(57)【要約】【課題】ニッケル酸化鉱等の酸化鉱と炭素質還元剤とを混合して得られるペレットを用いた製錬方法において、還元処理に供するペレットの損壊を防いで還元により得られたメタルを効率的に回収することができ、さらに還元処理において還元率を高めて高品質なメタルを製造することを可能にする方法を提供する。【解決手段】本発明に係るペレットの製造方法は、酸化鉱と炭素質還元剤とを混合して混合物とする混合処理工程Ｓ１と、得られた混合物を成形してペレットとする混合物成形工程Ｓ２と、を有し、混合処理工程Ｓ１１では、バインダーとしてベントナイトを混合して混合物を調製し、混合物成形工程Ｓ１２では、その混合物を５０ｋｇ／ｃｍ２以上５００ｋｇ／ｃｍ２未満の成形圧力でプレス成形することによってペレットとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉱と炭素質還元剤とを混合して混合物とする混合処理工程と、
得られた混合物を成形してペレットとする混合物成形工程と、
を有し、
前記混合処理工程では、バインダーとしてベントナイトを混合して混合物を調製し、
前記混合物成形工程では、前記混合物を５０ｋｇ／ｃｍ２以上５００ｋｇ／ｃｍ２未満の成形圧力でプレス成形することによってペレットとする
ペレットの製造方法。
【請求項２】
前記混合処理工程では、混合物中において０．５質量％以上１０質量％以下の割合となるように前記ベントナイトを混合する
請求項１に記載のペレットの製造方法。
【請求項３】
ニッケル酸化鉱と炭素質還元剤とを含む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還元炉に装入し、所定の還元温度で加熱する還元工程と、
前記還元工程で得られたメタルとスラグとの混在物からメタルを回収する回収工程と、
を有し、
前記ペレット製造工程では、
バインダーとしてベントナイトを混合して混合物を調製し、該混合物を５０ｋｇ／ｃｍ２以上５００ｋｇ／ｃｍ２未満の成形圧力でプレス成形することによってペレットとする
ニッケル酸化鉱の製錬方法。
【請求項４】
前記ペレット製造工程にて得られたペレットを乾燥する乾燥工程をさらに有し、
前記乾燥工程では、１００℃〜１２０℃の温度で前記ペレットを乾燥する
請求項３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、ニッケル酸化鉱等の酸化鉱と炭素質還元剤とを混合して得られた混合物を成形してペレットとするペレットの製造方法、及びそのペレットを還元することによりメタルを製造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とニッケルの合金である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】
上述した様々な方法の中で、特に乾式製錬法を用いてニッケル酸化鉱を還元して製錬する場合、反応を進めるために原料のニッケル酸化鉱を適度な大きさに粉砕し、その粉砕物を他の原料成分と共に混合した後に、混合物をペレット化し、あるいはスラリー化等するための前処理が行われる（例えば特許文献１）。
【０００４】
具体的に、ニッケル酸化鉱をペレット化する、すなわちペレットを製造する際には、そのニッケル酸化鉱と、それ以外の成分、例えばバインダーやコークス等の還元剤と混合して混合物とし、さらに水分調整等を行った後に塊状物製造機に装入して、例えば１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の塊状物（ペレット、ブリケット等を指す。以下、単に「ペレット」という）とするのが一般的である。
【０００５】
従来、ペレットを運搬したり、搬送したりするときに、ペレットが破損しない程度の強度を持たせるため、適量の水を添加してペレットを製造する必要があった。しかしながら、得られたペレットを炉内に装入して還元処理を施すと、還元処理後にペレットが損壊して、十分にメタルを回収することができないという問題がある。さらに、そのペレットを用いた還元処理により、メタルの還元率を高めてより一層に品質の高いメタルを製造する技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−２０５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、ニッケル酸化鉱等の酸化鉱と炭素質還元剤とを混合して得られるペレットを用いた製錬方法において、還元処理に供するペレットの損壊を防いで還元により得られたメタルを効率的に回収することができ、さらに還元処理において還元率を高めて高品質なメタルを製造することを可能にする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】
【０００８】
