(57)【要約】【課題】活性金属の鋳造方法において細径鋳塊内部の引巣を低減、良品歩留を向上させる。【解決手段】本発明の高品位鉄源の製造方法は、原料鉱石に対する総鉄量Total.Fe、SiO2量、Al2O3量(質量％)を用いて、(SiO2+Al2O3)/Total.Fe×100で表される脈石率が15％以上とされた劣質鉄鉱石に対して、当該劣質鉄鉱石を原料鉱石として還元を行い、還元後の原料鉱石１を粉砕し、粉砕した原料鉱石を磁選して脈石率が10%以下とされた高品位鉄源を製造する高品位鉄源の製造方法であって、還元後の原料鉱石１を粉砕するに際しては、粉砕後の原料鉱石の累積重量平均径Ｄ50が200μm未満となるように粉砕を行うことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料鉱石に対する総鉄量Total.Fe、SiO2量、Al2O3量(質量％)を用いて、(SiO2+Al2O3)/Total.Fe×100で表される脈石率が15％以上とされた劣質鉄鉱石に対して、当該劣質鉄鉱石を原料鉱石として還元を行い、還元後の原料鉱石を粉砕し、粉砕した原料鉱石を磁選して脈石率が10%以下とされた高品位鉄源を製造する高品位鉄源の製造方法であって、
前記還元後の原料鉱石を粉砕するに際しては、粉砕後の原料鉱石の累積重量平均径Ｄ50が200μm未満となるように粉砕を行うことを特徴とする高品位鉄源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、劣質鉄鉱石の鉄品位を向上させて、鉄鋼原料として使用可能な高品位鉄源を製造する高品位鉄源の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉄鋼原料である鉄鉱石の品位は含有する脈石の少なさで決定される。つまり、脈石成分としては主にSiO2、Al2O3が挙げられ、脈石成分（不要成分）であるSiO2やAl2O3が少なければ少ないほど鉄鉱石は高品位とされている。そのため、従来より高炉で使用される鉄鉱石は、鉄鉱石中のTotal.Fe、SiO2量、Al2O3量(質量％)を用いて(SiO2+Al2O3)/Total.Fe×100で表される脈石率(％)で品位が評価され、脈石率(％)が10％以下のものを使用することとされていた。
【０００３】
しかし、近年は良質鉄源の枯渇に伴い、脈石分の少ない鉄鉱石を入手することが困難となりつつある。上述のように高炉には脈石率10%以下の鉄鉱石が使用されるため、10%以上の鉄鉱石については選鉱して脈石分を落としてから使用する必要がある。
このような選鉱の方法としては、粉砕した鉄鉱石を浮選あるいは磁選することにより品位を向上させる手法が行われてきた。ただ、従来より行われてきた粉砕鉱石の浮選や磁選は、酸化鉄中に脈石分が固溶した鉄鉱石を用いる場合や、微細な脈石分が分散した鉄鉱石を用いる場合には、あまり効果がない。それゆえ、このように脈石分が固溶または微分散された低品位鉱石に対しても脈石分を効果的に除去する技術として、以下の特許文献１〜３のようなものが開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、低品位鉱石の有効利用を可能とする、製造効率良く還元鉄である粒鉄を製造可能な、鉱石を用いた粒鉄製造方法が開示されている。この特許文献１の粒鉄製造方法は、鉱石と、炭素系固体還元材と、造滓材とを、混合した混合原料を移動型炉床上に積載し、該炉床上部から熱供給して混合原料を還元し、更に溶融させて還元鉄である粒鉄を製造するものとなっている。また、この粒鉄製造方法では、造滓材の少なくとも一部としてＮａ及び／またはＫの化合物を使用することとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む塊成物を還元した後、磁選することで鉄純度の高い金属鉄を製造する金属鉄の製造方法が開示されている。この特許文献２の金属鉄の製造方法は、酸化鉄含有物質および炭材を含む塊成物を加熱して金属鉄含有焼結体を製造し、得られた金属鉄含有焼結体の少なくとも一部を粉砕し、スラグを除去して金属鉄を製造するものとなっている。この方法によれば、酸化鉄含有物質として、脈石含有量の多い低品位な酸化鉄含有物質を用いた場合であっても、金属鉄含有焼結体からのスラグ除去率を高めることができるとされている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、CaO、SiO2、Al2O3、およびFeを含む塊成物から粒状金属鉄を製造する方法であって、副生するスラグ量が多い場合でも、粒状金属鉄を高歩留まりで、しかも短時間で製造できる方法、言い換えれば粒状金属鉄の生産性を向上できる方法が開示されている。