JPH032306A

JPH032306A - 希小金属の回収を兼ねた溶銑の製造方法

Info

Publication number: JPH032306A
Application number: JP1136632A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ishida; 博章石田; Hideyuki Yamaoka; 山岡　秀行
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1991-01-08
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JP2730183B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、■、Ｎｂなどの希少金属の回収方法に関し
、特にこれらの希少金属の含有率の高い鉄鉱石から効率
よくこれらを回収する方法に関する。

（従来の技術）製鉄原料として用いられる鉄鉱石には、■、Ｎｂのよう
な希少金属もわずかながら含有されている。

これらは、通常の高炉操業条件では、主に溶銑中に移行
し、一部がスラグ中に移行する。従来この高炉スラグか
ら希少金属を回収することは行われていない、その理由
は以下のとおりである。

■　高炉製銑は、スクラップを使用しない１００％鉄鉱
石の溶融還元法であるため、大量のスラグが発生する。

そのためスラグ中での希少金属の酸化物の濃化の程度が
低く、これを処理して希少金属を回収することは経済的
ベースに乗らない、また、大量のスラグを効率的に処理
するには大規模な希少金属回収設備が必要である。

■　希少金属の酸化物をスラグに濃化するためには、炉
内の酸素分圧を上げること、！ＩＩ　ｆ）溶銑中の炭素
（旦）を下げることが最も効果的な方法である。しかし
、かかる炉内条件では棚吊、吹抜などの操業不安定が起
こりやすい、また、溶銑の旦を下げるのは、製鋼段階で
の熱源不足に直接つながるため好ましくない。

■　希少金属の酸化物をスラグ中に濃化するには、炉内
のスラグ量を少なくすることが必要であるが、鉱石の還
元に消費されるコークス中の灰分から発生するスラグや
脱硫のために添加されるＣａＯ１１ｇ。

に起因するスラグのため、従来の高炉操業では大量のス
ラグが生成される。

なお、通常の高炉操業条件としては、Ｃ＝４．５％、溶
銑温度＝１５００°Ｃ、スラグ塩基度（ＣａＯ／５ｉＯ
ｚ）＝１，３が標準的なものである。

一方、溶銑中に取り込まれた希少金属は、その溶銑の精
ｉＩ（脱硫、脱燐を目的とする溶銑予備処理を含む）の
過程で生じるスラグ中に移行するので、そのスラグから
回収することが可能である。

■の回収法としては、例えば、特公昭５８−３８４８５
号公報、特開昭５６−２２６３４号公報、特開昭５６−
２２６３５号公報などに提案されている方法がある。

前記のように、通常の高炉製銑条件では、希少金属は主
として溶銑に移行するから、高炉の操業条件を、希少金
属が溶銑中に移行しやすい条件とすることが考えられる
が、それには下記のような問題点がある。

■　希少金属の溶銑中への移行を促すには、前記の■と
は逆に高炉内を強還元雰囲気にして、溶銑中−Ｃ工が４
．５％以上となるような条件で、しかもスラグの塩基度
を高くするのが好ましい、しかし、スラグの塩基度を１
．３〜２．０程度に高めるとスラグ粘性が高くなり、排
滓が困難になり、時には出銑にも支障をきたす。

上述のとおり、従来の高炉製銑法では、鉱石中の希少金
属の回収は、これをスラグ中に濃化する方法でも、溶銑
中に濃化する方法でも、それぞれ難点があって、効率の
よい方法がない。

（発明が解決しようとする課！！り本発明は、鉄鉱石中の希少金属、特に■とＮｂ、を効率
よ（回収することを課題とする。具体的には、従来の高
炉製銑法に変わる新しい溶銑製造法を利用し、その過程
でスラグ、または溶銑中に高い濃度で希少金属を濃化さ
せる方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段）本出願人は、先に転炉型の筒型炉を使用し、鉄源として
鉄鉱石とスクラップを併用する溶銑の製造方法を開発し
、特願昭６３−１２２２９２号として特許出願を行った
（以下、これを先願発明と記す）。

その先願発明の方法は、下記のような特徴を有する。即
ち、ａ）鉄源の一部にスクラップを使用するため、エネルギ
ー効率が高くコークス原単位が低くなり、コークスに起
因するスラグ（主に、ＳｉＯ□と八〇　２０３）の生成
量が少ない。

ｂ）鉄源の一部にスクラップを使用するので鉄鉱石の融
着による、棚吊現象や吹抜現象等の操業の不安定性が緩
和する。

Ｃ）スラタラップと鉱石の配合率を変えるだけでスラグ
の生装置を調整できる。

ｄ１石は、焼結などの予備処理をせずに、塊状でも粉状
でも使用できる。また、コークスも高炉用のような高強
度を必要としない。

ｅ）総合的に、原料選択の自由度が高く生産量の変化に
対応しやすい、即ち、操業の柔軟性に富む。

本発明者は、上記先願発明の方法が、鉄鉱石中の希少金
属を回収する方法としても極めて適していると考えて試
験を繰り返した結果、下記の点を要旨とする本発明を完
成した。

