JP2006291320A

JP2006291320A - ロータリーキルンダストの造粒方法

Info

Publication number: JP2006291320A
Application number: JP2005115572A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Mori; 勝弘森; Shuji Endo; 修司遠藤; Yoshiaki Mori; 芳秋森
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダストの造粒において、その造粒性を改善するとともに、ロータリーキルンに繰り返したときに容易に再粉化しない高強度のペレットを得ることができるロータリーキルンダストの造粒方法を提供する。
【解決手段】酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダストに、造粒水としてｐＨ８．５以上のアルカリ性水溶液を添加して高強度のペレットを得ることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、ロータリーキルンダストの造粒方法に関し、さらに詳しくは、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダスト（以下、キルンダストと呼称する場合がある。）の造粒において、その造粒性を改善するとともに、ロータリーキルンに繰り返したときに容易に再粉化しない高強度のペレットを得ることができるキルンダストの造粒方法に関する。

従来、鉄とニッケルを主成分とする合金であるフェロニッケルの一般的な製造方法としては、ニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石であるガーニエライト鉱等の酸化ニッケル鉱石を原料として、乾燥工程、焼成工程、還元熔解工程及び精製工程からなるエルケム法と呼ばれる乾式製錬方法が用いられている。エルケム法では、通常、鉱石を予備乾燥した後に、ロータリーキルンを使用した焼成工程で処理される。この焼成工程においては、予備乾燥された鉱石を無煙炭等の石炭（炭素質還元剤）とともにロータリーキルン内に装入し、８００〜１０００℃まで加熱し、付着水の除去（乾燥）、結晶水の分解除去（焼成）、さらに場合により予備還元を行い焼鉱を得る。次いで、焼鉱を電気炉内に装入し還元溶解に付し粗フェロニッケルとスラグとを製造する。

このとき、ロータリーキルン内では、乾燥と焼成にともない鉱石による多量のダストが発生するので、排ガス処理設備においてダストの回収が行なわれている。ここで回収されたダストは、鉱石と同程度の品位のニッケルを含むので、通常、原料として再使用するために、ペレタイザー等でペレットに造粒してロータリーキルンに繰り返す方法がとられている。

しかしながら、キルンダストには部分的に焼成された焼鉱が含まれるので、その造粒性はきわめて悪く、また得られるペレットの強度が低い。そのため、このペレットをロータリーキルンに繰り返した際に、ペレットはロータリーキルン内で容易に再粉化して再度ダストになりやすい。このため、焼成−ダスト回収系を循環するダストが多くなり、ロータリーキルンの鉱石処理能力を圧迫すると共に、ダストの取出し、移動等のハンドリングと造粒に費やされるコストが大きくなる。したがって、ロータリーキルン内でのダストのペレットの再粉化を防止しダストの発生を抑制するため、ダストを造粒して得られるペレットの強度を高めることが求められている。

この対策として、一般的にペレット強度の向上策として行なわれる、ベントナイト、セメント等のバインダーを添加する方法を採用した場合、上記キルンダストでは、十分な強度を得るためにバインダーの添加量が多くなり製造コストが増加するとともに、添加量増加につれダストの造粒処理量が減少するという問題がある。また、微粉鉄鉱石からグレートキルンで焼成ペレットを製造する方法であるが、高強度のペレットを得るために、鉄鉱石と反応して低融点の化合物を生成する添加剤、例えば珪酸ナトリウム等の焼結助剤を添加して造粒する方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されているが、この方法は、グレートキルンでの静置状態での焼成において酸化鉄と焼結助剤の液相焼結によりペレットの強度を向上させるものであるので、上記キルンダストに用いた場合には、ロータリーキルン内での転動により乾燥段階で粉化し、焼成時の部分過熱により融着がおこしコーチング等の問題が発生しやすい。

以上の状況から、キルンダストの造粒において、その造粒性を改善するとともに、ロータリーキルンに繰り返したときに容易に再粉化しない高強度のペレットを得ることができる造粒方法が求められている。
特開２０００−８７１４９号公報（第１頁、第２頁）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダストの造粒において、その造粒性を改善するとともに、ロータリーキルンに繰り返したときに容易に再粉化しない高強度のペレットを得ることができるロータリーキルンダストの造粒方法を提供することにある。これによって、ダストを造粒して得たペレットをロータリーキルンに繰り返した際に、ダスト発生率の増加を抑制することができる。

