CN110637101B - 氧化物矿石的冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种氧化物矿石的冶炼方法，其能够在由氧化物矿石形成颗粒来制造金属或合金的方法中，以高生产性和高效率性且低廉的制造成本来制造高品质的金属。一种氧化物矿石的冶炼方法，其是通过加热并还原含有氧化物矿石和碳质还原剂的混合物来制造金属或合金的氧化物矿石的冶炼方法，其中，作为碳质还原剂使用由粒子(还原剂粒子)构成的还原剂，相对于碳质还原剂所包含的还原剂粒子的总数，碳质还原剂所包含的最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量为2％以上且25％以下，最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为30μm以上且80μm以下。

Description

氧化物矿石的冶炼方法

技术领域

本发明涉及一种氧化物矿石的冶炼方法，例如，涉及通过在还原炉中在高温下对由镍氧化物矿石等氧化物矿石和还原剂制造的颗粒进行还原加热来进行冶炼从而获得镍铁合金等还原产物的冶炼方法。

背景技术

作为氧化物矿石之一的被称为褐铁矿或腐泥土的镍氧化物矿石的冶炼方法，已知有使用熔炼炉来制造镍锍(nickel matte)的干式冶炼方法、使用旋转窑炉或移动炉床炉来制造作为铁和镍的合金的镍铁合金的干式冶炼方法、使用高压釜来制造混合硫化物的湿式冶炼方法等。

在上述多种方法中，特别是在使用干式冶炼法还原镍氧化物矿石来进行冶炼的情况下，为了促进反应进行，要实施将原料镍氧化物矿石破碎为适度的大小等再进行块状化这样的处理，作为预处理。

具体而言，将镍氧化物矿石块状化也就是说将粉状或微粒状的矿石制成块状时，一般情况下是将该镍氧化物矿石与除此之外的成分例如粘合剂、焦炭等还原剂混合而制成混合物，进一步进行水分调节等后装入块状物制造机，制成例如一个边或直径为10mm～30mm左右的块状物(指颗粒、团块等。

以下，简称为“颗粒”)。

为了使块状化而获得的颗粒中含有的水分“散失”，需要一定程度的透气性。此外，如果在其后的还原处理中还原在颗粒内没有均匀地进行，那么所获得的还原产物的组成将变得不均匀，从而产生金属的分散或偏集等不良情形。因此，在制作颗粒时均匀地混合混合物，或者对获得的颗粒进行还原时尽可能保持均匀的温度就变得很重要。

除此之外，使通过还原处理而生成的金属(镍铁合金)粗大化也是非常重要的技术。在生成的镍铁合金为例如几十微米～几百微米以下细小的尺寸的情况下，要将其与同时生成的矿渣分离会变得很困难，致使镍铁合金的回收率(收率)大大降低。因此，需要进行使还原后的镍铁合金粗大化的处理。

另外，如何能将冶炼成本抑制低也是重要的技术事项，期望是使用紧凑型设备可作业的连续处理。

例如，在专利文献1中，公开了一种粒状金属的制造方法，该方法将包含金属氧化物和碳质还原剂的成块物，供给至移动床型还原熔融炉的炉床上进行加热，从而使金属氧化物还原并熔融，在该方法中，将成块物在炉床上的投影面积率相对于成块物彼此之间的距离为0时的成块物在炉床上的最大投影面积率的相对值设为铺设密度时，以铺设密度为0.5以上且0.8以下的方式，将平均直径为19.5mm以上且32mm以下的成块物供给至炉床上并加热。专利文献1记载了，在此方法中通过一并控制成块物的铺设密度和平均直径，可提高粒状金属铁的生产性。

但是，专利文献1中公开的方法，是一种用于控制成块物外侧发生的反应的技术，未关注对还原反应中最重要的因素即在成块物内部发生的反应的控制。而人们一度想要的则是通过控制成块物内部发生的反应来提高反应效率，并通过使还原反应更均匀地进行，从而获得更高品质的金属(メタル)(金属、合金)。

另外，由于像专利文献1中那样的使用具有特定直径的颗粒作为成块物的方法，需要去除不具有特定直径的颗粒，因此制作成块物时的收率低。另外，专利文献1的方法中，由于需要将成块物的铺设密度调节为0.5以上且0.8以下，且不能使成块物堆积，因此该方法生产性低。如此地，专利文献1的方法制造成本高。

此外，在如专利文献1一样地使用将原料全部熔解并还原的所谓全熔解法的工艺中，在作业成本的方面存在很大的问题。例如，为使原料镍氧化物矿石完全熔融，需要有1500℃以上的高温，达到这样的高温条件需要花费极大的能源成本，并且在这样的高温下使用的炉易受损伤，因此还要花费维修费用。此外，由于原料镍氧化物矿石中镍仅含有1％左右，因此尽管除了与该镍相对应的铁以外都不需要回收，但仍然要将大量包含的不需要回收的成分也全部熔融，因此显然是没有效率的做法。

鉴于此，开始了对基于部分熔解的还原方法的探讨，该方法仅还原所需的镍，而对含量远多于镍的铁仅进行了部分还原。但是，这样的部分还原法(或称为镍优先还原法)中，要在维持未完全将原料熔解的半固体状态的同时进行还原反应，因此在使镍100％完全还原的同时，另一方面又要使铁的还原停留在与镍相对应的范围内，要控制成这样的反应不是容易的事。由此，在原料内的还原中产生部分偏差，存在镍回收率降低等难以有效作业的问题。

