(57)【要約】【課題】鉄鉱石等のヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質を効率良く金属鉄レベルにまで還元し、製鉄所等における原料として利用することが可能な処理方法を提供する。【解決手段】ヘマタイト、又はゲーサイトの少なくともいずれかを含む酸化鉄含有物質を還元ガスによって還元して、前記ヘマタイト又はゲーサイトの一部又は全部をマグネタイトへと変換した還元物質とし、当該還元物質に炭素を含有する還元剤を混合し、得られた混合物にマイクロ波を照射して加熱し、前記混合物に含まれる還元物質中の酸化鉄を、更に還元して少なくとも一部を金属鉄とすることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘマタイト、又はゲーサイトの少なくともいずれかを含む酸化鉄含有物質を還元ガスによって還元して、前記ヘマタイト又はゲーサイトの一部又は全部をマグネタイトへと変換した還元物質とし、当該還元物質に炭素を含有する還元剤を混合し、得られた混合物にマイクロ波を照射して加熱し、前記混合物に含まれる還元物質中の酸化鉄を、更に還元して少なくとも一部を金属鉄とすることを特徴とする酸化鉄含有物質の還元方法。
【請求項２】
前記還元ガスとして製鉄所から発生する副生ガスを使用することを特徴とする請求項１記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
【請求項３】
前記還元ガスとして製鉄所から発生する高炉ガス（ＢＦＧ）を使用することを特徴とする請求項２記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
【請求項４】
前記ガス還元を実施する反応装置として流動床を使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
【請求項５】
前記酸化鉄含有物質として、製鉄所から発生する中和スラッジを使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鉱石、ダスト、スラッジ等のヘマタイト状態の酸化鉄を含む酸化鉄含有物質を、製鉄所等における鉄源として利用できるように金属鉄へと還元する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁波の一種であるマイクロ波を照射することによる加熱現象（すなわち電子レンジの技術）を各種工業プロセスに応用しようという試みが各方面で検討されている。マイクロ波加熱は、従来の加熱プロセスと比較した場合、（１）マイクロ波を吸収する物質自身を内部から迅速に加熱すること可能である、（２）マイクロ波を吸収する物質のみを選択して加熱することが可能である、（３）通常の電気炉等による加熱では生じ得ない非熱的効果（マイクロ波による温度上昇以外によると考えられる効果）が発生する等、様々な特徴があるため、従来から検討されていた乾燥分野のみならず、近年では、鉄鉱石を始めとする各種金属酸化物の還元反応へマイクロ波加熱を適用することによって、従来よりも高効率な還元プロセスを確立しようとする検討が盛んに行われている。
【０００３】
特許文献１には、粉状の鉄酸化物原料に還元剤たる炭剤と炭酸塩を配合してマイクロ波を照射することによって鉄酸化物を還元して鉄粉を製造する方法が提案されている。また、特許文献２には、金属含有材料と還元剤を混合して充填したコンテナへマイクロ波照射し、加えて電気アーク等のエネルギーを付加することによって金属を製造する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７９８２４号公報
