JP2022092452A - Method for smelting nickel oxide ore - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ニッケル酸化鉱石と、還元剤とから製造されるペレットを、還元炉にて高温下で還元加熱することによって製錬し、フェロニッケル等の還元物を得る製錬方法に関する。 The present invention relates to a smelting method for obtaining a reduced product such as ferronickel by smelting pellets produced from nickel oxide ore and a reducing agent by reducing and heating them in a reducing furnace at a high temperature.
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、熔錬炉を使用して硫黄とともに硫化焙焼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炭素質還元剤を用いて還元し鉄－ニッケル合金（以下、「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硫酸でニッケルやコバルトを浸出して得た浸出液に硫化剤を添加して混合硫化物（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。 As a method for smelting nickel oxide ore called limonite or saprolite, a dry smelting method that uses a smelting furnace to sulfurize and roast with sulfur to produce a nickel mat, and a rotary kiln or a mobile hearth furnace that is carbonaceous. A dry smelting method that produces an iron-nickel alloy (hereinafter also referred to as "ferronickel") by reducing it with a reducing agent. A sulfurizing agent is added to the leachate obtained by leaching nickel or cobalt with sulfuric acid using an autoclave. A wet smelting method for producing mixed sulfide (mixed sulfide) by adding it is known.
上述した種々の製錬方法の中で、炭素源とともに還元してニッケル酸化鉱を製錬する場合、先ず、その原料鉱石を塊状物化やスラリー化等するための前処理が行われる。具体的に、ニッケル酸化鉱を塊状物化、すなわち粉状や微粒状から塊状にする際には、そのニッケル酸化鉱を、バインダーや還元剤等と混合し、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１０ｍｍ～３０ｍｍ程度の塊状物（ペレット、ブリケット等を指す。以下、単に「ペレット」という）とするのが一般的である。 Among the various smelting methods described above, when nickel oxide ore is smelted by reducing it together with a carbon source, first, a pretreatment for agglomerating or slurrying the raw material ore is performed. Specifically, when the nickel oxide ore is agglomerated, that is, from powder or fine granules to agglomerates, the nickel oxide ore is mixed with a binder, a reducing agent, etc., and after further adjusting the water content, the agglomerates are formed. It is generally charged into a manufacturing machine to form a lump (pellet, briquette, etc., hereinafter simply referred to as "pellet") having a size of, for example, about 10 mm to 30 mm.
このペレットには、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。また、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ため、混合物を均一に混合し、またペレットを還元処理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。 The pellets need to be breathable to some extent in order to "skip" the moisture they contain. Further, if the reduction does not proceed uniformly in the pellet, the composition of the obtained reduced product becomes non-uniform, which causes inconveniences such as dispersion or uneven distribution of metal. Therefore, the mixture is uniformly mixed and the pellet is also used. It is important to maintain a uniform temperature as much as possible during the reduction treatment.
加えて、還元されて生成したフェロニッケルを粗大化させることも重要である。これは、生成したフェロニッケルが、例えば数１０μｍ～数１００μｍ以下の細かな大きさであった場合には、同時に生成した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ためである。このことから、還元後のフェロニッケルを粗大化する処理も必要となる。 In addition, it is also important to coarsen the reduced ferronickel. This is because when the produced ferronickel has a fine size of, for example, several tens of μm to several hundreds of μm or less, it becomes difficult to separate it from the slag produced at the same time, and the recovery rate (yield) as ferronickel. This is because For this reason, a treatment for coarsening ferronickel after reduction is also required.
また、製錬コストを如何に低く抑えることができるかについても重要となる。このためコンパクトな設備で操業できる連続処理が望まれている。 It is also important how low the smelting cost can be kept. Therefore, continuous processing that can be operated with compact equipment is desired.
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。
For example, in
しかし、特許文献１に開示されている方法は、塊成物の外側で起こる反応を制御するための技術であり、還元反応において最も重要な因子である、塊成物の内部で起きる反応の制御については述べられていない。そのために、塊成物の内部で起きる反応を制御することで、反応効率を高め、還元反応をより均一に進めることで、より高品質のメタルを得ることが求められていた。
However, the method disclosed in
また、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の収率が低くなる課題もあった。特許文献１の方法は、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、生産性が低くなる。このように、特許文献１の方法は、工業的に適しているとは言い難かった。
Further, in the method of using a substance having a specific diameter as an agglomerate as described in
このように、ニッケル酸化鉱石を還元して金属や合金を製造する技術には、多くの課題が残されていた。 As described above, many problems remain in the technique of reducing nickel oxide ore to produce metals and alloys.
本発明は、ニッケル酸化鉱石からペレットを形成して金属又は合金を製造する方法において、生産性や効率性が高く、高品質のメタルを安価に製造することができる製錬方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a smelting method capable of producing high-quality metal at low cost with high productivity and efficiency in a method for producing a metal or an alloy by forming pellets from nickel oxide ore. The purpose.
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、混合工程にて還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用し、植物由来還元剤を含有する還元剤を還元炉の炉床に敷いて、混合物を還元剤の上に載置して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。 The present inventors have made extensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, a reducing agent containing a plant-derived reducing agent is used as the reducing agent in the mixing step, the reducing agent containing the plant-derived reducing agent is laid on the hearth of the reducing furnace, and the mixture is placed on the reducing agent. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by placing and performing a reduction treatment, and the present invention has been completed.
（１）本発明の第１は、ニッケル酸化鉱石と、第１の還元剤と、を含有する混合物を得る混合工程と、第２の還元剤を還元炉の炉床に敷いて、前記混合物を該第２の還元剤の上に載置して、還元処理を施す還元工程と、を有し、前記第１の還元剤及び前記第２の還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用するニッケル酸化鉱石の製錬方法である。 (1) The first of the present invention is a mixing step of obtaining a mixture containing a nickel oxide ore and a first reducing agent, and a second reducing agent is laid on the hearth of the reducing furnace to prepare the mixture. A reducing agent having a reducing step of placing it on the second reducing agent and performing a reducing treatment, and containing the first reducing agent and a plant-derived reducing agent as the second reducing agent. This is the method for smelting the nickel oxide ore used.
（２）本発明の第２は、第１の発明において、前記植物由来還元剤は澱粉であるニッケル酸化鉱石の製錬方法である。 (2) The second aspect of the present invention is the method for smelting nickel oxide ore in which the plant-derived reducing agent is starch in the first invention.
（３）本発明の第３は、第１又は第２の発明において、前記混合物中の前記第１の還元剤の含有量を、前記ニッケル酸化鉱石を還元するために必要な化学当量１００質量％に対して２０質量％以上８０質量％以下の割合となるように混合するニッケル酸化鉱石の製錬方法である。 (3) The third aspect of the present invention is that, in the first or second invention, the content of the first reducing agent in the mixture is 100% by mass of the chemical equivalent required for reducing the nickel oxide ore. This is a method for smelting nickel oxide ore, which is mixed so as to have a ratio of 20% by mass or more and 80% by mass or less.
