JP7459660B2 - 酸化鉱石の製錬方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸化鉱石の乾式製錬方法に関するものであり、より詳しくは、例えばニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石を原料として炭素質還元剤により還元することで還元物であるメタルを製造する製錬方法に関する。

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を製錬する方法として、ニッケル酸化鉱石を硫黄とともに熔錬炉に投入して熔融しニッケルマットを製造する乾式方法や、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤をロータリーキルンや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方法、さらにニッケル酸化鉱石を硫酸などの酸と共に加圧容器（オートクレーブ）に入れて高温高圧下で酸浸出し、ニッケルやコバルトが混在した混合硫化物（ミックスサルファイド）を製造する方法等が知られている。

上述した様々な方法の中で、ニッケル酸化鉱石の反応を進めるためには、ニッケル酸化鉱石を適度な大きさに破砕して塊状物化する処理を前処理として行うことが多い。

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、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）を得、これを上述の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たり、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、還元処理により得るフェロニッケルなどのメタルを粗大化させることも重要である。これは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）が低下するなどの弊害が生じるためである。このため、還元後のフェロニッケルをできるだけ粗大化することが望まれる。

例えば、特許文献１には、金属酸化物と炭素質還元剤とを含む塊成物を加熱して塊成物に含まれる金属酸化物を還元溶融して粒状金属を製造するにあたり、粒状金属の生産性を一層高める技術を提案すること、を目的とする技術が開示されている。具体的には、金属酸化物と炭素質還元剤とを含む塊成物を、移動床型還元溶融炉の炉床上に供給して加熱し、金属酸化物を還元溶融した後、得られる粒状金属を冷却してから炉外へ排出して回収する粒状金属の製造方法であって、その加熱では、塊成物中の酸化鉄を固体還元する炉の前半領域における炉内温度を１３００℃～１４５０℃とし、塊成物中の還元鉄を浸炭、溶融させ、凝集させる炉の後半領域での炉内温度を１４００℃～１５５０℃とすると共に、炉床上に敷き詰めた塊成物同士の距離を０としたときの塊成物の炉床への最大投影面積率に対し、炉床上に敷き詰めた塊成物の炉床への投影面積率の相対値を敷密度としたとき、炉床上における塊成物の敷密度を０．５以上０．８以下として加熱する際に、平均直径が１９．５ｍｍ以上３２ｍｍ以下の塊成物を炉床上に供給することを特徴とする粒状金属の製造方法が開示されている。

また、特許文献１には、塊成物の敷密度と平均直径と併せて制御することによって、粒状金属鉄の生産性を向上できる、ことも示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、あくまで塊生物の外面側での反応に関する技術であるが、還元反応に最も重要な要素は、還元反応が起きる塊成物内の状態であることは言うまでもない。すなわち、塊成物の内部での還元反応が制御することによって、反応効率や均一な還元反応が実現し、その結果高品質のメタルを製造することができると考えられる。

さらに、特許文献１に記載の技術のように、塊成物の直径が決められた範囲に限定されると、塊成物を製造する際の収率の低下が避けられず、その結果としてコストアップになる懸念がある。なお、塊成物の敷密度が０．５～０．８の範囲では、細密充填でないうえ、塊成物を積層することも難しくなるため、低効率な処理となる。

上述したように、ニッケル酸化鉱石を混合し還元して、ニッケルと鉄とを含むメタルを製造するに際して、高い生産性を維持しつつ、コストを低減し、高品質なメタルを得ることには多くの課題があった。

特開２０１１－２５６４１４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、効率よく、かつ高品質のメタルを製造することができるニッケル酸化鉱石の製錬方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ニッケル酸化鉱石と還元剤とを含む混合物を還元炉にて還元処理するにあたり、追加の還元剤を還元炉に投入するようにし、そのとき、追加の還元剤の投入量を、還元炉から排出されるメタルの分析結果に基づいて制御することで、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。