【特許文献２】特表２００４−５２６８６４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】佐治他三郎、井住充宏、森本純司、巻野勇喜雄、三宅正司  「粉体および粉末冶金」（社）粉体粉末冶金協会、２００７年、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．８、ｐ５８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロ波による加熱を実施する場合、被加熱物質（物質そのものが内部から加熱される物質）はマイクロ波を吸収する物質でなくてはならない。酸化鉄にはヘマタイト（酸化第二鉄／Ｆｅ2Ｏ3）、マグネタイト（四三酸化鉄／Ｆｅ3Ｏ4）、ウスタイト（酸化第一鉄／ＦｅＯ）といった形態が存在するが、ヘマタイトに関してはマイクロ波の吸収性が悪いため、一般的にはそれ単独ではマイクロ波による加熱を行うことが難しいことが知られている。従って製鉄業における主要原料である鉄鉱石の場合、マグネタイトを主成分とする磁鉄鉱であれば何ら問題なくマイクロ波による加熱を行うことが可能であるが、埋蔵量が多く、現在の主流となっているヘマタイトを主成分とする赤鉄鉱、あるいはヘマタイトと同様の３価鉄ベースの水酸化鉄（ゲーサイト／Ｆｅ2Ｏ3・３Ｈ2Ｏ）を主成分とする褐鉄鉱に関しては、基本的にそれ単独ではマイクロ波による加熱を効果的に行うことはできない。また、製鉄所において発生する副産物（高炉ダスト、転炉ダスト、中和スラッジ等）を製鉄原料として再利用することも多く見受けられるが、これらの主成分もヘマタイトあるいはゲーサイトであるため、やはりこれらの副産物についても単独ではマイクロ波によって効果的に加熱することはできない。
【０００７】
そのため、特許文献１および特許文献２においては、ヘマタイトを原料として使用する場合には、マイクロ波の吸収性の高い物質（炭素あるいはマグネタイト等）を別途混合する必要があるものと述べられている。酸化鉄を還元させるためには、いずれにしても還元剤としての炭素を添加する必要があるのは当然であるが、特許文献１によれば、ヘマタイトを良好にマイクロ波加熱を行うためには、酸化鉄の還元のために必要な当量に対して２倍以上の余分な炭素を加える必要があるものと述べられており、還元剤に関わるコストを浪費する観点から問題があった。また、還元反応に何ら寄与しない余分な炭素を酸化鉄と同等以上の温度にまで昇温させることになるため、その分マイクロ波の出力を高める必要があり、結果としてマイクロ波の発生に必要な電力を多量に消費するという問題もあった。
【０００８】
また、常温においてはマイクロ波吸収性が悪い物質であっても、温度の上昇に伴ってマイクロ波吸収性が改善される物質が存在することが知られており、一部文献（例えば非特許文献１）においてはヘマタイトもこのような温度依存性の大きな物質であるものと述べられている。そこで特許文献２においては、電気炉加熱等の方法によって被加熱物質をマイクロ波吸収性が向上する臨界温度にまで予熱した後に、マイクロ波による加熱ならびに金属の還元を行う方法も提案されている。しかし、この方法では、金属の還元に必要なマイクロ波加熱によるリアクター以外に何ら還元反応には寄与しない予熱用のリアクターが別途必要になるため、設備コスト、エネルギー消費量のいずれもが大きくなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、鉄鉱石等のヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質を従来よりも効率良く金属鉄レベルにまで還元し、製鉄所等における原料として利用することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の要旨は次の通りである。
（１）ヘマタイト、又はゲーサイトの少なくともいずれかを含む酸化鉄含有物質を還元ガスによって還元して、前記ヘマタイト又はゲーサイトの一部又は全部をマグネタイトへと変換した還元物質とし、当該還元物質に炭素を含有する還元剤を混合し、得られた混合物にマイクロ波を照射して加熱し、前記混合物に含まれる還元物質中の酸化鉄を、更に還元して少なくとも一部を金属鉄とすることを特徴とする酸化鉄含有物質の還元方法。
（２）前記還元ガスとして製鉄所から発生する副生ガスを使用することを特徴とする（１）項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
（３）前記還元ガスとして製鉄所から発生する高炉ガス（ＢＦＧ）を使用することを特徴とする（２）項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
