JP2020056052A - 酸化鉱石の製錬方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石を含む混合物を還元することでメタルを製造する製錬方法において、得られるメタルの品位を高めることができ、高品質のメタルを効率的に製造することができる酸化鉱石の製錬方法を提供する。【解決手段】酸化鉱石と第１の還元剤とを含む混合物を得る混合工程と、得られた混合物に第１の還元処理を施す還元第１工程と、第１の還元処理を施した混合物に、第２の還元剤により第２の還元処理を施す還元第２工程と、を含む酸化鉱石の製錬方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、酸化鉱石の製錬方法に関するものであり、例えば、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石を原料として炭素質還元剤により還元することで還元物を得る製錬方法に関する。

酸化鉱石の一種であ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石の製錬方法として、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とニッケルの合金（以下、鉄とニッケルの合金を「フェロニッケル」ともいう）を製造する乾式製錬方法、オートクレーブを使用して高温高圧で酸浸出し、ニッケルやコバルトが混在した混合硫化物（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。

上述した様々な方法の中で、特に乾式製錬法を用いてニッケル酸化鉱石を還元して製錬する場合、反応を進めるために原料のニッケル酸化鉱石を適度な大きさに破砕する等して塊状物化する処理が前処理として行われる。

具体的に、ニッケル酸化鉱石を塊状物化する、すなわち粉状や微粒状の鉱石を塊状にする際には、そのニッケル酸化鉱石と、それ以外の成分、例えばバインダーやコークス等の還元剤とを混合して混合物とし、さらに水分調整等を行った後に塊状物製造機に装入して、例えば一辺あるいは直径が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度の成形物（ペレット、ブリケット等を指す。以下、単に「ペレット」ということもある）とするのが一般的である。

塊状物化して得られるペレットには、含有する水分を「飛ばす」ために、ある程度の通気性が必要となる。さらに、その後の還元処理においてペレット内で均一に還元が進まないと、得られる還元物の組成が不均一になり、メタルが分散したり偏在したりする等の不都合が生じる。そのため、ペレットを作製する際には混合物を均一に混合したり、得られたペレットを還元する際には可能な限り均一な温度を維持することが重要となる。

加えて、還元処理により生成するメタル（フェロニッケル）を粗大化させることも非常に重要な技術である。生成したフェロニッケルが、例えば数１０μｍ以上数１００μｍ以下の細かな大きさであった場合、同時に生成するスラグと分離することが困難となり、フェロニッケルとしての回収率（収率）が大きく低下してしまう。そのため、還元後のフェロニッケルを粗大化する処理が必要となる。

例えば、特許文献１には、金属酸化物と炭素質還元剤とを含む塊成物を、移動床型還元溶融炉の炉床上に供給して加熱し、金属酸化物を還元溶融させる粒状金属の製造方法において、塊成物同士の距離を０としたときの塊成物の炉床への最大投影面積率に対する、塊成物の炉床への投影面積率の相対値を敷密度としたとき、平均直径が１９．５ｍｍ以上３２ｍｍ以下の塊成物を、敷密度が０．５以上０．８以下になるように炉床上に供給して加熱する方法が開示されている。この方法では、塊成物の敷密度と平均直径とを併せて制御することで、粒状金属鉄の生産性を高められることが記載されている。

しかしながら、特許文献１にあるような、特定の直径を有するものを塊成物として用いる方法では、特定の直径を有しないものを取り除く必要があるため、塊成物を作製する際に収率が低いという問題があった。また、特許文献１の方法では、塊成物の敷密度を０．５以上０．８以下に調整する必要があり、塊成物を積層させることもできないため、生産性が低く、しかも製造コストが高いものであった。

このように、酸化鉱石を混合及び還元して金属や合金を製造する技術には、生産性を高め、製造コストを低減させ、メタルの品質を高める点で、多くの課題があった。

特開２０１１−２５６４１４号公報

本発明は、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石を含む混合物を還元することでメタルを製造する製錬方法において、得られるメタルの品位を高めることができ、高品質のメタルを効率的に製造することができる酸化鉱石の製錬方法を提供することを目的とする。

本発明者は、酸化鉱石と第１の還元剤とを含む混合物に還元処理を施した後に、混合物を第２の還元剤によりさらに還元処理を施すことによって上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

