JP2004156140A - Processes for preparing ferronickel and ferronickel smelting material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フェロニッケルの製造方法に関し、特に低品位の酸化ニッケル鉱石から高効率でフェロニッケルまたはフェロニッケル精錬原料を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing ferronickel, and particularly to a method for producing ferronickel or a ferronickel refining raw material with high efficiency from low-grade nickel oxide ore.
現在わが国で行われている酸化ニッケル鉱石からフェロニッケルを製造する方法は、電気炉法およびクルップレン(Krupp−Ren)法である。電気炉法には完全還元法と選択還元法とがある。 The current methods of producing ferronickel from nickel oxide ore in Japan are the electric furnace method and the Krupp-Ren method. The electric furnace method includes a complete reduction method and a selective reduction method.
完全還元法は、酸化ニッケル鉱石に石炭を添加混合してロータリーキルンで仮焼のみ行い、これを電気炉で溶解し還元してフェロニッケルを得る方法である。 The complete reduction method is a method in which coal is added to a nickel oxide ore, only calcined in a rotary kiln, and this is melted and reduced in an electric furnace to obtain ferronickel.
選択還元法は、酸化ニッケル鉱石に石炭を添加混合してロータリーキルンで予備還元を行い、これを電気炉で溶解して残りの還元を完結させることによりフェロニッケルを得る方法である。 The selective reduction method is a method in which coal is added to a nickel oxide ore, preliminarily reduced in a rotary kiln, melted in an electric furnace, and the remaining reduction is completed to obtain ferronickel.
クルップレン法は、酸化ニッケル鉱石に無煙炭を添加し加圧成形して団鉱とし、これをロータリーキルン内で加熱し還元して半溶融のルッペ(メタル)とスラグとし、この半溶融物を水砕して磁選、浮選などによりルッペを分離回収してフェロニッケルを得る方法である(以上、非特許文献1参照)。 In the Kruppen method, anthracite is added to nickel oxide ore and pressed to form briquettes, which are heated and reduced in a rotary kiln to form semi-molten ruppe (metal) and slag. In this method, ruppe is separated and collected by magnetic separation, flotation or the like to obtain ferronickel (see Non-Patent Document 1).
以上の方法はいずれもロータリーキルンを用いるものであり、以下のようなロータリーキルン特有の多くの問題点を有する。すなわち、ロータリーキルンは転動により原料を移動させるという基本原理に基づくためダスト発生量が多く、キルン内にダムリングが生起しやすい問題がある。また、ダムリング防止のために原料のスラグ成分を制約する手段が提案されているが、原料の選択の幅が狭くなる問題がある(例えば、特許文献1参照)。また、原料の滞留時間にバラツキが生じるため過剰な長さを必要とし、設備の設置面積が大きい、キルンの表面積が大きくなり熱放散量が多いため燃料消費量が高い等の問題もある(例えば、特許文献2参照)。 All of the above methods use a rotary kiln and have many problems unique to rotary kilns as follows. That is, since the rotary kiln is based on the basic principle of moving the raw material by rolling, a large amount of dust is generated, and there is a problem that a dam ring easily occurs in the kiln. Means for restricting the slag component of the raw material to prevent dam ring has been proposed, but there is a problem that the range of selection of the raw material is narrowed (for example, see Patent Document 1). In addition, there is a problem in that the residence time of the raw material varies, so that an excessive length is required, the installation area of the equipment is large, the surface area of the kiln is large, and the amount of heat dissipation is large, so that the fuel consumption is high (for example, , Patent Document 2).
さらに、上記の方法では、酸化ニッケル鉱中の酸化ニッケルおよび酸化鉄は同じように還元されて金属化し、Ni成分のみを優先的に金属化するようなことはできず、低Ni含有鉱石からはNi含有量の高いフェロニッケルを製造できない問題がある。 Further, in the above method, nickel oxide and iron oxide in nickel oxide ore are similarly reduced and metallized, and it is not possible to preferentially metallize only the Ni component. There is a problem that ferronickel with a high Ni content cannot be produced.
この、低Ni含有鉱石からはNi含有量の高いフェロニッケルを製造できない問題に対しては、以下の開示がなされている。 The following disclosure has been made on the problem that ferronickel with a high Ni content cannot be produced from a low Ni-containing ore.
一つは、クルップレン法と同様の方法であって、酸化ニッケル鉱石を予備処理したのち焼成炉中で半溶融還元処理し、その後、金属Fe,Niを回収してフェロニッケルを製造する方法において、焼成炉での半溶融還元処理の際に、まずFe、Niをともに強還元性雰囲気の下で還元し、引き続きFeのみを酸化性雰囲気の下で再酸化させることにより、ルッペ中のNi分を相対的に増大させて高Ni含有フェロニッケルを製造する方法である(特許文献3参照)。 One is a method similar to the Kruppen method, in which a nickel oxide ore is pre-treated, then subjected to a semi-molten reduction treatment in a firing furnace, and thereafter, metal Fe and Ni are recovered to produce ferronickel. At the time of the smelting reduction treatment in a firing furnace, first, both Fe and Ni are reduced under a strongly reducing atmosphere, and then only Fe is reoxidized under an oxidizing atmosphere, thereby reducing the Ni content in the ruppe. This is a method of producing ferronickel with a high content of Ni by relatively increasing it (see Patent Document 3).
