JP6972907B2 - 酸化鉱石の製錬方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸化鉱石と炭素質還元剤からなる混合物を移動炉床炉を用いて還元して還元メタルを得る製錬方法に関して、粗大な還元メタルを得ようとする方法に関する。

酸化鉱石の一種であ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石の製錬方法として、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とニッケルの合金である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。

上述した様々な方法の中で、特に乾式製錬法を用いてニッケル酸化鉱石を還元して製錬する場合、反応を進めるために原料のニッケル酸化鉱石を適度な大きさに破砕する等して塊状物化する処理が前処理として行われる。

具体的に、ニッケル酸化鉱石を塊状物化する、すなわち粉状や微粒状の鉱石を塊状にする際には、そのニッケル酸化鉱石と、それ以外の成分、例えばバインダーやコークス等の還元剤とを混合して混合物とし、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、例えば一辺あるいは直径が１０ｍｍ〜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。

塊状物化して得られるペレットには、含有する水分を「飛ばす」ために、ある程度の通気性が必要となる。さらに、その後の還元処理においてペレット内で均一に還元が進まないと、得られる還元物の組成が不均一になり、メタルが分散したり偏在したりする等の不都合が生じる。そのため、ペレットを作製する際には混合物を均一に混合し、得られたペレットを還元する際には可能な限り均一な温度を維持することが重要となる。

加えて、還元処理により生成するメタル（フェロニッケル）を粗大化させることも重要である。生成したフェロニッケルが、例えば数１０μｍ〜数１００μｍ以下の細かな大きさであった場合、同時に生成するスラグと分離することが困難となり、フェロニッケルとしての回収率（収率）が大きく低下してしまう。そのため、還元後のフェロニッケルのサイズを粗大化することが求められる。

例えば、特許文献１には、フェロニッケルの製造方法に関する技術が開示されており、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剤とを混合して混合物となす混合工程にて、混合物の余剰炭素量を調整しながらペレットを製造し、そのペレットを炉内に装入して還元工程を行う技術が開示されている。

ここで、特許文献１には、原料と炭素質還元材とを混合するには混合機を用い、得られた混合物はそのまま移動炉床炉に装入してもよいが、造粒機で塊成化することが好ましく、このように塊成化することにより、移動炉床炉や溶解炉からのダスト発生量が減るとともに、移動炉床炉内における塊成物（混合物）の内部の伝熱効率が向上して還元速度が上昇することが記載されている。また、造粒した塊成物（混合物）を移動炉床炉に装入して、雰囲気温度１０００〜１４００℃で加熱し還元することが記載されている。

しかしながら、特許文献１には、混合物をそのまま移動炉床炉に装入してもよいとの記載があるものの、酸化ニッケル鉱のスラグの融点は一般的に１３００℃〜１４００℃程度であり、かつ移動炉床炉では金属製の炉床が使用されるため、その炉床が溶融したスラグと反応してしまい、ニッケル酸化鉱を製錬することは不可能であると考えられる。すなわち、混合物の還元においては、炉床とスラグとが反応しないことが求められる。

また、還元後の混合物をそのまま回収してスラグとメタルとを分離するにあたり、メタルが小さすぎると、スラグとメタルとを分離することが困難となる。したがって、例えば、還元後の混合物を半溶融状態又は溶融状態で保持して、メタルを有効に粗大化させる必要がある。

このような場合、還元炉内における混合物に対する還元反応を均一に生じさせる必要がある。粗大なメタルを生成させて、スラグとメタルとを均一に分離するためには、反応温度や炉内雰囲気を均一にすることが重要となる。しかしながら、還元後に、得られた反応物（還元物）を還元炉から取り出す際に、その取り出しに時間がかかってしまうと、メタルの生成にむらが生じ、その結果、不均一な組成や大きさのメタルとなることがある。

また、例えば、機械的に取り出す機構を還元炉に設けた場合、高温下での耐久性が必要となるため、その構造が複雑化したり、設備寿命に影響したりして、コスト増加をもたらす問題がある。さらには、その取り出し機構と還元炉本体の隙間から空気が混入し、炉内雰囲気が変わって還元反応に影響を及ぼす可能性があり、品質のばらつきが生じる懸念がある。

また、生産性を向上させるために回転炉等の移動炉床を有する還元炉を使用した場合には、設備的な隙間や取り出しに要する時間が増してしまうといった問題もあり、均一に反応を生じさせて、組成や大きさが均一なメタルを得ることは容易でない。なお、回転炉床炉の設置には、広大な面積を必要とし、さらに構造物ごと回転させため、操業において多大な動力を必要とする等、操業コストが増加するという問題もある。

このように、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石を混合し、その混合物を還元してメタルを製造するにあたり、特に還元により有効に粗大化させたメタルを効率的に回収し、高品質なメタルをばらつきなく製造するには、多くの問題があった。

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、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石を含む混合物を還元することでメタルを製造する製錬方法において、メタルを粗大化して回収することにより、品質のばらつきを抑え、高品質なメタルを得ることを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた。その結果、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石を含む混合物を還元する際に、混合物中のメタルを溶融状態又は半溶融状態にするとともに、混合物に振動を加えるか、還元した後に、還元処理によって得られた還元物中のメタルを溶融状態又は半溶融状態にして還元物に振動を加えることで、上述した課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は、以下のものを提供する。

（１）本発明の第１の発明は、酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して得られる混合物を移動炉床炉の炉床に載置し、該移動炉床炉にて還元処理を施し還元物を得る酸化鉱石の製錬方法であって、前記還元処理において、前記混合物中のメタルを溶融状態又は半溶融状態にするとともに、前記混合物に振動を加える、酸化鉱石の製錬方法である。

（２）本発明の第２の発明は、酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して得られる混合物を移動炉床炉の炉床に載置し、該移動炉床炉にて還元処理を施し還元物を得る酸化鉱石の製錬方法であって、前記還元処理後に、前記還元物中のメタルを溶融状態又は半溶融状態にするとともに、前記還元物に振動を加える、酸化鉱石の製錬方法である。

（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、電磁誘導作用により前記混合物に前記振動を加える、酸化鉱石の製錬方法である。

（４）本発明の第４の発明は、第１又は第２の発明において、周波数が１．００ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の超音波により前記混合物に前記振動を加える、酸化鉱石の製錬方法である。

（５）本発明の第５の発明は、第１又は第２の発明において、前記移動炉床炉において、凹凸面上に前記炉床が設けられており、前記炉床を前記凹凸面上で移動させることにより前記混合物に前記振動を加える、酸化鉱石の製錬方法である。

（６）本発明の第６の発明は、第１又は第２の発明において、前記移動炉床炉は、前記炉床と該炉床を載置する載置部とを有し、前記炉床の載置部を振動させることにより前記混合物に前記振動を加える、酸化鉱石の製錬方法である。

