JP5858105B1

JP5858105B1 - ニッケル酸化鉱の製錬方法

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Publication number: JP5858105B1
Application number: JP2014157576A
Authority: JP
Inventors: 高橋　純一; 純一高橋; 拓井上; 岡田　修二; 修二岡田
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: CA2956259A1; JP2016035083A; PH12017500147B1; US20170204496A1; EP3165619A1; CN106661668A; EP3165619B1; CA2956259C; EP3165619A4; AU2015297792A1; PH12017500147A1; WO2016017347A1; US10041144B2; AU2015297792B2

Abstract

【課題】ニッケル酸化鉱をペレット化して製錬工程（還元工程）に装入するにあたり、ヒートショックによる割れの発生を抑制することができるニッケル酸化鉱の製錬方法を提供する。【解決手段】本発明に係るニッケル酸化鉱の製錬方法は、ニッケル酸化鉱のペレットを用いた製錬方法であって、ニッケル酸化鉱からペレットを製造するペレット製造工程Ｓ１と、得られたペレットを還元炉にて所定の還元温度で加熱する還元工程Ｓ２とを有し、還元工程Ｓ２では、ペレット製造工程Ｓ１にて得られたペレットを還元炉に装入し、還元炉を還元温度に昇温する前に、その還元炉にてペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理することを特徴としている。【選択図】図３

Description

本発明は、ニッケル酸化鉱のペレットを用いたニッケル酸化鉱の製錬方法に関する。

リモナイトあるいはサプロライトと呼ばれるニッケル酸化鉱の製錬方法として、熔錬炉を使用してニッケルマットを製造する乾式製錬方法、ロータリーキルンあるいは移動炉床炉を使用してフェロニッケルを製造する乾式製錬方法、オートクレーブを使用して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。

ニッケル酸化鉱を製錬工程に装入するにあたっては、その原料鉱石をペレット化、スラリー化等するための前処理が行われる。具体的に、ニッケル酸化鉱をペレット化、すなわちペレットを製造する際には、そのニッケル酸化鉱以外の成分、例えばバインダーや還元材と混合し、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１０〜３０ｍｍ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。

このペレットは、例えば、通気性の保持、原料成分の偏在防止等の役割を達成するために、製錬炉に装入されて還元加熱等の製錬操作が始まっても、その形状を維持することが重要となる。

例えば、特許文献１には、移動炉床炉を利用してフェロニッケルを製造する際の前処理方法として、酸化ニッケル及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において、混合物の余剰炭素量を調整する技術が開示されている。

しかしながら、その混合物を製錬炉に装入するためにペレット化し、還元する温度に加熱すると、いわゆるヒートショックが生じてペレットが壊れてしまう場合があり、製錬反応の進行を阻害する、あるいは生成物が小さくなって回収が困難になるという問題がある。したがって、少なくともヒートショックにより壊れるペレットの割合を１０％程度に抑えなければ、商業的な操業は困難となる。

特開２００４−１５６１４０号公報

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、ニッケル酸化鉱のペレットを用いたニッケル酸化鉱の製錬方法に関して、ニッケル酸化鉱をペレット化して製錬工程（還元工程）に装入するにあたり、ヒートショックによるペレットの割れの発生を抑制することができるニッケル酸化鉱の製錬方法を提供することを目的とする。

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、ニッケル酸化鉱の製錬方法に用いる、ニッケル酸化鉱を含有するペレットを還元加熱するための還元炉に装入した後に、還元炉を還元温度に昇温するに先立ち、そのペレットに対して所定の温度に予熱処理を施すことで、高温で還元加熱したときのヒートショックによる割れの発生を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のものを提供する。

（１）本発明は、ニッケル酸化鉱のペレットを用いた製錬方法であって、前記ニッケル酸化鉱からペレットを製造するペレット製造工程と、得られたペレットを還元炉にて所定の還元温度で加熱する還元工程とを有し、前記還元工程では、前記ペレット製造工程にて得られたペレットを前記還元炉に装入し、該還元炉を還元温度に昇温する前に、該還元炉にて該ペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理することを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（２）また本発明は、上記（１）に係る発明において、前記還元炉にて前記ペレットを４００℃〜５５０℃の温度に予熱処理することを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（３）また本発明は、上記（１）又は（２）に係る発明において、前記ペレットを前記還元炉に装入する前に、該ペレットを予備加熱することを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（４）また本発明は、上記（３）に係る発明において、前記ペレットを１００℃〜１７０℃の温度に２時間以上に亘り保持して予備加熱することを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法である。

