(57)【要約】      （修正有）【課題】塊成物の全てが完全に溶融しない半溶融状態で得られる還元鉄とスラグの混合物について、還元鉄とスラグの分離性を高める技術を提供する。【解決手段】酸化鉄および酸化チタンを含有する物質と、炭材に、更に融点調整剤を配合した原料混合物を塊成化する工程と、得られた塊成物の一部が溶融するように加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する工程とをこの順で含む還元鉄とスラグの混合物の製造方法。前記加熱では、塊成物の一部が溶融する温度以上であって、完全に溶融する温度未満で前記塊成物を加熱する。スラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ2］が０．２〜０．９となるように調整し、さらに前記塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、およびＴｉＯ2の五成分の量に基づいて、融点調整剤の配合量を調整し、脈石の溶融量を５５質量％以上とすることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄および酸化チタンを含有する物質と、炭材に、更に融点調整剤を配合した原料混合物を塊成化する工程と、
得られた塊成物の一部が溶融するように加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する工程と
をこの順で含むことを特徴とする還元鉄とスラグの混合物の製造方法。
【請求項２】
酸化鉄および酸化チタンを含有する物質と、炭材に、更に融点調整剤を配合した原料混合物を塊成化する工程と、
得られた塊成物の一部が溶融する温度以上であって、完全に溶融する温度未満で前記塊成物を加熱することにより、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する工程と
をこの順で含むことを特徴とする還元鉄とスラグの混合物の製造方法。
【請求項３】
前記融点調整剤は少なくともＣａＯ供給物質を含み、前記塊成物に配合するＣａＯ供給物質の量を、該塊成物中のＣａＯ量およびＳｉＯ2量から求められるスラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ2］が０．２〜０．９となるように調整する請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ＣａＯ供給物質として、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）2、およびＣａＣＯ3よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合する請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記融点調整剤の配合量を調整し、前記塊成物を加熱するときの最高温度より１００℃引いた温度における該塊成物に含まれる脈石の溶融量を５５質量％以上とする請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
前記脈石の前記溶融量は、前記塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、およびＴｉＯ2の五成分の量に基づいて決定される請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記塊成物の加熱は、該塊成物に含まれるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量が、該五元系酸化物量の５５質量％以上となる温度に１００℃を加えた温度で行う請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記酸化鉄および酸化チタンを含有する物質として、Ｆｅを４０〜６０質量％含有する鉄鉱石を用いる請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記酸化鉄および酸化チタンを含有する物質として、ＴｉＯ2を７〜２０質量％含有する鉄鉱石を用いる請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
前記炭材に含まれる固定炭素量が前記塊成物に含まれる酸化鉄を還元できる固定炭素量に対して±５質量％となるように、前記炭材を配合する請求項１〜９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１１】
前記塊成物の加熱は、１２００〜１５００℃で行う請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の製造方法で得られた還元鉄とスラグの混合物を直径８ｍｍ以下（０ｍｍを含まない）に粉砕する工程と、
得られた粉砕物を磁選分離する工程と
をこの順で含むことを特徴とする還元鉄とスラグの分離方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の分離方法で選別された非磁着物であって、該非磁着物は、ＴｉＯ2を４０質量％以上含有することを特徴とする非磁着物。
