JP2016156043A - サプロライト鉱の製錬方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サプロライト鉱を原料として形成したペレットに対する還元反応を効果的に進行させ、例えばフェロニッケルの日本工業規格を満たす１６％以上のニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を得ることができる製錬方法を提供する。【解決手段】本発明は、サプロライト鉱から形成したペレットを還元加熱することで、ニッケル品位が１６％以上の鉄−ニッケル合金を得るサプロライト鉱の製錬方法であって、サプロライト鉱からペレットを製造するペレット製造工程Ｓ１と、得られたペレットを製錬炉にて還元加熱する還元工程Ｓ２とを有する。ペレット製造工程Ｓ１では、少なくとも、サプロライト鉱と特定量の炭素質還元剤とを混合してペレットを製造し、還元工程Ｓ２では、予め製錬炉の炉床に炉床炭素質還元剤を敷き詰めて、その炉床炭素質還元剤上に製造したペレットを載置して還元加熱処理を施す。【選択図】図４

Description

本発明は、ニッケル酸化鉱の一種であるサプロライト鉱の製錬方法に関し、より詳しくは、原料鉱石であるサプロライト鉱からペレットを形成し、そのペレットを製錬炉にて還元加熱することによって製錬するサプロライト鉱の製錬方法に関する。

リモナイトあるいはサプロライトと呼ばれるニッケル酸化鉱の製錬方法として、熔錬炉を使用してニッケルマットを製造する乾式製錬方法、ロータリーキルンあるいは移動炉床炉を使用して鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）を製造する乾式製錬方法、オートクレーブを使用してミックスサルファイドを製造する湿式製錬方法等が知られている。

サプロライト鉱の乾式製錬としては、ロータリーキルンにて焙焼を行い、その後電気炉にて焼鉱を熔融することでフェロニッケルメタルを得るとともにスラグを分離する処理が一般的に行われている。このとき、鉄の一部をスラグに残留させることによって、フェロニッケルメタル中のニッケル濃度を高濃度に保っている。しかしながら、サプロライト鉱の全量を熔融してスラグとフェロニッケルとを生成させる必要があることから、多大な電気エネルギーを必要とするという欠点を有している。

特許文献１には、ロータリーキルンに酸化ニッケル鉱石と還元剤（無煙炭）とを投入して半熔融状態で還元することによって、ニッケルと鉄の一部をメタルまで還元した後に、比重分離や磁選によってフェロニッケルを回収する方法が提案されている。この方法によれば、電気を用いた熔融を行わずにフェロニッケルメタルを得ることができるため、消費エネルギーが小さいという利点を有する。しかしながら、半熔融状態での還元であるため、生成するメタルが小粒で分散してしまい、また比重分離や磁選分離でのロス分と相まって、ニッケルメタルの収率が相対的に低くなるという問題がある。

また、特許文献２には、移動炉床炉を利用してフェロニッケルを製造する方法が開示されている。この文献には、酸化ニッケル及び酸化鉄を含有する原料と炭素質還元剤とを混合してペレットを形成し、その混合物を移動炉床炉内で加熱還元して還元混合物を得るというものであり、その還元混合物を別の炉で熔融することによってフェロニッケルを得ることが示されている。もしくは、移動炉床炉内でスラグとメタルの両方、もしくは一方を熔融させることが示されている。しかしながら、還元混合物を別の炉で熔融させることは、電気炉での熔融プロセスと同様に多大なエネルギーを必要とする。また、炉内で熔融させた場合には、熔融したスラグやメタルが炉床と熔着してしまい、炉外への排出が困難になるという問題がある。

ここで、鉄−ニッケル合金中のニッケル品位に関し、日本工業規格（ＪＩＳ）では表１に示すようフェロニッケルのニッケル品位について規定しており、フェロニッケルとして販売するには１６％以上が必要となっている。

特公平０１−２１８５５号公報 特開２００４−１５６１４０号公報

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、サプロライト鉱からペレットを形成し、そのペレットを製錬炉にて還元加熱することによって鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）を得るサプロライト鉱の製錬方法において、製錬工程（還元工程）での製錬反応を効果的に進行させて、例えばフェロニッケルの日本工業規格を満たす１６％以上のニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を得ることができる製錬方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、原料としてサプロライト鉱と共に特定の割合で炭素質還元剤を混合してペレットを製造し、そのペレットを炭素質還元剤（炉床炭素質還元剤）を炉床に敷き詰めた製錬炉内に装入して還元加熱処理を施すことによって、還元反応を効果的に進行させ、ニッケル品位の高い鉄−ニッケル合金が得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下のものを提供する。