本発明によれば、ニッケル酸化鉱のペレットを用いた製錬において、高温の還元温度で還元加熱処理を行った場合でも、ヒートショックによるペレットの割れの発生を抑制してその形状を維持することができ、その工業的価値は極めて大きい。

ニッケル酸化鉱の製錬方法の流れを示す工程図である。ニッケル酸化鉱の製錬方法におけるペレット製造工程での処理の流れを示す処理フロー図である。ニッケル酸化鉱の製錬方法における還元工程での処理の流れを示す処理フロー図である。

以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について、図面を参照しながら詳細に説明する。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。

≪１．ニッケル酸化鉱の製錬方法≫
先ず、原料鉱石であるニッケル酸化鉱の製錬方法について説明する。以下では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱をペレット化し、そのペレットを還元処理することでメタル（鉄−ニッケル合金（以下、鉄−ニッケル合金を「フェロニッケル」という）とスラグとを生成させ、そのメタルとスラグとを分離することによってフェロニッケルを製造する製錬方法を例に挙げて説明する。

本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法は、ニッケル酸化鉱のペレットを用い、そのペレットを製錬炉（還元炉）に装入して還元加熱することによって製錬する方法である。具体的に、このニッケル酸化鉱の製錬方法は、図１の工程図に示すように、ニッケル酸化鉱からペレットを製造するペレット製造工程Ｓ１と、得られたペレットを還元炉にて所定の還元温度で還元加熱する還元工程Ｓ２と、還元工程Ｓ２にて生成したメタルとスラグとを分離してメタルを回収する分離工程Ｓ３とを有する。

＜１−１．ペレット製造工程＞
ペレット製造工程Ｓ１では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱からペレットを製造する。図２は、ペレット製造工程Ｓ１における処理の流れを示す処理フロー図である。この図２に示すように、ペレット製造工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱を含む原料を混合する混合処理工程Ｓ１１と、得られた混合物を塊状物に形成（造粒）する塊状化処理工程Ｓ１２と、得られた塊状物を乾燥する乾燥処理工程Ｓ１３とを有する。

（１）混合処理工程
混合処理工程Ｓ１１は、ニッケル酸化鉱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、この混合処理工程Ｓ１１では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱、鉄鉱石、炭素質還元剤、フラックス成分、バインダー等の、例えば粒径が０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の原料粉末を混合して混合物を得る。

ニッケル酸化鉱としては、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。

鉄鉱石としては、特に限定されないが、例えば鉄品位が５０％程度以上の鉄鉱石、ニッケル酸化鉱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、炭素質還元剤としては、例えば、粉炭、粉コークス等が挙げられる。この炭素質還元剤は、上述のニッケル酸化鉱の粒度と同等のものであることが好ましい。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、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、二酸化珪素等を挙げることができる。

下記表１に、一部の原料粉末の組成（重量％）の一例を示す。なお、原料粉末の組成としては、これに限定されるものではない。

（２）塊状化処理工程
塊状化処理工程Ｓ１２は、混合処理工程Ｓ１１にて得られた原料粉末の混合物を塊状物に形成（造粒）する工程である。具体的には、混合処理工程Ｓ１１にて得られた混合物に、塊状化に必要な水分を添加して、例えば塊状物製造装置（転動造粒機、圧縮成形機、押出成形機等）等を使用し、あるいは人の手によってペレット状の塊に形成する。

ペレットの形状としては、特に限定されないが、例えば球状とすることができる。また、ペレット状にする塊状物の大きさとしては、特に限定されないが、例えば、後述する乾燥処理を経て、還元工程Ｓ２における還元炉等に装入されるペレットの大きさ（球状のペレットの場合には直径）で１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となるようにする。

