JP6323835B2

JP6323835B2 - ブリケット及びその製造方法

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Publication number: JP6323835B2
Application number: JP2014258653A
Authority: JP
Inventors: 卓也大原; 聖大高; 窪田　直樹; 直樹窪田
Original assignee: 株式会社日向製錬所
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: JP2016117930A

Description

本発明は、フェロニッケル製錬工場においてロータリーキルンを用いてニッケル酸化鉱石を乾燥処理したり焼成処理したりする際に発生するダスト（ロータリーキルンダストとも称する）からブリケットを製造する方法に関するものである。

鉄とニッケルの合金であるフェロニッケルの一般的な製造方法では、ニッケルを含有するサポロライト鉱石等のラテライト鉱石（代表的なニッケル酸化鉱石であり、以下、単に鉱石とも称する）を原料として使用し、これに乾燥、焼成、還元熔解、及び精製からなる一連の処理を施す乾式製錬法が採られている。この方法では一般的に先ずロータリーキルン型式のロータリードライヤーで鉱石を乾燥処理して鉱石の付着水分を１５〜２５％程度に減らした後、得られた乾燥鉱石を無煙炭等の石炭と共に後段のロータリーキルン型式の還元キルンに装入し、ここで８００〜１０００℃程度まで加熱して付着水の除去（乾燥）と結晶水分の分解（焼成）、さらには一部の鉱石の還元処理を行う。これら乾燥及び焼成処理された鉱石（以下、焼鉱とも称する）は次に電気炉に送られ、ここで焼鉱の熔融還元処理が行われてニッケルと鉄を含有するフェロニッケル（以下、メタルともいう）とスラグが形成される。

上記の乾燥処理や焼成処理を行うロータリードライヤーや還元キルン内では、内側に羽状突起部を備えた筒状のロータリーキルンを回転させることで鉱石等の固形物を連続的に持ち上げて落下させる撹拌操作が繰り返されるので該鉱石等由来のダストが発生する。このダストはロータリードライヤーや還元キルンから排出される排ガスと共に排出され、ダクトを介してこれらロータリードライヤーや還元キルンに接続している排ガス処理設備で回収される。排ガス処理設備で回収されたダストは鉱石と同程度のニッケルを含有するので、フェロニッケルの原料として再利用される。このようにダストを再利用する場合は、ダストをそのままの形態でする場合もあるが、一般的にはペレタイザー等で造粒・乾燥していわゆるブリケットの形態にした後にロータリードライヤーもしくは還元キルンに繰り返すことが行われている。

例えば特許文献１には、多量の微粒子を含有する酸化金属原料と炭材とをミキサーで混合して粉状混合物とする混合工程と、この粉状混合物を第１ブリケットマシンで圧縮成形して第１成形物とする第１成形工程と、この第１成形物の全部または一部を第２ブリケットマシンで再度圧縮成形して第２成形物とする第２成形工程と、この第２成形物を篩で篩上と篩下とに分級し、篩上を製品である炭材内装酸化金属ブリケットとする分級工程とを含む炭材内装酸化金属ブリケットの製造方法が開示されている。

特開２０１３−２２４４９４号公報

上記したフェロニッケル製錬の焼成処理で発生するダストには還元キルンに装入される石炭の微粉や焼成された鉱石が含まれているため一般的に濡れ性が低く、ペレタイザー等で造粒して得られる造粒物の強度が低いことが問題になっていた。具体的には、上記造粒物はＪＩＳＺ８８４１の強度が５ｋｇｆ／ｐ未満になることがあり、この場合は造粒物をロータリードライヤーもしくは還元キルンに装入すると、強度を保てないため鉱石と共に撹拌される際にすぐに圧潰してしまい、再びダストになって排ガスに巻き上げられてしまう。

特許文献１で取り扱うブリケットは還元鉄製造プラント由来のものであるため、上記した焼成されたニッケル酸化鉱石由来のブリケットを強度的に問題ない程度に製造する方法については開示されていない。このように、ロータリードライヤーや還元キルンに装入した時に容易に圧潰されることのない高い強度を持つ造粒物及びその製造方法が求められていた。

