JP2007100198A - ロータリーキルンダストの造粒方法 - Google Patents

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、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ため、乾燥状態でのペレット強度を向上することができる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、造粒水として膠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の造粒において、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ため、乾燥状態でのペレット強度を向上す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）と結晶水の分解除去（焼成）、さらに場合により予備還元を行ない、焼鉱を得る。次いで、焼鉱を電気炉内に装入し還元熔融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、鉱石の乾燥と焼成にともない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。ここで回収されたキルンダストは、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して鉱石とともに焼成する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、ロータリーキルンの転動による落下及び鉱石層内での圧壊によりペレットは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、キルンダストのペレットがロータリーキルン内で粉化することを防止してキルンダストの増大を抑制するため、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キルンダストに採用した場合、所望のペレット強度を得るために必要とされるバインダーの添加量は、ダスト１００重量部に対して１０〜１５重量部と多量になる。そのため、バインダーのコストが増加するとともに、バインダーの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、他の対策として、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において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（水ガラス）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。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強度を向上させるものであるので、酸化ニッケル鉱石のキルンダストに応用した場合には、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、ロータリーキルンに繰り返したときに乾燥段階で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、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ため、乾燥状態でのペレット強度を向上することができるキルンダストの造粒方法を提供することにある。

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、キルンダストに造粒水として膠水溶液を添加して造粒を行なったところ、乾燥状態でのペレット強度を向上す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、造粒水として膠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、前記膠水溶液中の膠の含有量は、水１００重量部に対して１．５〜５重量部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、膠の添加量を、ダスト１００重量部に対して０．３〜２．０重量部の割合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、造粒水として膠水溶液を添加して造粒することにより、乾燥状態でのペレット強度を向上させることができる。これにより、得られたペレットを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となる。したがって、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とコーチングの発生を抑制することができるので、その工業的価値は極めて大きい。

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、造粒水として膠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、キルンダストの造粒に際して、造粒水として膠水溶液を用いることが重要である。これによって、造粒水の粘結性を上げ、その結果として、造粒により得られたペレットの乾燥状態での圧壊強度、落下強度等の強度の向上を実現することができる。すなわち、乾燥状態のペレット（以下、乾燥ペレットと呼称する場合がある。）の圧壊強度は、造粒直後のペレット（以下、生ペレットと呼称する場合がある。）に比べて上昇し、ロータリーキルン内での鉱石層による破壊に耐える強度になる。また、乾燥ペレットの落下強度は、生ペレットに比べて低下するが、その低下を大幅に改善することができるので、ロータリーキルン内での乾燥段階での転動破壊による再粉化を抑えることができる。これに対して、従来の方法で得られたペレットは、特に、乾燥ペレットの落下強度が生ペレットに比べて大幅に低下するため、ロータリーキルン内での転動破壊により容易に粉化していた。

ここで、キルンダストの造粒性と本発明の方法による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。
上記方法に用いるキルンダストとしては、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、原料の酸化ニッケル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、後工程の還元熔融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。

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、粘着性を有する粘土成分が分解されて粒子同士の粘結性が低下しているためと考えられる。
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介在液の毛管力に依存すると見られる。本発明の方法では、キルンダストの造粒水に膠を添加することにより、介在液の毛管力を増大させることで凝集力を向上させている。ここで、造粒においてキルン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、生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状態においても、膠の持つ粘着作用により粒子同士の凝縮力が向上するので、従来の方法、例えば通常の工業用水等の実質的に毛管力を増大させる成分を含有しない造粒水を用いた場合のペレットと比べて、強度が高くなるという効果が得られる。

このようなペレット強度の向上の作用としては、粘着作用の高い物質を造粒水に添加することにより、造粒直後の湿潤状態でのダスト粒子間の介在液の粘着力を上げ、それによりダスト粒子の凝集力を向上させることによるものと見られる。ところが、一般に介在液の粘着性を上げる作用を有すると云われている水ガラス、アルギン酸ナトリウム等の添加剤を含有する造粒水を用いても、膠の場合と異なり、乾燥状態でのダストペレットの強度の向上は得られなかった。これは、キルンダスト粒子の凝縮力には、さらにダスト粒子と造粒水との濡れ性、又は添加剤自身の粘着力も影響を及ぼすことよるものと考えられる。すなわち、キルンダストペレットの強度を向上させる添加剤としては、膠を用いることが有効である。

上記方法で用いる膠水溶液としては、特に限定されるものではなく、所定量の膠を通常の工業用水等の水に添加し溶解したものが用いられる。
上記方法で用いる膠としては、特に限定されるものではなく、市販の膠が用いられる。

上記方法で用いる膠水溶液中の膠の含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、水１００重量部に対して、好ましくは１．５〜５重量部、より好ましくは３〜５重量部の割合である。すなわち、膠の含有量が１．５重量部未満では、液の粘着力が低いため強度の向上効果が低い。一方、膠の含有量が５重量部を超えると、膠のコストにより経済的でない。