本発明者らは、上記目的を達成するために、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダストの造粒について、鋭意研究を重ねた結果、キルンダストに特定のｐＨに調整された造粒水を添加して造粒を行なったところ、その造粒性を改善するとともに、ロータリーキルンに繰り返したときに容易に再粉化しない高強度のペレットを得ることができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダストに、造粒水としてｐＨ８．５以上のアルカリ性水溶液を添加して高強度のペレットを得ることを特徴とするロータリーキルンダストの造粒方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記アルカリ性水溶液のｐＨ調整剤は、アルカリ金属を含む水溶性無機塩であることを特徴とするロータリーキルンダストの造粒方法が提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、前記アルカリ性水溶液のｐＨを、スラリー濃度１０重量％のダストスラリーの等電点に対応するｐＨ値に調整することを特徴とするロータリーキルンダストの造粒方法が提供される。

本発明のロータリーキルンダストの造粒方法は、第１の発明において、造粒水としてｐＨ８．５以上のアルカリ性水溶液を添加してキルンダストの造粒性を改善するとともに、ロータリーキルンに繰り返したときに容易に再粉化しない高強度のペレットを得ることができるので、その工業的価値は極めて大きい。

また、本発明の第２の発明では、前記アルカリ性水溶液のｐＨ調整剤として、アルカリ金属を含む水溶性無機塩を用いれば、乾燥状態及び焼成状態でのペレットの強度の向上効果はより一層高まる。また、本発明の第３の発明では、前記アルカリ性水溶液のｐＨを、等電点に対応するｐＨ値に調整することにより、ｐＨ調整剤の使用量が少ない最適なｐＨ値を選定することができるので、ペレットの製造コスト的により有利になる。

以下、本発明のロータリーキルンダストの造粒方法を詳細に説明する。
本発明のロータリーキルンダストの造粒方法は、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダストに、造粒水としてｐＨ８．５以上のアルカリ性水溶液を添加して高強度のペレットを得ることを特徴とする。

本発明において、造粒水としてｐＨ８．５以上、好ましくはｐＨ８．５〜１３のアルカリ性水溶液を用いることが重要である。これによって、キルンダストの造粒性が改善され、得られるペレットの圧壊強度、落下強度等の強度が向上され、さらに乾燥時及び焼成時のペレットの強度も向上される。すなわち、造粒水のｐＨが８．５未満では、キルンダストの造粒性の改善、及び得られるペレットの圧壊強度、落下強度等の強度向上の効果が得られない。

ここで、キルンダストの造粒性並びに本発明による造粒性とペレットの強度の改善への作用について詳細に説明する。
本発明に用いるキルンダストは、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダストであり、鉱石から付着水が除去され、さらに部分的に結晶水が除去された焼鉱からなる。その代表例としては、原料鉱石がガーニエライト鉱である場合、Ｎｉ品位が２．５〜２．９重量％、Ｆｅ品位が２０〜２２重量％、ＭｇＯ品位が１７〜１９重量％、ＳｉＯ_２品位が３２〜３５重量％、灼熱減量が４〜６重量％であり、通常の原料鉱石と比べて、灼熱減量が低下し、鉄が上昇している。

上記酸化ニッケル鉱石としては、一般に、ガーニエライト鉱等のケイ酸マグネシウム鉱石が使用される。最も一般的に用いられるガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱換算でＮｉ品位が２．１〜２．５重量％、Ｆｅ品位が１１〜２３重量％、ＭｇＯ品位が２０〜２８重量％、ＳｉＯ_２品位が２９〜３９重量％、ＣａＯ品位が＜０．５重量％、灼熱減量が１０〜１５重量％であり、ロータリーキルンへ装入される原料鉱石には、１０〜３０重量％の付着水と灼熱減量分の結晶水が含有されている。なお、ロータリーキルンでの焼成においては、後工程の還元溶解でのトラブルの回避のため、これらの水分をほぼ完全に除去することが求められる。しかも、鉱石の粒度分布が広く、灼熱減量等の分布が不均一な鉱石であるので、結晶水が分解除去される８００〜１０００℃の温度で焼成する際に、鉱石層の温度分布のバラツキにより部分的な熔融を起こし、コーチングを発生しやすい。