综上，混合并还原氧化物矿石来制造金属和合金的技术，在提高生产性和效率性，降低制造成本，以及使还原反应均匀地进行来提高金属品质方面，存在许多问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-256414号公报。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供一种能够在通过还原包含镍氧化物矿石等氧化物矿石和碳质还原剂的混合物来制造金属的冶炼方法中，以高生产性和高效率性且低廉的制造成本，来制造高品质金属的方法。

解决课题的技术方案

本发明人为了解决上述课题而进行了潜心研究。其结果发现，通过作为碳质还原剂，使用由粒子(还原剂粒子)构成、最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量相对于还原剂粒子的总数为2％以上且25％以下、最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为30μm以上且80μm以下的还原剂，再用此碳质还原剂还原金属氧化物来获得还原产物，可使混合物中碳质还原剂的凝集、偏集受到抑制，因此氧化物矿石与碳质还原剂的接触面积、混合物的均匀性提高，从而完成了本发明。即，本发明提供以下方法。

(1)本发明的第一发明是氧化物矿石的冶炼方法，其是将氧化物矿石与碳质还原剂混合，将获得的混合物加热来进行还原处理，从而获得作为还原产物的金属和矿渣的冶炼方法，其中，作为所述碳质还原剂使用由粒子(还原剂粒子)构成的还原剂，相对于该碳质还原剂所包含的还原剂粒子的总数，所述碳质还原剂所包含的最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量比例为2％以上且25％以下，由下式(1)求出的、最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为30μm以上且80μm以下。

平均最大粒子长度＝300个还原剂粒子的最大粒子长度的总和/300···(1)

(2)本发明的第二发明是在第一发明所述的氧化物矿石的冶炼方法中，使所述还原处中的还原温度为1200℃以上且1450℃以下。

(3)本发明的第三发明是在第一发明或第二发明所述的氧化物矿石的冶炼方法中，使所述氧化物矿石为镍氧化物矿石。

(4)本发明的第四发明是在第一～第三中任一项发明所述的氧化物矿石的冶炼方法中，使所述金属为镍铁合金。

发明效果

根据本发明，能够提供一种在通过还原包含氧化物矿石和碳质还原剂的混合物来制造金属的冶炼方法中能够以高生产性和高效率性且低廉的制造成本来制造高品质金属的方法。

附图说明

图1是表示氧化物矿石的冶炼方法流程的一个例子的工序图。

图2是表示碳质还原剂的形状、分布的一个例子的俯视图。

图3是表示还原处理工序中处理流程的一个例子的处理流程图。

图4是表示炉床旋转的旋转炉床炉构成例的图(俯视图)。

具体实施方式

以下，对本发明的具体实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明未限定于以下实施方式，能够在不变更本发明主旨的范围进行各种变更。另外，在本说明书中，“X～Y”(X、Y为任意数值)这种表述的含义是“X以上且Y以下”。

《1.本发明内容》

本发明的氧化物矿石的冶炼方法，是以氧化物矿石作为原料，将该氧化物矿石与碳质还原剂混合制成混合物，将获得的混合物在高温下进行还原处理来制造作为还原产物的金属的方法。例如，可举出作为氧化物矿石，以含有氧化镍、氧化铁等的镍氧化物矿石作为原料，将该镍氧化物矿石与碳质还原剂混合，在高温下，将包含于混合物的镍优先还原，并将铁部分还原来制造作为铁和镍的合金的镍铁合金的方法。

具体而言，本发明的氧化物矿石的冶炼方法的特征在于，在将氧化物矿石与碳质还原剂混合，将获得的混合物作为原料加热来进行还原处理，获得作为还原产物的金属和矿渣的方法中，该碳质还原剂使用由粒子(以下，称为“还原剂粒子”)构成的、由下式(1)求出的最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为30μm以上且80μm以下的还原剂，相对于该碳质还原剂所包含的还原剂粒子的总数，使碳质还原剂所包含的最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量比例为2％以上且25％以下。

平均最大粒子长度＝300个还原剂粒子的最大粒子长度的总和/300··(1)

根据这样的冶炼方法，能够增加该氧化物矿石与碳质还原剂的接触面积，能够使氧化物矿石的还原反应易于进行。另外，由于混合物中碳质还原剂的分散性提高使该碳质还原剂的凝集和偏集得到抑制，因此能够均匀地进行还原反应。由此，能够以高生产性和高效率性，且低廉的制造成本，来制造高品质的金属。

以下，作为本发明的具体实施方式(以下，称为“本实施方式”)，以镍氧化物矿石的冶炼方法为例进行说明。如上所述地，作为冶炼原料的镍氧化物矿石，至少包含氧化镍(NiO)和氧化铁(Fe₂O₃)，通过将该镍氧化物矿石作为冶炼原料对其进行还原处理，能够制造作为金属的铁-镍合金(镍铁合金)。

需要说明的是，本发明中，氧化物矿石不限定于镍氧化物矿石，冶炼方法也不限定于由包含氧化镍等的镍氧化物矿石来制造镍铁合金的方法。

《2.镍氧化物矿石的冶炼方法》

本实施方式的镍氧化物矿石的冶炼方法，是通过将镍氧化物矿石与碳质还原剂混合制成混合物，对该混合物实施还原处理，来生成作为还原产物的金属即镍铁合金和矿渣的方法。此冶炼方法中，通过使混合物中的镍(氧化镍)优先还原，并将铁(氧化铁)部分还原，来生成镍铁合金。此外，作为金属的镍铁合金，能够通过从经过还原处理而获得的包含金属和矿渣的混合物中，分离出该金属而回收。