（１）本発明の第１は、酸化鉱石と第１の還元剤とを含む混合物を得る混合工程と、得られた混合物に第１の還元処理を施す還元第１工程と、前記第１の還元処理を施した混合物に、第２の還元剤により第２の還元処理を施す還元第２工程と、を含む酸化鉱石の製錬方法である。

（２）本発明の第２は、第１の発明において、前記還元第２工程では、第２の還元処理を施す処理空間の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下となるように第２の還元処理を施して、メタルとスラグとを含む還元物を得る酸化鉱石の製錬方法である。

（３）本発明の第３は、第１又は２の発明において、前記還元第１工程では、還元温度を１２００℃以上１５００℃以下として前記第１の還元処理を施し、前記還元第２工程では、還元温度を９００℃以上１２００℃未満として前記第２の還元処理を施す酸化鉱石の製錬方法である。

（４）本発明の第４は、第１から第３のいずれかの発明において、前記酸化鉱石はニッケル酸化鉱石である酸化鉱石の製錬方法である。

本発明に係る酸化鉱石の製錬方法によれば、高品質なメタルを効率的に製造することができる。

ニッケル酸化鉱石の製錬方法の流れの一例を示す工程図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。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。また、本明細書において、「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ、Ｙは任意の数値）との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」の意味である。

≪１．酸化鉱石の製錬方法の概要≫
本実施の形態に係る酸化鉱石の製錬方法は、原料鉱石である酸化鉱石（酸化物）を炭素質還元剤と混合し、その混合物（ペレット）に対して製錬炉（還元炉）内で還元処理を施すことによって、メタルとスラグとを生成させるものである。

例えば、酸化鉱石として、酸化ニッケルや酸化鉄等を含有するニッケル酸化鉱石を原料とし、そのニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して混合物を得て、混合物に含まれるニッケルを優先的に還元し、また鉄を部分的に還元することで、鉄とニッケルの合金であるフェロニッケルを製造する方法が挙げられる。

そして、本実施の形態に係る酸化鉱石の製錬方法においては、酸化鉱石と第１の還元剤とを含む混合物に還元処理（第１の還元処理）を施した後に、処理後の混合物に対して第２の還元剤により再度還元処理（第２の還元処理）を施すことを特徴としている。

このような方法によれば、例えば還元炉内に残存する酸素等により酸化されたメタルを再還元することができ、得られるメタルの品位を高めることができる。

≪２．ニッケル酸化鉱石を用いてフェロニッケルの製造する製錬方法≫
以下では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に含まれるニッケル（酸化ニッケル）と鉄（酸化鉄）を還元することで、鉄−ニッケル合金のメタルを生成させ、さらに、そのメタル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。

具体的に、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法は、図１に示すように、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して混合物を得る混合工程Ｓ１と、得られた混合物に第１の還元処理を施す還元第１工程Ｓ２と、第１の還元処理を施した混合物に第２の還元処理を施す還元第２工程Ｓ３と、得られた還元物からメタルとスラグを分離する分離工程Ｓ４と、を含む。

＜２−１．混合工程＞
混合工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱石と還元剤である炭素質還元剤とを混合して混合物を得る工程である。ここで、混合工程Ｓ１にてニッケル酸化鉱石と混合して混合物を構成する炭素質還元剤を「第１の還元剤」として、後述する還元第２工程Ｓ３にて別途用いる還元剤（第２の還元剤）とは区別する。

具体的に、混合工程Ｓ１では、まず、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に、第１の還元剤である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、鉄鉱石、フラックス成分、バインダー等の、例えば粒径が０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下程度の粉末を添加して混合し、混合物を得る。なお、混合処理は、混合機等を用いて行うことができる。

原料鉱石であるニッケル酸化鉱石としては、特に限定されないが、リモナイト鉱、サプロライト鉱等を用いることができる。なお、ニッケル酸化鉱石は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを少なくとも含有する。

第１の還元剤であ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、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石の粒度や粒度分布と同等の大きさのものであると、均一に混合し易く、還元反応も均一に進みやすくなるため好ましい。

