JP4348152B2 - フェロニッケルおよびフェロニッケル精錬原料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フェロニッケルの製造方法に関し、特に低品位の酸化ニッケル鉱石から高効率でフェロニッケルまたはフェロニッケル精錬原料を製造する方法に関する。

現在わが国で行われている酸化ニッケル鉱石からフェロニッケルを製造する方法は、電気炉法およびクルップレン（Ｋｒｕｐｐ−Ｒｅｎ）法である。電気炉法には完全還元法と選択還元法とがある。

完全還元法は、酸化ニッケル鉱石に石炭を添加混合してロータリーキルンで仮焼のみ行い、これを電気炉で溶解し還元してフェロニッケルを得る方法である。

選択還元法は、酸化ニッケル鉱石に石炭を添加混合してロータリーキルンで予備還元を行い、これを電気炉で溶解して残りの還元を完結させることによりフェロニッケルを得る方法である。

クルップレン法は、酸化ニッケル鉱石に無煙炭を添加し加圧成形して団鉱とし、これをロータリーキルン内で加熱し還元して半溶融のルッペ（メタル）とスラグとし、この半溶融物を水砕して磁選、浮選などによりルッペを分離回収してフェロニッケルを得る方法である（以上、非特許文献１参照）。

以上の方法はいずれもロータリーキルンを用いるものであり、以下のようなロータリーキルン特有の多くの問題点を有する。すなわち、ロータリーキルンは転動により原料を移動させるという基本原理に基づくためダスト発生量が多く、キルン内にダムリングが生起しやすい問題がある。また、ダムリング防止のために原料のスラグ成分を制約する手段が提案されているが、原料の選択の幅が狭くなる問題がある（例えば、特許文献１参照）。また、原料の滞留時間にバラツキが生じるため過剰な長さを必要とし、設備の設置面積が大きい、キルンの表面積が大きくなり熱放散量が多いため燃料消費量が高い等の問題もある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、上記の方法では、酸化ニッケル鉱中の酸化ニッケルおよび酸化鉄は同じように還元されて金属化し、Ｎｉ成分のみを優先的に金属化するようなことはできず、低Ｎｉ含有鉱石からはＮｉ含有量の高いフェロニッケルを製造できない問題がある。

この、低Ｎｉ含有鉱石からはＮｉ含有量の高いフェロニッケルを製造できない問題に対しては、以下の開示がなされている。

一つは、クルップレン法と同様の方法であって、酸化ニッケル鉱石を予備処理したのち焼成炉中で半溶融還元処理し、その後、金属Ｆｅ，Ｎｉを回収してフェロニッケルを製造する方法において、焼成炉での半溶融還元処理の際に、まずＦｅ、Ｎｉをともに強還元性雰囲気の下で還元し、引き続きＦｅのみを酸化性雰囲気の下で再酸化させることにより、ルッペ中のＮｉ分を相対的に増大させて高Ｎｉ含有フェロニッケルを製造する方法である（特許文献３参照）。

他の一つは、同じくクルップレン法と同様の方法であって、酸化ニッケル鉱石を予備処理したのち焼成炉中で半溶融還元処理し、その後、金属Ｆｅ，Ｎｉを回収してフェロニッケルを製造する方法において、焼成炉での半溶融還元処理の際に、所定のＮｉおよびＦｅの還元率（金属化率）を得るのに必要な量の外装炭材を幾つかに区分して断続的に、もしくは連続的に添加することにより、ルッペ中のＮｉ分を相対的に増大させて高Ｎｉ含有フェロニッケルを製造する方法である（特許文献４参照）。
日本鉄鋼協会編、鉄鋼便覧、第４版、第２巻、発行所：日本鉄鋼協会、平成１４年７月３０日発行、第７章第３節第４項 特公昭４８−４３７６６号公報（第２頁） 特開平９−２９１３１９号公報（第２頁） 特開平５−１８６８３８号公報 特開平５−２４７５８１号公報

しかしながら、上記特許文献３および４に開示された発明を実用化すべく焼成炉としてロータリーキルンを用いることは、ロータリーキルンの構造上実現困難である。すなわち、常時回転しているキルンの側壁から炉内へガスや固体を装入する必要があるが、キルンの構造を複雑にし、操業トラブルが発生しやすくまた設備コストも上昇するためである。

また、仮に上記特許文献３および４に開示された発明にロータリーキルンを採用できたとしても、ダスト発生量が多い、キルン内にダムリングが生起しやすい、設備の設置面積が大きい、壁面からの熱放散量が多く燃料消費量が高い等ロータリーキルン固有の問題点も残されたままである。

そこで、本発明の目的は、低品位の酸化ニッケル鉱石（酸化ニッケル含有原料）を用いても、Ｎｉ含有量の高いフェロニッケルが安定して高効率でかつ安価に製造できるフェロニッケルの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元して還元混合物を得る還元工程と、この還元混合物を溶解炉で溶解してフェロニッケルを得る溶解工程と、を備え、前記混合物の余剰炭素量を、前記還元混合物中のＮｉの金属化率が４０％以上で、かつＦｅの金属化率が前記Ｎｉの金属化率より１５％以上低くなるように調整することを特徴とするフェロニッケルの製造方法である。
ここに、余剰炭素量（％）＝（還元前の混合物中の炭素の質量％）−（還元前の混合物中のＦｅおよびＮｉと結合している酸素の質量％）×１２／１６である。