（７）本発明の第７の発明は、第１乃至第６いずれかの発明において、前記酸化鉱石は、ニッケル酸化鉱石である、酸化鉱石の製錬方法である。

（８）本発明の第８の発明は、第１乃至第７いずれかの発明において、前記還元物は、フェロニッケルである、酸化鉱石の製錬方法である。

（９）本発明の第９の発明は、第１乃至第８いずれかの発明において、前記還元処理における還元温度を１２５０℃以上１４５０℃以下とする、酸化鉱石の製錬方法である。

本発明によれば、酸化鉱石を含む混合物を還元することによってメタルを製造する方法において、メタル回収率が高く、生産性やハンドリング性に優れ、且つ高品質のメタルを安価に製造する酸化鉱石の製錬方法を提供することができる。

酸化鉱石の製錬方法の流れの一例を示す工程図である。 還元炉の構成の一例を示す断面図である。 炉床が進行方向のみの移動を行う場合に用いるレールの断面の模式図である。 炉床が進行方向及び逆方向の移動を交互に繰り返す場合に用いるレールの断面の模式図である。 凹凸レールを用いて混合物に振動を印加する方法を説明するための模式図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。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、本発明の趣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．本発明の概要≫
本発明に係る酸化鉱石の製錬方法は、酸化鉱石を原料として、その酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して混合物とし、得られた混合物を高温下で還元処理に付して還元物であるメタルを製造する方法である。例えば、酸化鉱石として、酸化ニッケルや酸化鉄等を含有するニッケル酸化鉱石を原料とし、そのニッケル酸化鉱石を炭素質還元剤と混合して、高温下において、混合物に含まれるニッケルを優先的に還元し、また鉄を部分的に還元することで鉄とニッケルの合金であるフェロニッケルを製造する方法が挙げられる。

具体的に、本発明に係る酸化鉱石の製錬方法は、酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して得られる混合物を還元炉の炉床に載置し、その還元炉にて還元処理を施す酸化鉱石の製錬方法において、混合物に対する還元処理を施す際に、混合物中のメタルを溶融状態又は半溶融状態にするとともに、混合物に振動を加えるか、又は還元処理を施した後に還元処理により得られた還元物中のメタルを溶融状態若しくは半溶融状態にするとともに還元物に振動を加えることを特徴としている。

このように還元処理中の混合物又は還元処理後の還元物を溶融状態又は半溶融状態にして振動を加えることにより、溶融状態の微細なメタルの移動が促進され、メタルの凝集が進行させ、有効に粗大化したメタルを回収することができる。そして、このようなメタルによればスラグと選別しやすくなり、効率的にメタルを回収することができる。

以下では、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）として、ニッケル酸化鉱石の製錬方法を例に挙げて説明する。上述したように、製錬原料であるニッケル酸化鉱石は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを少なくとも含むものであり、そのニッケル酸化鉱石を製錬原料として還元処理することで、メタルとして鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）を製造することができる。

なお、本発明は、酸化鉱石としてニッケル酸化鉱石に限定されるものではなく、製錬方法としても酸化ニッケル等を含むニッケル酸化鉱石からフェロニッケルを製造する方法に限られるものではない。

≪２．ニッケル酸化鉱石の製錬方法≫
本実施の形態に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法は、ニッケル酸化鉱石を炭素質還元剤と混合して混合物とし、その混合物に対して還元処理を施すことによって、還元物としてメタルであるフェロニッケルとスラグとを生成させる方法である。なお、メタルであるフェロニッケルは、還元処理を経て得られたメタルとスラグとを含む混合物から、そのメタルを分離することで回収することができる。

図１は、ニッケル酸化鉱石の製錬方法の流れの一例を示す工程図である。図１に示すように、この製錬方法は、ニッケル酸化鉱石を含む原料を混合する混合処理工程Ｓ１と、得られた混合物を所定の形状に成形する混合物成形工程Ｓ２と、成形された混合物（ペレット）を所定の還元温度で還元加熱する還元処理工程Ｓ３と、還元処理工程Ｓ３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Ｓ４と、を有する。

＜２−１．混合処理工程＞
混合処理工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱石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、混合処理工程Ｓ１では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に、炭素質還元剤を添加して混合し、また任意成分の添加剤として、鉄鉱石、フラックス成分、バインダー等の、例えば粒径が０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の粉末を添加して混合し、混合物を得る。なお、混合処理は、混合機等を用いて行うことができる。

原料鉱石であるニッケル酸化鉱石としては、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。なお、ニッケル酸化鉱石は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを少なくとも含有する。

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、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石の粒度や粒度分布と同等の大きさのものであると、均一に混合し易く、還元反応も均一に進みやすくなるため好ましい。

炭素質還元剤の混合量としては、ニッケル酸化鉱石を構成する酸化ニッケルの全量をニッケルメタル還元するのに必要な化学当量と、酸化鉄（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合計値（便宜的に「化学当量の合計値」ともいう）を１００質量％としたときに、好ましくは５質量％以上６０質量％以下の炭素量の割合、より好ましくは１０質量％以上４０質量％以下の炭素量の割合、さらに好ましくは１５質量％以上３５質量％以下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、化学当量の合計値１００質量％に対して５質量％以上の割合とすることで、ニッケルの還元を効率的に進行させることができ生産性が向上する。一方で、化学当量の合計値１００質量％に対して６０質量％以下の割合とすることで、鉄の還元量を抑えて、ニッケル品位の低下を防ぎ、高品質のフェロニッケルを製造することができる。このように、好ましくは、炭素質還元剤の混合量を化学当量の合計値１００質量％に対して５質量％以上６０質量％以下の炭素量の割合とすることで、混合物の表面に金属成分により生成した殻（メタルシェル）を均一に生成させて生産性を向上させることができ、またニッケル品位の高い高品質なフェロニッケルを得ることができ、好ましい。

また、任意成分の添加剤である鉄鉱石としては、例えば、鉄品位が５０％程度以上の鉄鉱石、ニッケル酸化鉱石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、フラックス成分としては、例えば、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、二酸化珪素等を挙げることができる。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。

混合処理工程Ｓ１では、上述したようなニッケル酸化鉱石を含む原料粉末を均一に混合することによって混合物を得る。この混合に際しては、混合性を高めるために混練を同時に行ってもよく、混合後に混練を行ってもよい。具体的に、混練は、例えば二軸混練機等を用いて行うことができ、混合物を混練することによってその混合物にせん断力を加え、炭素質還元剤や原料粉末等の凝集を解いて、均一に混合できるとともに、各々の粒子の密着性を向上させ、また空隙を減少させることができる。これにより、還元反応が起りやすくなるとともに均一に反応させることができ、還元反応の反応時間を短縮することができる。また、品質のばらつきを抑えることができる。そして、結果として、生産性の高い処理を施すことができ、高い品質のフェロニッケルを製造することができる。

また、混練した後、押出機を用いて押出してもよい。このように押出機で押出すことによって、より一層高い混練効果を得ることができる。

なお、下記表１に、混合処理工程Ｓ１にて混合する、一部の原料粉末の組成（重量％）の一例を示すが、原料粉末の組成としてはこれに限定されない。

＜２−２．混合物成形工程＞
混合物成形工程Ｓ２は、混合処理工程Ｓ１で得られた混合物を成形する工程である。具体的には、原料粉末を混合して得られた混合物を、ある程度の大きさ以上の塊（塊状化物、以下「ペレット」ともいう）に成形する。したがって、混合物成形工程Ｓ２は、ペレット製造工程とも換言することができる。

