JP2014148727A - ブリケットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ニッケル酸化鉱石の乾燥を行うドータリードライヤーや焼成を行うロータリーキルンの排ガスから回収されるダストから、高い強度を有するブリケットを、低いコストで製造することができる方法を提供する。
【解決手段】フェロニッケル製錬におけるロータリーキルンから発生したダストとダストと鉱石とを予め混合し、混合して得られた混合物に所定量の水を添加して混練し、その混練物を成形する。鉱石は、ニッケル酸化鉱石をロータリードライヤーにて予備乾燥して得られた乾燥鉱石であり、粒径１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェロニッケル製錬においてニッケル酸化鉱石の焼成等を行うロータリーキルンから排出され回収されるダストからブリケットを製造するブリケットの製造方法に関する。

従来、鉄とニッケルの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サポロライト鉱石等のラテライト鉱石を原料として、乾燥工程、焼成工程、還元熔解工程、精製工程を有する乾式製錬方法が採られている。この方法では、通常、鉱石をロータリードライヤーにて乾燥させて鉱石の付着水分を１５〜２５％とした後（予備乾燥）、ロータリーキルンを使用した焼成処理（焼成工程）が行われる。

この焼成工程においては、予備乾燥された鉱石と無煙炭等の石炭をロータリーキルンに装入し、８００〜１０００℃程度まで加熱することで、付着水の除去（乾燥）と結晶水分の分解（焼成）、さらには予備還元を行い、焼鉱を得る。その後、溶融還元工程において、得られた焼鉱が電気炉にて溶融還元されて、ニッケルと鉄を含有するメタルとスラグが形成される。

このとき、ロータリードライヤー及びロータリーキルン内では、鉱石の乾燥処理や焼成処理に伴ってダストが発生する。そのため、排ガス処理設備において発生したダストの回収が行われている。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ことから、通常、原料として再利用するために、ダストをそのまま、若しくはペレタイザー等でペレットに造粒した後に、ロータリードライヤー又はロータリーキルンに繰り返し装入する方法が取られている（ダストの繰り返し処理）。

ダストをそのまま繰り返した場合、鉱石が粘土質で自己造粒性を有する鉱石であれば、その装入したダストはロータリードライヤー内で鉱石と共に造粒され、再度、ダストとなって飛散する割合は少なくなる。しかしながら、近年用いられる鉱石は、自己造粒性を有しているものが少なく、繰り返したダストは、そのままダストとして再度飛散してしまう。

そこで、繰り返し装入するためのダストを造粒することが行われる。しかしながら、キルンダストには、還元剤としてキルンに装入している石炭が含まれているため、濡れ性が低く、得られるペレットの強度が低いという問題がある。

一般的なダストの造粒では、ペレタイザーを用いた処理が行われているが、そのペレットの強度を得ることを目的としてバインダーとなる溶剤を使用しているため、コストが非常に高くなるという欠点がある。例えば特許文献１では、ｐＨ８．５以上であってアルカリ金属を含む水溶性無機塩であるアルカリ性水溶液を造粒水（溶剤）として用いてペレットを製造する方法が開示されているが、このような造粒水を作るにはコストが掛かるため、ダストペレットの製造コストが高くなるという問題点がある。

また、例えば特許文献２では、製鋼ダストに関して、バインダー無しで所定の強度を有するブリケットを製造する方法が開示されている。しかしながら、この特許文献２に記載の技術は、鉄鋼製錬における技術であって、この技術をダスト性状の異なるフェロニッケル製錬におけるダストの処理に適応させることはできない。

このように、フェロニッケル製錬におけるロータリーキルン等で発生するダストからペレットやブリケット等の成形物を得る方法において、その成形物に強度があり、且つ、その成形物を低い製造コストで製造することが求められている。

特開２００６−２９１３２０号公報 特開２００６−１３７９７６号公報

そこで、本発明はこのような実情に鑑みて提案されたものであり、ニッケル酸化鉱石の乾燥を行うドータリードライヤーや焼成を行うロータリーキルンの排ガスから回収されるダストから、高い強度を有するブリケットを、低いコストで製造することができる方法を提供することにある。