本発明者は、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、ペレットを製造するに際して、バインダーとしてベントナイトを混合して混合物を調製し、調製した混合物をプレス成形することによってペレットとすることで、そのペレットを用いた還元処理においてペレットの損壊を防ぎ、また還元率を高めて高品質なメタルを製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
（１）本発明の第１の発明は、酸化鉱と炭素質還元剤とを混合して混合物とする混合処理工程と、得られた混合物を成形してペレットとする混合物成形工程と、を有し、前記混合処理工程では、バインダーとしてベントナイトを混合して混合物を調製し、前記混合物成形工程では、前記混合物を５０ｋｇ／ｃｍ２以上５００ｋｇ／ｃｍ２未満の成形圧力でプレス成形することによってペレットとする、ペレットの製造方法である。
【００１０】
（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記混合処理工程では、混合物中において０．５質量％以上１０質量％以下の割合となるように前記ベントナイトを混合する、ペレットの製造方法である。
【００１１】
（３）本発明の第３の発明は、ニッケル酸化鉱と炭素質還元剤とを含む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還元炉に装入し、所定の還元温度で加熱する還元工程と、前記還元工程で得られたメタルとスラグとの混在物からメタルを回収する回収工程と、を有し、前記ペレット製造工程では、バインダーとしてベントナイトを混合して混合物を調製し、該混合物を５０ｋｇ／ｃｍ２以上５００ｋｇ／ｃｍ２未満の成形圧力でプレス成形することによってペレットとする、ニッケル酸化鉱の製錬方法である。
【００１２】
（４）本発明の第４の発明は、第３の発明において、前記ペレット製造工程にて得られたペレットを乾燥する乾燥工程をさらに有し、前記乾燥工程では、１００℃〜１２０℃の温度で前記ペレットを乾燥する、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、ニッケル酸化鉱等の酸化鉱と炭素質還元剤とを混合して得られるペレットを用いた製錬において、還元処理に供するペレットの損壊を防いで、還元により得られたメタルを効率的に回収することができる。
【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の一例を示す工程図である。
【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について詳細に説明する。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。また、本明細書において、「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ、Ｙは任意の整数）との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」の意味である。
【００１６】
≪１．本発明の概要≫
本発明に係るペレットの製造方法は、例えば、ニッケル酸化鉱の製錬方法にて用いられる、少なくとも酸化鉱と炭素質還元剤とバインダーとを含むペレットの製造方法である。このペレットの製造方法は、酸化鉱と炭素質還元剤とバインダーとを混合して混合物とする混合処理工程と、得られた混合物を成形してペレットとする混合物成形工程と、を有する。
【００１７】
そして、このペレットの製造方法では、混合処理工程において、バインダーとしてベントナイトを混合して混合物を調製し、混合物成形工程においては、その混合物をプレス成形することによってペレットとすることを特徴としている。また、そのバインダーであるベントナイトの混合量としては、好ましくは０．５質量％〜１０質量％、より好ましくは１質量％〜５質量％の範囲、特に好ましくは２．５質量％以上３．５質量％以下とする。
【００１８】
このような方法によれば、バインダーとしてベントナイトを所定の割合で混合して混合物を調製し、かつ、その混合物をプレス成形することでペレットとしていることから、得られるペレットの強度を有効に高めることができ、そのペレットに対して所定の還元温度で還元処理を施した場合でも、損壊を防ぎ、効果的にメタルを生成させ、生成したメタルを効率的に回収することができる。また、ベントナイトを含むペレットとすることで、例えばニッケル酸化鉱に含まれるニッケルのような有価金属の還元率を効果的に高めることができ、品位を高めて高品質なメタルを製造することができる。
【００１９】
以下では、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）として、ニッケル酸化鉱の製錬方法を例に挙げ、製錬方法の流れを説明しながら、処理に用いるペレットの製造方法について説明する。製錬原料であるニッケル酸化鉱は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とを少なくとも含むものであり、そのニッケル酸化鉱を製錬原料として還元処理することで、メタルとして鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）を製造することができる。
