JP2024122340A - Method for smelting nickel oxide ore - Google Patents

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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ニッケル酸化鉱石の製錬方法を提供する。【解決手段】ニッケル酸化鉱石と第1の還元剤とを混合して混合物を得る混合処理工程と、混合物を還元炉に装入し還元処理を施す還元工程と、を有し、還元工程では、澱粉と木炭と石炭とを含有する第2の還元剤を還元炉の炉床に敷き、その上に混合物を載置して還元処理を施すニッケル酸化鉱石の製錬方法である。【選択図】図1[Problem] To provide a method for smelting nickel oxide ore, which produces metal by reducing a mixture containing an oxide ore such as nickel oxide ore, and which can improve the grade of the metal obtained and efficiently produce high-quality metal. [Solution] The method for smelting nickel oxide ore includes a mixing process in which nickel oxide ore is mixed with a first reducing agent to obtain a mixture, and a reduction process in which the mixture is charged into a reduction furnace and reduced, in which a second reducing agent containing starch, charcoal, and coal is placed on the hearth of the reduction furnace, and the mixture is placed on top of the second reducing agent to perform the reduction process. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、ニッケル酸化鉱石の製錬方法に関する。 The present invention relates to a method for smelting nickel oxide ore.

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。 Methods for smelting nickel oxide ore, known as limonite or saprolite, include the dry smelting method, in which nickel matte is produced by roasting with sulfur in a smelting furnace; the dry smelting method, in which a carbonaceous reducing agent is used in a rotary kiln or moving hearth furnace to reduce the ore and produce an iron-nickel alloy (hereafter also referred to as "ferronickel"); and the wet smelting method, in which nickel and cobalt are leached with sulfuric acid in an autoclave, and a sulfurizing agent is added to the leachate to produce a mixed sulfide.

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 mentioned above, when nickel oxide ore is smelted by reduction together with a carbon source, first, pretreatment is carried out to turn the raw ore into agglomerates or slurry. Specifically, when turning nickel oxide ore into agglomerates, that is, turning it from powder or fine particles into agglomerates, the nickel oxide ore is generally mixed with a binder, a reducing agent, etc., and then the moisture is adjusted before being charged into a lump-making machine to turn it into agglomerates (pellets, briquettes, etc.; hereinafter simply referred to as "pellets") of, for example, about 10 mm to 30 mm in size.

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。 These pellets need to have a certain degree of breathability to "evaporate" the moisture they contain. Also, if the reduction does not proceed uniformly within the pellets, the composition of the resulting reduced material will be non-uniform, leading to problems such as the metal being dispersed or unevenly distributed, so it is important to mix the mixture uniformly and to maintain as uniform a temperature as possible during the reduction process of the pellets.

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な技術である。なぜなら、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、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が必要となる。 In addition, it is also an important technology to coarsen the ferronickel produced by reduction. This is because if the ferronickel produced is fine, for example, tens to hundreds of microns in size, it becomes difficult to separate it from the slag produced at the same time, and the recovery rate (yield) of ferronickel drops significantly. For this reason, a process to coarsen the ferronickel after reduction is necessary.

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な技術的事項であり、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。 In addition, keeping smelting costs as low as possible is also an important technical issue, and there is a demand for continuous processing that can be operated using compact facilities.

例えば、特許文献1には、金属酸化物と、石炭やコークス等の炭素質還元剤と、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、金属酸化物を還元熔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, Patent Document 1 discloses a method for producing granular metals in which agglomerates containing a metal oxide and a carbonaceous reducing agent such as coal or coke are supplied onto the hearth of a moving-bed type reduction melting furnace, heated, and the metal oxide is reduced and melted. The method discloses a method in which agglomerates having an average diameter of 19.5 mm to 32 mm are supplied onto the hearth and heated so that the laying density is 0.5 to 0.8, where the laying density is the relative value of the projected area ratio of the agglomerates onto the hearth to the maximum projected area ratio of the agglomerates onto the hearth when the distance between the agglomerates is 0. This method discloses that the productivity of granular metallic iron can be increased by controlling both the laying density and the average diameter of the agglomerates.

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着目していない。他方で、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(金属、合金)を得ることが求められていた。 However, the method disclosed in Patent Document 1 is a technique for controlling the reaction that occurs outside the agglomerates, and does not focus on controlling the reaction that occurs inside the agglomerates, which is the most important factor in the reduction reaction. On the other hand, there is a demand for controlling the reaction that occurs inside the agglomerates to increase the reaction efficiency and progress the reduction reaction more uniformly, thereby obtaining a higher quality metal (metal, alloy).

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いものであった。また、特許文献1にある方法は、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、生産性の低い方法であった。これらの理由により、特許文献1にある方法は、製造コストが高いものであった。 In addition, the method of using a specific diameter as the agglomerates as described in Patent Document 1 has a low yield when producing agglomerates because it is necessary to remove those that do not have the specific diameter. In addition, the method described in Patent Document 1 has a low productivity because it is necessary to adjust the laying density of the agglomerates to 0.5 to 0.8 and it is not possible to stack the agglomerates. For these reasons, the method described in Patent Document 1 has high manufacturing costs.

また、特許文献2には、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、メタル回収率を高めて生産性を向上させるとともに、高品質のメタルを安価にかつ効率的に製造することができる方法が開示されている。 Patent Document 2 also discloses a smelting method for producing metals by reducing a mixture containing an oxide ore such as nickel oxide ore, which increases the metal recovery rate and improves productivity, while also producing high-quality metals cheaply and efficiently.

具体的には、酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して得た混合物を加熱して還元処理に付し、還元物であるメタルとスラグとを得る製錬方法において、混合物を、酸化抑制物が共存する状態で還元処理に付すことを特徴とする。酸化抑制物としては、例えば、酸化物の含有量が90質量%以上である酸化物混合物や、酸化物の含有量が90質量%以上である酸化物混合物と炭素質還元物とを含む酸化抑制混合物を用いる。これら酸化抑制物は、混合物の上面に載せて共存させることができるし、酸化抑制物により混合物を包囲するようにして共存させることもできる。 Specifically, in a smelting method in which a mixture obtained by mixing an oxide ore with a carbonaceous reducing agent is heated and subjected to a reduction treatment to obtain a metal and slag as reduced products, the mixture is subjected to the reduction treatment in the presence of an oxidation inhibitor. As the oxidation inhibitor, for example, an oxide mixture having an oxide content of 90 mass% or more, or an oxidation inhibitor mixture containing an oxide mixture having an oxide content of 90 mass% or more and a carbonaceous reducing product is used. These oxidation inhibitors can be placed on the top surface of the mixture to allow them to coexist, or can be surrounded by the oxidation inhibitor to allow them to coexist.

しかしながら、特許文献2の方法を用いても、特に工業的規模の炉を用いる場合、炉内の雰囲気を混合物の酸化を完全に抑制するように制御することは容易ではなかった。 However, even when using the method of Patent Document 2, it was not easy to control the atmosphere inside the furnace so as to completely suppress oxidation of the mixture, especially when using an industrial-scale furnace.