他の一つは、同じくクルップレン法と同様の方法であって、酸化ニッケル鉱石を予備処理したのち焼成炉中で半溶融還元処理し、その後、金属Fe,Niを回収してフェロニッケルを製造する方法において、焼成炉での半溶融還元処理の際に、所定のNiおよびFeの還元率(金属化率)を得るのに必要な量の外装炭材を幾つかに区分して断続的に、もしくは連続的に添加することにより、ルッペ中のNi分を相対的に増大させて高Ni含有フェロニッケルを製造する方法である(特許文献4参照)。
しかしながら、上記特許文献3および4に開示された発明を実用化すべく焼成炉としてロータリーキルンを用いることは、ロータリーキルンの構造上実現困難である。すなわち、常時回転しているキルンの側壁から炉内へガスや固体を装入する必要があるが、キルンの構造を複雑にし、操業トラブルが発生しやすくまた設備コストも上昇するためである。
However, it is difficult to use a rotary kiln as a firing furnace in order to put the inventions disclosed in
また、仮に上記特許文献3および4に開示された発明にロータリーキルンを採用できたとしても、ダスト発生量が多い、キルン内にダムリングが生起しやすい、設備の設置面積が大きい、壁面からの熱放散量が多く燃料消費量が高い等ロータリーキルン固有の問題点も残されたままである。
Also, even if a rotary kiln can be adopted in the inventions disclosed in
そこで、本発明の目的は、低品位の酸化ニッケル鉱石(酸化ニッケル含有原料)を用いても、Ni含有量の高いフェロニッケルが安定して高効率でかつ安価に製造できるフェロニッケルの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing ferronickel in which ferronickel having a high Ni content can be stably produced with high efficiency and at low cost even when using low-grade nickel oxide ore (nickel oxide-containing raw material). The purpose is to provide.
請求項1の発明は、酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元して還元混合物を得る還元工程と、この還元混合物を溶解炉で溶解してフェロニッケルを得る溶解工程と、を備えたことを特徴とするフェロニッケルの製造方法である。
The invention of
混合物の加熱還元に移動炉床炉を用いることにより、混合物が炉床上に静置されるためダスト発生量が大幅に減少する。またダストの炉壁への付着に起因すると考えられるダムリングの発生も防止される。したがって、ダムリングの発生防止のために原料のスラグ成分を調整する必要がなく原料選択の自由度が高い。さらに、移動炉床炉内における混合物の滞留時間を均一にすることができるため、ロータリーキルンのような過剰設備を必要とせず設備がコンパクトで設備の設置面積が小さく、かつ熱放散量も小さい。 By using a moving hearth furnace for heat reduction of the mixture, the amount of dust generation is greatly reduced because the mixture is left on the hearth. Also, the occurrence of dam ring, which is considered to be caused by the adhesion of dust to the furnace wall, is prevented. Therefore, it is not necessary to adjust the slag component of the raw material in order to prevent the occurrence of dam ring, and the degree of freedom of raw material selection is high. Furthermore, since the residence time of the mixture in the moving hearth furnace can be made uniform, the equipment is compact, the installation area of the equipment is small, and the amount of heat dissipated is small, without requiring an excessive equipment such as a rotary kiln.
請求項2の発明は、前記移動炉床炉内における前記混合物の滞留時間を、前記還元混合物中のNiの金属化率が40%以上で、かつFeの金属化率がNiの金属化率より15%以上低くなるように調整することを特徴とする請求項1に記載のフェロニッケルの製造方法である。
The invention according to
請求項3の発明は、前記Niの金属化率を85%以上とする請求項2に記載のフェロニッケルの製造方法である。
The invention according to
移動炉床炉内の混合物の滞留時間を調節して、還元混合物中のFeの金属化率をNiの金属化率より15%以上小さくすることにより、低Ni含有鉱石中の酸化ニッケルを優先的に金属化する一方、酸化鉄の金属化を抑制できるため、還元混合物を溶解炉で溶解することにより容易かつ効率的に高Ni含有フェロニッケルが得られる。また、還元混合物中のNiの金属化率を40%以上、好ましくは85%以上とすることにより、還元混合物中に残留する酸化ニッケルを溶解炉で還元するのに必要な還元所要熱が少なくなり、溶解炉におけるエネルギー消費量を低減できる。なお、NiおよびFeの金属化率の定義は以下の通りである。 By adjusting the residence time of the mixture in the moving hearth furnace so that the metallization ratio of Fe in the reduced mixture is at least 15% smaller than the metallization ratio of Ni, nickel oxide in the low Ni-containing ore is prioritized. In addition, since metallization of iron oxide can be suppressed while dissolving the reduced mixture in a melting furnace, ferronickel with high Ni content can be obtained easily and efficiently. Further, by setting the metallization ratio of Ni in the reduction mixture to 40% or more, preferably 85% or more, the heat required for reduction required for reducing the nickel oxide remaining in the reduction mixture in the melting furnace is reduced. In addition, the energy consumption in the melting furnace can be reduced. The definition of the metallization ratio of Ni and Fe is as follows.
Niの金属化率(%)=金属Ni(質量%)/全Ni(質量%)×100
Feの金属化率(%)=金属Fe(質量%)/全Fe(質量%)×100
Ni metallization ratio (%) = Metal Ni (% by mass) / Total Ni (% by mass) × 100
Metallization ratio of Fe (%) = Metal Fe (% by mass) / Total Fe (% by mass) x 100
請求項4の発明は、前記還元工程と前記溶解工程との間に、前記還元混合物を、前記移動床炉内またはこの移動炉床炉から排出し収納した別の容器内において、450〜1100℃の温度範囲まで冷却し、この温度範囲に17s以上保持する還元混合物保持工程を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のフェロニッケルの製造方法である。
The invention according to
還元混合物を450〜1100℃の温度範囲に所定時間保持することにより、還元混合物中において酸化ニッケルを金属鉄で還元して金属ニッケルと酸化鉄にする反応(NiO+Fe→Ni+FeO)を進行させて、Niの金属化率をさらに上昇させると同時にFeの金属化率を低下させることができるため、Niの優先還元をより進めることができる。 By maintaining the reduced mixture in a temperature range of 450 to 1100 ° C. for a predetermined time, a reaction (NiO + Fe → Ni + FeO) of reducing nickel oxide with metallic iron in the reduced mixture to form metallic nickel and iron oxide proceeds, and Since the metallization rate of Fe can be further increased and the metallization rate of Fe can be reduced at the same time, the preferential reduction of Ni can be further promoted.