【００２０】
なお、本発明は、ペレットを構成する酸化鉱としてニッケル酸化鉱に限定されるものではなく、製錬方法としても酸化ニッケル等を含むニッケル酸化鉱からフェロニッケルを製造する方法に限られるものではない。
【００２１】
≪２．ニッケル酸化鉱の製錬方法≫
本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法は、ニッケル酸化鉱を、炭素質還元剤とバインダーと混合して混合物とし、その混合物に対して還元処理を施すことによって、還元物としてメタル（鉄とニッケルの合金であるフェロニッケル）とスラグとを生成させる方法である。なお、メタルであるフェロニッケルは、還元処理を経て得られたメタルとスラグとを含む混合物から、そのメタルを分離することで回収することができる。
【００２２】
図１は、ニッケル酸化鉱の製錬方法の流れの一例を示す工程図である。図１に示すように、この製錬方法は、ニッケル酸化鉱を含む原料を混合して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乾燥する乾燥工程Ｓ２と、ペレットを所定の還元温度で還元加熱する還元工程Ｓ３と、還元工程Ｓ３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回収工程Ｓ４と、を有する。
【００２３】
＜２−１．ペレット製造工程＞
ペレット製造工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱を含む原料粉末を混合して混合物とし、その混合物をペレットに成形する工程である。具体的に、ペレット製造工程Ｓ１は、少なくともニッケル酸化鉱と炭素質還元剤とバインダーとを混合して混合物とする混合処理工程Ｓ１１と、得られた混合物を成形してペレットする混合物成形工程Ｓ１２と、を有する。
【００２４】
（１）混合処理工程
混合処理工程Ｓ１１では、少なくともニッケル酸化鉱と炭素質還元剤とバインダーとを混合して原料粉末から構成される混合物を得る。具体的には、原料鉱石であるニッケル酸化鉱に、炭素質還元剤を添加して混合し、また任意成分の添加剤として、鉄鉱石、フラックス成分等の、例えば粒径が０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の粉末を添加して混合して混合物とする。
【００２５】
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。ニッケル酸化鉱は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とを少なくとも含有する。なお、ニッケル酸化鉱に含まれる水分（鉱石の表面に付着した付着水分）の含有割合としては、通常、１質量％〜１２質量％程度である。
【００２６】
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。この炭素質還元剤は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱の粒度や粒度分布と同等の大きさのものであると、均一に混合し易く、後述する還元工程Ｓ３での還元反応も均一に進みやすくなるため好ましい。
【００２７】
炭素質還元剤の混合量としては、ニッケル酸化鉱を構成する酸化ニッケルの全量をニッケルメタル還元するのに必要な化学当量と、酸化鉄（酸化第二鉄）を金属鉄に還元するのに必要な化学当量との両者合計値（便宜的に「化学当量の合計値」ともいう）を１００質量％としたときに、好ましくは５質量％以上６０質量％以下の炭素量の割合、より好ましくは１０質量％以上４０質量％以下の炭素量の割合となるように調整することができる。このように、炭素質還元剤の混合量を、化学当量の合計値１００質量％に対して５質量％以上の割合とすることで、ニッケルの還元を効率的に進行させることができ生産性が向上する。一方で、化学当量の合計値１００質量％に対して６０質量％以下の割合とすることで、鉄の還元量を抑えて、ニッケル品位の低下を防ぎ、高品質のフェロニッケルを製造することができる。なお、炭素質還元剤を混合して得られた混合物からペレットを製造し、そのペレットに対して還元処理（還元工程Ｓ３）を実施する際の還元炉への酸素の混入等による酸化を防ぐ観点から、混合物の調製にあたっての炭素質還元剤の混合量としては、過剰量を混合してもよい。そのときも、鉄の還元を抑制し得る量に適宜調整する。
【００２８】
また、任意成分の添加剤である鉄鉱石としては、例えば、鉄品位が５０質量％程度以上の鉄鉱石、ニッケル酸化鉱の湿式製錬により得られるヘマタイト等を用いることができる。
【００２９】
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。