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。 As such, the technology of mixing and reducing oxide ores to produce metals and alloys has many challenges in terms of increasing productivity, reducing manufacturing costs, and improving metal quality.

特開2011-256414号公報JP 2011-256414 A 特開2018-178219号公報JP 2018-178219 A

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。 The present invention aims to provide a method for smelting oxide ores, which produces metal by reducing a mixture containing an oxide ore such as nickel oxide ore, and which can improve the grade of the resulting metal and efficiently produce high-quality metal.

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、還元工程において澱粉と木炭と石炭とを含有する還元剤を炉床に敷き、その上に混合物を載置することにより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 inventors of the present invention have conducted extensive research to solve the above-mentioned problems. As a result, they discovered that the above problems could be solved by placing a reducing agent containing starch, charcoal, and coal on the hearth and placing the mixture on top of it in the reduction process, which led to the completion of the present invention.

(1)本発明の第1は、ニッケル酸化鉱石と第1の還元剤とを混合して混合物を得る混合処理工程と、前記混合物を還元炉に装入し還元処理を施す還元工程と、を有し、前記還元工程では、澱粉と木炭と石炭とを含有する第2の還元剤を前記還元炉の炉床に敷き、その上に前記混合物を載置して還元処理を施すニッケル酸化鉱石の製錬方法である。 (1) The first aspect of the present invention is a method for smelting nickel oxide ore, which comprises a mixing process step of mixing nickel oxide ore with a first reducing agent to obtain a mixture, and a reduction process step of loading the mixture into a reduction furnace and subjecting it to a reduction process, in which a second reducing agent containing starch, charcoal, and coal is laid on the hearth of the reduction furnace, and the mixture is placed on top of the second reducing agent and subjected to a reduction process.

(2)本発明の第2は、第1の発明において、前記還元工程では、澱粉と木炭との合計含有量が前記第2の還元剤全量中20質量%以上80質量%以下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 a method for smelting nickel oxide ore according to the first aspect of the present invention, in which the total content of starch and charcoal in the reduction step is 20% by mass or more and 80% by mass or less of the total amount of the second reducing agent.

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。 The oxide ore smelting method of the present invention allows for efficient production of high-quality metals.

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。FIG. 1 is a process diagram showing an example of the flow of a method for smelting nickel oxide ore. 澱粉のTG/DTA測定結果である。TG/DTA measurement results of starch. 木炭のTG/DTA測定結果である。TG/DTA measurement results of charcoal. 石炭のTG/DTA測定結果である。1 shows the TG/DTA measurement results of coal. 還元炉(回転炉床炉)の構成例を示す図(平面図)である。FIG. 1 is a diagram (plan view) showing an example of the configuration of a reducing furnace (rotary hearth furnace).

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。 Specific embodiments of the present invention are described in detail below. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention. In this specification, the expression "X to Y" (X and Y are arbitrary numbers) means "X or more and Y or less."

≪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、還元物であるフェロニッケルのメタルを製造する酸化鉱石の製錬方法である。
1. Overview of the present invention
The present invention relates to a method for smelting an oxide ore, which uses nickel oxide ore as a raw material, and produces ferronickel metal as a reduction product by mixing the oxide ore with a reducing agent and reducing the resulting mixture.

そして、この製錬方法は、澱粉と木炭と石炭とを含有する還元剤を還元炉の炉床に敷き、その上に混合物を載置して還元処理を施すことを特徴としている。 This smelting method is characterized by placing a reducing agent containing starch, charcoal, and coal on the hearth of a reduction furnace, placing the mixture on top of it, and carrying out the reduction process.

このような方法によれば、澱粉と木炭と石炭とを含有する還元剤を炉床に載置してニッケル酸化鉱石を含有する混合物に対して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 this method, a reducing agent containing starch, charcoal, and coal is placed on the hearth and a reduction process is performed on a mixture containing nickel oxide ore, thereby improving the quality of the resulting metal.

図1は、ニッケル酸化鉱石の製錬方法の流れの一例を示す図である。図1に示すように、この製錬方法は、ニッケル酸化鉱石を原料として第1の還元剤と混合して混合物を得る混合処理工程S1と、得られた混合物を所定の形状に成形してペレット(塊状物)とする塊状化工程S2と、ペレット(混合物)を乾燥する乾燥工程S3と、ペレット(混合物)に還元処理を施す還元工程S4と、還元により生成した還元物からスラグを分離してフェロニッケルメタルを得る分離工程S5と、を有する。 Figure 1 is a diagram showing an example of the flow of a method for smelting nickel oxide ore. As shown in Figure 1, this smelting method includes a mixing process S1 in which nickel oxide ore is used as a raw material and mixed with a first reducing agent to obtain a mixture, an agglomeration process S2 in which the obtained mixture is formed into a predetermined shape to form pellets (agglomerates), a drying process S3 in which the pellets (mixture) are dried, a reduction process S4 in which the pellets (mixture) are subjected to a reduction process, and a separation process S5 in which slag is separated from the reduced material produced by the reduction to obtain ferronickel metal.

[混合処理工程]
混合処理工程S1は、ニッケル酸化鉱石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、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に第1の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~0.8mm程度の粉末に混合処理を施し混合物を得る。
[Mixing process]
The mixing process S1 is a process for mixing raw material powders including nickel oxide ore to obtain a mixture. Specifically, a first reducing agent is added to the raw material nickel oxide ore and mixed, and powders of optional additives such as iron ore, flux components, binders, etc., each having a particle size of, for example, about 0.2 mm to 0.8 mm, are mixed to obtain a mixture.

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。ニッケル酸化鉱石の代表的な構成成分としては、酸化ニッケル(NiO)と酸化鉄(Fe)を含有する。 The nickel oxide ore as the raw material ore is not particularly limited, but limonite ore, saprolite ore, etc. Representative components of nickel oxide ore include nickel oxide (NiO) and iron oxide (Fe 2 O 3 ).

第1の還元剤としては、特に限定されないが、例えば、石炭粉、コークス粉等の炭素質還元剤が挙げられる。また、その一部または全てを植物由来成分、例えば澱粉等で構成してもよい。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。 The first reducing agent is not particularly limited, but examples thereof include carbonaceous reducing agents such as coal powder and coke powder. In addition, a part or all of the first reducing agent may be composed of a plant-derived component, such as starch. It is preferable that the carbonaceous reducing agent has a particle size and particle size distribution equivalent to that of the nickel oxide ore, which is the raw material ore, because this makes it easier to mix uniformly and the reduction reaction also tends to proceed uniformly.

