(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、該ペレットを還元加熱することによって、ニッケル品位が４％以上の鉄−ニッケル合金を得るニッケル酸化鉱の製錬方法であって、
前記ニッケル酸化鉱からペレットを製造するペレット製造工程と、
得られたペレットを製錬炉にて還元加熱する還元工程と
を有し、
前記ペレット製造工程では、少なくとも、前記ニッケル酸化鉱と、炭素質還元剤とを用い、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、該ペレット内に含まれる酸化第二鉄を酸化第一鉄に還元してさらに該酸化第一鉄の一部を得られる鉄−ニッケル合金の鉄とニッケルとの割合が質量比で８０：２０となるまで鉄メタルに還元するのに必要な化学当量との合計値を１００％としたときに、４０％以下の炭素量の割合となるように該炭素質還元剤の混合量を調整することによって混合し、得られた混合物を塊状化してペレットを形成し、
前記還元工程では、得られたペレットを前記製錬炉に装入するにあたり、予め該製錬炉の炉床に炉床炭素質還元剤を敷き詰めて、該炉床炭素質還元剤上に該ペレットを載置した状態にして還元加熱処理を施す
ことを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法。
【請求項２】
前記還元工程では、前記炉床炭素質還元剤上に載置したペレットを、１３５０℃以上１５５０℃以下の加熱温度で還元加熱処理する
ことを特徴とする請求項１に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
【請求項３】
前記ペレットを前記製錬炉に装入する際の温度を６００℃以下とする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル酸化鉱の製錬方法に関し、より詳しくは、原料鉱石であるニッケル酸化鉱からペレットを形成し、そのペレットを製錬炉にて還元加熱することによって製錬するニッケル酸化鉱の製錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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−ニッケル合金（フェロニッケル）を製造する乾式製錬方法、オートクレーブを使用して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】
ニッケル酸化鉱の乾式製錬としては、ロータリーキルンにて焙焼を行い、その後電気炉にて焼鉱を熔融することでフェロニッケルメタルを得るとともにスラグを分離する処理が一般的に行われている。このとき、鉄の一部をスラグに残留させることによって、フェロニッケルメタル中のニッケル濃度を高濃度に保っている。しかしながら、ニッケル酸化鉱の全量を熔融してスラグとフェロニッケルとを生成させる必要があることから、多大な電気エネルギーを必要とするという欠点を有している。
【０００４】
ここで、特許文献１には、ロータリーキルンにニッケル酸化鉱と還元剤（無煙炭）とを投入して半熔融状態で還元することによって、ニッケルと鉄の一部をメタルまで還元した後に、比重分離や磁選によってフェロニッケルを回収する方法が提案されている。この方法によれば、電気を用いた熔融を行わずにフェロニッケルメタルを得ることができるため、消費エネルギーが小さいという利点を有する。しかしながら、半熔融状態での還元であるため、生成するメタルが小粒で分散してしまい、また比重分離や磁選分離でのロス分と相まって、ニッケルメタルの収率が相対的に低くなるという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２には、移動炉床炉を利用してフェロニッケルを製造する方法が開示されている。この文献には、酸化ニッケル及び酸化鉄を含有する原料と炭素質還元剤とを混合してペレットを形成し、その混合物を移動炉床炉内で加熱還元して還元混合物を得るというものであり、その還元混合物を別の炉で熔融することによってフェロニッケルを得ることが示されている。もしくは、移動炉床炉内でスラグとメタルの両方、もしくは一方を熔融させることが示されている。しかしながら、還元混合物を別の炉で熔融させることは、電気炉での熔融プロセスと同様に多大なエネルギーを必要とする。また、炉内で熔融させた場合には、熔融したスラグやメタルが炉床と熔着してしまい、炉外への排出が困難になるという問題がある。
【０００６】
さらに、ニッケル酸化鉱としては、リモナイトやサプロライト等に代表されるが、ニッケル酸化鉱から回収されるフェロニッケルはほとんど全てがステンレス原料となる。このステンレス原料には、ニッケル濃度が高いフェロニッケルが好まれ、通常、フェロニッケル中のニッケル品位が４％以上であれば国際共通価格であるＬＭＥに従った価格で販売される。他方、フェロニッケル中のニッケル品位が４％未満であると、販売が困難になるという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平０１−２１８５５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、そのペレットを製錬炉にて還元加熱することによって鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）を得るニッケル酸化鉱の製錬方法において、製錬工程（還元工程）での製錬反応を効果的に進行させて、４％以上の高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を得ることができる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】
