本發(fā)明涉及作為鎳氧化物礦之一的腐泥土(saprolite)礦的冶煉方法，更詳細而言，涉及通過由腐泥土礦作為原料礦石來形成顆粒(pellet)并在冶煉爐中對該顆粒進行還原加熱，從而進行冶煉的腐泥土礦的冶煉方法。

背景技術(shù)：

作為被稱為褐鐵礦或腐泥土的鎳氧化物礦的冶煉方法，已知的有：使用熔煉爐制造鎳锍(nickelmatte)的干式冶煉方法、使用旋轉(zhuǎn)窯或移動爐床爐制造鐵-鎳合金(鎳鐵(ferronickel))的干式冶煉方法、使用高壓釜制造混合硫化物的濕式冶煉方法等。

作為腐泥土礦的干式冶煉，一般進行的處理是通過使用旋轉(zhuǎn)窯進行焙燒，其后在電爐中將燒結(jié)礦熔融，得到鎳鐵金屬，并且將熔渣分離。此時，通過使一部分鐵殘留在熔渣中，從而將鎳鐵金屬中的鎳濃度保持在高濃度。然而，因為需要將全部的腐泥土礦熔融而使其生成熔渣和鎳鐵，所以有需要大量電能的缺點。

在專利文獻1中提議了，通過將氧化鎳礦石和還原劑(無煙煤)投入旋轉(zhuǎn)窯在半熔融狀態(tài)下對其進行還原，從而將鎳和鐵的一部分還原成金屬之后，再通過比重分離或磁選來回收鎳鐵的方法。基于該方法，不用電進行熔融就能夠得到鎳鐵金屬，因此具有耗能小的優(yōu)點。但是，具有下述問題，因為是在半熔融狀態(tài)下進行的還原，所以導致生成的金屬分散成了小顆粒，而且再加上存在因為在比重分離或磁選分離中的損失，更使得鎳金屬的收率相對變低。

另外，在專利文獻2中，公開了利用移動爐床爐制造鎳鐵的方法。在該文獻中，披露了將含有氧化鎳和氧化鐵的原料和炭質(zhì)還原劑混合并形成顆粒，將該混合物在移動爐床爐內(nèi)加熱還原而得到還原混合物，再通過將該還原混合物在另外的爐中熔融而得到鎳鐵。還披露了或者在移動爐床爐內(nèi)使熔渣和金屬兩者、或其中一者熔融。然而，將還原混合物在另外的爐中熔融，電爐中的熔融工藝同樣需要大量的能量。另外，使其在爐內(nèi)熔融的情況下，會導致熔融的熔渣或金屬與爐床熔接，而存在難以排出至爐外的問題。

此處，關(guān)于鐵-鎳合金中的鎳品位，在日本工業(yè)規(guī)格(jis)中已經(jīng)規(guī)定了如表1所示的鎳鐵的鎳品位，作為商品銷售的鎳鐵需要達到16％以上。

[表1]

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特公平01-21855號公報；

專利文獻2：日本特開2004-156140號公報。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

本發(fā)明是基于以上的事實而提出方案的，其目的在于提供一種冶煉方法，該方法是基于由腐泥土礦形成顆粒并將該顆粒在冶煉爐中還原加熱而得到鐵-鎳合金(鎳鐵)的腐泥土礦的冶煉方法，其能夠使在冶煉工序(還原工序)中的冶煉反應有效地進行，得到具有例如滿足鎳鐵的日本工業(yè)規(guī)格的16％以上的鎳品位的鐵-鎳合金。

解決課題的技術(shù)方案

本發(fā)明的發(fā)明人等為了解決上述的課題反復地潛心研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了將作為原料的腐泥土礦與炭質(zhì)還原劑一起以特定的比例混合來制造顆粒，將該顆粒裝入在爐床上鋪滿炭質(zhì)還原劑(爐床炭質(zhì)還原劑)的冶煉爐內(nèi)實施還原加熱處理，由此，使還原反應有效地進行，能夠得到鎳品位高的鐵-鎳合金，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明提供以下的方案。

(1)本發(fā)明的第一發(fā)明是一種腐泥土礦的冶煉方法，其由腐泥土礦形成顆粒并對該顆粒進行還原加熱，由此得到鎳品位為16％以上的鐵-鎳合金，其具有：顆粒制造工序，該工序由所述腐泥土礦制造顆粒，和還原工序，該工序通過冶煉爐對得到的顆粒進行還原加熱，并且，在所述顆粒制造工序中，至少要使用所述腐泥土礦和炭質(zhì)還原劑，在將形成的顆粒內(nèi)包含的氧化鎳還原為鎳金屬時所必須的化學當量、和將該顆粒內(nèi)包含的氧化鐵還原為鐵金屬時所必須的化學當量的合計值設(shè)為100％時，調(diào)整該炭質(zhì)還原劑的混合量以使炭量的比例成為25％以下，由此進行混合，將得到的混合物塊狀化，從而形成顆粒，在所述還原工序中，在將得到的顆粒裝入所述冶煉爐時，預先在該冶煉爐的爐床上鋪滿爐床炭質(zhì)還原劑，形成將該顆粒載置于該爐床炭質(zhì)還原劑上的狀態(tài)，實施還原加熱處理。