（１）本発明の第１の発明は、サプロライト鉱からペレットを形成し、該ペレットを還元加熱することによって、ニッケル品位が１６％以上の鉄−ニッケル合金を得るサプロライト鉱の製錬方法であって、前記サプロライト鉱からペレットを製造するペレット製造工程と、得られたペレットを製錬炉にて還元加熱する還元工程とを有し、前記ペレット製造工程では、少なくとも、前記サプロライト鉱と、炭素質還元剤とを用い、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、該ペレット内に含まれる酸化鉄を鉄メタルに還元するのに必要な化学当量との合計値を１００％としたときに、２５％以下の炭素量の割合となるように該炭素質還元剤の混合量を調整することによって混合し、得られた混合物を塊状化してペレットを形成し、前記還元工程では、得られたペレットを前記製錬炉に装入するにあたり、予め該製錬炉の炉床に炉床炭素質還元剤を敷き詰めて、該炉床炭素質還元剤上に該ペレットを載置した状態にして還元加熱処理を施すサプロライト鉱の製錬方法である。

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記還元工程では、前記炉床炭素質還元剤上に載置したペレットを、１３５０℃以上１５５０℃以下の加熱温度で還元加熱処理するサプロライト鉱の製錬方法である。

（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ペレットを前記製錬炉に装入する際の温度を６００℃以下とするサプロライト鉱の製錬方法である。

（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記ペレット製造工程では、前記炭素質還元剤のほかに添加剤を添加し、該炭素質還元剤を除く該添加剤の添加量を、前記サプロライト鉱の重量の１０％以下とするサプロライト鉱の製錬方法である。

（５）本発明の第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、前記還元工程における還元加熱処理の開始から前記ペレットを前記製錬炉から取り出すまでの時間を４０分未満とするサプロライト鉱の製錬方法である。

（６）本発明の第６の発明は、第１乃至第５のいずれかの発明において、前記還元工程を経て得られた還元物を粉砕して、鉄−ニッケル合金を含むメタルとスラグとに分離したのち、該メタルを熔融してフェロニッケルとするサプロライト鉱の製錬方法である。

本発明によれば、還元反応を効果的に進行させて、１６％以上の高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を効果的に得ることができる。

サプロライト鉱の製錬方法の流れを示す工程図である。 サプロライト鉱の製錬方法におけるペレット製造工程での処理の流れを示す処理フロー図である。 製錬炉内にペレットを装入した状態を模式的に示す図である。 ペレットに対する還元加熱処理の反応の様子を示す模式図である。 ＦｅＯ−ＳｉＯ_２−ＣａＯの三元系状態図を示す図である。

以下、本発明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、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。

≪サプロライト鉱の製錬方法≫
先ず、原料鉱石であるサプロライト鉱の製錬方法について説明する。以下では、原料鉱石として用いるサプロライト鉱をペレット化し、そのペレットを還元処理することでメタル（鉄−ニッケル合金（以下、鉄−ニッケル合金を「フェロニッケル」ともいう））とスラグとを生成させ、そのメタルとスラグとを分離することによってフェロニッケルを製造する製錬方法を例に挙げて説明する。

本実施の形態に係るサプロライト鉱の製錬方法は、サプロライト鉱のペレットを用い、そのペレットを製錬炉（還元炉）に装入して還元加熱することによって、ニッケル品位が１６％以上の鉄−ニッケル合金を得るものである。具体的に、本実施の形態に係るサプロライト鉱の製錬方法は、図１の工程図に示すように、サプロライト鉱からペレットを製造するペレット製造工程Ｓ１と、得られたペレットを還元炉にて所定の還元温度で還元加熱する還元工程Ｓ２と、還元工程Ｓ２にて生成したメタルとスラグとを分離してメタルを回収する分離工程Ｓ３とを有する。

＜１．ペレット製造工程＞
ペレット製造工程Ｓ１では、原料鉱石であるサプロライト鉱からペレットを製造する。原料鉱石であるサプロライト鉱は、Ｎｉ品位１．５％〜２．５％、Ｆｅ品位１３％〜２５％、ＭｇＯ／ＳｉＯ＝０．３〜１．０の組成をもつニッケル酸化鉱である。ここで、下記表２に、サプロライト鉱の組成（重量％）の一例を示す。ただし、サプロライト鉱の組成としてはこれに限定されない。

図２は、ペレット製造工程Ｓ１における処理の流れを示す処理フロー図である。この図２に示すように、ペレット製造工程Ｓ１は、サプロライト鉱を含む原料を混合する混合処理工程Ｓ１１と、得られた混合物を塊状物に形成（造粒）する塊状化処理工程Ｓ１２と、得られた塊状物を乾燥する乾燥処理工程Ｓ１３とを有する。

（１）混合処理工程
混合処理工程Ｓ１１は、サプロライト鉱を含む原料粉末を混合して混合物を得る工程である。具体的には、この混合処理工程Ｓ１１では、原料鉱石であるサプロライト鉱と共に、炭素質還元剤を添加して混合し、また任意成分の添加剤として、フラックス成分、バインダー等の例えば粒径が０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の粉末を混合して混合物を得る。

本実施の形態においては、ペレットを製造するにあたり、特定量の炭素質還元剤を混合して混合物とし、その混合物によりペレットを形成する。炭素質還元剤としては、特に限定されないが、例えば、石炭粉、コークス粉等が挙げられる。なお、この炭素質還元剤は、上述した原料鉱石であるサプロライト鉱の粒度と同等のものであることが好ましい。

