JP6590130B1 - マンガン原料の製造方法及びマンガン含有鋼の溶製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
マンガン原料として主に用いられるものとしては、マンガン鉱石に代表されるマンガン酸化物含有物やフェロマンガン、金属マンガンなどが挙げられる。マンガン純分あたりのコスト(単価)は、マンガン鉱石、フェロマンガン、金属マンガンの順に低くなる。このため、マンガン原料としてマンガン鉱石に代表されるマンガン酸化物含有物を選択することで、コスト低減を図ることができる。
マンガンの含有濃度の高い溶鉄に対して、脱りん処理を施す方法としては、例えば特許文献1に記載の方法が知られている。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても1つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
図1及び図2を参照して、本発明の第1の実施形態に係るマンガン原料の製造方法について説明する。第1の実施形態において、用いられるマンガン酸化物含有物は、マンガン鉱石に代表されるように、マンガン、カルシウム、シリコン、鉄及び燐を少なくとも含む。また、マンガン、カルシウム、シリコン、鉄及び燐の大部分は、酸化物としてマンガン酸化物含有物に含まれる。上記以外のマンガン酸化物含有物の限定はないが、マンガン原料を効果的に回収するには、マンガンケイ酸塩化合物を含有するマンガン酸化物含有物を用いることが望ましい。
粉砕工程では、粉砕の過程でマンガン酸化物含有物中の非磁性体であるnCaO・P2O5相はMnFe2O4に代表される強磁性体のスピネル相や、同じく強磁性体であるカルシウムフェライト相に抱き込まれる形で偏在するようになる。カルシウムフェライト相は、CaFe2O4に代表される相である。また、粉砕マンガンン酸化物含有物に含まれる強磁性体である、スピネル相及びカルシウムフェライト相の少なくとも一方を、強磁性体化合物ともいう。つまり、粉砕マンガン酸化物含有物は、強磁性体化合物+非磁性体のnCaO・P2O5相と、弱磁性体のマンガンケイ酸塩相とが大部分を占める形態となる。
次に、図3を参照して本発明の第2の実施形態に係るマンガン原料の製造方法について説明する。用いるマンガン酸化物含有物については、第1の実施形態と同様とする。
まず、図3に示すように、マンガン酸化物含有物を粉砕する第1の粉砕工程を行う(S200)。第1の粉砕工程では、第1の実施形態における粉砕工程と同様に、マンガン酸化物含有物の粉砕が行われる。
また、ステップS204の後、磁着物として分離された、粒径の大きな強磁性体化合物と強磁性体化合物に抱き込まれる形で偏在しているnCaO・P2O5相とを主に含む第1の粉砕マンガン酸化物含有物をさらに粉砕する第2の粉砕工程を行う(S208)。第2の粉砕工程では、第1の粉砕マンガン酸化物含有物を粉砕することで、さらに粒径の小さな第2の粉砕マンガン酸化物含有物を得る。この際、中心粒径が30μm以下の粒径となるまで、第1の粉砕マンガン酸化物含有物を粉砕することが好ましい。また、粉砕方法は、圧力を加える粉砕方法でなくとも特によい。第2の粉砕工程では、第1の粉砕マンガン酸化物含有物をさらに粉砕することで、強磁性体化合物に抱き込まれたnCaO・P2O5相が、強磁性体化合物であるスピネル相及びカルシウムフェライト相と、非磁性体のnCaO・P2O5相とに分かれる。
また、ステップS210の後、非磁着物として分離されたnCaO・P2O5相を不純物として回収する(S214)。
これにより、第2の実施形態では、ステップS206,S212,S218で回収されたマンガン原料が、回収前のマンガン酸化物含有物よりも、Pの濃度が低く、Mnの濃度が高いマンガン原料として製造される。
なお、第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、高純度マンガン原料として回収されたマンガン原料は、その後、マンガン含有鋼の溶製に用いられる。この際、ステップS206,S210,S218で回収された高純度マンガン原料は、まとめて1種類のマンガン原料として用いられてもよく、回収されたものごとに分けて用いられてもよい。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
