(57)【要約】【課題】得られるメタルの品位を高めることができ、高品質のメタルを効率的に製造することができる酸化鉱石の製錬方法を提供する。【解決手段】酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して混合物を得る混合工程と、バーナーを備えた還元炉に得られた混合物を装入し、該混合物に含まれる炭素質還元剤により酸化鉱石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還元工程と、を含み、前記還元工程では、還元炉内に水素を供給して炭素質還元剤により酸化鉱石に還元処理を施す酸化鉱石の製錬方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して混合物を得る混合工程と、
バーナーを備えた還元炉に得られた混合物を装入し、該混合物に含まれる炭素質還元剤により酸化鉱石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還元工程と、を含み、
前記還元工程では、還元炉内に水素を供給して炭素質還元剤により酸化鉱石に還元処理を施す
酸化鉱石の製錬方法。
【請求項２】
前記還元工程では、還元炉内の混合物に向けて水素を噴出する
請求項１に記載の酸化鉱石の製錬方法。
【請求項３】
前記還元工程では、バーナーの火炎に向けて水素を噴出する
請求項１に記載の酸化鉱石の製錬方法。
【請求項４】
前記還元工程では、前記還元炉内に水素濃度が０．５体積％以上５．０体積％以下となるように水素を供給する
請求項１から３のいずれかに記載の酸化鉱石の製錬方法。
【請求項５】
前記酸化鉱石は、ニッケル酸化鉱石である
請求項１から４のいずれかに記載の酸化鉱石の製錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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を原料として炭素質還元剤により還元することで還元物を得る製錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（以下、鉄とニッケルの合金を「フェロニッケル」ともいう）を製造する乾式製錬方法、オートクレーブを使用して高温高圧で酸浸出し、ニッケルやコバルトが混在した混合硫化物（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。
【０００３】
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。
【０００４】
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以上３０ｍｍ以下程度の成形物（ペレット、ブリケット等を指す。以下、単に「ペレット」ということもある）とするのが一般的である。
【０００５】
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、ペレットを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。
【０００６】
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以上数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。
【０００７】
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記載されている。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の技術のように、塊成物の直径が決められた範囲に限定されると、塊成物を製造する際の収率の低下が避けられず、その結果としてコストアップになる懸念がある。なお、塊成物の敷密度が０．５以上０．８以下の範囲では、細密充填でないうえ、塊成物を積層することも難しくなるため、効率の低い処理となってしまう。
【０００９】
上述したように、ニッケル酸化鉱石を混合、還元して、ニッケルと鉄とを含むメタルを製造するにあたって、生産性を高くすること、低コスト化すること、高品質化することは、重要な要素であるにもかかわらず、多くの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−２５６４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、ニッケル酸化鉱石等の酸化鉱石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、得られるメタルの品位を高めることができ、高品質のメタルを効率的に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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、還元炉においてバーナーを用いた加熱還元処理を施す方法において、還元炉内に水素を供給して炭素質還元剤により酸化鉱石に還元処理を施すことにより、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
