JP2009508005A - 結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法を提供する。この方法は主として、原石を破砕して篩にかけ、鉱粉から焼結鉱を作り、焼結鉱塊、コークス、石灰石／生石灰、白雲石および蛍石を配合し高炉で精錬してニッケル鉄を得ることを含み、添加剤と焼結鉱の重量比は蛍石０．３〜２０％、白雲石０〜８％、石灰石／生石灰４〜３５％である。この方法はさらに、焼結鉱を粉砕して篩にかけ、磁気分離して精鉱粉を得、再度焼結することも含む。現有技術と比べ、本発明で提供するニッケル鉄精錬方法では、蛍石と焼結鉱の比率がクロムの炉温への影響を小さくし、フッ素含有量が多すぎて坩堝が焼き切れる等の事故の発生を防ぐことができる。白雲石中に含まれるマグネシウムは、ニッケルクロム鉱中のクロムによって溶鉄流動性が悪くなる問題を解決することができる。石灰石はアルカリ度を提供するだけでなく、前述の２種類の添加剤のバランスをとることができる。本発明が提供する高炉精錬法はコストが安く、原料回収率が高い。

Description

本発明は、高炉精錬方法、特に結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法に関する。

世界的にステンレスや特殊鋼が広く利用されるにつれ、ステンレスや特殊鋼の精錬に最も重要な元素―ニッケル金属の供給が不足し、価格の高騰を招いている。従来のニッケル金属は、主に地球上のニッケル資源の３０％を占める硫化ニッケル鉱から生産しており、生産プロセスは成熟している。しかし、ここ１００年の採掘により埋蔵量が不足し、資源は危機的状況にある。このため、地球上のニッケル資源の７０％を占めるラテライトニッケル鉱（酸化ニッケル鉱）から、ニッケル金属を取り出すことを重視しなければならなくなった。長い間ラテライトニッケル鉱が大規模開発をされてこなかった主な理由は、この鉱物からニッケルを取り出すプロセスのコストが高く、工程が複雑で、生産量が少なく、汚染が深刻なためである。現在国際的に、高品位のラテライトニッケル鉱（ニッケル含有量２．０％以上）は溶鉱炉を使用して精錬されるが、このプロセスは消費電力が多い、環境汚染が深刻、間歇生産のため生産量が少ない等の弊害があった。低品位のラテライトニッケル鉱には湿式精錬すなわち硫酸浸漬の方法が多く利用され、ラテライトニッケル鉱中の固体の酸化ニッケル、酸化クロム、酸化鉄等を液体の硫酸ニッケル、硫酸クロム、硫酸第一鉄等の混合溶液にし、その中から硫酸ニッケルを分離して、電解によって総量の１〜２％程度の金属ニッケルを形成し、残りの成分は廃棄していた。このプロセスは設備の初期投資が大きく、プロセスが複雑でサイクルが長く、環境汚染が深刻である。高炉による精錬も利用できるが、ラテライトニッケル鉱はＣｒ₂Ｏ₃を伴うことが多く、クロムの溶融点が高いため、溶融後の溶鉄の粘度が高く、ニッケルクロムを含む溶鉄はスムーズに流れ出ず、炉内で固まる、炉を壊す等の影響が出ていた。国内外の多くの企業と研究機関がラテライトニッケル鉱を高炉で直接ニッケル鉄（ニッケル鉄）に精錬するプロセスを研究してきたが、現在に至るまで成功したという報道はない。このため高効率、省エネ、高生産量、低コストで、汚染がないかまたは汚染が少ない、ラテライトニッケル鉱を直接ニッケル鉄に精製するプロセス技術の開発は、業界で早急に解決しなければならない課題であった。

本発明の目的は、前述の問題を解決し、結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に直接精錬する方法を提供することである。

本発明の前述の目的は、以下の技術方法によって実現できる。

本発明は、結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法であって、主として以下のステップ、すなわち、
原鉱石を破砕して篩にかけ、そのうち粒径２ｍｍ未満の鉱粉をコークス、生石灰／石灰石と配合して焼結し、焼結鉱を得るステップと、
焼結鉱、コークス、石灰石／生石灰、白雲石および蛍石を混合し高炉で精錬してニッケル鉄を得るステップとを含み、添加剤と焼結鉱石の重量比が、
蛍石 ０．３〜２０％
白雲石 ０〜８％
石灰石／生石灰 ４〜３５％
である、方法を提供する。

本発明が提供する結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法はさらに以下のステップ、すなわち、
一次焼結で得られた焼結鉱を破砕して３００〜５００メッシュの篩にかけ、磁気分離して精鉱粉を得るステップと、
精鉱粉をコークス、生石灰／石灰石と混合し焼結して焼結鉱を得るステップと、
二次焼結後の焼結鉱をコークス、石灰石／生石灰、白雲石および蛍石と混合し高炉で精錬してニッケル鉄を得るステップとを含んでよく、
前記酸化ニッケル鉱の主成分とその重量比が、
ニッケル：０．５〜４％
クロム： ０．３〜１２％
鉄： ７〜５５％であり、
前記添加剤と焼結鉱の最適重量比が、
蛍石 ０．３〜１０％
白雲石 ０．５〜５％
石灰石／生石灰 ８〜２０％である。