請求項5の発明は、酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、移動炉床炉内で、この混合物を加熱し還元してNiの金属化率が40%以上で、かつFeの金属化率がNiの金属化率より15%以上低い還元混合物としたのち、引き続きこの還元混合物を加熱し溶融して還元溶融物を得る還元・溶融工程と、この還元溶融物を、前記移動炉床炉内において、またはこの移動炉床炉から排出した後に、冷却し固化させて還元固化物を得る固化工程と、この還元固化物を、メタルとスラグとに分離してフェロニッケルを得る分離工程と、を備えたことを特徴とするフェロニッケルの製造方法である。
The invention of
請求項6の発明は、前記Niの金属化率を85%以上とする請求項5に記載のフェロニッケルの製造方法である。
The invention according to
移動炉床炉のみで還元・溶融することにより低Ni含有鉱石からNi含有量の高いフェロニッケルが得られるため、溶解炉が不要となり、設備コストの大幅な削減やエネルギー消費量の大幅な低減となる。 By reducing and melting only in a moving hearth furnace, ferronickel with a high Ni content can be obtained from an ore with a low Ni content, thus eliminating the need for a melting furnace, greatly reducing equipment costs and energy consumption. Become.
請求項7の発明は、酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元してNiの金属化率が40%以上で、かつFeの金属化率がNiの金属化率より15%以上低いフェロニッケル精錬原料を得る還元工程と、を備えたことを特徴とするフェロニッケル精錬原料の製造方法である。
The invention of
請求項8の発明は、前記Niの金属化率を85%以上とする請求項7に記載のフェロニッケル精錬原料の製造方法である。
The invention according to
請求項1の発明と同様に、混合物の加熱還元に移動炉床炉を用いることにより、ダスト発生量が大幅に減少し、またダストの炉壁への付着に起因すると考えられるダムリングの発生も防止される。したがって、ダムリングの発生防止のために原料のスラグ成分を調整する必要がなく原料選択の自由度が高い。さらに、混合物の炉内滞留時間を均一にすることができるため、ロータリーキルンのような過剰設備を必要とせず設備がコンパクトで設備の設置面積が小さく、かつ熱放散量も小さい。また、請求項2の発明と同様に、移動炉床炉内の混合物の滞留時間を調節して、還元混合物中のFeの金属化率をNiの金属化率より15%以上小さくすることにより、低Ni含有鉱石中の酸化ニッケルを優先的に金属化する一方、酸化鉄の金属化を抑制できるため、容易かつ効率的にNi含有量の高い製品フェロニッケルを製造できるフェロニッケル精錬原料が得られる。また、フェロニッケル精錬原料中のNiの金属化率を85%以上とすることにより、後工程の溶解炉での酸化ニッケルの還元所要熱を少なくでき、エネルギー消費量を低減できる。
As in the first aspect of the present invention, the use of a moving hearth furnace for the heat reduction of the mixture significantly reduces the amount of dust generated, and also reduces the generation of dam rings which are considered to be caused by the adhesion of dust to the furnace wall. Is prevented. Therefore, it is not necessary to adjust the slag component of the raw material in order to prevent the occurrence of dam ring, and the degree of freedom of raw material selection is high. Further, since the residence time of the mixture in the furnace can be made uniform, the equipment is compact, the installation area of the equipment is small, and the amount of heat dissipation is small without requiring an excessive equipment such as a rotary kiln. Further, similarly to the invention of
以上より、本発明によれば、低品位の酸化ニッケル含有原料を用いても、Ni含有量の高いフェロニッケルが安定して高効率でかつ安価に製造できるフェロニッケルの製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing ferronickel in which ferronickel having a high Ni content can be stably produced with high efficiency and at low cost even when a low-grade nickel oxide-containing raw material is used. it can.
以下に本発明の実施の形態について図を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔実施の形態1〕
図1に、本発明の一実施形態に係るフェロニッケルの製造工程を示す。ここに、符号1は酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料(以下、単に「原料」ともいう。)、符号2は炭素質還元材、符号3は造粒機、符号4は塊成物(混合物)、符号5は移動炉床炉、符号6は還元塊成物(還元混合物)、符号7は溶解炉、符号8はメタル(フェロニッケル)、符号9はスラグを示す。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a process for producing ferronickel according to one embodiment of the present invention. Here,
酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料1としては、酸化ニッケル鉱石のほかフェロニッケル製造工場で発生するキルンダストなどのフェロニッケルやニッケル製造工程の残渣も使用できる。酸化ニッケル鉱石としては従来用いられているガーニエライトのほか、Ni含有ラテライトやリモナイトなどの低Ni含有鉱石も使用できる。これらの鉱石や残渣を適宜混合して使用してもよい。ロータリーキルンを用いず移動炉床炉5を使用するため、ダムリングの発生がなく原料1のスラグ成分の制限がないので、自由な原料選択ができる。原料1中に水分を多く含む場合は、事前に乾燥しておくことが望ましい。乾燥の度合いは後工程の混合工程での混合手段(本実施の形態では造粒機3)を考慮して決めるとよい。炭素質還元材2としては固定炭素を含むものであればよく、石炭、コークス、木炭、廃トナー、バイオマスの炭化物などが利用できる。また、これらを適宜混合して用いてもよい。
As the
炭素質還元材2の塊成物(混合物)4中の配合率は、移動炉床炉5内で原料1中の酸化ニッケルおよび酸化鉄を還元するのに必要な炭素量と、溶解炉6で還元塊成物(還元混合物)6中の残留酸化ニッケルの還元等により消費される炭素量と、フェロニッケル中に残存する炭素量とから決定すればよい。
The mixing ratio of the carbonaceous reducing
