(57)【要約】【課題】鉄鉱石に含まれる脈石を効率よく除去して鉄品位を向上させることができると共に、製鉄原料として使用しやすい形態とすることが可能な鉄鉱石の鉄品位向上方法を提供する。【解決手段】本発明は、脈石を含有する鉄鉱石を、ガスで還元処理を行った後に粉砕し、その後に磁力選鉱することにより、脈石を除去して、鉄鉱石の鉄品位を向上させる方法において、鉄鉱石の還元時間[min]をtとし、還元ガスのH2分圧[atm]をPH2とし、還元ガスのCO分圧[atm]をPCOとした場合に、鉄鉱石の還元時間と還元ガスの関係を示すパラメータＸが、［Ｘ=t×(PH2+0.3×PCO)≧5］を満たすように、還元処理を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脈石を含有する鉄鉱石を、ガスで還元処理を行った後に粉砕し、その後に磁力選鉱することにより、前記脈石を除去して、前記鉄鉱石の鉄品位を向上させる方法において、
前記鉄鉱石の還元時間[min]をtとし、前記還元ガスのH2分圧[atm]をPH2とし、前記還元ガスのCO分圧[atm]をPCOとした場合に、
前記鉄鉱石の還元時間と前記還元ガスの関係を示すパラメータＸが、式（１）を満たすように、前記還元処理を制御する
ことを特徴とする鉄鉱石の品位向上方法。
【数１】
2018012850.tif 000009
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄品位の低い鉄鉱石を製鉄原料として利用するため、鉄鉱石を還元後に粉砕および磁選を実施することで鉄品位を向上させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、世界的な粗鋼需要の増加と共に、良質な鉄鉱石の入手が次第に困難になりつつある。このため、従来製鉄原料として使用されてこなかったT.Fe（鉄鉱石中の全ての鉄の含有量）の低い鉄鉱石を、製鉄原料として用いることのできる技術が求められている。
しかし上記したような、T.Feの低い鉄鉱石、言い換えれば、脈石を多く含む劣質とされた鉄鉱石を、そのまま直接製鉄原料に使用した場合、含有されているSiO2,Al2O3等の脈石がスラグとなるので、そのスラグ量が増大してしまい、操業コストが高騰する原因となる。そのため、T.Feの低い鉄鉱石を製鉄原料として使用する場合には、事前に選鉱により脈石を除去しておく必要がある。
【０００３】
脈石を除去して鉄鉱石の鉄品位を向上させる技術としては、例えば、特許文献１〜４に開示されているものがある。
特許文献１は、石炭を還元剤とした還元鉄製造設備で得られた還元鉄を、冷却し、微粉砕し、磁気選別し、再成形することにより、高純度、高密度の還元鉄を製造することを目的としている。
【０００４】
具体的には、鉄原料と石炭を含有する混合物を、高温で加熱還元処理して得られた還元鉄を粉砕処理し、次いで所定の粒径を境に粒度選別し、前記所定の粒径以下の還元鉄粒子に対し、磁力により、鉄分を多く含む強磁着物粒子と鉄分の少ない弱磁着物粒子とに分離した後、粒度選別された前記所定粒径を超える還元鉄粒子と前記強磁着物粒子とを還元鉄として用いることとしている。
【０００５】
特許文献２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ことを目的としている。
具体的には、鉄原料と石炭を含有する混合物を、高温で加熱還元処理して得られた被加熱物を第１磁選機を用いて金属鉄とスラグに分別する際、磁選機として搬送機構を持ち、磁場発生領域の磁場強度が被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有する装置を使用することとしている。
【０００６】
特許文献３は、酸化鉄含有物質から炭化鉄を製造するにあたり、成品中の硫黄濃度を上げることなく遊離炭素の生成を防いで短時間で効率良く炭化鉄を製造することを目的としている。
具体的には、酸化鉄含有物質を還元後、炭化して炭化鉄を製造するにあたり、H2とCOのモル濃度の和に対する硫黄モル濃度比(S/H2+CO)をFe/FeS平衡時の該硫黄モル濃度比の0.05倍から1倍未満としたSを含む還元ガスにより酸化鉄含有物質を還元して、炭化鉄が20mass%未満で金属化率が60%以上の予備還元物を製造し、該予備還元物を炭化性ガスにより炭化して炭化鉄を製造することとしている。
【０００７】
特許文献４は、直接還元製鉄法における還元粉化を抑制して、操業の自由度を拡大させることを目的としている。
具体的には、移動層竪型シャフト炉により、酸化鉄原料を還元性ガスで還元して還元鉄を製造するにあたり、排出ガスおよび導入する還元ガスの組成を所定の範囲に制御すること、酸化鉄原料を装入前に予熱することにより、還元粉化を抑制することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６３６２４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４１８４号公報