成形方法としては、特に限定されないが、混合物を塊状物化するのに必要な量の水分を添加し、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、あるいはペレタイザーともいう）を用いて所定の形状のペレットに成形する。

混合物を成形して得られるペレットの形状としては、例えば、球状、直方体状、立方体状、円柱状等とすることができる。このような形状とすることにより、混合物を成形し易くし、成形にかかるコストを抑えることができる。また、上述した形状は簡易な形状であって複雑なものではないため、不良品の発生を抑制することができ、得られるペレットの品質も均一にすることができる。

また、ペレットの形状としては、次工程の還元処理工程での処理において、ペレットを積層させた状態で処理できることが好ましく、その点においても、ペレットが球状、直方体状、立方体状、円柱状等であれば、還元炉内に積層させて載置させ易く、還元処理に供する処理量を多くすることができる。また、このように積層させて還元処理に供することで、一つのペレットを巨大化しなくても還元時の処理量を増やすことができるため、取り扱いが容易となり、また移動時等に崩れ落ちたりすることがなく、不良等の発生を抑えることができ、収率を高めることができる。

ペレットの大きさとしては、特に限定されないが、球状とする場合には、その直径が１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となるように成形することができる。また、直方体状、立方体状、円柱状等とする場合には、概ね、縦、横の内寸が５００ｍｍ以下程度となるように成形することができる。これらのような大きさに成形してペレットとすることにより、還元処理が均一に施され、ばらつきが少なく、かつ生産性の高い製錬を行うことができる。

また、ペレットの体積としては、特に限定されないが、８０００ｍｍ^３以上となるように成形することができる。ペレットの体積が８０００ｍｍ^３以上であることにより、成形コストの上昇や還元炉への投入の手間を抑制することができる。また、ペレット全体に対する表面積の割合を少なくし、ペレット全体を均一に還元させ、高品質のフェロニッケルを製造することもできる。

混合物を成形した後には、その混合物に対して乾燥処理を施すようにしてもよい。混合物中には所定量の水分が含まれていることがあり、還元処理に際して急激な昇温によって内部の水分が一気に気化して膨張すると、その混合物が粉々になってしまう懸念がある。このような膨張を防ぐ観点から、成形した混合物に対して乾燥処理を施す工程を設けることができる。

具体的に、乾燥処理においては、例えばペレットの固形分が７０重量％程度で、水分が３０重量％程度となるように処理を施すことができる。例えば、１５０℃〜４００℃、好ましくは３００〜４００℃の熱風をペレットに吹き付けて乾燥させる。

なお、比較的大きなペレットである場合、乾燥処理前や乾燥処理後の混合物にひびや割れが入っていてもよい。塊が大きい場合には、割れ等によって表面積が大きくなってもその影響は僅かであり、大きな問題にはならない。このため、還元処理に供される成形したペレットに割れ等があっても特に問題はない。

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

＜２−３．還元処理工程＞
（１）還元処理
還元処理工程Ｓ３では、混合物成形工程Ｓ２を経て成形された混合物を還元炉内に装入して、所定の還元温度で加熱することによって還元処理を施す。この還元処理工程Ｓ３における還元処理により、製錬反応（還元反応）が進行して、還元物であるメタルとスラグとが生成する。

還元処理工程Ｓ３は、混合物を乾燥する乾燥工程Ｓ３１と、乾燥させた混合物を予熱する予熱工程Ｓ３２と、混合物を加熱して還元する還元工程Ｓ３３と、得られた還元物を冷却する冷却工程Ｓ３５と、を有する。また、還元工程Ｓ３３を経て得られた還元物を所定の温度範囲に保持する温度保持工程Ｓ３４を有してもよい。

ここで、還元処理工程Ｓ３における還元加熱処理は、還元炉等を用いて行われる。還元加熱処理に用いる還元炉としては、特に限定されないが、移動炉床炉を用いることが好ましい。還元炉として移動炉床炉を使用することにより、炉外で混合物の炉床への載置を行った後で、移動炉床炉に装入させることができるため、還元炉をより効率的に運用することができる。また、移動炉床炉を用いることで、連続的に還元反応が進行し、一つの設備で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。さらに、移動炉床炉を使用して一つの設備で各処理を行うことで、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。そのため、より効果的に、ニッケル品位が高い鉄−ニッケル合金を得ることができる。

移動炉床炉としては、特に限定されず、回転炉床炉や、ローラーハースキルン等を用いることができる。このうち、回転炉床炉を用いる例としては、例えば、図２に示すような、円形状であって複数の処理室４３〜４６に区分けされた回転炉床炉（ロータリーハース炉）４１を有する還元炉４を挙げることができる。回転炉床炉４１は、平面上を回転移動する炉床を備えており、混合物を載置した炉床が所定の方向に回転移動することで、各領域においてそれぞれの処理が行われる。このとき、各領域を通過する際の時間（移動時間、回転時間）を制御することで、それぞれの領域での処理温度を調整することができ、回転炉床が１回転する毎に混合物５が製錬処理される。

なお、詳細は後述するが、炉床の移動手段としては、例えばレール又はベルトコンベアを用いる例が挙げられる。レールを用いる場合、炉床は炉床自体がレール上を移動するがレールは移動しない。一方で、ベルトコンベアを用いる場合、炉床はベルトの移動にしたがって移動する。このように、炉床自体が移動する移動炉床炉と、炉床が載置された部位が動くことにより炉床が移動する移動炉床炉が存在するが、いずれの移動炉床炉を用いることもできる。

回転炉床炉４１では、例えば処理室４３〜４６のすべてを還元室として、乾燥室４２から順次供給される混合物５に対して、処理室４３〜４６で還元処理を行ってもよい。他方で、処理室４３を予熱室、処理室４４を還元室、処理室４５を温度保持室、処理室４６を冷却室として、乾燥室４２から順次供給される混合物５に対して、処理室４３で予熱を行い、処理室４４で還元処理を行い、処理室４５で温度を保持した後、処理室４６で冷却させ、外部冷却室４７にてさらに冷却処理されるようになっていてもよい。このように、処理室４３〜４６の間で温度を異ならせる場合は、反応温度を厳密に制御してエネルギーロスを抑制するために、処理室４３〜４６を可動式の仕切り壁で仕切られた構成とすることが好ましい。なお、図２における回転炉床炉４１上の矢印は、炉床の回転方向を示すとともに、処理物（混合物）の移動方向を示す。

回転炉床炉４１を用いて、これらの処理を一つの還元炉内にて行うことによって、その還元炉内の温度を高い温度で維持することができるため、それぞれの工程における処理の都度、温度を上げたり下げたりする等の必要が無くなり、エネルギーコストを低減することができる。そのため、高い生産性で、品質の良好なフェロニッケルを、連続して安定的に作製することができる。