【０００９】
本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、原料としてニッケル酸化鉱と特定量の炭素質還元剤とを混合してペレットを製造し、そのペレットを炭素質還元剤を炉床に敷き詰めた製錬炉内に装入して還元加熱処理を施すことで、還元反応を効果的に進行させ、ニッケル品位の高い鉄−ニッケル合金が得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下のものを提供する。
【００１０】
（１）本発明は、ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、該ペレットを還元加熱することによって、ニッケル品位が４％以上の鉄−ニッケル合金を得るニッケル酸化鉱の製錬方法であって、前記ニッケル酸化鉱からペレットを製造するペレット製造工程と、得られたペレットを製錬炉にて還元加熱する還元工程とを有し、前記ペレット製造工程では、少なくとも、前記ニッケル酸化鉱と、炭素質還元剤とを用い、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、該ペレット内に含まれる酸化第二鉄を酸化第一鉄に還元してさらに該酸化第一鉄の一部を得られる鉄−ニッケル合金の鉄とニッケルとの割合が８０：２０となるまで鉄メタルに還元するのに必要な化学当量との合計値を１００％としたときに、４０％以下の炭素量の割合となるように該炭素質還元剤の混合量を調整することによって混合し、得られた混合物を塊状化してペレットを形成し、前記還元工程では、得られたペレットを前記製錬炉に装入するにあたり、予め該製錬炉の炉床に炉床炭素質還元剤を敷き詰めて、該炉床炭素質還元剤上に該ペレットを載置した状態にして還元加熱処理を施すニッケル酸化鉱の製錬方法である。
【００１１】
（２）また本発明は、上記（１）に係る発明において、前記還元工程では、前記炉床炭素質還元剤上に載置したペレットを、１３５０℃以上１５５０℃以下の加熱温度で還元加熱処理するニッケル酸化鉱の製錬方法である。
【００１２】
（３）また本発明は、上記（１）又は（２）に係る発明において、前記ペレットを前記製錬炉に装入する際の温度を６００℃以下とするニッケル酸化鉱の製錬方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、還元反応を効果的に進行させて、４％以上の高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を効果的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ニッケル酸化鉱の製錬方法の流れを示す工程図である。
【図２】ニッケル酸化鉱の製錬方法におけるペレット製造工程での処理の流れを示す処理フロー図である。
【図３】製錬炉内にペレットを装入した状態を模式的に示す図である。
【図４】ペレットに対する還元加熱処理の反応の様子を示す模式図である。
【図５】浸炭の進行によりメタルシェルが全熔融する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について、図面を参照しながら詳細に説明する。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。
【００１６】
≪ニッケル酸化鉱の製錬方法≫
先ず、原料鉱石であるニッケル酸化鉱の製錬方法について説明する。以下では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱をペレット化し、そのペレットを還元処理することでメタル（鉄−ニッケル合金（以下、鉄−ニッケル合金を「フェロニッケル」ともいう）とスラグとを生成させ、そのメタルとスラグと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。
【００１７】
本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法は、ニッケル酸化鉱のペレットを用い、そのペレットを製錬炉（還元炉）に装入して還元加熱することによって、ニッケル品位が４％以上の鉄−ニッケル合金を得るものである。具体的に、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法は、図１の工程図に示すように、ニッケル酸化鉱からペレットを製造するペレット製造工程Ｓ１と、得られたペレットを還元炉にて所定の還元温度で還元加熱する還元工程Ｓ２と、還元工程Ｓ２にて生成したメタルとスラグとを分離してメタルを回収する分離工程Ｓ３とを有する。
【００１８】
＜１．ペレット製造工程＞
