(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル酸化鉱石の製錬工程から排出される排ガスに含まれるダストと粒径１０ｍｍ以下のニッケル酸化鉱石とを攪拌翼を備えた混練機で混練することで作製する混練物の製造方法であって、
前記混練物を分析して求めた特定の物質の含有率に基づいて前記ダストと前記ニッケル酸化鉱石との混合比を算出し、前記混合比が所定の値よりも乖離した場合に前記撹拌翼の回転数を下げることを特徴とする混練物の製造方法。
【請求項２】
前記特定の物質が炭素であることを特徴とする、請求項１に記載の混練物の製造方法。
【請求項３】
前記攪拌翼が少なくとも二軸で構成されることを特徴とする、請求項1または２に記載の混練物の製造方法。
【請求項４】
前記ニッケル酸化鉱石は、前記混練物１００質量部に対してドライ基準で０質量部を超え４０質量部以下の割合で混合することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の混練物の製造方法。
【請求項５】
前記ダストは、前記混練機で混練する前にパグミル型ミキサーにおいて含水率１５〜３０質量％となるように水分の添加および混合が行われることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の混練物の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の混練物の製造方法で得た混練物を成形機に供給してブリケットを成形することを特徴とするブリケットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱石とダストからなる混練物の製造方法及びその方法を用いたブリケットの製造方法に関し、特にフェロニッケル製錬工程のロータリーキルンにおいてニッケル酸化鉱石を乾燥及び還元する際に発生するダストに鉱石を混練することで得られる混練物の製造方法、及びその方法を用いたブリケットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄とニッケルの合金であるフェロニッケルの製造方法では、ニッケルを含有するサポロライト鉱石等のラテライト鉱石（代表的なニッケル酸化鉱石であり、以下、単に鉱石とも称する）を原料として使用し、この鉱石に対して乾燥工程、焼成工程、熔融還元工程、精製工程などからなる一連の処理を施してフェロニッケルを製造する乾式製錬法が一般的に採用されている。
【０００３】
この乾式製錬法では、先ず乾燥工程において原料鉱石をロータリードライヤーに装入し、ここで２５〜３５質量％程度含まれる原料鉱石の付着水分を１５〜２５質量％程度まで減らして乾燥した鉱石（以下、乾燥鉱石とも称する）を得る。次に焼成工程において上記乾燥鉱石を無煙炭等の石炭と共にロータリーキルンの装入端から装入する。ロータリーキルンの排出端にはバーナーが設けられており、ここで生成した燃焼ガスをロータリーキルン内に流すことによって石炭の燃焼と乾燥鉱石の８００〜１０００℃程度までの加熱処理を行う。これにより、残留している付着水の完全な除去と結晶水分の分解と除去、さらには乾燥鉱石の一部の還元処理を行い、乾燥及び還元処理された鉱石（以下、焼鉱とも称する）を得る。
【０００４】
次に熔融還元工程において上記した焼鉱を電気炉に装入し、ここで焼鉱の熔融還元処理を行う。これにより、ニッケル及び鉄を含有するフェロニッケルメタル（以下、単にメタルと称する）とフェロニッケルスラグ（以下、単にスラグと称する）が生成される。得られたメタルは精製工程で硫黄などの不純物が除去されてフェロニッケル製品となり、一方、スラグは高圧水による水砕処理が行われた後、コンクリート用細骨材、土木工事用資材等として利用される。
【０００５】
上記した乾燥や還元を行うロータリードライヤーやロータリーキルンは、筒状体を横にして回転可能に支持された構造を有しており、その内側に複数の羽状突起部が設けられている。この筒状体はその回転中心軸が水平方向からわずかに傾斜しており、これにより筒状体の一端部から装入された鉱石は、該筒状体の回転によって上記羽状突起部による持ち上げと落下の操作が連続的に繰り返されながら徐々に他端部に向かって移動し、その間に燃焼ガスによって乾燥等の処理が行われる。この処理の際に鉱石等由来のダストが発生する。このダストはロータリードライヤーやロータリーキルンから排出される排ガスと共に排出され、ロータリードライヤーやロータリーキルンに付随して設けられている排ガス処理設備で回収される。
【０００６】
