(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、該ペレットを還元加熱することによって、鉄−ニッケル合金を得るニッケル酸化鉱の製錬方法であって、
前記ニッケル酸化鉱から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製錬炉にて還元加熱する還元工程と
を有し、
前記ペレット製造工程では、少なくとも、前記ニッケル酸化鉱と、炭素質還元剤とを含む原料を混合して混合物とし、該混合物を塊状化してペレットを形成し、
前記還元工程では、前記ペレット製造工程にて得られたペレットを、金属製の炉床を有する製錬炉の該炉床上に載置した状態で、還元温度を１０００℃以上１３００℃以下とし、さらに、
還元温度を１０００℃以上１１５０℃未満とした場合には、５分以上１２０分以下、
還元温度を１１５０℃以上１２００℃未満とした場合には、５分以上９０分以下、
還元温度を１２００℃以上１２５０℃未満とした場合には、２分以上６０分以下、
還元温度を１２５０℃以上１３００℃以下とした場合には、２分以上３０分以下
に処理時間を制御して還元加熱処理を施す
ことを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法。
【請求項２】
前記金属製炉床の金属がニッケルである
ことを特徴とする請求項１に記載のニッケル酸化鉱の製錬方法。
【請求項３】
前記ペレットを前記製錬炉に装入する際の温度を６００℃以下とする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の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では、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、該ペレット内に含まれる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合計値を１００％としたときに、５％以上６０％以下の炭素量の割合となるように前記炭素質還元剤の混合量を調整する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項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、ニッケル酸化鉱の製錬方法に関し、より詳しくは、原料鉱石であるニッケル酸化鉱からペレットを形成し、そのペレットを製錬炉にて還元加熱することによって製錬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−ニッケル合金（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】
ニッケル酸化鉱の乾式製錬としては、ロータリーキルンにて焙焼を行い、その後電気炉にて焼鉱を熔融することでフェロニッケルメタルを得るとともにスラグを分離する処理が一般的に行われている。このとき、鉄の一部をスラグに残留させることによって、フェロニッケルメタル中のニッケル濃度を高濃度に保っている。しかしながら、ニッケル酸化鉱の全量を熔融してスラグとフェロニッケルとを生成させる必要があることから、多大な電気エネルギーを必要とするという欠点を有している。
【０００４】
ここで、特許文献１には、ロータリーキルンにニッケル酸化鉱と還元剤（無煙炭）とを投入して半熔融状態で還元することによって、ニッケルと鉄の一部をメタルまで還元した後に、比重分離や磁選によってフェロニッケルを回収する方法が提案されている。この方法によれば、電気を用いた熔融を行わずにフェロニッケルメタルを得ることができるため、消費エネルギーが小さいという利点を有する。しかしながら、半熔融状態での還元であるため、生成するメタルが小粒で分散してしまい、また比重分離や磁選分離でのロス分と相まって、ニッケルメタルの収率が相対的に低くなるという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２には、移動炉床炉を利用してフェロニッケルを製造する方法が開示されている。この文献には、酸化ニッケル及び酸化鉄を含有する原料と炭素質還元剤とを混合してペレットを形成し、その混合物を移動炉床炉内で加熱還元して還元混合物を得るというものであり、その還元混合物を別の炉で熔融することによってフェロニッケルを得ることが示されている。もしくは、移動炉床炉内でスラグとメタルの両方、または一方を熔融させることが示されている。しかしながら、還元混合物を別の炉で熔融させることは、電気炉での熔融プロセスと同様に多大なエネルギーを必要とする。また、炉内で熔融させた場合には、熔融したスラグやメタルが炉床と融着してしまい、炉外への排出が困難になるという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決する方策、すなわち熔融してもスラグやメタルが炉床に付着（以下、「融着」ともいう）しないようにするために、例えば、炉床の上に石炭を敷き、その上にペレットを載置するという方法が採られている。この方式によれば、熔融時の付着を防ぐことができる。
【０００７】