ペレット製造工程Ｓ１では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱からペレットを製造する。図２は、ペレット製造工程Ｓ１における処理の流れを示す処理フロー図である。この図２に示すように、ペレット製造工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱を含む原料を混合する混合処理工程Ｓ１１と、得られた混合物を塊状物に形成（造粒）する塊状化処理工程Ｓ１２と、得られた塊状物を乾燥する乾燥処理工程Ｓ１３とを有する。
【００１９】
（１）混合処理工程
混合処理工程Ｓ１１は、ニッケル酸化鉱を含む原料粉末を混合して混合物を得る工程である。具体的には、この混合処理工程Ｓ１１では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱のほか、フラックス成分、バインダー等の、例えば粒径が０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の原料粉末を混合して混合物を得る。
【００２０】
本実施の形態においては、ペレットを製造するにあたり、所定量の炭素質還元剤を混合して混合物とし、その混合物によりペレットを形成する。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、上述のニッケル酸化鉱の粒度と同等のものであることが好ましい。
【００２１】
ここで、炭素質還元剤の混合量としては、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量（以下、便宜的に「化学当量値」ともいう）と、そのペレット内に含まれる酸化第二鉄を酸化第一鉄に還元してさらにその酸化第一鉄の一部を、得られる鉄−ニッケル合金の鉄とニッケルとの割合が８０：２０となるまで鉄メタルに還元するのに必要な化学当量（化学当量値）との合計値（以下、「化学当量値の合計値」ともいう）を１００％としたときに、４０％以下の炭素量の割合となるように調整する。
【００２２】
このように、炭素質還元剤の混合量を、所定の割合、すなわち上述とした化学当量値の合計値１００％に対して４０％以下の割合の炭素量となるように調整してニッケル酸化鉱と混合しペレットを製造することで、詳しくは後述するが、次の還元工程Ｓ２における還元加熱処理にて、効果的に３価の鉄酸化物を２価の鉄酸化物に還元するとともにニッケル酸化物をメタル化し、さらに２価の鉄酸化物をメタルに還元させてメタルシェルを形成させることができ、その一方で、シェルの中に含まれる鉄酸化物の一部を酸化物として残留させるといった部分還元処理を施すことができるようになる。これにより、１個のペレット中において、ニッケル品位が高いフェロニッケルメタル（メタル）と、フェロニッケルスラグ（スラグ）とを分けて生成させることができる。
【００２３】
なお、炭素質還元剤の混合量の下限値としては、特に限定されないが、化学当量値の合計値１００％に対して０．１％以上の炭素量の割合となるように調整することが、反応速度の面から好ましい。
【００２４】
ニッケル酸化鉱としては、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。このニッケル酸化鉱には、鉄分が含まれている。
【００２５】
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。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。
【００２６】
下記表１に、これらの原料粉末を混合して得られた混合物の組成（重量％）の一例を示す。ただし、原料粉末の混合物の組成としては、これに限定されない。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
（２）塊状化処理工程
塊状化処理工程Ｓ１２は、混合処理工程Ｓ１１にて得られた原料粉末の混合物を塊状物に形成（造粒）する工程である。具体的には、混合処理工程Ｓ１１にて得られた混合物に、塊状化に必要な水分を添加して、例えば塊状物製造装置（転動造粒機、圧縮成形機、押出成形機等）等を使用し、あるいは人の手によってペレット状の塊に形成する。
【００２９】
ペレットの形状としては、特に限定されないが、例えば球状とすることができる。また、ペレット状にする塊状物の大きさとしては、特に限定されないが、例えば、後述する乾燥処理、予熱処理を経て、還元工程における製錬炉等に装入されるペレットの大きさ（球状のペレットの場合には直径）で１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となるようにする。
【００３０】
（３）乾燥処理工程
乾燥処理工程Ｓ１３は、塊状化処理工程Ｓ１２にて得られた塊状物を乾燥処理する工程である。塊状化処理によりペレット状の塊となった塊状物は、その水分が例えば５０重量％程度と過剰に含まれており、べたべたした状態となっている。このペレット状の塊状物の取り扱いを容易にするために、乾燥処理工程Ｓ１３では、例えば塊状物の固形分が７０重量％程度で、水分が３０重量％程度となるように乾燥処理を施す。
【００３１】
より具体的に、乾燥処理工程Ｓ１３における塊状物に対する乾燥処理としては、特に限定されないが、例えば３００℃〜４００℃の熱風を塊状物に対して吹き付けて乾燥させる。なお、この乾燥処理時における塊状物の温度は１００℃未満である。