第1の還元剤の混合量としては、特に限定されないが、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、25質量%であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、35質量%であることがさらに好ましい。 The amount of the first reducing agent mixed is not particularly limited, but when the amount of reducing agent required to adequately reduce the nickel oxide and iron oxide that constitute the nickel oxide ore is taken as 100 mass%, it is preferably 25 mass%, more preferably 30 mass% or more, and even more preferably 35 mass%.

また、還元剤の混合量の上限値としては、特に限定されないが、化学当量の合計値を100%としたときに、300質量%以下とすることが好ましく、200質量%以下とすることが好ましく、100質量%以下とすることがさらに好ましく、50重量%以下とすることがさらになお好ましい。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、混合物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、混合物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)と定義できる。 The upper limit of the amount of reducing agent mixed is not particularly limited, but is preferably 300% by mass or less, more preferably 200% by mass or less, more preferably 100% by mass or less, and even more preferably 50% by mass or less, when the total value of the chemical equivalents is 100%. The amount of reducing agent required to reduce nickel oxide and iron oxide without excess or deficiency can be defined as the total value of the chemical equivalent required to reduce all of the nickel oxide contained in the mixture to nickel metal and the chemical equivalent required to reduce the iron oxide contained in the mixture to iron metal (hereinafter also referred to as the "total value of chemical equivalents").

任意成分として添加する添加剤である鉄鉱石としては、特に限定されないが、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、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。 The iron ore, which is an optional additive, is not particularly limited, but examples include iron ore with an iron content of about 50% by mass or more, and hematite obtained by wet smelting of nickel oxide ore. Examples of binders include bentonite, polysaccharides, resins, water glass, and dehydrated cake. Examples of flux components include calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, and silicon dioxide.

下記表1に、混合処理工程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。なお、原料粉末の組成としてはこれに限定されない。 Table 1 below shows an example of the composition (mass%) of some of the raw material powders mixed in the mixing process S1. Note that the composition of the raw material powders is not limited to this.

Figure 2024122340000002
Figure 2024122340000002

混合処理工程S1では、ニッケル酸化鉱石を含む原料粉末の混合を、混合機等を用いて行うことができる。また、原料粉末を混合して混合物を得る際、混合性を高めるために原料粉末に対して混練処理を施してもよい。これにより、混合物にせん断力が加えられ、還元剤や原料粉末等の凝集が解けてより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ため、均一な還元処理を行い易くすることができ、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。 In the mixing process S1, the raw material powder containing nickel oxide ore can be mixed using a mixer or the like. When the raw material powder is mixed to obtain a mixture, the raw material powder may be subjected to a kneading process to improve mixability. This applies shear force to the mixture, which breaks down agglomerations of the reducing agent, raw material powder, etc. and allows for more uniform mixing, improves the adhesion of each particle, and reduces voids, making it easier to perform a uniform reduction process and shortening the reaction time of the reduction reaction. It also reduces quality variation.

混練処理は、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。 The kneading process can be carried out using a batch kneader such as a Brabender, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a helical rotor, a roll, a single-screw kneader, a twin-screw kneader, or the like. By kneading the mixture, a shear force is applied to the mixture, which breaks down agglomerations of the reducing agent and raw material powder, etc., allowing for uniform mixing, improved adhesion between particles, and reduced voids. This makes it easier for the reduction reaction to occur in the mixture and allows the reaction to occur uniformly, shortening the reaction time for the reduction reaction. It also reduces quality variation.

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S3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。 Also, after mixing, or after mixing and kneading, the mixture may be extruded using an extruder. This applies pressure (shear force) to the mixture, breaking up agglomerations of the reducing agent, raw material powder, etc., and making the mixture more uniformly mixed. Furthermore, voids within the mixture can be reduced. As a result, the reduction reaction of the mixture is more likely to occur uniformly in the reduction step S3 described below, the quality of the resulting 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る。また効果的に混練することができ、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 mold the mixture under high pressure and high shear force, and examples of such extruders include single-screw extruders and twin-screw extruders. In particular, one equipped with a twin-screw extruder is preferable. By kneading the mixture under high pressure and high shear force, it is possible to break up agglomerations in the mixture of raw material powders. In addition, it is possible to effectively knead the mixture, and the strength of the mixture can be increased. Furthermore, by using an extruder equipped with a twin-screw extruder, it is possible to obtain the mixture while maintaining a continuous high productivity.

<2-2.塊状化工程>
塊状化工程S2は、混合処理工程S1にて得られた原料粉末の混合物を成形してペレットを得る工程である。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。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でき、ペレットの強度も維持しやすくなる。
<2-2. Clumping process>
The agglomeration step S2 is a step of forming the mixture of raw material powders obtained in the mixing step S1 into pellets. The agglomeration step is not an essential step, but it is necessary to form the mixture into a predetermined shape. The pellets may have any shape as long as they can be stacked on the hearth of the reduction furnace, and may be, for example, spherical, rectangular, cubic, cylindrical, or other shapes. It is preferable. By molding the mixture into such a shape, molding of the mixture becomes easy, and therefore the cost of molding can be reduced. In addition, since the shape to be molded is not complicated, the occurrence of defective pellets can be reduced. This can reduce the amount of oxygen that can be absorbed, and the strength of the pellets can be easily maintained.

この中でも、なるべくペレットを高密で炉床に置けるような形状であることが好ましく、例えば楕円状や円柱状の形状であることが好ましい。ペレットを高密で還元炉の炉床に置いて還元処理を施すことで、不可避的に含まれる酸素や水などによって消費される割合が減り、よって効率的に還元雰囲気を保つことができる。 Among these, it is preferable that the pellets have a shape that allows them to be placed on the hearth as densely as possible, for example an elliptical or cylindrical shape. By placing the pellets on the hearth of the reduction furnace at a high density and carrying out the reduction process, the proportion of oxygen and water that is inevitably contained and consumed is reduced, and therefore the reducing atmosphere can be maintained efficiently.

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, the mixture can be molded using, for example, a pellet molding device. There are no particular limitations on the pellet molding device, but it is preferable that the pellet molding device is capable of kneading and molding the mixture at high pressure and high shear force. By kneading the mixture at high pressure and high shear, it is possible to break up agglomerations in the raw material powder mixture, to effectively knead the mixture, and to increase the strength of the resulting pellets.