上記方法で用いる膠の添加量としては、特に限定されるものではなく、ダスト１００重量部に対して好ましくは０．３〜２．０重量部、より好ましくは０．８〜２．０重量部の割合に調整する。すなわち、膠の添加量が０．３重量部未満では、ペレットの強度向上の効果が低い。一方、膠の添加量が２．０重量部を超えると、膠のコストにより経済的でない。また、膠の添加量が０．８重量部以上では、特に乾燥状態でのペレットの強度向上の効果が大きい。

上記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。ここで、造粒水として膠水溶液の全量をペレタイザーで噴霧してもよく、事前にその一部をキルンダストと混練しておいてもよい。

上記キルンダストへの造粒水の添加量としては、特に限定されるものではなく、ペレタイザーを用いて直径１０〜１５ｍｍのペレットを造粒する際に必要とされる水量が用いられるが、例えばキルンダスト１００重量部に対して２０〜４０重量部の割合が好ましい。ここで、圧壊強度が４ｇ／ｍｍ^２以上、及び落下強度が１０点以上の生ペレットが得る。なお、圧壊強度及び落下強度の評価方法は、実施例において説明する方法による。

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生ペレット及び乾燥ペレットの圧壊強度と落下強度の評価方法は、以下の通りである。ここで、強度測定に用いた生ペレットは、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℃で２４時間乾燥して得たものである。
（１）圧壊強度の測定：各ペレットの中から直径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測定して平均値を求めた。測定は、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。基準化するため、ペレット直径×ペレット直径の算出値で荷重を割った値で比較を行った。
（２）落下強度の測定：各ペレットの中から直径が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測定して平均値を求めた。測定は、ペレットを２０ｃｍの高さから落下して目視状態で粒子の状態を確認し、それぞれ、割れ０点、剥がれ１点、ひび２点及び無傷３点で得点評価を行った。

（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キルンダストを用い、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。ペレットの作製は、キルンダスト２００重量部と造粒水として膠水溶液７０重量部を使用した。ここで、膠水溶液は、水１００重量部に対して膠５重量部の割合で調製した。この膠の添加量は、ダスト１００重量部に対して１．７５重量部の割合に当たる。まず、１００重量部程度のキルン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、残りのキルンダストと造粒水を交互に加えて造粒した。
その後、得られた生及び乾燥ペレットの圧壊強度と落下強度を測定した。結果を表１に示す。

（実施例２）
造粒水として水１００重量部に対して膠３重量部の割合で調製した膠水溶液を用いたこと以外は実施例１と同様に行ない、その後、得られた生及び乾燥ペレットの圧壊強度と落下強度を測定した。結果を表１に示す。なお、このときの膠の添加量は、ダスト１００重量部に対して１．０５重量部の割合に当たる。

（実施例３）
造粒水として水１００重量部に対して膠１．５重量部の割合で調製した膠水溶液を用いたこと以外は実施例１と同様に行ない、その後、得られた生及び乾燥ペレットの圧壊強度と落下強度を測定した。結果を表１に示す。なお、このときの膠の添加量は、ダスト１００重量部に対して０．５３重量部の割合に当たる。

（比較例１）
造粒水として純水を用いたこと以外は実施例１と同様に行ない、その後、得られた生及び乾燥ペレットの圧壊強度と落下強度を測定した。結果を表１に示す。

（比較例２）
造粒水として水１００重量部に対して水ガラス１．５重量部の割合で調製した水ガラス溶液を用いたこと以外は実施例１と同様に行ない、その後、得られた生及び乾燥ペレットの圧壊強度と落下強度を測定した。結果を表１に示す。なお、このときの水ガラスの添加量は、ダスト１００重量部に対して０．５３重量部の割合に当たる。

（比較例３）
造粒水として水１００重量部に対して水ガラス３重量部の割合で調製した水ガラス溶液を用いたこと以外は実施例１と同様に行ない、その後、得られた生及び乾燥ペレットの圧壊強度と落下強度を測定した。結果を表１に示す。なお、このときの水ガラスの添加量は、ダスト１００重量部に対して１．０５重量部の割合に当たる。

表１より、実施例１〜３では、造粒水として膠水溶液を用いて本発明の方法に従って行われたので、乾燥状態で圧壊強度と落下強度が高いペレットが得られることが分かる。これに対して、比較例１〜３では、造粒水がこれらの条件に合わないので、乾燥状態でのペレットの圧壊強度と落下強度において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、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る、造粒性の悪いキルンダストの造粒において、特に乾燥状態でのペレット強度を向上させて、ロータリーキルンに繰り返したときに容易に再粉化することを抑え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の発生を抑制する方法として好適である。

Claims (3)

1. 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、造粒水として膠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。
2. 前記膠水溶液中の膠の含有量は、水１００重量部に対して１．５〜５重量部の割合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。
3. 膠の添加量を、ダスト１００重量部に対して０．３〜２．０重量部の割合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。