【００３２】
下記表２に、乾燥処理後のペレット状の塊状物における固形分中組成（重量％）の一例を示す。なお、乾燥処理後の塊状物の組成としては、これに限定されない。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
ペレット製造工程Ｓ１においては、上述したように原料鉱石であるニッケル酸化鉱を含む原料粉末を混合させ、得られた混合物をペレット状に造粒（塊状化）し、それを乾燥させることによってペレットを製造する。このとき、原料粉末の混合に際しては、上述したように組成に応じて所定量の炭素質還元剤を混合し、その混合物を用いてペレットを製造する。得られるペレットの大きさとしては、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度であり、形状を維持できる強度、例えば１ｍの高さから落下させた場合でも崩壊するペレットの割合が１％以下程度となる強度を有するペレットが製造される。このようなペレットは、次工程の還元工程Ｓ２に装入する際の落下等の衝撃に耐えることが可能であってそのペレットの形状を維持することができ、またペレットとペレットとの間に適切な隙間が形成されるので、製錬工程における製錬反応が適切に進行するようになる。
【００３５】
なお、このペレット製造工程Ｓ１においては、上述した乾燥処理工程Ｓ１３にて乾燥処理を施した塊状物であるペレットを所定の温度に予熱処理する予熱処理工程を設けるようにしてもよい。このように、乾燥処理後の塊状物に対して予熱処理を施してペレットを製造することで、還元工程Ｓ２にてペレットを例えば１４００℃程度の高い温度で還元加熱する際にも、ヒートショックによるペレットの割れ（破壊、崩壊）をより効果的に抑制することができる。例えば、製錬炉に装入した全ペレットのうちの崩壊するペレットの割合を僅かな割合とすることができ、ペレットの形状をより効果的に維持することができる。
【００３６】
具体的に、予熱処理においては、乾燥処理後のペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理する。また、好ましくは４００℃〜５５０℃の温度に予熱処理する。このように、３５０℃〜６００℃、好ましくは４００℃〜５５０℃の温度に予熱処理することによって、ペレットを構成するニッケル酸化鉱に含まれる結晶水を減少させることができ、約１４００℃の製錬炉に装入して急激に温度を上昇させた場合であっても、その結晶水の離脱によるペレットの崩壊を抑制することができる。また、このような予熱処理を施すことによって、ペレットを構成するニッケル酸化鉱、炭素質還元剤、バインダー、及びフラックス成分等の粒子の熱膨張が２段階となってゆっくりと進むようになり、これにより、粒子の膨張差に起因するペレットの崩壊を抑制することができる。なお、予熱処理の処理時間としては、特に限定されずニッケル酸化鉱を含む塊状物の大きさに応じて適宜調整すればよいが、得られるペレットの大きさが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となる通常の大きさの塊状物であれば、１０分〜６０分程度の処理時間とすることができる。
【００３７】
＜２．還元工程＞
還元工程Ｓ２では、ペレット製造工程Ｓ１で得られたペレットを所定の還元温度に還元加熱する。この還元工程Ｓ２におけるペレットの還元加熱処理により、製錬反応（還元反応）が進行して、メタルとスラグとが生成する。
【００３８】
具体的に、還元工程Ｓ２における還元加熱処理は、製錬炉（還元炉）等を用いて行われ、ニッケル酸化鉱を含むペレットを、所定の温度に加熱した製錬炉に装入することによって還元加熱する。具体的に、このペレットに対する還元加熱処理は、好ましくは１３５０℃以上１５５０℃以下の温度で行う。還元加熱温度が１３５０℃未満であると、効果的に還元反応を進行させることができないことがある。一方で、還元加熱温度が１５５０℃を超えると、還元反応が進み過ぎてニッケル品位が低下することがある。
【００３９】
ペレットを製錬炉内に装入する際における温度としては、特に限定されないが、６００℃以下であることが好ましい。また、炭素質還元剤によってペレットが燃えてしまう可能性をより効率的に抑制する観点から、５５０℃以下とすることがより好ましい。
【００４０】
ペレットを製錬炉内に装入する際の温度が６００℃を超えると、ペレットに含まれる炭素質還元剤の燃焼が始まってしまう可能性がある。一方で、連続的に還元加熱処理を施すプロセスの場合には、温度を下げすぎると昇温コストの点で不利になるため、下限値としては特に限定されないが、５００℃以上とすることが好ましい。なお、ペレットの装入時における温度を上述した温度に制御しない場合であっても、燃焼や焼結の影響が生じないほどの短時間でペレットを製錬炉内に装入すれば、特に問題はない。
【００４１】
さて、本実施の形態においては、その得られたペレットを製錬炉に装入するにあたって、予めその製錬炉の炉床に炭素質還元剤（以下、この炭素質還元剤を「炉床炭素質還元剤」という）を敷き詰め、その敷き詰められた炉床炭素質還元剤の上にペレットを載置して還元加熱処理を施す。具体的には、図３の模式図に示すように、予め製錬炉１の炉床１ａに例えば石炭粉等の炉床炭素質還元剤１０を敷き詰めておき、製造したペレット２０をその敷き詰められた炉床炭素質還元剤１０上に載置して還元加熱処理を施すようにする。
