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JP7552289B2 - How to smelt oxide ores - Google Patents

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JP7552289B2 JP2020195444A JP2020195444A JP7552289B2 JP 7552289 B2 JP7552289 B2 JP 7552289B2 JP 2020195444 A JP2020195444 A JP 2020195444A JP 2020195444 A JP2020195444 A JP 2020195444A JP 7552289 B2 JP7552289 B2 JP 7552289B2
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Description

本発明は、ニッケル酸化鉱等の酸化鉱石と、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。 The present invention relates to a smelting method in which pellets made from an oxide ore such as nickel oxide ore and a reducing agent are smelted by reducing and heating them at high temperatures in a reduction furnace to obtain reduced products such as ferronickel.

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の製錬方法として、熔錬炉を使用して硫黄ととも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て炭素質還元剤を用いて還元し鉄-ニッケル合金(以下、「フェロニッケル」ともいう)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。 Methods for smelting nickel oxide ore, known as limonite or saprolite, include the dry smelting method, which uses a smelting furnace to produce nickel matte by roasting with sulfur, the dry smelting method, which uses a rotary kiln or moving hearth furnace to reduce the ore with a carbonaceous reducing agent to produce an iron-nickel alloy (hereafter also referred to as "ferronickel"), and the wet smelting method, which uses an autoclave to leach nickel and cobalt with sulfuric acid, and adds a sulfurizing agent to the leachate to produce a mixed sulfide.

上述した種々の製錬方法の中で、炭素源とともに還元してニッケル酸化鉱を製錬する場合、先ず、その原料鉱石を塊状物化やスラリー化等するための前処理が行われる。具体的に、ニッケル酸化鉱を塊状物化、すなわち粉状や微粒状から塊状にする際には、そのニッケル酸化鉱を、バインダーや還元剤等と混合し、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10mm~30mm程度の塊状物(ペレット、ブリケット等を指す。)とするのが一般的である。 Among the various smelting methods mentioned above, when nickel oxide ore is smelted by reduction together with a carbon source, first, pretreatment is carried out to turn the raw ore into agglomerates or slurry. Specifically, when turning nickel oxide ore into agglomerates, that is, turning it from powder or fine particles into agglomerates, the nickel oxide ore is generally mixed with a binder, a reducing agent, etc., and then the moisture is adjusted before being charged into a lump-making machine to turn it into agglomerates (pellets, briquettes, etc.) of about 10 mm to 30 mm, for example.

この塊状物には、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。また、塊状物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ため、混合物を均一に混合し、また塊状物を還元処理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。 These lumps need to have a certain degree of breathability to "evaporate" the moisture they contain. Also, if reduction does not proceed uniformly within the lumps, the composition of the resulting reduced product will be non-uniform, leading to problems such as metal dispersion or uneven distribution, so it is important to mix the mixture uniformly and to maintain as uniform a temperature as possible when reducing the lumps.

加えて、還元されて生成したフェロニッケルを粗大化させることも重要である。なぜなら、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、同時に生成した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ためである。このことから、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。 In addition, it is also important to coarsen the ferronickel produced by reduction. This is because if the ferronickel produced is fine, for example, tens to hundreds of microns in size, it becomes difficult to separate it from the slag produced at the same time, and the recovery rate (yield) of ferronickel drops significantly. For this reason, a process to coarsen the ferronickel after reduction is necessary.

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。 In addition, keeping smelting costs as low as possible is also an important technical issue, and there is a demand for continuous processing that can be operated using compact facilities.

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記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method for producing granular metals in which agglomerates containing a metal oxide and a carbonaceous reducing agent are supplied onto the hearth of a moving-bed type reduction melting furnace, heated, and the metal oxide is reduced and melted. The method discloses a method in which agglomerates having an average diameter of 19.5 mm to 32 mm are supplied onto the hearth and heated so that the laying density is 0.5 to 0.8, where the laying density is the relative value of the projected area ratio of the agglomerates onto the hearth to the maximum projected area ratio of the agglomerates onto the hearth when the distance between the agglomerates is 0. This method discloses that the productivity of granular metallic iron can be increased by controlling both the laying density and the average diameter of the agglomerates.

しかし、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。 However, the method disclosed in Patent Document 1 is a technique for controlling the reaction that occurs outside the agglomerates, and does not focus on controlling the reaction that occurs inside the agglomerates, which is the most important factor in the reduction reaction. On the other hand, there is a demand for controlling the reaction that occurs inside the agglomerates to increase the reaction efficiency and progress the reduction reaction more uniformly, thereby obtaining a higher quality metal (metal, alloy).

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。これらの理由により、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。 In addition, the method of using a specific diameter as the agglomerates as described in Patent Document 1 has a low yield when producing agglomerates because it is necessary to remove those that do not have the specific diameter. In addition, the method described in Patent Document 1 has a low productivity because it is necessary to adjust the laying density of the agglomerates to 0.5 to 0.8 and it is not possible to stack the agglomerates. For these reasons, the method described in Patent Document 1 has high manufacturing costs.

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、生産性を高め、製造コストを低減させ、メタルの品質を高める点で、多くの課題があった。なお、石炭などの化石燃料は、利用できる量が有限であり、還元に利用された後は環境中のCOを増加するなど環境面からの課題もある。 As described above, the technology for producing metals and alloys by mixing and reducing oxide ores has many problems in terms of increasing productivity, reducing production costs, and improving the quality of metals. In addition, there are environmental problems with fossil fuels such as coal, which have a limited amount that can be used, and which increase CO2 in the environment after being used for reduction.

特開2011-256414号公報JP 2011-256414 A

本発明は、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、得られるメタルの品位を高めることができ、高品質のメタルを効率的に製造することができる酸化鉱石の製錬方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for smelting oxide ores, which produces metal by reducing a mixture containing an oxide ore such as nickel oxide ore, and which can improve the grade of the resulting metal and efficiently produce high-quality metal.

本発明者らは、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、混合工程にて還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用し、混合物に還元処理を施すに際に、予め所定濃度以下の酸素濃度雰囲気下で混合物に乾燥処理を施すことによって上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have conducted extensive research to solve the above-mentioned problems. As a result, they have found that the above-mentioned problems can be solved by using a reducing agent containing a plant-derived reducing agent as the reducing agent in the mixing step, and by subjecting the mixture to a drying treatment in advance in an atmosphere with an oxygen concentration equal to or lower than a predetermined concentration when subjecting the mixture to a reduction treatment, and have thus completed the present invention.