【請求項１４】
請求項１２に記載の分離方法で選別された磁着物であって、該磁着物は、ＳｉＯ2を８質量％以下（０質量％を含まない）含有することを特徴とする磁着物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化鉄および酸化チタンを含有する物質と、炭材とを含む塊成物を加熱して還元鉄とスラグの混合物を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石などの酸化鉄含有物質から還元鉄を製造する製鉄法としては、
（１）鉄鉱石を主原料として焼き固められた焼成ペレットをシャフト炉内で約１０００℃に加熱して還元ガスによって焼成ペレットに含まれる酸化鉄を還元する方法や、
（２）鉄鉱石と炭材（固体還元材）とを混合して塊成化した塊成物を移動炉床炉（ロータリーハース）に供給して約１３００℃で加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する方法や、
（３）鉄鉱石と炭材とを混合して塊成化した塊成物を移動炉床炉に供給して約１４５０℃まで加熱して還元鉄を溶融させ、このとき金属鉄と副生するスラグとの表面張力の差などにより還元鉄とスラグに分離する方法、
等が知られている。
【０００３】
こうした還元鉄の製造方法について、例えば、特許文献１〜４の技術が知られている。
【０００４】
上記（１）の方法について、例えば、特許文献１の技術が知られている。特許文献１には、鉄鉱石を直接還元して粉砕し、鉄と脈石を分離後、更に両者を粉砕して、それぞれから、鉄を回収することが記載されている。還元ガスとしてはＣＯガスやＨ2ガスを使用できること、加熱温度は７００〜１２００℃とすること、粉砕は金属鉄を片状に延ばすことのできるロールクラッシャ等を使用できること、鉄と脈石の分離には、２０メッシュ篩（目開き０．８３ｍｍ）による分離や、磁選分離を組み合わせて行うことが記載されている。
【０００５】
上記（２）の方法について、例えば、特許文献２の技術が知られている。特許文献２には、鉄原料と石炭とを含有する混合物を高温度雰囲気下で加熱還元処理し、得られた還元鉄を粉砕処理し、次いで、所定の粒径を境に粒度選別している。具体的には、粒度選別機にて平均粒径１００μｍを超える粒子と平均粒径１００μｍ以下の粒子に分離・選別している。そして平均粒径１００μｍ以下の還元鉄粒子を、磁力により、鉄分を多く含む強磁着物粒子と鉄分の少ない弱磁着物粒子とに分離し、粒度選別された上記所定粒径を超える還元鉄粒子と上記強磁着物粒子とを還元鉄として用いている。一方、弱磁着物粒子には、鉄分は少なく、スラグ分を多く含むため、そのままセメントやアスファルトとして再利用されている。従って上記特許文献２では、鉄分の少ない弱磁着物粒子からスラグを分離し、鉄分を回収して鉄源として利用することについては全く考慮されていない。
【０００６】
上記（３）の方法について、例えば、特許文献３、４の技術が知られている。
【０００７】
これらのうち特許文献３には、複数種のダストおよび炭材で構成される含炭ペレットを製造し、これを回転炉床方式の焼成炉で１２５０〜１３５０℃の温度で還元処理することにより、ペレット内部のダストは炭材で還元され、粒内物質移動によって凝集したメタリック鉄粒子が、ダストの脈石から生成したＦｅＯを含む低融点のスラグ部分から、自然に分離する作用を利用してメタリック鉄粒子を抽出し高品位粒状還元鉄を製造する製鉄ダストからの高品位還元鉄の製造方法が記載されている。
【０００８】
特許文献４には、鉄鉱石および炭材で構成される含炭ペレットを製造し、これを回転炉床方式の焼成炉で１２５０〜１３５０℃の温度で還元した後に、さらに炉内温度を１４００〜１５００℃に上昇させて溶融し、金属鉄を凝集させることで高純度の粒状金属鉄を得る方法が記載されている。
【０００９】
ところで、上記鉄鉱石には、酸化鉄の他、酸化チタンなどの有用非鉄金属酸化物を含有しているものもあり、特許文献５には、酸化チタン、酸化鉄、炭素質還元剤を含む原料混合物を、回転炉床炉内で加熱して該混合物中の酸化鉄を還元してから還元鉄を得、次いでこれらを更に加熱し該還元鉄を溶融させて酸化チタン含有スラグから分離させ、得られる酸化チタン含有スラグを炉外へ排出して回収する酸化チタン含有スラグの製造方法が記載されている。
【００１０】
しかし上記特許文献３〜５では、還元鉄を完全に溶融させることにより還元鉄と、副生するスラグとを分離しており、塊成物が完全に溶融しない状態で得られる還元鉄とスラグとの混合物の分離性を向上させることについては全く考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許公報第６０４８３８２号
【特許文献２】特開２００２−３６３６２４号公報
【特許文献３】特開平１０−１４７８０６号公報
【特許文献４】特開２００９−９１６６４号公報