【００３０】
ここで、本実施の形態では、混合処理工程Ｓ１１において、ニッケル酸化鉱と炭素質還元剤と共に、バインダーとしてベントナイトを混合して混合物を調製することを特徴としている。このように、バインダーとしてベントナイトを混合して混合物とし、その混合物を、次の混合物成形工程Ｓ１２においてプレス成形することで、良好な成形性でもって強度の高いペレットを製造することができる。また、このようにベントナイトを所定の割合で混合させて得られたペレットによれば、原料鉱石に含まれるニッケルの還元率を向上させることができ、ペレットに対する還元処理により得られるメタルの品位を高めることができる。
【００３１】
ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物であり、モンモリロナイトの層間中の主たる陽イオンがナトリウムイオンであるナトリウム型ベントナイトや、陽イオンがカルシウムイオンであるカルシウム型ベントナイト、陽イオンがカリウムであるカリウム型ベントナイト等が挙げられる。
【００３２】
ベントナイトとしては、粉体状のものを用いることが好ましく、その平均粒径が７５μｍ以下のものが好ましく、５０μｍ以下のものがより好ましい。なお、平均粒径は、例えばレーザー回折式粒度分析計を用いて測定することができる。また、例えば、目開き４６μｍのメッシュを用いた篩分けによりメッシュを通過したものを用いることが好ましい。
【００３３】
ベントナイトの混合量は、混合物中における質量割合として、０．５質量％以上１０質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以上６．０質量％以下であることがより好ましく、２．５質量％以上３．５質量％以下であることが特に好ましい。ベントナイトの混合量が０．５質量％未満であると、得られるペレットに適切な強度を付与することができず、還元処理により損壊が生じる可能性がある。また、そのペレットを用いた還元処理においてニッケル還元率を向上させる効果も低くなる。一方で、ベントナイトの混合量が１０質量％を超えると、そのベントナイトにより構成されるバインダーに由来する水分の持ち込み量が増え、ペレットにおける付着水の含有量が増える。すると、得られるペレットの強度が逆に低下し、還元処理により損壊が生じる可能性がある。また、付着水等の水分を低減させるための、還元処理に先立って行う乾燥加熱処理の負荷が増加し、処理コストの増大を招いて効率的な製錬方法を行うことができなくなる。
【００３４】
原料粉末の混合処理は、その原料粉末が均一に混合されるように行うことが好ましく、混合機等を用いて公知の方法により行うことができる。また、この混合処理に際しては、混合性を高めるために混練を同時に行ってもよく、あるいは混合処理後に混練を行ってもよい。具体的に、混練は、例えば二軸混練機等を用いて行うことができ、混合物を混練することによってその混合物にせん断力を加え、炭素質還元剤や原料粉末等の凝集を解いて均一に混合させるとともに、各々の粒子の密着性を向上させ、また空隙を減少させることができる。これにより、得られた混合物に基づいて成形したペレットに対する還元反応が起りやすくなるとともに、均一に反応を生じさせることができ、還元反応の反応時間を短縮することができる。また、品質のばらつきを抑えることもでき、安定的に高い生産性でもって高品質のフェロニッケルを製造することができる。
【００３５】
また、混練した後、押出機を用いて押出してもよい。このように押出機で押出すことによって、より一層高い混練効果を得ることができる。
【００３６】
（２）混合物成形工程
混合物成形工程Ｓ１２では、混合処理工程Ｓ１１で調製して得られた混合物を、ある程度の大きさ以上の塊（塊状物、以下「ペレット」という）に成形する。なお、この混合物成形工程Ｓ１２にて得られるペレットが、還元工程Ｓ３における所定の温度での還元処理（還元加熱処理）の処理対象となる。
【００３７】
ここで、ペレット製造工程Ｓ１にて製造されるペレットは、還元工程Ｓ３において還元炉に装入され、１２００℃〜１４５０℃程度の高温で加熱処理される。そのため、ペレットの強度が低いと還元炉への装入時や還元反応時に損壊が生じてしまい、高品質なメタルを生成させることができないことがある。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、上述したようにバインダーとしてのベントナイトを混合して混合物を調製し、そしてその混合物に対する成形処理において所定の圧力を加えてプレス成形することによってペレットを製造することを特徴としている。このように、ベントナイトを混合した混合物をプレス成形してペレット化することで、成形性を高めて、ペレットに対して適切な強度を付与することができる。
【００３９】
また、混合物をプレス成形してペレットとすることで、所定の圧力を混合物に加える過程でその混合物中に含まれる水分を除去することもでき、成形して得られたペレットに対する乾燥処理の負荷を低減することができる。