(1)本発明の第1は、酸化鉱石と、還元剤と、を含有する混合物を得る混合工程と、
前記混合物に乾燥処理を施す乾燥工程と、前記乾燥工程を経た混合物に還元処理を施す還元工程と、を有し、前記混合工程では、前記還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用し、前記乾燥工程では、100℃以上500℃以下の乾燥温度で且つ酸素濃度が3.0体積%以下の雰囲気下で前記混合物に乾燥処理を施す酸化鉱石の製錬方法である。
(1) A first aspect of the present invention is a method for producing a mixture containing an oxide ore and a reducing agent;
The method for smelting an oxide ore includes a drying step of subjecting the mixture to a drying treatment, and a reducing step of subjecting the mixture that has been subjected to the drying step to a reduction treatment, in which a reducing agent containing a plant-derived reducing agent is used as the reducing agent in the mixing step, and in which the mixture is dried at a drying temperature of 100° C. or higher and 500° C. or lower in an atmosphere having an oxygen concentration of 3.0 vol. % or lower in the drying step.

(2)本発明の第2は、第1の発明において、前記植物由来還元剤は澱粉である酸化鉱石の製錬方法である。 (2) The second aspect of the present invention is a method for smelting an oxide ore according to the first aspect of the present invention, in which the plant-derived reducing agent is starch.

(3)本発明の第3は、第1又は第2の発明において、前記混合物中の前記還元剤の含有量を、前記酸化鉱石を還元するために必要な化学当量100質量%に対して20質量%以上80質量%以下の割合となるように混合する酸化鉱石の製錬方法である。 (3) The third aspect of the present invention is a method for smelting oxide ore according to the first or second invention, in which the content of the reducing agent in the mixture is mixed in a ratio of 20% by mass or more and 80% by mass or less relative to 100% by mass of the chemical equivalent required to reduce the oxide ore.

(4)本発明の第4は、第1から第3のいずれかの発明において、前記酸化鉱石は、ニッケル酸化鉱石であり、前記還元工程では、前記ニッケル酸化鉱石を含む混合物に還元処理を施すことによりフェロニッケルを製造する酸化鉱石の製錬方法である。 (4) The fourth aspect of the present invention is a method for smelting oxide ore according to any one of the first to third inventions, in which the oxide ore is nickel oxide ore, and in the reduction step, a mixture containing the nickel oxide ore is subjected to a reduction treatment to produce ferronickel.

本発明に係る酸化鉱石の製錬方法によれば、高品質なメタルを効率的に製造することができる。 The oxide ore smelting method of the present invention allows for efficient production of high-quality metals.

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。FIG. 1 is a process diagram showing an example of the flow of a method for smelting nickel oxide ore. 還元炉(回転炉床炉)の構成例を示す図(平面図)である。FIG. 1 is a diagram (plan view) showing an example of the configuration of a reducing furnace (rotary hearth furnace).

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。 Specific embodiments of the present invention are described in detail below. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

≪1.本発明の概要≫
本発明は、例えばニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石を原料として、その酸化鉱石と還元剤とを混合して得られる混合物を還元することによって、還元物であるメタルを製造する酸化鉱石の製錬方法である。例えば、原料鉱石としてニッケル酸化鉱石を用いる場合、還元物として鉄のニッケルの合金であるフェロニッケルメタルを製造する。
1. Overview of the present invention
The present invention relates to a method for smelting an oxide ore, for example, nickel oxide ore, which is a raw material, and produces a metal as a reduced product by mixing the oxide ore with a reducing agent and reducing the resulting mixture. For example, when nickel oxide ore is used as the raw material ore, ferro-nickel metal, an alloy of iron and nickel, is produced as the reduced product.

具体的に、本発明に係る酸化鉱石の製錬方法は、原料の酸化鉱石に混合する還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用し、混合物に還元処理を施すに際に、予め100℃以上500℃以下の乾燥温度で且つ酸素濃度が3.0体積%以下の雰囲気下で混合物に乾燥処理を施すことを特徴としている。 Specifically, the method for smelting oxide ore according to the present invention is characterized in that a reducing agent containing a plant-derived reducing agent is used as a reducing agent to be mixed with the raw oxide ore, and when subjecting the mixture to a reduction treatment, the mixture is first subjected to a drying treatment at a drying temperature of 100°C or higher and 500°C or lower in an atmosphere with an oxygen concentration of 3.0% by volume or lower.

このような方法によれば、還元剤として植物由来還元剤を含有する所定量の還元剤を含有する混合物に還元処理を施すことにより、得られるメタルの品位を高めることができる。 According to this method, the quality of the resulting metal can be improved by performing a reduction process on a mixture containing a predetermined amount of a plant-derived reducing agent as the reducing agent.

≪2.ニッケル酸化鉱石の製錬方法≫
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、原料鉱石にニッケル酸化鉱石を用い、そのニッケル酸化鉱石を還元することで、ニッケル酸化鉱石に含まれるニッケル(酸化ニッケル)と鉄(酸化鉄)とをメタル化して鉄-ニッケル合金(フェロニッケル)を生成させる製錬方法を例に挙げて説明する。
≪2. Nickel oxide ore smelting method≫
Hereinafter, as a specific embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "the present embodiment"), a smelting method will be described as an example in which nickel oxide ore is used as a raw ore, and the nickel (nickel oxide) and iron (iron oxide) contained in the nickel oxide ore are metallized by reducing the nickel oxide ore to produce an iron-nickel alloy (ferronickel).

具体的に、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法は、図1に示すように、酸化鉱石と、還元剤と、を含有する混合物を得る混合工程S1と、得られる混合物を所定の形状に成形して塊状物とする塊状化工程S2と、得られた塊状物を乾燥する乾燥工程S3と、塊状物(混合物)に還元処理を施す還元工程S4と、得られた還元物(混合物)からメタルを回収する回収工程S5と、を有する。 Specifically, as shown in FIG. 1, the method for smelting nickel oxide ore according to this embodiment includes a mixing process S1 for obtaining a mixture containing an oxide ore and a reducing agent, an agglomeration process S2 for forming the resulting mixture into a predetermined shape to form an agglomerate, a drying process S3 for drying the resulting agglomerate, a reduction process S4 for subjecting the agglomerate (mixture) to a reduction treatment, and a recovery process S5 for recovering metal from the resulting reduced product (mixture).

<2-1.混合工程>
混合工程S1は、ニッケル酸化鉱石と還元剤とを混合して混合物を得る。具体的に、混合工程S1では、まず、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に、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0.2mm以上0.8mm以下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。
<2-1. Mixing process>
In the mixing step S1, a nickel oxide ore and a reducing agent are mixed to obtain a mixture. Specifically, in the mixing step S1, a reducing agent is first added to the nickel oxide ore, which is the raw material ore, and mixed. As optional additives, powders of iron ore, flux components, binders, etc., having a particle size of, for example, about 0.2 mm to 0.8 mm, are added and mixed to obtain a mixture. This can be done using a machine or the like.

