JP2007146223A - ロータリーキルンダストの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄鋼及び非鉄金属の鉱石等の焼成と部分還元処理に用いるロータリーキルンにおいて、繰返し処理されるキルンダストに起因するダスト再飛散率を低減し、かつ産出される焼成鉱石量を増加することができるロータリーキルンダストの処理方法を提供する。
【解決手段】原料鉱石の焼成と部分還元処理を行なうロータリーキルンから発生するロータリーキルンダストをロータリーキルン内で処理する方法であって、上記ロータリーキルンダストの少なくとも一部は、原料鉱石とともにロータリードライヤーに供給され、そこで予備乾燥と同時に混合造粒された後、次いで、得られた予備乾燥鉱石は、ロータリーキルンに装入されることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、ロータリーキルンダストの処理方法に関し、さらに詳しくは、鉄鋼及び非鉄金属の鉱石等の焼成と部分還元処理に用いるロータリーキルンにおいて、繰返し処理されるロータリーキルンから発生するダスト（以下、キルンダストと呼称する場合がある。）に起因するダスト再飛散率を低減し、かつ産出される焼成鉱石量を増加することができるロータリーキルンダストの処理方法に関する。

従来から、鉄鋼及び非鉄金属の鉱石等の焼成及び部分還元処理に用いるロータリーキルンにおいて、キルンダストは、通常、未焼成の部分を含み含水率が高く、そのまま次工程で処理を行なうことが困難であるため、ロータリーキルンへリサイクルされ繰返し処理がなされている。この際に、ロータリーキルンからのリサイクル処理に伴なうダスト発生率の上昇、及びロータリーキルンでの鉱石処理量の減少等、生産効率上の問題を起こしていた。

以下に、キルンダストの挙動に関してフェロニッケル製錬の場合について具体的に説明する。
鉄とニッケルを主成分とする合金であるフェロニッケルの一般的な製造方法としては、ニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石であるガーニエライト鉱等の酸化ニッケル鉱石を原料として、乾燥工程、焼成工程、還元熔解工程及び精製工程からなるエルケム法と呼ばれる乾式製錬方法が用いられている。エルケム法では、通常、鉱石をロータリードライヤー等を用いた乾燥工程で予備乾燥し予備乾燥鉱石を得て、次いでロータリーキルンを使用した焼成工程で処理する。この焼成工程においては、予備乾燥鉱石を無煙炭等の石炭（炭素質還元剤）とともにロータリーキルン内に装入し、８００〜１０００℃まで加熱し、付着水の除去（乾燥）、結晶水の分解除去（焼成）、さらに場合により予備還元を行い焼成鉱石を得る。次いで、焼鉱を電気炉内に装入し還元溶解に付し粗フェロニッケルとスラグとを製造する。

このとき、ロータリーキルン内では、鉱石の乾燥と焼成にともない多量の、例えば、ロータリーキルンでの処理鉱石（乾燥鉱ベース）に対して１５〜２５重量％のキルンダストが発生するので、排ガス処理設備においてダストの回収が行なわれている。ここで、回収されたダストは、鉱石と同程度の品位のニッケルを含み、かつ水分の除去が不十分であるので、通常、原料として再使用するために、ペレタイザー等でペレットに造粒してダストペレットとしてロータリーキルンにリサイクルし焼成及び部分還元処理等の繰返し処理を行なう方法がとられている。

しかしながら、キルンダストには部分的に焼成された焼鉱が含まれるので、その造粒性はきわめて悪く、かつ得られるペレットの強度が低い。そのため、このダストペレットをロータリーキルンに繰り返した際に、ペレットはロータリーキルン内で容易に再粉化して再飛散ダストになりやすい。このため、焼成工程−ダスト回収系を循環するダストが多くなり、ロータリーキルンの鉱石処理能力を圧迫するとともに、ダストの取出し、移動等のハンドリングと造粒操作に費やされるコストが大きくなる。また、ロータリーキルンでの焼成及び部分還元処理に供する鉱石等の供給量が増加すると、それに伴い発生するキルンダスト量がダストペレット製造用の造粒機の設備容量に比べて過大になり、ダストペレットの性状が悪化することになる。そのため、リサイクルされたダストペレットに起因するダスト再飛散率がさらに上昇するという悪循環が生じていた。

