(57)【要約】【課題】酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガス処理設備から回収されるダストを造粒して得られたペレットをロータリーキルンへ繰り返して鉱石とともに焼成を行なう際に、ペレットの搬送時に発塵せず、かつロータリーキルン内部で容易に再粉化しない強度を有するペレットが得られるロータリーキルンダストの処理方法を提供する。【解決手段】酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガス処理設備から回収されるダストの処理方法であって、前記ダストを、ペレタイザーを用いて調湿しながら造粒に付し、付着水を全量に対し２０〜２６重量％含有する造粒ペレットを得る工程、及び、得られたペレットを乾燥に付し、付着水を全量に対し１５〜１８重量％含有する乾燥ペレットを得る工程、を含むことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガス処理設備から回収されるダストの処理方法であって、
前記ダストを、ペレタイザーを用いて調湿しながら造粒に付し、付着水を全量に対し２０〜２６重量％含有する造粒ペレットを得る工程、及び、得られたペレットを乾燥に付し、付着水を全量に対し１５〜１８重量％含有する乾燥ペレットを得る工程、を含むことを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法。
【請求項２】
前記乾燥ペレットの平均圧壊強度は、前記造粒ペレットの平均圧壊強度に対し２０％以上上昇することを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンダストの処理方法。
【請求項３】
前記造粒ペレットの平均圧壊強度は、４〜８ｋｇであることを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンダストの処理方法。
【請求項４】
前記乾燥雰囲気の温度は、５０〜２５０℃であることを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンダストの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンダストの処理方法に関し、さらに詳しくは、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガス処理設備から回収されるダスト（以下、ロータリーキルンダストと呼称する場合がある。）を造粒して得られたペレットをロータリーキルンへ繰り返して鉱石とともに焼成を行なう際に、ペレットの搬送時に発塵せず、かつロータリーキルン内部で容易に再粉化しない強度を有するペレットが得られるロータリーキルンダストの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄とニッケルを主成分とする合金であるフェロニッケルの一般的な製造方法としては、ニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石であるガーニエライト鉱等の酸化ニッケル鉱石を原料として、乾燥工程、焼成工程、還元熔解工程及び精製工程からなる乾式製錬方法が用いられている。この方法では、通常、鉱石を予備乾燥した後に、ロータリーキルンを使用した焼成工程で処理される。
【０００３】
この焼成工程においては、予備乾燥された鉱石に無煙炭等の石炭が添加された後、ロータリーキルン内に装入し、８００〜１０００℃まで加熱し、付着水の除去（乾燥）と結晶水の分解除去（焼成）、さらに場合により予備還元を行ない、焼鉱を得る。その後、熔融還元工程においては、前記焼鉱が電気炉にて熔融還元され、粗フェロニッケルとスラグが形成される。
【０００４】
このとき、ロータリーキルン内では、鉱石の乾燥と焼成にともない多量のダストが発生するので、排ガス処理設備においてダストの回収が行なわれている。ここで回収されたロータリーキルンダストは、鉱石と同程度の品位のニッケルを含むので、通常、原料として再使用するために、ペレタイザー等で造粒してペレットとし、ロータリーキルンに繰り返して鉱石とともに焼成する方法がとられている。
【０００５】