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)とを少なくとも含有する。 The nickel oxide ore as the raw material ore is not particularly limited, but may be limonite ore, saprolite ore, etc. The nickel oxide ore contains at least nickel oxide (NiO) and iron oxide (Fe 2 O 3 ).

ここで、混合工程S1にてニッケル酸化鉱石と混合して混合物を構成する還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用する。植物由来還元剤とは、植物に由来し、酸化鉱石を還元する機能を有する植物由来の有機物還元剤や、植物に由来する木材や竹材を炭化させた木炭や竹炭が挙げられる。なお、これらを含有する廃材や食品廃棄物等であってもよい。 Here, a reducing agent containing a plant-derived reducing agent is used as a reducing agent to be mixed with the nickel oxide ore in the mixing step S1 to form the mixture. Examples of plant-derived reducing agents include organic reducing agents derived from plants that have the function of reducing the oxide ore, and charcoal or bamboo charcoal made by carbonizing wood or bamboo derived from plants. In addition, waste materials or food waste containing these may also be used.

植物由来還元剤を含有する還元剤を含有する混合物に還元処理を施すことにより、得られるメタルの品位を高めることができる。 By subjecting a mixture containing a plant-derived reducing agent to a reduction process, the quality of the resulting metal can be improved.

さらに、植物由来還元剤は、一般的に石炭等の化石燃料と比べて安価であり、容易に再生可能である。また、植物由来還元剤は、化石燃料と異なり、枯渇の心配もない。また植物由来の還元剤として製造から消費までを通して考えれば温室効果ガスとされるCOが増加することもなく、環境負荷が少ない還元剤である。 Furthermore, plant-derived reducing agents are generally cheaper than fossil fuels such as coal and are easily renewable. Also, unlike fossil fuels, plant-derived reducing agents are not subject to depletion. Furthermore, from production to consumption, plant-derived reducing agents do not increase CO2 , which is considered a greenhouse gas, and are therefore environmentally friendly.

なお、精製した植物由来の有機物還元剤を使用すれば、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることが可能であるが、未精製の植物由来還元剤や植物由来の有機物還元剤を含む廃材、食品廃棄物等を使用してもよい。コストを低減できる上、環境負荷も少なくすることができる。この際、植物由来還元剤の割合や水分が許容できる範囲で管理することが好ましい。 The use of refined plant-derived organic reducing agents makes it possible to efficiently and stably increase the quality of the resulting metal, but unrefined plant-derived reducing agents or waste materials or food waste containing plant-derived organic reducing agents may also be used. This not only reduces costs, but also the environmental impact. In this case, it is preferable to control the proportion of plant-derived reducing agent and moisture within an acceptable range.

植物由来還元剤としては植物由来の有機物還元剤であることが好ましい。植物由来の有機物還元剤は、炭素と水素と酸素からなる化合物(モノマー、オリゴマー、ポリマーを含む。)であるため、後述する乾燥工程S3や還元工程S4において、混合物中の有機物還元剤が加熱されると、有機物還元剤を構成する水素や酸素がHOを生成して抜けるとともに、有機物還元剤を構成する残りの炭素分が混合物内に均一に残存することとなる。すると、後述する還元工程S4において、均一に残存した炭素により均一に酸化鉱石を還元することが可能となって、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることができる。 The plant-derived reducing agent is preferably an organic reducing agent derived from a plant. Since the plant-derived organic reducing agent is a compound (including a monomer, oligomer, and polymer) consisting of carbon, hydrogen, and oxygen, when the organic reducing agent in the mixture is heated in the drying step S3 or the reduction step S4 described later, the hydrogen and oxygen constituting the organic reducing agent are released while generating H2O , and the remaining carbon constituting the organic reducing agent remains uniformly in the mixture. Then, in the reduction step S4 described later, the uniformly remaining carbon makes it possible to uniformly reduce the oxide ore, and the grade of the obtained metal can be efficiently and stably improved.

植物由来の有機物還元剤としては、澱粉、油、小麦粉、セルロース、ショ糖、乳糖、ブドウ糖(α-グルコース)、果糖等を挙げることができる。この中でも澱粉が特に好ましい。澱粉とは、例えば下記式(1)で表されるようなα-グルコースの重合物(ポリマー)である。 Examples of plant-derived organic reducing agents include starch, oil, wheat flour, cellulose, sucrose, lactose, glucose (α-glucose), fructose, etc. Among these, starch is particularly preferred. Starch is a polymer of α-glucose, for example, as represented by the following formula (1).

Figure 0007552289000001
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澱粉は、炭素と水素と酸素からなる重合物(ポリマー)であるため、混合物中に均一に混ざりやすい。そのうえ、澱粉は吸水すると粘度が上昇する性質を有するため、バインダーとしての機能をも有し、混合物の成型も容易になる。 Starch is a polymer made up of carbon, hydrogen, and oxygen, so it is easy to mix evenly into a mixture. Furthermore, starch has the property of increasing viscosity when it absorbs water, so it also functions as a binder, making it easy to mold the mixture.

さらに、澱粉は、精製法が確立されており、純度が高く組成のばらつきが小さいものを得ることが容易である。このため、澱粉を含有する還元剤を使用することで、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることが可能である。 Furthermore, there is an established method for refining starch, and it is easy to obtain starch with high purity and little variation in composition. Therefore, by using a reducing agent containing starch, it is possible to efficiently and stably increase the quality of the resulting metal.

澱粉としては、トウモロコシ澱粉、小麦澱粉、米澱粉、豆類の澱粉、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉、タピオカ澱粉、片栗粉、ワラビ粉、葛粉等を挙げることができる。 Examples of starches include corn starch, wheat starch, rice starch, bean starch, potato starch, sweet potato starch, tapioca starch, potato starch, bracken starch, kudzu starch, etc.

植物由来還元剤の含有量は、混合物に含まれる還元剤全量中50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、混合物に含まれる還元剤が植物由来還元剤のみからなること(すなわち、植物由来還元剤の含有量が混合物に含まれる還元剤全量中100質量%であること)が最も好ましい。 The content of the plant-derived reducing agent is preferably 50% by mass or more of the total amount of reducing agent contained in the mixture, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more, and it is most preferable that the reducing agent contained in the mixture consists only of plant-derived reducing agents (i.e., the content of the plant-derived reducing agent is 100% by mass of the total amount of reducing agent contained in the mixture).

