JP2013237876A - アブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭材として利用することにより炭酸ガス排出量を抑制し、焼結機の生産性を向上させることができるアブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）による焼結鉱製造方法を提供する。
【解決手段】粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を加熱処理して製造した固体炭化物であるＰＫＳ炭を配合するとともに、該固体炭化物の粒径よりも小さい粒径のコークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合して焼結鉱を製造する。ＰＫＳと、高結晶水鉄鉱石、および／または、石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を含む成分調整用溶材を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を炭材として配合することとすれば、焼結機の生産性をより一層向上させることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、アブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法に関し、より詳細には、アブラ椰子核殻を炭化させた固体炭化物（アブラ椰子核殻炭）を炭材として利用して地球温暖化ガスである炭酸ガス排出量を抑制するとともに、焼結機の生産性を向上させることができる、アブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法に関する。

焼結鉱を製造する焼結機としては、ベルトコンベヤーのようにパレットが連続無端に連結されたＤＬ式焼結機が広く使用されている。

図１は、焼結鉱の製造工程における原料フローを例示する図である。図１に示すように、焼結鉱の製造に際しては、粉状鉄鉱石１に、溶材２、返鉱３および炭材としての粉コークス４ａ、無煙炭４ｂを添加して混合・造粒５した後、当該造粒物によって約６０ｃｍ厚さの充填層である焼結ベッド６を形成させる。次いで、焼結ベッド６表面に点火し、空気を下方へ吸引することにより焼結化反応を行わせて塊状焼結鉱７とし、粉状鉄鉱石１等の粉状原料を塊成化する。

ここで、造粒された焼結原料は移動するパレット内に偏析装入装置を介して装入され、原料層が形成される。この時、大部分の焼結機では、焼結時に高さ方向における焼結層の温度を均一にするため、固体炭素濃度を高さ方向で均一分布にするのではなく、適正な分布状態になるよう装入装置を用いた制御がなされている。

ところで、焼結機では、炭材として多量の石炭やコークスを使用するため、多量の炭酸ガスを発生させている。この炭酸ガスの発生を抑制するために、炭材としてバイオマス炭を使用する方法が注目されている。バイオマスはエネルギー源としての生物体であり、特に、植物バイオマスは、燃焼させるなどしてエネルギー源として消費すると分解して炭酸ガスを発生するが、太陽光によって炭酸ガスと水分とが光合成して再度植物バイオマスに成長し、短期間の循環サイクルを形成する。そのため、植物バイオマスは、地下資源エネルギーである石炭や石油などとは異なり、「カーボンニュートラル」材と称され、エネルギー源としての消費により炭酸ガスに戻っても地球温暖化ガスとしての炭酸ガス発生量には関与しないと考えられている。

バイオマスの一種であるアブラ椰子は、油の採取を目的として、主に赤道直下でプランテーション栽培がなされている。アブラ椰子の実は、油分の多い果実であるが、中心には核とよばれる硬い種子が存在する。この核の外側は堅く緻密な殻で覆われている。採油に際しては、アブラ椰子の実を粉砕して、油分、油カス、核殻に分離する。油分は食糧や燃料エネルギーとして利用される。アブラ椰子核殻（Ｐａｌｍ Ｋｅｒｎｅｌ Ｓｈｅｌｌ：以下、「ＰＫＳ」ともいう）は副産物で、メジアン粒径が８ｍｍ程度の粒状破片である。

表１にＰＫＳの主要成分および発熱量を例示する。

ＰＫＳは主に暖房用などの燃料として使用されるが、最近は、直接燃焼させ、またはガス化して燃焼させることにより発電するバイオマス発電の原料としても使用されている。

さらに、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を炭化・乾留して得られる炭化物（アブラ椰子核殻炭：この炭化物を、以下「ＰＫＳ炭」ともいう）は、活性炭として化学吸着材などに使用されているが、一方で、冶金用コークス等の代替としての利用技術の開発も進められている。製鉄所の焼結機や高炉では、炭材として多量の石炭やコークスを使用するため多量の炭酸ガスを排出しており、カーボンニュートラル材であるアブラ椰子核殻（ＰＫＳ）の炭化物（ＰＫＳ炭）を焼結機や高炉で炭材として利用することができれば、炭酸ガス排出量の削減に寄与できるからである。

例えば、非特許文献１には、焼結用の固体炭材である粉コークス（一部）の代替えとして、ひまわりの種皮、ハーゼルナッツ殻、アーモンド殻などのバイオマスを使用した焼結試験結果が報告されているが、バイオマスは揮発分が７０質量％と高く、焼結過程で燃焼するよりも前に揮発分が未燃焼で排出されるため、有効に活用されないと指摘されている。

特許文献１には、焼結工程において、炭材として使用するコークスの一部を硫黄分や窒素分の少ないバイオマス炭化物により代替し、コークス燃焼時に発生するＮＯ_X、ＳＯ_Xを低減する技術が開示されている。しかしながら、バイオマス炭化物を多量に配合すると焼結性が悪化するという問題も提起されている。特許文献１では、使用したバイオマス炭化物の化学組成および水分が開示されているのみであるが、良好な焼結性を確保するためには、バイオマス炭化物の性状が重要であり、原料となるバイオマスを含めて、バイオマス炭化物の種類を適切に選択する必要があると考えられる。