【特許文献５】特許第４１５３２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、塊成物が完全に溶融しない半溶融状態で得られる還元鉄とスラグの混合物について、還元鉄とスラグの分離性を高めることのできる技術を提供することにある。また、本発明の他の目的は、スラグとして酸化チタンを回収することによって、酸化チタン濃度の高い酸化チタン含有スラグを金属チタン原料に利用できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決することのできる本発明に係る還元鉄とスラグの混合物の製造方法とは、酸化鉄および酸化チタンを含有する物質と、炭材に、更に融点調整剤を配合した原料混合物を塊成化する工程と、得られた塊成物の一部が溶融するように加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する工程とをこの順で含む点に要旨を有している。
【００１４】
また、上記課題は、酸化鉄および酸化チタンを含有する物質と、炭材に、更に融点調整剤を配合した原料混合物を塊成化する工程と、得られた塊成物の一部が溶融する温度以上であって、完全に溶融する温度未満で前記塊成物を加熱することにより、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する工程とをこの順で含む点に要旨を有している還元鉄とスラグの混合物の製造方法によっても達成できる。
【００１５】
本発明では、前記融点調整剤は少なくともＣａＯ供給物質を含み、前記塊成物に配合するＣａＯ供給物質の量を、該塊成物中のＣａＯ量およびＳｉＯ2量から求められるスラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ2］を０．２〜０．９の範囲に制御することが好ましい。前記ＣａＯ供給物質としては、例えば、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）2、およびＣａＣＯ3よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合することが好ましい。
【００１６】
本発明では、前記融点調整剤の配合量を調整し、前記塊成物を加熱するときの最高温度より１００℃引いた温度における該塊成物に含まれる脈石の溶融量を５５質量％以上とすることが好ましい。前記脈石の前記溶融量は、前記塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、およびＴｉＯ2の五成分の量に基づいて決定すればよい。前記塊成物の加熱は、該塊成物に含まれるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量が、該五元系酸化物量の５５質量％以上となる温度に１００℃を加えた温度で行うことが好ましい。
【００１７】
前記酸化鉄および酸化チタンを含有する物質としては、例えば、Ｆｅを４０〜６０質量％、更にＴｉＯ2を７〜２０質量％含有する鉄鉱石を用いることが好ましい。前記炭材に含まれる固定炭素量は、前記塊成物に含まれる酸化鉄を還元できる固定炭素量に対して±５質量％となるように、前記炭材を配合することが好ましい。前記塊成物の加熱は、例えば、１２００〜１５００℃で行うことが好ましい。
【００１８】
本発明には、上述した製造方法で得られた還元鉄とスラグの混合物を直径８ｍｍ以下（０ｍｍを含まない）に粉砕する工程と、得られた粉砕物を磁選分離する工程とをこの順で含む還元鉄とスラグの分離方法も包含される。
【００１９】
また、本発明には、上述した分離方法で選別された非磁着物および磁着物も包含され、該非磁着物は、例えば、ＴｉＯ2を４０質量％以上含有しており、該磁着物は、例えば、ＳｉＯ2が８質量％以下（０質量％を含まない）に抑えられている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、酸化鉄および酸化チタンを含有する物質と、炭材に、更に融点調整剤（鉄の融点に影響するものを除く）を配合した塊成物を調製し、この塊成物の一部が溶融し、完全に溶融しないように加熱することによって、還元鉄とスラグが分離した状態で混合している混合物（以下、還元ペレットということがある）を製造できる。得られた混合物は、例えば、粉砕、磁選することによって還元鉄とスラグに容易に分離でき、夫々、所望の用途に利用できる。このとき還元鉄は、主に磁着物側に分離され、酸化チタンは、スラグとして非磁着物側に分離されるため、本発明によれば、還元鉄と酸化チタンとを簡便に分離できる。即ち、本発明によれば、還元鉄の他、有用非鉄金属酸化物として酸化チタンの分離回収も可能となる。
【００２１】