<2-3.乾燥処理>
乾燥工程S3は、得られたペレットに対し乾燥処理を施す。乾燥工程は必須の工程ではないが、ペレット形状に塊状化の処理を行って得られた塊状物は、その水分が例えば50質量%程度と過剰に含まれている。そのため、過剰の水分を含むペレットを急激に還元温度まで昇温すると、水分が一気に気化し、膨張して塊状物が破壊することがある。そこで、得られたペレットに対して乾燥処理を施し、例えば固形分が70質量%程度で、水分が30質量%程度となるようにすることで、次工程の還元工程S3における還元加熱処理においてペレットが崩壊することを防ぐことができる。またそれにより、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。さらに、ペレットは、過剰な水分によりべたべたした状態となっていることが多いため、乾燥処理を施すことで、取り扱いを容易にすることができる。
<2-3. Drying treatment>
In the drying step S3, the obtained pellets are subjected to a drying process. Although the drying step is not essential, the lumps obtained by the pellet-shaped agglomeration process contain excess moisture, for example, about 50% by mass. Therefore, if the pellets containing excess moisture are suddenly heated to the reduction temperature, the moisture may evaporate all at once, expand, and destroy the lumps. Therefore, by subjecting the obtained pellets to a drying process so that the solid content is about 70% by mass and the moisture content is about 30% by mass, the pellets can be prevented from collapsing in the reduction heat treatment in the next reduction step S3. This also prevents the pellets from becoming difficult to remove from the reduction furnace. Furthermore, since the pellets are often sticky due to excess moisture, the drying process can make them easier to handle.

ペレットを乾燥する方法は、特に限定されず、ペレットを所定の乾燥温度(例えば、200℃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、ペレットの固形分が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 pellets is not particularly limited, and any conventionally known method can be used, such as maintaining the pellets at a predetermined drying temperature (e.g., 200°C to 400°C) or blowing hot air at a predetermined drying temperature onto the mixture to dry it. This drying process can be used to make the pellets have a solid content of about 70% by mass and a moisture content of about 30% by mass. It is preferable that the temperature of the mixture itself during this drying process be less than 100°C, which can prevent the mixture from bursting due to bumping of moisture, etc.

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。 This drying process may be carried out outside the reduction furnace, which will be described later, or the lumps may be placed in the reduction furnace, which will be described later, and the drying process may be carried out inside the furnace.

ここで、特に体積の大きなペレットを乾燥させる場合、乾燥前や乾燥後のペレットにひびや割れが入っていてもよい。ペレットの体積が大きい場合には、還元時にペレット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、ペレット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、還元前のペレットにひびや割れがあってもよい。 Here, when drying pellets that are particularly large in volume, it is acceptable for the pellets to have cracks or breaks before and after drying. When the pellets are large in volume, they melt and shrink during reduction, which often results in cracks and breaks. However, when the pellets are large in volume, the effects of cracks and breaks, such as an increase in surface area, are minimal, so it is unlikely to cause any major problems. Therefore, it is acceptable for the pellets to have cracks or breaks before reduction.

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。 The drying process may be carried out continuously at once or in multiple steps. By carrying out the drying process in multiple steps, the mixture can be more effectively prevented from bursting. When the drying process is carried out in multiple steps, the drying temperature from the second step onwards is preferably 150°C or higher and 400°C or lower. Drying within this range makes it possible to dry without the reduction reaction proceeding.

下記表2に、乾燥処理後のペレット(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 weight) of the solid content in the pellets (mixture) after drying. Note that the composition of the lump (mixture) is not limited to this.

Figure 2024122340000003
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<2-4.還元工程>
還元工程S4は、乾燥工程S3で乾燥されたペレットに還元処理を施す。具体的には、得られた塊状物(ペレット)を還元炉の炉床に載置し、還元炉により混合物に加熱還元処理を施す。還元工程S4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。なお、以下、還元処理の対象であるペレットを便宜上、混合物と称する。
<2-4. Reduction step>
In the reduction step S4, the pellets dried in the drying step S3 are subjected to a reduction treatment. Specifically, the obtained lumps (pellets) are placed on the hearth of a reduction furnace, and the mixture is subjected to a heating reduction treatment in the reduction furnace. The heating reduction treatment in the reduction step S4 causes a smelting reaction (reduction reaction) to proceed based on the reducing agent (first reducing agent) in the mixture, and ferronickel metal (hereinafter simply referred to as "metal") and ferronickel slag (hereinafter simply referred to as "slag") are generated separately in the mixture. In the following, the pellets to be subjected to the reduction treatment are referred to as a mixture for convenience.

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 heating reduction process, in a short time, for example about one minute, the nickel oxide and iron oxide in the mixture are first reduced and metalized to ferronickel near the surface of the mixture where the reduction reaction is most likely to occur, forming a shell. Meanwhile, within the shell, the slag components gradually melt as the shell forms, producing liquid slag. As a result, metal and slag are produced separately within 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。これにより、得られるメタルの品位を安定的に高めることが可能であり、高品質なメタルを得ることができる。 After about 10 minutes of processing, the excess reducing agent that is not involved in the reduction reaction is absorbed into the metal, lowering its melting point and turning the metal into a liquid phase. This makes it possible to steadily increase the quality of the resulting metal, resulting in a high-quality metal.

そして、還元工程S4では、澱粉と木炭と石炭とを含有する第2の還元剤を還元炉の炉床に敷いて、混合物を床敷材の上に載置して還元処理を施すことを特徴としている。還元炉内の試料の挙動を解明する方法として、TG/DTA(示差熱・熱重量同時測定装置)を使用してTG曲線やDTA曲線を測定する方法が挙げられる。TG/DTAは、示差熱分析と熱重量測定とを同時に行うことのできる装置であり、試料に温度変化を与えたときに示す試料の分解や相転移等の挙動をTG曲線やDTA曲線により解明することができる。なお、TG曲線とは、温度に対する試料の重量を表し、DTA曲線とは、温度に対する試料と基準物質との温度差を表す。 In the reduction step S4, a second reducing agent containing starch, charcoal, and coal is laid on the hearth of the reduction furnace, and the mixture is placed on the bedding material and subjected to reduction treatment. One method for clarifying the behavior of a sample in a reduction furnace is to measure TG curves and DTA curves using a TG/DTA (differential thermal/thermogravimetric simultaneous measurement device). TG/DTA is a device that can simultaneously perform differential thermal analysis and thermogravimetry, and can clarify the behavior of a sample, such as decomposition and phase transition, when a temperature change is applied to the sample, using TG curves and DTA curves. Note that a TG curve represents the weight of a sample versus temperature, and a DTA curve represents the temperature difference between a sample and a reference material versus temperature.

図2は、TG/DTAを使用して測定された「澱粉」のTG曲線及びDTA曲線である。澱粉のTG曲線は、常温から昇温して240℃付近で急激に重量減少が生じることを示しており、さらに澱粉のDTA曲線は、600℃付近で大きく極大値を示している。このことから、澱粉の分解温度は、石炭の分解温度と比較して相対的に低いことを示している。このため、澱粉は、比較的低温の温度条件において還元反応を速い反応速度で進行させることができるものと推測される。これは、澱粉が、炭素と水素と酸素からなる重合物(ポリマー)であり、昇温によりこの水素と炭素との結合が切れてHガスが発生し、多孔質な組織となっており、澱粉を構成する炭素原子同士の結合が弱いことによると考えられる。 FIG. 2 shows the TG curve and DTA curve of "starch" measured using TG/DTA. The TG curve of starch shows that the weight loss occurs rapidly at around 240°C when the temperature is increased from room temperature, and the DTA curve of starch shows a large maximum value at around 600°C. This shows that the decomposition temperature of starch is relatively low compared to the decomposition temperature of coal. Therefore, it is presumed that starch can proceed with a reduction reaction at a high reaction rate under relatively low temperature conditions. This is because starch is a polymer made of carbon, hydrogen, and oxygen, and the bond between the hydrogen and carbon is broken by the increase in temperature to generate H2 gas, forming a porous structure, and the bond between the carbon atoms constituting starch is weak.

