JPH11504851A

JPH11504851A - 炭化鉄の磁力選鉱方法

Info

Publication number: JPH11504851A
Application number: JP8533074A
Authority: JP
Inventors: ジャックリュエ
Original assignee: テーアッシュアーンジニアラーンフランスエスアー
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1999-05-11
Also published as: DE69603270D1; EP0824375A1; CA2220005A1; AU706815B2; US5858060A; FR2733702B1; DE69603270T2; WO1996034692A1; FR2733702A1; ATE182089T1; AU5823996A; ZA963439B; TW353040B; EP0824375B1

Abstract

(57)【要約】本発明の主目的は、水素とメタンが豊富な気体混合物中で鉄鉱石微粉から純粋な炭化鉄を得るための、要すれば循環する流動床反応器にある。反応器は、取り出し領域または再循環領域に、流動床中の鉄鉱石から炭化鉄が豊富な相と炭化鉄含有量の低い相を磁力選鉱するための装置（１，２）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】炭化鉄の磁力選鉱方法本発明は炭化鉄の精製方法に関する。炭化鉄Ｆｅ₃Ｃは、工業的には、一般的に流動床反応器からなる工業用溶鉱炉における、酸化鉄の混合物の水素やメタンの豊富な還元性雰囲気中での反応により製造される。反応器の出口で得られるＦｅ₃Ｃは純度が悪く：当然、ほぼ９０〜９５％程度の多量のＦｅ₃Ｃを含んでいるが、同時にＦｅを０．５〜１．５％、酸化鉄主には磁鉄鉱Ｆｅ₃Ｏ₄を２〜５％、また夾雑物、例えば鉱石の生成条件によって性質が変動するＳｉＯ₂などを含んでいる。この炭化鉄Ｆｅ₃Ｃを主成分とする混合物は、電気鋼鉄溶鉱炉の金属供給源として使用されている。本発明はより具体的には炭化鉄の精製方法に関するもので、特には炭化鉄Ｆｅ₃ Ｃと共存している不純物を分離する方法である。このために、種々の構成成分の強磁性の性質が利用される。炭化鉄Ｆｅ₃Ｃは周囲温度では強磁性であるが、この性質はキュリー温度と呼ばれる温度を超えると消失することが知られている。特にＦｅ₃Ｃに関してはその特質によりキュリー温度は１８０℃〜２３０℃の範囲で変化する。これと同じ性質がＦｅ₃Ｃと共存している成分にもみられ、鉄のキュリー温度は７６８℃、Ｆｅ₃Ｏ₄は５７５℃である。これらの値は指標であって、サンプルの化学的な純度により変化する可能性がある。本発明の目的は、炭化鉄と共存している種々の成分のキュリー温度に関連して選択される種々の温度での幾つかの分離ステージを設けることを、この連続する分離ステップの最終段階で炭化鉄が精製されるよう提案し、炭化鉄製造用流動床反応器の種々の取り出し領域において前記性質を利用できるようにすることである。この目的を達成するため、本発明の炭化鉄の精製方法は、以下のことを特徴とする。 ―炭化鉄、鉄、酸化鉄および夾雑物の混合物は反応チャンバーから取り出され、 ―取り出された混合物は、炭化鉄をそこなうことのない組成の雰囲気中で必要があればわずかに冷却され、その際回収された熱は再循環段階にある生成物を加熱するために使用され、 ―温度が２３０〜５７５℃の混合物を第１の磁場中を通過させて、該混合物を磁性フラクション（鉄と酸化鉄）と非磁性フラクション（炭化鉄と夾雑物）に分離し、 ―非磁性フラクションは炭化鉄のキュリー温度より低い温度まで冷却されるチャンバーへ送られ、 ―夾雑物と炭化鉄を含む混合物を第２の磁場中を通過させて、それを磁性フラクション（炭化鉄）と非磁性フラクション（夾雑物）に分離する。本発明のその他の特徴と効果は、本発明を全く制限しない添付した図解例を示す図を参照して、以下の記載により明らかになる。図において： ―図１は、混合物の磁力選鉱方法を図示した概略図である； ―図２は、炭化鉄を含む混合物の磁力選鉱方法を図示した概略図である； ―図３は、磁力選鉱方法を流動床反応器に適用した場合を図示している； ―図４は、磁力選鉱方法を循環流動床反応器に適用した場合を図示している。本発明の主題となる方法を実施するプラントの好ましい具体例によると、それは主として、好ましくは流動床反応器の取り出し領域の出口に配置される、少なくとも１基の磁選機１，２を有する。