JP5679372B2 - 製鉄用ヘマタイトの製造方法 - Google Patents
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Description
詳しくは、ニッケル酸化鉱石の高温酸浸出(HPAL)法による湿式精錬プラントの最終中和工程から得られるテーリングスラリーを分離して、製鉄用ヘマタイトを回収する技術に関する。
具体的には、リモナイトやサプロライトなどのニッケル酸化鉱石を硫酸溶液とともにオートクレーブなどの加圧装置に入れ、240〜300℃程度の高温高圧下においてニッケルを浸出する、高温加圧酸浸出(High Pressure Acid Leach、以下HPALと表記する。)プロセスと呼ばれる製造プロセスが実用化されている。図3に、その製造工程の概略フロー図を示す。
その後ニッケルは、不純物を分離する工程を経て、水酸化物や硫化物などの形態の中間原料として回収され、この中間原料をさらに精製することにより、ニッケルメタルやニッケル塩化物などの形態で得られるものである。
なお、その余剰の酸を中和する工程では、浸出物は固液分離に適したpHに調整され、次工程の固液分離工程において、CCD(Counter Current Decantation)と呼ばれる設備で、固形分の濃縮および固液分離が行われる。通常CCDでは、連続する複数段のシックナーが使用されている。
この浸出残渣は、高温で生成されているため科学的環境的には安定な酸化物の状態であるが、現状では特段の利用価値もなく、残渣堆積置場に積立保管されている。
従って、HPALプロセスの操業に伴って発生する、膨大な量の浸出残渣を積立保管するための広大な残渣積立置場が必要である。
鉄鋼精錬では酸化鉄が含まれた鉄鉱石を、コークスなどの還元剤と共に高炉に装入、加熱により還元溶融して粗鋼を形成する。この粗鋼を転炉で精錬して目的とする鋼を製造している。
一般に、その原料となる鉄鉱石は限られた資源であり、しかも鋼の品質維持に必要な良質な鉄鉱石の入手は次第に難しくなってきている。このため、浸出残渣を鉄鉱石として使用する検討がなされている。
HPALプロセスの浸出残渣には、酸化鉄以外にも脈石や不純物、特に硫黄が含まれるため、従来の製鉄プロセスに用いる原料には適さなかった。具体的には硫黄の品位が高いためである。
特に製鉄原料に利用できる酸化鉄中の硫黄品位は、個々の製鉄所の設備能力、生産量などによって異なるが、一般的には1%未満に抑制することが必要とされている。
この石膏は、高圧酸浸出で得られた浸出スラリーに残留する遊離硫酸(遊離硫酸とはHPALプロセスで十分な浸出を行うために過剰に加えた硫酸のうち、未反応で残留する酸のことである。)を中和する際に、通常使用する安価なカルシウム系の中和剤、例えば、石灰石や消石灰を添加することにより、中和剤に含まれるカルシウムと遊離硫酸が反応することで生成し、浸出残渣中に混入しているものである。
なお、浸出残渣固形分中に含有される硫黄の一部(1%程度)は、生成したヘマタイトの粒子中に取り込まれている。
この浸出残渣を製鉄用のヘマタイトとして使用するには、浸出残渣固形分中の鉄品位を50%以上、硫黄品位を1%以下とすることが必要である。
しかし、上記の製鉄用ヘマタイトとして単独で使用するためには満足できる方法ではなく、特に鉄品位は高くても40〜45%程度までしか向上できなかった。そのため、製鉄用ヘマタイトとして使用するには、より高品位の鉄を含む製鉄用原料と混合する必要があった。なお、物理分離後に得られる浸出残渣の水分率は40%程度である。
残渣の水分を除去するには、天日干し、加熱、焙焼、遠心分離の利用など様々な方法があるが、水分が低下しすぎると発塵して移送上の取扱いが困難になるという問題があった。
このため、操業上の効率を含め、最適な水分まで低下させる方法が要請されている。
図1は本発明の製鉄用ヘマタイトを製造する製造工程フロー図である。
本発明は、図3のHPALプロセスの製造工程概略フロー図に示されるような高圧酸浸出(HPAL)法を利用したニッケル酸化鉱石の湿式精錬プラントから排出される浸出残渣(以下、図3の「テーリングダム」に貯留される「最終中和残渣(テーリングスラリー)」を意味する。)から有益な成分組成を有する材料を分離するものである。
このような品位の組成であれば、単独で製鉄用に供することが可能であり、他の製鉄原料と混合して使用する場合も調整の余裕が大きく使用しやすい。
その粒径は、例えば、それぞれ、ヘマタイトが1μm、石膏は30μm程度であり、また、磁性はヘマタイトが弱い磁性をもち、他には磁性は無い。
