WO2018216513A1 - 酸化鉱石の製錬方法 - Google Patents

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WO2018216513A1
WO2018216513A1 PCT/JP2018/018395 JP2018018395W WO2018216513A1 WO 2018216513 A1 WO2018216513 A1 WO 2018216513A1 JP 2018018395 W JP2018018395 W JP 2018018395W WO 2018216513 A1 WO2018216513 A1 WO 2018216513A1
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reducing agent
reduction
mixture
oxide ore
metal
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PCT/JP2018/018395
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井関　隆士
幸弘 合田
純一 小林
岡田　修二
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住友金属鉱山株式会社
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/10—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by solid carbonaceous reducing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/24—Binding; Briquetting ; Granulating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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    • C22B23/02—Obtaining nickel or cobalt by dry processes
    • C22B23/023—Obtaining nickel or cobalt by dry processes with formation of ferro-nickel or ferro-cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys

Definitions

  • the present invention relates to a method for smelting oxide ore, for example, smelting by reducing and heating pellets produced from an oxide ore such as nickel oxide ore and a reducing agent at a high temperature in a reduction furnace. And a smelting method for obtaining a reduced product such as ferronickel.
  • limonite or saprolite which is a kind of oxide ore
  • dry smelting method to produce nickel matte using smelting furnace, iron and nickel using rotary kiln or moving hearth furnace Known are a dry smelting method for producing ferronickel, an alloy of the above, a hydrometallurgical method for producing mixed sulfide using an autoclave, and the like.
  • the raw material nickel oxide ore is crushed to an appropriate size in order to proceed with the reaction.
  • a process of forming a lump is performed as a pretreatment.
  • nickel oxide ore when nickel oxide ore is agglomerated, that is, when powdered or finely divided ore is agglomerated, the nickel oxide ore is mixed with other components such as binders and coke reducing agents. The mixture is further adjusted for moisture, etc., and then charged into a lump manufacturing machine, for example, a lump (pellet, briquette, etc. having a side or diameter of about 10 to 30 mm. Hereinafter, simply referred to as “pellet”. ).
  • an agglomerate containing a metal oxide and a carbonaceous reducing agent is supplied to a hearth of a moving bed type reduction melting furnace and heated to reduce and melt the metal oxide.
  • the bed density A method is disclosed in which an agglomerate having an average diameter of 19.5 mm or more and 32 mm or less is supplied onto a hearth so that the bed density is 0.5 or more and 0.8 or less and heated.
  • the productivity of granular metallic iron can be enhanced by controlling the bed density and the average diameter of the agglomerates together.
  • Patent Document 1 is a technique for controlling a reaction occurring outside the agglomerate, and is a control of the reaction occurring inside the agglomerate, which is the most important factor in the reduction reaction. Is not focused on. On the other hand, by controlling the reaction that takes place inside the agglomerate, it has been demanded to obtain higher quality metals (metals, alloys) by increasing the reaction efficiency and promoting the reduction reaction more uniformly. .
  • the process using the so-called total melting method in which all the raw materials are melted and reduced has a big problem in terms of operation cost.
  • the temperature in order to completely melt the raw nickel oxide ore, it is necessary to raise the temperature to 1500 ° C. or higher.
  • such a high temperature condition requires a large energy cost and is used at such a high temperature. Repairing furnaces are expensive because they are easily damaged.
  • the nickel oxide ore of the raw material contains only about 1% of nickel, it is not necessary to recover anything other than iron corresponding to the nickel, but even a large amount of components that are unnecessary to recover are included. Will melt everything, making it extremely inefficient.
  • the present invention has been proposed in view of such circumstances, and in a smelting method for producing metal by reducing a mixture containing an oxide ore such as nickel oxide ore and a carbonaceous reducing agent, productivity is improved.
  • Another object of the present invention is to provide a method capable of manufacturing a high-quality metal at a low manufacturing cost with high efficiency.
  • the carbonaceous reducing agent is constituted by particles (reducing agent particles), and the number of reducing agent particles having a maximum particle length of 25 ⁇ m or less is 2% or more and 25% or less with respect to the total number of reducing agent particles,
  • a reduction product is obtained by reducing the metal oxide with this carbonaceous reducing agent using an average maximum particle length of 30 ⁇ m or more and 80 ⁇ m or less with respect to the reducing agent particles having a maximum particle length exceeding 25 ⁇ m.
  • the present invention provides the following.
  • the first invention of the present invention is a smelting process in which an oxidized ore and a carbonaceous reducing agent are mixed, and the resulting mixture is heated and subjected to a reduction treatment to obtain reduced metal and slag.
  • the second invention of the present invention is a method for smelting ore oxide according to the first invention, wherein the reduction temperature in the reduction treatment is 1200 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower.
  • the third invention of the present invention is a method for refining oxide ore according to the first or second invention, wherein the oxide ore is nickel oxide ore.
  • a fourth invention of the present invention is the method of smelting ore oxide according to any one of the first to third inventions, wherein the metal is ferronickel.
  • a high-quality metal is produced with high productivity and efficiency and at a low production cost. Can be provided.
  • the method for smelting oxide ore according to the present invention comprises using an oxide ore as a raw material, mixing the oxide ore and a carbonaceous reducing agent into a mixture, and subjecting the resulting mixture to a reduction treatment at a high temperature to obtain a reduced product. It is the method of manufacturing the metal which is. For example, nickel oxide ore containing nickel oxide, iron oxide, etc. is used as a raw material, and the nickel oxide ore is mixed with a carbonaceous reducing agent, and nickel contained in the mixture is preferentially reduced at high temperatures. In addition, there is a method for producing ferronickel, which is an alloy of iron and nickel, by partially reducing iron.
  • the method for smelting oxidized ore comprises mixing an oxidized ore and a carbonaceous reducing agent, heating the resulting mixture as a raw material, subjecting it to a reduction treatment,
  • the carbonaceous reducing agent is composed of particles (hereinafter also referred to as “reducing agent particles”), and the reducing agent particles having a maximum particle length exceeding 25 ⁇ m, which is obtained by the following formula (1).
  • the ratio of the number of reducing agent particles having a maximum particle length of 25 ⁇ m or less contained in the carbonaceous reducing agent is determined by the ratio of the reducing agent particles contained in the carbonaceous reducing agent. It is characterized by being 2% or more and 25% or less with respect to the total number.
  • Average maximum particle length the sum of the maximum particle lengths of 300 reducing agent particles / 300 (1)
  • the contact area between the oxidized ore and the carbonaceous reducing agent can be increased, and the reduction reaction of the oxidized ore can be facilitated.
  • the dispersibility of the carbonaceous reducing agent in the mixture is increased, aggregation and uneven distribution of the carbonaceous reducing agent are suppressed, so that the reduction reaction can be promoted uniformly.
  • high-quality metal can be manufactured with high productivity and efficiency and at a low manufacturing cost.
  • the present embodiment a method for smelting nickel oxide ore will be described as an example.
  • the nickel oxide ore that is a smelting raw material contains at least nickel oxide (NiO) and iron oxide (Fe 2 O 3 ), and the nickel oxide ore is reduced using the nickel oxide ore as a smelting raw material.
  • an iron-nickel alloy ferrronickel
  • the present invention is not limited to nickel oxide ore as an oxide ore, and the smelting method is not limited to a method for producing ferronickel from nickel oxide ore containing nickel oxide or the like.
  • Nickel oxide ore smelting method In the smelting method of nickel oxide ore according to the present embodiment, the nickel oxide ore is mixed with a carbonaceous reducing agent to form a mixture, and the mixture is subjected to a reduction treatment, whereby ferronickel that is a metal as a reduced product. And slag.
  • ferronickel is produced by preferentially reducing nickel (nickel oxide) in the mixture and partially reducing iron (iron oxide).
  • the ferronickel which is a metal can be collect
  • FIG. 1 is a process diagram showing an example of the flow of a nickel oxide ore smelting method.
  • this smelting method includes a mixing treatment step S1 in which nickel oxide ore and a carbonaceous reducing agent are mixed, and reduction charging in which the obtained mixture is agglomerated or filled into a predetermined container and molded.
  • Pretreatment step S2 reduction treatment step S3 in which the mixture that has been agglomerated or filled in the container is heated at a predetermined temperature (reduction temperature), and a mixture (mixture) containing the metal and slag generated in the reduction treatment step S3
  • a separation step S4 for separating and recovering the metal from the product.
  • the mixing treatment step S1 is a step of obtaining a mixture by mixing raw material powders containing nickel oxide ore. Specifically, in the mixing treatment step S1, a carbonaceous reducing agent is added to and mixed with nickel oxide ore which is a raw material ore, and optional additives such as iron ore, flux components, binders, etc. A powder having a particle size of about 0.1 mm to 0.8 mm is added and mixed to obtain a mixture.
  • the mixing process can be performed using a mixer or the like.
  • Nickel oxide ore Although it does not specifically limit as a nickel oxide ore which is a raw material ore, Limonite ore, a saprolite ore, etc. can be used.
  • the nickel oxide ore contains at least nickel oxide (NiO) and iron oxide (Fe 2 O 3 ).
