JP6591238B2 - ブリケットの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、フェロニッケル製錬においてニッケル酸化鉱石を製錬する際に発生するダスト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、この鉱石に対して乾燥工程、焼成工程、熔融還元工程、精製工程などからなる一連の処理を施してフェロニッケルを製造する乾式製錬法が一般的に採用されている。

この乾式製錬法では、まず乾燥工程において原料鉱石をロータリードライヤーに装入して乾燥処理し、該鉱石に２５〜３５質量％程度含まれる付着水分を１５〜２５質量％程度まで減らして乾燥した鉱石（以下、乾燥鉱石とも称する）を得る。次に焼成工程において上記乾燥鉱石を無煙炭等の石炭と共にロータリーキルンの装入端から装入する。ロータリーキルンの排出端にはバーナーが設けられており、ここで生成した燃焼ガスをロータリーキルン内に流すことによって石炭の燃焼と乾燥鉱石の８００〜１０００℃程度までの加熱処理を行う。これにより、残留している付着水の完全な除去（乾燥）と結晶水分の分解（焼成）、さらには乾燥鉱石の一部の還元処理を行い、乾燥及び焼成された鉱石（以下、焼鉱とも称する）を得る。

次に熔融還元工程において上記した焼鉱を電気炉に装入し、ここで焼鉱の熔融還元処理を行う。これにより、ニッケル及び鉄を含有するフェロニッケルメタル（以下、単にメタルと称する）とフェロニッケルスラグ（以下、単にスラグと称する）が生成される。得られたメタルは精製工程で硫黄などの不純物が除去されフェロニッケル製品となり、一方、スラグは高圧水による水砕処理が行われた後、コンクリート用細骨材、土木工事用資材等として利用される。

上記した乾燥や焼成を行うロータリードライヤーやロータリーキルンは筒状体を横にして回転可能に支持された構造を有しており、その内側に複数の羽状突起部を備えている。この筒状体はその回転中心軸が水平方向からわずかに傾斜しており、これにより筒状体の一端部から装入された鉱石は、該筒状体の回転によって上記羽状突起部による持ち上げと落下の操作が連続的に繰り返されながら徐々に他端部に向かって移動し、その間に燃焼ガスによって乾燥等の処理が行われる。この処理の際に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ロータリーキルンから排出される排ガスと共に排出され、ロータリードライヤーやロータリーキルンに付随して設けられている排ガス処理設備で回収される。

ロータリードライヤーやロータリーキルンから排出されるダストは鉱石や石炭から生じる微粉で主に構成されるが、排ガス処理設備で回収される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。ダストを再利用する場合は、ダストをそのままロータリーキルンやロータリードライヤーに装入する場合もあるが、一般的にはペレタイザー等で造粒・乾燥してペレットもしくはブリケットの形態にした後、ロータリードライヤーもしくはロータリー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成形物の全部又は一部を第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工程で発生するダストにはロータリー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は強度が低くなることが問題になっていた。具体的には、上記造粒物はＪＩＳ Ｚ ８８４１に基づいて測定した造粒物１個当たりの強度が５ｋｇｆ／ｐ未満になることがあり、また、造粒物の＋１０ｍｍの歩留りが８５％未満となることがあった。なお、＋１０ｍｍとは目開き１０ｍｍの篩を用いて篩別したときの篩上を意味している。

この場合、造粒物をロータリードライヤーもしくはロータリーキルンに装入すると、その内部で鉱石と共に撹拌される際に強度を保てないためすぐに圧潰してしまい、ダストとして再飛散して排ガスと共に再び排出されることが多かった。本発明は上記した従来の造粒物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や焼成を行うロータリードライヤーやロータリーキルンから発生するダストを原料として作製した造粒物の強度を高めてロータリードライヤーやロータリーキルンに装入した時に容易に圧潰されることのない強度、例えば５ｋｇｆ／ｐ以上で造粒物サイズ＋１０ｍｍの歩留りが８５％以上の強度を持つ造粒物を製造する方法を提供することを目的としている。

上記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、ロータリーバルブから供給されるダストをミキサーで水と混合して湿潤ダストを生成し、得られた湿潤ダストを混練機で鉱石と混練して混練物を生成し、得られた混練物を成形機でブリケットに成形するブリケットの製造方法であって、前記ロータリーバルブの一次側配管径が該ロータリーバルブの入口径に対して絞られてい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ドライヤーや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を原料に用いて、これらロータリードライヤーやロータリー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を作製することができる。

