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    公开号:WO1990008843A1
    申请号:PCT/JP1990/000076
    申请日:1990-01-23
    公开日:1990-08-09
    发明作者:Ryoda Sato；Kichinosuke Shoji；Naoshi Takemura
    申请人:Manyo Kogyo Kabushiki Kaisha；
    IPC主号:C22B9-00
    专利说明:
    [0001] 明
    [0002] 技 術 分 野
    [0003] 直
    [0004] 本発明は熱プラズマによって鉱石や金属化合物を直接 製鎳する方法に関する。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 製
    [0007] 近時、 アーク放電により生細 1 成した熱プラ ズマを使用 し て、 鉱石や金属酸化物を溶融還元も し く は熱分解する こ とによって、 金属や金属を富化した生成物を直接得る直 接製鍊方法が注目されている。
    [0008] 法
    [0009] 直接製錁方法が注目されているのは、 金属製鍊に熱プ ラズマを用いた場合、 連続的に安定した超高温が得られ これに'よって通常の熱源では得られない超高温を必要と する反応がおこる。 また、 反応速度は温度と と もに指数 的に増加するから反応処理時間が短 く てすみ、 小型の装 置で操業でき る利点があるからである。
    [0010] 直接製鍊方法は、 米国特許第 3 , 856 , 915号ゃ特公昭 60 - 53088 号に開示されているよう に、 陰極と陽極との間 にアーク放電を生じさせ、 鉱石等の粉体をプラ ズマ生成 ガスと共に供給して、 該粉体がプラズマアーク中を通過 する途中に溶融分解したり、 またアーク外周に粉体を供 給してアークの輻射熱により溶融分解する こ とによ り実 施される。 この際、 還元性のプラズマを得るには、 ブラ ズマ生成ガスとして水素、 メ タ ン、 一酸化炭素等の還元 性ガスが不活性ガスと共に使用される。 また、 還元を促 進するには、 粉体表面に炭素質物質の被覆層を形成する ことも、 特公昭 53— 44128 号に開示されている通り公知 で ¾>る。
    [0011] しかしながら、 叙上の技術では、 鉱石粉等がプラズマ 中ないしプラズマ外周部に存在する時間を十分とること ができず、 溶融還元や分解されに く いため、 粉体の粒度 調整や、 炭素質物質の被覆等の煩雑な前処理が要求され る。
    [0012] また、 プラズマアークを発生し、 安定化させ、 さらに 還元反応性を与えるため、 プラズマ生成ガスとしての水 素， アルゴン， メ タ ン等のガスを多量に必要とする。
    [0013] 更に、 プラズマ発生装置においても、 電極冷却手段、 プラズマ生成ガスおよび粉体供給手段等を要し、 装置が 複雑となり、 プラズマ生威ガスの多量使用と相ま って、 製錁コス トの上异を招来する。
    [0014] 本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、 製鎳対象 物の形態に拘らず、 又ブラズマ生成ガスを使用すること なく、 簡単な設備で実施容易な直接製鍊方法を提供する ことを目的とする。
    [0015] 発 明 の 開 示
