酸化コバルト、及び酸化鉄と、を過不足なく還元するのに必要な炭素質還元剤の量とは、還元処理工程Ｓ３において、混合物を成形して得られたペレットに含まれる酸化ニッケルの全量をニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレットに含まれる酸化鉄を鉄メタルに還元するのに必要な化学当量との合計値（以下、「化学当量の合計値」ともいう）と定義する。
【0039】
（その他の成分）
なお、混合物には、混合する際に添加する水のほか、鉄鉱石やバインダーなどを含有させてもよい。
鉄鉱石としては、例えば、鉄品位が５０．０質量％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。
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。
なお、混合物には、混合する際に添加する水のほか、鉄鉱石やバインダーなどを含有させてもよい。
鉄鉱石としては、例えば、鉄品位が５０．０質量％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。
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。
【0040】
また、混合物に含有させるニッケル酸化鉱石、鉄鉱石などの大きさは、混合物の成形に影響を与えない程度の大きさであれば、とくに限定されない。
例えば、粒径が０．０３ｍｍ～２０ｍｍのものが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ～１０ｍｍであり、さらに好ましくは０．０７ｍｍ～１ｍｍである。
例えば、粒径が０．０３ｍｍ～２０ｍｍのものが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ～１０ｍｍであり、さらに好ましくは０．０７ｍｍ～１ｍｍである。
【0041】
ニッケル酸化鉱石等の粒径は、単一粒子の粒子径であってもよいし、単一粒子が凝集した凝集粒子の粒子径であってもよい。例えば、ニッケル酸化鉱石を粉砕したものを篩（目開き０．１ｍｍ）にかければ、篩を通過した粉状のニッケル酸化鉱石（粒子の長径がおおよそ０．０３ｍｍ～０．３ｍｍ）を得ることができる。
【0042】
（混合物成形工程Ｓ２）
混合物調製工程Ｓ１で調製した混合物は、次工程の混合物成形工程Ｓ２に供される。
本製錬方法の混合物成形工程Ｓ２は、供給された混合物を成形してペレットを形成する工程である。
混合物調製工程Ｓ１で調製した混合物は、次工程の混合物成形工程Ｓ２に供される。
本製錬方法の混合物成形工程Ｓ２は、供給された混合物を成形してペレットを形成する工程である。
【0043】
ペレットの形状としては、還元炉の炉床に積層できる形状であれば、とくに限定されない。
例えば、楕円状、立方体状、直方体状、円柱状、又は球状等とすることができる。このような形状は、簡易な形状であって複雑なものではないため、成形コストを抑制することができる。しかも、不良品の発生を抑制することができ、得られる成形物の品質も均一にできるので、歩留り低下を抑制することができる。さらに、強度も維持し易くなる。
とくに、ペレットの形状としは、球状が好ましい。ペレットが球状であ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。ペレットの形状を球状とする場合には、直径が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下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。
例えば、楕円状、立方体状、直方体状、円柱状、又は球状等とすることができる。このような形状は、簡易な形状であって複雑なものではないため、成形コストを抑制することができる。しかも、不良品の発生を抑制することができ、得られる成形物の品質も均一にできるので、歩留り低下を抑制することができる。さらに、強度も維持し易くなる。
とくに、ペレットの形状としは、球状が好ましい。ペレットが球状であ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。ペレットの形状を球状とする場合には、直径が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下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。
【0044】
ペレットの大きさとしては、とくに限定されない。
例えば、ペレットの体積が８０００ｍｍ３以上であることが好ましい。ペレットの体積が８０００ｍｍ３以上であることにより、成形コストが抑制され、さらに、ペレット全体に占める表面積の割合が低くなるため、加熱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。
