(57)【要約】【課題】  ロータリーキルン内での原料の付着を抑えて安定操業が図られ、効率よくフェロニッケルを得ることができるフェロニッケルの製錬方法を提供する。【解決手段】  酸化ニッケル鉱石をＭｇ♯（＝Ｍｇ／（Ｆｅ＋Ｍｇ）モル比）の値で５種類に分け、複数種類の酸化ニッケル鉱石の配合率を変えて配合パターンを６種類に設定し、さらに、配合パターンの種類別に、ロータリーキルンへの鉱石装入量を規定して、ロータリーキルン内での原料の付着が起こりにくいようにする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
風化蛇紋岩を源岩とする複数種類の酸化ニッケル鉱石および炭材を配合して原料とし、この混合物をロータリーキルンに装入して還元することによりフェロニッケル合金を製錬するにあたり、
前記ロータリーキルンに装入された前記鉱石の１２００℃までの昇温温度勾配が１〜５℃／ｍｉｎ、
１ｔの前記鉱石に対して、前記炭材の配合量を１００〜２００ｋｇ、副原料である石灰石の配合量を１０〜１００ｋｇとした操業条件において、
さらに前記鉱石として、Ｍｇ♯（＝Ｍｇ／（Ｆｅ＋Ｍｇ）モル比）の値が０．６２未満の鉱石をＡ群、０．６２以上０．６６未満の鉱石をＢ群、０．６６以上０．７４未満の鉱石をＣ群、０．７４以上０．７８未満の鉱石をＤ群、０．７８以上の鉱石をＥ群と定義し、鉱石の配合パターンとして、各鉱石群を下記に示す比率で配合するとともに、
（ａ）前記Ａ群を１０〜２０％、前記Ｂ群を１０〜２０％、前記Ｃ群を２０〜３０％、
前記Ｄ群を２０〜３０％、前記Ｅ群を１５〜２５％
（ｂ）前記Ａ群を０〜１０％、前記Ｂ群を０〜５％、前記Ｃ群を５０〜６０％、前記Ｄ
群を１０〜２０％、前記Ｅ群を１０〜２０％
（ｃ）前記Ａ群を０％、前記Ｂ群を３０〜５０％、前記Ｃ群を５〜２０％、前記Ｄ群を
２０〜４０％、前記Ｅ群を１０〜３０％
（ｄ）前記Ａ群を０％、前記Ｂ群を２０〜３０％、前記Ｃ群を１０〜２０％、前記Ｄ群
を２０〜３０％、前記Ｅ群を３０〜４０％
（ｅ）前記Ａ群を０％、前記Ｂ群を５〜１５％、前記Ｃ群を２０〜４０％、前記Ｄ群を
３０〜５０％、前記Ｅ群を１０〜３０％
（ｆ）前記Ａ群を０％、前記Ｂ群を１５〜３５％、前記Ｃ群を１０〜２０％、前記Ｄ群
を１５〜３５％、前記Ｅ群を２０〜４５％
鉱石装入指標として前記ロータリーキルンへの鉱石の最大装入能力を１００とした場合、そのロータリーキルンへの前記（ａ）〜（ｆ）で示した配合の鉱石の装入量を、下記の鉱石装入指標の範囲として操業することを特徴とするフェロニッケルの製錬方法。
（ａ）８６〜９８％
（ｂ）８３〜９５％
（ｃ）８１〜９４％
（ｄ）８０〜９３％
（ｅ）７７〜９０％
（ｆ）７６〜８５％
【請求項２】
前記酸化ニッケル鉱石の化学組成が、ＳｉＯ２：３６〜５２ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：０．２〜３．０ｗｔ％、Ｆｅ：６〜２０ｗｔ％、ＭｇＯ：１７〜３０ｗｔ％、Ｎｉ：１．５〜３．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項３】
前記ロータリーキルンの内壁には耐火物が円筒状に張られており、その耐火物による内壁の内径は３．０〜５．０ｍ、耐火物による内壁の全長は６０〜８０ｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のフェロニッケルの製錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンを用いて酸化ニッケル鉱石からフェロニッケルを生産する製錬方法に係り、特に、酸化ニッケル鉱石の種類（産地の違いによる種類）に応じて効率よくフェロニッケルを得るための製錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風化蛇紋岩を源岩とする酸化ニッケル鉱石からフェロニッケルを生産する際の還元方法としては、ロータリーキルンで加熱した処理物を高炉で溶融還元する方法や、塩素浸出した処理物をロータリーキルンで還元する方法（特許文献１参照）、ロータリーキルンで半溶融還元する方法（特許文献２参照）などが知られている。