「上部に原料装入用およびガス排出用の開口部を、炉底
部および／または炉下部側壁に一次羽口を、その上部側
壁に二次羽口をそれぞれ有する筒型炉を使用し、その炉
底から一次羽口を含むレベルまでコークス充填層を形成
させ、その上に二次羽口を含むレベルまでスクラップと
鉄鉱石の混合層を形成させた後、一次羽口および二次羽
口から支燃性ガスを吹き込んで溶銑を製造する方法にお
いて、鉄鉱石として希少金属含有率の高いものを使用し
、生成するスラグ中または溶銑中に希少金属を濃化させ
ることを特徴とする希少金属の回収を兼ねた溶銑の製造
方法」上記の本発明方法は、希少金属を主にスラグに濃化させ
る方法と、主に溶銑に濃化させる方法とに分けられる。

いずれにしても、本発明の方法は、上記のような特殊な
構造の炉を使用して製錬を行うこと、および鉄鉱石とし
て希少金属含有率の高い鉄鉱石を選択して使用すること
を特徴とする。

ここで、希少金属とは、主に■とＮｂであり、「希少金
属含有率の高い鉄鉱石」とは、■またはＮｂの含有率が
およそ１．５重量％以上の鉄鉱石を言う。

■含有率の高い鉄鉱石としては、例えばソ連に産する含
Ｔｉ磁鉄鉱、Ｎｂ含有率の高いものとしては、例えばブ
ラジル産のパイロクロア絋がある。

（作用）まず、本発明方法における溶銑製造の基本原理を説明す
る。

第１図は、本発明方法の実施に使用する筒型炉と原料装
入状態を模式的に示したもので、図の（ａ）、（ｂ）、
（Ｃ）はそれぞれ下記の工程ａ、ｂ、ｃに相当す装置と
しては第１図に示すように、上部にガスの排出とスクラ
ップ、鉱石およびコークスの装入のための開口部２を有
し、下方から一次羽口３と二次羽口４を有する筒型炉ｌ
を用いる。溶解操作は、下記の３つの工程で構成される
。

ａ、開口部から、先ずコークスおよび所要の副原料（石
灰石、蛇紋岩、ケイ石など）を装入して炉底から一次羽
口を含むレベルまでコークス充填層５を形成させ、次に
スクラップおよび鉄鉱石を装入してコークス層の上部で
二次羽口を含むレベルまでスクラップ６−１　と鉄鉱石
６−２から成る充填層６を形成させる装入工程。

ｂ、一次羽口から支燃性ガス７と、必要に応じて燃料８
を吹込み、二次羽口から支燃性ガス９を吹込んでスクラ
ップと鉄鉱石を溶融して溶銑を製造する溶融還元工程。

Ｃ０生成した溶銑（およびスラグ）１０を炉から排出す
る出銑工程。

ここで、ａおよびｂの操作を行う目的は、下部のコーク
ス充填層５内において一次羽口から吹込む支燃性ガス７
によりコークスと燃料８を下記０式により部分酸化燃焼
させ、ｃｏを主成分とするガスをｙ造して燃焼発熱によ
りコークス充填層を高温に保持し、かつ、上部のスクラ
ップと鉄鉱石の充填層６内で二次羽口から吹込む支燃性
ガス９により下部で発生するＣＯを主成分とするガスを
次の０式により二次燃焼させるためである。

Ｃ＋１／２０ｘ　＝ＣＯ＋２９４００　ｋｃａｌ／ｋｓ
＋ｏｌ−Ｃ・・・■ＣＯ＋１／２　（ｈ　−Ｃ（ｈ＋６
７６００１ｃａｌ／ｋｍｏしｃ　・　・　・■このよう
にすれば、上部で二次燃焼の発熱によりスクラップと鉄
鉱石を加熱溶融し、溶鉄とともに溶融酸化鉄を生成させ
、これらを重力により下部のコークス充填層に滴下させ
ることができる。

下部のコークス充填層は０式の部分酸化反応により高温
に加熱されているため、滴下してきた溶融酸化鉄を溶融
還元して溶鉄とすることができる。

さらに、生成した溶鉄を高温のコークスにより浸炭させ
、溶銑とすることができる。

生成した溶銑とスラグは、Ｃの操作により炉外に排出さ
れ、次回の一連の操業につながる。なお、この排出は、
製鋼用転炉における如（炉を１頃動して行ってもよいが
、炉底部に設けた出銑口１１と排滓口１２から行っても
よい。