本発明に係るブリケット製造方法が好適に適用されるフェロニッケル製錬プラントの一具体例を示すフロー図である。 本発明に係るブリケット製造方法の一具体例を示す工程図である。 実施例においてブリケットを作製した際のダスト切り出し量の変動を示すグラフである。 実施例で作製したブリケット試料の圧潰強度を横軸に混練機の電流値をとってプロットしたグラフである。 実施例で作製したブリケット試料の＋１０ｍｍ歩留りを横軸に混練機の電流値をとってプロットしたグラフである。

以下、本発明に係るブリケット製造方法の一具体例について説明する。まずブリケットの原料となるダストとニッケル酸化鉱石とが得られるフェロニッケル製錬プラントについて図１を参照しながら説明する。フェロニッケル製錬プラントでは、一般的に複数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質量％程度になるまで付着水分が減らされ、乾燥鉱石となる。

得られた乾燥鉱石はロータリードライヤー１の排出端から排出された後、目開き１０〜５０ｍｍ程度の篩分手段２に投入され、ここで篩上の大きなサイズの鉱石が取り除かれた後、例えば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ロータリーキルン３に装入される。乾燥鉱石はこのロータリーキルン３内で更に乾燥された後、部分的に還元されて焼鉱となる。得られた焼鉱はロータリーキルン３の排出端から排出された後、電気炉４に送られ、ここで熔融還元されてニッケル及び鉄を含有するメタルと、珪酸及び酸化マグネシウムで主に構成されるスラグとが生成される。

上記したロータリードライヤー１及びロータリーキルン３にはそれぞれ排ガス処理設備５、６が付随して設けられており、ロータリードライヤー１及びロータリーキルン３で発生したダストは排ガスと共に排出されてこれら排ガス処理設備５、６でそれぞれ回収される。回収されたダストはダストタンク７に送られてここで一時的に溜められた後、その下部に設けられている一次側配管８及びロータリーバルブ９によって定量に切り出されて例えばパグミル型などのミキサー１０に装入される。ミキサー１０に装入されたダストは、含水率１５〜３０質量％程度となるように水が添加されながら混合が行なわれる。

ミキサー１０での含水率の調整及び混合によって得られた調湿ダストは、次に例えばダウ・ミキサー（登録商標）などの混練機１１に送られ、ここで別途供給される鉱石との混練が行われる。得られた混練物はブリケットマシン１２に供給され、ここで所望の形状に成型される。得られたブリケットはフェロニッケルの原料としてロータリーキルン３に供給され、乾燥処理及び還元処理が施される。次に、上記したフェロニッケル製錬プラントで得られるダスト及び粉鉱石からブリケットを製造する方法について図２をも参照しながら説明する。

ロータリードライヤー１やロータリーキルン３で発生したダストは排ガス処理設備５、６で回収された後、ダストタンク７に一時的に溜められる（Ｓ１）。このダストタンク７内のダストは、ダストタンク７の下部から下方に延在する一次側配管８を経てロータリーバルブ９で略一定流量で切り出される（Ｓ２）。ロータリーバルブ９から切り出されたダストは、図示しないスクリューコンベアに投入されて略水平方向に搬送された後（Ｓ３）、パグミル型ミキサー１０に供給される。パグミル型ミキサー１０には流量の調節が可能なバルブを備えた配管から水が供給されており、攪拌翼による混合を行いながらダストの含水率が１５〜３０質量％になるように調湿される（Ｓ４）。

ミキサー１０での調湿で得られた湿潤ダストはパグミル型ミキサー１０から排出された後、図示しないダストベルトコンベアに投入されて略水平に搬送され（Ｓ５）、混練機１１に供給される。一方、ロータリードライヤー１で得られる乾燥鉱石を一部抜き出して図示しない目開き１０ｍｍの篩分手段で篩別を行い、篩下として１０ｍｍ以下の粒径を有する乾燥鉱石（以下、粉鉱石とも称する）を得る（Ｓ６）。この粉鉱石は図示しない粉鉱石ベルトコンベアによって搬送された後（Ｓ７）、混練機１１に供給される。これにより湿潤ダストと粉鉱石との混練が行われる（Ｓ８）。