なお、この還元剤は、上述した原料鉱石であるニッケル酸化鉱の粒度や粒度分布と同等のものであることが好ましい。粒度や粒度分布が同等であることにより、均一に混合し易くなり、還元反応も均一に生じることになるため好ましい。 It is preferable that the reducing agent has the same particle size and particle size distribution as the nickel oxide ore, which is the raw material ore described above. This is because the particle size and particle size distribution are the same, which makes it easier to mix uniformly and allows the reduction reaction to occur uniformly.

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と酸化鉄とを過不足なく還元するのに必要な還元剤の量を100質量%としたとき、80質量%以下の割合とすることが好ましく、65.0質量%以下とすることがより好ましい。また、還元剤の混合量の下限値としては、特に限定されないが、化学当量の合計値100質量%に対して20.0質量%以上の割合とすることが好ましく、23.0質量%以上の割合とすることがより好ましい。 The amount of reducing agent mixed is preferably 80% by mass or less, and more preferably 65.0% by mass or less, when the amount of reducing agent required to reduce the nickel oxide and iron oxide that make up the nickel oxide ore without excess or deficiency is taken as 100% by mass. The lower limit of the amount of reducing agent mixed is not particularly limited, but is preferably 20.0% by mass or more, and more preferably 23.0% by mass or more, relative to the total value of the chemical equivalents, which is 100% by mass.

なお、酸化ニッケルと酸化鉄とを過不足なく還元するのに必要な還元剤の量とは、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、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)と言い換えることができる。 The amount of reducing agent required to reduce nickel oxide and iron oxide without excess or deficiency can be rephrased as the sum of the chemical equivalent required to reduce all of the nickel oxide to nickel metal and the chemical equivalent required to reduce the iron oxide to iron metal (hereinafter also referred to as the "total value of chemical equivalents").

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。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。 As the optional additive iron ore, for example, iron ore with an iron content of about 50% by mass or more, hematite obtained by wet smelting of nickel oxide ore, etc. can be used. In addition, as the flux component, for example, calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, silicon dioxide, etc. can be used. In addition, as the binder, for example, bentonite, polysaccharides, resin, water glass, dehydrated cake, etc. can be used.

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。混練は、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、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、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。 When mixing, kneading may be performed simultaneously to improve mixability, or after mixing. Kneading can be performed using a batch kneader such as a Brabender, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a helical rotor, a roll, a single-shaft kneader, or a twin-shaft kneader. Kneading the mixture applies shear force to the mixture, which breaks down agglomerations of the reducing agent and raw material powder, allowing for uniform mixing, improving the adhesion of each particle, and reducing voids. This makes it easier for the reduction reaction to occur in the mixture and allows the reaction to occur uniformly, shortening the reaction time for the reduction reaction. It also reduces quality variation.

また、混合を行った後、あるいは混合及び混練を行った後、押出機を用いて押出してもよい。これにより、混合物に対して圧力(せん断力)が加えられ、還元剤や原料粉末等の凝集を解いてその混合物をより均一に混合させた状態とすることができる。さらに、混合物内の空隙を減少させることができる。これらのことから、後述する還元工程S2において混合物の還元反応が均一に起りやすくなり、得られるメタルの品位を高めることができ、高品質なメタルを製造することができる。 Also, after mixing, or after mixing and kneading, the mixture may be extruded using an extruder. This applies pressure (shear force) to the mixture, breaking up agglomerations of the reducing agent, raw material powder, etc., and making the mixture more uniformly mixed. Furthermore, voids within the mixture can be reduced. As a result, the reduction reaction of the mixture is more likely to occur uniformly in the reduction step S2 described below, the quality of the resulting metal can be improved, and high-quality metal can be produced.

押出機は、高圧、高せん断力で混合物を混練して成形できるものであることが好ましく、一軸押出機、二軸押出機等を挙げることができる。特に、二軸押出機を備えたものであることが好ましい。高圧、高せん断で混合物を混練することにより、原料粉の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、混合物の強度を高めることができる。また、二軸押出機を備えたものを用いることにより、連続的に高い生産性を保ちながら混合物を得ることができる。 The extruder is preferably one that can knead and mold the mixture under high pressure and high shear force, and examples of such extruders include single-screw extruders and twin-screw extruders. In particular, one equipped with a twin-screw extruder is preferable. By kneading the mixture under high pressure and high shear force, it is possible to break up agglomerations in the mixture of raw powders, and it is possible to knead the mixture effectively, and the strength of the mixture can be increased. Furthermore, by using an extruder equipped with a twin-screw extruder, it is possible to obtain the mixture while maintaining a continuous high productivity.

混合工程S1では、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。下記表1に、混合工程S1にて混合する、一部の原料粉末の組成(質量%)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。 In the mixing step S1, a mixture is obtained by uniformly mixing the raw material powders containing nickel oxide ore. Table 1 below shows an example of the composition (mass%) of some of the raw material powders mixed in the mixing step S1, but the composition of the raw material powders is not limited to this.

Figure 0007552289000002
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<2-2.塊状化工程>
塊状化工程S2は、得られる混合物を所定の形状に成形して塊状物(ペレット)とする。塊状化工程は必須の工程ではないが、混合物を所定の形状に成形することで取り扱い性を向上させることができる。塊状物(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よいが、例えば、球状、直方体状、立方体状、円柱状等の形状であることが好ましい。混合物をこのような形状に成形することで、混合物の成形が容易になるため、成形にかかるコストを抑えることができる。また、成形する形状が複雑でないため、成形不良のペレットの発生を低減することができる。
<2-2. Clumping process>
In the agglomeration step S2, the mixture is molded into a predetermined shape to form agglomerates (pellets). The agglomeration step is not an essential step, but molding the mixture into a predetermined shape improves handling. The shape of the lumps (pellets) may be any shape that allows them to be stacked on the hearth of the reduction furnace, and is preferably, for example, a spherical, rectangular, cuboid, cylindrical, or other shape. By molding the mixture into such a shape, molding the mixture becomes easier, and molding costs can be reduced. In addition, the shape to be molded is not complicated, so the occurrence of defective pellets is reduced. It is possible.

塊状化工程S2では、例えば、ペレット成形装置を用いて混合物を成形することができる。ペレット成形装置としては、特に限定されないが、高圧、高せん断力で混合物を混練して成形できるものであることが好ましい。高圧、高せん断で混合物を混練することにより、原料粉の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、得られるペレットの強度を高めることができる。 In the agglomeration step S2, the mixture can be molded using, for example, a pellet molding device. There are no particular limitations on the pellet molding device, but it is preferable that the pellet molding device is capable of kneading and molding the mixture at high pressure and high shear force. By kneading the mixture at high pressure and high shear, it is possible to break up agglomerations in the raw material powder mixture, to effectively knead the mixture, and to increase the strength of the resulting pellets.