しかしながら、ロータリーキルンダストは均一なものではなく、部分的に焼成された焼鉱、及び燃料あるいは還元剤として使用している石炭の微粉を含んでいるため、その造粒性はきわめて悪く、得られるペレットの強度は低く、造粒強度の指標となる圧壊強度も不十分であった。そのため、このペレットをロータリーキルンに繰り返した際に、ペレットの一部はロータリーキルン内で容易に再粉化して再度ダストとして回収される。これにより、焼成−ダスト回収系を循環するダスト量が増加し、ロータリーキルンの鉱石処理能力を圧迫するとともに、ダストの取出し、移動作業の負荷増加ならびに造粒に費やされるコストが大きくなっていた。したがって、ロータリーキルンダストのペレットがロータリーキルン内で粉化することを防止してロータリーキルンダストの増大を抑制するため、ダストを造粒して得られるペレットの強度を高めることが求められている。
【０００６】
この対策として、ペレット強度の向上を図るため、造粒時にダスト等の粉体にベントナイト、コーンスターチ等のバインダーを添加する方法が行われている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、このようなバインダーを添加する方法をロータリーキルンダストに採用した場合、造粒により得られたペレット（以下、造粒ペレットと呼称する場合がある。）に、所望の強度を得るために必要とされるバインダーの添加量は、ダスト１００重量部に対して３〜１０重量部と多量になる。そのため、バインダーにより製造コストが増加するとともに、バインダーの添加量増加につれダストの造粒での処理量が減少するという問題がある。
【０００７】
また、別の方法として、造粒ペレット中の付着水をほぼ完全に除去するように乾燥することで乾燥後のペレット（以下、乾燥ペレットと呼称する場合がある。）の強度を向上させる方法が行なわれている。しかしながら、このような方法をロータリーキルンダストに採用した場合、造粒ペレット中の付着水を工業上実用的な処理時間でほぼ完全に除去するためには、かなりの高温度での加熱が必要とされ、それにより、乾燥時に造粒ペレットが破裂し、粉化するなどの問題が生じる。そのため、低温度で徐々に乾燥させる際には、乾燥ペレットの含水率を低下させるほど乾燥速度が減少するため、含水率を数重量％レベルまで低下させるためには長時間を要するので、大規模な設備投資が必要であり、工業的に経済上の問題があった。また、含水率が１０重量％程度の乾燥ペレットでは、搬送時の乾燥のため発塵しやすいという問題もあった。なお、含水率とは、ペレット中の全量に対する付着水の含有率を表す。
【０００８】
以上の状況から、ベルトコンベアでの搬送時に発塵し難く、かつロータリーキルンに繰り返したときに容易に破裂及び粉化しない、圧壊強度の高いペレットを得ることが求められていた。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２０６１２０号公報（第１頁、第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガス処理設備から回収されるダスト（以下、ロータリーキルンダストと呼称する場合がある。）を造粒して得られたペレットをロータリーキルンへ繰り返して鉱石とともに焼成を行なう際に、ペレットの搬送時に発塵せず、かつロータリーキルン内部で容易に再粉化しない強度を有するペレットが得られるロータリーキルンダストの処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記目的を達成するために、ロータリーキルンキルンダストの処理方法について、鋭意研究を重ねた結果、該ダストを特定の含水率になるように造粒し、次いで得られた造粒ペレットを特定の含水率になるように乾燥したところ、得られた乾燥ペレットをロータリーキルンへ繰り返して鉱石とともに焼成を行なう際に、ペレットの搬送時に発塵せず、かつロータリーキルン内部で容易に再粉化しない強度を有するペレットが得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガス処理設備から回収されるダストの処理方法であって、
前記ダストを、ペレタイザーを用いて調湿しながら造粒に付し、付着水を全量に対し２０〜２６重量％含有する造粒ペレットを得る工程、及び、得られたペレットを乾燥に付し、付着水を全量に対し１５〜１８重量％含有する乾燥ペレットを得る工程、を含むことを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記乾燥ペレットの平均圧壊強度は、前記造粒ペレットの平均圧壊強度に対し２０％以上上昇することを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法が提供される。
【００１４】
