木質ペレットを使用したフェロニッケル製錬方法
【課題】フェロニッケル製錬において、ロータリーキルンに投入される石炭の一部を木質ペレットで代替することが可能な、木質ペレットを使用したフェロニッケル製錬方法を提供する。
【解決手段】ニッケル酸化鉱をロータリーキルンで焼成する工程、次いで、得られたか焼鉱を電気炉に送り還元を行う工程を含むフェロニッケルの製錬方法であって、
ロータリーキルンでの焼成工程では、ロータリーキルンの原料投入口及び／又は原料投入口からか焼鉱排出口の中間で石炭を投入する際に、石炭の少なくとも一部の代替として、木質ペレットを用いることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法など。
【解決手段】ニッケル酸化鉱をロータリーキルンで焼成する工程、次いで、得られたか焼鉱を電気炉に送り還元を行う工程を含むフェロニッケルの製錬方法であって、
ロータリーキルンでの焼成工程では、ロータリーキルンの原料投入口及び／又は原料投入口からか焼鉱排出口の中間で石炭を投入する際に、石炭の少なくとも一部の代替として、木質ペレットを用いることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法など。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェロニッケル製錬方法に関し、さらに詳しくは、フェロニッケル製錬において、ロータリーキルンの燃料及び還元剤として使用されている石炭などの化石系炭材の少なくとも一部を代替する木質ペレットを使用したフェロニッケル製錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェロニッケル製錬では、ニッケル酸化鉱を焼成する工程において、ロータリーキルンが一般的に用いられている。
上記焼成工程では、鉱石及び石炭をロータリーキルンに装入し、水分及び結晶水が除かれたか焼鉱が生成される。石炭は、ロータリーキルンの原料投入口、及び原料投入口からか焼鉱排出口の中間で、投入（以下、投炭と称する場合がある）され、その一部は、ロータリーキルン内で燃焼して燃料として寄与し、残りは、か焼鉱と共に排出され、次工程の電気炉へ送られ、電気炉でＦｅ、Ｎｉを溶融還元するための還元剤として寄与している。
【０００３】
ロータリーキルンに石炭を投入して、石炭を燃料や還元剤などとして利用する技術については、例えば、特許文献１〜３などに開示されており、広く知られている。
また、通常、ロータリーキルンに投入されるニッケル酸化鉱は、粒度が〜５０ｍｍ程度、密度が２〜３ｇ／ｃｍ３程度、含有水分が約２０ｗｔ％であり、同じく石炭は、粒度が〜５０ｍｍ程度、密度が１〜２ｇ／ｃｍ３程度、含有水分が約１０ｗｔ％である。
前記のニッケル酸化鉱は、長さが約１００ｍのロータリキルンを操業する際には、６０℃程度で投入口から投入され、ロータリーキルン内で排出口に向かって徐々に移動しながら、第１ステップとして、ニッケル酸化鉱投入口付近から３０ｍ付近までに約２００℃に徐々に昇温され、第２ステップとして、およそ８０ｍまでに約９００℃になり、最終ステップとしてか焼鉱として排出口から排出される際には、約８００℃となっている。
投炭は、前記の第２ステップの範囲で行なわれることが一般的であり、ロータリーキルン内の高温領域を広げるため、ロータリーキルンの原料投入口からか焼鉱排出口の中間の位置から投入されることが好ましいと、されている。
【０００４】
一方、フェロニッケル製錬において、上記のように石炭を燃焼させるとＣＯ２を排出するが、世界的にもＣＯ２排出量の削減が求められており、フェロニッケル製錬においても、ＣＯ２排出量の削減を指向した操業が求められており、ロータリーキルンに投入される石炭についても、バイオマス燃料として、木材チップ、木質ペレットなど、カーボンニュートラルな材料への代替が社会的に要請されている。
カーボンニュートラルな材料の利用については、例えば、特許文献４には、酸素を遮断した加熱炉（炭化炉）でバイオマス燃料を炭化し、その炭化物を還元炉にて還元剤として使用して溶融金属を製造する技術が公開されているが、バイオマス燃料を別工程（炭化炉）で処理して、炭化物を製造する必要があり、多大なコストが必要なため、好ましくない。
また、例えば、木材チップ（非加工の一般的な木材の切れ端、屑など）を石炭の替わりにロータリーキルンに投入しても、装入物に比べて密度が小さく、着火しやすいため、高温（７００〜８００℃程度）になった装入物の表面で極めて短時間に燃焼してしまい、発生した熱は、炉内のガス温度を上昇させるに留まり、装入物の温度上昇に寄与し難いばかりか、炭化することが困難なため、次工程の電気炉において、上記した還元剤としても、寄与し難いので、上記の要請には対応できない。
【０００５】
さらに、例えば、特許文献５や特許文献６をはじめとする様々な先行技術として、木質ペレット（材木を粉砕して圧縮成形したもの）を利用する技術が開示されているが、保管時に降りかかる雨や、輸送時に船底で接触する水に対する耐水性の問題や、燃焼時に比較的多量に発生する燃えカスの問題などに対応するための技術であって、上記の要請には対応できない。
また、木質ペレットを石炭と共にロータリーキルンに投入する場合、その投入方法としては、事前に石炭と木質ペレットを混合しておき、その混合物をロータリーキルン内に装入する方法が考えられる。その際、木質ペレットとして、現在主流である、樹皮を除いた木材のみを原料とするホワイトペレットを使用すると、ホワイトペレットは、吸水性が大きいので石炭の水分を吸収してしまい、ホワイトペレットが粉々になって、燃焼時に鉱石とうまく混合せずに排ガスへの熱の損失が大きくなるという問題が懸念され、また、水分を吸収して、乾燥された石炭による発塵が起こるといった問題が懸念されている。