本発明者らは、上述した目的を達成するために鋭意検討を重ねた。その結果、回収したダストと鉱石とを予め混合させた後に、その混合物に対して所定量の水を添加して混練して得られた混練物に基づいて成形することによって、強度の高いブリケットを、低いコストで製造できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係るブリケットの製造方法は、フェロニッケル製錬におけるロータリーキルンから発生したダストからブリケットを製造する方法であって、前記ダストと鉱石とを予め混合する混合工程と、前記混合工程を経て得られた混合物に、所定量の水を添加して混練する混練工程と、前記混練工程を経て得られた混練物を成形する成形工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、バインダーとなる溶剤等を用いることなく低いコストで、高い強度を有するブリケットを製造することができ、再粉化させることなく効果的にロータリーキルンに繰り返し装入することができる。

ブリケットの製造方法の工程図である。 ブリケットの製造方法の流れを説明するための図である。 ブリケットマシンによって混練物を成形して得られる成形物の強度について説明するための図である。

以下、本発明に係るブリケットの製造方法の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という。）について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。

本実施の形態に係るブリケットの製造方法は、フェロニッケル製錬においてニッケル酸化鉱石に対する予備乾燥を行うロータリードライヤーや予備乾燥して得られた乾燥鉱石に対する焼成と予備還元を行うロータリーキルンから発生したダストからブリケットを製造する方法である。なお、以下では、予備乾燥に用いるロータリードライヤー、予備還元や焼成に用いるロータリーキルンを、総じて「ロータリーキルン」と称することがある。

フェロニッケル製錬において用いられるニッケル酸化鉱石（以下、単に「鉱石」ともいう。）は、特に限定されないが、一般的に、ラテライト鉱石を数種類ブレンドして調合したものを用いる。フェロニッケル製錬においては、先ず、その鉱石をロータリードライヤーにて予備乾燥して付着水分を２０％程度まで低減させ、次に、得られた乾燥鉱石と還元剤としての無煙炭等の石炭とをロータリーキルンに装入して焼成と予備還元を行う。なお、焼成されて排出された鉱石のことを焼鉱と呼び、この焼鉱の温度は後工程の電気炉における還元溶融でのトラブル回避のために８００℃以上を維持する操業を行っている。

そのロータリードライヤー及びロータリーキルン内では、鉱石の乾燥処理や焼成処理に伴ってダストが発生する。発生したダストは、鉱石と同程度の品位のニッケルを含む。このことから、通常、原料として再利用するために、回収したダストをブリケットに成形した後にロータリーキルン等に繰り返し装入する方法が採られている。

本実施の形態に係るブリケットの製造方法は、図１の工程図に示すように、発生したダストと鉱石とを予め混合する混合工程Ｓ１と、混合して得られた混合物に、所定量の水を添加して混練する混練工程Ｓ２と、混練して得られた混練物を、ブリケットマシン等を用いて成形する成形工程Ｓ３とを有する。また、図２に、この製造方法の流れを説明するための図を示す。このような製造方法によれば、高い強度を有するブリケットを低コストで製造することができ、再粉化することなく効果的に繰り返し処理に供することができる。以下、各工程について順に説明する。

なお、本明細書における「ブリケット」とは、ペレットをも含む概念として用いる。

（混合工程）
混合工程Ｓ１では、ロータリーキルンから発生して回収したダストと鉱石とを予め混合して混合物を得る。

ダストは、主として、ロータリーキルンにて発生する。本実施の形態に係るブリケットの製造方法において用いられるダストは、上述した鉱石の予備乾燥を行うドライヤー、及び、焼成を行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、主に、鉱石から付着水が除去された乾燥鉱石、更に部分的に結晶水が除去された焼鉱、還元剤の石炭等からなっている。このようなダストは、造粒性が悪い。このことは、ダスト中に石炭が含まれていることや焼成された鉱石を含むことから、濡れ性が悪化していることが原因であると考えられる。

一般的に、ダストから成形されるブリケット等の成形物の強度は、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考えられている。したがって、その成形物においては、毛細管現象による水分移動によって鉱石粒子が吸引されて真空の（気圧の低い）空間が発現することによって、強度が上昇すると考えられる。