(2)本發(fā)明的第二發(fā)明是一種腐泥土礦的冶煉方法，其中，在第一發(fā)明中，在所述還原工序中，以1350℃以上且1550℃以下的加熱溫度對載置于所述爐床炭質(zhì)還原劑上的顆粒進行還原加熱處理。

(3)本發(fā)明的第三發(fā)明是一種腐泥土礦的冶煉方法，其中，在第一發(fā)明或第二發(fā)明中，將在將所述顆粒裝入所述冶煉爐時的溫度設(shè)為600℃以下。

(4)本發(fā)明的第四發(fā)明是一種腐泥土礦的冶煉方法，其中，在第一至第三發(fā)明中的任一發(fā)明中，在所述顆粒制造工序中，在所述炭質(zhì)還原劑以外添加添加劑，將除去該炭質(zhì)還原劑的該添加劑的添加量設(shè)為所述腐泥土礦的重量的10％以下。

(5)本發(fā)明的第五發(fā)明是一種腐泥土礦的冶煉方法，其中，在第一至第四發(fā)明中的任一發(fā)明中，將所述還原工序中的從還原加熱處理開始起直至將所述顆粒從所述冶煉爐中取出為止的時間設(shè)為小于40分鐘。

(6)本發(fā)明的第六發(fā)明是一種腐泥土礦的冶煉方法，其中，在第一至第五發(fā)明中的任一發(fā)明中，將經(jīng)過所述還原工序得到的還原物粉碎，并分離成含有鐵-鎳合金的金屬和熔渣，然后，將該金屬熔融而制成鎳鐵。

發(fā)明的效果

基于本發(fā)明，能夠使還原反應有效地進行，有效地得到具有16％以上的高鎳品位的鐵-鎳合金。

附圖說明

圖1是表示腐泥土礦的冶煉方法的流程的工序圖。

圖2是表示在腐泥土礦的冶煉方法中的顆粒制造工序的處理流程的處理過程圖。

圖3是示意性地表示在冶煉爐內(nèi)裝入顆粒后的狀態(tài)的圖。

圖4是表示對顆粒進行還原加熱處理的反應的情形的示意圖。

圖5是表示feo-sio2-cao三元系狀態(tài)圖的圖。

具體實施方式

以下，針對本發(fā)明的具體實施方式(以下，稱為“本實施方式”)一邊參照附圖一邊進行詳細地說明。需要說明的是，本發(fā)明并不受以下的實施方式的限定，在不改變本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以有各種變形。

《腐泥土礦的冶煉方法》

首先，針對作為原料礦石的腐泥土礦的冶煉方法進行說明。以下列舉如下的冶煉方法為示例進行說明，即將用作原料礦石的腐泥土礦顆?；?，通過對該顆粒進行還原處理而使其生成金屬(鐵-鎳合金(以下將鐵-鎳合金也稱作“鎳鐵”))和熔渣，再通過分離該金屬和熔渣來制造鎳鐵。

在本實施方式的腐泥土礦的冶煉方法中，采用腐泥土礦的顆粒，通過將該顆粒裝入冶煉爐(還原爐)進行還原加熱，從而得到鎳品位為16％以上的鐵-鎳合金。具體而言，本實施方式的腐泥土礦的冶煉方法，如圖1的工序圖所示，具有：由腐泥土礦制造顆粒的顆粒制造工序s1，通過還原爐對得到的顆粒以規(guī)定的還原溫度進行還原加熱的還原工序s2，對通過還原工序s2生成的金屬和熔渣進行分離而回收金屬的分離工序s3。

＜1.顆粒制造工序＞

在顆粒制造工序s1中，由作為原料礦石的腐泥土礦制造顆粒。作為原料礦石的腐泥土礦是組成為ni品位1.5％～2.5％、fe品位13％～25％、mgo/sio＝0.3～1.0的鎳氧化物礦。此處，在下述的表2中給出作為腐泥土礦的組成(重量％)的一個示例。但是，腐泥土礦的組成未限定于此。

[表2]

圖2是表示在顆粒制造工序s1中的處理流程的處理過程圖。如該圖2所示，顆粒制造工序s1具有：將包含腐泥土礦的原料混合的混合處理工序s11；使得到的混合物形成塊狀物(造粒)的塊狀化處理工序s12；對得到的塊狀物進行干燥的干燥處理工序s13。

(1)混合處理工序

混合處理工序s11是將包含腐泥土礦的原料粉末混合而得到混合物的工序。具體而言，在該混合處理工序s11中，添加作為原料礦石的腐泥土礦，并且添加炭質(zhì)還原劑，進行混合，進一步，作為任意組分的添加劑，混合例如粒徑為0.2mm～0.8mm左右的粉末的焊劑組分、粘合劑等，得到混合物。

在本實施方式中，在制造顆粒的時候，混合特定量的炭質(zhì)還原劑而形成混合物并由該混合物形成顆粒。對炭質(zhì)還原劑沒有特別地限定，可舉出例如，煤粉、焦炭粉等。需要說明的是，該炭質(zhì)還原劑的粒徑優(yōu)選為與上述的作為原料礦石的腐泥土礦的粒度相同。