例えば、ペレットの体積が８０００ｍｍ３以上であることが好ましい。ペレットの体積が８０００ｍｍ３以上であることにより、成形コストが抑制され、さらに、ペレット全体に占める表面積の割合が低くなるため、加熱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。
【0045】
混合物成形工程Ｓ２において、混合物からペレットを成形することができれば、手段はとくに限定されない。
例えば、ブリケット装置、ペレタイザーや押出機などの成形装置を用いて混合物から成形物を成形することができる。成形装置としては、例えば、高圧、高せん断力で混合物を混練して成形できる装置が好ましい。高圧、高せん断で混合物を混練することにより、混合物の凝集を解くことができ、また効果的に混練することができるうえ、得られる成形物の強度を高めることができる。
また、ブリケットプレスを用いて成形することも可能である。設備や成形物強度、収率等を考慮して適宜、装置選定を行えばよい。
例えば、ブリケット装置、ペレタイザーや押出機などの成形装置を用いて混合物から成形物を成形することができる。成形装置としては、例えば、高圧、高せん断力で混合物を混練して成形できる装置が好ましい。高圧、高せん断で混合物を混練することにより、混合物の凝集を解くことができ、また効果的に混練することができるうえ、得られる成形物の強度を高めることができる。
また、ブリケットプレスを用いて成形することも可能である。設備や成形物強度、収率等を考慮して適宜、装置選定を行えばよい。
【0046】
（ペレットの乾燥処理）
なお、混合物成形工程Ｓ２は、成形したペレットを乾燥する乾燥工程を含んでもよい。
一般的に、ペレットに含まれる水分は、例えば５０質量％程度と過剰に含まれることがある。このようにペレットが過剰の水分を含む場合、急激に加熱すると、内部の水分が一気に気化し、膨張して破壊することがある。
そこで、成形したペレットを乾燥工程に供給して乾燥処理を施す。乾燥工程では、固形分が６０質量％程度、水分が４０質量％程度以下となるようにペレットを乾燥処理する。なお、ペレットの水分は３０質量％程度もしくはそれ以下となるように乾燥するのが好ましい。つまり、ペレットの固形分が７０質量％程度、水分が３０質量％程度となるように乾燥するのが好ましい。
なお、混合物成形工程Ｓ２は、成形したペレットを乾燥する乾燥工程を含んでもよい。
一般的に、ペレットに含まれる水分は、例えば５０質量％程度と過剰に含まれることがある。このようにペレットが過剰の水分を含む場合、急激に加熱すると、内部の水分が一気に気化し、膨張して破壊することがある。
そこで、成形したペレットを乾燥工程に供給して乾燥処理を施す。乾燥工程では、固形分が６０質量％程度、水分が４０質量％程度以下となるようにペレットを乾燥処理する。なお、ペレットの水分は３０質量％程度もしくはそれ以下となるように乾燥するのが好ましい。つまり、ペレットの固形分が７０質量％程度、水分が３０質量％程度となるように乾燥するのが好ましい。
【0047】
ペレットの水分含有量を低減することにより、次工程の還元処理工程Ｓ３における還元処理においてペレットが崩壊することを抑制することができるので、還元炉から取り出し易くなる。なお、還元処理工程Ｓ３における還元処理のことを還元加熱処理と称することもある。
また、ペレットは、過剰な水分によりベタベタした状態となっていることが多いため、乾燥処理を施すことで、取り扱いを容易にできる。
さらに、次工程の還元処理工程Ｓ３において、還元炉内におけるペレットに起因する水分混入を抑制することができる。これにより、還元炉内の雰囲気気体に含まれる水分量をより効果的に減らすことができ、還元物に含まれるメタルの酸化をより効果的に抑制することができる。
また、ペレットは、過剰な水分によりベタベタした状態となっていることが多いため、乾燥処理を施すことで、取り扱いを容易にできる。
さらに、次工程の還元処理工程Ｓ３において、還元炉内におけるペレットに起因する水分混入を抑制することができる。これにより、還元炉内の雰囲気気体に含まれる水分量をより効果的に減らすことができ、還元物に含まれるメタルの酸化をより効果的に抑制することができる。
【0048】
乾燥工程における乾燥処理は、ペレットの水分含有量が上記範囲となるように処理できれば、とく限定されない。
例えば、乾燥工程における乾燥処理としては、７０℃～４００℃の熱風をペレットに対して吹き付けて乾燥させることができる。
とくに、乾燥処理を行う際のペレットの温度を１００℃未満に維持すれば、乾燥処理中のペレットの破壊を抑制することができる。
例えば、乾燥工程における乾燥処理としては、７０℃～４００℃の熱風をペレットに対して吹き付けて乾燥させることができる。