【０００６】
上記のように、フェロニッケル製錬においても、ＣＯ２排出量の削減を指向した操業が求められており、ロータリーキルンに投入される石炭についても、バイオマス、木材チップ、木質ペレットなど、カーボンニュートラルな材料への代替が要請されているが、従来から提案されたものは、性能的に十分ではなく、種々の問題が懸念されている。
従って、種々の問題などの懸念を払拭し、フェロニッケル製錬において、ロータリーキルンの燃料及び還元剤として使用されている石炭などの化石系炭材を代替するものとして、木質ペレットなどを使用する技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０２−１４１５１６号公報
【特許文献２】特開平０６−２７１９１９号公報
【特許文献３】特開２００５−３５１４９５号公報
【特許文献４】特開２００３−６４４２２号公報
【特許文献５】特開２００８−７７１１号公報
【特許文献６】特開２００９−１１４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の問題点に鑑み、フェロニッケル製錬において、ロータリーキルンに投入される石炭の少なくとも一部を木質ペレットで代替することが可能な、木質ペレットを使用したフェロニッケル製錬方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、投入するバイオマス燃料である木質ペレットのサイズや密度を適正な特定のものに規定することによって、木質ペレットをフェロニッケル製錬におけるロータリーキルンに投炭する石炭の代替材料として使用することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、ニッケル酸化鉱をロータリーキルンで焼成する工程、次いで、得られたか焼鉱を電気炉に送り還元を行う工程を含むフェロニッケルの製錬方法であって、ロータリーキルンでの焼成工程では、ロータリーキルンの原料投入口及び／又は原料投入口からか焼鉱排出口の中間で石炭を投入する際に、石炭の少なくとも一部の代替として、木質ペレットを用いることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記木質ペレットは、直径が５〜１０ｍｍ、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ密度が１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
さらに、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明において、前記木質ペレットがバークペレットであることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３のいずれかの発明において、前記石炭を投入する際に、前記石炭と木質ペレットは、予め、混合されていることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
また、本発明の第５の発明によれば、第４の発明において、前記予め、混合されている石炭と木質ペレットの割合は、木質ペレット：石炭の重量比で、１：１〜１：６であることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
さらに、本発明の第６の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明において、前記石炭を投入する際に、前記石炭と木質ペレットの投入割合は、木質ペレット１ウエットトン（ｗｔ）当り、石炭を０．３〜０．６ウエットトン（ｗｔ）減少して投入することを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のフェロニッケルの製錬方法によれば、石炭の代替材料として木質ペレットを使用することにより、木質ペレットの代替投入量１ウエットトン（ｗｔ）ごとに、約１．２ｔ分のＣＯ２排出量を削減できるという顕著な効果を奏する。したがって、その工業的価値は、極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ロータリーキルン操業の一例の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の木質ペレットを利用したフェロニッケルの製錬方法を詳細に説明する。
【００１６】
本発明のフェロニッケルの製錬方法は、好ましい様態として、例えば、図１に示すように、フェロニッケル製錬の焼成工程にて、石炭と混合した木質ペレットをロータリーキルン中間位置より投入し、ロータリーキルン内で一部を燃焼させて燃料として使用し、残りを電気炉内で鉱石の還元に使用することを特徴とする。また、別の様態として、石炭と混合した木質ペレットを鉱石と共に、ロータリーキルンの原料投入口から投入し、ロータリーキルン内で一部を燃焼させて燃料として使用し、残りを電気炉内で鉱石の還元に使用することを特徴とする。
【００１７】
上記木質ペレットには、木の皮を取り除いて造られるホワイトペレット（木質部ペレット）と、木の樹皮のみを用いて造られるバークペレット（樹皮系ペレット）と、木全体で造られる全木ペレットがあり、本発明では、木質ペレットとして、バークペレットが好ましい。
尚、従来の暖房機等の燃焼装置においては、ホワイトペレットが使われることがほとんどで、バークペレットは、燃焼時に発生する灰分がホワイトペレットより多く、ボイラー等の一部で利用される程度であった。しかしながら、製紙材料となる木材チップの生産工程において、剥皮工程で木部と樹皮部に分離され、樹皮部が未利用のまま大量に発生する現状があり、近年、これらの樹皮部についても、有効利用することが求められている。