炭素質還元剤の含有量（混合物中に含まれる炭素質還元剤の含有量）としては、ニッケル酸化鉱石を構成する酸化ニッケルの全量をニッケルメタル還元するのに必要な化学当量と、酸化鉄（酸化第二鉄）を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との両者合計値（便宜的に「化学当量の合計値」ともいう）を１００質量％としたときに、５０質量％以下の割合とすることが好ましく、４０質量％以下の割合とすることがより好ましい。鉄の還元量を抑えて、ニッケル品位を高めることができ、高品質のフェロニッケルを製造することができる。また、炭素質還元剤の混合量は、化学当量の合計値を１００質量％としたときに、１０質量％以上の割合とすることが好ましく、１５質量％以上の割合とすることがより好ましい。ニッケルの還元を効率的に進行させることができ生産性が向上する。

任意成分の添加剤である鉄鉱石としては、例えば、鉄品位が５０質量％程度以上の鉄鉱石、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬により得られるヘマタイト等を用いることができる。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。また、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。

混合工程Ｓ１では、ニッケル酸化鉱石を含む原料粉末を均一に混合することによって混合物を得る。下記表１に、混合工程Ｓ１にて混合する、一部の原料粉末の組成（質量％）の一例を示すが、原料粉末の組成としてはこれに限定されない。

混合に際しては、混合性を高めるために混練を同時に行ってもよく、混合後に混練を行ってもよい。混練は、ブラベンダー等のバッチ式ニーダー、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、ヘリカルローター、ロール、一軸混練機、二軸混練機等を用いて行うことができる。混合物を混練することによって、その混合物にせん断力を加え、炭素質還元剤や原料粉末等の凝集を解いて均一に混合できるとともに、各々の粒子の密着性を向上させ、また空隙を減少させることができる。これにより、その混合物において還元反応が起りやすくなるとともに均一に反応させることができ、還元反応の反応時間を短縮することができる。また、品質のばらつきを抑えることができる。

また、混合を行った後、あるいは混合及び混練を行った後、押出機を用いて押出してもよい。これにより、混合物に対して圧力（せん断力）が加えられ、炭素質還元剤や原料粉末等の凝集を解いてその混合物をより均一に混合させた状態とすることができる。さらに、混合物内の空隙を減少させることができる。これらのことから、後述する還元第１工程Ｓ２において混合物の還元反応が均一に起りやすくなり、得られるメタルの品位を高めることができ、高品質なメタルを製造することができる。

押出機は、高圧、高せん断力で混合物を混練して成形できるものであることが好ましく、一軸押出機、二軸押出機等を挙げることができる。特に、二軸押出機を備えたものであることが好ましい。高圧、高せん断で混合物を混練することにより、原料粉の混合物の凝集を解くことができ、また効果的に混練することができるうえ、混合物の強度を高めることができる。また、二軸押出機を備えたものを用いることにより、連続的に高い生産性を保ちながら混合物を得ることができる。

また、混合物を所定形状の成形物（ペレット）に成形してもよい。成形物の形状としては、例えば、球状、直方体状、立方体状、円柱状等とすることができる。このような形状は、簡易な形状であって複雑なものではないため、成形コストを抑制しつつ不良品の発生を抑制することができ、得られる成形物の品質も均一となり、歩留り低下を抑制することができる。

成形物の形状は、特に球状であることが好ましい。球状の成形物であることにより還元処理が均一に施され、ばらつきが少なく、かつ生産性の高い製錬を行うことができる。成形物の形状を球状とする場合には、直径が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度となるように成形することができる。また、直方体状、立方体状、円柱状等とする場合には、概ね、縦、横の内寸が５００ｍｍ以下程度となるように成形することができる。

成形物の大きさとしては、特に限定されないが、成形物の体積が８０００ｍｍ^３以上であることが好ましい。成形物の体積が８０００ｍｍ^３以上であることにより、成形コストが抑制され、さらに、成形物全体に占める表面積の割合が低くなるため、還元処理が均一に施され、ばらつきが少なく、かつ生産性の高い製錬を行うことができる。

また、得られた混合物を所定の還元用の容器に充填してもよい。容器に充填された混合物が容器に充填された状態のまま還元処理が施されることにより、後述する分離工程Ｓ４において還元されたメタルが磁選等の処理によりメタルを分離回収し易くなり、ロスを抑制することができる。