特許文献２には、ヤシガラ（ＰＫＳ）を内燃式の回転キルンにより炭化・乾留処理し、ＰＫＳ炭を製造する方法および装置が開示されている。しかし、特許文献２に記載される方法では回転キルン内におけるＰＫＳの流れと乾留ガスの流れが逆方向の向流タイプの回転キルンを用いており、後述するように、炭化・乾留処理中における固定炭素の焼損防止、さらには揮発分の除去が十分ではない。

特許文献３には、その大半が炭素と有機分からなる下水汚泥を乾留して得られるカーボンニュートラル材としての下水汚泥由来炭化物を粉コークスの代替えとして利用する技術が開示されており、その下水汚泥炭化物の粒度として、従来使用されている粉コークス並の５ｍｍ以下、望ましくは３ｍｍ以下とするのが良好としている。

また、特許文献４には、石炭を回転キルンにより加熱乾留して焼結用固体燃料としてのチャーを製造するに際し、所定量の空気を供給して微粉粒子の燃焼処理を行う技術が開示されている。しかし、回転キルンで石炭を加熱処理する目的は、揮発分を除去するとともに、焼結にとって好ましくない微粉部分を回転キルン内で燃焼させることにより除去するためである。また、従来の粉コークスや無煙炭と同様に、粒径が５ｍｍを超える石炭チャーは最下層で偏析するので好ましくないとして、石炭チャーの適切な粒径を０．５〜５ｍｍとしている。

前掲の特許文献３、特許文献４のいずれに記載される技術においても、下水汚泥炭化物や石炭チャーの焼結用炭材としての粒径は、従来の粉コークスや無煙炭と同等とし、焼結層高さ方向分布においても均一分布とすることを前提として、各処理が実施されている。これは、下水汚泥炭化物や石炭チャーの燃焼性が、コークスや無煙炭のそれより若干は優れるものの、大幅な燃焼性改善に至っていないことを意味する。

特開２００３−３２８０４４号公報 特許４５６７１００号公報 特開２０１１−１２７１８４号公報 ＷＯ−２０１１−１１５２６２号公報

Ｍ．Ｚａｎｄｉ，Ｍ．ｍａｒｔｉｎｅｚ，ａｎｄＴ．Ｆｒａｙ：Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｎｇ ２３（２０１０），１１３９〜１１４５

上述したように、焼結機では炭材として多量の石炭やコークスを使用するため炭酸ガスの排出量がきわめて大きい。この炭酸ガス排出量を削減するためには、カーボンニュートラル材と称されるバイオマスを炭化したバイオマス炭の使用が有効であり、石炭やコークスの代替として利用する技術開発が行われてきた。しかし、前掲の特許文献１〜４および非特許文献１に記載される技術においては、粉コークスの代替として用いたひまわりの種皮等のバイオマスの揮発分が高い（非特許文献１）、焼結機の炭材としての多量配合時における焼結性が悪化する（特許文献１）、ＰＫＳ炭の回転キルンによる製造条件の改善が必要（特許文献２）、下水汚泥炭化物や石炭チャーの燃焼性の大幅な改善には至っていない（特許文献３、４）等の課題がある。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたもので、バイオマスとしてアブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を使用し、この椰子核殻を炭化・乾留処理して得られた低揮発分で燃焼性の良好な固体炭化物（ＰＫＳ炭）を炭材として利用することにより地球温暖化ガスである炭酸ガス排出量を抑制し、焼結機の生産性を向上させることができる、アブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）による焼結鉱製造方法を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明者らは、焼結機で使用できる、低揮発性であって、しかも燃焼性が良好なバイオマス炭を得ることができるバイオマス原料について調査した。

バイオマス炭を焼結機で炭材として使用する場合、発熱源である炭材の燃焼性が良好であれば、より速く焼結させることができ、焼結機の生産性が向上する。しかし、焼結プロセスでは昇温が急速であるため、炭材の揮発分が１０％を超えると、燃焼前に揮発分が未燃焼のままで排ガスに含有されることとなり、操業に支障を来す。従って、焼結用炭材としては揮発分が１０％以下で燃焼性が良好なものが望まれる。

焼結機の生産性向上のためには、上述したように炭材の燃焼性が良好であることが重要である。炭材の燃焼性を決定する因子として、炭材の着火温度、揮発分およびミクロな比表面積（表面の微細な亀裂や細孔を考慮した比表面積）などが考えられる。揮発分が高い炭材は着火しやすいので一般的に燃焼性がよいが、焼結用炭材では設備上の制約から揮発分を低くする必要がある。そのため、着火温度を低下させるか、または比表面積を大きくしなければ、燃焼性は良好とはならない。