【００１８】
本発明では、バークペレットが好ましいその理由として、ホワイトペレットを石炭と共に投入した場合、ホワイトペレットが石炭の水分を吸って粉々になり、燃焼時に鉱石とうまく混ざらずに排ガスへの熱の損失が大きくなり、また、水分を吸われて乾燥された石炭による発塵がおこるといった問題もあるからである。
一方、バークペレットは、油分を含むため、撥水性があり、石炭と共に炉内に投入しても、水分を吸収して粉々になることはなく、また、石炭乾燥による発塵も抑えられる。また、着火後も炉内で徐々に燃焼していくため、鉱石との混合状態も良いと、考察され、その結果、排ガスへの熱損失がホワイトペレットよりも、小さくなり、効率よく鉱石と熱交換できると、考察できる。
【００１９】
ここで、ホワイトペレットとバークペレットの吸水性の相違点について説明すると、例えば、ニュージーランド産ホワイトペレットと国産バークペレットを用いて、実際に測定したところ、ホワイトペレットは、ペレット１ｇあたり約０．６ｇの吸水量であり、一方、バークペレットは、ペレット１ｇ当たり約０．０４ｇの吸水量であった。すなわち、バークペレットの吸水性は、ホワイトペレットの１／１５程度である。
但し、吸水量は、ペレット約３ｇを５０ｃｃの水に１分間浸した後、重量を測定し、その重量変化より求めた。なお、ホワイトペレットは、５分程度水に浸しておくと、ピンセットでつまみあげることが困難なほど、崩れやすくなったが、バークペレットは、形状や強度に殆ど変化は見られなかった。
このように、ホワイトペレットは、吸水性が大きく（バークペレットの１５倍程度）、石炭の水分を吸って粉々になり、燃焼時に鉱石とうまく混ざらずに、排ガスへの熱損失が大きくなり、また、水分を吸われて乾燥された石炭による発塵がおこるといった問題もあり、そのため、本発明では、バークペレットの木質ペレットを用いることが好ましい。
【００２０】
また、ロータリーキルンに投入された木質ペレットは、石炭と同様に、一部は燃焼して燃料として寄与し、残りは、次工程の電気炉に投入されて、還元剤として働く。これにより、石炭の代替として、木質ペレットを使用することが可能となる。
なお、木質ペレットと石炭を混合させずに装入しても、ほぼ同様の効果を得ることはできるが、ロータリーキルン中間位置における温度は、５００℃程度まで上がっているので、キルン内装入の際に、木質ペレット中のリグニンなどを主とする油脂成分が揮発し、白煙が発生する。この場合、前記油脂成分は、発熱に寄与せず、反応系から逃げてしまうので、わずかとはいえ、発熱量を確保するうえで効率が低下する。
このため、木質ペレットと石炭を混合させずに装入する場合、すなわち、前記油脂成分を発熱に寄与させ、発熱量を効率よく確保するためには、白煙が発生しない程度に木質ペレットに水を吸水させてから使用すればよい。
【００２１】
さらに、本発明では、好ましい様態として、フェロニッケル製錬の焼成工程にて、石炭と混合した木質ペレットをロータリーキルン中間位置より投入し、ロータリーキルン内で一部を燃焼させて燃料として使用し、残りを電気炉内で鉱石の還元に使用することを特徴とするため、木質ペレットは、直径が５〜１０ｍｍ、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ密度が１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
一方、ロータリーキルンに投入される石炭は、前記したように、粒度が〜５０ｍｍ程度、密度が１〜２ｇ／ｃｍ３程度、含有水分が約１０ｗｔ％である。
本発明に係る木質ペレットは、好ましい様態として、石炭と混合してロータリーキルンに投入されるため、上記のサイズや密度が好ましいものである。
木質ペレットと石炭を混合することで、キルン内装入の際に前記したような白煙の発生を抑制できる。これは、木質ペレット中の油脂成分の揮発が抑制されるほど充分に石炭の付着水の一部が木質ペレットに付着するためであると、発明者らは考えている。
また、本発明において、上記木質ペレットと石炭とを、予め、混合する際の混合比率は、特に限定されるものではないが、木質ペレット：石炭の重量比で、１：１〜１：６の範囲とすることが、混合する際の取扱いが容易となるので、好ましい。
【００２２】
また、本発明は、フェロニッケル製錬において、ロータリーキルンの燃料及び還元剤として使用されている石炭などの化石系炭材を部分的に代替する木質ペレットを使用したフェロニッケル製錬方法であるが、石炭をロータリーキルンに投入する際には、石炭と木質ペレットの投入割合としては、木質ペレット１ウエットトン（ｗｔ）当り、石炭を０．３〜０．６ウエットトン（ｗｔ）減少して投入することができる。すなわち、木質ペレットを１トン代替すれば、石炭の使用量を０．３〜０．６トン程度、減少でき、石炭によるＣＯ２排出量の削減ができる。これは、木質ペレットの代替投入量１ウエットトン（ｗｔ）ごとに、約１．２トン分のＣＯ２排出量を削減できることに相当する。
ここで、ウエットトン（ｗｔ，またはｗｅｔ−ｔ）とは、水分を含むバイオマスそのままの重量をトンで表示したものであり、バイオマスの重量表示は、ウエットトンのほかに水分を含まない乾燥重量のｄｒｙ−ｔ（ドライトン）がある。
【実施例】
【００２３】
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。
【００２４】
［実施例１］
フェロニッケル製錬プロセスに使用しているロータリーキルン設備を用いて、ニッケル酸化鉱の焼成を行い、次に、得られたか焼鉱の溶融還元を電気炉にて行った。
ロータリーキルンには、通常、装入している石炭の一部に替えて、木質ペレットを装入し、操業を行った。
