(57)【要約】  ニッケル分及び酸化鉄を含む残渣に遠心力を作用させて、ニッケル分と酸化鉄とを分離することを特徴とする残渣処理方法。
2020174573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル分及び酸化鉄を含む残渣に遠心力を作用させて、ニッケル分と酸化鉄とを分離することを特徴とする残渣処理方法。
【請求項２】
ニッケル分の平均粒子径と酸化鉄の平均粒子径とが異なることを特徴とする請求項１に記載の残渣処理方法。
【請求項３】
ニッケル分の平均粒子径が酸化鉄の平均粒子径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の残渣処理方法。
【請求項４】
前記残渣の平均粒子径が５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の残渣処理方法。
【請求項５】
前記残渣が、酸素分圧及び二酸化硫黄分圧を、Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系において硫酸ニッケルが酸化ニッケルよりも熱力学的に安定となり、かつ、Ｆｅ−Ｓ−Ｏ系において酸化鉄が硫酸鉄よりも熱力学的に安定となる条件下とした硫酸化焙焼から得られた残渣であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の残渣処理方法。
【請求項６】
前記残渣から酸化鉄を分離したニッケル分を硫酸化焙焼炉で処理することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の残渣処理方法。
【請求項７】
前記残渣から酸化鉄を分離したニッケル分をスラリー状態で前記硫酸化焙焼炉に供給することを特徴とする請求項６に記載の残渣処理方法。
【請求項８】
前記残渣から酸化鉄を分離したニッケル分を乾燥させて前記硫酸化焙焼炉に供給することを特徴とする請求項６に記載の残渣処理方法。
【請求項９】
前記残渣から酸化鉄を分離したニッケル分を、前記硫酸化焙焼炉の排熱により乾燥させることを特徴とする請求項８に記載の残渣処理方法。
【請求項１０】
前記硫酸化焙焼炉において、酸素分圧及び二酸化硫黄分圧を、Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系において硫酸ニッケルが酸化ニッケルよりも熱力学的に安定となり、かつ、Ｆｅ−Ｓ−Ｏ系において酸化鉄が硫酸鉄よりも熱力学的に安定となる条件下とすることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の残渣処理方法。
【請求項１１】
鉄分を含むニッケル含有原料を硫酸化焙焼炉で処理する焙焼工程と、
前記焙焼工程で得られた焙焼生成物から、硫酸ニッケル化合物を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程で前記硫酸ニッケル化合物を抽出した後に得られる残渣を、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の残渣処理方法により処理して、ニッケル分と酸化鉄とを分離する残渣処理工程と、
前記残渣処理工程で得られた前記ニッケル分を、前記焙焼工程に用いる硫酸化焙焼炉に供給する再利用工程と、
を有することを特徴とする硫酸化焙焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、残渣処理方法及び硫酸化焙焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、硫酸ニッケル化合物は、各種のニッケル化合物又は金属ニッケルの原料として、電解ニッケルメッキ、無電解ニッケルメッキ、触媒材料等の用途に利用されている。近年、電気自動車等の輸送機器、電子機器等の電源として、ニッケル化合物又は金属ニッケルを正極材料に用いた二次電池の需要拡大が見込まれる。高性能な二次電池を得るため、高純度の硫酸ニッケル化合物の安定供給が望まれている。【０００３】
低純度のニッケル化合物に含まれる可能性がある不純物としては、鉄、銅、コバルト、マンガン、マグネシウム等の、他の金属化合物が挙げられる。従来、高純度のニッケル化合物を得る方法として、電解採取法でニッケル純度を高めた金属ニッケルを硫酸溶液で溶解する方法と、溶媒抽出法が挙げられる。溶媒抽出法では、他の金属化合物を選択的に抽出して除去するか、ニッケル化合物を選択的に抽出して取り出す工程が実施される。いずれの場合も、特定の金属イオンを選択的に抽出するためには、特殊な薬剤が必要となり、高コストであった。【０００４】
硫酸ニッケルを製造する方法として、イオン交換法によりニッケル化合物の陰イオンを硫酸根に交換する方法や、硫酸溶液中でニッケル金属粉末を、水素ガスを発生させながら溶解する方法も知られている。また特許文献１には、比重が６．３０を超える緑色の酸化ニッケル粉末を硫酸中で加熱処理した後、熱水で浸出（ｌｅａｃｈ）することにより、水溶性の硫酸ニッケルを得る方法が記載されている。特許文献１では、加熱処理に用いる硫酸として、濃度３０％〜６０％の硫酸溶液（クレーム１〜５）、濃度９５％の濃硫酸（クレーム６〜７）が挙げられている。特許文献１で濃度９５％の濃硫酸を用いる場合（実施例７〜９）には、２７５℃以上の高温が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第３００２８１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、ニッケル分及び酸化鉄を含む残渣を、効率的に処理することが可能な残渣処理方法、及びこれを利用した硫酸化焙焼方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、ニッケル分及び酸化鉄を含む残渣に遠心力を作用させて、ニッケル分と酸化鉄とを分離することを特徴とする残渣処理方法である。【０００８】
本発明の第２の態様は、ニッケル分の平均粒子径と酸化鉄の平均粒子径とが異なることを特徴とする第１の態様の残渣処理方法である。【０００９】
本発明の第３の態様は、ニッケル分の平均粒子径が酸化鉄の平均粒子径よりも大きいことを特徴とする第１又は第２の態様の残渣処理方法である。【００１０】