また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、前記造粒ペレットの平均圧壊強度は、４〜８ｋｇであることを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法が提供される。
【００１５】
また、本発明の第４の発明によれば、第１の発明において、前記乾燥雰囲気の温度は、５０〜２５０℃であることを特徴とするロータリーキルンダストの処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のロータリーキルンダストの処理方法は、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガス処理設備から回収されるダストを、所定の含水率になるように造粒し、次いで得られた造粒ペレットを所定の含水率になるように効率的に乾燥することにより、得られる乾燥ペレットの平均圧壊強度が造粒ペレットのそれに対し２０％以上向上する。そのため、ダストを造粒して得られたペレットをロータリーキルンへ繰り返して鉱石とともに焼成を行なう際に、ペレットの搬送時に発塵せず、かつロータリーキルン内部で容易に再粉化しない強度を有する乾燥ペレットを得ることができる。したがって、この乾燥ペレットをロータリーキルンに繰り返した際に、ダスト発生率の増加を抑制することができ、それに伴い、繰返しダスト量の低減と鉱石処理の増産が可能となる。しかも、乾燥ペレットの含水率が高いので水分除去量が大幅に低減でき、小規模の乾燥設備による対応が可能となるので、その工業的価値は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のロータリーキルンダストの処理方法を詳細に説明する。
本発明のロータリーキルンダストの処理方法は、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガス処理設備から回収されるダストの処理方法であって、前記ダストを、ペレタイザーを用いて調湿しながら造粒に付し、付着水を全量に対し２０〜２６重量％含有する造粒ペレットを得る工程、及び、得られたペレットを乾燥に付し、付着水を全量に対し１５〜１８重量％含有する乾燥ペレットを得る工程、を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明において、ロータリーキルンダストの造粒に際して、ペレタイザーを用いて、付着水を全量に対し２０〜２６重量％含有する造粒ペレットを得ること、及びこの造粒ペレットの乾燥に際して、付着水を全量に対し１５〜１８重量％含有する乾燥ペレットを得ることが重要である。これによって、乾燥時の脱水量が少ないので、比較的低い温度での乾燥が行なえ、乾燥設備が簡易になる。また、乾燥ペレットの含水率が高いので、ペレットの搬送時に発塵しない。さらに、ペレット強度の重要な指標である平均圧壊強度が乾燥前の造粒ペレットのそれに比べて２０％以上、例えば、２０〜１００％上昇し、ロータリーキルンへ繰り返した際に非常に有効な効果を奏するペレット強度が達成される。なお、平均圧壊強度の上昇率は、特に限定されるものではないが、通常の場合、上記乾燥ペレットでは、その上限が１００％以下である。このような強度を有するペレットをロータリーキルンに繰り返した際には、容易に再粉化しないので、ロータリーキルン内でのダストの発生が大幅に低下する。
【００１９】
ここで、ロータリーキルンダストの造粒性並びに本発明による造粒工程及び乾燥工程とペレットの圧壊強度の改善への作用について説明する。
上記方法に用いるロータリーキルンダストとしては、酸化ニッケル鉱石の焼成を行なうロータリーキルンの排ガスから回収されるダストであり、鉱石から付着水が除去され、さらに部分的に結晶水が除去された焼鉱を主成分とするものからなる。したがって、その造粒性はきわめて悪い。その代表例としては、原料の酸化ニッケル鉱石がガーニエライト鉱である場合、Ｎｉ品位が２．５〜２．９重量％、Ｆｅ品位が２０〜２２重量％、ＭｇＯ品位が１７〜１９重量％、ＳｉＯ２品位が３２〜３５重量％、灼熱減量が４〜６重量％であり、通常の原料鉱石と比べて、灼熱減量が低下し、鉄が上昇している。
【００２０】