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。設備やペレット強度、収率等を考慮して適宜、装置選定を行えばよい。 It is also possible to use a briquette press to mold the pellets. The appropriate equipment should be selected taking into consideration the equipment, pellet strength, yield, etc.

<2-3.乾燥工程>
乾燥工程S3は、塊状化工程S2で得られた塊状物を乾燥する。先述した混合工程S1や塊状化工程S2での混練や塊状物の成形等において混合物を多量の水とともに混合した場合には、塊状物(混合物)に乾燥処理を施すことで、還元炉内の雰囲気気体に含まれる水分量を減らすことができる。
<2-3. Drying process>
In the drying step S3, the aggregates obtained in the agglomeration step S2 are dried. When the mixture is mixed with a large amount of water in the kneading in the mixing step S1 or the agglomeration step S2 or in the molding of the aggregates, By subjecting the lump (mixture) to a drying treatment, the amount of moisture contained in the atmospheric gas in the reduction furnace can be reduced.

また、澱粉を含有する還元剤を使用する場合には、塊状物に乾燥処理を施して塊状物中の澱粉が加熱されると、澱粉を構成する水素や酸素の少なくとも一部がHOを生成して抜けることとなる。塊状化工程S2で得られた塊状物を乾燥することにより、塊状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、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、塊状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。 Furthermore, when a reducing agent containing starch is used, when the aggregates are subjected to a drying treatment and the starch in the aggregates is heated, at least a part of the hydrogen and oxygen constituting the starch is released as H 2 O. Drying the aggregates obtained in the agglomeration step S2 can prevent the aggregates from collapsing, which can prevent the aggregates from becoming difficult to remove from the reduction furnace. Furthermore, the amount of moisture contained in the atmospheric gas in the reduction furnace can be more effectively reduced, and oxidation of the metal contained in the aggregates can be more effectively suppressed.

ところが、植物由来還元剤は、比較的分解、酸化し易いため、乾燥時に酸素が多量に存在すると混合物が燃えてしまうことがあり、後述する還元工程において適切に還元処理を施すことができなくなり、得られるメタル品位の低下の原因となる。 However, because plant-derived reducing agents are relatively susceptible to decomposition and oxidation, the mixture may burn if a large amount of oxygen is present during drying, making it impossible to carry out the reduction process properly in the reduction step described below, which leads to a decrease in the quality of the resulting metal.

そこで、混合物に還元処理を施すに際に、予め100℃以上500℃以下の乾燥温度で且つ酸素濃度が3.0体積%以下の雰囲気下で混合物に乾燥処理を施すことにより、乾燥時に酸素が存在することによる混合物が燃えてしまうことを抑制して、後述する還元工程において、酸化鉱石と還元剤との混合割合を所望の比率の状態で維持した状態で還元処理を適切に施すことができるようになる。 Therefore, when the mixture is subjected to a reduction treatment, the mixture is dried in advance at a drying temperature of 100°C or higher and 500°C or lower in an atmosphere with an oxygen concentration of 3.0% by volume or lower. This prevents the mixture from burning due to the presence of oxygen during drying, and allows the reduction treatment to be appropriately performed in the reduction process described below while maintaining the mixture ratio of the oxide ore and the reducing agent at the desired ratio.

乾燥温度が100℃未満であると、乾燥が十分に行われなくなって、塊状物が崩壊することを防ぐことができなくなる。さらに還元炉内の雰囲気気体に含まれる水分量を減らすことができなくなるので、メタルの酸化を抑制することができなくなる。乾燥温度が500℃超であると、乾燥工程で還元処理が施されてしまい後述する還元工程で適切な還元処理が施されなくなって得られるメタル品位の低下の原因となる。 If the drying temperature is less than 100°C, the drying will not be sufficient and it will not be possible to prevent the collapse of the lumps. Furthermore, it will not be possible to reduce the amount of moisture contained in the atmospheric gas in the reduction furnace, making it impossible to suppress the oxidation of the metal. If the drying temperature is more than 500°C, a reduction process will be performed in the drying process, and the reduction process described below will not be able to perform an appropriate reduction process, which will result in a decrease in the quality of the resulting metal.

特に、澱粉を含有する還元剤を使用する場合には、澱粉を構成する水素や酸素の少なくとも一部がHOを生成して抜けることができなくなり、メタル品位の低下の原因となる。 In particular, when a reducing agent containing starch is used, at least a portion of the hydrogen and oxygen constituting the starch generates H 2 O and cannot escape, causing a decrease in the metal grade.

乾燥温度は、200℃以上であることが好ましく、250℃以上であることがより好ましい。乾燥温度は、490℃以下であることが好ましい。酸素濃度が2.8体積%以下であることが好ましい。 The drying temperature is preferably 200°C or higher, and more preferably 250°C or higher. The drying temperature is preferably 490°C or lower. The oxygen concentration is preferably 2.8% by volume or lower.

塊状物を乾燥する方法は、100℃以上500℃以下の乾燥温度で且つ酸素濃度が3.0体積%以下の雰囲気下で混合物に乾燥処理を施すものであれば特に限定されず、塊状物を100℃以上500℃以下の乾燥温度に保持する方法や所定の乾燥温度の熱風を混合物に対して吹き付けて乾燥させる方法等、従来公知の手段を用いることができる。このような乾燥処理により、例えば、塊状物の固形分が70質量%程度で、水分が30質量%程度となるようにする。なお、この乾燥処理時における混合物自身の温度としては、100℃未満とすることが好ましく、これにより水分の突沸等による混合物の破裂を抑制することができる。 The method for drying the lumps is not particularly limited as long as it involves subjecting the mixture to a drying treatment at a drying temperature of 100°C to 500°C in an atmosphere with an oxygen concentration of 3.0% by volume or less. Conventional means can be used, such as a method of keeping the lumps at a drying temperature of 100°C to 500°C or a method of blowing hot air at a predetermined drying temperature onto the mixture to dry it. This drying treatment can be used to make the lumps have a solid content of about 70% by mass and a moisture content of about 30% by mass, for example. The temperature of the mixture itself during this drying treatment is preferably less than 100°C, which can prevent the mixture from bursting due to bumping of moisture, etc.

なお、この乾燥工程は、後述する還元炉の外で行ってもよいし、後述する還元炉内に塊状物を装入して還元炉内で乾燥処理を施してもよい。 This drying process may be carried out outside the reduction furnace, which will be described later, or the lumps may be placed in the reduction furnace, which will be described later, and the drying process may be carried out inside the furnace.