（３）乾燥処理工程
乾燥処理工程Ｓ１３は、塊状化処理工程Ｓ１２にて得られた塊状物を乾燥処理する工程である。塊状化処理によりペレット状の塊となった塊状物は、その水分が例えば５０重量％程度と過剰に含まれており、べたべたした状態となっている。このペレット状の塊状物の取り扱いを容易にするために、乾燥処理工程Ｓ１３では、例えば塊状物の固形分が７０重量％程度で、水分が３０重量％程度となるように乾燥処理を施すようにする。

より具体的に、乾燥処理工程Ｓ１３における塊状物に対する乾燥処理としては、特に限定されないが、例えば３００℃〜４００℃の熱風を塊状物に対して吹き付けて乾燥させる。なお、この乾燥処理時における塊状物の温度は１００℃未満である。

下記表２に、乾燥処理後のペレット状の塊状物における固形分中組成（重量部）の一例を示す。なお、乾燥処理後の塊状物の組成としては、これに限定されるものではない。

このようにして乾燥処理を施して得られるペレットは、その大きさが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度であり、形状を維持できる強度、例えば１ｍの高さから落下させた場合でも、崩壊するペレットの割合が１％以下程度という強度となるように製造される。このようなペレットは、次工程の還元工程Ｓ２に装入する際の落下等の衝撃に耐えることが可能であってそのペレットの形状を維持することができ、またペレットとペレットとの間に適切な隙間が形成されるので、還元工程Ｓ２における製錬反応が適切に進行するようになる。

ここで、図２のフロー図に示すように、乾燥処理工程Ｓ１３においてニッケル酸化鉱を含む塊状物に乾燥処理を施して形成されたペレットに対して、予備加熱処理を施すようにしてもよい（予備加熱処理工程Ｓ１４）。

塊状物を構成するニッケル酸化鉱に含まれる付着水、すなわち乾燥処理後の塊状物（ペレット）は、例えば、７０重量％程度の固形分と３０重量％程度の水分とを含むものであり、効率的な造粒のために添加された水分と元々原料粉末に含まれていた付着水との合計は、詳しくは後述する還元工程Ｓ２における還元炉での予熱処理によって充分に蒸発除去することができる。ところが、その予熱処理に先立ってそれら付着水等の水分をあらかじめ除去しておくことにより、例えば、熱が不足して予熱処理自体が充分ではなくなるといった、付着水の除去に伴う予熱処理の効果の低下を抑制することができる。すなわち、還元工程Ｓ２での予熱処理に先立って、形成したペレットに対して予備加熱を行うことで、還元炉での予熱処理をより効果的に施すことが可能となり、結晶水を効果的に低減させてペレットの崩壊を抑制することができる。

予備加熱処理工程Ｓ１４での予備加熱の温度としては、特に限定されず、形成したペレット中の付着水全量を蒸発除去させることができればよく、ペレットの大きさに応じて適宜調整することができる。その中でも、例えば、そのペレットの大きさが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となる通常の大きさであれば、１００℃〜１７０℃の温度にそのペレットを予備加熱し、２時間以上に亘って保持することが好ましい。

予備加熱温度が１００℃未満であると、付着水の蒸発速度が遅くなるため、予備加熱の保持時間が長くなる。一方で、予備加熱時間が１７０℃を超えると、付着水除去の効果の上積みが少なくなる。また、予備加熱の保持時間が２時間未満であると、付着水のほぼ全量を蒸発させることができない可能性がある。したがって、ニッケル酸化鉱のペレットを１００℃〜１７０℃の温度に２時間以上に亘り保持して予備加熱することにより、含まれる付着水のほぼ全量をより効果的に除去することができる。

なお、予備加熱については、上述したように、ニッケル酸化鉱に含まれる付着水の除去が目的であるため、次工程の還元工程Ｓ２における還元炉に装入するに際しては、予備加熱後に水分が増加しない条件であれば温度が低下してもよい。

＜１−２．還元工程＞
還元工程Ｓ２では、ペレット製造工程Ｓ１で得られたペレットを所定の還元温度に還元加熱する。この還元工程Ｓ２におけるペレットの還元加熱処理により、製錬反応が進行して、メタルとスラグとが生成する。