この解決策として、一般的にダストペレットの強度を向上させるための種々の方法（例えば、特許文献１参照。）が行なわれるが、これらの対策では、ダストペレットに十分な強度を付与するための添加剤等のコストが上昇する等、経済上の効率性に問題があった。したがって、原料鉱石の処理量の増加にかかわらず、ロータリーキルン内でのダストペレットの再粉化に起因するダストの発生を抑制することができる方策が求められている。
特開２０００−８７１４９号公報（第１頁、第２頁）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、鉄鋼及び非鉄金属の鉱石等の焼成と部分還元処理に用いるロータリーキルンにおいて、繰返し処理されるキルンダストに起因するダスト再飛散率を低減し、かつ産出される焼成鉱石量を増加することができるロータリーキルンダストの処理方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために、原料鉱石の焼成と部分還元処理を行なうロータリーキルンから発生するダストをロータリーキルン内で処理する方法について、鋭意研究を重ねた結果、発生するキルンダストの少なくとも一部を原料鉱石とともにロータリードライヤーへ供給し、予備乾燥と同時に混合造粒した後、得られた予備乾燥鉱石をロータリーキルンへ装入したところ、従来方法によるダストペレットに起因するダストの再飛散が抑えられるため、ロータリーキルンでのダスト再飛散率を低減し、かつロータリーキルンから産出される焼成鉱石量を増加することができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、原料鉱石の焼成と部分還元処理を行なうロータリーキルンから発生するロータリーキルンダストをロータリーキルン内で処理する方法であって、
上記ロータリーキルンダストの少なくとも一部は、原料鉱石とともにロータリードライヤーに供給され、そこで予備乾燥と同時に混合造粒された後、次いで、得られた予備乾燥鉱石は、ロータリーキルンに装入されることを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記ロータリードライヤーに供給されるロータリーキルンダストの供給量は、ロータリーキルンダストの発生総量の２５重量％以上であることを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法が提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、前記発生するロータリーキルンダストは、ロータリードライヤーに供給される部分を除き、再び、予備乾燥鉱石とともに、ダストペレットとしてロータリーキルンに装入されることを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法が提供される。

また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３いずれかの発明において、原料鉱石は、酸化ニッケル鉱石であることを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法が提供される。

本発明のロータリーキルンダストの処理方法は、ロータリーキルンダストの少なくとも一部を原料鉱石とともにロータリードライヤーへ供給し混合造粒した後、得られた予備乾燥鉱石をロータリーキルンへ装入することにより、ロータリーキルンにおいて、繰返し処理されるキルンダストに起因するダスト再飛散率を低減し、かつ産出される焼成鉱石量を増加することができるので、その工業的価値は極めて大きい。
例えば、酸化ニッケル鉱石の焼成と部分還元処理に用いるロータリーキルン操業においては、従来操業であるキルンダスト全量をダストペレットとしてロータリーキルンへリサイクルするときに得られるロータリーキルンでのダスト発生率、ダスト再飛散率及び焼成鉱石量を、それぞれ１とすれば、本発明による場合には、例えば、ダスト発生率が０．６〜０．７、ダスト再飛散率が０．７、焼成鉱石量が１．１〜１．２となり、本発明によって、ダスト発生率及びダスト再飛散率の大幅な低下と焼成鉱石量の大幅な増加が達成される。

以下、本発明のロータリーキルンダストの処理方法を詳細に説明する。
本発明のロータリーキルンダストの処理方法は、原料鉱石の焼成と部分還元処理を行なうロータリーキルンから発生するロータリーキルンダストをロータリーキルン内で処理する方法であって、上記ロータリーキルンダストの少なくとも一部は、原料鉱石とともにロータリードライヤーに供給され、そこで予備乾燥と同時に混合造粒された後、次いで、得られた予備乾燥鉱石は、ロータリーキルンに装入されることを特徴とする。

本発明において、キルンダストの少なくとも一部を原料鉱石とともにロータリードライヤーへ供給し混合造粒した後、得られた予備乾燥鉱石をロータリーキルンへ装入することが重要である。ここで、キルンダストは、ロータリードライヤー内で大量の湿潤な原料鉱石と混合造粒され、予備乾燥鉱石に含まれてロータリーキルンへ装入される。例えば、原料鉱石が酸化ニッケル鉱石の場合には、ダストは付着水を含む大量の鉱石とともに転動混合されることにより、付着水及び鉱石が有するバインダー効果により鉱石に付着され、或いは鉱石粒とともに造粒され、その後予備乾燥される。したがって、通常はキルンダストのみから造粒されるダストペレットに比べて、ロータリーキルン内での粉化及び再飛散が少ないものと思われる。