本発明の第４の態様は、前記残渣の平均粒子径が５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であることを特徴とする第１〜第３の態様の残渣処理方法である。【００１１】
本発明の第５の態様は、前記残渣が、酸素分圧及び二酸化硫黄分圧を、Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系において硫酸ニッケルが酸化ニッケルよりも熱力学的に安定となり、かつ、Ｆｅ−Ｓ−Ｏ系において酸化鉄が硫酸鉄よりも熱力学的に安定となる条件下とした硫酸化焙焼から得られた残渣であることを特徴とする第１〜第４の態様の残渣処理方法である。【００１２】
本発明の第６の態様は、前記残渣から酸化鉄を分離したニッケル分を硫酸化焙焼炉で処理することを特徴とする第１〜第５の態様の残渣処理方法である。【００１３】
本発明の第７の態様は、前記残渣から酸化鉄を分離したニッケル分をスラリー状態で前記硫酸化焙焼炉に供給することを特徴とする第６の態様の残渣処理方法である。【００１４】
本発明の第８の態様は、前記残渣から酸化鉄を分離したニッケル分を乾燥させて前記硫酸化焙焼炉に供給することを特徴とする第６の態様の残渣処理方法である。【００１５】
本発明の第９の態様は、前記残渣から酸化鉄を分離したニッケル分を、前記硫酸化焙焼炉の排熱により乾燥させることを特徴とする第８の態様の残渣処理方法である。【００１６】
本発明の第１０の態様は、前記硫酸化焙焼炉において、酸素分圧及び二酸化硫黄分圧を、Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系において硫酸ニッケルが酸化ニッケルよりも熱力学的に安定となり、かつ、Ｆｅ−Ｓ−Ｏ系において酸化鉄が硫酸鉄よりも熱力学的に安定となる条件下とすることを特徴とする第６〜第９の態様の残渣処理方法である。【００１７】
本発明の第１１の態様は、鉄分を含むニッケル含有原料を硫酸化焙焼炉で処理する焙焼工程と、前記焙焼工程で得られた焙焼生成物から、硫酸ニッケル化合物を抽出する抽出工程と、前記抽出工程で前記硫酸ニッケル化合物を抽出した後に得られる残渣を、第１〜第１０の態様の残渣処理方法により処理して、ニッケル分と酸化鉄とを分離する残渣処理工程と、前記残渣処理工程で得られた前記ニッケル分を、前記焙焼工程に用いる硫酸化焙焼炉に供給する再利用工程と、を有することを特徴とする硫酸化焙焼方法である。
【発明の効果】
【００１８】
第１の態様によれば、酸化鉄の比重がニッケル分の比重より大きいことから、ニッケル分及び酸化鉄を含む残渣に遠心力を作用させるので、ニッケル分と酸化鉄とを効率的に分離することができる。【００１９】
第２の態様によれば、ニッケル分の平均粒子径と酸化鉄の平均粒子径とが異なる場合であっても、ニッケル分と酸化鉄とを遠心力により効率的に分離することができる。【００２０】
第３の態様によれば、ニッケル分の平均粒子径が酸化鉄の平均粒子径よりも大きい場合であっても、ニッケル分と酸化鉄とを遠心力により効率的に分離することができる。【００２１】
第４の態様によれば、残渣の平均粒子径が５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であっても、ニッケル分と酸化鉄とを効率的に分離することができる。【００２２】
第５の態様によれば、硫酸化焙焼において、原料のニッケル分が硫酸ニッケルに転換されると共に、鉄分から硫酸鉄への変換が抑制されるので、鉄分による硫黄分の消費を抑制して、硫酸ニッケルの生成効率を向上することができる。【００２３】
第６の態様によれば、残渣から酸化鉄を分離したニッケル分を硫酸ニッケルに転換して、有効活用することができる。【００２４】
第７の態様によれば、ニッケル分をスラリー状態で硫酸化焙焼炉に供給することにより、ニッケル分の輸送が容易であると共に、硫酸化焙焼炉内で水蒸気を発生させることができるので、硫酸化焙焼炉内に存在する硫黄源が酸化して硫酸化焙焼に必要な硫黄酸化物を発生させる効率が向上する。【００２５】
第８の態様によれば、ニッケル分を乾燥させて硫酸化焙焼炉に供給することにより、輸送に際してニッケル分の重量が少なくて済み、ロスを減少させることができる。【００２６】
第９の態様によれば、ニッケル分を、硫酸化焙焼炉の排熱により乾燥させることにより、エネルギー回収率を向上することができる。【００２７】
第１０の態様によれば、残渣のニッケル分が硫酸ニッケルに転換されると共に、鉄分から硫酸鉄への変換が抑制されるので、鉄分による硫黄分の消費を抑制して、硫酸ニッケルの生成効率を向上することができる。また、残渣に由来するニッケル分については、残渣の段階で微粉状となっているため、硫酸化焙焼においても転換反応が効率よく、処理が容易になる。【００２８】
第１１の態様によれば、ニッケル含有原料の焙焼生成物から硫酸ニッケル化合物を抽出した後の残渣に遠心力を作用させることで、ニッケル分と酸化鉄とを効率的に分離することができる。さらに、回収したニッケル分をニッケル含有原料の少なくとも一部として再利用することにより、ニッケル含有原料の硫酸化焙焼の収率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態の残渣処理方法を用いた硫酸化焙焼方法の構成図である。
【図２】Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系及びＦｅ−Ｓ−Ｏ系の概念的な状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本実施形態の残渣処理方法を用いた硫酸化焙焼方法において、焙焼対象物は、焙焼炉内で焙焼され、焙焼生成物が得られる。焙焼対象物としては、ニッケル含有原料が挙げられる。焙焼生成物は、硫酸ニッケル等の硫酸塩を含む。
【００３１】
ニッケル含有原料としては、ニッケル元素を含有するのであれば、ニッケル化合物でも、金属ニッケルでもよい。ニッケル化合物としては、特に限定されないが、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、硫化ニッケル、塩化ニッケル等のニッケル塩類が挙げられる。ニッケル化合物は、水和物でもよい。金属ニッケルは、フェロニッケル等のニッケル合金でもよい。金属状のニッケル（単体又は合金）をニッケル含有原料として用いるときは、溶融金属を小片化したショット等としてもよい。ニッケル含有原料として、ニッケル鉱石を使用することもできる。ニッケル鉱石としては、ニッケル酸化鉱、ニッケル硫化鉱等の１種以上が挙げられる。硫化ニッケルを主成分とするニッケルマット等をニッケル含有原料として用いることもできる。