（１）本発明の第１は、ニッケル酸化鉱石と、第１の還元剤と、を含有する混合物を得る混合工程と、還元炉に前記混合物を装入し、該混合物に還元処理を施すことによってメタルとスラグとを含む還元物を得る還元工程と、有し、前記還元工程では、追加の還元剤である第２の還元剤を前記還元炉に投入して前記還元処理を施し、前記第２の還元剤の投入量を、前記還元炉から排出される還元物であるメタルの分析結果に基づいて制御する、ニッケル酸化鉱石の製錬方法である。

（２）本発明の第２は、第１の発明において、前記第２の還元剤の投入量を、前記メタル中のニッケル品位の分析結果に基づいて制御するニッケル酸化鉱石の製錬方法である。

（３）本発明の第３は、第１の発明において、前記第２の還元剤の投入量を、前記混合物に含有されたニッケルがメタルに還元された割合を示すニッケルメタル化率の分析結果に基づいて制御するニッケル酸化鉱石の製錬方法。

（４）本発明の第４は、第１の発明において、前記第２の還元剤の投入量を、前記メタル中のニッケル品位、及び、前記混合物に含有されたニッケルがメタルに還元された割合を示すニッケルメタル化率の分析結果に基づいて制御する、ニッケル酸化鉱石の製錬方法である。

（５）本発明の第５は、第１から第４のいずれかの発明において、前記還元工程では、前記還元炉における前記混合物を装入する装入口から前記第２の還元剤を投入する
請求項１から４のいずれかに記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法である。

（６）本発明の第６は、第１から第５のいずれかの発明において、前記還元工程では、前記還元炉における前記混合物を装入する装入口とは異なる還元剤投入口から前記第２の還元剤を投入する、ニッケル酸化鉱石の製錬方法である。

（７）本発明の第７は、第１から第６のいずれかの発明において、前記還元工程では、前記還元処理によって前記混合物を溶融状態とし、得られる溶融状態のメタルとスラグとを比重により分離する、ニッケル酸化鉱石の製錬方法である。

本発明によれば、効率よく、かつ高品質のメタルを製造することができるニッケル酸化鉱石の製錬方法を提供することができる。

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。 還元炉の構成の一例を示す模式図であり、その還元炉における還元処理の様子を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、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．ニッケル酸化鉱石の製錬方法の概要≫
本発明のニッケル酸化鉱石の製錬方法は、ニッケル酸化鉱石を原料として、その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還元することによって、還元物であるメタルを製造する酸化鉱石の製錬方法である。具体的には、原還元物として、鉄とニッケルの合金であるフェロニッケルメタルを製造する。

本発明の酸化鉱石のニッケル製錬方法は、ニッケル酸化鉱石と還元剤（第１の還元剤）との混合物を還元炉にて還元処理する還元工程において、追加の還元剤（第２の還元剤）を還元炉内に投入するようにし、その追加の還元剤の投入量を、還元炉から排出される還元物であるメタルの分析結果に基づいて制御することを特徴としてる。

ここで、追加の還元剤（第２の還元剤）とは、原料のニッケル酸化鉱石と混合させて混合物とした第１の還元剤とは別に、還元処理において原料中のニッケル等を還元させてメタル化するために追加で投入する還元剤をいう。

このような方法によれば、追加の還元剤（第２の還元剤）を投入して還元処理を行うことにより、ニッケル酸化鉱石の製錬反応をより効果的に進行させることができるとともに、その第２の還元剤の投入量をメタルの分析結果に基づいて制御するようにしているため、原料鉱石のニッケル品位等に依存することなく、また鉄の還元量を抑制しながら、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることが可能であり、高品質なメタルを長期に亘って製造することができる。また、第２の還元剤の投入量制御を行っているため、過剰の投入を防いで、還元剤の使用コストを低減することも可能となる。

≪２．ニッケル酸化鉱石の製錬方法≫
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、原料鉱石にニッケル酸化鉱石を用い、そのニッケル酸化鉱石を溶融還元することで、ニッケル酸化鉱石に含まれるニッケル（酸化ニッケル）と鉄（酸化鉄）とをメタル化して鉄－ニッケル合金（フェロニッケル）を生成させ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石の製錬方法は、図１に示すように、ニッケル酸化鉱石と、炭素質還元剤（第１の還元剤）と、を含有する混合物を得る混合工程Ｓ１と、得られた混合物を乾燥する乾燥工程Ｓ２と、還元炉に混合物を装入して混合物に還元処理を施すことによってメタルとスラグとを含む還元物を得る還元工程Ｓ３と、得られた還元物からメタルを回収する回収工程Ｓ４と、を有する。