  • Carbonaceous reducing agent Although it does not specifically limit as a carbonaceous reducing agent, Coal powder, coke powder, etc. are mentioned.
  • the carbonaceous reducing agent those composed of particles (reducing agent particles) and having an average maximum particle length of not less than 30 ⁇ m and not more than 80 ⁇ m of reducing agent particles having a maximum particle length exceeding 25 ⁇ m are used.
  • the ratio of the number of reducing agent particles having a maximum particle length of 25 ⁇ m or less contained in the carbonaceous reducing agent is 2% or more and 25% or less with respect to the total number of reducing agent particles contained in the carbonaceous reducing agent. Is used. That is, this carbonaceous reducing agent contains reducing agent particles having a maximum particle length of 25 ⁇ m or less and reducing agent particles having a maximum particle length exceeding 25 ⁇ m.
  • the “maximum particle length” of the reducing agent particle is the longest side or diameter of the reducing agent particle. Specifically, for example, when the reducing agent particles are elliptical, the maximum particle length is a long diameter, and when the reducing agent particles are rectangular parallelepiped, the maximum particle length is a diagonal line.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the maximum particle length of the amorphous particles, and the maximum particle length T can be measured using a metal microscope.
  • the “average maximum particle length” of the reducing agent particles is an average value of the maximum particle length T in the number average of 300 randomly selected reducing agent particles, and is obtained by the following formula (1).
  • Average maximum particle length the sum of the maximum particle lengths of 300 reducing agent particles / 300 (1)
  • the contact area between the nickel oxide ore and the carbonaceous reducing agent increases, and the reduction reaction of the nickel oxide ore. Can be made easier.
  • a reduction reaction can be advanced uniformly.
  • the average maximum particle length of the reducing agent particles contained in the carbonaceous reducing agent is 30 ⁇ m or more. If the average maximum particle length is too small, the proportion of fine reducing agent particles increases too much, and the carbonaceous reducing agent aggregates or is unevenly distributed. Therefore, it becomes difficult to obtain a uniform mixture, which makes it difficult for the reduction reaction to proceed uniformly.
  • the average maximum particle length of the reducing agent particles having a maximum particle length exceeding 25 ⁇ m is 80 ⁇ m or less, and more preferably 60 ⁇ m or less. If this average maximum particle length is too large, the proportion of coarse reducing agent particles becomes too high, and the dispersibility of the carbonaceous reducing agent in the mixture deteriorates. Therefore, it becomes difficult to obtain a uniform mixture, and the reduction reaction does not proceed uniformly.
  • the ratio of the number of reducing agent particles contained in the carbonaceous reducing agent is 2% with respect to the total number of reducing agent particles of the carbonaceous reducing agent. Above, it is more preferable that it is 3% or more. If the ratio of the reducing agent particles having a maximum particle length of 25 ⁇ m or less is too small, the fine reducing agent particles are too small, and it is difficult to uniformly mix the carbonaceous reducing agent and the nickel oxide ore in the mixture. This makes it difficult for the reduction reaction to proceed uniformly.
  • the ratio of particles having a maximum particle length of 25 ⁇ m or less to the total number of reducing agent particles of the carbonaceous reducing agent is 25% or less, and more preferably 20% or less. If the proportion of reducing agent particles having a maximum particle length of 25 ⁇ m or less is too large, the proportion of fine reducing agent particles increases too much, causing the carbonaceous reducing agent to aggregate or be unevenly distributed. Therefore, it becomes difficult to obtain a uniform mixture, which makes it difficult for the reduction reaction to proceed uniformly.
  • the carbonaceous reducing agent added to the raw material ore is composed of particles (reducing agent particles), and the average maximum particle length of the reducing agent particles having a maximum particle length exceeding 25 ⁇ m is 30 ⁇ m or more and 80 ⁇ m or less,
  • the ratio of the number of reducing agent particles having a maximum particle length of 25 ⁇ m or less contained in the carbonaceous reducing agent is 2% or more and 25% or less with respect to the total number of reducing agent particles of the carbonaceous reducing agent.
  • the carbonaceous reducing agent and the nickel oxide ore are uniformly mixed therein, and the contact area between the nickel oxide ore and the carbonaceous reducing agent can be increased. Thereby, in the reduction treatment step S3 to be described later, uniform reduction can be realized more efficiently, and as a result, the reaction time can be shortened and the manufacturing cost can be reduced. The quality of nickel can be further increased.
  • the amount of the carbonaceous reducing agent in the mixture is the chemical equivalent necessary for nickel metal reduction of the total amount of nickel oxide constituting the nickel oxide ore.
  • total value of both the chemical equivalents necessary for reducing iron oxide (ferric oxide) to metallic iron (for convenience, also referred to as “total value of chemical equivalents”) is 100% by mass, Can be adjusted so as to have a carbon content ratio of 5 mass% to 60 mass%, more preferably 10 mass% to 40 mass%.
  • the mixing amount of the carbonaceous reducing agent to a ratio of 5% by mass or more with respect to 100% by mass of the total value of chemical equivalents, the reduction of nickel can be efficiently progressed and productivity is improved.
  • the ratio of 60% by mass or less to 100% by mass of the total value of chemical equivalents it is possible to suppress the reduction amount of iron, prevent the deterioration of nickel quality, and produce high-quality ferronickel. it can.
  • the amount of the carbonaceous reducing agent is set to a ratio of 5% by mass or more and 60% by mass or less of the carbon component with respect to the total value of 100% by chemical equivalent, so that the metal component is added to the surface of the mixture
  • the shell (metal shell) produced by the above can be uniformly produced to improve productivity, and high quality ferronickel with high nickel quality can be obtained, which is preferable.
  • iron ore in addition to nickel oxide ore and carbonaceous reducing agent, iron ore can be added as an optional component to adjust the iron-nickel ratio in the mixture.
  • the iron ore is not particularly limited.
  • iron ore having an iron grade of about 50% or more, hematite obtained by wet smelting of nickel oxide ore, or the like can be used.
  • Binder examples include bentonite, polysaccharides, resins, water glass, and dehydrated cake.
  • Examples of the flux component include calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, silicon dioxide and the like.
  • Table 1 below shows an example of the composition (% by weight) of some raw material powders to be mixed in the mixing treatment step S1.
  • the composition of the raw material powder is not limited to this.
  • a mixture is obtained by uniformly mixing the raw material powder containing the nickel oxide ore as described above.
  • the raw material powder may be kneaded.
  • mixing of raw material powder may be performed simultaneously with mixing, and may be performed after mixing.
  • shear force is applied to the mixture, and the agglomeration of the raw material powders including the carbon reducing agent is dissolved and mixed more uniformly, thereby increasing the contact area between the raw material powders and reducing the voids contained in the mixture.
  • the adhesion of each particle is improved. Therefore, the reaction time of the reduction reaction can be shortened, and quality variation can be reduced. Therefore, highly productive processing can be performed, and high quality ferronickel can be manufactured.
  • the mixture may be extruded using an extruder.
  • an extruder by extruding with an extruder, a much higher kneading effect is obtained, so that the contact area between the raw material powders increases and the voids contained in the mixture decrease. Therefore, high quality ferronickel can be manufactured more efficiently.
  • the reduction pre-treatment process S2 is a process in which the mixture containing the nickel oxide ore and the carbonaceous reducing agent obtained in the mixing process S1 is formed and dried as necessary. That is, in this pre-reduction charging treatment step S2, the mixture obtained by mixing the raw material powders can be easily put into a furnace used in the reduction treatment step S3 described later, and the reduction reaction can be efficiently performed. Mold.
  • the mixture When molding the obtained mixture, the mixture may be agglomerated (granulated) to form a massive shaped body (pellet, briquette, etc.), and the mixture is filled into a container or the like.
  • a filling container may be used.
  • a predetermined amount of water necessary for agglomeration is added to the mixture containing nickel oxide ore and a carbonaceous reducing agent, for example, a lump production apparatus (rolling granulation) Or a compression molding machine, an extrusion molding machine or the like, or a pelletizer), and is formed into a massive molded body such as pellets or briquettes (hereinafter sometimes simply referred to as “pellets”).
  • a carbonaceous reducing agent for example, a lump production apparatus (rolling granulation) Or a compression molding machine, an extrusion molding machine or the like, or a pelletizer
  • the shape for molding the mixture that is, the shape of the pellet is not particularly limited, and may be a cube, a rectangular parallelepiped, a cylinder, or a sphere. Among these, it is particularly preferable to form a spherical pellet.
  • the reduction reaction can be facilitated relatively uniformly, and the mixture can be easily molded to reduce the cost of molding.
  • the shape of the pellet is simplified, it is possible to reduce the molding defects.
  • the size of the pellet obtained by the agglomeration is not particularly limited.
  • the drying process in the pretreatment process S2 and the drying process in the reduction process S3 drying process S31
  • the reduction treatment reduction step S33
  • the thickness can be about 10 mm to 30 mm.
  • the reduction process step S3 and the like will be described later in detail.
  • the mixture containing the nickel oxide ore and the carbonaceous reducing agent is filled into a predetermined container or the like while kneading with an extruder or the like, can do.