具体的に、還元工程Ｓ２における還元加熱処理は、製錬炉（還元炉）等を用いて行われ、ニッケル酸化鉱を含むペレットを、例えば１４００℃程度の温度に加熱した還元炉に装入することによって還元加熱する。

ここで、図３に、還元工程Ｓ２における処理の流れを示す処理フロー図を示す。図３に示すように、還元工程Ｓ２は、得られたペレットを還元炉に装入して所定の温度に予熱処理する予熱処理工程Ｓ２１と、予熱処理を施したペレットを還元温度で還元加熱処理する還元加熱処理工程Ｓ２２とを有する。本実施の形態においては、このようにペレットを還元炉に装入した後、所定の還元温度で還元加熱するに先立って、その還元炉にて予備加熱することを特徴としている。詳しく後述するが、ペレットに対して還元加熱処理を施す前に所定の温度に予熱処理を施すことによって、そのペレットを還元加熱する際におけるヒートショックによる割れ（破壊、崩壊）を効果的に抑制することができる。

還元工程Ｓ２における還元加熱処理では、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ペレットの表面近傍においてペレット中のニッケル酸化物及び鉄酸化物が還元されメタル化して鉄−ニッケル合金（以下、鉄−ニッケル合金を「フェロニッケル」ともいう）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ペレット中の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、１個のペレット中では、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。

そして、還元工程Ｓ２における還元加熱処理の処理時間をさらに１０分程度まで延ばすことにより、ペレット中に含まれる還元反応に関与しない余剰の炭素質還元剤の炭素成分が鉄−ニッケル合金に取り込まれ、融点を低下させる。その結果、鉄−ニッケル合金は熔解して液相となる。

上述したように、ペレット中のスラグは熔融して液相となっているが、既に分離して生成したメタルとスラグとは混ざり合うことがなく、その後の冷却によってメタル固相とスラグ固相との別相として混在する混合物となる。この混合物の体積は、装入するペレットと比較すると、５０％〜６０％程度の体積に収縮している。

上述した製錬反応が最も理想的に進行した場合、装入したペレット１個に対して、メタル固相１個とスラグ固相１個とを混在させた１個の混合物として得られ、「だるま状」の形状の固体となる。ここで、「だるま状」とは、メタル固相とスラグ固相とが接合した形状である。このような「だるま状」の形状を有する混合物である場合、その混合物は粒子のサイズとしては最大となるので、還元炉から回収する際に、回収の手間が少なく、メタル回収率の低下を抑制することができる。

なお、上述した余剰の炭素質還元剤としては、ペレット製造工程Ｓ１にてペレット中に混合されたものだけでなく、例えばこの還元工程Ｓ２にて使用する還元炉の炉床にコークス等を敷き詰めることによって準備してもよい。

本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法においては、上述したように、ペレットを還元加熱するに先立って、得られたペレットを還元炉内にて所定の温度に予熱処理するようにしており、そのように予熱処理を施したペレットを還元加熱する。このようにして、ペレットを所定の温度に予熱処理した後に還元加熱処理を施すことにより、還元加熱の際に受けるヒートショックの発生を低減することができ、そのペレットの形状が崩れることを抑制することができる。

＜１−３．分離工程＞
分離工程Ｓ３では、還元工程Ｓ２にて生成したメタルとスラグとを分離してメタルを回収する。具体的には、ペレットに対する還元加熱処理によって得られた、メタル相（メタル固相）とスラグ相（炭素質還元剤を含むスラグ固相）とを含む混合物からメタル相を分離して回収する。

固体として得られたメタル相とスラグ相との混合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、クラッシャーによる粗砕等の方法を利用することができる。また、得られたメタル相とスラグ相は、濡れ性が悪いことから容易に分離することができ、上述した「だるま状」の混合物に対して、例えば、所定の落差を設けて落下させる、或いは篩い分けの際に所定の振動を与える等の衝撃を与えることで、その「だるま状」の混合物からメタル相とスラグ相とを容易に分離することができる。