【００３２】
ニッケルマットとしては、例えばＮｉが４５〜５５％、Ｆｅが約２０％、Ｓが２０〜２５％、Ｃｏが約１％以下の組成（重量比）が挙げられる。さらに、転炉でニッケル濃度を上昇させたニッケルマットとして、例えばＮｉが約７８％、Ｃｏが約１％、Ｆｅが約１％、Ｓが約２０％の組成（重量比）が挙げられる。このニッケルマットは、硫黄分の量から、Ｎｉ３Ｓ２と金属ニッケル（Ｎｉ）が混合している状態である。フェロニッケルとしては、例えばＮｉが１８〜２３％、Ｃｏが約１％、Ｆｅが７６〜８１％の組成（重量比）が挙げられる。
【００３３】
ニッケル酸化鉱としては、リモナイト、サプロライト等のニッケル分を含むラテライト鉱石が挙げられる。リモナイトは、鉄分が少ないリモナイトでも、鉄分が多いリモナイトでもよく、サプロライトは、ニッケル含有量が高い（例えばＮｉ含有量が１．８ｗｔ％以上）サプロライトでも、ニッケル含有量が低い（例えばＮｉ含有量が１．８ｗｔ％未満）サプロライトでもよい。ニッケル硫化鉱としては、硫鉄ニッケル鉱（ペントランド鉱）、針ニッケル鉱、ニッケル分を含む黄銅鉱、ニッケル分を含む磁硫鉄鉱等が挙げられる。
【００３４】
焙焼工程におけるニッケル含有原料は、ニッケル硫化鉱、ニッケル酸化鉱、ニッケル硫化物、ニッケルマット、酸化ニッケル、フェロニッケルからなる群から選択される１種以上を含むことが好ましい。ニッケル含有原料は、鉄分を含まなくてもよいが、多くの場合、ニッケル分に鉄分が共存する。鉄分は後工程で硫酸ニッケル化合物から分離されるが、エネルギー消費の観点から、原料中の鉄分が少ないほど望ましい。ニッケル分より鉄分が多くても処理は可能だが、ニッケル分より鉄分が少ないことが好ましい。ニッケル含有原料は、１種に限らず、２種以上を用いてもよい。２種以上のニッケル含有原料を用いる場合は、これらの原料を混合した状態で供給されてもよく、別々に供給されてもよい。ニッケル含有原料の硫酸化焙焼に際して、硫黄分を含有しないニッケル含有原料を用いてもよく、及び／又は、原料の少なくとも一部として、硫黄分を含有するニッケル含有原料、例えばニッケル硫化鉱、ニッケル硫化物、ニッケルマット等を用いてもよい。
【００３５】
焙焼工程に先立って、細断、粉砕、磨滅などの操作でニッケル含有原料の粒子径を小さくすることが好ましい。焙焼工程において反応はニッケル含有原料の表面から開始するので、ニッケル含有原料の粒子径が小さいほど反応時間が短くなり、好ましい。ニッケル含有原料の粉砕手段としては、特に限定されないが、ボールミル、ロッドミル、ハンマーミル、流体エネルギーミル、振動ミル等の１種又は２種以上を用いることができる。粉砕後のニッケル含有原料の粒子径は、特に限定されない。リモナイト鉱石のように、ニッケル含有原料を微粒子の状態で入手できる場合は、そのまま焙焼工程に供給してもよい。
【００３６】
本実施形態の硫酸化焙焼工程を行う前に、ニッケル含有原料に含まれる鉄分、硫黄分等を酸化させる等の目的で、酸化焙焼工程を設けてもよい。この酸化焙焼工程においては、酸化剤としてＯ２ガス等を供給してもよい。酸化焙焼工程は、硫酸化焙焼工程と同じ焙焼炉で実施してもよく、硫酸化焙焼とは別の酸化焙焼炉を設けてもよい。別の酸化焙焼炉を設けた場合、酸化焙焼炉の焙焼生成物を原料として硫酸化焙焼炉に供給してもよい。
【００３７】
硫酸化焙焼を行う焙焼炉としては、例えば、撹拌型焙焼炉、回転炉型焙焼炉、流動層を有する流動焙焼炉等が挙げられる。鉱石等の焙焼については、従来、採鉱した鉱石を粗粉砕した後に撹拌型焙焼炉、回転炉型焙焼炉を使用した硫酸化焙焼が行われている。この場合、焙焼対象物を前処理する負担が少なく、回転数も遅いが、反応速度が遅く、装置が大型化する。このため、焙焼対象物を燃焼空気で浮遊状態として流動させながら焙焼する方式の流動焙焼炉が普及した。流動焙焼炉を採用することで、装置を小型化することができる。
【００３８】
本実施形態の硫酸化焙焼方法は、鉄分を含むニッケル含有原料を硫酸化焙焼炉で処理する焙焼工程と、この焙焼工程で得られた焙焼生成物から、硫酸ニッケル化合物を抽出する抽出工程と、この抽出工程で硫酸ニッケル化合物を抽出した後に得られる残渣を、本実施形態の残渣処理方法により処理して、ニッケル分と酸化鉄とを分離する残渣処理工程と、この残渣処理工程で得られたニッケル分を、焙焼工程に用いる硫酸化焙焼炉に供給する再利用工程と、を有する。
【００３９】
図１に、本実施形態による残渣処理方法を用いた硫酸化焙焼方法を行うシステムの概略構成を示す。本実施形態の処理システムは、焙焼工程を実施するための硫酸化焙焼炉１０と、抽出工程を実施するための溶解槽２０及び固液分離槽３０と、残渣処理方法を実施するための分離器４０とを含む。分離器４０により得られたニッケル分４２は、硫酸化焙焼炉１０に供給することで、硫酸化焙焼に再利用することが可能である。
【００４０】
硫酸化焙焼炉１０は、ニッケル含有原料を含む原料１１を硫酸化焙焼により処理して、ニッケル含有原料に含まれるニッケル分を硫酸ニッケルに転換する。硫酸化焙焼炉１０に供給される原料１１は、ニッケル含有原料に不足する硫黄分、この硫黄分を酸化するための酸素等を含んでもよい。図１では簡略化のため、それぞれの原料１１の供給経路を区別していない。原料１１と共に、硫酸化焙焼の転換効率を向上する等の目的で、補助的な物質又は材料を硫酸化焙焼炉１０に供給してもよい。
【００４１】
硫酸化焙焼工程により、硫酸ニッケル化合物を含む焙焼生成物１２が得られる。この焙焼生成物１２に溶解槽２０で水２１を供給し、硫酸ニッケル化合物を水に溶解させる水溶解工程により、硫酸ニッケル化合物を含む溶解物２２が得られる。詳しくは後述するが、焙焼生成物１２に水２１を加える前に、焙焼生成物１２を冷却部１３で冷却することが好ましい。また、焙焼生成物１２に水２１を加える前に、焙焼生成物１２を粉砕してもよい。焙焼生成物１２に含まれる鉄分は、酸化鉄、硫化鉄等、水に難溶の状態となるので、溶解物２２には固相が含まれる。そこで、固液分離槽３０で溶解物２２を固相と液相とに分離することにより、液相として硫酸ニッケル溶液３１が得られ、固相として酸化鉄を含む残渣３２が分離される。さらに必要に応じて、例えば硫酸ニッケルと硫酸コバルト等とを分離するため、硫酸ニッケル溶液３１の精製工程を行うことにより、コバルト等の不純物が除去された硫酸ニッケル化合物を得ることができる。