此處，作為炭質(zhì)還原劑的混合量，將其調(diào)整為：在將形成的顆粒內(nèi)包含的全部的氧化鎳還原成鎳金屬所必須的化學當量、和將顆粒內(nèi)包含的氧化鐵還原成鐵金屬所必須的化學當量的合計值(以下稱為“化學當量的合計值”)設(shè)為100％時，使炭量的比例為25％以下。

如此地在混合處理工序s11中，通過將炭質(zhì)還原劑混合量調(diào)整為特定的比例，即相對于上述的化學當量的合計值100％使炭量的比例為25％以下，從而將其與腐泥土礦混合。進而，通過由得到的混合物制造顆粒，從而在接著的還原工序s2的還原加熱處理中，能夠更有效地在使三價的鐵氧化物還原為二價的鐵氧化物，并且進行鎳氧化物的金屬化，進而使二價的鐵氧化物還原成金屬，從而形成金屬殼(metalshell)，詳見后述。而且，另一方面，能夠?qū)嵤┎糠诌€原處理，即，使殼當中含有的一部分的鐵氧化物殘留為氧化物?；谶@樣的方式，能夠在1個顆粒中分開生成鎳品位高的鎳鐵金屬(金屬)和鎳鐵熔渣(熔渣)。

此外，作為炭質(zhì)還原劑的混合量的下限值，沒有特別的限定，從反應速度的觀點來看，優(yōu)選相對于化學當量的合計值100％以使炭量比例為0.1％以上的方式對其進行調(diào)整。

另外，在混合處理工序s11中，除炭質(zhì)還原劑以外，還能添加粘合劑、焊劑組分等作為任意的添加劑組分。具體而言，作為粘合劑，能夠舉出例如：膨潤土、多糖類、樹脂、水玻璃、脫水濾餅(dehydratedcake)等。另外，作為焊劑組分，能夠舉出例如：氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣、二氧化硅等。

此處，作為這些的粘合劑、焊劑組分等的添加劑的添加量，優(yōu)選設(shè)為作為組成原料的腐泥土礦的混合量的10％以下。通過將此種添加劑的添加量設(shè)為腐泥土礦的10％以下，能夠?qū)⒒趯︻w粒進行還原處理而形成的熔渣更有效地保留至半熔融狀態(tài)，由此，能夠抑制鐵的金屬化反應，從而能夠更進一步地提高鎳品位，詳見后述。

(2)塊狀化處理工序

塊狀化處理工序s12是使由混合處理工序s11得到的原料粉末的混合物形成塊狀物(造粒)的工序。具體地，在混合處理工序s11得到的混合物中添加塊狀化所必須的水分，使用例如塊狀物制造裝置(轉(zhuǎn)動造粒機、壓縮成型機、擠出成型機等)等，或者通過人手來形成顆粒狀的塊。

作為顆粒形狀，沒有特別的限定，能夠制成例如球狀。另外，作為要制成顆粒狀的塊狀物的大小，沒有特別的限定，例如，以使經(jīng)過后述的干燥處理、預熱處理，能裝入還原工序中的冶煉爐等中的顆粒大小(在球狀顆粒的情況下的直徑)即10mm～30mm左右的方式來制作。

(3)干燥處理工序

干燥處理工序s13是對由塊狀化處理工序s12得到的塊狀物實施干燥處理的工序。經(jīng)塊狀化處理成為顆粒狀的塊的塊狀物，其過剩地包含水分，例如50重量％左右，因此是黏黏糊糊的狀態(tài)。為了易于處理該顆粒狀的塊狀物，在干燥處理工序s13中實施干燥處理，以使例如塊狀物的固態(tài)成分在70重量％左右而水分為30重量％左右。

更具體地，作為干燥處理工序s13中的對塊狀物的干燥處理，沒有特別的限定，例如，對著塊狀物吹出300℃～400℃的熱風使其干燥。需要說明的是，該干燥處理時的塊狀物的溫度低于100℃。

在顆粒制造工序s1中，通過如上述地使包含作為原料礦石的腐泥土礦的原料粉末混合，將得到的混合物造粒成(塊狀化)顆粒狀并使其干燥，從而制造顆粒。此時，在進行原料粉末的混合時，如上所述地根據(jù)腐泥土礦的組成混合特定量的炭質(zhì)還原劑，采用該混合物來制造顆粒。得到的顆粒的大小是10mm～30mm左右，制造的顆粒具有能保持形狀的強度，例如使其從1m的高度落下的情況下，崩塌顆粒的比例只有1％以下左右。這樣的顆粒可以承受在接下來的工序即還原工序s2中將其裝入時的下落等的沖擊，能夠保持該顆粒的形狀，另外因為顆粒和顆粒之間適當?shù)匦纬煽障?，所以在冶煉工序中的冶煉反應會適當?shù)剡M行。

此外，在該顆粒制造工序s1中，也可以設(shè)置預熱處理工序，即將通過上述干燥處理工序s13實施了干燥處理的塊狀物也就是顆粒在規(guī)定的溫度下進行預熱處理。通過如此地對干燥處理后的塊狀物實施預熱處理來制造顆粒，從而即使在還原工序s2中將顆粒在例如1400℃左右的高溫下還原加熱時，也能夠更有效地抑制基于熱沖擊引起的顆粒的破損(破壞、崩塌)。例如，能夠使在裝入冶煉爐的全部的顆粒當中的崩塌顆粒的比例僅為一點點，能夠更有效地保持顆粒的形狀。