上記酸化ニッケル鉱石としては、一般に、ガーニエライト鉱等のケイ酸マグネシウム鉱石が使用される。最も一般的に用いられるガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱換算でＮｉ品位が２．１〜２．５重量％、Ｆｅ品位が１１〜２３重量％、ＭｇＯ品位が２０〜２８重量％、ＳｉＯ２品位が２９〜３９重量％、ＣａＯ品位が＜０．５重量％、灼熱減量が１０〜１５重量％であり、ロータリーキルンへ装入される原料鉱石には、１０〜３０重量％の付着水と灼熱減量分の結晶水が含有されている。なお、ロータリーキルンでの焼成においては、後工程の還元熔融でのトラブルの回避のため、これらの水分をほぼ完全に除去することが求められる。
【００２１】
上記処理方法の造粒工程は、ペレタイザーを用いて調湿しながら造粒に付し、付着水を全量に対し２０〜２６重量％含有する造粒ペレットを得る工程である。すなわち、造粒ペレットの含水率が２６重量％を超えると、ダスト同士が付着しやすく不均一に付着し略球状にならないため、造粒ペレットの圧壊強度は低い。一方、造粒ペレットの含水率が２０重量％未満では、ダスト同士が付着し難く、安定した造粒操業が困難である。
【００２２】
上記造粒ペレットとしては、特に限定されるものではないが、ペレタイザーでの造粒性と得られたペレットのハンドリング性から平均直径が５〜２０ｍｍの略球状のペレットが製造される。
【００２３】
上記造粒ペレットの平均圧壊強度としては、特に限定されるものではなく、造粒水の添加率以外に、ペレタイザーの回転数、ダスト装入速度、滞留時間等の運転条件を調整して製造されるものであるが、例えば、４〜８ｋｇにすることが好ましい。すなわち、平均圧壊強度が４ｋｇ未満では、所望の乾燥ペレットの平均圧壊強度が得られない。一方、平均圧壊強度が８ｋｇを超えるペレットでは、ペレット表面の空隙が極端に少ないため、乾燥時に造粒ペレットが破裂し、粉化するなどの問題が生じる。
なお、上記平均圧壊強度の測定は、各ペレットの中から直径が１２〜１５ｍｍで略球状であるペレット１０サンプルをランダムに選び、電子天秤を用いてペレットが割れるまでの垂直荷重を求めることにより行なった。
【００２４】
上記方法に用いる造粒の手段としては、特に限定されるものではなく、パン型、ドラム型等の通常のペレタイザーが使用される。ここで、造粒水は、その全量をペレタイザーで噴霧してもよく、事前にその一部をロータリーキルンダストと混練しておいてもよい。
【００２５】
上記処理方法の乾燥工程は、造粒ペレットを乾燥に付し、付着水を全量に対し１５〜１８重量％含有する乾燥ペレットを得る工程である。すなわち、乾燥ペレットの含水率が１８重量％を超えると、平均圧壊強度の上昇幅が低く、例えば、乾燥前の造粒ペレットのそれに比べて２０％未満であり、ロータリーキルンへ繰り返した際に有効な効果を奏するペレット強度が達成されない。一方、乾燥ペレットの含水率が１５重量％未満では、それ以上の平均圧壊強度の上昇は得られず、乾燥処理が無駄になるとともに、搬送時の発塵に繋がる。
【００２６】
ここで、含水率が２０〜２２重量％の造粒ペレットの乾燥処理でのペレットの残留水分率と平均圧壊強度の挙動を、図を用いて説明する。図１は、乾燥温度が５０、１００、１５０及び２００℃での乾燥処理で得られた乾燥ペレットの残留水分率と平均圧壊強度の関係を表す。また、図２は、造粒ペレットを自然乾燥（１〜４は、ロット番号を示す。）したときの乾燥ペレットの残留水分率と平均圧壊強度の関係を表す。なお、残留水分率とは、乾燥ペレットの含水率に当たる。
図１、２より、乾燥が進み、残留水分率が１８重量％以下に低下すると、乾燥ペレットの平均圧壊強度が造粒ペレットのそれに対し２０％以上向上すること、及びさらに乾燥が進み、残留水分率が１５重量％未満に低下しても、それ以上の平均圧壊強度の向上は得られないことが分かる。例えば、さらに乾燥が進み、残留水分率が５重量％まで低下しても平均圧壊強度は向上せずほぼ一定値を示している。また、ここで得られた平均圧壊強度の向上は、ロータリーキルンへ繰り返した際に非常に有効な効果を奏するペレット強度を達成するものである。
【００２７】
すなわち、このような造粒ペレットの乾燥処理でのペレットの残留水分率と平均圧壊強度の挙動としては、次のように説明される。乾燥により、まず表面層の水分が蒸発し、表面強度が向上する。この段階は、乾燥ペレットの平均圧壊強度が造粒ペレットのそれに対し２０％以上向上する状態であろう。この後、表面層からの乾燥が進んでも内部は強度の低い状態が続くので、最終の完全乾燥状態に至るまでの間は、この強度が持続されるものと思われる。
したがって、乾燥ペレットの平均圧壊強度を向上させるための乾燥条件としては、乾燥ペレットの含水率が１５〜１８重量％になるように行なうことが、ペレット強度の改善とともに、経済性からも好適である。
【００２８】
