JP6900699B2

JP6900699B2 - ニッケル酸化鉱の製錬方法

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Publication number: JP6900699B2
Application number: JP2017025806A
Authority: JP
Inventors: 高橋　純一; 純一高橋; 岡田　修二; 修二岡田; 幸弘合田
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2037-02-15
Also published as: JP2018131652A

Description

本発明は、ニッケル酸化鉱の製錬方法に関し、より詳しくは、原料鉱石であるニッケル酸化鉱からペレットを形成し、そのペレットを製錬炉にて還元加熱することによって製錬する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鉄−ニッケル合金（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。

ニッケル酸化鉱の乾式製錬としては、ロータリーキルンにて焙焼を行い、その後電気炉にて焼鉱を熔融することでフェロニッケルメタルを得るとともにスラグを分離する処理が一般的に行われている。このとき、鉄の一部をスラグに残留させることによって、フェロニッケルメタル中のニッケル濃度を高濃度に保っている。しかしながら、ニッケル酸化鉱の全量を熔融してスラグとフェロニッケルとを生成させる必要があることから、多大な電気エネルギーを必要とするという欠点を有している。

ここで、特許文献１には、ロータリーキルンにニッケル酸化鉱と還元剤（無煙炭）とを投入して半熔融状態で還元することによって、ニッケルと鉄の一部をメタルまで還元した後に、比重分離や磁選によってフェロニッケルを回収する方法が提案されている。この方法によれば、電気を用いた熔融を行わずにフェロニッケルメタルを得ることができるため、消費エネルギーが小さいという利点を有する。しかしながら、半熔融状態での還元であるため、生成するメタルが小粒で分散してしまい、また比重分離や磁選分離でのロス分と相まって、ニッケルメタルの収率が相対的に低くなるという問題がある。

また、特許文献２には、移動炉床炉を利用してフェロニッケルを製造する方法が開示されている。この文献には、酸化ニッケル及び酸化鉄を含有する原料と炭素質還元剤とを混合してペレットを形成し、その混合物を移動炉床炉内で加熱還元して還元混合物を得るというものであり、その還元混合物を別の炉で熔融することによってフェロニッケルを得ることが示されている。もしくは、移動炉床炉内でスラグとメタルの両方、または一方を熔融させることが示されている。しかしながら、還元混合物を別の炉で熔融させることは、電気炉での熔融プロセスと同様に多大なエネルギーを必要とする。また、炉内で熔融させた場合には、熔融したスラグやメタルが炉床と融着してしまい、炉外への排出が困難になるという問題がある。

このような問題を解決する方策、すなわち熔融してもスラグやメタルが炉床に付着（以下、「融着」ともいう）しないようにするために、例えば、炉床の上に石炭を敷き、その上にペレットを載置するという方法が採られている。この方式によれば、熔融時の付着を防ぐことができる。

さて、フェロニッケルを販売する際には、そのフェロニッケル中のニッケル品位が高い方が好ましい。ところが、ニッケル酸化鉱中に含まれるニッケルと鉄を全量還元すると、例えば、ニッケル酸化鉱の１つであるリモナイトでは得られるフェロニッケル中のニッケル品位は３％未満と低くなる。高いニッケル品位を有するフェロニッケルを得るためには、鉄の一部を酸化物のまま残留させてメタル化させないことが必要となる。

特公平０１−２１８５５号公報特開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、ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、そのペレットを製錬炉にて還元加熱することによって鉄−ニッケル合金を得るニッケル酸化鉱の製錬方法において、製錬工程（還元工程）での製錬反応を効果的に進行させて、高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を安定的に得ることができる製錬方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の第１の発明は、ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、該ペレットを還元加熱することによって、鉄−ニッケル合金を得るニッケル酸化鉱石の製錬方法であって、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製錬炉にて還元加熱する還元工程と、前記還元工程を経て得られたペレットをスラグとメタルとに分離する分離工程とを有し、前記ペレット製造工程では、少なくとも、前記ニッケル酸化鉱と、炭素質還元剤とを含む原料を混合して混合物とし、該混合物を塊状化してペレットを形成し、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、金属製の炉床を有する製錬炉の該炉床上に載置した状態にして１０００℃以上１３５０℃以下の還元温度で還元加熱処理を施す、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記還元工程において、還元温度を１０００℃以上１１５０℃未満とした場合には、５分以上１２０分以下、還元温度を１１５０℃以上１２００℃未満とした場合には、５分以上９０分以下、還元温度を１２００℃以上１２５０℃未満とした場合には、２分以上６０分以下、還元温度を１２５０℃以上１３５０℃以下とした場合には、２分以上３０分以下、に処理時間を制御して還元加熱処理を施す、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（３）本発明の第３の発明は、第１の発明において、前記金属製炉床の金属がニッケルである、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（４）本発明の第４の発明は、第１の発明において、前記ペレットを前記製錬炉に装入する際の温度を６００℃以下とする、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（５）本発明の第５の発明は、第１の発明において、前記ペレット製造工程では、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、該ペレット内に含まれる酸化第二鉄を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との合計値を１００％としたときに、５％以上６０％以下の炭素量の割合となるように前記炭素質還元剤の混合量を調整する、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（６）本発明の第６の発明は、第１の発明において、ペレットを還元加熱することによって得られる、ニッケルの鉄−ニッケル合金への回収率が９０％以上で、かつ、該鉄−ニッケル合金のニッケル品位が４％以上である、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（７）本発明の第７の発明は、第１の発明において、前記還元工程における還元加熱後のペレットを再加熱する再加熱工程をさらに有し、前記再加熱工程では、還元加熱後のペレットを、前記還元工程での還元温度以上の温度で再加熱し、前記再加熱工程における再加熱後のペレットを前記分離工程に付する、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（８）本発明の第８の発明は、第７の発明において、前記再加熱工程では、再加熱処理の温度を１２００℃以上１５００℃以下とする、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（９）本発明の第９の発明は、第７の発明において、前記ペレット製造工程にて形成した前記ペレットを前記製錬炉としての移動炉床炉内に載置し、前記還元加熱処理と前記再加熱処理とを、該移動炉床炉を使用して連続的に行う、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（１０）本発明の第１０の発明は、第９の発明において、前記移動炉床炉を使用して、前記ペレットに含まれる結晶水を除去する工程と、前記還元工程における還元温度まで炉内を昇温する工程と、前記還元工程と、前記再加熱温度における再加熱温度まで炉内を昇温する工程と、前記再加熱工程と、再加熱処理後のペレットを所定の温度まで冷却する工程と、のそれぞれの処理を連続的に行う、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（１１）本発明の第１１の発明は、第７の発明において、前記還元工程では、雰囲気中の酸素分圧（ＰＯ_２）、一酸化炭素分圧（ＰＣＯ）、及び二酸化炭素分圧（ＰＣＯ_２）のいずれか１つ以上のガス分圧を連続的に測定し、該ガス分圧の測定値が急激に上昇した後に直ちに前記再加熱工程での再加熱処理を行う、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（１２）本発明の第１２の発明は、ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、該ペレットを還元加熱することによって、鉄−ニッケル合金を得るニッケル酸化鉱石の製錬方法であって、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製錬炉にて還元加熱する還元工程と、還元加熱後のペレットを再加熱する再加熱工程と、前記再加熱工程を経て得られたペレットをスラグとメタルとに分離する分離工程とを有し、前記ペレット製造工程では、少なくとも、前記ニッケル酸化鉱と、炭素質還元剤とを含む原料を混合して混合物とし、該混合物を塊状化してペレットを形成し、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製錬炉に装入するにあたり、該製錬炉の炉床を覆うように炉床炭素質還元剤を敷き、該炉床炭素質還元剤の上に該ペレットを載置した状態にして還元加熱処理を施し、前記再加熱工程では、還元加熱後のペレットを、前記還元工程での還元温度以上の温度で再加熱する、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。

（１３）本発明の第１３の発明は、第１２の発明において、前記還元工程において、前記製錬炉の炉床上に敷く炉床炭素質還元剤の量を、下記のように定義される化学当量の合計値を１００％としたときに、２０％以上１００％以下の炭素量の割合となるように調整する、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。（ただし、化学当量の合計値とは、前記ペレット製造工程にて形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、該ペレット内に含まれる酸化第二鉄を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との合計値をいう。）

本発明によれば、還元反応を効果的に進行させることができ、高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を効果的に得ることができる。また、ペレットの融着を防止しながら、安定的に高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を効果的に得ることができる。