木質ペレットの装入方法は、予め、木質ペレットと石炭を１：１の重量比で混合しておき、その混合物をロータリーキルンの装入口と排出口の中間の位置より装入するという方法をとった（図１参照。）。
なお、木質ペレットは、直径８ｍｍ、長さ１０〜４０ｍｍ、密度１．２ｇ／ｃｍ３の国産バークペレットを使用し、ロータリーキルンへの装入量は、鉱石の還元に必要な固定炭素量より決定し、石炭０．５ｗｔ／ｈに替えて、木質ペレット１．０ｗｔ／ｈを装入した。
【００２５】
その結果、ロータリーキルンでは、鉱石中の水分を完全に除去するために、か焼鉱の温度を８００℃以上にする必要があるが、今回の試験操業では、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱温度を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していると、いえる。
また、次工程の電気炉では、スラグ中の鉄品位が６〜８％程度になるように、還元剤の量を調整しているが、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００２６】
［実施例２］
木質ペレットと石炭とを、予め混合せずにそれぞれ別個に、石炭０．５ｗｔ／ｈに替えて木質ペレット１．０ｗｔ／ｈを装入したこと以外は、実施例１と同様に行った。
その結果、実施例１と同様に、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していることが判った。
また、電気炉工程では、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００２７】
［実施例３］
木質ペレットと石炭とを、予め１：１の重量比で混合し、石炭１．０ｗｔ／ｈに替えて木質ペレット２．０ｗｔ／ｈを装入したこと以外は、実施例１と同様に行った。
その結果、実施例１と同様に、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していることが判った。
また、電気炉工程では、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００２８】
［実施例４］
木質ペレットと石炭とを、予め１：４の重量比で混合し、石炭０．５ｗｔ／ｈに替えて木質ペレット１．０ｗｔ／ｈを装入したこと以外は、実施例１と同様に行った。
その結果、実施例１と同様に、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していることが判った。
また、電気炉工程では、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００２９】
［実施例５］
木質ペレットと石炭とを、予め１：６の重量比で混合し、石炭０．５ｗｔ／ｈに替えて木質ペレット１．０ｗｔ／ｈを装入したこと以外は、実施例１と同様に行った。
その結果、実施例１と同様に、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していることが判った。
また、電気炉工程では、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００３０】
以上の結果より、木質ペレットを、石炭の代替として問題なく使用できることが示された。
したがって、木質ペレット１ｔの使用につき、石炭使用量を０．５ｔ削減でき、仮に、木質ペレットを年間２０，０００ｔ使用したとすると、年間１０，０００ｔの石炭を削減でき、ＣＯ２排出量に換算すると、２４，０００ｔの削減となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の、ニッケル酸化鉱をロータリーキルンで焼成する工程、次いで、得られたか焼鉱を電気炉に送り還元を行う工程を含むフェロニッケルの製錬方法は、石炭の代替材料として、木質ペレット、好ましくはバークペレットを使用することにより、木質ペレットの代替投入量１ウエットトン（ｗｔ）ごとに、約１．２ｔ分のＣＯ２排出量を削減できるので、その工業的価値は極めて大きい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェロニッケル製錬方法に関し、さらに詳しくは、フェロニッケル製錬において、ロータリーキルンの燃料及び還元剤として使用されている石炭などの化石系炭材の少なくとも一部を代替する木質ペレットを使用したフェロニッケル製錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェロニッケル製錬では、ニッケル酸化鉱を焼成する工程において、ロータリーキルンが一般的に用いられている。
上記焼成工程では、鉱石及び石炭をロータリーキルンに装入し、水分及び結晶水が除かれたか焼鉱が生成される。石炭は、ロータリーキルンの原料投入口、及び原料投入口からか焼鉱排出口の中間で、投入（以下、投炭と称する場合がある）され、その一部は、ロータリーキルン内で燃焼して燃料として寄与し、残りは、か焼鉱と共に排出され、次工程の電気炉へ送られ、電気炉でＦｅ、Ｎｉを溶融還元するための還元剤として寄与している。
【０００３】
ロータリーキルンに石炭を投入して、石炭を燃料や還元剤などとして利用する技術については、例えば、特許文献１〜３などに開示されており、広く知られている。
また、通常、ロータリーキルンに投入されるニッケル酸化鉱は、粒度が〜５０ｍｍ程度、密度が２〜３ｇ／ｃｍ３程度、含有水分が約２０ｗｔ％であり、同じく石炭は、粒度が〜５０ｍｍ程度、密度が１〜２ｇ／ｃｍ３程度、含有水分が約１０ｗｔ％である。