【００４２】
残渣３２は、ニッケル分及び酸化鉄を含む。残渣３２に遠心力を作用させることにより、ニッケル分と酸化鉄とを分離することができる。酸化鉄の比重がニッケル分の比重より大きいことから、ニッケル分と酸化鉄とを効率的に分離することができる。残渣３２に含まれるニッケル分の平均粒子径と酸化鉄の平均粒子径とが異なってもよい。上述した硫酸化焙焼においては、酸化鉄が微細になりやすい。このため、ニッケル分の平均粒子径が酸化鉄の平均粒子径よりも大きくてもよい。残渣３２の平均粒子径としては、例えば５０μｍ〜１５０μｍの範囲内が挙げられる。ニッケル分は、硫酸ニッケルに転換されなかったニッケル含有原料の成分であり、例えばニッケルの硫化物、酸化物等である。酸化鉄としては、例えばＦｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４が挙げられる。
【００４３】
本実施形態においては、残渣３２を分離するため、分離器４０を有する。分離器４０又はその分離方式としては、例えばサイクロン、遠心分離、遠心濾過が挙げられる。サイクロンとしては、流体として気体を用いる気体サイクロン、流体として液体を用いる液体サイクロン、流体として水を用いるハイドロサイクロンが挙げられる。残渣３２との比重差が小さくコストも低いことから、流体として水を用いることが好ましい。残渣３２に水を加えてポンプ３３で圧送することにより、残渣３２を水に分散させた残渣液３４として分離器４０に供給することが好ましい。残渣液３４は、残渣３２をスラリー状に含んでもよい。残渣液３４に含まれる残渣の濃度を安定させるため、固液分離槽３０とポンプ３３との間にはループ状に循環する配管を設けて、残渣液３４に含まれる残渣又は水の一部を固液分離槽３０に戻してもよい。流体として気体を用いる場合は、固相の微粉状の残渣３２を分離器４０に直接供給してもよい。
【００４４】
分離器４０では酸化鉄４１とニッケル分４２とが分離される。分離器４０で酸化鉄４１とニッケル分４２とを分離する際に基準となる粒子径（分級点）としては、１００〜１５０μｍ程度が好ましい。粒子径が大きい粗粉と粒子径が小さい細粉との分級点（分離限界粒子径）としては、例えば、５０％分離粒子径、平衡粒子径（粗粉と細粉とが同一質量になる粒子径）、粗粉中の最小粒子径、細粉中の最大粒子径等、特定の粒子径が用いられる。例えば１００μｍより大きい粒子をニッケル分４２とし、１００μｍより小さい粒子を酸化鉄４１としてもよい。分離器４０の内面は、軟質ゴム等で耐摩耗性を向上させることが好ましい。
【００４５】
分離器４０は、１段設けてもよいが、分級点の大きい分離器４０の次に分級点の小さい分離器４０を設ける等、直列に２段以上設けてもよい。分離器４０の処理能力を向上させるため、複数の分離器４０を並列に設けて、固液分離槽３０又はポンプ３３から供給される残渣液３４の経路を複数の分離器４０に向けて分岐させてもよい。
【００４６】
酸化鉄４１から分離した後のニッケル分４２は、硫酸化焙焼炉１０に供給して処理することができる。これにより、残渣３２中のニッケル分を有効活用することができる。ニッケル分４２を硫酸化焙焼炉１０に戻す際、ニッケル分４２が液体中に分散されている場合は、そのまま硫酸化焙焼炉１０に戻してもよい。また、処理装置４３で処理してからニッケル分４４を硫酸化焙焼炉１０に供給してもよい。処理装置４３としては、分離後のニッケル分４２が気体中に分散されている場合に、ニッケル分４２を水に分散してスラリー状とする装置、又は、分離後のニッケル分４２が水等の液体中に分散されている場合に、ニッケル分４２を乾燥する乾燥装置が挙げられる。処理装置４３がニッケル分４２をスラリー状とする場合、硫酸化焙焼炉１０に供給されるニッケル分４４はスラリー状となる。処理装置４３がニッケル分４２を乾燥させる場合、硫酸化焙焼炉１０に供給されるニッケル分４４は乾燥状態となる。
【００４７】
硫酸化焙焼炉１０では、液状の硫酸を使用した湿式製錬法により処理する必要がなく、乾式製錬法により焙焼生成物１２として硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）を得ることができる。ＳＯ２は、原料１１中の硫黄分又は外部から供給した硫黄分の燃焼によりガスとして発生し、原料１１中のニッケル分と接触して、硫酸ニッケルが生成する。例えばＮｉ３Ｓ２及びＮｉを含むニッケルマットを硫酸化焙焼する場合、外部の硫黄分（Ｓ）及び酸素（Ｏ２）との反応式は、次のようになる。
【００４８】
Ｓ（固体）＋Ｏ２（気体）→ＳＯ２（気体）
Ｎｉ３Ｓ２（固体）＋５Ｏ２（気体）＋ＳＯ２（気体）→３ＮｉＳＯ４（固体）
Ｎｉ（固体）＋ＳＯ２（気体）＋Ｏ２（気体）→ＮｉＳＯ４（固体）
【００４９】
粒子の表面に、ＳＯ２ガスが接触することで、ＮｉＳＯ４の塩が、粒子表面に析出して反応が進むと考えられる。この時に析出するＮｉＳＯ４はＮｉ３Ｓ２よりも体積が大きくなる。さらに、ＮｉＳＯ４の析出により生じた空隙を通じてＳＯ２ガスが拡散することで内部のＮｉ３Ｓ２の硫酸化焙焼が進行する。Ｎｉ３Ｓ２からＮｉＳＯ４への転換によりニッケル分が体積膨張を起こす結果、粒子が割れて粒子径がより小さい残渣が残る。原料１１の粒子径が微粉であるほど、ＮｉＳＯ４に転換する速度は速いが、ニッケルマットは硬いため、微粉砕に要するエネルギーは大きくなる。粉砕操作には時間とエネルギーの問題があり粒子径の小さいニッケルマット原料を調製するには制約又は限界がある。また、上述したとおり原料粒子の表面にＮｉＳＯ４被膜が生成した後は、ＳＯ２ガスの拡散が律速となり、転換反応の効率が低下する。このため、一回の硫酸化焙焼工程でＮｉＳＯ４の転換率を１００％とするには、焙焼炉内の滞留時間を延ばしても容易でなく、生産性も低下する。このため、経済性の観点から転換率はある程度の範囲にとどめ、焙焼生成物１２から溶解しやすい硫酸ニッケルを溶解槽２０で溶解した後、残渣３２を再度、硫酸化焙焼に供した方が効率はよい。しかし、原料１１に含まれていた鉄分が酸化して生成する酸化鉄は、残渣３２に混入される。このため、残渣３２から酸化鉄４１を分離したニッケル分４２，４４を硫酸化焙焼炉１０に供給することが望ましい。
【００５０】