混練機１１に供給された湿潤ダストと粉鉱石は、混練機１１内で撹拌翼の回転により粒子にせん断、転動、及び圧密作用が加わり、粒子同士の結合による微小粒の生成や塊の破断が繰返されることで造粒されていき混練機の排出部から混練物が得られる。得られる混練物の含水率は１９.０〜２２.０質量％であることが望ましい。

混練物は混練機１１の排出部から排出された後、図示しない混練物ベルトコンベアで搬送されて（Ｓ９）、図示しない混練物ホッパーに一時的に溜められる（Ｓ１０）。そして、混練物ホッパーの底部から抜き出されて図示しない混練物ベルトフィーダーでブリケットマシン１２に定量供給され（Ｓ１１）、ここで所定の形状に成型される（Ｓ１２）。なお、混練機１１は少なくとも２軸の撹拌翼で混練する形式のものが好ましく、比較的均質に混練することが可能な水平２軸式のものがより好ましい。

ところで、上記したミキサー１０で生成される湿潤ダストの生成量及び含水率が大きく変動すると、ミキサー１０の後段に設けられている混練機１１での湿潤ダストと粉鉱石との混練性、更には混練機１１の後段に設けられているブリケットマシン１２で得られるブリケットの強度が大きく変動することに繋がる。従って、ミキサー１０へのダスト供給量を安定化させることがブリケット強度の向上に不可欠であった。

そこで、本発明に係るブリケットの製造方法の一具体例では、ミキサー１０においてロータリーバルブ９から供給したダストに水を添加して混合し、得られた湿潤ダストを鉱石と共に混練機１１に供給して混練し、得られた混練物をブリケットマシン１２に供給してブリケットを成形するブリケットの製造方法において、ロータリーバルブ９の一次側配管８の配管径がロータリーバルブ９の入口径に対して絞られている。これにより、ミキサー１０へのダスト供給量を安定化させることができる。

具体的に説明すると、ミキサー１０で生成される湿潤ダストの生成量及び含水率が大きく変動する原因を調査した結果、ミキサー１０の前段のロータリーバルブ９からミキサー１０に安定的にダストが供給されていないことを見出した。即ち、ロータリーバルブ９を介してダストタンク７からミキサー１０に供給されるダストの供給量が“ばらつく”ことが上記変動の原因であることを突き止めた。

そこで、ミキサー１０にダストを安定的に供給する方法について検討を重ねた結果、ロータリーバルブ９の一次側配管８（即ち、ダストタンク７の下部とロータリーバルブ９の入口とを接続する略鉛直方向に延在する直管）の配管径をロータリーバルブ９の入口径よりも小さくすることで、ダスト供給量の安定化できることを見出した。なお、ロータリーバルブ９の入口径とはロータリーバルブ９の受入れ側（一次側）のフランジ径のことをいうものとする。

即ち、ロータリーバルブ９の入口径に対して好適には２０〜７０％の内径を有する配管を一次側配管８に使用することでミキサー１０へのダスト供給量が安定化する。例えば、ロータリーバルブ９の入口径が１５０ｍｍの場合、一次側配管８の配管径を１５０ｍｍよりも１サイズ小さい１００ｍｍ或いは２サイズ小さい５０ｍｍとする。この一次側配管８の配管径がロータリーバルブ９の入口径に対して７０％を超えると、ミキサー１０に安定的にダストを供給するという効果が得られにくくなる。一方、２０％未満の場合、一次側配管８の内部で詰りが生じたり一次側配管８の上流側に設けられているホッパーなどのダストタンク７において棚張が生じたりする可能性が出てくる。なお、ダストタンク７での棚張の発生を抑えるため、ダストタンク７の形状を円錐形にすることが好ましい。

ミキサー１０へのダスト供給系を上記のように構成することによりダストタンク７に貯められたダストは一次側配管８からロータリーバルブ９を経て安定的にミキサー１０に供給され、よってミキサー１０での調湿及び混合で得られる湿潤ダストの生成量及び含水率の変動を抑えることができる。上記した本発明のブリケットの製造方法はニッケル酸化鉱石の製錬で使用されるロータリードライヤー１やロータリーキルン３から得られるダストからのブリケット作製に好ましく適用することができる。