このことから、本実施の形態に係るブリケットの製造方法においては、回収したダストと共に鉱石を混ぜ合わせるようにする。ダストと鉱石とは、粒子径が異なるものである。そのため、このようにダストと鉱石とを混ぜ合わせて造粒することで、粒同士が移動する際に必要とするエネルギーを増大させる、すなわち、成形物を構成する粒を動き難くさせることができ、得られる成形物の強度を上昇させることができる。つまり、このようにダストに鉱石を混ぜることで、その鉱石を所謂バインダーとして作用させる。

このとき、ダストと鉱石とを混ぜ合わせて造粒するにあたって重要となるのは、粒径の大きい鉱石と粒径の小さいダストの偏在をなくし、且つ、空隙率を下げるようにすること、つまりは、ダストと鉱石とを十分に良く混ぜ合わせることにある。

そこで、本実施の形態に係るブリケットの製造方法では、予めダストと鉱石とを混合する混合工程Ｓ１を設けることを特徴としている。このように、ダストと鉱石との混練物を作製するに先立って、ダストと鉱石とを混合させる混合工程とを設けることによって、混合が十分に効果的に行われるようになり、粒径の大きな鉱石と粒径の小さなダストの偏在をなくすことができるとともに、空隙率を下げることができる。そして、これにより、得られるブリケットの強度を効果的に高めることができる。

ダストは、上述したように、ロータリーキルンの排ガスから回収されたダストであり、特に限定されないが、その水分率を所定の割合に調整したものを用いることが好ましい。具体的には、例えば１６〜２０ｗｔ％の水分率となるように調整したダストを用いることが好ましい。なお、回収したダストの水分調整方法としては、所望とする水分率にすることができれば特に限定されず、例えば乾燥機を用いた乾燥処理や自然乾燥でもよい。

鉱石としては、ロータリードライヤーを経て付着水分が２０ｗｔ％以下程度（例えば、１６〜２０ｗｔ％程度）まで低減された（予備乾燥された）乾燥鉱石を用いる。また、この鉱石の粒径は、特に限定されないが、１０ｍｍ以下程度の鉱石（粉鉱石）を用いることが好ましい。このように、粒径１０ｍｍ以下程度の粉鉱石を用いてダストと混合させることによって、後述する混練工程Ｓ２においてダストと鉱石の空隙率を低下させることができ、より一層に強度の高いブリケットを製造することができる。

なお、混合に用いる鉱石は、特に限定されないが、図２に示すように、ロータリードライヤーから排出された後に、例えば１０ｍｍの篩等を用いて篩分けして得られた篩下の鉱石を回収して用いることができる。

（混練工程）
混練工程Ｓ２では、上述の混合工程Ｓ１にて混合して得られたダストと鉱石との混合物に、所定量の水を添加して混練して混練物とする。この混練工程Ｓ２では、混合物に対して、例えば調水装置等を用いて最終的な水分調整を行って混練することによって、ブリケットに成形するための原料（混練物）を作製する。

ここで、この混練工程Ｓ２にて最終調整する水分値が、成形物であるブリケットの強度や生産性の面から重要となる。成形方法については後で詳述するが、ブリケットマシン等のローラーのカップに混合物を充填させる方法の場合、水分値が高すぎると、成形物の強度が極端に落ち、成形物の形状が維持できなくなる。さらには、カップ内の付着物が多くなり適切な操業が維持できなくなる可能性がある。一方で、水分値が低すぎると、毛管力が発現されないために極端に成形物であるブリケットの強度が悪くなる。このことから、混練工程Ｓ２では、得られる混練物の付着水の割合が、好ましくは１８±３％の範囲内、より好ましくは１８±２％の範囲内となるように、所定量の水を添加して混練する。このようにして混練することによって、強度の高いブリケットを得ることができる。