【特許文献３】特開平１０−２９１８１６号公報
【特許文献４】特開２０１４−１１１８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
さて、特許文献１では、磁力選鉱(磁選)の対象である粒子の平均粒径が100μmと以下と細かいものであるため、磁選時に静電気による粒子同士の凝集が発生する虞がある。つまり、同文献の技術を採用しても、脈石を効率良く除去することは不可能である。
また、同文献の前提が炭材内装還元のため、1200℃以上の加熱が必要となり、さらに脈石を溶融させるためにフラックスの添加が必要であるが、このフラックスは脈石と同様に不純物となるので、スラグ量が多くなる虞があり、効率の良い還元鉄の製造方法とは言い難い。
【００１０】
特許文献２は、金属鉄を製造する際に適した技術であるが、粉砕粒径が10mm以下と開示されているだけであるので、粉砕粒径が細かいものが含まれることが考えられる。なお、粉砕粒径が細かくなりすぎると、静電気による粒子同士の凝集により、脈石除去効率は低下する虞がある。
また、同文献の前提が炭材内装還元のため、1200℃以上の加熱が必要となり、さらに脈石を溶融させるためにフラックスの添加が必要である。このフラックスは脈石と同様に不純物となる。なお、同文献においては、加熱温度を1400〜1480℃とすることが推奨されている。
【００１１】
特許文献３は、目的が炭化鉄の製造であり、また粉砕工程→磁選工程を有さないため、鉄鉱石の鉄品位を向上させることは非常に困難であると考えられる。
特許文献４は、ガス還元の技術ではあるが、目的が鉄鉱石の還元処理における生産性の向上だけであり、また粉砕工程→磁選工程を有さないため、鉄鉱石の鉄品位を向上させることは非常に困難であると考えられる。
【００１２】
ところで、炭材内装の場合、炭材中Sが鉄中に侵入してくるため、鉄品位を向上させることができても、製鉄原料としては使用しにくくなる、という問題がある。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、鉄鉱石に含まれる脈石を効率よく除去して鉄品位を向上させることができると共に、製鉄原料として使用しやすい形態とすることが可能な鉄鉱石の鉄品位向上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】
上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる鉄鉱石の鉄品位向上方法は、脈石を含有する鉄鉱石を、ガスで還元処理を行った後に粉砕し、その後に磁力選鉱することにより、前記脈石を除去して、前記鉄鉱石の鉄品位を向上させる方法において、前記鉄鉱石の還元時間[min]をtとし、前記還元ガスのH2分圧[atm]をPH2とし、前記還元ガスのCO分圧[atm]をPCOとした場合に、前記鉄鉱石の還元時間と前記還元ガスの関係を示すパラメータＸが、式（１）を満たすように、前記還元処理を制御することを特徴とする。
【００１４】
【数１】
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【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、鉄鉱石に含まれる脈石を効率よく除去して鉄品位を向上させることができると共に、製鉄原料として使用しやすい形態とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】鉄鉱石の還元時間と還元ガスの関係を示すパラメータＸと、鉄回収率の関係について示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明にかかる鉄鉱石の鉄品位向上方法の実施形態を、図を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示内容だけに限定されるものではない。
本発明は、脈石を含有する鉄鉱石を、ガスで還元処理を行った後に粉砕し、その後に磁力選鉱することにより、脈石を除去するに際して、鉄鉱石の還元時間[min]をtとし、還元ガスのH2分圧[atm]をPH2とし、還元ガスのCO分圧[atm]をPCOとした場合に、鉄鉱石の還元時間と還元ガスの関係を示すパラメータＸが、式（１）を満たすように、還元処理を制御して、鉄品位を向上させる方法である。
【００１８】
【数２】
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【００１９】
さて、近年では、世界的な粗鋼需要の増加と共に、良質な鉄鉱石の入手が次第に困難になりつつある。このため、従来製鉄原料として使用されてこなかったT.Fe（鉄鉱石中の全ての鉄の含有量）の低い鉄鉱石（劣質とされた鉄鉱石）を、製鉄原料として用いることのできる技術が求められている。