また、本発明では、（ａ）加熱温度を考慮したうえで、塊成物に含まれる脈石の溶融量が所定量以上となるように融点調整剤の配合量を調整するか、或いは（ｂ）塊成物に含まれるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量を考慮したうえで、塊成物の加熱温度を選定することによって、従来では通常用いることのなかった、酸化鉄および酸化チタンを含有する鉄鉱石を用いても還元鉄を製造できることも明らかにしている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、加熱温度Ｔと、非磁着率との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、加熱温度Ｔから１００℃下回る温度（Ｔ−１００℃）におけるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量と、非磁着率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明者らは、従来では殆ど使用されていなかった酸化鉄および酸化チタンを含有する物質（以下、酸化鉄等含有物質ということがある）を原材料として用い、この酸化鉄等含有物質と、炭材とを含む塊成物を、その一部が溶融し、全部が溶融しないように加熱して得られる還元鉄とスラグ（脈石成分）の混合物について、還元鉄とスラグに分離するときの分離性を高めるために鋭意検討を重ねてきた。その結果、酸化鉄等含有物質と炭材との混合物に、更に融点調整剤を配合すれば、塊成物を加熱して得られる還元ペレットを、還元鉄とスラグに分離するときの分離性を向上できることを見出し、本発明を完成した。
【００２４】
また、本発明者らは、還元鉄とスラグとをより良好に分離するには、
（ａ）塊成物を加熱するときの加熱温度Ｔが決まっている場合は、該塊成物を加熱するときの最高温度より１００℃引いた温度における該塊成物に含まれる脈石成分の溶融量が５５質量％以上となるように、上記融点調整剤（例えば、ＣａＯ供給物質など）の配合量を調整するか、
（ｂ）塊成物を加熱するときの加熱温度Ｔが決まっていない場合は、上記塊成物を、該塊成物に含まれるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量が、該五元系酸化物量の５５質量％以上となる温度に１００℃を加えた温度で加熱すれば良いことも明らかにした。
【００２５】
また、本発明者らは、上記混合物を還元鉄とスラグに分離し、電気炉精錬等の原料として用いられる還元鉄を製造することについても検討を重ねてきた。その結果、酸化鉄等含有物質、炭材、および融点調整剤を含む塊成物を部分的に溶融した状態に加熱還元することにより、還元鉄とスラグ（脈石成分）が混在しているが、これらは容易に還元鉄とスラグとに分離可能な状態の還元ペレットであり、この還元ペレットは、粉砕・磁選などの処理によって還元鉄とスラグとに分離できることを見出した。以下、本発明について詳細に説明する。
【００２６】
本発明において還元鉄とスラグの混合物を製造するにあたっては、酸化鉄等含有物質および炭材に、更に融点調整剤を配合した原料混合物を塊成化する工程（以下、塊成化工程という）と、得られた塊成物の一部が溶融するように加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する工程（以下、加熱工程という）とをこの順で含むことが重要である。この加熱工程は、得られた塊成物の一部が溶融する温度以上であって、完全に溶融する温度未満で前記塊成物を加熱することにより、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元して行えばよい。
【００２７】
［塊成化工程］
本発明の塊成化工程では、酸化鉄および酸化チタンを含有する物質（酸化鉄等含有物質）と、炭材に、更に融点調整剤を配合したものを原料混合物として用いている。上記融点調整剤とは、鉄の融点に影響する物質（例えば、炭素など）は除くこととし、塊成物に含まれる鉄以外の成分（特に、脈石）の融点に影響する物質を意味する。即ち、上記原料混合物として融点調整剤を配合することによって、塊成物に含まれる酸化鉄以外の成分（特に、脈石）の融点に影響を与え、例えばその融点を降下させることができる。それにより脈石成分の溶融が促進され、溶融スラグを形成する。このとき酸化鉄の一部は溶融スラグに溶解し、溶融スラグ中で還元されて金属鉄となる。溶融スラグ中で生成した金属鉄は、固体のまま還元された金属鉄と接触することにより、固体の還元鉄として凝集する。このようにして本発明では、還元鉄とスラグの混合物が得られる。
【００２８】
上記融点調整剤としては、少なくともＣａＯ供給物質を含むものを用いることが好ましい。上記ＣａＯ供給物質としては、例えば、ＣａＯ（生石灰）、Ｃａ（ＯＨ）2（消石灰）、ＣａＣＯ3（石灰石）、およびＣａＭｇ（ＣＯ3）2（ドロマイト）よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合することが好ましい。
【００２９】
上記融点調整剤としては、上記ＣａＯ供給物質のみを用いても良いし、上記ＣａＯ供給物質に加えて、例えば、ＭｇＯ供給物質、Ａｌ2Ｏ3供給物質、ＳｉＯ2供給物質などを用いることができる。ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、およびＳｉＯ2も、上記ＣａＯ同様、塊成物に含まれる鉄以外の成分（特に、脈石）の融点に影響する物質である。
【００３０】
上記ＭｇＯ供給物質としては、例えば、ＭｇＯ粉末、天然鉱石や海水などから抽出されるＭｇ含有物質、ＭｇＣＯ3よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合することが好ましい。上記Ａｌ2Ｏ3供給物質としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3粉末、ボーキサイト、ベーマイト、ギブサイト、ダイアスポアなどを配合することが好ましい。上記ＳｉＯ2供給物質としては、例えば、ＳｉＯ2粉末や珪砂などを用いることができる。