图1是表示镍氧化物矿石的冶炼方法流程的一个例子的工序图。如图1所示，此冶炼方法具有以下工序：将镍氧化物矿石与碳质还原剂混合的混合处理工序S1；将获得的混合物块状化或填充于规定的容器以成型的投入还原前的处理工序S2；将被块状化或填充于容器的混合物在规定温度下(还原温度)加热的还原处理工序S3；从由还原处理工序S3生成的包含金属和矿渣的混合物(混存物)中分离金属并回收的分离工序S4。

<1.混合处理工序>

混合处理工序S1是将包含镍氧化物矿石的原料粉末混合而获得混合物的工序。具体而言，混合处理工序S1中，向作为原料矿石的镍氧化物矿石中添加碳质还原剂并混合，然后添加作为任意成分的添加剂的铁矿石、助焊剂成分、粘合剂等的例如粒径为0.1mm～0.8mm左右的粉末并混合，获得混合物。需要说明的是，混合处理能够使用混合机等来进行。

(镍氧化物矿石)

作为原料矿石的镍氧化物矿石，没有特别的限定，能够使用褐铁矿、腐泥土矿等。需要说明的是，镍氧化物矿石至少含有氧化镍(NiO)和氧化铁(Fe₂O₃)。

(碳质还原剂)

作为碳质还原剂，没有特别的限定，可举出煤粉、焦炭粉等。

本实施方式中，作为碳质还原剂，使用由粒子(还原剂粒子)构成的、最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为30μm以上且80μm以下的还原剂。另外，使用相对于该碳质还原剂所包含的还原剂粒子总数，碳质还原剂所包含的最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量比例为2％以上且25％以下的碳质还原剂。即，此碳质还原剂，含有最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子和最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子。

在此，还原剂粒子的“最大粒子长度”是指还原剂粒子中的最长边或直径。具体而言，例如，如果还原剂粒子为椭圆形状那么最大粒子长度为长径，如果还原剂粒子为长方体形状那么最大粒子长度为对角线。图2是表示无定形粒子最大粒子长度的示意图，最大粒子长度T能够使用金相显微镜来测定。

另外，还原剂粒子的“平均最大粒子长度”是指随机选定的300个还原剂粒子中，以数均表示的最大粒子长度T的平均值，可由下式(1)求出。

平均最大粒子长度＝300个还原剂粒子的最大粒子长度的总和/300···(1)

尤其是，通过使用包含最大粒子长度为25μm以下的微小还原剂粒子的碳质还原剂，能增加镍氧化物矿石与碳质还原剂的接触面积，能够使镍氧化物矿石的还原反应易于进行。并且，基于此混合物中的分散性提高，碳质还原剂的凝集和偏集被抑制，因此能够使还原反应均匀地进行。

更具体地，关于碳质还原剂所包含的还原剂粒子的平均最大粒子长度，最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为30μm以上。如果该平均最大粒子长度过小，那么细小还原剂粒子的比例就增加过多，碳质还原剂便凝集或偏集。因此，难以获得均匀的混合物，由此还原反应难以均匀地进行。

最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为80μm以下，更优选为60μm以下。如果该平均最大粒子的长度过长，那么粗还原剂粒子的比例就过多，混合物中碳质还原剂的分散性将变差。因此，难以获得均匀的混合物，还原反应难以均匀地进行。

另外，关于碳质还原剂所包含的还原剂粒子的数量比例，相对于碳质还原剂的还原剂粒子总数，最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量比例为2％以上，更优选为3％以上。如果最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子所占比例过小，那么细小还原剂粒子就变得过少，难以使碳质还原剂与镍氧化物矿石在混合物中均匀地混合，由此还原反应难以均匀地进行。

最大粒子长度为25μm以下的粒子相对于碳质还原剂的还原剂粒子的总数所占比例为25％以下，更优选为20％以下。如果最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子所占比例过大，那么细小还原剂粒子的比例就增加过多，碳质还原剂便凝集或偏集。因此，反而难以获得均匀的混合物，由此还原反应难以均匀地进行。

如此地，通过作为原料矿石中添加的碳质还原剂使用由粒子(还原剂粒子)构成的、最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为30μm以上且80μm以下的还原剂，并且相对于碳质还原剂的还原剂粒子总数，使碳质还原剂所包含的最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量比例为2％以上且25％以下，从而能够在混合物中均匀地混合碳质还原剂与镍氧化物矿石，还能够使镍氧化物矿石与碳质还原剂的接触面积增加。由此，后述的还原处理工序S3中，能够更有效地实现均匀的还原，作为其结果，能够缩短反应时间使制造成本低廉，此外，能够使获得的镍铁合金的品质更高。

作为混合物中的碳质还原剂的混合量，即被混合物所包含的碳质还原剂的量，在将构成镍氧化物矿石的氧化镍的总量还原为镍金属所需要的化学当量和将氧化铁(三氧化二铁)还原为金属铁所需要的化学当量这两者的合计值(方便起见，称为“化学当量的合计值”)作为100质量％时，可将碳量的比例优选调节为5质量％以上且60质量％以下，更优选调节为10质量％以上且40质量％以下。通过相对于化学当量的合计值100质量％，使碳质还原剂的混合量为5质量％以上的比例，能够有效地进行镍的还原从而提高生产性。另一方面，通过相对于化学当量的合计值100质量％，使碳质还原剂的混合量为60质量％以下的比例，从而可抑制铁的还原量，防止镍品位的降低，从而能够制造高品质的镍铁合金。

综上，优选通过使碳质还原剂的混合量相对于化学当量的合计值100质量％为5质量％以上且60质量％以下的碳量比例，从而能够使由金属成分生成的壳(金属壳)均匀地生成在混合物的表面上，进而能够获得镍品位高的高品质镍铁合金，因此优选。