    [0016] 本発明の方法は、 還元性雰囲気の熱プラズマによって 鉱石や金属酸化物を溶融還元もし く は熱分解し、 金属や 金属を富化した生成物を得る直接製鎳方法において、 多 数の黒鉛電極に多相交流電圧を印加し、 空気中でァーク 放電させる と共に黒鉛電極の酸化分解によ り生じた強還 元性を有する非移行形ブラズマアークを電極の先端部よ り製餽対象物に直接噴出させ、 これによ つて製鍊する も のである。 この場合、 各電極の先端がほほ"円形状でかつ ほぼ等間隔になるよ う に、 多数の黒鉛電極を逆円錐状に 配置する こ とによ って、 電極先端部から非移行形プラズ マアークを集中的に容易に噴出させる こ とができ る。 本発明の実施に際し、 多数の電極に多相交流電圧を印 加し、 アーク放電させる と、 アーク電流によ り生じた磁 場の作用で電極間に生成したプラズマアークが電極の先 端より噴出する。 更に、 噴出するプラズマアーク は多相 交流によって生じた回転磁界によつて撹拌作用が付加さ れる。 このよう にして生じたプラズマアーク は非移行形 のものであり、 炉床やるつぼ内に装入した鉱石等の製鍊 対象物に対して直接照射する こ とができ る。
    [0017] また、 電極に黒鉛棒を使用 して空気中でアーク放電す るので、 電極の酸化により生じた一酸化炭素は次の反応 によって （ C O)+ 、 C + のイ オ ンを生じて極めて還元 性に富むプラズマアークを作り、 酸化鉱ゃ金属酸化物を 還元する。
    [0018] C O— e→ ( C 〇） + + e→ C 十 C O
    [0019] C O十 e→ C 十 0— 十 e → C + ÷ 0 + 2 e
    [0020] また、 この高温のプラズマアークによって硫化鉱等の 金属化合物は直接熱分解される。 尚、 プラズマアークの生成に際し、 プラズマ生成ガス の送入は全く必要な く、 電極の冷却保護も不要である。 また、 プラズマアークを製錁対象物に照射する際、 製鍊 対象物を面転させておく と、 製鎳を効率よ く行う ことが できる。
    [0021] 従って、 本発明の直接製錁方法によれば、 黒鉛電極を 用いた多相交流プラズマアーク発生装置を用いるのて、 強還元性、 指向性かつ撹拌作用のある非移行形ブラズマ アークを空気中で容易に生成させることができる。 従つ て、 製鎳はこの非移行形プラズマアークを対象物に照射 することによって直接行えるので、 製鍊対象物として、 粉状、 粒状、 塊状を問わず、 導電性の有無に拘わらず、 また浮選精鉱による多少湿潤した状態のものでも差支え な く、 従来のように厳密な粒径や送入速度の調整ば全く 必要がなく、 広範囲の性状の鉱石や金属化合物に対して 適用可能である。 更に、 製鍊に際して造滓剤等も製鍊対 象物と共に炉床やるつぼに装入することができる。
    [0022] また、 前記プラズマアークは、 黒鉛電極の酸化分解に より生じた炭素や一酸化炭素のィォンによって強還元雰 囲気を形成しているため、 還元性のプラズマ生成ガスの 供給は全く不要であり、 又電極の冷却手段も不要であり 極めて簡単なプラズマ発生装置で本発明を実施すること ができ、 規模の拡大や生産性の向上、 コス トの低廉性に 優れる。
    [0023] 図面の簡単な説明 第 1 図は本発明の実施に使用される多相交流ブラ ズマ マ一ク発生装置の概要説明図てあ )。
    [0024] 発明を実施するための最良 C'形態 まず、 本発明を実施するために使用する多相交流-: ^ ズマアーク発生装置を第 1 図を参照して説明する。