＜２－１．混合工程＞
混合工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱石と還元剤である炭素質還元剤とを混合して混合物を得る。ここで、混合工程Ｓ１にてニッケル酸化鉱石と混合して混合物を構成する炭素質還元剤を「第１の還元剤」として、後述する還元工程Ｓ３にて別途用いる追加の還元剤（第２の還元剤）とは区別する。

具体的に、混合工程Ｓ１では、まず、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に、第１の還元剤である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以上０．８ｍｍ以下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。

混合に際しては、添加剤に加え所定量の水を添加して行うことができる。水を添加して混合することで、原料の混合性を向上させることができる。また、混合処理では、公知の混合機等を用いて行うことができる。

混合工程Ｓ１では、各原料の混合を行うとともに、混合性を向上させるために混練を行ってよい。混練を行うことで、原料を混合して得られた混合物にせん断力を加え、原料鉱石や炭素還元剤等の凝集を解くことができ、より均一に混合できるとともに各々の粒や粒子間における空隙を減らすことができ、還元処理に供したときに均一な反応を生じさせることが可能となる。なお、混練は、二軸混練機等を用いて行える。

ここで、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、構成成分として、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）とを含有する。

ニッケル酸化鉱石を用いるに際しては、粗砕、粉砕をして所定の大きさに分級、粉砕等を行ってよい。分級、粉砕等を行うことで、ある程度の範囲に粒径を揃えることができ、粉砕等により大きなサイズの鉱石を無くすことで、炭素質還元剤等との混合性を高め、また還元処理に際しての均一性を向上できる。

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と酸化鉄とを過不足なく還元するのに必要な炭素質還元剤の量を１００質量％としたとき、８０質量％以下の割合とすることが好ましく、６０質量％以下とすることがより好ましい。また、炭素質還元剤の混合量の下限値としては、特に限定されないが、化学当量の合計値１００質量％に対して１５質量％以上の割合とすることが好ましく、２０質量％以上の割合とすることがより好ましい。

なお、酸化ニッケルと酸化鉄とを過不足なく還元するのに必要な炭素質還元剤の量とは、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、酸化鉄を鉄メタルに還元するのに必要な化学当量との合計値（以下、「化学当量の合計値」ともいう）と言い換えることができる。

任意成分の添加剤である鉄鉱石としては、特に限定されないが、例えば、鉄品位が５０質量％程度以上の鉄鉱石や、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。

鉱石と炭素質還元剤を混合した後、ペレットやブリケットに成形してよい。この際、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。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。

下記表１に、混合工程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。なお、原料粉末の組成としてはこれに限定されない。

＜２－２．乾燥工程＞
乾燥工程Ｓ２は、得られた混合物を乾燥する。本実施の形態においては、上述した混合工程Ｓ１を経て得られた混合物をそのまま、後述する還元炉に装入して還元処理（還元工程Ｓ３）を施してもよいが、還元処理に先立って混合物を乾燥させてもよい。なお、このように乾燥工程Ｓ２にて処理を施した場合、乾燥後の混合物が、還元炉に装入されて、次に還元工程Ｓ３における処理に供される。

乾燥工程は必須の工程ではないが、このように還元処理に先立って混合物を乾燥させることで、その混合物に対して均一に還元処理を施すことができるとともに、混合物を確実に熔融温度以上に加熱して還元することができる。

乾燥温度としては、特に限定されないが、１５０℃以上４００℃以下の範囲とすることが好ましい。このような範囲で乾燥処理を施すことで、その処理において混合物の反応が進むことを抑制しながら、効率的に混合物を乾燥させることができる。また、混合物を所定の形状に成形して還元処理に供するような場合でも、上記の温度範囲で乾燥しておくことで、成形物が還元処理により急減に加熱され破裂してしまうことを防ぐことができる。