さて、フェロニッケルを販売する際には、そのフェロニッケル中のニッケル品位が高い方が好ましい。ところが、ニッケル酸化鉱中に含まれるニッケルと鉄を全量還元すると、例えば、ニッケル酸化鉱の１つであるリモナイトでは得られるフェロニッケル中のニッケル品位は３％未満と低くなる。高いニッケル品位を有するフェロニッケルを得るためには、鉄の一部を酸化物のまま残留させてメタル化させないことが必要となるが、炉床の上に炭素質還元剤である石炭を敷いて還元させた場合には、多量の炭素質還元剤がペレットに接触することになるため、鉄のメタルへの還元の抑制が非常に困難となり、フェロニッケル中のニッケル品位が低下し、またその品位がばらつくという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平０１−２１８５５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、そのペレットを製錬炉にて還元加熱することによって鉄−ニッケル合金を得るニッケル酸化鉱の製錬方法において、製錬工程（還元工程）での製錬反応を効果的に進行させて、ペレットの融着を防止するとともに、高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を効率的に得ることができる製錬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】
【００１０】
本発明者らは、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、原料としてニッケル酸化鉱と共に炭素質還元剤を混合してペレットを製造し、そのペレットを、金属製の炉床を有する製錬炉内のその炉床上に載置し、所定温度及び所定時間で還元加熱処理を施すことで、還元反応を効果的に進行させ、ペレットの融着を防止しながら、ニッケル品位の高い鉄−ニッケル合金が得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下のものを提供する。
【００１１】
（１）本発明の第１の発明は、ニッケル酸化鉱からペレットを形成し、該ペレットを還元加熱することによって、鉄−ニッケル合金を得るニッケル酸化鉱の製錬方法であって、前記ニッケル酸化鉱から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製錬炉にて還元加熱する還元工程とを有し、前記ペレット製造工程では、少なくとも、前記ニッケル酸化鉱と、炭素質還元剤とを含む原料を混合して混合物とし、該混合物を塊状化してペレットを形成し、前記還元工程では、前記ペレット製造工程にて得られたペレットを、金属製の炉床を有する製錬炉の該炉床上に載置した状態で、還元温度を１０００℃以上１１５０℃未満とした場合には、５分以上１２０分以下、還元温度を１１５０℃以上１２００℃未満とした場合には、５分以上９０分以下、還元温度を１２００℃以上１２５０℃未満とした場合には、２分以上６０分以下、還元温度を１２５０℃以上１３００℃以下とした場合には、２分以上３０分以下の処理時間に制御して還元加熱処理を施すことを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法である。
【００１２】
（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記金属製炉床の金属がニッケルであることを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法である。
【００１３】
（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ペレットを前記製錬炉に装入する際の温度を６００℃以下とすることを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法である。
【００１４】
（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記ペレット製造工程では、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、該ペレット内に含まれる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合計値を１００％としたときに、５％以上６０％以下の炭素量の割合となるように前記炭素質還元剤の混合量を調整することを特徴とするニッケル酸化鉱の製錬方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、還元反応を効果的に進行させることができ、ペレットの融着を防止しながら、高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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。
【図２】ニッケル酸化鉱の製錬方法におけるペレット製造工程での処理の流れの一例を示す処理フロー図である。
【図３】金属のエリンガム図である。
【図４】還元工程において還元加熱処理を施したときのペレットにおける還元反応の様子を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について、図面を参照しながら詳細に説明する。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は任意の数値）との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」の意味である。
【００１８】
≪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、原料鉱石であるニッケル酸化鉱のペレットを用い、そのペレットを製錬炉（還元炉）に装入して還元加熱することによって、ニッケル品位が例えば４％以上である鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）を得るものである。