図3は、TG/DTAを使用して測定された「木炭」のTG曲線及びDTA曲線である。木炭のTG曲線は、常温から昇温するとすぐに重量減少が生じることを示しており、さらに木炭のDTA曲線は、600℃付近で大きく極大値を示している。このことから、木炭の分解温度は、石炭の分解温度と比較して相対的に低いことを示している。このため、木炭は、比較的低温の温度条件において還元反応を速い反応速度で進行させることができるものと推測される。これは、木炭が、材料である木材を蒸し焼きにして木材中の水分を揮発させて製造されるものであるため、多孔質な組織となっており、木炭を構成する炭素原子同士の結合が弱いことによると考えられる。 Figure 3 shows the TG and DTA curves of "charcoal" measured using TG/DTA. The TG curve of charcoal shows that weight loss occurs immediately when the temperature is raised from room temperature, and the DTA curve of charcoal shows a large maximum value around 600°C. This shows that the decomposition temperature of charcoal is relatively low compared to that of coal. For this reason, it is presumed that charcoal can promote reduction reactions at a high reaction rate under relatively low temperature conditions. This is because charcoal is produced by steaming the wood material to evaporate the moisture in the wood, resulting in a porous structure and weak bonds between the carbon atoms that make up the charcoal.

一方、図4は、TG/DTAを使用して測定された「石炭」のTG曲線及びDTA曲線である。石炭のTG曲線は、木炭と比較すると、常温から昇温しても重量がほとんど変化していないことを示しており、さらにほとんどブロードな曲線である。420℃付近における重量減少は揮発性有機物(Volatile Matter)が分解して揮発したものと考えられる。このことから、石炭の分解温度は、木炭の分解温度と比較して相対的に高いことを示している。このため、石炭は、比較的高温の温度条件において還元反応を長期間進行させることができるものと推測される。これは、石炭が、植物や酸化物等が地熱や地圧を長期間受けて変質(石炭化)したことにより生成する化石燃料であるため、植物に由来する炭素原子が濃縮されて、石炭を構成する炭素原子同士の結合が強いことによると考えられる。 On the other hand, Figure 4 shows the TG and DTA curves of "coal" measured using TG/DTA. Compared to charcoal, the TG curve of coal shows that the weight hardly changes even when the temperature is raised from room temperature, and is also a broad curve. The weight loss at around 420°C is thought to be due to the decomposition and evaporation of volatile organic matter. This shows that the decomposition temperature of coal is relatively high compared to that of charcoal. Therefore, it is presumed that coal can proceed with reduction reactions for a long period of time under relatively high temperature conditions. This is because coal is a fossil fuel produced by the transformation (coalification) of plants and oxides by exposure to geothermal heat and geopressure for a long period of time, and therefore the carbon atoms derived from plants are concentrated, and the bonds between the carbon atoms that make up coal are strong.

本実施の形態に係る製錬方法では、分解温度が相対的に低く、酸化物等の他の成分を実質的に含まない澱粉及び木炭と、分解温度が相対的に高く、酸化物等を含み得る石炭と、を含有する第2の還元剤を還元炉の炉床に敷き、その上に混合物を載置して還元処理を施すようにする。これにより、回収口や装入口から不可避的に混入した酸素やバーナーにより供給される酸素やバーナーの燃料が燃焼することにより発生する水によって得られるメタルの一部が再酸化したとしても、澱粉と木炭と石炭とを含有する第2の還元剤により、再度還元することが可能となって、さらに得られるメタルの一部が酸化されることを抑制することが可能となるので、得られるメタルの品位を高めることができる。 In the smelting method according to the present embodiment, a second reducing agent containing starch and charcoal, which have a relatively low decomposition temperature and are substantially free of other components such as oxides, and coal, which has a relatively high decomposition temperature and may contain oxides, is laid on the hearth of a reduction furnace, and the mixture is placed on top of the second reducing agent and reduced. As a result, even if part of the metal obtained is reoxidized by oxygen inevitably mixed in from the recovery port or charging port, oxygen supplied by the burner, or water generated by the combustion of the burner fuel, it is possible to reduce it again by the second reducing agent containing starch, charcoal, and coal, and it is possible to suppress further oxidation of part of the obtained metal, thereby improving the quality of the obtained metal.

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。 The phrase "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 of the mixture (the part placed on the mixture) comes into contact with the second reducing agent. For example, the second reducing agent may be laid on at least a part of the hearth of the reduction furnace, or the second reducing agent may be laid over the entire hearth of the reduction furnace.

また、第2の還元剤の上に前記混合物を載置するとは、還元炉に装入するすべての混合物が第2の還元剤の上に載置する態様に限られず、還元炉に装入する混合物のうち、少なくとも1部の混合物を第2の還元剤の上に載置する態様であればよい。例えば、混合物(ペレット)を楕円状や円柱状の形状にして、数段に重ねるようにペレットを第2の還元剤の上に載置してもよい。これにより、ペレットを高密で還元炉の炉床に置いて還元処理を施すことが可能となる。 In addition, placing the mixture on the second reducing agent does not necessarily mean that all of the mixture charged into the reduction furnace is placed on the second reducing agent, but may mean that at least a portion of the mixture charged into the reduction furnace is placed on the second reducing agent. For example, the mixture (pellets) may be shaped like an ellipse or a cylinder, and placed on the second reducing agent in several layers. This makes it possible to place the pellets on the hearth of the reduction furnace at a high density and perform the reduction process.

また、炉床上の第2の還元剤が還元炉内の燃焼ガス等によって吹き飛ばないようにするために、還元炉の炉床表面が窪みを有する形状にして、その窪み部分に第2の還元剤を敷くようにしてもよい。これにより、第2の還元剤が炉床から吹き飛ばされたり、第2の還元剤が炉床からこぼれ落ちたりすることを抑制することができる。 In addition, in order to prevent the second reducing agent on the hearth from being blown away by the combustion gas in the reduction furnace, the hearth surface of the reduction furnace may be shaped to have a depression, and the second reducing agent may be laid in the depression. This makes it possible to prevent the second reducing agent from being blown away from the hearth or from spilling off the hearth.

還元炉の炉床の材質は、特に限定されず、例えば、煉瓦、セラミックスを使用することができる。これらの材質であれば第2の還元剤と反応することがなく、炉床をメンテナンスすることなく長期間使い続けることができる。 The material of the hearth of the reduction furnace is not particularly limited, and for example, brick or ceramics can be used. These materials will not react with the second reducing agent, and the hearth can be used for a long period of time without maintenance.