また、混練工程Ｓ２においては、十分にしっかりと練り上げることによって空隙率を下げるようにすることが好ましい。具体的な混練方法としては、特に限定されないが、例えば５０（ｋｇ／ｍｉｎ）程度の量を処理する場合には、８０Ｌ程度の有効容積を有するミキサーを用いて混練させる。また、使用するミキサーについても、特に限定されず、例えばパグミルミキサー等を用いることができる。なお、ここでいうミキサーの有効容積とは、そのミキサーによって有効に混練され得る混合物の収容容積をいう。

（成形工程）
成形工程Ｓ３では、上述した混練工程Ｓ２を経て得られた混練物を、例えば圧縮型の連続式成形機（ブリケットマシン）を用いて成形し、成形物であるブリケットを得る。具体的な成形条件等については、特に限定されず、一般的な条件にて成形することができる。

ここで、この成形工程Ｓ３にてブリケットマシン等により成形される成形物の強度機構としては、図３に示すようなモデル図で説明することができる。

すなわち、図３に示すように、粉体がロール間隙に装入されると、“食い込み点”から下では粉体の流れはロール回転と関連的な流れになる。つまり、ロール回転に伴って粉体は圧縮されて、空隙は次第に減少して個々の粒子が密着して成形される。したがって、食い込み点より下のロール間隙の減少割合が、その成形圧を決め、成形物の比重と強度を決めることになる。この関係を簡単な式で表すと、次式のようになる。

なお、上記式においては、「θ」は食い込み角、「Ｖｆ」は原料粉の空隙率、「Ｖｐ」は成形物の空隙率、「Ｓ」はロール間隙、「ｄ」はロール直径をそれぞれ表す。

このような関係式において、「ｄ」、「Ｓ」、「Ｖｆ」が決まれば、成形物の空隙率が決まることになる。つまり、成形物の比重は、食い込み角によって決まることになる。食い込み角は、ロールが一定であるならば、原料粉状によって決まる。つまり、ロール直径が変わっても食い込み角は同じであることから、ロール直径が大きいほど比重の大きな成形物を得ることができる。また、原料粉の空隙率が高いほど、成形物の空隙率が低くなり、その結果として成形物（ブリケット）の強度が高くなる。

なお、この成形工程Ｓ３におけるブリケットマシン等を用いた成形処理では、一般的に、１〜２％程度の水分率が低減する。このことから、上述した混練工程Ｓ２では、この成形処理での水分率の低下を考慮して、水分の添加量を決定することが好ましい。

以上詳述したように、本実施の形態に係るブリケットの製造方法は、回収したダストと鉱石とを予め混合させた後に、その混合物に対して所定量の水を添加して混練し、得られた混練物に基づいて成形物であるブリケットを成形する。このようにして得られるブリケットでは、例えば圧壊強度が５〜１０（ｋｇｆ／個（ｐ））程度の非常に高い強度を有するものとなる。

また、本実施の形態に係るブリケットの製造方法では、従来のようにバインダーとしての溶剤等を用いることなく強度の高いブリケットを製造することができるので、製造コストを極めて効果的に低減することができ、効率的にブリケットを製造することができる。

なお、成形物の強度としての指標は、一般的に、上述した圧壊強度の他に、歩留、ドラム強度、落下強度等があるが、何れの場合においても、根本的には搬送系統及びキルンの転動に耐えうる強度であることが必要となる。例えば、このブリケットの製造方法により得られるブリケットは、＋１０ｍｍの歩留が８０％以上となる。

以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。

≪ブリケットの製造≫
以下のようにしてロータリーキルンから発生したダストからブリケットを製造した。

（混合工程）
先ず、ロータリーキルンから回収したダストと、ニッケル酸化鉱石を予備乾燥して得られた乾燥鉱石を１０ｍｍ以下に篩分けて得られた篩下の粉鉱石とを、２〜７分間に亘って予め混合させた（予備混合）。

ここで、ダストとしては、ニッケル酸化鉱石の予備乾燥を行うロータリードライヤー、及び、焼成を行うロータリーキルンの排ガスから回収されたダストを用いた。このダストは、鉱石から付着水が除去された乾燥鉱石、さらに部分的に結晶水が除去された焼鉱、還元剤の石炭を含んでいる。なお、原料鉱石としては、Ｎｉ品位が２％程度であり、Ｆｅ品位が２２％程度であり、ＭｇＯ品位が１６％程度であり、ＳｉＯ_２品位が３５％程度であるラテライト鉱石を数種類ブレンドして調合したものを使用した。調合後の鉱石品位は、Ｎｉ品位が１．９〜２．４％程度、Ｆｅ品位が１０〜１６％程度、ＭｇＯ品位が２２〜２７％程度、ＳｉＯ_２品位が３７〜４１％程度、付着水分が２５〜３０％程度であった。

