JP7211031B2 - 酸化鉱石の製錬方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態に係る酸化鉱石の製錬方法は、原料鉱石である酸化鉱石(酸化物)を炭素質還元剤と混合し、その混合物(ペレット)に対して製錬炉(還元炉)内で還元処理を施すことによって、メタルとスラグとを生成させるものである。
以下では、原料鉱石である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)を還元することで、鉄-ニッケル合金のメタルを生成させ、さらに、そのメタルを分離することによってフェロニッケルを製造する製錬方法を例に挙げて説明する。
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工程である。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。
還元工程S2は、得られた混合物を還元炉に装入して、混合物に還元処理を施してメタルとスラグとを含む還元物を得る工程である。還元工程S2における還元処理により、混合物中の炭素質還元剤に基づいて製錬反応(還元反応)が進行して、混合物中では、フェロニッケルメタル(以下、単に「メタル」という)と、フェロニッケルスラグ(以下、単に「スラグ」という)とが分かれて生成する。
混合燃料として可燃性ガス及び炭素質燃料を用いる場合、混合燃料における炭素(C)と水素(H)の原子数比C/Hが0.42以上1.20以下の範囲となるように調整する。C/Hが0.42未満であると、可燃性ガスが多くなるため燃焼時に水が多く発生して生成したメタルの一部をその酸素によって酸化される。C/Hが1.20超であると、燃焼性が低い炭素質燃料が多くなるため混合物に対して効果的に還元処理を施すことができなくなる。C/Hが0.42以上1.20以下の範囲に調整して還元処理を施すことにより、燃焼により発生する水分量を制御して、混合物に対して効果的な還元処理を施すことができる。
混合燃料として炭素質燃料及び重油を用いる場合、混合燃料における炭素(C)と水素(H)の原子数比C/Hが0.42以上0.46以下の範囲となるように調整する。C/Hが0.42未満であると、燃焼性が低い炭素質燃料が多くなるため混合物に対して効果的に還元処理を施すことができなくなる。C/Hが0.46超であると、水素(H)を含有する重油が多くなるため燃焼時に水が多く発生して生成したメタルの一部をその酸素によって酸化される。C/Hが0.42以上0.46以下の範囲という極めて厳密な範囲で調整して還元処理を施すことにより、燃焼により発生する水分量を制御して、混合物に対して効果的な還元処理を施すことができる。
混合燃料として重油及び可燃性ガスを用いる場合、混合燃料における炭素(C)と水素(H)の原子数比C/Hが0.42以上0.46以下の範囲となるように調整する。C/Hが0.42未満であると、燃焼性が低い重油が多くなるため混合物に対して効果的に還元処理を施すことができなくなる。C/Hが0.46超であると、水素(H)を含有する可燃性ガスが多くなるため燃焼時に水が多く発生して生成したメタルの一部をその酸素によって酸化される。C/Hが0.42以上0.46以下の範囲という極めて厳密な範囲で調整して還元処理を施すことにより、燃焼により発生する水分量を制御して、混合物に対して効果的な還元処理を施すことができる。
炭素質燃料は、木炭、石炭、コークス等の炭素を主成分とする固体状の燃料である。炭素質燃料は、重油や可燃性ガスとは異なり、燃焼することにより水分が発生することはないものの、燃焼性は低い。そこで、先述したように炭素質燃料と共に、重油又は可燃性ガスを用いた混合燃料とすることにより、発生する水分量を抑制しつつ、混合物に対して効果的に還元処理を施すことが可能となる。なお、この炭素質燃料は、混合物に含まれる炭素質還元剤と同一であってもよい。
重油とは、原油の常圧蒸留によって得られる残油、あるいはそれを処理して得られる重質の石油製品を意味する。重油は、オクタデカンやノナデカン等の炭素数が比較的多い炭化水素を含む液体状の燃料であり、炭素質燃料と比較すると燃焼性は高いものの、可燃性ガスと比較すると水分の発生量は少ない。そこで、先述したように重油と共に、先述したように炭素質燃料又は可燃性ガスを用いた混合燃料とすることにより、発生する水分量を抑制しつつ、混合物に対して効果的に還元処理を施すことが可能となる。
可燃性ガスは、メタン、エタン等を含む液化天然ガス(LNG)や、プロパン、ブタン等を含む液化石油ガス(LPG)などの炭素数の少ない炭化水素を含む気体状の燃料である。可燃性ガスは、炭素質燃料や重油と比較すると燃焼性は高いものの、燃焼することにより水分がより発生する。そこで、可燃性ガスと共に、先述したように炭素質燃料又は重油を用いた混合燃料とすることにより、発生する水分量を抑制しつつ、混合物に対して効果的に還元処理を施すことが可能となる。