また、炉床には予め、炉床材を敷いて、その炉床材の上に第2の還元剤を敷いてもよい。炉床に予め炉床材を敷くことにより、炉床とスラグとの反応を抑制し、炉床を保護することができる。炉床材の材質としては、例えば、SiC(炭化ケイ素)が挙げられる。iC(炭化ケイ素)は高温での耐久性に優れ、また仮にスラグが炉床まで染み込んでしまった場合でもスラグと反応しづらく炉床材としての寿命が長いため好ましい。 It is also possible to lay a hearth material on the hearth beforehand, and then lay the second reducing agent on top of the hearth material. By laying the hearth material on the hearth beforehand, the reaction between the hearth and the slag can be suppressed, and the hearth can be protected. An example of a material for the hearth material is silicon carbide (SiC). SiC (silicon carbide) is preferable because it has excellent durability at high temperatures, and even if the slag does soak into the hearth, it is less likely to react with the slag, and has a long life as a hearth material.

第2の還元剤における澱粉の含有量は、特に限定されるものではないが、第2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%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることがさらに好ましい。また、第2の還元剤における澱粉の含有量の上限は、第2の還元剤全量中90質量%以下であることが好ましく、85質量%以下であることがより好ましく、80質量%以下であることがさらに好ましい。 The starch content in the second reducing agent is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and even more preferably 20% by mass or more, based on the total amount of the second reducing agent. The upper limit of the starch content in the second reducing agent is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or less, based on the total amount of the second reducing agent.

第2の還元剤における木炭の含有量は、特に限定されるものではないが、第2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%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることがさらに好ましい。また、第2の還元剤における木炭の含有量の上限は、第2の還元剤全量中90質量%以下であることが好ましく、85質量%以下であることがより好ましく、80質量%以下であることがさらに好ましい。 The charcoal content in the second reducing agent is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and even more preferably 20% by mass or more, based on the total amount of the second reducing agent. The upper limit of the charcoal content in the second reducing agent is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or less, based on the total amount of the second reducing agent.

また、第2の還元剤における石炭の含有量は、特に限定されるものではないが、第2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%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることがさらに好ましい。また、第2の還元剤における石炭の含有量の上限は、第2の還元剤全量中90質量%以下であることが好ましく、85質量%以下であることがより好ましく、80質量%以下であることがさらに好ましい。 The coal content in the second reducing agent is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and even more preferably 20% by mass or more, based on the total amount of the second reducing agent. The upper limit of the coal content in the second reducing agent is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or less, based on the total amount of the second reducing agent.

また、第2の還元剤における澱粉と木炭の合計含有量は、特に限定されるものではないが、第2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%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることがさらに好ましい。第2の還元剤における澱粉と木炭の合計含有量は、特に限定されるものではないが、第2の還元剤全量中90質量%以下であることが好ましく、85質量%以下であることがより好ましく、80質量%以下であることがさらに好ましい。 The total content of starch and charcoal in the second reducing agent is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and even more preferably 20% by mass or more, based on the total amount of the second reducing agent. The total content of starch and charcoal in the second reducing agent is not particularly limited, but is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or less, based on the total amount of the second reducing agent.

また、第2の還元剤における澱粉と木炭との含有割合は、特に限定されるものではないが、ニッケル酸化鉱石と混合する澱粉の化学当量と、ニッケル酸化鉱石と混合する木炭の化学当量と、の混合割合は、30:70~70:30の範囲であることが好ましく、40:60~60:40の範囲であることがより好ましく、45:55~55:45の範囲であることがさらに好ましい。木炭と澱粉の化学当量の割合をこのような範囲にすることで、得られるメタルの品位を高めることができる。なお、化学当量とは、混合物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、混合物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と定義される。 The content ratio of starch and charcoal in the second reducing agent is not particularly limited, but the mixing ratio of the chemical equivalent of starch mixed with the nickel oxide ore and the chemical equivalent of charcoal mixed with the nickel oxide ore is preferably in the range of 30:70 to 70:30, more preferably in the range of 40:60 to 60:40, and even more preferably in the range of 45:55 to 55:45. By setting the ratio of the chemical equivalent of charcoal to starch in such a range, the quality of the obtained metal can be improved. The chemical equivalent is defined as the sum of the chemical equivalent required to reduce all of the nickel oxide contained in the mixture to nickel metal and the chemical equivalent required to reduce the iron oxide contained in the mixture to iron metal.

また、第2の還元剤における澱粉と木炭と石炭の合計含有量は、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の還元剤が澱粉と木炭と石炭とのみからなること(すなわち、澱粉と木炭と石炭の合計含有量が還元剤全量中100質量%であること)が最も好ましい。 The total content of starch, charcoal, and coal in the second reducing agent is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more, of the total amount of the second reducing agent, and it is most preferable that the second reducing agent is composed only of starch, charcoal, and coal (i.e., the total content of starch, charcoal, and coal is 100% by mass of the total amount of the reducing agent).

床敷材に含有される第2の還元剤は、澱粉、木炭、石炭とは異なる還元剤を含有してもよい。このような還元剤としては、例えば、竹炭が挙げられる。 The second reducing agent contained in the bedding material may be a reducing agent different from starch, charcoal, and coal. An example of such a reducing agent is bamboo charcoal.

床敷材に含有される第2の還元剤の量は、特に限定されないが、ペレットを構成するニッケル酸化鉱石に含まれる酸化鉄及び酸化ニッケルを過不足なく還元するために必要な還元剤の量を100質量%としたとき、3質量%以上100質量%以下の範囲の割合となるようにすることが好ましく、5質量%以上70質量%以下の範囲の割合となるようにすることがより好ましく、7質量%以上50質量%以下の範囲の割合となるようにすることがさらに好ましい。第2の還元剤の量が3質量%以上であることで、生成したメタルの再酸化をより効果的に抑制することができる。また、第2の還元剤の量が100質量%以下であることで、過還元となる可能性を軽減できるので、メタル中のニッケル品位の低下を抑制することができる。 The amount of the second reducing agent contained in the bedding material is not particularly limited, but when the amount of reducing agent required to reduce the iron oxide and nickel oxide contained in the nickel oxide ore constituting the pellets without excess or deficiency is taken as 100 mass%, it is preferable that the amount is in the range of 3 mass% to 100 mass%, more preferably in the range of 5 mass% to 70 mass%, and even more preferably in the range of 7 mass% to 50 mass%. By making the amount of the second reducing agent 3 mass% or more, it is possible to more effectively suppress the reoxidation of the generated metal. In addition, by making the amount of the second reducing agent 100 mass% or less, it is possible to reduce the possibility of over-reduction, and therefore to suppress the deterioration of the nickel grade in the metal.