これは、ニッケル酸化鉱石の製錬で扱うダストは微粉であって且つ濡れ性が低いため、吸湿し難い特性を有しており、よって安息角が常に極めて小さいいわゆる“さらさら”の状態にあるからである。即ち、通常の粉体であれば配管径を小さくすると配管内部で詰まる可能性が高まるが、上記したニッケル酸化鉱石の製錬におけるロータリードライヤーやロータリーキルンから排出されるダストは“さらさら”であり、更にこれを電気集塵機で集塵して回収したダストは“微粉”であるため、配管内部で詰まる可能性が極めて低く、よって配管径を小さくすることができるのである。

ミキサー１０で得られた湿潤ダストが後段の混練機１１で混錬される粉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、ブリケットマシン１２での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。具体的には圧潰強度が５ｋｇｆ／ｐ以上で、ブリケットサイズ＋１０ｍｍの歩留りが８５％以上のブリケットを得ることができる。粉鉱石添加の割合としては、混練物に対して０質量％を超え４０質量％以下が好ましく、２０〜３５質量％の範囲内であることがより好ましい。

上述した湿潤ダストの含水率及び／又は湿潤ダストとニッケル酸化鉱石との混合割合を変化させる際は、混練機１１の撹拌翼を回転駆動させる電動機の電流値（以下、混練機電流値とも称する）をモニタリングしながら、該電流値が変化前よりも大きくなるように周波数を下げること、即ち電動機の回転数を下げていくのが好ましい。これにより混練機１１内の滞留時間をより長く確保でき、よってより一層混練性の高い混練物を得ることができる。本発明では、ニッケル酸化鉱石に含まれる粘土鉱物の一つであるケイ酸塩鉱物をバインダーの代わりに使用するため、この粘土鉱物が粘りを増しながらダストと徐々に混合させることができる。

なお、撹拌翼の回転数を上げると混練物が細かく寸断されるだけで終わってしまうので撹拌翼の回転数を下げ、ゆっくりと混合させることで粘土鉱物の粘りを増加させながらダストを混ぜ込み、粉鉱石とダストが十分に混合された混練物を得ることができる。この場合、撹拌翼の回転数を下げるために電動機の周波数を下げていくと、電動機にかかるトルクが増加し、電動機の電流値が増加していくので、電動機がオーバーロードする手前で電流値の増加を留めておくことが好ましい。その際、混練機の電流値は所定の範囲内に維持することが望ましい。具体的な電流値の範囲は、混練機の電動機がオーバーロードしない範囲で適宜設定すればよい。

（参考例）
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ロータリーキルンからの排ガスを処理する排ガス処理設備でダストを回収してホッパーで一時的に貯留し、その下部に設けた入口径１５０Ａのロータリーバルブからダストを切り出してパグミル型ミキサーに供給した。ホッパーとロータリーバルブとを接続する一次側配管には口径５０Ａのものを用いた。そして、パグミル型ミキサーにおいてダストに工業用水を添加して湿潤ダストを作製し、得られた湿潤ダストを粉鉱石と共に有効容積３.６０ｍ^３のダウ・ミキサー（登録商標）に装入して混練物を生成した。

比較のため、ロータリーバルブの一次側配管の口径を１５０Ａにしたことを除いて上記と同様にして混練物を作製した。ダスト切出し量の変動を一次側配管の口径が５０Ａの場合と１５０Ａの場合とで比較したグラフを図３に示す。この図３の結果から、一次側配管の口径が１５０Ａの場合に比べて５０Ａの場合はダスト切出し量の標準偏差が小さく、安定していることがわかる。ダスト切出し量が安定することにより、パグミル型ミキサーでの水分添加量が安定し、湿潤ダストと粉鉱石とを均一に混合することができた。

（実施例１）
図１に示すようなブリケット製造装置を用いて４４ｍｍ角のブリケット試料を作製した。ロータリーバルブ９の一次側配管の口径は５０Ａとし、混練機には有効容積３.６０ｍ^３のダウ・ミキサー（登録商標）を用いた。その際、運転条件を様々に変えて、パグミル型ミキサー１０で生成した湿潤ダストの含水率が１５〜３０％、混練機１１で生成した混練物の含水率が１９.０〜２２.０質量％、混練物中の粉鉱石の比率が２０〜４０質量％の範囲内でそれぞれ異なる複数のブリケット試料を作製した。

得られた複数のブリケット試料の各々に対してＪＩＳ Ｚ ８８４１に基づいて１個当たりの圧潰強度及び＋１０ｍｍ歩留りを測定した。それらの結果を、混練機の電流値を横軸にとってプロットしたグラフを図４及び図５に示す。なお、図４及び図５には各ブリケット試料の作製時の混練機の周波数である４５Ｈｚ、５０Ｈｚ、又は６０Ｈｚが示されている。