[混合工程]:原料1と炭素質還元材2とを混合するには図示しない混合機を用いるとよい。混合物はそのまま移動炉床炉5に装入してもよいが、造粒機3で塊成化することが好ましい。塊成化することにより、移動炉床炉5や溶解炉7からのダスト発生量が減るとともに、移動炉床炉5内における塊成物(混合物)4内部の伝熱効率が向上して還元速度が上昇するからである。塊成物(混合物)4には造滓材などの副原料を添加してもよい。造粒機3としては、ブリケットプレスなどの圧縮成形機やディスク型ペレタイザーなどの転動造粒機のほか押出成形機を用いてもよい。造粒後の塊成物(混合物)4の水分が高い場合は移動炉床炉5に装入する前に乾燥してもよい。
[Mixing step]: It is preferable to use a mixer (not shown) to mix the
[還元工程]:造粒した塊成物(混合物)4は移動炉床炉5に装入し、雰囲気温度1000〜1400℃で加熱し還元する。移動炉床炉4としては回転炉床炉や直線炉、多段炉などが使用できる。これらの移動炉床炉は、被加熱物である塊成化物(混合物)4が炉床上に静置されるためダストなどの発生が少なく、また、いずれの炉もコンパクトであり、ロータリーキルンに比べて設備費、設置面積を節減できる。1000〜1400℃の温度域での塊成物(混合物)4の滞留時間は3〜20minの範囲で以下のNiの金属化率とFeの金属化率との関係を満足するように適宜調整すればよい。すなわち、移動炉床炉4内で、塊成物(混合物)4中のNiの金属化率を40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上とし、Feの金属化率はNiの金属化率より15%以上、好ましくは20%以上低い値に還元する。Feの金属化率は、原料1中のNi含有量、Fe含有量、および製品であるフェロニッケル8中の目標Ni含有量から決定する。例えばフェロニッケル8中のNi含有量を16%とするには、原料1に用いられる酸化ニッケル鉱石の種類(表1参照)によって図2に示すようなNiおよびFeの金属化率が必要になる。高品位鉱を除くと、標準鉱でNiの金属化率より15〜20%低いFeの金属化率が必要になる。また低品位鉱ではさらに低いFeの金属化率が必要になる。
[Reduction Step]: The granulated agglomerate (mixture) 4 is charged into a moving
また、原料1中のNi含有量とFe含有量とから、必要となるFeの金属化率を示すと図3のようになる。原料1中のNi含有量が低く、またFe含有量が高いほどFeの金属化率を低く抑える必要がある。なお、図3ではフェロニッケル8中のNi含有量は16%、還元塊成物(還元混合物)6中のNiの金属化率は90%とした。フェロニッケル8中のNi含有量を16%より高い例えば20%に上昇させるにはさらにFeの金属化率を低く維持する必要がある。
FIG. 3 shows the required Fe metallization rate based on the Ni content and the Fe content in the
なお、還元塊成物(還元混合物)6中のNiおよびFeの金属化率は、塊成物(混合物)4への炭素質還元材2の配合率の調整によっても可能であり、上記滞留時間の調整と併せて行うことにより、さらに原料1選択の自由度やフェロニッケル8のNi含有量を高めることが可能となる。
The metallization ratio of Ni and Fe in the reduced agglomerate (reduction mixture) 6 can also be adjusted by adjusting the mixing ratio of the carbonaceous reducing
移動炉床炉5内で還元された還元塊成物(還元混合物)6は、移動炉床炉5内に設けられた輻射式冷却板や冷媒吹き付け装置などにより通常1000℃程度に冷却してから排出装置で排出する。
The reduced agglomerate (reduced mixture) 6 reduced in the moving
[還元混合物保持工程]:還元塊成物(還元混合物)6の冷却期間中に未還元の酸化ニッケルが金属化したFeにより還元される、NiO+Fe→Ni+FeOの反応が進行してNiの金属化率が上昇すると同時にFeの金属化率が低下して、還元塊成物(還元混合物)6中のNiの優先還元がより助長される。この反応をより積極的に利用するため、移動炉床炉5内において、または移動炉床炉5から排出して図示しない別の容器内に収納して、還元塊成物(還元混合物)6を450〜1100℃の温度範囲まで冷却し、この温度範囲に17s以上保持することが好ましい。下限温度を450℃としたのは、450℃未満では上記の反応速度が小さくなりすぎて効果が少ないためであり、より好ましい下限温度は650℃である。一方、上限温度を1100℃としたのは、1100℃を超えると還元塊成物(還元混合物)6内に残留する酸化鉄と炭素質還元材との間で、FeO+CO→Fe+CO2およびCO2+C→2COの連鎖反応が活発化して却ってFeの金属化率が上昇してしまうためであり、より好ましい上限温度は1000℃である。また、上記温度範囲における保持時間の下限を17sとしたのは以下の理由による。すなわち、後述の実施例における還元実験(雰囲気温度:1300℃)の結果から得られた、還元時間とNi金属化率との関係(図6参照)を数式化すると、以下の式が得られた。
[Reduction mixture holding step]: During the cooling period of the reduction agglomerate (reduction mixture) 6, the unreduced nickel oxide is reduced by the metallized Fe, and the reaction of NiO + Fe → Ni + FeO proceeds, and the metallization rate of Ni is increased. Increases, and at the same time, the metallization ratio of Fe decreases, and the preferential reduction of Ni in the reduced agglomerate (reduction mixture) 6 is further promoted. In order to utilize this reaction more positively, the reduced agglomerate (reduced mixture) 6 is placed in the moving
MetNi=83.9×[1−exp(−t/46)]+15.3
ここに、MetNi:Ni金属化率(%)、t:還元時間(s)
MetNi = 83.9 × [1-exp (-t / 46)] + 15.3
Here, MetNi: Ni metallization ratio (%), t: Reduction time (s)
上式より、還元塊成物(還元混合物)6中の未還元の酸化ニッケル(NiO)のうち30%が金属Niに還元されるまでの時間は17sであるので、保持時間の下限は17sとした。なお、上記冷却後の上限温度(1100℃)がこの還元実験の雰囲気温度1300℃より少し低いことなどを考慮すれば保持時間の下限を17sよりやや長い20sに設定することがより好ましい。また上式より、還元塊成物(還元混合物)6中の未還元の酸化ニッケル(NiO)のうち50%が金属Niに還元されるまでの時間は32sであるので、さらに好ましい保持時間の下限は32sであり、特に好ましい保持時間の下限は40sである。なお、保持時間には、還元塊成物(還元混合物)6が上記温度範囲内に維持される限り、移動炉床炉5または前記別の容器から排出された後、溶解炉7に装入されるまでの移送中の時間を含んでもよい。