【００１９】
以下では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱をペレット化し、そのペレット中のニッケルと鉄を還元処理することで鉄−ニッケル合金のメタルを生成させ、さらに、そのメタルを分離することによってフェロニッケルを製造する製錬方法を例に挙げて説明する。
【００２０】
具体的には、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法は、図１に示すように、ニッケル酸化鉱から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還元炉にて所定の還元温度で還元加熱する還元工程Ｓ２と、還元工程Ｓ２にて生成したメタルを分離してメタルを回収する分離工程Ｓ３とを有する。なお、分離回収したメタルを熔融してフェロニッケルを熔融物とする熔融工程をさらに有していてもよい。
【００２１】
＜１．ペレット製造工程＞
ペレット製造工程Ｓ１では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱からペレットを製造する。図２は、ペレット製造工程Ｓ１における処理の流れの一例を示す処理フロー図である。この図２に示すように、ペレット製造工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱を含む原料を混合する混合処理工程Ｓ１１と、得られた混合物を塊状物に形成（造粒）する塊状化処理工程Ｓ１２と、得られた塊状物を乾燥する乾燥処理工程Ｓ１３とを有する。
【００２２】
（１）混合処理工程
混合処理工程Ｓ１１は、ニッケル酸化鉱を含む原料粉末を混合して混合物を得る工程である。この混合処理工程Ｓ１１では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱のほか、バインダー等の、例えば粒径が０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の原料粉末を混合して混合物を得る。
【００２３】
原料鉱石である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。また、バインダーとしては、例えば、ベントナイト、多糖類、樹脂、水ガラス、脱水ケーキ等を挙げることができる。
【００２４】
ここで、本実施の形態においては、ペレットを製造するにあたり、所定量の炭素質還元剤を混合して混合物とし、その混合物によりペレットを形成する。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。なお、この炭素質還元剤は、原料のニッケル酸化鉱の粒度と同等のものであることが好ましい。
【００２５】
また、炭素質還元剤の混合量としては、例えば、形成されるペレット内に含まれる酸化ニッケルの全量をニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレット内に含まれる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の合計値（便宜的に「化学当量の合計値」ともいう）を１００％としたときに、５％以上６０％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。
【００２６】
このように、炭素質還元剤の混合量を所定の割合、すなわち上述とした化学当量の合計値１００％に対して５％以上６０％以下の割合の炭素量となるように調整してペレットを製造することで、詳しくは後述するが、次の還元工程Ｓ２における還元加熱処理において、より効果的に、３価の鉄酸化物を２価の鉄酸化物に還元するとともにニッケル酸化物をメタル化し、さらに２価の鉄酸化物をメタルに還元させてメタルシェルを形成させることができ、その一方で、シェルの中に含まれる鉄酸化物の一部を酸化物として残留させるといった部分還元処理を施すことができるようになる。これにより、より効果的に、１個のペレット中において、例えば４％以上の高いニッケル品位を有し、しかもニッケルのフェロニッケルへの回収率が９０％以上でフェロニッケルメタル（メタル）と、フェロニッケルスラグ（スラグ）とを分けて生成させることができる。
【００２７】
（２）塊状化処理工程
塊状化処理工程Ｓ１２は、混合処理工程Ｓ１１にて得られた原料粉末の混合物を塊状物に形成（造粒）する工程である。具体的には、混合処理工程１にて得られた混合物に、塊状化に必要な水分を添加して、例えば転動造粒機、圧縮成形機、押出成形機などの塊状物製造装置等を使用し、あるいは人の手によってペレット状の塊に形成する。
【００２８】
ペレットの形状としては、特に限定されないが、例えば球状とすることができる。また、ペレット状にする塊状物の大きさとしては、特に限定されないが、例えば、後述する乾燥処理、予熱処理を経て、還元工程Ｓ２における製錬炉等に装入されるペレットの大きさ（球状のペレットの場合には直径）で１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となるようにする。
【００２９】
（３）乾燥処理工程
乾燥処理工程Ｓ１３は、塊状化処理工程Ｓ１２にて得られた塊状物を乾燥処理する工程である。塊状化処理によりペレット状の塊となった塊状物は、その水分が例えば５０重量％程度と過剰に含まれており、べたべたした状態となっている。このペレット状の塊状物の取り扱いを容易にするために、乾燥処理工程Ｓ１３では、例えば塊状物の固形分が７０重量％程度で、水分が３０重量％程度となるように乾燥処理を施す。