(A)分級工程
(B)分級工程+第2の磁選工程
(C)2次粉砕工程+第3の磁選工程
(D)分級工程+第2の粉砕工程+第3の磁選工程
(1)本発明の一態様に係るマンガン原料の製造方法は、マンガン、カルシウム、シリコン、鉄及び燐を少なくとも含むマンガン酸化物含有物を原料とし、マンガン酸化含有物を粉砕による圧縮力により、nCaO・P2O5の化合物相と、強磁性体であるスピネル相及びカルシウムフェライト相の少なくとも一方の相とが複合した複合物を生成し、複合物を含有する第1の粉砕マンガン酸化物含有物を生成する第1の粉砕工程(S100の粉砕工程またはS200)と、第1の粉砕工程にて生成された第1の粉砕マンガン酸化物含有物を、磁力で磁着物と非磁着物とに分離する第1の磁選工程(S102の磁選工程またはS204)と、第1の磁選工程で分離された非磁着物をマンガン原料として回収する工程(S104,S206)と、を備える。
また、上記(1)の構成によれば、マンガン酸化物含有物を用いた場合において、溶製する溶鉄を脱りん処理する必要がなくなる。このため、BaOに代表される劇物を使用することなく、マンガン鋼を溶製することができるようになる。
上記(2)の構成によれば、マンガン酸化物含有物内のnCaO・P2O5相とマンガンケイ酸塩相との分離を促進することができる。粒子としてPを含む粒子とマンガンケイ酸塩を含む粒子とが分離している割合が増加することから、第1の磁選工程における磁気分離が容易になる。
上記(3)の構成によれば、粒子として磁性をもつ高P含有粒子の形成が促進される。
上記(4)の構成によれば、マンガンケイ酸塩相と、強磁性体化合物の相に抱き込まれたnCaO・P2O5相との分離をより確実に行うことができるようになる。このため、不純物の分離効果を向上させることができる。
上記(5)の構成によれば、磁選時に強磁性体化合物のスピネル相に巻き込まれた弱磁性体のマンガンケイ酸塩相を、強磁性体化合物の相から分離させることができるようになる。
上記(6)の構成によれば、細粒として粉砕工程に含まれるnCaO・P2O5相を分離することができる。このため、磁選工程にて非磁着物として回収されるマンガン原料のP濃度をさらに低減させることができる。
上記(7)の構成によれば、細粒に含まれ、マンガンを含有するスピネル相を、マンガン原料として回収することができる。このため、マンガン酸化物含有物からのマンガン原料の回収率を向上させることができる。
上記(8)の構成によれば、第1の磁選工程にて分離した磁着物である、スピネル相に抱き込まれたnCaO・P2O5相をさらに細粒化することで、強磁性体化合物の相とnCaO・P2O5相とを分けることができるようになる。さらに、2次磁選工程で、マンガンを含有するこの強磁性体化合物の相を磁着分離させ、回収することで、マンガン酸化物含有物からのマンガン原料の回収率を向上させることができる。
上記(9)の構成によれば、上記(1)〜(8)と同様な効果を得ることができる。
表1には、条件1及び条件2とした成分組成の異なるマンガン鉱石の成分組成の分析結果を示す。また、表2には、条件1及び条件2のマンガン鉱石のXRDによる鉱物相の分析結果を示す。表2に示すように、条件1のマンガン鉱石には、マンガンケイ酸塩相が含まれ、条件2のマンガン鉱石には、マンガンケイ酸塩相が含まれないことが確認できた。
条件2のマンガン鉱石の場合においても、磁選分離無しのものと比較して、非磁着物のP濃度が低下しており、不純物の効果があることが確認できた。しかしながら、条件2のマンガン鉱石は、条件1のマンガン鉱石に比べて、不純物の分離効果(磁着物に対する非磁着物のP濃度の差)が小さかった。これは、条件2では、鉱物相としてマンガンケイ酸塩を含有していないことが起因していると考えられる。
表5に、変動磁場とした試験の結果である、磁極ロールの回転数が異なる条件での、磁着物及び非磁着物の成分組成の分析結果を示す。表5に示すように、500rpm以上の回転数での試験では、不純物の分離効果に大きな違いは見られなかった。
ステップS102の磁選工程またはステップS204の第1の磁選工程では、多極磁場変動方式の磁力選別装置を用いた。さらに、実施例2−1では、磁場強度を0Gと3000Gとに変動させ、実施例2−2〜2−6では、磁場強度を0Gと1900Gとに変動させた。また、実施例2−4〜2−6では、ステップS206の2次磁選工程及びステップS216において、磁場強度を0Gと5000Gとに変動させた。