ニッケル酸化鉱の製錬方法の流れの一例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の一例を示す処理フロー図である。金属のエリンガム図である。還元工程において還元加熱処理を施したときのペレットにおける還元反応の様子を模式的に示す図である。再加熱工程において還元加熱後のペレットに対して再加熱処理を施したときの様子を模式的に示す図である。移動炉床炉としての回転炉床炉の構成の一例を示す図である。還元加熱処理の処理経過時間に対する、炉内温度と、炉内雰囲気中の酸素分圧の測定値を示すグラフ図であり、（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ、ペレット中の炭素質還元剤の量を化学当量の合計値１００％に対して、２０％、３０％、４０％、６０％、１００％としたときの測定値を示す図である。

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。また、本明細書において、「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ、Ｙは任意の数値）との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」の意味である。

≪１．ニッケル酸化鉱の製錬方法≫
本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法は、原料鉱石である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、ニッケルの鉄−ニッケル合金への回収率が９０％以上で、ニッケル品位が例えば４％以上である鉄−ニッケル合金（以下では、「フェロニッケル」ともいう）を得るものである。

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、そのペレット中のニッケルと鉄を還元処理することで鉄−ニッケル合金のメタルを生成させ、さらに、そのメタル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。

具体的に、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法は、図１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を分離してメタルを回収する分離工程Ｓ４とを有する。また、図１に示すように、還元工程Ｓ２での還元加熱後のペレットを所定の温度で再加熱する再加熱工程Ｓ３をさらに有することが好ましく、この場合、再加熱後のペレットが分離工程Ｓ４に付される。なお、分離回収したメタルを熔融してフェロニッケルを熔融物とする熔融工程を有していてもよい。

＜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の一例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。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のほか、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。

原料鉱石であ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。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。

ここで、本実施の形態においては、ペレットを製造するにあたり、所定量の炭素質還元剤を混合して混合物とし、その混合物によりペレットを形成する。炭素質還元剤としては、特に限定されないが、例えば、石炭粉、コークス粉等が挙げられる。なお、この炭素質還元剤は、原料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、炭素質還元剤の混合量としては、例えば、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルの全量をニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレット内に含まれる酸化第二鉄を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との両者の合計値（便宜的に「化学当量の合計値」ともいう）を１００％としたときに、５％以上６０％以下の炭素量の割合となるように調整することができる。

このように、炭素質還元剤の混合量を所定の割合、すなわち上述とした化学当量の合計値１００％に対して５％以上６０％以下の割合の炭素量となるように調整してペレットを製造することで、詳しくは後述するが、次の還元工程Ｓ２における還元加熱処理において、より効果的に、３価の鉄酸化物を２価の鉄酸化物に還元するとともにニッケル酸化物をメタル化し、さらに２価の鉄酸化物をメタルに還元させてメタルシェルを形成させることができ、その一方で、シェルの中に含まれる鉄酸化物の一部を酸化物として残留させるといった部分還元処理を施すことができるようになる。

これにより、より効果的に、１個のペレット中において、例えば４％以上の高いニッケル品位を有し、しかもニッケルのフェロニッケルへの回収率が９０％以上であるフェロニッケルメタル（メタル）と、フェロニッケルスラグ（スラグ）とを分けて生成させることができる。

（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１にて得られた混合物に、塊状化に必要な水分を添加して、例えば転動造粒機、圧縮成形機、押出成形機などの塊状物製造装置等を使用し、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、予熱処理を経て、還元工程Ｓ２における製錬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には、水分（結晶水）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１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％）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。

ペレット製造工程Ｓ１においては、上述したように原料鉱石であるニッケル酸化鉱を含む原料粉末を混合させ、得られた混合物をペレット状に造粒（塊状化）し、それを乾燥させることによってペレットを製造する。このとき、原料粉末の混合に際しては、上述したように組成に応じて炭素質還元剤を混合し、その混合物を用いてペレットを製造する。得られるペレットの大きさとしては、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％以下程度となる強度を有するペレットが製造される。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。

このペレット製造工程Ｓ１においては、さらに、上述した乾燥処理工程Ｓ１３にて乾燥処理を施した塊状物であるペレットを所定の温度に予熱処理する予熱処理工程を設けるようにしてもよい。このように、乾燥処理後の塊状物に対して予熱処理を施してペレットを製造することで、還元工程Ｓ２にてペレットを例えば１３００℃程度の高い温度で還元加熱する際にも、ヒートショックによるペレットの割れ（破壊、崩壊）をより効果的に抑制することができる。例えば、製錬炉に装入した全ペレットのうちの崩壊するペレットの割合を僅かな割合とすることができ、ペレットの形状をより効果的に維持することができる。

具体的に、予熱処理においては、乾燥処理後のペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理する。また、好ましくは４００℃〜５５０℃の温度に予熱処理する。このように、３５０℃〜６００℃、好ましくは４００℃〜５５０℃の温度に予熱処理することによって、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、例えば１３００℃程度の製錬炉に装入して急激に温度を上昇させた場合であっても、その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、このような予熱処理を施すことによって、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。なお、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塊状物の大きさに応じて適宜調整すればよいが、得られるペレットの大きさが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となる通常の大きさの塊状物であれば、１０分〜６０分程度の処理時間とすることができる。

なお、詳しくは後述するが、ニッケル酸化鉱の製錬方法を、移動炉床炉を用いて行う場合には、移動炉床炉内にペレット（塊状物）を載置させた後、その移動炉床炉内にて乾燥処理（乾燥処理工程Ｓ１３）を施し、その後連続的に還元加熱処理（還元工程Ｓ２）を施すようすることができる。また、乾燥処理工程Ｓ１３を経て得られたペレットに対して予熱処理を施す場合でも、連続的に処理を実行することができる。

＜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で還元加熱する。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（還元反応）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、所定の温度に加熱した製錬炉に装入することによって還元加熱する。

ペレットを製錬炉内に装入する際における温度としては、特に限定されないが、６００℃以下であることが好ましい。また、炭素質還元剤が燃えてしまう可能性をより効率的に抑制する観点から、５５０℃以下とすることがより好ましい。

ペレットを製錬炉内に装入する際の温度が６００℃を超えると、ペレットに含まれる炭素質還元剤の燃焼が始まってしまう可能性がある。一方で、連続的に還元加熱処理を施すプロセスの場合には、温度を下げすぎると昇温コストの点で不利になるため、下限値としては特に限定されないが５００℃以上とすることが好ましい。なお、ペレットの装入時における温度を上述した温度に制御しない場合であっても、燃焼や焼結の影響が生じないほどの短時間でペレットを製錬炉内に装入すれば、特に問題はない。

（製錬炉について）
さて、本実施の形態においては、ペレット製造工程Ｓ１で得られたペレットを製錬炉にて処理するにあたって、金属製の炉床を有する製錬炉のその炉床の上にペレットを載置し、その状態で還元加熱処理を施すようにする。金属製の炉床を構成する金属としては、例えば、ニッケルやコバルトを使用することができる。

製錬炉としては、アルミナや煉瓦などのセラミックスからなる炉床を有するものあるが、例えばセラミックスからなる炉床を有する製錬炉で還元加熱処理した場合、ペレット中のスラグ成分との濡れ性が両者とも酸化物であるが故に高く、ニッケルメタルの還元を促進させる条件下では融着が進行してしまい、そのため、還元反応後にペレットが炉床から剥離できなくなってしまう。これに対して、金属製の炉床を有する製錬炉を用い、その炉床上にペレットを載置して還元加熱処理することにより、還元加熱処理後のペレットが炉床に融着することを防止できるとともに、得られるメタル中のニッケル品位のばらつきを抑制することができる。

また、金属製の炉床を有する製錬炉を用い、その炉床上にペレットを載置して還元加熱処理する方法によれば、鉄の還元を抑制することができ、得られるメタル中のニッケル品位をより有効に高めることができる。

上述したように、金属製の炉床のその材料（以下、「床敷き材」ともいう）としては、還元処理の処理温度で熔融しない金属あるいは合金である限り限定されず、例えばニッケルやコバルトを例示できるが、その中でもニッケルメタルであることが特に好ましい。

ここで、図３に、金属のエリンガム図を示す。図３に示すエリンガム図では、上部に位置するものほど還元され難いことを示すものである。例えば、ペレット中の主成分である鉄をメタル化する際に、処理温度が例えば１３００℃であれば（図３中に点線で示す温度ライン）、鉄の２価から０価への還元あるいは鉄の３価から２価への還元において、それより酸化されやすいメタルでは、鉄の酸化物との酸素の置換が生じ、床敷き材が酸化されて消耗するという現象が生じる。図３に示すように、例えば処理温度１３５０℃においては、『４Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｏ_２→６Ｆｅ_３Ｏ_４』の反応を避けることはできないものの、その他の鉄の還元反応を見ると、例えば銅、鉛、ニッケル、コバルトであれば鉄との酸素の置換を避けることができることが分かる。