【０００３】
ロータリーキルンを用いた半溶融還元法は、ロータリーキルン内で半溶融状態の原料が炉壁に付着して原料の還元処理が妨げられ、これによって生産性が低下するなどの欠点があるものの、比較的低温条件（例えば１４００℃以下）で連続的な操業が可能であることから、低コストで操業することができるという利点がある。
【０００４】
また、ロータリーキルンを用いた半溶融還元法では、原料鉱石に、還元材としての炭材を、また、融点を調節する目的で石灰をそれぞれ混合してブリケットとした後、ロータリーキルンで約２００℃から１４００℃まで約１０時間かけて加熱を行うことで、平均直径０．８ｍｍ程度のメタルルッペを成長させ、これを粉砕したものを磁力選鉱、比重選鉱することにより、フェロニッケルの回収を行っている。
【０００５】
ロータリーキルン内での原料の付着を減らしてフェロニッケルを安定的に生産するためには、投入原料の融点と化学組成が常に最適値に近い一定の値でなければならない。ところが、酸化ニッケル鉱石はその産地によって化学組成が大きく異なるので、４〜８種類程度の化学組成の異なる酸化ニッケル鉱石を混合し、それらに添加する炭材と石灰の量を調節することで製錬が行われている。
【０００６】
また、特許文献３には、混合後の酸化ニッケル鉱石をＦｅ／ＳｉＯ２、石灰添加量を（Ａｌ２Ｏ３＋ＣａＯ）／ＳｉＯ２として指標化し、溶融計算温度Ｔｃ（Ｔｃ＝１４７５−１２９×（Ｆｅ／ＳｉＯ２）−５６０×（Ａｌ２Ｏ３＋ＣａＯ）／ＳｉＯ２）が１３３０〜１３７０℃の範囲に入るように、産地別の鉱石の比率と石灰添加量調整することで、フェロニッケルの安定的な生産が可能になることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１２５４６５号公報
【特許文献２】特公平１−２１８５５号公報
【特許文献３】特開平５−２９５４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これまでのフェロニッケルの製錬における複数種類の酸化ニッケル鉱石の配合比率は、上記特許文献３に示されるような指標と試行錯誤的な経験則の組み合わせに基づいて決定されてきた。しかしながら、それでもなおロータリーキルン内での原料の付着はしばしば発生しており、必ずしも安定した操業に結びつけることができていないのが現状である。
【０００９】
また、従来の製錬方法においては、原料の溶融挙動とメタルの成長プロセスが一般化されていないことや、原料鉱石の混合後の総化学組成のみを問題としているために、産地によって異なる鉱石の性質の違いに起因する溶融挙動の差が正確に把握できていないことなどが、不安定な操業の理由として挙げられる。
【００１０】
よって本発明は、酸化ニッケル鉱石の溶融挙動とメタルの成長プロセスに大きく影響する鉱石の種類、配合比率および固溶体鉱物の化学組成に着目し、鉱石の配合比率と鉱石の装入量を規定することにより、ロータリーキルン内での原料の付着を抑えて安定操業を図ることができるフェロニッケルの製錬方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ロータリーキルンを用いたフェロニッケル製錬を安定して操業するためには、炉内の状態、すなわち原料の温度増加率、酸素分圧の変化率、キルンの回転速度等を、常に最適な値に保つことが必要である。しかしながら、原料の酸化ニッケル鉱石は産地によって化学組成と溶融挙動が大きく異なるので、実際の製錬では総化学組成がある一定の範囲内に収まるように産地別鉱石を混合し、これを原料として用いている。