なお、下記表１に、混合に用いた原料であるダストと鉱石の粒度分布例を示す。表１に示されるように、ダストは比較的粒径が小さく、粉鉱石は比較的粒径が大きく、ダストと粉鉱石とでは互いに粒径が異なることが分かる。

（混練工程）
次に、調水装置を備え、処理量が５０（ｋｇ／ｍｉｎ）当たり０．０８ｍ^３程度の有効容積を持つパグミルミキサーを用いて、ダストと粉鉱石とを混合して得られた混合物に対して所定量の水を添加しながら混練する混練処理を行い、混練物を作製した。なお、調水用の水としては工業用水を用いた。また、その調水の割合としては、成形物の水分値が下記表３に示すようなるように調水した。

（成形工程）
次に、得られた混練物をブリケットマシンに装入して成形し、ブリケットを製造した。

≪評価≫
＜予備混合の効果＞
ダストと鉱石との混練に先立ち、上述のように予め混合（予備混合）を行ったときと予備混合を行わなかったときでの、得られたブリケットの強度を比較した。下記表２に、ブリケットの強度の指標として圧懐強度を用いたときの結果を示す。なお、下記表２において、「（＋）３分」とは混練時における混練に伴う混合時間を意味し、「予備混合＋３分」とは混練に先立ち予備混合を行った試験例を示し、単に「３分」とは予備混合を行わずに混練時における混合のみを行った試験例を示す。また、生圧懐強度とは、得られた生のブリケットに対して測定した圧懐強度をいう。

表２に示されるように、混練に先立ち、予めダストと鉱石とを混合させる処理（予備混合）を行うことによって、得られるブリケットの強度が２倍も高くなり、効果的に強度を高められることが分かった。このことは、予備混合を行うことによって、粒径の大きな鉱石と粒径の小さなダストとが偏在することなく満遍なく混合され、これによって混練して得られた混練物の空隙率が非常に小さくなったためであると考えられる。

＜水分調整の割合＞
混練工程における水分調整（調水）の割合に基づいて、得られたブリケットの強度を比較した。試験例として、生ブリケット（成形物）における水分値（水分率）が、それぞれ、２０％、１９％、１８％、１７％、１５％となるように、混練に際して水分を調整したものを比較した。なお、水分値は、サンプルを１００℃２４ｈで乾燥させたときの乾燥前後の重量に基づいて算出した。

下記表３に、それぞれの水分率のブリケットの強度を示す。強度の指標としては、歩留（＋１０ｍｍ）、生圧懐強度（ｋｇｆ／個（ｐ））、ＩＤ強度（ドラム強度、＋１０ｍｍ）を用いた。なお、表３中の「−」は測定していないことを示す。

表３に示されるように、成形物であるブリケットの水分値が１７〜１９％となるように混練工程にて水を添加することによって、そのブリケットの歩留が８０％以上、圧壊強度が５（ｋｇｆ／個（ｐ））以上となることが分かった。

Claims (3)

1. フェロニッケル製錬におけるロータリーキルンから発生したダストからブリケットを製造する方法であって、
   前記ダストと鉱石とを予め混合する混合工程と、
   前記混合工程を経て得られた混合物に、所定量の水を添加して混練する混練工程と、
   前記混練工程を経て得られた混練物を成形する成形工程と
   を有することを特徴とするブリケットの製造方法。
2. 前記鉱石は、ニッケル酸化鉱石をロータリードライヤーにて予備乾燥して得られた乾燥鉱石であることを特徴とする請求項１に記載のブリケットの製造方法。
3. 上記鉱石は、粒径１０ｍｍ以下の鉱石であることを特徴とする請求項１又は２に記載のブリケットの製造方法。

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