【００４０】
一方で、プレス成形に際しては、混合物に対するプレス機による圧力（面圧）を適切に制御することが重要となる。なお、面圧とは、プレス面に印加する圧力を混合物に対する接触面積で割ったときの単位面積当たりの荷重をいい、単に「成形圧力」ともいう。具体的には、ベントナイトを含有する混合物に対する面圧として、５０ｋｇ／ｃｍ２以上、５００ｋｇ／ｃｍ２未満とする。また、好ましくは、１００ｋｇ／ｃｍ２以上、３００ｋｇ／ｃｍ２以下とする。本発明者の研究により、ベントナイトを混合した混合物に対してプレス成形することで、得られるペレットの強度を高めることができる一方で、理由は定かではないが、そのときのプレス成形の面圧が大きすぎると、逆に強度が低下して還元処理により損壊を生じさせることが分かった。
【００４１】
このように、本実施の形態においては、ベントナイトをバインダーとして混合して混合物を調製し、その混合物に対して５０ｋｇ／ｃｍ２以上５００ｋｇ／ｃｍ２未満の成形圧力でプレス成形することによってペレットを製造する。これにより、得られるペレットの強度を適切なものとすることができ、高温の還元温度で還元処理を行った場合でも、ペレットの損壊を効果的に防ぐことができ、メタルを効率的に回収することができる。
【００４２】
なお、プレス成形における成形圧力が５０ｋｇ／ｃｍ２未満であると、得られるペレットに充分な強度が付与されず、還元処理により損壊が生じる。一方で、成形圧力が５００ｋｇ／ｃｍ２以上とした場合でも、逆に強度の低下が起こり、損壊が生じる。
【００４３】
具体的に、成形処理においては、調製した混合物をプレス機の金型に充填し、充填した混合物に対して所定の圧力、すなわち５０ｋｇ／ｃｍ２以上５００ｋｇ／ｃｍ２未満の圧力をプレス機に加えることによって混合物をペレットに成形する。
【００４４】
プレス機によってプレス成形するに際して、プレス機の金型への混合物の充填高さは、製造するペレットの大きさに依存するが、プレス機に加えられる圧力にも影響するため、適切に調整することが好ましい。具体的に、充填高さとしては、１０ｍｍ以上とすることが好ましく、１５ｍｍ以上とすることがより好ましい。また、充填高さは、６０ｍｍ以下とすることが好ましく、５０ｍｍ以下とすることがより好ましい。このように、プレス機への混合物の充填高さを１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲とすることで、プレス機による圧力を均一に付与することができ、成形性を高めることができる。
【００４５】
また、プレス機の金型に混合物を充填した後、その充填部に超音波等を用いて振動を加え、混合物の周辺に存在する空気を排出する処理を施すことが好ましい。なお、振動を加えて空気を効率的に排出できれば、上述した超音波を用いた処理に限られない。
【００４６】
混合物を成形して得られるペレットの形状としては、例えば、直方体状、円柱状、球状等とすることができる。このような形状とすることにより、混合物を成形し易くし、成形にかかるコストを抑えることができる。また、上述した形状は簡易な形状であって複雑なものではないため、不良品の発生を防ぐことができ、得られるペレットの品質を均一にすることもできる。なお、ペレットの形状が、直方体状、円柱状等であれば、還元工程Ｓ３において、還元炉内にペレットを積層させて載置することもでき、還元処理に供する処理量を多くすることができる。
【００４７】
＜２−２．乾燥工程＞
乾燥工程Ｓ２は、ペレット製造工程Ｓ１にて製造したペレットを乾燥して、そのペレットに含まれる水分（付着水）を蒸発させ除去する工程である。必須の態様ではないが、このように、製造したペレットに対して乾燥処理を施すことにより、次工程の還元工程Ｓ３における還元処理に際して急激な昇温によってペレット内部の水分が一気に膨張することで、粉々に破損してしまう事態を防ぐことができる。
【００４８】
なお、この乾燥工程Ｓ２については、上述したペレット製造工程Ｓ１に含まれる処理工程として位置付けることもできる。すなわち、混合物成形工程Ｓ１２により得られた成形物であるペレットに対して乾燥処理を施すことによって、還元工程Ｓ３における還元処理に供するペレットを製造するという態様とすることができる。
【００４９】
乾燥処理としては、特に限定されないが、例えば、所定の温度に加熱した熱風をペレットに吹き付けることによって行うことができる。また、所定の温度に加熱した加熱雰囲気下にペレットを保持することによって乾燥処理を行ってもよい。
【００５０】
ここで、本実施の形態では、原料粉末を混合して得られた混合物をプレス成形してペレットにすることを特徴としている。そのため、プレス成形の過程で混合物中の水分が除去され、得られるペレット中の水分は極めて少ない状態となる。したがって、そのようなペレットに対して乾燥処理（乾燥工程Ｓ２）を施す場合、水分を蒸発させるための乾燥温度を低く設定することができ、乾燥処理の負荷を有効に低減できる。具体的には、熱風の温度や乾燥のための雰囲気温度を、１００℃〜１２０℃程度の比較的低温の条件とすることができる。