本発明者らは、このような条件（揮発分が低く、燃焼性が良好）を満たす炭材の原料となるバイオマスのサイズとしては、粒径１０ｍｍ程度の粒状のものが適切であると考えた。大き過ぎると揮発分の除去に時間を要して炭材製造の生産性が悪くなり、また、微粉サイズまで粉砕処理をすると、直接ガス加熱により高温炭化処理をした場合に、燃焼ガスにより吹き飛ばされるという現象が起こり、炭化・乾留処理が困難となるからである。さらに、高温炭化処理をして得られる固体炭化物の性状としては、揮発分が１０質量％以下で、比表面積が大きく、着火温度の低いこと（すなわち、燃焼性が良好であること）が望ましい。

検討の結果、これらの条件を満たすものとして、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）が最適であるとの結論に達し、本発明においては、バイオマス原料としてＰＫＳを用いることとした。前述のように、ＰＫＳは、アブラ椰子の実を粉砕して油を採取する過程で粒径（メジアン粒径）が８ｍｍ程度の粒状破片となり、さらに、高温炭化処理をすることにより、低揮発性であって、しかも燃焼性の良好なバイオマス炭を得ることができるからである。

本発明者らは、このような前提の下でアブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を利用した焼結鉱の製造方法について実験、検討を行い、炭酸ガス排出量を抑制するとともに、焼結機の生産性を向上させることができるアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法を確立した。なお、以下において、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）およびアブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）に含まれる各成分の含有量をあらわす「％」は「質量％」を意味する。

本発明は、下記（１）〜（４）のアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法を要旨とする。
（１）粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱および固体炭材を配合した原料を用い、パレット高さ方向に固体炭材の濃度分布をつけて焼結鉱を製造する方法において、前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を加熱処理して製造した固体炭化物であるアブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）を配合するとともに、該固体炭化物の粒径よりも小さい粒径のコークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合することを特徴とするアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法（以下、この発明を「第１発明」と記す）。

前記第１発明において、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）の加熱処理を、回転キルンを用いて行うこととする実施の形態（実施形態１）を採ることが望ましい。

前記第１発明において、焼結原料に配合するアブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）の水分を１３％以上に調整することとする実施の形態（実施形態２）を採ることが望ましい。

（２）結晶水含有率が４．０％以上の粉鉄鉱石を含む粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱および固体炭材を配合した原料を用い、パレット高さ方向に固体炭材の濃度分布をつけて焼結鉱を製造する方法において、前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）および結晶水含有率が４．０％以上の鉄鉱石を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を配合するとともに、コークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合することを特徴とするアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法（以下、「第２発明」と記す）。

（３）粉鉄鉱石類、石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を含む成分調整用溶材、返鉱および固体炭材を配合した原料を用い、パレット高さ方向に固体炭材の濃度分布をつけて焼結鉱を製造する方法において、前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）ならびに、石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を配合するとともに、コークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合することを特徴とするアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法（以下、「第３発明」と記す）。

（４）結晶水含有率が４．０％以上の粉鉄鉱石を含む粉鉄鉱石類、石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を含む成分調整用溶材、返鉱および固体炭材を配合した原料を用い、パレット高さ方向に固体炭材の濃度分布をつけて焼結鉱を製造する方法において、前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻、結晶水含有率が４．０％以上の鉄鉱石、ならびに石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を配合するとともに、コークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合することを特徴とするアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法（以下、「第４発明」と記す）。

本発明のアブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）による焼結鉱製造方法によれば、バイオマスとしてのアブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を炭化・乾留処理して得られたＰＫＳ炭を焼結機で製鉄用の炭材として利用することができる。ＰＫＳ炭はカーボンニュートラル材であり、しかも低揮発性で、燃焼性が良好であることから、焼結鉱の製造に際し、地球温暖化ガスである炭酸ガス排出量を抑制するとともに、焼結層の下層部での燃焼性を大幅に改善して、焼結機の生産性を向上させることができる。

焼結鉱の製造工程における原料フローを例示する図である。 本発明の焼結鉱製造方法により得られたＰＫＳ炭を焼結機で使用する場合の原料フローを例示する図である。 本発明の焼結鉱製造方法における原料フローの他の例を示す図である。 ＰＫＳの炭化・乾留実験で用いた装置の概略構成を示す図で、（ａ）は並流型の回転キルンを備える場合、（ｂ）は向流型の回転キルンを備える場合である。 焼結シミュレーター実験装置の概略構成を示す図である。 焼結シミュレーター実験におけるパレット内装入原料の高さ方向のＰＫＳ炭分布を示す図である。

前記の第１発明は、粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱および固体炭材を配合した原料を用い、パレット高さ方向に固体炭材の濃度分布をつけて焼結鉱を製造することを前提としている。前述のように、焼結原料をパレット中に装入して原料層を形成する際に、高さ方向における焼結層（原料層が焼成されてなる層）の温度を均一にするために、装入時の炭素濃度を高さ方向で均一に分布させるのではなく、偏析装入装置を用いて適正な分布が形成されるように装入する方法が多く採用されているが、本発明の焼結鉱製造方法（前記の「第２発明」〜「第４発明」を含む）においても、このようなパレット内原料層の形成を行う。

第１発明は、この前提のもとに、前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を加熱処理して製造した固体炭化物であるアブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）を配合するとともに、該固体炭化物の粒径よりも小さい粒径のコークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合する。