【００３０】
より具体的に、乾燥処理工程Ｓ１３における塊状物に対する乾燥処理としては、特に限定されないが、例えば３００℃〜４００℃の熱風を塊状物に対して吹き付けて乾燥させる。なお、この乾燥処理時における塊状物の温度は１００℃未満である。
【００３１】
下記表１に、乾燥処理後のペレット状の塊状物における固形分中組成（重量％）の一例を示す。なお、乾燥処理後の塊状物の組成としては、これに限定されるものではない。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
ペレット製造工程Ｓ１においては、上述したように原料鉱石であるニッケル酸化鉱を含む原料粉末を混合させ、得られた混合物をペレット状に造粒（塊状化）し、それを乾燥させることによってペレットを製造する。このとき、原料粉末の混合に際しては、上述したように組成に応じて炭素質還元剤を混合し、その混合物を用いてペレットを製造する。得られるペレットの大きさとしては、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度であり、形状を維持できる強度、例えば１ｍの高さから落下させた場合でも崩壊するペレットの割合が１％以下程度となる強度を有するペレットが製造される。このようなペレットは、次工程の還元工程Ｓ２に装入する際の落下等の衝撃に耐えることが可能であってそのペレットの形状を維持することができ、またペレットとペレットとの間に適切な隙間が形成されるので、還元工程Ｓ２における製錬反応が適切に進行するようになる。
【００３４】
なお、このペレット製造工程Ｓ１においては、上述した乾燥処理工程Ｓ１３にて乾燥処理を施した塊状物であるペレットを所定の温度に予熱処理する予熱処理工程を設けるようにしてもよい。このように、乾燥処理後の塊状物に対して予熱処理を施してペレットを製造することで、還元工程Ｓ２にてペレットを例えば１３００℃程度の高い温度で還元加熱する際にも、ヒートショックによるペレットの割れ（破壊、崩壊）をより効果的に抑制することができる。例えば、製錬炉に装入した全ペレットのうちの崩壊するペレットの割合を僅かな割合とすることができ、ペレットの形状をより効果的に維持することができる。
【００３５】
具体的に、予熱処理においては、乾燥処理後のペレットを３５０℃〜６００℃の温度に予熱処理する。また、好ましくは４００℃〜５５０℃の温度に予熱処理する。このように、３５０℃〜６００℃、好ましくは４００℃〜５５０℃の温度に予熱処理することによって、ペレットを構成するニッケル酸化鉱に含まれる結晶水を減少させることができ、例えば１３００℃程度の製錬炉に装入して急激に温度を上昇させた場合であっても、その結晶水の離脱によるペレットの崩壊を抑制することができる。また、このような予熱処理を施すことによって、ペレットを構成するニッケル酸化鉱、炭素質還元剤、バインダー等の粒子の熱膨張が２段階となってゆっくりと進むようになり、これにより、粒子の膨張差に起因するペレットの崩壊を抑制することができる。なお、予熱処理の処理時間としては、特に限定されずニッケル酸化鉱を含む塊状物の大きさに応じて適宜調整すればよいが、得られるペレットの大きさが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度となる通常の大きさの塊状物であれば、１０分〜６０分程度の処理時間とすることができる。
【００３６】
＜２．還元工程＞
還元工程Ｓ２では、ペレット製造工程Ｓ１で得られたペレットを所定の還元温度で還元加熱する。この還元工程Ｓ２におけるペレットの還元加熱処理により、製錬反応（還元反応）が進行して、メタルとスラグとが生成する。
【００３７】
具体的に、還元工程Ｓ２における還元加熱処理は、製錬炉（還元炉）等を用いて行われ、ニッケル酸化鉱を含むペレットを、所定の温度に加熱した製錬炉に装入することによって還元加熱する。
【００３８】
ペレットを製錬炉内に装入する際における温度としては、特に限定されないが、６００℃以下であることが好ましい。また、炭素質還元剤が燃えてしまう可能性をより効率的に抑制する観点から、５５０℃以下とすることがより好ましい。
【００３９】
ペレットを製錬炉内に装入する際の温度が６００℃を超えると、ペレットに含まれる炭素質還元剤の燃焼が始まってしまう可能性がある。一方で、連続的に還元加熱処理を施すプロセスの場合には、温度を下げすぎると昇温コストの点で不利になるため、下限値としては特に限定されないが５００℃以上とすることが好ましい。なお、ペレットの装入時における温度を上述した温度に制御しない場合であっても、燃焼や焼結の影響が生じないほどの短時間でペレットを製錬炉内に装入すれば、特に問題はない。
【００４０】
さて、本実施の形態においては、その得られたペレットを製錬炉にて処理するにあたって、金属製の炉床を有する製錬炉のその炉床の上にペレットを載置し、その状態で還元加熱処理を施すことを特徴とする。このことにより、還元加熱処理後のペレットが炉床に融着することを効果的に防止できるとともに、得られるメタル中のニッケル品位のばらつきを抑制することができる。金属製の炉床を構成する金属としては、例えば、ニッケルやコバルトを使用することができる。
【００４１】
ここで、製錬炉の炉床としては、金属の他に、アルミナや煉瓦などのセラミックス、あるいは炭素質還元剤を敷き詰める等の方法がある。しかしながら、製錬炉の炉床として、セラミックスを用いた場合、ペレット中のスラグ成分との濡れ性が、両者とも酸化物であるが故に高く、ニッケルメタルの還元を促進させる条件下では、融着が進行してしまう。このため、還元反応後にペレットが炉床から剥離できなくなってしまう。