乾燥方法としては、特に限定されない。例えば、内部が所定の乾燥温度に調整された乾燥設備に混合物を装入し、所定の時間保持することによって乾燥させる方法や、所定の乾燥温度の熱風を混合物に吹き付けて乾燥させる方法等を挙げることができる。

あるいは、加熱還元を行う還元炉にて発生する排ガスを利用して乾燥してもよい。還元処理を経て発生する排ガスは、非常に高温であるため、ニッケル酸化鉱石を含む混合物の乾燥に適している。また、高温であることからガス流量を抑えた乾燥処理を行うことができ、それにより、乾燥処理でのダスト発生率を抑えることができる。還元炉からの排ガスを利用する場合、還元炉と乾燥設備との間を配管で繋ぐように構成して、還元炉から発生した排ガスを乾燥設備に直接移送することが好ましい。

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。

なお、上述した混合工程Ｓ１において混合と同時に乾燥処理を施してもよく、このような混合工程Ｓ１にて乾燥も行う場合や、乾燥が必要のない鉱石を原料とする場合等では、乾燥工程Ｓ２を省略することもできる。また、例えば付着性の強い鉱石を原料とする場合には、乾燥を行った後に混合を行ってよく、鉱石、炭素質還元剤等の性状に応じて適宜、工程を選択すればよい。

＜２－３．還元工程＞
還元工程Ｓ３は、得られた混合物を還元炉に装入し、混合物に還元処理を施す。具体的に、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法では、還元炉（溶融炉）を用い、混合物を加熱して熔融状態することによってニッケル酸化鉱石を還元する。

ここで、還元工程Ｓ３における還元処理では、還元炉内に装入した混合物に対して加熱することで徐々にニッケル酸化鉱石の還元反応が進行するため、混合物が熔融状態となる前の固体状態においても還元反応が生じている。還元炉内では、ニッケル酸化鉱石に対する還元反応の進行と共に、次第に混合物がバーナーの加熱によって固体状態から液体状態、すなわち熔融状態へと変化していき、最終的には還元処理により生成した、熔融状態のメタルとスラグとが得られる。

さて、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法では、還元処理において追加の還元剤（第２の還元剤）を還元炉内に投入するようにしており、このとき、その第２の還元剤の投入量を、還元炉から排出される還元物であるメタルの分析結果に基づいて制御することを特徴としている。

原料鉱石のニッケル品位は常に一定ではなく、ある程度ばらつくことがある。このため、同じ割合でニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤を含有させてもニッケル酸化鉱石を構成する酸化物を過不足なく還元するのに最適な混合比とならないことがある。

このような問題を解決するためには、例えば、還元炉から排出される還元物であるメタルの分析結果に基づいて、酸化物を過不足なく還元できるように酸化鉱石と炭素質還元剤の混合比を変更してその分析結果をフィードバックする方法が考えられる。しかしながら、酸化鉱石と炭素質還元剤が混合されてからメタルで回収されるまでには数十時間かそれ以上の時間を要するため、このような方法だと、その最適な混合比が求まるまでの間に次の製錬が行えなくなり連続操業ができない。

連続操業しながらメタル化率に応じて炭素質還元剤の混合比を制御しようとすると、例えば、還元炉から排出される還元物であるメタルの分析結果に基づいて混合物中の酸化鉱石と炭素質還元剤の混合比を変更しても、還元炉内にすでに装入されている還元処理中の混合物は変更前の混合比となっている。つまり、分析結果のフィードバックが反映されるのに時間がかかってしまい、変更前の混合比の混合物の還元処理が終了するまで最適な混合比での還元処理を行うことができず、その間に品質の低いメタルが製造されてしまうこととなる。

そこで、本実施の形態では、還元処理を施す際に追加の還元剤（第２の還元剤）を投入し、その第２の還元剤の投入量を、還元炉から排出される還元物であるメタルの分析結果に基づいて制御する。連続操業での製錬であっても、混合物の還元剤の混合比を後から変更するのと同等の効果が得られ、分析結果のフィードバックが反映される時間を短縮して最適な混合比での還元処理を行うことができる。つまり、分析結果のフィードバックが反映されるのに時間がかかることによる品質の低いメタルが製造されることを効果的に抑制して、高品質なメタルを効率的に製造することが可能となる。

