(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製錬により金属を作製するために用いられる金属の原料となる固体状の物質である金属原料に対して、（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含みかつ重量平均分子量が７００００００以下であるポリマーが溶解された液体を添加する工程を有する、金属原料の凝集抑制方法。
【請求項２】
前記液体の添加前における金属原料が水を含有する、請求項１に記載の金属原料の凝集抑制方法。
【請求項３】
前記ポリマーが水溶性であり、
前記液体は、前記ポリマーが溶解された水溶液である、請求項２に記載の金属原料の凝集抑制方法。
【請求項４】
前記ポリマーの重量平均分子量が、１０００〜１００００である、請求項１から３のいずれかに記載の金属原料の凝集抑制方法。
【請求項５】
前記金属原料の移送中における閉塞を防止すべき箇所の閉塞防止方法であって、
請求項１から４のいずれかに記載の金属原料の凝集抑制方法が、前記金属原料を前記閉塞すべき箇所に到達させるまでの間に行われる、閉塞防止方法。
【請求項６】
請求項５に記載の閉塞防止方法により閉塞を防止すべき箇所の閉塞を防止する工程と、
前記金属原料から目的とする金属を得る工程とを有する、製錬された金属の作製方法。
【請求項７】
製錬により金属を作製するために用いられる金属の原料となる固体状の物質である金属原料の凝集を抑制するために用いる金属原料の凝集抑制剤であって、
（メタ）アクリル酸をモノマー単位として、全構成モノマーの総モル数に対して９０モル％以上含みかつ重量平均分子量が７００００００以下であるポリマーからなる、金属原料の凝集抑制剤。
【請求項８】
製錬により金属を作製するために用いられる金属の原料となる固体状の物質である金属原料の凝集を抑制するために用いる金属原料の凝集抑制剤であって、
（メタ）アクリル酸をモノマー単位として、全構成モノマーの総モル数に対して７０モル％以上含みかつ重量平均分子量が１００００以下であるポリマーからなる、金属原料の凝集抑制剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属原料の凝集抑制方法、閉塞防止方法、製錬された金属の作製方法、及び、金属原料の凝集抑制剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、製錬等において金属原料を移送させる際に、金属原料が凝集して塊となることが知られており、この金属原料の凝集のためにホッパーの出口や、配管等が閉塞するという問題がある。
【０００３】
そこで、ホッパーの出口等の閉塞の対策として、様々な方法が開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ホッパーの出口に付着した塊を、回転可能な刃部によって削ぎ落とすことで、ホッパーの出口の閉塞を防止するホッパーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１２１７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のような物理的方法による閉塞の防止は、閉塞を防止すべき箇所の設備を直接改造等を行って、閉塞を防止すべき箇所の設備に閉塞防止装置を設ける必要があり、そのような設備を設けるのには手間がかかる。
【０００７】
また、上記設備を設けない場合、あるいは、設けることができない場合は、閉塞した箇所を直接人力で洗浄する方法が知られているが、かかる方法の場合、その設備を停止させる必要があったり、人力で作業をする必要があるため、このような方法は作業として煩雑であり、利用性が低い。
【０００８】
本発明は以上の実情に鑑みてなされたものであり、簡便に金属原料の凝集を抑制可能な、新規な金属原料の凝集抑制方法、閉塞防止方法、製錬された金属の作製方法、及び、金属原料の凝集抑制剤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】
【０００９】
本発明者らは、金属原料に対して、（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含みかつ重量平均分子量が７００００００以下であるポリマーが溶解された液体を添加することで、金属原料が凝集しにくくなることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【００１０】
（１）  金属原料に対して、（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含みかつ重量平均分子量が７００００００以下であるポリマーが溶解された液体を添加する工程を有する、金属原料の凝集抑制方法。