このようにしてメタル相とスラグ相とを分離することによって、メタル相を回収する。

≪２．還元工程における予熱処理≫
次に、還元工程Ｓ２における予熱処理について説明する。上述したように、還元工程Ｓ２は、ペレット製造工程Ｓ１にて得られたペレットを還元炉に装入し、そのペレットを所定の温度に予熱処理する予熱処理工程Ｓ２１と、予熱処理を施したペレットを還元温度で還元加熱処理する還元加熱処理工程Ｓ２２とを有する（図３のフロー図を参照）。本実施の形態においては、得られたペレットを還元炉にて例えば１４００℃程度の還元温度で還元加熱するにあたり、還元炉を還元温度に昇温する前に、その還元炉にてペレットを所定の温度に予熱処理することを特徴としている（予熱処理工程Ｓ２１）。

予熱処理工程Ｓ２１における、ニッケル酸化鉱のペレットに対する予熱処理では、その温度が重要となり、具体的には、還元炉に装入したペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理する。

このように、還元炉に装入したニッケル酸化鉱のペレットに対して３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理を施し、その後に還元炉を還元温度に昇温して還元加熱することにより（還元加熱処理工程Ｓ２２）、ペレットが高温での還元加熱により受けるヒートショックの発生を低減することができ、その還元加熱処理時にペレットの形状が崩れることを抑制することができる。具体的には、還元炉を約１４００℃の高温に昇温してペレットに対し還元加熱処理を施した場合であっても、全ペレットのうちの崩壊するペレットの割合を１０％未満と僅かな割合とすることができ、９０％以上のペレットで形状を維持させることができる。

ここで、ニッケル酸化鉱のペレットがヒートショックにより崩壊するメカニズムとしては、ペレットを約１４００℃程度の高温で還元加熱処理を施すことにより、ペレットの温度が急激に上昇して、そのニッケル酸化鉱に含まれる結晶水の離脱が生じることによる。つまり、ペレットの温度が急激に上昇すると、結晶水が気化・膨張して水蒸気となって一気にペレット内を通過することにより、ペレットの崩壊が生じるものと考えられる。なお、結晶水とは、粒子に付着した水分子ではなく、ニッケル酸化鉱に特有の、結晶構造として取り込まれている水分をいう。

この点において、約１４００℃程度の高温で還元加熱するに先立って、還元炉にてニッケル酸化鉱のペレットに対して３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理を施すようにすることで、ペレットを構成するニッケル酸化鉱に含まれる結晶水を減少させることができる。すると、その予熱処理後に還元炉を約１４００℃の温度に急激に昇温させた場合であっても、上述した結晶水の離脱によるペレットの崩壊を抑制することができる。また、ペレットに対して３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理を施し、その後に、還元炉を昇温してペレットを還元温度に到達させることにより、ペレットを構成するニッケル酸化鉱、炭素質還元剤、バインダー、及びフラックス成分等の粒子の熱膨張が２段階となってゆっくりと進むようになり、これにより、粒子の膨張差に起因するペレットの崩壊を抑制することができる。

ペレットに対する予熱温度としては、上述したように、３５０℃〜６００℃の範囲とする。ニッケル酸化鉱を含むペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理することで、結晶水を有効に減少させ、また熱膨張をゆっくり進行させるようにすることができ、ペレットの崩壊の発生率を１０％未満の極僅かなものとすることができる。予熱処理の温度が３５０℃未満であると、ニッケル酸化鉱に含まれる結晶水の分離が不充分となり、結晶水の離脱によるペレットの崩壊を効果的に抑制することができない。一方で、予熱処理の温度が６００℃を超えると、その予熱処理によって粒子の急激な熱膨張を生じさせてしまい、同様に、ペレットの崩壊を効果的に抑制することができなくなる。

さらに、予熱温度としては、４００℃〜５５０℃の範囲とすることがより好ましい。ニッケル酸化鉱を含むペレットを４００℃以上に予熱処理することで、粒子の急激な熱膨張を緩和する効果がより高まり、また予熱処理温度を５５０℃以下とすることで、結晶水の分離のために不必要な加熱をさけることができ、効率的に処理することができる。このように、ニッケル酸化鉱を含むペレットを４００℃〜５５０℃に予熱処理することで、ペレットの崩壊を実質的に防止することができる。