（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、前記還元工程において、前記混合物が載置される前記第２の還元剤の量が、前記混合物に含有される前記第１の還元剤の全量に対して７．０質量％以上５０．０質量％以下であるニッケル酸化鉱石の製錬方法である。 (4) In the fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third inventions, in the reduction step, the amount of the second reducing agent on which the mixture is placed is contained in the mixture. This is a method for smelting nickel oxide ore having an amount of 7.0% by mass or more and 50.0% by mass or less with respect to the total amount of the first reducing agent.
本発明に係るニッケル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。 According to the nickel oxide ore smelting method according to the present invention, high quality metal can be efficiently produced.
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。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without changing the gist of the present invention.
≪１．本発明の概要≫
本発明は、ニッケル酸化鉱石を原料として、そのニッケル酸化鉱石と還元剤とを混合して得られる混合物を還元することによって、還元物であるメタルを製造するニッケル酸化鉱石の製錬方法である。例えば、還元物として鉄のニッケルの合金であるフェロニッケルメタルを製造する。
≪1. Outline of the present invention ≫
The present invention is a method for producing nickel oxide ore, which is produced by reducing a mixture obtained by mixing the nickel oxide ore and a reducing agent using nickel oxide ore as a raw material to produce a metal as a reducing product. For example, ferro-nickel metal, which is an alloy of nickel-based iron, is produced as a reduced product.
具体的に、本発明に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法は、原料のニッケル酸化鉱石に混合する還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤（第１の還元剤）を使用し、植物由来還元剤を含有する還元剤（第２の還元剤）を還元炉の炉床に敷いて、混合物を第２の還元剤の上に載置して還元処理を施すことを特徴としている。 Specifically, the method for smelting nickel oxide ore according to the present invention uses a reducing agent containing a plant-derived reducing agent (first reducing agent) as a reducing agent to be mixed with the raw material nickel oxide ore, and is derived from plants. A reducing agent containing a reducing agent (second reducing agent) is laid on the hearth of the reducing furnace, and the mixture is placed on the second reducing agent to perform the reducing treatment.
このような方法によれば、還元剤として植物由来還元剤を含有する所定量の還元剤を含有する混合物に還元処理を施すことにより、得られるメタルの品位を高めることができる。 According to such a method, the quality of the obtained metal can be improved by subjecting the mixture containing a predetermined amount of the reducing agent containing the plant-derived reducing agent as the reducing agent to the reducing treatment.
≪２．ニッケル酸化鉱石の製錬方法≫
以下では、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）として、原料鉱石にニッケル酸化鉱石を用い、そのニッケル酸化鉱石を還元することで、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）とをメタル化して鉄－ニッケル合金（フェロニッケル）を生成させる製錬方法を例に挙げて説明する。
≪2. Nickel oxide ore smelting method ≫
Hereinafter, as a specific embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”), nickel oxide ore is used as a raw material ore, and nickel oxide contained in the nickel oxide ore is reduced by reducing the nickel oxide ore. An example of a smelting method in which (nickel oxide) and iron (iron oxide) are metallized to form an iron-nickel alloy (ferronickel) will be described.
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、還元剤（第１の還元剤）と、を含有する混合物を得る混合工程Ｓ１と、得られる混合物を所定の形状に成形して塊状物とする塊状化工程Ｓ２と、得られた塊状物を乾燥する乾燥工程Ｓ３と、塊状物（混合物）を第２の還元剤に載置したに還元処理を施す還元工程Ｓ４と、得られた還元物（混合物）からメタルを回収する回収工程Ｓ５と、を有する。 Specifically, as shown in FIG. 1, the method for smelting nickel oxide ore according to the present embodiment is a mixing step of obtaining a mixture containing nickel oxide ore and a reducing agent (first reducing agent). S1, the agglomeration step S2 in which the obtained mixture is formed into a predetermined shape into a lump, the drying step S3 in which the obtained lump is dried, and the lump (mixture) are placed on the second reducing agent. It has a reduction step S4 for performing a reduction treatment on the ground, and a recovery step S5 for recovering metal from the obtained reduced product (mixture).
＜２－１．混合工程＞
混合工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱石と還元剤とを混合して混合物を得る。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、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０．２ｍｍ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。
<2-1. Mixing process>
In the mixing step S1, the nickel oxide ore and the reducing agent are mixed to obtain a mixture. Specifically, in the mixing step S1, first, a reducing agent is added to the nickel oxide ore which is a raw material ore and mixed, and as an additive of an optional component, iron ore, a flux component, a binder and the like, for example, particle size. A powder having a particle size of 0.2 mm or more and 0.8 mm or less is added and mixed to obtain a mixture. The mixing process can be performed using a mixer or the like.
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（Ｆｅ２Ｏ３）とを少なくとも含有する。 The nickel oxide ore as a raw material ore is not particularly limited, but limonite ore, saprolite ore and the like can be used. The nickel oxide ore contains at least nickel oxide (NiO) and iron oxide (Fe 2 O 3 ).
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還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用する。植物由来還元剤とは、植物に由来し、酸化鉱石を還元する機能を有する植物由来の有機物還元剤や、植物に由来する木材や竹材を炭化させた木炭や竹炭が挙げられる。なお、これらを含有する廃材や食品廃棄物等であってもよい。 Here, a reducing agent containing a plant-derived reducing agent is used as a reducing agent that is mixed with nickel oxide ore to form a mixture in the mixing step S1. Examples of the plant-derived reducing agent include plant-derived organic reducing agents having a function of reducing oxide ore, and charcoal and bamboo charcoal obtained by carbonizing plant-derived wood and bamboo. In addition, waste materials and food wastes containing these may be used.
植物由来還元剤を含有する還元剤を含有する混合物に還元処理を施すことにより、得られるメタルの品位を高めることができる。 By subjecting a mixture containing a reducing agent containing a plant-derived reducing agent to a reducing treatment, the quality of the obtained metal can be improved.
さらに、植物由来還元剤は、一般的に石炭等の化石燃料と比べて安価であり、容易に再生可能である。また、植物由来還元剤は、化石燃料と異なり、枯渇の心配もない。また植物由来の還元剤として製造から消費までを通して考えれば温室効果ガスとされるＣＯ２が増加することもなく、環境負荷が少ない還元剤である。 Furthermore, plant-derived reducing agents are generally cheaper than fossil fuels such as coal and are easily renewable. Also, unlike fossil fuels, plant-derived reducing agents do not have to be depleted. In addition, as a reducing agent derived from plants, CO 2 which is considered as a greenhouse gas does not increase when considered from production to consumption, and it is a reducing agent having a small environmental load.