【００４２】
図４は、還元工程Ｓ２において還元加熱処理を施したときのペレット２０における還元反応の様子を模式的に示す図である。先ず、上述したように本実施の形態においては、予め製錬炉１の炉床１ａに炉床炭素質還元剤１０を敷き詰め、その炉床炭素質還元剤１０上にペレット２０を載置して還元加熱処理を開始する。なお、ペレット２０中に含まれる炭素質還元剤を符号「１５」とする。
【００４３】
この還元加熱処理では、ペレット２０の表面（表層部）から熱が伝わり、例えば下記反応式（ｉ）に示すような、原料鉱石に含まれる酸化鉄の還元反応が進む（図４（Ａ））。
３Ｆｅ２Ｏ３＋Ｃ  →  ２Ｆｅ３Ｏ４＋ＣＯ  ・・・（ｉ）
【００４４】
ペレット２０の表層部２０ａにおける還元が進行してＦｅＯまでの還元が進むと（Ｆｅ３Ｏ４＋Ｃ→３ＦｅＯ＋ＣＯ）、ＮｉＯ−ＳｉＯ２として結合していたニッケル酸化物（ＮｉＯ）とＦｅＯとの置換が進み、その表層部２０ａにおいて例えば下記反応式（ii）で示すようなＮｉの還元が始まる（図４（Ｂ））。そして、外部からの熱伝播と共に、このＮｉの還元反応と同様の反応が次第に内部においても進行していく。
ＮｉＯ＋ＣＯ  →  Ｎｉ＋ＣＯ２  ・・・（ii）
【００４５】
このようにして、ペレット２０の表層部２０ａにおいてニッケル酸化物の還元反応と共に、例えば下記反応式（iii）に示すような鉄酸化物の還元反応が進行していくことにより、例えば１分程度の僅かな時間で、その表層部２０ａにおいてメタル化が進んで鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）となり、メタルの殻（メタルシェル）３０が形成されていく（図４（Ｃ））。なお、この段階で形成されているシェル３０は薄く、ＣＯ／ＣＯ２ガスは容易に通過するため、外部からの熱伝播と共に次第に内部への反応が進行していく。
ＦｅＯ＋ＣＯ  →  Ｆｅ＋ＣＯ２  ・・・（iii）
【００４６】
そして、内部への反応の進行によりペレット２０の表層部２０ａにおけるメタルシェル３０が次第に厚くなると、ペレット２０の内部２０ｂが徐々にＣＯガスで充満していく。すると、その内部２０ｂにおける還元雰囲気が高まり、Ｎｉと一部のＦｅのメタル化が進行してメタル粒４０が生成する（図４（Ｄ））。一方で、そのメタルシェル３０の内部（２０ｂ）では、ペレット２０に含まれるスラグ成分が徐々に熔融して液相（半熔融状態）のスラグ５０が生成する。
【００４７】
ペレット２０に含まれる炭素質還元剤１５が消費され尽くすと、Ｆｅのメタル化が止まり、メタル化しなかったＦｅはＦｅＯ（一部はＦｅ３Ｏ４）の形態で残留し、またメタルシェル３０内部（２０ｂ）の半熔融状態のスラグ５０は全熔融する（図４（Ｅ））。全熔融したスラグ５０の中にはメタル粒４０が分散した状態となっている。
【００４８】
ここで、半熔融状態のスラグが全熔融した段階においては、ペレット内部にあって反応に寄与せずに残存した炭素成分と、製錬炉１の炉床１ａに敷き詰めた石炭粉等の炉床炭素質還元剤１０のうちの上述した還元反応に関与しなかった余剰の分の炭素成分が、鉄−ニッケル合金からなるメタルシェル３０に取り込まれ（「浸炭」ともいう（図４（Ｅ）中の点線矢印））、その鉄−ニッケル合金の融点を低下させていく。その結果、鉄−ニッケル合金からなるメタルシェル３０は徐々に熔融していくようになる。
【００４９】
このとき、ペレットに含まれる炭素質還元剤が、例えば、上述した化学当量値の合計値１００％に対して１００％以上の割合の量である場合には、その浸炭によってメタルシェルが完全に溶ける（全熔融する）。具体的に、図５は、メタルシェルに対する浸炭が開始され、その後、その浸炭が進むことによってメタルシェルが全熔融する様子を模式的に示した図である。なお、図５においては便宜上、ペレットを符号「２０’」、メタルシェルを符号「３０’」とし、またメタルシェル３０’が形成されるまでの様子は図４（Ａ）〜（Ｄ）と同様であるため省略する。ペレット内の炭素質還元剤の含有量が化学当量値の合計値１００％に対して例えば１００％以上のように多量であると、酸化鉄の還元が進みながら、図５に示すように、メタルシェル３０’が全熔融してしまう。すると、その結果として、スラグ５０中に分散したメタル粒４０中のニッケル品位を低下させることになる。
【００５０】
これに対して、本実施の形態においては、炭素質還元剤１５の混合量を、上述した化学当量値の合計値１００％に対して４０％以下の割合の量に調整する。このように、ペレット内部に含まれる炭素分を化学当量値の合計値に対して４０％以下の割合とした場合、図４（Ｅ）に示す段階においては、ペレット２０内部に残存する炭素質還元剤１５がほぼゼロになる。すると、ペレット２０内の炭素成分によるメタルシェル３０への浸炭が著しく遅くなり、そのことにより、メタルシェル３０の全熔融までの速度も著しく抑制されることになる。ここで、メタルシェル３０の熔融は遅いながらも徐々に進行する一方で、ペレット２０内の炭素質還元剤１５が存在しなくなるため、最終的には、非常に薄いメタルシェル３０が残留した状態で、そのペレット形状のまま炉外に排出されることになる（図４（Ｆ））。
【００５１】