この特許文献３の技術は、塊成物中の全CaO量、全SiO2量、全Al2O3量、および全Fe量が、所定の関係を満足するように成分調整することで、高融点で、且つFeOxとの反応性が乏しいダイカルシウムシリケート（Dicalcium Silicate;2CaO・SiO2）の生成を抑制するものとなっている。このようにダイカルシウムシリケートの生成を抑えれば、酸化鉄を還元して生成した金属鉄同士の凝集が促進されるため、粒状金属鉄を高歩留まりで、しかも短時間で製造できるようになり、粒状金属鉄の生産性を高めることも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１３２５７８号公報
【特許文献２】特開２０１６−０１４１８４号公報
【特許文献３】特開２０１６−０５６４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１の技術は、炭素系固体還元材を内装して還元を行うため、混合原料を1200℃以上、好ましくは1450℃以上に加熱することが必要となる。また、一部を溶融させるために脈石同様に不純物となるフラックスの添加が必要であり、後で不純物であるフラックスを除去する工程が必要となるため効率の良い方法とは言えない。さらに、炭素系固体還元材を使用することにより、炭素系固体還元材に由来する硫黄分が回収鉄中にも含まれることになるため、後工程（使用時）に脱硫処理が必要となる。
【０００９】
また、特許文献２の技術は、脈石分が溶融したスラグから、粉砕後の平均粒径を４５μｍとしてスラグ除去率を高めるものであり、本発明のように酸化鉄中に脈石分が固溶した鉄鉱石や微細な脈石分が分散した鉄鉱石を対象とするものではない。つまり、特許文献２の技術は、本発明とは脈石の存在形態が異なるため、本発明のように粉砕により劣質鉄鉱石の鉄品位を向上させる方法の指針とはなり得ないものとなっている。
【００１０】
加えて、特許文献２の技術も、炭素質還元剤を内装して還元を行うため、塊成物を1200℃以上に加熱することが必要となる。また、塊成物の一部を溶融させるために脈石同様に不純物となるフラックスの添加が必要であり、後で不純物であるフラックスを除去する工程が必要となるため効率の良い方法とは言えない。
さらに、特許文献３には磁選条件が明記されておらず、磁選を行うことで鉱石の品位向上の本発明の技術に対して何ら指針とはなりえない。また、スラグを溶融させる特許文献３でも、不純物となるフラックスの使用や製造コストの上昇に繋がる加熱は特許文献１、２同様に必要となっている。
【００１１】
つまり、上述した特許文献１〜３の技術は、酸化鉄中の脈石分を除去して劣質鉄鉱石の鉄品位を向上可能なものではあっても、脈石分を除去する際に高温加熱が必要であったり、溶銑中に持ち込まれたフラックスや硫黄分を後で除去することが必要となったりするものであり、加熱設備に余計なコストが必要となったり余計な後工程が必要となったりして脈石分の除去を簡便且つ効率的に行えるものではなかった。
【００１２】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高温加熱やフラックス添加などを行わなくても、高炉で利用可能な脈石分が10%以下とされた高品位鉄源を簡便且つ効率的に製造することができる高品位鉄源の製造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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の高品位鉄源の製造方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の高品位鉄源の製造方法は、原料鉱石に対する総鉄量Total.Fe、SiO2量、Al2O3量(質量％)を用いて、(SiO2+Al2O3)/Total.Fe×100で表される脈石率が15％以上とされた劣質鉄鉱石に対して、当該劣質鉄鉱石を原料鉱石として還元を行い、還元後の原料鉱石を粉砕し、粉砕した原料鉱石を磁選して脈石率が10%以下とされた高品位鉄源を製造する高品位鉄源の製造方法であって、前記還元後の原料鉱石を粉砕するに際しては、粉砕後の原料鉱石の累積重量平均径Ｄ50が200μm未満となるように粉砕を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高品位鉄源の製造方法によれば、高温加熱やフラックス添加などを行わなくても、高炉で利用可能な脈石分が10%以下とされた高品位鉄源を簡便且つ効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る高品位鉄源の製造方法の手順を示した模式図である。