残渣３２に含まれる酸化鉄は、上述の事情では原料１１の微粒子が割れて生じるため、非常に粒子径が小さい超微粒子となっていて、一般的には濾過が困難である。濾過の方法は各種あるが、例えば加圧濾過、減圧濾過等を採用するには、濾過助剤を利用しないとニッケル分との分離が困難である。そこで、分離器４０において残渣３２に遠心力を作用させて、ニッケル分と酸化鉄とを分離することで、酸化鉄４１とニッケル分４２との分離が容易になる。
【００５１】
ニッケル分４２，４４を硫酸化焙焼炉１０に供給する際に、ニッケル分４２，４４がスラリー状である場合、ニッケル分４２，４４の輸送が容易であると共に、硫酸化焙焼炉１０内で水蒸気を発生させることができる。このため、硫酸化焙焼に必要な硫黄酸化物を硫黄源から酸化して発生させる効率が向上する。ニッケル分４２，４４を硫酸化焙焼炉１０に供給する際に、ニッケル分４２，４４が乾燥状態である場合、輸送に際してニッケル分４２，４４の重量が少なくて済み、ロスを減少させることができる。
【００５２】
ニッケル分４２，４４を乾燥させる場合、硫酸化焙焼炉１０の排熱により乾燥させることも可能である。これにより、エネルギー回収率を向上することができる。硫酸化焙焼炉１０の排熱をニッケル分４２の乾燥のため処理装置４３に輸送する方法としては、温水、水蒸気等の熱媒体の輸送管又はヒートパイプ等の熱輸送路（図示せず）を硫酸化焙焼炉１０と接続してもよい。または、硫酸化焙焼炉１０の排熱を相変化等の潜熱として蓄熱材に蓄積し、蓄熱した蓄熱材を処理装置４３に輸送して乾燥に利用することもできる。
【００５３】
硫酸化焙焼工程及び水溶解工程を経て、硫酸ニッケル溶液３１に含まれるニッケル分と残渣３２に含まれるニッケル分との割合は特に限定されないが、残渣３２に含まれるニッケル分が数％から数十％となったとしても、残渣３２に含まれるニッケル分を、鉄分と分離してから硫酸化焙焼炉１０に戻して処理を続けることにより、原料１１のニッケル分から硫酸ニッケル溶液３１を得る収率を向上させることができる。
【００５４】
残渣３２の排出元である硫酸化焙焼炉１０と、残渣３２から分離されたニッケル分４２，４４の供給先となる硫酸化焙焼炉１０とは、同一の硫酸化焙焼炉１０でもよく、異なる硫酸化焙焼炉１０でもよい。いずれの硫酸化焙焼炉１０についても、鉄分を含むニッケル含有原料から所定の条件において硫酸ニッケルを得る硫酸化焙焼方法を実施することが好ましい。次に、硫酸化焙焼方法の好ましい条件について、より詳しく説明する。なお、この硫酸化焙焼工程におけるニッケル分は、原料１１のうちニッケル含有原料に含まれるニッケル分と、残渣３２から分離されたニッケル分４２，４４とを包含する。
【００５５】
ニッケル含有原料の硫酸化焙焼においては、酸素分圧及び二酸化硫黄分圧を、Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系において硫酸ニッケルが酸化ニッケルよりも熱力学的に安定となり、かつ、Ｆｅ−Ｓ−Ｏ系において酸化鉄が硫酸鉄よりも熱力学的に安定となる条件下とすることが好ましい。これにより、ニッケル含有原料が鉄分を含む場合であっても、ニッケル分が硫酸ニッケルに変換されると共に、鉄分から硫酸鉄への変換が抑制されるので、鉄分による硫黄分の消費を抑制して、硫酸ニッケルの生成効率を向上することができる。
【００５６】
図２は、Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系及びＦｅ−Ｓ−Ｏ系の概念的な状態図の一例である。Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系における各相の境界線は破線（‐‐‐‐‐）で表示し、Ｆｅ−Ｓ−Ｏ系における各相の境界線は一点鎖線（―・―・―）で表示した。矢印に添えた化学式は、それぞれの境界線から矢印に向かう側で熱力学的に安定な相を示す。図２に示す状態図の横軸はＯ２分圧の対数を示し、右側ほどＯ２分圧が高く、左側ほどＯ２分圧が低い。図２に示す状態図の縦軸はＳＯ２分圧の対数を示し、上側ほどＳＯ２分圧が高く、下側ほどＳＯ２分圧が低い。分圧の単位は、例えば気圧（ａｔｍ＝１０１３２５Ｐａ）である。
【００５７】
Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系に含まれる硫酸ニッケルとしては例えばＮｉＳＯ４が挙げられ、酸化ニッケルとしては例えばＮｉＯが挙げられる。図２に示す状態図において、境界線ＬＮｉは、硫酸ニッケルが熱力学的に安定な領域と酸化ニッケルが熱力学的に安定な領域との境界線を示す。境界線ＬＮｉよりＳＯ２分圧及びＯ２分圧が高い領域では、硫酸ニッケルが熱力学的に安定な相となる。また、境界線ＬＮｉよりＳＯ２分圧及びＯ２分圧が低い領域では、酸化ニッケルが熱力学的に安定な相となる。
【００５８】
Ｆｅ−Ｓ−Ｏ系に含まれる硫酸鉄としては例えばＦｅＳＯ４及びＦｅ２（ＳＯ４）３が挙げられ、酸化鉄としては例えばＦｅ２Ｏ３が挙げられる。図２に示す状態図において、境界線ＬＦｅは、硫酸鉄が熱力学的に安定な領域と酸化鉄が熱力学的に安定な領域との境界線を示す。境界線ＬＦｅよりＳＯ２分圧及びＯ２分圧が高い領域では、硫酸鉄が熱力学的に安定な相となる。また、境界線ＬＦｅよりＳＯ２分圧及びＯ２分圧が低い領域では、酸化鉄が熱力学的に安定な相となる。
【００５９】
図２に示す状態図によれば、境界線ＬＦｅよりＳＯ２分圧及びＯ２分圧が低く、かつ、境界線ＬＮｉよりＳＯ２分圧及びＯ２分圧が高い領域Ａにおいて、Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系では硫酸ニッケルが、Ｆｅ−Ｓ−Ｏ系では酸化鉄が、熱力学的に安定な相となる。そこで、この重なり領域Ａの条件下で、ニッケル（Ｎｉ）、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）を含む系を焙焼することにより、系中に鉄分が共存していても硫酸鉄の生成を抑制しつつ、ニッケル分を硫酸ニッケルに変換することができる。
【００６０】