炭化鉄の製造へ適用すると、特には水素やメタンおよび／または軽炭化水素（エタン、プロパン、ブタン）が豊富な還元性雰囲気中で反応する鉄鉱石微粉装入物を収容する流動床反応器には、一般的に２ヶ所に取り出し領域４、５があり：その１つは下部に配置され（主取り出し領域）、他の１つは上部に配置される（第２次取り出し領域）と共にそれ自体に取り出し領域７を備えたサイクロン６に連結される。一般的に、鉄鉱石と炭化鉄の反応温度は４５０℃〜６００℃の範囲にあり、好ましくは特に５５０〜６００℃である。さらに、鉱石粒子を流動化し炭化鉄に変換するための還元ガスの流れがこの反応器を通って吹き抜け、無視できない量の固体粒子がこの流れによって反応器外へ浮遊して運ばれ、該固体粒子を反応器３へ再循環させるサイクロン６へ移動する。再循環は、収率を向上させるために必要であるが、２つの欠点があり： ―その１つは、微粉が再度運び去られる可能性が高く、そのためサイクロンはそれを数回通過する固体粒子の流れで一杯になる； ―もう１つは、サイクロンからの再循環は反応器の一定の場所で起こるため、この領域には近傍の領域に比べて非常に多量の微粉が存在し、反応器全体の不均一な流動状態の原因になる。これらの不均一な流動状態は反応器３の正確な運転を妨げ、特に反応器が大きい場合に不利になる。そのため、サイクロン６と反応器３の出口に、種々の性質の粒子を選別する目的でステージを設ける必要がある。従って、反応器３の出口で、炭化鉄、酸化鉄、鉄および夾雑物の循環する混合物フラクションは取り出され、その温度は４００〜５７５℃に調整され、混合物を、主にキュリー温度が鉄と酸化鉄の混合物の温度以下の成分を含む磁性フラクションと、主に温度がそれ自身のキュリー温度よりも高くなる成分を含む非磁性フラクション（特には炭化鉄および夾雑物。）に分離するために磁選機１へ送られる。取り出された混合物は、炭化鉄をそこなうことのない組成の雰囲気中で、必要があればわずかに冷却され、その際回収された熱は再循環段階にある生成物または新たな装入鉱石を加熱するために使用される；該雰囲気は主にメタンと水素を主成分とする混合物を含むもので、その正確な組成は特に温度と圧力に依存している。鉄と酸化鉄を含むフラクションはその後、炭化鉄に変換するため反応器へ送られる。第１分離温度では非磁性のフラクションは冷却ステージ８へ送られ、冷却は特にそこでそれが炭化鉄のキュリー温度より低い温度まで冷却されるチャンバー内で行われる。このステージの下流において、選別が磁選機２を用いて再度実施される。この第２の磁選機が作る磁場は、流入するフラクションを磁性フラクション（炭化鉄）と非磁性フラクション（夾雑物）に分離する。該磁選機の出口で得られる磁性炭化鉄フラクションは反応器４の主要な取り出し物を構成し、得られる粒子は平均粒径１００μｍ〜１０００μｍの大きさである。サイクロンの出口７に、循環する微粉のための分離ステージが同じく設けられ、混合物の温度は同様に２３０℃〜５７５℃の範囲にあり；磁選機で、循環する混合物を２つのフラクション、それぞれ磁性フラクションおよび非磁性フラクションに選別することができる。反応器３の出口に設けられる分離ステップ１、２と同様に、主に酸化鉄と鉄の微粉を含む第１のフラクションが得られ、それらは炭化鉄に変換するため反応器の流動床へ再導入される。夾雑物とこの温度では非磁性の炭化鉄粉末を含む第２のフラクションは、特にはこのフラクションを炭化鉄のキュリー温度より低い温度まで冷却することができるチャンバーからなる冷却ステージ８へ送られる。炭化鉄と夾雑物を含むフラクションは続いて、非磁性成分（夾雑物微粉）から磁性成分（炭化鉄微粉）を分離することができる磁力選鉱ステージへ送られる。この磁力選鉱ステージの終わりには、炭化鉄は主に大きさが１００μｍ以下の粒子からなる。他の例としては、磁力選鉱による精製方法は、循環流動床反応器に適用される。この反応器３は１つしか取り出し領域がない点で前記反応器とは異なる。この循環流動床反応器は、磁選機１、２の出口において炭化鉄、酸化鉄、夾雑物および鉄の混合物を磁性フラクション（鉄および酸化鉄）と非磁性フラクション（炭化鉄と夾雑物）へ分離するため、取り出し領域４の下流に該混合物を４００℃〜５７５℃まで冷却するための冷却ステージ８がある。鉄および酸化鉄のフラクションは、炭化鉄に変換するため、熱交換器９で再加熱された後に反応器３の流動床へ再導入される。