混合工程Ｓ１では、得られた混合物に乾燥処理を施してもよい。混合物は、混練や成形物の成形等において上記混合物を多量の水と共に混合する。本実施の形態におい乾燥処理を施すことは必須の態様ではないが、多量の水を含む混合物に乾燥処理を施すことにより、後述する還元処理において水分の気化に伴う混合物の膨張を防ぐことができる。

さらに、混合物に乾燥処理を施すことで、還元炉内における混合物に起因する水分混入を抑制することができる。これにより、還元炉内の雰囲気気体に含まれる水分量をより効果的に減らすことができ、還元物に含まれるメタルの酸化をより効果的に抑制することができる。

混合物を乾燥する方法は、特に限定されず、混合物を所定の乾燥温度（例えば、３００℃以上４００℃以下）に保持する方法や所定の乾燥温度の熱風を混合物に対して吹き付けて乾燥させる方法等、従来公知の手段を用いることができる。このような乾燥処理により、例えば、混合物の固形分が７０質量％程度で、水分が３０質量％程度となるようにする。なお、この乾燥処理時における混合物自身の温度としては、１００℃未満とすることが好ましく、これにより水分の突沸等による混合物の破裂を抑制することができる。

また、乾燥処理は連続して一度に行ってもよいし複数回に分けて行ってもよい。乾燥処理を複数回に分けて行うことにより混合物の破裂をより効果的に抑制することができる。なお、乾燥処理を複数回に分けて行った場合において、２回目以降の乾燥温度としては、１５０℃以上４００℃以下が好ましい。この範囲で乾燥することにより、還元反応が進むことなく乾燥することが可能となる。

下記表２に、乾燥処理後の混合物における固形分中組成（質量部）の一例を示す。なお、成形物の組成としては、これに限定されるものではない。

＜２−２．還元第１工程＞
還元第１工程Ｓ２は、得られた混合物に第１の還元処理を施す工程である。具体的には、混合物を還元炉等の処理空間（以下、「第１の処理空間」と称する）に装入して、混合物に加熱還元処理を施す。第１の還元処理では、混合物中の炭素質還元剤（第１の還元剤）に基づいて製錬反応（還元反応）が進行して、混合物中では、フェロニッケルメタル（以下、単に「メタル」という）と、フェロニッケルスラグ（以下、単に「スラグ」という）とが分かれて生成する。

なお、本明細書では、還元第１工程Ｓ２における還元処理を「第１の還元処理」と定義し、後述する還元第２工程Ｓ３における「第２の還元処理」とは区別される。

第１の還元処理では、例えば１分程度のわずかな時間で、先ず還元反応の進みやすい混合物の表面近傍において混合物中のニッケル酸化鉱石及び鉄酸化物が還元されメタル化してフェロニッケルとなり、殻（シェル）を形成する。一方で、殻の中では、その殻の形成に伴ってスラグ成分が徐々に熔融して液相のスラグが生成する。これにより、混合物中では、メタルと、スラグとが分かれて生成する。

そして、処理時間が１０分程度経過すると、還元反応に関与しない余剰の炭素質還元剤がメタルに取り込まれて融点を低下させて、メタルも液相となる。

還元第１工程Ｓ２における還元炉は、バーナーを有する還元炉であっても電気等を用いた加熱手段を有する還元炉であってもよいが、短時間で混合物に有効に加熱還元処理を施すことができることからバーナーを有する還元炉であることが好ましい。また、バーナーを有する還元炉を用いる場合、燃料としては、例えばＬＰＧガス、ＬＮＧガス、石炭、コークス、微粉炭等が用いられる。これらの燃料のコストは非常に安価であり、設備費やメンテナンス費に関しても電気炉等と比較して格段に安価に抑えることができる。

ここで、燃焼ガスが還元炉内に混入するバーナーを有する還元炉を用いる場合、第１の還元処理後の第１の処理空間内に酸素が残存してメタルの一部が酸化されることがある。この点、本実施の形態においては、後述する第２の還元工程において再度の還元処理（第２の還元処理）を施すようにしていることから、残存した酸素により酸化された一部のメタルが再び還元されるようになり、これにより高品質なメタルを製造することができる。