ここで、炭素質還元剤の混合量としては、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルの全量をニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレット内に含まれる酸化鉄を鉄メタルに還元するのに必要な化学当量との合計値（以下、「化学当量の合計値」ともいう）を１００％としたときに、２５％以下の炭素量の割合となるように調整する。

このように、混合処理工程Ｓ１１では、炭素質還元剤の混合量を特定の割合、すなわち上述した化学当量の合計値１００％に対して２５％以下の割合の炭素量となるように調整することによってサプロライト鉱と混合する。そして、得られた混合物からペレットを製造することで、詳しくは後述するが、次の還元工程Ｓ２における還元加熱処理において、より効果的に、３価の鉄酸化物を２価の鉄酸化物に還元させるとともにニッケル酸化物をメタル化し、さらに２価の鉄酸化物をメタルに還元させてメタルシェルを形成させることができる。またその一方で、シェルの中に含まれる鉄酸化物の一部を酸化物として残留させるといった部分還元処理を施すことができるようになる。これらのことにより、１個のペレット中において、ニッケル品位が高いフェロニッケルメタル（メタル）と、フェロニッケルスラグ（スラグ）とを分けて生成させることができる。

なお、炭素質還元剤の混合量の下限値としては、特に限定されないが、化学当量の合計値１００％に対して０．１％以上の炭素量の割合となるように調整することが、反応速度の観点から好ましい。

また、混合処理工程Ｓ１１では、炭素質還元剤のほか、任意の添加剤成分として、バインダーやフラックス成分等を添加することができる。具体的に、バインダーとしては、例えば、ベントナイト、多糖類、樹脂、水ガラス、脱水ケーキ等を挙げることができる。また、フラックス成分としては、例えば、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、二酸化珪素等を挙げることができる。

ここで、これらバインダーやフラックス成分等の添加剤の添加量としては、原料構成であるサプロライト鉱の混合量の１０％以下とすることが好ましい。詳しくは後述するが、このような添加剤の添加量をサプロライト鉱の１０％以下とすることで、ペレットに対する還元処理により形成されるスラグを半熔融状態までにより効果的に留めることができ、これにより、鉄のメタル化反応を抑制することができ、より一層にニッケル品位を高めることができる。

（２）塊状化処理工程
塊状化処理工程Ｓ１２は、混合処理工程Ｓ１１にて得られた原料粉末の混合物を塊状物に形成（造粒）する工程である。具体的には、混合処理工程Ｓ１１にて得られた混合物に、塊状化に必要な水分を添加して、例えば塊状物製造装置（転動造粒機、圧縮成形機、押出成形機等）等を使用し、あるいは人の手によってペレット状の塊に形成する。

ペレットの形状としては、特に限定されないが、例えば球状とすることができる。また、ペレット状にする塊状物の大きさとしては、特に限定されないが、例えば、後述する乾燥処理、予熱処理を経て、還元工程における製錬炉等に装入されるペレットの大きさ（球状のペレットの場合には直径）で１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となるようにする。

（３）乾燥処理工程
乾燥処理工程Ｓ１３は、塊状化処理工程Ｓ１２にて得られた塊状物に対して乾燥処理を施す工程である。塊状化処理によりペレット状の塊となった塊状物は、その水分が例えば５０重量％程度と過剰に含まれており、べたべたした状態となっている。このペレット状の塊状物の取り扱いを容易にするために、乾燥処理工程Ｓ１３では、例えば塊状物の固形分が７０重量％程度で、水分が３０重量％程度となるように乾燥処理を施す。

より具体的に、乾燥処理工程Ｓ１３における塊状物に対する乾燥処理としては、特に限定されないが、例えば３００℃〜４００℃の熱風を塊状物に対して吹き付けて乾燥させる。なお、この乾燥処理時における塊状物の温度は１００℃未満である。

ペレット製造工程Ｓ１においては、上述したように原料鉱石であるサプロライト鉱を含む原料粉末を混合させ、得られた混合物をペレット状に造粒（塊状化）し、それを乾燥させることによってペレットを製造する。このとき、原料粉末の混合に際しては、上述したようにサプロライト鉱の組成に応じて特定量の炭素質還元剤を混合し、その混合物を用いてペレットを製造する。得られるペレットの大きさとしては、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度であり、形状を維持できる強度、例えば１ｍの高さから落下させた場合でも崩壊するペレットの割合が１％以下程度となる強度を有するペレットが製造される。このようなペレットは、次工程の還元工程Ｓ２に装入する際の落下等の衝撃に耐えることが可能であってそのペレットの形状を維持することができ、またペレットとペレットとの間に適切な隙間が形成されるので、製錬工程における製錬反応が適切に進行するようになる。