【００４２】
また、炭素質還元剤を敷き詰めてその炭素質還元剤上でペレットを還元加熱するという方法では、還元反応終了後の剥離は容易にできるものの、敷き詰めた炭素質還元剤により、ペレット内部のニッケル及び鉄の還元が進行することになる。すると、ペレットと炭素質還元剤との接触の仕方で還元の進み方が変わり、還元度の制御が困難になるという問題を有する。例えば、炭素質還元剤として石炭を敷き詰めた場合、ペレットが半分ほど石炭に埋もれた場合と、ペレットと石炭とが点接触に近い状態で接触した場合とでは、明らかにペレットが石炭に埋もれた場合の方の鉄のメタル化の割合が高くなり、ペレット中に生成する金属中のニッケル品位が低くなるという現象が発生する。このように、ペレット中のニッケル品位がばらつくことで、安定した製品を得るための操業が困難になる。
【００４３】
上述したように、金属製の炉床のその材料（以下、「床敷き材」ともいう）としては、還元処理の処理温度で熔融しない金属あるいは合金である限り限定されず、例えばニッケルやコバルトを例示できるが、その中でもニッケルメタルであることが特に好ましい。
【００４４】
図３に、金属のエリンガム図を示す。図３に示すエリンガム図では、上部に位置するものほど還元され難いことを示すものである。例えば、ペレット中の主成分である鉄をメタル化する際に、処理温度が例えば１３００℃であれば（図３中に点線で示す温度ライン）、鉄の２価から０価への還元あるいは鉄の３価から２価への還元において、それより酸化されやすいメタルでは、鉄の酸化物との酸素の置換が生じ、床敷き材が酸化されて消耗するという現象が生じる。図３に示すように、例えば処理温度１３００℃においては、『４Ｆｅ２Ｏ３＋Ｏ２→６Ｆｅ３Ｏ４』の反応を避けることはできないものの、その他の鉄の還元反応を見ると、例えば銅、鉛、ニッケル、コバルトであれば鉄との酸素の置換を避けることができることが分かる。なお、銅や鉛は、いずれも融点がニッケルよりも著しく低いことから、処理温度条件によっては還元反応時に熔融してしまう可能性がある。また、コバルトは、例えば１２００℃を超えるあたりから鉄との酸素の置換が始まる可能性があるため、処理温度条件をより適切に調整することが必要となる。かかる理由より、上述した金属の中でも、ニッケルメタルを床敷き材として使用することが特に好ましい。
【００４５】
また、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法では、この還元工程Ｓ２において、ニッケルメタル等の金属製の炉床上にペレットを載置した状態で、所定の還元温度且つ所定の処理時間で還元加熱処理を施すことを特徴とする。このことにより、得られるメタル中のニッケル品位を４％以上の高品位とすることができ、しかもニッケルのメタルへの回収率を９０％以上の高い割合とすることができる。
【００４６】
ここで、還元加熱処理における還元温度を１０００℃未満にすると、ニッケルのメタルへの還元速度が遅くなり、実用的な操業時間内ではニッケルの回収率が低くなるという問題が発生する。したがって、還元温度の下限値としては、１０００℃以上とすることが好ましい。
【００４７】
また、例えば、炭素質還元剤により還元雰囲気を保持すると、炉床の金属、例えばニッケルメタルへの浸炭が生じ、これにより、炉床の金属として用いたニッケルの熔融温度が１３３０℃付近まで下がるため、それ以上の温度では炉床の金属の熔融が生じてペレットを保持できなくなる事態が生じる。ところが、実操業では、炉内へのリークエアーによる、ペレットに含まれる石炭等の炭素質還元剤の消耗を防ぐために、バーナーを僅かに不完全燃焼状態にする、あるいは石炭等の炭素質還元剤を共存させる等の対策が必要となるため、やむを得ず炭素質が共存することになり、炉床の金属であるニッケルへの浸炭は避けられない。したがって、これらの状況に基づいて、炉内の温度のばらつきと、熔融温度近傍ではメタルが軟化することを考慮すると、還元温度の上限値としては１３００℃以下とすることが好ましい。
【００４８】
しかしながら、例えば、還元温度１３００℃にて長時間にわたりペレットを金属製の床敷き材に保持すると、ペレット表面で還元されたニッケルや鉄のメタルと、床敷き材との焼結が進行していき、床敷きからの剥離が困難になる。剥離できずにペレットの一部が床敷き材上に残存してしまうと、金属の回収率が下がるばかりでなく、残存部分にはよりペレットが付着しやすくなるため、加速度的にペレット収率、すなわちニッケル収率が悪くなる。そして、このことにより、床敷き材の交換頻度が増し、コストを圧迫するという問題が生じる。
【００４９】
本発明者らは、鋭意検討を重ね、還元温度と還元処理時間との相関関係を考慮した結果、以下のような還元温度及び還元処理時間の関係でもって金属製の炉床上に載置させたペレットに対して処理を施すことで、ペレットの炉床への融着を防いで、高いニッケル品位のメタルが得られることを見出した。
【００５０】
すなわち、
還元温度を１０００℃以上１１５０℃未満とした場合には、５分以上１２０分以下、
還元温度を１１５０℃以上１２００℃未満とした場合には、５分以上９０以下、
還元温度を１２００℃以上１２５０℃未満とした場合には、２分以上６０分以下、
還元温度を１２５０℃以上１３００℃以下とした場合には、２分以上３０分以下
の還元処理時間で還元加熱処理を施す。これによれば、ペレット表面で還元されたニッケルや鉄のメタルと、床敷き材との焼結を抑えることができ、剥離が容易で、床敷き材への残留を防ぐことができる。