From the above equation, the time until 30% of the unreduced nickel oxide (NiO) in the reduced agglomerate (reduction mixture) 6 is reduced to metallic Ni is 17 s, so the lower limit of the retention time is 17 s. did. Considering that the upper limit temperature after cooling (1100 ° C.) is slightly lower than the atmospheric temperature of 1300 ° C. in this reduction experiment, it is more preferable to set the lower limit of the holding time to 20 s, which is slightly longer than 17 s. Further, from the above formula, the time required for 50% of the unreduced nickel oxide (NiO) in the reduced agglomerate (reduction mixture) 6 to be reduced to metallic Ni is 32 s. Is 32 s, and a particularly preferred lower limit of the retention time is 40 s. During the holding time, as long as the reduced agglomerate (reduced mixture) 6 is maintained within the above-mentioned temperature range, it is discharged from the moving
[溶解工程]:移動炉床炉5または前記別の容器から排出された還元塊成物(還元混合物)6は好ましくはそれ以上冷却せずに高温のまま溶解炉7に装入する。溶解炉7はシュートなどで移動炉床炉5または前記別の容器の排出部と直結してもよいし、コンベアなどの搬送機器を用いたり、一旦コンテナなどに貯えてから溶解炉7に装入してもよい。移動炉床炉5と溶解炉7とが近接していない場合や、溶解炉の運転を停止しているような場合には、還元塊成物(還元混合物)6は常温まで冷却して半製品(フェロニッケル精錬原料)として保管・輸送して用いてもよい。あるいは冷却せずに高温のまま熱間成形して表面積を小さくしてから冷却して耐再酸化性の良好な半製品(フェロニッケル精錬原料)とし、保管・輸送して用いることも好ましい。溶解炉7としては電気炉が使用できるが、この際、溶湯中の炭素量、電気炉の電圧や電極位置、および酸素や攪拌ガスの吹き込みは、ニッケル歩留を高く保ち、鉄の還元を抑えるように調整することが好ましい。石炭、重油、天然ガスなどの化石エネルギーを利用した溶解炉を使用してもよい。溶解炉7には必要に応じて造滓材などを装入し、1400〜1700℃の高温で還元塊成物(還元混合物)6を溶解し、メタル8とスラグ9に分離する。メタル8はフェロニッケル8として取り出し、必要に応じて二次精錬を行って製品フェロニッケルとする。スラグ9はコンクリート用骨材などに利用できる。
[Melting Step]: The reduced agglomerate (reduced mixture) 6 discharged from the moving
〔実施の形態2〕
図4に、本発明の別の実施形態に係るフェロニッケルの製造工程を示す。ここに、符号11は酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料(以下、単に「原料」ともいう。)、符号12は炭素質還元材、符号13は造粒機、符号14は塊成物(混合物)、符号15は移動炉床炉、符号16は還元固化物、符号17はスクリーン、符号18はメタル(フェロニッケル)、符号19はスラグを示す。
[Embodiment 2]
FIG. 4 shows a process for producing ferronickel according to another embodiment of the present invention. Here,
本実施の形態2において、原料11、炭素質還元材12、造粒機13および塊成物(混合物)14は、上記実施の形態1の原料1、炭素質還元材2、造粒機3および塊成物(混合物)4と同様であり、[混合工程]についても上記実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
In the second embodiment, the
[還元・溶融工程]:造粒した塊成物(混合物)14を移動炉床炉15に装入し、先ず雰囲気温度1000〜1400℃で加熱し還元する。1000〜1400℃の温度域での塊成物(混合物)14の滞留時間は、上記実施の形態1と同様の考え方により、3〜20minの範囲でNiの金属化率とFeの金属化率との関係が以下の関係を満足するように適宜調整すればよい。すなわち、上記温度域での、塊成物(混合物)14中のNiの金属化率を85%以上、好ましくは90%以上とし、Feの金属化率はNiの金属化率より15%以上、好ましくは20%以上低い値に還元して還元塊成物(還元混合物)とする。引き続き移動炉床炉15内でこの還元塊成物(還元混合物)を上記雰囲気温度より高い1100〜1500℃の雰囲気温度で加熱し溶融し、還元溶融物とする。1100〜1500℃の温度域での還元塊成物(還元混合物)の滞留時間は0.5〜10minの範囲で還元塊成物(還元混合物)が十分に溶融してメタルとスラグに分離するように適宜調整すればよい。なお、上記のように移動炉床炉15内で2段階に雰囲気温度を変化させることなく、最初から1100〜1500℃の雰囲気温度により1段階で加熱して還元と溶融とを同時に進行させてもよく、より短時間で還元溶融物を得ることができる。なお、メタルとスラグは両方とも溶融させてもよいし、どちらか一方のみ溶融させてもよい。例えば、メタルのみ溶融させてスラグから分離させてもよい。
[Reduction / Melting Step]: The granulated agglomerate (mixture) 14 is charged into a moving
[固化工程]:この還元溶融物を移動炉床炉15内において、または移動炉床炉15から排出した後に、1000℃程度に冷却し固化させて還元固化物16とする。移動炉床炉15内での冷却・固化手段としては上記実施の形態1で述べた輻射式冷却板や冷媒吹き付け装置などを用いることができる。また、移動炉床炉15から排出した後の冷却・固化手段としては、水砕などの手段を用いることができる。
[Solidification step]: The reduced molten material is discharged into the moving
[分離工程]:この還元固化物を、スクリーン17によりメタル(フェロニッケル)18とスラグ19に篩い分ける。分離されたスラグ19からは必要に応じてさらに磁選、浮選などの手段によりメタル分を回収することができる。分離されたメタル18は必要に応じて二次精錬を行って製品フェロニッケルとする。あるいはメタル18は半製品(フェロニッケル精錬原料)として、溶解炉での溶解原料として用いてもよい。半製品として用いる場合、上記実施の形態1の方法では半製品である還元塊成物中にはスラグ分が残存しているのに対し、本実施の形態2の方法によれば半製品であるメタル18からはすでにスラグ分が除去されているため、溶解炉でのスラグ分の溶解エネルギーが不要となり、溶解炉の消費エネルギーが大幅に減少する。また、スラグ分がない分半製品の重量が減少して保管や輸送コストが削減できるため、酸化ニッケル鉱石の産出場所で本発明を実施すれば好適である。また、保管や輸送の便利のため必要に応じて塊成化などを行ってもよい。
[Separation Step]: The reduced solidified product is sieved through a
本発明の移動炉床炉内における混合原料の還元状況を把握するため、実験室規模の小型加熱炉を用いて以下の還元実験を実施した。 In order to grasp the state of reduction of the mixed raw material in the moving hearth furnace of the present invention, the following reduction experiment was performed using a laboratory-scale small heating furnace.
酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料として表2に示す組成の原料と炭素質還元材としてコークス粉(固定炭素分:77.7質量%)を85.7:14.3の質量比で混合し、適量の水分を添加して小型ディスク型ペレタイザーで造粒して直径13mmのペレットを作製した。このペレットを乾燥後、小型加熱炉中にバッチ装入し、雰囲気温度一定の下で保持時間を種々変更して加熱還元を行い、還元後のペレットの組成を化学分析してNiおよびFeの金属化率を求めた。雰囲気は窒素雰囲気とし、雰囲気温度は1200℃および1300℃の2水準とした。 A raw material having the composition shown in Table 2 as a raw material containing nickel oxide and iron oxide, and coke powder (fixed carbon content: 77.7% by mass) as a carbonaceous reducing material were mixed at a mass ratio of 85.7: 14.3. Then, an appropriate amount of water was added, and the mixture was granulated with a small disc-type pelletizer to produce a pellet having a diameter of 13 mm. After drying the pellets, they were batch-loaded into a small heating furnace, and subjected to heat reduction by changing the holding time under a constant atmosphere temperature, and chemically analyzing the composition of the reduced pellets to determine the Ni and Fe metals. Conversion rate was determined. The atmosphere was a nitrogen atmosphere, and the atmosphere temperature was set at two levels of 1200 ° C. and 1300 ° C.
還元実験の結果から得られた、保持時間(滞留時間)とNiおよびFeの金属化率との関係を図5および図6に示す。図5は雰囲気温度1200℃、図6は雰囲気温度1300℃の場合をそれぞれ示すが、いずれの雰囲気温度でもNiの還元がFeの還元に優先して行われることがわかる。また、1200℃より1300℃の方が還元速度が大きいことがわかる。例えば図5より、1200℃の場合で保持時間(滞留時間)を2minとすると、Niの金属化率は90%程度に達するのに対してFeの金属化率は60%程度に抑制されるのがわかる。したがって、雰囲気温度などの加熱条件に応じて滞留時間を適宜調整することにより、Niの金属化率をできるだけ高めつつFeの金属化率をできるだけ低く抑えた半製品を得ることができることがわかる。実機の移動炉床炉内での混合原料の還元状況は炉の形状・規模の相違による昇温速度の相違や雰囲気のガス組成などの影響を受けるため、移動炉床炉内で実際に滞留時間を種々変更して還元混合物のNiおよびFeの金属化率を測定することにより、最適な滞留時間を決定することが望ましい。 The relationship between the retention time (residence time) and the metallization ratio of Ni and Fe obtained from the results of the reduction experiment is shown in FIGS. FIG. 5 shows the case where the ambient temperature is 1200 ° C., and FIG. 6 shows the case where the ambient temperature is 1300 ° C. It can be seen that the reduction of Ni is performed in preference to the reduction of Fe at any of the ambient temperatures. Also, it can be seen that the reduction rate is higher at 1300 ° C. than at 1200 ° C. For example, from FIG. 5, when the holding time (residence time) is 2 minutes at 1200 ° C., the metallization rate of Ni reaches about 90%, while the metallization rate of Fe is suppressed to about 60%. I understand. Therefore, it is understood that a semi-finished product in which the metallization ratio of Fe is suppressed as low as possible while the metallization ratio of Ni is increased as much as possible by appropriately adjusting the residence time according to the heating conditions such as the ambient temperature. The reduction status of the mixed raw material in the actual moving hearth furnace is affected by the difference in heating rate and the gas composition of the atmosphere due to the difference in the shape and scale of the furnace. It is desirable to determine the optimum residence time by measuring the metallization ratios of Ni and Fe in the reduced mixture with various modifications.