前記のニッケル酸化鉱は、長さが約１００ｍのロータリキルンを操業する際には、６０℃程度で投入口から投入され、ロータリーキルン内で排出口に向かって徐々に移動しながら、第１ステップとして、ニッケル酸化鉱投入口付近から３０ｍ付近までに約２００℃に徐々に昇温され、第２ステップとして、およそ８０ｍまでに約９００℃になり、最終ステップとしてか焼鉱として排出口から排出される際には、約８００℃となっている。
投炭は、前記の第２ステップの範囲で行なわれることが一般的であり、ロータリーキルン内の高温領域を広げるため、ロータリーキルンの原料投入口からか焼鉱排出口の中間の位置から投入されることが好ましいと、されている。
【０００４】
一方、フェロニッケル製錬において、上記のように石炭を燃焼させるとＣＯ２を排出するが、世界的にもＣＯ２排出量の削減が求められており、フェロニッケル製錬においても、ＣＯ２排出量の削減を指向した操業が求められており、ロータリーキルンに投入される石炭についても、バイオマス燃料として、木材チップ、木質ペレットなど、カーボンニュートラルな材料への代替が社会的に要請されている。
カーボンニュートラルな材料の利用については、例えば、特許文献４には、酸素を遮断した加熱炉（炭化炉）でバイオマス燃料を炭化し、その炭化物を還元炉にて還元剤として使用して溶融金属を製造する技術が公開されているが、バイオマス燃料を別工程（炭化炉）で処理して、炭化物を製造する必要があり、多大なコストが必要なため、好ましくない。
また、例えば、木材チップ（非加工の一般的な木材の切れ端、屑など）を石炭の替わりにロータリーキルンに投入しても、装入物に比べて密度が小さく、着火しやすいため、高温（７００〜８００℃程度）になった装入物の表面で極めて短時間に燃焼してしまい、発生した熱は、炉内のガス温度を上昇させるに留まり、装入物の温度上昇に寄与し難いばかりか、炭化することが困難なため、次工程の電気炉において、上記した還元剤としても、寄与し難いので、上記の要請には対応できない。
【０００５】
さらに、例えば、特許文献５や特許文献６をはじめとする様々な先行技術として、木質ペレット（材木を粉砕して圧縮成形したもの）を利用する技術が開示されているが、保管時に降りかかる雨や、輸送時に船底で接触する水に対する耐水性の問題や、燃焼時に比較的多量に発生する燃えカスの問題などに対応するための技術であって、上記の要請には対応できない。
また、木質ペレットを石炭と共にロータリーキルンに投入する場合、その投入方法としては、事前に石炭と木質ペレットを混合しておき、その混合物をロータリーキルン内に装入する方法が考えられる。その際、木質ペレットとして、現在主流である、樹皮を除いた木材のみを原料とするホワイトペレットを使用すると、ホワイトペレットは、吸水性が大きいので石炭の水分を吸収してしまい、ホワイトペレットが粉々になって、燃焼時に鉱石とうまく混合せずに排ガスへの熱の損失が大きくなるという問題が懸念され、また、水分を吸収して、乾燥された石炭による発塵が起こるといった問題が懸念されている。
【０００６】
上記のように、フェロニッケル製錬においても、ＣＯ２排出量の削減を指向した操業が求められており、ロータリーキルンに投入される石炭についても、バイオマス、木材チップ、木質ペレットなど、カーボンニュートラルな材料への代替が要請されているが、従来から提案されたものは、性能的に十分ではなく、種々の問題が懸念されている。
従って、種々の問題などの懸念を払拭し、フェロニッケル製錬において、ロータリーキルンの燃料及び還元剤として使用されている石炭などの化石系炭材を代替するものとして、木質ペレットなどを使用する技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０２−１４１５１６号公報
【特許文献２】特開平０６−２７１９１９号公報
【特許文献３】特開２００５−３５１４９５号公報
【特許文献４】特開２００３−６４４２２号公報
【特許文献５】特開２００８−７７１１号公報
【特許文献６】特開２００９−１１４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の問題点に鑑み、フェロニッケル製錬において、ロータリーキルンに投入される石炭の少なくとも一部を木質ペレットで代替することが可能な、木質ペレットを使用したフェロニッケル製錬方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、投入するバイオマス燃料である木質ペレットのサイズや密度を適正な特定のものに規定することによって、木質ペレットをフェロニッケル製錬におけるロータリーキルンに投炭する石炭の代替材料として使用することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、ニッケル酸化鉱をロータリーキルンで焼成する工程、次いで、得られたか焼鉱を電気炉に送り還元を行う工程を含むフェロニッケルの製錬方法であって、ロータリーキルンでの焼成工程では、ロータリーキルンの原料投入口及び／又は原料投入口からか焼鉱排出口の中間で石炭を投入する際に、石炭の少なくとも一部の代替として、木質ペレットを用いることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記木質ペレットは、直径が５〜１０ｍｍ、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ密度が１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