具體地，在預熱處理中，將干燥處理后的顆粒預熱處理至350℃～600℃的溫度。另外，優(yōu)選為預熱處理至400℃～550℃溫度。如此地，通過預熱處理至350℃～600℃、優(yōu)選預熱處理至400℃～550℃溫度，能夠使組成顆粒的腐泥土礦中含有的結(jié)晶水減少，例如即使裝入約1400℃的冶煉爐中而使溫度急劇上升的情況下，也能夠抑制基于該結(jié)晶水的脫出引起的顆粒的崩塌。另外，通過實施這樣的預熱處理，組成顆粒的腐泥土礦、炭質(zhì)還原劑、以及粘合劑、焊劑組分等粒子的熱膨脹變成兩階段式而能緩慢地進行，由此，能夠抑制因粒子的膨脹差而引起的顆粒的崩塌。此外，作為預熱處理的處理時間，沒有特別的限定，只要根據(jù)含有腐泥土礦的塊狀物的大小適當調(diào)整即可，如果得到的顆粒的大小是10mm～30mm左右的通常大小的塊狀物，可將處理時間設(shè)為10分鐘～60分鐘左右。

＜2.還原工序＞

在還原工序s2中，將在由顆粒制造工序s1所得到的顆粒還原加熱至規(guī)定的還原溫度。通過該還原工序s2中的顆粒的還原加熱處理，進行冶煉反應(還原反應)，生成金屬和熔渣。

具體地，對于還原工序s2中的還原加熱處理，利用冶煉爐(還原爐)等來進行，通過將含有腐泥土礦的顆粒裝入到已經(jīng)加熱至規(guī)定的溫度的冶煉爐中，從而對其進行還原加熱。具體地，優(yōu)選在1350℃以上且1550℃以下的溫度下進行對該顆粒的還原加熱處理。如果還原加熱溫度低于1350℃，就不能使還原反應有效地進行。另一方面，如果還原加熱溫度超過1550℃，還原反應就會過度進行而使鎳品位降低。

作為將顆粒裝入冶煉爐內(nèi)時的溫度，沒有特別的限定，優(yōu)選600℃以下。另外，從更有效地抑制因炭質(zhì)還原劑而導致顆粒燃燒的可能性的觀點來看，更優(yōu)選550℃以下。

一旦將顆粒裝入冶煉爐內(nèi)時的溫度超過600℃，就有可能導致顆粒中包含的炭質(zhì)還原劑開始燃燒。另一方面，在連續(xù)地實施還原加熱處理的工藝的情況下，由于一旦溫度過度降低就會造成在升溫成本方面的不利，所以對下限值不作特別的限定，優(yōu)選設(shè)為500℃以上。需要說明的是，即使在不將顆粒裝入時的溫度控制在上述的溫度的情況下，只要以不對燃燒、燒結(jié)產(chǎn)生影響程度的短時間內(nèi)將顆粒裝入冶煉爐內(nèi)，就沒什么問題。

在本實施方式中，在將得到的顆粒裝入冶煉爐的時候，預先在該冶煉爐的爐床上鋪滿炭質(zhì)還原劑(以下，將該炭質(zhì)還原劑稱為“爐床炭質(zhì)還原劑”)，將顆粒載置在該鋪滿的爐床炭質(zhì)還原劑上來實施還原加熱處理。具體地，如圖3的示意圖所示，設(shè)置為：預先在冶煉爐1的爐床1a上鋪滿例如煤粉等爐床炭質(zhì)還原劑10，在該鋪滿的爐床炭質(zhì)還原劑10上載置制造的顆粒20，實施還原加熱處理。

圖4是示意性地表示在還原工序s2中實施還原加熱處理時的在顆粒上的還原反應的情況的圖。首先，如上述地在本實施方式中，預先在冶煉爐的爐床上鋪滿炭質(zhì)還原劑10，再在該炭質(zhì)還原劑10上載置顆粒20，開始還原加熱處理。

在該還原加熱處理中，從顆粒20的表面(表層部)傳入熱量，進行例如下述反應式(i)所示的在原料礦石中包含的氧化鐵的還原反應(圖4(a))。

fe2o3+c→fe3o4+co…(i)

在顆粒20表層部20a的還原在進行，直至進行至feo為止的還原(fe3o4+c→feo+co)，以nio-sio2形式結(jié)合著的鎳氧化物(nio)與feo的取代在進行，在該表層部20a開始例如由下述反應式(ii)所表示的ni的還原(圖4(b))。進而，在來自外部的熱傳遞的同時，與該ni的還原反應相同的反應也逐漸在內(nèi)部推進。

nio+co→ni+co2…(ii)