第2の還元剤として木炭や澱粉のような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 using a plant-derived organic reducing agent such as charcoal or starch as the second reducing agent, there is a possibility that the plant-derived organic reducing agent in the mixture or the plant-derived organic reducing agent laid on the hearth of the reduction furnace may burn during the heating and reduction treatment. Therefore, it is preferable to perform the reduction treatment on the mixture in an atmosphere of low oxygen concentration inside the reduction furnace. For example, the reduction treatment is preferably performed in an atmosphere of low oxygen concentration, where the oxygen concentration is preferably 3.0% by volume or less, and more preferably 1.0% by volume or less. The reduction treatment may also be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.

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 in the reduction process (reduction temperature) is not particularly limited, but is preferably in the range of 1200°C to 1450°C, and more preferably in the range of 1300°C to 1400°C. By performing reduction within such a temperature range, the reduction reaction can occur uniformly, and ferronickel can be produced with reduced quality variation. Furthermore, by performing reduction at a reduction temperature in the range of 1300°C to 1400°C, the desired reduction reaction can occur 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 for the reduction process (treatment time) 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 set to 50 minutes or less, or 40 minutes or less, from the viewpoint of suppressing an increase in manufacturing costs.

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積算の熱量は、20000(℃×分)以上40000(℃×分)以下の範囲であることが好ましい。この熱量で還元処理を施すことで高品質なメタルを効率的に製造することができる。 It is preferable that the cumulative heat required for reduction, calculated by multiplying the reduction temperature (°C) by the reduction time (min), is in the range of 20,000 (°C x min) to 40,000 (°C x min). By carrying out the reduction process with this amount of heat, high-quality metal can be produced efficiently.

還元加熱処理に用いる還元炉としては、特に限定されない。例えば、固定炉床を用いても移動式炉床炉を用いてもよいが、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5を用いて説明する。 The reduction furnace used in the reduction heat treatment is not particularly limited. For example, a fixed hearth or a moving hearth furnace may be used, but it is preferable to use a moving hearth furnace. By using a moving hearth furnace as such a reduction furnace, the mixture can be treated more efficiently. In addition, by using a moving hearth furnace, the reduction reaction proceeds continuously and the reaction can be completed in one facility, and the treatment temperature can be controlled more accurately than when the treatment in each step is performed using separate furnaces. Furthermore, the heat loss between each treatment is reduced, making it possible to operate more efficiently. Below, the configuration of a rotary hearth furnace as an example of a moving hearth furnace is explained using Figure 5.

図4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4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。 Figure 4 is a diagram (plan view) showing an example of the configuration of a rotary hearth furnace with a rotating hearth. As shown in Figure 4, a rotary hearth furnace 2 that is circular and divided into a plurality of processing chambers 20a to 20d can be used. In the rotary hearth furnace 2, each process is performed in each region while rotating in a predetermined direction. In this rotary hearth furnace, the processing temperature in each region can be adjusted by controlling the time it takes to pass through each region (travel time, rotation time), and the mixture 1 is smelted every time the rotary hearth furnace rotates. Here, the rotary hearth furnace 2 may be provided with a preheating chamber outside the furnace. In addition, the rotary hearth furnace 2 may be provided with a cooling chamber outside the furnace. The moving hearth furnace may be a roller hearth kiln, etc.

回転炉床炉を使用して還元処理を施す際には、異なる温度で段階的に加熱処理を施してもよい。例えば一段階目の還元処理を1150℃以上1250℃以下の範囲の還元温度で還元処理を施せるように1つの処理室内の温度を制御し、ニ段階目の還元処理を1250℃以上1350℃以下の範囲の還元温度で還元処理を施せるように1つの処理室内の温度を制御し、三段階目の還元処理を1350℃以上1450℃以下の範囲の還元温度で還元処理を施せるように他の処理室内の温度を制御するようにしてもよい。このように複数の処理室を有する回転炉床炉を使用して異なる温度で段階的に加熱処理を施すことで、一段階目の低い温度域で反応性の高い澱粉により再酸化されたメタルを再度還元することやメタルの酸化を抑制することが可能となり、その後、二段階目の温度域で澱粉の次に反応性の高い木炭により再酸化されたメタルを再度還元することやメタルの酸化を抑制することが可能となり、さらにその後、三段階目の比較的温度の高い温度域で反応が緩やかに進む石炭により再酸化されたメタルを再度還元することやメタルの酸化を抑制することが可能となり、長時間還元雰囲気を保つことができるとともに還元温度域全体に渡って再酸化されたメタルを再度還元することやメタルの酸化を抑制することが可能となるので、還元工程全体においてニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケルをより効果的に還元することが可能となって、得られるメタルの品位をさらに高めることができる。 When performing reduction treatment using a rotary hearth furnace, the heat treatment may be performed in stages at different temperatures. For example, the temperature in one treatment chamber may be controlled so that the first stage reduction treatment is performed at a reduction temperature in the range of 1150°C to 1250°C, the temperature in one treatment chamber may be controlled so that the second stage reduction treatment is performed at a reduction temperature in the range of 1250°C to 1350°C, and the temperature in the other treatment chamber may be controlled so that the third stage reduction treatment is performed at a reduction temperature in the range of 1350°C to 1450°C. By using a rotary hearth furnace having multiple treatment chambers in this way to perform heat treatment in stages at different temperatures, it is possible to reduce the reoxidized metal by highly reactive starch again and suppress the oxidation of the metal in the low temperature range of the first stage, then reduce the reoxidized metal by charcoal, which has the second highest reactivity after starch, again and suppress the oxidation of the metal in the temperature range of the second stage, and then reduce the reoxidized metal by coal, which reacts slowly, again and suppress the oxidation of the metal in the relatively high temperature range of the third stage. This makes it possible to maintain a reducing atmosphere for a long time and to reduce the reoxidized metal again and suppress the oxidation of the metal over the entire reduction temperature range, making it possible to more effectively reduce the nickel oxide contained in the nickel oxide ore throughout the reduction process, and further improving the quality of the resulting metal.

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 for the reduction furnace is not particularly limited, but may be a burner or electricity. A burner is preferable because it can effectively perform heating and reduction treatment on the mixture in a short time. When using a reduction furnace with a burner, for example, LPG, LNG, coal, coke, pulverized coal, etc. are used as fuel. The cost of these fuels is very low, and the equipment costs and maintenance costs can be kept significantly lower than those of electric furnaces, etc.

<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. Recovery process>
In the recovery step S5, the metal is recovered from the reduced product obtained in the reduction step S4. Specifically, the reduced product (mixture) containing a metal phase and a slag phase obtained by the heating and reduction treatment is cooled, and if necessary, pulverized to form a powder, and the metal (metal powder particles) is separated and recovered.

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。 Methods for separating the metal phase and the slag phase from the mixture of metal phase and slag phase obtained as a solid include, for example, removing unnecessary materials by sieving, as well as separation by specific gravity or by magnetic force.