  • the obtained mixture-filled container may be used as it is for the subsequent reduction treatment step S3.
  • the mixture contained in the container or the like is pressed and hardened for use in the reduction treatment step S3. preferable.
  • the mixture contained in a container or the like is pressed and molded, and the formed mixture is subjected to the subsequent reduction treatment step S3, thereby reducing voids generated between the mixtures and increasing the density.
  • the density becomes uniform, the reduction reaction can be facilitated more uniformly. Therefore, ferronickel with less variation in quality can be produced.
  • the shape of the mixture-filled container is not particularly limited, but is preferably a shape such as a rectangular parallelepiped, a cube, or a cylinder.
  • the size is not particularly limited, for example, in the case of a rectangular parallelepiped or a cube, it is generally preferable that the inner dimensions of the vertical, horizontal, and height are each 500 mm or less.
  • the mixture containing the nickel oxide ore and the carbonaceous reducing agent may be subjected to a drying treatment at least before or after forming the mixture.
  • a mixture containing nickel oxide ore and a carbonaceous reducing agent may contain a lot of moisture, and when such a mixture is rapidly heated to the reduction temperature, the moisture is vaporized and expanded. May destroy the mixture.
  • the mixture is often in a state of being sticky due to moisture.
  • the solid content of the lump is about 70% by mass and the water content is about 30% by mass, so that the mixture collapses in the subsequent reduction treatment step S3. Can be prevented, thereby making it difficult to remove from the reduction furnace.
  • the sticky state of the surface can be eliminated by subjecting the mixture to a drying treatment, handling up to charging into the reduction furnace can be facilitated.
  • the drying treatment for the mixture is not particularly limited, but for example, hot air of 200 ° C. to 400 ° C. is blown against the mixture to dry.
  • the drying process may be performed only once or may be performed a plurality of times including a drying process (drying process S31) in the reduction process S3 described later.
  • drying process S31 drying process in the reduction process S3 described later.
  • energy efficiency can be improved more by performing drying process S31 in reduction process process S3 so that it may mention later.
  • Table 2 below shows an example of the composition (parts by weight) in the solid content of the pellets after the drying treatment.
  • the composition of the pellet is not limited to this.
  • FIG. 3 is a process diagram showing the process executed in the reduction process S3.
  • the reduction treatment step S3 includes a drying step S31 for drying the mixture, a preheating step S32 for preheating the dried mixture, a reduction step S33 for heating and reducing the mixture, and the obtained reduction. And cooling step S35 for cooling the object.
  • the reduction heat treatment in the reduction treatment step S3 is performed using a reduction furnace or the like.
  • the reduction furnace used for the reduction heat treatment is not particularly limited, but a moving hearth furnace is preferably used.
  • a moving hearth furnace By using a moving hearth furnace as the reducing furnace, after placing the mixture on the hearth outside the furnace, it can be charged into the moving hearth furnace, making the reducing furnace more efficient. It can be operated.
  • the reduction reaction proceeds continuously, and the reaction can be completed with one facility, and the processing temperature can be controlled rather than using a separate furnace for each process. Can be performed accurately.
  • heat loss is reduced and the atmosphere in the furnace can be controlled accurately, so that the reaction can proceed more effectively. Therefore, an iron-nickel alloy with high nickel quality can be obtained more effectively.
  • the moving hearth furnace is not particularly limited, and a rotary hearth furnace, a roller hearth kiln, or the like can be used.
  • a rotary hearth furnace for example, as shown in FIG. 4, a rotary hearth furnace (rotary hearth furnace) 20 having a circular shape and divided into a plurality of processing chambers 23 to 26 is provided.
  • a reduction furnace 2 can be mentioned.
  • the rotary hearth furnace 20 includes a hearth that rotates and moves on a plane, and the furnace floor on which the mixture is placed rotates and moves in a predetermined direction, whereby each process is performed in each region. At this time, the processing temperature in each region can be adjusted by controlling the time (movement time, rotation time) at the time of passing through each region. Smelted.
  • all of the processing chambers 23 to 26 may be used as reduction chambers, and the reduction treatment may be performed in the processing chambers 23 to 26 on the mixture 10 sequentially supplied from the drying chamber 21.
  • the processing chamber 23 is a preheating chamber
  • the processing chamber 24 is a reduction chamber
  • the processing chamber 25 is a temperature holding chamber
  • the processing chamber 26 is a cooling chamber. Then, preheating is performed, reduction processing is performed in the processing chamber 24, temperature is maintained in the processing chamber 25, cooling is performed in the processing chamber 26, and further cooling processing is performed in the external cooling chamber 27.
  • the processing chambers 23 to 26 are partitioned by a movable partition wall in order to strictly control the reaction temperature and suppress energy loss.
  • a configuration is preferable.
  • the arrow on the rotary hearth furnace 20 in FIG. 4 shows the moving direction of a processed material (mixture) while showing the rotation direction of a hearth.
  • the temperature in the reduction furnace can be maintained at a high temperature. There is no need to raise or lower the energy cost, and the energy cost can be reduced. Therefore, ferronickel with high productivity and good quality can be produced continuously and stably.
  • a carbonaceous reducing agent (hereinafter also referred to as “furnace carbonaceous reducing agent”) is preliminarily spread on the hearth of the reducing furnace, and the hearth carbon that has been spread.
  • the mixture may be placed on the quality reducing agent.
  • the container filled with the mixture is placed on the hearth carbonaceous reducing agent, it can be covered with the carbonaceous reducing agent.
  • the reduction heat treatment is performed in a state where the mixture is charged into the reduction furnace in which the carbonaceous reducing agent is spread on the hearth or is surrounded by the carbonaceous reducing agent so as to further cover the charged mixture.
  • the smelting reaction can proceed more rapidly while suppressing the collapse of the mixture.
  • the reaction with the hearth can be suppressed even if the reduction reaction proceeds in the processing chambers 23 to 26 and nickel metal or slag is generated. Soaking and sticking can be reduced.
  • drying process S31 a drying process is performed with respect to the mixture obtained by mixing raw material powder.
  • the main purpose of this drying step S31 is to blow off water and crystal water in the mixture.
  • the mixture obtained in the mixing treatment step S1 contains a large amount of moisture and the like, and when it is rapidly heated to a high temperature such as the reduction temperature during the reduction treatment, the moisture is vaporized and expanded all at once. The resulting mixture is cracked and, in some cases, ruptured into pieces, making it difficult to perform uniform reduction treatment. Therefore, by performing a drying process on the mixture to remove moisture before performing the reduction process, it is possible to reduce such destruction of the mixture and thereby promote a uniform reduction process.
  • drying process in drying process S31 is performed in the form connected to a reduction furnace.
  • an area (drying area) for performing a drying process in the reduction furnace it is conceivable to provide an area (drying area) for performing a drying process in the reduction furnace, but in this case, since the drying process in the drying area becomes rate-limiting, the efficiency of the process in the reduction step S33 and There is a possibility that the efficiency of the process in the temperature holding step S34 is lowered.
  • the drying process in the drying step S31 is performed in a drying chamber provided outside the furnace for performing the reduction reaction and directly or indirectly connected to the furnace.
  • a drying chamber can be designed completely separate from the steps such as preheating, reduction, and cooling described later, The pre-heat treatment, the reduction treatment, and the cooling treatment can be easily performed.
  • the drying chamber 21 is designed to have a longer overall length, or inside the drying chamber 21. What is necessary is just to design so that the conveyance speed of this mixture 10 may become slow.
  • the drying temperature of the drying chamber 21 is not particularly limited, but is preferably set to 500 ° C. or lower from the viewpoint of preventing the reduction reaction from starting, and the entire mixture 10 is uniformly dried at a temperature of 500 ° C. or lower. More preferably.
  • preheating process S32 the mixture after water
  • the main purpose of the preheating step S32 is to allow the temperature to rise smoothly to the reduction temperature during reduction.
  • the mixture When the mixture is charged from the outside to the inside of the furnace where the reduction reaction is performed, the mixture may be rapidly heated to the reduction temperature, and the mixture may be cracked or powdered due to thermal stress. In addition, since the temperature of the mixture does not rise uniformly, the reduction reaction may vary, and the quality of the metal produced may vary. Therefore, after performing drying process S31 with respect to a mixture, it is preferable to preheat even to predetermined temperature, and thereby, destruction of a mixture and the dispersion
  • the preheating process in the preheating step S32 may be performed in a preheating chamber provided in the rotary hearth furnace, provided outside the rotary hearth furnace, and continuously from the drying chamber to the rotary hearth furnace through the preheating chamber. You may carry out in the preheating chamber provided.
  • the inside of the rotary hearth furnace 20 is formed by setting a processing chamber 23 provided continuously from the drying chamber 21 in the rotary hearth furnace 20 as a preheating chamber. Therefore, the energy required for reheating the rotary hearth furnace 20 supplied with the mixture 10 in the reduction step S33 can be greatly reduced.
  • preheating temperature in preheating process S32 It is preferable that it is 600 degreeC or more, and it is more preferable that it is 700 degreeC or more.