【００５１】
具体的に、還元温度を１０００℃以上、１１５０℃未満とした場合、還元処理時間が５分未満では、ニッケルの還元が不十分となり、一方で、１２０分を超えると、ペレットと床敷き材との融着はほとんど起こらないものの、ニッケルの還元はほぼ終了しているため、それ以上のニッケル実収率の向上効果はない。
【００５２】
また、還元温度を１１５０℃以上、１２００℃未満とした場合、還元処理時間が５分未満では、ニッケルの還元が不十分となり、一方で、９０分を超えると、ペレットと床敷き材との融着が起こってしまう。
【００５３】
また、還元温度を１２００℃以上、１２５０℃未満とした場合、還元処理時間が２分未満では、ニッケルの還元が不十分となり、一方で、６０分を超えると、ペレットと床敷き材との融着が起こってしまう。
【００５４】
また、還元温度を１２５０℃以上、１３００℃以下とした場合、還元処理時間が２分未満では、ニッケルの還元が不十分となり、一方で、３０分を超えると、ペレットと床敷き材との融着が起こってしまう。
【００５５】
このように、ニッケル等の金属製の炉床上にペレットを載置した状態で、所定の還元温度及び還元処理時間に制御して還元加熱処理を施すことによって、より効果的にペレットの炉床への融着を防ぐことができ、例えば４％以上の高いニッケル品位を有する鉄−ニッケル合金を得ることができる。また、ニッケルのメタルへの回収率も高い割合とすることができる。
【００５６】
ここで、図４に、還元工程Ｓ２において還元加熱処理を施したときのペレットにおける還元反応の様子を模式的に示す。なお、図４の模式図において、符号「１０」は金属製の炉床を示し、符号「１５」はペレットに含まれる炭素質還元剤を示し、符号「２０」はペレットを示す。また、符号「３０」はメタルシェルを示し、符号「４０」はメタル粒を示し、符号「５０」は半熔融状態のスラグを示す。
【００５７】
先ず、本実施の形態においては、上述したように、金属製の炉床１０を有する製錬炉を使用して、その金属製炉床１０上にペレット２０を載置して、その状態で還元加熱処理を開始する。この還元加熱処理では、ペレット２０の表面（表層部）２０ａから熱が伝わり、ペレット２０に含まれる炭素質還元剤１５に基づいて、例えば下記反応式（ｉ）に示すような還元反応が進む（図４（Ａ））。
Ｆｅ２Ｏ３＋Ｃ  →  Ｆｅ３Ｏ４＋ＣＯ  ・・・（ｉ）
【００５８】
ペレット２０の表層部２０ａにおける還元が進行してＦｅＯまでの還元が進むと（Ｆｅ３Ｏ４＋Ｃ→ＦｅＯ＋ＣＯ）、ＮｉＯ−ＳｉＯ２として結合していたニッケル酸化物（ＮｉＯ）とＦｅＯとの置換が進み、その表層部２０ａにおいて例えば下記反応式（ｉｉ）で示すようなＮｉの還元が始まる（図４（Ｂ））。そして、外部からの熱伝播と共に、このＮｉの還元反応と同様の反応が次第に内部においても進行していく。
ＮｉＯ＋ＣＯ  →  Ｎｉ＋ＣＯ２  ・・・（ｉｉ）
【００５９】
このようにして、ペレット２０の表層部２０ａにおいてニッケル酸化物の還元反応と共に、例えば下記反応式（ｉｉｉ）に示すような鉄酸化物の還元反応が進行していくことにより、例えば数分程度の僅かな時間で、その表層部２０ａにおいてメタル化が進んで鉄−ニッケル合金（フェロニッケル）となり、メタルの殻（メタルシェル）３０が形成されていく（図４（Ｃ））。なお、この段階で形成されているメタルシェル３０は薄く、ＣＯ／ＣＯ２ガスは容易に通過するため、外部からの熱伝播と共に次第に内部への反応が進行していく。
ＦｅＯ＋ＣＯ  →  Ｆｅ＋ＣＯ２  ・・・（ｉｉｉ）
【００６０】
内部への反応の進行によりペレット２０の表層部２０ａにおけるメタルシェル３０が次第に厚くなると、ペレット２０の内部２０ｂが徐々にＣＯガスで充満していく。すると、ペレット２０の内部２０ｂにおける還元雰囲気が高まり、ＮｉとＦｅのメタル化が進行してメタル粒４０が生成する（図４（Ｄ））。一方で、そのメタルシェル３０の内側、すなわちペレット２０の内部２０ｂでは、ペレット２０に含まれるスラグ成分が徐々に熔融して液相（半熔融状態）のスラグ５０が生成する。
【００６１】
ペレット２０に含まれる炭素質還元剤１５が消費され尽くすと、Ｆｅのメタル化が止まり、メタル化しなかったＦｅはＦｅＯ（一部はＦｅ３Ｏ４）の形態で残留し、またメタルシェル３０の内側の半熔融状態のスラグ５０は半熔融のままで留まるか、全熔融する。
【００６２】
このようにして、メタル粒４０が、熔融したスラグ５０内に分散した状態で回収され、粉砕等の処理の後に磁選処理等によりスラグを分離することで、鉄−ニッケル合金を得ることができる。
【００６３】
以上のように、ペレット中に混合させた炭素質還元剤により、３価の鉄酸化物を２価の鉄酸化物に還元させるとともにニッケル酸化物をメタル化し、さらに２価の鉄酸化物をメタルに還元させていき、メタルシェルとメタル粒とを形成させることができる。
【００６４】
そして特に、本実施の形態に係るニッケル酸化鉱の製錬方法では、ニッケル等の金属製の炉床を有する製錬炉を使用し、その金属製の炉床上にペレットを載置した状態で還元加熱処理を施していることにより、処理後にペレットが炉床に融着することを防止できるとともに、得られるメタル中のニッケル品位のばらつきを抑制することができる。
【００６５】
また、金属製の炉床上にペレットを載置した状態で行う還元加熱処理の還元温度及び還元処理時間をそれぞれ所定の範囲に制御することにより、より一層に効果的にペレットと炉床との融着を防ぐことができ、メタル中のニッケル品位を例えば４％以上の高品位とすることができ、またニッケル回収率も９０％以上の高い割合とすることができる。
【００６６】