第１の還元処理における温度（還元温度）としては、特に限定されないが、１２００℃以上１４５０℃以下の範囲とすることが好ましく、１３００℃以上１４００℃以下の範囲とすることがより好ましい。このような温度範囲で還元することによって、均一に還元反応を生じさせることができ、品質のばらつきを抑制したフェロニッケルを生成させることができる。また、より好ましくは１３００℃以上１４００℃以下の範囲の還元温度で還元することで、比較的短時間で所望の還元反応を生じさせることができる。

第１の還元処理における時間（処理時間）としては、還元炉の温度に応じて設定されるが、１０分以上であることが好ましく、１５分以上であることがより好ましい。

なお、還元温度（℃）と還元時間（分）の数値を乗じた値を還元に要した熱量は、２００００（℃×分）以上４００００（℃×分）以下の範囲であることが好ましい。高品質なメタルを効率的に製造することができる。

還元炉としては、特に限定されないが、単一の炉を用いても、移動炉床炉等の炉床が回転移動等して連続的に処理可能となる炉を用いてもよい。移動炉床炉を使用して一つの設備内の異なる処理空間で各工程での処理を行うことで、ヒートロスが低減されるとともに炉内雰囲気も的確に制御できるため、反応をより効果的に進行させることができる。

移動炉床炉としては、特に限定されず、例えば、円形状であって複数の処理領域に区分けされた回転炉床炉を用いることができる。回転炉床炉では、所定の方向に回転しながら、各領域においてそれぞれの処理を行う。この回転炉床炉では、各領域を通過する際の時間（移動時間、回転時間）を制御することで、それぞれの領域での処理温度を調整することができ、回転炉床炉が１回転する毎に混合物が製錬処理される。また、移動炉床炉としては、ローラーハースキルン等であってもよい。

第１の還元処理では、混合工程Ｓ１から得られた混合物を還元炉に装入するにあたって、予めその還元炉内の炉床に炭素質還元剤（以下、「炉床炭素質還元剤」ともいう）を敷き詰めて、その敷き詰められた炉床炭素質還元剤の上に混合物を載置するようにしてもよい。また、炉床に、酸化物を主成分とする床敷材を敷いて、その上に混合物を載置してもよい。このように、炉床に炭素質還元剤や床敷材等を敷いて、その上に混合物を載置することによって、炉床と混合物の反応を抑制することができ、延いては炉床の寿命を延ばすことができる。

＜２−３．還元第２工程＞
還元第２工程Ｓ３は、還元第１工程Ｓ１での第１の還元処理後の混合物に対し、第２の還元剤により第２の還元処理を施す工程である。

従来の酸化鉱石の製錬方法では、例えば、還元炉の内部温度を上昇させるバーナーの不完全燃焼を避けるために燃料とともに空気を過剰に供給してバーナーにより還元処理が施されることがあった。しかしながら、そのような場合には、未反応の酸素が燃焼ガス中に含まれており、それにより還元処理後の雰囲気気体中に酸素が残存することとなる。すると、生成したメタルの一部がその酸素によって酸化されることとなる。

そこで、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法では、第２の還元剤を還元炉内に新たに供給して、第１の還元処理後の混合物に対してその第２の還元剤により再度の還元処理（第２の還元処理）を施すことを特徴としている。混合物に対して新たに供給された第２の還元剤によって第２の還元処理を施すことで、第１の還元処理後にその処理空間内に残存する酸素によって酸化された一部のメタルを再還元することができ、また、その酸素によって酸化されてしまうことを防ぐことができる。このような処理により、高品質なメタルを製造することができる。

具体的に、還元第２工程Ｓ３では、まず、第２の還元剤を還元炉内に供給する。第２の還元剤は、混合物に還元処理を施すことができるものであれば特に制限はされず、例えば、ＣＯガス（一酸化炭素）等のような還元性ガスであってもよいし、石炭粉、コークス粉等のような炭素質還元剤であってもよい。