ロータリードライヤーやロータリーキルンから排出されるダストは鉱石や石炭から生ずる微粉で主に構成されるが、排ガス処理設備で回収されるダストは鉱石と同程度のニッケルを含有するので、フェロニッケルの原料として再利用される。ダストを再利用する場合は、ダストをそのままロータリーキルン等に装入する場合もあるが、一般的には混練機等で混練してからペレタイザー等で造粒、乾燥してペレットもしくはブリケットの形態にした後、ロータリードライヤーもしくはロータリーキルンに繰り返すことが行われている。
【０００７】
例えば特許文献１には、微粉炭からブリケットを製造するに際して、ブリケットに成形する前の混練機において撹拌翼の回転数を一定にしたまま微粉炭の供給量の増減に応じてバインダーを添加するノズルの位置を変更する技術が開示されている。この特許文献１の技術は、バインダーを添加することが前提となっているため、当然のことながらバインダーを添加しないブリケットの製造方法には適用することは出来ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１３６２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したフェロニッケル製錬で発生するダストは、ロータリーキルンに装入される石炭の微粉や焼成された鉱石に由来するため一般的に濡れ性が低く、混練時に水を添加しても混練状態が不均一になりやすい。そのため、得られた混練物をペレタイザー等で造粒すると、強度の低い造粒物が作製されることが問題になっていた。具体的には、混練状態が不均質な混練物を用いて作製した造粒物はＪＩＳ  Ｚ  ８８４１に準拠して測定した１個当たりの圧潰強度が１０ｋｇｆ／ｐ未満になることがあった。
【００１０】
このように強度が１０ｋｇｆ／ｐ未満の造粒物は、ロータリードライヤーもしくはロータリーキルンに装入すると、その内部で上記した羽状突起部によって鉱石と共に持ち上げられたり落下したりしているうちに強度が低いためすぐに圧潰してしまい、ダストとして再飛散して排ガスと共に再び排出されることが多かった。従って、混練物の混練状態が均一であり、ロータリードライヤーやロータリーキルンに装入した時に容易に圧潰されることのない例えば１０ｋｇｆ／ｐ以上の強度を持つ造粒物の製造方法が求められていた。
【００１１】
本発明は上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、ニッケル酸化鉱石の乾燥工程および焼成工程において使用されるロータリードライヤーやロータリーキルンで発生するダストを用いて該ロータリードライヤーやロータリーキルンに装入した時に容易に壊れることのない高い強度を有するブリケットを作製することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明に係る混練物の製造方法は、ニッケル酸化鉱石の製錬工程から排出される排ガスに含まれるダストと粒径１０ｍｍ以下のニッケル酸化鉱石とを攪拌翼を備えた混練機で混練することで作製する混練物の製造方法であって、前記混練物を分析して求めた特定の物質の含有率に基づいて前記ダストと前記ニッケル酸化鉱石との混合比を算出し、前記混合比が所定の値よりも乖離した場合に前記撹拌翼の回転数を下げることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ニッケル酸化鉱石の乾燥や焼成を行うロータリードライヤーやロータリーキルンから排出される排ガスの処理設備で回収したダストから均質に混練された混練物を作製することができ、この混練物からブリケットを成形することによって、ロータリードライヤーやロータリーキルンに装入した時に壊れにくい高い強度を有するブリケットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る混練物の製造方法が好適に適用されるフェロニッケル製錬プラントの一具体例を示すフロー図である。
【図２】本発明に係る混練物の製造方法の一具体例を示す工程図である。
【図３】実施例で作製したブリケット試料の圧潰強度を横軸に混練機の電流値をとってプロットしたグラフである。
【図４】実施例で作製したブリケット試料の＋１０ｍｍ歩留りを横軸に混練機の電流値をとってプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１を参照しながら本発明に係るブリケット製造方法の一具体例について、ブリケット製造の原料としてダストとニッケル酸化鉱石を使用する場合を例に挙げて説明する。フェロニッケルの製錬では、一般的に複数のラテライト鉱石を所定の組成となるようにブレンドしたニッケル酸化鉱石の調合物が原料として使用される。この調合されたニッケル酸化鉱石は、先ずロータリードライヤー１に装入され、ここで含水率が１５〜２５質量％程度になるまで付着水分が低減され、乾燥鉱石となる。