なお、上述した異なった複数の相からなる混合燃料を用いなくとも、同一の相からなる混合燃料を用いてもよい。具体的には、複数の炭素質燃料(固体)を混合することによって得られた混合燃料を用いることができる。例えば、炭素質燃料である微粉炭は、コークスと比較すると燃焼性は高いが、水分や水素を多く含み、燃焼時に水が発生しやすい。一方、コークスは微粉炭と比較すると水分や水素を含まず水分が発生しにくい。ただし微粉炭は重油や可燃性ガスと比較すると燃焼性が低い。炭素(C)と水素(H)の原子数比C/Hを調整した混合燃料を燃料として用いることによって燃焼により発生する水分量を制御して、混合物に対して効果的な還元処理を施すことができる。
分離工程S3は、還元工程S2より得られた還元物からメタルとスラグを分離する工程である。具体的には、容器に充填させた状態の混合物に対する還元加熱処理によって得られた、メタル相とスラグ相とを含む混在物(混合物)からメタル相を分離して回収する。
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤(石炭粉、炭素含有量:85質量%、平均粒径:約75μm)を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤(石炭粉)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28質量%の割合となる量で含有させた。そして、得られた混合物を16個の試料に均等に取り分けた。
ニッケルメタル化率=メタル中のニッケルの質量/(還元物中の全てのニッケルの質量)×100(%) ・・・(1)式
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(%) ・・・(2)式
ニッケルメタル回収率=回収されたニッケルの量/(投入した鉱石の量×鉱石中のニッケル含有割合)×100 ・・・(3)式
上記実施例1、比較例1と同様に、ニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤(石炭粉、炭素含有量:85質量%、平均粒径:約75μm)を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤(石炭粉)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28質量%の割合となる量で含有させた。
上記実施例1、比較例1と同様に、ニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー、及び炭素質還元剤(石炭粉、炭素含有量:85質量%、平均粒径:約75μm)を、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤(石炭粉)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28質量%の割合となる量で含有させた。
Claims (4)
- ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含む混合物を得る混合工程と、
得られた混合物を還元炉に装入し、空燃比が0.80以上1.00未満の範囲であり、且つ可燃性ガス及び炭素質燃料を含む混合燃料を用いる混焼バーナーにより、該混合物に加熱還元処理を施す還元工程と、を含み、
前記混合燃料における炭素(C)と水素(H)の原子数比C/Hが0.42以上1.20以下の範囲である
ニッケル酸化鉱石の製錬方法。 - ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含む混合物を得る混合工程と、
得られた混合物を還元炉に装入し、空燃比が0.80以上1.00未満の範囲であり、且つ炭素質燃料及び重油を含む混合燃料を用いる混焼バーナーにより、該混合物に加熱還元処理を施す還元工程と、を含み、
前記混合燃料における炭素(C)と水素(H)の原子数比C/Hが0.42以上0.46以下の範囲である
ニッケル酸化鉱石の製錬方法。 - ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを含む混合物を得る混合工程と、
得られた混合物を還元炉に装入し、空燃比が0.80以上1.00未満の範囲であり、且つ重油及び可燃性ガスを含む混合燃料を用いる混焼バーナーにより、該混合物に加熱還元処理を施す還元工程と、を含み、
前記混合燃料における炭素(C)と水素(H)の原子数比C/Hが0.42以上0.46以下の範囲である
ニッケル酸化鉱石の製錬方法。 - 前記還元工程では、前記加熱還元処理後の還元炉内の酸素濃度が0.5体積%以下となるようにする
請求項1乃至3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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