【００１２】
ロータリーキルン内では、約１１００〜１４００℃の温度領域で原料の融解反応が連続的に生じている。このとき、低温領域（１１００〜１２００℃）での融解割合が大きいほど、原料はキルン内をスムーズに移動することができ、メタルルッペの生産効率が高まることが知られている。逆に、低温領域での融解割合が小さいと、半溶融状態の原料がキルンの炉壁に付着し、原料の移動が付着物によって妨げられてメタルルッペの生産効率は下がってしまう。したがって、フェロニッケルの生産効率を向上させるためには、融点の異なる各産地別の酸化ニッケル鉱石の配合割合と生産性の関係を評価する方法を確立することが重要である。
【００１３】
風化蛇紋岩を源岩とする酸化ニッケル鉱石は、主に蛇紋石、石英、針鉄鉱、カンラン石、輝石から構成される。それぞれの比率と固溶体鉱物の化学組成および鉱石の化学組成には相関が認められ、蛇紋岩の風化変質の程度が大きいほど、蛇紋石、カンラン石、輝石の量は減少し、石英と針鉄鉱は増加し、蛇紋石、カンラン石、輝石のＭｇ♯（＝Ｍｇ／（Ｆｅ＋Ｍｇ）モル比）は低下し、これにしたがって鉱石のＭｇ♯も連続的に低下する。
【００１４】
つまり、酸化ニッケル鉱石の産地別の特徴は鉱石のＭｇ♯が代表的な要素と言える。鉱石を構成する鉱物の融点はＭｇ♯が小さいほど低いので、鉱石単体の融点は鉱石の総化学組成のＭｇ♯が小さいほど低い。したがって、ロータリーキルン内での原料の融解挙動は、産地別の原料鉱石のＭｇ♯とそれぞれの配合割合の関係により一般化することができ、これによってフェロニッケルの生産効率を評価することができる。
【００１５】
そこで、本願の発明者は、上記知見に基づき過去のフェロニッケル製錬の操業結果を鋭意解析したところ、産地別の複数種類の酸化ニッケル鉱石の配合パターンによって、ロータリーキルンへの適正な装入量を規定することことができることが判明し、本願を発明するに至った。
【００１６】
すなわち本発明は、風化蛇紋岩を源岩とする複数種類の酸化ニッケル鉱石および炭材を配合して原料とし、この混合物をロータリーキルンに装入して還元することによりフェロニッケル合金を製錬するにあたり、前記ロータリーキルンに装入された前記鉱石の１２００℃までの昇温温度勾配が１〜５℃／ｍｉｎ、１ｔの前記鉱石に対して、前記炭材の配合量を１００〜２００ｋｇ、副原料である石灰石の配合量を１０〜１００ｋｇとした操業条件において、さらに前記鉱石として、Ｍｇ♯（＝Ｍｇ／（Ｆｅ＋Ｍｇ）モル比）の値が０．６２未満の鉱石をＡ群、０．６２以上０．６６未満の鉱石をＢ群、０．６６以上０．７４未満の鉱石をＣ群、０．７４以上０．７８未満の鉱石をＤ群、０．７８以上の鉱石をＥ群と定義し、前記鉱石の配合パターンとして、各鉱石群を下記に示す比率で配合するとともに、
（ａ）前記Ａ群を１０〜２０％、前記Ｂ群を１０〜２０％、前記Ｃ群を２０〜３０％、
前記Ｄ群を２０〜３０％、前記Ｅ群を１５〜２５％
（ｂ）前記Ａ群を０〜１０％、前記Ｂ群を０〜５％、前記Ｃ群を５０〜６０％、前記Ｄ
群を１０〜２０％、前記Ｅ群を１０〜２０％
（ｃ）前記Ａ群を０％、前記Ｂ群を３０〜５０％、前記Ｃ群を５〜２０％、前記Ｄ群を
２０〜４０％、前記Ｅ群を１０〜３０％
（ｄ）前記Ａ群を０％、前記Ｂ群を２０〜３０％、前記Ｃ群を１０〜２０％、前記Ｄ群
を２０〜３０％、前記Ｅ群を３０〜４０％
（ｅ）前記Ａ群を０％、前記Ｂ群を５〜１５％、前記Ｃ群を２０〜４０％、前記Ｄ群を
３０〜５０％、前記Ｅ群を１０〜３０％