とくに、乾燥処理を行う際のペレットの温度を１００℃未満に維持すれば、乾燥処理中のペレットの破壊を抑制することができる。
【0049】
なお、体積の大きなペレットを乾燥させる場合には、乾燥前や乾燥後にひびや割れが入っていてもよい。ペレットの体積が大きい場合には、還元時に溶融して収縮するため、ひびや割れが生じることが多いが、ひびや割れによって生じる表面積の増加等の影響は僅かであるため大きな問題は生じ難い。一方、ペレットに破壊が生じない態様となっていれば、乾燥処理を省略してもよいのはいうまでもない。
【0050】
ペレットの乾燥処理は連続して一度に行ってもよいし複数回に分けて行ってもよい。乾燥処理を複数回に分けて行うことによりペレットの破裂をより効果的に抑制することができる。なお、乾燥処理を複数回に分けて行った場合において、２回目以降の乾燥温度としては、１５０℃以上４００℃以下が好ましい。この範囲で乾燥することにより、還元反応が進むことなく乾燥することが可能となる。
【0051】
下記表２には、乾燥処理後のペレットにおける固形分中組成（炭素を除く）の一例を示す。なお、表に示した組成は、あくまで一例に過ぎず、ペレットが表に示した組成以外の組成を含有してもよい。
固形分組成の測定には、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００型）を用いて測定することができる。
固形分組成の測定には、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００型）を用いて測定することができる。
【0052】
【表2】
【0053】
（還元処理工程Ｓ３）
本製錬方法の還元処理工程Ｓ３は、混合物成形工程Ｓ２で得られたペレットを還元炉（精錬炉）に装入し、所定の温度まで昇温することによって加熱して還元処理する工程である。そして、この還元処理により、ニッケルを含有するニッケル系合金である有価メタルとスラグとを含む還元物を得る。なお、以下で還元加熱処理と称する場合、上記の還元処理のこと示す。
本製錬方法の還元処理工程Ｓ３は、混合物成形工程Ｓ２で得られたペレットを還元炉（精錬炉）に装入し、所定の温度まで昇温することによって加熱して還元処理する工程である。そして、この還元処理により、ニッケルを含有するニッケル系合金である有価メタルとスラグとを含む還元物を得る。なお、以下で還元加熱処理と称する場合、上記の還元処理のこと示す。
【0054】
還元処理工程Ｓ３において、還元炉に装入したペレットを加熱する方法はとくに限定されない。
例えば、ニッケル酸化鉱石などを含むペレットを還元炉の床敷材を敷いた炉床上に積層し、そのペレットの積層体を加熱する。なお、ペレットと炉床との反応を抑制するために炉床にアルミナ粒等を敷いた上にペレットを配置するようにしてもよい。
例えば、ニッケル酸化鉱石などを含むペレットを還元炉の床敷材を敷いた炉床上に積層し、そのペレットの積層体を加熱する。なお、ペレットと炉床との反応を抑制するために炉床にアルミナ粒等を敷いた上にペレットを配置するようにしてもよい。
【0055】
還元処理工程Ｓ３における加熱温度は、とくに限定されない。例えば、１２５０℃～１４５０℃の温度、より好ましくは１３００℃～１４００℃程度とすることができる。
【0056】
還元加熱処理の時間（処理時間）は、とくに限定されない。
例えば、還元炉の温度に応じて設定することができる。例えば、１０分以上が好ましく、より好ましくは１５分以上とする。一方で、処理時間の上限としては、製造コストの上昇を抑える観点から、５０分以下が好ましく、より好ましくは４０分以下である。
例えば、還元炉の温度に応じて設定することができる。例えば、１０分以上が好ましく、より好ましくは１５分以上とする。一方で、処理時間の上限としては、製造コストの上昇を抑える観点から、５０分以下が好ましく、より好ましくは４０分以下である。
【0057】
なお、還元処理工程Ｓ３において、還元加熱処理が施されたペレット積層体は、大きな塊のメタルとスラグとの混成物（還元物）になる。見かけ上の体積の大きなペレットに対して還元加熱処理を行うことで、大きな塊のメタルが形成され易くなる。このため、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るので、メタル回収率の低下を有効に抑えることができる。なお、得られる混成物の体積は、装入するペレット積層体と比較すると、５０体積％～６０体積％程度に収縮する。
【0058】
また、還元処理工程Ｓ３において、還元剤である炭素質還元剤を追加的に添加してもよい。この追加的に添加する炭素質還元剤の割合は、とくに限定されない。
例えば、還元処理に供するペレットに含まれる炭素質還元剤を１００質量％としたとき、１質量％以上３０質量％以下程度の範囲とすることが好ましい。このような範囲で追加添加することで、効率的に酸化の抑制をできるとともに過還元となることも防ぐことができる。