なお、銅や鉛は、いずれも融点がニッケルよりも著しく低いことから、処理温度条件によっては還元反応時に熔融してしまう可能性がある。また、コバルトは、例えば１２００℃を超えるあたりから鉄との酸素の置換が始まる可能性があるため、処理温度条件をより適切に調整することが必要となる。このような理由からしても、上述した金属の中でも、ニッケルメタルを床敷き材として使用することが特に好ましい。

（還元温度について）
ニッケルメタル等の金属製の炉床上にペレットを載置した状態で還元加熱処理を施すに際しては、１０００℃以上１３５０℃以下の還元温度で処理する。このような範囲の還元温度で処理することにより、得られるメタル中のニッケル品位を４％以上の高品位とすることができ、しかもニッケルのメタルへの回収率を９０％以上の高い割合とすることができる。

還元加熱処理における還元温度が１０００℃未満であると、ニッケルのメタルへの還元速度が遅くなり、実用的な操業時間内ではニッケルの回収率が低くなるという問題が発生する。したがって、還元温度の下限値としては、１０００℃以上とする。

また、還元温度が１３５０℃を超えると、ニッケル酸化鉱の組成に関わらずスラグが熔融することが殆どとなり、鉄のメタルへの還元を抑制することが困難となる。さらに、例えば、炭素質還元剤により還元雰囲気を保持すると、炉床の金属、例えばニッケルメタルへの浸炭が生じやすくなり、これにより、炉床の金属として用いたニッケルメタルの熔融温度が１３６０℃〜１３８０℃付近まで下がるため、それ以上の温度では炉床の金属の熔融が生じてペレットを保持できなくなる事態が生じることがある。ところが、実操業では、炉内へのリークエアーによる、ペレットに含まれる石炭等の炭素質還元剤の消耗を防ぐために、バーナーを僅かに不完全燃焼状態にする、あるいは石炭等の炭素質還元剤を共存させる等の対策が必要となるため、やむを得ず炭素質が共存することになり、炉床の金属であるニッケルへの浸炭は避けられない。したがって、これらの状況に基づいて、炉内の温度のばらつきと、熔融温度近傍ではメタルが軟化することを考慮すると、還元温度の上限値としては１３５０℃以下とすることが好ましい。これにより、高ニッケル品位のメタルを製造することができる。

（還元温度と還元処理時間について）
また、上述した好ましい還元温度の範囲、すなわち１０００℃以上１３５０℃以下の還元温度で処理するにあたっては、例えば鉄のメタルへの還元を考慮しながら適宜決定することが好ましく、特に、その所定の還元温度に応じた特定の処理時間で還元加熱処理を施すことがより好ましい。

ペレットを金属製の床敷き材に保持し、例えば、還元温度１３５０℃として長時間にわたって還元加熱処理を施すと、ペレット表面で還元されたニッケルや鉄のメタルと床敷き材との焼結が進行していき、床敷き材からの剥離が困難になることがある。還元加熱後のペレットを剥離できずにその一部が床敷き材上に残存してしまうと、金属の回収率が低下するばかりでなく、その残存部分にはよりペレットが付着しやすくなるため、加速度的にペレット収率、すなわちニッケルの回収率が低下する。そして、このことにより、床敷き材の交換頻度が増し、コストを圧迫するという問題が生じる。

本発明者らは、鋭意検討を重ね、還元温度と還元処理時間との相関関係を考慮した結果、以下のような還元温度及び還元処理時間の関係でもって金属製の炉床上に載置させたペレットに対して処理を施すことで、より効果的に、ペレットの炉床への融着を防ぐことができるとともに、高いニッケル品位のメタルが得られることを見出した。

すなわち、好ましくは、還元温度を１０００℃以上１１５０℃未満とした場合には、５分以上１２０分以下、還元温度を１１５０℃以上１２００℃未満とした場合には、５分以上９０以下、還元温度を１２００℃以上１２５０℃未満とした場合には、２分以上６０分以下、還元温度を１２５０℃以上１３５０℃以下とした場合には、２分以上３０分以下の還元処理時間で還元加熱処理を施す。これによれば、ペレット表面で還元されたニッケルや鉄のメタルと床敷き材との焼結を有効に抑えることができ、容易に剥離することができ、床敷き材への残留を防ぐことができる。

具体的に、還元温度を１０００℃以上１１５０℃未満とした場合、還元処理時間が５分未満であると、ニッケルの還元が不十分となり、一方で、１２０分を超えると、ペレットと床敷き材との融着はほとんど起こらないものの、ニッケルの還元はほぼ終了しているため、それ以上のニッケル実収率の向上効果は得られない可能性がある。

また、還元温度を１１５０℃以上１２００℃未満とした場合、還元処理時間が５分未満であると、ニッケルの還元が不十分となり、一方で、９０分を超えると、ペレットと床敷き材との融着が起こってしまう可能性がある。

また、還元温度を１２００℃以上１２５０℃未満とした場合、還元処理時間が２分未満であると、ニッケルの還元が不十分となり、一方で、６０分を超えると、ペレットと床敷き材との融着が起こってしまう可能性がある。

また、還元温度を１２５０℃以上１３５０℃以下とした場合、還元処理時間が２分未満であると、ニッケルの還元が不十分となり、一方で、３０分を超えると、ペレットと床敷き材との融着が起こってしまう可能性がある。

このように、ニッケルメタル等の金属製の炉床上にペレットを載置した状態で、所定の還元温度及び還元処理時間に制御して還元加熱処理を施すことによって、より効果的にペレットの炉床への融着を防ぐことができ、例えば４％以上の高いニッケル品位を有するフェロニッケルを得ることができる。また、ニッケルのメタルへの回収率も高い割合とすることができる。

（ペレットにおける還元反応について）
ここで、図４に、還元工程Ｓ２において還元加熱処理を施したときのペレットにおける還元反応の様子を模式的に示す。図４の模式図において、符号「１０」は金属製の炉床を示し、符号「１５」はペレットに含まれる炭素質還元剤を示し、符号「２０」はペレットを示す。また、符号「３０」はメタルシェルを示し、符号「４０」はメタル粒を示し、符号「５０」はスラグを示す。

先ず、本実施の形態においては、上述したように、金属製の炉床１０を有する製錬炉を使用して、その金属製炉床１０上にペレット２０を載置して、その状態で還元加熱処理を開始する。この還元加熱処理では、ペレット２０の表面（表層部）２０ａから熱が伝わり、ペレット２０に含まれる炭素質還元剤１５に基づいて、例えば下記反応式（ｉ）に示すような還元反応が進む（図４（Ａ））。
Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｃ → Ｆｅ_３Ｏ_４＋ＣＯ・・・（ｉ）

ペレット２０の表層部２０ａにおける還元が進行してＦｅＯまでの還元が進むと（Ｆｅ_３Ｏ_４＋Ｃ→ＦｅＯ＋ＣＯ）、ＮｉＯ−ＳｉＯ_２として結合していたニッケル酸化物（ＮｉＯ）とＦｅＯとの置換が進み、その表層部２０ａにおいて例えば下記反応式（ｉｉ）で示すようなＮｉの還元が始まる（図４（Ｂ））。そして、外部からの熱伝播と共に、このＮｉの還元反応と同様の反応が次第に内部においても進行していく。
ＮｉＯ＋ＣＯ → Ｎｉ＋ＣＯ_２・・・（ｉｉ）

このようにして、ペレット２０の表層部２０ａにおいてニッケル酸化物の還元反応と共に、例えば下記反応式（ｉｉｉ）に示すような鉄酸化物の還元反応が進行していくことにより、例えば数分程度の僅かな時間で、その表層部２０ａにおいてメタル化が進んで鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）となり、メタルの殻（メタルシェル）３０が形成されていく（図４（Ｃ））。なお、この段階で形成されているメタルシェル３０は薄く、ＣＯ／ＣＯ_２ガスは容易に通過するため、外部からの熱伝播と共に次第に内部への反応が進行していくことになる。
ＦｅＯ＋ＣＯ → Ｆｅ＋ＣＯ_２・・・（ｉｉｉ）

内部への反応の進行によりペレット２０の表層部２０ａにおけるメタルシェル３０が次第に厚くなると、ペレット２０の内部２０ｂが徐々にＣＯガスで充満していく。すると、ペレット２０の内部２０ｂにおける還元雰囲気が高まり、ＮｉとＦｅのメタル化が進行してメタル粒４０が生成する（図４（Ｄ））。一方で、そのメタルシェル３０の内側、すなわちペレット２０の内部２０ｂでは、ペレット２０に含まれるスラグ成分が徐々に熔融して液相（半熔融状態）のスラグ５０が生成する。