さらに、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明において、前記木質ペレットがバークペレットであることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３のいずれかの発明において、前記石炭を投入する際に、前記石炭と木質ペレットは、予め、混合されていることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
また、本発明の第５の発明によれば、第４の発明において、前記予め、混合されている石炭と木質ペレットの割合は、木質ペレット：石炭の重量比で、１：１〜１：６であることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
さらに、本発明の第６の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明において、前記石炭を投入する際に、前記石炭と木質ペレットの投入割合は、木質ペレット１ウエットトン（ｗｔ）当り、石炭を０．３〜０．６ウエットトン（ｗｔ）減少して投入することを特徴とするフェロニッケルの製錬方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のフェロニッケルの製錬方法によれば、石炭の代替材料として木質ペレットを使用することにより、木質ペレットの代替投入量１ウエットトン（ｗｔ）ごとに、約１．２ｔ分のＣＯ２排出量を削減できるという顕著な効果を奏する。したがって、その工業的価値は、極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ロータリーキルン操業の一例の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の木質ペレットを利用したフェロニッケルの製錬方法を詳細に説明する。
【００１６】
本発明のフェロニッケルの製錬方法は、好ましい様態として、例えば、図１に示すように、フェロニッケル製錬の焼成工程にて、石炭と混合した木質ペレットをロータリーキルン中間位置より投入し、ロータリーキルン内で一部を燃焼させて燃料として使用し、残りを電気炉内で鉱石の還元に使用することを特徴とする。また、別の様態として、石炭と混合した木質ペレットを鉱石と共に、ロータリーキルンの原料投入口から投入し、ロータリーキルン内で一部を燃焼させて燃料として使用し、残りを電気炉内で鉱石の還元に使用することを特徴とする。
【００１７】
上記木質ペレットには、木の皮を取り除いて造られるホワイトペレット（木質部ペレット）と、木の樹皮のみを用いて造られるバークペレット（樹皮系ペレット）と、木全体で造られる全木ペレットがあり、本発明では、木質ペレットとして、バークペレットが好ましい。
尚、従来の暖房機等の燃焼装置においては、ホワイトペレットが使われることがほとんどで、バークペレットは、燃焼時に発生する灰分がホワイトペレットより多く、ボイラー等の一部で利用される程度であった。しかしながら、製紙材料となる木材チップの生産工程において、剥皮工程で木部と樹皮部に分離され、樹皮部が未利用のまま大量に発生する現状があり、近年、これらの樹皮部についても、有効利用することが求められている。
【００１８】
本発明では、バークペレットが好ましいその理由として、ホワイトペレットを石炭と共に投入した場合、ホワイトペレットが石炭の水分を吸って粉々になり、燃焼時に鉱石とうまく混ざらずに排ガスへの熱の損失が大きくなり、また、水分を吸われて乾燥された石炭による発塵がおこるといった問題もあるからである。
一方、バークペレットは、油分を含むため、撥水性があり、石炭と共に炉内に投入しても、水分を吸収して粉々になることはなく、また、石炭乾燥による発塵も抑えられる。また、着火後も炉内で徐々に燃焼していくため、鉱石との混合状態も良いと、考察され、その結果、排ガスへの熱損失がホワイトペレットよりも、小さくなり、効率よく鉱石と熱交換できると、考察できる。
【００１９】
ここで、ホワイトペレットとバークペレットの吸水性の相違点について説明すると、例えば、ニュージーランド産ホワイトペレットと国産バークペレットを用いて、実際に測定したところ、ホワイトペレットは、ペレット１ｇあたり約０．６ｇの吸水量であり、一方、バークペレットは、ペレット１ｇ当たり約０．０４ｇの吸水量であった。すなわち、バークペレットの吸水性は、ホワイトペレットの１／１５程度である。
但し、吸水量は、ペレット約３ｇを５０ｃｃの水に１分間浸した後、重量を測定し、その重量変化より求めた。なお、ホワイトペレットは、５分程度水に浸しておくと、ピンセットでつまみあげることが困難なほど、崩れやすくなったが、バークペレットは、形状や強度に殆ど変化は見られなかった。
このように、ホワイトペレットは、吸水性が大きく（バークペレットの１５倍程度）、石炭の水分を吸って粉々になり、燃焼時に鉱石とうまく混ざらずに、排ガスへの熱損失が大きくなり、また、水分を吸われて乾燥された石炭による発塵がおこるといった問題もあり、そのため、本発明では、バークペレットの木質ペレットを用いることが好ましい。
【００２０】
また、ロータリーキルンに投入された木質ペレットは、石炭と同様に、一部は燃焼して燃料として寄与し、残りは、次工程の電気炉に投入されて、還元剤として働く。これにより、石炭の代替として、木質ペレットを使用することが可能となる。
なお、木質ペレットと石炭を混合させずに装入しても、ほぼ同様の効果を得ることはできるが、ロータリーキルン中間位置における温度は、５００℃程度まで上がっているので、キルン内装入の際に、木質ペレット中のリグニンなどを主とする油脂成分が揮発し、白煙が発生する。この場合、前記油脂成分は、発熱に寄与せず、反応系から逃げてしまうので、わずかとはいえ、発熱量を確保するうえで効率が低下する。
このため、木質ペレットと石炭を混合させずに装入する場合、すなわち、前記油脂成分を発熱に寄与させ、発熱量を効率よく確保するためには、白煙が発生しない程度に木質ペレットに水を吸水させてから使用すればよい。