請求項２の発明は、酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元して還元混合物を得る還元工程と、この還元混合物を溶解炉で溶解してフェロニッケルを得る溶解工程と、を備え、前記移動炉床炉内における前記混合物の滞留時間を、前記還元混合物中のＮｉの金属化率が４０％以上で、かつＦｅの金属化率が前記Ｎｉの金属化率より１５％以上低くなるように調整することを特徴とするフェロニッケルの製造方法である。

請求項３の発明は、前記Ｎｉの金属化率を８５％以上とする請求項１または２に記載のフェロニッケルの製造方法である。

混合物の加熱還元に移動炉床炉を用いることにより、混合物が炉床上に静置されるためダスト発生量が大幅に減少する。またダストの炉壁への付着に起因すると考えられるダムリングの発生も防止される。したがって、ダムリングの発生防止のために原料のスラグ成分を調整する必要がなく原料選択の自由度が高い。さらに、移動炉床炉内における混合物の滞留時間を均一にすることができるため、ロータリーキルンのような過剰設備を必要とせず設備がコンパクトで設備の設置面積が小さく、かつ熱放散量も小さい。
また、移動炉床炉内の混合物の余剰炭素量または滞留時間を調節して、還元混合物中のＦｅの金属化率をＮｉの金属化率より１５％以上小さくすることにより、低Ｎｉ含有鉱石中の酸化ニッケルを優先的に金属化する一方、酸化鉄の金属化を抑制できるため、還元混合物を溶解炉で溶解することにより容易かつ効率的に高Ｎｉ含有フェロニッケルが得られる。また、還元混合物中のＮｉの金属化率を４０％以上、より好ましくは８５％以上とすることにより、還元混合物中に残留する酸化ニッケルを溶解炉で還元するのに必要な還元所要熱が少なくなり、溶解炉におけるエネルギー消費量を低減できる。なお、ＮｉおよびＦｅの金属化率の定義は以下の通りである。

Ｎｉの金属化率（％）＝金属Ｎｉ（質量％）／全Ｎｉ（質量％）×１００
Ｆｅの金属化率（％）＝金属Ｆｅ（質量％）／全Ｆｅ（質量％）×１００

請求項４の発明は、前記還元工程と前記溶解工程との間に、前記還元混合物を、前記移動床炉内またはこの移動炉床炉から排出し収納した別の容器内において、４５０〜１１００℃の温度範囲まで冷却し、この温度範囲に１７ｓ以上保持する還元混合物保持工程を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフェロニッケルの製造方法である。

還元混合物を４５０〜１１００℃の温度範囲に所定時間保持することにより、還元混合物中において酸化ニッケルを金属鉄で還元して金属ニッケルと酸化鉄にする反応（ＮｉＯ＋Ｆｅ→Ｎｉ＋ＦｅＯ）を進行させて、Ｎｉの金属化率をさらに上昇させると同時にＦｅの金属化率を低下させることができるため、Ｎｉの優先還元をより進めることができる。

請求項５の発明は、酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、移動炉床炉内で、この混合物を加熱し還元して還元混合物としたのち、引き続きこの還元混合物を加熱し溶融して還元溶融物を得る還元・溶融工程と、この還元溶融物を、前記移動炉床炉内において、またはこの移動炉床炉から排出した後に、冷却し固化させて還元固化物を得る固化工程と、この還元固化物を、メタルとスラグとに分離してフェロニッケルを得る分離工程と、を備え、前記混合物の余剰炭素量を、前記還元混合物中のＮｉの金属化率が４０％以上で、かつＦｅの金属化率が前記Ｎｉの金属化率より１５％以上低くなるように調整することを特徴とするフェロニッケルの製造方法である。
ここに、余剰炭素量（％）＝（還元前の混合物中の炭素の質量％）−（還元前の混合物中のＦｅおよびＮｉと結合している酸素の質量％）×１２／１６である。

請求項６の発明は、前記Ｎｉの金属化率を８５％以上とする請求項５に記載のフェロニッケルの製造方法である。

移動炉床炉のみで還元・溶融することにより低Ｎｉ含有鉱石からＮｉ含有量の高いフェロニッケルが得られるため、溶解炉が不要となり、設備コストの大幅な削減やエネルギー消費量の大幅な低減となる。

請求項７の発明は、酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元してフェロニッケル精錬原料を得る還元工程と、を備え、前記混合物の余剰炭素量を、前記フェロニッケル精錬原料中のＮｉの金属化率が４０％以上で、かつＦｅの金属化率が前記Ｎｉの金属化率より１５％以上低くなるように調整することを特徴とするフェロニッケル精錬原料の製造方法である。
ここに、余剰炭素量（％）＝（還元前の混合物中の炭素の質量％）−（還元前の混合物中のＦｅおよびＮｉと結合している酸素の質量％）×１２／１６である。