また、上記ａ　−ｃの工程を繰り返し連続的に実施して
、連続溶銑製造法とすることもできる。

次に、鉄鉱石中の希少金属を、スラグ中または溶銑中に
濃化させる条件について記述する。

熱力学の基礎的事実から反応容器（高炉や転炉等）内の
酸素分圧を上げる（必然的に溶銑中立は減少する）こと
はスラグ内のＶ酸化物およびＮｂ酸化物の安定化を意味
する。

第２図は、反応容器内の酸素分圧とＶおよびＮｂのメタ
ル−スラグ分配比との関係を示す図である。

図示のとおり、酸素分圧（ｆｏｇＰｏｘ）が−１３より
高い領域（旦が約３％より低くなる領域である）では、
通常の高炉操業条件（Ｃ工＝４．５％）に対応する酸素
分圧の低い領域に比較して、約１００倍のメタル−スラ
グ分配比を示す、即ち、鉱石中の■およびＮｂがほとん
ど（約９５％以上）酸化物の形でスラグ中に存在するこ
とを意味する。

また、スラグへの■酸化物およびＮｂ酸化物の分配量は
スラグの塩基度に強い影響を受ける。

第３図は、溶銑中立が４％、溶銑温度１４５０°Ｃの場
合の塩基度（Ｃａｂ／５ｉｆｔ）と、■およびＮｂのス
ラグ中への収率との関係を示す図である。

上記の基礎事実から、希少金属を主にスラグ中に濃化さ
せる条件は、下記のようになる。

（ａ）　　スラグの塩基度を１．３未満にする。

（ｂ）　　溶銑中の−Ｑ−を３，０％以下にする。

勿論、（ａ）と（ｂ）とを同時に満足するのが望ましい
。

反対に、希少金属を溶銑中に濃化させる条件は、（Ｃ）
　　スラグの塩基度を１．３以上にする。

（ｄｌ　　溶銑中の旦を４．５％以上にする。

本発明の希少金属の回収を兼ねた溶銑の製造法では、−
次及び二次羽口からの０□供給を制御することで容易に
溶銑用の制御ができる。従って、希少金属を主にスラグ
に移行させるか、溶銑に移行させるかは、必要に応じて
自由に選択できる。この選択はスラグの塩基度の調整に
よってもできる。

例えば、スラグ中へ移行させる場合でも、酸化性雰囲気
に強く、かつ低塩度スラグに耐える適正な耐火物の張り
分けは容易である。

希少金属をスラグ中に移行させる場合、溶銑用を低くす
る必要があるが、これに起因する製鋼段階での熱源不足
は、溶銑製造に用いた筒型炉をそのまま製鋼用に使用す
ることで熱１員失を大幅に抑制して緩和あるいは解消す
ることができる。

本発明方法の実施に当たっては、鉄鉱石として粉状のも
のを支燃性ガスとともに一次羽口、二次羽口の一方また
は両方から吹き込んでもよい、また、これらの羽口から
、粉炭、粉コークスその他液状、ガス状の燃料を吹き込
むことも可能である。

スクラップとしては通常入手できるものを使用するが、
その中に希少金属が含有されていれば、これも有効に回
収できる。

本発明方法を実施するための炉は、図示のような筒型の
炉であるが、その細部の構造は種り改変できる０例えば
、転炉のように傾動できるもの、炉底に出銑口を、その
上方に排滓口を有するもの、炉口上部に原料の予熱装置
を有するもの、などである、筒型炉の規模は、例えば、
溶銑３００’：、／　ｆヤーンであり、その場合、生成
するスラグは３０’＞／ｆｔ−ジ以下である。即ち、高
炉に比較すれば、極めて小規模の設備で処理できる。

なお、スラグ中または溶銑中に濃化された希少金属は、
それぞれ公知の処理法で回収して利用できる６例えば、
スラグ中に１ｉｆｉｌｌたＶはアルミノテルミット法で
還元して回収でき、溶銑中に濃縮した■は、前掲の特公
昭５Ｂ　−３８４８５号公報に記載されるようなアルカ
リ金属炭酸塩を主成分とする造滓剤を添加して生成する
スラグから回収できる。

最終的にはｖ２０．粉末やフェロバナジウムとして利用
される。　Ｎｂも溶媒抽出法、テルミット還元法などに
よって高純度酸化ニオブやフェロニオブとして回収利用
される。

（実施例）第１図に示したような筒型炉を使用して本発明の方法を
実施した。

１、炉の仕様（１）直径−１，５ｍ、炉底から炉口までの高さ＝３．
６１１１、内容積＝６−３（２）一次羽口及び二次羽口は、炉底から０．８ｍ、　
１．２ｍ上部の炉壁に９０°間隔で４本づつ設置。