酸化ニッケル鉱石(質量%で、T.Ni:2.4%、T.Fe:14.7%、SiO2:35.5%、MgO:25.8%)を94質量部(乾量)と石炭(質量%で、FC:74.0%、VM:15.5%、Ash:10.5%)を6質量部(乾量)混合したものをブリケットプレスで体積5.5cm3のブリケットに塊成化した。このブリケットを回転炉床炉に装入し1100〜1300℃の雰囲気温度下で滞留時間を5minに調整して半製品(還元ブリケット)のFeの金属化率が約60%になるようにした。このとき回転炉床炉からはNi金属化率約98%の半製品(還元ブリケット)が88質量部得られた。この半製品(還元ブリケット)を1000℃の温度で電気炉に熱間装入して溶解精錬し、Ni:20〜21質量%の粗フェロニッケル11質量部と、FeO:約10質量%のスラグ80質量部を得た。電気炉でのNi1トン当たりの消費電力は13000kWhとなり、従来のロータリーキルンを予備還元炉として用いる電気炉法(選択還元法)で要していた約20000kWhから大幅に低減した。
Nickel oxide ore (in terms of mass%, T. Ni: 2.4%, T. Fe: 14.7%, SiO 2 : 35.5%, MgO: 25.8%) was 94 parts by mass (dry amount). A mixture of 6 parts by mass (dry amount) of coal (mass%, FC: 74.0%, VM: 15.5%, Ash: 10.5%) is converted into a 5.5 cm 3 briquette by a briquette press. Agglomerated. This briquette was charged into a rotary hearth furnace, and the residence time was adjusted to 5 minutes under an atmosphere temperature of 1100 to 1300 ° C. so that the metallization ratio of Fe in the semi-finished product (reduced briquette) was about 60%. At this time, 88 parts by mass of a semi-finished product (reduced briquette) having a Ni metallization ratio of about 98% was obtained from the rotary hearth furnace. This semi-finished product (reduced briquette) is hot-charged into an electric furnace at a temperature of 1000 ° C. to perform melting and refining. Ni: 20 to 21% by mass of
上記実施例2で使用したものと同じ原料および炭素質還元材を使用して、酸化ニッケル鉱石93質量部(乾量)に石炭7質量部(乾量)を混合したものに適量の水分を添加してディスク型ペレタイザーで造粒し、直径約18mmのペレットとした。このペレットをドライヤーで乾燥した後、回転炉床炉に装入し、まず1300〜1350℃の雰囲気温度下で加熱還元しNiがほぼ全量金属化し、Feが約60%金属化した時点で1350〜1450℃の雰囲気温度下でさらに加熱してペレットを溶融した。この溶融物を、引き続き回転炉床炉内に設置したチルプレート(輻射式冷却板)で冷却固化させたのち回転炉床炉から排出し、スクリーンによりメタル(粗フェロニッケル)とスラグとに篩い分けた。その結果、Ni:20質量%、Fe:74質量%、C:2質量%の粗フェロニッケル11質量部と、FeO:約10質量%のスラグ77質量部を得た。 Using the same raw material and carbonaceous reducing material as used in Example 2 above, an appropriate amount of water was added to a mixture of 93 parts by mass (dry amount) of nickel oxide ore and 7 parts by mass (dry amount) of coal. Then, the mixture was granulated with a disk-type pelletizer to obtain pellets having a diameter of about 18 mm. After drying the pellets with a drier, the pellets are charged into a rotary hearth furnace, and are first heat-reduced under an atmosphere temperature of 1300 to 1350 ° C. to metallize almost all of Ni and to about 1350% when Fe is metalized to about 60%. The pellet was melted by further heating at an atmosphere temperature of 1450 ° C. The molten material is cooled and solidified by a chill plate (radiant cooling plate) installed in a rotary hearth furnace, and then discharged from the rotary hearth furnace. Was. As a result, 11 mass parts of crude ferronickel of 20 mass% of Ni, 74 mass% of Fe and 2 mass% of C, and 77 mass parts of slag of about 10 mass% of FeO were obtained.
難還元性の酸化ニッケル鉱石(質量%で、T.Ni:2.1%、T.Fe:18.8%、SiO2:35.0%、MgO:19.5%)を96.5質量部(乾量)と石炭(質量%で、FC:72%、VM:18%、Ash:10%)を3.5質量部(乾量)混合したものをタブレット形成機で直径25mm、厚さ13mmのタブレットに成形した。このタブレットを回転炉床炉に装入し、1200℃の雰囲気温度下で滞留時間を種々変更して還元を行った。 (By mass%, T.Ni: 2.1%, T.Fe : 18.8%, SiO 2: 35.0%, MgO: 19.5%) nickel oxide ore irreducible 96.5 mass Parts (dry amount) and coal (in terms of mass%, FC: 72%, VM: 18%, Ash: 10%) were mixed by 3.5 parts by mass (dry amount) with a tablet forming machine to have a diameter of 25 mm and a thickness of 25%. Formed into 13 mm tablets. This tablet was charged into a rotary hearth furnace, and reduction was performed at an atmosphere temperature of 1200 ° C. with various residence times.
この還元実験の結果から得られた、滞留時間とNiおよびFeの金属化率との関係を図7に示す。図7より、この酸化ニッケル鉱石は難還元性であるためNiの金属化率は56%程度で頭打ちになるものの、Feに比べれば急速に金属化され、1200℃で6min以上加熱還元することにより、Feの金属化率をNiの金属化率より15%以上低くすることができることがわかる。 FIG. 7 shows the relationship between the residence time and the metallization rates of Ni and Fe obtained from the results of this reduction experiment. According to FIG. 7, although this nickel oxide ore is hardly reducible, the metallization ratio of Ni reaches a plateau at about 56%, but is more rapidly metallized than Fe and is reduced by heating at 1200 ° C. for 6 minutes or more. It can be seen that the metallization ratio of Fe can be made 15% or more lower than the metallization ratio of Ni.
上記実施例4で使用したものと同じ酸化ニッケル鉱石と石炭を用い、その配合割合を種々変更して上記実施例4と同じ直径25mm、厚さ13mmのタブレットに成形した。そして、このタブレットを回転炉床炉に装入して1200℃の雰囲気温度下で滞留時間12minにて加熱還元することにより、NiおよびFeの金属化率に及ぼす余剰炭素量の影響を調査した。ここに、余剰炭素量(%)=(還元前の混合物中の炭素の質量%)−(還元前の混合物中のFeおよびNiと結合している酸素の質量%)×12/16である。 The same nickel oxide ore and coal as those used in Example 4 were used, and the mixing ratio thereof was variously changed to form tablets having the same diameter of 25 mm and a thickness of 13 mm as in Example 4 above. Then, the tablet was charged in a rotary hearth furnace and reduced by heating at an atmosphere temperature of 1200 ° C. for a residence time of 12 minutes, thereby investigating the influence of the amount of excess carbon on the metallization ratio of Ni and Fe. Here, the surplus carbon amount (%) = (% by mass of carbon in the mixture before reduction) − (% by mass of oxygen combined with Fe and Ni in the mixture before reduction) × 12/16.