請求項８の発明は、前記Ｎｉの金属化率を８５％以上とする請求項７に記載のフェロニッケル精錬原料の製造方法である。

請求項１〜３の発明と同様に、混合物の加熱還元に移動炉床炉を用いることにより、ダスト発生量が大幅に減少し、またダストの炉壁への付着に起因すると考えられるダムリングの発生も防止される。したがって、ダムリングの発生防止のために原料のスラグ成分を調整する必要がなく原料選択の自由度が高い。さらに、混合物の炉内滞留時間を均一にすることができるため、ロータリーキルンのような過剰設備を必要とせず設備がコンパクトで設備の設置面積が小さく、かつ熱放散量も小さい。また、請求項１〜３の発明と同様に、移動炉床炉内の混合物の余剰炭素量または滞留時間を調節して、還元混合物中のＦｅの金属化率をＮｉの金属化率より１５％以上小さくすることにより、低Ｎｉ含有鉱石中の酸化ニッケルを優先的に金属化する一方、酸化鉄の金属化を抑制できるため、容易かつ効率的にＮｉ含有量の高い製品フェロニッケルを製造できるフェロニッケル精錬原料が得られる。また、フェロニッケル精錬原料中のＮｉの金属化率を４０％以上、より好ましくは８５％以上とすることにより、後工程の溶解炉での酸化ニッケルの還元所要熱を少なくでき、エネルギー消費量を低減できる。
請求項９の発明は、前記余剰炭素量を−２％以下とする請求項１または５に記載のフェロニッケルの製造方法である。
請求項１０の発明は、前記余剰炭素量を−２％以下とする請求項７に記載のフェロニッケル精錬原料の製造方法である。
余剰炭素量が少ないほどＦｅの金属化率が低く抑えられるうえ、加熱還元により得られる還元混合物の強度（例えば圧潰強度）が高くなり、取り扱いが容易になるとともに溶解時の歩留も高くなる。
請求項１１の発明は、酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元して還元混合物を得る還元工程と、この還元混合物を溶解炉で溶解してフェロニッケルを得る溶解工程と、を備え、前記還元工程と前記溶解工程との間に、前記還元混合物を、前記移動床炉内またはこの移動炉床炉から排出し収納した別の容器内において、４５０〜１１００℃の温度範囲まで冷却し、この温度範囲に１７ｓ以上保持する還元混合物保持工程を設けたことを特徴とするフェロニッケルの製造方法である。
請求項４の発明と同様に、還元混合物を４５０〜１１００℃の温度範囲に所定時間保持することにより、還元混合物中において酸化ニッケルを金属鉄で還元して金属ニッケルと酸化鉄にする反応（ＮｉＯ＋Ｆｅ→Ｎｉ＋ＦｅＯ）を進行させて、Ｎｉの金属化率をさらに上昇させると同時にＦｅの金属化率を低下させることができるため、Ｎｉの優先還元をより進めることができる。

以上より、本発明によれば、低品位の酸化ニッケル含有原料を用いても、Ｎｉ含有量の高いフェロニッケルが安定して高効率でかつ安価に製造できるフェロニッケルの製造方法を提供することができる。

以下に本発明の実施の形態について図を参照しつつ詳細に説明する。

〔実施の形態１〕
図１に、本発明の一実施形態に係るフェロニッケルの製造工程を示す。ここに、符号１は酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料（以下、単に「原料」ともいう。）、符号２は炭素質還元材、符号３は造粒機、符号４は塊成物（混合物）、符号５は移動炉床炉、符号６は還元塊成物（還元混合物）、符号７は溶解炉、符号８はメタル（フェロニッケル）、符号９はスラグを示す。

酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料１としては、酸化ニッケル鉱石のほかフェロニッケル製造工場で発生するキルンダストなどのフェロニッケルやニッケル製造工程の残渣も使用できる。酸化ニッケル鉱石としては従来用いられているガーニエライトのほか、Ｎｉ含有ラテライトやリモナイトなどの低Ｎｉ含有鉱石も使用できる。これらの鉱石や残渣を適宜混合して使用してもよい。ロータリーキルンを用いず移動炉床炉５を使用するため、ダムリングの発生がなく原料１のスラグ成分の制限がないので、自由な原料選択ができる。原料１中に水分を多く含む場合は、事前に乾燥しておくことが望ましい。乾燥の度合いは後工程の混合工程での混合手段（本実施の形態では造粒機３）を考慮して決めるとよい。炭素質還元材２としては固定炭素を含むものであればよく、石炭、コークス、木炭、廃トナー、バイオマスの炭化物などが利用できる。また、これらを適宜混合して用いてもよい。

炭素質還元材２の塊成物（混合物）４中の配合率は、移動炉床炉５内で原料１中の酸化ニッケルおよび酸化鉄を還元するのに必要な炭素量と、溶解炉６で還元塊成物（還元混合物）６中の残留酸化ニッケルの還元等により消費される炭素量と、フェロニッケル中に残存する炭素量とから決定すればよい。