また、原料鉱石のニッケル品位等に依存することなく、また鉄の還元量を抑制しながら、得られるメタルの品位を効率的かつ安定的に高めることが可能であり、高品質なメタルを長期に亘って製造することができる。また、第２の還元剤の投入量を制御しているため、過剰の投入を防いで、還元剤の使用コストを低減することも可能となる。

メタルの分析結果としては、還元炉から排出される還元物であるメタル中のニッケル品位の分析結果が挙げられる。すなわち、第２の還元剤の投入量を、メタル中のニッケル品位の分析結果に基づいて制御する。ここで、メタル中のニッケル品位とは、還元物であるメタル中のニッケル含有割合（含有率）をいい、例えば下記式（１）で算出される。
メタル中ニッケル含有率（％）＝メタル中のニッケルの質量／（メタル中のニッケルと鉄の合計質量）×１００ ・・・（１）式

具体的には、メタル中のニッケル品位について所定の閾値を設定し（例えばニッケル品位の閾値：１８．０％）、分析の結果としてニッケル品位が所定の閾値以下であった場合には、第２の還元剤量の投入量を増加させるように制御する。

また、メタルの分析結果としては、混合物に含有されたニッケルがメタルに還元された割合を示すニッケルメタル化率の分析結果を挙げることもできる。すなわち、第２の還元剤の投入量を、混合物に含有されたニッケルがメタルに還元された割合を示すニッケルメタル化率の分析結果に基づいて制御する。ここで、ニッケルメタル化率とは、例えば下記式（２）で算出される。
ニッケルメタル化率（％）＝メタル中のニッケルの質量／（混合物中の全てのニッケルの質量）×１００ ・・・（２）

具体的には、ニッケルメタル化率について所定の閾値を設定し（例えばニッケルメタル化率の閾値：９４．５％）、分析の結果としてニッケルメタル化率が所定の閾値以下であった場合には、第２の還元剤量の投入量を増加させるように制御する。

また、メタルの分析結果としては、上述したメタル中のニッケル品位とニッケルメタル化率との両方を利用し、すなわち、第２の還元剤の投入量を、メタル中のニッケル品位、及び、混合物に含有されたニッケルがメタルに還元された割合を示すニッケルメタル化率の分析結果に基づいて制御する。

具体的には、メタル中にニッケル品位の所定の閾値と、ニッケルメタル化率の所定の閾値とを設定し、分析の結果としてニッケル品位が所定の閾値以下であり、かつ、ニッケルメタル化率が所定の閾値以下であった場合には、第２の還元剤量の投入量を増加させるように制御する。

なお、メタルの分析結果としては、上述したような、メタル中のニッケル品位（メタル中ニッケル含有率）やニッケルメタル化率に限定されるものではない。例えば、メタル中のニッケル以外の金属（例えば鉄等）の含有率や、投入した鉱石中のニッケル含有量に対するニッケル回収量で定義されるニッケルメタル回収率等であってもよい。

例えば、メタルの分析結果として、メタル中の鉄の含有率を一つの基準として採用することで、分析結果に基づいて鉄含有率が所定の閾値以上であった場合、鉄の還元量が過剰であると判断して、第２の還元剤の投入量を減少させるように制御することができる。

図２は、還元炉（バーナー炉）において第２の還元剤を還元炉に投入する具体的な態様例を説明するための図である。図２に示すように、還元炉１０は、処理対象である混合物を装入して溶融還元処理する場となる処理部１１と、処理部１１内に混合物を装入する装入口１２と、得られた還元物を排出する排出口１３と、混合物を加熱するバーナー１４と、を備える。

また、還元炉１０の上部には、さらに装入口１２とは異なる還元剤投入口１５を備えるようにすることができる。還元炉１０では、還元処理において、還元剤投入口１５から第２の還元剤Ｃが投入されるように構成されている。このように、装入口とは異なる還元剤投入口１５から第２の還元剤Ｃを投入することで、連続操業において還元処理対象である混合物の装入を阻害することなく、第２の還元剤Ｃを還元炉内に投入することが可能となる。