なお、このペレット製造工程Ｓ１においては、上述した乾燥処理工程Ｓ１３にて乾燥処理を施した塊状物であるペレットを所定の温度に予熱処理する予熱処理工程を設けるようにしてもよい。このように、乾燥処理後の塊状物に対して予熱処理を施してペレットを製造することで、還元工程Ｓ２にてペレットを例えば１４００℃程度の高い温度で還元加熱する際にも、ヒートショックによるペレットの割れ（破壊、崩壊）をより効果的に抑制することができる。例えば、製錬炉に装入した全ペレットのうちの崩壊するペレットの割合を僅かな割合とすることができ、ペレットの形状をより効果的に維持することができる。

具体的に、予熱処理においては、乾燥処理後のペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理する。また、好ましくは４００℃〜５５０℃の温度に予熱処理する。このように、３５０℃〜６００℃、好ましくは４００℃〜５５０℃の温度に予熱処理することによって、ペレットを構成するサプロライト鉱に含まれる結晶水を減少させることができ、例えば約１４００℃の製錬炉に装入して急激に温度を上昇させた場合であっても、その結晶水の離脱によるペレットの崩壊を抑制することができる。また、このような予熱処理を施すことによって、ペレットを構成するサプロライト鉱、炭素質還元剤、またバインダーやフラックス成分等の粒子の熱膨張が２段階となってゆっくりと進むようになり、これにより、粒子の膨張差に起因するペレットの崩壊を抑制することができる。なお、予熱処理の処理時間としては、特に限定されずサプロライト鉱を含む塊状物の大きさに応じて適宜調整すればよいが、得られるペレットの大きさが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となる通常の大きさの塊状物であれば、１０分〜６０分程度の処理時間とすることができる。

＜２．還元工程＞
還元工程Ｓ２では、ペレット製造工程Ｓ１で得られたペレットを所定の還元温度に還元加熱する。この還元工程Ｓ２におけるペレットの還元加熱処理により、製錬反応（還元反応）が進行して、メタルとスラグとが生成する。

具体的に、還元工程Ｓ２における還元加熱処理は、製錬炉（還元炉）等を用いて行われ、サプロライト鉱を含むペレットを、所定の温度に加熱した製錬炉に装入することによって還元加熱する。具体的に、このペレットに対する還元加熱処理は、好ましくは１３５０℃以上１５５０℃以下の温度で行う。還元加熱温度が１３５０℃未満であると、効果的に還元反応を進行させることができないことがある。一方で、還元加熱温度が１５５０℃を超えると、還元反応が進み過ぎてニッケル品位が低下することがある。

ペレットを製錬炉内に装入する際における温度としては、特に限定されないが、６００℃以下であることが好ましい。また、炭素質還元剤によってペレットが燃えてしまう可能性をより効率的に抑制する観点から、５５０℃以下とすることがより好ましい。

ペレットを製錬炉内に装入する際の温度が６００℃を超えると、ペレットに含まれる炭素質還元剤の燃焼が始まってしまう可能性がある。一方で、連続的に還元加熱処理を施すプロセスの場合には、温度を下げすぎると昇温コストの点で不利になるため、下限値としては特に限定されないが、５００℃以上とすることが好ましい。なお、ペレットの装入時における温度を上述した温度に制御しない場合であっても、燃焼や焼結の影響が生じないほどの短時間でペレットを製錬炉内に装入すれば、特に問題はない。

さて、本実施の形態においては、その得られたペレットを製錬炉に装入するにあたって、予めその製錬炉の炉床に炭素質還元剤（以下、この炭素質還元剤を「炉床炭素質還元剤」という）を敷き詰め、その敷き詰められた炉床炭素質還元剤の上にペレットを載置して還元加熱処理を施す。具体的には、図３の模式図に示すように、予め製錬炉１の炉床１ａに例えば石炭粉等の炉床炭素質還元剤１０を敷き詰めておき、製造したペレット２０をその敷き詰められた炉床炭素質還元剤１０上に載置して還元加熱処理を施すようにする。

図４は、還元工程Ｓ２において還元加熱処理を施したときのペレットにおける還元反応の様子を模式的に示す図である。先ず、上述したように本実施の形態においては、予め製錬炉の炉床に炭素質還元剤１０を敷き詰め、その炭素質還元剤１０上にペレット２０を載置して還元加熱処理を開始する。

この還元加熱処理では、ペレット２０の表面（表層部）から熱が伝わり、例えば下記反応式（ｉ）に示すような原料鉱石に含まれる酸化鉄の還元反応が進む（図４（Ａ））。
Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｃ → Ｆｅ_３Ｏ_４＋ＣＯ ・・・（ｉ）

ペレット２０の表層部２０ａにおける還元が進行してＦｅＯまでの還元が進むと（Ｆｅ_３Ｏ_４＋Ｃ→ＦｅＯ＋ＣＯ）、ＮｉＯ−ＳｉＯ_２として結合していたニッケル酸化物（ＮｉＯ）とＦｅＯとの置換が進み、その表層部２０ａにおいて例えば下記反応式（ii）で示すようなＮｉの還元が始まる（図４（Ｂ））。そして、外部からの熱伝播と共に、このＮｉの還元反応と同様の反応が次第に内部においても進行していく。
ＮｉＯ＋ＣＯ → Ｎｉ＋ＣＯ_２ ・・・（ii）