（１）本発明の第１は、酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して混合物を得る混合工程と、バーナーの火炎により加熱する還元炉に得られた混合物を装入し、該混合物に含まれる炭素質還元剤により酸化鉱石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還元工程と、を含み、前記還元工程では、還元炉内に水素を供給して炭素質還元剤により酸化鉱石に還元処理を施す酸化鉱石の製錬方法である。
【００１４】
（２）本発明の第２は、第１の発明において、前記還元工程では、還元炉内の混合物に向けて水素を噴出する酸化鉱石の製錬方法である。
【００１５】
（３）本発明の第３は、第１又は第２の発明において、前記還元工程では、バーナーの火炎に向けて水素を噴出する酸化鉱石の製錬方法である。
【００１６】
（４）本発明の第４は、第１から第３のいずれかの発明において、前記還元工程では、前記還元炉内に水素濃度が０．５体積％以上５．０体積％以下となるように水素を供給する酸化鉱石の製錬方法である。
【００１７】
（５）本発明の第５は、第１から第４のいずれかの発明において、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。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る酸化鉱石の製錬方法によれば、高品質なメタルを効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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２】還元処理に使用し、水素を供給する還元炉の構成の一つの例を示す図（側面視）である。
【図３】還元処理に使用し、水素を供給する還元炉の構成の他の例を示す図（平面視）である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
≪１．酸化鉱石の製錬方法の概要≫
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。
【００２２】
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と炭素質還元剤とを混合して混合物を得て、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。
【００２３】
そして、本実施の形態に係る酸化鉱石の製錬方法においては、還元炉におけるバーナーを用いた加熱還元処理の方法を採用し、そのとき、還元炉内に水素を供給して炭素質還元剤により酸化鉱石に還元処理を施すことを特徴としている。
【００２４】
このような方法によれば、水に起因して還元物が酸化されることを抑制し、得られるメタルの品位を高めることができる。
【００２５】
≪２．ニッケル酸化鉱石を用いてフェロニッケルの製造する製錬方法≫
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。
【００２６】
具体的に、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法は、図１に示すように、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して混合物を得る混合工程Ｓ１と、得られた混合物に還元処理を施す還元工程Ｓ２と、還元物からメタルとスラグを分離する分離工程Ｓ３と、を含む。
【００２７】
＜２−１．混合工程＞
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０．２ｍｍ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。
【００２８】
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。
【００２９】
炭素質還元剤としては、特に限定されないが、例えば、石炭粉、コークス粉等が挙げられる。なお、この炭素質還元剤は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石の粒度や粒度分布と同等の大きさのものであると、均一に混合しやすく、還元反応も均一に進みやすくなるため好ましい。
【００３０】
炭素質還元剤の含有量（混合物中に含まれる炭素質還元剤の含有量）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、５０．０質量％以下の割合とすることが好ましく、４０．０質量％以下の割合とすることがより好ましい。鉄の還元量を抑えて、ニッケル品位を高めることができ、高品質のフェロニッケルを製造することができる。また、炭素質還元剤の混合量は、化学当量の合計値を１００質量％としたときに、１０．０質量％以上の割合とすることが好ましく、１５．０質量％以上の割合とすることがより好ましい。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。
【００３１】
任意成分の添加剤である鉄鉱石としては、例えば、鉄品位が５０．０質量％程度以上の鉄鉱石、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。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。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。