【００１１】
（２）  前記液体の添加前における金属原料が水を含有する、（１）に記載の金属原料の凝集抑制方法。
【００１２】
（３）  前記ポリマーが水溶性であり、
前記液体は、前記ポリマーが溶解された水溶液である、（２）に記載の金属原料の凝集抑制方法。
【００１３】
（４）  前記ポリマーの重量平均分子量が、１０００〜１００００である、（１）から（３）のいずれかに記載の金属原料の凝集抑制方法。
【００１４】
（５）  金属原料の移送中における閉塞を防止すべき箇所の閉塞防止方法であって、
（１）から（４）のいずれかに記載の金属原料の凝集抑制方法が、前記金属原料を前記閉塞すべき箇所に到達させるまでの間に行われる、閉塞防止方法。
【００１５】
（６）  （５）に記載の閉塞防止方法により閉塞を防止すべき箇所の閉塞を防止する工程と、
前記金属原料から目的とする金属を得る工程とを有する、製錬された金属の作製方法。
【００１６】
（７）  （メタ）アクリル酸をモノマー単位として含みかつ重量平均分子量が７００００００以下であるポリマーからなる、金属原料の凝集抑制剤。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡便に金属原料の凝集を抑制可能な、新規な金属原料の凝集抑制方法、閉塞防止方法、製錬された金属の作製方法、及び、金属原料の凝集抑制剤を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００１９】
＜金属原料の凝集抑制方法＞
本発明の金属原料の凝集抑制方法は、金属原料に対して、（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含みかつ重量平均分子量が７００００００以下であるポリマーが溶解された液体を添加する工程を有する。これにより、本発明は、簡便に金属原料の凝集を抑制可能することができる。
【００２０】
上記液体を金属原料に対して添加することで、金属原料にポリマーが吸着し、金属原料同士が電気的に反発することで、滑り性が向上し、金属原料が凝集することが抑制される。この電気的反発は、ポリマーの重量平均分子量が７００００００以下であることにより、より一層強くなるため、金属原料の凝集の抑制が向上される。また、ポリマーが液体に溶解しているため、添加時に金属原料に対して分散しやすい。本発明の金属原料の凝集抑制方法は、これにより、優れた金属原料の凝集抑制効果を得られるものと推測される。
【００２１】
（添加工程）
本発明における添加工程は、金属原料に対して、（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含みかつ重量平均分子量が７００００００以下であるポリマーが溶解された液体を添加する工程である。
【００２２】
本明細書において、「金属原料」とは、製錬により金属を作製するために用いられる金属の原料となる固体状の物質を指し、例えば、金属の鉱石（例えば、鉄鉱石、金鉱石等）や、金属の製錬の過程における化学反応により生じた副生成物（例えば、転炉、高炉、電気炉等の炉における加熱による反応で発生したダスト）を用いることができる。
【００２３】
金属原料は、特に限定されず、例えば、鉄、金、銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、クロム、チタン、マンガン、タングステン、モリブデン、コバルト、ニッケル等の金属の金属原料が挙げられる。これらは、１種の金属の金属原料であってもよく、２種以上の金属の金属原料であってもよい。
【００２４】
金属原料は、水を含有するものであってもよく、含有しないものであってもよいが、水を含有する場合、水分が金属原料をより一層凝集させる。しかしながら、本発明の凝集抑制方法は、水を含んで凝集しやすくなった金属原料の凝集も抑制できるため、添加前において、水を含有する金属原料の凝集の抑制に適している。液体の添加前において金属原料が水を含む場合、含水率は、特に限定されず、金属原料の表面の特性や、金属原料の粒径の分布等に応じて、適宜選択することができ、例えば、１〜５０％であってもよい。なお、本明細書における「含水率」とは、金属原料全体の質量に対する、金属原料に含まれる水の質量の割合を百分率（パーセント）で表したものを指す。
【００２５】
金属原料の粒径は、特に限定されず、例えば、平均粒径が０．０１〜１．０ｍｍのものを用いることができる。なお、金属原料の平均粒径は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に準拠した適切な目開きの篩を用い、篩の目を通ったか否かを判断することで、測定する。
【００２６】