ここで、特に体積の大きな塊状物を乾燥させる場合、乾燥前や乾燥後の塊状物にひびや割れが入っていてもよい。塊状物の体積が大きい場合には、還元時に塊状物が熔融して収縮するため、ひびや割れが生じることが多い。しかしながら、塊状物の体積が大きい場合には、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。そのため、還元前の塊状物にひびや割れがあってもよい。 Here, when drying lumps that are particularly large in volume, it is acceptable for the lumps to have cracks or fissures before and after drying. When the volume of the lumps is large, they melt and shrink during reduction, which often results in cracks and fissures. However, when the volume of the lumps is large, the effects of cracks and fissures, such as an increase in surface area, are minimal, so it is unlikely to cause any major problems. Therefore, it is acceptable for the lumps to have cracks or fissures before reduction.

また、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混合物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。 The drying process may be carried out continuously at once or in multiple steps. By carrying out the drying process in multiple steps, the mixture can be more effectively prevented from bursting. When the drying process is carried out in multiple steps, the drying temperature from the second step onwards is preferably 150°C or higher and 400°C or lower. Drying within this range makes it possible to dry without the reduction reaction proceeding.

下記表2に、乾燥処理後の塊状物(混合物)における固形分中組成(質量部)の一例を示す。なお、塊状物(混合物)の組成としては、これに限定されるものではない。 Table 2 below shows an example of the composition (parts by weight) of the solid content in the lumps (mixture) after drying. Note that the composition of the lumps (mixture) is not limited to this.

Figure 0007552289000003
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<2-4.還元工程>
還元工程S4は、乾燥工程で得られた塊状物(混合物)に還元処理を施す。具体的には、得られた塊状物(混合物)を還元炉に装入し、混合物に加熱還元処理を施す。還元工程S2における加熱還元処理により、混合物中の還元剤に基づいて製錬反応(還元反応)が進行して、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。
<2-4. Reduction step>
In the reduction step S4, the lumps (mixture) obtained in the drying step are subjected to a reduction treatment. Specifically, the lumps (mixture) obtained are charged into a reduction furnace, and the mixture is subjected to a heating reduction treatment. The heating reduction treatment in the reduction step S2 causes a smelting reaction (reduction reaction) to proceed based on the reducing agent in the mixture, and ferronickel metal (hereinafter simply referred to as "metal") and ferronickel slag (hereinafter simply referred to as "slag") are generated separately in the mixture.

加熱還元処理では、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混合物の表面近傍において混合物中の酸化ニッケル及び酸化鉄が還元されメタル化してフェロニッケルとなり、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、メタルと、スラグとが分かれて生成する。 In the heating reduction process, in a short time, for example about one minute, the nickel oxide and iron oxide in the mixture are first reduced and metalized to ferronickel near the surface of the mixture where the reduction reaction is most likely to occur, forming a shell. Meanwhile, within the shell, the slag components gradually melt as the shell forms, producing liquid slag. As a result, metal and slag are produced separately within the mixture.

そして、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還元剤がメタルに取り込まれて融点を低下させて、メタルも液相となる。 After about 10 minutes of processing, the excess reducing agent that is not involved in the reduction reaction is absorbed into the metal, lowering its melting point and causing the metal to become liquid.

このとき、還元剤として植物由来還元剤を含有する混合物に還元処理を施すことにより、得られるメタルの品位を高めることができる。 In this case, the quality of the resulting metal can be improved by subjecting the mixture, which contains a plant-derived reducing agent, to a reduction treatment.

さらに、先述した還元工程において100℃以上500℃以下の乾燥温度で且つ酸素濃度が3.0体積%以下の雰囲気下で混合物に乾燥処理を施すことにより、乾燥時に酸素が存在することによる混合物が燃えてしまうことを抑制しているので、酸化鉱石と還元剤との混合割合を所望の比率の状態で維持した状態で還元処理を適切に施すことができるようになる。 Furthermore, in the reduction process described above, the mixture is dried at a drying temperature of 100°C or higher and 500°C or lower in an atmosphere with an oxygen concentration of 3.0% by volume or lower, which prevents the mixture from burning due to the presence of oxygen during drying, making it possible to appropriately perform the reduction process while maintaining the mixture ratio of the oxide ore and the reducing agent at the desired ratio.

また、植物由来還元剤として植物由来の有機物還元剤を使用する場合には、加熱還元処理の途中で燃えてしまう可能性がある。そこで、植物由来の有機物還元剤を含有する混合物に低酸素濃度の雰囲気下で還元処理を施すことが好ましい。低酸素濃度の雰囲気下とは、例えば酸素濃度が3.0体積%以下である雰囲気下で還元処理を施すことが好ましく、1.0体積%以下である雰囲気下で還元処理を施すことがより好ましい。また、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で還元処理を施してもよい。 In addition, when a plant-derived organic reducing agent is used as the plant-derived reducing agent, there is a possibility that it may burn during the heating reduction treatment. Therefore, it is preferable to perform the reduction treatment on the mixture containing the plant-derived organic reducing agent in an atmosphere with a low oxygen concentration. For example, the reduction treatment is preferably performed in an atmosphere with an oxygen concentration of 3.0% by volume or less, and more preferably in an atmosphere with an oxygen concentration of 1.0% by volume or less. The reduction treatment may also be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.

また、植物由来の有機物還元剤を含有する還元剤を使用する場合には、混合物中の有機物還元剤が加熱されると、有機物還元剤を構成する水素や酸素がHOを生成して抜けるとともに、残りの炭素分が混合物内に残存する。その結果、残りの炭素が還元剤となって均一に鉱石を還元することができる。 In addition, when a reducing agent containing a plant-derived organic reducing agent is used, when the organic reducing agent in the mixture is heated, the hydrogen and oxygen constituting the organic reducing agent generate H2O and are released, while the remaining carbon remains in the mixture. As a result, the remaining carbon acts as a reducing agent to uniformly reduce the ore.

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。 The temperature in the reduction process (reduction temperature) is not particularly limited, but is preferably in the range of 1200°C to 1450°C, and more preferably in the range of 1300°C to 1400°C. By performing reduction within such a temperature range, the reduction reaction can occur uniformly, and ferronickel can be produced with reduced quality variation. Furthermore, by performing reduction at a reduction temperature in the range of 1300°C to 1400°C, the desired reduction reaction can occur in a relatively short time.

還元処理における時間(処理時間)としては、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。 The time for the reduction process (treatment time) is set according to the temperature of the reduction furnace, but is preferably 10 minutes or more, and more preferably 15 minutes or more. On the other hand, the upper limit of the time for performing the reduction heat treatment may be 50 minutes or less, or 40 minutes or less, from the viewpoint of suppressing an increase in manufacturing costs.