【００１６】
得られた乾燥鉱石はロータリードライヤー１の排出端から排出された後、目開き１０〜５０ｍｍ程度の篩分手段２に投入される。ここで篩上の大きなサイズの鉱石が取り除かれた後、例えばパウダー状のニッケル化合物及び還元剤としての無煙炭などの石炭と共にロータリーキルン３に装入される。乾燥鉱石はこのロータリーキルン３内で更に乾燥された後、部分的に還元されて焼鉱となる。得られた焼鉱はロータリーキルン３の排出端から排出された後、電気炉４に送られ、ここで熔融還元されてニッケル及び鉄を含有するメタル及びスラグが生成される。
【００１７】
上記のロータリードライヤー１及びロータリーキルン３にはそれぞれ排ガス処理設備５、６が付随して設けられており、ロータリードライヤー１及びロータリーキルン３で発生したダストは排ガスと共に排出されてこれら排ガス処理設備５、６でそれぞれ回収される。回収されたダストはダストタンク７に送られて一旦貯留された後、その下部に設けられている定量フィーダー７ａによって切り出されて後段のパグミル型などのミキサー８に装入される。
【００１８】
ミキサー８に装入されたダストは、含水率１５〜３０質量％程度となるように水が添加されながら混合が行われる。ミキサー８で含水率の調節が行われたダスト（以下、調湿ダストと称する）は、更に例えばダウミキサーなどの混練機９を用いて混練されて混練物に形成された後、ブリケットマシン１０に供給される。これにより所定の形状を有するブリケットが作製される。このブリケットはフェロニッケルの原料としてロータリーキルン３に供給される。
【００１９】
ところで、上記したダストは主にロータリーキルン３で発生するため、このダストには原料としてのニッケル酸化鉱石から付着水が除去された乾燥鉱石の微粉、結晶水が部分的に除去された焼鉱の微粉、及び還元剤としての石炭の微粉を主に含んでいる。このようにダストには石炭や焼鉱が含まれるために濡れ性が低くなる傾向にあり、上記したように含水率が調整されたダストのみを圧縮成形して得たブリケットは造粒強度が不十分になる場合があった。
【００２０】
そこで、本発明に係るブリケットの製造方法の一具体例では、目開き１０ｍｍの篩分手段で篩別して得た粒径１０ｍｍ以下のニッケル酸化鉱石を混練機に供給して上記した調湿ダストと混練することによって、強度の高いブリケットの成形に適した粘稠で均質な混練物を作製している。以下、かかる混練物の製造方法について図２をも参照しながら具体的に説明する。
【００２１】
前述したように、ロータリードライヤー１やロータリーキルン３で発生したダストは排ガス処理設備５、６で回収された後、ダストタンク７に一時的に溜められる（Ｓ１）。このダストタンク７内のダストは、ダストタンク７の下部に設けられているロータリーバルブ７ａで略一定流量で切り出される（Ｓ２）。ロータリーバルブ７ａから切り出されたダストは、図示しないスクリューコンベアに投入されて略水平方向に搬送された後（Ｓ３）、パグミル型ミキサー８に供給される。パグミル型ミキサー８には流量の調節が可能なバルブを備えた配管から水が供給されており、攪拌翼による混合を行いながらダストの含水率が１５〜３０質量％になるように調湿される（Ｓ４）。
【００２２】
調湿されたダストはパグミル型ミキサー８から排出された後、図示しないダストベルトコンベアに投入されて略水平に搬送された後（Ｓ５）、混練機９に供給される。一方、ロータリードライヤー１で得られる乾燥鉱石を一部抜き出して図示しない目開き１０ｍｍの篩分手段で篩別を行い、篩下として１０ｍｍ以下の粒径を有する乾燥鉱石（以下、粉鉱石とも称する）を得る（Ｓ６）。この粉鉱石は図示しない粉鉱石ベルトコンベアによって搬送された後（Ｓ７）、混練機９に供給される。これにより調湿されたダストと粉鉱石との混練が行われる（Ｓ８）。
【００２３】
粉鉱石は濡れ性が非常に高いケイ酸塩鉱物を多く含むため、混練機９においてダストに混合することで後述するブリケット成形機で圧縮成型する時にバインダーとなる溶剤が添加されていなくても固く締まるようになる。その結果、ブリケット成形機で作製したブリケットは強制乾燥しなくとも極めて高い強度を有することになる。
【００２４】
