(57)【要約】【課題】脈石を効率よく除去して劣質の鉄鉱石の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、Ig loss≧10wt%の鉄鉱石を、H2ガスにより、金属化率≧60wt%となるように還元処理を行った後に、粒径2mm以下に粉砕し、その後に磁力選鉱することにより、前記鉄鉱石の鉄品位を向上させる方法において、粉砕後の粒径が、D50≧100μmとなるように、前記鉄鉱石を粉砕する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ig loss≧10wt%の鉄鉱石を、H2ガスにより、金属化率≧60wt%となるように還元処理を行った後に、粒径2mm以下に粉砕し、その後に磁力選鉱することにより、前記鉄鉱石の鉄品位を向上させる方法において、
粉砕後の粒径が、D50≧100μmとなるように、前記鉄鉱石を粉砕する
ことを特徴とする鉄鉱石の鉄品位向上方法。
【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、塊成物の全てが完全に溶融しない半溶融状態で得られる還元鉄とスラグについて、還元鉄とスラグの分離性を高めることを目的としている。
具体的には、酸化鉄含有物質および炭材に、更に融点調整剤を配合した原料塊成物を塊成化する工程と、得られた塊成物の一部が溶融するように加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する工程とをこの順で含む。塊成物の加熱は完全に溶融する温度未満で行い、融点調整剤は少なくともCaO供給物質を含み、塊成物のC/Sを0.2〜0.9とし、さらに融点調整剤の配合量を調整し、塊成物を加熱するときの最高温度より100℃引いた温度における該塊成物に含まれる脈石の溶融量を50質量%以上とすることとしている。
【０００７】
特許文献４は、直接還元装置の操業において、金属鉄の生産性を向上させ、再酸化の問題も解消することを目的としている。
具体的には、鉄鉱石を水素および/または一酸化炭素を含む還元ガスで還元する際に、成品の半還元鉱石の金属化率が10〜80%となるように鉱石の供給・排出速度を調整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２０１３−１２７１１２号公報
【特許文献４】特開平９−１６５６１２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、還元鉄とスラグの混合物を製造する際に適した技術であるが、粉砕粒径が3mm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、さらに一部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。
【００１２】
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。
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。
【００１３】
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】
【００１４】
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、Ig loss≧10wt%の鉄鉱石を、H2ガスにより、金属化率≧60wt%となるように還元処理を行った後に、粒径2mm以下に粉砕し、その後に磁力選鉱することにより、前記鉄鉱石の鉄品位を向上させる方法において、粉砕後の粒径が、D50≧100μmとなるように、前記鉄鉱石を粉砕することを特徴とする。
【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】粒子同士の凝集及び、磁場による粒子の巻き込みの概略を模式的に示した図である。
【図２】粉砕後の鉄鉱石の粒径D50と、脈石除去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、Ig loss(Ignition loss)≧10wt%の鉄鉱石を、H2ガスにより、金属化率≧60wt%となるように還元した後に、粒径2mm以下に粉砕し、その後に磁選することにより、鉄鉱石の鉄品位を向上させる際に、粉砕後の粒径が、D50≧100μmとなるように、鉄鉱石を粉砕する方法である。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
そのため、選鉱技術として、例えば、中国特許CN102912111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。
【００２１】
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、H2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。
【００２２】
また、このようなガス還元による脈石を分離して除去する技術については、例えば、国際公開WO2015/006796号公報に示されている通り、ゲーサイト、ピソライトといった結晶水の高い鉱石を還元力の高いH2ガスで、高金属化率領域まで還元した場合に、特に効果が大きいことが知られている。なお、本発明においては、H2ガスとは、H2が少なくとも50%以上含有されているガスのこととしている。
【００２３】
さて、本発明においては、還元する鉄鉱石（酸化鉄）について、Ig lossが10wt%以上のもの対象としている。
なお、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。
【００２４】
本発明においては、H2ガスにより還元する鉄鉱石について、金属化率が60wt%以上となるように還元することとしている。また、還元後の鉄鉱石を粒径2mm以下に粉砕し、その後に磁選することとしている。
金属化率とは、鉄鉱石の還元度合いを示すために、一般的に使用されている指標である。
【００２５】
金属化率を算出するにあたっては、下に示す式（１）を用いることとする。
【００２６】
【数１】
2018012849.tif 000003