(铁矿石)

除了镍氧化物矿石和碳质还原剂之外，为了调节混合物中的铁-镍比，作为任意成分能够添加铁矿石。在此，作为铁矿石，没有特别的限定，例如，能够使用铁品位为50％左右以上的铁矿石、通过镍氧化物矿石的湿式冶炼获得的赤铁矿等。

(粘合剂、助焊剂成分)

另外，作为粘合剂，例如，可举出膨润土、多糖类、树脂、水玻璃、脱水滤饼等。另外，作为助焊剂成分，例如，可举出氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、二氧化硅等。

下述表1是表示在混合处理工序S1中进行混合的部分原料粉末的组成(重量％)的一个例子。需要说明的是，原料粉末的组成不限定于此。

表1

原料[重量％]	Ni	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	C
				镍氧化物矿石	1～2	50～60	-
铁矿石	-	80～95	-

混合处理工序S1中，通过均匀地混合包含如上所述的镍氧化物矿石的原料粉末来获得混合物。在此混合期间，可以混炼原料粉末。在此，原料粉末的混炼既可以与混合同时进行，又可以在混合后进行。由此，通过向混合物施加剪切力，以碳质还原剂为首的原料粉末的凝集瓦解而得到更均匀地混合，从而原料粉末彼此之间的接触面积增加，混合物包含的空隙减少使得各粒子的紧密性提高。因此，能够缩短还原反应的反应时间，且能够降低品质的偏差。因此，能够高生产性地进行处理，且能够制造高品质的镍铁合金。

另外，将原料粉末混炼后，可以使用挤出机来挤出混合物。如此地，通过使用挤出机来挤出，能获得进一步更高的混炼效果，从而原料粉末彼此之间的接触面积增加，并且混合物包含的空隙减少。因此，能够更有效地制造高品质的镍铁合金。

<2.投入还原前的处理工序(前处理工序)>

投入还原前的处理工序S2，是使在混合处理工序S1中获得的含有镍氧化物矿石和碳质还原剂的混合物成型，并根据需要进行干燥的工序。即，此投入还原前的处理工序S2中，为了使原料粉末混合而获得的混合物更易于投入后述还原处理工序S3所使用的炉中并有效地发生还原反应而进行成型。

(1)混合物的成型

在对获得的混合物进行成型的情况下，既可以将该混合物块状化(造粒)制成块状的成型体(颗粒、团块等)，又可以将混合物填充于容器等制成混合物填充容器。

(混合物的块状化)

其中，在使混合物块状化的情况下，对含有镍氧化物矿石和碳质还原剂的混合物，添加块状化所需要的规定量的水分，在使用例如制造块状物的装置(滚动造粒机、压缩成型机、挤出成型机等，或称为造粒机)，成型为颗粒、团块等块状的成型体(以下，有简称为“颗粒”的情况)。

作为混合物成型的形状，即颗粒的形状，没有特别的限定，能够制成立方体、长方体、圆柱或球状。其中尤其优选成型为球状颗粒。通过使其成为球状颗粒，能够使还原反应易于相对均匀地进行，并且，能够使混合物容易成型从而抑制成型花费的成本。另外，通过使颗粒的形状简单，能够减少成型不良的颗粒。

通过块状化获得的颗粒的大小(球状颗粒的情况下为直径)，没有特别的限定，例如，只要是经过前处理工序S2中的干燥处理、还原处理工序S3中的干燥处理(干燥工序S31)、预热处理(预热工序S32)，再进行还原处理(还原工序S33)的情况，即可将颗粒的大小制成10mm～30mm左右。另外，对于还原处理工序S3等，详见后述。

(向容器填充混合物)

另一方面，在将混合物填充到容器等内进行成型的情况下，通过一边用挤出机等对含有镍氧化物矿石和碳质还原剂的混合物进行混炼一边向规定的容器等中填充，能够制成混合物填充容器。获得的混合物填充容器，可以原封不动地供给至下一工序的还原处理工序S3，但更优选借助压力等将收纳于容器等的混合物压实后，再供给至还原处理工序S3。尤其是，通过将收纳于容器等的混合物压实并成型，再将成型后的混合物送入下一工序的还原处理工序S3，从而能够降低混合物之间产生的空隙而提高密度，进而密度的均匀化能使得还原反应更易均匀地进行。因此，能够制作品质偏差更小的镍铁合金。

作为混合物填充容器的形状，没有特别的限定，优选为例如长方体、立方体、圆柱等形状。另外，关于其大小，没有特别的限定，例如，如果为长方体、立方体的形状，那么优选纵、横、高度的内部尺寸分别大致为500mm以下。通过使其成为这样的形状、大小，能够使混炼的品质偏差小且生产性高。

(2)混合物的干燥处理

对含有镍氧化物矿石和碳质还原剂的混合物，可以至少在混合物成型之前或之后，进行干燥处理。在此，含有镍氧化物矿石和碳质还原剂的混合物中有时含有大量水分，如果将这样的混合物迅速升温至还原温度，水分一下子汽化并膨胀，有时混合物就会被破坏。另外，很多情况下混合物还会因水分而变成黏糊糊的状态。

因此，通过对混合物实施干燥处理，例如使块状物的固体成分为70质量％左右，水分为30质量％左右，从而能够在下一工序的还原处理工序S3中防止混合物崩溃，并由此能够防止混合物难以从还原炉取出的情况。另外，由于通过对混合物实施干燥处理，能消除表面黏糊糊的状态，因此能够使向还原炉装入之前的处理变得容易。