例えば、第２の還元剤として還元性ガスを用いる場合には、その還元性ガスを還元炉に供給して還元炉内を還元性ガスで充満させるようにする。また、第２の還元剤として石炭粉、コークス粉等のような炭素質還元剤を用いる場合には、還元炉の所定の装入口から投入する。

また、第２の還元処理を、還元第１工程Ｓ２における第１の還元処理で使用した還元炉とは異なる還元炉にて行う場合には、予めその還元炉の炉床に炭素質還元剤（炉床炭素質還元剤）を敷き詰め、その炉床炭素質還元剤の上に第１の還元処理後の混合物を載置して還元処理を施すようにしてもよい。

第２の還元剤の添加量は、還元処理前の混合物における化学当量の合計値を１００質量％としたときに、０．５質量％以上２０質量％以下の割合とすることが好ましく、１．０質量％以上１５質量％以下の割合とすることがより好ましい。０．５質量％以上であることにより、還元炉内に残存する酸素により還元物に含まれるメタルが酸化されることを効果的に抑制することができる。２０質量％以下であることにより、鉄の還元量を抑えて、ニッケル品位を高めることができる。

第２の還元処理では、還元第１工程Ｓ２における還元炉と同一の還元炉で還元処理を施してもよい。すなわち、第１の還元処理後の混合物をその還元炉内に保持したままの状態で、第２の還元剤を供給して引き続き第２の還元処理を施すようにすることができる。あるいは、第１の還元処理後に還元炉内に残存している酸素との接触を極力防ぐ還元から、第１の還元処理で使用した還元炉とは別の還元炉にて還元処理を施してもよい。

第２の還元処理における還元炉は、バーナーを有する還元炉であっても、電気等を用いた加熱手段を有する還元炉であってもよい。

ここで、第２の還元処理は、例えば、還元炉の処理空間（第２の処理空間）内の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下の状態に保持されるように行うことが好ましく、２００ｐｐｍ以下の状態に保持されるようにすることがより好ましい。このように、酸素濃度が５００ｐｐｍ以下の状態に保持されるように処理することで、さらに再びメタルの一部が酸化されることを効果的に抑制することができ、高品質なメタルを製造することができる。

還元炉内の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下の状態を保持するには、例えば、還元炉内に燃焼ガスが混入しないような加熱手段を用いることが好ましい。具体的には、電気ヒーターやラジアントチューブバーナー等を挙げることができ、これらの加熱手段を備えた還元炉を使用して還元処理することが好ましい。

第２の還元処理における温度（還元温度）としては、特に限定されないが、９００℃以上１２００℃未満の範囲とすることが好ましい。このような温度範囲で還元することによって、鉄酸化物の過剰な還元を抑制しつつ、高品質なメタルを製造することができる。

第２の還元処理における時間（処理時間）としては、還元炉の温度に応じて設定されるが、１０分以上であることが好ましく、１５分以上であることがより好ましい。

なお、第２の還元処理の後、得られたメタルとスラグとからなる還元物を、同一の還元炉内において所定の温度で保持する温度保持処理を施すようにしてもよい。より具体的には、温度保持処理では、還元処理により得られた還元物を、還元炉から取り出さずに、同一の還元炉内で所定の温度で一定時間保持する。温度保持処理を施す場合、メタルの一部が酸化されることを抑制する観点から、還元炉内の酸素濃度を５００ｐｐｍ以下に保持することが好ましく、２００ｐｐｍ以下に保持することがより好ましい。

このように、同一の還元炉において還元物に対して温度保持処理を施すことにより、半溶融状態の還元物中でメタルを有効に沈降させてメタル相とスラグ相との分離を促進させることができる。これにより、高品質なメタルを得ることができる。

＜２−４．分離工程＞
分離工程Ｓ４は、還元第２工程Ｓ３より得られた還元物からメタルとスラグを分離する工程である。具体的には、容器に充填させた状態の混合物に対する還元加熱処理によって得られた、メタル相とスラグ相とを含む混在物（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在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、篩い分けによる不要物の除去に加えて、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。

また、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、還元処理で得られた、大きな混在物に対して、例えば、所定の落差を設けて落下させる、あるいは篩い分けの際に所定の振動を与える等の衝撃を与えることで、その混在物からメタル相とスラグ相とを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、メタルを回収する。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して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、比較例１＞
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤（石炭粉、炭素含有量：８５質量％、平均粒径：約７５μｍ）を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤（石炭粉）は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケルと酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを過不足なく還元するのに必要な量を１００質量％としたときに２９質量％の割合となる量で含有させた。