本発明の方法においてロータリードライヤーへ供給するキルンダスト量としては、特に限定されるものではなく、その発生総量の２５重量％以上の割合に当たる量が好ましく、５０〜１００重量％の割合に当たる量がより好ましい。すなわち、ロータリードライヤーへ供給するキルンダストの割合が多いほど、ロータリーキルンでのダスト発生率及びダスト再飛散率が低下し、かつロータリーキルンから産出される焼成鉱石量が増加するが、通常の場合、ロータリードライヤーの処理能力によって制約をうける。ロータリードライヤーの処理能力を超えてキルンダストの供給量を増加すると、原料鉱石の処理能力自体が低下してしまう。一方、ロータリードライヤーへ供給するキルンダスト割合が２５重量％未満では、ダスト発生率及びダスト再飛散率の低下とロータリーキルンから産出される焼成鉱石量の増加への効果が小さい。したがって、そのときの原料鉱石の処理量に応じて、ロータリードライヤー供給用ダストの割合を選定することが望ましい。

本発明の方法において、キルンダストの発生総量からロータリードライヤーへ供給する部分を除いた残量をリサイクルする方法としては、特に限定されるものではないが、ダストペレットとして予備乾燥鉱石とともにロータリーキルンへ装入することが好ましい。すなわち、キルンダストに少なくとも一部がロータリードライヤーへ供給され、ダストペレットの装入量が減少されることによって、造粒機へのダスト供給量が適正化され、安定した造粒操業によりダストペレットの強度が向上されるので、ダストペレットをロータリーキルンへリサイクルした際に、ロータリーキルン内での再粉化及び再飛散が抑えられる。

上記造粒の手段としては、特に限定されるものではなく、パン型、ドラム型等の通常のペレタイザーが使用される。キルンダストへの造粒水の添加は、１０〜１５ｍｍのペレットが造粒されるのに必要とされる所定量を全量ペレタイザー中に噴霧しても良く、事前にその一部をキルンダストと混練しておいても良い。

本発明の方法に用いる原料鉱石としては、特に限定されるものではなく、種々の鉄鋼及び非鉄金属の鉱石等が用いられるが、この中で、特にロータリードライヤーでの混合造粒の効果が大きいガーニエライト鉱等の酸化ニッケル鉱石が好ましく用いられる。上記酸化ニッケル鉱石としては、一般に、ガーニエライト鉱等のケイ酸マグネシウム鉱石が使用される。最も一般的に用いられるガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱換算でＮｉ品位が２．１〜２．５重量％、Ｆｅ品位が１１〜２３重量％、ＭｇＯ品位が２０〜２８重量％、ＳｉＯ_２品位が２９〜３９重量％、ＣａＯ品位が＜０．５重量％、灼熱減量が１０〜１５重量％であり、ロータリーキルンへ装入される原料鉱石には、１０〜３０重量％の付着水と灼熱減量分の結晶水が含有されている。

以下に、本発明の具体例の一例について図面を用いて説明する。図１は、本発明を用いた酸化ニッケル鉱石の焼成及び部分還元用ロータリーキルンのキルンダストの処理方法を表す。
図１において、ロータリーキルン１では、８００〜１０００℃まで加熱し、付着水の除去（乾燥）、結晶水の分解除去（焼成）、さらに場合により予備還元を行ない、焼成鉱石５を得る。ここで、乾燥酸化ニッケル鉱石２およびダストペレット３を装入原料とし、化石燃料4の燃焼熱を利用して、乾燥酸化ニッケル鉱石２及びダストペレット３を焼成及び部分還元処理し、焼成鉱石５を産出する。なお、石炭等の還元剤は、ロータリードライヤー７において装入するか、或いは前記装入原料と同時に添加する。