具体而言，作为对混合物的干燥处理，没有特别的限定，例如以对混合物喷吹200℃～400℃的热风的方式使其干燥。此外，从不易破坏颗粒的观点出发，干燥处理时混合物的温度优选维持在小于100℃。

干燥处理，包含后述还原处理工序S3中的干燥处理(干燥工序S31)，既可以仅进行一次，又可以进行多次。需要说明的是，在仅进行一次干燥处理的情况下，如后所述地，通过在还原处理工序S3中进行干燥工序S31，能够进一步提高能源效率。

下述表2表示干燥处理后颗粒中的固体成分中的组成(重量份)的一个例子。需要说明的是，作为颗粒的组成，不限定于此。

表2

<3.还原处理工序>

还原处理工序S3中，将经过投入还原前的处理工序S2成型的混合物装入还原炉，在规定的还原温度下进行还原加热。如此地，通过对混合物进行加热处理，从而进行冶炼反应(还原反应)，生成金属与矿渣的混存物。

图3是表示在还原处理工序S3中实施的处理工序的工序图。如图3所示，还原处理工序S3具有以下工序：干燥混合物的干燥工序S31；预热干燥后的混合物的预热工序S32；加热混合物而将其还原的还原工序S33；冷却所获得的还原产物的冷却工序S35。另外，也可以具有将经过还原工序S33所获得的还原产物保持在规定温度范围的温度保持工序S34。

在此，使用还原炉等来进行还原处理工序S3中的还原加热处理。作为使用于还原加热处理的还原炉，没有特别的限定，优选使用移动炉床炉。借助使用移动炉床炉来作为还原炉，能够在炉外将混合物载置于炉床后，再装入移动炉床炉，因此能够更有效地运用还原炉。另外，借助使用移动炉床炉，能够连续进行还原反应，由一个设备完成反应，比起分别使用不同的炉来进行各工序中的处理而言，能够准确地进行处理温度的控制。此外，借助使用移动炉床炉在一个设备中进行各处理，能够降低热量损失并且准确地控制炉内环境，因此能够更有效地进行反应。因此，能够更有效地获得镍品位高的铁-镍合金。

作为移动炉床炉，没有特别的限定，能够使用旋转炉床炉、辊道窑等。其中，作为使用旋转炉床炉的例子，例如，能够举出如图4所示的还原炉2，其具有是圆形状且被划分为多个处理室23～26的旋转炉床炉(旋转炉膛炉)20。旋转炉床炉20具有在平面上旋转移动的炉床，通过使载置有混合物的炉床在规定的方向上旋转移动，从而在各区域内进行各自的处理。此时，借由控制通过各区域的时间(移动时间、旋转时间)，能够调节在各个区域内的处理温度，每当旋转炉床旋转一圈，混合物10就被实施冶炼处理。

此旋转炉床炉20中，例如将全部的处理室23～26作为还原室，对于从干燥室21依次供给的混合物10，可以在处理室23～26中进行还原处理。另一方面，也可以将处理室23作为预热室，将处理室24作为还原室，将处理室25作为温度保持室，将处理室26作为冷却室，对从干燥室21依次供给的混合物10，在处理室23进行预热，在处理室24进行还原处理，在处理室25保持温度后，在处理室26冷却，并在外部冷却室27被进一步实施冷却处理。如此地，在使处理室23～26之间的温度不同的情况下，为了严格控制反应温度来抑制能源损失，优选处理室23～26为由可动式的分隔壁隔开的构成。需要说明的是，图4中旋转炉床炉20上的箭头，表示炉床的旋转方向，同时也表示处理物(混合物)的移动方向。

由于使用旋转炉床炉20在一个还原炉内进行这些处理，能够使该还原炉内的温度维持在高温，因此每次在进行各自工序中的处理时，无需调高或调低温度等，能够降低能源成本。因此，能够以高生产性，连续且安定地制造品质良好的镍铁合金。

此外，尤其是将混合物装入还原炉的情况下，也可以预先向该还原炉的炉床铺满碳质还原剂(以下，称为“炉床碳质还原剂”)，再在该铺满了炉床碳质还原剂的上面载置混合物。另外，将填充了混合物的容器载置于炉床碳质还原剂上之后，还能够使用碳质还原剂使其成为遮蔽状态。如此地，通过将混合物装入炉床上铺满了碳质还原剂的还原炉，或者，在用碳质还原剂包围装入的混合物而进一步将其遮蔽的状态下，实施还原加热处理，能够在抑制混合物的崩溃的同时，更快速地进行冶炼反应。另外，尤其是通过铺满炉床碳质还原剂，使得即使还原反应在处理室23～26中进行而生成镍金属和矿渣，也能抑制与炉床的反应，因此能够减少矿渣渗入或粘附于炉床的情况。

(1)干燥工序

干燥工序S31中，对混合原料粉末而获得的混合物实施干燥处理。此干燥工序S31的主要目的是使混合物中的水分和结晶水散失。

由于在混合处理工序S1中获得的混合物中包含大量的水分等，如果在还原处理时在这样的状态下迅速加热到还原温度这种高温，那么水分便一下子汽化，膨胀，导致成型的混合物开裂，在有些情况下会破裂成粉末，由此导致还原处理难以均匀地进行。因此，在进行还原处理前，通过对混合物实施干燥处理来除去水分，能降低这样的混合物的破坏，基于此能够促进还原处理更均匀地进行。

干燥工序S31中的干燥处理，优选以连接于还原炉的方式来进行。另一方面，还可以考虑在还原炉内设置实施干燥处理的区域(干燥区域)来实施干燥处理，不过在这种情况下，由于干燥区域的干燥处理成为控速因素，因此存在使还原工序S33中的处理效率、温度保持工序S34中的处理的效率下降的可能性。