（４）前記ガス還元を実施する反応装置として流動床を使用することを特徴とする（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
（５）前記酸化鉄含有物質として、製鉄所から発生する中和スラッジを使用することを特徴とする（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
【発明の効果】
【００１１】
鉄鉱石等のヘマタイト、ゲーサイトの少なくともいずれかを主成分とする酸化鉄含有物質を効率良く金属鉄レベルにまで還元し、製鉄所等における原料として利用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に関するフローシートである。
【図２】本発明の実施例におけるフローシートである。
【図３】本発明の実施例におけるフローシートである。
【図４】比較例におけるフローシートである。
【図５】比較例におけるフローシートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を表したフローシートである。
製鉄原料となるヘマタイト（Ｆｅ2Ｏ3）、ゲーサイト（Ｆｅ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ）の少なくともいずれか（以下、代表して「ヘマタイト」とも呼称する）を主成分とする酸化鉄含有物質１は、最初にガス還元リアクター２へ投入される。ガス還元リアクター２内においては、酸化鉄含有物質１と高温の還元ガス３が反応することによって、ヘマタイトの一部または全部はマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）レベルにまで還元される。
【００１４】
ヘマタイトをガスによって還元する場合、マグネタイト、ウスタイト（ＦｅＯ）、金属鉄（Ｆｅ）のどのレベルにまで還元されるかは、還元温度、還元ガス中の還元性ガス（ＣＯ、Ｈ2等）の含有割合によって平衡上決定される。例えば、還元ガスをＣＯ−ＣＯ2混合ガス、還元温度を９００℃とした場合、ヘマタイトからマグネタイトへの還元はごく僅かのＣＯガスが存在さえすれば容易に進行するが、マグネタイトからウスタイトへの還元はＣＯが約２０％以上（ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ2）としての割合、すなわちＣＯ2は８０％以下）含有されている還元ガスを使用しないと進行せず、更にウスタイトから金属鉄への還元はＣＯが約７０％以上含有されているガスを使用しないと進行しない。
【００１５】
ＣＯやＨ2のような還元性ガスを高濃度で含有するガスを、水蒸気改質、部分酸化等の手段を用いて、天然ガス、石油、石炭等から製造する技術は確立されているが、本発明においてそのようなガス製造設備を新設することは、設備コストおよびランニングコストの極度の肥大化を招くため好ましくなく、製鉄所内において通常発生する副生ガスを還元ガスとして有効利用することが望ましい。製鉄所副生ガスとしては、コークス炉から発生するコークス炉ガス（ＣＯＧ）、転炉から発生する転炉ガス（ＬＤＧ）、高炉から発生する高炉ガス（ＢＦＧ）が存在する。表１にそれぞれのガスの組成例および以下の式（１）によって定義されるガスの酸化度（ＯＤ）を示す。
ＯＤ［％］＝(Ｈ2Ｏ［容量％］＋ＣＯ2［容量％］)／(Ｈ2［容量％］＋Ｈ2Ｏ［容量％］
＋ＣＯ［容量％］＋ＣＯ2［容量％］)×１００              …（１）
【００１６】
【表１】
2010222667.tif 000003
【００１７】
いずれのガスも還元性ガス（ＣＯ、Ｈ2）を含んでいるため、本発明の還元ガスとして使用可能である。ただし、本発明のガス還元リアクター内においては、ヘマタイトはマグネタイト程度にまで還元されれば良いため、高濃度で還元性ガスを含み（すなわちＯＤは低い）、現状、製鉄所内の燃料ガス（熱延加熱炉、発電所ボイラー等）として全量使用されているプライオリティの高いＣＯＧやＬＤＧを用いる必要はなく、ＯＤが高く現状低品位ガスとして扱われ全量が有効利用されているとは言い難いＢＦＧを還元ガスとして用いるのが好適である。
【００１８】