上記キルンダストの造粒性が悪いのは、前述したように、キルンダストは鉱石から付着水が除去され、さらに部分的に結晶水が除去された焼鉱からなるので、造粒水との濡れ性が悪化しているためと思われる。一般に、ペレットの強度は、造粒直後の湿潤状態では粒子間の付着水の毛管力に依存すると見られる。本発明では、キルンダストへの添加水のｐＨを８．５以上のアルカリ性に調整することにより、キルンダスト粒子の表面電位を変化させ濡れ性を改善し、粒子間の付着水による毛管力を増大させることで凝集力を向上させている。この場合、造粒においてダスト粒子がより密に凝集して空隙の少ないペレットが形成されるので、得られるペレットの圧壊強度、落下強度等の強度が向上する。さらに、このペレットの乾燥時及び焼成時においても、粒子同士の接触点が多くなり、強度が高くなるという効果が得られる。

本発明の方法で用いるアルカリ性水溶液のｐＨ調整剤としては、特に限定されるものではなく、アルカリ金属を含む水溶性無機塩が好ましく、この中で、特に、ナトリウム又はカリウムの水酸化物、炭酸塩、塩化物、硝酸塩、硫酸塩等がより好ましい。

すなわち、アルカリ性水溶液のｐＨ調整剤としてアルカリ金属を含む水溶性無機添加物を用いると、ペレットの乾燥時及び焼成時においての強度向上の効果が大きくなるからである。ここで、ペレットの乾燥段階では、アルカリ金属無機塩が析出して粒子同士を架橋することで強度を上げる作用があり、また、ロータリーキルンの高温部での焼成時には、析出したアルカリ金属無機塩が低融点層を形成して融解し、液相焼結を進めて強度を高める効果がある。例えば、ナトリウム又はカリウムの無機塩は、焼成時にその酸化物がダスト成分の一つである酸化ケイ素と８００℃程度の低融点相を形成するのでより有効である。

本発明の方法において、上記アルカリ性水溶液のｐＨは、特に限定されるものではなく、スラリー濃度１０重量％のダストスラリーの等電点に対応するｐＨ値に調整することが好ましい。これによって、ｐＨ調整剤の使用量が少ない最適なｐＨ値を選定することができるので、ペレットの製造コスト的により有利である。すなわち、前述したように、造粒水のｐＨを上げて粒子表面電位を変化させ濡れ性を良くすることは、粒子間の付着水による毛管力が増大し凝集性を上げる作用がある。このとき、濡れ性が最も良くなるのは、ダストスラリーの等電点付近であることを見出した。

ここで、前記ダストスラリーの等電点とｐＨ調整剤の使用量が少ないｐＨ値との関係を図を用いて説明する。図１は、キルンダストを用いてスラリー濃度を１０重量％に調製して測定したダストスラリーのゼーター電位とｐＨの関係を表す。
図２は、造粒水のｐＨとペレットの圧壊強度及びペレット径が９．５ｍｍ以上のペレットの全体に対する割合（９．５ｍｍ以上ペレット比率）を表す。なお、図２に用いたデータは、図１の関係を得るために用いたのと同様のキルンダストを使用し、所定のｐＨ値の造粒水を噴霧添加してペレタイザーで造粒した。造粒水のｐＨ値は、純水にＨＣｌとＮａＯＨを用いて調整を行い、ｐＨが４．０、６．０、９．０、１１．０の４水準であった。
なお、造粒性の評価は、９．５ｍｍ以上ペレット比率で行なった。また、圧壊強度の測定では、各々のｐＨ水準で作成したペレットの中から径が１０〜１５ｍｍ程度でほぼ一定のペレット１０サンプルをランダムに選んで行った。

図１より、ダストスラリーの等電点は、ｐＨ値が８．６近傍にあるものと見られる。これに対して、図２より、ダストペレットの圧壊強度及びダストペレット径９．５ｍｍ以上の比率が最大となり、最も造粒性が良かったのは、ｐＨ９．０であり、ｐＨ調整剤の使用量が少ない造粒水のｐＨ値は、ペレットの原料となるキルンダストのスラリーの等電点付近であることが分かる。したがって、造粒水に用いるアルカリ性水溶液のｐＨは、特に限定されるものではなく、スラリー濃度１０重量％のダストスラリーの等電点に対応するｐＨ値に調整することが造粒性の向上に対して好ましい。したがって、キルンダストのスラリーの等電点を測定し、造粒水のｐＨ値をその等電点付近となるように調整することで、ペレットの造粒性の向上を図ることができる。