本発明では、このような浸出残渣は湿式サイクロンに装入され、粒径の大きな石膏の大部分がアンダーフローとして除去される。オーバーフローには粒径の小さいヘマタイトが濃縮される。
通常の磁力選鉱において使用する磁力は、高々2000[Gauss]程度であるが、例えば、実施例で使用している「強磁場磁気分離装置」では、粉体に対してメッシュを通過する際に磁力を掛ける方式を採用しているため、非常に強力な磁力を掛けることができる。なお、このメッシュは分離対象の粉体に最適な目開きとなるように設定されている。
その結果、最終的に、磁力選鉱装置の磁性体側の排出物(着磁物)として、鉄:53%程度、硫黄:1%程度の製鉄用ヘマタイトが回収される。
また使用する強磁場磁気分離装置の磁力を掛ける方式によっても分離が難しくなる。例えば、粉体に対してメッシュを通過する際に磁力を掛ける方式である実施例でも使用した「強磁場磁気分離装置」では、運転直後から粒径の大きな石膏が上記したメッシュを目詰まりさせ、分離操作が進行しなくなるからである。
次いで、磁界強度を適正な範囲に設定した磁力を利用した分離を行うものである。
そこで、湿式サイクロンの分級サイズの適正範囲設定として、先ずオーバーフローの設定は、含まれているヘマタイトおよび石膏の粒径によって適宜調整すればよいが、湿式サイクロンの分級サイズが、オーバーフローが1μm以下となる設定以上、2μm以下となる設定以下となるように設定することが好ましい。
基本的に磁界強度は強いほうが好ましいが、5[kGauss]未満だと、ヘマタイトの分離が不充分になるからである。また、20[kGauss]より大きい場合、それ以上の効果が期待できないばかりでなく、経済的にも好ましくない。
一般的に固体物質の運送においては、水分の含有量が多いと船舶輸送中に液状化現象を引き起こし、船舶の転覆を引き起こす可能性があると言われ、日本海事検定協会の調査結果では、本発明ヘマタイトの運送許容水分値(Transportable Moisture Limit:TML)は17%以下であった。このため、船舶搬送する場合、本発明によるヘマタイトケーキを製造する場合、その水分含有率を下げる必要がある。
一般的に浸出残渣の脱水方法には天日干し、加熱・焙焼法、フィルタープレス法、遠心分離法などがあり、水分除去効率の高さや経済性からフィルタープレスによる方法が有望であるが、特に効率の高い高圧フィルタープレス(高温加圧濾過装置)でも、複数回の処理をしなければ水分率17%以下を達成することが難しい。
天日干し方法だと、天候により操業に要する時間が読めないし、上記の好ましい水分含有量に調整することが困難である。
また、加熱・焙焼の方法だと、脱水が進みすぎる場合が多く、10%以上の水分に調整することが困難である。
また、遠心分離法だと、水分率を20%程度まで低下させるのが限界である。
具体的には、過熱蒸気方式による脱水に供する物理分離後の浸出残渣の水分率を40%程度とし、過熱蒸気方式の脱水条件を、圧力0.5〜0.7MPa(6barのこと)、温度150〜180℃として行うものである。
その結果、物理分離後の浸出残渣の水分含有率を、1回の操作で10〜17%にすることができる。
過熱蒸気の圧力が、この領域よりも低い圧力による乾燥では、乾燥が不十分となり得られるヘマタイトケーキ(以後、オーバーフローの磁性の強いものの水分調整を施したものを称す)の水分含有率は17%を超えてしまうし、逆に高い圧力では乾燥過剰となり、得られるヘマタイトケーキの水分含有率は10%を下回ってしまう。さらに、耐圧装置のコストが割高になるので好ましくない。
また、過熱蒸気の温度が、この領域よりも低い温度による乾燥では、乾燥が不十分となって、得られるヘマタイトケーキの水分率は17%を超えてしまうし、逆に、高い温度では乾燥過剰となり、得られるヘマタイトケーキの水分率は10%を下回ってしまう。また、エネルギー消費が多くなり経済的に好ましくない。
本発明の製造方法で得られるヘマタイトケーキは、形状の不均一性、粉立ちが発生しやすい、流動性の悪さなどの観点から製鉄メーカーにおいて他の鉄鉱石と混合する場合に不均一な混合状態を形成し易い、流動性の低さによる装入効率の低下、粉塵が発生しやすいなどの問題点が示唆されるために、造粒を行い均一な造粒物にすることで示唆される問題点を解消する。