なお、特に混合物を還元炉に装入する場合、予めその還元炉の炉床に炭素質還元剤（以下、「炉床炭素質還元剤」ともいう）を敷き詰めて、その敷き詰められた炉床炭素質還元剤の上に混合物を載置してもよい。また、混合物を充填した容器を炉床炭素質還元剤上に載置した後、炭素質還元剤を用いて覆い隠す状態にすることもできる。このように、炉床に炭素質還元剤が敷き詰められた還元炉に混合物を装入し、又は、装入した混合物をさらに覆い隠すように炭素質還元剤で包囲させた状態で還元加熱処理を施すことで、混合物の崩壊を抑制しながら、製錬反応をより速く進行させることができる。また、特に炉床炭素質還元剤を敷き詰めることで、処理室４３〜４６において還元反応が進んでニッケルメタルやスラグが生成しても、炉床との反応が抑えられるため、スラグが炉床に染み込んだり貼り付いたりすることを低減することができる。

具体的に、還元処理工程Ｓ３における還元処理は、還元炉を用いて行われ、ニッケル酸化鉱石を含む混合物（ペレット）を、所定の還元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。還元炉を使用した還元処理においては、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケルは可能な限り完全に優先的に還元し、一方で、ニッケル酸化鉱石に含まれる酸化鉄は一部だけ還元して、目的とする高いニッケル品位のフェロニッケルが得られる、いわゆる部分還元を施す。

還元処理では、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混合物中のニッケル酸化鉱石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容器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、混合物中では、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。

また、混合物が十分に混合されて組成ばらつきが実質的にない場合においては、原料同士が密着しているため、還元反応は均一に生じる。そのため、従来から言われているようにメタルシェルを生成し、その中である程度、時間をかけて反応して均一化する必要はなく、よってメタルシェルの生成が必須とはならない。すなわち、メタルシェルができなくても均一に反応が進み、フェロニッケルを製造することができる。

還元処理工程Ｓ３において、混合物中のスラグは熔融して液相となっているが、還元処理により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、装入する混合物と比較すると、５０％〜６０％程度の体積に収縮している。

還元処理における温度（還元温度）としては、特に限定されないが、１２００℃以上１４５０℃以下の範囲とすることが好ましく、１３００℃以上１４００℃以下の範囲とすることがより好ましい。このような温度範囲で還元することによって、均一に還元反応を生じさせることができ、品質のばらつきを抑制したフェロニッケルを生成させることができる。また、より好ましくは１３００℃以上１４００℃以下の範囲の還元温度で還元することで、比較的短時間で所望の還元反応を生じさせることができる。

なお、還元処理においては、上述した範囲の還元温度になるまでバーナー等により還元炉の内部温度を上昇させ、昇温後にその温度を維持する。

（２）混合物への振動の印加
本実施の形態においては、上述した還元処理の際に、溶融状態又は半溶融状態のメタルを含む混合物に対し振動を加えるか、又還元処理の後に、溶融状態若しくは半溶融状態のメタルを含む還元物に対し振動を加えることを特徴としている。

上述のように還元処理のみを施して生成するメタルは微細であることが多い。しかしながら、メタルが微細であると、スラグとメタルとを分離することが困難となる。そこで、溶融状態又は半溶融状態のメタルを含む混合物又は還元物を振動させる。これにより、溶融状態の微細なメタルの移動が促進され微細なメタル同士で凝集が進行し、メタルを粗大化することができる。そして、このようにメタルを粗大化することにより、スラグと選別しやすくなり、メタルを効率的に回収することができる。

なお、通常の操業でも装置の設計等に由来して混合物に振動が印加されることがあるが、本発明ではこのような通常の操業以外に意図して振動を印加する。振動を加える手段としては特に限定されず、例えば凹凸レール上の移動、ノッカーやバイブレーター等の機械的手段や、電磁誘導、音波等の手段を用いることができる。

振動の印加時期としては、特に限定されないが、少なくとも還元が進みメタルが生成した後に振動を印加する。印加の方法としては、連続的に印加することも、断続的に印加することもできる。

［電磁誘導による振動の印加］
例えば、還元処理を施されている混合物に磁界を印加することにより、電磁誘導作用を生じさせ、混合物を振動させることができる。また、還元処理中の混合物に対してではなく、還元処理を施して得られた還元物に、不活性雰囲気下等酸化が抑制された雰囲気下で磁界を印加することによって還元物を振動させることもできる。電磁誘導作用によるメタル粗大化の工程を還元処理と別の段の工程とすることによって、装置の設計の自由度が増して効率的にメタルを粗大化できる利点がある。

このようにして発生させた電磁誘導作用により振動を受けた微細なメタルは、微小距離の移動が促進され、凝集し粗大化する。この際、電磁誘導作用によりメタル内に渦電流が生じ、メタルは温度が上昇して粘性が下がり、メタルの粗大化がさらに進行する。一方で、スラグは酸化物であるため、電気伝導性が低く渦電流が発生せず、あまり温度が上昇することはない。したがって、混合物全体が完全な液体と溶け流れてしまうおそれはない。このように、電磁誘導による振動を印加することで、混合物全体としては形状をほぼ維持し、メタルのみが温度上昇して粘性が下がり半溶融状態となり凝集し、粗大化が進行する。なお、還元処理後の還元物に電磁誘導による振動を加えても温度上昇が十分でなくメタルを溶融状態又は半溶融状態にすることができない場合、炉等により加熱しながら磁場を印加することもできる。

磁界を発生させる方法としては、特に限定されず、例えばコイルに電流を通じさせること等、従来公知の手段を用いることができる。このような磁界を発生させる具体的な装置としては、例えば高周波溶解炉が挙げられる。

［音波による振動の印加］
還元処理を施されている混合物に音波を照射することにより、音波の振動エネルギーによって混合物を振動させることができる。また、還元処理中の混合物に対してではなく、還元処理を施して得られた還元物に、不活性雰囲気等の酸化が抑制された雰囲気下で音波を照射することによって還元物を振動させることもできる。音波によるメタル粗大化の工程を還元工程と別の段の工程とすることによって装置の設計の自由度が増して効率的にメタルの粗大化が可能となる。

このようにして発生させた音波により振動を受けた微細なメタルは、磁界による振動を受けた場合と同様にして微小距離を移動する。この際、メタルのみが温度上昇して粘性が下がり半溶融状態となり凝集し、粗大化が進行する。なお、還元処理後の還元物に音波による振動を加えても温度上昇が十分でなくメタルを溶融状態又は半溶融状態にすることができない場合、炉等により加熱しながら音波を照射することもできる。

音波の周波数としては、特に限定されないが、例えば１．００ｋＨｚ以上の超音波を用いることが好ましい。音波の周波数が１．００ｋＨｚ以上であることにより、高い音波エネルギーをメタルに印加することができる。なお、音波の周波数としては、例えば１００ＭＨｚ以下のものを用いることができる。なお、このような音波よりさらに高い周波数を伴う高周波誘導炉を用いて熔解することでも、同様にメタルの粗大化を可能とすることができる。