なお、第２の還元剤については、混合物を装入する装入口から投入してもよい。還元剤投入口を備えていない通常の還元炉であっても、第２の還元剤を還元炉に投入することが可能となるので汎用性が高い。

第２の還元剤は、特に制限はされず、例えば、石炭粉、コークス粉等のような炭素質還元剤であってもよく、ＣＯガス（一酸化炭素）等のような還元性気体であってもよい。例えば、混合物に含まれる第１の還元剤（炭素質還元剤）と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。

そして、還元炉１０はバーナーを備えるバーナー炉である。バーナー炉は、構造が簡易であって付属設備が少ないため、操業コストや定期メンテナンスのコスト等を低減することができる。さらに、バーナーを用いて混合物を加熱することにより、短時間で還元反応を進行させ、また短時間で混合物を熔融することができる。なお、本実施の形態では、バーナー炉内での還元処理を一例に挙げて説明したが、還元炉は、電気炉であってもよい。

還元処理においては、得られるメタルとスラグのそれぞれの温度が１３００℃以上１７００℃以下の範囲となるように加熱することが好ましい。特に、得られるメタルの温度が１４００℃以上１６００℃以下の範囲であり、スラグの温度が１４８０℃以上１６８０℃以下の範囲となるよう加熱することが好ましい。メタルとスラグの温度がこのような範囲となるように加熱することで、メタルとスラグとが熔融して還元反応を効果的に進行することで、ニッケル含有量の高い高品質なメタルを製造することができる。

なお、得られるメタルとスラグの温度の制御は、バーナーにおける燃料加熱量を増減する等して加熱温度を制御して行うことができる。

＜２－４．回収工程＞
回収工程Ｓ４は、得られた還元物からメタルを回収する。還元工程Ｓ３における還元処理では、混合物を熔融状態にして還元するため、熔融メタルと熔融スラグとが生成する。メタルはスラグと比較して比重が大きく重いため、それぞれは比重差によって自然に分離し、メタルは還元炉の炉底に溜まる。そのため、還元炉の炉底付近にある排出口（例えば図２に示す還元炉１０における排出口１３）から溶融状態のメタルを抜き出して回収することで、メタルのみを選択的に回収することができる。一方、スラグはメタルの上に浮くため、例えば炉壁から抜き出して回収することができる。

このようにして溶融状態のメタルとスラグとの比重差を利用して簡単に分離することが可能となることで、高い回収率でメタルを回収することができる。

なお、メタルとスラグとを混在した状態で還元炉の排出口から抜き出して回収してもよい。１つの排出口からメタルとスラグとを混在した状態で抜き出した場合、抜き出されたメタルとスラグとが冷却し、固化して、その後、磁選等で分離することでメタルを回収することができる。なお、メタルとスラグとは熔融状態にあるときに比重差によって既に分離しているため、基本的には固体の状態でもメタルとスラグとが分離した状態が維持されており、磁選等の方法でも容易にメタルを回収することができる。

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、比較例＞
（混合工程）
原料鉱石としてニッケル酸化鉱石と鉄鉱石を用い、これにフラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、炭素質還元剤（石炭粉、炭素含有量：７８質量％、平均粒径：約６５μｍ。「第１の還元剤」ともいう）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。

なお、炭素質還元剤は、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。

（乾燥工程）
得られた混合物を成形せずにそのまま乾燥設備に装入して１８０℃以上の温度で１時間の乾燥処理を施した。

（還元工程）
・還元工程における還元処理について
乾燥後の混合物を、バーナーを有する還元炉（バーナー炉）に一定量の割合で連続して供給し、装入した混合物をバーナーにより加熱して熔融状態にして還元処理を連続的に施した。バーナーとしては気体燃料を用いたガスバーナーとし、炉内温度（還元温度）は１５５０℃とした。

ここで、還元処理の開始から３０分おきに、還元炉の排出口から還元物であるメタルの回収をし、そのメタルの分析を行った。下記表３に示すように、メタル回収１回目の試料を「試料１」として、順次、メタル回収ｎ回目の試料を「試料ｎ」と称し、それぞれのメタルの分析を行った。