還元実験の結果から得られた、余剰炭素量とNiおよびFeの金属化率との関係を図8に示す。図8より、余剰炭素量によってNiおよびFeの金属化率を調節することができ、特にFeの金属化率を感度良く調整することができることがわかる。余剰炭素量は、好ましくは0%以下、より好ましくは−2%以下、さらに好ましくは−4%以下とすればよい。余剰炭素量が少ないほどFeの金属化率が低く抑えられるうえ、加熱還元により得られる還元塊成物の強度(例えば圧潰強度)が高くなり、取り扱いが容易になるとともに溶解時の歩留も高くなる。 FIG. 8 shows the relationship between the amount of excess carbon and the metallization ratio of Ni and Fe obtained from the results of the reduction experiment. FIG. 8 shows that the metallization ratio of Ni and Fe can be adjusted by the amount of excess carbon, and in particular, the metallization ratio of Fe can be adjusted with high sensitivity. The surplus carbon amount is preferably 0% or less, more preferably -2% or less, and still more preferably -4% or less. The smaller the amount of surplus carbon, the lower the metallization rate of Fe is, and the higher the strength (for example, crushing strength) of the reduced agglomerate obtained by heat reduction, the easier it is to handle, and the higher the yield during melting. Become.
上記実施例4および5で使用したものと同じ原料および炭素質還元材を使用して、酸化ニッケル鉱石90.5質量部と石炭9,5質量部とを混合し、上記実施例4および5と同じ直径25mm、厚さ13mmのタブレットに成形した。そして、このタブレットを回転炉床炉に装入し、1200℃、1250℃、1300℃の雰囲気温度下で、滞留時間15minにて加熱還元することにより、NiおよびFeの金属化率に及ぼす雰囲気温度の影響を調査した。 Using the same raw materials and carbonaceous reducing materials as those used in Examples 4 and 5, 90.5 parts by mass of nickel oxide ore and 9.5 parts by mass of coal were mixed. It was formed into a tablet having the same diameter of 25 mm and a thickness of 13 mm. Then, the tablet is charged into a rotary hearth furnace, and heated and reduced at an atmosphere temperature of 1200 ° C., 1250 ° C., and 1300 ° C. for a residence time of 15 minutes, thereby effecting the atmosphere temperature on the metallization ratio of Ni and Fe. The effect of was investigated.
還元実験の結果から得られた、雰囲気温度とNiおよびFeの金属化率との関係を図8に示す。図8より、雰囲気温度を高くすることによって、Niの金属化率はほとんど変化しないのに対し、Feの金属化率は上昇してNiの金属化率に近づき、両者の差が小さくなることがわかる。 FIG. 8 shows the relationship between the ambient temperature and the metallization rates of Ni and Fe obtained from the results of the reduction experiment. From FIG. 8, it can be seen that, by increasing the ambient temperature, the metallization ratio of Ni hardly changes, whereas the metallization ratio of Fe increases and approaches the metallization ratio of Ni, and the difference between the two decreases. Understand.
1300℃の雰囲気温度でFeの金属化率をNiの金属化率よりも15%以上低くするには、上記実施例4および5の結果より明らかなように、滞留時間を短くすることおよび/または石炭(炭素質還元材)の配合量を調整する(すなわち、余剰炭素量を調整する)ことで可能である。
In order to make the metallization ratio of
なお、上記実施例2〜6では塊成化に際しバインダーを用いなかったが、塊成物の強度が得られない場合には適当なバインダーを添加してもよい。 In Examples 2 to 6, no binder was used for agglomeration, but if the strength of the agglomerate was not obtained, an appropriate binder may be added.
1、11…酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料
2、12…炭素質還元材
3、13…造粒機
4、14…塊成物(混合物)
5、15…移動炉床炉
6…還元塊成物(還元混合物)
7…溶解炉
8、18…メタル(フェロニッケル)
9、19…スラグ
16…還元固化物
17…スクリーン
1, 11: Raw material containing nickel oxide and
5, 15: moving hearth furnace 6: reduced agglomerate (reduced mixture)
7 ... melting
9, 19 ...
Claims (8)
この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元して還元混合物を得る還元工程と、
この還元混合物を溶解炉で溶解してフェロニッケルを得る溶解工程と、
を備えたことを特徴とするフェロニッケルの製造方法。 A mixing step of mixing a raw material containing nickel oxide and iron oxide and a carbonaceous reducing material to form a mixture,
A reducing step of heating and reducing the mixture in a moving hearth furnace to obtain a reduced mixture;
A melting step of melting the reduced mixture in a melting furnace to obtain ferronickel,
A method for producing ferronickel, comprising:
移動炉床炉内で、この混合物を加熱し還元してNiの金属化率が40%以上で、かつFeの金属化率がNiの金属化率より15%以上低い還元混合物としたのち、引き続きこの還元混合物を加熱し溶融して還元溶融物を得る還元・溶融工程と、
この還元溶融物を、前記移動炉床炉内において、またはこの移動炉床炉から排出した後に、冷却し固化させて還元固化物を得る固化工程と、
この還元固化物を、メタルとスラグとに分離してフェロニッケルを得る分離工程と、
を備えたことを特徴とするフェロニッケルの製造方法。 A mixing step of mixing a raw material containing nickel oxide and iron oxide and a carbonaceous reducing material to form a mixture,
This mixture is heated and reduced in a moving hearth furnace to form a reduced mixture in which the metallization ratio of Ni is 40% or more and the metallization ratio of Fe is 15% or more lower than the metallization ratio of Ni. A reducing and melting step of heating and melting the reduced mixture to obtain a reduced molten material;
A solidifying step of cooling and solidifying the reduced melt in the moving hearth furnace or after discharging from the moving hearth furnace to obtain a reduced solidified material;
A separation step of separating the reduced solidified product into metal and slag to obtain ferronickel,
A method for producing ferronickel, comprising:
この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元してNiの金属化率が40%以上で、かつFeの金属化率がNiの金属化率より15%以上低いフェロニッケル精錬原料を得る還元工程と、
を備えたことを特徴とするフェロニッケル精錬原料の製造方法。 A mixing step of mixing a raw material containing nickel oxide and iron oxide and a carbonaceous reducing material to form a mixture,
This mixture is heated and reduced in a moving hearth furnace to obtain a ferro-nickel refining raw material having a Ni metallization ratio of at least 40% and a Fe metallization ratio of at least 15% lower than the Ni metallization ratio. When,
A method for producing a ferronickel refining raw material, comprising:
The method for producing a ferronickel refining raw material according to claim 7, wherein the metallization ratio of Ni is 85% or more.
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