如此地，在顆粒20的表層部20a，基于與鎳氧化物的還原反應一起，同時地逐漸推進例如如在下述的反應式(iii)所示的鐵氧化物的還原反應，從而例如僅僅在1分鐘左右的時間，在該表層部20a上，金屬化在推進，形成鐵-鎳合金，金屬的殼(金屬殼)30逐漸形成(圖4(c))。需要說明的是，因為在該階段形成的殼30極其薄co/co2氣體易于穿過，所以與來自外部的熱傳遞一起，反應將同時地逐步向內(nèi)部進行。

feo+co→fe+co2…(iii)

此處，在圖5中給出feo-sio2-cao三元系狀態(tài)圖，并在該狀態(tài)圖上示出熔渣組成變化線。需要說明的是，在圖5中標記的實線是熔渣的熔融溫度，在feo的比例多的區(qū)域(三角形的中央～右下側(cè))存在熔渣融點低的區(qū)域。由于原料礦石的腐泥土礦中基本不含有ca，所以在圖5表示的狀態(tài)圖上，本實施方式的熔渣組成的變化，在基本不含ca等的組成的線上產(chǎn)生。

通過還原工序s2中的加熱還原處理，如上所述地隨著鐵氧化物的還原的推進(例如fe2o3→feo)，隨著feo的增加，組成同時地向圖5的狀態(tài)圖中的箭頭x方向變化，接著向熔渣融點低的區(qū)域靠近，熔渣的部分熔融開始。在該熔渣部分熔融的半熔融狀態(tài)下，一部分的鐵將逐漸進行金屬化(feo→fe)，隨著該鐵的金屬化的推進，feo量逐漸減少，熔渣的熔融溫度上升，熔渣將逐漸固化(圖5的狀態(tài)圖中的箭頭y)。在本實施方式中，因為顆粒中的炭質(zhì)還原劑的混合量被調(diào)整為：相對于上述的化學當量的合計值100％為25％以下的碳量的比例，因此能夠基于這樣的機理抑制鐵的金屬化反應。

更具體地，圖4(d)～(e)是示意性地表示這些反應在顆粒內(nèi)發(fā)生的情形的示意圖。即，基于加熱，從顆粒20的表層部20a開始，還原反應在推進，金屬殼30產(chǎn)生，在本實施方式中，由于顆粒中的炭質(zhì)還原劑15的量被調(diào)整為：相對于上述的化學當量合計值100％為25％以下的炭量，所以通過還原反應生成的總的金屬量(鎳、鐵)變少，其結(jié)果是金屬殼30變的非常薄。此外，當鐵變?yōu)閒eo，熔渣50的熔融在推進時，一部分的鐵的金屬化(feo→fe)在推進(圖4(d))。在該圖4(d)表示的狀態(tài)中，在顆粒內(nèi)部生成通過鎳的一部分和鐵的金屬化生成的金屬粒40。

如上所述地，基于鐵的金屬化的比例增加，從而feo量減少，熔渣50的熔融溫度上升，熔渣50再次固化(圖4(e))。在固化的熔渣50中，金屬粒40是分散的狀態(tài)。另一方面，在來自爐床1a上鋪滿的爐床炭質(zhì)還原劑10的滲炭的作用下，在金屬殼30上將逐漸進行熔融，因為該金屬殼30的量少，所以在表面張力作用下在顆粒20下部的表層部20a上殘留(圖4(f))。雖然在爐床1a上鋪滿的炭質(zhì)還原劑10的作用下，基于生成的co氣體的還原將繼續(xù)進行，但是因為熔渣50固化所以該速度很慢，抑制了鐵的金屬化。

如此地，在本實施方式中，在對以腐泥土礦作為原料礦石的顆粒20的加熱還原處理中，通過將顆粒20含有的炭質(zhì)還原劑15的量調(diào)整為：相對于化學當量合計值100％為25％以下的炭量，從而能夠有效地抑制鐵的金屬化。

在此，因為在原料礦石的腐泥土礦中ca量少，所以例如如果以添加過剩的石灰石的方式，將熔渣熔融的條件設(shè)定成：以圖5的狀態(tài)圖中的點線“p線”表示的熔渣組成或以“q線”表示的高ca熔渣組成，那么由于該熔渣的熔融就會存在液相，進而向鐵金屬的還原反應速度增加，將難以抑制鐵的金屬化反應。

因此，在本實施方式中，在混合處理工序s11中，不添加焊劑(flux)等添加劑，或者將該添加劑的添加量設(shè)為相對于腐泥土礦的混合量為10％以下的比例?；诖?，能夠?qū)⑷墼?0有效地停留在半熔融狀態(tài)，從而能夠更有效地抑制鐵的金屬化反應。

如圖4(f)所示，當金屬殼30的一部分成為液相的狀態(tài)長時間保持時，在冶煉爐1的爐床1a上鋪滿的炭質(zhì)還原劑10的作用下，將導致在金屬殼30內(nèi)的未被還原而存在的氧化鐵的還原的推進，也成為使鎳品位下降的主要原因。因此，優(yōu)選將金屬和熔渣迅速地取出到爐外，并進一步通過冷卻從而抑制還原反應。