すなわち、ＢＦＧ４はガス還元リアクター２前に設置された部分酸化器５において空気６によってその中に含有される可燃性成分の一部を燃焼（部分酸化）することによって昇温し、高温の還元ガス３としてガス還元リアクター２内へと導入され、酸化鉄含有物質１中のヘマタイトはマグネタイト程度にまで速やかに還元される。含有されるヘマタイトのどの程度の割合がマグネタイトまで還元されるかは反応温度と反応時間すなわちガス還元リアクター２の仕様によって決定されるが、ヘマタイトすべてをマグネタイトまで還元する必要はなく、その一部を還元できれば後段のマイクロ波加熱リアクター１０において特に問題とはならない。
【００１９】
また、ここで還元ガス３として用いるＢＦＧ４の部分酸化ガスは、ヘマタイトを金属鉄まで還元することはできながいが、ウスタイトレベルまでは充分に還元することが可能であるため、ヘマタイトの一部がウスタイトまで還元されたとしても、やはり後段のマイクロ波加熱リアクター１０においては何ら問題とならない。
【００２０】
具体的には、還元率が５％以上になるまでヘマタイトを還元してやれば良い。ここで、還元率とは、ヘマタイトを金属鉄まで還元する際に除去される理論酸素量に対して、実際にどの程度の割合の酸素が除去されたかを表す指標であり、酸化鉄含有物質の全てがヘマタイトの場合は還元率＝０％、全てがマグネタイトの場合は還元率＝１１．１％、全てがウスタイト（ＦｅＯ）の場合還元率＝３３．３％、全てが金属鉄の場合は還元率＝１００％となる。（すなわち還元率１１．１％というのはすべてのヘマタイトがマグネタイトまで還元された状態であり、還元率５％とはヘマタイトとマグネタイトが混合（ウスタイト以降の還元が起きていないと想定した場合）している状態である）。なお、還元率５％とは鉄分子（トータルＦｅ）の内の４５質量％がマグネタイトとして、５５質量％がヘマタイトとして混合している状態であり、これ以上のマグネタイトがヘマタイト中に含有されていることが望ましい。また、ウスタイトに関しても、マグネタイトよりは劣るもののヘマタイトと比べればマイクロ波吸収性に優れるため、酸化鉄含有物質１中のヘマタイトが全量ウスタイトまで還元されたとしても、後段のマイクロ波還元リアクター１０においては問題とならない。
【００２１】
ここで用いるヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質１としては、前述した鉄鉱石（赤鉄鉱、褐鉄鉱）、製鉄所副産物（ダスト、スラッジ）等いずれを用いても構わないが、後述するマイクロ波加熱リアクター１０において良好な加熱を行うためには、粉体であることが望ましい。なぜなら、粒径が大きい粒子に対しては、例えそれがマイクロ波吸収性の大きな物質であっても、マイクロ波が粒子表面付近にしか浸透せずに、粒子の内部までを充分に加熱することができない可能性があるためである。従って、ここで使用する鉄鉱石としては粒径が１０ｍｍ以下の粉鉱石を用いることが望ましい。なお、製鉄所副産物に関しては、発生した時点で既に平均２０〜１００μｍ程度の微粉であるため粒径に関しては特に制約とはならない。
【００２２】
ガス還元リアクター２内においては、還元反応に先立って、酸化鉄含有物質１に付随する付着水および結晶水を除去することが可能になる。従って、ここで用いる鉄鉱石としては特に結晶水を多く含有し、現状の焼結鉱製造設備において直接使用しづらく、また粒度分布において微粉の占める割合が多いことが特徴であるピソライト鉱石またはマラマンバ鉱石（ローブリバー鉱石、ヤンディークジーナ鉱石等）を用いることが好適である。また、製鉄所副産物に関しては、湿式の集塵設備において回収されたダストあるいは酸性排水処理工程から回収された中和スラッジ等、付着水または結晶水を多量に含有するものが多く存在するが、本発明において酸化鉄含有物質１として使用する上で特に問題とはならない。勿論、ガス還元リアクターの前段に付着水除去のための乾燥機を設置し、付着水除去後の酸化鉄含有物質１をガス還元リアクター２へ投入しても構わない。
【００２３】