（３）出銑口は炉底中央部、排滓口は炉底より１．ｏｍ
上部の位置に各々１個づつ設置。

■、原料（１）スクラップ最大寸法４００ｍ＋ｓ角、嵩比重３．５ト＞７ｍ”（２
）鉄鉱石・・・第１表記載のもの。

（３）コークス・・・第２表記載のもの。

（３）支燃性ガス・・・純酸素 ■、その他の実施条件・・・第３表および第４表のとお
り。

第３表は、■含有率の高い第１表のＡ、Ｂ銘柄の鉱石を
使用して■の回収を行った例である。試験石１〜３はＶ
がスラグ中に濃縮するような条件で製銑を行った例、試
験Ｎα４〜６は溶銑中にＶを′ｆＡ縮させた例である。

Ｎ＋１２と６は粉鉱石を羽口から吹き込んだ。

第３表の各試験例の溶銑中の■、およびスラグ中のＶの
量を見れば、本発明の方法によって、■が溶銑とスラグ
のいずれかに効果的に濃縮されていることが分かる。特
に、溶銑中の旦を２．０％と低くし、スラグの塩基度を
０．２と下げたＮα３では、■のスラグへの回収率が高
い、逆に、旦を４．５％とし、スラグ塩基度を２．０と
した而６では、溶銑中へのＶの回収率が極めて高くなっ
ている。

第４表は、第１表の銘柄Ｃ，Ｄの鉱石、即ち、Ｎｂ含有
率の高い鉱石を使用して、Ｎｂの回収を行った例である
。漱７〜９がスラグに、而１０〜１２が溶銑に、それぞ
れＷｂを濃縮させた例である。Ｎα８と漱１２で粉鉱石
を使用している。第３表の結果と同様に、溶銑中の旦と
スラグ塩基度を低くした隘９ではスラグ中へのＮｂの回
収率が高く、その反対の条件であるｋ１２では、溶銑中
にＮｂが効率良く回収されている。

上記のように、溶銑旦とスラグ塩基度を変えることによ
って、■およびＮｂはスラグ中または溶銑中に効率よく
回収される。そのいずれを選ぶかは、製造すべき溶銑の
組成、希少金属を回収するための溶銑とスラグの処理の
し品さ、経済性などを比較して任意に決めることができ
る。

実施例では、■とＮｂの回収例を示したが、これに類す
る希少金属も同様にして回収できることはいうまでもな
い。

（以下、余白）（発明の効果）本発明方法によれば、スクラップと鉄鉱石から効率よく
溶銑を製造すると同時に、スラグもしくは溶銑中に希少
金属を酸化物の形で富化して回収できる。この方法は、
例えば従来の高炉スラグからの回収に比べて、希少金属
の回収コストを大幅にさげることを可能にするもので、
その産業上の効果は著しく大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の溶銑製造法の実施に使用する炉と、
操業工程を説明する図である。第２図は、反応容器内の酸素分圧と■およびＷｂのメタ
ル−スラグ間分配比の関係を示す図である。第３図は、スラグ塩基度とＶおよびＮｂのスラグへの回
収率の関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上部に原料装入用およびガス排出用の開口部を、
炉底部および／または炉下部側壁に一次羽口を、その上
部側壁に二次羽口をそれぞれ有する筒型炉を使用し、そ
の炉底から一次羽口を含むレベルまでコークス充填層を
形成させ、その上に二次羽口を含むレベルまでスクラッ
プと鉄鉱石の混合層を形成させた後、一次羽口および二
次羽口から支燃性ガスを吹き込んで溶銑を製造する方法
において、鉄鉱石として希少金属含有率の高いものを使
用し、生成するスラグ中または溶銑中に希少金属を濃化
させることを特徴とする希少金属の回収を兼ねた溶銑の
製造方法。
（２）炉内スラグの塩基度を１．３未満として、希少金
属を主にスラグ中に濃化させることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の溶銑の製造方法。
（３）炉内溶銑中の炭素含有量を３％以下として希少金
属を主にスラグ中に濃化させることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の溶銑の製造方法。
（４）炉内スラグの塩基度を１．３未満とし、かつ、炉
内溶銑中の炭素含有量を３％以下として希少金属を主に
スラグ中に濃化させることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の溶銑の製造方法。
（５）炉内スラグの塩基度を１．３以上として、希少金
属を主に溶銑中に濃化させることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の溶銑の製造方法。
（６）炉内溶銑中の炭素含有量を４．５％以上として希
少金属を主に溶銑中に濃化させることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の溶銑の製造方法。
（７）炉内スラグの塩基度を１．３以上とし、かつ、炉
内溶銑中の炭素含有量を４．５％以上として希少金属を
主に溶銑中に濃化させることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の溶銑の製造方法。
（８）一次羽口および／または二次羽口から、支燃性ガ
スとともに希少金属含有率の高い鉄鉱石の粉末を吹き込
む特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれかに記
載の溶銑の製造方法。