具體地，優(yōu)選處理方式為：從將顆粒20裝入冶煉爐1內(nèi)開始還原加熱處理起，直至將該顆粒20取出到冶煉爐之外的時間為小于40分鐘。另外，優(yōu)選冷卻方式為：從將顆粒20取出至爐外起，在8分鐘以內(nèi)使顆粒為500℃以下的溫度。如此地，通過將從還原加熱處理開始起直至取出到爐外為止的時間設(shè)定為小于40分鐘，進一步以從取出起8分鐘以內(nèi)使顆粒成為500℃以下的溫度的方式進行冷卻，從而能夠有效地抑制對顆粒20的還原反應，停止金屬殼30內(nèi)存在的氧化鐵的還原，從而能夠抑制鎳品位的降低。

如以上那樣地，在本實施方式中，通過在顆粒20中混合的特定量的炭質(zhì)還原劑15，能夠形成金屬殼30和金屬粒40。此時，一方面使鎳氧化物進行金屬化，另一方面使從三價的鐵氧化物被還原而得到的二價的鐵氧化物到金屬的還原僅部分地發(fā)生，從而抑制鐵的金屬的生成量。另外，由于是在將爐床炭質(zhì)還原劑10鋪滿在冶煉爐1的爐床1a上的狀態(tài)下進行還原加熱處理，所以伴隨著還原處理的進行，該鋪滿的爐床炭質(zhì)還原劑10當中的與上述的還原反應無關(guān)的剩余的爐床炭質(zhì)還原劑10的炭組分，被拉入構(gòu)成金屬殼30的鐵-鎳合金中而生成適度的滲炭，另一方面一部分的鐵-鎳合金熔融而被分散在熔渣50中。基于這些機理，能夠制造具有16％以上的高鎳品位的鐵-鎳合金(鎳鐵)。

特別是，通過使被混合于顆粒20中的炭質(zhì)還原劑15的量調(diào)整至特定的比例，即相對于上述的化學當量的合計值100％為25％以下的比例的炭量，對其與其他的原料混合而得到的顆粒20實施還原加熱處理，從而在該還原反應中，并未使形成的金屬殼30中的全部量的鐵氧化物還原，而是殘留一部分的鐵作為氧化物，即實施所謂的部分還原，由此能夠制成殘留著薄而脆的金屬殼30的狀態(tài)。即，能夠有效地抑制鐵的金屬化。

基于這些理由，能夠有效地使鎳濃縮，能夠在一個顆粒中分開生成鎳品位高的鎳鐵金屬和鎳鐵熔渣。

此外，在顆粒20中分開生成的金屬和熔渣并未混雜在一起，通過其后的冷卻成為以金屬固相和熔渣固相的獨立的相混合存在的混合物。與裝入的顆粒相比較，該混合物的體積收縮為50％～60％左右的體積。

＜3.分離工序＞

在分離工序s3中，將由還原工序s2生成的金屬和熔渣分離而回收金屬。具體地，從通過對顆粒20的還原加熱處理得到的包含薄金屬殼30中的金屬相(金屬固相)和熔渣相(含炭質(zhì)還原劑的熔渣固相)的混合物中，分離并回收金屬相。

作為從以固體形態(tài)得到的金屬相和熔渣相的混合物中將金屬相和熔渣相分離的方法，能夠利用例如，在粗粉碎或者粉碎后進行篩分而除去大粒徑的金屬，然后，再加上基于比重的分離、基于磁力的分離等的方法。具體地，例如，將薄金屬殼30粉碎，將該金屬殼30中的金屬相和熔渣相的混合物粉碎，篩分后進行磁選等。因為得到的金屬相和熔渣相的相容性(潤濕性)不好，所以能夠容易地進行分離。

通過如此地分離金屬相和熔渣相，從而回收金屬相。此外，通過將如此回收的金屬熔融，能夠制造鎳鐵(鎳品位16％以上)。

實施例

以下，給出實施例以及比較例來更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不受以下實施例的任何限定。

[實施例1]

將作為原料礦石的由表2所示組成的腐泥土礦和炭質(zhì)還原劑混合而得到混合物。作為在混合物中包含的炭質(zhì)還原劑的混合量，將其分量設(shè)為：在將形成的顆粒中包含的氧化鎳還原為鎳金屬所必須的化學當量、和將顆粒內(nèi)包含的氧化鐵還原為鐵金屬所必須的化學當量的合計值(化學當量的合計值)設(shè)為100％時為6％的炭量的比例。

接下來，在得到的原料粉末的混合物中添加適當?shù)乃?，用手捏的方式形成球狀的塊狀物。然后，對著得到的塊狀物吹出300℃～400℃的熱風來實施干燥處理，以使得到的塊狀物的固態(tài)組分為70重量％左右、水分為30重量％左右，制造了球狀的顆粒(尺寸(直徑)：17mm)。

接下來，在冶煉爐中，將作為炭質(zhì)還原劑的煤粉(炭含量：85重量％、粒度：0.4mm)鋪滿在爐床上，在該爐床上鋪滿的爐床炭質(zhì)還原劑上，載置100個制造的顆粒而將其裝入冶煉爐。在冶煉爐中裝入顆粒的時候，在600℃以下的溫度條件下進行。

然后，將還原溫度設(shè)為1400℃，在冶煉爐內(nèi)進行了還原加熱處理。從還原加熱處理開始起5分鐘后從爐內(nèi)取出顆粒，并確認了從爐內(nèi)取出后在1分鐘以內(nèi)顆粒被冷卻至500℃以下。