ガス還元リアクター２の方式としては、シャフト炉タイプ、充填床タイプ等、様々な方式のものが利用可能であるが、前述の通り本発明においては粉体の酸化鉄含有物質１を用いることが好適である点を考慮すると流動床タイプのリアクターを用いることが望ましい。流動床にも様々なタイプのものが存在するが、特に粉鉱石を酸化鉄含有物質１として使用する際には、粒度分布が１００μｍ以下のものから２０ｍｍ程度までの幅広い粒度分布を持つことを踏まえて、循環流動床タイプのリアクターを用いることが望ましい。
ガス還元リアクター２として充填床タイプのリアクターを用いることは、還元ガス３を導入する際にガス還元リアクター内の圧力損失が大きくなりすぎるため少量の還元ガス３しか投入できないこと、また、還元ガス３の投入圧力を高くして投入量を増やそうとした場合、バイパスの発生により酸化鉄含有物質１が良好に還元できない可能性が高いこと、更にはガス還元リアクター内から特に細かい粒径の粉鉱石が飛散してしまう可能性があることから好ましくなく、この点からも流動床タイプのリアクターが好ましい。
【００２４】
ガス還元リアクター２内の反応温度は、実用上問題がない反応速度（ヘマタイトからマグネタイトへの還元反応）が得られる６００℃以上であれば構わない。反応温度をできるだけ高温にすれば反応速度が大きくなり、ガス還元リアクターをコンパクトにできると言う利点が生じるが、１０００℃以上の高温とした場合、投入された酸化鉄含有物質１粒子がガス還元リアクター２内でスティッキング（粒子が設備内に付着・成長する現象）を起こし、順調な操業を妨げる可能性もあるため、反応温度は９００〜１０００℃とすることが望ましい。
【００２５】
ガス還元リアクター２から排出された部分還元鉄含有物質（少なくとも一部がマグネタイトへと変換した還元物質）７は、マイクロ波加熱リアクター１０において金属鉄原料１２にまで還元反応を起こさせるために必要な還元剤９とミキサー等の適当な手段によって混合される。
【００２６】
ここで使用する還元剤９としては、炭素を含有する粉体であれば、石炭（微粉炭）、石炭チャー、粉コークス、グラファイト粉、活性汚泥、活性汚泥乾留物、木材粉、木材乾留物（木炭粉）、各種ダスト等何を使用しても構わない。また、還元剤はガス還元リアクター２投入前の酸化鉄含有物質１へ直接添加しても構わない。特に、還元剤として各プロセスから発生する高含水系の副産物（下水処理場から発生する下水汚泥、製鉄所におけるアンモニア排水（安水）のような産業排水の生物学的処理設備から発生する活性汚泥、製鉄所から発生する湿ダスト類等）を有効利用しようとする場合には、ガス還元リアクター２においてそれら高含水系副産物の乾燥を乾燥し、部分還元鉄含有物質７と充分に還元剤を混合できるという理由から、ガス還元リアクター２へ直接、還元剤を添加することが望ましい。
【００２７】
これまで述べてきた通り、部分還元鉄含有物質７はマグネタイトを含有し、それ自身がマイクロ波を良好に吸収して加熱されるため、還元剤（炭素）にいわゆる昇温促進剤としての機能を持たせる必要はない。従って、還元剤は酸化鉄含有物質に含有される酸化物（鉄以外の混在する金属成分をも還元させようとする場合はそれらも含む）を還元させるために必要な理論当量の２．０未満で構わなく、１．０〜１．５倍程度添加すれば十分還元反応は進むため、理論当量よりも極めて過剰に添加する必要はない。ただし、マイクロ波加熱リアクターにおける昇温速度を更に高めて、処理時間を短縮したい場合には、還元剤を理論当量の２．０倍以上添加しても構わない。なお、ここで述べるところの理論当量とは、金属酸化物中の酸素＋炭素＝ＣＯ２という反応式に従う化学量論量のことである。また、部分還元鉄含有物質中の酸素含有割合は、蛍光Ｘ線分析法、容量法（ＪＩＳＭ８２１３）等の鉄形態の分析手法によって決定される。
【００２８】
こうして、還元剤と充分に混合した部分還元鉄含有物質７は、マイクロ波加熱リアクター１０へと導入される。マイクロ波加熱リアクター１０においては、マイクロ波発振機１１から発生させたマイクロ波を照射することによって投入された部分還元鉄含有物質７を加熱する。
【００２９】