本実施の形態においては、このように、薄いメタルシェル３０が残留した状態で炉外に排出され、そして、メタル粒４０は、その薄いメタルシェル３０が残留したペレット内部においてスラグ５０内に分散した状態で回収される。なお、メタルシェル３０は非常に薄いために脆く、粉砕処理が容易であり、粉砕処理の後に磁選処理等によりスラグ５０を分離除去することで、ニッケル品位の高い鉄−ニッケル合金を得ることができる。
【００５２】
さて、上述したように本実施の形態においては、製錬炉１の炉床１ａに炉床炭素質還元剤１０を敷き詰め、そこにペレット２０を載置して還元加熱処理を行うが、炉床炭素質還元剤１０を敷き詰めずに還元加熱処理を行った場合、メタルシェルへの炭素成分の取り込み（浸炭）は生じず、メタルシェルの熔融は起こらない。その結果、厚いメタルシェルが球状の状態のままで処理が終了することになる。このような場合、その後の粉砕において厚いメタルシェルを効率的に粉砕させることができず、磁選処理等を施してもメタルのみを効果的に選別できなくなるため、ニッケルの回収率を著しく低下させてしまう。
【００５３】
製錬炉の炉床に敷き詰める炉床炭素質還元剤１０の量としては、特に限定されないが、メタルシェル３０を適度に熔融させることができる還元雰囲気となる量とすることができる。具体的には、例えば、ペレット２０内の炭素質還元剤１５の含有量が化学当量値の合計値１００％に対して１００％以上であった場合において、還元加熱処理の過程で形成されるメタルシェルを熔融させることができる還元雰囲気となる量とすることができる。
【００５４】
ここで、製錬炉１内において、例えば図５（Ｆ）に示したようにメタルシェルが全熔融して液相になった状態で長時間保持していると、その炉床１ａに敷き詰めた炉床炭素質還元剤１０により、還元されず存在していた酸化鉄の還元が進み、ニッケル品位を下げる要因にもなる。そのため、メタルとスラグを炉外に速やかに取り出しさらに冷却することで還元反応を抑制させることが必要であった。これに対して、本実施の形態においては、ペレット２０内の炭素質還元剤１５の量を所定の割合とし、還元加熱処理において薄いメタルシェル３０が残留する状態としているため、その残留したメタルシェル３０のバリア作用により、比較的長時間に亘って製錬炉１内に保持してもニッケル品位の低下を抑えることができる。このように、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法では、より一層に作業性が向上し、ニッケル品位の高い鉄−ニッケル合金を効率的に得ることができる。
【００５５】
また、原料となるニッケル酸化鉱はその鉱石種類や産地によって組成が変化するため、その鉱石毎に炉外に取り出すまでの時間と冷却時間の制御が必要になるが、本実施の形態のように、メタルシェル３０が残留するように処理を施すことにより、炉床炭素質還元剤１０によってシェル３０内に存在する酸化鉄の還元速度を遅くできることから、ニッケル品位の低下を効果的に抑制することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態において、ペレットを装入して還元加熱処理を開始してから、そのペレットを製錬炉の外に取り出すまでの時間の目安としては、例えばおおよそ６０分以内程度とすることが好ましい。また、炉外にペレットを取り出してからは、例えば５００℃以下の温度となるように冷却し、短時間で還元が進まないようにすることが好ましい。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、ペレット２０中に混合させた所定量の炭素質還元剤１５により、３価の鉄酸化物を２価の鉄酸化物に還元させるとともにニッケル酸化物をメタル化し、さらに２価の鉄酸化物をメタルに還元させていき、メタルシェル３０とメタル粒４０を形成させることができる。そして、製錬炉の炉床に炉床炭素質還元剤１０を敷き詰めた状態で還元加熱処理を行うことで、還元処理の進行に伴い、その敷き詰めた炉床炭素質還元剤１０のうちの上述した還元反応に関与しない余剰の炉床炭素質還元剤１０の炭素成分が、メタルシェル３０を構成する鉄−ニッケル合金に取り込まれて適度な浸炭を生じさせ、一方で、一部の鉄−ニッケル合金は熔融してスラグ中に分散させる。
【００５８】
特に、ペレット中に混合する炭素質還元剤の量を所定の割合、すなわち上述した化学当量値の合計値１００％に対して４０％以下の割合の炭素量となるように調整し、それを他の原料と混合して得られたペレットに還元加熱処理を施すことで、その還元反応において、形成されたメタルシェル３０の中における鉄酸化物の全量を還元させずに、鉄の一部を酸化鉄として残す、いわゆる部分還元を施し、薄く脆いメタルシェル３０が残留した状態とすることができる。
【００５９】
これらのことにより、ニッケルを濃縮させることができ、１個のペレット中では、より一層にニッケル品位が高いフェロニッケルメタルと、フェロニッケルスラグとを分けて生成させることができる。具体的には、ニッケル品位がニッケル酸化鉱中のニッケルと鉄との割合よりも１．５倍以上高い鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）、すなわち、４％以上の高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を製造することができる。
【００６０】