前記石灰石中のＣａＯ含有量は５０％より多く、生石灰中のＣａＯ含有量は８０％より多く、前記白雲石中のＭｇ含有量は１０％より多く、前記蛍石中のＣａＦ含有量は８０％より多い。

現有技術と比較すると、従来の高炉精錬プロセスでは炉温が最高１７００℃前後で、酸化ニッケル鉱に含まれるクロムの多くが三酸化二クロムの形で存在し、三酸化二クロムの融点が２３００℃前後のため、酸化ニッケル鉱中のクロムの還元レベルに限界があり、精錬で得られる溶鉄は流動性が悪く、炉で固まりやすく事故につながっていた。本発明によって提供されるニッケルクロム鉱をニッケル鉄に精錬する方法では、蛍石を入れてクロムの炉温に対する影響を小さくし、溶鉄の流動性を引き上げることができる。同時に本発明によって提供される精錬方法では、蛍石の投入量を厳密に計算し、蛍石の投入量が多すぎるために坩堝が焼き切れる等の事故を有効に防ぐことができる。また本発明によって提供される方法では、白雲石に含まれるマグネシウムが、ニッケルクロム鉱中のクロムによって溶鉄の流動性が悪くなる問題の解決を助けることができる。石灰石はアルカリ度を提供できるだけでなく、前述の２種類の添加剤のバランスをとることができる。本発明によって提供される高炉による直接精錬方法は、プロセスが短く、連続生産で生産量が多く、ラテライトニッケル鉱中のニッケルクロム鉄元素が一度にすべて回収され、資源利用率が高い。その精錬生産のスラグはセメント生産の良好な原料であり、一定量のＣＯ₂ガスを排出することを除き、その他の固体または液体廃棄物が発生せず、汚染がない。

比較によれば、本発明によって提供される高炉精錬方法は、コストが安い。従来の溶鉱炉プロセスの消費電力は２０００〜４０００ｋｗｈ／鉄ｔで、コークス０．５ｔを消費するが、本発明によって提供される方法は、高炉の消費電力が１５０〜２００ｋｗｈ／鉄ｔである。エネルギー消費が少なく、生産量が多く、高炉の平均生産量は溶鉱炉の平均生産量より多い。また、汚染や粉塵が少ない。原料回収率は高く、鉄９７〜９８％、ニッケル９９％、クロム４０〜５０％に達する。

以下に具体的実施例を示して本発明について詳しく説明する。以下の実施例は本発明の保護範囲を制限するものではない。本発明の構想を基にした改変および調整はすべて本発明の保護範囲に含まれる。

実施例における原鉱石はアルバニアより輸入されたニッケルクロム鉄鉱から選定した。

原鉱石を破砕して篩にかけ、そのうち粒径２ｍｍ未満の鉱粉をコークス、生石灰／石灰石と混合して焼結し、焼結鉱を得る。

一次焼結で得られた焼結鉱を破砕して３００〜５００メッシュの篩にかけ、磁気分離して精鉱粉を得る。

精鉱粉をコークス、生石灰／石灰石と混合し焼結して焼結鉱を得る。

粒径１０〜５０ｍｍの焼結鉱とその他の原料を混合し精錬してニッケル鉄を得る。

Claims (7)

1. 結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法であって、主として、
   原鉱石を破砕して篩にかけ、そのうち粒径２ｍｍ未満の鉱粉をコークス、生石灰／石灰石と混合し焼結して焼結鉱塊を得るステップと、
   焼結鉱塊、コークス、石灰石／生石灰、白雲石および蛍石を混合し高炉で精錬してニッケル鉄を得るステップであって、
   添加剤と焼結鉱の重量比が、
   蛍石 ０．３〜２０％
   白雲石 ０〜８％
   石灰石／生石灰 ４〜３５％であるステップとを含むことを特徴とする高炉精錬方法。
2. さらに、
   焼結鉱塊を破砕して３００〜５００メッシュの篩にかけ、磁気分離して精鉱粉を得るステップと、
   精鉱粉を、コークス、生石灰／石灰石、白雲石および蛍石と混合し焼結して焼結鉱塊を得るステップと、
   二次焼結後の焼結鉱塊を、コークス、石灰石／生石灰、白雲石および蛍石と混合し高炉で精錬してニッケル鉄を得るステップとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法。
3. 前記酸化ニッケル鉱の主成分およびその重量比がニッケル０．５〜４％、クロム０．３〜１２％、鉄７〜５５％である、請求項１または２に記載の結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法。
4. 前記添加剤と焼結鉱の重量比が、好ましくは
   蛍石 ０．３〜１０％
   白雲石 ０．５〜５％
   石灰石／生石灰 ８〜２０％である、請求項１または２に記載の結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法。
5. 前記石灰石中のＣａＯ含有量が５０％を超え、生石灰中のＣａＯ含有量が８０％を超える、請求項１または２に記載の結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法。
6. 前記白雲石中のＭｇ含有量が１０％を超える、請求項１または２に記載の結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法。
7. 前記蛍石中のＣａＦ含有量が８０％を超える、請求項１または２に記載の結晶水を含む酸化ニッケル鉱を高炉でニッケル鉄に精錬する方法。