ペレット２０に含まれる炭素質還元剤１５が消費され尽くすと、Ｆｅのメタル化が止まり、メタル化しなかったＦｅはＦｅＯ（一部はＦｅ_３Ｏ_４）の形態で残留し、またメタルシェル３０の内側の半熔融状態のスラグ５０は半熔融のままで留まるか、全熔融する。

このようにして、メタル粒４０が、熔融したスラグ５０内に分散した状態で回収され、粉砕等の処理の後に磁選処理等によりスラグを分離することで、フェロニッケルを得ることができる。

以上のように、ペレット中に混合させた炭素質還元剤により、３価の鉄酸化物を２価の鉄酸化物に還元させるとともにニッケル酸化物をメタル化し、さらに２価の鉄酸化物をメタルに還元させていき、メタルシェルとメタル粒とを形成させることができる。

そして特に、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法では、ニッケル等の金属製の炉床を有する製錬炉を使用し、その金属製の炉床上にペレットを載置した状態で還元加熱処理を施していることにより、処理後にペレットが炉床に融着することを防止できるとともに、得られるメタル中のニッケル品位のばらつきを抑制することができる。また、好ましくは、その還元温度を１０００℃以上１３５０℃以下の範囲とすることで、得られるフェロニッケルメタル中のニッケル品位を４％以上の高品位とすることができるとともに、ニッケル回収率も９０％以上の高い割合とすることができる。

さらに、ペレット中に混合する炭素質還元剤の量を所定の割合、すなわち、炭素質還元剤の混合量を上述した化学当量の合計値１００％に対して５％以上６０％以下の割合の炭素量となるように調整し、それを他の原料と混合してペレットを製造することで、還元反応において、形成されたメタルシェルの中における鉄酸化物の全量を還元させずに、いわゆる部分還元させて一部を酸化物として残留させることができる。これにより、１個のペレット中では、より一層にニッケル品位が高く、しかも高いニッケル回収率でフェロニッケルメタルを生成させることができる。

なお、ペレット中のスラグは半熔融状態、あるいは熔融しているが、分かれ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。

（他の実施態様）
他の実施態様として、ペレット製造工程Ｓ１で得られたペレットを製錬炉内に装入するにあたり、製錬炉の炉床を覆うように炭素質還元剤（以下、この炭素質還元剤を「炉床炭素質還元剤」という）を敷き、その炉床炭素質還元剤の上にペレットを載置し、その状態で還元加熱処理を施すようにしてもよい。なお、この場合、金属製の炉床を有する製錬炉でなくてもよい。

このような方法によっても、還元加熱後のペレットが炉床に融着することを防止することができ、その炉床から容易に還元加熱後のペレットを剥離することができる。

炉床へのペレットの融着防止を目的として炉床上に敷く炉床炭素質還元剤の量としては、特に限定されないが、炉内へのリークエアーによる炭素の消耗等を考慮して、上述した化学当量の合計値１００％に対して２０％以上１００％以下の割合の炭素量となるように調整することが好ましい。炉床炭素質還元剤の量が、化学当量の合計値１００％に対して２０％未満の炭素量となる量であると、その炉床炭素質還元剤の量で炉床の全面を覆うように敷くことが難しくなることがある。一方で、炉床炭素質還元剤の量が、化学当量の合計値１００％に対して１００％を超える炭素量となる量であると、還元度が高くなるため、ペレット中の鉄の還元が進んで、得られるフェロニッケルのニッケル品位が低下する可能性がある。

ここで、製錬炉の炉床を覆うように炉床炭素質還元剤を敷き、その炉床炭素質還元剤上にペレットを載置して還元加熱するという方法の場合、上述のように、ペレットの炉床への融着を効果的に防ぐことができるものの、その炉床炭素質還元剤によって、ペレット内部のニッケルのみならず鉄の還元も進行することがあり、ペレットとその炉床炭素質還元剤との接触の仕方で還元の進み方が変わって還元度の制御が困難になることがある。例えば、炭素質還元剤として石炭を敷き詰めた場合、ペレットが半分ほど石炭に埋もれた場合と、ペレットと石炭とが点接触に近い状態で接触した場合とでは、明らかにペレットが石炭に埋もれた場合の方の鉄のメタル化の割合が高くなり、ペレット中に生成する金属中のニッケル品位が低くなることがある。

したがって、製錬炉の炉床を覆うように炉床炭素質還元剤を敷き、その炉床炭素質還元剤上にペレットを載置して還元加熱するという方法を採用する場合には、詳しくは後述する再加熱工程を実行し、還元加熱後のペレットに対して再加熱処理を施すことが好ましい。このように、還元工程における加熱と、再加熱工程における再加熱との２段階の加熱処理を行うことによって、鉄の還元を抑制しながら、ニッケルのメタルへの回収率を高めるとともに、ニッケル品位の高いフェロニッケルを得ることができる。

＜１−３．再加熱工程＞
再加熱工程Ｓ３では、還元工程Ｓ２において還元加熱処理が施されたペレット（還元加熱後のペレット）に対して、所定の温度で再加熱処理を施す。必須の態様ではないが、還元加熱後のペレットに対して再加熱処理を施すことにより、より一層にニッケルのメタルへの回収率を高めるとともに、ニッケル品位の高いフェロニッケルを得ることができる。

ここで、上述したように、還元工程Ｓ２での還元加熱処理においては、還元温度を高くし過ぎるとペレット中のスラグが熔融して液相になってしまうことがある。ところが、液相が存在する状況下では、鉄がメタル化する速度（還元速度）が上昇するため、その鉄の還元の制御が困難となり、メタル中のニッケル品位が低下しやすくなる。また、製錬炉内でのペレットの融着を防ぐために炉床炭素質還元剤を敷いて還元加熱すると、敷き詰めた炉床炭素質還元剤により、より一層に、ニッケルだけでなく鉄の還元も進行することになり、鉄の還元度の制御が困難になる。

本発明者らは、このような問題に対して、ペレットに対する加熱処理を２段階で行うことが有効であることを見出した。すなわち、１段目として還元工程Ｓ２にて還元加熱処理を行い、２段目として還元加熱後のペレットを再加熱してメタル粒子径の増大を図る。このことにより、鉄の還元を抑制しながら、ニッケルのメタルへの回収率を高めるとともに、ニッケル品位の高いフェロニッケルを得ることができる。

還元工程Ｓ２における還元加熱処理の温度、すなわち、１段目の加熱処理の温度（還元温度）としては、上述したように、スラグを固相のまま、あるいは半熔融状態で保持することができるようにする観点から、１０００℃以上１３５０℃以下の範囲であることが好ましい。このような温度で還元加熱処理を施すことにより、鉄のメタルへの還元速度を制御しやすい状態に保持することができる。一方で、１０００℃以上１３５０℃以下の温度で還元して得られたメタルは、細かい粒子状であって、固体あるいは半熔融状態のスラグ中に分散しており、後述する分離工程Ｓ４でメタル相を分離して回収するにあたって、メタル相を高い収率で得ることが困難となることがある。

そこで、その問題を解決するために、２段目の加熱処理として、この再加熱工程Ｓ３において還元加熱後のペレットに対し所定の温度で再加熱処理を施す。このような再加熱処理により、スラグを半熔融状態あるいは熔融状態に保つようにし、分散していた細かい粒子状のメタルを結合させるとともに沈降させ、粒子径の大きなメタル粒とする。その結果、メタルをより回収しやすい状態にすることができ、また、ニッケルの品位を高めることができる。

再加熱工程Ｓ３における再加熱処理の温度、すなわち、２段目の加熱処理の温度としては、１段目の加熱処理である還元工程Ｓ２での還元加熱の温度以上の温度とする。より好ましくは、還元温度以上であって、１２００℃以上１５００℃以下の温度で再加熱する。このような温度で還元加熱後のペレットを再加熱することにより、より効果的に、分散したメタル粒を結合させて粒子径の大きなメタル粒を生成させることができる。

再加熱温度が還元温度以上であっても、再加熱温度が１２００℃未満であると、スラグの熔融が効率的に進まずに十分な効果が得られない可能性がある。一方で、再加熱温度が１５００℃を超えると、スラグの熔融に必要な熱エネルギーに対して過剰な温度範囲となり、コスト等の観点から効率的な処理ができなくなる。したがって、再加熱温度としては、還元温度以上であって、１２００℃以上１５００℃以下の温度範囲がより好ましい。

再加熱工程Ｓ３における再加熱処理の処理時間、すなわち再加熱時間としては、上述した還元工程Ｓ２における還元温度や、再加熱処理温度に応じて、鉄のメタルへの還元を考慮しながら、適宜決定することができる。