非磁性フラクションは、混合物の温度を炭化鉄のキュリー温度より低い温度に下げるため第２の冷却ステージ８へ送られる。最終的に、磁性を帯びて該混合物フラクションは、炭化鉄を夾雑物から分離するため磁気分離ユニットを通過する。単純な流動床反応器または循環流動床反応器のいずれの炭化鉄の製造方法であっても、炭化鉄粒子はその発火を防ぐために３００℃より低い温度まで冷却されるべきである。実際には、それらを周囲温度に近い温度まで冷却するのが好ましい。反応器の出口における物質の磁性が十分なら、この性質は物質が移動するラインに沿って磁化ユニット（magnetizer units）を配置することにより移動を促進するために利用される。もし他方で、残留磁気が移動の障害となるなら、消磁装置が設置される。上記した本発明は、下記の新たな効果を与える： ―混合物の性質とその粒子の大きさによる、混合物成分の選択的分離によって、流動床反応器の運転がその安定性と変換収率に関して改善される； ―磁力選鉱は、炭化鉄の品質を改善するため流動床の出口において炭化鉄にも同様に適用することができる。本発明は上記または説明した図解例によって制限されないことは明らかであって、そのすべての変形も包含する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年３月２６日【補正内容】明細書炭化鉄の磁力選鉱方法本発明は炭化鉄の精製方法に関する。炭化鉄Ｆｅ₃Ｃは、工業的には、一般的に流動床反応器からなる工業用溶鉱炉における、酸化鉄の混合物の水素やメタンの豊富な還元性雰囲気中での反応により製造される。反応器の出口で得られるＦｅ₃Ｃは純度が悪く：当然、ほぼ９０〜９５％程度の多量のＦｅ₃Ｃを含んでいるが、同時にＦｅを０．５〜１．５％、酸化鉄主には磁鉄鉱Ｆｅ₃Ｏ₄を２〜５％、また夾雑物、例えば鉱石の生成条件によって性質が変動するＳｉＯ₂などを含んでいる。この炭化鉄Ｆｅ₃Ｃを主成分とする混合物は、電気鋼鉄溶鉱炉の金属供給源として使用されている。本発明はより具体的には炭化鉄の精製方法に関するもので、特には炭化鉄Ｆｅ₃ Ｃと共存している不純物を分離する方法である。ＵＳ−４３９６４２３から、炭化ステージの後で炭化鉄から亜鉛を分離する前に、鉱石の夾雑物から炭化鉄と亜鉛を分離する方法が知られている。このために、種々の構成成分の強磁性の性質が利用される。炭化鉄Ｆｅ₃Ｃは周囲温度では強磁性であるが、この性質はキュリー温度と呼ばれる温度を超えると消失することが知られている。特にＦｅ₃Ｃに関してはその特質によりキュリー温度は１８０℃〜２３０℃の範囲で変化する。【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年４月８日【補正内容】請求の範囲１． ―炭化鉄、酸化鉄、鉄および夾雑物の混合物は反応チャンバー（３）から取り出され、 ―取り出された混合物は、炭化鉄をそこなうことのない組成の雰囲気中で必要があればわずかに冷却され、その際回収された熱は再循環段階にある生成物を加熱するために使用され、 ―温度が２３０〜５７５℃の混合物を第１の磁場（１）中を通過させて、該混合物を磁性フラクション（鉄と酸化鉄）と非磁性フラクション（炭化鉄と夾雑物）に分離し、 ―非磁性フラクションは、そこでそれが炭化鉄のキュリー温度より低い温度まで冷却されるチャンバー（８）へ送られ、 ―夾雑物と炭化鉄を含む混合物を第２の磁場（２）中を通過させ、それを磁性フラクション（炭化鉄）と非磁性フラクション（夾雑物）に分離することを特徴とする炭化鉄の精製方法。２．第１の磁力選鉱が４００℃〜５７５℃の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の炭化鉄の精製方法。３．反応チャンバーの主取り出し領域の出口において平均粒径が１００〜１０００μｍの粒子と平均粒径が１００μｍより小さい微粉を分離することができる請求項１乃至２のいずれかに記載の炭化鉄の精製方法。４．還元性雰囲気中で反応する鉄鉱石微粉の装入物を収容する流動床反応器（３）を有し、該反応器には２ヶ所に取り出し領域（４、５）があり：その１つは下部に配置され（主取り出し領域）、他の１つは上部に配置される（第２次取り出し領域）と共にそれ自体に取り出し領域（７）を備えたサイクロン（６）に連結される；さらに、後者の出口と主取り出し領域の出口に、少なくとも１基の磁選機（１，２）を備え、該磁選機には少なくとも１つの冷却チャンバー（８）が続きそこでそれは炭化鉄のキュリー温度より低い温度まで冷却され、該冷却チャンバーは下流に、流入する鉱石装入物の種々の成分を選別するための、少なくとも１基の磁選機（１，２）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの方法を実施するためのプラント。