【００３１】
本発明では、上記塊成物に配合するＣａＯ供給物質の量を調整し、上記塊成物中のＣａＯ量（質量％）とＳｉＯ2量（質量％）から求められるスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．２〜０．９の範囲となるように調整することが好ましい。上記スラグの塩基度をこの範囲に制御することによって、上記塊成物に含まれる脈石（特に、ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物）の融点を低下させることができる。そのため比較的低温でも脈石を溶融させることができ、塊成物内の溶融量を増加させることができる。上記スラグの塩基度は、より好ましくは０．３以上、更に好ましくは０．３５以上である。また、上記スラグの塩基度は、より好ましくは０．８以下、更に好ましくは０．７以下である。
【００３２】
上記酸化鉄等含有物質とは、酸化鉄と酸化チタンを含有する物質である。酸化鉄等含有物質としては、例えば、鉄鉱石（例えば、チタノマグネタイト鉱石など）、砂鉄、製鉄ダスト、非鉄精錬残渣、製鉄廃棄物などを用いることができる。上記酸化鉄等含有物質としては、例えば、Ｆｅを４０〜６０質量％含有している鉄鉱石を用いることができる。また、上記酸化鉄等含有物質としては、例えば、ＴｉＯ2を７〜２０質量％含有している鉄鉱石を用いることができる。
【００３３】
本発明では、酸化鉄等含有物質と炭材と融点調整剤とを含む原料混合物を塊成化して塊成物を製造する。そしてこの塊成物を、該塊成物の一部が溶融している半溶融状態に加熱することによって、炭材中の灰分および融点調整剤を融剤として利用し、塊成物内に溶融スラグを部分生成し、還元鉄の凝集化を図ることができ、還元鉄を短時間で製造できる。即ち、本発明のように酸化鉄等含有物質と炭材と融点調整剤を含む塊成物を加熱する場合には、塊成物内にＦｅＯ−ＳｉＯ2系溶融スラグが生成してもＦｅＯが近傍の炭材に含まれる炭素と反応し、速やかに還元鉄が製造される。そのため塊成物内では、還元鉄とＳｉＯ2等の脈石が分離して生成しているため、還元鉄とスラグが混在していても、これらを粉砕することによって脈石が容易に破砕され、還元鉄とスラグとに分離できる。このとき酸化チタンはスラグとして回収されるため、還元鉄と容易に分離できる。一方、従来の炭材を内装していないペレットを還元性ガスで還元する上記（１）の方法では、上記塊成物に融点調整剤を配合したうえで、半溶融状態に加熱していなかったため、上記酸化鉄等含有物質に含まれている還元鉄と酸化チタンとの分離が困難であった。そのため、上記酸化鉄等含有物質は、商用の鉄鉱石としては用いられていなかったが、本発明によればこうした酸化鉄等含有物質を鉄源として用いることができる。
【００３４】
即ち、上述した（１）の方法のように、鉄鉱石を含む焼成ペレットを約１０００℃のシャフト炉内で還元ガスによって還元する方法によっても還元鉄を製造できるが、この方法で１２００℃を超える高温で還元ガスによって還元すると、還元されたペレット同士が相互に固着して大きな塊になってシャフト内を降下しなくなったり、排出が困難になる。従って加熱温度は１２００℃以下で行う必要がある。しかし加熱を１２００℃以下で行うと加熱時間を長くしても還元鉄の凝集化が不充分になるため、還元鉄と脈石との粉砕分離が困難となる。
【００３５】
本発明で使用する炭材としては、例えば、石炭やコークスなどを用いることができる。炭材は、上記塊成物に含まれる酸化鉄を還元できる量の固定炭素を含有していればよい。上記炭材に含まれる固定炭素量は、具体的には、上記塊成物に含まれる酸化鉄を還元できる固定炭素量に対して±５質量％の範囲であればよい。
【００３６】
上記塊成物は、酸化鉄等含有物質、炭材、および融点調整剤以外の成分として、バインダーなどが配合されていてもよい。バインダーとしては、例えば、多糖類（例えば、コーンスターチや小麦粉等の澱粉など）などを用いることができる。
【００３７】
上記酸化鉄等含有物質、炭材、および融点調整剤は、混合する前に予め粉砕しておくことが好ましい。具体的には、上記酸化鉄等含有物質は、例えば、平均粒子径が１０〜６０μｍ、上記炭材は、例えば、平均粒子径が１０〜６０μｍ、上記融点調整剤は、例えば、平均粒子径が５〜９０μｍに粉砕しておくことが推奨される。
【００３８】
上記酸化鉄等含有物質などを粉砕する方法は特に限定されず、公知の方法を採用でき、例えば、振動ミル、ロールクラッシャやボールミルなどを用いればよい。
【００３９】
上記原料混合物を混合する混合機としては、例えば、回転容器形混合機や固定容器形混合機を用いることができる。上記回転容器形混合機としては、例えば、回転円筒形、二重円錐形、Ｖ形などの混合機を用いることができる。上記固定容器形混合機としては、例えば、混合槽内に回転羽（例えば、鋤など）を設けた混合機を用いることができる。
【００４０】