図２は、本発明の焼結鉱製造方法における原料フローを例示する図である。図２に示すように、粉状鉄鉱石１、溶材２、返鉱３を配合した焼結原料に、炭材としての粉コークス４ａおよび無煙炭４ｂに加え、固体炭化物であるアブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）４ｃを配合する。

ＰＫＳ炭は、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を加熱処理して製造したものを用いればよい。加熱処理の方法は特に限定されず、例えば、後述する実施例に示すように、乾操処理したＰＫＳを電気炉で７００℃、１時間の加熱処理をして製造したＰＫＳ炭を使用することができる。

ＰＫＳの加熱処理方法として望ましいのは、前記の実施形態１の回転キルンを用いる方法である。一般にバイオマスの炭化・乾留処理方法としては、生産性が良好であるという観点から連続式回転キルンが活用されており、アブラ椰子の実を粉砕して油を採取する過程でメジアン粒径が８ｍｍ程度の粒状破片となったＰＫＳの加熱処理にも適している。

回転キルンの加熱方式としては、被処理固体と加熱用ガスを分離した外熱式と、キルン内に可燃ガスおよび空気を送通して燃焼させる内燃式に分かれる。ＰＫＳには、他のバイオマスと異なり、０．５％程度の油分が存在しており、外熱式の回転キルンでＰＫＳを炭化・乾留処理した場合には、この油分が低温で揮発しトラブルを引き起こしやすい。また、外熱式の場合には、処理温度が低く、揮発分が十分に除去されないという問題がある。

一方、内燃式の回転キルンで炭化・乾留処理した場合には、ＰＫＳに含まれる油分が着火を助け、燃焼を良好に行えるという利点がある。高温での加熱が行えるので、ＰＫＳ中の揮発分のよりすみやかな除去が可能となる。また、空気による賦活作用や、急速に加熱されることにより、ＰＫＳ炭表面に亀裂をはじめ多くの微細孔が発生して、ＰＫＳ炭のミクロな比表面積も大きくなるという利点がある。

第１発明において、焼結原料にＰＫＳ炭を配合するとともに、このＰＫＳ炭よりも粒径の小さいコークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合する。これは、以下に述べるように、パレット上に形成する焼結ベッドの下層にＰＫＳ炭が多く分布させ、下層部での燃焼性を大幅に改善して、焼結生産性を向上させることができるからである。

焼結原料層（焼結ベッド）の形成にあたっては、表面から空気を吸引して燃焼発熱させる必要があるため、焼結層の通気性が良好となるように、原料は造粒処理が施される。また、焼結層にあっては、この燃焼発熱が上層から下層へと時間の経過とともに順次蓄熱されていくため、相対的には上層部の炭材の燃焼速度は遅く、下層部の炭材の燃焼速度は速い方が良好となる。特に、下層部の焼結完了が焼結原料層全体の焼結完了のタイミングとなるその下層部に燃焼性の悪い炭材を配すると、焼結層排鉱は下層部の焼結完了まで待たなければならず、焼結生産性は大幅に悪化する。一方、未焼結のまま無理に排鉱すると、成品歩留の大幅な低下となる。そのため、従来は、無煙炭や粉コークスなどの炭材は、粒径５ｍｍを超える粗粒の混在を回避して、下層部に粗粒の炭材が偏析しないように制限が設けられている。

ＰＫＳを回転キルンで加熱処理して得られたＰＫＳ炭は、微細孔を有する燃焼性の良好な炭化物であり、焼結用の炭材として他の炭化物よりも燃焼性が優れている。さらに、空気で部分燃焼させた場合、燃焼による賦活作用によりその効果は著しく改善される。この点でＰＫＳ炭は焼結用の炭材としては優れたものであるが、しかし、その燃焼性をうまく制御しなければ成品歩留が低下するので、炭材の粒度制御と焼結原料層の高さ方向における分布制御を行う必要がある。

回転キルンで加熱処理したＰＫＳ炭は、燃焼性が極めて良好であるため、粒径が５ｍｍ以下であるという粒度制限を設ける必要がないばかりか、より下層に配することによって、すばやく燃焼を完了し、焼結生産性を向上させることが可能である。すなわち、燃焼速度の遅い、燃焼性の悪いコークスや無煙炭は上層部に、燃焼速度の速い、燃焼性の良好なＰＫＳ炭は下層部に多く配置すればよい。

これを実現するためには、それぞれ、別々に焼結原料を混合・造粒し、装入を行う２段装入法も考えられるが、原料粒子が粒度偏析を形成するシュートなど、既存の粒度偏析機能を有する装入装置を使用しても目的を達成することができる。すなわち、粗粒原料は下層に多く偏析し、細粒原料は上層に多く偏析するので、粉コークスや無煙炭の粒度をＰＫＳ炭化物よりも細粒とすることによって、上層部に粉コークスや無煙炭を多く配し、下層部にＰＫＳ炭を多く配するようにすることができる。