５．取り出し領域（４）の下流に冷却チャンバー（８）がある循環流動床反応器を有し、該冷却チャンバーはその出口に、混合物を磁性フラクション（鉄と酸化鉄）と非磁性フラクション（炭化鉄と夾雑物）に選別するための磁選機（１）を備え、鉄と酸化鉄のフラクションは、炭化鉄に変換するために、熱交換器（９）で再加熱された後に反応器（３）の流動床に再導入され、非磁性フラクション（炭化鉄と夾雑物）は、混合物の温度を炭化鉄のキュリー温度より低い温度まで冷却するため第２冷却ステージ（８）へ送られ、該ステージは下流に流入するフラクションの種々の成分を選別するための磁選機（２）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの方法を実施するためのプラント。６．炭化鉄粒子の発火を防ぐために、取り出し領域（４、５）を出口に備えたチャンバー（８）において、炭化鉄粒子が３００℃より低い温度まで冷却されることを特徴とする請求項４乃至５のいずれかの方法を実施するためのプラント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１． ―炭化鉄、酸化鉄、鉄および夾雑物の混合物は反応チャンバー（３）から取り出され、 ―取り出された混合物は、炭化鉄をそこなうことのない組成の雰囲気中で必要があればわずかに冷却され、その際回収された熱は再循環段階にある生成物を加熱するために使用され、 ―温度が２３０〜５７５℃の混合物を第１の磁場（１）中を通過させて、該混合物を磁性フラクション（鉄と酸化鉄）と非磁性フラクション（炭化鉄と夾雑物）に分離し、 ―非磁性フラクションは、そこでそれが炭化鉄のキュリー温度より低い温度まで冷却されるチャンバー（８）へ送られ、 ―夾雑物と炭化鉄を含む混合物を第２の磁場（２）中を通過させ、それを磁性フラクション（炭化鉄）と非磁性フラクション（夾雑物）に分離することを特徴とする炭化鉄の精製方法。２．第１の磁力選鉱が４００℃〜５７５℃の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の炭化鉄の精製方法。３．反応チャンバーの主取り出し領域の出口において平均粒径が１００〜１０００μｍの粒子と平均粒径が１００μｍより小さい微粉を分離することができる請求項１乃至２のいずれかに記載の炭化鉄の精製方法。４．還元性雰囲気中で反応する鉄鉱石微粉の装入物を収容する流動床反応器（３）を有し、該反応器には２ヶ所に取り出し領域（４、５）があり：その１つは下部に配置され（主取り出し領域）、他の１つは上部に配置される（第２次取り出し領域）と共にそれ自体に取り出し領域（７）を備えたサイクロン（６）に連結される；さらに、後者の出口と主取り出し領域の出口に、少なくとも１基の磁選機（１，２）を備え、該磁選機には少なくとも１つの冷却チャンバー（８）が続き、該冷却チャンバーは下流に、流入する鉱石装入物の種々の成分を選別するための、少なくとも１基の磁選機（１，２）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの方法を実施するためのプラント。５．取り出し領域（４）の下流に冷却チャンバー（８）がある循環流動床反応器を有し、該冷却チャンバーはその出口に、混合物を磁性フラクション（鉄と酸化鉄）と非磁性フラクション（炭化鉄と夾雑物）に選別するための磁選機（１，２）を備え、鉄と酸化鉄のフラクションは、炭化鉄に変換するために、熱交換器（９）で再加熱された後に反応器（３）の流動床に再導入され、非磁性フラクションは、混合物の温度を炭化鉄のキュリー温度より低い温度まで冷却するため第２冷却ステージ（８）へ送られることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの方法を実施するためのプラント。６．炭化鉄粒子の発火を防ぐために、出口に取り出し領域（４、５）を備えたチャンバー（８）において、炭化鉄粒子が３００℃より低い温度まで冷却されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの方法を実施するためのプラント。