さらに、ペレット中に混合する炭素質還元剤の量を所定の割合、すなわち、炭素質還元剤の混合量を上述した化学当量の合計値１００％に対して５％以上６０％以下の割合の炭素量となるように調整し、それを他の原料と混合してペレットを製造することで、還元反応において、形成されたメタルシェルの中における鉄酸化物の全量を還元させずに、いわゆる部分還元させて一部を酸化物として残留させることができる。これにより、１個のペレット中では、より一層にニッケル品位が高く、しかも高いニッケル回収率でフェロニッケルメタルを生成させることができる。
【００６７】
なお、ペレット中のスラグは半熔融状態、あるいは熔融しているが、分かれ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。この混合物の体積は、装入するペレットと比較すると、５０％〜６０％程度の体積に収縮している。
【００６８】
＜３．分離工程＞
分離工程Ｓ３では、還元工程Ｓ２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、ペレット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（炭素質還元剤を含むスラグ固相）とを含む混合物からメタル相を分離して回収する。なお、上述したように、還元加熱処理により熔融して液相となったスラグは、冷却によって固相となり、メタル固相とは別相として存在する。
【００６９】
固体として得られたメタル相とスラグ相との混合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、粗砕あるいは粉砕後に篩い分けによって大粒径のメタルを分離する方法のほか、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。得られたメタル相とスラグ相とは、濡れ性が悪いことから容易に分離することができる。
【００７０】
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】
【００７１】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を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。
【００７２】
［実施例１］
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱と、バインダーと、さらに炭素質還元剤とを混合して混合物を得た。混合物中に含ませた炭素質還元剤の混合量としては、形成されるペレット中に含まれる酸化ニッケルをニッケルメタルに還元するのに必要な化学当量と、ペレット内に含まれる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合計値（化学当量の合計値）を１００％としたときに、それに対して炭素量で１０％の割合となる分量とした。
【００７３】
次に、得られた原料粉末の混合物に適宜水分を添加して手で捏ねることによって球状の塊状物に形成した。そして、得られた塊状物の固形分が７０重量％程度、水分が３０重量％程度となるように、３００℃〜４００℃の熱風を塊状物に吹き付けて乾燥処理を施し、球状のペレット（サイズ（直径）：１７ｍｍ）を製造した。なお、下記表２に、乾燥処理後のペレットの固形分組成を示す。
【００７４】
【表２】
0006455359.tif 000003
【００７５】
次に、製錬炉において、ニッケルメタルで作製した皿状の炉床（以下、「床敷き板」ともいう）の上に、製造したペレット２５個を載置させて装入した。製錬炉へのペレットの装入に際しては、６００℃の温度条件で行った。また、このとき、製錬炉内へのリークエアーによる酸化を防ぐために、ペレットの１０重量％に相当する量の炭素質還元剤である石炭粉（炭素含有量：８５重量％、粒度：０．４ｍｍ）を炉内に共存させた。
【００７６】
そして、還元温度を１３００℃として、製錬炉内で、ニッケルメタルの炉床上にペレットを載置した状態で還元加熱処理を行った。
【００７７】
還元加熱処理の開始から５分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を５分とした。炉内から取り出した後１分以内で、５００℃以下にまで冷却されていることを確認した。
【００７８】
このような還元加熱処理により、鉄−ニッケル合金（フェロニッケルメタル）とスラグとが得られた。ペレットの剥離は容易であり、床敷き上に残存したペレットはごくわずかにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。下記表３に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルのメタル中への回収率（ニッケル回収率）としては９０％以上であった。
【００７９】
【表３】
0006455359.tif 000004
【００８０】
［実施例２］
実施例２では、還元温度を１３００℃とし、還元加熱処理の開始から３０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を３０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。
【００８１】
このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。ペレットの剥離は容易であり、床敷き上に残存したペレットはごくわずかにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。下記表４に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。
