タコナイト：鉄鋼生産における重要な鉱石と処理方法
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定義と基本概念
タコナイトは、細粒で硬く、シリカ質の性質を持つ低品位の鉄鉱石です。主に、シリケートマトリックス内に埋め込まれたマグネタイトとヘマタイトの粒子で構成されており、しばしばシリカ（SiO₂）やその他の鉱石鉱物が多く含まれています。タコナイト鉱床は、主にアメリカのミネソタ州メサビ山脈などの古代の堆積物形成が見られる地域で見つかります。
鉄鋼製造チェーンにおいて、タコナイトは鉄製造のための重要な原材料として機能します。これは、金属鉄を生産するために高炉や直接還元プラントに供給されるペレット化された鉄鉱石濃縮物を生産するために処理されます。その役割は、特により豊富な鉱床が枯渇または利用できない場合に、高品位鉱石を補完する上で重要です。
タコナイトの全体的な製鋼プロセスの流れにおける位置は、初期の採掘、選鉱（鉄分を増加させるための処理）、ペレット化、そして鋼鉄工場への輸送を含みます。これは、最終的に鋼を生産するための還元プロセスに不可欠な鉄ユニットの主要な供給源として機能します。
技術設計と運用
コア技術
タコナイト処理の基本的な工学原理は、低品位鉱石を高炉や直接還元ユニットで効率的に還元するのに適した濃縮されたペレット化された形態にアップグレードすることです。これには、破砕、粉砕、磁気分離、ペレット化が含まれます。
主要な技術コンポーネントには、破砕機、粉砕ミル、磁気分離器、ボーリングドラムまたはディスクペレタイザー、焼結炉が含まれます。破砕機は大きな岩を扱いやすいサイズに減少させ、粉砕ミルはさらに材料を粉砕して鉄鉱物を鉱石から解放します。
磁気分離器は、マグネタイトが豊富な濃縮物を抽出するために使用され、これをバインダーやフラックスと混合してペレットを形成します。ペレット化プロセスでは、濃縮物を均一な球またはディスクの形に成形し、回転炉またはグレートキルン炉で焼結して硬化させます。
主要な運用メカニズムには、目標粒子サイズを達成するための制御された粉砕、鉄回収を最大化するための磁気分離、耐久性があり高品質なペレットを生産するためのペレット焼結が含まれます。材料は採掘から選鉱、ペレット化へと流れ、スループットと品質を最適化するために継続的に監視されます。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には、粒子サイズ分布、磁場強度、水分含量、バインダー投与量、焼結温度が含まれます。
典型的な粉砕サイズは、磁気分離効率を最適化するために約100-150マイクロメートルのP80（80％通過サイズ）を目指します。分離中の磁場強度は、鉱石の回収を最大化し、鉱石の混入を最小限に抑えるために約0.2-0.4テスラに維持されます。
ペレットフィードの水分含量は通常8％未満に保たれ、適切なペレット形成と取り扱いを確保します。バインダーの追加は、通常ベントナイト粘土で、ペレット質量の0.5-2％の範囲内で制御され、過剰な不純物なしに強度を確保します。
焼結温度は通常1250°Cから1350°Cの範囲で、炉の設計に応じて15-30分の焼成時間がかかります。これらのパラメータは、ペレットの強度、還元性、冶金特性に影響を与えます。
制御システムは、粒子サイズ、水分、温度、磁束のリアルタイムセンサーを利用し、自動制御ループに統合されています。高度なプロセス制御（APC）と監視制御およびデータ取得（SCADA）システムは、パフォーマンスを最適化するための継続的な調整を可能にします。
設備構成
典型的なタコナイト処理プラントは、一連の相互接続されたユニットで構成されています。主要な破砕機は大きな岩を小さな断片に減少させ、その後、セミ自動粉砕（SAG）またはボールミルで細かく粉砕されます。
磁気分離ユニットは、通常ドラムまたはベルト分離器で、鉄回収を最大化するために直列に配置されています。濃縮物はその後、ディスクまたはドラムペレタイザーを含むペレット化装置に運ばれ、焼結炉に送られます。
ペレット焼結システムは異なり、回転キルンシステムが一般的で、長さは30-50メートル、直径は3-5メートルです。一方、グレートキルンシステムはエネルギー効率のためにますます採用されています。
補助システムには、コンベヤーベルト、スクリーニングステーション、ダストコレクション、水処理、バインダー準備ユニットが含まれます。現代のプラントは、メンテナンスとスケーラビリティを促進するために自動化、リモート監視、モジュラー設計を取り入れています。
プロセス化学と冶金
化学反応
主要な化学反応は、溶鉱中に鉄酸化物（Fe₂O₃およびFe₃O₄）を金属鉄に還元することです。高炉では、一酸化炭素（CO）が還元剤として機能します：
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂
これらの反応は、高温（約1500°C）で熱力学的に有利です。還元は固体状態の拡散と気体-固体反応を介して進行し、反応速度は温度、粒子サイズ、ガス流量によって影響を受けます。
副産物には二酸化炭素（CO₂）や、場合によってはシリカが豊富なスラグが含まれます。タコナイト中のシリカ（SiO₂）はフラックスと反応してスラグを形成し、溶融鉄から分離されます。
冶金的変化
ペレット焼結中の主な変化には、脱水、相変化、焼結が含まれます。水分とバインダーは燃焼し、濃縮物の粒子が融合して密度が高く、機械的に強いペレットが形成されます。
微細構造的には、ペレットは焼結を通じて冶金的結合を発展させ、相互接続された鉄酸化物とシリケート相の微細構造を形成