・メタルの分析について
回収した各メタルの試料について、メタル中ニッケル含有率（ニッケル品位）、及び、ニッケルメタル化率をそれぞれ分析した。下記表３に、分析結果を示す。

具体的に、メタルの分析において、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００）を用いてメタル中のニッケル含有量を測定し、ニッケルメタル率については下記式（１）により、メタル中ニッケル含有率については下記式（２）により算出した。
メタル中ニッケル含有率（％）＝メタル中のニッケルの質量／（メタル中のニッケルと鉄の合計質量）×１００ ・・・（１）式
ニッケルメタル化率（％）＝メタル中のニッケルの質量／（混合物中の全てのニッケルの質量）×１００ ・・・（２）式

・追加の還元剤（第２の還元剤）の投入について
本実施例では、連続的な還元処理の開始から３０分～９０分で回収したメタル試料（試料１～３）の分析結果に基づいて、その後の還元処理において追加の還元剤（「第２の還元剤」ともいう）を投入した。なお、第２の還元剤は、第１の還元剤と同じ石炭粉（炭素含有量：７８質量％、平均粒径：約６５μｍ）を用いた。

具体的に、還元炉から排出されたメタルの分析結果として、メタル中のニッケル含有率及びニッケルメタル化率を指標とし、ニッケル含有率の閾値を１８．０％、ニッケルメタル化率の閾値を９４．５％として、いずれか一つの指標において閾値以下であった場合、第２の還元剤を投入するという制御を行った。

そこで、試料１～３のメタルの分析の結果ニッケルメタル化率（％）が９４．５％を下回っていたため（下記表３参照）、それ以降（試料４～１４）の還元処理において追加の還元剤である第２の還元剤を投入するという制御を行った。なお、第２の還元剤の投入量は、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を１００質量％としたときに１．２質量％の割合であった。

表３から分かるように、試料１～３のメタルの分析結果に基づいて、還元処理において追加の還元剤である第２の還元剤の投入を制御した以降では、得られたメタルのニッケル含有率及びニッケルメタル化率が上がり、高品質なメタルを回収することができた。特に、第２の還元剤の投入から僅か６０分が経過した時点で回収したメタル（試料６）では、ニッケルメタル化率（％）が９５％を上回っており、メタル中ニッケル含有率（％）も１８．０％を上回る結果となった。その後、試料７～１４に示されるように、高いニッケルメタル化率（％）とメタル中ニッケル含有率（％）とが維持されていた。

このように、追加の還元剤の投入量を、還元炉から排出される還元物であるメタルの分析結果に基づいて制御することで、効率よく、かつ高品質のメタルを製造することができることが分かる。

Claims (5)

1. ニッケル酸化鉱石と、第１の還元剤と、を含有する混合物を得る混合工程と、
   還元炉に前記混合物を装入し、該混合物に還元処理を施すことによってメタルとスラグとを含む還元物を得る還元工程と、を有し、
   前記還元工程では、追加の還元剤である第２の還元剤を前記還元炉に投入して前記還元処理を施し、
   前記第２の還元剤の投入量を、前記混合物に含有されたニッケルがメタルに還元された割合を示すニッケルメタル化率の分析結果に基づいて制御する、
   ニッケル酸化鉱石の製錬方法。
2. 前記第２の還元剤の投入量を、前記メタル中のニッケル品位、及び、前記混合物に含有されたニッケルがメタルに還元された割合を示すニッケルメタル化率の分析結果に基づいて制御する、
   請求項１に記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法。
3. 前記還元工程では、前記還元炉における前記混合物を装入する装入口から前記第２の還元剤を投入する
   請求項１又は２に記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法。
4. 前記還元工程では、前記還元炉における前記混合物を装入する装入口とは異なる還元剤投入口から前記第２の還元剤を投入する、
   請求項１又は２に記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法。
5. 前記還元工程では、前記還元処理によって前記混合物を溶融状態とし、得られる溶融状態のメタルとスラグとを比重により分離する、
   請求項１から４のいずれかに記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法。

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