上記乾燥酸化ニッケル鉱石２は、酸化ニッケル鉱石６をロータリードライヤー７を用いて、４０〜６０℃まで加熱し、予備乾燥して得られる。ここで、ロータリーキルン１から発生したキルンダスト８の一部は、ロータリードライヤー供給用ダスト９としてロータリードライヤー７に装入され、酸化ニッケル鉱石６と混合され、造粒され、さらに予備乾燥されて、乾燥酸化ニッケル鉱石２としてロータリーキルン１へ装入される。また、残りの造粒機供給用ダスト１０は、造粒機１１に適正量供給され、ダストペレット３としてロータリーキルン１へリサイクルされる。
ここで、上記キルンダスト８は、酸化ニッケル鉱石６の焼成を行なうロータリーキルン１の排ガスから回収されるダストであり、鉱石から付着水が除去され、さらに部分的に結晶水が除去された焼鉱からなる。その代表例としては、原料鉱石がガーニエライト鉱である場合、Ｎｉ品位が２．５〜２．９重量％、Ｆｅ品位が２０〜２２重量％、ＭｇＯ品位が１７〜１９重量％、ＳｉＯ_２品位が３２〜３５重量％、灼熱減量が４〜６重量％であり、通常の原料鉱石と比べて、灼熱減量が低下し、鉄が上昇している。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いたダスト発生率とダスト再飛散率の評価方法は、以下の通りである。
（１）ダスト発生率：乾燥鉱ベースで、キルン装入物総量（乾燥酸化ニッケル鉱石とダストペレットの合計量）に対する、キルンダスト発生総量の重量割合として求めた。
（２）ダスト再飛散率：乾燥鉱ベースで、キルン装入物中のキルンダスト装入総量に対する、キルンダスト発生総量から酸化ニッケル鉱石単独時のダスト発生量を差し引いた値の重量割合として求めた。

（実施例１）
通常の酸化ニッケル鉱石を用いて、直径４．８ｍ及び長さ１０５ｍを有する酸化ニッケル鉱石焼成用ロータリーキルンで焼成するロータリーキルン操業において、キルンダストを重量割合で５０：５０に分割し、一方をロータリードライヤーに供給し原料鉱石と混合造粒させた後、ロータリーキルンへ装入し、また、他方は、造粒機でペレット化してロータリーキルンへリサイクルした。このとき、ロータリーキルンでのダスト発生率、ダスト再飛散率及び焼成鉱石量を求めた。操業結果を表１に示す。なお、表１では、従来の操業方法による比較例１でのこれらの数値を１とした場合の相対値で示している。

（実施例２）
通常の酸化ニッケル鉱石を用いて、直径４．８ｍ及び長さ１０５ｍを有する酸化ニッケル鉱石焼成用ロータリーキルンで焼成するロータリーキルン操業において、発生キルンダストの全量をロータリードライヤーに供給し原料鉱石と混合造粒させた後、ロータリーキルンへ装入した。このとき、ロータリーキルンでのダスト発生率、ダスト再飛散率及び焼成鉱石量を求めた。操業結果を表１に示す。

（比較例１）
通常の酸化ニッケル鉱石を用いて、直径４．８ｍ及び長さ１０５ｍを有する酸化ニッケル鉱石焼成用ロータリーキルンで焼成するロータリーキルン操業において、発生キルンダストの全量を造粒機でペレット化してロータリーキルンへリサイクルした。このとき、ロータリーキルンでのダスト発生率、ダスト再飛散率及び焼成鉱石量を求めた。操業結果を表１に示す。

表１より、実施例１又は２では、キルンダストの５０重量％以上をロータリードライヤーに供給し原料鉱石と混合造粒させた後、ロータリーキルンへ装入し、本発明の方法に従って行なわれたので、比較例１に比べて、ロータリーキルンでのダスト発生率とダスト再飛散率が低下し、かつ焼成鉱石量が増加することが分かる。

本発明を用いた酸化ニッケル鉱石の焼成及び部分還元用ロータリーキルンのキルンダストの処理方法を表す図である。

符号の説明

１ ロータリーキルン
２ 乾燥酸化ニッケル鉱石
３ ダストペレット
４ 化石燃料
５ 焼成鉱石
６ 酸化ニッケル鉱石
７ ロータリードライヤー
８ キルンダスト
９ ロータリードライヤー供給用ダスト
１０ 造粒機供給用ダスト
１１ 造粒機

Claims (4)

1. 原料鉱石の焼成と部分還元処理を行なうロータリーキルンから発生するロータリーキルンダストをロータリーキルン内で処理する方法であって、
   上記ロータリーキルンダストの少なくとも一部は、原料鉱石とともにロータリードライヤーに供給され、そこで予備乾燥と同時に混合造粒された後、次いで、得られた予備乾燥鉱石は、ロータリーキルンに装入されることを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法。
2. 前記ロータリードライヤーに供給されるロータリーキルンダストの供給量は、ロータリーキルンダストの発生総量の２５重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンダストの処理方法。
3. 前記発生するロータリーキルンダストは、ロータリードライヤーに供給される部分を除き、再び、予備乾燥鉱石とともに、ダストペレットとしてロータリーキルンに装入されることを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンダストの処理方法。
4. 前記原料鉱石は、酸化ニッケル鉱石であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロータリーキルンダストの処理方法。

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