［混合工程］：原料１と炭素質還元材２とを混合するには図示しない混合機を用いるとよい。混合物はそのまま移動炉床炉５に装入してもよいが、造粒機３で塊成化することが好ましい。塊成化することにより、移動炉床炉５や溶解炉７からのダスト発生量が減るとともに、移動炉床炉５内における塊成物（混合物）４内部の伝熱効率が向上して還元速度が上昇するからである。塊成物（混合物）４には造滓材などの副原料を添加してもよい。造粒機３としては、ブリケットプレスなどの圧縮成形機やディスク型ペレタイザーなどの転動造粒機のほか押出成形機を用いてもよい。造粒後の塊成物（混合物）４の水分が高い場合は移動炉床炉５に装入する前に乾燥してもよい。

［還元工程］：造粒した塊成物（混合物）４は移動炉床炉５に装入し、雰囲気温度１０００〜１４００℃で加熱し還元する。移動炉床炉４としては回転炉床炉や直線炉、多段炉などが使用できる。これらの移動炉床炉は、被加熱物である塊成化物（混合物）４が炉床上に静置されるためダストなどの発生が少なく、また、いずれの炉もコンパクトであり、ロータリーキルンに比べて設備費、設置面積を節減できる。１０００〜１４００℃の温度域での塊成物（混合物）４の滞留時間は３〜２０ｍｉｎの範囲で以下のＮｉの金属化率とＦｅの金属化率との関係を満足するように適宜調整すればよい。すなわち、移動炉床炉４内で、塊成物（混合物）４中のＮｉの金属化率を４０％以上、好ましくは５０％以上、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上とし、Ｆｅの金属化率はＮｉの金属化率より１５％以上、好ましくは２０％以上低い値に還元する。Ｆｅの金属化率は、原料１中のＮｉ含有量、Ｆｅ含有量、および製品であるフェロニッケル８中の目標Ｎｉ含有量から決定する。例えばフェロニッケル８中のＮｉ含有量を１６％とするには、原料１に用いられる酸化ニッケル鉱石の種類（表１参照）によって図２に示すようなＮｉおよびＦｅの金属化率が必要になる。高品位鉱を除くと、標準鉱でＮｉの金属化率より１５〜２０％低いＦｅの金属化率が必要になる。また低品位鉱ではさらに低いＦｅの金属化率が必要になる。

また、原料１中のＮｉ含有量とＦｅ含有量とから、必要となるＦｅの金属化率を示すと図３のようになる。原料１中のＮｉ含有量が低く、またＦｅ含有量が高いほどＦｅの金属化率を低く抑える必要がある。なお、図３ではフェロニッケル８中のＮｉ含有量は１６％、還元塊成物（還元混合物）６中のＮｉの金属化率は９０％とした。フェロニッケル８中のＮｉ含有量を１６％より高い例えば２０％に上昇させるにはさらにＦｅの金属化率を低く維持する必要がある。

なお、還元塊成物（還元混合物）６中のＮｉおよびＦｅの金属化率は、塊成物（混合物）４への炭素質還元材２の配合率の調整によっても可能であり、上記滞留時間の調整と併せて行うことにより、さらに原料１選択の自由度やフェロニッケル８のＮｉ含有量を高めることが可能となる。

移動炉床炉５内で還元された還元塊成物（還元混合物）６は、移動炉床炉５内に設けられた輻射式冷却板や冷媒吹き付け装置などにより通常１０００℃程度に冷却してから排出装置で排出する。

［還元混合物保持工程］：還元塊成物（還元混合物）６の冷却期間中に未還元の酸化ニッケルが金属化したＦｅにより還元される、ＮｉＯ＋Ｆｅ→Ｎｉ＋ＦｅＯの反応が進行してＮｉの金属化率が上昇すると同時にＦｅの金属化率が低下して、還元塊成物（還元混合物）６中のＮｉの優先還元がより助長される。この反応をより積極的に利用するため、移動炉床炉５内において、または移動炉床炉５から排出して図示しない別の容器内に収納して、還元塊成物（還元混合物）６を４５０〜１１００℃の温度範囲まで冷却し、この温度範囲に１７ｓ以上保持することが好ましい。下限温度を４５０℃としたのは、４５０℃未満では上記の反応速度が小さくなりすぎて効果が少ないためであり、より好ましい下限温度は６５０℃である。一方、上限温度を１１００℃としたのは、１１００℃を超えると還元塊成物（還元混合物）６内に残留する酸化鉄と炭素質還元材との間で、ＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ₂およびＣＯ₂＋Ｃ→２ＣＯの連鎖反応が活発化して却ってＦｅの金属化率が上昇してしまうためであり、より好ましい上限温度は１０００℃である。また、上記温度範囲における保持時間の下限を１７ｓとしたのは以下の理由による。すなわち、後述の実施例における還元実験（雰囲気温度：１３００℃）の結果から得られた、還元時間とＮｉ金属化率との関係（図６参照）を数式化すると、以下の式が得られた。