【００３２】
混合工程Ｓ１では、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。下記表１に、混合工程Ｓ１にて混合する、一部の原料粉末の組成（質量％）の一例を示すが、原料粉末の組成としてはこれに限定されない。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
混合に際しては、混合性を高めるために混練を同時に行ってもよく、混合後に混練を行ってもよい。混練は、ブラベンダー等のバッチ式ニーダー、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、ヘリカルローター、ロール、一軸混練機、二軸混練機等を用いて行うことができる。混合物を混練することによって、その混合物にせん断力を加え、炭素質還元剤や原料粉末等の凝集を解いて均一に混合できるとともに、各々の粒子の密着性を向上させ、また空隙を減少させることができる。これにより、その混合物において還元反応が起りやすくなるとともに均一に反応させることができ、還元反応の反応時間を短縮することができる。また、品質のばらつきを抑えることができる。
【００３５】
また、混合を行った後、あるいは混合及び混練を行った後、押出機を用いて押出してもよい。これにより、混合物に対して圧力（せん断力）が加えられ、炭素質還元剤や原料粉末等の凝集を解いてその混合物をより均一に混合させた状態とすることができる。さらに、混合物内の空隙を減少させることができる。これらのことから、後述する還元工程Ｓ２において混合物の還元反応が均一に起りやすくなり、得られるメタルの品位を高めることができ、高品質なメタルを製造することができる。
【００３６】
押出機は、高圧、高せん断力で混合物を混練して成形できるものであることが好ましく、一軸押出機、二軸押出機等を挙げることができる。特に、二軸押出機を備えたものであることが好ましい。高圧、高せん断で混合物を混練することにより、原料粉の混合物の凝集を解くことができ、また効果的に混練することができるうえ、混合物の強度を高めることができる。また、二軸押出機を備えたものを用いることにより、連続的に高い生産性を保ちながら混合物を得ることができる。
【００３７】
また、混合物を所定形状の成形物（ペレット）に成形してもよい。成形物の形状としては、例えば、球状、直方体状、立方体状、円柱状等とすることができる。このような形状は、簡易な形状であって複雑なものではないため、成形コストを抑制しつつ不良品の発生を抑制することができ、得られる成形物の品質も均一となり、歩留り低下を抑制することができる。
【００３８】
成形物の形状は、特に球状であることが好ましい。球状の成形物であることにより還元処理が均一に施され、ばらつきが少なく、かつ生産性の高い製錬を行うことができる。成形物の形状を球状とする場合には、直径が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度となるように成形することができる。また、直方体状、立方体状、円柱状等とする場合には、概ね、縦、横の内寸が５００ｍｍ以下程度となるように成形することができる。
【００３９】
成形物の大きさとしては、特に限定されないが、成形物の体積が８０００ｍｍ３以上であることが好ましい。成形物の体積が８０００ｍｍ３以上であることにより、成形コストが抑制され、さらに、成形物全体に占める表面積の割合が低くなるため、還元処理が均一に施され、ばらつきが少なく、かつ生産性の高い製錬を行うことができる。
【００４０】
また、得られた混合物を所定の還元用の容器に充填してもよい。容器に充填された混合物が容器に充填された状態のまま還元処理が施されることにより、後述する分離工程Ｓ３において還元されたメタルが磁選等の処理によりメタルを分離回収しやすくなり、ロスを抑制することができる。
【００４１】
混合工程Ｓ１では、得られた混合物に乾燥処理を施してもよい。混合物は、混練や成形物の成形等において上記混合物を多量の水と共に混合する。本実施の形態におい乾燥処理を施すことは必須の態様ではないが、多量の水を含む混合物に乾燥処理を施すことにより、後述する還元処理において水分の気化に伴う混合物の膨張を防ぐことができる。
【００４２】
さらに、混合物に乾燥処理を施すことで、還元炉内における混合物に起因する水分混入を抑制することができる。これにより、還元炉内の雰囲気気体に含まれる水分量をより効果的に減らすことができ、還元物に含まれるメタルの酸化をより効果的に抑制することができる。
【００４３】
混合物を乾燥する方法は、特に限定されず、混合物を所定の乾燥温度（例えば、３００℃以上４００℃以下）に保持する方法や所定の乾燥温度の熱風を混合物に対して吹き付けて乾燥させる方法等、従来公知の手段を用いることができる。このような乾燥処理により、例えば、混合物の固形分が７０質量％程度で、水分が３０質量％程度となるようにする。なお、この乾燥処理時における混合物自身の温度としては、１００℃未満とすることが好ましく、これにより水分の突沸等による混合物の破裂を抑制することができる。
【００４４】