図５は、還元工程Ｓ２において還元加熱処理を施したときのペレットにおける還元反応の様子と、再加熱工程Ｓ３において還元加熱後のペレットに対して再加熱処理を施したときの様子を模式的に示す図である。図５の模式図において、符号「１０」は金属製の炉床、あるいは、製錬炉の炉床に敷いた炉床炭素質還元剤を示す。また、符号「１５」はペレットに含まれる炭素質還元剤を示し、符号「２０」はペレットを示す。また、符号「３０」はメタルシェルを示し、符号「４０」「４０ａ」はメタル粒を示し、符号「５０」はスラグを示す。また、符号「６０」は再加熱処理により半熔融状態あるいは熔融状態となったスラグを示す。

なお、図５の模式図について、還元工程Ｓ２にて還元加熱処理を施したときのペレットにおける還元反応の様子までの説明（図５（Ａ）〜（Ｄ））は、上述した説明（図４を用いた説明）と同様であるため、ここでは省略する。

図５（Ｅ）に示すように、還元加熱処理を施して得られたペレット（還元加熱後のペレット）に対して、所定の温度、具体的には還元温度以上の温度で再加熱処理を施すと、スラグ５０の熔融が進行して半熔融状態あるいは熔融状態のスラグ６０となり、その状態が保たれる。そして同時に、この再加熱処理により、スラグ５０中に分散していた細かい粒径のメタル粒４０同士が結合し、熔融状態のスラグ６０中を沈降して、大きな粒径のメタル粒４０ａとなる。

このようにして、大きな粒径のメタル粒４０ａが、熔融したスラグ６０内の下部に沈降した状態で回収され、粉砕等の処理の後に磁選処理等によりスラグ６０を分離することで、フェロニッケルメタルを得ることができる。

以上のように、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法では、好ましくは、再加熱工程Ｓ３として還元加熱後のペレットを再加熱処理するという、いわゆる２段階の加熱処理を施すことにより、鉄のメタル化を効果的に防いでニッケル品位の高いフェロニッケルメタルを得ることができる。具体的には、ニッケル品位を４％以上の高品位とすることができるとともに、ニッケル回収率も９０％以上の高い割合とすることができる。さらに、メタル粒の粒径も大きくすることができるため、スラグとの分離も容易となる。

＜１−４．分離工程＞
分離工程Ｓ４では、還元工程Ｓ２を経て得られたメタルとスラグとを分離してメタルを回収する。なお、還元工程Ｓ２に続いて、再加熱工程Ｓ３として還元加熱後のペレットに再加熱処理を施した場合には、その再加熱処理後に得られた混合物（ペレット）からメタルを分離して回収する。

具体的には、ペレットに対する還元加熱処理又はその後の再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。なお、上述したように、還元加熱処理又は再加熱処理を経て熔融して液相となったスラグは、冷却によって固相となり、メタル固相とは別相として存在する。

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、粗砕あるいは粉砕後に篩い分けによって大粒径のメタルを分離する方法のほか、比重による分離や、磁力による分離等の方法を利用することができる。得られたメタル相とスラグ相とは、濡れ性が悪いことから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．移動炉床炉を使用した製錬方法≫
本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法では、上述したように、ペレット製造工程Ｓ１と、形成したペレットを所定の還元温度で還元加熱する還元工程Ｓ２と、生成したメタルを分離してメタルを回収する分離工程Ｓ４とを有する。また、好ましくは、還元工程Ｓ２にて還元加熱したペレットを再加熱する再加熱工程Ｓ３を有する。そしてそのうち、少なくとも、上述した還元工程Ｓ２における還元加熱処理と、再加熱工程Ｓ３における再加熱処理とを、移動炉床炉を使用して連続的に行うようにすることができる。

このように、製錬炉として移動炉床炉を使用することにより、一つの設備で還元反応を完結させることができ、各工程における処理を別々の炉を用いて行うよりも処理温度の制御を的確に行うことができる。また、各処理間でのヒートロスを低減して、より効率的な操業が可能となる。つまり、別々の炉を使用した反応を行った場合、ペレットを、炉と炉との間を移動させる際に、温度が低下してヒートロスが生じ、また反応雰囲気に変化を生じさせてしまい、炉に再装入したときに即座に反応を生じさせることができない。これに対して、移動炉床炉を使用して一つの設備で各処理を連続的に行うことで、ヒートロスが低減されるとともに炉内雰囲気も的確に制御できるため、反応をより効果的に進行させることができる。これらのことにより、より効果的にニッケル品位が高いフェロニッケルを得ることができる。

図６は、移動炉床炉としての回転炉床炉の一例を上方から視たときの概略構成図である。図６に例示する回転炉床炉１では、処理領域（２ａ〜２ｈ）が８カ所に分かれており、炉１の移動（炉の回転移動）に伴って各領域を通過する際にそれぞれの処理が行われる。このように、移動炉床炉では、いくつかの段階に応じて炉の領域を分けて処理することができる。なお、図中の矢印は、回転炉床炉１の回転方向を示す。

より具体的に、図６に示すように回転炉床炉１においては、ペレットを装入する領域（装入領域）２ａと、ペレットに含まれる結晶水を除去するためにペレットを４００℃〜６００℃程度でか焼する領域（か焼領域、結晶水除去領域）２ｂと、還元加熱処理に先立ち還元温度まで炉内を昇温する領域（昇温領域）２ｃと、還元温度でペレットを還元加熱する領域（還元領域）２ｄと、還元加熱後に再加熱処理に先立ち再加熱温度まで炉内を昇温する領域（再昇温領域）２ｅと、再加熱温度でペレットを再加熱する領域（再加熱領域）２ｆと、再加熱後に冷却ガス等を炉内に吹き込んでペレットを１０００℃以下程度まで冷却する領域（冷却領域）２ｇと、ペレットを排出する領域（排出領域）２ｈとを備える。

なお、図６中の領域２ａに示した白抜き矢印は、回転炉床炉１へのペレットの装入を示し、図中の領域２ｈに示した白抜き矢印は、回転炉床炉１からのペレットの排出を示す。

回転炉床炉１では、図６中の矢印の方向に回転しながら、各領域においてそれぞれの処理を行う。そのとき、各領域の温度を所定の温度に調整するとともに、各領域を通過する際の時間（移動時間、回転時間）を制御することによって、それぞれの領域での処理温度を調整する。そして、回転炉床炉が１回転するごとに、ペレットが製錬処理される。

なお、例えば還元加熱処理の処理時間は、移動炉床炉（回転炉床炉１）における還元領域の通過時間と同義とすることができる。

還元加熱処理や再加熱処理については、上述した還元工程Ｓ２と再加熱工程における処理と同じであるため詳細な説明は省略するが、還元加熱処理の温度（還元温度）としては１０００℃以上１３５０℃以下とすることが好ましく、また再加熱処理の温度としては還元加熱処理の温度以上であることが必要であり、好ましくは１２００℃以上１５００℃以下とする。このように、各領域における処理温度を的確に制御することが重要であるが、上述したような回転炉床炉１を使用することによって、的確に処理温度を制御でき、また回転速度を調整することで処理温度も細かく制御できる。これにより、高いニッケル品位を有するフェロニッケルを極めて効率的に製造することができる。

移動炉床炉としては、図６に例示したような回転炉床炉に限られるものではなく、ローラーハースキルン等であってもよい。なお、回転炉床炉は、一つの設備で省スペースを実現できるとともに、各処理領域の面積を十分に確保することができ、より好ましい。

≪３．酸素等のポテンシャル測定管理≫
本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法では、還元工程Ｓ２でのペレットに対する還元加熱処理において、雰囲気ガス中の酸素分圧（ＰＯ_２）、あるいは一酸化炭素分圧（ＰＣＯ）、あるいは二酸化炭素分圧（ＰＣＯ_２）等のガス分圧を連続的に測定しながら処理することがより好ましい。なお、ガス分圧は、酸素分圧（ＰＯ_２）、一酸化炭素分圧（ＰＣＯ）、及び二酸化炭素分圧（ＰＣＯ_２）のいずれか１つ以上を測定する。

そして、処理経過時間に伴うガス分圧が急激に上昇した後に直ちに、再加熱工程Ｓ３での再加熱処理を行う。このように、ガス分圧を連続的に測定してその変化を監視することによって、ガス分圧が急激に上昇したときを還元反応の終了時点と判断して、その後に再加熱処理を行うようにしている。これにより、得られるフェロニッケル中のニッケル品位をより効果的に高めることができるとともに、そのニッケル品位のばらつきを抑えることができる。

なお、詳しくは後述するが、この還元加熱処理では、雰囲気ガス中の酸素等のガス分圧を連続的に測定し、そのガス分圧の処理経過時間に伴う変化に応じて還元反応の終了を判断する。