なお、精製した植物由来の有機物還元剤を使用すれば、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることが可能であるが、未精製の植物由来還元剤や植物由来の有機物還元剤を含む廃材、食品廃棄物等を使用してもよい。コストを低減できる上、環境負荷も少なくすることができる。この際、植物由来還元剤の割合や水分が許容できる範囲で管理することが好ましい。 If a purified plant-derived organic reducing agent is used, the quality of the obtained metal can be efficiently and stably improved. However, an unpurified plant-derived reducing agent or a plant-derived organic reducing agent can be used. Waste materials, food waste, etc. may be used. Not only can the cost be reduced, but the environmental load can also be reduced. At this time, it is preferable to control the ratio of the plant-derived reducing agent and the water content within an acceptable range.
植物由来還元剤としては植物由来の有機物還元剤であることが好ましい。植物由来の有機物還元剤は、炭素と水素と酸素からなる化合物（モノマー、オリゴマー、ポリマーを含む。）であるため、後述する乾燥工程Ｓ３や還元工程Ｓ４において、混合物中の有機物還元剤が加熱されると、有機物還元剤を構成する水素や酸素がＨ２Ｏを生成して抜けるとともに、有機物還元剤を構成する残りの炭素分が混合物内に均一に残存することとなる。すると、後述する還元工程Ｓ４において、均一に残存した炭素により均一に酸化鉱石を還元することが可能となって、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることができる。 The plant-derived reducing agent is preferably a plant-derived organic substance reducing agent. Since the plant-derived organic reducing agent is a compound (including a monomer, an oligomer, and a polymer) composed of carbon, hydrogen, and oxygen, the organic reducing agent in the mixture is heated in the drying step S3 and the reducing step S4 described later. Then, hydrogen and oxygen constituting the organic reducing agent generate H2O and escape, and the remaining carbon content constituting the organic reducing agent remains uniformly in the mixture. Then, in the reduction step S4 described later, the oxide ore can be uniformly reduced by the carbon remaining uniformly, and the quality of the obtained metal can be efficiently and stably improved.
植物由来の有機物還元剤としては、澱粉、油、小麦粉、セルロース、ショ糖、乳糖、ブドウ糖（α－グルコース）、果糖等を挙げることができる。この中でも澱粉が特に好ましい。澱粉とは、例えば下記式（１）で表されるようなα－グルコースの重合物（ポリマー）である。 Examples of the plant-derived organic substance reducing agent include starch, oil, wheat flour, cellulose, sucrose, lactose, glucose (α-glucose), fructose and the like. Of these, starch is particularly preferable. The starch is, for example, a polymer of α-glucose as represented by the following formula (1).
澱粉は、炭素と水素と酸素からなる重合物（ポリマー）であるため、混合物中に均一に混ざりやすい。そのうえ、澱粉は吸水すると粘度が上昇する性質を有するため、バインダーとしての機能をも有し、混合物の成型も容易になる。 Since starch is a polymer composed of carbon, hydrogen, and oxygen, it is easy to mix uniformly in the mixture. In addition, since starch has the property of increasing its viscosity when it absorbs water, it also functions as a binder and facilitates the molding of a mixture.
さらに、澱粉は、精製法が確立されており、純度が高く組成のばらつきが小さいものを得ることが容易である。このため、澱粉を含有する還元剤を使用することで、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることが可能である。 Further, a purification method has been established for starch, and it is easy to obtain starch having high purity and small variation in composition. Therefore, by using a reducing agent containing starch, it is possible to efficiently and stably improve the quality of the obtained metal.
澱粉としては、トウモロコシ澱粉、小麦澱粉、米澱粉、豆類の澱粉、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉、タピオカ澱粉、片栗粉、ワラビ粉、葛粉等を挙げることができる。 Examples of the starch include corn starch, wheat starch, rice starch, bean starch, horse belly starch, sweet potato starch, tapioca starch, potato starch, warabi starch, kudzu starch and the like.
植物由来還元剤の含有量は、混合物に含まれる第１の還元剤全量中１０質量％以上であることが好ましく、１５質量％以上であることが好ましく、１７質量％以上であることがさらに好ましい。植物由来還元剤の含有量は、混合物に含まれる第１の還元剤全量中８０質量％以下であることが好ましく、７０質量％以下であることが好ましく、６５質量％以下であることがさらに好ましい。 The content of the plant-derived reducing agent is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, still more preferably 17% by mass or more, based on the total amount of the first reducing agent contained in the mixture. .. The content of the plant-derived reducing agent is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, still more preferably 65% by mass or less, based on the total amount of the first reducing agent contained in the mixture. ..
なお、この還元剤は、上述した原料鉱石であるニッケル酸化鉱の粒度や粒度分布と同等のものであることが好ましい。粒度や粒度分布が同等であることにより、均一に混合し易くなり、還元反応も均一に生じることになるため好ましい。 The reducing agent preferably has the same particle size and particle size distribution as the nickel oxide ore, which is the raw material ore described above. It is preferable that the particle size and the particle size distribution are the same because it is easy to mix uniformly and the reduction reaction also occurs uniformly.
第１の還元剤の混合量としては、ニッケル酸化鉱石を構成する酸化ニッケルと酸化鉄とを過不足なく還元するのに必要な還元剤の量を１００質量％としたとき、８０．０質量％以下の割合とすることが好ましく、６５．０質量％以下とすることがより好ましい。また、第１の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質量％に対して２０．０質量％以上の割合とすることが好ましく、２３．０質量％以上の割合とすることがより好ましい。 The mixing amount of the first reducing agent is 80.0% by mass when the amount of the reducing agent required to reduce the nickel oxide constituting the nickel oxide ore and iron oxide in just proportion is 100% by mass. The ratio is preferably as follows, and more preferably 65.0% by mass or less. The lower limit of the mixing amount of the first reducing agent is not particularly limited, but is preferably 20.0% by mass or more with respect to 100% by mass of the total chemical equivalent. It is more preferable to set the ratio to% or more.
なお、酸化ニッケルと酸化鉄とを過不足なく還元するのに必要な還元剤の量とは、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、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）と言い換えることができる。 The amount of reducing agent required to reduce nickel oxide and iron oxide in just proportion is the chemical equivalent required to reduce the total amount of nickel oxide to nickel metal, and the amount of iron oxide reduced to iron metal. It can be rephrased as the total value with the chemical equivalent required for the above (hereinafter, also referred to as "total value of chemical equivalent").