なお、ペレット中のスラグは熔融して液相となっているが、分かれて生成したメタルとスラグとは混ざり合うことがなく、その後の冷却によってメタル固相とスラグ固相との別相として混在する混合物となる。この混合物の体積は、装入するペレットと比較すると、５０％〜６０％程度の体積に収縮している。
【００６１】
＜３．分離工程＞
分離工程Ｓ３では、還元工程Ｓ２にて生成したメタルとスラグとを分離してメタルを回収する。具体的には、ペレットに対する還元加熱処理によって得られた、薄いメタルシェル３０内のメタル相（メタル固相）とスラグ相（炭素質還元剤を含むスラグ固相）とを含む混合物から、メタル相を分離して回収する。
【００６２】
固体として得られたメタル相とスラグ相との混合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、粗砕あるいは粉砕後に篩い分けによる大粒径のメタルの除去に加えて、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。すなわち、先ず、薄いメタルシェル３０を粉砕し、メタルシェル３０内のメタル相とスラグ相との混合物を粉砕し、篩分け後に磁選等を行う。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る。
【００６３】
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、メタル相を回収する。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を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。
【００６５】
［実施例１］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱と、バインダーと、さらに炭素質還元剤とを混合して混合物を得た。混合物中に含ませた炭素質還元剤の混合量としては、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量（化学当量値）と、そのペレット内に含まれる酸化第二鉄を酸化第一鉄に還元してさらにその酸化第一鉄の一部を得られる鉄−ニッケル合金の鉄とニッケルとの割合が８０：２０となるまで鉄メタルに還元するのに必要な化学当量（化学当量値）との合計値を１００％としたときに、２０％の炭素量の割合となる分量とした。
【００６６】
次に、得られた原料粉末の混合物に適宜水分を添加して手で捏ねることによって球状の塊状物に形成した。そして、得られた塊状物の固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、３００℃〜４００℃の熱風を塊状物に吹き付けて乾燥処理を施し、球状のペレット（サイズ（直径）：１７ｍｍ）を製造した。なお、下記表３に、乾燥処理後のペレットの固形分組成を示す。
【００６７】
【表３】
0005975093.tif 000004
【００６８】
次に、製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉床に敷き詰め、その炉床に敷き詰めた炉床炭素質還元剤の上に、製造したペレット１００個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。
【００６９】
そして、還元温度を１４００℃として製錬炉内で還元加熱処理を行った。その後、還元加熱処理の開始から１５分後に炉内からペレットを取り出した。
【００７０】
このような還元加熱処理により、鉄−ニッケル合金（フェロニッケルメタル）とスラグとが得られた。下記表４に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。鉄−ニッケル合金中のニッケル品位は５．０％であり、このニッケル品位は、ニッケル酸化鉱中のニッケルと鉄とが全てメタルになった場合のニッケル品位が２．８％であるのに対して約１．８倍の品位となった。
【００７１】
【表４】
0005975093.tif 000005
【００７２】
［実施例２］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例２では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量値の合計値１００％に対して炭素量で４０％の割合となる分量とした。
【００７３】
次に、製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉床に敷き詰め、その炉床に敷き詰めた炉床炭素質還元剤の上に、製造したペレット１００個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。
【００７４】
そして、還元温度を１４００℃として、製錬炉内で還元加熱処理を行った。その後、還元加熱処理の開始から５分後に炉内からペレットを取り出した。
【００７５】
このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。下記表５に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。鉄−ニッケル合金中のニッケル品位は４．８％であり、このニッケル品位は、ニッケル酸化鉱中のニッケルと鉄とが全てメタルになった場合のニッケル品位が２．８％であるのに対して約１．７倍の品位となった。