（ｆ）前記Ａ群を０％、前記Ｂ群を１５〜３５％、前記Ｃ群を１０〜２０％、前記Ｄ群
を１５〜３５％、前記Ｅ群を２０〜４５％
鉱石装入指標として前記ロータリーキルンへの鉱石の最大装入能力を１００とした場合、そのロータリーキルンへの前記（ａ）〜（ｆ）で示した配合の鉱石の装入量を、下記の鉱石装入指標の範囲として操業することを特徴としている。
（ａ）８６〜９８％
（ｂ）８３〜９５％
（ｃ）８１〜９４％
（ｄ）８０〜９３％
（ｅ）７７〜９０％
（ｆ）７６〜８５％
【００１７】
上記本発明の操業条件において、昇温条件や炭材および石灰石の量を規定した理由は、以下の通りである。
【００１８】
・酸化ニッケル鉱石の１２００℃までの昇温温度勾配：１〜５℃／ｍｉｎ
１℃／ｍｉｎ未満であると、十分に温度が上がらないため還元できないおそれあり、一方、５℃／ｍｉｎを超えると、温度勾配が強くなりすぎてロータリーキルンの内壁の耐火物がスポーリング（ヒートショックによる破壊）してしまうおそれがある。したがって、酸化ニッケル鉱石の１２００℃までの昇温温度勾配は１〜５℃／ｍｉｎと規定した。
【００１９】
・１ｔの酸化ニッケル鉱石に対する炭材の配合量：１００〜２００ｋｇ
炭材はＮｉを還元するほかに熱源として必要な原料であり、１ｔの酸化ニッケル鉱石に対して１００ｋｇ／ｔ未満ではＮｉが十分に還元されず、また、昇温が不十分となるおそれがある。一方、２００ｋｇ／ｔを超える量を配合すれば、還元は問題ないものの、温度が上がりすぎてしまい、耐火物を溶損させてしまうおそれがある。したがって、１ｔの酸化ニッケル鉱石に対する炭材の配合量は１００〜２００ｋｇと規定した。
【００２０】
・１ｔの酸化ニッケル鉱石に対する石灰石の配合量：１０〜１００ｋｇ
石灰石は、原料すなわち酸化ニッケル鉱石と炭材とを適性に溶融させるための副原料として重要な材料である。石灰石が、１ｔの酸化ニッケル鉱石に対して１０ｋｇ／ｔ未満では原料が溶融しにくく、一方、１００ｋｇ／ｔを超えると、溶融が進みすぎてロータリーキルンの内壁の耐火物を溶損させたり、キルンから原料が流出してしまうおそれがある。したがって、１ｔの酸化ニッケル鉱石に対する石灰石の配合量は１０〜１００ｋｇと規定した。
【００２１】
また、本発明の上記の酸化ニッケル鉱石の配合パターン（ａ）〜（ｆ）において、鉱石装入指標値の下限を定めた理由は、安定操業の面ではそれぞれの下限を下回っても問題ないが、生産コストが上昇してしまうからである。
【００２２】
本発明では、還元処理に用いる上記酸化ニッケル鉱石は、化学組成が、ＳｉＯ２：３６〜５２ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：０．２〜３．０ｗｔ％、Ｆｅ：６〜２０ｗｔ％、ＭｇＯ：１７〜３０ｗｔ％、Ｎｉ：１．５〜３．０ｗｔ％のものが好ましく用いられる。
【００２３】
また、ロータリーキルンの最適な寸法としては、内壁に張られた円筒状の耐火物の内径が３．０〜５．０ｍで、全長が６０〜８０ｍ程度が挙げられる。ちなみに、酸化ニッケル鉱石の最大装入量としては、内径が３．０ｍ以上４．０ｍ未満の場合は４００ｔ／ｄｋ（ｔ／ｄｋは１日１キルン当たりの鉱石装入量を示す単位）であり、内径が４．０ｍを超えて５．０ｍ以下の場合は４８０ｔ／ｄｋが好適である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、酸化ニッケル鉱石の産地の違いによる種類に応じた配合パターンを定めるとともに、配合パターンごとにロータリーキルンへの鉱石の装入量を規定したことにより、ロータリーキルン内での原料の付着を抑えて安定操業が図られ、効率よくフェロニッケルを得ることができるといった効果を奏する。
【実施例】
【００２５】