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。 As the iron ore as an additive of an optional component, for example, iron ore having an iron grade of about 50% by mass or more, hematite obtained by hydrometallurgy of nickel oxide ore, or the like can be used. Moreover, as a flux component, for example, calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, silicon dioxide and the like can be mentioned. Examples of the binder include bentonite, polysaccharides, resins, water glasses, dehydrated cakes and the like.
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、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。 At the time of mixing, kneading may be performed at the same time in order to improve the mixing property, or kneading may be performed after mixing. The kneading can be performed using a batch type kneader such as lavender, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a helical rotor, a roll, a uniaxial kneader, a biaxial kneader or the like. By kneading the mixture, a shearing force can be applied to the mixture to disaggregate the reducing agent, the raw material powder, etc., and the mixture can be uniformly mixed, and the adhesion of each particle can be improved and the voids can be reduced. .. As a result, the reduction reaction is likely to occur in the mixture, and the reaction can be carried out uniformly, and the reaction time of the reduction reaction can be shortened. In addition, it is possible to suppress variations in quality.
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、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、後述する還元工程Ｓ４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。 Further, after mixing, or after mixing and kneading, the mixture may be extruded using an extruder. As a result, pressure (shearing force) is applied to the mixture, and the agglomeration of the reducing agent, the raw material powder, or the like can be disengaged to bring the mixture into a more uniform mixed state. In addition, voids in the mixture can be reduced. From these facts, in the reduction step S4 described later, the reduction reaction of the mixture is likely to occur uniformly, the quality of the obtained metal can be improved, and high quality metal can be produced.
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。 The extruder is preferably one that can knead and form a mixture with high pressure and high shear force, and examples thereof include a single-screw extruder and a twin-screw extruder. In particular, it is preferably equipped with a twin-screw extruder. By kneading the mixture under high pressure and high shear, the agglomeration of the mixture of the raw material powder can be de-kneaded, the mixture can be effectively kneaded, and the strength of the mixture can be increased. Further, by using an extruder equipped with a twin-screw extruder, a mixture can be continuously obtained while maintaining high productivity.
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。 In the mixing step S1, a raw material powder containing nickel oxide ore is uniformly mixed to obtain a mixture. Table 1 below shows an example of the composition (mass%) of some of the raw material powders to be mixed in the mixing step S1, but the composition of the raw material powders is not limited to this.
＜２－２．塊状化工程＞
塊状化工程Ｓ２は、得られる混合物を所定の形状に成形して塊状物（ペレット）とする。塊状化工程は必須の工程ではないが、混合物を所定の形状に成形することで取り扱い性を向上させることができる。塊状物（ペレット）の形状としては、還元炉の炉床に積層できる形状であればよいが、例えば、球状、直方体状、立方体状、円柱状等の形状であることが好ましい。混合物をこのような形状に成形することで、混合物の成形が容易になるため、成形にかかるコストを抑えることができる。また、成形する形状が複雑でないため、成形不良のペレットの発生を低減することができる。
<2-2. Agglomeration process>
In the agglomeration step S2, the obtained mixture is formed into a predetermined shape to form a agglomerate (pellet). Although the agglomeration step is not an essential step, the handleability can be improved by molding the mixture into a predetermined shape. The shape of the lump (pellet) may be any shape as long as it can be laminated on the hearth of the reduction furnace, but for example, it is preferably spherical, rectangular parallelepiped, cubic, cylindrical or the like. By molding the mixture into such a shape, the molding of the mixture becomes easy, so that the cost required for molding can be suppressed. Further, since the shape to be molded is not complicated, it is possible to reduce the occurrence of pellets with molding defects.
塊状化工程Ｓ２では、例えば、ペレット成形装置を用いて混合物を成形することができる。ペレット成形装置としては、特に限定されないが、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、得られるペレットの強度を高めることができる。 In the agglomeration step S2, for example, a mixture can be molded using a pellet molding apparatus. The pellet forming apparatus is not particularly limited, but it is preferable that the pellet forming apparatus can be formed by kneading the mixture with high pressure and high shearing force. By kneading the mixture under high pressure and high shear, the agglomeration of the mixture of the raw material powder can be de-kneaded, the mixture can be effectively kneaded, and the strength of the obtained pellets can be increased.
また、ブリケットプレスを用いて成形することも可能である。設備やペレット強度、収率等を考慮して適宜、装置選定を行えばよい。 It can also be molded using a briquette press. Equipment may be selected as appropriate in consideration of equipment, pellet strength, yield, and the like.
＜２－３．乾燥工程＞
乾燥工程Ｓ３は、塊状化工程Ｓ２で得られた塊状物を乾燥する。乾燥工程は必須の工程ではないが、先述した混合工程Ｓ１や塊状化工程Ｓ２での混練や塊状物の成形等において混合物を多量の水とともに混合した場合には、塊状物（混合物）に乾燥処理を施すことで、還元炉内の雰囲気気体に含まれる水分量を減らすことができる。また、澱粉を含有する還元剤を使用する場合には、塊状物に乾燥処理を施して塊状物中の澱粉が加熱されると、澱粉を構成する水素や酸素の少なくとも一部がＨ２Ｏを生成して抜けることとなる。塊状化工程Ｓ２で得られた塊状物を乾燥することにより、塊状物からなるペレットが崩壊することを防ぐことができ、それにより還元炉からの取り出しが困難になることを防ぐことができる。また、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、塊状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。
<2-3. Drying process>
In the drying step S3, the agglomerate obtained in the agglomeration step S2 is dried. The drying step is not an indispensable step, but when the mixture is mixed with a large amount of water in the kneading in the mixing step S1 or the agglomeration step S2 or the molding of the agglomerate described above, the agglomerate (mixture) is dried. By applying the above, the amount of water contained in the atmospheric gas in the reduction furnace can be reduced. When a reducing agent containing starch is used, when the lump is dried and the starch in the lump is heated, at least a part of hydrogen and oxygen constituting the starch contains H2O . It will be generated and exited. By drying the agglomerates obtained in the agglomeration step S2, it is possible to prevent the pellets made of the agglomerates from collapsing, thereby preventing the pellets from being difficult to be taken out from the reduction furnace. In addition, the amount of water contained in the atmospheric gas in the reduction furnace can be reduced more effectively, and the oxidation of the metal contained in the lump can be suppressed more effectively.
塊状物を乾燥する方法は、特に限定されず、塊状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、塊状物の固形分が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。 The method for drying the lump is not particularly limited, and the lump is kept at a predetermined drying temperature (for example, 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower) or hot air at a predetermined drying temperature is blown onto the mixture to dry the mixture. Conventionally known means such as a method can be used. By such a drying treatment, for example, the solid content of the lump is about 70% by mass and the water content is about 30% by mass. The temperature of the mixture itself during this drying treatment is preferably less than 100 ° C., which can suppress the bursting of the mixture due to the sudden boiling of water or the like.