第１発明において、前記実施形態２の、焼結原料に配合するＰＫＳ炭の水分を１３％以上に調整することとするのは、高水分のＰＫＳ炭は粒子表面に水分を保持しており、造粒の際に、より多くの鉱石粉を付着させて粗粒となり、下層部に多く分布しやすく、焼結生産性の改善効果が大きいからである。水分を１３％以上とするのは、水分１３％未満では鉱石粉の付着が不十分で前記の改善効果が得られにくいからである。水分の上限は特に規定しない。過度に水分が含まれる場合は、他の原料との混合が十分に行われず、混合・造粒という所期の目的が達せられる含水量の上限は操業の中で自ずと把握できるからである。

従来の無煙炭や粉コークスにおいては、含水量を多くすると鉱石粉が付着して燃焼性が悪化するという弊害があらわれるが、ＰＫＳ炭は燃焼性が良好であるため、このような問題は発生しない。

前記の第２発明は、結晶水含有率が４．０％以上の粉鉄鉱石を含む粉鉄鉱石類を原料の一部に用いることを前提とするもので、前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）および結晶水含有率が４．０％以上の鉄鉱石を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を配合するとともに、コークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合する焼結鉱製造方法である。

前記の第３発明は、石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を含む成分調整用溶材を原料の一部に用いることを前提とするもので、前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）ならびに、石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を配合するとともに、コークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合する焼結鉱製造方法である。

また、前記の第４発明は、結晶水含有率が４．０％以上の粉鉄鉱石を含む粉鉄鉱石類、ならびに石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を含む成分調整用溶材を原料の一部に用いることを前提とするものである。前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻、結晶水含有率が４．０％以上の鉄鉱石、ならびに石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を配合するとともに、コークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合する焼結鉱製造方法である。

図３は、本発明の焼結鉱製造方法における原料フローの他の例を示す図である。図３に示すように、粉状鉄鉱石１、溶材２、返鉱３を配合した焼結原料に、ＰＫＳ８ａ、結晶水含有率が４．０％以上の高結晶水鉱石８ｂ、石灰石８ｃおよびドロマイト８ｄを炭化・乾留炉（回転キルン）９に投入し、炭化・乾留処理を行って得られた加熱処理物１０を炭材の一部として配合する。さらに、炭材としての粉コークス４ａおよび無煙炭４ｂを添加して混合・造粒５する。

なお、炭化・乾留炉（回転キルン）への投入に際しては、ＰＫＳと鉄鉱石他とは同時に（ある程度混合された状態で）または別々に投入してよい。別々に投入しても、回転キルン内で混合され、排鉱端からＰＫＳ炭と結晶水が除去された鉱石や脱炭酸された溶材の混合物が排出される。

図３に示した例では、ＰＫＳ８ａ、高結晶水鉱石８ｂ、石灰石８ｃおよびドロマイト８ｄを同時に炭化・乾留炉９に投入しているが（この場合は、第４発明の実施になる）、ＰＫＳ８ａおよび高結晶水鉱石８ｂを炭化・乾留炉９に投入してもよいし（この場合は、第２発明の実施になる）、ＰＫＳ８ａと、石灰石８ｃおよびドロマイト８ｄのうちの一種以上を炭化・乾留炉（回転キルン）９に投入してもよい（この場合は、第３発明の実施になる）。
また、前記図２に示した、炭材としての粉コークス４ａおよび無煙炭４ｂに加え、ＰＫＳ炭４ｃを配合する方法（第１発明）を同時に実施することしてもよい。

第２発明では、加熱炭化・乾留処理により結晶水含有率が４．０％以上の粉鉄鉱石中の結晶水が除去され、第３発明では、加熱炭化・乾留処理により炭酸塩が分解してＣＯ₂が放出されるので、後述する実施例に示すように、いずれの場合も焼結生産性を改善効果が得られる。第４発明ではその両者が生起するので、その改善効果は顕著なものとなる。

以上述べた本発明のアブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）による焼結鉱製造方法によれば、カーボンニュートラル材としてのＰＫＳ炭を焼結機で製鉄用の炭材として利用し、地球温暖化ガスである炭酸ガス排出量を抑制するとともに、焼結機の生産性を向上させることができる。

（実施例１）
表２に示す設備仕様を有する回転キルンを用いてＰＫＳの炭化・乾留実験を実施し、ＰＫＳ炭と乾留ガスを採取して確認評価を行った。基本操業条件を表２に併せて示す。表２において、回転キルンの「傾斜勾配」は、水平に対してわずかに傾斜させて配置した回転キルンの下方側（被処理固体の排出側）端面における軸心位置と上方側（被処理固体の投入側）端面における軸心位置間の垂直距離を当該両位置間の水平距離で除した数値で示している。また、点火バーナーに供給するＬＰＧ量は毎分当たりの供給熱量に換算して表示した。

図４は、ＰＫＳの炭化・乾留実験で用いた装置の概略構成を示す図で、（ａ）はＰＫＳ原料と乾留ガスの流れが同一方向となる並流型の回転キルンを備える場合、（ｂ）はＰＫＳ原料と乾留ガスの流れが逆方向となる向流型の回転キルンを備える場合である。図４において、白抜き矢印は乾留ガスの流れを表す。