本発明は上記した従来のブリケットが有する問題に鑑みてなされたものであり、ニッケル酸化鉱石の乾燥工程や焼成工程において使用されるロータリードライヤーや還元キルンで発生するダストを造粒することで作製されるブリケットであって、該ロータリードライヤーや還元キルンに装入した時に容易に壊れることのない高い強度を有するブリケット及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明に係るブリケットの製造方法は、フェロニッケルの乾式製錬工程においてニッケル酸化鉱石の乾燥処理及び／又は焼成処理を行うロータリーキルンで発生するダストからブリケットを製造する方法であって、前記ニッケル酸化鉱石由来のニッケル化合物とは別に添加した粒径１〜３００μｍの水酸化ニッケルがブリケット中に乾燥基準で２〜８質量％含まれるように調整されたダストに含水率１８〜２１質量％となるように水を加えて混練した後、得られた混練物をブリケットマシンを使用して成型することを特徴としている。

また、本発明に係るブリケットは、乾燥基準において、ニッケル酸化鉱石由来のニッケル化合物とは別に添加した粒径１〜３００μｍの水酸化ニッケルを２〜８質量％、ＳｉＯ_２を３５〜４５質量％、ＭｇＯを２０〜３０質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３を１０〜２０質量％それぞれ含んだダストを圧縮成形したものであって、嵩密度が１.６〜２.０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴としている。

本発明によれば、ニッケル酸化鉱石の乾燥や焼成を行うロータリーキルンから排出される排ガスの処理設備で回収したダストから壊れにくいブリケットを作製することが可能になる。

本発明のブリケットの製造方法の一具体例を模式的に示すフロー図である。本発明の実施例のブリケットが有するニッケル化合物の粒度分布を示すグラフである。

以下、本発明のブリケットの製造方法の一具体例について図１を参照しながら説明する。フェロニッケルの製錬工場では、一般的に複数種類のラテライト鉱石を所望の組成となるようにブレンドしたニッケル酸化鉱石の調合物を原料として使用している。この調合されたニッケル酸化鉱石は、先ずロータリードライヤー１に装入され、ここで含水率が１５〜２５％程度になるまで付着水分を低減する乾燥処理が行われて乾燥鉱石が得られる。

得られた乾燥鉱石はロータリードライヤー１の下側末端部から排出されて目開き１０〜５０ｍｍ程度の篩分手段２に投入され、ここで大きなサイズの鉱石が取り除かれた後、パウダー状のニッケル化合物及び還元剤としての無煙炭などの石炭と共に還元キルン３に装入される。乾燥鉱石はこの還元キルン３内で焼成処理と一部の鉱石の還元処理が行われて焼鉱が得られる。得られた焼鉱は還元キルン３の下側末端部から排出されて電気炉４に送られ、ここで熔融還元処理が行われてニッケル及び鉄を含有するメタルと、スラグとが形成される。

上記したロータリードライヤー１及び還元キルン３にはそれぞれダクトを介して排ガス処理設備５、６が接続しており、ロータリードライヤー１や還元キルン３で発生したダストは排ガスと共に排出されて排ガス処理設備５、６で回収される。ダストは主に還元キルン３で発生するため、このダストには原料としてのニッケル酸化鉱石から付着水が除去された乾燥鉱石の微粉、結晶水が部分的に除去された焼鉱の微粉、還元キルン３で乾燥鉱石と共に処理されたニッケル化合物の微粉、及び還元剤である石炭の微粉を主に含んでいる。このようにダストには石炭や焼成された鉱石が含まれるために濡れ性が低くなる傾向にあり、ダストを圧縮成形して得たブリケットは十分な造粒強度が得られない場合があった。

そこで、本発明の一具体例のブリケット製造方法では、フェロニッケルの原料としてのニッケル酸化鉱石由来のニッケル化合物を除いたニッケル化合物が乾燥基準で２〜８質量％含まれるように調整されたダストを圧縮成形している。具体的には、図１に示すように、還元キルン３において必要に応じてパウダー状のニッケル化合物を添加している。そして、ロータリードライヤー１及び還元キルン３で発生するダストを排ガス処理設備５、６で回収することで原料鉱石由来のニッケル化合物を除いたニッケル化合物がダスト中に乾燥基準で２〜８質量％含まれるように調整する。

この還元キルン３において必要に応じて添加するパウダー状のニッケル化合物は、粒径１〜３００μｍ程度の水酸化ニッケル粉末であることが好ましい。かかる形態の水酸化ニッケルは、ニッケル−コバルト製錬の産出物として入手が容易であり、一般に湿式法で作製されるため微粉状であって、そのまま添加するだけでブリケットの強度を高めることができる。