因此，对于干燥工序S31中的干燥处理，优选在设置于进行还原反应的炉的外面并且在直接或间接地连接于该炉的干燥室内进行。例如，图4的还原炉2中，通过在旋转炉床炉20的炉外设置干燥室21，能够与后述的预热、还原、冷却这些工序完全区别开地设计干燥室，能够如期地容易地分别实施干燥处理、预热处理、还原处理、冷却处理。例如，在依存于原料的混合物中大量残存水分的情况下，由于干燥处理很花费时间，因此可将干燥室21的总长设计得长一些，或者将干燥室21内部的混合物10的搬送速度设计得慢一些即可。

关于干燥工序S31中的干燥处理方法，没有特别的限定，可通过在干燥室21内对移送来的混合物10吹热风来进行。另外，对于干燥室21的干燥温度，也没有特别的限定，从不使还原反应被引发的观点出发，优选设为500℃以下，更优选在500℃以下的温度下均匀地干燥全部的混合物10。

(2)预热工序

预热工序S32中，对通过干燥工序S31中的干燥处理而除去水分后的混合物进行预热(预加热)。此预热工序S32的主要目的是在还原时使温度平稳地上升至还原温度。

在将混合物从进行还原反应的炉外部装入内部时，由于混合物迅速升温至还原温度，有时混合物会热应力而开裂或变成粉状。另外，由于混合物的温度不能均匀地上升，有时还原反应会产生偏差，生成的金属品质会有偏差。因此，在对混合物进行干燥工序S31后，优选预热至规定的温度，由此能够抑制混合物的破坏和还原反应的偏差。

预热工序S32中的预热处理，既可以在旋转炉床炉中设置的预热室中进行，又可以在设置于旋转炉床炉外侧的、以自干燥室经过预热室直至旋转炉床炉连续的方式设置的预热室中进行。例如，如图4所示的还原炉2中，由于以在旋转炉床炉20中自干燥室21连续设置的处理室23作为预热室，能够使旋转炉床炉20内部的温度保持高温，因此在还原工序S33中，能够大幅减少对供给混合物10后的旋转炉床炉20进行再加热所需要的能源。

作为预热工序S32中的预热温度，没有特别的限定，优选为600℃以上，更优选为700℃以上。另一方面，预热工序S32中预热温度的上限也可以是1280℃。尤其是，通过在高预热温度下进行处理，能够大幅减少在还原工序S33中再加热到还原温度时所需要的能源。

(3)还原工序

还原工序S33中，对通过预热工序S32预热后的混合物，以规定的还原温度实施还原处理。此还原工序S33的主要目的是还原在预热工序S32中预热后的混合物。

在使用还原炉的还原处理中，尽可能完全还原包含于镍氧化物矿石中的金属氧化物即氧化镍，另一方面，仅部分还原与镍氧化物一起作为原料粉末混合的来自铁矿石等的氧化铁，优选设法获得目的镍品位的镍铁合金。

作为还原工序S33中的还原温度，没有特别的限定，优选为1200℃以上且1450℃以下的范围。在此，还原工序S33中还原温度的下限优选为1200℃，更优选为1300℃。另外，还原工序S33中还原温度的上限优选为1450℃，更优选为1400℃。由于通过在这样的温度范围内进行还原，易于均匀地进行还原反应，因此能够生成抑制了品质偏差的金属(镍铁合金)。另外，通过在此温度范围内进行还原，能够在相对短时间内进入所期望的还原反应。

根据还原炉的温度来设定还原工序S33中进行还原加热处理的时间，优选为10分钟以上，更优选为15分钟以上。另一方面，在还原工序S33中进行还原加热处理时间的上限，从抑制制造成本上升的观点出发，可以为50分钟以下，也可以为40分钟以下。

还原工序S33中的还原加热处理，例如在1分钟左右的短时间内，首先在易于进行还原反应的混合物表面附近，氧化镍和氧化铁被还原并金属化，变成铁-镍合金(镍铁合金)，形成外壳(shell)(以下，称为“壳”)。另一方面，在壳中，伴随着该壳的形成，在混合物中的矿渣成分逐渐熔融并生成液相的矿渣。由此，在一个混合物中，分开生成由镍铁合金等合金、金属构成的金属(以下，简称为“金属”)和由氧化物构成的矿渣(以下，简称为“矿渣”)。

然后，当还原工序S33中的还原加热处理的处理时间经过10分钟左右后，不参与还原反应的剩余碳质还原剂的碳成分被卷入铁-镍合金中而使熔点降低。其结果是，含有碳的铁-镍合金溶解而变成液相。

如上所述地，由还原加热处理形成的矿渣，熔融变成液相，但是已经分离式生成的金属与矿渣不会再混杂在一起，通过此后的冷却将成为金属固相与矿渣固相作为单独的相而混存的混存物。此混存物的体积与装入的混合物相比较，收缩至50％～60％左右的体积。

还原工序S33中的还原处理，如上所述地，使用还原炉等来进行。例如，在图4的还原炉2的处理室24进行还原工序S33的情况下，优选在作为预热室的处理室23预热混合物后，通过炉床的旋转使其移动到处理室24。

(4)温度保持工序

可以对经过还原工序S33获得的还原产物，进行在旋转炉床炉内保持在规定温度条件下的温度保持工序S34。具体而言，此温度保持工序S34，通过将还原产物保持在与还原工序S33中的还原温度相同的温度，使该还原产物中的金属成分进一步沉降并集中，从而使金属粗大化。由此，能够使金属易于回收。