  • the upper limit of the preheating temperature in the preheating step S32 may be 1280 ° C. In particular, by performing the treatment at a high preheating temperature, it is possible to significantly reduce the energy required for reheating to the reduction temperature in the reduction step S33.
  • Reduction step S33 the mixture preheated in the preheating step S32 is subjected to reduction treatment at a predetermined reduction temperature.
  • the main purpose of the reduction step S33 is to reduce the mixture preheated in the preheating step S32.
  • nickel oxide which is a metal oxide contained in nickel oxide ore, is reduced as completely as possible, while it is derived from iron ore mixed as raw material powder together with nickel oxide ore. It is preferable that iron oxide is partially reduced so that the desired nickel-grade ferronickel is obtained.
  • reduction temperature in reduction process S33 It does not specifically limit as reduction temperature in reduction process S33, It is preferable to set it as the range of 1200 to 1450 degreeC.
  • the reduction temperature in the reduction step S33 is preferably 1200 ° C, more preferably 1300 ° C.
  • the reduction temperature in the reduction step S33 is preferably 1450 ° C., more preferably 1400 ° C.
  • the time for performing the reduction heat treatment in the reduction step S33 is set according to the temperature of the reduction furnace, but is preferably 10 minutes or more, and more preferably 15 minutes or more.
  • the upper limit of the time for performing the reduction heat treatment in the reduction step S33 may be 50 minutes or less or 40 minutes or less from the viewpoint of suppressing an increase in manufacturing cost.
  • the reduction heat treatment in the reduction step S33 for example, in a short time of about 1 minute, first, nickel oxide and iron oxide are reduced and metalized in the vicinity of the surface of the mixture where the reduction reaction easily proceeds, and an iron-nickel alloy (ferronickel) ) To form a shell (hereinafter also referred to as “shell”).
  • an iron-nickel alloy ferrronickel
  • the slag component in the mixture gradually melts to form liquid phase slag.
  • a metal made of an alloy such as ferronickel or a metal (hereinafter simply referred to as “metal”) and a slag made of an oxide (hereinafter simply referred to as “slag”) are separated.
  • metal made of an alloy such as ferronickel or a metal
  • slag a slag made of an oxide
  • the slag formed by the reduction heat treatment is melted into a liquid phase, but the metal and slag that have already been separated and produced do not mix with each other. As a separate phase with slag solid phase, it becomes a mixed material.
  • the volume of the mixture is shrunk to a volume of about 50% to 60% as compared with the mixture to be charged.
  • the reduction process in the reduction step S33 is performed using a reduction furnace or the like.
  • a reduction furnace or the like.
  • the metal component in the reduced product is small in the state obtained by the reduction treatment, for example, when a bulk metal of about 200 ⁇ m or less is obtained, the metal and slag are separated in the subsequent separation step S4. Becomes difficult.
  • the reduced product is kept at a high temperature, so that the metal having a specific gravity larger than that of the slag in the reduced product can be settled and aggregated to coarsen the metal.
  • the holding temperature of the reduced product in the temperature holding step S34 can be appropriately set according to the reduction temperature in the reduction step S33, and is preferably in the range of 1300 ° C or higher and 1500 ° C or lower.
  • the metal component in the reduced product can be efficiently precipitated to obtain a coarse metal.
  • the holding temperature is less than 1300 ° C.
  • a large part of the reduced product becomes a solid phase, so that it takes time to obtain a coarse metal even if the metal component does not settle or settles.
  • the holding temperature exceeds 1500 ° C., the reduction product may not be recovered due to the reaction between the obtained reduction product and the hearth or hearth carbonaceous reducing agent, and the furnace may be damaged. I might let you.
  • the temperature holding time in the temperature holding step S34 is set according to the temperature of the reducing furnace, but is preferably 10 minutes or more, and more preferably 15 minutes or more.
  • the upper limit of the time for holding the temperature in the temperature holding step S34 may be 50 minutes or less or 40 minutes or less from the viewpoint of suppressing an increase in manufacturing cost.
  • the treatment in the temperature holding step S34 is preferably performed continuously in the furnace in which the reduction reaction is performed, following the reduction step S33.
  • the temperature holding step S34 is performed in the processing chamber 25 of the reduction furnace 2 in FIG. 4, it is preferable to reduce the mixture in the processing chamber 24 and then move the mixture to the processing chamber 25 by rotating the hearth.
  • Cooling step S35 is cooled down to a temperature at which the reduced product after maintaining the temperature in the temperature maintaining step S34 can be separated and recovered in the subsequent separation step S4 after passing through the reduction step S33. It is a process to do.
  • the cooling of the reduced product in the cooling step S35 can be performed in at least one of a processing chamber inside the furnace where the reduction reaction is performed and a processing chamber connected to the outside of the furnace.
  • a processing chamber inside the furnace where the reduction reaction is performed For example, in the reduction furnace 2 of FIG. 4, the temperature drop inside the rotary hearth furnace 20 is reduced by using the processing chamber 26 of the rotary hearth furnace 20 as a cooling chamber and providing the external cooling chamber 27 outside the furnace. Therefore, the energy loss in the reduction furnace 2 can be reduced. In particular, since it becomes difficult for heat to be transferred from the rotary hearth furnace 20 to the external cooling chamber 27, the reduced product can be cooled more smoothly.
  • the temperature at which the reduced product after the reducing step S33 is transferred to the cooling chamber may be any temperature at which the reduced product can be handled substantially as a solid.
  • the recovery temperature is preferably as high as possible. At this time, by raising the temperature at the time of recovery as much as possible, the temperature drop of the hearth of the rotary hearth furnace 20 until it is transferred to the cooling chamber is reduced. Therefore, energy loss due to cooling to the rotary hearth and the atmosphere in the furnace and preheating can be reduced, and energy required for reheating can be further saved.
  • the recovery temperature in the cooling step S35 is preferably 600 ° C. or higher.
  • the energy required for reheating is significantly reduced, so that an efficient smelting process can be performed at a lower cost.
  • the temperature difference in the hearth of the rotary hearth furnace 20 is reduced, the thermal stress applied to the hearth and the furnace wall is also reduced, so that the life of the rotary hearth furnace 20 can be greatly extended. Problems during operation of the rotary hearth furnace 20 can be greatly reduced.
  • the mixture after the reduction treatment step S3 is a mixture of metal and slag.
  • the reaction in the reduction treatment step S3 progresses ideally, the mixture after the reduction treatment step S3 is a mixture of metal and slag.
  • the reaction in the reduction treatment step S3 progresses ideally, the mixture after the reduction treatment step S3 is a mixture of metal and slag.
  • the reaction in the reduction treatment step S3 progresses ideally, the mixture after the reduction treatment step S3 is a mixture of metal and slag.
  • Separation process In the separation step S4, metal (ferronickel metal) is separated and recovered from the reduced product generated in the reduction treatment step S3. Specifically, the metal phase is separated and recovered from a mixture (reduced product) containing a metal phase (metal solid phase) and a slag phase (slag solid phase) obtained by reducing and heating the mixture. To do.
  • metal ferrronickel metal
  • the obtained metal phase and slag phase can be easily separated because of poor wettability.
  • the above-mentioned large mixture can be dropped with a predetermined drop or screened. At this time, by applying an impact such as applying a predetermined vibration, the metal phase and the slag phase can be easily separated from the mixture.
  • the metal phase can be recovered and made into a ferronickel product.
  • the carbonaceous reducing agent is composed of particles (reducing agent particles), and the ratio of the reducing agent particles having a maximum length of 25 ⁇ m or less with respect to the total number of reducing agent particles and the reduction having a maximum length exceeding 25 ⁇ m.
  • the average maximum particle length value for the agent particles is the one shown in Table 4.
  • the content of the carbonaceous reducing agent is 100% by mass, which is necessary for reducing nickel oxide and iron oxide (Fe 2 O 3 ) contained in the nickel oxide ore that is the raw material ore without excess or deficiency. Occasionally, the content was 31% by mass.
  • the average maximum particle length described in Table 4 is an average value of the maximum particle length of 300 reducing agent particles randomly selected from those having a maximum length exceeding 25 ⁇ m using a metal microscope. Asked.
  • the mixture was obtained by kneading the raw materials using a twin-screw kneader.
  • Pretreatment process The mixture obtained by the mixing process is agglomerated by forming into a spherical pellet of ⁇ 18 ⁇ 1.2 mm using a pan-type granulator, and then the solid content is about 70% by weight and the water content is 30%.
  • a drying treatment was performed by blowing hot air of 200 ° C. to 250 ° C. so that the ratio would be about%.
  • Table 3 shows the solid content composition (excluding carbon) of the mixture (pellet) after the drying treatment.
  • the drying chamber 21 was continuously provided in the rotary hearth furnace 20.
  • the pellets were transferred to the processing chamber 23, which is a preheating chamber, and the temperature in the preheating chamber was maintained in the range of 700 ° C. or higher and 1280 ° C. or lower, and the pellet was pre-heat-treated.
  • the preheat-treated pellets were transferred to the treatment chamber 24 in the rotary hearth furnace 20 and subjected to reduction treatment at the temperatures and times shown in Table 4.