上記乾燥の方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、図２に示したように、天日による自然乾燥でも行なえるが、所望の乾燥状態を得るため最低限７〜１０日を必要とし、かつ場所的な制約からも、工業上は、熱風等の乾燥雰囲気の温度を５０〜２５０℃、好ましくは乾燥速度のより大きな２００〜２５０℃にして迅速に乾燥することが行なわれる。すなわち、乾燥雰囲気の温度が２５０℃を超えると、急速な水分の蒸発により、ペレットにヒビ又は破裂が生じる。一方、５０℃未満では、乾燥速度が遅いので、処理時間が長くなる。なお、例えば、ペレットの含水率を３重量％低下させるには、５０℃で約４０分、１００℃では１５分、２００℃では６分と乾燥温度の上昇により乾燥速度が大幅に上昇する。
【実施例】
【００２９】
以下に、本発明の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例で用いたペレットの平均圧壊強度の評価方法は、以下の通りである。
（１）平均圧壊強度の測定：各ペレットの中から直径１２〜１５ｍｍで略球状形のペレット１０サンプルをランダムに選んで測定して平均値を求めた。測定は、電子天秤を用いペレットが割れるまでの垂直荷重を測定した。
【００３０】
（実施例１）
フェロニッケル製錬プロセスのロータリーキルンから産出されたダストをパン直径約５ｍのペレタイザーにより造粒し、含水率２０．３重量％及び平均圧壊強度５．２ｋｇの造粒ペレットを得た。次いで、この造粒ペレットを、乾燥機を用い、１００℃の温度で所定時間乾燥し、乾燥ペレットの含水率が１５〜１８重量％のときの平均圧壊強度を測定し、乾燥ペレットの平均圧壊強度の造粒ペレットのそれに対する上昇率を求めた。結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2008144229.tif 000002
【００３２】
（実施例２）
フェロニッケル製錬プロセスのロータリーキルンから産出されたダストをパン直径約５ｍのペレタイザーにより造粒し、含水率２１．２重量％及び平均圧壊強度５．３ｋｇの造粒ペレットを得た。次いで、この造粒ペレットを、乾燥機を用い、１５０℃の温度で所定時間乾燥し、乾燥ペレットの含水率が１５〜１８重量％のときの平均圧壊強度を測定し、乾燥ペレットの平均圧壊強度の造粒ペレットのそれに対する上昇率を求めた。結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
2008144229.tif 000003
【００３４】
（実施例３）
フェロニッケル製錬プロセスのロータリーキルンから産出されたダストをパン直径約５ｍのペレタイザーにより造粒し、含水率２０．８重量％及び平均圧壊強度５．１ｋｇの造粒ペレットを得た。次いで、この造粒ペレットを、乾燥機を用い、２００℃の温度で所定時間乾燥し、乾燥ペレットの含水率が１５〜１８重量％のときの平均圧壊強度を測定し、乾燥ペレットの平均圧壊強度の造粒ペレットのそれに対する上昇率を求めた。結果を表３に示す。
【００３５】
【表３】
2008144229.tif 000004
【００３６】
表１〜３より、実施例１〜３では、本発明にしたがって行なわれたので、得られる乾燥ペレットの平均圧壊強度が上昇し、造粒ペレットのそれに対し２０％以上向上することが分かる。これにより、ダストを造粒して得られたペレットをロータリーキルンへ繰り返して鉱石とともに焼成を行なう際に、ペレットの搬送時に発塵せず、かつロータリーキルン内部で容易に再粉化しない強度を有する乾燥ペレットを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上より明らかなように、本発明のロータリーキルンダストの処理方法は、ダストを造粒して得られたペレットをロータリーキルンへ繰り返して鉱石とともに焼成を行なう際に、ペレットの搬送時に発塵せず、かつロータリーキルン内部で容易に再粉化しない強度を有する乾燥ペレットを得ることができるので、繰返しダスト量の低減と鉱石処理の増産を可能とする手段として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】乾燥温度が５０、１００、１５０及び２００℃での乾燥処理で得られた乾燥ペレットの残留水分率と平均圧壊強度の関係を表す図である。
【図２】造粒ペレットを自然乾燥（１〜４は、ロット番号を示す。）したときの乾燥ペレットの残留水分率と平均圧壊強度の関係を表す図である。
【図１】
2008144229.tif 000005
【図２】
2008144229.tif 000006