本実施形態の硫酸化焙焼工程における焙焼温度（硫酸化焙焼温度）は、４００〜７５０℃の範囲が好ましく、５５０〜７５０℃の範囲がより好ましい。硫酸化焙焼温度の具体例としては、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、あるいはこれらの前後又は中間の温度範囲が挙げられる。このような焙焼温度であれば、鉄分の還元が抑制されて、鉄分が酸化鉄、硫化鉄等の状態で硫酸ニッケル化合物と共存し得るので、焙焼生成物において粒子の凝結を抑制し、後工程の処理を容易にすることができる。また、これらの温度であれば、炭酸塩が分解するので、炭酸塩が混入している場合であっても、炭酸塩が水に溶解して不純物として残るのを防止することができ、後工程の処理を容易にすることができる。
さらに硫酸化焙焼温度は、６００〜７００℃であることが好ましい。この温度であれば、焙焼対象物がニッケル含有原料に由来する不純物としてマンガン（Ｍｎ）を含む場合であっても、マンガンが鉄とのスピネル構造を形成することにより、マンガンを不溶物として除去しやすくなる。
【００６１】
硫酸化焙焼工程におけるＯ２分圧としては、気圧（ａｔｍ）単位によるＯ２分圧の常用対数ｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）が−４〜−６の範囲が好ましく、条件等に応じて、ｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）が−４〜−５、又はｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）が−５〜−６の範囲がより好ましい。Ｏ２分圧を低くすることにより、図２の重なり領域ＡにおいてもＳＯ２分圧が高くなる傾向となるので、硫酸鉄の生成を抑制しつつ、硫酸ニッケルの生成を促進することができる。この最適領域は、硫酸化焙焼温度によって若干ずれ、温度が高くなる程、重なり領域Ａにおけるｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）が大きくなる方（零（０）に近づく方）に移動する。ｌｏｇ  ｐ（ＳＯ２）及び硫酸化焙焼温度との関係に応じて、ｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）を、例えば−８以上０以下の範囲から選択してもよい。
【００６２】
硫酸化焙焼工程におけるＳＯ２分圧としては、気圧（ａｔｍ）単位によるＳＯ２分圧の常用対数ｌｏｇ  ｐ（ＳＯ２）が−１〜＋１の範囲が好ましく、ｌｏｇ  ｐ（ＳＯ２）が−１〜０の範囲がより好ましい。図２の重なり領域Ａの中でも、ＳＯ２分圧をより高くすることで、硫酸塩の生成を促進することができる。さらに、ＳＯ２分圧を常圧程度、又はそれ以下の範囲（分圧の常用対数が略０以下）とすることで、硫酸化焙焼工程における焙焼雰囲気の全圧も過大にならず、設備の取り扱いを容易にすることができる。ｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）との関係及び硫酸化焙焼温度に応じて、ｌｏｇ  ｐ（ＳＯ２）を、例えば−４以上＋１以下の範囲から選択してもよい。
【００６３】
焙焼炉内でＯ２分圧が低い条件を維持するには、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを焙焼炉に供給してもよい。これらの不活性ガスは、気体や蒸気等の揮発性成分を焙焼炉に供給する際の担体として用いることもできる。ＳＯ２分圧の調整は、例えば、硫黄源の供給量の制御により行うことができる。ニッケル含有原料に硫黄分が少ない場合は、硫黄分を硫酸化焙焼工程に供給してもよい。硫黄分の供給源（硫黄源）としては、常温で固体状である固体硫黄（elementary sulfur, Ｓ）、硫黄酸化物（ＳＯ２等）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、硫酸塩、硫化物、黄鉄鉱（ＦｅＳ２）等の硫化鉱石などが挙げられる。硫黄源が硫黄（Ｓ）である場合は、酸素富化の状態でＳＯ２ガスを生成させることが好ましい。酸素を含む雰囲気中で硫黄を燃焼させて硫黄酸化物を生成させてもよい。
【００６４】
好ましい分圧の範囲は、硫酸化焙焼温度に応じて、上述した状態図を検討し、境界線ＬＮｉ及び境界線ＬＦｅの位置から求めることができる。例えば硫酸化焙焼温度が６５０〜７５０℃である場合、好ましい分圧の範囲としては、ｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）が−８〜−４程度でｌｏｇ  ｐ（ＳＯ２）が−２〜＋２程度、ｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）が−３〜−２程度でｌｏｇ  ｐ（ＳＯ２）が−３〜＋１程度、ｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）が−１〜０程度でｌｏｇ  ｐ（ＳＯ２）が−４〜０程度が挙げられる。
【００６５】
次に、硫酸化焙焼により得られた硫酸ニッケルの精製等について、より詳しく説明する。水溶解工程として溶解槽２０で焙焼生成物１２に添加される水２１は、不純物を含まないように処理された純水が好ましい。水処理方法としては、特に限定されないが、濾過、膜分離、イオン交換、蒸留、消毒、薬剤処理、吸着などの１種以上が挙げられる。溶解用の水として、水源から得られる上水、工業用水等を用いてもよく、他のプロセスで生じた排水を処理した水を用いてもよい。２種類以上の水を用いてもよい。純水に限らずｐＨ＝４程度の硫酸酸性溶液で溶解することも可能である。例えば、溶液のｐＨが４〜５程度、例えば３．８〜５．５で、酸化還元電位測定で酸化域となる領域では、他の硫酸塩等の不純物の溶解を抑制しつつ、硫酸ニッケル化合物を選択的に水相に抽出するのに有利であるため、好ましい。
【００６６】
硫酸ニッケルの水への溶解度は、１５０℃において最も高く、１００ｇの溶液に５５ｇのＮｉＳＯ４が溶解するが、０℃でも１００ｇの溶液に２２ｇのＮｉＳＯ４が溶解する。このため、溶解操作は水の沸点以下で実施することが望ましい。また、水溶解工程で得られる溶解物２２は、ＮｉＳＯ４が常温でも析出しない濃度とすることが好ましく、それよりＮｉＳＯ４が高濃度では溶解物２２の加温状態を維持することが好ましい。溶解物２２の温度を調整するには、溶解操作を行う前に、焙焼生成物１２の温度又は水２１の温度を調整することが好ましい。溶解物２２の加温状態を維持する熱源の少なくとも一部として、焙焼生成物１２の余熱を利用してもよい。このため、水２１に溶解する前の焙焼生成物１２の温度は、適切な温度に設定することが好ましい。
【００６７】