【００２１】
さらに、本発明では、好ましい様態として、フェロニッケル製錬の焼成工程にて、石炭と混合した木質ペレットをロータリーキルン中間位置より投入し、ロータリーキルン内で一部を燃焼させて燃料として使用し、残りを電気炉内で鉱石の還元に使用することを特徴とするため、木質ペレットは、直径が５〜１０ｍｍ、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ密度が１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
一方、ロータリーキルンに投入される石炭は、前記したように、粒度が〜５０ｍｍ程度、密度が１〜２ｇ／ｃｍ３程度、含有水分が約１０ｗｔ％である。
本発明に係る木質ペレットは、好ましい様態として、石炭と混合してロータリーキルンに投入されるため、上記のサイズや密度が好ましいものである。
木質ペレットと石炭を混合することで、キルン内装入の際に前記したような白煙の発生を抑制できる。これは、木質ペレット中の油脂成分の揮発が抑制されるほど充分に石炭の付着水の一部が木質ペレットに付着するためであると、発明者らは考えている。
また、本発明において、上記木質ペレットと石炭とを、予め、混合する際の混合比率は、特に限定されるものではないが、木質ペレット：石炭の重量比で、１：１〜１：６の範囲とすることが、混合する際の取扱いが容易となるので、好ましい。
【００２２】
また、本発明は、フェロニッケル製錬において、ロータリーキルンの燃料及び還元剤として使用されている石炭などの化石系炭材を部分的に代替する木質ペレットを使用したフェロニッケル製錬方法であるが、石炭をロータリーキルンに投入する際には、石炭と木質ペレットの投入割合としては、木質ペレット１ウエットトン（ｗｔ）当り、石炭を０．３〜０．６ウエットトン（ｗｔ）減少して投入することができる。すなわち、木質ペレットを１トン代替すれば、石炭の使用量を０．３〜０．６トン程度、減少でき、石炭によるＣＯ２排出量の削減ができる。これは、木質ペレットの代替投入量１ウエットトン（ｗｔ）ごとに、約１．２トン分のＣＯ２排出量を削減できることに相当する。
ここで、ウエットトン（ｗｔ，またはｗｅｔ−ｔ）とは、水分を含むバイオマスそのままの重量をトンで表示したものであり、バイオマスの重量表示は、ウエットトンのほかに水分を含まない乾燥重量のｄｒｙ−ｔ（ドライトン）がある。
【実施例】
【００２３】
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。
【００２４】
［実施例１］
フェロニッケル製錬プロセスに使用しているロータリーキルン設備を用いて、ニッケル酸化鉱の焼成を行い、次に、得られたか焼鉱の溶融還元を電気炉にて行った。
ロータリーキルンには、通常、装入している石炭の一部に替えて、木質ペレットを装入し、操業を行った。
木質ペレットの装入方法は、予め、木質ペレットと石炭を１：１の重量比で混合しておき、その混合物をロータリーキルンの装入口と排出口の中間の位置より装入するという方法をとった（図１参照。）。
なお、木質ペレットは、直径８ｍｍ、長さ１０〜４０ｍｍ、密度１．２ｇ／ｃｍ３の国産バークペレットを使用し、ロータリーキルンへの装入量は、鉱石の還元に必要な固定炭素量より決定し、石炭０．５ｗｔ／ｈに替えて、木質ペレット１．０ｗｔ／ｈを装入した。
【００２５】
その結果、ロータリーキルンでは、鉱石中の水分を完全に除去するために、か焼鉱の温度を８００℃以上にする必要があるが、今回の試験操業では、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱温度を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していると、いえる。
また、次工程の電気炉では、スラグ中の鉄品位が６〜８％程度になるように、還元剤の量を調整しているが、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００２６】
［実施例２］
木質ペレットと石炭とを、予め混合せずにそれぞれ別個に、石炭０．５ｗｔ／ｈに替えて木質ペレット１．０ｗｔ／ｈを装入したこと以外は、実施例１と同様に行った。
その結果、実施例１と同様に、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していることが判った。
また、電気炉工程では、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００２７】
［実施例３］
木質ペレットと石炭とを、予め１：１の重量比で混合し、石炭１．０ｗｔ／ｈに替えて木質ペレット２．０ｗｔ／ｈを装入したこと以外は、実施例１と同様に行った。
その結果、実施例１と同様に、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していることが判った。
また、電気炉工程では、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００２８】
［実施例４］
木質ペレットと石炭とを、予め１：４の重量比で混合し、石炭０．５ｗｔ／ｈに替えて木質ペレット１．０ｗｔ／ｈを装入したこと以外は、実施例１と同様に行った。
その結果、実施例１と同様に、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していることが判った。
また、電気炉工程では、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００２９】
［実施例５］