また、乾燥処理は連続して一度に行ってもよいし複数回に分けて行ってもよい。乾燥処理を複数回に分けて行うことにより混合物の破裂をより効果的に抑制することができる。なお、乾燥処理を複数回に分けて行った場合において、２回目以降の乾燥温度としては、１５０℃以上４００℃以下が好ましい。この範囲で乾燥することにより、還元反応が進むことなく乾燥することが可能となる。
【００４５】
下記表２に、乾燥処理後の混合物における固形分中組成（質量部）の一例を示す。なお、成形物の組成としては、これに限定されるものではない。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
＜２−２．還元工程＞
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。
【００４８】
還元処理では、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混合物中のニッケル酸化鉱石及び鉄酸化物が還元されメタル化してフェロニッケルとなり、殻（シェル）を形成する。一方で、殻の中では、その殻の形成に伴って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、混合物中では、メタルと、スラグとが分かれて生成する。
【００４９】
そして、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がメタルに取り込まれて融点を低下させて、メタルも液相となる。
【００５０】
還元処理における温度（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く、１３００℃以上１４００℃以下の範囲とすることがより好ましい。このような温度範囲で還元することによって、均一に還元反応を生じさせることができ、品質のばらつきを抑制したフェロニッケルを生成させることができる。また、より好ましくは１３００℃以上１４００℃以下の範囲の還元温度で還元することで、比較的短時間で所望の還元反応を生じさせることができる。
【００５１】
還元処理における時間（処理時間）としては、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。
【００５２】
なお、還元温度（℃）と還元時間（分）の数値を乗じた値を還元に要した熱量は、２００００（℃×分）以上４００００（℃×分）以下の範囲であることが好ましい。高品質なメタルを効率的に製造することができる。
【００５３】
さて、還元工程Ｓ２では、バーナーを備えた還元炉を使用し、そのバーナーにより所定の還元温度まで加熱して還元処理を施す方法が採られている。バーナーによって加熱することで、少ないエネルギーで加熱して還元処理を施すことができ、効率的な製錬操業を行うことが可能となる。なお、バーナーの燃料としては、例えば、ＬＰＧガス（液化石油ガス）、ＬＮＧガス（天然ガス）、石炭、コークス、微粉炭等を用いることができる。これらの燃料のコストは非常に安価であり、設備費やメンテナンス費に関しても電気炉等と比較して格段に安価に抑えることができる。
【００５４】
従来の酸化鉱石の製錬方法では、例えば、還元炉の内部温度を上昇させるバーナー等の燃料が燃焼したときに発生する水分が還元炉内に水分が残存することがあり、還元処理によって発生する雰囲気気体中の水分が還元炉内に残存していると、還元処理により得られた還元物に含まれるメタルがその水分に起因して酸化されることがあった。
【００５５】
これは、メタルと水との間で酸化還元反応が進行する、すなわち、水分子を構成する酸素原子が還元物に含まれるメタルに供与されることによりメタルが酸化するためである。
【００５６】
そこで、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法では、炭素質還元剤により酸化鉱石に還元処理を施すにあたり、還元炉内に水素を供給することを特徴としている。水の還元物である水素を還元炉内に供給することにより、メタルと水との酸化還元反応における化学平衡を変化させてメタルの酸化反応を抑制することが可能となる。
【００５７】
また、バーナーに供給された酸素が還元炉内の混合物にまで流入すると、混合物の還元反応が阻害されることや一度生成したメタルの一部がその酸素によって再び酸化することがある。そこで、水素を還元炉内に供給することで、水素が脱酸素剤として作用してバーナーに供給された未反応の酸素と反応して、還元炉内の酸素を取り除くことができる。これによりメタルの酸化反応をさらに抑制することが可能となる。
【００５８】
このように、炭素質還元剤により酸化鉱石に還元処理を施す際に水素を還元炉内に供給することにより、生成したメタルの酸化反応を抑制するとともに、還元炉内の酸素を取り除くことによって、メタルの酸化反応をさらに抑制することが可能となり高品質なメタルを効率的に製造することができる。
【００５９】
なお、この還元工程では、混合物に含まれる炭素質還元剤により酸化鉱石に還元処理を施すものであり、いわゆる水素還元炉を用いる還元処理のような水素そのものにより還元処理を施す態様は明確に異なる。
【００６０】
還元炉内の水素濃度は、還元炉内の雰囲気気体１００体積％中０．５体積％以上の状態になるように水素を還元炉内に供給することが好ましい。還元炉内の雰囲気気体１００体積％中０．５体積％以上の状態とすることで、還元物に含まれるメタルの酸化をより効果的に抑制することができる。還元炉内の水素濃度は、還元炉内の雰囲気気体１００体積％中５．０体積％以下の状態になるように水素を還元炉内に供給することが好ましい。還元炉内の雰囲気気体１００体積％中５．０体積％以下の状態とすることで、混合物の過剰な還元を抑制して高品質なメタルを製造することができる。