このようにして、ペレット２０の表層部２０ａにおいてニッケル酸化物の還元反応と共に、例えば下記反応式（iii）に示すような鉄酸化物の還元反応が進行していくことにより、例えば１分程度の僅かな時間で、その表層部２０ａにおいてメタル化が進んで鉄−ニッケル合金となり、メタルの殻（メタルシェル）３０が形成されていく（図４（Ｃ））。なお、この段階で形成されているシェル３０は極めて薄く、ＣＯ／ＣＯ_２ガスは容易に通過するため、外部からの熱伝播と共に次第に内部への反応が進行していく。
ＦｅＯ＋ＣＯ → Ｆｅ＋ＣＯ_２ ・・・（iii）

ここで、図５に、ＦｅＯ−ＳｉＯ_２−ＣａＯ三元系状態図を示し、その状態図上にスラグ組成変化線を示す。なお、図５において記された実線はスラグの熔融温度であり、ＦｅＯの割合が多い領域（三角形の中央〜右下側）にスラグ融点が低い領域がある。原料鉱石のサプロライト鉱中にはＣａがほとんど含まれていないことから、本実施の形態におけるスラグ組成の変化は、図５に示す状態図で、Ｃａ等がほとんど含まれていない組成で示した線上で生じる。

還元工程Ｓ２における加熱還元処理により、上述したように、鉄酸化物の還元が進むと（例えばＦｅ_２Ｏ_３→ＦｅＯ）、ＦｅＯの増加と共に図５の状態図中の矢印Ｘの方向に組成が変化し、次第にスラグ融点が低い領域に近づいてスラグの部分的な熔融が始まる。このスラグが部分的に熔融した半熔融状態においては、一部の鉄がメタル化（ＦｅＯ→Ｆｅ）していくが、その鉄のメタル化が進んでＦｅＯ量が減少していくと、スラグの熔融温度が上昇してスラグが固化していくようになる（図５の状態図中の矢印Ｙ）。本実施の形態においては、ペレット中における炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量の合計値１００％に対して２５％以下の炭素量の割合となるように調整しているため、このようなメカニズムに基づいて鉄のメタル化反応を抑制されることができる。

より具体的に、これらの反応がペレット内で生じる様子を模式的に示したものが、図４（Ｄ）〜（Ｅ）の模式図である。すなわち、加熱によりペレット２０の表層部２０ａから還元反応が進んでメタルシェル３０が生じるが、本実施の形態においてはペレット中の炭素質還元剤１５の量を上述した化学当量の合計値１００％に対して２５％以下の炭素量となるように調整しているため、還元反応により生じる全メタル量（ニッケル、鉄）が少なくなり、その結果としてメタルシェル３０は非常に薄いものとなる。なお、鉄がＦｅＯとなってスラグ５０の熔融が進むと同時に一部の鉄のメタル化（ＦｅＯ→Ｆｅ）は進む（図４（Ｄ））。この図４（Ｄ）に示す状態では、ペレット内部において、ニッケルの一部と鉄のメタル化によりメタル粒４０が生成する。

上述したように、鉄のメタル化の割合が増えることによって、ＦｅＯ量が減少してスラグ５０の熔融温度が上昇し、スラグ５０が再度固化する（図４（Ｅ））。その固化したスラグ５０の中には、メタル粒４０が分散した状態となっている。一方で、メタルシェル３０においては、炉床１ａに敷き詰めた炉床炭素質還元剤１０からの浸炭により熔融していくが、そのメタルシェル３０は量が少ないため表面張力によりペレット２０下部の表層部２０ａに残留する（図４（Ｆ））。炉床１ａに敷き詰めた炭素質還元剤１０により生じたＣＯガスによる還元は進行していくものの、スラグ５０が固化しているためにその速度は遅く、鉄のメタル化は抑制される。

このように、本実施の形態においては、サプロライト鉱を原料鉱石としたペレット２０に対する加熱還元処理において、ペレット２０に含有させる炭素質還元剤１５の量を化学当量の合計値１００％に対して２５％以下の炭素量となるように調整していることにより、鉄のメタル化を効果的に抑制することができる。

ここで、原料鉱石のサプロライト鉱中にはＣａ量が少ないことから、例えば石灰石を過剰に添加することで図５の状態図中の点線「Ｐ線」で示すスラグ組成や「Ｑ線」で示す高Ｃａスラグ組成にしてスラグが熔融する条件とすると、そのスラグの熔融により液相が存在するようになることで、鉄のメタルへの還元反応速度が高まり、鉄のメタル化反応を抑制することが難しくなる。