なお、この乾燥工程は、後述する還元炉の外で行ってもよいし、後述する還元炉内に塊状物を装入して還元炉内で乾燥処理を施してもよい。 It should be noted that this drying step may be performed outside the reduction furnace described later, or a lump material may be charged into the reduction furnace described later and the drying treatment may be performed in the reduction furnace.
ここで、特に体積の大きな塊状物を乾燥させる場合、乾燥前や乾燥後の塊状物にひびや割れが入っていてもよい。塊状物の体積が大きい場合には、還元時に塊状物が熔融して収縮するため、ひびや割れが生じることが多い。しかしながら、塊状物の体積が大きい場合には、ひびや割れによって生じる表面積の増加等の影響は僅かであるため、大きな問題は生じ難い。そのため、還元前の塊状物にひびや割れがあってもよい。 Here, particularly when a large-volume lump is dried, the lump before or after drying may have cracks or cracks. When the volume of the lump is large, the lump melts and shrinks at the time of reduction, so that cracks and cracks often occur. However, when the volume of the lump is large, the influence of the increase in surface area caused by cracks and cracks is small, so that a big problem is unlikely to occur. Therefore, the lump before reduction may have cracks or cracks.
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。 Further, the drying treatment may be continuously performed at one time or may be performed in a plurality of times. By performing the drying treatment in a plurality of times, the rupture of the mixture can be suppressed more effectively. When the drying treatment is performed in a plurality of times, the drying temperature for the second and subsequent times is preferably 150 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. By drying in this range, it becomes possible to dry without proceeding with the reduction reaction.
下記表２に、乾燥処理後の塊状物（混合物）における固形分中組成（質量部）の一例を示す。なお、塊状物（混合物）の組成としては、これに限定されるものではない。 Table 2 below shows an example of the composition (parts by mass) in the solid content of the mass (mixture) after the drying treatment. The composition of the lump (mixture) is not limited to this.
＜２－４．還元工程＞
還元工程Ｓ４は、乾燥工程で得られた塊状物（混合物）に還元処理を施す。具体的には、得られた塊状物（混合物）を還元炉に装入し、混合物に加熱還元処理を施す。還元工程Ｓ２における加熱還元処理により、混合物中の還元剤（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。
<2-4. Reduction process>
In the reduction step S4, the lump (mixture) obtained in the drying step is subjected to a reduction treatment. Specifically, the obtained lump (mixture) is charged into a reduction furnace, and the mixture is heat-reduced. By the heat reduction treatment in the reduction step S2, the smelting reaction (reduction reaction) proceeds based on the reducing agent (first reducing agent) in the mixture, and the ferronickel metal (hereinafter, simply "metal") is contained in the mixture. ) And ferronickel slag (hereinafter, simply referred to as "slag") are generated separately.
加熱還元処理では、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酸化ニッケル及び酸化鉄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。 In the heat reduction treatment, for example, in a short time of about 1 minute, nickel oxide and iron oxide in the mixture are reduced and metallized to form ferronickyl in the vicinity of the surface of the mixture in which the reduction reaction easily proceeds, forming a shell. do. On the other hand, in the shell, the slag component gradually melts with the formation of the shell to form liquid phase slag. As a result, the metal and the slag are separately produced in the mixture.
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。 Then, when the treatment time elapses for about 10 minutes, the surplus reducing agent that is not involved in the reduction reaction is incorporated into the metal to lower the melting point, and the metal also becomes a liquid phase.
このとき、還元剤として植物由来還元剤を含有する混合物に還元処理を施すことにより、得られるメタルの品位を高めることができる。 At this time, the quality of the obtained metal can be improved by subjecting the mixture containing the plant-derived reducing agent as the reducing agent to a reducing treatment.
そして、還元工程Ｓ４では、第２の還元剤を還元炉の炉床に敷き、塊状物（混合物）を第２の還元剤の上に載置して還元処理を施すことを特徴としている。還元炉内は、不活性雰囲気にした場合であっても不可避的に大気中の酸素が混入することがある。また、還元炉の加熱手段として、燃料ガスを必要とするバーナーを使用する場合には、燃焼ガスが還元炉内に混入することや、燃料に含まれる炭化水素が燃焼することで水が発生することがある。すると、得られるメタルの一部が酸化されて、メタルの品位が低下することがあった。 The reduction step S4 is characterized in that the second reducing agent is laid on the hearth of the reducing furnace, and the lump (mixture) is placed on the second reducing agent to perform the reduction treatment. In the reduction furnace, oxygen in the atmosphere may inevitably be mixed even when the atmosphere is inert. When a burner that requires fuel gas is used as a heating means for the reduction furnace, water is generated by the combustion gas being mixed into the reduction furnace or the hydrocarbons contained in the fuel being burned. Sometimes. Then, a part of the obtained metal was oxidized, and the quality of the metal was sometimes deteriorated.
そこで、塊状物（混合物）を植物由来還元剤を含有する第２の還元剤の上に載置して還元処理を施すことによって、メタルの再酸化を防ぎ、併せて再酸化したものを再度還元することが可能となり、得られるメタルの品位をさらに高めることができる。特に、メタルはスラグよりも比重が高いため、還元されたメタルが下部に集まるようになる。このように、塊状物（混合物）を第２の還元剤の上に載置して、還元処理を施すことで、下部に集まったメタルの再酸化をより効果的に防ぐことが可能となる。 Therefore, the lump (mixture) is placed on a second reducing agent containing a plant-derived reducing agent and subjected to a reduction treatment to prevent the metal from being reoxidized, and the reoxidized product is reduced again. It becomes possible to further improve the quality of the obtained metal. In particular, metal has a higher specific density than slag, so reduced metal gathers at the bottom. In this way, by placing the lump (mixture) on the second reducing agent and performing the reduction treatment, it is possible to more effectively prevent the reoxidation of the metal collected in the lower portion.
また、例えば塊状物（混合物）通常の床敷材に載置して還元処理を施した場合、熔融した液相のスラグやメタルが還元炉の炉床に張り付くことがある。すると、炉床に張り付いたメタルがテクニカルロスとなってメタル回収率が低下する。混合物を第２の還元剤の上に載置して、還元処理を施すことで、このような炉床への張り付きも効果的に抑制できる。 Further, for example, when a lump (mixture) is placed on a normal floor covering material and subjected to a reduction treatment, slag or metal in the molten liquid phase may stick to the hearth of the reduction furnace. Then, the metal stuck to the hearth becomes a technical loss and the metal recovery rate decreases. By placing the mixture on the second reducing agent and subjecting it to the reducing treatment, such sticking to the hearth can be effectively suppressed.