上述したように、図１に示すシステムでは、硫酸化焙焼炉１０と溶解槽２０との間に冷却部１３が設けられている。冷却部１３は、バッチ式でも連続式でもよい。バッチ式の場合、水分を加えずに焙焼生成物１２が所望の温度に低下するまで放置する構成でもよい。連続式の場合、例えば硫酸化焙焼炉１０と溶解槽２０との間を接続する配管に冷却部１３を設けてもよい。冷却部１３では、例えば熱交換器を設けて過剰な余熱を焙焼生成物１２から回収し、回収した余熱を各種の熱源として利用してもよい。
【００６８】
硫酸化焙焼炉１０から得られた焙焼生成物１２の状態、又は冷却部１３で冷却している間の状態変化等により、焙焼生成物１２の粒子が固結したり、又は、粒子の表面に水に難溶性の被膜を生じたりする場合がある。このため、焙焼生成物１２に水２１を加える前に、焙焼生成物１２を粉砕する工程を加えてもよい。焙焼生成物１２の粉砕手段としては、特に限定されないが、ボールミル、ロッドミル、ハンマーミル、流体エネルギーミル、振動ミル等の１種又は２種以上を用いることができる。焙焼生成物１２の粉砕は、焙焼生成物１２の冷却前に開始してもよく、又は焙焼生成物１２の冷却後に開始してもよい。
【００６９】
水溶解工程の後、固液分離の方法は、特に限定されず、濾過法、遠心分離法、沈降分離法などが挙げられる。固液分離槽３０は、望ましくは、残渣３２となる固相の微粒子の分離性能が高い装置とすることが好ましく、例えば濾過槽、遠心分離槽、沈降槽、沈殿槽等の１種又は２種以上が挙げられる。例えば、濾過法において、濾過の方式は特に限定されず、重力濾過、減圧濾過、加圧濾過、遠心濾過、濾過助剤添加型濾過、圧搾絞り濾過等が挙げられる。差圧の調整が容易で、迅速な分離が可能となる加圧濾過が好ましい。
【００７０】
硫酸ニッケル化合物と共存し得る不純物としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。これらの金属塩が焙焼工程において硫酸塩となっている場合、硫酸ニッケル化合物を水に溶解させたときに、硫酸鉄、硫酸コバルト等も溶解する。さらに、水中では例えば鉄がＦｅＯＯＨ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４等の酸化物等として沈殿し、硫酸ニッケル化合物から不純物の除去が容易になる。本実施形態の硫酸化焙焼工程は、鉄分が硫酸鉄となりにくい条件を設定しているため、水溶解及び固液分離を経ることで、鉄分の少ない硫酸ニッケル溶液３１が得られる。硫酸ニッケル溶液３１を分離した後の酸化鉄等を含む残渣３２は、セメントの鉄分として再利用することもできる。また、残渣３２から分離した酸化鉄４１は、溶融還元炉、電気炉等を用いた製鉄原料として銑鉄等の生産に、あるいは、顔料、フェライト、磁性材料、焼結材等に利用することもできる。特に、ニッケル含有原料を産出する地域が工業地域、都市等から離れた遠隔地である場合等には、ニッケル分と同様に、鉄分も現地で製品化することが輸送費等の観点から有利である。例えば、フェロニッケルの製錬工程に設けた電気炉を利用して銑鉄を生産し、減容すれば鉄地金として搬出することも容易になる。
【００７１】
不純物のうち、例えば銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金族金属（ＰＧＭ）等、水素（Ｈ）よりイオン化傾向が低い金属は、水溶解工程で固体として残るため、固液分離工程により除去することができる。固液分離工程により除去される固体には、上記の不純物のほか、Ａｓ，Ｐｂ，Ｚｎ等の化合物が含まれ得る。これらの不純物が含まれる固体は、有価物としてリサイクル処理することもできる。
【００７２】
水溶解及び固液分離を経て得られる硫酸ニッケル溶液３１は、硫酸ニッケル化合物を主成分とするため、硫酸ニッケル化合物の溶液のまま、あるいは乾燥等により硫酸ニッケル化合物の固体として、輸送し、利用することができる。用途によっては、硫酸ニッケル溶液３１中の不純物として、例えば硫酸コバルト等を低減することが望まれる場合には、溶媒抽出、電解透析（Electrodialysis）、電解採取（Electrowinning）、電解精製（Electro refining）、イオン交換、晶析等の技術を利用することができる。
【００７３】
溶媒抽出の場合は、ニッケルよりもコバルトを優先的又は選択的に溶媒中に抽出できる抽出剤を用いることが好ましい。これにより、硫酸ニッケル化合物を水系の溶液中に残して、効率的な精製が可能になる。抽出剤としては、ホスフィン酸基、チオホスフィン酸基等の、金属イオンと結合し得る官能基を有する有機化合物が挙げられる。溶媒抽出においては、希釈剤として、抽出剤を水から分離させることが可能な有機溶媒を用いてもよい。コバルト等の金属イオンと結合した抽出剤を希釈剤に溶解させることにより、抽出剤を大量に使用しなくても、硫酸ニッケル化合物を含有する水溶液からの分離が容易になる。希釈剤は、水と混和しにくい有機溶媒が好ましい。
【００７４】
晶析の場合は、温度の変化、溶媒の減少、他の物質の添加等の少なくとも１つの因子により、目的物である硫酸ニッケル化合物を溶液中から結晶化させればよい。この際、不純物の少なくとも一部を液相に残留させることにより、精製が可能になる。具体例としては、蒸発晶析法と貧溶媒晶析法がある。蒸発晶析法は、減圧下で沸騰又は蒸発により溶液を濃縮させ、硫酸ニッケル化合物を晶析させる。貧溶媒晶析法は、医薬品製造などで利用されている晶析方法で、例えば硫酸ニッケル化合物を含む溶液に有機溶媒を加えて硫酸ニッケル化合物を析出させる。晶析に用いられる有機溶媒としては、水と混和する有機溶媒が好ましく、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブチルアルコール、エチレングリコール、アセトンからなる群から選択される１種以上が挙げられる。２種類以上の有機溶媒が用いられてもよい。有機溶媒が水と混和する濃度範囲については、硫酸ニッケル化合物が析出する程度に有機溶媒が添加された濃度で混和することが好ましく、任意の割合で自由に混和することがより好ましい。晶析工程で加える有機溶媒は、無水の有機溶媒に限らず、晶析に支障のない程度で含水の有機溶媒であってもよい。水と有機溶媒との比率は、特に限定されないが、例えば１：２０〜２０：１の範囲で設定してもよいが、１：１程度、例えば１：２〜２：１が好ましい。
【００７５】