そのため、本実施の形態では、混合処理工程Ｓ１１において、フラックス等の添加剤を添加しない、あるいはその添加剤の添加量を、サプロライト鉱の混合量に対して１０％以下の割合となるようにする。このことにより、スラグ５０を半熔融状態までに有効に留めることができ、鉄のメタル化反応をより効果的に抑制することができる。

さて、図４（Ｆ）に示したように、メタルシェル３０の一部が液相になった状態を長時間保つと、製錬炉１の炉床１ａに敷き詰めた炭素質還元剤１０によってメタルシェル３０内で還元されず存在していた酸化鉄の還元が進んでしまい、ニッケル品位を下げる要因にもなる。そのため、メタルとスラグを炉外に速やかに取り出して、さらに冷却することによって還元反応を抑制させることが好ましい。

具体的には、製錬炉１内にペレット２０を装入して還元加熱処理を開始してから、そのペレット２０を製錬炉の外に取り出すまでの時間が４０分未満程度となるように処理することが好ましい。また、炉外にペレット２０を取り出してから８分以内に５００℃以下の温度となるように冷却することが好ましい。このように、還元加熱処理の開始から炉外への取り出しまでの時間を４０分未満とし、また取り出してから８分以内に５００℃以下の温度となるように冷却することで、ペレット２０に対する還元反応を効率的に抑制させることができ、メタルシェル３０内に存在する酸化鉄の還元を止めて、ニッケル品位の低下を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態においては、ペレット２０中に混合させた特定量の炭素質還元剤１５により、メタルシェル３０とメタル粒４０とを形成させることができる。このとき、ニッケル酸化物をメタル化する一方で、３価の鉄酸化物が還元されて得られた２価の鉄酸化物のメタルへの還元を部分的に生じさせるのみとして、鉄のメタルの生成量を抑制させる。また、製錬炉１の炉床１ａに炉床炭素質還元剤１０を敷き詰めた状態で還元加熱処理を行うことで、還元処理の進行に伴い、その敷き詰めた炉床炭素質還元剤１０のうちの上述した還元反応に関与しない余剰の炉床炭素質還元剤１０の炭素成分が、メタルシェル３０を構成する鉄−ニッケル合金に取り込まれて適度な浸炭を生じさせ、一方で一部の鉄−ニッケル合金は熔融してスラグ５０中に分散される。これらのことにより、１６％以上の高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）を製造することができる。

特に、ペレット２０中に混合させる炭素質還元剤１５の量を特定の割合、すなわち上述した化学当量の合計値１００％に対して２５％以下の割合の炭素量となるように調整し、それを他の原料と混合して得られたペレット２０に対して還元加熱処理を施すことで、その還元反応において、形成されたメタルシェル３０の中における鉄酸化物の全量を還元させずに、鉄の一部を酸化物として残す、いわゆる部分還元を施し、薄く脆いメタルシェル３０が残留した状態とすることができる。つまり、鉄のメタル化を効果的に抑制することができる。

これらのことにより、ニッケルを効果的に濃縮させることができ、１個のペレット中では、ニッケル品位が高いフェロニッケルメタルと、フェロニッケルスラグとを分けて生成させることができる。

なお、ペレット２０において分かれて生成したメタルとスラグとは混ざり合うことがなく、その後の冷却によってメタル固相とスラグ固相との別相として混在する混合物となる。この混合物の体積は、装入するペレットと比較すると、５０％〜６０％程度の体積に収縮している。

＜３．分離工程＞
分離工程Ｓ３では、還元工程Ｓ２にて生成したメタルとスラグとを分離してメタルを回収する。具体的には、ペレット２０に対する還元加熱処理によって得られた、薄いメタルシェル３０におけるメタル相（メタル固相）とスラグ相（炭素質還元剤を含むスラグ固相）とを含む混合物から、メタル相を分離して回収する。

固体として得られたメタル相とスラグ相との混合物からメタル相とスラグ相とを分離する方法としては、例えば、粗砕あるいは粉砕後に篩い分けによる大粒径のメタルの除去に加えて、比重による分離や、磁力による分離等の方法を利用することができる。具体的には、例えば、薄いメタルシェル３０を粉砕し、そのメタルシェル３０におけるメタル相とスラグ相の混合物を粉砕して、篩い分け後に磁選等を行う。得られたメタル相とスラグ相は、濡れ性が悪いことから容易に分離することができる。

このようにしてメタル相とスラグ相とを分離することによって、メタル相を回収する。なお、このようにして回収したメタルを熔融することによって、フェロニッケル（ニッケル品位１６％以上）を製造することができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

［実施例１］
原料鉱石として表２に示す組成のサプロライト鉱と、炭素質還元剤とを混合して混合物を得た。混合物中に含ませた炭素質還元剤の混合量としては、形成されるペレット中に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレット内に含まれる酸化鉄を鉄メタルに還元するのに必要な化学当量との合計値（化学当量の合計値）を１００％としたときに、６％の炭素量の割合となる分量とした。