図４（ａ）に示した並流型の回転キルンを用いる方法では、ＰＫＳ１１を供給ホッパー１２に入れ、スクリューフィーダーにより切り出し、回転キルン１３の上方側端部からキルン内に投入する。回転キルン１３は上方側から下方側に向けて下り傾斜勾配が付けられており、原料ＰＫＳ１１はキルン１３の回転にともなって下方側に移動する。また、ＰＫＳ投入側（上方側）端部には、点火用のバーナー１４が設置されており、このバーナー１４よって投入されたＰＫＳ１１は着火が始まる。さらに、同端部には燃焼用空気を送る管が設けられており、下方側に向けて空気が供給される。

回転キルン１３内では、着火したＰＫＳはゆるやかな回転運動が与えられ、供給された空気によって部分的に燃焼する。燃焼に伴う発熱によりＰＫＳは炭化・乾留され、熱分解にともなって揮発ガスが生成する。揮発したガスの一部は供給空気により燃焼し発熱する。部分燃焼したガスは下方側に向かって流れ、炭化・乾留処理されたＰＫＳ炭１５とともに排出される。排出された乾留ガスは、ガス清浄冷却装置１６によりダストおよびタールが除かれ、流量計１７で流量測定された後、燃焼装置１８で処理される。必要に応じて、組成分析計１９で組成分析を行う。

図４（ｂ）に示した向流型の回転キルンを用いる方法では、供給ホッパー１２から切り出されたＰＫＳ１１が、点火バーナー１４および空気投入口が設置されている側とは反対側（こちら側がキルンの上方側になる）からキルン内に投入され、下方側に移動する。回転キルン１３内で炭化・乾留処理されたＰＫＳ炭１５はバーナー１４および空気供給管の設置側から排出される。一方、上方側から排出された乾留ガスは、図４（ａ）に示した並流型の回転キルンを用いた場合と同様に、ガス清浄冷却装置１６で処理され、所定の測定および分析が行われ、最終的には燃焼装置１８で処理される。

表３に、図４（ａ）に示した並流型の回転キルンを用いた場合、および図４（ｂ）に示した向流型の回転キルンを用いた場合において、それぞれ供給空気質量がＰＫＳ供給質量と等量（１６０ｇ／ｍｉｎ；表２参照）の条件で炭化・乾留処理をして製造したＰＫＳ炭と乾留ガスについての性状および回収量を対比して示す。

ＰＫＳ炭の回収率｛（ＰＫＳ炭の回収量／原料ＰＫＳ供給量）×１００｝は、並流型キルンを用いた場合および向流型キルンを用いた場合のいずれにおいても２９％程度であった。また、除湿後の乾留ガス回収量（乾留ガス中のＨ₂Ｏ成分は冷却過程で除去される）は、並流型キルンを用いる場合および向流型キルンを用いる場合のいずれにおいても、原料ＰＫＳ供給量（１６０ｇ／ｍｉｎ）に対してほぼ１．５倍であった。

回収された乾留ガスはＣＨ₄、Ｈ₂、ＣＯの各成分を含み、真発熱量は、並流型キルンを用いた場合および向流型キルンを用いた場合でそれぞれ７４２０ｋＪ／ｄｒｙ−Ｎｍ³、７０８３ｋＪ／ｄｒｙ−Ｎｍ³であり、専焼させる場合でも十分なる熱量を有し、発電用の燃料として用いることも可能なものであった。

製造されたＰＫＳ炭の真発熱量は、並流型キルンおよび向流型キルンを用いた場合でそれぞれ３０ＭＪ／ｋｇと２７ＭＪ／ｋｇで、従来の石炭の２６ＭＪ／ｋｇと同等以上であった。ＰＫＳ炭の比表面積についても、それぞれ２２５ｍ²／ｇおよび８３ｍ²／ｇであり、従来の石炭の１０ｍ²／ｇよりも大きい。ＰＫＳ炭の固定炭素濃度についても、それぞれ８７％および８１％で、従来の石炭と同等レベルの良質のＰＫＳ炭を得ることができた。

また、図４（ａ）の並流型回転キルンで製造したＰＫＳ炭の方が、図４（ｂ）の向流型回転キルンで製造したＰＫＳ炭よりも、比表面積や固定炭素濃度、真発熱量が高く、より燃焼性が良好で良質のものと言える。

（実施例２）
本発明の焼結鉱製造法の効果を評価するため、焼結シミュレーター実験装置を用いて焼結鉱製造実験を実施した。

図５は、焼結シミュレーター実験装置の概略構成を示す図である。焼結シミュレーターは、長さ０．８ｍ，幅０．４ｍのパレットを３枚連結して焼結できるように構成されたＤＬ型焼結機の模型装置で、パレット内に原料を偏析させた状態で装入し焼成することが可能となっている。