【００２７】
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。
また、脈石除去率とは、元の鉄鉱石から、脈石がどの程度除去できているかを示す指標である。導出される数値が高いほど、脈石が良好に除去されていることを示していることとなる。
脈石除去率を算出するにあたっては、下に示す式（２）を用いることとする。
【００２８】
【数２】
2018012849.tif 000004
【００２９】
また、脈石率は、下に示す式（３）のように定義される。
【００３０】
【数３】
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【００３１】
以上述べた手法において、脈石の除去効率を高めるポイントとしては、図１に示すように、例えば、粉砕後の単相粒子を可能な限り増加させることが挙げられる。なぜならば、粉砕後に、2種以上の鉱物が含まれている混在粒子(片刃粒子)が多く存在すると、磁着物中の脈石が多くなると共に、回収できない鉄分が多くなるためである。
上記した理由から考察すると、粉砕粒径は小さくする方が望ましく、例えば、上で挙げた国際公開WO2015/006796号公報にも、粉砕径を2mm以下とすることが記載されている。
【００３２】
しかしながら、粉砕粒径を小さくしすぎる、すなわち細かく粉砕されたものが存在すると、脈石除去効率が低下してしまうので、粉砕粒径に下限値を設けておく必要があることを知見した。脈石除去効率の低下は、粉砕粒径が小さいものが存在すると、静電気の影響を受けやすくなり、粒子同士が凝集しやすくなることに起因する。
そのため、本発明においては、粉砕後の粒径（中位径）D50、言い換えればメディアン径が100μm以上となるように、鉄鉱石を粉砕することとしている。
【００３３】
なお、D50[μm]とは、粒子の小さい方から体積の積算を取り、50%となる値の粒径のことである。この値は、マイクロトラック等、レーザ回折式の粒度分析計で容易に求めることが可能である。
［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。
【００３４】
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に示す組成の鉱石を使用した。
【００３５】
【表１】
2018012849.tif 000006
【００３６】
還元処理については、以下に示すように行った。
１）横型の抵抗炉を用いて、950℃で実施した。
２）還元ガスは、H2:80%,N2:20%の割合のH2ガスを用いた。
３）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(H2ガス)の流量は3Nl/分とした。
【００３７】
鉄鉱石の粉砕方法、及び、粉砕後の鉄鉱石の粒度測定については、以下に示すように行った。
１）還元後の鉄鉱石の粉砕については、ディスクミルを用いて行った。
２）粉砕後の鉄鉱石の粒度測定については、レーザ式回折式の粒度分析計を用いて実施した。
【００３８】
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。
なお、表２中のNo.1〜3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.4〜11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。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２に示す比較例のNo.1においては、粉砕後の粒径D50が14.0μmであり、規定のD50≧100μmを満たしていない。すなわち、比較例のNo.1における粉砕後の鉄鉱石は、非常に細かすぎるものであるので、上で述べたように静電気の影響を受けやすくなり、粒子同士が凝集しやすくなる虞がある。また、磁選後の鉄鉱石の組成については、T.Feが78.4wt%であり、SiO2が10.47wt%であり、Al2O3が7.56wt%である。また、脈石除去効率については、8.4wt%であり、非常に効率が悪いものとなった。
【００４１】
なお、比較例のNo.2,3も同様に、粉砕後の粒径D50が規定のD50≧100μmを満たしておらず、脈石除去効率が非常に悪いものとなった。
一方で、実施例のNo.4においては、粉砕後の粒径D50が261.3μmであり、規定のD50≧100μmを満たしている。また、磁選後の鉄鉱石の組成については、T.Feが78.96wt%であり、SiO2が8.95wt%であり、Al2O3が6.98wt%である。また、脈石除去効率については、19.6wt%であり、効率が非常に良好なものとなった。
【００４２】
また、実施例のNo.7においては、粉砕後の粒径D50が158.2μmであり、規定のD50≧100μmを満たしている。また、磁選後の鉄鉱石の組成については、T.Feが78.23wt%であり、SiO2が8.35wt%であり、Al2O3が7.04wt%である。また、脈石除去効率については、21.6wt%であり、効率が非常に良好なものとなった。
実施例のNo.11においては、粉砕後の粒径D50が488.8μmであり、規定のD50≧100μmを満たしている。また、磁選後の鉄鉱石の組成については、T.Feが78.21wt%であり、SiO2が7.85wt%であり、Al2O3が6.70wt%である。また、脈石除去効率については、25.9wt%であり、効率が非常に良好なものとなった。
【００４３】
なお、上記で例示した実施例以外も同様に、粉砕後の粒径D50を、規定D50≧100μmとなるように、鉄鉱石を粉砕することで、脈石除去効率を高効率とすることができる（図２参照）。
以上述べたように、本発明によれば、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。
【００４４】
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】
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【図２】
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