本発明における（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含むポリマー（以下、本明細書において、「本発明におけるポリマー」ということがある。）の種類は、重量平均分子量が７００００００以下であれば、特に限定されず、例えば、ポリ（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸と共重合可能なモノマー（例えば、エチレン等のビニル化合物、エチレングリコール、２−アクリルアミドー２メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、３−アリロキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸（ＨＡＰＳ）等）と（メタ）アクリル酸との共重合体等又はこれらの塩が挙げられる。これらのうち、優れた金属原料の凝集抑制効果を得られることから、本発明におけるポリマーは、ポリ（メタ）アクリル酸又はその塩（例えば、ポリ（メタ）アクリル酸ナトリウム等）であることが好ましい。
【００２７】
本発明におけるポリマーは、架橋剤により、架橋されたものであってもよいが、本発明におけるポリマーが架橋されると、液体に対して溶解しにくくなったり、あるいは、液体の粘度が増したりして、添加時において金属原料に対して分散しにくくなり、金属原料の凝集抑制効果が損なわれるおそれがある。よって、優れた金属原料の凝集抑制効果を得られることから、本発明におけるポリマーは、架橋されていないものであることが好ましい。
【００２８】
本発明におけるポリマーの重量平均分子量は、７００００００以下であれば、特に限定されず、例えば、１００〜１００００００であってよいが、添加時における金属原料に対する分散性が高くなり、高い凝集抑制効果を得られることから、１５０〜１０００００であることが好ましく、２００〜８００００であることがより好ましく、５００〜５００００であることが更に好ましく、１０００〜１００００であることが最も好ましい。なお、本発明においてポリマーの重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定する。
【００２９】
本発明におけるポリマーを構成する、（メタ）アクリル酸の、モノマーの全構成モノマーの総モル数に対するモル数は、特に限定されず、例えば、本発明におけるポリマーが、（メタ）アクリル酸と共重合可能なモノマーを含む場合、該共重合可能なモノマーの性質等に応じて、適宜選択することができるが、例えば、５０モル％以上であってもよい。（メタ）アクリル酸のモノマー単位の量が多い方が、優れた凝集抑制効果を得られる。このことから、本発明におけるポリマーの全構成モノマーの総モル数に対する、（メタ）アクリル酸のモノマーのモル数は、７０モル％以上であることが好ましく、８０モル％以上であることがより好ましく、９０モル％以上であることが更に好ましい。
【００３０】
本発明における（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含むポリマーが溶解する液体は、本発明におけるポリマーの性質に合わせて適宜溶解可能な液体を選択することができ、例えば、水、エタノール、メタノール等をあげることができる。これらのうち、金属原料が水を含むものであり、本発明におけるポリマーが水溶性である場合、本発明におけるポリマーが溶解された液体は水溶液となる。この場合、水溶液の溶媒である水と金属原料中の水が同一成分であるため、金属原料に対して本発明におけるポリマーが分散しやすくなり、優れた金属原料の凝集抑制効果を得ることができる。このことから、本発明におけるポリマーが水溶性であり、該ポリマーが溶解された液体が水溶液であることが好ましい。
【００３１】
本発明におけるポリマーが溶解された液体（以下、本明細書において、「本発明における液体」ということがある。）の添加により、結果的に金属原料に対して添加される本発明におけるポリマーの量は、特に限定されないが、滑り性を向上させ、優れた凝集抑制効果を得られることから、金属原料全体の質量に対して０．００１〜１０質量％添加することが好ましく、０．０５〜５質量％添加することがより好ましく、０．０１〜１質量％添加することが更に好ましい。
【００３２】
本発明における液体中の本発明におけるポリマーの含有量は、特に限定されず、例えば、本発明におけるポリマーが上記で述べたように金属原料に対して添加されるように適宜調整してもよいが、例えば、本発明における液体全体の質量に対して、０．００１〜１０質量％であってもよい。
【００３３】