上記原料混合物を塊成化する塊成機としては、例えば、皿形造粒機（ディスク形造粒機）やドラム形造粒機（円筒形造粒機）、双ロール型ブリケット成型機などを用いることができる。
【００４１】
上記塊成物の形状は特に限定されず、例えば、塊状、粒状、ブリケット状、ペレット状、棒状などであればよく、好ましくはペレット状やブリケット状であればよい。
【００４２】
［加熱工程］
本発明の加熱工程では、上記塊成化工程で得られた塊成物の一部が溶融するように加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元することが重要である。即ち、塊成物の一部が溶融する温度以上であって、完全に溶融する温度未満で上記塊成物を加熱することが重要である。具体的には、加熱炉に上記塊成物を供給し、例えば、１２００〜１５００℃の温度域で加熱し、塊成物に含まれる酸化鉄を炭材で還元して還元鉄を製造すればよい。この温度域は、塊成物内で成分の一部は溶融するが、融液の染み出しは少なく、塊成物の形状を保って塊成物全体は溶融しない温度である。この温度域で加熱することによって還元鉄と、脈石に起因するスラグ等が内部に混在した還元ペレットが得られる。
【００４３】
本発明では、上記塊成物の加熱は、該塊成物に含まれるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量（融液量）が、該五元系酸化物量の５５質量％以上となる温度に１００℃を加えた温度で行うことが好ましい。即ち、上記塊成物の成分組成が決定した場合には、該塊成物に含まれるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量が該五元系酸化物量の５５質量％以上となる温度ｔを計算により求め、この温度ｔに１００℃を加えた温度（ｔ＋１００℃）以上の温度で上記塊成物の加熱を行えばよい。ｔ＋１００℃以上の温度で加熱することによって塊成物に含まれる脈石を充分に溶融させることができ、溶融した脈石は凝集し、還元鉄との分離が促進される。従って得られる還元鉄とスラグの混合物は、還元鉄とスラグの分離性が良好なものとなる。
【００４４】
上記五元系酸化物の溶融量は、熱力学データベースソフトを使って計算できる。本発明においてはＦａｃｔＳａｇｅ  ６．２（Ｔｈｅｒｍｆａｃｔ  ａｎｄ  ＧＴＴ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製）および熱力学データベースＦＡＳＴ５３、ＦＴｏｘｉｄを用いた。
【００４５】
上記加熱炉としては、公知の炉を用いればよく、例えば、移動炉床式加熱炉を用いればよい。移動炉床式加熱炉とは、炉床がベルトコンベアのように炉内を移動する加熱炉であり、具体的には、回転炉床炉が例示できる。回転炉床炉は、炉床の始点と終点が同じ位置になるように、炉床の外観形状が円形（ドーナツ状）に設計されており、炉床上に供給された塊成物は、炉内を一周する間に加熱還元されて還元鉄を生成する。従って、回転炉床炉には、回転方向の最上流側に塊成物を炉内に供給する装入手段が設けられ、回転方向の最下流側（回転構造であるため、実際には装入手段の直上流側になる）に排出手段が設けられる。
【００４６】
本発明のように、炉内で塊成物を半溶融状態で加熱して得られる還元ペレットには、平均粒子径が１μｍ〜３ｍｍ程度の還元鉄粒子が含まれている。一方、上記（２）や（３）の方法のように、炉内で塊成物を完全に溶融させて得られる粒状金属鉄の平均粒子径は８ｍｍ程度以上である。
【００４７】
上記加熱工程で得られた還元ペレット（還元鉄とスラグの混合物）は、直径が８ｍｍ以下（０ｍｍを含まない）に粉砕した後、得られた粉砕物を磁選分離すればよい。還元ペレットを直径８ｍｍ以下に粉砕してから磁選分離することによって、磁着物として主に還元鉄を回収でき、非磁着物として主にスラグを回収できる。そして本発明によれば、このスラグとして上記の酸化チタンを回収できるため、還元鉄と酸化チタンとの分離が可能となる。しかし還元ペレットを粉砕するときの大きさが直径８ｍｍを超えると、磁選分離したときに、磁着物側にスラグが混入したり、非磁着物側に還元鉄が混入し、還元鉄とスラグとの分離性が悪くなる。従って還元ペレットを粉砕するときの大きさは、直径８ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４８】
上記還元ペレットを粉砕する方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、振動ミル、ロールクラッシャ、ボールミル、ローラーミルなどを用いればよい。上記粉砕物を磁選分離する方法としては、公知の方法を採用できる。
【００４９】
本発明によれば、磁着物に含まれるＳｉＯ2量は８質量％以下となり、非磁着物に含まれるＴｉＯ2量は４０質量％以上となる。
【００５０】
［好ましい態様］
本発明では、上記加熱工程において、上記塊成物を加熱するときの最高温度をＴ（℃）としたとき、この加熱温度Ｔより１００℃引いた温度における該塊成物に含まれる脈石の溶融量が、該脈石量の５５質量％以上となるように上記融点調整剤の配合量を調整することが好ましい。即ち、上記塊成物の加熱温度Ｔが決まっている場合には、加熱時に溶融量が多くなるように塊成物に含まれる成分の融点を、融点調整剤を用いて予め調整しておくことが好ましい。そして、塊成物を加熱したときに、該塊成物に含まれる脈石の５５質量％以上が確実に溶融するように、加熱時の最高温度Ｔよりも１００℃引いた温度における脈石の溶融量を基準として上記融点調整剤を配合して塊成物の成分調整を行えばよい。