図５に示すように、原料供給ホッパー２０の下部に設置されたロールフィーダー２１から混合造粒原料を切り出し、装入装置２２を介してパレット２３内に原料２４を装入する。このとき、装入に伴う粒度偏析作用を利用して、装入原料中の固体炭材に高さ方向における濃度分布をもたせることができる。装入後のパレット内の原料層２５は点火炉２６を通過する際に層表面に着火され、パレット車輪２７とレール２８によって風箱２９の直上に移送され、パレット原料層２５の表面から空気が吸引３０されて、焼結反応が下層方向に向かって進行する。焼結排ガスは、集合配管３１を経て、送風機３２により最終的には煙突３３から放出される。

表４に、実験条件を示す。表４において、「炭材と追加配合材」の欄の「キルン処理物」とは、電気加熱炉または回転キルンで加熱炭化・乾留処理を行って得られた加熱処理物（ＰＫＳ炭、ＰＫＳ炭と脱結晶水鉱石、またはＰＫＳ炭と脱炭酸溶材）を意味する。また、「キルン投入原料」とは、前記の「キルン処理物」を得るために電気加熱炉または回転キルンに投入したＰＫＳ、高結晶水鉱石、炭酸塩を含む石灰石等の溶材をいう。なお、焼結原料中の各成分の配合量は全量を１００としたドライベースでの百分率で表している。また、炭材と追加配合材の各成分の配合量、ならびにキルン投入原料の各成分の投入量の表示も同じくドライベースでの百分率である。

焼結鉱製造実験は、炭材と追加配合材（キルン処理物、無煙炭および粉コークス）を除く焼結原料（原料鉱石、溶材および返鉱）が各実験において同量となることを前提として行った。なお、シミュレーターの層高は５００ｍｍで、風箱の吸引圧力は１０ｋＰａ一定とて焼結を行った。

表５に、使用した原料鉱石の組成を示す。ピソライト鉱およびマラマンバ鉱は結晶水含有率が４．０％以上の高結晶水鉱石であり、石灰石およびドロマイトはそれぞれＣａＣＯ₃、ＣａＭｇ（ＣＯ₃）₂を主成分とする溶材である。

前記の表４において、実験Ｎｏ．１は、鉄鉱石類であるピソライト鉱、マラマンバ鉱および赤鉄鉱、ならびに返鉱に、溶材である石灰石、ドロマイトを配合し、その合計量を１００％として、炭材である粉コークスを４．０％配合したベースケース（従来例）である。実験Ｎｏ．２は、実験Ｎｏ．１において、炭材を粉コークスに替えて無煙炭４．０％とした同じくベースケース（従来例）である。

実験Ｎｏ．３〜Ｎｏ．９は本発明例で、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６は、炭材として、ＰＫＳ炭２．６％、粉コークス０．７％、無煙炭０．７％の合計４．０％を配合したケースである。このうちの実験Ｎｏ．３で使用したＰＫＳ炭は、乾操処理したＰＫＳを電気炉で７００℃、１時間の加熱処理をして製造した。実験Ｎｏ．４で使用したＰＫＳ炭は、乾操処理したＰＫＳを前記の図４（ａ）に示した並流型の回転キルンで炭化・乾留処理して製造した。実験Ｎｏ．５で使用したＰＫＳ炭は、乾操処理したＰＫＳを図４（ｂ）に示した向流型の回転キルンで炭化・乾留処理して製造した。また、実験Ｎｏ．６で使用したＰＫＳ炭は、乾操ＰＫＳを図４（ａ）の回転キルンで炭化・乾留処理して製造したＮｏ．４のＰＫＳ炭に、水分を添加して１３％としたものである。焼結操業条件は、いずれも実験Ｎｏ．１と同様である。

実験Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９も本発明例であるが、これらのケースでは、ＰＫＳだけでなく、高結晶水鉱石であるピソライト鉱、または石灰石、またはドロマイトもあわせて並流型の回転キルン（図４（ａ））に投入し、加熱炭化・乾留処理を行い、その加熱処理物を炭材として使用したケースである。この場合、ＰＫＳ炭分の配合率が２．６％となるようにピソライト鉱その他の焼結原料を配合している。すなわち、５．０％に相当するピソライト鉱、石灰石、またはドロマイトは焼結原料配合から除外し、別途その量分だけＰＫＳに加えて回転キルンに投入し、加熱炭化物側から配合した。

このうちの実験Ｎｏ．７はＰＫＳとピソライト鉱を回転キルンで、実験Ｎｏ．８はＰＫＳと石灰石を回転キルンで、実験Ｎｏ．９はＰＫＳとドロマイトを回転キルンで処理したケースである。なお、表４において、キルン投入原料の欄のＰＫＳの投入量が８．７％で、ＰＫＳ炭の配合量（キルン処理物の欄）が２．６％であるのは、炭化・乾留処理におけるＰＫＳ炭の回収率が２９％で、炭化・乾留処理により減量するためである。同様のことがピソライト鉱や石灰石、ドロマイトについても言え、加熱炭化・乾留処理により結晶水が除去され、あるいは炭酸塩が分解してＣＯ₂が放出されるので、キルン処理物としての配合量は低くなるが、成品焼結鉱は成分的には変化しない。