ＭｅｔＮｉ＝８３．９×[１−ｅｘｐ（−ｔ／４６）]＋１５．３
ここに、ＭｅｔＮｉ：Ｎｉ金属化率（％）、ｔ：還元時間（ｓ）

上式より、還元塊成物（還元混合物）６中の未還元の酸化ニッケル（ＮｉＯ）のうち３０％が金属Ｎｉに還元されるまでの時間は１７ｓであるので、保持時間の下限は１７ｓとした。なお、上記冷却後の上限温度（１１００℃）がこの還元実験の雰囲気温度１３００℃より少し低いことなどを考慮すれば保持時間の下限を１７ｓよりやや長い２０ｓに設定することがより好ましい。また上式より、還元塊成物（還元混合物）６中の未還元の酸化ニッケル（ＮｉＯ）のうち５０％が金属Ｎｉに還元されるまでの時間は３２ｓであるので、さらに好ましい保持時間の下限は３２ｓであり、特に好ましい保持時間の下限は４０ｓである。なお、保持時間には、還元塊成物（還元混合物）６が上記温度範囲内に維持される限り、移動炉床炉５または前記別の容器から排出された後、溶解炉７に装入されるまでの移送中の時間を含んでもよい。

［溶解工程］：移動炉床炉５または前記別の容器から排出された還元塊成物（還元混合物）６は好ましくはそれ以上冷却せずに高温のまま溶解炉７に装入する。溶解炉７はシュートなどで移動炉床炉５または前記別の容器の排出部と直結してもよいし、コンベアなどの搬送機器を用いたり、一旦コンテナなどに貯えてから溶解炉７に装入してもよい。移動炉床炉５と溶解炉７とが近接していない場合や、溶解炉の運転を停止しているような場合には、還元塊成物（還元混合物）６は常温まで冷却して半製品（フェロニッケル精錬原料）として保管・輸送して用いてもよい。あるいは冷却せずに高温のまま熱間成形して表面積を小さくしてから冷却して耐再酸化性の良好な半製品（フェロニッケル精錬原料）とし、保管・輸送して用いることも好ましい。溶解炉７としては電気炉が使用できるが、この際、溶湯中の炭素量、電気炉の電圧や電極位置、および酸素や攪拌ガスの吹き込みは、ニッケル歩留を高く保ち、鉄の還元を抑えるように調整することが好ましい。石炭、重油、天然ガスなどの化石エネルギーを利用した溶解炉を使用してもよい。溶解炉７には必要に応じて造滓材などを装入し、１４００〜１７００℃の高温で還元塊成物（還元混合物）６を溶解し、メタル８とスラグ９に分離する。メタル８はフェロニッケル８として取り出し、必要に応じて二次精錬を行って製品フェロニッケルとする。スラグ９はコンクリート用骨材などに利用できる。

〔実施の形態２〕
図４に、本発明の別の実施形態に係るフェロニッケルの製造工程を示す。ここに、符号１１は酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料（以下、単に「原料」ともいう。）、符号１２は炭素質還元材、符号１３は造粒機、符号１４は塊成物（混合物）、符号１５は移動炉床炉、符号１６は還元固化物、符号１７はスクリーン、符号１８はメタル（フェロニッケル）、符号１９はスラグを示す。

本実施の形態２において、原料１１、炭素質還元材１２、造粒機１３および塊成物（混合物）１４は、上記実施の形態１の原料１、炭素質還元材２、造粒機３および塊成物（混合物）４と同様であり、［混合工程］についても上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

［還元・溶融工程］：造粒した塊成物（混合物）１４を移動炉床炉１５に装入し、先ず雰囲気温度１０００〜１４００℃で加熱し還元する。１０００〜１４００℃の温度域での塊成物（混合物）１４の滞留時間は、上記実施の形態１と同様の考え方により、３〜２０ｍｉｎの範囲でＮｉの金属化率とＦｅの金属化率との関係が以下の関係を満足するように適宜調整すればよい。すなわち、上記温度域での、塊成物（混合物）１４中のＮｉの金属化率を８５％以上、好ましくは９０％以上とし、Ｆｅの金属化率はＮｉの金属化率より１５％以上、好ましくは２０％以上低い値に還元して還元塊成物（還元混合物）とする。引き続き移動炉床炉１５内でこの還元塊成物（還元混合物）を上記雰囲気温度より高い１１００〜１５００℃の雰囲気温度で加熱し溶融し、還元溶融物とする。１１００〜１５００℃の温度域での還元塊成物（還元混合物）の滞留時間は０．５〜１０ｍｉｎの範囲で還元塊成物（還元混合物）が十分に溶融してメタルとスラグに分離するように適宜調整すればよい。なお、上記のように移動炉床炉１５内で２段階に雰囲気温度を変化させることなく、最初から１１００〜１５００℃の雰囲気温度により１段階で加熱して還元と溶融とを同時に進行させてもよく、より短時間で還元溶融物を得ることができる。なお、メタルとスラグは両方とも溶融させてもよいし、どちらか一方のみ溶融させてもよい。例えば、メタルのみ溶融させてスラグから分離させてもよい。