これら図４及び図５のグラフから、混練機の電流値が高いほど圧潰強度及び＋１０ｍｍ歩留りを向上できることが分かる。具体的には、混練機の電流値を１１０Ａ以上とすることで、圧壊強度５ｋｇｆ／ｐ以上、ブリケットサイズ＋１０ｍｍの歩留り８５％以上の強度を有するブリケットを作製できることが分かる。また、混練機の周波数を下げるほどブリケットの圧潰強度及び＋１０ｍｍ歩留りが共に向上していることが分かる。これは、混練機の周波数を下げることで撹拌翼の回転速度が低下し、混練機内での混練物の滞留時間をより長時間確保することができるので、より均一に混練された混練物を得ることができたためと考えられる。

即ち、ロータリーバルブの一次側配管の口径を該ロータリーバルブの入口径よりも小さくし、混練機の電流値をモニタリングしながら含水率や粉鉱石の混合割合などの運転条件が変化した時は、変化前よりも電流値が大きくなるように周波数を下げることで混練機の撹拌翼の回転数を下げ、これにより混練機内の滞留時間を長く確保する事でより混練性の低下を抑えることができ、よってブリケットの圧壊強度や＋１０ｍｍ歩留りを安定的に維持できることが分かる。

（比較例１）
ロータリーバルブの一次側配管の口径を１５０Ａにしたことを除いて実施例１と同様にブリケット試料を作製した。その結果、パグミル型ミキサーへのダスト供給量がばらついたため、パグミル型ミキサーで作製した湿潤ダストの含水率が１２〜２２質量％、混練物の含水率が１７.５〜２３.５質量％となった。これらの水分がばらついたため、得られたブリケットは水分の高い部分と水分の低い部分が生じ、この水分の高い部分とこの水分の低い部分を境としてクラックが入り、圧壊強度５ｋｇｆ／ｐ以上、ブリケットサイズ＋１０ｍｍの歩留り８５％以上の条件を満たさないものが得られた。

１ ロータリードライヤー
２ 篩分手段
３ ロータリーキルン
４ 電気炉
５、６ 排ガス処理設備
７ ダストタンク
８ 一次側配管
９ ロータリーバルブ
１０ ミキサー
１１ 混練機
１２ ブリケットマシン
Ｓ１ ダストタンクでの貯留工程
Ｓ２ ロータリーバルブによる切り出し工程
Ｓ３ スクリューコンベアによる搬送工程
Ｓ４ パグミル型ミキサーによる調湿工程
Ｓ５ ダストベルトコンベアによる搬送工程
Ｓ６ 篩分手段による篩別工程
Ｓ７ 粉鉱石ベルトコンベアによる搬送工程
Ｓ８ 混練機による混練工程
Ｓ９ 混練物ベルトコンベアによる搬送工程
Ｓ１０ 混練物ホッパーでの貯留工程
Ｓ１１ 混練物ベルトフィーダーによる定量供給工程
Ｓ１２ ブリケットマシンによる成形工程

Claims (6)

1. ロータリーバルブから供給されるダストをミキサーで水と混合して湿潤ダストを生成し、得られた湿潤ダストを混練機で鉱石と混練して混練物を生成し、得られた混練物を成形機でブリケットに成形するブリケットの製造方法であって、前記ロータリーバルブの一次側配管径が該ロータリーバルブの入口径に対して絞られていることを特徴とするブリケットの製造方法。
2. 前記鉱石はニッケル酸化鉱石であり、前記ダストはフェロニッケルの製錬工程において得られたものであ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。
3. 前記湿潤ダストの含水率が１５〜３０質量％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のブリケットの製造方法。
4. 前記混練物の含水率が１９.０〜２２.０質量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブリケットの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法で作製したブリケットをロータリーキルンで乾燥及び還元することを特徴とするフェロニッケルの製錬方法。
6. ダストと水とを混合して湿潤ダストを生成するミキサーと、得られた湿潤ダストと鉱石とを混錬して混練物を生成する混練機と、得られた混練物をブリケットに成形する成形機とからなるブリケットの製造装置であって、前記ミキサーに前記ダストを供給するロータリーバルブの一次側配管径が該ロータリーバルブの入口径に対して絞られていることを特徴とするブリケットの製造装置。

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