しかし上記したような、脈石を多く含む劣質の鉄鉱石を、そのまま直接製鉄原料に使用した場合、含有されているSiO2,Al2O3等の脈石がスラグとなるので、そのスラグ量が増大してしまい、操業コストが高騰する原因となる。そのため、T.Feの低い鉄鉱石を製鉄原料として使用する場合には、事前に選鉱により脈石を除去しておく必要がある。
【００２０】
このような選鉱技術としては、従来より、磁力選鉱（磁選）や、浮遊選鉱（浮選）等の方法がよく用いられている。しかしながら、これら従来の選鉱手法では、酸化鉄（鉄鉱石）中に脈石が固溶している場合や、鉄鉱石中に微細な脈石粒子が分散して存在している場合においては、選鉱の効果が期待されない。
前述したように、従来の選鉱手法で鉄品位を向上させることができる良質な鉄鉱石の入手が困難になりつつある近年の状況下で、従来の選鉱方法では脈石除去が困難な鉄鉱石を製鉄原料に用いることができるようにするためにも、含有されている脈石を効果的に除去することが望ましい。
【００２１】
そのため、選鉱技術として、例えば、特開2015-101740号公報に示すように、炭材内装還元により酸化鉄を還元して金属鉄を形成し、その金属鉄を粉砕して磁選することにより、脈石を除去する技術が開発されている。
しかし、上記の選鉱技術では、酸化鉄を1000℃以上に加熱することが必要であり、操業及び設備に関するコストが非常に掛かる虞がある。また、炭材中の硫黄が鉄に移行するため、その後の脱硫工程でのコストが非常に大きく嵩むという問題もある。
【００２２】
上記した問題を解決する方法としては、例えば、CO,H2等のガス還元により、1000℃以下の比較的低い温度領域で、脈石を含む酸化鉄を還元して金属鉄を形成して、その後、還元して形成された金属鉄を、粉砕して磁選することにより、脈石を分離して除去する方法が挙げられる。
すなわち、本発明は、ガスを用いて還元処理を実施して、FeOOH,Fe(OH)2,Fe(OH)3,FeCO3などの水酸基を含む劣質とされた鉄鉱石中に含まれている脈石（Al2O3,SiO2など）を分離し除去して、金属鉄(Fe)を形成する技術を対象としている。なお、本発明においては、H2又はCOの少なくとも一方、又は、その両方が含有されている還元ガスを用いている。
【００２３】
以上述べた手法は、ガスを用いた還元処理により金属鉄を生成し、磁選によってその金属鉄を優先的に回収しようとするものである。しかし、還元処理が不十分であると、磁選によって回収できる金属鉄の歩留が急激に悪化する虞がある。
この前述の課題を回避するために、本発明においては、鉄鉱石の還元時間と還元ガスの関係を示すパラメータＸが、上記した式（１）を満たすように、還元処理を制御して、鉄品位を向上させることとしている。このように、金属鉄を効率よく回収するためには、式（１）の閾値を上回る必要がある。
【００２４】
鉄回収率とは、磁選によって回収できる金属鉄の割合を表す指標であり、数値が高くなる程、金属鉄の回収効率が高いことを示す。
鉄回収率を算出するにあたっては、式（２）を用いることとする。
【００２５】
【数３】
2018012850.tif 000005
【００２６】
ここで、(M.Fe[wt%])は金属鉄の濃度であり、(T.Fe[wt%])は全鉄濃度である。
なお、磁着率は以下の式（３）で表される。
【００２７】
【数４】
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【００２８】
また還元処理においては、当然ながら、同じ種類の還元ガスを用いた場合は、還元時間が長い方が、より還元が進むことになるし、また還元時間が同じ時間である場合は、ガスの還元力が強い方が、より還元が進むことになる。
このことより、本発明においては、式（１）に示すように、還元ガスに関する情報と鉄鉱石の還元時間t[min]の関係に基づいて、還元処理を制御することをしている。この還元ガスに関する情報については、還元ガスのH2分圧PH2[atm]と、還元ガスのCO分圧PCO[atm]とを用いることとしている。なお、COの係数を0.3としている理由は、COガスはH2ガスに比べて還元力が弱いためである。ところで、還元処理を実施する条件が式（１）を満たさない場合、還元が不十分となり、その後の磁選工程における鉄回収率が大幅に低下する虞がある。
［実験例］
以下に、本発明における鉄鉱石の鉄品位向上方法に基づいて行った本実験例について、述べる。
【００２９】
まず、本実験例の実施条件について述べる。
鉄鉱石の鉄品位向上方法で用いる鉱石としては、表１に示す３種類の鉱石を使用した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
なお、表１中のIg lossとは、Ignition lossの略であり、酸化鉄中に含まれている揮発性物質(OH基)の質量のことである。例えば、ゲーサイト、ピソライト、ウーリックヘマタイトのような結晶水が多い鉱石の場合、Ig lossは高くなる。また、鉄鉱石におけるIg lossの測定方法としては、JIS M 8700で定められている方法で測定する。