［固化工程］：この還元溶融物を移動炉床炉１５内において、または移動炉床炉１５から排出した後に、１０００℃程度に冷却し固化させて還元固化物１６とする。移動炉床炉１５内での冷却・固化手段としては上記実施の形態１で述べた輻射式冷却板や冷媒吹き付け装置などを用いることができる。また、移動炉床炉１５から排出した後の冷却・固化手段としては、水砕などの手段を用いることができる。

［分離工程］：この還元固化物を、スクリーン１７によりメタル（フェロニッケル）１８とスラグ１９に篩い分ける。分離されたスラグ１９からは必要に応じてさらに磁選、浮選などの手段によりメタル分を回収することができる。分離されたメタル１８は必要に応じて二次精錬を行って製品フェロニッケルとする。あるいはメタル１８は半製品（フェロニッケル精錬原料）として、溶解炉での溶解原料として用いてもよい。半製品として用いる場合、上記実施の形態１の方法では半製品である還元塊成物中にはスラグ分が残存しているのに対し、本実施の形態２の方法によれば半製品であるメタル１８からはすでにスラグ分が除去されているため、溶解炉でのスラグ分の溶解エネルギーが不要となり、溶解炉の消費エネルギーが大幅に減少する。また、スラグ分がない分半製品の重量が減少して保管や輸送コストが削減できるため、酸化ニッケル鉱石の産出場所で本発明を実施すれば好適である。また、保管や輸送の便利のため必要に応じて塊成化などを行ってもよい。

本発明の移動炉床炉内における混合原料の還元状況を把握するため、実験室規模の小型加熱炉を用いて以下の還元実験を実施した。

酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料として表２に示す組成の原料と炭素質還元材としてコークス粉（固定炭素分：７７．７質量％）を８５．７：１４．３の質量比で混合し、適量の水分を添加して小型ディスク型ペレタイザーで造粒して直径１３ｍｍのペレットを作製した。このペレットを乾燥後、小型加熱炉中にバッチ装入し、雰囲気温度一定の下で保持時間を種々変更して加熱還元を行い、還元後のペレットの組成を化学分析してＮｉおよびＦｅの金属化率を求めた。雰囲気は窒素雰囲気とし、雰囲気温度は１２００℃および１３００℃の２水準とした。

還元実験の結果から得られた、保持時間（滞留時間）とＮｉおよびＦｅの金属化率との関係を図５および図６に示す。図５は雰囲気温度１２００℃、図６は雰囲気温度１３００℃の場合をそれぞれ示すが、いずれの雰囲気温度でもＮｉの還元がＦｅの還元に優先して行われることがわかる。また、１２００℃より１３００℃の方が還元速度が大きいことがわかる。例えば図５より、１２００℃の場合で保持時間（滞留時間）を２ｍｉｎとすると、Ｎｉの金属化率は９０％程度に達するのに対してＦｅの金属化率は６０％程度に抑制されるのがわかる。したがって、雰囲気温度などの加熱条件に応じて滞留時間を適宜調整することにより、Ｎｉの金属化率をできるだけ高めつつＦｅの金属化率をできるだけ低く抑えた半製品を得ることができることがわかる。実機の移動炉床炉内での混合原料の還元状況は炉の形状・規模の相違による昇温速度の相違や雰囲気のガス組成などの影響を受けるため、移動炉床炉内で実際に滞留時間を種々変更して還元混合物のＮｉおよびＦｅの金属化率を測定することにより、最適な滞留時間を決定することが望ましい。

酸化ニッケル鉱石（質量％で、Ｔ．Ｎｉ：２．４％、Ｔ．Ｆｅ：１４．７％、ＳｉＯ₂：３５．５％、ＭｇＯ：２５．８％）を９４質量部（乾量）と石炭（質量％で、ＦＣ：７４．０％、ＶＭ：１５．５％、Ａｓｈ：１０．５％）を６質量部（乾量）混合したものをブリケットプレスで体積５．５ｃｍ³のブリケットに塊成化した。このブリケットを回転炉床炉に装入し１１００〜１３００℃の雰囲気温度下で滞留時間を５ｍｉｎに調整して半製品（還元ブリケット）のＦｅの金属化率が約６０％になるようにした。このとき回転炉床炉からはＮｉ金属化率約９８％の半製品（還元ブリケット）が８８質量部得られた。この半製品（還元ブリケット）を１０００℃の温度で電気炉に熱間装入して溶解精錬し、Ｎｉ：２０〜２１質量％の粗フェロニッケル１１質量部と、ＦｅＯ：約１０質量％のスラグ８０質量部を得た。電気炉でのＮｉ１トン当たりの消費電力は１３０００ｋＷｈとなり、従来のロータリーキルンを予備還元炉として用いる電気炉法（選択還元法）で要していた約２００００ｋＷｈから大幅に低減した。