［凹凸レールによる振動の印加］
還元処理は、上述したように移動炉床炉を用いて行う。この移動炉床炉は、例えば、車輪を有し、混合物を載置し得る炉床と、その炉床の車輪を支えるとともに進路を誘導するレールとを備える構成とすることができる。そして、このレールとして凹凸を有しているものを用い、その凹凸のレール上に炉床を通過させることによって、炉床に振動を付与する。このようにして生じた振動は、炉床上に載置された混合物に伝達され、混合物に振動が加えられる。この際、例えば加熱等により溶融状態又は半溶融状態となった混合物中の微細なメタルは、振動により微小距離の移動が促進され、凝集し粗大化する。

凹凸としては、特に限定されないが、例えばレールの表面の凹凸加工や、レールの繋ぎ目等に設けた隙間を用いることができる。

炉床は、進行方向（前進）のみの移動又は進行方向（前進）及び逆方向（後進）の移動を交互に繰り返す移動のいずれも行うこともできる。連続的に混合物に振動を加え、観点から、進行方向（前進）及び逆方向（後進）の移動を交互に繰り返すことが
また、移動は連続的に行うことも、途中で停止して断続的に行うこともできる。

図３は炉床が進行方向のみの移動を行う場合に用いるレールの断面の模式図である。この凹凸レール１は、凸部１１と凹部１２を有している。この凹凸レール１においては、凸部１１の形状が三角形であり、進行方向と逆側のみが傾斜しており、進行方向側は垂直である。一方で、図４は炉床が進行方向及び逆方向の移動を交互に繰り返す場合に用いるレールの断面の模式図である。この凹凸レール２は、凸部２１と凹部２２を有している。この凹凸レール２においては、凸部２１の形状が三角形であり進行方向側及び逆方向側のいずれにも傾斜している。なお、図４に示す凹凸レール２は、炉床が進行方向のみの移動を行う場合にも用いることができる。

以下、凹凸レールを用いて混合物に振動を印加する方法を説明する。図５（ａ），（ｂ）は、凹凸レールを用いて混合物に振動を印加する方法を説明するための模式図である。

炉床３は、混合物載置部３１と車輪３２ａ，３２ｂとを備えて構成される。この炉床３は、上述した凹凸レール２上に配置され、この凹凸レール２上で進行方向及び逆方向の移動を交互に繰り返す。図５（ａ）においては、炉床３が備える車輪３２ａ及び３２ｂがいずれも凹凸レール２の凸部２１に乗っている。図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示した状態から炉床３が左方に移動した状態を示している。炉床３が左方に移動すると、炉床３の左側の車輪３２ａがレール２の凹部２２に入り込み、炉床３が左下方向に傾いて振動が発生する。さらに左方に移動すると、左側の車輪３２ａは凸部２１に乗るが、右側の車輪３２ｂは凹部に入り込み、炉床３が右下方向に傾いて振動が発生する。このような移動を、左方右方に繰り返すことで炉床３及びその炉床３に載置された混合物に連続的な振動を加えることができる。

車輪の直径としては、特に限定されないが、例えば凹部の幅（凸部の頂点同士の間）の０．１倍以上のものを用いることが好ましく、０．２倍以上のものを用いることがより好ましい。車輪の直径が凹部の幅の０．１倍以上のものを用いることにより、炉床をより適切に移動させることができ、より大きな振動を発生させることができる。また、車輪の直径としては、凹部の幅の２倍以下のものを用いることが好ましく、１．５倍以下のものを用いることよりが好ましい。車輪の直径が凹部の幅の２倍以下のものを用いることにより、凹部に入り込ませることができる車輪の部分を多くすることができ、より大きな振動を発生させることができる。

凸部の形状としては、特に限定されないが、図３及び４に例示したように凸部の断面が三角形のもの以外に、四角形、五角形、半円形、半楕円形等のものを用いることができる。また、凹部の形状としては、特に限定されないが、図３及び４に例示したように凸部の断面が三角形のもの以外に、四角形、五角形、半円形、半楕円形等のものを用いることができる。

以上では、車輪を有する炉床と、凹凸レールとを用いて振動を加える例について説明したが、炉床が凹凸を有する面（以下、「凹凸面」ということもある）上を通過することにより振動を発生させることができる構成であれば、特に限定されるものではない。

このような炉床が凹凸面上を通過することにより振動を発生させる方法では、還元処理により得られた還元物に振動を加える場合、上述した電磁誘導や超音波による振動と異なり、不活性雰囲気等酸化が抑制された雰囲気下で振動させるだけではメタルを充分に加熱して溶融状態又は半溶融状態にすることができずメタルを粗大化できない。このような場合、例えば酸化が抑制された雰囲気下で、１２００℃以上１４５０℃以下の範囲で加熱して溶融させながら、振動を加えることでメタルを粗大化することができる。

なお、凹凸レールによる振動は、還元処理中の混合物に対してではなく、還元処理を施して得られた還元物に対して、不活性雰囲気下等酸化が抑制された雰囲気下で、例えば加熱してメタルを溶融状態又は半溶融状態にしながら印加することもできる。このような場合、加熱炉内に上述したような凹凸レールを設けてもよい。

［ノッカー又はバイブレーターによる振動の印加］
また、移動炉床炉を用いて行う還元処理において、移動炉床炉としては、例えば、車輪を有し、混合物を載置し得る炉床と、その炉床の車輪を支えるとともに進路を誘導するレールとを備える構成とすることができる。また、移動炉床炉は、シート状、板状、容器上等の炉床と、その炉床の進路を誘導するベルトコンベアとを備える構成とすることができる。ここで、前者ではレール、後者ではベルトコンベアに例示されるような、炉床を支持し又は配置する支持部を振動させる。

このような振動は炉床上に載置された混合物に伝達され、混合物に振動が加えられる。混合物中の微細なメタルは、振動により微小距離の移動が促進され、凝集し粗大化する。

振動発生装置としては、特に限定されず、ノッカーやバイブレーター等を用いることが好ましい。これらは、安価で効率良く振動を発生させることができる。ノッカーやバイブレーターは支持部を有する装置に接触しており、ノッカーやバイブレーターにより生じた振動はこの装置を伝達して炉床及び混合物に振動を印加する。

振動の周波数としては、特に限定されず、接触装置や炉床の設計等を考慮して混合物に効率的に振動が伝達するよう選択することができる。

以上では、炉床をレール又はベルトコンベアに載置し、振動を加える例について説明したが、レール又はノッカーを用いる構成に限定されず、炉床を載置することができ、且つそれ自身が振動する載置部であれば用いることができる。

このような載置部を振動させる方法では、還元処理により得られた還元物に振動を加える場合、上述した電磁誘導や超音波による振動と異なり、不活性雰囲気等酸化が抑制された雰囲気下で振動させるだけではメタルを充分に加熱して溶融状態又は半溶融状態にすることができずメタルを粗大化できない。このような場合、例えば酸化が抑制された雰囲気下で、１２００℃以上１４５０℃以下の範囲で加熱して溶融させながら、振動を加えることでメタルを粗大化することができる。