例えば、還元処理に供するペレットに含まれる炭素質還元剤を１００質量％としたとき、１質量％以上３０質量％以下程度の範囲とすることが好ましい。このような範囲で追加添加することで、効率的に酸化の抑制をできるとともに過還元となることも防ぐことができる。
【0059】
また、還元処理工程Ｓ３に用いられる還元炉は、上記機能を有するものであれば、とくに限定されない。例えば、回転炉床炉や移動炉床炉などを還元炉として用いることができる。
【0060】
還元炉として移動炉床炉を使用する場合、ペレットを還元炉でより効率的に処理することができる。また、移動炉床炉を使用することにより、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。
【0061】
また、移動炉床炉を使用する場合、各処理の間でのヒートロスが低減し、より効率的な操業が可能となる。つまり、別々の炉を使用して反応を行った場合、ペレット積層体を炉と炉との間で移動させる際に、温度が低下してヒートロスが生じ、また反応雰囲気に変化を生じさせてしまうため、炉に再装入したときに即座に反応が進まない。これに対して、移動炉床炉を使用する場合には一つの設備で各処理を行うことができるので、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。このため、還元反応をより効果的に進行させることができるから、より効果的に、ニッケル品位が高い有価メタルを得ることができる。
【0062】
（回収工程Ｓ４）
本製錬方法の回収工程Ｓ４は、還元処理工程Ｓ３にて生成した有価メタルとスラグとを分離して有価メタルを回収する工程である。具体的には、ペレットに対する還元加熱処理によって得られた、有価メタル相（有価メタル固相）とスラグ相（スラグ固相）とを含む混在物（還元物）から、有価メタル相を分離して回収する。
本製錬方法の回収工程Ｓ４は、還元処理工程Ｓ３にて生成した有価メタルとスラグとを分離して有価メタルを回収する工程である。具体的には、ペレットに対する還元加熱処理によって得られた、有価メタル相（有価メタル固相）とスラグ相（スラグ固相）とを含む混在物（還元物）から、有価メタル相を分離して回収する。
【0063】
回収工程Ｓ４において、還元物から有価メタルを分離し回収することができれば、その回収方法は、とくに限定されない。
例えば、固体として得られた有価メタル相とスラグ相との混在物から有価メタル相とスラグ相とを分離する方法としては、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。
とくに、本製錬方法では、平均粒径が大きな有価メタルを得ることができるので、還元物に対して、衝撃を付与することにより、有価メタル相とスラグ相とを容易に分離することができる。
しかも、得られる有価メタル相とスラグ相は、濡れ性が悪いことから両者を容易に分離することができる。このような振動付与方法としては、例えば、所定の落差を設けて還元物を落下させたり、篩い分けの際に所定の振動を与える等の方法を採用することができる。
例えば、固体として得られた有価メタル相とスラグ相との混在物から有価メタル相とスラグ相とを分離する方法としては、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。
とくに、本製錬方法では、平均粒径が大きな有価メタルを得ることができるので、還元物に対して、衝撃を付与することにより、有価メタル相とスラグ相とを容易に分離することができる。
しかも、得られる有価メタル相とスラグ相は、濡れ性が悪いことから両者を容易に分離することができる。このような振動付与方法としては、例えば、所定の落差を設けて還元物を落下させたり、篩い分けの際に所定の振動を与える等の方法を採用することができる。
【0064】
以上のごとく、本製造方法では、上述したように、ペレットに含有させるスラグ制御剤の調整することにより、還元処理工程Ｓ３におけるペレット内のスラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造を適切に分断することができる。スラグ中のＳｉＯ２ネットワーク構造が適切に分断されることにより、スラグの粘性を適切に低下させることができるので、スラグの流動性を向上させることができる。そして、スラグの流動性が向上させることにより、流動性を有する有価メタルが流れる際の液相流路を多数形成させることができる。このため、流動性を有する有価メタルがスラグ内を通って凝集し易くなるので、有価メタルの凝集性を向上させることができることから、粗大な有価メタルを生成させることができるようになる。
【0065】