上記実施例２で使用したものと同じ原料および炭素質還元材を使用して、酸化ニッケル鉱石９３質量部（乾量）に石炭７質量部（乾量）を混合したものに適量の水分を添加してディスク型ペレタイザーで造粒し、直径約１８ｍｍのペレットとした。このペレットをドライヤーで乾燥した後、回転炉床炉に装入し、まず１３００〜１３５０℃の雰囲気温度下で加熱還元しＮｉがほぼ全量金属化し、Ｆｅが約６０％金属化した時点で１３５０〜１４５０℃の雰囲気温度下でさらに加熱してペレットを溶融した。この溶融物を、引き続き回転炉床炉内に設置したチルプレート（輻射式冷却板）で冷却固化させたのち回転炉床炉から排出し、スクリーンによりメタル（粗フェロニッケル）とスラグとに篩い分けた。その結果、Ｎｉ：２０質量％、Ｆｅ：７４質量％、Ｃ：２質量％の粗フェロニッケル１１質量部と、ＦｅＯ：約１０質量％のスラグ７７質量部を得た。

難還元性の酸化ニッケル鉱石（質量％で、Ｔ．Ｎｉ：２．１％、Ｔ．Ｆｅ：１８．８％、ＳｉＯ₂：３５．０％、ＭｇＯ：１９．５％）を９６．５質量部（乾量）と石炭（質量％で、ＦＣ：７２％、ＶＭ：１８％、Ａｓｈ：１０％）を３．５質量部（乾量）混合したものをタブレット形成機で直径２５ｍｍ、厚さ１３ｍｍのタブレットに成形した。このタブレットを回転炉床炉に装入し、１２００℃の雰囲気温度下で滞留時間を種々変更して還元を行った。

この還元実験の結果から得られた、滞留時間とＮｉおよびＦｅの金属化率との関係を図７に示す。図７より、この酸化ニッケル鉱石は難還元性であるためＮｉの金属化率は５６％程度で頭打ちになるものの、Ｆｅに比べれば急速に金属化され、１２００℃で６ｍｉｎ以上加熱還元することにより、Ｆｅの金属化率をＮｉの金属化率より１５％以上低くすることができることがわかる。

上記実施例４で使用したものと同じ酸化ニッケル鉱石と石炭を用い、その配合割合を種々変更して上記実施例４と同じ直径２５ｍｍ、厚さ１３ｍｍのタブレットに成形した。そして、このタブレットを回転炉床炉に装入して１２００℃の雰囲気温度下で滞留時間１２ｍｉｎにて加熱還元することにより、ＮｉおよびＦｅの金属化率に及ぼす余剰炭素量の影響を調査した。ここに、余剰炭素量（％）＝（還元前の混合物中の炭素の質量％）−（還元前の混合物中のＦｅおよびＮｉと結合している酸素の質量％）×１２／１６である。

還元実験の結果から得られた、余剰炭素量とＮｉおよびＦｅの金属化率との関係を図８に示す。図８より、余剰炭素量によってＮｉおよびＦｅの金属化率を調節することができ、特にＦｅの金属化率を感度良く調整することができることがわかる。余剰炭素量は、好ましくは０％以下、より好ましくは−２％以下、さらに好ましくは−４％以下とすればよい。余剰炭素量が少ないほどＦｅの金属化率が低く抑えられるうえ、加熱還元により得られる還元塊成物の強度（例えば圧潰強度）が高くなり、取り扱いが容易になるとともに溶解時の歩留も高くなる。

上記実施例４および５で使用したものと同じ原料および炭素質還元材を使用して、酸化ニッケル鉱石９０．５質量部と石炭９，５質量部とを混合し、上記実施例４および５と同じ直径２５ｍｍ、厚さ１３ｍｍのタブレットに成形した。そして、このタブレットを回転炉床炉に装入し、１２００℃、１２５０℃、１３００℃の雰囲気温度下で、滞留時間１５ｍｉｎにて加熱還元することにより、ＮｉおよびＦｅの金属化率に及ぼす雰囲気温度の影響を調査した。

還元実験の結果から得られた、雰囲気温度とＮｉおよびＦｅの金属化率との関係を図８に示す。図８より、雰囲気温度を高くすることによって、Ｎｉの金属化率はほとんど変化しないのに対し、Ｆｅの金属化率は上昇してＮｉの金属化率に近づき、両者の差が小さくなることがわかる。

１３００℃の雰囲気温度でＦｅの金属化率をＮｉの金属化率よりも１５％以上低くするには、上記実施例４および５の結果より明らかなように、滞留時間を短くすることおよび／または石炭（炭素質還元材）の配合量を調整する（すなわち、余剰炭素量を調整する）ことで可能である。