【００５１】
上記脈石成分の上記溶融量は、上記塊成物に含まれる脈石成分のうち、特に、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、およびＴｉＯ2の五成分の量に基づいて決定すればよい。
【００５２】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００５３】
［実験例１］
下記表１に示す成分組成の鉄鉱石、炭材、および融点調整剤を含む原料混合物を塊成化し、得られた塊成物を電気炉で加熱し、還元鉄とスラグの混合物（還元ペレット）を製造した。下記表１において、Ｔ．Ｆｅは、全鉄量を意味している。
【００５４】
上記炭材としては、上記鉄鉱石に含まれている酸化鉄として結合している酸素量のモル数に対し、±２モル％の固定炭素を有する炭材を配合した。上記融点調整剤としては、石灰石（ＣａＣＯ3）と珪石を配合した。
【００５５】
下記表１に示す鉄鉱石、炭材、および融点調整剤を含む原料混合物に、更にバインダーを混合し、転動造粒により塊成化してφ１９ｍｍの塊成物を製造した。上記バインダーとしては、小麦粉を配合した。
【００５６】
下記表２に、乾燥後の塊成物の成分組成を示す。下記表２に示した塊成物ａは、該塊成物の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を調整することによって、加熱時に酸化鉄が還元されたときに副生するスラグの融点が、最も低くなるように成分組成を調整した例である。下記表２に示した塊成物ｂは、該塊成物に含まれているＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の融点が、最も低くなるように成分調整した例である。
【００５７】
なお、下記表２において、Ｔ．Ｃは全炭素量、ＣａＯ／ＳｉＯ2は塩基度を示している。また、ＣａＯ＋ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯは脈石量を意味している。また、［ＴｉＯ2／（ＣａＯ＋ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ＋ＴｉＯ2)］×１００は、スラグ成分中の酸化チタン（ＴｉＯ2）濃度を意味している。
【００５８】
次に、得られた塊成物を電気炉へ装入し、１８分間加熱して塊成物に含まれる酸化鉄を還元した。電気炉内の加熱温度Ｔは１３００℃、１３５０℃、または１４００℃とし、電気炉内の雰囲気は、Ｎ2ガス雰囲気に調整した。酸化鉄の還元時には、スラグが副生し、還元鉄とスラグの混合物（還元ペレット）が得られた。
【００５９】
各加熱温度Ｔで加熱したときの溶融状態を下記表３に示す。下記表３において、「溶融無し」とは、塊成物中に融液が生成していなかった状態を意味し、「溶融有り」とは、塊成物中に融液が発生した状態を意味し、塊成物の一部が溶融していることを示している。
【００６０】
得られた還元ペレットを振動ミルで直径が３ｍｍ以下となるように粉砕した後、磁石を用いて磁着物と非磁着物に磁選分離した。磁選分離には、２０００ガウスの磁石を用い、試料位置における磁力を２００ガウスから５００ガウスに調整し、磁着操作を繰り返して磁選分離を行った。磁選分離により得られた磁着物と非磁着物の成分組成を下記表３に示す。なお、Ｍ．Ｆｅは、金属鉄量を示している。
【００６１】
また、下記表３に、磁選分離により得られた磁着物と非磁着物の夫々の割合、金属化率（ＭｅｔＦｅ）、ＣａＯ＋ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯの合計量、Ｔｉ回収率を示す。
金属化率（ＭｅｔＦｅ）は、次式で算出される。
ＭｅｔＦｅ（％）＝［金属鉄量（Ｍ．Ｆｅ）］／［全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）］×１００
【００６２】
磁着物としてのＴｉ回収率と、非磁着物としてのＴｉ回収率は、次式で算出される。
磁着物としてのＴｉ回収率（％）＝（磁着物に含まれるＴｉ量／塊成物に含まれるＴｉ量）×１００
非磁着物としてのＴｉ回収率（％）＝（非磁着物に含まれるＴｉ量／塊成物に含まれるＴｉ量）×１００
【００６３】
下記表３に基づいて、次のように考察できる。下記表３に示すＮｏ．３、５、６は、還元ペレットの粉砕物を、磁着物と非磁着物に磁選分離できたが、Ｎｏ．１、２、４は、磁選分離できなかった。また、下記表３から明らかなように、加熱温度Ｔを高くするほど、非磁着物として分離回収されるＴｉ量が多くなることが分かる。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
【表２】
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【００６６】
【表３】
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【００６７】