表６に、焼結鉱製造実験により得られた炭化物の性状と焼結操業結果をまとめて示す。実験Ｎｏ．３〜Ｎｏ．９（本発明例）のケースはいずれも成品歩留が実験Ｎｏ．１およびＮｏ．２（従来例）と同等以上に維持され、焼結生産率が向上している。また、粉コークスと無煙炭の原単位（ｋｇ／焼結鉱ｔ）も大幅に低下しており、炭酸ガスの発生抑制に効果的である。

表６には、ＰＫＳを炭化・乾留処理したＰＫＳ炭、水分を１３％含有したＰＫＳ炭、粉コークスおよび無煙炭のメジアン径および＋５ｍｍ粒子（目開きが５ｍｍの篩で篩い分けした篩上の粒子）の含有比率を示した。粉コークスおよび無煙炭の粒径はＰＫＳ炭のそれよりも小さく、また、ＰＫＳ炭には＋５ｍｍ粒子が多く含まれていることがわかる。

図６は、焼結シミュレーター実験におけるパレット内装入原料の高さ方向のＰＫＳ炭分布を示す図で、実験Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６（本発明例）についてＰＫＳ炭の分布状態を調査した結果である。ＰＫＳ炭には粒径１ｍｍ以下の粒子がほとんど存在していないので、サンプル原料を上層、中層および下層に分けて水洗処理した後、それぞれの層について、目視によりピンセットでＰＫＳ炭をピックアップして定量し、各層におけるＰＫＳ炭の分布比率を求めた。

図６から明らかなように、本発明例では、ＰＫＳ炭が下層に多く分布していることがわかる。この結果から、パレット内装入原料の下層部での燃焼性が大幅に改善され、焼結生産性の改善につながったことが確認された。

本発明のアブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）による焼結鉱製造方法によれば、バイオマスとしてのアブラ椰子核殻（ＰＫＳ）を炭化・乾留処理して得られたＰＫＳ炭を焼結機で製鉄用の炭材として利用することができ、焼結鉱製造の際、炭酸ガス排出量を抑制するとともに、焼結機の生産性を向上させることができる。したがって、本発明方法は、焼結鉱製造方法として有効に利用することができる。

１：粉状鉄鉱石、 ２：溶材、 ３：返鉱、
４ａ：粉コークス、 ４ｂ：無煙炭、 ４ｃ：アブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）、
５：混合・造粒、 ６：焼結ベッド、 ７：塊状焼結鉱、
８ａ：アブラ椰子核殻（ＰＫＳ）、 ８ｂ：高結晶水鉱石，
８ｃ：石灰石， 8ｄ：ドロマイト， ９：炭化・乾留炉（回転キルン）、
１０：加熱処理物、 １１：ＰＫＳ、 １２：供給ホッパー、
１３：回転キルン、 １４：バーナー、 １５：ＰＫＳ炭、
１６：ガス清浄冷却装置、 １７：流量計、 １８：燃焼装置、
１９：組成分析計、 ２０：原料供給ホッパー、 ２１：ロールフィーダー、
２２：装入装置、 ２３：パレット、 ２４：原料、 ２５：原料層、
２６：点火炉、 ２７：パレット車輪、 ２８：レール、 ２９：風箱、
３０：吸引、 ３１：集合配管。 ３２：送風機、 ３３：煙突

Claims (6)

1. 粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱および固体炭材を配合した原料を用い、パレット高さ方向に固体炭材の濃度分布をつけて焼結鉱を製造する方法において、
   前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、
   アブラ椰子核殻を加熱処理して製造した固体炭化物であるアブラ椰子核殻炭を配合するとともに、
   該固体炭化物の粒径よりも小さい粒径のコークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合することを特徴とするアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法。
2. アブラ椰子核殻の加熱処理を、回転キルンを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載のアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法。
3. 焼結原料に配合するアブラ椰子核殻炭の水分を１３％以上に調整することを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載のアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法。
4. 結晶水含有率が４．０％以上の粉鉄鉱石を含む粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱および固体炭材を配合した原料を用い、パレット高さ方向に固体炭材の濃度分布をつけて焼結鉱を製造する方法において、
   前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻および結晶水含有率が４．０％以上の鉄鉱石を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を配合するとともに、
   コークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合することを特徴とするアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法。
5. 粉鉄鉱石類、石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を含む成分調整用溶材、返鉱および固体炭材を配合した原料を用い、パレット高さ方向に固体炭材の濃度分布をつけて焼結鉱を製造する方法において、
   前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻ならびに、石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を配合するとともに、
   コークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合することを特徴とするアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法。
6. 結晶水含有率が４．０％以上の粉鉄鉱石を含む粉鉄鉱石類、石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を含む成分調整用溶材、返鉱および固体炭材を配合した原料を用い、パレット高さ方向に固体炭材の濃度分布をつけて焼結鉱を製造する方法において、
   前記粉鉄鉱石類、成分調整用溶材、返鉱を配合した焼結原料に、アブラ椰子核殻、結晶水含有率が４．０％以上の鉄鉱石、ならびに石灰石およびドロマイトのうちの一種以上を回転キルンにより加熱処理して製造した加熱処理物を配合するとともに、
   コークスおよび無煙炭のうちの一種以上を配合することを特徴とするアブラ椰子核殻炭による焼結鉱製造方法。