この際、マイクロ波加熱リアクター１０内部の雰囲気はどのような状態でも構わないが、酸化物の還元を良好に進行させるためには、マイクロ波加熱リアクター１０の内部は無酸素雰囲気（窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気）とすることが望ましい。しかし、還元剤と混合した部分還元鉄含有物質７をペレット状に成型（造粒）した後にマイクロ波加熱リアクター１０へと投入し、雰囲気ガスと部分還元鉄含有物質７との接触面積を最低限とすれば（ペレット表面のみが雰囲気ガスと接触し、ペレット内部は雰囲気ガスとは接触しない状態）、雰囲気ガスがたとえ酸素を含有する大気（空気）であったとしても、部分還元鉄含有物質７の還元率を充分に高めることが可能となる。また、マイクロ波加熱した際にペレット内部がその焼結温度（１１００℃〜１２００℃）以上となった場合には、ペレット内が溶融、焼結し、ペレット自体の強度をマイクロ波照射前よりも高めることが可能となるため、その後のハンドリングが良好になるというメリットもある。
【００３０】
部分還元鉄含有物質７は、マイクロ波加熱リアクター１０内で被還元物質である酸化鉄（マグネタイト、ウスタイト）そのものが内部から加熱（マイクロ波加熱特有の現象）されることによって効率良く短時間で金属鉄原料１２まで還元される。なお、酸化物含有物質１（特に製鉄所副産物を原料として用いる場合）中に鉄以外の金属酸化物（Ｎｉ、Ｃｒ等）が含有される場合もあるが、鉄と比較して還元しやすいＮｉは勿論のことＣｒに関しても一部は還元される。
【００３１】
日本国内において工業的な使用が許可されているマイクロ波の周波数は０．９１５ＧＨｚおよび２．４５０ＧＨｚであり、大塊物の被加熱体に関しては長波長の０．９１５ＧＨｚのマイクロ波を使用した方が良いとの報告もあるが、本発明においてはどちらの周波数を照射するマイクロ波発振機を用いても構わない。また、最近注目を浴びているより短波長側の周波数域（１０〜３００ＧＨｚ）のマイクロ波（ミリ波、サブミリ波）を照射する発振機（例えば核融合の加熱装置として研究されてきたジャイロトロン）を用いても構わない。
【００３２】
マイクロ波加熱リアクター１０における加熱温度は、金属鉄原料１２中の金属化率をどの程度にするかによっても異なるが、８００〜１６００℃とするのがよい。８００℃よりも低い温度ではＦｅの還元すら充分に起こらないため好ましくなく、また逆に１６００℃より高い温度としても、単にマイクロ波発振機１１におけるエネルギー消費が増すばかりであり、それに見合うだけのメリットは得られないため好ましくない。また、金属鉄原料１２を溶融まではさせない場合には、１１００℃以下とすることが望ましい。なお、加熱温度はマイクロ波出力を制御（PID制御、オンオフ制御等）することによって目的温度となるように調整される。
【００３３】
こうして発生した金属鉄原料１２は、高炉、転炉、電炉等の製鉄プロセスにおける還元済みの鉄源として利用される。また、ガス還元リアクターから排出された排ガス８に関しても未だ還元性ガス成分を有しているため、別プロセスあるいは付帯する廃熱回収ボイラーにおける燃料ガスとして使用することも可能である。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
図２に示したフローに従って、本発明例を実施した。
ヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質としては、褐鉄鉱（ピソライト鉱石）の一種であるローブリバー粉鉱石１３を使用した。なお、ローブリバー粉鉱石１３の付着水は４質量％、結晶水は８質量％（付着水除去ベース）、平均粒径は９００μｍであった。
【００３５】
ローブリバー粉鉱石１３（１ｔ）を循環流動床タイプのガス還元リアクター２において処理した。還元ガス３としては、常温（２５℃）のＢＦＧ４（高炉ガス）１０００Ｎｍ3を部分酸化器５において、予め空気予熱器１４で排ガス８と熱交換することによって６００℃まで加熱された空気６（３５０Ｎｍ3）と反応させることによって製造した１０００℃の還元ガス３（１２８０Ｎｍ3）を用いた。表２にそれぞれのガス性状について示す。
【００３６】
【表２】
2010222667.tif 000004
【００３７】
ガス還元リアクター２からは、鉄の還元率１０％（鉄分子（トータルＦｅ）の内の９０質量％がマグネタイトとして、１０質量％がヘマタイトとして混合している状態）の部分還元鉄含有物質７が８５０ｋｇ回収された。なお、ガス還元リアクター２内における粒子平均滞在時間は１５分であった。