還元処理については、以下に示すように行った。
【００３２】
１）横型の抵抗炉を用いて、950℃で実施した。
２）還元処理時における鉄鉱石のサンプル量は、1ch(チャージ)あたり50gとし、還元ガスの流量は3Nl/分とした。
磁選については、ハンド式の磁選機を用い、磁場強さ200Gで実施した。
次に、本発明の鉄鉱石の鉄品位向上方法の実験結果について、説明する。
【００３３】
なお、表２中のNo.1,2は、本発明と比較するために行った比較例である。また、表２中のNo.3〜27は、本発明の鉄鉱石の鉄品位向上方法に従って行った実施例である。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
表２に示す比較例のNo.1においては、Ａ鉱石を用いている。また、還元処理条件としては、鉄鉱石の還元時間tが5[min]であり、還元ガスのH2分圧PH2が0.8[atm]であり、還元ガスのN2分圧PN2が0.2[atm]である。また、パラメータＸが4.0[-]であり、式（１）を満たさない。磁選前T.Feが64.2[wt%]であり、磁選後T.Feが67.2[wt%]であり、磁着率が55.6[wt%]である。また、鉄回収率については、58.2[wt%]であり、非常に効率が悪いものとなった。
【００３６】
なお、比較例のNo.2も同様に、式（１）を満たしておらず、鉄回収率が非常に悪いものとなった。
一方で、実施例のNo.3においては、Ａ鉱石を用いている。また、還元処理条件としては、鉄鉱石の還元時間tが10[min]であり、還元ガスのH2分圧PH2が0.8[atm]であり、還元ガスのN2分圧PN2が0.2[atm]である。また、パラメータＸが8.0[-]であり、式（１）を満たす（Ｘ≧5）。磁選前T.Feが67.8[wt%]であり、磁選後T.Feが70.6[wt%]であり、磁着率が80.8[wt%]である。また、鉄回収率については、84.3[wt%]であり、非常に効率が良好なものとなった。
【００３７】
実施例のNo.7においては、Ａ鉱石を用いている。また、還元処理条件としては、鉄鉱石の還元時間tが60[min]であり、還元ガスのH2分圧PH2が0.8[atm]であり、還元ガスのN2分圧PN2が0.2[atm]である。また、パラメータＸが48.0[-]であり、式（１）を満たす（Ｘ≧5）。磁選前T.Feが78.6[wt%]であり、磁選後T.Feが80.0[wt%]であり、磁着率が96.0[wt%]である。また、鉄回収率については、97.7[wt%]であり、非常に効率が良好なものとなった。
【００３８】
実施例のNo.14においては、Ａ鉱石を用いている。また、還元処理条件としては、鉄鉱石の還元時間tが60[min]であり、還元ガスのH2分圧PH2が0.4[atm]であり、還元ガスのN2分圧PN2が0.2[atm]であり、還元ガスのCO分圧PCOが0.4[atm]である。また、パラメータＸが31.2[-]であり、式（１）を満たす（Ｘ≧5）。磁選前T.Feが76.1[wt%]であり、磁選後T.Feが78.2[wt%]であり、磁着率が93.9[wt%]である。また、鉄回収率については、96.4[wt%]であり、非常に効率が良好なものとなった。
【００３９】
実施例のNo.19においては、Ｂ鉱石を用いている。また、還元処理条件としては、鉄鉱石の還元時間tが60[min]であり、還元ガスのH2分圧PH2が0.8[atm]であり、還元ガスのN2分圧PN2が0.2[atm]である。また、パラメータＸが48.0[-]であり、式（１）を満たす（Ｘ≧5）。磁選前T.Feが76.4[wt%]であり、磁選後T.Feが77.8[wt%]であり、磁着率が96.4[wt%]である。また、鉄回収率については、98.2[wt%]であり、非常に効率が良好なものとなった。
【００４０】
実施例のNo.27においては、Ｃ鉱石を用いている。また、還元処理条件としては、鉄鉱石の還元時間tが120[min]であり、還元ガスのN2分圧PN2が0.2[atm]であり、還元ガスのCO分圧PCOが0.8[atm]である。また、パラメータＸが28.8[-]であり、式（１）を満たす（Ｘ≧5）。磁選前T.Feが77.4[wt%]であり、磁選後T.Feが80.2[wt%]であり、磁着率が95.6[wt%]である。また、鉄回収率については、99.1[wt%]であり、非常に効率が良好なものとなった。
【００４１】
なお、上記で例示した実施例以外も同様に、式（１）を満たすように、還元処理を制御することで、鉄回収率を高効率とすることができる。
以上述べたように、本発明は、鉄回収効率を高くすることを主眼に置いている技術であり、この技術によれば、T.Feの低い鉄鉱石の脈石を効率よく除去することで、鉄品位を向上させることができると共に、製鉄原料として使用しやすい形態とすることが可能となる。
【００４２】
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。
【図１】
2018012850.tif 000010