木質ペレットと石炭とを、予め１：６の重量比で混合し、石炭０．５ｗｔ／ｈに替えて木質ペレット１．０ｗｔ／ｈを装入したこと以外は、実施例１と同様に行った。
その結果、実施例１と同様に、給鉱量を低下させることなく、か焼鉱を８００℃以上に保つことができ、木質ペレットがロータリーキルン中間位置にて、熱源として寄与していることが判った。
また、電気炉工程では、木質ペレット装入前後でスラグ中の鉄品位を比較すると、７％前後で大きな変化は無く、還元剤としても、木質ペレットは、問題なく使用できるといえる。
【００３０】
以上の結果より、木質ペレットを、石炭の代替として問題なく使用できることが示された。
したがって、木質ペレット１ｔの使用につき、石炭使用量を０．５ｔ削減でき、仮に、木質ペレットを年間２０，０００ｔ使用したとすると、年間１０，０００ｔの石炭を削減でき、ＣＯ２排出量に換算すると、２４，０００ｔの削減となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の、ニッケル酸化鉱をロータリーキルンで焼成する工程、次いで、得られたか焼鉱を電気炉に送り還元を行う工程を含むフェロニッケルの製錬方法は、石炭の代替材料として、木質ペレット、好ましくはバークペレットを使用することにより、木質ペレットの代替投入量１ウエットトン（ｗｔ）ごとに、約１．２ｔ分のＣＯ２排出量を削減できるので、その工業的価値は極めて大きい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル酸化鉱をロータリーキルンで焼成する工程、次いで、得られたか焼鉱を電気炉に送り還元を行う工程を含むフェロニッケルの製錬方法であって、
ロータリーキルンでの焼成工程では、ロータリーキルンの原料投入口及び／又は原料投入口からか焼鉱排出口の中間で石炭を投入する際に、石炭の少なくとも一部の代替として、木質ペレットを用いることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法。
【請求項２】
前記木質ペレットは、直径が５〜１０ｍｍ、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ密度が１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項３】
前記木質ペレットがバークペレットであることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項４】
前記石炭を投入する際に、前記石炭と木質ペレットは、予め、混合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項５】
前記予め、混合されている石炭と木質ペレットの割合は、木質ペレット：石炭の重量比で、１：１〜１：６であることを特徴とする請求項４に記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項６】
前記石炭を投入する際に、前記石炭と木質ペレットの投入割合は、木質ペレット１ウエットトン（ｗｔ）当り、石炭を０．３〜０．６ｗｔ減少して投入することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項１】
ニッケル酸化鉱をロータリーキルンで焼成する工程、次いで、得られたか焼鉱を電気炉に送り還元を行う工程を含むフェロニッケルの製錬方法であって、
ロータリーキルンでの焼成工程では、ロータリーキルンの原料投入口及び／又は原料投入口からか焼鉱排出口の中間で石炭を投入する際に、石炭の少なくとも一部の代替として、木質ペレットを用いることを特徴とするフェロニッケルの製錬方法。
【請求項２】
前記木質ペレットは、直径が５〜１０ｍｍ、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ密度が１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項３】
前記木質ペレットがバークペレットであることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項４】
前記石炭を投入する際に、前記石炭と木質ペレットは、予め、混合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項５】
前記予め、混合されている石炭と木質ペレットの割合は、木質ペレット：石炭の重量比で、１：１〜１：６であることを特徴とする請求項４に記載のフェロニッケルの製錬方法。
【請求項６】
前記石炭を投入する際に、前記石炭と木質ペレットの投入割合は、木質ペレット１ウエットトン（ｗｔ）当り、石炭を０．３〜０．６ｗｔ減少して投入することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフェロニッケルの製錬方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２３６５０１（Ｐ２０１１−２３６５０１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８９１７（Ｐ２０１１−８８９１７）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（５９３２１３３４２）株式会社日向製錬所 (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（５９３２１３３４２）株式会社日向製錬所 (18)
【Ｆターム（参考）】
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