なお、ノッカー又はバイブレーターによる振動は、還元処理中の混合物に対してではなく、還元処理を施して得られた還元物に対して、不活性雰囲気下等酸化が抑制された雰囲気下で、例えば加熱してメタルを溶融状態又は半溶融状態にしながら印加することもできる。このような場合、加熱炉内に上述したようなレール又はベルトコンベアと、振動発生装置とを設けてもよい。

（４）冷却工程
冷却工程Ｓ３４は、還元工程Ｓ３３を経た後の還元物を、続く分離工程Ｓ４にて分離回収できる温度にまで冷却する工程である。

冷却工程Ｓ３４における還元物の冷却は、還元反応を行う炉の内側にある処理室と、炉の外側に接続された処理室のうち、少なくともいずれかで行うことができる。例えば、図２の還元炉４では、回転炉床炉４１の処理室４６を冷却室とし、且つ炉外に外部冷却室４７を設けることで、回転炉床炉４１の内部における温度低下が小さくなるため、還元炉４におけるエネルギーロスを低減することができる。また、特に回転炉床炉４１から外部冷却室４７には熱が伝わり難くなるため、還元物の冷却をよりスムーズに行うことができる。

冷却工程Ｓ３４において、還元工程Ｓ３３を経た還元物を冷却室に移す温度（以下、「回収時温度」ともいう）は、還元物を実質的に固体として扱える温度であればよい。特に、回転炉床炉を用いて還元工程Ｓ３３を行った場合には、回収時温度ができるだけ高い温度であることが好ましい。このとき、回収時温度をできるだけ高くすることで、冷却室に移すまでの回転炉床炉４１の炉床の温度低下が小さくなる。そのため、回転炉床や炉内の雰囲気への冷却及び予熱によるエネルギーロスを低減することができ、再加熱に要するエネルギーをより一層節約することができる。

ここで、冷却工程Ｓ３４における回収時温度は、６００℃以上であることが好ましい。回収時温度をこのような高い温度にすることで、再加熱に要するエネルギーが大幅に低減するため、より低コストで効率的な製錬処理を行うことができる。また、回転炉床炉４１の炉床における温度差が減少することで、その炉床や炉壁等に加わる熱応力も減少するため、回転炉床炉４１の寿命を大きく延ばすことができることに加え、回転炉床炉４１の操業中の不具合も大幅に減らすことができる。

本実施の形態では、還元処理工程Ｓ３における反応が理想的に進行した場合、還元処理工程Ｓ３を行った後の混合物は、メタルとスラグとの混在物になる。このとき、大きな塊のメタルが形成されることで、還元炉から回収する際における回収の手間を低減させることができ、また、メタル回収率の低下を抑えることができる。

＜４．分離工程＞
分離工程Ｓ４では、還元処理工程Ｓ３にて生成した還元物から、メタル（フェロニッケルメタル）を分離して回収する。具体的には、混合物を還元加熱処理することによって得られた、メタル相（メタル固相）とスラグ相（スラグ固相）とを含む混在物（還元物）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在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、上述した大きな混在物に対して、例えば、所定の落差を設けて落下させ、あるいは篩い分けの際に所定の振動を与える等の衝撃を付与することで、その混在物から、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、メタル相を回収し、フェロニッケルの製品とすることができる。

このような方法によれば、粗大化したメタルを効率的に回収することができ、その結果、スラグと選別しやすくなり、メタルの回収率を高めることができる。

以下、本発明の実施例を示して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１〜５、比較例１〜５：電磁誘導による振動の印加≫
［混合処理工程］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤（石炭粉、炭素含有量：８５重量％、平均粒径：約１５０μｍ）を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを過不足なく還元するのに必要な量の合計値を１００質量％としたときに２３質量％の割合となる量で含有させた。

［混合物成形工程］
次に、得られた混合物を、パン型造粒機を用いて球状に造粒して、φ１５．０±０．５ｍｍの大きさに篩った。

［還元処理工程］
次に、用意した混合物試料を、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気にした、回転炉床炉を有する還元炉に各々装入した。還元炉としては、図２に示すように、炉床が回転移動する領域を４分割するように４つの処理室４３〜４６を備えた回転炉床炉４１を有するものを用いた。この還元炉４では、乾燥室４２が回転炉床炉４１の処理室４３に接続されており、また、外部冷却室４７が回転炉床炉４１の処理室４６に接続されている。

そして、回転炉床炉４１の炉外に接続された乾燥室４２に混合物を装入して乾燥処理を施した。具体的に、固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、２００℃〜２５０℃の熱風を吹き付けることで乾燥させた。下記表３に、乾燥処理後の混合物の固形分組成（炭素を除く）を示す。

次いで、乾燥後の混合物を、乾燥室４２に連続して回転炉床炉４１の中に設けられた、予熱室である処理室４３に移行させ、予熱室内の温度を７００℃以上１２８０℃以下の範囲に保持して、ペレットに対して予熱処理を行った。

続いて、予熱処理後のペレットを、回転炉床炉４１の中で処理室４４に移行させて、表４に示す温度及び時間で還元処理を行った。なお、金属製の炉床に灰（主成分はＳｉＯ_２であり、その他の成分としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する灰）を敷き詰め、その上に混合物又はペレットを載置するようにした。

還元処理を経て得られたペレットの還元物は、表４に示す還元温度と同じ温度に維持された温度保持室である処理室４５と、冷却室である処理室４６との順に移行させ、次いで、回転炉床炉４１に接続された外部冷却室４７に移行させ、窒素を流しながら速やかに室温まで冷却して大気中へ取り出した。なお、還元物の回転炉床炉４１からの回収は、還元物を外部冷却室４７に移行させる際に行い、外部冷却室４７に設置したガイドに還元物を沿わせるようにして回収した。その後、回収した還元物は、湿式処理による粉砕後、磁力線別によってメタルを回収した。

ここで、回転炉床炉４１は炉床と、その炉床を支持し誘導するレールを有している。このレールはフラットな形状であり、凹凸を有していない。また、その近傍にこのレールを振動させるバイブレーターやノッカーも配置されていない。

実施例１〜５では、上述した還元処理に次いで、還元物を移動炉床炉から取り出し、窒素雰囲気とした高周波溶解炉に装入して、磁場により電磁誘導作用を生じさせることで、１０分間、還元物を振動させた。一方で、比較例１〜５では、上述した還元処理の際及びその後、振動を加えなかった。

［評価］
このようにして得られた各試料について、還元物を樹脂に埋め込み、金属顕微鏡で観察を行い、メタルの平均粒径を測定した。平均粒径は各試料に任意にメタル粒子を１００個選び、その粒子断面の最大長さを測定し、１００個の平均値を平均粒径とした。下記表４に、このようにして求めた平均粒径を示す。