上述したように、ペレットの温度が室温から１４００℃程度の還元温度まで急激に上昇することによるペレット崩壊には２通りの原因があり、１つは、ペレットを構成するニッケル酸化鉱に含まれる結晶水の急激な離脱であり、もう１つは、ペレットを構成する粒子の急激な熱膨張である。

結晶水の急激な離脱を抑制するためには、より具体的に３５０℃〜５５０℃の温度に予熱することが重要となる。これにより、ペレットが還元温度に上昇する前に、結晶水をゆっくりとあらかじめ離脱させておくことができ、結晶水の急激な離脱に起因するペレットの崩壊を防ぐことができる。

また、ペレットを構成する粒子の急激な膨張を抑制するためには、より具体的に４００℃〜６００℃の温度に予熱することが重要となる。これにより、予熱後の急激な温度上昇（還元温度への上昇）に対して耐えられる最低温度である４００℃から、予熱温度そのものの急激な温度上昇に対して耐えられる最高温度である６００℃までの温度で予熱することができ、粒子の膨張をゆるやかにすることができ、熱膨張に起因するペレットの崩壊を防ぐことができる。

したがって、上述した２通りの原因に基づくペレットの崩壊を、より効果的に抑制することが可能となる温度範囲である４００℃〜５５０℃を予熱温度として予熱処理することが最も好ましい。

予熱処理の処理時間としては、特に限定されず、ニッケル酸化鉱を含むペレットの大きさに応じて適宜調整すればよいが、その大きさが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となる通常の大きさのペレットであれば、１０分〜６０分程度の処理時間とすることができる。

さて、ニッケル酸化鉱の製錬方法においては、このようにして予熱処理工程Ｓ２１にて３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理を施したペレットを、その予熱処理の温度に保持した状態のままで、速やかに還元炉を例えば１４００℃の還元温度まで昇温させて、その還元炉にて還元加熱処理（還元加熱処理工程Ｓ２２）を行うようにすることが重要となる。

上述したように、ペレットの崩壊の原因の一つとして、ペレットを構成する粒子の急激な熱膨張があり、予熱処理後のペレットの温度を予熱処理温度より低下させてしまうと、還元加熱処理を行う段階においてそのペレットに再び急激な温度上昇が起こり急激な熱膨張が生じてしまう。すると、ペレットに対して予熱処理を行った場合であっても、その急激な熱膨張によりペレットの崩壊が生じ、形状を維持することができなくなる可能性がある。したがって、このような熱膨張の発生の観点から、予熱処理後のペレットを、その予熱処理温度から低下させることなく、引き続き還元炉にて還元加熱処理を施すようにすることが好ましい。

以上詳述したように、本実施の形態では、還元工程Ｓ２において、得られたペレットを還元炉に装入した後、還元炉を還元温度に昇温する前に、その還元炉にてペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理することを特徴としている。このような方法によれば、引き続き行われる高温での還元加熱処理時においてもペレットが崩壊することを抑制することができ、極めて効果的に製錬反応を生じさせることができる。

ここで、還元炉にて予熱処理が施されたペレットとしては、例えばリモナイトやサポロライトの主成分である化学組成ＦｅＯ（ＯＨ）・ｎＨ_２Ｏから、予熱処理によりＨ_２Ｏ成分が除かれたものとなっており、具体的にはＦｅＯ（ＯＨ）を主成分とするリモナイトやサポロライトを含むペレットである。より具体的に、上述した還元炉での予熱処理により、ＦｅＯ（ＯＨ）を主成分とし、重量割合で、Ｎｉ品位が０．５％〜１．５％、Ｈ_２Ｏ品位が０．１％以下、Ｃ品位が１０％〜３０％であるニッケル酸化鉱のペレットが得られる。なお、このペレットは、フラックス成分に由来するＣａ、Ｓｉ等を含んでいてもよい。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