なお、「第２の還元剤を還元炉の炉床に敷く」とは、混合物を第２の還元剤の上に載置する際に混合物の下部（載置部）と第２の還元剤とが接触すればよい。例えば、還元炉の炉床の少なくとも一部に第２の還元剤を敷くような態様であっても、還元炉の炉床の全部に第２の還元剤を敷き詰めるような態様であってもよい。 In addition, "laying the second reducing agent on the hearth of the reduction furnace" means that when the mixture is placed on the second reducing agent, the lower part (placement portion) of the mixture and the second reducing agent are used. Should come into contact. For example, the mode may be such that the second reducing agent is spread over at least a part of the hearth of the reduction furnace, or the second reducing agent may be spread over the entire hearth of the reduction furnace. ..
第２の還元剤に含有される植物由来還元剤は、上述した第１の還元剤に含有される植物由来還元剤と同様に植物に由来し、酸化鉱石を還元する機能を有する植物由来の有機物還元剤や、植物に由来する木材や竹材を炭化させた木炭や竹炭が挙げられる。なお、第２の還元剤に含有される植物由来還元剤は上述した第１の還元剤に含有される植物由来還元剤と同じものであっても異なるものであってもよい。 The plant-derived reducing agent contained in the second reducing agent is derived from a plant in the same manner as the plant-derived reducing agent contained in the first reducing agent described above, and is a plant-derived organic substance having a function of reducing oxide ore. Examples include reducing agents and charcoal and bamboo charcoal obtained by carbonizing wood or bamboo derived from plants. The plant-derived reducing agent contained in the second reducing agent may be the same as or different from the plant-derived reducing agent contained in the first reducing agent described above.
植物由来還元剤としては植物由来の有機物還元剤であることが好ましく、この中でも澱粉が特に好ましい。澱粉は、精製法が確立されており、純度が高く組成のばらつきが小さいものを得ることが容易である。このため、澱粉を含有する還元剤を還元炉に投入する第２の還元剤として使用することで、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることが可能である。 As the plant-derived reducing agent, a plant-derived organic substance reducing agent is preferable, and starch is particularly preferable. A purification method has been established for starch, and it is easy to obtain starch having high purity and small variation in composition. Therefore, by using the reducing agent containing starch as the second reducing agent to be put into the reducing furnace, it is possible to efficiently and stably improve the quality of the obtained metal.
第２の還元剤に含有される植物由来還元剤の含有量は、第２の還元剤全量中５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましく、第２の還元剤が植物由来還元剤のみからなること（すなわち、植物由来還元剤の含有量が第２の還元剤全量中１００質量％であること）が最も好ましい。 The content of the plant-derived reducing agent contained in the second reducing agent is preferably 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, and 90% by mass or more in the total amount of the second reducing agent. It is more preferable that the second reducing agent is composed of only the plant-derived reducing agent (that is, the content of the plant-derived reducing agent is 100% by mass based on the total amount of the second reducing agent).
混合物が載置される第２の還元剤の量は、特に制限されるものではないが、混合物に含有される第１の還元剤全量に対して７．０質量％以上５０．０質量％以下であることが好ましい。このような量の第２の還元剤の上に混合物を載置して、還元処理を施すことで、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることが可能である。 The amount of the second reducing agent on which the mixture is placed is not particularly limited, but is 7.0% by mass or more and 50.0% by mass or less with respect to the total amount of the first reducing agent contained in the mixture. Is preferable. By placing the mixture on such an amount of the second reducing agent and subjecting it to a reducing treatment, it is possible to efficiently and stably improve the quality of the obtained metal.
植物由来還元剤として植物由来の有機物還元剤を使用する場合には、加熱還元処理の途中で混合物中の植物由来の有機物還元剤や還元炉の炉床に敷いた植物由来の有機物還元剤が燃えてしまう可能性がある。そこで、還元炉内を低酸素濃度の雰囲気下にして混合物に還元処理を施すことが好ましい。低酸素濃度の雰囲気下とは、例えば酸素濃度が３．０体積％以下である雰囲気下で還元処理を施すことが好ましく、１．０体積％以下である雰囲気下で還元処理を施すことがより好ましい。また、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で還元処理を施してもよい。 When a plant-derived organic reducing agent is used as the plant-derived reducing agent, the plant-derived organic reducing agent in the mixture or the plant-derived organic reducing agent laid on the hearth of the reduction furnace burns during the heat reduction treatment. There is a possibility that it will end up. Therefore, it is preferable to reduce the mixture by setting the inside of the reduction furnace in an atmosphere of low oxygen concentration. The low oxygen concentration atmosphere means that, for example, the reduction treatment is preferably performed in an atmosphere where the oxygen concentration is 3.0% by volume or less, and the reduction treatment is more preferably performed in an atmosphere where the oxygen concentration is 1.0% by volume or less. preferable. Further, the reduction treatment may be performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.
また、植物由来の有機物還元剤を含有する第１の還元剤を使用する場合には、混合物中の有機物還元剤が加熱されると、有機物還元剤を構成する水素や酸素がＨ２Ｏを生成して抜けるとともに、残りの炭素分が混合物内に残存する。その結果、残りの炭素が還元剤となって均一に鉱石を還元することができる。 Further, when the first reducing agent containing a plant-derived organic reducing agent is used, when the organic reducing agent in the mixture is heated, hydrogen and oxygen constituting the organic reducing agent generate H2O . The remaining carbon content remains in the mixture. As a result, the remaining carbon can be used as a reducing agent to uniformly reduce the ore.
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。 The temperature (reduction temperature) in the reduction treatment is not particularly limited, but is preferably in the range of 1200 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower, and more preferably in the range of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower. By reducing in such a temperature range, a uniform reduction reaction can be generated, and ferronickel with suppressed quality variation can be produced. Further, more preferably, the reduction can be carried out at a reduction temperature in the range of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower to cause a desired reduction reaction in a relatively short time.
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。他方で、還元加熱処理を行う時間の上限は、製造コストの上昇を抑える観点から、５０分以下としてもよく、４０分以下としてもよい。 The time (treatment time) in the reduction treatment is set according to the temperature of the reduction furnace, but is preferably 10 minutes or more, and more preferably 15 minutes or more. On the other hand, the upper limit of the time for performing the reduction heat treatment may be 50 minutes or less or 40 minutes or less from the viewpoint of suppressing an increase in manufacturing cost.
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。 The amount of heat required for reduction by multiplying the value of the reduction temperature (° C.) and the reduction time (minutes) is preferably in the range of 20000 (° C. x min) or more and 40,000 (° C. x min) or less. High quality metal can be produced efficiently.