【００６１】
また、還元炉内に水素を供給する態様は、還元炉内のいずれかの空間内に供給できるものであれば特に限定されるものではないが、還元炉内の混合物に向けて水素を噴出することが好ましい。これにより、混合物と直接接触する雰囲気気体中の水素濃度を高めることが可能となるため、生成したメタルの一部が酸化されてしまうことをより効果的に防ぐことが可能となる。
【００６２】
図２は、還元炉内に水素を供給する具体的な態様例（混合物Ｐの上部に配置された配管から混合物に向けて水素を噴出する例）を説明するための図（側面視）である。図２に示すように、還元炉１では、混合物Ｐの上部に配管１２が備えられており、この配管１２に設けられた孔から混合物Ｐに向けて水素Ｈが噴出されるように構成されている。このような還元炉１では、混合物Ｐと直接接触する雰囲気気体中の水素濃度を高めた状態で還元処理が施される。これにより、生成したメタルの一部が酸化されてしまうことをより効果的に防ぐことが可能となる。
【００６３】
また、図３は、還元炉内に水素を供給する他の態様例（還元炉の炉壁に配置された配管から混合物に向けて水素を噴出する例）を説明するための図（平面視）である。図３に示すように、還元炉２では、還元炉２の炉壁２３に配管２２が備えられており、この配管２２から混合物Ｐに向けて水素Ｈが噴出されるように構成されている。このような還元炉２でも、混合物Ｐと直接接触する雰囲気気体中の水素濃度を高めた状態で還元処理が施される。これにより、生成したメタルの一部が酸化されてしまうことをより効果的に防ぐことが可能となる。
【００６４】
また、図２、図３では、還元炉内の混合物に向けて水素を噴出する例を示して説明したが、還元炉内に水素を供給する態様は、還元炉内の混合物に向けて水素を噴出するものに限られない。還元炉内に水素を供給する態様は、バーナーの火炎に向けて水素を噴出することも好ましい。還元炉内の酸素をより効果的に取り除くことができるとともに、還元炉内における混合物への酸素の流入をより適切に抑制することができる。これにより、生成したメタルの一部が酸化されてしまうことをより効果的に防ぐことが可能となる。
【００６５】
還元処理後の還元炉内の酸素濃度は、具体的には、還元炉内の雰囲気気体１００体積％中０．５体積％以下の状態になるようにして還元処理を施すことが好ましい。また、還元炉内の酸素濃度が０．３体積％以下の状態になるようにして還元処理を施すことがより好ましい。ここで、還元処理後の還元炉内の酸素濃度は、還元炉内に供給した水素量の程度に依存することから、バーナーに供給された空気量及び還元炉内に供給した水素量によって調整することができる。
【００６６】
また、水分の還元反応をさらに抑制する観点から還元処理によって発生した雰囲気気体に含まれる水分を還元炉から外部へ排出してもよい。バーナーに供給された未反応の酸素が水素と反応すると水が生成するが、雰囲気気体に含まれる水分を還元炉から外部へ排出することにより、生成したメタルの一部が酸化されてしまうことをより効果的に防ぐことが可能となる。水分を還元炉から排出する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、還元処理によって発生した雰囲気気体に含まれる水分を液化させることによって排出する方法を挙げることができる。
【００６７】
＜２−３．分離工程＞
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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、還元処理で得られた、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る、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与えることで、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。
【００７０】
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、メタルを回収する。
【実施例】
【００７１】
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。
【００７２】
＜実施例１、比較例１＞
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：８２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２８．５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１８個の試料に均等に取り分けた。
【００７３】
次に、パン型造粒機により、得られた混合物に適宜水分を添加して球状に成形された直径１４．５±１．０ｍｍの混合物（試料）を１８（実施例２−１〜２−１４、比較例２−１〜２−４）得た。各試料は還元前に、固形分が７０質量％程度、水分が３０質量％程度となるように、１７０℃〜２５０℃の熱風を吹き付けることで乾燥処理を施した。
【００７４】