［実施例１］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱と、鉄鉱石と、炭素質還元剤である石炭と、フラックス成分である珪砂及び石灰石と、バインダーとを混合して混合物を得た。次に、得られた原料粉末の混合物に適宜水分を添加して手で捏ねることによって塊状物に形成した。そして、得られた塊状物の固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、３００℃〜４００℃の熱風を塊状物に吹き付けて乾燥処理を施し、ペレットを製造した。下記表３に、乾燥処理後のペレットの固形分組成を示す。なお、得られたペレットには炭素が２３重量部の割合で含まれていた。

次に、得られたペレット１００個を還元炉に装入し、それらペレットに対して予熱処理を行った。具体的には、ペレットを３５０℃に３０分保持する予熱処理を行った。その後、得られたペレットを３５０℃の温度で保持したまま、還元炉を還元温度である１４００℃にまで昇温して還元加熱処理を行った。なお、予熱処理後のペレットに含まれるＨ_２Ｏ品位は０．１％であった。

還元加熱処理の開始から３分後（メタルシェルの溶解が進まず、ペレットの形が維持されている範囲の時間）の状態を観察して、崩壊したペレットの個数を数え、ペレットが崩壊した割合（崩壊個数／装入個数）としての百分率を算出した。

その結果、実施例１では、崩壊したペレットの割合はわずか８％であった。

［実施例２］
還元炉に装入したペレットを６００℃に３０分保持する予熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にしてペレットを還元加熱した。なお、予熱処理後のペレットに含まれるＨ_２Ｏ品位は０．０１％未満であった。

その結果、実施例２では、崩壊したペレットの割合はわずか２％であった。

［実施例３］
還元炉に装入したペレットを４００℃に３０分保持する予熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にしてペレットを還元加熱した。なお、予熱処理後のペレットに含まれるＨ_２Ｏ品位は０．０７％であった。

その結果、実施例３では、崩壊したペレットの割合は０％であり全く崩壊しなかった。

［実施例４］
還元炉に装入したペレットを４５０℃に３０分保持する予熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にしてペレットを還元加熱した。なお、予熱処理後のペレットに含まれるＨ_２Ｏ品位は０．０５％であった。

その結果、実施例４では、崩壊したペレットの割合は０％であり全く崩壊しなかった。

［実施例５］
還元炉に装入したペレットを５５０℃に３０分保持する予熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にしてペレットを還元加熱した。なお、予熱処理後のペレットに含まれるＨ_２Ｏ品位は０．０３％であった。

その結果、実施例５では、崩壊したペレットの割合は０％であり全く崩壊しなかった。

［比較例１］
還元炉に装入したペレットを３００℃に３０分保持する予熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にしてペレットを還元加熱した。なお、予熱処理後のペレットに含まれるＨ_２Ｏ品位は１％であった。

その結果、比較例１では、崩壊したペレットの割合は５０％にもなり、商業的なニッケル酸化鉱の製錬操業は困難であった。

［比較例２］
還元炉に装入したペレットを６５０℃に３０分保持する予熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にしてペレットを還元加熱した。なお、予熱処理後のペレットに含まれるＨ_２Ｏ品位は０．０１％未満であった。

その結果、比較例２では、崩壊したペレットの割合は５５％にもなり、商業的なニッケル酸化鉱の製錬操業は困難であった。

Claims

ニッケル酸化鉱のペレットを用いた製錬方法であって、
前記ニッケル酸化鉱からペレットを製造するペレット製造工程と、
得られたペレットを還元炉にて所定の還元温度で加熱する還元処理を施す還元工程と
を有し、
前記還元工程では、前記ペレット製造工程にて得られたペレットを前記還元炉に装入し、該還元炉を還元温度に昇温して還元処理を施す前に、該還元炉にて該ペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予め加熱する加熱処理を施すことを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記加熱処理では、前記ペレットを４００℃〜５５０℃の温度に加熱することを特徴とする請求項１に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記ペレット製造工程では、前記ニッケル酸化鉱を塊状に形成した塊状物に対して加熱処理を施してペレットを製造することを特徴とする請求項１又は２に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記ペレット製造工程では、前記塊状物を１００℃〜１７０℃の温度に２時間以上に亘り保持して加熱処理を施してペレットを製造することを特徴とする請求項３に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。