次に、得られた混合物に適宜水分を添加してパン型造粒機を使うことにより、球状に成形された直径１６．０±０．５ｍｍの混合物（試料）を２０個（実施例１−１〜１−１８、比較例１−１、１−２）得た。

次に、実施例１−１〜１−１８の試料を、第１の還元処理及び第２の還元処理に供した。具体的には、実施例１−１〜１−１８の試料を還元炉に装入して、表３に示す温度で第１の還元処理を施した。なおこのとき、予め還元炉の炉床に炉床保護剤（主成分はＳｉＯ_２であり、その他の成分としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する）を敷き詰め、その上に試料を載置した。還元炉の加熱には、重油を用いたバーナーを使用した。なお、燃焼時のガスには、Ｏ_２が０．５％以上３％以下程度含まれていた。還元時間については第１の還元処理の時間を１０分とした。

次に、第１の還元処理後の試料を、還元炉の炉床に載置した状態のまま、第２の還元剤により第２の還元処理を施した。具体的には、第１の還元処理後の還元炉内に下記表３に記載する第２の還元剤を供給し、還元温度１３５０℃に加熱して還元処理を施した。第１の還元処理と第２の還元処理との合計時間を下記表３に示した。

なお、第２の還元剤としてＣＯガス（一酸化炭素）を用いるときには、ＣＯガスを供給して還元炉内に充満させた。また、第２の還元剤として石炭又はコークスを用いるときには、還元炉の所定の装入口から第２の還元剤を投入した。

一方、比較例１−１、１−２の試料については、実施例１−１〜１−１８の試料と同様に第１の還元処理及び第２の還元処理を施したが、第２の還元処理におけるその還元炉内には第２の還元剤を供給しなかった。第１の還元処理と第２の還元処理との合計時間を下記表３に示した。

その後、実施例及び比較例のそれぞれの還元処理により得られた還元物からメタルとスラグを分離した。具体的には、還元物を湿式処理よる粉砕後、磁力選別によってメタルを回収した。

≪評価≫
ニッケルメタル化率（Ｎｉメタル化率）、メタル中ニッケル含有率（メタル中Ｎｉ含有率）、及びニッケルメタル回収率（Ｎｉメタル回収率）をそれぞれ算出した。具体的には、還元処理後の還元物及び分離処理後のメタルに含まれるニッケル又は鉄の含有量をＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ−８１００型）により求めて、下記（１）式〜（３）式を用いて算出した。下記表３に、分析結果から算出した値を併せて示す。

Ｎｉメタル化率＝メタル中のＮｉの質量÷（還元物中の全てのＮｉの質量）×１００（％） ・・・（１）式
メタル中Ｎｉ含有率＝メタル中のＮｉの質量÷（メタル中のＮｉとＦｅの合計質量）×１００（％） ・・・（２）式

そして、投入したニッケル酸化鉱石のＮｉ含有率と投入量、及び回収したＮｉの量から、Ｎｉメタル回収率を算出した。Ｎｉメタルの回収率は（３）式のとおりである。
Ｎｉメタル回収率＝メタル中のＮｉの質量÷（投入した酸化鉱石の質量×酸化鉱石中のＮｉ含有質量割合）×１００ ・・・・・（３）式

下記表３に、Ｎｉメタル率、メタル中にＮｉ含有率、及びＮｉメタル回収率の結果を示す。

表３の結果からわかるように、第１の還元処理後の混合物に対して第２の還元剤により第２の還元処理を施した実施例では、Ｎｉメタル化率及びメタル中Ｎｉ含有率がいずれも高くなった。

＜実施例２、比較例２＞
上記実施例１、比較例１と同様に、ニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤（石炭粉、炭素含有量：８５質量％、平均粒径：約７５μｍ）を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤（石炭粉）は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケルと酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを過不足なく還元するのに必要な量を１００質量％としたときに２８質量％の割合となる量で含有させた。