次に、実施例１−１〜１−１４、比較例１−１〜１−４の混合物（試料）を還元炉に装入して、還元炉内の配管から水素を供給した。表３中の「水素濃度（体積％）」とは、還元炉内中心付近の水素濃度を意味する。
【００７５】
なお、還元処理においては、還元炉の炉床に予め炉床保護剤（主成分はＳｉＯ２であり、その他の成分としてＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する）を敷き詰め、その上に試料を載置して還元処理を施した。
【００７６】
このような還元処理の後、得られた還元物冷却後の実施例１−１〜１−１４、比較例１−１〜１−４の試料を粉砕し、その後磁力選別によってメタルを回収した。
【００７７】
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、メタル回収率を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ  Ｓ−８１００型）により分析して算出した。
【００７８】
ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率、ニッケルメタル回収率は、以下の式（１）、（２）、（３）により算出した。
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
【００７９】
下記表３に、加熱還元処理後の還元炉内の酸素濃度、それぞれの試料における、ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率、ニッケルメタル回収率を示す。
【００８０】
【表３】
2020084269.tif 000005
【００８１】
表３の結果からわかるように、還元炉内に水素を供給した実施例１−１〜１−１４では、比較例１−１〜１−４と比べてニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有率及びメタル回収率がいずれも高くなった。このことは、還元炉内に水素を供給して還元処理を施したことにより還元物の酸化を抑制することができたためと考えられる。
【００８２】
＜実施例２、比較例２＞
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２８．０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１８個の試料に均等に取り分けた。
【００８３】
次に、得られた混合物に適宜水分を添加してパン型造粒機を使うことにより、球状に成形された直径１６．０±１．０ｍｍの混合物（試料）を１８（実施例２−１〜２−１４、比較例２−１〜２−４）得た。各試料は還元前に、固形分が７０質量％程度、水分が３０質量％程度となるように、１７０℃〜２５０℃の熱風を吹き付けることで乾燥処理を施した。
【００８４】
次に、実施例２−１〜２−１４、比較例２−１〜２−４の混合物（試料）を還元炉に装入して、図２に示すように還元炉内の配管から水素を供給した。この際、還元炉内の混合物Ｐの上部に備えられた配管から混合物に向けて水素を噴出させた。表４中の「水素濃度（体積％）」とは、還元炉内中心付近の水素濃度を意味する。
【００８５】
なお、還元処理においては、還元炉の炉床に予め炉床保護剤（主成分はＳｉＯ２であり、その他の成分としてＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する）を敷き詰め、その上に試料を載置して還元処理を施した。
【００８６】
このような還元処理の後、得られた還元物冷却後の実施例２−１〜２−１４、比較例２−１〜２−４の試料を粉砕し、その後磁力選別によってメタルを回収した。
【００８７】
下記表４に、加熱還元処理後の還元炉内の酸素濃度、それぞれの試料における、ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率、ニッケルメタル回収率を示す。
【００８８】
【表４】
2020084269.tif 000006
【００８９】
表４の結果からわかるように、還元炉内に水素を供給した実施例２−１〜２−１４では、比較例２−１〜２−４と比べてニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有率及びメタル回収率がいずれも高くなった。このことは、還元炉内に水素を供給して還元処理を施したことにより還元物の酸化を抑制することができたためと考えられる。
【００９０】
さらに、実施例２−１〜２−１４では還元炉内の混合物Ｐの上部に備えられた配管から混合物に向けて水素を噴出させていたため、混合物と直接接触する雰囲気気体中の水素濃度を高めた状態で還元処理を施すことができたことから、より生成したメタルの一部が酸化されてしまうことをより効果的に防ぐことが可能となったためであると考えられる。
【００９１】
＜実施例３、比較例３＞
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：８２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２９．０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１８個の試料に均等に取り分けた。
【００９２】