［実験例２］
実験例２では、塊成物に含まれるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量と、電気炉における加熱温度Ｔが、磁選分離の結果に及ぼす影響を調べた。
【００６８】
上記実験例１で用いた鉄鉱石、炭材、および融点調整剤を含む原料混合物に、更にバインダーを混合すると共に、ＣａＯ、ＳｉＯ2を添加し、上記実験例１と同様、転動造粒により塊成化してφ１９ｍｍの脈石量の異なる塊成物ｃ、ｄを製造した。上記炭材としては、上記鉄鉱石に含まれている酸化鉄として結合している酸素量のモル数に対し、±２モル％の固定炭素を有する炭材を配合した。上記融点調整剤としては、上記実験例１と同様、石灰石（ＣａＣＯ3）と珪石を配合した。上記バインダーとしては、上記実験例１と同様、小麦粉を配合した。
【００６９】
乾燥後の塊成物に含まれるＣａＯ量およびＳｉＯ2量に基づいて、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を算出して下記表４に示す。
【００７０】
また、乾燥後の塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＯ2量に基づいて、塊成物に含まれるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融温度Ｌ．Ｔを、熱力学データベースソフト「ＦａｃｔＳａｇｅ」を用いて計算し、下記表４に併せて示す。
【００７１】
さらに、乾燥後の塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＯ2量に基づいて、溶融量（融液生成量）が５５質量％となる温度を上記「ＦａｃｔＳａｇｅ」を用いて計算し、その結果［ＬＴ５５（℃）］を下記表４に示す。
【００７２】
次に、得られた塊成物を電気炉へ装入し、１８分間加熱して塊成物に含まれる酸化鉄を還元し、還元鉄とスラグの混合物（還元ペレット）を製造した。電気炉内の加熱温度Ｔは１３００℃、１３５０℃、または１４００℃とした。電気炉内の雰囲気は、Ｎ2ガス雰囲気（Ｎ2ガス１００体積％）とした。
【００７３】
また、電気炉内での加熱温度ＴからＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融温度Ｌ．Ｔを引いた値（Ｔ−Ｌ．Ｔ）を算出し、下記表４に併せて示す。Ｔ−Ｌ．Ｔが負の値の場合は、ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融温度Ｌ．Ｔを下回る温度で加熱していることを意味している。
【００７４】
また、加熱温度Ｔから１００℃下回る温度（Ｔ−１００℃）におけるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量を上記「ＦａｃｔＳａｇｅ」を用いて計算した。結果を下記表４に併せて示す。なお、下記表４には、参考値として、加熱温度Ｔから５０℃下回る温度（Ｔ−５０℃）におけるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量を計算した結果も併せて示す。
【００７５】
次に、得られた還元ペレットを、上記実験例１と同様、ボールミルおよび振動ミルを用い、直径が３ｍｍ以下となるように粉砕した後、磁石を用いて磁選分離した。下記表４には、磁選分離により得られた非磁着物の割合（非磁着率）を示す。
【００７６】
【表４】
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【００７７】
次に、図１に、加熱温度Ｔと非磁着率との関係を示す。図１において、◆はＮｏ．７〜９の結果を示しており、□はＮｏ．１０〜１２の結果を示している。
【００７８】
上記表４および図１から明らかなように、溶融量（融液生成量）が５５質量％となる温度［ＬＴ５５（℃）］に１００℃を加えた温度（即ち、Ｎｏ．７〜９については１４００℃、Ｎｏ．１０〜１２については１３５０℃）以上に加熱することによって、還元鉄とスラグが分離され始め、非磁着率が高くなることが分かる（Ｎｏ．９、１１、１２）。
【００７９】
次に、図２に、加熱温度Ｔから１００℃下回る温度（Ｔ−１００℃）におけるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2五元系酸化物の溶融量と、非磁着率との関係を示す。図２において、Ｎｏ．７〜９の結果を◆、Ｎｏ．１０〜１２の結果を□で示す。
【００８０】
図２から明らかなように、溶融量（融液生成量）が５５質量％以上になると、金属鉄とスラグが分離し始め、加熱温度Ｔの上昇に伴って非磁着率が高くなっていることが分かる。
【００８１】
以上の通り、本発明によれば、還元鉄とスラグの分離性が向上し、還元鉄と酸化チタンを効率良く分離回収できる。また、本発明によれば、還元鉄を効率良く回収できる。
【図１】
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【図２】
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