  • the reduced product of the pellets obtained through the reduction treatment is transferred in the order of the treatment chamber 25 which is a temperature holding chamber maintained at the same temperature as the reduction temperature shown in Table 4, and the treatment chamber 26 which is a cooling chamber, and then Then, it was transferred to the external cooling chamber 27 connected to the rotary hearth furnace 20, and quickly cooled to room temperature while flowing nitrogen and taken out into the atmosphere.
  • the reductant was collected from the rotary hearth furnace 20 when the reductant was transferred to the external cooling chamber 27, and was collected by placing the reductant along a guide installed in the external cooling chamber 27.
  • the nickel metalization rate and the nickel content in the metal were calculated by analyzing with an ICP emission spectroscopic analyzer (SHIMAZU S-8100 type).
  • Nickel metal conversion rate Amount of Ni metalized in pellets / (total amount of Ni in pellets) ⁇ 100 (%)
  • Nickel content in metal Amount of metallized Ni in pellet ⁇ (total amount of metallized Ni and Fe in pellet) x 100 (%)
  • Table 4 below shows the nickel metal conversion rate and the nickel content in the metal obtained from the samples of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4.
  • the number of reducing agent particles composed of particles (reducing agent particles) as the carbonaceous reducing agent and having a maximum particle length of 25 ⁇ m or less is the total number of reducing agent particles of the carbonaceous reducing agent.
  • the nickel metallization rate is 98.3 by using those having an average maximum particle length of 30 ⁇ m or more and 80 ⁇ m or less for a reducing agent particle having a maximum particle length of 25% or more and 25% or less. It was found that high quality ferronickel having a high content of at least% and nickel content in the metal of at least 18.2% could be produced (Examples 1 to 12).
  • the nickel metallization rate is as high as 98.5% or higher, resulting in higher quality. It has been found that ferronickel can be produced.
  • the reason why the high-quality ferronickel can be produced is that the addition of a fine carbonaceous reducing agent suppresses aggregation and uneven distribution in the mixture, so that the nickel oxide ore and the carbonaceous reducing agent are suppressed. It is conceivable that the contact area with the mixture and the uniformity of the mixture have been increased, thereby enabling uniform and efficient refining treatment.

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Abstract

本発明の目的は、酸化鉱石からペレットを形成して金属又は合金を製造する方法において、生産性や効率性が高く、且つ低廉な製造コストで、高品質のメタルを製造することができる酸化鉱石の製錬方法を提供することである。　酸化鉱石と炭素質還元剤とを含有する混合物を加熱し還元することによって金属又は合金を製造する酸化鉱石の製錬方法であって、炭素質還元剤として粒子（還元剤粒子）から構成されるものを用い、炭素質還元剤に含まれる最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数が、炭素質還元剤に含まれる還元剤粒子の総数に対して２％以上２５％以下であり、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子の平均最大粒子長が３０μｍ以上８０μｍ以下である、酸化鉱石の製錬方法である。

Description

酸化鉱石の製錬方法
　本発明は、酸化鉱石の製錬方法に関するものであり、例えば、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石と、還元剤とから製造されるペレットを、還元炉にて高温下で還元加熱することによって製錬し、フェロニッケル等の還元物を得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、ペレットと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、還元処理により生成するメタル（フェロニッケル）を粗大化させることも非常に重要な技術である。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を粗大化する処理が必要となる。
　また、製錬コストを如何に低く抑えることができるかについても重要な技術的事項であり、コンパクトな設備で操業できる連続処理が望まれている。
　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、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させる粒状金属の製造方法において、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する、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、平均直径が１９．５ｍｍ以上３２ｍｍ以下の塊成物を、敷密度が０．５以上０．８以下になるように炉床上に供給して加熱する方法が開示されている。この方法では、塊成物の敷密度と平均直径とを併せて制御することで、粒状金属鉄の生産性を高められることが、特許文献１に記載されている。
　しかしながら、特許文献１に開示されている方法は、塊成物の外側で起こる反応を制御するための技術であり、還元反応において最も重要な因子である、塊成物の内部で起きる反応の制御については着目していない。他方で、塊成物の内部で起きる反応を制御することで、反応効率を高め、還元反応をより均一に進めることで、より高品質のメタル（金属、合金）を得ることが求められていた。
　また、特許文献１にあるような、特定の直径を有するものを塊成物として用いる方法は、特定の直径を有しないものを取り除く必要があるため、塊成物を作製する際の収率が低いものであった。また、特許文献１にある方法では、塊成物の敷密度を０．５以上０．８以下に調整する必要があり、塊成物を積層させることもできないため、生産性の低い方法であった。このように、特許文献１にある方法は、製造コストが高いものであった。
　さらに、特許文献１のように、原料を全て熔解して還元するいわゆる全熔解法を用いたプロセスでは、操業コストの面で大きな問題があった。例えば、原料のニッケル酸化鉱石を完全に溶融するには、１５００℃以上もの高温にする必要があるが、このような高温条件とするには多大なエネルギーコストがかかり、またそのような高温で使用する炉は傷み易くなるため、補修費もかかる。またさらに、原料のニッケル酸化鉱石中にはニッケルが１％程度しか含まれていないため、そのニッケルに相応する鉄以外は回収する必要がないにもかかわらず、多量に含まれる回収不要な成分までもすべてを溶融することになり、著しく非効率となる。
　そこで、必要なニッケルだけを還元し、ニッケルよりもはるかに多く含まれる鉄の還元を部分的にしか行わない、部分熔解による還元方法が検討されてきた。しかしながら、このような部分還元法（あるいはニッケル優先還元法ともいう）では、原料を完全に熔解しない半固体状態に維持しながら還元反応を行うため、ニッケルを１００％完全に還元しながら、他方で鉄の還元をニッケルに相応する範囲に留めるように反応を制御することは容易でない。そのことにより、原料内における還元において部分的なばらつきが生じ、ニッケル回収率の低下等、効率的な操業が難しいという問題があった。
　このように、酸化鉱石を混合及び還元して金属や合金を製造する技術には、生産性や効率性を高め、製造コストを低減させ、また、還元反応を均一に進めてメタルの品質を高める点で、多くの問題があった。
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、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石と炭素質還元剤と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、生産性や効率性が高く、且つ低廉な製造コストで、高品質のメタルを製造することができる方法を提供することを目的とする。
　本発明者は、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、炭素質還元剤として、粒子（還元剤粒子）によって構成され、最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数が、還元剤粒子の総数に対して２％以上２５％以下であり、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子についての平均最大粒子長が３０μｍ以上８０μｍ以下であるものを用いて、この炭素質還元剤で金属酸化物を還元して還元物を得ることで、混合物における炭素質還元剤の凝集や偏在が抑制されるため、酸化鉱石と炭素質還元剤との接触面積や、混合物の均一性が高まることを見出し、本発明に至った。すなわち、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、得られた混合物を加熱して還元処理に付し、還元物であるメタルとスラグとを得る製錬方法であって、前記炭素質還元剤として粒子（還元剤粒子）から構成されるものを用い、前記炭素質還元剤に含まれる最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数の割合が、該炭素質還元剤に含まれる還元剤粒子の総数に対して２％以上２５％以下であり、下記式（１）により求められる、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子の平均最大粒子長が３０μｍ以上８０μｍ以下である、酸化鉱石の製錬方法である。