次に、得られた混合物に適宜水分を添加してパン型造粒機を使うことにより、球状に成形された直径１５．０±１．０ｍｍの混合物（試料）を１８個（実施例３−１〜３−１４、比較例３−１〜３−４）得た。各試料は還元前に、固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、１７０℃〜２５０℃の熱風を吹き付けることで乾燥処理を施した。
【００９３】
次に、実施例３−１〜３−１４、比較例３−１〜３−４の混合物（試料）を還元炉に装入して、図３に示すように還元炉の炉壁に備えられた配管から水素を供給した。この際、還元炉の炉壁に備えられた配管から混合物に向けて水素を噴出させた。表５中の「水素濃度（体積％）」とは、還元炉内中心付近の水素濃度を意味する。
【００９４】
なお、還元処理においては、還元炉の炉床に予め炉床保護剤（主成分はＳｉＯ２であり、その他の成分としてＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する）を敷き詰め、その上に試料を載置して還元処理を施した。
【００９５】
このような還元処理の後、得られた還元物冷却後の試料を粉砕し、その後磁力選別によってメタルを回収した。
【００９６】
下記表５に、加熱還元処理後の還元炉内の酸素濃度、それぞれの試料における、ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率、ニッケルメタル回収率を示す。
【００９７】
【表５】
2020084269.tif 000007
【００９８】
表５の結果からわかるように、還元炉の炉壁に備えられた配管から混合物に向けて水素を噴出させることにより還元炉内に水素を供給した実施例３−１〜３−１４では、比較例３−１〜３−４と比べてニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有率及びメタル回収率がいずれも高くなった。このことは、還元炉内に水素を供給して還元処理を施したことで、還元物の酸化を抑制することができたためと考えられる。
【００９９】
さらに、実施例３−１〜３−１４では還元炉の炉壁に備えられた配管から混合物に向けて水素を噴出させていたため、混合物と直接接触する雰囲気気体中の水素濃度を高めた状態で還元処理を施すことができたことから、より生成したメタルの一部が酸化されてしまうことをより効果的に防ぐことが可能となったためであると考えられる。
【０１００】
＜実施例４、比較例４＞
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：８２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２８．０質量％の割合となる量で含有させた。
【０１０１】
次に、得られた混合物に適宜水分を添加してパン型造粒機を使うことにより、球状に成形された直径１４．０±１．０ｍｍの混合物（試料）を１８個（実施例４−１〜４−１４、比較例４−１〜４−４）得た。各試料は還元前に、固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、１７０℃〜２５０℃の熱風を吹き付けることで乾燥処理を施した。
【０１０２】
次に、実施例４−１〜４−１４、比較例４−１〜４−４の混合物（試料）を還元炉に装入して、還元炉内のバーナーよりも上部に備えられた配管から水素を供給した。この際、配管から混合物に向けてバーナーの火炎に向けて水素を噴出させた。なお、表６中の「水素濃度（体積％）」とは、還元炉内中心付近の水素濃度を意味する。
【０１０３】
なお、還元処理においては、還元炉の炉床に予め炉床保護剤（主成分はＳｉＯ２であり、その他の成分としてＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等の酸化物を少量含有する）を敷き詰め、その上に試料を載置して還元処理を施した。
【０１０４】
このような還元処理の後、得られた還元物冷却後の試料を粉砕し、その後磁力選別によってメタルを回収した。
【０１０５】
下記表６に、加熱還元処理後の還元炉内の酸素濃度、それぞれの試料における、ニッケルメタル化率、メタル中のニッケル含有率、ニッケルメタル回収率を示す。
【０１０６】
【表６】
2020084269.tif 000008
【０１０７】
表６の結果からわかるように、還元炉の炉壁に備えられた配管から混合物に向けて水素を噴出させることにより還元炉内に水素を供給した実施例４−１〜４−１４では、比較例４−１〜４−４と比べてニッケルメタル化率、メタル中ニッケル含有率及びメタル回収率がいずれも高くなった。このことは、還元炉内に水素を供給して還元処理を施したことで、還元物の酸化を抑制することができたためと考えられる。
【０１０８】
さらに、実施例４−１〜４−１４では還元炉内のバーナーよりも上部に備えられた配管からバーナーの火炎に向けて水素を噴出させていたため、還元炉内における混合物への酸素の流入を適切に抑制して、生成したメタルの一部が酸化されてしまうことをより効果的に防ぐことが可能となったためであると考えられる。
【符号の説明】
【０１０９】
１、２      還元炉
１ｒ、２ｒ  炉内空間
１１、２１  炉床
１２、２２  配管
１３、２３  炉壁
Ｐ          混合物
Ｈ          水素
【図１】
2020084269.tif 000009
【図２】
2020084269.tif 000010
【図３】
2020084269.tif 000011