ここで、一般的な乾式製錬方法を用いたニッケル酸化鉱石の製錬方では、ニッケルメタルの平均粒径もある程度の大きさ以上（例えば、５０μｍ以上）にすることはできないとされている。しかしながら、本製錬方法を用いれば、上述したようにスラグ制御剤の含有量を調整することにより、ペレット内におけるスラグの粘性をコントロールすることができる。
このため、ペレット内において、溶体状態（溶融状態、つまり流動性を有する状態）の有価メタルを凝集させ易くできるので、平均粒径が５０μｍ以上の有価メタルを適切に製造することができる。なお、有価メタルの平均粒径は、後述する実施例に記載の方法により測定される。
このため、ペレット内において、溶体状態（溶融状態、つまり流動性を有する状態）の有価メタルを凝集させ易くできるので、平均粒径が５０μｍ以上の有価メタルを適切に製造することができる。なお、有価メタルの平均粒径は、後述する実施例に記載の方法により測定される。
【0066】
本製錬方法における粗大な有価メタルの生成メカニズムの概略を説明する。
本製錬方法の還元加熱処理工程Ｓ３において還元加熱処理を行った際、ペレットの表層部では、ニッケル酸化物（酸化ニッケル）の還元反応とともに鉄酸化物（酸化鉄）の還元反応が進行していく。そして、反応開始から僅か１分～数分程度の処理時間で、ペレット表層部において、ペレットに含まれる酸化ニッケル及び一部の酸化鉄が還元されメタル化が進んでニッケルメタルあるいは鉄とニッケルの合金であるシェル（以下、「殻」ともいう）が形成される。
一方で、ペレット内部（つまり、殻の中）では、酸化物からなるスラグがスラグ制御剤により粘性が下がり流動性が向上した状態になる。温度上昇に伴い溶融状態となった有価メタルが形成されると、溶融状態の有価メタルの移動に伴いスラグの形状が変化する。つまり、流動性が向上したスラグ内や表面等に溶融状態の有価メタルが移動する際の流路（液相流路）を形成させることができる。この液相流路がスラグに複数形成されることにより、この液相流路を流れ伝わって溶体状態の有価メタルが凝集する。そして、処置時間が進むにつれて、スラグも徐々に熔融して液相のスラグが生成する。
例えば、反応開始から１０分程度を経過すると、ペレットの殻の中では、液相の有価メタルと液相のスラグが存在する状態になる。つまり、還元加熱処理工程Ｓ３における還元加熱処理（還元処理）により、ペレット内のスラグの粘性の低下に伴い液相の有価メタルの凝集性が向上することで一般的なニッケル酸化鉱石の製錬方法と比べて、より大きな粒径を有する有価メタルを形成させることができる。
本製錬方法の還元加熱処理工程Ｓ３において還元加熱処理を行った際、ペレットの表層部では、ニッケル酸化物（酸化ニッケル）の還元反応とともに鉄酸化物（酸化鉄）の還元反応が進行していく。そして、反応開始から僅か１分～数分程度の処理時間で、ペレット表層部において、ペレットに含まれる酸化ニッケル及び一部の酸化鉄が還元されメタル化が進んでニッケルメタルあるいは鉄とニッケルの合金であるシェル（以下、「殻」ともいう）が形成される。
一方で、ペレット内部（つまり、殻の中）では、酸化物からなるスラグがスラグ制御剤により粘性が下がり流動性が向上した状態になる。温度上昇に伴い溶融状態となった有価メタルが形成されると、溶融状態の有価メタルの移動に伴いスラグの形状が変化する。つまり、流動性が向上したスラグ内や表面等に溶融状態の有価メタルが移動する際の流路（液相流路）を形成させることができる。この液相流路がスラグに複数形成されることにより、この液相流路を流れ伝わって溶体状態の有価メタルが凝集する。そして、処置時間が進むにつれて、スラグも徐々に熔融して液相のスラグが生成する。
例えば、反応開始から１０分程度を経過すると、ペレットの殻の中では、液相の有価メタルと液相のスラグが存在する状態になる。つまり、還元加熱処理工程Ｓ３における還元加熱処理（還元処理）により、ペレット内のスラグの粘性の低下に伴い液相の有価メタルの凝集性が向上することで一般的なニッケル酸化鉱石の製錬方法と比べて、より大きな粒径を有する有価メタルを形成させることができる。
【0067】
なお、本製錬方法で製造した有価メタルは、後工程で不純物を分離する湿式処理を行うことにより、純度の高い有価金属を分離して回収することができる。この不純物を分離する湿式処理としては、例えば、酸に熔解する中和や溶媒抽出、電解採取などの方法を例示できる。
【実施例0068】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら限定されない。
【0069】
＜混合物調製工程＞
各試料（試料１～７）について、原料鉱石としてニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、スラグ制御剤と、バインダー（ベントナイト）と、炭素質還元剤と、を適量の水を添加しながら混合機を用いて混合し混合物を調製した。この工程を混合物調製工程という。