【図２】実施例及び比較例に用いられた原料鉱石の粒度分布を示す図である。
【図３】磁選前の鉄鉱石の体積平均径と、鉄鉱石の脈石率との相関関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下、本発明の高品位鉄源の製造方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本実施形態の高品位鉄源の製造方法を模式的に示したものである。
図１に示すように、本実施形態の高品位鉄源の製造方法は、（１）鉄鉱石中の酸化鉄を金属鉄に還元する還元工程、（２）還元工程で還元された後の鉄鉱石を粉砕する粉砕工程、（３）粉砕工程で粉砕後の鉄鉱石を磁選する磁選工程の３つの工程に従って高品位鉄源を製造するものとなっている。
【００１７】
次に、本実施形態の高品位鉄源の製造方法を構成する各工程について説明する。
まず、本実施形態の高品位鉄源の製造方法に原料鉱石として用いられる劣質鉱石について説明する。この劣質鉱石は、一般に高炉に原料鉱石として投入可能な脈石率が10%以下の鉄鉱石ではなく、脈石率(％)が15％以上とされたものであり、不純物を多く含有するものとなっている。
【００１８】
なお、脈石率とは、原料鉱石中に含まれる不純物成分(質量％)、すなわちSiO2量(質量％)や Al2O3量(質量％)を、原料鉱石（鉄鉱石）中のTotal.Fe (質量％)で除したものであり、以下の式（１）のように定義されるものである。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
還元工程は、原料鉱石中に含まれる酸化鉄を金属鉄（還元鉄）に還元するものであり、本実施形態では高温とされた雰囲気中に位置する原料鉱石に、還元性のガスを接触させることで、原料鉱石の還元を行うものとなっている。
上述した還元処理は、原料鉱石を容器などに収容して高温状態で還元性のガスと反応させることで実施されるものであり、還元性のガスを貯留すると共に加熱可能な加熱炉を用いて行われる。例えば、本実施形態では、回転する円筒型（ドラム型）の回転加熱炉の内部に原料鉱石を装入し、炉内を950℃程度の温度に加熱しつつ、還元性ガスを送り込んで還元を行うものとなっている。
【００２１】
また、本実施形態の還元処理で用いられる還元性ガスは、還元成分としてH2、CH4、CO等のガスを混合状態で有する混合ガスとなっている。これらの混合ガスを用いることで1000℃以下となるような比較的低温であっても酸化鉄の還元反応が可能となる。つまり、本実施形態の還元処理では1000℃を超える高温の加熱は必要ではなく、昇温に時間やコストが必要となることはない。
【００２２】
粉砕工程は、上述した還元工程で還元された後の原料鉱石１を粉砕するものであり、ケージミル、ボールミル、ロータリーミル、ジェットミルなどの粉砕設備を用いて行われる。なお、本実施形態では、粉砕設備としてケージミルを用いた例を挙げている。このようにして粉砕設備（ケージミル）で粉砕された原料鉱石１は、粒度分析計などを用いて粒度計測される。
【００２３】
磁選工程は、粉砕工程で粉砕された原料鉱石１を、磁石の磁力を用いて、磁石に磁着する粒子（磁着粒子２）と磁着しない粒子（非磁着粒子３）とに分別する工程である。本実施形態の磁選工程では、上述した還元工程において鉱石中の酸化鉄が金属鉄４に還元されているため、粉砕後の原料鉱石（鉄鉱石）の粒子に金属鉄４が多く含まれている場合は磁石に磁着し、金属鉄４が少ししか含まれていない場合は磁石に磁着しない。
【００２４】
本発明の磁選工程は、上述した金属鉄４の磁着特性を利用した磁選機を用いて行われるものであり、本実施形態ではベルト式の磁選機を用いて粉砕後の原料鉱石の粒子の中から金属鉄を多く含む粒子を乾式で磁選する構成となっている。なお、本発明の磁選工程には、ドラム式磁選機や吊り下げ式磁選機のようなベルト式以外の磁選機を用いても良いし、乾式磁選ではない湿式磁選を採用しても良い。また、本実施形態の磁選機の場合であれば、直下位置においてガウスメータで測定した場合に1200［Ｇ］となるような磁石（磁力）が使用されている。
【００２５】