（還元工程における酸素等のガス分圧の測定）
ここで、ニッケル酸化鉱石の製錬方法においては、使用する原料のニッケル酸化鉱石に含まれるニッケル量や鉄量にばらつきがあるため、ペレット中の炭素質還元剤量を制御した場合でもそのばらつきを十分に調整できずに、例えばバーナー燃焼やリークエアーの僅かな変化によって、還元反応の終点が一定にならないという問題が生じる。そして、このように還元反応の終点がばらついてしまうと、ニッケルのメタルへの還元率が不足するという問題や、メタル中のニッケル品位が効果的に上昇しないという問題が生じる。

このことから、還元反応の終点を的確に把握しながら還元加熱処理を行い、その還元反応の終了後直ちにその後の再加熱処理を行うことが重要となる。

本発明者らは、このような問題を解決するために、還元加熱処理における雰囲気中の酸素分圧や一酸化炭素分圧（ＰＣＯ）、二酸化炭素分圧（ＰＣＯ_２）等を連続的に測定することで、還元反応の終点を的確に同定できることを見出した。

具体的に、図７に、ペレット中の炭素質還元剤量を変化させたときの、還元加熱処理の処理経過時間に対する雰囲気中のガス分圧としての酸素分圧の変化を示す。なお、図７中の（Ａ）〜（Ｅ）のグラフは、それぞれ、ペレット中の炭素質還元剤量を、上述した化学当量の合計値１００％に対して２０％、３０％、４０％、６０％、１００％としたときのグラフである。この図に示す酸素分圧は起電力式の酸素センサーを用いて測定したものである。また、各グラフには、経過時間に対する炉内温度の変化も併せて示す。

図７のグラフ図から分かるように、炉内温度の上昇とともに還元反応が始まることによって、雰囲気中の酸素分圧は減少していき、還元反応中においては酸素分圧が低い値で一定となる。そして、ある経過時間で酸素分圧が急激に上昇することが見て取れ、この上昇が著しく急激であることから、その酸素分圧の変化に基づいて還元反応の終了と同定することができる。なお、図７のそれぞれのグラフ図において、酸素分圧が急激に上昇した変化の箇所を白抜き矢印で示す。

また、図７の（Ａ）〜（Ｅ）のいずれにおいても、同様のプロファイルとなることが分かり、ペレットに含まれる炭素質還元剤量に依存せずに、酸素分圧の急激な上昇変化に基づいて還元反応の終了を判断することができるが、炭素質還元剤の量が増加するに従って、酸素分圧が急激に上昇する時刻（タイミング）、すなわち還元反応の終了の時間がより遅くなることが分かる。

このような処理時間の経過に基づく酸素分圧の変化によって、還元工程Ｓ２における還元加熱処理の制御が可能となる。すなわち、還元工程Ｓ２では、雰囲気中の酸素分圧を連続的に測定しておき、その酸素分圧の測定値が急激に上昇したときを還元反応の終了と判断し、その酸素分圧の上昇後直ちに、続く再加熱工程Ｓ３での再加熱処理を行う。これにより、還元反応の終点を適切に把握しながら還元加熱処理を施すことができ、ニッケルのメタルへの還元がより効果的に進行し、メタル中のニッケル品位を高めることができる。

ここで、「酸素分圧が急激に上昇する」とは、短時間、例えば３０秒程度の短時間で、雰囲気中の酸素分圧（Ｐ０_２［ａｔｍ］）がｌｏｇＰＯ_２＝−３程度まで上昇することをいう。もしくは、３０秒程度の短時間で、酸素分圧の測定値ｌｏｇＰＯ_２が絶対値で７以上変化することをいう。なお、還元加熱処理から再加熱処理に移行するタイミングとしては、雰囲気中の酸素分圧がｌｏｇＰＯ_２＝−３程度となった時点とすることもでき、このタイミングで再加熱処理を開始するようにすることもできる。

また、雰囲気中の酸素分圧の測定は、測定が可能な方法であれば如何なる方法を用いてもよく、例えば、起電力式の酸素センサーを用いてガス中の酸素濃度を測定することによって行うことができる。また、酸素分圧の測定方法として、他に、オルザット法等のいかなる手段を用いてもよい。また、酸素分圧の測定に限らず、上述したような酸素分圧の変化に伴って変化する酸素以外のガス分圧を測定してもよく、例えば、一酸化炭素ガス分圧や二酸化炭素ガス分圧などを測定して、経時的にその変化を観察してもよい。

また、上述したように、連続的に測定するガス分圧としては、酸素分圧に限られず、一酸化炭素分圧でも、二酸化炭素分圧でもよく、これらの少なくとも１つ以上のガス分圧を測定する。酸素分圧が変化するときには、一酸化炭素、二酸化炭素のいずれも変化することから、どのガス分圧の値を連続的に測定した場合でも終点の判定を行うことができる。なお、その中でも、酸素分圧を測定することが、最も鋭敏に変化を検出することができるため好ましい。

（移動炉床炉を使用したときのガスポテンシャル測定管理）
上述したように、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法では、少なくとも、還元工程Ｓ２における還元加熱処理と、再加熱工程における再加熱処理とを、移動炉床炉を使用して連続的に行うことが好ましい。このように、移動炉床炉を使用することにより、一つの設備で還元反応を完結させることができ、各工程における処理を別々の炉を用いて行うよりも処理温度の制御を的確に行うことができる。

特に、還元工程Ｓ２において雰囲気中の酸素分圧（ＰＯ_２）、一酸化炭素分圧（Ｐ_ＣＯ）、及びや二酸化炭素分圧（Ｐ_ＣＯ２）のガス分圧のうちのいずれか１つ以上を連続的に測定し、その測定値をモニタリングしながら、そのガス分圧の測定値が急激に上昇したときを還元反応の終了と判断し、その後直ちに再加熱工程Ｓ３での再加熱処理を行うようするに際しては、移動炉床炉を使用して一貫して処理することによって、ガス分圧の測定値に基づいて直ちに再加熱処理に移行させることができる。

また、移動炉床炉を用いることによって、還元加熱処理から再加熱処理に即座に移行させた場合でも、上述したように処理温度の制御をより的確に行うことができる。

具体的に、雰囲気中のガス分圧を連続的に測定しながら還元加熱処理を行い、その後、ガス分圧の変化に基づいて再加熱処理を行うにあたり、それらの処理を移動式炉床炉を用いて行う場合においては、１段目の加熱処理（還元加熱処理）の反応が生じる炉の位置のガスの一部を連続的に抜き出し、例えば起電力式センサーを用いてガス中の酸素濃度や一酸化炭素濃度、二酸化炭素濃度を測定する。そして、これらガス分圧を監視しながら炉床の送り速度をコントロールし、上述したようにガス分圧が上昇した時点で２段目の加熱処理（再加熱処理）に移行する。

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、バインダーと、さらに炭素質還元剤とを混合して混合物を得た。混合物中に含ませた炭素質還元剤の混合量としては、形成されるペレット中に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレット内に含まれる酸化第二鉄を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との合計値（化学当量の合計値）を１００％としたとき、それに対して炭素量で１０％の割合となる分量とした。

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球状の塊状物に形成した。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、球状のペレット（サイズ（直径）：１７ｍｍ）を製造した。なお、下記表２に、乾燥処理後のペレットの固形分組成を示す。

次に、製錬炉において、ニッケルメタルで作製した皿状の炉床の上に、製造したペレット２５個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃の温度条件で行った。また、このとき、製錬炉内へのリークエアーによる酸化を防ぐために、ペレットの１０重量％に相当する量の炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉内に共存させた。

そして、還元温度を１３００℃として、製錬炉内で、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で還元加熱処理を行った。

還元加熱処理の開始から５分後に炉内からペレットを取り出した。炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。なお、このとき、ペレットの剥離は容易であり、床敷き上に残存したペレットは極僅かにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。

このような還元加熱処理により、鉄−ニッケル合金（フェロニッケルメタル）とスラグとが得られた。下記表３に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルのメタル中への回収率（ニッケル回収率）としては９０％以上であった。

［実施例２］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例２では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量の合計値１００％に対して炭素量で２５％の割合となる分量とした。

そして、還元温度を１０００℃として、製錬炉内で、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で還元加熱処理を行った。

還元加熱処理の開始から３０分後に炉内からペレットを取り出した。炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。なお、このとき、ペレットの剥離は容易であり、床敷き材上に残存したペレットは極僅かにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。

このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。下記表４に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。

［実施例３］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例２では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量の合計値１００％に対して炭素量で２５％の割合となる分量とした。

そして、還元温度を１２００℃として、製錬炉内で、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で還元加熱処理を行った。

還元加熱処理の開始から１０分後に炉内からペレットを取り出した。炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。なお、このとき、ペレットの剥離は容易であり、床敷き材上に残存したペレットは極僅かにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。

このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。下記表５に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。

［比較例１］
製錬炉において、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で、還元温度を１４００℃として還元加熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして処理を行った。