各試料（試料１～７）について、原料鉱石としてニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、スラグ制御剤と、バインダー（ベントナイト）と、炭素質還元剤と、を適量の水を添加しながら混合機を用いて混合し混合物を調製した。この工程を混合物調製工程という。
【0070】
（ニッケル酸化鉱石）
ニッケル酸化鉱石には、平均粒径が０．０８５ｍｍ、ニッケル品位が１±０．１質量％のものを使用した。
なお、ニッケル酸化鉱石の平均粒径の測定には、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いた。
ニッケル酸化鉱石には、平均粒径が０．０８５ｍｍ、ニッケル品位が１±０．１質量％のものを使用した。
なお、ニッケル酸化鉱石の平均粒径の測定には、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いた。
【0071】
（鉄鉱石）
鉄鉱石は、平均粒径が０．７５ｍｍのものを使用した。
なお、鉄鉱石の平均粒径の測定には、ニッケル酸化鉱石と同様の装置を用いた。
鉄鉱石は、平均粒径が０．７５ｍｍのものを使用した。
なお、鉄鉱石の平均粒径の測定には、ニッケル酸化鉱石と同様の装置を用いた。
【0072】
（スラグ制御剤）
スラグ制御剤には、酸化カルシウム（ＣａＯ）または炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を用いた。
スラグ制御剤は、以下の条件（１）、（２）を満たすように混合した。
スラグ制御剤には、酸化カルシウム（ＣａＯ）または炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を用いた。
スラグ制御剤は、以下の条件（１）、（２）を満たすように混合した。
【0073】
条件（１）：各試料のペレットにおけるスラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値が、スラグ制御剤とニッケル酸化鉱石との合計を１００質量％としたとき、０．５質量％以上１．５質量％以下とする。
この値を表３では、スラグ制御剤の含有率（質量％）で示す。
この値を表３では、スラグ制御剤の含有率（質量％）で示す。
【0074】
条件（２）：各試料のペレットにおけるスラグ制御剤中のＣａＯおよび／またはＣａＣＯ３から換算したＣａＯの値とニッケル酸化鉱石に含まれるＳｉＯ２の値との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．０２５以上０．２５以下とする。
この値を表３では、ＣａＯ／ＳｉＯ２で示す。
この値を表３では、ＣａＯ／ＳｉＯ２で示す。
【0075】
（炭素質還元剤）
炭素質還元剤には、平均粒径が約１４７μｍの石炭粉（炭素含有量：５５質量％）を用いた。
なお、炭素質還元剤の平均粒径の測定方法には、ニッケル酸化鉱石と同様の装置を用いた。
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）と酸化コバルト（ＣｏＯ）と酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とを過不足なく還元するのに必要な量を１００％としたときに、３５％の割合となるように混合した。
炭素質還元剤には、平均粒径が約１４７μｍの石炭粉（炭素含有量：５５質量％）を用いた。
なお、炭素質還元剤の平均粒径の測定方法には、ニッケル酸化鉱石と同様の装置を用いた。
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）と酸化コバルト（ＣｏＯ）と酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とを過不足なく還元するのに必要な量を１００％としたときに、３５％の割合となるように混合した。
【0076】
＜混合物成形工程＞
調製した混合物を混合物成形工程に供して、円柱形状のペレットを成形した。
成形には、ペレタイザーを用いた。得られたペレットは篩別処理に供して直径が１６±２ｍｍのペレットを調製した。
調製した混合物を混合物成形工程に供して、円柱形状のペレットを成形した。
成形には、ペレタイザーを用いた。得られたペレットは篩別処理に供して直径が１６±２ｍｍのペレットを調製した。
【0077】
調製したペレットは、固形分が７０質量％程度、水分が２５質量％程度となるように、１５０℃～２００℃の窒素の熱風を吹き付けて乾燥処理した。
【0078】
比較例は、以下のようにそれぞれ調整し実施例と同様にペレットを調製した。
比較例１：スラグ制御剤を混合しないもの（ペレットにおいてＣａＯの値及びＣａＯ／ＳｉＯ２の値がいずれも条件（１）、（２）の範囲外となる）。