    [0025] 該発生装置は、 6本の黒鉛電極 2,3,4.2A,3A.4Aと三相 交流電源 8 からなる。 第 1 図では、 黒ま 電極 2, 3.4 の後 方に黒鉛電極 4A:3A,2Aがかく れている て、 黒鉛電極 3 本に見えている - 6 本の電極 、 各電極の先端が平面 上におレ、てほぼ円形の線上に位置し、 かつほぼ等間隔に なるよう に、 逆円錐状に配置されている。 各電極は電極 送り機構 （図'示省略） によって進退自在と されており、 これによ つて電極先端都 1 は上下位置調整自在とされて いる。 電極 2， 3, 4 と電極 2A, 3A, 4A とは.、 電極接続部 9 を経由して、 各グループ別にシ リ コ ン制御電流素子 （サ ィ リ スタ） あるいはリ アク トル等により形成されている 電流調整装置 5, 6, 7 を通して三相交流電源部 8 に接続さ れている。 電極接続部 9 内の端子番号は電極の符号に対 応している。 それぞれの電極 2,3,4, 2A,3A,4Aに、 隣接す る電極に対して 120° 位相のずれた交流電圧を印加する と、 電極間に環状のアークが発生する。 電極間に発生し たアーク は電磁力の作用により、 電極先端部 1 より下方 向に噴出する - この非移行形プラズマアーク 12を黒鉛る つぼ 10内の鉱石や造滓剤等の製鍊対象物 11に照射して溶 融還元若し く は分解して金属の製鍊を行なう。 電極や交流の相の数は第 1図に例示したものに限らず 自由であり、 少なく とも 3極、 三相有ればよい。 もつと も、 第 1図のように黒鉛電極を逆円錐状に配置にすると -. 非移行形ブラズマアーク 12が電極先端部 1 から集中的に 噴出し易い。 また、 三相交流は、 通常、 電力会社によつ て供給されているので利用し易い。
    [0026] 本発明の製鎳対象となる鉱石等は後述の具体的実施例 に示した種類に限定されるものではなく 、 チタ ン パ十 ジゥム， ジルコ ン等の酸化鉱および酸化物、 鉄， 二 7ケ ル， 銅等の硫化鉱等をも舍むことは勿論である。 また、 鉱石とは原鉱のみならず選鉱による精鉱、 か焼、 ばい焼 等をも含み、 金属酸化物には湿式製錁ゃ化学処理によつ て採取した化合物をも舍む。
    [0027] 尚、 るつぼ 10は回転台上に載置し、 るつぼ 10を回転さ せながら、 るつぼ 10内の製鎳対象物に対して非移行形プ ラズマアーク 12を照射すると製鎳の効率がよい。 また、 製鎳に際して、 るつぼ （炉床） 中に鉱石等の製鎳対象物 のほか、 適正量の造滓剤や還元助剤として黒鉛粉等を添 加装入してもよい。 還元助剤としての黒鉛は、 通常、 鉱 石に対し 10〜40w t %程度使用される。 還元された金属が Π等の活性金属の場合、 還元後の冷却過程で酸化ゃ窒化 を防止するには、 アークの照射停止後、 Arガス等を吹き 付ければよい。
    [0028] 次に、 上記プラズマアーク装置を用いて行った直接製 鎳の具体的実施例を掲げる。 n 実施例 1 ： 磁鉄鉱の製錁
    [0029] (1) 実施例に供した磁鉄鉱は第 1 表に示す化学分析値 (wt % ) の粉鉱である。
    [0030] 第 1 表
    [0031] ！
    [0032] T. Fe SiOz CaO
    [0033] ■ 57.4 4·7 29.0 .5 ；
    [0034] (2) この磁鉄鉱 150 g に造滓剤と しての珪砂 50 gを混合 して黒鉛るつぼに入れ、 空気中で第 1 図に示すプラ ズ マアーク発生装置を用いて 160秒間、 黒鉛るつほ' 10内 の鉱石 11にプラズマアークを照射加熱して溶融還元し 金属塊 （銑鉄） 89 gを得た。 なお使用電力水準は 70 である。
    [0035] (3) 採取した金属塊 （銑鉄） の分圻値 （wt %) は第 2表 のとおりである。
    [0036] 第 2表 この分折値から高炭素 · 高珪素で還元が十分行われ ている こ と、 また低硫黄で脱硫効果が著しいこ とがわ. かる。
    [0037] 実施例 2 ： ク ロマイ ト鉱の製錁
    [0038] (1) 実施例に供したク ロマイ ト鉱は第 3表に示す化学分 折値 （wt% ) の粉鉱である。 第 3表
    [0039] ： Cr203 FeO Si02 ' CaO MgO A 203