次に、得られた原料粉末の混合物に適宜水分を添加して手で捏ねることによって球状の塊状物に形成した。そして、得られた塊状物の固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、３００℃〜４００℃の熱風を塊状物に吹き付けて乾燥処理を施し、球状のペレット（サイズ（直径）：１７ｍｍ）を製造した。

次に、製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉床に敷き詰め、その炉床に敷き詰めた炉床炭素質還元剤の上に、製造したペレット１００個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。

そして、還元温度を１４００℃として、製錬炉内で還元加熱処理を行った。還元加熱処理の開始から５分後に炉内からペレットを取り出し、炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような還元加熱処理により、スラグと、そのスラグの一部に付着したメタルシャルと、スラグ中に存在する小粒径のメタル粒とを含む還元ペレットが得られた。得られた還元ペレットを全溶解して、メタルにおけるニッケルと鉄の分析を行った。下記表３に、得られたメタル分のニッケル品位と鉄品位とを示す。表３に示すように、ニッケル品位は２９％であり、ＪＩＳで規格されたフェロニッケルのニッケル品位１６％を大きく上回るものであった。また、表２に示した鉱石組成に基づき質量バランスから計算した結果、ニッケルの回収率としては９５％以上であった。

［実施例２］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例２では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量の合計値１００％に対して炭素量で２０％の割合となる分量とした。

次に、製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉床に敷き詰め、その炉床に敷き詰めた炭素質還元剤の上に、製造したペレット１００個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。

そして、還元温度を１４００℃として、製錬炉内で還元加熱処理を行った。還元加熱処理の開始から５分後に炉内からペレットを取り出し、炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような還元加熱処理により、還元ペレットが得られた。実施例１と同様に還元ペレット中のメタル品位を求めた。下記表４に、得られたメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表４に示すように、ニッケル品位は１６％であり、ＪＩＳで規格されたフェロニッケルのニッケル品位１６％を満足するものであった。また、表２に示した鉱石組成に基づき質量バランスから計算した結果、ニッケルの回収率としては９５％以上であった。

［実施例３］
原料鉱石として表２に示す組成のサプロライト鉱と、フラックスとしての石灰石と、バインダーと、さらに炭素質還元剤を混合して混合物を得た。原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例３では、フラックスとしての石灰石の混合量を、サプロライト鉱石の混合重量に対して石灰石重量で８％の割合となる分量とした。また、バインダーの混合量を、サプロライト鉱石の混合重量に対して１％の割合となる分量とした。また、炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量の合計値１００％に対して炭素量で６％の割合となる分量とした。

次に、製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉床に敷き詰め、その炉床に敷き詰めた炭素質還元剤の上に、製造したペレット１００個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。

そして、還元温度を１４００℃として、製錬炉内で還元加熱処理を行った。還元加熱処理の開始から１０分後に炉内からペレットを取り出し、内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような還元加熱処理により、還元ペレットが得られた。下記表５に、得られたメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表５に示すように、ニッケル品位は２０％であり、ＪＩＳで規格されたフェロニッケルのニッケル品位１６％を大きく上回るものであった。また、表２に示した鉱石組成に基づき質量バランスから計算した結果、ニッケルの回収率としては９５％以上であった。

［実施例４］
実施例１と同様にして混合物を得た後にペレットを製造し、同様の条件にてそのペレットに対して還元加熱処理を施した。実施例４では、還元加熱処理の開始から３０分後に炉内からペレットを取り出し、炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような還元加熱処理により、還元ペレットが得られた。下記表６に、得られたメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表６に示すように、ニッケル品位は１６％であり、ＪＩＳで規格されたフェロニッケルのニッケル品位１６％を満足するものであった。また、表２に示した鉱石組成に基づき質量バランスから計算した結果、ニッケルの回収率としては９５％以上であった。

［比較例１］
製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉を炉床に敷き詰めず、ペレットのみを製錬炉に装入して還元加熱処理を施したこと以外は、実施例１と同様にして行った。

その結果、還元反応の過程でメタルシェルが形成されず、還元ペレットの内側には、未反応の鉱石と一部熔融したスラグ小塊とそのスラグ小塊中に分散した微量のメタル粒が共存していた。このように、比較例１では、還元反応自体が十分に進行しなかった。

［比較例２］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、比較例２では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量の合計値１００％に対して炭素量で３０％の割合となる分量とした。

次に、製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉床に敷き詰め、その炉床に敷き詰めた炭素質還元剤の上に、製造したペレット１００個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。

そして、還元温度を１４００℃として、製錬炉内で還元加熱処理を行った。還元加熱処理の開始から１５分後に炉内からペレットを取り出し、炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような還元加熱処理により、還元ペレットが得られた。得られた還元ペレットに対し、実施例１と同様の分析を実施した。下記表７に、得られたメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表７に示すように、ニッケル品位は１１％であり、メタル中のニッケルは十分に濃縮されず、フェロニッケル品位（ニッケル品位１６％以上）のメタルを得ることができなかった。