【００７６】
【表５】
0005975093.tif 000006
【００７７】
［実施例３］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例３では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量値の合計値１００％に対して炭素量で２０％の割合となる分量とした。
【００７８】
次に、製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉床に敷き詰め、その炉床に敷き詰めた炉床炭素質還元剤の上に、製造したペレット１００個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。
【００７９】
そして、還元温度を１４００℃として、製錬炉内で還元加熱処理を行った。その後、還元加熱処理の開始から３０分後に炉内からペレットを取り出した。
【００８０】
このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。下記表６に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。鉄−ニッケル合金中のニッケル品位は４．７％であり、このニッケル品位は、ニッケル酸化鉱中のニッケルと鉄とが全てメタルとなった場合のニッケル品位が２．８％であるのに対して約１．７倍の品位となった。
【００８１】
【表６】
0005975093.tif 000007
【００８２】
［実施例４］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、実施例４では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量値の合計値１００％に対して炭素量で０．１％の割合となる分量とした。
【００８３】
次に、製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉床に敷き詰め、その炉床に敷き詰めた炉床炭素質還元剤の上に、製造したペレット１００個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。
【００８４】
そして、還元温度を１４００℃として、製錬炉内で還元加熱処理を行った。その後、還元加熱処理の開始から３０分後に炉内からペレットを取り出した。
【００８５】
このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。下記表７に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。鉄−ニッケル合金中のニッケル品位は５．５％であり、このニッケル品位は、ニッケル酸化鉱中のニッケルと鉄とが全てメタルとなった場合のニッケル品位が２．８％であるのに対して約２．０倍の品位となった。
【００８６】
【表７】
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【００８７】
［比較例１］
実施例１と同様の方法により原料を混合して混合物を得た後、乾燥ペレットを製造した。このとき、比較例１では、原料としての炭素質還元剤の混合量を、上述した化学当量値１００％に対して炭素量で５０％の割合となる分量とした。
【００８８】
次に、製錬炉において、炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉床に敷き詰め、その炉床に敷き詰めた炉床炭素質還元剤の上に、製造したペレット１００個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃以下の温度条件で行った。
【００８９】
そして、還元温度を１４００℃として、製錬炉内で還元加熱処理を行った。還元加熱処理の開始から１０分後に炉内からペレットを取り出した。
【００９０】
このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。下記表８に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。この表８に示す結果から明らかなように、得られた鉄−ニッケル合金中のニッケル品位は３．７％であり、このニッケル品位は、ニッケル酸化鉱中のニッケルと鉄とが全てメタルだった場合のニッケル割合が２．８％であるのに対して約１．３倍に留まった。つまり、フェロニッケルメタルにおいて、ニッケルは十分に濃縮されず、ニッケル品位の高いメタルを得ることができなかった。
【００９１】
【表８】
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【符号の説明】
【００９２】
１０    （炉床に敷き詰めた）炉床炭素質還元剤
１５    炭素質還元剤
２０    ペレット
３０    メタルシェル（シェル）
４０    メタル粒
５０    スラグ
【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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