ニッケル化合物の量が調整されたホッパー７内のダストは、次に例えばポットミキサーなどの混合機８に投入して混合を行う。得られた混合物に対して続けて含水率１８〜２１質量％の範囲内となるよう水を添加すると共に、例えばパグミルなどの混練機９を用いて混練する。そして、得られた混練物をブリケットマシン１０に供給して所望の形状となるように成型する。これにより、圧潰強度が５ｋｇｆ／ｐ以上であり、落下強度の指標であるブリケットサイズ＋３０ｍｍの歩留りが９０％以上の造粒強度を有する成型物（ブリケット）を得ることができる。

このようにして作製したブリケットは、乾燥基準において、ニッケル酸化鉱石由来のニッケル化合物を除いた粒径１〜３００μｍのニッケル化合物を２〜８質量％、ＳｉＯ_２を３５〜４５質量％、ＭｇＯを２０〜３０質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３を１０〜２０質量％少なくとも含んだダストが圧縮成形されている。また、このブリケットは嵩密度が１.６〜２.０ｇ／ｃｍ^３である。なお、上記したニッケル化合物の粒径はレーザー回折散乱式の粒度分布測定法によって測定したものである。

このように、パウダー状のニッケル化合物が混じったロータリーキルンの排ガス処理設備で回収したダストを混合した後、水を添加して混練することで主に微粉の鉱石からなるブリケット内に粒径１〜３００μｍのニッケル化合物を分散して存在させることができ、よって高い造粒強度を有するブリケットを得ることができる。すなわち、上記パウダー状のニッケル化合物は、原料としてのニッケル酸化鉱石と共にロータリーキルンに装入された後、該ロータリーキルン内の撹拌によって細かなニッケル化合物が舞い上がる。

この細かなニッケル化合物はロータリーキルン内を通過する反応ガスの流れに巻き込まれ、そのままロータリーキルンから排ガスと共に排出されて排ガス処理設備で回収されることになる。そのため、排ガス処理設備で回収したダストには既に微粉のニッケル化合物が多く含まれている。ダストにはこの微粉のニッケル化合物のほか、原料としての鉱石由来の微粉の鉱石が含まれているため、水を含ませて圧縮成型した時に隣接する微粉と接触する面積が広くなってより固く締まることができ、その結果高い強度を有する成形物を得ることができる。

このブリケットの原料となるホッパー７から混合機８に投入されるダストには、図１の点線で示すように、篩分手段２の篩下の乾燥鉱石をブリケットに対して０質量％以上３０質量％以下の含有率となるように添加してもよい。篩分手段２の篩下の乾燥鉱石は、濡れ性が非常に高いケイ酸塩鉱物を多く含むため、ブリケットの原料として上記したダストに混ぜることで圧縮成型時に固く締まるようになり、得られるブリケットの強度をより一層高めることができる。

（実施例１）
フェロニッケル製錬工場において、原料としてのニッケル酸化鉱石の乾燥を行うロータリードライヤー及び、焼成を行う還元キルンからの排ガスを処理する排ガス処理設備で回収したダストを用意し、これに粉鉱石を添加して混合し、更に工業用水を添加して混練した後、ブリケットマシンで成型してブリケットサイズ４４ｍｍ角のブリケットを作製した。ダストと粉鉱石との混合比率は湿潤状態の質量基準で８０:２０とし、混練の際は含水率１９.３質量％に調整した。ダストと粉鉱石との混合にはポットミキサーを使用し、混練には有効容積０.０８ｍ^３程度のパグミルを使用した。このブリケット製造に使用した原料の粒度分布を表１に示す。

上記粉鉱石にはロータリードライヤーから排出される乾燥鉱石を目開き１０ｍｍの篩で篩分けした時の篩下分を用いた。一方、上記ダストの組成を分析したところ、粒径１〜３００μｍの水酸化ニッケルが２質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３品位が１０〜２０質量％、ＭｇＯ品位が２０〜３０質量％、ＳｉＯ_２品位が３５〜４５質量％、付着水分が２５〜３５質量％の範囲内にあった。この分析結果から、ダストは鉱石から付着水が除去された乾燥鉱石、さらに部分的或いは全ての結晶水が除去された焼鉱、ブリケット作製のために添加した水酸化ニッケル、還元剤である石炭からなることが分かる。