還元加熱処理後に取り出した試料について、ニッケルメタル率、メタル中のニッケル含有率を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ−８１００型）により分析して算出した。また、原料であるニッケル酸化鉱石中のニッケル含有量と回収したニッケル量から、ニッケル回収率を算出した。下記表４に、分析結果から算出した値を併せて示す。なお、ニッケルメタル率は（１）式、メタル中ニッケル含有率は（２）式、ニッケル回収率は（３）式により算出した。
ニッケルメタル率＝混合物中のメタル化したＮｉの量÷（ペレット中の全てＮｉの量）×１００（％） ・・・（１）式
メタル中ニッケル含有率＝混合物中のメタル化したＮｉの量÷（ペレット中のメタル化したＮｉとＦｅの合計量）×１００（％） ・・・（２）式

表４の結果に示されるように、実施例１〜５では、磁場を加えて電磁誘導作用を生じさせこれにより混合物に振動を加えたため、直径で比較例１〜５の５倍程度の大きさまでメタルを粗大化させることができた。そしてこれにより、還元物を効率的に回収することができ、高い生産性でもってメタルを製造することができた。また、ニッケルメタル率、メタル中ニッケル含有量及びニッケル回収率は、いずれも高い値で良好な結果となり、高品質なメタルを高収率で製造することができた。

一方で、比較例１〜５では、ニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有量及びニッケル回収率がいずれも実施例に比べて低い値となり、メタルを有効に回収することができなかった。

≪実施例６〜２５、比較例６〜１０：超音波による振動の印加≫
［混合処理工程］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤（石炭粉、炭素含有量：８５重量％、平均粒径：約８０μｍ）を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを過不足なく還元するのに必要な量の合計値を１００質量％としたときに２８質量％の割合となる量で含有させた。

［混合物成形工程］
次に、得られた混合物を、パン型造粒機を用いて球状に造粒して、φ１５．０±０．５ｍｍの大きさに篩った。

［還元処理工程］
次に、用意した混合物試料を、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気にした、回転炉床炉を有する還元炉に各々装入した。還元炉としては、図２に示すような回転炉床炉４１を有するものを用いた。

そして、回転炉床炉４１の炉外に接続された乾燥室４２に混合物を装入して乾燥処理を施した。具体的に、固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、２００℃〜２５０℃の熱風を吹き付けることで乾燥させた。乾燥処理後の試料の固形分組成（炭素を除く）は、実施例１と同様であり、表３に示したとおりである。

次いで、乾燥後の混合物を、処理室４３に移行させ、予熱室内の温度を７００℃以上１２８０℃以下の範囲に保持して、ペレットに対して予熱処理を行った。

続いて、予熱処理後のペレットを、処理室４４に移行させて、表５に示す温度及び時間で還元処理を行った。なお、金属製の炉床に灰（主成分はＳｉＯ_２であり、その他の成分としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する灰）を敷き詰め、その上に混合物又はペレットを載置するようにした。

還元処理を経て得られたペレットの還元物は、温度保持室である処理室４５と、冷却室である処理室４６との順に移行させ、次いで、外部冷却室４７に移行させ、窒素を流しながら速やかに室温まで冷却して大気中へ取り出した。なお、還元物の回転炉床炉４１からの回収は、還元物を外部冷却室４７に移行させる際に行い、外部冷却室４７に設置したガイドに還元物を沿わせるようにして回収した。その後、回収した還元物は、湿式処理による粉砕後、磁力線別によってメタルを回収した。

ここで、回転炉床炉４１は炉床と、その炉床を支持し誘導するレールを有している。このレールはフラットな形状であり、凹凸を有していない。また、その近傍にこのレールを振動させるバイブレーターやノッカーも配置されていない。

実施例６〜２０では、上述した還元処理の際に、混合物に、表５に示す周波数の音波を照射し振動させた。実施例２１〜２５では、上述した還元処理に次いで、還元物を移動炉床炉から取り出し、窒素雰囲気としたバッチ炉に装入して表５に示す温度で加熱しながら音波を照射し振動させた。一方で、比較例６〜１０では、上述した還元処理の際及びその後、振動を加えなかった。

［評価］
このようにして得られた各試料について、実施例１〜５及び比較例１〜５と同様にして、平均粒径、ニッケルメタル率、メタル中ニッケル含有率及びニッケル回収率を算出した。下記表５に、分析結果から算出した値を併せて示す。

表５の結果に示されるように、実施例６〜２５では、混合物に音波を照射し振動を加えたため、直径で比較例６〜１０の３０〜５０倍程度の大きさまでメタルを粗大化させることができた。そしてこれにより、還元物を効率的に回収することができ、高い生産性でもってメタルを製造することができた。また、ニッケルメタル率、メタル中ニッケル含有量及びニッケル回収率は、いずれも高い値で良好な結果となり、高品質なメタルを高収率で製造することができた。

一方で、比較例６〜１０では、ニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有量及びニッケル回収率がいずれも実施例に比べて低い値となり、有効にメタルを回収することができなかった。

≪実施例２６〜４５、比較例１１〜１４：凹凸レールによる振動の印加≫
［混合処理工程］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤（石炭粉、炭素含有量：８５重量％、平均粒径：約９０μｍ）を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを過不足なく還元するのに必要な量の合計値を１００質量％としたときに２７質量％の割合となる量で含有させた。

［混合物成形工程］
次に、得られた混合物を、パン型造粒機を用いて球状に造粒して、φ１４．０±１．０ｍｍの大きさに篩った。

［還元処理工程］
次に、用意した混合物試料を、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気にした、回転炉床炉を有する還元炉に各々装入した。還元炉としては、図２に示すような回転炉床炉４１を有するものを用いた。

そして、回転炉床炉４１の炉外に接続された乾燥室４２に混合物を装入して乾燥処理を施した。具体的に、固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、２００℃〜２５０℃の熱風を吹き付けることで乾燥させた。乾燥処理後の試料の固形分組成（炭素を除く）は、実施例１と同様であり、表３に示したとおりである。

次いで、乾燥後の混合物を、処理室４３に移行させ、予熱室内の温度を７００℃以上１２８０℃以下の範囲に保持して、ペレットに対して予熱処理を行った。

続いて、予熱処理後のペレットを、処理室４４に移行させて、表６に示す温度及び時間で還元処理を行った。なお、金属製の炉床に灰（主成分はＳｉＯ_２であり、その他の成分としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する灰）を敷き詰め、その上に混合物又はペレットを載置するようにした。

還元処理を経て得られたペレットの還元物は、温度保持室である処理室４５と、冷却室である処理室４６との順に移行させ、次いで、外部冷却室４７に移行させ、窒素を流しながら速やかに室温まで冷却して大気中へ取り出した。なお、還元物の回転炉床炉４１からの回収は、還元物を外部冷却室４７に移行させる際に行い、外部冷却室４７に設置したガイドに還元物を沿わせるようにして回収した。その後、回収した還元物は、湿式処理による粉砕後、磁力線別によってメタルを回収した。