　平均最大粒子長＝還元剤粒子３００個の最大粒子長の総和／３００　・・・（１）
　（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記還元処理における還元温度を、１２００℃以上１４５０℃以下とする、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、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。
　（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記メタルは、フェロニッケルである、酸化鉱石の製錬方法である。
　本発明によれば、酸化鉱石と炭素質還元剤と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、生産性や効率性が高く、且つ低廉な製造コストで、高品質のメタルを製造することができる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。 炭素質還元剤の形状、分布の一例を示す平面図である。 還元処理工程における処理の流れの一例を示す処理フロー図である。 炉床が回転する回転炉床炉の構成例を示す図（平面図）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．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、得られた混合物を原料として加熱して還元処理に付し、還元物であるメタルとスラグとを得る方法において、その炭素質還元剤として粒子（以下、「還元剤粒子」ともいう）から構成され、下記式（１）により求められる、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子についての平均最大粒子長が３０μｍ以上８０μｍ以下であるものを用い、炭素質還元剤に含まれる最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数の割合を、その炭素質還元剤に含まれる還元剤粒子の総数に対して２％以上２５％以下とすることを特徴としている。
　平均最大粒子長＝還元剤粒子３００個の最大粒子長の総和／３００　・・・（１）
　このような製錬方法によれば、その酸化鉱石と炭素質還元剤との接触面積が増加させることができ、酸化鉱石の還元反応を進み易くすることができる。また、混合物中における炭素質還元剤の分散性が高まりことによりその炭素質還元剤の凝集や偏在が抑制されるため、均一に還元反応を進行させることができる。これにより、生産性や効率性が高く、且つ低廉な製造コストで、高品質のメタルを製造することができる。
　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（Ｆｅ２Ｏ３）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。この製錬方法では、混合物中のニッケル（酸化ニッケル）を優先的に還元させ、また、鉄（酸化鉄）を部分的に還元することで、フェロニッケルを生成させる。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、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合する混合処理工程Ｓ１と、得られた混合物を塊状化し又は所定の容器に充填して成形する還元投入前処理工程Ｓ２と、塊状化され又は容器に充填された混合物を所定の温度（還元温度）で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含む混合物（混在物）からメタルを分離して回収する分離工程Ｓ４とを有する。
　　＜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。
　　（ニッケル酸化鉱石）
　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（Ｆｅ２Ｏ３）とを少なくとも含有する。
　　（炭素質還元剤）
　炭素質還元剤としては、特に限定されないが、石炭粉、コークス粉等が挙げられる。
　本実施の形態においては、炭素質還元剤として、粒子（還元剤粒子）から構成され、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子の平均最大粒子長が３０μｍ以上８０μｍ以下であるものを用いる。また、炭素質還元剤に含まれる最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数の割合が、その炭素質還元剤に含まれる還元剤粒子の総数に対して２％以上２５％以下であるものを用いる。すなわち、この炭素質還元剤は、最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子と、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子とを含有する。
　ここで、還元剤粒子の「最大粒子長」とは、還元剤粒子における最も長い辺や直径のことである。具体的には、例えば、還元剤粒子が楕円の形状であれば最大粒子長は長径になり、還元剤粒子が直方体の形状であれば最大粒子長は対角線になる。図２は、不定形粒子の最大粒子長を示す模式図であり、最大粒子長Ｔは金属顕微鏡を用いて測定することができる。
　また、還元剤粒子の「平均最大粒子長」とは、無作為に選定した還元剤粒子３００個における、個数平均での最大粒子長Ｔの平均値であり、下記式（１）により求められる。
　平均最大粒子長＝還元剤粒子３００個の最大粒子長の総和／３００　・・・（１）
　特に、最大粒子長が２５μｍ以下の微細な還元剤粒子を含む炭素質還元剤を用いることによって、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤との接触面積が増加するようになり、ニッケル酸化鉱石の還元反応を進み易くすることができる。また、これにより混合物における分散性が高まり、炭素質還元剤の凝集や偏在が抑制されるため、均一に還元反応を進行させることができる。
　より具体的に、炭素質還元剤に含まれる還元剤粒子の平均最大粒子長に関して、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子の平均最大粒子長が３０μｍ以上である。この平均最大粒子長が小さすぎると、細かい還元剤粒子の割合が増えすぎることで、炭素質還元剤が凝集したり偏在したりする。そのため、均一な混合物を得ることが困難になり、これにより還元反応が均一に進み難くなる。
　最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子の平均最大粒子長は、８０μｍ以下であり、６０μｍ以下であることがより好ましい。この平均最大粒子長が大きすぎると、粗い還元剤粒子の割合が多くなりすぎ、混合物中での炭素質還元剤の分散性が悪化する。そのため、均一な混合物を得ることが困難になり、還元反応が均一に進み難くなる。
　また、炭素質還元剤に含まれる還元剤粒子の数の割合に関して、最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数の割合が、炭素質還元剤の還元剤粒子の総数に対して、２％以上であり、３％以上であることがより好ましい。最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の占める割合が小さすぎると、細かい還元剤粒子が少なくなり過ぎてしまい、混合物中において炭素質還元剤とニッケル酸化鉱石とを均一に混合させることが困難になり、これにより還元反応が均一に進み難くなる。
　炭素質還元剤の還元剤粒子の総数に対する最大粒子長が２５μｍ以下の粒子が占める割合は、２５％以下であり、２０％以下であることがより好ましい。最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の占める割合が大きすぎると、細かい還元剤粒子の割合が増えすぎることで、炭素質還元剤が凝集したり偏在したりする。そのため、かえって均一な混合物を得ることが困難になり、これにより還元反応が均一に進み難くなる。
　このように、原料鉱石に添加する炭素質還元剤が粒子（還元剤粒子）から構成され、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子の平均最大粒子長が３０μｍ以上８０μｍ以下であるものを用い、且つ、炭素質還元剤に含まれる最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数の割合を、炭素質還元剤の還元剤粒子の総数に対して２％以上２５％以下とすることで、混合物中において炭素質還元剤とニッケル酸化鉱石とが均一に混合され、また、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤との接触面積を増加させることができる。これにより、後述する還元処理工程Ｓ３において、均一な還元をより効率的に実現することができ、その結果として、反応時間を短縮して製造コストを低廉にすることができ、さらに、得られるフェロニッケルの品質をより高めることができる。
　混合物中における炭素質還元剤の混合量、すなわち混合物に含まれることになる炭素質還元剤の量としては、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となるように調整することができる。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。
　　（鉄鉱石）
　ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤のほか、混合物における鉄－ニッケル比を調整するために任意成分として鉄鉱石を添加することができる。ここで、鉄鉱石としては、特に限定されないが、例えば、鉄品位が５０％程度以上のものや、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。
　　（バインダー、フラックス成分）
　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。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。なお、原料粉末の組成としてはこれに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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、原料粉末を混練してもよい。ここで、原料粉末の混練は、混合と同時に行ってもよく、混合後に行ってもよい。これにより、混合物にせん断力が加えられ、炭素還元剤をはじめとした原料粉末の凝集が解けてより均一に混合されることで、原料粉末同士の接触面積が増し、混合物に含まれる空隙が減少して各々の粒子の密着性が高められる。したがって、還元反応の反応時間を短縮させることができ、且つ品質のばらつきを低減させることができる。よって、生産性の高い処理を行うことができ、且つ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、原料粉末を混練した後、押出機を用いて混合物を押し出してもよい。このように押出機で押し出すことによって、より一層高い混練効果が得られることで、原料粉末同士の接触面積が増し、また混合物に含まれる空隙が減少する。そのため、高品質のフェロニッケルをより効率的に製造することができる。
　　＜２．還元投入前処理工程（前処理工程）＞
　還元投入前処理工程Ｓ２は、混合処理工程Ｓ１で得られた、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含有する混合物を成形させ、必要に応じて乾燥させる工程である。すなわち、この還元投入前処理工程Ｓ２では、原料粉末を混合して得られた混合物を、後述する還元処理工程Ｓ３にて使用する炉に投入し易くし、また効率的に還元反応が起こるように成形する。
　（１）混合物の成形
　得られた混合物を成形する場合、その混合物を塊状化（造粒）して塊状の成形体（ペレット、ブリケット等）にしてもよく、混合物を容器等に充填して混合物充填容器にしてもよい。
　（混合物の塊状化）
　このうち、混合物を塊状化する場合、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含有する混合物に対して、塊状化に必要な所定量の水分を添加し、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、ペレット、ブリケット等の塊状の成形体（以下、単に「ペレット」という場合がある。）に成形する。
