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公開番号2024070872
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-24
出願番号2022181484
出願日2022-11-14
発明の名称鉄鉱石の還元方法
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C21B 13/00 20060101AFI20240517BHJP(鉄冶金)
要約【課題】CO₂を発生させることなく鉄鉱石を還元できる鉄鉱石の還元方法を提供する。
【解決手段】鉄鉱石の還元方法であって、酸素分圧が10^-30atm以上10^-20atm以下の雰囲気中で、鉄鉱石を600℃より高い温度で加熱して鉄鉱石を還元する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
酸素分圧が１０
－３０
aｔｍ以上１０
－２０
aｔｍ以下の雰囲気中で、鉄鉱石を６００℃より高い温度で加熱して前記鉄鉱石を還元する、鉄鉱石の還元方法。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
前記鉄鉱石を７００℃以上の温度で加熱する、請求項１に記載の鉄鉱石の還元方法。
【請求項３】
前記鉄鉱石の気孔量は０．０２ｃｃ／ｇ以上である、請求項１又は請求項２に記載の鉄鉱石の還元方法。
【請求項４】
前記鉄鉱石は、水分及び結晶水の少なくとも一方を含有する、請求項１又は請求項２に記載の鉄鉱石の還元方法。
【請求項５】
前記鉄鉱石は、水分及び結晶水の少なくとも一方を含有する、請求項３に記載の鉄鉱石の還元方法。
【請求項６】
前記鉄鉱石の結晶水含有量は２質量％以上である、請求項４に記載の鉄鉱石の還元方法。
【請求項７】
前記鉄鉱石の結晶水含有量は２質量％以上である、請求項５に記載の鉄鉱石の還元方法。
【請求項８】
前記鉄鉱石の水分含有量は４質量％以上である、請求項４に記載の鉄鉱石の還元方法。
【請求項９】
前記鉄鉱石の水分含有量は４質量％以上である、請求項５に記載の鉄鉱石の還元方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ
２
を発生させることなく鉄鉱石を還元する鉄鉱石の還元方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石の還元により金属鉄を生成する方法で、商業規模で実施されているものは、従来高炉やシャフト炉等が挙げられるが、どの手法も根底は「Ｆｅ
２
Ｏ
３
＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ
２
」の反応に由来しており、ＣＯ
２
が排出されるという課題がある。
【０００３】
ＣＯ
２
を発生させることなく、鉄鉱石を還元する技術として、水素を用いた還元が検討されている。この方法ではＦｅ
２
Ｏ
３
＋Ｈ
２
→Ｆｅ＋Ｈ
２
Ｏの反応で鉄が還元されるので副産物は水のみである。しかしながら、水素供給量の観点から国内の全てを水素を用いた還元に置き換えるには課題がある。このため、水素を用いた還元に代わるＣＯ
２
を排出しない鉄鉱石の還元方法の開発が求められている。
【０００４】
水素を用いた還元以外の還元方法として、特許文献１には、固体電解質を用いて酸素分圧を下げ、標準生成自由エネルギーに基づいて還元が進行する温度でアルミナを加熱処理する方法が開示されている。特許文献１によると、上記温度でアルミナを加熱することで酸素を熱解離させて還元し、アルミニウムを生成できるとしている。特許文献２には、標準生成自由エネルギーに基づいてアルミナを炭素還元する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２００７／０６１０１２号
特開昭５２－１５４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２によれば、アルミナの還元と標準生成自由エネルギーと酸素分圧とは密接に関係しており、当該知見を鉄鉱石の還元に利用できる可能性がある。しかしながら、酸化鉄を低酸素分圧の雰囲気中で還元した例は報告されていない。さらに、製造現場で使用される鉄鉱石には、Ａｌ
２
Ｏ
３
、ＳｉＯ
２
、水分や結晶水等の不純物が含まれており、このような不純物を含む鉄鉱石の熱解離による還元については全く知見がない。本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、その目的はＣＯ
２
を発生させることなく鉄鉱石を還元できる鉄鉱石の還元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】
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］酸素分圧が１０
－３０
aｔｍ以上１０
－２０
aｔｍ以下の雰囲気中で、鉄鉱石を６００℃より高い温度で加熱して前記鉄鉱石を還元する、鉄鉱石の還元方法。
［２］前記鉄鉱石を７００℃以上の温度で加熱する、［１］に記載の鉄鉱石の還元方法。
［３］前記鉄鉱石の気孔量は０．０２ｃｃ／ｇ以上である、［１］又は［２］に記載の鉄鉱石の還元方法。
［４］前記鉄鉱石は、水分及び結晶水の少なくとも一方を含有する、［１］から［３］のいずれかに記載の鉄鉱石の還元方法。
［５］前記鉄鉱石の結晶水含有量は２質量％以上である、［４］に記載の鉄鉱石の還元方法。
［６］前記鉄鉱石の水分含有量は４質量％以上である、［５］に記載の鉄鉱石の還元方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る鉄鉱石の還元方法の実施により、ＣＯ
２
を発生させることなく鉄鉱石を還元できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、金属酸化物から金属を製造する反応のエリンガム図である。
図２は、図１に示したエリンガム図の２ＦｅＯ＝２Ｆｅ＋Ｏ
２
から計算される酸素分圧と温度との関係を示すグラフである。
図３は、鉄鉱石の熱解離挙動を確認するのに用いた実験装置の模式図である。
図４は、加熱温度と還元率との関係を示すグラフである。
図５は、酸素分圧ごとに加熱時間と還元率との関係を示すグラフである。
図６は、還元前及び９００℃で所定時間加熱後における鉄鉱石の断面画像である。
図７は、鉄鉱石の気孔量と還元率との関係を示すグラフである。
図８は、鉄鉱石の水分及び結晶水と還元率との関係を示すグラフである。
図９は、還元前及び９００℃で所定時間加熱後における４質量％の結晶水を含有する鉄鉱石の断面画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を本発明の実施形態を通じて説明する。本実施形態に係る鉄鉱石の還元方法では、酸素分圧が１０
－３０
aｔｍ以上１０
－２０
aｔｍ以下の雰囲気中で、６００℃より高い温度で鉄鉱石を加熱し、酸化鉄の酸素の熱解離（２ＦｅＯ→２Ｆｅ＋Ｏ
２
）を進行させて鉄鉱石を還元する。まず、鉄鉱石を加熱する温度について説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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