基于這樣的還原加熱處理，得到了包含熔渣、在一部分的該熔渣上附著的金屬殼、和在熔渣中存在的小粒徑的金屬粒的還原顆粒。將得到的還原顆粒全部溶解，進行金屬中的鎳和鐵的分析。下述的表3中表示得到的金屬組分的鎳品位和鐵品位。如表3所示，鎳品位為29％，大幅超過了jis規(guī)定的鎳鐵的鎳品位16％。另外，基于表2中表示的礦石組成從質(zhì)量平衡計算的結(jié)果是，鎳的回收率在95％以上。

[表3]

[實施例2]

通過與實施例1相同的方法將原料混合得到混合物后，制造了干燥的顆粒。此時，在實施例2中，將作為原料的炭質(zhì)還原劑的混合量，設(shè)為相對于上述的化學當量的合計值100％，使炭量為20％的比例的分量。

接著，在冶煉爐中，將作為炭質(zhì)還原劑的煤粉(炭含量：85重量％、粒度：0.4mm)鋪滿在爐床上，在該爐床上鋪滿的炭質(zhì)還原劑上，載置100個制造的顆粒而將其裝入冶煉爐。在冶煉爐中裝入顆粒的時候，在600℃以下的溫度條件下進行。

然后，將還原溫度設(shè)為1400℃，在冶煉爐內(nèi)進行還原加熱處理。從還原加熱處理開始起5分鐘后從爐內(nèi)取出顆粒，并確認了從爐內(nèi)取出后在1分鐘以內(nèi)顆粒被冷卻至500℃以下。

通過這樣的還原加熱處理，得到了還原顆粒。與實施例1同樣地求算了還原顆粒中的金屬品位。下述的表4中表示得到的金屬的鎳品位和鐵品位。如表4所示，鎳品位是16％，滿足jis規(guī)定的鎳鐵的鎳品位16％的要求。另外，基于表2中表示的礦石組成從質(zhì)量平衡計算的結(jié)果是鎳的回收率是95％以上。

[表4]

[實施例3]

將作為原料礦石的表2所示組成的腐泥土礦、作為焊劑的石灰石、粘合劑、進一步和炭質(zhì)還原劑混合而得到混合物。將原料混合而得到混合物后，制造了干燥的顆粒。此時，在實施例3中，將作為焊劑的石灰石的混合量設(shè)為，相對于腐泥土礦石的混合重量，使石灰石重量為8％的比例的分量。另外，將粘合劑的混合量設(shè)為，相對于腐泥土礦石的混合重量使其為1％的比例的分量。另外，將炭質(zhì)還原劑的混合量設(shè)為，相對于上述的化學當量的合計值100％，使炭量為6％的比例的分量。

接著，在冶煉爐中，將作為炭質(zhì)還原劑的煤粉(炭含量：85重量％、粒度：0.4mm)鋪滿在爐床上，在該爐床上鋪滿的炭質(zhì)還原劑上，載置100個制造的顆粒而將其裝入冶煉爐。在冶煉爐中裝入顆粒的時候，在600℃以下的溫度條件下進行。

然后，將還原溫度設(shè)為1400℃，在冶煉爐內(nèi)進行還原加熱處理。從還原加熱處理開始起10分鐘后從爐內(nèi)取出顆粒，并確認了從爐內(nèi)取出后在1分鐘以內(nèi)顆粒被冷卻至500℃以下。

通過這樣的還原加熱處理，得到了還原顆粒。下述的表5中表示得到的金屬的鎳品位和鐵品位。如表5所示，鎳品位是20％，大幅超過了jis規(guī)定的鎳鐵的鎳品位16％。另外，基于表2中表示的礦石組成從質(zhì)量平衡計算的結(jié)果是，鎳的回收率是95％以上。

[表5]

[實施例4]

與實施例1同樣地操作而得到混合物后，制造顆粒，在同樣的條件下對該顆粒實施了還原加熱處理。在實施例4中，從還原加熱處理開始起30分鐘后從爐內(nèi)取出顆粒，并確認了從爐內(nèi)取出后在1分鐘以內(nèi)顆粒被冷卻至500℃以下。

通過這樣的還原加熱處理，得到了還原顆粒。在下述的表6中表示得到的金屬的鎳品位和鐵品位。如表6所示，鎳品位是16％，滿足jis規(guī)定的鎳鐵的鎳品位16％的要求。另外，基于表2中表示的礦石組成從質(zhì)量平衡計算的結(jié)果是，鎳的回收率是95％以上。

[表6]

[比較例1]

在冶煉爐中，未在爐床上鋪設(shè)作為炭質(zhì)還原劑的煤粉，僅將顆粒裝入冶煉爐實施還原加熱處理，除此以外，與實施例1同樣地進行。

其結(jié)果是，在還原反應的過程中未形成金屬殼，在還原顆粒的內(nèi)側(cè)共存著未反應的礦石、一部分熔融的熔渣小塊和在該熔渣小塊中分散的微量的金屬粒。如此地，在比較例1中，還原反應自身沒有充分進行。

[比較例2]