還元炉としては、固定炉床であってもよいが、移動式炉床炉を用いることが好ましい。このような還元炉として移動炉床炉を使用することにより、混合物をより効率的に処理することができる。また、移動炉床炉を用いることで、連続的に還元反応が進行し、一つの設備で反応を完結させることができ、各工程における処理を別々の炉を用いて行うよりも処理温度の制御を的確に行うことができる。さらに、各処理間でのヒートロスを低減して、より効率的な操業が可能となる。以下、移動炉床炉の一例として、回転炉床炉の構成について、図２を用いて説明する。 The reduction furnace may be a fixed hearth, but it is preferable to use a mobile hearth. By using a mobile hearth furnace as such a reduction furnace, the mixture can be processed more efficiently. In addition, by using a mobile hearth furnace, the reduction reaction can proceed continuously and the reaction can be completed with one facility, and the treatment temperature can be controlled rather than performing the treatment in each process using separate furnaces. Can be done accurately. Further, the heat loss between each treatment is reduced, and more efficient operation becomes possible. Hereinafter, as an example of the mobile hearth furnace, the configuration of the rotary hearth furnace will be described with reference to FIG. 2.
図２は、炉床が回転する回転炉床炉の構成例を示す図（平面図）である。図２に示すように、円形状であって複数の処理室２０ａ～２０ｄに区分けされた回転炉床炉２を用いることができる。回転炉床炉２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１が製錬処理される。ここで、回転炉床炉２は、炉外に予熱室が設けられていてもよい。また、回転炉床炉２は、炉外に冷却室が設けられていてもよい。なお、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。
FIG. 2 is a diagram (plan view) showing a configuration example of a rotary hearth furnace in which the hearth rotates. As shown in FIG. 2, a
還元炉の加熱手段は、特に制限はされないが、バーナーであっても、電気等を用いたものであってもよい。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、ＬＮＧ、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。 The heating means of the reduction furnace is not particularly limited, but may be a burner or one using electricity or the like. A burner is preferable because the mixture can be effectively heat-reduced in a short time. When a reduction furnace having a burner is used, for example, LPG, LNG, coal, coke, pulverized coal or the like is used as the fuel. The cost of these fuels is very low, and the equipment cost and maintenance cost can be significantly reduced as compared with the electric furnace and the like.
＜２－５．回収工程＞
回収工程Ｓ５は、還元工程Ｓ４で得られた還元物からメタルを回収する。具体的には、加熱還元処理によって得られた、メタル相とスラグ相とを含む還元物（混合物）を冷却し、必要に応じて粉砕して粉末化して、メタル（メタル粉末粒子）を分離して回収する。
<2-5. Collection process>
The recovery step S5 recovers the metal from the reduced product obtained in the reduction step S4. Specifically, the reduced product (mixture) containing the metal phase and the slag phase obtained by the heat reduction treatment is cooled, and if necessary, pulverized and pulverized to separate the metal (metal powder particles). And collect it.
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。 As a method for separating the metal phase and the slag phase from the mixture of the metal phase and the slag phase obtained as a solid, for example, in addition to removing unnecessary substances by sieving, separation by specific gravity, separation by magnetic force, etc. Method can be used.
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、先述した還元工程Ｓ４によって得られる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、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付与することで、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。 Further, the obtained metal phase and slag phase can be easily separated due to their poor wettability, and the large mixture obtained by the reduction step S4 described above can be dropped by providing, for example, a predetermined head. The metal phase and the slag phase can be easily separated from the mixture by subjecting the mixture to an impact such as giving a predetermined vibration at the time of sieving.
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。 By separating the metal phase and the slag phase in this way, the metal phase is recovered.
以下、本発明の実施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。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited to the following examples.
［混合工程］
各試料について原料鉱石としてのニッケル酸化鉱と、鉄鉱石と、フラックス成分として珪砂及び石灰石、バインダー、及び第１の還元剤を、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。第１の還元剤は、微粉炭（炭素含有量：４７重量％、平均粒径：約１５０μｍ）及び植物由来還元剤（澱粉）の混合物を使用した。第１の還元剤全量に対する植物由来還元剤（澱粉）の含有量は表４に記載の値となるようにした（表４中、「澱粉含有量」と表記。」）。また、原料鉱石であるニッケル酸化鉱に含まれる酸化ニッケルと酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とを過不足なく還元するのに必要な量を１００％としたときの第１の還元剤（微粉炭及び植物由来還元剤の混合物）の含有割合は表４に記載の値となるようにした（表４中、「還元剤の混合量」と表記。」）。
[Mixing process]
For each sample, nickel oxide ore as a raw material ore, iron ore, silica sand and limestone as a flux component, a binder, and a first reducing agent are mixed using a mixer while adding an appropriate amount of water to prepare a mixture. Obtained. As the first reducing agent, a mixture of pulverized coal (carbon content: 47% by weight, average particle size: about 150 μm) and a plant-derived reducing agent (starch) was used. The content of the plant-derived reducing agent (starch) with respect to the total amount of the first reducing agent was set to the value shown in Table 4 (indicated as "starch content" in Table 4). In addition, the first reducing agent (pulverized coal) when the amount required to reduce nickel oxide and iron oxide (Fe 2 O 3 ) contained in the raw material ore, nickel oxide ore, is 100% without excess or deficiency. And the content ratio of the mixture of the reducing agent derived from the plant) was set to the value shown in Table 4 (in Table 4, it is expressed as "mixed amount of reducing agent").
［塊状化工程］
次に混合工程で得られた混合物に適宜水分を添加してペレタイザーにより球状に成形された直径１５±０．３ｍｍの塊状物（試料）を得た。
[Agglomeration process]
Next, water was appropriately added to the mixture obtained in the mixing step to obtain a lump (sample) having a diameter of 15 ± 0.3 mm formed into a spherical shape by a pelletizer.
［乾燥工程］
次に塊状化工程で得られた塊状物に対して、固形分が７０質量％程度、水分が３０質量％程度となるように、２００℃～２５０℃の熱風を吹き付けて乾燥処理を施した。下記表３に、乾燥処理後の塊状物（試料）の固形分組成（炭素を除く）を示す。
[Drying process]
Next, the lumps obtained in the lumping step were dried by blowing hot air at 200 ° C to 250 ° C so that the solid content was about 70% by mass and the water content was about 30% by mass. Table 3 below shows the solid content composition (excluding carbon) of the mass (sample) after the drying treatment.
［還元工程］
次に、乾燥工程で得られた塊状物（試料）を、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気下にした還元炉に各々装入した。なお、還元炉内の装入時の温度条件は、５００±２０℃とした。
[Reduction process]
Next, each of the lumps (samples) obtained in the drying step was charged into a reduction furnace in a nitrogen atmosphere containing substantially no oxygen. The temperature condition at the time of charging in the reduction furnace was set to 500 ± 20 ° C.