进行还原处理而获得的状态下还原产物中的金属成分小的情况下，例如在获得200μm以下左右的块状金属的情况下，在其后的分离工序S4中分离金属和矿渣将很困难。此时，根据需要，能够通过将还原产物保持在高温下，以使还原产物中相对矿渣的比重更大的金属沉降、凝集，从而使金属粗大化。

温度保持工序S34中还原产物的保持温度，能够根据还原工序S33中的还原温度来适宜设定，优选在1300℃以上且1500℃以下的范围内。能够通过使还原产物保持在此温度范围内的高温下，使还原产物中的金属成分有效沉降，从而获得粗大金属。在此，如果保持温度不足1300℃，那么由于还原产物的大多部分变成固相，因此金属成分不沉降，或者即使在沉降的情况下要得到粗大金属也很耗时。另外，如果保持温度超过1500℃，那么所获得的还原产物与炉床、炉床碳质还原剂将发生反应而无法回收还原产物，而且，有时还会使炉受到损伤。

根据还原炉的温度来设定温度保持工序S34中保持温度的时间，优选为10分钟以上，更优选为15分钟以上。另一方面，温度保持工序S34中保持温度的时间的上限，从抑制制造成本上升的观点出发，既可以是50分钟以下，又可以是40分钟以下。

温度保持工序S34的处理，优选在进行还原反应的炉中，接着还原工序S33连续地进行。例如，在图4的还原炉2的处理室25中进行温度保持工序S34的情况下，优选在处理室24中对混合物进行还原处理后，通过炉床的旋转移动至处理室25。

如此地，由于通过连续地进行还原工序S33和温度保持工序S34，使还原产物中的金属成分有效沉降，因此能够使获得的金属粗大化。另外，由此降低了各处理之间的热量损失，因此能够有效地进行作业。

需要说明的是，在通过还原工序S33中的还原处理金属粗大化到制造上没有问题的水平的情况下，就不需要特别地设置温度保持工序S34。

(5)冷却工序

冷却工序S35是将经过还原工序S33或根据需要通过温度保持工序S34保持温度后的还原产物，通过接下来的分离工序S4冷却到能够分离回收的温度的工序。

冷却工序S35中的还原产物的冷却，能够在位于进行还原反应的炉的内侧的处理室与连接于炉外侧的处理室中的至少任一者中进行。例如，图4的还原炉2中，通过将旋转炉床炉20的处理室26作为冷却室，且在炉外设置外部冷却室27，能使旋转炉床炉20内部的温降变小，因此能够降低还原炉2中的能源损失。另外，特别是由于热难以从旋转炉床炉20向外部冷却室27传递，因此能够更平稳地进行还原产物的冷却。

冷却工序S35中，将经过还原工序S33的还原产物转移至冷却室的温度(以下，称为“回收时温度”)，只要是实质上可将还原产物作为固体来处理的温度即可。尤其是，在使用旋转炉床炉进行了还原工序S33的情况下，优选使回收时的温度尽可能得高。此时，通过使回收时的温度尽可能得高，从而使直到转移至冷却室时的旋转炉床炉20的炉床的温降变小。因此，能够降低对旋转炉床和炉内的环境进行冷却和预热而产生的能源损失，能够进一步节约再加热所需要的能源。

在此，冷却工序S35中回收时的温度，优选为600℃以上。通过将回收时的温度设成这样的高温，使得再加热所需要的能源大幅降低，因此能够以更低的成本有效地进行冶炼处理。另外，旋转炉床炉20的炉床中的温度差减少，使得该炉床和炉壁等受到的热应力也减少，因此除了能够大大延长旋转炉床炉20的寿命之外，还能够大幅减少旋转炉床炉20作业中的不良情况。

本实施方式中，在理想地进行了还原处理工序S3中反应的情况下，进行了还原处理工序S3后的混合物，会成为金属与矿渣的混存物。此时，因形成了大块金属，所以能够降低从还原炉回收时的回收的工作量，并且，能够抑制金属回收率的降低。

<4.分离工序>

分离工序S4中，从还原处理工序S3生成的还原产物中，分离并回收金属(镍铁合金金属)。具体而言，从通过还原加热处理混合物而获得的包含金属相(金属固相)和矿渣相(矿渣固相)的混存物(还原产物)中，分离并回收金属相。

作为从以固体形态获得的金属相与矿渣相的混存物中分离金属相和矿渣相的方法，例如，在通过筛分除去不需要的物质的基础上，还能够利用通过比重来分离、通过磁力来分离等方法。另外，获得的金属相与矿渣相，由于浸润性差因此能够容易地分离，而对于上述的大的混存物，例如，能够通过设置规定的落差并使其落下或在筛分时施加规定的振动等冲击，从该混存物中容易地分离出金属相与矿渣相。

通过这样将金属相与矿渣相分离，能够回收金属相，制成镍铁合金制品。

【实施例】

以下，示出本发明的实施例并更具体地进行说明，但本发明不受以下实施例的任何限定。

[混合处理工序]

对于实施例1～12、比较例1～4的各试样，一边添加适量的水，一边用混合机将作为原料矿石的镍氧化物矿石和铁矿石、作为助焊剂成分的硅砂和石灰石、粘合剂以及碳质还原剂(煤粉)混合。

其中，作为碳质还原剂，使用由粒子(还原剂粒子)构成的并且最大长度为25μm以下的还原剂粒子相对于还原剂粒子的总数的比例和最大长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度的值为表4所记载的数值的还原剂。另外，在将作为原料矿石的镍氧化物矿石中包含的氧化镍和氧化铁(Fe₂O₃)恰巧被还原所需要的量定为100质量％时，碳质还原剂的含量为31质量％。