【００３８】
この部分還元鉄含有物質７は、ミキサー１５において還元剤である粒径３mm以下の粉コークス１６（１２０ｋｇ、鉄の還元に必要な当量に対して１．２倍の炭素量に相当）と混合された後、マイクロ波還元リアクター２へ導入され、窒素雰囲気の中、周波数２．４５０ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波発振機１１から照射したところ、１０分間で１３００℃まで急速昇温し、そのままの温度で１時間加熱することによって、金属鉄までの還元を行った。なお、温度測定には熱電対を用い、粉体試料と熱電対測温部が充分接触した状態にて行った。
【００３９】
マイクロ波加熱後には鉄の還元率が９５％（金属化率９５％）である金属鉄原料１２が６６０ｋｇ生成した。この金属鉄原料１２は、製鉄所内の転炉へ投入することによって、製鉄原料として利用した。
【００４０】
（実施例２）
図３に示したフローに従って、本発明例を実施した。
ヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質としては、製鉄所の酸性排水処理工程（アルカリによる中和処理設備）から発生する中和スラッジ１７を使用した。本発明例において対象とした中和スラッジ１７の分析値を表３に示す。なお、この中和スラッジ１７は脱水機（フィルタープレス）によって処理された後の性状である。また、表中の単位[質量％−ｄｒｙ]とは、付着水分を除いた重量（結晶水は含む）をベースとした場合の、各成分の質量割合を示している（以下同様）。更には、中和スラッジ１７の平均粒径は３０μｍであった。
【００４１】
【表３】
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【００４２】
中和スラッジ１７（１ｔ）を乾燥機１８によって処理して付着水を除去した後の乾燥中和スラッジ１９を気泡流動層タイプのガス還元リアクター２において処理した。また還元剤として高炉から発生する高炉ダスト２０（１１０ｋｇ、鉄の還元に必要な当量に対して１．３倍の炭素量に相当）を乾燥中和スラッジ１９と共にガス還元リアクター２へ投入した。高炉ダスト２０の分析値を表４に示す。また、高炉ダスト２０の平均粒径は２５μｍであった。
【００４３】
【表４】
2010222667.tif 000006
【００４４】
還元ガス３としては、常温（２５℃）のＢＦＧ４（高炉ガス）１０００Ｎｍ3を部分酸化器５において予め空気予熱器で排ガスと熱交換することによって６００℃まで加熱された空気６（３５０Ｎｍ3）と反応させることによって製造した１０００℃の還元ガス３（１２８０Ｎｍ3）を用いた。表５にそれぞれのガス性状について示す。
【００４５】
【表５】
2010222667.tif 000007
【００４６】
ガス還元リアクター２からは、鉄の還元率１１％（鉄分子（トータルＦｅ）の内の９９質量％がマグネタイトとして、１質量％がヘマタイトとして混合している状態）の部分還元鉄含有物質７が３４０ｋｇ回収された。なお、ガス還元リアクター２内における粒子平均滞在時間は１５分であった。
【００４７】
この部分還元鉄含有物質７はマイクロ波還元リアクター１０へ導入され、窒素雰囲気の中、周波数２．４５０ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波発振機１１から照射したところ、１０分間で１３００℃まで急速昇温し、そのままの温度で１時間加熱することによって、金属鉄までの還元を行った。なお、温度測定には熱電対を用い、粉体試料と熱電対測温部が充分接触した状態にて行った。
【００４８】
マイクロ波加熱後には鉄の還元率が９８％（金属化率９７％）である金属鉄原料１２が２４０ｋｇ生成した。中和スラッジ１７中に含有されていた塩素分は一連の還元工程において除去され、金属鉄原料１２中には含有されていなかった。また、中和スラッジ中に含有されていた酸化ニッケルに関しても還元され、その金属化率は９７％であった。この金属鉄原料１２は、製鉄所内の転炉へ投入することによって、製鉄原料として利用した。
【００４９】
（比較例１）
図４に示したフローに従って、比較例を実施した。
ヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質としては、褐鉄鉱（ピソライト鉱石）の一種であるローブリバー粉鉱石１３を使用した。なお、ローブリバー粉鉱石１３の付着水は４質量％、結晶水は８質量％（付着水除去ベース）、平均粒径は９００μｍであった。
【００５０】
ローブリバー粉鉱石１３（１ｔ）を循環流動床タイプのガス還元リアクター２において処理した。還元ガス３としては、常温（２５℃）のＢＦＧ４（高炉ガス）１０００Ｎｍ3を部分酸化器５において、予め空気予熱器１４で排ガス８と熱交換することによって６００℃まで加熱された空気６（３５０Ｎｍ3）と反応させることによって製造した１０００℃の還元ガス３（１２８０Ｎｍ3）を用いた。表６にそれぞれのガス性状について示す。
【００５１】
【表６】
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【００５２】
ガス還元リアクター２内の粒子平均滞在時間は９０分としたが、回収された部分還元鉄含有物質７（８４０ｋｇ）の還元率は１５％にすぎなかった。
【００５３】
（比較例２）
図５に示したフローに従って、比較例を実施した。
ヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質としては、製鉄所の酸性排水処理工程（アルカリによる中和処理設備）から発生する中和スラッジ１７を使用した。本比較例において対象とした中和スラッジ１７の分析値を表７に示す。なお、この中和スラッジ１７は脱水機（フィルタープレス）によって処理された後の性状である。また、表中の単位[質量％−ｄｒｙ]とは、付着水分を除いた重量（結晶水は含む）をベースとした場合の、各成分の質量割合を示している（以下同様）。更には、中和スラッジ１７の平均粒径は３０μｍであった。
【００５４】
【表７】
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【００５５】
中和スラッジ１７（１ｔ）を乾燥機１８によって処理して付着水を除去した後の乾燥中和スラッジ１９を、還元剤たる高炉から発生する高炉ダスト２０（１１０ｋｇ、鉄の還元に必要な当量に対して１．３倍の炭素量に相当）とミキサー１５にて混合後、直接マイクロ波還元リアクター１０へと導入した。高炉ダスト２０の分析値を表８に示す。また、高炉ダスト２０の平均粒径は２５μｍであった。
【００５６】
【表８】
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【００５７】
マイクロ波還元リアクター１０においては、窒素雰囲気の中、周波数２．４５０ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波発振機１１から照射したが、１３００℃に昇温するまでに１．５時間を要した。その後、そのままの温度で１時間加熱することによって、スラッジ中に含有されるヘマタイトを金属鉄にまで還元した。なお、温度測定には熱電対を用い、粉体試料と熱電対測温部が充分接触した状態にて行った。
【００５８】
マイクロ波加熱後には鉄の還元率が９８％である金属鉄原料１２が２４０ｋｇ生成した。また、中和スラッジ１７中に含有されていた塩素分はマイクロ波還元工程において除去され、金属鉄原料１２中には含有されていなかった。しかし処理時間に関しては、実施例（ガス還元１５分＋マイクロ波還元７０分＝合計８５分）よりも大幅に増加（マイクロ波還元１５０分）し、それに付随して電力消費量も増加した。
【符号の説明】
【００５９】
１  酸化鉄含有物質
２  ガス還元リアクター
３  還元ガス
４  ＢＦＧ
５  部分酸化器
６  空気
７  部分還元鉄含有物質
８  排ガス
９  還元剤
１０  マイクロ波加熱リアクター
１１  マイクロ波発振機
１２  金属鉄原料
１３  ローブリバー粉鉱石
１４  空気予熱器
１５  ミキサー
１６  粉コークス
１７  中和スラッジ
１８  乾燥機
１９  乾燥中和スラッジ
２０  高炉ダスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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