上述した還元工程、粉砕工程、及び磁選工程の順番で処理を行えば、還元工程で酸化鉄が金属鉄４に還元された原料鉱石１はまず粉砕工程で粉砕される。このとき、粉砕後の原料鉱石の粒子には、還元によって金属鉄４が多く含まれるようになった粒子と金属鉄４をあまり含まない粒子とが存在している。それゆえ、磁選工程で粉砕後の原料鉱石の粒子を処理すると、金属鉄４を多く含む原料鉱石の粒子は磁着粒子２として磁石に磁着し、脈石分５の多い金属鉄４をあまり含まない原料鉱石の粒子は非磁着粒子３として磁石に磁着せず、粒子の磁着特性の有無で粒子を互いに分別することができる。そのため、劣質鉱石から脈石分５を確実に分離して高品位鉄源を製造することが可能となるのである。
【００２６】
ところで、本実施形態の高品位鉄源の製造方法は、粉砕工程の粉砕条件を規定するものである。この粉砕条件は、原料鉱石の粒子をどの程度のサイズにまで粉砕するかで、粉砕後の粒子に含まれる金属鉄４の量も異なるため、磁着の結果に影響するものとなる。そこで、本実施形態の高品位鉄源の製造方法では、上述した磁着粒子２と非磁着粒子３との分別に大きく影響する粉砕工程の粉砕条件を規定するために、粉砕後の原料鉱石を粒度計測して累積体積平均径Ｄ50（以降、単に体積平均径という）を求めている。そして、粉砕後の原料鉱石のＤ50が200μｍ未満とされているかどうかで、劣質鉱石から脈石分５を確実に分離できているかどうかを判断している。
【００２７】
ここで、体積平均径Ｄ50とは、粒度分析計を用いて計測された粒度分布において、粒径が小さい側から体積の累積をとり、累積された体積がちょうど50％となる粒径のことをいう。この本実施形態の粉砕工程では、体積平均径Ｄ50が200μｍ以上となる場合は粉砕が不十分なものとしてさらに粉砕を続けることで、体積平均径Ｄ50が200μｍ未満となるような原料鉱石の粒子を粉砕により得ることができる。
【００２８】
このように粉砕工程で体積平均径Ｄ50が200μｍ未満となるように原料鉱石の粒子を粉砕すれば、粉砕工程に続いて行われる磁選工程で、原料鉱石から鉄源（金属鉄４）を精度良くかつ効率的に分離（選別）することができる。
つまり、粉砕工程で体積平均径Ｄ50が200μｍ以上となるまで粉砕した場合、金属鉄４として粉砕された粒子のサイズは大きく、粉砕された粒子中には金属鉄４のみならず脈石分５も大量に含まれる可能性が高くなる。それゆえ、磁選工程で磁着粒子２を分離できたとしても磁着粒子２中に脈石分５が不可避的に含まれてしまい、鉄源の分離精度は悪くなるし、分離の効率も低下してしまう。
【００２９】
しかし、粉砕工程で体積平均径Ｄ50が200μｍ未満となるまで粉砕を行えば場合、金属鉄４として粉砕された粒子のサイズはそれほど大きなものではなく、粉砕された粒子中に脈石分５は含まれにくくなる。それゆえ、磁選工程で磁着粒子２を分離した場合には、鉄源の分離精度は良くなるし、分離の効率も良好なものとなる。
つまり、本実施形態の高品位鉄源の製造方法であれば、還元工程に1000℃以上の高温加熱を行わなくても、また後工程で除去が必要となるフラックスや炭素質還元剤（コークス）を使用しなくても、脈石率10%以下の高品位鉄源を回収できる。それゆえ、本実施形態の高品位鉄源の製造方法では、脈石率(％)が15％以上の劣質鉱石から脈石率10%以下の高品位鉄源を低い製造コストで且つ高効率に製造することが可能となるのである。
【実施例】
【００３０】
次に、実施例及び比較例を用いて、本実施形態の高品位鉄源の製造方法が有する作用効果について、さらに詳しく説明する。
上述した実施例及び比較例は、上述した還元工程の処理条件（還元条件）、粉砕工程の処理条件（粉砕条件または磁選前条件）、磁選工程の処理条件（磁選条件）のうち、粉砕工程の処理条件のみを変更した場合に、分離回収された鉄源の脈石率がどのように変化するかを実験したものである。
【００３１】
なお、実施例及び比較例に用いられた原料鉱石は、以下の組成を有するものとなっている。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
また、実施例及び比較例に用いられた原料鉱石を、破砕前に粒度計測すると、図２に示すような粒度分布結果を示す。
具体的には、還元条件、粉砕条件、及び磁選条件は、以下の通りとなっている。
実施例及び比較例の還元工程は、内径が130mmφで長さ200mmのドラム型の回転加熱炉の炉内に上述した原料鉱石を装入し、炉内を950℃に加熱し、2rpmで回転する回転加熱炉の内部に還元ガスを供給して還元を行ったものである。
【００３４】