需要说明的是，记载于表4的平均最大粒子长度是由使用金相显微镜从最大长度超过25μm的粒子中随机选择并测定的300个还原剂粒子的最大粒子长度的平均值而求出的。

另外，使用混合机混合原料后，使用双轴混炼机混炼原料，获得了混合物。

[前处理工序]

对由混合处理获得的混合物，使用盘型造粒机成型为φ18±1.2mm的球状颗粒并进行块状化后，以固体成分为70重量％左右，水分为30重量％左右的方式，吹200℃～250℃热风来实施干燥处理。下述表3示出干燥处理后混合物(颗粒)的固体成分的组成(除碳以外)。

表3

[还原处理工序]

将进行前处理后的颗粒，分别装入处于实质上不含氧的氮环境且具有旋转炉床炉的还原炉中。作为还原炉，使用如图4所示的具有旋转炉床炉20的还原炉，该旋转炉床炉20具有将炉床旋转移动的区域分割成四份的四个处理室23～26。此还原炉2中，干燥室21与旋转炉床炉20的处理室23连接，另外，外部冷却室27与旋转炉床炉20的处理室26连接。

另外，将颗粒装入连接于旋转炉床炉20炉外的干燥室21并实施干燥处理后，转移至与干燥室21接连并设置于旋转炉床炉20中的作为预热室的处理室23，使预热室内的温度保持在700℃以上且1280℃以下的范围，对颗粒进行预热处理。

接着，将预热处理后的颗粒转移至旋转炉床炉20中的处理室24，以表4所示的温度和时间进行还原处理。

经过还原处理获得的颗粒的还原产物，依次转移至维持在与表4所示的还原温度相同的温度下的温度保持室即处理室25，和作为冷却室的处理室26，接着，转移至与旋转炉床炉20连接的外部冷却室27，在氮流动的同时迅速冷却至室温并取出到大气中。此外，从旋转炉床炉20回收还原产物是在将还原产物转移到外部冷却室27时进行，沿着设置于外部冷却室27的导向器来回收还原产物。

另外，对于还原加热处理后的各试样，由ICP发光分光分析器(岛津(SHIMAZU)S-8100型)分析并算出镍金属化率、金属中的镍含有率。

由下式算出镍金属化率、金属中的镍含有率。

镍金属化率＝

颗粒中金属化的镍量÷(颗粒中全部的镍量)×100(％)

金属中的镍含有率＝

颗粒中金属化的镍量÷(颗粒中金属化的镍和铁的总量)×100(％)

下述表4示出由实施例1～12、比较例1～4各试样获得的金属的镍金属化率、金属中的镍含有率。

表4

如表4的结果所示，可知作为碳质还原剂，通过使用由粒子(还原剂粒子)构成的、相对于碳质还原剂的还原剂粒子的总数最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量为2％以上且25％以下、且最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为30μm以上且80μm以下的还原剂，使得镍金属化率高达98.3％以上，金属中的镍含量也高达18.2％以上，能够制造高品位的镍铁合金(实施例1～实施例12)。尤其是，可知在最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为60μm以下的实施例1～8、10、11中，镍金属化率高达98.5％以上，能够制造更高品位的镍铁合金。

如此地，作为能够制造高品位镍铁合金的理由，认为是由于通过含有微小的碳质还原剂，能抑制混合物中的凝集和偏集，因此镍氧化物矿石与碳质还原剂的接触面积、混合物的均匀性提高，由此能均匀且有效地进行精炼处理。

相对于此，如比较例1～比较例2的结果所示，在将最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量定为不足2％(比较例1)或超过25％的情况(比较例2)下，镍金属化率最高为90.6％，金属中镍含量最高为15.3％，与实施例相比数值较低。

另外，如比较例3～比较例4的结果所示，最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度不足30μm的情况(比较例3)或超过80μm的情况(比较例4)下，镍金属化率就算高也不过是80.8％，金属中镍含量就算高也不过是14.8％，与实施例相比数值较低。

附图标记说明

1 还原剂粒子

10 混合物

2 还原炉

20 旋转炉床炉

21 干燥室

23～26 处理室

27 外部冷却室。

Claims (5)

1.一种氧化物矿石的冶炼方法，其是将氧化物矿石与碳质还原剂混合，将获得的混合物进行成型而得到成型体或混合物填充容器，并对所述成型体或所述混合物填充容器进行加热来进行还原处理，从而获得作为还原产物的金属和矿渣的冶炼方法，其中，

作为所述碳质还原剂使用由粒子构成的还原剂，所述粒子是还原剂粒子，

相对于该碳质还原剂所包含的还原剂粒子的总数，所述碳质还原剂所包含的最大粒子长度为25μm以下的还原剂粒子的数量比例为2％以上且25％以下，

由下式(1)求出的、最大粒子长度超过25μm的还原剂粒子的平均最大粒子长度为30μm以上且80μm以下，

平均最大粒子长度＝300个还原剂粒子的最大粒子长度的总和/300···(1)。

2.如权利要求1所述的氧化物矿石的冶炼方法，其中，

所述还原处理中的还原温度为1200℃以上且1450℃以下。

3.如权利要求1或2所述的氧化物矿石的冶炼方法，其中，

所述氧化物矿石为镍氧化物矿石。

4.如权利要求1或2所述的氧化物矿石的冶炼方法，其中，

所述金属为镍铁合金。

5.如权利要求3所述的氧化物矿石的冶炼方法，其中，

所述金属为镍铁合金。

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