本発明の方法に用いる造粒の手段としては、特に限定されるものではなく、パン型、ドラム型等の通常のペレタイザーが使用される。キルンダストへの造粒水の添加は、１０〜１５ｍｍのペレットが造粒されるのに必要とされる所定量を全量ペレタイザー中に噴霧しても良く、事前にその一部をキルンダストと混練しておいても良い。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた圧壊強度と落下強度の評価方法は、以下の通りである。なお、強度測定に用いた生ペレットとは、造粒直後の未乾燥状態のものである。また、乾燥ペレットは、１２０℃にて２４時間乾燥して得たものである。また、焼成ペレットは、管状炉にて焙焼したものを評価した。ここで焙焼条件は実機キルンのヒートパターンを参考に９００℃まで昇温し、重油燃焼雰囲気で行った。
（１）圧壊強度の測定：各ペレットの中から径が１０〜１５ｍｍ程度でほぼ一定のペレット１０サンプルをランダムに選んで行ない平均を求めた。電子天秤を用いペレットが割れるまでの荷重を測定した。
（２）落下強度の測定：各ペレットの中から径が１０〜１５ｍｍ程度でほぼ一定のペレット１０サンプルをランダムに選んで行ない平均を求めた。ペレットを２０ｃｍの高さから落下させ割れ、ひびの入った個数を測定した。

（実施例１）
フェロニッケル製錬プロセスのロータリーキルンから産出されたダストを用い、パン直径５００ｍｍのペレタイザー（パン角度４０度）を使用して造粒した。ペレット作成は、キルンダスト約１ｋｇと造粒水３５０ｇを使用した。まず２００ｇ程度のダストを回転するパン内で転動させている所に造粒水を噴霧し、ある程度ペレットの核（数ｍｍ程度のペレット）ができた後、残りのダストと造粒液を交互に加えて造粒した。造粒水としては、、工業用水にＮａＯＨを添加してｐＨを１１．４に調整した水溶液を用いた。
その後、得られた生、乾燥及び焼成ペレットの圧壊強度と落下強度を測定した。結果をそれぞれ表１、表２に示す。

（実施例２）
造粒水として、ｐＨ９．２に調整した水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に行ない、得られた生、乾燥及び焼成ペレットの圧壊強度と落下強度を測定した。結果をそれぞれ表１、表２に示す。

（比較例１）
造粒水として、ｐＨ７．５の工業用水を用いた以外は、実施例１と同様に行ない、得られた生、乾燥及び焼成ペレットの圧壊強度と落下強度を測定した。結果をそれぞれ表１、表２に示す。

表１、表２より、実施例１又は２では、造粒水として、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１１．４又は９．２に調整したアルカリ水溶液を用い、本発明の方法に従って行われたので、生、乾燥及び焼成ペレットのいずれもが中性の造粒水の場合に比べて高い圧壊強度と落下強度が得られることが分かる。これに対して、比較例１では、造粒水のｐＨがこれらの条件に合わないので、生、乾燥及び焼成ペレットの圧壊強度と落下強度のいずれもが低く満足すべき結果が得られないことが分かる。

以上より明らかなように、本発明のロータリーキルンダストの造粒方法は、通常造粒性の悪いフェロニッケル製錬プロセスのロータリーキルンから産出されたキルンダストの造粒性を改善し、さらにロータリーキルンに繰り返したときに容易に再粉化しない高強度のペレットを得ることができるので、ロータリーキルンのダスト発生率の増加とコーチングを抑制する方法として好適である。

キルンダストを用いてスラリー濃度を１０重量％に調製して測定したダストスラリーのゼーター電位とｐＨの関係を表す図である。造粒水のｐＨとペレットの圧壊強度及びペレット径が９．５ｍｍ以上のペレットの全体に対する割合（９．５ｍｍ以上ペレット比率）を表す図である。

Claims

酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダストに、造粒水としてｐＨ８．５以上のアルカリ性水溶液を添加して高強度のペレットを得ることを特徴とするロータリーキルンダストの造粒方法。
前記アルカリ性水溶液のｐＨ調整剤は、アルカリ金属を含む水溶性無機塩であることを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンダストの造粒方法。
前記アルカリ性水溶液のｐＨを、スラリー濃度１０重量％のダストスラリーの等電点に対応するｐＨ値に調整することを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンダストの造粒方法。