なお、上記実施例２〜６では塊成化に際しバインダーを用いなかったが、塊成物の強度が得られない場合には適当なバインダーを添加してもよい。

本発明の一実施形態に係るフェロニッケルの製造工程を示すフロー図である。 フェロニッケル中のＮｉ含有量を１６質量％とする、還元混合物のＮｉ金属化率とＦｅ金属化率との関係を示すグラフ図である。 フェロニッケル中のＮｉ含有量を１６質量％、還元混合物のＮｉ金属化率を９０％とする、原料中のＮｉおよびＦｅ含有量とＦｅの金属化率との関係を示すグラフ図である。 本発明の別の実施形態に係るフェロニッケルの製造工程を示す設備フロー図である。 雰囲気温度１２００℃における、滞留時間とＮｉおよびＦｅの金属化率との関係を示すグラフ図である。 雰囲気温度１３００℃における、滞留時間とＮｉおよびＦｅの金属化率との関係を示すグラフ図である。 難還元性の酸化ニッケル鉱石の還元における、滞留時間とＮｉおよびＦｅの金属化率との関係を示すグラフ図である。 余剰炭素量とＮｉおよびＦｅの金属化率との関係を示すグラフ図である。 雰囲気温度とＮｉおよびＦｅの金属化率との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１、１１…酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料
２、１２…炭素質還元材
３、１３…造粒機
４、１４…塊成物（混合物）
５、１５…移動炉床炉
６…還元塊成物（還元混合物）
７…溶解炉
８、１８…メタル（フェロニッケル）
９、１９…スラグ
１６…還元固化物
１７…スクリーン

Claims (11)

1. 酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、
   この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元して還元混合物を得る還元工程と、
   この還元混合物を溶解炉で溶解してフェロニッケルを得る溶解工程と、
   を備え、
   前記混合物の余剰炭素量を、前記還元混合物中のＮｉの金属化率が４０％以上で、かつＦｅの金属化率が前記Ｎｉの金属化率より１５％以上低くなるように調整することを特徴とするフェロニッケルの製造方法。
   ここに、余剰炭素量（％）＝（還元前の混合物中の炭素の質量％）−（還元前の混合物中のＦｅおよびＮｉと結合している酸素の質量％）×１２／１６である。
2. 酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、
   この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元して還元混合物を得る還元工程と、
   この還元混合物を溶解炉で溶解してフェロニッケルを得る溶解工程と、
   を備え、
   前記移動炉床炉内における前記混合物の滞留時間を、前記還元混合物中のＮｉの金属化率が４０％以上で、かつＦｅの金属化率が前記Ｎｉの金属化率より１５％以上低くなるように調整することを特徴とするフェロニッケルの製造方法。
3. 前記Ｎｉの金属化率を８５％以上とする請求項１または２に記載のフェロニッケルの製造方法。
4. 前記還元工程と前記溶解工程との間に、前記還元混合物を、前記移動床炉内またはこの移動炉床炉から排出し収納した別の容器内において、４５０〜１１００℃の温度範囲まで冷却し、この温度範囲に１７ｓ以上保持する還元混合物保持工程を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフェロニッケルの製造方法。
5. 酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、
   移動炉床炉内で、この混合物を加熱し還元して還元混合物としたのち、引き続きこの還元混合物を加熱し溶融して還元溶融物を得る還元・溶融工程と、
   この還元溶融物を、前記移動炉床炉内において、またはこの移動炉床炉から排出した後に、冷却し固化させて還元固化物を得る固化工程と、
   この還元固化物を、メタルとスラグとに分離してフェロニッケルを得る分離工程と、
   を備え、
   前記混合物の余剰炭素量を、前記還元混合物中のＮｉの金属化率が４０％以上で、かつＦｅの金属化率が前記Ｎｉの金属化率より１５％以上低くなるように調整することを特徴とするフェロニッケルの製造方法。
   ここに、余剰炭素量（％）＝（還元前の混合物中の炭素の質量％）−（還元前の混合物中のＦｅおよびＮｉと結合している酸素の質量％）×１２／１６である。
6. 前記Ｎｉの金属化率を８５％以上とする請求項５に記載のフェロニッケルの製造方法。
7. 酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、
   この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元してフェロニッケル精錬原料を得る還元工程と、
   を備え、
   前記混合物の余剰炭素量を、前記フェロニッケル精錬原料中のＮｉの金属化率が４０％以上で、かつＦｅの金属化率が前記Ｎｉの金属化率より１５％以上低くなるように調整することを特徴とするフェロニッケル精錬原料の製造方法。
   ここに、余剰炭素量（％）＝（還元前の混合物中の炭素の質量％）−（還元前の混合物中のＦｅおよびＮｉと結合している酸素の質量％）×１２／１６である。
8. 前記Ｎｉの金属化率を８５％以上とする請求項７に記載のフェロニッケル精錬原料の製造方法。
9. 前記余剰炭素量を−２％以下とする請求項１または５に記載のフェロニッケルの製造方法。
10. 前記余剰炭素量を−２％以下とする請求項７に記載のフェロニッケル精錬原料の製造方法。
11. 酸化ニッケルおよび酸化鉄を含有する原料と炭素質還元材とを混合して混合物となす混合工程と、
    この混合物を移動炉床炉内で加熱し還元して還元混合物を得る還元工程と、
    この還元混合物を溶解炉で溶解してフェロニッケルを得る溶解工程と、
    を備え、
    前記還元工程と前記溶解工程との間に、前記還元混合物を、前記移動床炉内またはこの移動炉床炉から排出し収納した別の容器内において、４５０〜１１００℃の温度範囲まで冷却し、この温度範囲に１７ｓ以上保持する還元混合物保持工程を設けたことを特徴とするフェロニッケルの製造方法。

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