具体的には「特表2012−517523号公報」に開示されるように、供給材料を乾燥、焼成して、供給材料に含まれている硫黄および結晶水和水を除去することにより、ヘマタイト中に残留する硫黄を除去し、次いで、例えば「特開2004−269960号公報」にあるように粉末状の鉄原料をプリケット化する、または「特開2012−211363号公報」にあるように粉末状の鉄原料をペレット化するなどの方法を組み合わせて適用することにより、更に良好な製鉄用原料とすることが期待できる。
具体的には600℃以上の熱処理を行うことにより、硫黄が0.5%以下の濃度のヘマタイトを得ることが可能となる。1400℃を超えた熱処理では0.05%以下の硫黄濃度になり、従来の鉄鉱石と同等の硫黄濃度が得られる。
1400℃よりも高い温度での熱処理で低硫黄濃度のヘマタイトを得ることが出来るが、熱処理温度を高くすると消費エネルギーの増加、炉壁材質の短寿命化を引き起こすため、経済的に1400℃以下での熱処理が好ましい。
なお、湿式サイクロンの設定を1μm以下、磁力選鉱装置の磁界の強度を5[kGauss]とした。
固形分の処理量は、10トンの浸出残渣を処理し、得られたオーバーフロースラリー重量は9.1トンであった。
さらに、上記、湿式サイクロンおよび磁力選鉱装置の処理後得られた、浸出残渣(オーバーフロースラリー;水分含有率40%、固形分として2.2トン)を、過熱蒸気方式の脱水装置(蒸気圧力0.6MPa、温度165℃)に装入して処理し、鉄分:52%、硫黄:0.8%、水分含有率15%の特性を示す2.0トンのヘマタイトケーキを得た。
なお、湿式サイクロンの設定を2μm以下、磁力選鉱装置の磁界の強度を20[kGauss]とした。
固形分の処理量は、10トンの浸出残渣を処理し、得られたオーバーフロースラリー重量は9.3トンであった。
さらに、上記、湿式サイクロンおよび磁力選鉱装置の処理後得られた、浸出残渣(オーバーフロースラリー:水分含有率40%、固形分として2.4トン)を、過熱蒸気方式の脱水装置(蒸気圧力0.6MPa、温度165℃)に装入して処理し、鉄分:55%、硫黄:0.9%、水分率15%の特性を示す2.3トンのヘマタイトケーキを得た。
本発明を適用せず、上記の脱水の工程に、通常のフィルタープレス(圧搾圧力2.0MPa、温度25℃)を使用した以外は、実施例1と同様の操業を行った。
その結果、鉄分:52%、硫黄:0.8%の特性を示す2.0トンのヘマタイトケーキを得ることができたが、水分含有率は22%と不充分だった。
本発明を適用せず、上記の脱水の工程に、高圧フィルタープレス(高圧加熱濾過装置:圧搾圧力8.0MPa、温度25℃)を使用した以外は、実施例1と同様の操業を行った。
その結果、鉄分:52%、硫黄:0.8%の特性を示す2.0トンのヘマタイトケーキを得ることができたが、水分含有率は20%と不充分だった。
その後、3回の繰返し脱水処理を行うと水分含有率は15%まで低下したが、繰返し処理のため操業効率が悪化し、また、濾布の寿命も単純計算で3分の1となるため不充分だった。
本発明を適用せず、上記の脱水の工程に、遠心分離脱水装置を使用した以外は、実施例1と同様の操業を行った。
その結果、鉄分:52%、硫黄:0.8%の特性を示す2.0トンのヘマタイトケーキを得ることができたが、水分含有率は20%と不充分だった。
Claims (2)
- 高圧酸浸出法を利用したニッケル酸化鉱石の湿式精錬プラントから得られる浸出残渣を原料とする製鉄用ヘマタイトの製造方法であって、
前記浸出残渣を、湿式サイクロンの分級サイズが、オーバーフローが1μm以下となる設定以上、2μm以下となる設定以下の条件で、前記湿式サイクロンを使用して、オーバーフローとアンダーフローとに分離するステップと、
磁場強度が、5〜20[kGauss]の条件下で強磁場磁気分離装置を用いて、前記オーバーフローを、磁性の強いものと弱いものとに磁力を利用して物理分離するステップと
前記物理分離後の前記オーバーフローの磁性の強いものの水分率を、過熱蒸気の圧力を0.5〜0.7MPa、過熱蒸気の温度を150〜180℃とする条件で過熱蒸気乾燥方式を用いて、10〜17質量%に調整する脱水工程の少なくとも3ステップを順次行って、ヘマタイトケーキを作製することを特徴とする製鉄用ヘマタイトの製造方法。 - 前記脱水工程に供せられる前記物理分離後のオーバーフローの磁性の強いものの水分率が35〜45質量%で、
前記過熱蒸気乾燥方式における過熱蒸気の圧力が0.5〜0.7MPa、過熱蒸気の温度が150〜180℃であることを特徴とする、請求項1に記載の製鉄用ヘマタイトの製造方法。
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