なお、還元温度(℃)と還元時間(分)の数値を乗じた値を還元に要した熱量は、20000(℃×分)以上40000(℃×分)以下の範囲であることが好ましい。高品質なメタルを効率的に製造することができる。 The heat required for reduction, calculated by multiplying the reduction temperature (℃) by the reduction time (min), is preferably in the range of 20,000 (℃ x min) to 40,000 (℃ x min). This allows for efficient production of high-quality metal.

還元炉としては、固定炉床であってもよいが、移動式炉床炉を用いることが好ましい。このような還元炉として移動炉床炉を使用することにより、混合物をより効率的に処理することができる。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、各処理間でのヒートロスを低減して、より効率的な操業が可能となる。以下、移動炉床炉の一例として、回転炉床炉の構成について、図2を用いて説明する。 The reduction furnace may be a fixed hearth, but it is preferable to use a moving hearth furnace. By using a moving hearth furnace as such a reduction furnace, the mixture can be treated more efficiently. In addition, by using a moving hearth furnace, the reduction reaction proceeds continuously and the reaction can be completed in one facility, and the treatment temperature can be controlled more accurately than if each process were performed using separate furnaces. Furthermore, heat loss between each process is reduced, making more efficient operation possible. Below, the configuration of a rotary hearth furnace as an example of a moving hearth furnace is explained using Figure 2.

図2は、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。図2に示すように、円形状であって複数の処理室20a~20dに区分けされた回転炉床炉2を用いることができる。回転炉床炉2では、所定の方向に回転しながら、各領域においてそれぞれの処理を行う。この回転炉床炉では、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、回転炉床炉が1回転する毎に混合物1が製錬処理される。ここで、回転炉床炉2は、炉外に予熱室が設けられていてもよい。また、回転炉床炉2は、炉外に冷却室が設けられていてもよい。なお、移動炉床炉としては、ローラーハースキルン等であってもよい。 Figure 2 is a diagram (plan view) showing an example of the configuration of a rotary hearth furnace with a rotating hearth. As shown in Figure 2, a rotary hearth furnace 2 that is circular and divided into multiple processing chambers 20a to 20d can be used. In the rotary hearth furnace 2, each process is performed in each region while rotating in a predetermined direction. In this rotary hearth furnace, the processing temperature in each region can be adjusted by controlling the time it takes to pass through each region (travel time, rotation time), and the mixture 1 is smelted every time the rotary hearth furnace rotates. Here, the rotary hearth furnace 2 may be provided with a preheating chamber outside the furnace. In addition, the rotary hearth furnace 2 may be provided with a cooling chamber outside the furnace. The moving hearth furnace may be a roller hearth kiln, etc.

還元炉の加熱手段は、特に制限はされないが、バーナーであっても、電気等を用いたものであってもよい。短時間で混合物に有効に加熱還元処理を施すことができることからバーナーであることが好ましい。また、バーナーを有する還元炉を用いる場合、燃料としては、例えばLPG、LNG、石炭、コークス、微粉炭等が用いられる。これらの燃料のコストは非常に安価であり、設備費やメンテナンス費に関しても電気炉等と比較して格段に安価に抑えることができる。 The heating means for the reduction furnace is not particularly limited, but may be a burner or electricity. A burner is preferable because it can effectively perform heating and reduction treatment on the mixture in a short time. When using a reduction furnace with a burner, for example, LPG, LNG, coal, coke, pulverized coal, etc. are used as fuel. The cost of these fuels is very low, and the equipment costs and maintenance costs can be kept significantly lower than those of electric furnaces, etc.

<2-5.回収工程>
回収工程S5は、還元工程S4で得られた還元物からメタルを回収する。具体的には、加熱還元処理によって得られた、メタル相とスラグ相とを含む還元物(混合物)を冷却し、必要に応じて粉砕して粉末化して、メタル(メタル粉末粒子)を分離して回収する。
<2-5. Recovery process>
In the recovery step S5, the metal is recovered from the reduced product obtained in the reduction step S4. Specifically, the reduced product (mixture) containing a metal phase and a slag phase obtained by the thermal reduction treatment is cooled, and if necessary, pulverized into powder, and the metal (metal powder particles) is separated and recovered.

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。 Methods for separating the metal phase and the slag phase from the mixture of metal phase and slag phase obtained as a solid include, for example, removing unnecessary materials by sieving, as well as separation by specific gravity or by magnetic force.

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、先述した還元工程S4によって得られる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。 The obtained metal phase and slag phase have poor wettability and can be easily separated. For example, by dropping the large mixture obtained by the reduction step S4 described above over a predetermined drop or by applying a certain amount of vibration during sieving, the metal phase and slag phase can be easily separated from the mixture.

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。 In this way, the metal phase is separated from the slag phase and the metal phase is recovered.

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。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[混合工程]
各試料について原料鉱石としてのニッケル酸化鉱と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、及び還元剤を、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。還元剤としては、植物由来還元剤(澱粉)もしくは微粉炭(石炭)を使用して、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)とを必要な化学当量100質量%に対して、表4に示す割合となる量で含有させた。
[Mixing process]
For each sample, nickel oxide ore as raw material ore, iron ore, silica sand and limestone as flux components, and a reducing agent were mixed in a mixer while adding an appropriate amount of water to obtain a mixture. As the reducing agent, a plant-derived reducing agent (starch) or pulverized coal (coal) was used, and nickel oxide and iron oxide ( Fe2O3 ) contained in the nickel oxide ore as raw material ore were contained in the amounts shown in Table 4 relative to the required chemical equivalent of 100 mass%.

[塊状化工程]
次に、各試料について得られた混合物をペレタイザーにより球状に成形された直径15±0.3mmの塊状物(試料)を得た。
[Agglomeration process]
Next, the mixture obtained for each sample was formed into a sphere using a pelletizer to obtain a lump (sample) having a diameter of 15±0.3 mm.

[乾燥工程]
次に塊状化工程で得られた塊状物に対して、固形分が70質量%程度、水分が30質量%程度となるように、表3に示す条件で乾燥処理を施した。乾燥時間はそれぞれ2時間とした。
[Drying process]
Next, the aggregates obtained in the agglomeration step were subjected to a drying treatment under the conditions shown in Table 3 so that the solid content was about 70% by mass and the moisture content was about 30% by mass. The drying time was 2 hours in each case.

[還元工程]
次に、乾燥工程で得られた塊状物(試料)を、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気下にした還元炉に各々装入した。なお、還元炉内の装入時の温度条件は、500±20℃とした。
[Reduction process]
Next, the lumps (samples) obtained in the drying step were each charged into a reduction furnace under a nitrogen atmosphere substantially free of oxygen. The temperature condition during charging into the reduction furnace was 500±20° C.