その結果、炉床に用いたニッケルメタルが熔融してしまい、還元加熱処理中にペレットが全て落下し、効果的に処理を施すことができなかった。

［比較例２］
製錬炉において、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で、還元温度を８００℃として還元加熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして処理を行った。

その結果、還元加熱処理を施すことはできたものの、ニッケル回収率は２０％と非常に低いものであった。

［実施例４］
実施例４では、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で、還元温度を１３００℃として還元加熱処理を行い、還元加熱処理の開始から３０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を３０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。

このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。ペレットの剥離は容易であり、床敷き材上に残存したペレットは極僅かにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。

下記表６に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。

［実施例５］
実施例５では、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で、還元温度を１２４５℃として還元加熱処理を行い、還元加熱処理の開始から６０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を６０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。

下記表７に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。

［実施例６］
実施例６では、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で、還元温度を１１９５℃として還元加熱処理を行い、還元加熱処理の開始から９０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を９０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。

下記表８に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。

［実施例７］
実施例７では、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で、還元温度を１１４５℃として還元加熱処理を行い、還元加熱処理の開始から１２０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を１２０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。

下記表９に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。

［比較例３］
比較例３では、実施例１と同様に還元温度を１３００℃とし、還元加熱処理の開始から４０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を４０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。

その結果、炉床のニッケルメタルへのペレットの融着が確認され、一部のペレットの剥離が困難となった。炉床のニッケル床敷き材上に残留したペレットの重量を測定したところ、還元加熱処理前のペレットの重量の５％以上であった。

［比較例４］
比較例４では、実施例４と同様に還元温度を１２４５℃とし、還元加熱処理の開始から８０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を８０分とした。それ以外は、実施例４と同様にして処理した。

［比較例５］
比較例５では、実施例４と同様に還元温度を１１９５℃とし、還元加熱処理の開始から１００分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を１００分とした。それ以外は、実施例４と同様にして処理した。

［比較例６］
比較例６では、実施例４と同様に還元温度を１１４５℃とし、還元加熱処理の開始から１５０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を１５０分とした。それ以外は、実施例４と同様にして処理した。

その結果、ペレットの剥離はできたものの、還元処理時間が長かったために生産効率が著しく低下した。

［実施例８］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例８では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量の合計値１００％に対して炭素量で５０％の割合となる分量とした。

次に、製錬炉において、ニッケルメタルで作製した皿状の炉床の上に、製造したペレット２５個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃の温度条件で行った。

還元加熱処理の開始から５分後に炉内からペレットを取り出した。炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。なお、このとき、ペレットの剥離は容易であり、床敷き材上に残存したペレットは極僅かにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。

このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。

［実施例９］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例９では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量の合計値１００に対して炭素量で３％の割合となる分量とした。

このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。下記表１０に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては７０％であった。

［実施例１０］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例１０では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量の合計値１００に対して炭素量で７０％の割合となる分量とした。

このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。下記表１１に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。

［比較例７］
製錬炉において、アルミナで作製した皿状の炉床を使用し、そのアルミナ材からなる炉床上に直接ペレットを載置した状態で還元加熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして処理を行った。なお、アルミナ材としては純度の異なる３種の板及び皿を用いた。

その結果、アルミナとペレットとが反応し、ペレットがアルミナ材に融着してしまった。ペレットの剥離を試みたが、ペレットは剥離できないか、もしくはペレットのかなりの部分がアルミナ上に残留してしまい、効果的にメタルを回収することができなかった。

［実施例１１］
製錬炉において、アルミナで作製した皿状の炉床上に、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を敷き詰め、その炭素質還元剤の上にペレットを載置した状態で還元加熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして処理を行った。

その結果、炉床に対してペレットの融着はほとんど生じず、容易に剥離することができた。ただし、得られたメタル中のニッケル品位が若干低下してしまい、ばらつきも生じてしまった。参考として、下記表１２に、ニッケルメタルの炉床を使用して処理したときのメタル中のニッケル品位の範囲と、炉床に石炭粉を敷いて処理したときのメタル中のニッケル品位の範囲とを示す。

［実施例１２］
製錬炉において、セラミックス製の皿状の炉床の上に、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を、その炉床の全てが覆われるように薄く敷き詰め、その上に、製造したペレット２５個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃の温度条件で行った。なお、このときの、皿状の炉床に敷き詰めた石炭粉の量は、上述した化学当量の合計値を１００％としたときに、それに対して炭素量で９０％の割合となる分量とした。

そして、還元温度を１２００℃として、製錬炉内で、石炭粉上にペレットを載置した状態で還元加熱処理を行った。

続いて、還元加熱処理の開始から１５分後に、炉内温度を１３００℃（再加熱温度）に昇温して、還元加熱処理後のペレットに対して再加熱処理を行った。

再加熱処理を３０分間行ったのち、炉内からペレットを取り出した。炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような還元加熱処理及び再加熱処理により鉄−ニッケル合金（フェロニッケルメタル）とスラグとが得られた。なお、ペレットの分離は容易であり、炉床への融着は確認されなかった。

質量バランスから計算してニッケルのメタル中への回収率は９０％以上だった。

［実施例１３］
実施例１３では、還元温度を１０５０℃としたこと以外は、実施例１２と同様にして還元加熱処理及び再加熱処理を施した。

下記表１３に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表１３に示されるように、実施例１３では、実施例１２と比較して還元温度を低くしたことにより、鉄の還元が進まず、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位が増加した。また、質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。なお、ペレットの剥離は容易であり、炉床への融着は確認されなかった。

［実施例１４］
実施例１４では、再加熱処理の温度（再加熱温度）を１４００℃としたこと以外は、実施例１２と同様にして還元加熱処理及び再加熱処理を施した。

下記表１４に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。実施例１４では、実施例１２と比較して再加熱温度を高くしたことにより、粒径の大きなフェロニッケルメタルが得られた。また、質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９５％以上であった。なお、ペレットの剥離は容易であり、炉床への融着は確認されなかった。

［実施例１５］
実施例１５では、還元温度と再加熱温度との双方を１２５０℃としたこと以外は、実施例１２と同様にして還元加熱処理及び再加熱処理を施した。

下記表１５に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。実施例１５では、実施例１１と比較して還元温度を高くしたことにより鉄の還元が若干進行し、そのためフェロニッケルメタルのニッケル品位が低下したものの、高いニッケル品位のものが得られた。また、質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。なお、ペレットの剥離は容易であり、炉床への融着は確認されなかった。

［比較例８］
比較例８では、還元温度を９００℃としたこと以外は、実施例１２と同様にして還元加熱処理及び再加熱処理を施した。

しかしながら、ニッケルの回収率としては７０％と低くなり、フェロニッケルメタル中にニッケルを十分に回収することができなかった。

［比較例９］
比較例９では、還元温度を１４００℃としたこと以外は、実施例１２と同様にして還元加熱処理及び再加熱処理を施した。

下記表１６に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表１６に示されるように、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位は３％と低かった。

［比較例１０］
比較例１０では、還元温度と再加熱温度との双方を１１００℃としたこと以外は、実施例１２と同様にして還元加熱処理及び再加熱処理を施した。

しかしながら、再加熱温度が低すぎたためか、微粒のフェロニッケルメタルしか得ることができず、その質量バランスから計算してニッケルの回収率としては５０％であった。

［比較例１１］
比較例１１では、皿状の炉床に敷いた炭素質還元剤である石炭粉の量を、上述した化学当量の合計値１００％に対して１５０％に相当する炭素量となる分量としたこと以外は、実施例１２と同様にして還元加熱処理及び再加熱処理を施した。

下記表１７に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表１７に示されるように、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位は３％と低かった。

［実施例１６］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱と、バインダーと、さらに炭素質還元剤とを混合して混合物を得た。混合物中に含ませた炭素質還元剤の混合量としては、形成されるペレット中に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレット内に含まれる酸化第二鉄を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との合計値（化学当量の合計値）を１００％としたとき、それに対して炭素量で１０％の割合となる分量とした。

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球状の塊状物に形成した。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、球状のペレット（サイズ（直径）：１７ｍｍ）を製造した。

次に、移動炉床炉であるロータリーハースキルン式の電気炉における、セラミックス製の皿状の炉床の上に、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を薄く敷き詰め、その上に、製造したペレット２５個を載置して、各処理を行った。なお、このときの、皿状の炉床に敷き詰めた石炭粉の量は、上述した化学当量の合計値を１００％としたときに、それに対して炭素量で８０％の割合となる分量とした。

具体的には、先ず、天日乾燥したペレットを窒素雰囲気に保った移動炉床炉内に常温で装入し、５００℃以下の温度条件領域を１０分で通過させるように炉を移動させ、ペレットに含まれる結晶水を除去する処理を行った。