【００８２】
【表４】
0006455359.tif 000005
【００８３】
［実施例３］
実施例３では、還元温度を１２４５℃とし、還元加熱処理の開始から６０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を６０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。
【００８４】
このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。ペレットの剥離は容易であり、床敷き上に残存したペレットはごくわずかにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。下記表５に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。
【００８５】
【表５】
0006455359.tif 000006
【００８６】
［実施例４］
実施例４では、還元温度を１１９５℃とし、還元加熱処理の開始から９０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を９０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。
【００８７】
このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。ペレットの剥離は容易であり、床敷き上に残存したペレットはごくわずかにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。下記表６に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。
【００８８】
【表６】
0006455359.tif 000007
【００８９】
［実施例５］
実施例５では、還元温度を１１４５℃とし、還元加熱処理の開始から１２０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を１２０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。
【００９０】
このような還元加熱処理により、フェロニッケルメタルとスラグとが得られた。ペレットの剥離は容易であり、床敷き上に残存したペレットはごくわずかにしか確認できず、その重量を測定すると還元加熱処理前のペレット重量の３％未満であった。下記表７に、得られたフェロニッケルメタルのニッケル品位と鉄品位を示す。質量バランスから計算して、ニッケルの回収率としては９０％以上であった。
【００９１】
【表７】
0006455359.tif 000008
【００９２】
［比較例１］
比較例１では、実施例１と同様に還元温度を１３００℃とし、還元加熱処理の開始から４０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を４０分とした。それ以外は、実施例１と同様にして処理した。
【００９３】
その結果、ペレットが炉床のニッケルメタルに融着してしまい、ペレットの剥離が困難となった。炉床のニッケル床敷き板に残留したペレットの重量を測定したところ、還元加熱処理前のペレットの重量の５％以上であった。
【００９４】
［比較例２］
比較例２では、実施例３と同様に還元温度を１２４５℃とし、還元加熱処理の開始から８０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を８０分とした。それ以外は、実施例３と同様にして処理した。
【００９５】
その結果、ペレットが炉床のニッケルメタルに融着してしまい、ペレットの剥離が困難となった。炉床のニッケル床敷き板に残留したペレットの重量を測定したところ、還元加熱処理前のペレットの重量の５％以上であった。
【００９６】
［比較例３］
比較例３では、実施例４と同様に還元温度を１１９５℃とし、還元加熱処理の開始から１００分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を１００分とした。それ以外は、実施例４と同様にして処理した。
【００９７】
その結果、ペレットが炉床のニッケルメタルに融着してしまい、ペレットの剥離が困難となった。炉床のニッケル床敷き板に残留したペレットの重量を測定したところ、還元加熱処理前のペレットの重量の５％以上であった。
【００９８】
［比較例４］
比較例４では、実施例５と同様に還元温度を１１４５℃とし、還元加熱処理の開始から１５０分後に炉内からペレットを取り出した。すなわち、還元処理時間を１５０分とした。それ以外は、実施例５と同様にして処理した。
【００９９】
その結果、ペレットの剥離はできたものの、還元処理時間が長かったために生産効率が著しく低下した。
【符号の説明】
【０１００】
１０    金属製の炉床
１５    炭素質還元剤
２０    ペレット
３０    メタルシェル（メタルの殻）
４０    メタル粒
５０    スラグ
【図１】
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【図２】
0006455359.tif 000010
【図３】
0006455359.tif 000011
【図４】
0006455359.tif 000012