本発明における液体の粘度は、特に限定されず、例えば、５０〜５０００ｍＰａ・ｍであってもよい。ただし、本発明における液体の粘度が高くなりすぎると、添加の際に金属原料全体に、ポリマーが行きわたりにくくなり、かえって凝集抑制効果を得られにくくなる。この観点で高い凝集抑制効果を得るためには、本発明における液体の粘度は、４５０ｍＰａ・ｍ以下であることが好ましく、３５０ｍＰａ・ｍ以下であることがより好ましく、３００ｍＰａ・ｍ以下であることが更に好ましい。なお、本発明における液体の粘度は、Ｂ型粘度計により測定する。
【００３４】
ポリマーの添加方法については、特に限定されず、添加対象である金属原料に対して、噴霧、塗布等の手段を用いることができるが、金属原料に対する分散性が増し、より優れた凝集抑制効果を得られることから、噴霧により添加することが好ましい。このような噴霧するための手段としては、従来の公知の方法を用いることができ、例えばポンプで加圧し、スプレーノズルにより、本発明におけるポリマーが溶解された液体を噴霧することができる。
【００３５】
本発明の金属原料の凝集抑制方法は、製錬により金属を作製する過程で発生し得る、閉塞を防止すべき箇所の閉塞の防止に用いることに適しているが、その用途は特に限定されず、金属原料の凝集抑制を必要とされるあらゆる用途に用いることができる。
【００３６】
＜閉塞防止方法＞
本発明の閉塞防止方法は、金属原料の移送中における閉塞を防止すべき箇所の閉塞防止方法であって、上記の金属原料の凝集抑制方法が、金属原料を閉塞すべき箇所に到達させるまでの間に行われる。このように、金属原料の移送中において、金属原料を閉塞すべき箇所に到達させるまでの間に、上記の金属原料の凝集抑制方法を行うことで、閉塞を防止することができる。
【００３７】
本発明において、「閉塞を防止すべき箇所」とは、金属原料の移送中において、金属原料が凝集することで閉塞し得る箇所のことを指す。閉塞を防止すべき箇所の例としては、例えば、ホッパーの出口、シュート等が挙げられる。また、金属原料の移送は、例えば、製錬された金属を作製する過程における金属原料の移送等が挙げられる。
【００３８】
上記の金属原料の凝集抑制方法は、金属原料を閉塞すべき箇所に到達させるまでの間に行われれば、どのようなときに行ってもよく、例えば、金属原料を移送する途中で、閉塞すべき箇所に到達させるまでの間に、ベルトコンベア等の運搬手段を用いる工程を有する場合、このような運搬手段（上流部である方が好ましい）において、金属原料の凝集抑制方法を行うことで、コンベア等の乗り継ぎにおいて、上記の液体が添加された金属原料の混合が促進され、本発明におけるポリマーが金属原料の隅々まで行きわたり、結果として凝集抑制効果が向上する。この観点で、ベルトコンベア等の運搬手段において金属原料の凝集抑制方法を行うことが好ましい。ただし、これに限定されず、金属原料の移送を始める前（例えば、金属原料の保管中）に、上記の金属原料の凝集抑制方法を行ってもよく、混練機により金属原料の混合を行った後に移送を行い、その移送の際に行ってもよい。
【００３９】
上記の金属原料の凝集抑制方法における添加工程は、人力で行ってもよく、自動で行ってもよい。自動で行う場合は、例えば、機械により、金属原料の移送中において、金属原料を検出し、それに応じて自動で上記添加工程が行われるように行ってもよい。
【００４０】
＜金属の作製方法＞
本発明の金属の作製方法は、上記の閉塞防止方法により閉塞を防止すべき箇所の閉塞を防止する工程と、金属原料から目的とする金属を得る工程とを有する、製錬された金属の作製方法である。本発明の金属の作製方法を用いることで、閉塞を防止すべき箇所の閉塞を防止しながら、製錬された金属を作製できるので、効率的な、製錬された金属の作製が可能である。
【００４１】
（閉塞防止工程）
本発明における閉塞防止工程は、閉塞防止方法により閉塞を防止すべき箇所の閉塞を防止する工程である。この閉塞防止方法は、上記で述べた閉塞防止方法と同様のものを用いることができる。また、この閉塞防止方法は、後述の目的とする金属を得る工程を行うまでの間のいずれにおいて行ってもよい。
【００４２】
（金属を得る工程）
本発明における金属を得る工程は、金属原料から目的とする金属を得る工程である。これにより、製錬された金属を作製することができる。
【００４３】
金属原料から目的とする金属を得る方法は、従来の公知の手段のいずれも用いることができ、金属原料の種類に応じて、適宜選択することができる。例えば、金属原料の種類に応じて、湿式製錬又は乾式製錬を選択して、製錬を行うことで、目的とする金属を得ることができる。
【００４４】
＜金属原料の凝集抑制剤＞
本発明の金属原料の凝集抑制剤は、（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含むみかつ重量平均分子量が７００００００以下であるポリマーからなる。（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含むポリマーは、上述の凝集抑制方法の、本発明におけるポリマーと同様のものを用いることができる。本発明の金属原料の凝集抑制剤によると、閉塞を防止すべき箇所において発生しうる金属原料の凝集を抑制することができるので、結果的に閉塞を防止することができる。