次いで、本発明の方法によって酸化ニッケル鉱石を製錬してフェロニッケルを製造した実施例を説明する。実施例で用いたロータリーキルンは、円筒状に張られた耐火物よりなる内壁の内径が３．２ｍ、全長が７２ｍで、鉱石の最大装入量が４００／ｄｋのものである。
【００２６】
複数の産地から搬入した酸化ニッケル鉱石のＭｇ♯（＝Ｍｇ／（Ｆｅ＋Ｍｇ）モル比）の値を産地ごとに調べ、その値が０．６２未満の鉱石をＡ群、０．６２以上０．６６未満の鉱石をＢ群、０．６６以上０．７４未満の鉱石をＣ群、０．７４以上０．７８未満の鉱石をＤ群、０．７８以上の鉱石をＥ群というように、産地ごとに分けた。そして、これら各群の酸化ニッケル鉱石を、下記（ａ）〜（ｆ）の配合パターンで混合し、原料鉱石を調整した。
【００２７】
（ａ）Ａ群を１０〜２０％、Ｂ群を１０〜２０％、Ｃ群を２０〜３０％、Ｄ群を２０〜
３０％、Ｅ群を１５〜２５％
（ｂ）Ａ群を０〜１０％、Ｂ群を０〜５％、Ｃ群を５０〜６０％、Ｄ群を１０〜２０％
Ｅ群を１０〜２０％
（ｃ）Ａ群を０％、Ｂ群を３０〜５０％、Ｃ群を５〜２０％、Ｄ群を２０〜４０％、
Ｅ群を１０〜３０％
（ｄ）Ａ群を０％、Ｂ群を２０〜３０％、Ｃ群を１０〜２０％、Ｄ群を２０〜３０％、
Ｅ群を３０〜４０％
（ｅ）Ａ群を０％、Ｂ群を５〜１５％、Ｃ群を２０〜４０％、Ｄ群を３０〜５０％、
Ｅ群を１０〜３０％
（ｆ）Ａ群を０％、Ｂ群を１５〜３５％、Ｃ群を１０〜２０％、Ｄ群を１５〜３５％、
Ｅ群を２０〜４５％
【００２８】
本発明に基づく実施例として、用いるロータリーキルンへの鉱石の最大装入能力を１００とした場合の、ロータリーキルンへの鉱石装入量を、上記配合パターン（ａ）〜（ｆ）ごとに下記の範囲と定め、これらの鉱石装入量でフェロニッケル製錬を操業した。
【００２９】
（ａ）８６〜９８％
（ｂ）８３〜９５％
（ｃ）８１〜９４％
（ｄ）８０〜９３％
（ｅ）７７〜９０％
（ｆ）７６〜８５％
【００３０】
また、比較例として、上記（ａ）〜（ｆ）の範囲よりも多い場合と少ない場合の双方に逸脱した量の酸化ニッケル鉱石を、同じ寸法のロータリーキルンに装入してフェロニッケル製錬を操業した。
【００３１】
なお、操業は連続して１ヶ月間行い、また、実施例、比較例のいずれの場合も、酸化ニッケル鉱石に、炭材を１００〜２００ｋｇ／ｔ混合して原料とし、また、副原料である石灰石を１０〜１００ｋｇ／ｔ混合した。また、ロータリーキルンに装入した酸化ニッケル鉱石の１２００℃までの昇温温度勾配を１〜５℃／ｍｉｎとする操業条件を共通とした。
【００３２】
上記実施例および比較例の条件で製錬を操業してから、ロータリーキルンの内壁への原料の付着状況として、開口径（内径が最小となった部分の内径）を計測した。
【００３３】
図１は、酸化ニッケル鉱石の配合パターン（ａ）〜（ｆ）と、ロータリーキルンへの鉱石装入量との関係を示すグラフである。同図でプロット□は、ロータリーキルンの開口径が１．６ｍ以下となる原料付着が起こらなかった操業を示しており、全て本発明に基づく実施例であった。
【００３４】
一方、図１のプロット×は全て比較例の操業である。比較例は、鉱石装入量が本発明よりも多い場合と少ない場合に分けられるが、鉱石装入量が多い場合には、キルン内での原料の付着が進行して開口径が１．６ｍ以下となる原料付着が起こり、内壁の補修を要することとなった。また、鉱石装入量が本発明よりも少ない場合には、操業自体には問題はないが、生産効率がきわめて悪く、生産コストが高すぎるといった問題が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】酸化ニッケル鉱石の配合パターンとロータリーキルンへの鉱石装入量との関係を示すグラフである。
【図１】
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