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。 The obtained metal phase and slag phase have poor wettability and can be easily separated. For example, by dropping the large mixture obtained by the reduction step S4 described above over a predetermined drop or by applying a certain amount of vibration during sieving, the metal phase and slag phase can be easily separated from the mixture.

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。 In this way, the metal phase is separated from the slag phase and 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。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[混合処理工程]
各試料について原料鉱石としてのニッケル酸化鉱石(Ni含有率=0.75質量%のリモナイト鉱)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。なお、還元剤としては、石炭を使用して、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)とを必要な化学当量100質量%に対して32質量%含有させた。
[Mixing process]
For each sample, nickel oxide ore (limonite ore with Ni content = 0.75 mass%) as raw ore, iron ore, silica sand and limestone as flux components, binder, and a first reducing agent were mixed in a mixer while adding an appropriate amount of water to obtain a mixture. Note that coal was used as the reducing agent, and nickel oxide and iron oxide ( Fe2O3 ) contained in the nickel oxide ore as raw ore were contained in an amount of 32 mass% relative to the required chemical equivalent of 100 mass%.

[塊状化工程]
次に混合処理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±0.2mmの塊状物(試料)を得た。
[Agglomeration process]
Next, an appropriate amount of water was added to the mixture obtained in the mixing process, and the mixture was formed into spheres with a pelletizer to obtain lumps (samples) having a diameter of 15±0.2 mm.

[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 aggregates obtained in the agglomeration step were subjected to a drying treatment by blowing hot air at 200°C to 250°C onto them so that the solid content was about 70% by mass and the moisture content was about 30% by mass. Table 3 below shows the solid content composition (excluding carbon) of the aggregates (samples) after the drying treatment.

Figure 2024122340000004
Figure 2024122340000004

[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, the lumps (samples) obtained in the drying step were each charged into a reduction furnace under a nitrogen atmosphere substantially free of oxygen. The temperature condition during charging into the reduction furnace was 500±20° C.

このとき、実施例1~5については、炉床に第2の還元剤を敷き詰めて還元処理を行った。第2の還元剤として、澱粉と木炭と石炭との混合物を使用した。また炉床に敷く第2の還元剤の量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)とを還元に必要な化学当量を100質量%として18質量%とした。下記表4に、第2の還元剤に含まれる石炭の混合割合を示す。また、実施例1~5及び比較例2については、澱粉と木炭との質量比は50:50とした。なお、一方比較例1については、炉床に載置する還元剤として石炭を使用した。 At this time, in Examples 1 to 5, the second reducing agent was spread on the hearth and the reduction treatment was performed. A mixture of starch, charcoal, and coal was used as the second reducing agent. The amount of the second reducing agent spread on the hearth was 18 mass %, assuming that the chemical equivalent required for reducing nickel oxide and iron oxide (Fe 2 O 3 ) contained in the nickel oxide ore, which is the raw material ore, is 100 mass %. The mixture ratio of coal contained in the second reducing agent is shown in Table 4 below. In Examples 1 to 5 and Comparative Example 2, the mass ratio of starch and charcoal was 50:50. Meanwhile, in Comparative Example 1, coal was used as the reducing agent placed on the hearth.

次に、還元温度を1380℃、還元時間を25分で、混合物のペレットに対して還元加熱処理を施した。還元処理後は、窒素雰囲気中で速やかに室温まで冷却して、試料を大気中へ取り出した。 Next, the mixture pellets were subjected to a reduction heat treatment at a reduction temperature of 1380°C for 25 minutes. After the reduction treatment, the pellets were quickly cooled to room temperature in a nitrogen atmosphere and then removed into the air.

[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]
After the reduction heat treatment, each reduced product (sample) was crushed by wet processing, and the metal was recovered by magnetic separation. The nickel metallization rate and the nickel content in the metal were analyzed and calculated using an ICP emission spectrometer (SHIMAZU S-8100 model).

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 metallization 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) x 100 (%) ... (1) Nickel content in metal = mass of nickel in metal / (total mass of nickel and iron in metal) x 100 (%) ... (2) Nickel metal recovery rate = amount of nickel recovered / (amount of ore input x nickel content in ore) x 100 ... (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, nickel content in the metal, and nickel metal recovery rate for each sample.

Figure 2024122340000005
Figure 2024122340000005

表4の結果に示されるように、澱粉と木炭と石炭とを含有する第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、還元処理を施した実施例1~5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, in Examples 1 to 5, in which a second reducing agent containing starch, charcoal, and coal was laid on the hearth of the reduction furnace, the mixture was placed on top of the second reducing agent, and reduction treatment was performed, good results were obtained in terms of nickel metallization rate and nickel content in metal. This shows that the oxide ore smelting method according to the present invention can efficiently produce high-quality metal.

一方、石炭のみを含有する還元剤を還元炉の炉床に敷いて、混合物をその還元剤の上に載置して、還元処理を施した比較例1及び澱粉及び木炭のみを含有する還元剤を還元炉の炉床に敷いて、混合物をその還元剤の上に載置して、還元処理を施した比較例2ではNiメタル化率、Ni含有率、メタル回収率のいずれにおいても実施例に比べて低い値となっており、本発明の効果を奏するものとはなっていない。 On the other hand, in Comparative Example 1, in which a reducing agent containing only coal was placed on the hearth of the reduction furnace, the mixture was placed on the reducing agent, and a reduction treatment was performed, and in Comparative Example 2, in which a reducing agent containing only starch and charcoal was placed on the hearth of the reduction furnace, the mixture was placed on the reducing agent, and a reduction treatment was performed, the Ni metallization rate, Ni content, and metal recovery rate were all lower than those of the Examples, and the effects of the present invention were not achieved.

1 装入口
2 回転炉床炉
20a~20d 処理室
21 予熱室
22 冷却室

1 Charging inlet 2 Rotary hearth furnace 20a to 20d Treatment chamber 21 Preheating chamber 22 Cooling chamber

Claims (2)

ニッケル酸化鉱石と第1の還元剤とを混合して混合物を得る混合処理工程と、
前記混合物を還元炉に装入し還元処理を施す還元工程と、
を有し、
前記還元工程では、澱粉と木炭と石炭とを含有する第2の還元剤を前記還元炉の炉床に敷き、その上に前記混合物を載置して還元処理を施す
ニッケル酸化鉱石の製錬方法。
a mixing step of mixing the nickel oxide ore with a first reducing agent to obtain a mixture;
a reduction step of charging the mixture into a reduction furnace and subjecting it to a reduction treatment;
having
In the reduction step, a second reducing agent containing starch, charcoal and coal is laid on the hearth of the reduction furnace, and the mixture is placed thereon and subjected to reduction treatment.
前記還元工程では、澱粉と木炭との合計含有量が前記第2の還元剤全量中20質量%以上80質量%以下である
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 in the reduction step, a total content of starch and charcoal is 20 mass % or more and 80 mass % or less of the total amount of the second reducing agent.
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