続いて、移動炉床炉における昇温領域を１０分で通過させ、炉内の温度を続く還元加熱処理の処理温度（還元温度）である１２００℃まで昇温させた。

続いて、１２００℃まで昇温した移動炉床炉内における還元領域を１０分で通過させ、ペレットに対して１２００℃での還元加熱処理を行った。

続いて、移動炉床炉における昇温領域を１０分で通過させ、炉内の温度を続く再加熱処理の処理温度（再加熱温度）である１３００℃まで昇温させた。

続いて、１３００℃まで昇温した移動炉床炉内における再加熱領域を１０分で通過させ、還元加熱処理後のペレットに対して１３００℃で再加熱処理を行った。

続いて、冷却窒素ガスを吹き込んだ領域を１０分で通過させ、ペレットを冷却した。

その後、移動炉床炉からペレットを取り出した。なお、炉から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。

このような処理により、鉄−ニッケル合金（フェロニッケルメタル）とスラグとが得られた。下記表１８に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルのメタル中への回収率（ニッケル回収率）としては９０％以上であった。

［実施例１７］
実施例１７においても、移動炉床炉を使用して処理した。実施例１７では、還元温度を１０５０℃とし、炉内をこの温度まで昇温した後に還元領域を１０分で通過させたこと以外は、実施例１６と同様にして処理した。

下記表１９に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。表１９に示されるように、実施例１７では、実施例１６と比較して還元温度を低くしたことにより、鉄の還元が進まず、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位が増加した。また、質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。

［実施例１８］
実施例１８においても、移動炉床炉を使用して処理した。実施例１８では、再加熱温度を１４００℃とし、還元領域を通過した後に炉内をこの温度まで昇温し、その後再加熱領域を１０分で通過させたこと以外は、実施例１６と同様にして処理した。

下記表２０に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。実施例１８では、実施例１１６と比較して再加熱温度を高くしたことにより、粒径の大きなフェロニッケルメタルが得られた。また、質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９５％以上であった。

［比較例１２］
比較例１２では、移動炉床炉を使用せず、還元工程における還元加熱処理を還元炉により行い、再加熱工程における再加熱処理を加熱炉により行った。すなわち、それぞれ別々の炉を使用して行った。なお、それ以外の例えば処理温度等については実施例１６と同様として処理した。

その結果、比較例１２では、所望とするニッケル品位のフェロニッケルメタルを得ることができたものの、ヒートロスが多くなり、効率的な操業を行うことができなかった。

［比較例１３］
比較例１３では、移動炉床炉を使用して、還元温度と再加熱温度との双方を１３５０℃として処理した。すなわち、移動炉床炉における、還元領域、還元処理後の昇温領域、再加熱領域の温度を１３５０℃として、ペレットを移動させたこと以外は、実施例１６と同様にして処理した。

しかしながら、効率的な処理を行うことはできたものの、還元領域、還元処理後の昇温領域、再加熱領域の温度を１３５０℃と高温に設定したため、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位は３％と低かった。下記表２１に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。

［実施例１９］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱と、バインダーと、さらに炭素質還元剤とを混合して混合物を得た。混合物中に含ませた炭素質還元剤の混合量としては、形成されるペレット中に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレット内に含まれる酸化第二鉄を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との合計値（化学当量の合計値）を１００％としたときに、それに対して炭素量で１０％に相当する分量とした。

次に、製錬炉において、セラミックス製の皿状の炉床の上に、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を薄く敷き詰め、その上に、製造したペレット２５個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃の温度条件で行った。なお、このときの、皿状の炉床に敷き詰めた石炭粉の量は、上述した化学当量の合計値１００％に対して炭素量で９０％の割合となる分量とした

そして、還元温度を１２００℃として、還元反応時の排ガスをエアーポンプで採取し、起電力式の酸素センサーを用いて雰囲気ガス中の酸素分圧の測定を連続的に行いながら、その製錬炉内で還元加熱処理を行った。

続いて、連続的に測定していた雰囲気ガス中の酸素分圧が急激に上昇した時点で、炉内温度を１３００℃（再加熱温度）に昇温して、還元加熱処理後のペレットに対して再加熱処理を行った。

このような操業を１０回行い、それぞれで得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位の最大値、最小値、及び平均値を算出した。下記表２２に、その結果を示す。なお、質量バランスから計算して、１０回の操業のそれぞれにおいて、ニッケルのメタル中への回収率（ニッケル回収率）は９０％以上であった。

［比較例１４］
比較例１４では、還元加熱処理において雰囲気ガス中の酸素分圧を測定せず、その還元加熱処理の処理時間を１５分に設定した。そのこと以外は、実施例１９と同様にして、合計１０回の操業を行った。

下記表２３に、１０回の操業のそれぞれで得られたフェロニッケルのニッケル品位の最大値、最小値、及び平均値の算出結果を示す。表２３に示すように、ニッケル品位の平均値は、実施例１９とほぼ同じであったものの、ニッケル品位の最大値と最小値はいずれも平均値との差異が大きくなり、つまり、製品中のニッケル品位に大きなばらつきが生じる結果となった。

１回転炉床炉（炉）
２ａ回転炉床炉における処理領域
１０炉床炭素質還元剤
１５炭素質還元剤
２０ペレット
３０メタルシェル（メタルの殻）
４０，４０ａメタル粒
５０スラグ
６０半熔融状態あるいは熔融状態のスラグ

Claims

ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、該ペレットを還元加熱することによって、鉄−ニッケル合金を得るニッケル酸化鉱石の製錬方法であって、
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製錬炉にて還元加熱する還元工程と、
前記還元工程を経て得られたペレットをスラグとメタルとに分離する分離工程と
を有し、
前記ペレット製造工程では、少なくとも、前記ニッケル酸化鉱と、炭素質還元剤とを含む原料を混合して混合物とし、該混合物を塊状化してペレットを形成し、
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、金属製の炉床を有する製錬炉の該炉床上に載置した状態にして１０００℃以上１３５０℃以下の還元温度で還元加熱処理を施し、
前記金属製炉床の金属がニッケルである
ニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記還元工程において、
還元温度を１０００℃以上１１５０℃未満とした場合には、５分以上１２０分以下、
還元温度を１１５０℃以上１２００℃未満とした場合には、５分以上９０分以下、
還元温度を１２００℃以上１２５０℃未満とした場合には、２分以上６０分以下、
還元温度を１２５０℃以上１３５０℃以下とした場合には、２分以上３０分以下、
に処理時間を制御して還元加熱処理を施す
請求項１に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記ペレットを前記製錬炉に装入する際の温度を６００℃以下とする
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、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、該ペレット内に含まれる酸化第二鉄を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との合計値を１００％としたときに、５％以上６０％以下の炭素量の割合となるように前記炭素質還元剤の混合量を調整する
請求項１に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
ペレットを還元加熱することによって得られる、ニッケルの鉄−ニッケル合金への回収率が９０％以上で、かつ、該鉄−ニッケル合金のニッケル品位が４％以上である
請求項１に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記還元工程における還元加熱後のペレットを再加熱する再加熱工程をさらに有し、
前記再加熱工程では、還元加熱後のペレットを、前記還元工程での還元温度以上の温度で再加熱し、
前記再加熱工程における再加熱後のペレットを前記分離工程に付する
請求項１に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記再加熱工程では、再加熱処理の温度を１２００℃以上１５００℃以下とする
請求項６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にて形成した前記ペレットを前記製錬炉としての移動炉床炉内に載置し、前記還元加熱処理と前記再加熱処理とを、該移動炉床炉を使用して連続的に行う
請求項６に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記移動炉床炉を使用して、
前記ペレットに含まれる結晶水を除去する工程と、
前記還元工程における還元温度まで炉内を昇温する工程と、
前記還元工程と、
前記再加熱温度における再加熱温度まで炉内を昇温する工程と、
前記再加熱工程と、
再加熱処理後のペレットを５００℃以下の温度まで冷却する工程と、
のそれぞれの処理を連続的に行う
請求項８に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記還元工程では、雰囲気中の酸素分圧（ＰＯ_２）、一酸化炭素分圧（ＰＣＯ）、及び二酸化炭素分圧（ＰＣＯ_２）のいずれか１つ以上のガス分圧を連続的に測定し、該ガス分圧から測定される酸素分圧の変化に基づいて還元反応の終点を判断する
請求項７に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
前記還元工程では、雰囲気中の酸素分圧（ＰＯ _２）のガス分圧を連続的に測定し、３０秒間における該酸素分圧（ＰＯ _２）の対数値ｌｏｇＰＯ _２が７以上に上昇変化したときに還元反応が終了したと判断し、直ちに前記再加熱工程での再加熱処理を行う
請求項１０に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。