一方、比較例2−1は、マンガン鉱石をそのままマンガン原料として回収する条件である。また、比較例2−2,2−3では、ステップS100,S102,S104と同様な処理を行った。さらに、比較例2−2では、ステップS100の粉砕工程でカッターミルを用いて粉砕を行い、ステップS102の磁選工程において、多極磁場変動方式の磁力選別装置を用いて磁場強度を0Gと3000Gとに変動させた。さらに、比較例2−3では、ステップS100の粉砕工程でジェットミルを用いて粉砕を行い、ステップS102の磁選工程において、多極磁場変動方式の磁力選別装置を用いて磁場強度を0Gと1900Gとに変動させた。
回収歩留(%)=(S206で回収されたマンガン原料の重量
+S212で回収されたマンガン原料の重量
+S218で回収されたマンガン原料の重量)
÷粉砕前のマンガン含有酸化物全体の重量×100 ・・・(1)
Claims (9)
- マンガン、カルシウム、シリコン、鉄及び燐を少なくとも含むマンガン酸化物含有物を原料とし、前記マンガン酸化含有物を粉砕による圧縮力により、nCaO・P2O5の化合物相と、強磁性体であるスピネル相及びカルシウムフェライト相の少なくとも一方の相とが複合した複合物を生成し、前記複合物を含有する第1の粉砕マンガン酸化物含有物を生成する第1の粉砕工程と、
前記第1の粉砕工程にて生成された前記第1の粉砕マンガン酸化物含有物を、磁力で磁着物と非磁着物とに分離する第1の磁選工程と、
前記第1の磁選工程で分離された非磁着物をマンガン原料として回収する工程と、
を備えることを特徴とするマンガン原料の製造方法。 - 前記第1の粉砕工程では、前記第1の粉砕マンガン酸化物含有物の粒径が500μm以下となるまで粉砕することを特徴とする請求項1に記載のマンガン原料の製造方法。
- 前記第1の粉砕工程では、前記マンガン酸化物含有物として、マンガンケイ酸塩相を鉱物相として含有するものを用いることを特徴とする請求項1または2に記載のマンガン原料の製造方法。
- 前記第1の磁選工程では、前記マンガンケイ酸塩相が磁着しない磁力で分離することで、前記マンガンケイ酸塩相を非磁着物として分離することを特徴とする請求項3に記載のマンガン原料の製造方法。
- 前記第1の磁選工程では、印加する磁場が時間とともに変化する変動磁場であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のマンガン原料の製造方法。
- 前記第1の粉砕工程の後、前記第1の粉砕マンガン酸化物含有物を、30μm以上150μm以下の間で設定される分離径で粗粒と細粒とに分級する分級工程をさらに備え、
前記第1の磁選工程では、前記分級工程で分級された前記粗粒を分離することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のマンガン原料の製造方法。 - 前記分級工程で分級された前記細粒を磁力で磁着物と非磁着物とに分離する第3の磁選工程と、
前記第3の磁選工程で分離された磁着物をマンガン原料として回収する工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のマンガン原料の製造方法。 - 前記第1の磁選工程で分離された磁着物を粉砕し、第2の粉砕マンガン酸化物含有物を生成する第2の粉砕工程と、
前記第2の粉砕工程で生成された前記第2の粉砕マンガン酸化物含有物を、磁力で磁着物と非磁着物とに分離する第2の磁選工程と、
前記第2の磁選工程で分離された磁着物をマンガン原料として回収する工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のマンガン原料の製造方法。 - マンガン含有鋼の溶製方法であって、請求項1〜8のいずれか1項に記載のマンガン原料の製造方法によって回収されたマンガン原料を、溶銑または溶鋼に添加することで、前記溶銑または前記溶鋼のマンガン濃度を調整することを特徴とするマンガン含有鋼の溶製方法。
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