比較例２：ペレットにおいてＣａＯ／ＳｉＯ２値が条件（２）の範囲内に入るが、ＣａＯの値が条件（１）の範囲外（１．５質量％を超える）となるようにスラグ制御剤を混合した。
比較例３：ペレットにおいてＣａＯの値が条件（１）の範囲外（０．５質量よりも少なく）、かつＣａＯ／ＳｉＯ２の値が条件（２）の範囲外（０．０２５よりも小さく）となるようにスラグ制御剤を混合した。
比較例１：スラグ制御剤を混合しないもの（ペレットにおいてＣａＯの値及びＣａＯ／ＳｉＯ２の値がいずれも条件（１）、（２）の範囲外となる）。
比較例２：ペレットにおいてＣａＯ／ＳｉＯ２値が条件（２）の範囲内に入るが、ＣａＯの値が条件（１）の範囲外（１．５質量％を超える）となるようにスラグ制御剤を混合した。
比較例３：ペレットにおいてＣａＯの値が条件（１）の範囲外（０．５質量よりも少なく）、かつＣａＯ／ＳｉＯ２の値が条件（２）の範囲外（０．０２５よりも小さく）となるようにスラグ制御剤を混合した。
【0079】
乾燥処理後のペレットの固形分組成（炭素を除く）の代表例を下記表３に示す。
固形分組成の測定には、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００型）を用いた。
固形分組成の測定には、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００型）を用いた。
【0080】
【表3】
【0081】
＜還元処理工程＞
調製したペレットを還元処理工程に供した。
乾燥処理後のペレットを、窒素雰囲気にした還元炉に装入した。なお、還元炉内の装入時の温度は５００±２０℃とした。
次に、炉床にアルミナ粒を敷き詰め、その上にペレットを載置した。アルミナ粒を敷き詰めることによりペレットと炉床の反応を抑制することができる。
ペレットの還元処理は、下記表４に示す温度（表４では還元温度）及び時間（表４では還元時間）で行った。還元処理後は、窒素雰囲気中で速やかに室温まで冷却して、炉から取り出した。
調製したペレットを還元処理工程に供した。
乾燥処理後のペレットを、窒素雰囲気にした還元炉に装入した。なお、還元炉内の装入時の温度は５００±２０℃とした。
次に、炉床にアルミナ粒を敷き詰め、その上にペレットを載置した。アルミナ粒を敷き詰めることによりペレットと炉床の反応を抑制することができる。
ペレットの還元処理は、下記表４に示す温度（表４では還元温度）及び時間（表４では還元時間）で行った。還元処理後は、窒素雰囲気中で速やかに室温まで冷却して、炉から取り出した。
【0082】
（ニッケルメタル化率）
炉から取り出した還元処理物のニッケルメタル化率は、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００型）を用いて測定し、下記（１）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の量／ペレット中の全てのＮｉ量）×１００ ・・・（１）
炉から取り出した還元処理物のニッケルメタル化率は、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００型）を用いて測定し、下記（１）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の量／ペレット中の全てのＮｉ量）×１００ ・・・（１）
【0083】
（有価メタル中のＮｉ含有率）
ペレット中のメタル化した有価メタルのニッケル品位は、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００型）を用いて測定し、下記（２）式により算出した。
有価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の量／ペレット中のメタル化したＮｉとＦｅの合計量）×１００ ・・・（２）
ペレット中のメタル化した有価メタルのニッケル品位は、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００型）を用いて測定し、下記（２）式により算出した。
有価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の量／ペレット中のメタル化したＮｉとＦｅの合計量）×１００ ・・・（２）
【0084】
（有価メタルの回収工程）
還元処理物には、有価メタルとスラグが含まれている。このため、還元処理物から有価メタルを分離選別し回収するため、還元処理物を有価メタルの回収工程に供した。
この回収工程では、還元処理物を湿式処理よる粉砕処理工程に供した後、得られた粉砕物を粉砕後、磁力選別によってメタルを回収した。磁選選別は、４．５ｋｇ／分の供給速度で供給した破砕物を３０００Ｇで磁力選別を行い、鉄などを含むスラグを磁着物として、ニッケルなどの有価成分を含む有価メタルを非磁着物として、選別し回収した。