晶析等を経て固体の硫酸ニッケル化合物を得る場合、硫酸ニッケルの無水物、１水和物、２水和物、５水和物、６水和物、７水和物等の状態となっていてもよい。晶析により析出した硫酸ニッケル化合物は、固液分離により溶液から分離することができる。固液分離の方法は、特に限定されないが、濾過法、遠心分離法、沈降分離法などが挙げられる。溶液側に溶解した金属は、中和して沈殿等の方法により溶液から取り除くことが好ましい。浄化された溶液が、水と有機溶媒との混合物が主体とする場合、蒸留等の方法で水と有機溶媒とを分離することができる。
【００７６】
本実施形態の硫酸化焙焼方法によれば、次の効果が得られる。
（１）残渣に含まれるニッケル分を有効に利用して、硫酸ニッケル化合物の収率を向上することができる。
（２）ニッケル含有原料から硫酸ニッケルへの転換反応を早めることができ、反応性が向上する。
（３）硫酸化焙焼により、ニッケル含有原料から高純度の硫酸ニッケル化合物を生産することができる。
（４）硫酸化焙焼工程において硫酸鉄の生成を抑制することができる。また、水素（Ｈ２）ガスの発生も抑制することができる。
（５）焙焼生成物は、鉄分が水に溶解しにくい化学種になり、ニッケル分が硫酸ニッケル化合物として水に溶解しやすくなるので、鉄分の除去が容易になる。
（６）従来法に比べて設備コストを低減することができる。
（７）ニッケル含有原料の転換反応を促進することができるため、例えば、鉄が酸化鉄の状態で供給される場合に、酸化鉄が硫酸鉄を形成する機会及び鉄−ニッケルのフェライト合金を形成する機会を与えず転換反応が進む。そのため、高純度の硫酸ニッケルを含有する焙焼生成物を得ることができる。
【００７７】
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００７８】
焙焼対象物は、ニッケル含有原料に限らず、ニッケル以外の他の金属（Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｏ，Ｆｅ等）を含有する原料も考えられる。他の金属を含有する原料からその金属の化合物を得るための焙焼に、上述の実施形態によるニッケル含有原料の焙焼を応用することも可能である。
【００７９】
上述の残渣処理方法は、硫酸化焙焼とは異なる工程から排出される残渣の処理にも利用することができる。
【実施例】
【００８０】
＜実験例＞
鉄を含むニッケルマット（Ｎｉ３Ｓ２）を硫酸化焙焼試験装置で焙焼した。焙焼条件は、焙焼温度を６５０℃、ｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）を−２．０、ｌｏｇ  ｐ（ＳＯ２）を−２．０とした。得られた焙焼生成物を、温度８０℃の純水に溶解した。得られた溶解物を１時間放置し、上澄み液の硫酸ニッケル溶液と酸化鉄を含む残渣を、ＭＩＬＬＩＰＯＲＥ（登録商標）を用いた濾過装置で分離した。この濾過膜上に残った残渣を１１０℃の恒温槽で２時間乾燥させ、株式会社ニレコのルーゼックス（登録商標）画像解析型粒子径分布測定器で平均粒子径を測定した。その結果、平均粒子径（ｐ５０）が１００〜１５０μｍであった。また、この乾燥物を電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）で分析した結果、粒子径が大きい側の画分がニッケル分で、粒子径が小さい側の画分が酸化鉄であった。【００８１】
なお、Ｎｉ−Ｓ−Ｏ系及びＦｅ−Ｓ−Ｏ系の状態図の事前検討から、焙焼温度６５０℃で、ｌｏｇ  ｐ（Ｏ２）を−２．０、ｌｏｇ  ｐ（ＳＯ２）を−２．０とする条件は、ＮｉＳＯ４への転換に適していると考えられる。【００８２】
＜実施例１＞
上記の実験例と同条件でニッケルマットを硫酸化焙焼し、得られた焙焼生成物を、温度８０℃の純水に溶解した。得られた溶解物を１時間放置し、上澄み液の硫酸ニッケル溶液と酸化鉄を含む残渣を、ＭＩＬＬＩＰＯＲＥ（登録商標）を用いた濾過装置で分離した。この濾過膜に残った残渣を純水に分散させて残渣の分散液を得た。ポンプ圧力（吐出圧）を１．０ｋｇｆ／ｃｍ２とし、３８．０Ｌ／ｍｉｎの流速で、残渣の分散液をサイクロン（ラサ工業株式会社製のハイドロサイクロン：Ｓｕｐｅｒ−１５０−Ｃｙｃｌｏｎｅを単体で使用）に供したときの処理量は、２．２ｍ３／ｈであった。ポンプ圧力を変更してサイクロンに供給する残渣の分散液の量を変更し、処理量を表１のように変更した。なお、１ｋｇｆ／ｃｍ２は９．８０６６５Ｎ／ｃｍ２すなわち９８０６６．５Ｐａである。【００８３】
【表１】
2020174573.tif 000003
【００８４】
＜実施例２＞
実施例１と同様にして残渣の分散液を得た。ポンプ圧力（吐出圧）を１．０ｋｇｆ／ｃｍ２とし、２２８Ｌ／ｍｉｎの流速で、残渣の分散液をサイクロン（ラサ工業株式会社製のハイドロサイクロン：Ｓｕｐｅｒ−１５０−Ｃｙｃｌｏｎｅを並列に６セット使用）に供したときの処理量は、１３．６ｍ３／ｈであった。ポンプ圧力を変更してサイクロンに供給する残渣の分散液の量を変更し、処理量を表２のように変更した。【００８５】
【表２】
2020174573.tif 000004
【００８６】
表１及び表２において、分離効率（％）は、サイクロンから回収できたニッケル分と酸化鉄との合計を１００％としたニッケル分の重量比である。粒子径の小さい酸化鉄はサイクロンの中心部から上方に、粒子径の大きいニッケル分はサイクロンの周壁部から下方に分離された。サイクロンの処理量が多いと分離効率の振れ幅が少し大きくなった。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、二次電池等の電気部品、化学製品などに利用される各種のニッケル化合物又は金属ニッケルの原料として有用な高純度の硫酸ニッケル化合物の製造に利用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０…硫酸化焙焼炉、１１…原料、１２…焙焼生成物、１３…冷却部、２０…溶解槽、２１…水、２２…溶解物、３０…固液分離槽、３１…硫酸ニッケル溶液、３２…残渣、３３…ポンプ、３４…残渣液、４０…分離器、４１…酸化鉄、４２，４４…ニッケル分、４３…処理装置。
【図１】
2020174573.tif 000005
【図２】
2020174573.tif 000006
【国際調査報告】
2020174573.tif 000007
2020174573.tif 000008