　混合物を成形する形状、すなわちペレットの形状としては、特に限定されず、立方体、直方体、円柱又は球の形状にすることができる。その中でも特に、球状のペレットに成形することが好ましい。球状のペレットにすることで、還元反応を比較的均一に進め易くすることができ、且つ、混合物の成形を容易にして成形にかかるコストを抑えることができる。また、ペレットの形状が単純になることで、成形不良のペレットを低減することができる。
　塊状化によって得られるペレットの大きさ（球状のペレットの場合には直径）は、特に限定されないが、例えば、前処理工程Ｓ２における乾燥処理や、還元処理工程Ｓ３における乾燥処理（乾燥工程Ｓ３１）、予熱処理（予熱工程Ｓ３２）を経て、還元処理（還元工程Ｓ３３）を行う場合であれば、１０ｍｍ～３０ｍｍ程度にすることができる。なお、還元処理工程Ｓ３等については、詳しくは後述する。
　　（混合物の容器への充填）
　他方で、混合物を容器等に充填して成形する場合、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含有する混合物を押出機等で混練しながら所定の容器等に充填することで、混合物充填容器とすることができる。得られた混合物充填容器は、そのまま次工程の還元処理工程Ｓ３に供してもよいが、容器等に収容されている混合物をプレス等によって押し固めたものを、還元処理工程Ｓ３に供することがより好ましい。特に、容器等に収容されている混合物を押し固めて成形し、成形された混合物を次工程の還元処理工程Ｓ３に付すことで、混合物の間に生じる空隙を低減させて密度を高めることができ、また、密度が均一化することで還元反応をより均一に進め易くすることができる。したがって、品質のばらつきのより小さいフェロニッケルを作製することができる。
　混合物充填容器の形状としては、特に限定されないが、例えば直方体、立方体、円柱等の形状であることが好ましい。また、その大きさについても特に限定されないが、例えば直方体や立方体の形状であれば、概ね、縦、横、高さの内寸が、各々５００ｍｍ以下であることが好ましい。このような形状、大きさとすることにより、品質のばらつきが小さく、且つ生産性の高い製錬を行うことができる。
　（２）混合物の乾燥処理
　ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含有する混合物には、混合物を成形する前後の少なくともいずれかにおいて、乾燥処理を行ってもよい。ここで、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤を含有する混合物には水分が多く含まれていることがあり、このような混合物を急激に還元温度まで昇温すると、水分が一気に気化し、膨張して混合物が破壊することがある。また、混合物は、水分によってべたべたした状態となっていることも多い。
　したがって、混合物に対して乾燥処理を施し、例えば塊状物の固形分が７０質量％程度で、水分が３０質量％程度となるようにすることで、次工程の還元処理工程Ｓ３において、混合物が崩壊することを防ぐことができ、それにより還元炉からの取り出しが困難になることを防ぐことができる。また、混合物に対して乾燥処理を施すことで、表面のべたべたした状態を解消できるため、還元炉への装入までの取り扱いを容易にすることができる。
　具体的に、混合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２００℃～４００℃の熱風を混合物に対して吹き付けて乾燥させる。なお、乾燥処理時の混合物の温度は、ペレットを破壊され難くする観点から、１００℃未満を維持することが好ましい。
　乾燥処理は、後述の還元処理工程Ｓ３における乾燥処理（乾燥工程Ｓ３１）を含めて、１回のみ行ってもよく、複数回行ってもよい。なお、乾燥処理を１回のみ行う場合は、後述するように、還元処理工程Ｓ３において乾燥工程Ｓ３１を行うことで、エネルギー効率をより高めることができる。
　下記表２に、乾燥処理後のペレットにおける固形分中組成（重量部）の一例を示す。なお、ペレットの組成としては、これに限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　　＜３．還元処理工程＞
　還元処理工程Ｓ３では、還元投入前処理工程Ｓ２を経て成形された混合物を還元炉に装入して、所定の還元温度に還元加熱する。このように、混合物に対して加熱処理することで、製錬反応（還元反応）が進行して、メタルとスラグとの混在物が生成する。
　図３は、還元処理工程Ｓ３にて実行する処理工程を示す工程図である。図３に示すように、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４に示すような、円形状であって複数の処理室２３～２６に区分けされた回転炉床炉（ロータリーハース炉）２０を有する還元炉２を挙げることができる。回転炉床炉２０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１０が製錬処理される。
　この回転炉床炉２０では、例えば処理室２３～２６のすべてを還元室として、乾燥室２１から順次供給される混合物１０に対して、処理室２３～２６で還元処理を行ってもよい。他方で、処理室２３を予熱室、処理室２４を還元室、処理室２５を温度保持室、処理室２６を冷却室として、乾燥室２１から順次供給される混合物１０に対して、処理室２３で予熱を行い、処理室２４で還元処理を行い、処理室２５で温度を保持した後、処理室２６で冷却させ、外部冷却室２７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２３～２６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２３～２６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４における回転炉床炉２０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２０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２３～２６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。
　（１）乾燥工程
　乾燥工程Ｓ３１では、原料粉末を混合して得られた混合物に対して乾燥処理を施す。この乾燥工程Ｓ３１は、混合物中の水分や結晶水を飛ばすことを主な目的とする。
　混合処理工程Ｓ１にて得られた混合物には水分等が多く含まれており、そのような状態で還元処理時に還元温度のような高温まで急加熱すると水分が一気に気化、膨張することで、成形した混合物が割れ、場合によっては破裂して粉々になるため、均一な還元処理を行うことが困難になる。そこで、還元処理を行う前に、混合物に対する乾燥処理を施して水分を除去することで、このような混合物の破壊を低減させ、それにより均一な還元処理を促進することができる。
　乾燥工程Ｓ３１における乾燥処理は、還元炉に接続される形態で行われることが好ましい。他方で、還元炉内において乾燥処理を施すエリア（乾燥エリア）を設けて実施することも考えられるが、この場合、乾燥エリアでの乾燥処理が律速になるため、還元工程Ｓ３３における処理の効率や、温度保持工程Ｓ３４における処理の効率を低下させる可能性がある。
　したがって、乾燥工程Ｓ３１における乾燥処理は、還元反応を行う炉の外に設けられ、その炉に直接又は間接的に接続された乾燥室で行われることが好ましい。例えば、図４の還元炉２では、回転炉床炉２０の炉外に乾燥室２１を設けることで、後述する予熱、還元、冷却といった工程とは全く別に乾燥室を設計でき、望ましい乾燥処理、予熱処理、還元処理、冷却処理をそれぞれ実行し易くすることができる。例えば、原料に依存して混合物に水分が多く残存するような場合には、乾燥処理に時間がかかるため、乾燥室２１の全長が長めになるように設計し、又は、乾燥室２１の内部での混合物１０の搬送速度が遅くなるように設計すればよい。
　乾燥工程Ｓ３１における乾燥処理の方法については、特に限定されないが、乾燥室２１において搬送されてきた混合物１０に対して、熱風を吹き付けることによって行うことができる。また、乾燥室２１の乾燥温度についても、特に限定されないが、還元反応が始まらないようにする観点から、５００℃以下とすることが好ましく、５００℃以下の温度で混合物１０の全体を均一に乾燥することがより好ましい。
　（２）予熱工程
　予熱工程Ｓ３２では、乾燥工程Ｓ３１での乾燥処理によって水分を除去した後の混合物を予熱（予備加熱）する。この予熱工程Ｓ３２は、還元時に温度がスムーズに還元温度まで上がるようにすることを主な目的とする。
　還元反応を行う炉の外部から内部に混合物を装入するとき、混合物が急激に還元温度まで昇温することで、熱応力によって混合物が割れたり、粉状になったりすることがある。また、混合物の温度が均一に上がらないことで、還元反応にばらつきが生じ、生成されるメタルの品質がばらつくことがある。そのため、混合物に対して乾燥工程Ｓ３１を行った後に、所定の温度にまで予熱することが好ましく、これにより混合物の破壊や還元反応のばらつきを抑えることができる。
　予熱工程Ｓ３２における予熱処理は、回転炉床炉の中に設けられた予熱室で行ってもよく、回転炉床炉の外側に設けられ、乾燥室から予熱室を経て回転炉床炉まで連続するように設けられた予熱室で行ってもよい。例えば、図４に示す還元炉２では、回転炉床炉２０の中に、乾燥室２１から連続するように設けられている処理室２３を予熱室とすることで、回転炉床炉２０の内部の温度を高い温度に維持することができるため、還元工程Ｓ３３において、混合物１０を供給した回転炉床炉２０の再加熱に必要なエネルギーを、大幅に削減することができる。
　予熱工程Ｓ３２における予熱温度としては、特に限定されないが、６００℃以上であることが好ましく、７００℃以上であることがより好ましい。他方で、予熱工程Ｓ３２における予熱温度の上限は、１２８０℃としてもよい。特に、高い予熱温度で処理することによって、還元工程Ｓ３３において還元温度まで再加熱する際に必要となるエネルギーを、大幅に削減することができる。
　（３）還元工程
　還元工程Ｓ３３では、予熱工程Ｓ３２にて予熱した混合物に対し、所定の還元温度で還元処理を施す。この還元工程Ｓ３３は、予熱工程Ｓ３２で予熱した混合物を還元することを主な目的とする。
　還元炉を使用した還元処理においては、ニッケル酸化鉱石に含まれる金属酸化物である酸化ニッケルは可能な限り完全に還元し、一方で、ニッケル酸化鉱石とともに原料粉末として混合した鉄鉱石等に由来する酸化鉄は一部だけ還元して、目的とするニッケル品位のフェロニッケルが得られようにすることが好ましい。
　還元工程Ｓ３３における還元温度としては、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い。ここで、還元工程Ｓ３３における還元温度は、好ましくは１２００℃、より好ましくは１３００℃を下限とする。また、還元工程Ｓ３３における還元温度は、好ましくは１４５０℃、より好ましくは１４００℃を上限とする。このような温度範囲で還元することによって、均一に還元反応が進みやすくなるため、品質のばらつきを抑制したメタル（フェロニッケル）を生成させることができる。また、この温度範囲で還元することで、比較的短時間で所望の還元反応を進めることができる。
　還元工程Ｓ３３において還元加熱処理を行う時間は、還元炉の温度に応じて設定されるが、１０分以上であることが好ましく、１５分以上であることがより好ましい。他方で、還元工程Ｓ３３において還元加熱処理を行う時間の上限は、製造コストの上昇を抑える観点から、５０分以下としてもよく、４０分以下としてもよい。
　還元工程Ｓ３３における還元加熱処理では、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混合物の表面近傍において、酸化ニッケル及び酸化鉄が還元されメタル化して、鉄－ニッケル合金（フェロニッケル）となり、シェル（以下、「殻」ともいう）を形成する。一方で、殻の中では、その殻の形成に伴って混合物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、１個の混合物の中で、フェロニッケル等の合金や金属からなるメタル（以下、単に「メタル」という）と、酸化物からなるスラグ（以下、単に「スラグ」という）とが分かれて生成する。
　そして、還元工程Ｓ３３における還元加熱処理の処理時間が１０分程度経過すると、還元反応に関与しない余剰の炭素質還元剤の炭素成分が、鉄－ニッケル合金に取り込まれて融点を低下させる。その結果、炭素を含有した鉄－ニッケル合金は溶解して液相となる。
　上述したように、還元加熱処理によって形成されるスラグは、熔融して液相となっているが、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在物となる。この混在物の体積は、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。