次に、表４に示す温度及び時間で、混合物のペレットに対して還元加熱処理を施した。そして、実施例１～１２の混合物（試料）については、還元炉の炉床に予め灰（主成分はＳｉＯ２であり、その他の成分としてＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する）を敷き詰め、その上に澱粉（植物由来還元剤を含有する第２の還元剤）を表４に記載の量で敷いた（表４中「第２の還元剤投入量」と表記）。比較例１～３の混合物（試料）については、還元炉の炉床に予めＳｉＯ２主成分とする灰を敷き詰め、その上に澱粉を敷かずに塊状物（試料）を載置した。また比較例４、５の混合物（試料）については、炉床に予め灰を敷き詰め、その上の一部分に澱粉を表４に記載の量で敷いて、澱粉を敷いていない箇所に塊状物（試料）を載置した。 Next, the pellets of the mixture were subjected to reduction heat treatment at the temperatures and times shown in Table 4. The mixture (sample) of Examples 1 to 12 contains ash (main component is SiO 2 in advance, and a small amount of oxides such as Al 2 O 3 and Mg O as other components) in the hearth of the reducing furnace. ) Was spread over the starch (second reducing agent containing a plant-derived reducing agent) in the amount shown in Table 4 (denoted as "second reducing agent input amount" in Table 4). As for the mixture (sample) of Comparative Examples 1 to 3, the hearth of the reduction furnace was preliminarily covered with ash containing the main component of SiO 2 , and a lump (sample) was placed on the mixture (sample) without starch. Regarding the mixture (sample) of Comparative Examples 4 and 5, ash was spread in advance on the hearth, starch was spread on a part of the mixture (sample) in the amount shown in Table 4, and a lump (sample) was spread on the portion not covered with starch. ) Was placed.
［回収工程］
還元加熱処理後の各還元物（試料）について、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。そして、ニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有率を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００型）により分析して算出した。
[Recovery process]
For each reduced product (sample) after the reduction heat treatment, the metal was recovered by magnetic force sorting after pulverization by the wet treatment. Then, the nickel metallization rate and the nickel content in the metal were analyzed and calculated by an ICP emission spectrophotometer (SHIMAZU S-8100 type).
ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率、ニッケルメタル回収率は、以下の式（１）、（２）、（３）により算出した。
ニッケルメタル化率＝メタル中のニッケルの質量／（還元物中の全てのニッケルの質量）×１００（％） ・・・（１）式
メタル中ニッケル含有率＝メタル中のニッケルの質量／（メタル中のニッケルと鉄の合計質量）×１００（％） ・・・（２）式
ニッケルメタル回収率＝回収されたニッケルの量／（投入した鉱石の量×鉱石中のニッケル含有割合）×１００ ・・・（３）式
The nickel metalization rate, the nickel content in the metal, and the nickel metal recovery rate were calculated by the following formulas (1), (2), and (3).
Nickel metallization rate = mass of nickel in metal / (mass of all nickel in reduced product) × 100 (%) ・ ・ ・ Equation (1) Nickel content in metal = mass of nickel in metal / (metal) Total mass of nickel and iron in it) x 100 (%) ... (2) Nickel metal recovery rate = amount of recovered nickel / (amount of input ore x nickel content in ore) x 100 ・・ ・ Equation (3)
下記表４に、それぞれの試料における、ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率、ニッケルメタル回収率を示す。 Table 4 below shows the nickel metallization rate, the nickel content in the metal, and the nickel metal recovery rate in each sample.
表４の結果に示されるように、混合工程にて還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用し、植物由来還元剤を含有する還元剤を還元炉の炉床に敷いて、混合物を還元剤の上に載置して還元処理を施した実施例１～１２では、ニッケルメタル化率、及びメタル中ニッケル含有率において良好な結果が得られた。このことから、本発明に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法は、高品質なメタルを効率的に製造することができることが分かる。 As shown in the results in Table 4, a reducing agent containing a plant-derived reducing agent was used as the reducing agent in the mixing step, and the reducing agent containing the plant-derived reducing agent was laid on the hearth of the reducing furnace to form a mixture. In Examples 1 to 12 in which the reducing agent was placed on the reducing agent and subjected to the reducing treatment, good results were obtained in terms of the nickel metallization rate and the nickel content in the metal. From this, it can be seen that the nickel oxide ore smelting method according to the present invention can efficiently produce high-quality metal.
一方、植物由来還元剤を含有する還元剤を還元炉の炉床に敷かずに混合物に還元処理を施した比較例１～３、及び還元処理する際に第２の還元剤を敷いたが、澱粉を敷いていない箇所に混合物を載置して混合物に還元処理を施した比較例４、５では、高品質なメタルを効率的に製造することができていない。 On the other hand, Comparative Examples 1 to 3 in which the reducing agent containing the plant-derived reducing agent was not laid on the hearth of the reducing furnace and the mixture was subjected to the reducing treatment, and the second reducing agent was laid during the reducing treatment. In Comparative Examples 4 and 5 in which the mixture was placed on a portion not covered with starch and the mixture was subjected to a reduction treatment, high-quality metal could not be efficiently produced.
１ 混合物
２ 回転路床炉
２０ａ～２０ｄ 処理室
２１ 予熱室
４０ 冷却室
1
Claims (4)
第２の還元剤を還元炉の炉床に敷いて、前記混合物を該第２の還元剤の上に載置して、還元処理を施す還元工程と、を有し、
前記第１の還元剤及び前記第２の還元剤として植物由来還元剤を含有する還元剤を使用する
ニッケル酸化鉱石の製錬方法。 A mixing step of obtaining a mixture containing nickel oxide ore and a first reducing agent.
It has a reduction step of laying a second reducing agent on the hearth of a reduction furnace, placing the mixture on the second reducing agent, and performing a reduction treatment.
A method for smelting nickel oxide ore using a reducing agent containing a plant-derived reducing agent as the first reducing agent and the second reducing agent.
請求項１に記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法。 The method for smelting nickel oxide ore according to claim 1, wherein the plant-derived reducing agent is starch.
請求項１又は２に記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法。 The content of the first reducing agent in the mixture is 20.0% by mass or more and 80.0% by mass or less with respect to 100% by mass of the chemical equivalent required for reducing the nickel oxide ore. The method for smelting nickel oxide ore according to claim 1 or 2, wherein the mixture is mixed as described above.
請求項１から３のいずれかに記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法。 In the reduction step, the amount of the second reducing agent on which the mixture is placed is 7.0% by mass or more and 50.0% by mass with respect to the total amount of the first reducing agent contained in the mixture. The method for smelting nickel oxide ore according to any one of claims 1 to 3 below.
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