（実施例２）
ダストと粉鉱石との混合比率を湿潤状態の質量基準で７０:３０とし、これに工業用水を添加して含水率１９.７質量％に調整したことを除いて実施例１と同様にしてブリケットを作製した。

（実施例３）
水酸化ニッケルを８質量％含むダストを使用し、このダストと粉鉱石との混合比率を湿潤状態の質量基準で１００:０とし、これに工業用水を添加して含水率１８.９質量％に調整したことを除いて実施例１と同様にしてブリケットを作製した。

（実施例４）
ダストと粉鉱石との混合比率を湿潤状態の質量基準で７０:３０とし、これに工業用水を添加して含水率２０.５質量％に調整したことを除いて実施例１と同様にしてブリケットを作製した。

（実施例５）
ダストと粉鉱石との混合物に工業用水を添加して含水率２０.０質量％に調整したことを除いて実施例１と同様にしてブリケットを作製した。

（実施例６）
ダストと粉鉱石との混合比率を湿潤状態の質量基準で９０:１０とし、これに工業用水を添加して含水率１９.３質量％に調整したことを除いて実施例１と同様にしてブリケットを作製した。

（実施例７）
ダストと粉鉱石との混合比率を湿潤状態の質量基準で１００:０とし、これに工業用水を添加して含水率１８.４質量％に調整したことを除いて実施例１と同様にしてブリケットを作製した。

（比較例１）
ダストと粉鉱石との混合比率を湿潤状態の質量基準で１００:０とし、これに工業用水を添加して含水率１７.９質量％に調整したことを除いて実施例１と同様にしてブリケットを作製した。

（比較例２）
ニッケル化合物を含まないダストを使用し、このダストと粉鉱石との混合比率を湿潤状態の質量基準で８０:２０とし、これに工業用水を添加して含水率１９.３質量％に調整したことを除いて実施例１と同様にしてブリケットを作製した。

上記の方法で作製した実施例１〜７、比較例１〜２のブリケットの各々に対して、ブリケット１０個を成型直後に高さ５ｍから鉄板上に１回だけ落下させ、細かくなって飛び散った部分を除いて回収できた部分の質量を落下前の質量で割ったものをサイズ別に測定して落下強度を調べた。また、２時間乾燥させた後のブリケットの圧潰強度、質量、及び見掛密度をＪＩＳＭ８７００：２０１３により測定した。これらの結果を下記表２に示す。

上記表２から分かるように、ニッケル化合物が乾燥基準で２〜８質量％含まれるロータリーキルンダストを原料として使用し、これを含水率１８〜２１質量％に調整して混練し、ブリケットマシンで成形して得たブリケットは、圧潰強度が５ｋｇｆ／ｐ以上であって、落下強度としての歩留りがブリケットサイズ＋３０ｍｍにおいて９０質量％以上であり、高い強度を確保することができた。

１ロータリードライヤー
２篩分手段
３還元キルン
４電気炉
５、６排ガス処理設備
７ホッパー
８混合機
９混練機
１０ブリケットマシン

Claims

フェロニッケルの乾式製錬工程においてニッケル酸化鉱石の乾燥処理及び／又は焼成処理を行うロータリーキルンで発生するダストからブリケットを製造する方法であって、前記ニッケル酸化鉱石由来のニッケル化合物とは別に添加した粒径１〜３００μｍの水酸化ニッケルが乾燥基準で２〜８質量％含まれるように調整されたダストに含水率１８〜２１質量％となるように水を加えて混練した後、得られた混練物をブリケットマシンを使用して成型することを特徴とするブリケットの製造方法。
前記混練する前に、ブリケットに対して乾燥基準で０質量％以上３０質量％以下のニッケル酸化鉱石を添加して混合することを特徴とする、請求項１に記載のブリケットの製造方法。
乾燥基準において、ニッケル酸化鉱石由来のニッケル化合物とは別に添加した粒径１〜３００μｍの水酸化ニッケルを２〜８質量％、ＳｉＯ_２を３５〜４５質量％、ＭｇＯを２０〜３０質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３を１０〜２０質量％それぞれ含んだダストを圧縮成形したものであって、嵩密度が１.６〜２.０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とするブリケット。