次に、得られた混合物に適宜水分を添加してパン型造粒機を使うことにより、球状に成形された直径１５．０±０．５ｍｍの混合物（試料）を２０個（実施例２−１〜２−１８、比較例２−１、２−２）得た。

次に、実施例２−１〜２−１８の試料を、第１の還元処理及び第２の還元処理に供した。具体的には、実施例２−１〜２−１８の試料を還元炉に装入して、表４に示す温度で第１の還元処理を施した。なおこのとき、予め還元炉の炉床に炉床保護剤（主成分はＳｉＯ_２であり、その他の成分としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する）を敷き詰め、その上に試料を載置した。還元炉の加熱には、ＬＰＧを燃焼としたバーナーを使用した。なお、燃焼時のガスには、Ｏ_２が１％以上２％以下程度含まれていた。還元時間については第１の還元処理の時間を１５分とした。

次に、第１の還元処理後の試料を、電気ヒーターを備える還元炉に移送して、その還元炉内に下記表４に記載する第２の還元剤を供給し、還元温度１３５０℃に加熱して還元処理を施した。第１の還元処理と第２の還元処理との合計時間を下記表４に示した。

一方、比較例２−１、２−２の試料については、実施例２−１〜２−１８の試料と同様に第１の還元処理を施し、第１の還元処理後の試料を、バーナーを備える還元炉に移送して、ＬＰＧを燃焼としたバーナーを使用して還元炉を加熱した。その還元炉内に第２の還元剤を供給しなかった。第１の還元処理と第２の還元処理との合計時間を下記表４に示した。

その後、実施例及び比較例のそれぞれの還元処理により得られた還元物からメタルとスラグを分離した。具体的には、還元物を湿式処理よる粉砕後、磁力選別によってメタルを回収した。

≪評価≫
上記実施例１、比較例１と同様に、ニッケルメタル化率（Ｎｉメタル化率）、メタル中ニッケル含有率（メタル中Ｎｉ含有率）、及びニッケルメタル回収率（Ｎｉメタル回収率）を求めた。下記表４に、Ｎｉメタル率、メタル中Ｎｉ含有率、及びＮｉメタル回収率の結果を示す。

表４の結果からわかるように、実施例２では、Ｎｉメタル化率及びメタル中Ｎｉ含有率がいずれも高くなった。また、表３に示した実施例１の結果と比べてもより高い値となった。このことは、第２の還元処理を、電気ヒーターを加熱源とした還元炉にて行ったことにより、炉内に燃焼ガスが混入することを抑えることができ、メタルの酸化を防ぐことができたためと考えられる。

＜実施例３、比較例３＞
第２の還元処理で使用する還元炉の加熱に、ラジアントチューブバーナーを使用したことを除き、上記実施例２、比較例２と同様に還元物を得た。

下記表５に、Ｎｉメタル率、メタル中にＮｉ含有率、及びＮｉメタル回収率の結果を示す。

表５の結果からわかるように、実施例では、Ｎｉメタル化率及びメタル中Ｎｉ含有率がいずれも高くなった。また、表３に示した実施例１の結果と比べてもより高い値となった。このことは、第２の還元処理において、ラジアントチューブバーナーを用いて加熱したことにより、炉内に燃焼ガスが混入することを抑えることができ、メタルの酸化を防ぐことができたためと考えられる。

Claims (4)

1. 酸化鉱石と第１の還元剤とを含む混合物を得る混合工程と、
   得られた混合物に第１の還元処理を施す還元第１工程と、
   前記第１の還元処理を施した混合物に、第２の還元剤により第２の還元処理を施す還元第２工程と、
   を含む酸化鉱石の製錬方法。
2. 前記還元第２工程では、処理空間の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下となるように前記第２の還元処理を行う
   請求項１に記載の酸化鉱石の製錬方法。
3. 前記還元第１工程では、還元温度を１２００℃以上１５００℃以下として前記第１の還元処理を施し、
   前記還元第２工程では、還元温度を９００℃以上１２００℃未満として前記第２の還元処理を施す
   請求項１又は２に記載の酸化鉱石の製錬方法。
4. 前記酸化鉱石はニッケル酸化鉱石である
   請求項１から３のいずれかに記載の酸化鉱石の製錬方法。

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