【００５１】
また、例えばプレス成形の条件によっては、乾燥処理の省略することもでき、より効率的に製錬処理を実行することができる。
【００５２】
＜２−３．還元工程＞
還元工程Ｓ３は、製造したペレットを還元炉内に装入して、所定の還元温度で還元加熱する工程である。この還元工程Ｓ３における還元処理により、製錬反応（還元反応）が進行して、還元物であるメタルとスラグとが生成する。
【００５３】
還元処理においては、ペレット中のニッケル酸化鉱に含まれる酸化ニッケルは可能な限り完全に優先的に還元し、一方で、ニッケル酸化鉱に含まれる酸化鉄は一部だけ還元して、目的とする高いニッケル品位のフェロニッケルが得られる、いわゆる部分還元を施す。そして、この還元加熱処理により、ペレット中のスラグは熔融して液相となっているが、還元処理により既に分離し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。このときのペレットの体積は、還元炉に装入したときペレットと比較すると、５０％〜６０％程度の体積に収縮している。
【００５４】
還元工程Ｓ３においては、混合物を還元炉内に装入するにあたって、予めその還元炉の炉床に炭素質還元剤（以下、「炉床炭素質還元剤」ともいう）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させて処理するようにしてもよい。また、炉床の上にアルミナ、ジルコニア、マグネシア等の床敷材を敷いて、その上にペレットを載置させて処理してもよい。なお、床敷材としては、酸化物を主成分とするものを用いることができる。このように還元炉の炉床に炭素質還元剤や床敷材等を敷き、その上にペレットを載置して還元処理を施すことで、炉床とペレットとの直接の反応を抑制することができ、炉床への融着を防ぐとともに、その炉床の寿命を延ばすことができる。
【００５５】
還元炉としては、特に限定されないが、例えばロータリーキルンや移動炉床炉を用いることができる。例えば、還元炉として移動炉床炉を使用することで、連続的に還元反応が進行し、一つの設備で反応を完結させることができ、各工程における処理を別々の炉を用いて行うよりも処理温度の制御を的確に行うことができる。また、移動炉床炉を使用することにより、各処理間での熱の損失（ヒートロス）を低減して、より効率的な操業が可能となる。つまり、別々の炉を使用した反応を行った場合、混合物を封入した容器を、炉と炉との間を移動させる際に、外気あるいはそれに近い状態に露出することで、一時的に温度が低下してヒートロスが生じ、また反応雰囲気に変化が生じる。この結果次の処理を行うために、炉に再装入した際に即座に反応が始まらない。これに対し、移動炉床炉を使用して一つの設備で各処理を行うことで、ヒートロスが低減されるとともに炉内雰囲気も的確に制御できるため、反応をより効果的に進行させることができる。
【００５６】
なお、移動炉床炉としては、例えば、円形状であって複数の処理領域に区分けされた回転炉床炉を用いることができる。回転炉床炉では、所定の方向に回転しながら、各領域においてそれぞれの処理を行う。移動炉床炉は、ローラーハースキルン等であってもよい。
【００５７】
還元温度としては、特に限定されないが、１２００℃以上１４５０℃以下の範囲とすることが好ましく、１３００℃以上１４００℃以下の範囲とすることがより好ましい。このような温度範囲で還元することによって、均一に還元反応を生じさせることができ、品質のばらつきを抑制したメタル（フェロニッケル）を生成させることができる。また、より好ましくは１３００℃以上１４００℃以下の範囲の還元温度で還元することで、比較的短時間で所望の還元反応を生じさせることができる。
【００５８】
ここで、本実施の形態においては、還元処理に供するペレットに関して、ベントナイトをバインダーとして混合して混合物に対し、５０ｋｇ／ｃｍ２以上５００ｋｇ／ｃｍ２未満の成形圧力でプレス成形することによって得られるペレットを用いている。このことから、例えば１２００℃以上１４５０℃以下の範囲の高温の還元温度で還元処理を施した場合でも、ペレットの損壊を効果的に防ぐことができる。そして、次工程の回収工程Ｓ４においてメタルを効率的に回収することができる。また、このようなペレットでは、ベントナイトが含まれていることにより、ニッケルの還元率を高めることができ、ニッケル品位の向上した高品質なメタルを得ることができる。
【００５９】
なお、還元処理においては、上述した範囲の還元温度になるまでバーナー等により還元炉の内部温度を上昇させ、昇温後にその温度を維持する。
【００６０】
＜２−４．回収工程＞
回収工程Ｓ４では、還元工程Ｓ３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、混合物に対する還元加熱処理によって得られた、メタル相（メタル固相）とスラグ相（スラグ固相）とを含む混合物（混在物）からメタル相を分離して回収する。
【００６１】