    [0040] ； 50.2 16.6 1.2 ！ 2.0 14.3 1 8.3 (2) このク ロマイ ト鉱 150 gに造滓斉 IJとしての珪砂 20 g を混合して黒鉛るつぼに入れ、 実施例 1 に示した条件 と同一条件でプラズマアークを 150秒間照射して、 還 元金属塊 （フヱ口ク ロ ム） 79 gを得た。
    [0041] (3) この分折値は、 69.2% Cr 、 3.60% C であった。 従って、 クロムの還元回収率は 84%と比較的低いが、 ク ロムの沸点が 2,640。cと低いことから蒸発による損. 失が大きいと考えられる。
    [0042] しかしこのように高ク ロム含有量のものが得られた ことは、 該方法による酸化鉱の還元能力が十分である ことがわかる。 従って、 ク ロム ： 鉄が 2 ： 1以下の低 品位ク ロマイ ト鉱の製鎳、 または鉄鉱石を加えて製鎳 しステンレス鐧用素材を製造する方が該方法による製 鎳に有利と考えられる。
    [0043] 実施例 3 ： アルミ ナの還元による銅 · アルミ ニウム合 金の製造
    [0044] (1) 銅粉 40 gにアルミナ 80 gを加えて混合し、 黒鉛るつ ぼに入れて実施例 1と同一条件でプラズマアークを 180 秒藺照射し、 金属塊 （銅アルミ ニゥム合金） 70 gを得
    [0045] (2) の合金のアルミユウム含有量は 45·.2%であつた 尚、 アル ミ ニウ ムは実施例 2 における ク ム以上に難 還元性で沸点が低 く 、 アルミ ニウ ムの活量を下げて還 元を促進するため、 容易に還元される銅との合金と し て回収した。
    [0046] (3) こ の銅 . アル ミ ニウ ム合金にアル ミ ニウ ム屑を加え て銅含有量を 30〜35 %に調整し、 公知の三層式溶融塩 電解法によ つて製錁すれば高純度のァル ニ ゥ が得 られ、 銅は再び循環使用される。
    [0047] 実施例 4 ： 二硫化モ リ ブデンの熱分解による金属モ リ ブデ ンの製造
    [0048] (1) 二硫化モ リ ブデン試薬 （純度 99. 5 % ) 50 gを黒鈴る つぼに入れて実施例 1 と同一条件でプラズマアークを 160 秒間照射して溶融分解し、 金属モ リ ブデン塊 27. 5 gを得た。 従ってモ リ ブデンの回収率は 92. 2 %である c 照射開始後 30秒から 100秒までの間、 白色緝糸状の 物質がアーク炎周辺に飛散浮遊する のが観察された。 これは熱分解で生成した硫黄で亜硫酸ガス臭はな く 、 良環境で製鎳できる こ とがわかった。
    [0049] (2) こ こで得た金属モ リ ブデン塊の炭素含有量は 9. 55 %、 硫黄含有量は 0. 001 %以下であった。 かかる低硫黄の 金属モ リ ブデ ン塊が得られたこ とは、 従来の諸文献 (例えば、 米国特許第 4 , 234 , 334号、 特公昭 60 - 53088 号、 日本鉱業会春期大会講演要旨集 163頁 （1984 ) ) にもその類例を見ない。
    [0050] これは本発明の強還元性プラズマアーク による、 る つぼ内の処理によって、 二硫化モリブデンが完全に分 解されるこ と、 また単なる熱分解以外に溶融金属中に おける次の脱硫反応によって異常に低く なったものと 考えられる。
    [0051] M 0 S 2 + C→ M 0 C + S 2
    [0052] (3) 金属モ リ ブデン中の炭素は、 例えば金属モ リ ブデン 塊からフユ πモリ ブデンを製造する場合、 公知のよう に ミルスケールゃ酸化鉄を加えて鉄と合金させれば脱 炭する こ とができる。
    [0053] 実施例では、 二硫化モリブデン試薬を用いたか、 珪 酸、 酸化鉄、 アルミナ、 銅等を舍む輝水鉛鉱の場合も これらが製鍊時に鉱滓化ないし蒸散するから同様の結 果が得られると考えられる。