［比較例３］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後に乾燥ペレットを製造し、その炉床に敷き詰めた炭素質還元剤の上に製造したペレット１００個を載置させて装入した。なお、製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。

比較例３では、還元温度を１３００℃として、その製錬炉内で還元加熱処理を行った。還元加熱処理の開始から１０分後に炉内からペレットを取り出し、炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

その結果、得られた還元ペレットの内側には、未反応の鉱石と熔融したスラグとそのスラグ小塊中に分散した微量のメタル粒が共存していた。このように、比較例３では、反応が十分に進行せず、ニッケル回収率は６０％程度と非常に低かった。

［比較例４］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後に乾燥ペレットを製造し、その炉床に敷き詰めた炭素質還元剤の上に製造したペレット１００個を載置させて装入した。なお、製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。

比較例４では、還元温度を１５７０℃として、その製錬炉内で還元加熱処理を行った。還元加熱処理の開始から５分後に炉内からペレットを取り出し、炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような還元加熱処理により、熔融した後に固化したとみられるメタルの塊とスラグ塊とが分離して得られた。下記表８に、得られたメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表８に示すように、ニッケル品位は８％であり、メタル中のニッケルは十分に濃縮されず、フェロニッケル品位（ニッケル品位１６％以上）のメタルを得ることができなかった。

［比較例５］
実施例３と同様にして混合物を得た後にペレットを製造し、同様の条件にてそのペレットに対して還元加熱処理を施した。

還元加熱処理の開始から１０分で還元反応が終了していることを確認した上で、比較例５では、その還元加熱処理の開始から４０分経過後に炉内からペレットを取り出し、炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような還元加熱処理により、還元ペレットが得られた。得られた還元ペレットに対し、実施例１と同様の分析を実施した。下記表９に、得られた還元ペレット中のメタル品位と鉄品位を示す。表９に示すように、ニッケル品位は１４％であり、メタル中のニッケルは十分に濃縮されず、フェロニッケル品位（ニッケル品位１６％以上）のメタルを得ることができなかった。

［比較例６］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後に乾燥ペレットを製造し、その炉床に敷き詰めた炭素質還元剤の上に製造したペレット１００個を載置させて装入した。なお、製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。

比較例６では、還元温度を１６５０℃として、その製錬炉内で還元加熱処理を行った。還元加熱処理の開始から５分後に炉内からペレットを取り出し、炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような還元加熱処理により、熔融した後に固化したとみられるメタルの塊とスラグ塊とが分離して得られた。下記表１０に、得られたメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表１０に示すように、ニッケル品位は６％であり、メタル中のニッケルは十分に濃縮されず、フェロニッケル品位（ニッケル品位１６％以上）のメタルを得ることができなかった。

１０ （炉床に敷き詰めた）炉床炭素質還元剤
２０ ペレット
３０ メタルシェル（シェル）
４０ メタル粒
５０ スラグ

Claims (6)

1. サプロライト鉱からペレットを形成し、該ペレットを還元加熱することによって、ニッケル品位が１６％以上の鉄−ニッケル合金を得るサプロライト鉱の製錬方法であって、
   前記サプロライト鉱からペレットを製造するペレット製造工程と、
   得られたペレットを製錬炉にて還元加熱する還元工程と
   を有し、
   前記ペレット製造工程では、少なくとも、前記サプロライト鉱と、炭素質還元剤とを用い、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、該ペレット内に含まれる酸化鉄を鉄メタルに還元するのに必要な化学当量との合計値を１００％としたときに、２５％以下の炭素量の割合となるように該炭素質還元剤の混合量を調整することによって混合し、得られた混合物を塊状化してペレットを形成し、
   前記還元工程では、得られたペレットを前記製錬炉に装入するにあたり、予め該製錬炉の炉床に炉床炭素質還元剤を敷き詰めて、該炉床炭素質還元剤上に該ペレットを載置した状態にして還元加熱処理を施す
   ことを特徴とするサプロライト鉱の製錬方法。
2. 前記還元工程では、前記炉床炭素質還元剤上に載置したペレットを、１３５０℃以上１５５０℃以下の加熱温度で還元加熱処理する
   ことを特徴とする請求項１に記載のサプロライト鉱の製錬方法。
3. 前記ペレットを前記製錬炉に装入する際の温度を６００℃以下とする
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のサプロライト鉱の製錬方法。
4. 前記ペレット製造工程では、前記炭素質還元剤のほかに添加剤を添加し、該炭素質還元剤を除く該添加剤の添加量を、前記サプロライト鉱の重量の１０％以下とする
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサプロライト鉱の製錬方法。
5. 前記還元工程における還元加熱処理の開始から前記ペレットを前記製錬炉から取り出すまでの時間を４０分未満とする
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載にサプロライト鉱の製錬方法。
6. 前記還元工程を経て得られた還元物を粉砕して、鉄−ニッケル合金を含むメタルとスラグとに分離したのち、該メタルを熔融してフェロニッケルとする
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載にサプロライト鉱の製錬方法。

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