固体として得られたメタル相とスラグ相との混在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、篩い分けによる不要物の除去に加えて、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。
【００６２】
また、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、上述した還元工程Ｓ３における処理で得られた、大きな混在物に対して、例えば、所定の落差を設けて落下させる、あるいは篩い分けの際に所定の振動を与える等の衝撃を与えることで、その混在物からメタル相とスラグ相とを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、本発明の実施例及び比較例を示して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、比較例≫
以下のようにしてフェロニッケル製錬に用いるペレットを製造した。
【００６６】
［混合処理工程］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱（水分をおよそ１０質量％の割合で含有）と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、炭素質還元剤（石炭粉、炭素含有量：８５質量％、平均粒径：約９０μｍ）、及びバインダーとしてのベントナイトを、混合機を用いて混合して混合物を得た。
【００６７】
炭素質還元剤は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱に含まれる酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とを過不足なく還元するのに必要な量の合計値を１００質量％としたときに２０質量％の割合となる量で含有させた。
【００６８】
ベントナイトとしては、ナトリウム型ベントナイトであって、目開き４６μｍのメッシュを用いた篩分けによりメッシュを通過したものを用いた。下記表１に、各試験例におけるベントナイトの混合量（添加割合）を示す。
【００６９】
［混合物成形工程］
次に、得られた混合物を、プレス成形してペレットを製造した。具体的には、混合物をプレス機の金型に、成形品の高さが１４ｍｍ〜１５ｍｍ程度となるように充填した。その後、下記表１に示す圧力（面圧）を混合物に加えることによってプレス成形した。
【００７０】
［乾燥工程］
次に、プレス成形して得られたペレットに対して１０５℃〜１１０℃程度の温度雰囲気で乾燥処理を施した。
【００７１】
［還元工程］
次に、乾燥後のペレットを、炉内温度を１３００℃に加熱した還元炉に装入した。そして、その還元温度を保持して３０分間に亘って還元処理を施した。
【００７２】
≪評価≫
還元処理の終了後、炉内に生成した還元物を回収して、損壊が生じているか否かの観察を行った。下記表１では、損壊が生じていた場合を損壊「あり」とし、損壊が生じなかった場合を損壊「なし」として評価した。
【００７３】
また、回収した試料について、ニッケルメタル率、メタル中のニッケル含有率を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ  Ｓ−８１００型）により分析して算出した。なお、回収した各試料は、湿式処理よる粉砕後、磁力選別によってメタルを回収した。ここで、ニッケルメタル化率は下記（１）式により求め、メタル中ニッケル含有率は下記（２）式により求めた。
ニッケルメタル化率＝ペレット中のメタル化したＮｉの量÷（ペレット中の全てのＮｉ量）×１００（％）    ・・・（１）式
メタル中ニッケル含有率＝ペレット中のメタル化したＮｉの量÷（ペレット中のメタル化したＮｉとＦｅの合計量）×１００（％）    ・・・（２）式
【００７４】
【表１】
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【００７５】
表１の結果に示されるように、ベントナイトを混合した混合物に対して所定の成形圧力でプレス成形した実施例１〜実施例４では、高温で還元処理を行っても損壊が生じず、効率的にメタルを回収することができた。また、ペレット中のニッケルを効果的に還元することができ、高品質なメタルを製造することができた。
【００７６】
一方で、ベントナイトを混合させたものの、成形圧力を１０００ｋｇ／ｃｍ２とした比較例１、成形圧力を５００ｋｇ／ｃｍ２とした比較例２では、その成形圧力が大きかったためか、還元処理において損壊が生じてしまった。還元炉内で損壊が生じたため、回収作業が困難となった。また、ベントナイトを混合させなかった比較例３では、還元処理において損壊は生じなかったものの、実施例に比べてニッケルメタル化率が低下し、またメタル中のニッケル含有量も低下した。
【図１】
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