混練機９に供給する粉鉱石は、ドライ基準で混練後の混練物１００質量部に対して粉鉱石が０質量部を超え４０質量部以下含まれるように供給量を調整するのが好ましく、２０質量部以上３８質量部以下含まれるように供給量を調整するのがより好ましい。粉鉱石は微量を添加しても効果が現れるが、当然ながら０質量部では上記したブリケットの強度を高める効果が得られない。一方、４０質量部よりも多く添加すると回収されるダストの量に対して添加される粉鉱石の量が多くなり過ぎるため、作製されるブリケットの量が多くなり過ぎて、ブリケット設備能力のアップや設備投資の増加に繋がる。
【００２５】
上記したように調湿されたダストと粉鉱石には、混練機９内で攪拌翼の回転によるせん断、転動、圧密などの作用により粒子同士の結合と粗大な塊の破断が繰り返されていき、粘りのある混練物の生成が促進される。得られた混練物は混練機９の排出部から排出された後、図示しない混練物ベルトコンベアで搬送されて（Ｓ９）、図示しない混練物ホッパーに一時的に溜められる（Ｓ１０）。そして、混練物ホッパーの底部から抜き出されて図示しない混練物ベルトフィーダーでブリケットマシン１０に定量供給され（Ｓ１１）、該ブリケットマシン１０で所定の形状に成型される（Ｓ１２）。なお、混練機９は少なくとも２軸の撹拌翼で混練する形式が好ましく、比較的均質に混練することが可能な水平２軸式の混練機がより好ましい。
【００２６】
混練機９から排出された混練物は、少なくとも上述した調湿ダストとニッケル酸化鉱石の添加割合を変化させた際にサンプリングし、これを分析して特定の物質の含有率を求め、得られた特定の物質の含有率に基づいてダストとニッケル酸化鉱石の混合比を算出する。そして、算出した混合比が所定の割合から乖離している場合は、撹拌翼の回転数を下げるようにする。これにより、混練機９内での滞留時間を長くできるので、より均質に混練された混練物を得ることができる。その結果、圧潰強度が１０ｋｇｆ／ｐ以上で且つブリケットサイズ＋１０ｍｍの歩留まりが８０％以上のブリケットを安定的に作製することができる。なお、サンプリングの位置は、混練機９の排出部から１点を採取しても良いし、２点以上を採取しても良い。
【００２７】
一般的には、混合が不十分な場合は撹拌翼の回転数を上げることが行われるが、上記した混練物の製造方法では粉鉱石に含まれている粘土鉱物の一種であるケイ酸塩鉱物をバインダーの代わりに使用するため、撹拌翼の回転数を上げると混練物が細かく寸断されるだけで終わってしまう。そこで、撹拌翼の回転数を下げ、粘土鉱物の影響で混練物の粘りが増加するようにダストと粉鉱石を徐々に混合させる。すなわち、撹拌翼の回転数を下げてゆっくりと混合させることで粘土鉱物の粘りを増加させながらダストを混ぜ込むことができ、よって、粉鉱物とダストが十分に混合された混練物を得ることができる。
【００２８】
上記したダストとニッケル酸化鉱石との混合比の算定のベースとなる特定の物質は、混練物に含まれる炭素分とするのが好ましい。炭素分が好ましい理由は、フェロニッケル製錬において原料として使用されるニッケル酸化鉱石は炭素分を１質量％程度しか含んでいないに対して、排ガスに随伴して排出されるダストにはロータリードライヤーおよびロータリーキルンにおいて微粉炭および還元剤として添加した石炭の微粉が３〜８質量％程度含んでいるからである。
【００２９】
すなわち、炭素分を３〜８質量％程度含有しているダストと炭素分を１質量％程度含有しているニッケル酸化鉱石とを混練機９に供給した場合、混練機９内での混練状態が不均一であれば、排出部で得られる混練物に含まれる炭素分に顕著なばらつきが生ずることになるからである。なお、混練機９に供給するダストの炭素含有率は定期的にサンプリングして測定しておくのが好ましく、これにより正確に混合比を算出することが可能になる。なお、鉱石の組成によってはＮｉ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２などを特定の物質とすることもできる。
【００３０】
上記した混練物の製造方法では、混練機９の混練状態を把握する指標の一つとして、原料の変動に応じて撹拌翼を回転駆動させる電動機の電流値（以下、混練機電流値とも称する）の変動を管理してもよい。具体的には粉鉱石の割合が増えるに従って電流値を上げるように管理する。その際の混練機電流値は所定の範囲を維持することが望ましい。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
フェロニッケル製錬工場において、原料としてのニッケル酸化鉱石の乾燥を行うロータリードライヤー及び焼成を行うロータリーキルンに付随して設けられている排ガス処理設備でダストを回収し、このダストに水と粉鉱石とを添加して混練物を作製した。具体的には、先ずパグミル型ミキサーを使用してダストに工業用水を添加して調湿ダストを生成し、得られた調湿ダストを粉鉱石と共に混練機に供給して混練を行った。混練機には有効容積３.６０ｍ３程度のダウ・ミキサー（登録商標）を使用した。