なお、炉内に供給される還元ガスは、H2を45[vol％]、COを5[vol％]、CO2を5[vol％]、CH4を35[vol％]、N2を10[vol％]含む混合ガスであり、還元工程が行われる還元時間は30minと60minとの２水準で変化させた。
実施例及び比較例の粉砕工程は、還元後の原料鉱石１をケージミル（増野製作所製）を用いて粉砕したものである。このケージミルの回転数は、380rpm、1500rpm、2850rpmの３水準で変化させており、また１回分の原料鉱石１の供給量は200gとした。また、比較として、粉砕自体を行わなかったもの（表中に「−」で示すもの）を、比較例として設けている。このようにして粉砕工程で処理された原料鉱石については、粉砕後の粒度分布をレーザ回折式の粒度分析測定装置を用いて計測し、体積平均径Ｄ50を算出した。
【００３５】
また、粉砕後の原料鉱石１に対しては、表中に「T.Fe」で示される総鉄量、「M.Fe」で示される総金属鉄量を計測し、計測された総金属鉄量を総鉄量で除したものを金属化率（＝M.Fe /T.Fe）として表中に記載した。この総鉄量は原料鉱石中に含まれる鉄を酸化物のものも金属鉄４のものも全て合わせて総量として示したものであり、総金属鉄量は原料鉱石１中に含まれる鉄のうち、金属鉄４のみの総量を示したものである。
【００３６】
さらに、上述のようにして求められた体積平均径Ｄ50については、200μｍ未満を「○」の評価、200μｍ以上を「×」の評価として、表２の「判定」に示した。
実施例及び比較例の磁選工程は、ベルト式の磁選機を用いて磁着高さ（粉砕後の原料鉱石と磁石との距離）を5〜15mmの範囲（5mm、10mm、15mm）で変更しつつ粒子を選別したものである。なお、ベルト式磁選機に用いられる磁石には、磁石直下で1200Gの磁力を有する磁石を用いている。
【００３７】
なお、表中の「有効磁力」は、磁力を、磁着高さの二乗で除したものである。一般に、磁力は距離の２乗に反比例して減衰するので、磁力を磁着高さの二乗で除すれば磁選に実効的な磁力を求めることができるからである。
脈石率は、磁選後の原料鉱石について、原料鉱石中に含まれる総鉄量「T.Fe」、不純物として含まれるSiO2量やAl2O3量の鉱石中の濃度を分析で求め、求められた分析値を上述した式（１）を用いて求めたものである。
【００３８】
分離回収された鉄源の脈石率の計測結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
ケージミルの回転数を370rpm〜2850 rpmと変化させて粉砕を行った後、磁選前の体積平均径Ｄ50が200μｍ未満となっている実施例（「No.1」〜「No.5」）は、いずれも脈石率が6.2%〜8.2%となっており、脈石率が10%以下まで低減された高品位鉄源が製造されていることが確認された。
これに対して、粉砕を行わなかった「No.6」や「No.8」、あるいはケージミルの回転数が370 rpm〜1500 rpmの「No.7」や「No.9」、「No.10」は、磁選前の体積平均径Ｄ50が200μｍ以上となっていて、脈石率も10.4%〜18.0%と10%を超えている。
【００４１】
特に、実施例である「No.1」〜「No.5」は、還元条件である還元時間や、磁選条件である磁着高さ（磁石から原料鉱石までの距離）を変更しても、脈石率が10％以下となっており、体積平均径Ｄ50を200μｍ未満にできれば還元条件や磁選条件によらず脈石率を10％以下に低減可能であることが分かる。
一方、上述した表２の結果は、脈石率と体積平均径Ｄ50との相関関係をまとめた図３においても明らかである。つまり、横軸に体積平均径Ｄ50を採り、縦軸に脈石率を採ると、体積平均径Ｄ50が増加するほど脈石率も増加するような変化傾向（右上がりの変化傾向）を示す。そして、体積平均径Ｄ50が200μｍを超えた時点で、脈石率も10％を超えることが図３からわかる。
【００４２】
以上のことから、磁選前の体積平均径Ｄ50が200μｍ未満となるように粉砕を行えば、脈石率が10%以下まで低減された高品位鉄源を製造可能と判断される。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００４３】
１  還元後の原料鉱石
２  磁着粒子
３  非磁着粒子
４  金属鉄
５  脈石分
Ｄ50  体積平均径
T.Fe  総鉄量
M.Fe  総金属鉄量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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