　還元工程Ｓ３３における還元処理は、上述したとおり、還元炉等を用いて行われる。例えば、図４の還元炉２の処理室２４で還元工程Ｓ３３を行う場合、予熱室である処理室２３で混合物を予熱した後、炉床の回転によって処理室２４に移動させることが好ましい。
　（４）温度保持工程
　還元工程Ｓ３３を経て得られた還元物に対して、回転炉床炉内で所定の温度条件で保持する温度保持工程Ｓ３４を行ってもよい。具体的に、この温度保持工程Ｓ３４は、還元工程Ｓ３３における還元温度を同等の温度に還元物を保持することによって、その還元物中におけるメタル成分をさらに沈降させて纏め、メタルを粗大化させる。これにより、メタルを回収し易くすることができる。
　還元処理して得られた状態において還元物中のメタル成分が小さい場合、例えば２００μｍ以下程度のバルク状のメタルが得られた場合には、その後の分離工程Ｓ４でメタルとスラグとを分離することが困難になる。このとき、必要に応じて、還元物を高温保持することで、還元物中のスラグよりも比重の大きいメタルを沈降、凝集させて、メタルを粗大化させることができる。
　温度保持工程Ｓ３４における還元物の保持温度は、還元工程Ｓ３３における還元温度に応じて適宜設定することができ、１３００℃以上１５００℃以下の範囲内にあることが好ましい。この温度範囲内で還元物を高温保持することによって、還元物中のメタル成分を効率よく沈降させて、粗大なメタルを得ることができる。ここで、保持温度が１３００℃未満であると、還元物の多くの部分が固相となるため、メタル成分が沈降しないか、沈降した場合であっても粗大なメタルを得るには時間を要する。また、保持温度が１５００℃を超えると、得られた還元物と、炉床や炉床炭素質還元剤との反応が進行することで、還元物を回収できなくなることがあり、また、炉を損傷させてしまうことがある。
　温度保持工程Ｓ３４において温度を保持する時間は、還元炉の温度に応じて設定されるが、１０分以上であることが好ましく、１５分以上であることがより好ましい。他方で、温度保持工程Ｓ３４において温度を保持する時間の上限は、製造コストの上昇を抑える観点から、５０分以下としてもよく、４０分以下としてもよい。
　温度保持工程Ｓ３４における処理は、還元反応を行う炉の中で、還元工程Ｓ３３に続いて連続的に行うことが好ましい。例えば、図４の還元炉２の処理室２５で温度保持工程Ｓ３４を行う場合、処理室２４で混合物を還元処理した後、炉床の回転によって処理室２５に移動させることが好ましい。
　このように、還元工程Ｓ３３と温度保持工程Ｓ３４とを連続的に行うことによって、還元物中のメタル成分が効率的に沈降するため、得られるメタルを粗大化させることができる。また、これにより各処理間におけるヒートロスが低減するため、効率的な操業を行うことができる。
　なお、還元工程Ｓ３３における還元処理によって、製造上問題ないレベルまでメタルが粗大化している場合には、特に温度保持工程Ｓ３４を設けることを必要としない。
　（５）冷却工程
　冷却工程Ｓ３５は、還元工程Ｓ３３を経て、あるいは必要に応じて温度保持工程Ｓ３４にて温度を保持した後の還元物を、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Ｓ３５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４の還元炉２では、回転炉床炉２０の処理室２６を冷却室とし、且つ炉外に外部冷却室２７を設けることで、回転炉床炉２０の内部における温度低下が小さくなるため、還元炉２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２０から外部冷却室２７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Ｓ３５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２０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Ｓ３５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２０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２０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２０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。
　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。
　［混合処理工程］
　実施例１～１２、比較例１～４の各試料について、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）を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合した。
　このうち、炭素質還元剤としては、粒子（還元剤粒子）によって構成され、且つ、還元剤粒子の総数に対する最大長さが２５μｍ以下の還元剤粒子の割合と、最大長さが２５μｍを超える還元剤粒子についての平均最大粒子長の値が、表４に記載される数値にあるものを用いた。また、炭素質還元剤の含有量は、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と酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）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、３１質量％になるようにした。
　なお、表４に記載される平均最大粒子長は、金属顕微鏡を用いて、最大長さが２５μｍを超えるものの中から無作為に選定し測定した還元剤粒子３００個の最大粒子長の平均値より求めた。
　そして、混合機を用いて原料を混合した後、二軸混練機を用いて原料を混練することで、混合物を得た。
　［前処理工程］
　混合処理によって得られる混合物に対して、パン型造粒機を用いてφ１８±１．２ｍｍの球形状のペレットに成形することで塊状化した後、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℃の熱風を吹き付けて乾燥処理を施した。下記表３に、乾燥処理後の混合物（ペレット）の固形分組成（炭素を除く）を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　［還元処理工程］
　前処理を行った後のペレットを、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４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２３～２６を備えた回転炉床炉２０を有するものを用いた。この還元炉２では、乾燥室２１が回転炉床炉２０の処理室２３に接続されており、また、外部冷却室２７が回転炉床炉２０の処理室２６に接続されている。
　そして、回転炉床炉２０の炉外に接続された乾燥室２１にペレットを装入して乾燥処理を施した後、乾燥室２１に連続して回転炉床炉２０の中に設けられた、予熱室である処理室２３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２０の中で処理室２４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。
　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２５と、冷却室である処理室２６との順に移行させ、次いで、回転炉床炉２０に接続された外部冷却室２７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２０からの回収は、還元物を外部冷却室２７に移行させる際に行い、外部冷却室２７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。
　また、還元加熱処理後の各試料について、ニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有率を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ　Ｓ－８１００型）により分析して算出した。
　ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率は、以下の式により算出した。
　ニッケルメタル化率＝
　　ペレット中のメタル化したＮｉ量÷（ペレット中の全てのＮｉ量）×１００（％）
　メタル中のニッケル含有率＝
　　ペレット中のメタル化したＮｉ量÷（ペレット中のメタル化したＮｉとＦｅの合計量）×１００（％）
　下記表４に、実施例１～１２、比較例１～４の各試料より得られたメタルのニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有率を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４の結果に示されるように、炭素質還元剤として、粒子（還元剤粒子）によって構成され、最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数が炭素質還元剤の還元剤粒子の総数に対して２％以上２５％以下であり、且つ、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子についての平均最大粒子長が３０μｍ以上８０μｍ以下であるものを用いることで、ニッケルメタル化率は９８．３％以上と高く、メタル中のニッケル含有量も１８．２％以上と高い、高品位のフェロニッケルを製造することができることが分かった（実施例１～実施例１２）。特に、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子についての平均最大粒子長が６０μｍ以下である実施例１～８、１０、１１では、ニッケルメタル化率は９８．５％以上と高い、より高品位のフェロニッケルを製造することができることが分かった。
　このように、高品位のフェロニッケルを製造することができた理由として、微細な炭素質還元剤を含有させることで、混合物における凝集や偏在が抑制されるため、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤との接触面積や、混合物の均一性が高まり、それにより均一であり且つ効率的な精錬処理を行えるようになったことが考えられる。
　これに対して、比較例１～比較例２の結果に示されるように、最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数を２％未満にし（比較例１）、又は２５％を超えた場合（比較例２）、ニッケルメタル化率は高くても９０．６％であり、メタル中ニッケル含有量は高くても１５．３％であり、実施例と比較して低い値であった。
　また、比較例３～比較例４の結果に示されるように、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子の平均最大粒子長が３０μｍ未満の場合（比較例３）や、８０μｍを超えた場合（比較例４）には、ニッケルメタル化率は高くても８０．８％であり、メタル中ニッケル含有量は高くても１４．８％であり、実施例と比較して低い値であった。
　１　　　還元剤粒子
　１０　　混合物
　２　　　還元炉
　２０　　　回転炉床炉
　２１　　　乾燥室
　２３～２６　　　処理室
　２７　　　外部冷却室

Claims (4)

  1. 　酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合し、得られた混合物を加熱して還元処理に付し、還元物であるメタルとスラグとを得る製錬方法であって、
    　前記炭素質還元剤として粒子（還元剤粒子）から構成されるものを用い、
    　前記炭素質還元剤に含まれる最大粒子長が２５μｍ以下の還元剤粒子の数の割合が、該炭素質還元剤に含まれる還元剤粒子の総数に対して２％以上２５％以下であり、
    　下記式（１）により求められる、最大粒子長が２５μｍを超える還元剤粒子の平均最大粒子長が３０μｍ以上８０μｍ以下である
    　酸化鉱石の製錬方法。
    　平均最大粒子長＝還元剤粒子３００個の最大粒子長の総和／３００　・・・（１）
  2. 　前記還元処理における還元温度を、１２００℃以上１４５０℃以下とする
    　請求項１に記載の酸化鉱石の製錬方法。
  3. 　前記酸化鉱石は、ニッケル酸化鉱石である
    　請求項１又は２に記載の酸化鉱石の製錬方法。
  4. 　前記メタルは、フェロニッケルである
    　請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化鉱石の製錬方法。
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