【００３２】
ダストと粉鉱石は湿潤基準の質量比で６５：３５の混合比率となるように混練機に供給した。この混合比率は、ドライ基準の質量比では６３：３７となる。混練機の撹拌翼は、その電動機の周波数が４５Ｈｚとなる回転数で運転し、この状態で混練機の排出部から試料１の混練物をサンプリングした。引き続き条件を変えずに運転し、しばらくして同じ位置から試料２の混練物をサンプリングした。次に、電動機の周波数が５０Ｈｚとなるように撹拌翼の回転数を上げ、しばらくして同じ位置から試料３の混練物をサンプリングした。更に、電動機の周波数が４５Ｈｚとなるように撹拌翼の回転数を下げ、しばらくして同じ位置から試料４の混練物をサンプリングした。
【００３３】
そして、上記の混練機に装入したダストおよびニッケル酸化鉱石の各々に含まれるＮｉ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、及びＣの組成、並びに上記の試料１〜４の混練物の各々に含まれるＮｉ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、及びＣの組成を燃焼赤外線吸収法やＩＣＰ発光分光分析法を用いて分析した。その分析結果を下記表１に示す。また、これらの分析結果から算出した混練物におけるダストとニッケル酸化鉱石との混合比を下記表２に示す。
【００３４】
【表１】
0006521310.tif 000002
【００３５】
【表２】
0006521310.tif 000003
【００３６】
上記表１及び表２の結果から、混練物の炭素含有量からダストと粉鉱石の混合比率を算定することにより、混練機内でのダストと粉鉱石の状態を管理できることが分かった。また、試料１〜４で得られたサンプルの炭素分析値から、混練機の回転数を下げることで、均質な混練物が得られることが分かった。また、炭素に代えて混練物のＭｇＯやＳｉＯ２の含有率に基づいて粉鉱石の混合比率を算定できることが分かった。
【００３７】
（実施例２）
混練機の撹拌翼を回転駆動させる電動機の周波数を５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、及び４５Ｈｚの順に変化させて、各々の周波数の運転の際に混練機の排出部から複数の混練物をサンプリングした以外は実施例１と同様にして混練物を作製した。そして、得られた混練物から４４ｍｍ角サイズのブリケットを作製し、その圧潰強度及び＋１０ｍｍ歩留りを測定した。サンプリングした各混練物から作製したブリケットの圧潰強度及び＋１０ｍｍ歩留りを、横軸を混練機の電流値として電動機の周波数毎にそれぞれ図３及び図４にプロットした。なお、ブリケットの圧潰強度はＪＩＳ  Ｚ  ８８４１に準拠して測定したブリケット１個当たりの強度とした。
【００３８】
これら図３及び図４の結果から、混練機の撹拌翼を回転駆動する電動機の周波数を下げること、具体的には電動機の周波数を５０Ｈｚや６０Ｈｚから４５Ｈｚに下げることで、圧潰強度１０ｋｇｆ／ｐ以上、＋１０ｍｍ歩留り８０％以上のブリケットを得ることができた。これは、混練機の撹拌翼の回転速度を下げることで混練機内での混練物の滞留時間を長時間確保することができ、よって、より均質で粘稠度の高い混練物を得ることができたためであると考えられる。
【符号の説明】
【００３９】
１      ロータリードライヤー
２      篩分手段
３      ロータリーキルン
４      電気炉
５、６  排ガス処理設備
７      ダストタンク
７ａ    定量フィーダー
８      ミキサー
９      混練機
１０    ブリケットマシン
Ｓ１    ダストタンクでの貯留工程
Ｓ２    ロータリーバルブによる切り出し工程
Ｓ３    スクリューコンベアによる搬送工程
Ｓ４    パグミル型ミキサーによる調湿工程
Ｓ５    ダストベルトコンベアによる搬送工程
Ｓ６    篩分手段による篩別工程
Ｓ７    粉鉱石ベルトコンベアによる搬送工程
Ｓ８    混練機による混練工程
Ｓ９    混練物ベルトコンベアによる搬送工程
Ｓ１０  混練物ホッパーでの貯留工程
Ｓ１１  混練物ベルトフィーダーによる定量供給工程
Ｓ１２  ブリケットマシンによる成形工程
【図１】
0006521310.tif 000004
【図２】
0006521310.tif 000005
【図３】
0006521310.tif 000006
【図４】
0006521310.tif 000007