通過與實施例1相同的方法，將原料混合得到混合物后，制造了干燥的顆粒。此時，在比較例2中，將作為原料的炭質(zhì)還原劑的混合量，設(shè)為相對于上述的化學當量的合計值100％，使炭量為30％的比例的分量。

接著，在冶煉爐中，將作為炭質(zhì)還原劑的煤粉(炭含量：85重量％、粒度：0.4mm)鋪滿在爐床上，在該爐床上鋪滿的炭質(zhì)還原劑上，載置100個制造的顆粒而將其裝入冶煉爐。在冶煉爐中裝入顆粒的時候，在600℃以下的溫度條件下進行。

然后，將還原溫度設(shè)為1400℃，在冶煉爐內(nèi)進行還原加熱處理。從還原加熱處理開始起15分鐘后從爐內(nèi)取出顆粒，并確認了從爐內(nèi)取出后在1分鐘以內(nèi)顆粒被冷卻至500℃以下。

通過這樣的還原加熱處理，得到了還原顆粒。對得到的還原顆粒實施與實施例1同樣的分析。下述的表7中表示得到的金屬的鎳品位和鐵品位。如表7所示，鎳品位為11％，金屬中的鎳未充分地濃縮，未能得到鎳鐵品位(鎳品位16％以上)的金屬。

[表7]

[比較例3]

通過與實施例1同樣的方法，將原料混合而得到混合物后，制造干燥顆粒，在該爐床上鋪滿的炭質(zhì)還原劑上，載置100個制造的顆粒而將其裝入冶煉爐。此外，在冶煉爐中裝入顆粒的時候，在600℃以下的溫度條件下進行。

在比較例3中，將還原溫度設(shè)為1300℃，在該冶煉爐內(nèi)進行還原加熱處理。從還原加熱處理開始起10分鐘后從爐內(nèi)取出顆粒，并確認了從爐內(nèi)取出后在1分鐘以內(nèi)顆粒被冷卻至500℃以下

其結(jié)果是，在得到的還原顆粒的內(nèi)側(cè)共存著未反應的礦石、熔融的熔渣和在該熔渣小塊中分散的微量的金屬粒。如此地，在比較例3中，反應未充分進行，鎳回收率為60％左右，非常低。

[比較例4]

通過與實施例1同樣的方法，將原料混合而得到混合物后，制造干燥顆粒，在該爐床上鋪滿的炭質(zhì)還原劑上，載置100個制造的顆粒而將其裝入冶煉爐。此外，在冶煉爐中裝入顆粒的時候，在600℃以下的溫度條件下進行。

在比較例4中，將還原溫度設(shè)為1570℃，在該冶煉爐內(nèi)進行還原加熱處理。從還原加熱處理開始起5分鐘后從爐內(nèi)取出顆粒，并確認了從爐內(nèi)取出后在1分鐘以內(nèi)顆粒被冷卻至500℃以下。

基于這樣的還原加熱處理，分離得到了在熔融后發(fā)現(xiàn)固化的金屬的塊和熔渣塊。下述的表8中表示得到的金屬的鎳品位和鐵品位。如表8所示，鎳品位是8％，金屬中的鎳未充分地濃縮，沒能得到鎳鐵品位(鎳品位16％以上)的金屬。

[表8]

[比較例5]

與實施例3同樣地操作而得到混合物后，制造顆粒，在同樣的條件下對該顆粒實施還原加熱處理。

在確認從還原加熱處理開始起10分鐘還原反應結(jié)束的基礎(chǔ)上，在比較例5中，從還原加熱處理開始起經(jīng)過40分鐘后從爐內(nèi)取出顆粒，并確認了從爐內(nèi)取出后在1分鐘以內(nèi)顆粒被冷卻至500℃以下。

通過這樣的還原加熱處理，得到了還原顆粒。對得到的還原顆粒實施與實施例1同樣的分析。下述的表9中表示得到的還原顆粒中的金屬品位和鐵品位。如表9所示，鎳品位是14％，金屬中的鎳未充分地濃縮，無法得到鎳鐵品位(鎳品位16％以上)的金屬。

[表9]

[比較例6]

通過與實施例1同樣的方法，將原料混合而得到混合物后，制造干燥顆粒，在該爐床上鋪滿的炭質(zhì)還原劑上，載置100個制造的顆粒而將其裝入冶煉爐。此外，在冶煉爐中裝入顆粒的時候，在600℃以下的溫度條件下進行。

在比較例6中，將還原溫度設(shè)為1650℃，在該冶煉爐內(nèi)進行還原加熱處理。從還原加熱處理開始起5分鐘后從爐內(nèi)取出顆粒，并確認了從爐內(nèi)取出后在1分鐘以內(nèi)顆粒被冷卻至500℃以下。

通過這樣的還原加熱處理，分離得到了在熔融后發(fā)現(xiàn)固化的金屬的塊和熔渣塊。下述的表10中表示得到的金屬的鎳品位和鐵品位。如表10所示，鎳品位為6％，金屬中的鎳未充分地濃縮，沒能得到鎳鐵品位(鎳品位16％以上)的金屬。

[表10]

附圖標記說明

10(鋪滿在爐床上的)爐床炭質(zhì)還原劑；

20顆粒；

30金屬殼(殼)；

40金屬粒；

50熔渣。