還元処理物には、有価メタルとスラグが含まれている。このため、還元処理物から有価メタルを分離選別し回収するため、還元処理物を有価メタルの回収工程に供した。
この回収工程では、還元処理物を湿式処理よる粉砕処理工程に供した後、得られた粉砕物を粉砕後、磁力選別によってメタルを回収した。磁選選別は、４．５ｋｇ／分の供給速度で供給した破砕物を３０００Ｇで磁力選別を行い、鉄などを含むスラグを磁着物として、ニッケルなどの有価成分を含む有価メタルを非磁着物として、選別し回収した。
【0085】
還元炉に装入したペレット積層体における原料の量と、原料におけるＮｉの含有率と、回収された有価メタル量と、から有価メタル回収率を、下記（３）式により算出した。
有価メタル回収率（％）＝｛ 回収された有価メタル量／（装入した原料の量×酸化鉱石中の有価金属含有率） ｝×１００（％） ・・・（３）
有価メタル回収率（％）＝｛ 回収された有価メタル量／（装入した原料の量×酸化鉱石中の有価金属含有率） ｝×１００（％） ・・・（３）
【0086】
（有価メタルの平均粒径）
回収した有価メタルの平均粒径は、Ｘ線ＣＴ（株式会社リガク製）を用いて測定した。
回収した有価メタルの平均粒径は、Ｘ線ＣＴ（株式会社リガク製）を用いて測定した。
【0087】
（実験結果）
表４には、各試料（試料１～７）及び比較例（筆禍憂い１～３）における、還元処理工程における還元温度（℃）、還元時間（分）、有価メタルの平均粒径（μｍ）、ニッケルメタル化率（％）、有価メタル中のニッケル含有率（％）及び有価メタルの回収率（％）を示す。
表４には、各試料（試料１～７）及び比較例（筆禍憂い１～３）における、還元処理工程における還元温度（℃）、還元時間（分）、有価メタルの平均粒径（μｍ）、ニッケルメタル化率（％）、有価メタル中のニッケル含有率（％）及び有価メタルの回収率（％）を示す。
【0088】
【表4】
【0089】
表４に示すように、ペレットにおけるＣａＯの値が条件（１）を満たし、かつＣａＯ／ＳｉＯ２の値が条件（２）を満たすようにスラグ制御剤を調整することにより、還元温度及び還元時間が同じであっても、実施例である試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．７では、比較例１～３と比べて有価メタルの平均粒径を大きくできることが確認できた。しかも、実施例の全ての有価メタルは、その平均粒径が、比較例の最大値である６９μｍよりも大きくなるように製造できた。とくに、実施例３，５、７においては、その平均粒径を比較例の約２倍以上の有価メタルを製造できることが確認できた。
また、スラグ制御剤を上記条件（１）、（２）を満たすように調整することにより、Ｎｉメタル化率や有価メタル中のニッケル含有率を高くでき、また有価メタルの回収率も高くでき、良好な結果が得られることが確認できた。
これに対して、スラグ制御剤を混合する際に条件（１）および／または条件（２）を満たさないように調製した比較例１～３では、全ての項目においても実施例と比べて低い値となった。
とくに、比較例２、３の結果に示すように、スラグ制御剤を含有するにもかかわらず、スラグ制御剤を混合する際に条件（１）または条件（２）のいずれかを満たさなければ、スラグ制御剤を含有しない比較例１と同程度の大きさの有価メタルしか得られないことが確認できた。つまり、所望の大きさの有価メタルを製造するには、スラグ制御剤を条件（１）と条件（２）の両方を満たすように調整する必要があることが分かった。
また、スラグ制御剤を上記条件（１）、（２）を満たすように調整することにより、Ｎｉメタル化率や有価メタル中のニッケル含有率を高くでき、また有価メタルの回収率も高くでき、良好な結果が得られることが確認できた。
これに対して、スラグ制御剤を混合する際に条件（１）および／または条件（２）を満たさないように調製した比較例１～３では、全ての項目においても実施例と比べて低い値となった。
とくに、比較例２、３の結果に示すように、スラグ制御剤を含有するにもかかわらず、スラグ制御剤を混合する際に条件（１）または条件（２）のいずれかを満たさなければ、スラグ制御剤を含有しない比較例１と同程度の大きさの有価メタルしか得られないことが確認できた。つまり、所望の大きさの有価メタルを製造するには、スラグ制御剤を条件（１）と条件（２）の両方を満たすように調整する必要があることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【0090】
本発明のニッケル酸化鉱石の製錬方法は、ニッケル酸化鉱石から有価メタルを製造する方法として適している。
【符号の説明】
【0091】
Ｓ１ 混合物調製工程
Ｓ２ 混合物成形工程
Ｓ３ 還元処理工程
Ｓ４ 回収工程
Ｓ２ 混合物成形工程
Ｓ３ 還元処理工程
Ｓ４ 回収工程
【図1】