ここで、回転炉床炉４１は炉床と、その炉床を支持し誘導するレールを有している。このレールは、その近傍にバイブレーターやノッカーが設置されていない。

実施例２６〜３０、３６〜４０では、上述した還元処理の際に、図３に示す断面形状を有するレール（表６において「形状１」という）上を進行方向一方向のみに炉床を移動させ振動させた。実施例３１〜３５、４１〜４５では、図４に示す断面形状を有するレール（表６において「形状２」という）状を進行方向及び逆方向（表６において「前後方向」という）に炉床を移動させ振動させた。一方で、比較例１１〜１４では、上述した還元処理の際及びその後、振動を加えなかった。

［評価］
このようにして得られた各試料について、実施例１〜５及び比較例１〜５と同様にして、平均粒径、ニッケルメタル率、メタル中ニッケル含有率及びニッケル回収率を算出した。下記表６に、分析結果から算出した値を併せて示す。

表６の結果に示されるように、実施例２６〜４５では、混合物が載置された路床に凹凸上を通過させて振動を加えたため、直径で比較例１１〜１４の２０〜３０倍程度の大きさまでメタルを粗大化させることができた。そしてこれにより、還元物を効率的に回収することができ、高い生産性でもってメタルを製造することができた。また、ニッケルメタル率、メタル中ニッケル含有量及びニッケル回収率は、いずれも高い値で良好な結果となり、高品質なメタルを高収率で製造することができた。

一方で、比較例１１〜１４では、ニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有量及びニッケル回収率がいずれも実施例に比べて低い値となり、有効にメタルを回収することができなかった。

≪実施例４６〜６５、比較例１５〜１７：ノッカー又はバイブレーターによる振動の印加≫
［混合処理工程］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤（石炭粉、炭素含有量：８５重量％、平均粒径：約７５μｍ）を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを過不足なく還元するのに必要な量の合計値を１００質量％としたときに２５質量％の割合となる量で含有させた。

［混合物成形工程］
次に、得られた混合物を、パン型造粒機を用いて球状に造粒して、φ１６．０±１．０ｍｍの大きさに篩った。

［還元処理工程］
次に、用意した混合物試料を、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気にした、回転炉床炉を有する還元炉に各々装入した。還元炉としては、図２に示すような回転炉床炉４１を有するものを用いた。

そして、回転炉床炉４１の炉外に接続された乾燥室４２に混合物を装入して乾燥処理を施した。具体的に、固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、２００℃〜２５０℃の熱風を吹き付けることで乾燥させた。乾燥処理後の試料の固形分組成（炭素を除く）は、実施例１と同様であり、表３に示したとおりである。

次いで、乾燥後の混合物を、処理室４３に移行させ、予熱室内の温度を７００℃以上１２８０℃以下の範囲に保持して、ペレットに対して予熱処理を行った。

続いて、予熱処理後のペレットを、処理室４４に移行させて、表６に示す温度及び時間で還元処理を行った。なお、金属製の炉床に灰（主成分はＳｉＯ_２であり、その他の成分としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する灰）を敷き詰め、その上に混合物又はペレットを載置するようにした。

還元処理を経て得られたペレットの還元物は、温度保持室である処理室４５と、冷却室である処理室４６との順に移行させ、次いで、外部冷却室４７に移行させ、窒素を流しながら速やかに室温まで冷却して大気中へ取り出した。なお、還元物の回転炉床炉４１からの回収は、還元物を外部冷却室４７に移行させる際に行い、外部冷却室４７に設置したガイドに還元物を沿わせるようにして回収した。その後、回収した還元物は、湿式処理による粉砕後、磁力線別によってメタルを回収した。

ここで、回転炉床炉４１は炉床と、その炉床を支持し誘導するレールを有している。このレールはフラットな形状であり、凹凸を有していない。

実施例４６〜５５では、上述した還元処理の際に、ノッカーを用いてレールを振動させた。実施例５６〜６５では、バイブレーターを用いてレールを振動させた。一方で、比較例１５〜１７では、上述した還元処理の際及びその後、振動を加えなかった。

［評価］
このようにして得られた各試料について、実施例１〜５及び比較例１〜５と同様にして、平均粒径、ニッケルメタル率、メタル中ニッケル含有率及びニッケル回収率を算出した。下記表７に、分析結果から算出した値を併せて示す。

表７の結果に示されるように、実施例４６〜６５では、レールに振動を加えて混合物に振動を加えたため、直径で比較例１５〜１７の２０〜３０倍程度の大きさまでメタルを粗大化させることができた。そしてこれにより、還元物を効率的に回収することができ、高い生産性でもってメタルを製造することができた。また、ニッケルメタル率、メタル中ニッケル含有量及びニッケル回収率は、いずれも高い値で良好な結果となり、高品質なメタルを高収率で製造することができた。

一方で、比較例１５〜１７では、ニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有量及びニッケル回収率がいずれも実施例に比べて低い値となり、有効にメタルを回収することができなかった。

１，２ 凹凸レール
１１，２１ 凸部
１２，２２ 凹部
３ 炉床
３１ 混合物載置部
３２ａ，３２ｂ 車輪
４ 還元炉
４１ 回転炉床炉
４２ 乾燥室
４３，４４，４５，４６ 処理室
４７ 冷却室
５ 混合物

Claims (7)

1. ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して得られる混合物を移動炉床炉の炉床に載置し、該移動炉床炉にて還元処理を施し、フェロニッケルである還元物を得る酸化鉱石の製錬方法であって、
   前記還元処理において、前記混合物中のメタルを溶融状態又は半溶融状態にするとともに、前記混合物に、前記移動炉床炉の前記炉床の移動によって不可避的に発生する振動とは別に、意図的に振動を加える
   酸化鉱石の製錬方法。
2. ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して得られる混合物を移動炉床炉の炉床に載置し、該移動炉床炉にて還元処理を施し、フェロニッケルである還元物を得る酸化鉱石の製錬方法であって、
   所定の温度及び所定時間で前記還元処理を行った後に、前記移動炉床炉から取り出した後の前記還元物中のメタルを溶融状態又は半溶融状態にするとともに、前記還元物に、前記移動炉床炉の前記炉床の移動によって不可避的に発生する振動とは別に、意図的に振動を加える
   酸化鉱石の製錬方法。
3. 電磁誘導作用により前記混合物に前記振動を加える
   請求項１又は２に記載の酸化鉱石の製錬方法。
4. 周波数が１．００ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の超音波により前記混合物に前記振動を加える
   請求項１又は２に記載の酸化鉱石の製錬方法。
5. 前記移動炉床炉において、凹凸面上に前記炉床が設けられており、
   前記炉床を前記凹凸面上で移動させることにより前記混合物に前記振動を加える
   請求項１又は２に記載の酸化鉱石の製錬方法。
6. 前記移動炉床炉は、前記炉床と該炉床を載置する載置部とを有し、
   前記炉床の載置部を振動させることにより前記混合物に前記振動を加える
   請求項１又は２に記載の酸化鉱石の製錬方法。
7. 前記還元処理における還元温度を１２５０℃以上１４５０℃以下とする
   請求項１乃至６いずれか１項に記載の酸化鉱石の製錬方法。

Images