次に、表4に示す温度及び時間で、混合物のペレットに対して還元加熱処理を施した。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、試料を大気中へ取り出した。 The mixture pellets were then subjected to a reduction heat treatment at the temperature and for the time shown in Table 4. After the reduction treatment, the pellets were quickly cooled to room temperature in a nitrogen atmosphere and then removed into the air.

ここで、塊状物の還元炉への装入は、予め、還元炉の炉床に、灰(主成分はSiOであり、その他の成分としてAl、MgO等の酸化物を少量含有する)を敷き詰め、その上に塊状物を載置することで行った。 Here, the lumps were loaded into the reduction furnace by first spreading ash (mainly SiO2 with small amounts of oxides such as Al2O3 and MgO as other components) on the hearth of the reduction furnace and then placing the lumps on top of the ash.

[回収工程]
還元加熱処理後の各還元物(試料)について、湿式処理よる粉砕後、磁力選別によってメタルを回収した。そして、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。
[Recovery process]
After the reduction heat treatment, each reduced product (sample) was crushed by wet processing, and the metal was recovered by magnetic separation. The nickel metallization rate and the nickel content in the metal were analyzed and calculated using an ICP emission spectrometer (SHIMAZU S-8100 model).

ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率、ニッケルメタル回収率は、以下の式(1)、(2)、(3)により算出した。
ニッケルメタル化率=メタル中のニッケルの質量/(還元物中の全てのニッケルの質量)×100(%) ・・・(1)式
メタル中ニッケル含有率=メタル中のニッケルの質量/(メタル中のニッケルと鉄の合計質量)×100(%) ・・・(2)式
ニッケルメタル回収率=回収されたニッケルの量/(投入した鉱石の量×鉱石中のニッケル含有割合)×100 ・・・(3)式
The nickel metallization rate, the nickel content in the metal, and the nickel metal recovery rate were calculated by the following formulas (1), (2), and (3).
Nickel metallization rate = mass of nickel in metal / (mass of all nickel in reduced product) x 100 (%) ... (1) Nickel content in metal = mass of nickel in metal / (total mass of nickel and iron in metal) x 100 (%) ... (2) Nickel metal recovery rate = amount of nickel recovered / (amount of ore input x nickel content in ore) x 100 ... (3)

下記表4に、それぞれの試料における、ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率、ニッケルメタル回収率を示す。 Table 4 below shows the nickel metallization rate, nickel content in the metal, and nickel metal recovery rate for each sample.

Figure 0007552289000004
Figure 0007552289000004

Figure 0007552289000005
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表3、表4の結果に示されるように、還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用し、100℃以上500℃以下の乾燥温度で且つ酸素濃度が3.0体積%以下の雰囲気下で混合物に乾燥処理を施した実施例1~15では、ニッケルメタル化率、及びメタル中ニッケル含有率において良好な結果が得られた。このことから、本発明に係る酸化鉱石の製錬方法は、高品質なメタルを効率的に製造することができることが分かる。 As shown in the results in Tables 3 and 4, in Examples 1 to 15, in which a reducing agent containing a plant-derived reducing agent was used as the reducing agent and the mixture was dried at a drying temperature of 100°C to 500°C in an atmosphere with an oxygen concentration of 3.0% by volume or less, good results were obtained in terms of the nickel metallization rate and nickel content in the metal. This shows that the oxide ore smelting method according to the present invention can efficiently produce high-quality metal.

一方、500℃超の乾燥温度で混合物に乾燥処理を施した比較例1や酸素濃度が3.0体積%超の雰囲気下で混合物に乾燥処理を施した比較例2では、、高品質なメタルを効率的に製造することができていない。また、還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用していない参考例1,2では、高品質なメタルを効率的に製造することができていない。 On the other hand, in Comparative Example 1, in which the mixture was dried at a drying temperature of more than 500°C, and in Comparative Example 2, in which the mixture was dried in an atmosphere with an oxygen concentration of more than 3.0% by volume, it was not possible to efficiently produce high-quality metal. Also, in Reference Examples 1 and 2, in which a reducing agent containing a plant-derived reducing agent was not used as a reducing agent, it was not possible to efficiently produce high-quality metal.

1 混合物
2 回転路床炉
20a~20d 処理室
21 予熱室
40 冷却室
1 Mixture 2 Rotary bed furnace 20a to 20d Treatment chamber 21 Preheating chamber 40 Cooling chamber

Claims (2)

ニッケル酸化鉱石と、還元剤と、を含有する混合物を得る混合工程と、
前記混合物に乾燥処理を施す乾燥工程と、
前記乾燥工程を経た混合物に還元処理を施すことによりフェロニッケルを製造する還元工程と、を有し、
前記混合工程では、前記還元剤として植物由来の有機物還元剤を使用し、
前記還元工程では、還元温度(℃)と還元時間(分)の数値を乗じた値が、20000(℃×分)以上、40000以下(℃×分)であり、
前記乾燥工程では、280℃以上490℃以下の乾燥温度で且つ酸素濃度が1.5体積%以上2.8体積%以下の雰囲気下で前記混合物に乾燥処理を施す
酸化鉱石の製錬方法。
A mixing step for obtaining a mixture containing nickel oxide ore and a reducing agent;
a drying step of subjecting the mixture to a drying treatment;
A reduction step of producing ferronickel by subjecting the mixture that has been subjected to the drying step to a reduction treatment,
In the mixing step, a plant-derived organic reducing agent is used as the reducing agent,
In the reduction step, a value obtained by multiplying the reduction temperature (° C.) and the reduction time (min.) is 20,000 (° C.×min.) or more and 40,000 (° C.×min.) or less;
In the drying step, the mixture is dried at a drying temperature of 280 ° C. or more and 490 ° C. or less in an atmosphere having an oxygen concentration of 1.5 vol. % or more and 2.8 vol. % or less.
前記植物由来の有機物還元剤は澱粉であり、
前記混合物中の前記澱粉の含有量を、前記ニッケル酸化鉱石を構成する酸化ニッケルと酸化鉄を還元するために必要な化学当量100質量%に対して21質量%以上48質量%以下の割合となるように混合する
請求項1に記載の酸化鉱石の製錬方法。
The plant-derived organic reducing agent is starch;
The starch is mixed in the mixture so that the content of the starch in the mixture is 21% by mass or more and 48% by mass or less with respect to 100% by mass of a chemical equivalent necessary for reducing nickel oxide and iron oxide constituting the nickel oxide ore.
A method for smelting oxide ores according to claim 1.
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