    [0054] 実施例 5 ： 舍鉄チタン鉱の製鎳
    [0055] (1) 実施例に供したィ ルメナイ ト鉱は第 4表に示す化学 組成 （w t % ) の粉鉱である。
    [0056] 第 4表
    [0057] (2) このィ ルメ ナイ ト鉱 200 gに還元助剤と しての黒鉛 粉 60 gを加えて混合し、 耐火物で囲まれた内径 160 M の黒鉛るつぼに装入して、 空気中で第 1図のプラズマ ァーク装置により発生したプラズマアークを電力水準 70 で 120秒間照射して加熱 ' 溶融 · 還元させた。 (3) その結果、 酸化鉄が優先的に還元されて金属铁とな り、 溶鉄塊と して下部に溜り、 その上にチタ ンが富化 したスラ グ層が形成された。 冷却固化後、 破砕して鉄 塊を回収し、 さ らに高チタ ンス ラグ層中の微細粒状の 鉄を磁選して取除いた。
    [0058] (4) 力、 く して得られた高チタ ンス ラ グのチタ ン含有量は 65.17 重量％て .. チタ ン酸化物含有量は二酸化チタ ン 換算 108.7重量％となり、 TiO や Ti 203等 O低級酸化 物に還元されている こ とがわかる。 なお、 鉄舍有量は 0.96重量％であった。 従ってチタ ン は元の鉱石中の舍 有量 33.16重量％から 65.17%と約 2倍に濃縮された こ とになる。
    [0059] (5) こ こで再び高チタ ンスラグに約 30重量％の黒鉛を加 えて黒鉛るつぼに入れ、 先と同一条件で 150秒間、 加 熱、 還元して金属チタ ンを得た。 得られた金属チタ ン の分析値 ：) は第 5表の通りである。
    [0060] 第 5表
    [0061] (6) 第 5表より、 鉄含有量は微量で著し く 滅少している , これは加熱、 還元中に蒸散したためで、 鉄の分離に際 し若干量の鉄が高チタ ンスラグ中に残留しても支障が ないこ とがわかる。
    [0062] 得られる金属チタ ンの炭素含有量が高 く 、 これは還 元が高温における強力な炭素によって行われたため止 むを得ないが、 この粗製チタ ンを陽極として溶融塩電 解により精製チタ ンを得る方法 （日本金属学会
    [0063] 35卷 （1971 ) , 282 288 頁） によって製鎳するこ とに より、 また、 それぞれ鉄 銅， アルミ ニウ ム等との合 金による母合金として使用すれば溶製時に脱炭できる 産業上の利用可能性
    [0064] 本発明は熱プラズマを用いる直接製錁方法に利用しう
    权利要求:
    Claims
    (1) 還元性雰囲気の熱ブラズマによ つて鉱石や金属酸化 物を溶融還元も し く は熱分解し、 金属や金属を富化し た生成物を得る直接製鍊方法において、 多数の黒鉛電 極に多相交流電圧を印加し、 空気中でアーク放電させ る と共に黒鉛電極の酸化分解によ り生じた強還元性を
    π一一- 有する非移行形プ青ラズマアークを電極の先端部よ り製 求
    鍊対象物に直接噴出させ、 これによつて製餽する ；： ヒ を特徴とする直接製錁方法の。
    (2) 多数の黒鉛電極は、 各電極の先端がほぼ円形状でか つほぼ等間隔になるよ う に逆円錐状に配置されている こ とを特徵とする請求の範囲第 1 項記載の直接製鎳方 法。
    (3) 三本の黒鉛電極からなる電極群を設け、 該電極群に 三相交流電圧を印加する こ とを特徴とする請求の範囲 第 1 項記載の直接製鍊方法。
    (4) 製鍊の際に製鍊対象物を回転させる こ とを特徵とす る請求の範囲第 1 項記載の直接製鍊方法。
    类似技术:
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