【実施例】
【００４５】
＜実施例１＞
実機を模擬した机上ミニホッパー（日陶科学社製ＡＮＦ−３０）の投入前に、あらかじめ、ポリマーとしてのポリアクリル酸ソーダ（水溶性、分子量約６０００）を水に溶解させた水溶液を、製鋼時における電気炉から排出された製鋼ダストである高水分含有鉄鉱石（含水率：１８％）に対して添加し、その後、上記机上ミニホッパーに鉱石を投入し、投入した鉱石の全量がホッパーから落下するまでの時間を計測した。この際、ポリアクリル酸ソーダの濃度を、鉱石全体の質量に対して、０．０５質量％、０．１質量％、０．２質量％、０．４質量％となるように調整して水溶液の添加を行い、それぞれについて、鉱石の落下時間を計測した。なお、鉱石の落下を加速させるために、ホッパー付属の自動振動機能を用いて、ホッパーを振動させた。また、粒子径の大きい鉱石は、ホッパー下部出口に引っ掛かることで落下誤差を与えるため、これを防ぐために粒子径が１ｃｍ以上である鉱石は上記水溶液の添加前に取り除いた。
【００４６】
＜比較例１＞
実施例１に係るポリマーの代わりに、比較例１に係るポリマーとしてアクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物（水溶性、分子量約８００万、水溶液の粘度５００〜１１００ｍＰａ・ｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で、鉱石の全量がホッパーから落下するまでの時間を計測した。
【００４７】
＜比較例２＞
実施例１に係るポリマーの代わりに、比較例２に係るポリマーとしてアクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物（非水溶性、中心粒度１５０〜７５０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で、鉱石の全量がホッパーから落下するまでの時間を計測した。
【００４８】
なお、実施例１、比較例１、２の計測を行う前に、ポリマーを用いない点と、鉱石の含水率が８、１０、１２、１４、１６又は１８％のものを用いた点以外は、実施例１、比較例１、２と同様の条件の計測を行った。含水率と鉱石の落下時間との関係を、以下の表１に示す。
【００４９】
【表１】
0006756091.tif 000002
【００５０】
表１に示すように、鉱石の含水率が１８質量％以上であるときに、著しく落下時間が長くなることが確認された。このことから、含水率が１８質量％以上であるときに、特に、鉱石が凝集してホッパーの出口が閉塞しやすくなることが確認された。そのため、上記実施例１、比較例１、２では、含水率が１８％に調整したものを用いている。
【００５１】
以下の表２に、実施例１、比較例１、２において用いたポリマーの種類（以降、本明細書において、各ポリマーを、表２に示すように、「ポリマーＡ」、「ポリマーＢ」、「ポリマーＣ」ということがある。）と、その性質を示す。
【００５２】
【表２】
0006756091.tif 000003
【００５３】
以下の表３に、実施例１、比較例１、２において、金属原料である鉱石に対して添加したポリマーの添加濃度（鉱石全体の質量に対する、ポリマーの質量％）と、落下速度の改善率を示す。落下速度は、以下の式で計算した。
改善率（％）＝（ブランクの落下時間−各ポリマー添加時の落下時間）÷ブランクの落下時間×１００
式中、「落下時間」とは、投入した鉱石の全量がホッパーから落下するまでの時間（秒）を表し、「ブランクの落下時間」とは、ポリマー無添加時の落下時間を表し、「各ポリマー添加時の落下時間」とは、ポリマーＡ、Ｂ、又はＣを鉱石に添加した時の落下時間を表す。
【００５４】
【表３】
0006756091.tif 000004
【００５５】
表３に示すように、ポリマーＢを用いた比較例１、ポリマーＣを用いた比較例２は、ポリマーの添加によって、締め固めが進み、落下速度が、ブランク（ポリマー無添加のもの）よりも悪化したことが確認された。他方、ポリマーＡを添加した実施例１は、ポリマーの添加量の増加に伴って落下速度は改善し、例えば、添加濃度０．２％では、７０％程度改善された。このことから、金属原料に対して、（メタ）アクリル酸をモノマー単位として含みかつ重量平均分子量が７００００００以下であるポリマーが溶解された液体を添加することによって、水分を含有する金属原料の凝集を簡便に抑制し、ホッパーの出口等の閉塞しやすい箇所における閉塞を抑制できることが示された。