マトモアプロセス：褐炭を用いた革新的な製鉄技術
マトモアプロセスは、Environmental Clean Technologies Ltd（ECT）によって現在開発されている製鉄プロセスです。マトモアプロセス技術は特許技術です。この技術は褐炭（リグナイト）ベースであり、独自の化学と炉設計により、高品位塊鉱をより低コストの代替原料で置き換えることができます。通常、褐炭（褐炭としても知られる）は、揮発分と水分含有量が高いため、冶金用途には使用されていません。
Environmental Clean Technologies Ltdは、プラント、設備、知的財産（IP）を含むマトモアプロセス技術の所有者です。マトモアプロセスは、安価な代替原料を使用するシンプル、低コスト、低排出、特許取得済みのマトモアレトルトで構成される設計により、一次製鉄プロセスに革命をもたらす位置づけにあります。この技術は2つの独自の特徴を備えています。(i) 現時点では他の技術では主張されていない褐炭を還元剤と熱源として使用、および (ii) 褐炭の自然な化学と働く垂直シャフト炉をプラント設計に含むことです。
マトモアプロセスの開発は、Environmental Clean Technologies Ltdの別の特許技術であるコールドライ技術による水分除去と、高炉とは異なる設計とプロセス化学を持つプロセスと垂直レトルト炉を通じた褐炭の自然な化学の活用に基づいています。マトモアプロセスのプロセス化学は、水素を還元ガスとして利用し、高炉による製鉄で遭遇するよりも低い運転温度と短いプロセス時間を可能にします。
マトモアプロセス技術は個別に魅力的ですが、コールドライ技術との組み合わせはさらに魅力的です。なぜなら、両技術がともに、より低価値な資源（褐炭と鉄鉱山からの鉄鉱石テーリング）を活用して、コールドライプロセスの熱炭製品に加えて、鉄と鉄合金などのより高価値で多様なアウトプットを生産できるからです。
マトモアプロセス技術は、褐炭と鉄酸化物含有材料（ミルスケール、ニッケルテーリング、高/低品位鉄鉱石）から高品質鉄を生産する方法です。プロセスのアウトプットは、エンドユーザーの要件を満たすようサイズ/形状と炭素含有量を制御できるクリーンな鉄製品です。マトモアプロセスで生産される鉄製品は、電気炉や誘導炉で使用されるスクラップ金属原料の高品質な代替品または補完品です。
マトモアプロセス
マトモアプロセスの最初のステップは原料の準備です。このプロセスステップでは、コールドライ技術を使用して原料を準備します。コールドライプロセスと同様に、石炭、鉄酸化物、フラックスからなる原料を8mm未満に粉砕します。粉砕された材料は少量の水と混合・混練され、押出されます。押出混合物はドライ・トゥ・タッチ状態になるまで調整されます。
半乾燥ペレットは垂直充填層乾燥機に搬送され、隣接発電所からの廃熱によって供給される温風がペレットを循環し、蒸発水分を除去します。複合ペレットは乾燥機の底部で排出され、マトモアレトルトに搬送されます。複合ペレットは自己還元性と自己融解性を持ちます。
第2プロセスステップでは、マトモアレトルトと呼ばれる垂直シャフト炉で鉄酸化物の酸素が除去されます。第1ステップで生産された複合ペレットがマトモアレトルトの頂部に充填されます。レトルト内の雰囲気は還元性です。ペレットはこの還元雰囲気でレトルト内で加熱されます。ペレットの温度が上昇すると、残留水分が蒸発し、石炭揮発分が可燃ガスとして放出されます。この可燃ガスはレトルトの底部に再循環され、そこで着火し、高炉に類似した効果を提供します。
複合ペレットがレトルトの中心を下降するにつれて、鉄酸化物から酸素を除去する還元反応が起こります。高温還元ペレットはレトルト底部で排出されます。これらの高温ペレットは炭素、鉄、灰を含みます。熱風または酸素が注入され、残留炭素が燃焼し、ペレット温度を鉄の融点以上に上昇させて溶融金属とスラグを生成します。溶融金属は銑鉄として鋳造するか、直接製鋼炉に送ることができます。
マトモア製品
マトモア製品はクリーンな鉄製品であり、プロセスパラメータを調整してエンドユーザーの要求仕様に合わせたサイズ/形状と炭素含有量の製品を生産できます。マトモアプロセスで生産される鉄の典型的な組成は、Fe 98.94%、C 1%、Mn 0.02%、S 0.03%です。このマトモア製品は、表1に示す品質の投入材料から生産されています。
| 表1 投入材料の品質 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 鉄鉱石 | 褐炭 | フラックス | |||
| 成分 | % 乾燥基準 | 成分 | % 乾燥基準 | 成分 | % 乾燥基準 |
| Fe | 67.42 | 究極分析 | SiO₂ | 7.26 | |
| SiO₂ | 2.15 | C | 65.40 | Al₂O₃ | 1.64 |
| Ni | 0.03 | H | 4.80 | Fe₂O₃ | 4.57 |
| TiO₂ | 1.02 | N | 0.60 | CaO(CaCO₃) | 46.70 |
| V | 0.37 | S | 1.50 | MgO(MgCO₃) | 0.44 |
| MgO | 2.25 | O | 24.20 | Na(Na₂CO₃) | 0.10 |
| Al | 0.27 | 鉱物と無機物 | K₂O(K₂CO₃) | 0.17 | |
| CaO | 0.80 | SiO₂ | 0.23 | MnO | 0.02 |
| Mn | 0.09 | Al₂O₃ | 0.40 | TiO₂ | 0.08 |
| Cu | 0.004 | K₂O(K₂CO₃) | 0.034 | LOI | 39.00 |
| P | 0.011 | TiO₂ | 0.002 | ||
| S | 0.057 | FeS₂ | 0.42 | ||
| Fe(Fe₂O₃) | 0.06 | ||||
| Ca(CaCO₃) | 1.30 | ||||
| Mg(MgCO₃) | 0.77 | ||||
| Na(Na₂CO₃) | 0.22 | ||||
| Cl | 0.13 | ||||
マトモアプロセス、マトモアレトルト、マトモア製品は図1に示されています。
図1 マトモア製鉄プロセス
マトモアプロセスの利点
以下はマトモアプロセスの利点です。
- 高価な冶金用石炭を、安価で豊富に入手可能な褐炭に置き換えます。現在、褐炭を還元剤として使用する唯一の既知のプロセスです。
- 安価な低品位鉄鉱石を使用可能で、Fe含有量60%以上の高価な高品位鉄鉱石を置き換えます。
- 低品位石炭と鉄含有廃棄物に付加価値を与えます。コークス用石炭と高品位鉄鉱石からの分離により、エネルギーと資源の安全性を向上させます。
- ミルスケール、採掘リジェクト、鉄含有スラッジ、その他のFe含有廃棄物などの鉄含有廃棄物を回収できます。
- 温度が低いため、プロセスには相当に低い熱量で済み、エネルギーを節約します。運転温度は1000℃未満です。
- コークス炉バッターとシンタープラントの設置が不要なため、低資本コストです。小規模操業でも経済的です。
- 廃ガスの再循環により、ガス排出量が低いです。
- プロセスで還元剤として使用される褐炭の化学反応性は、現在他の一次製鉄プロセスで使用されている黒炭の最大1000倍高いです。
- 製鋼プロセスでスチールスクラップの代替として使用できる高品質な鉄製品を生産します。
マトモアプロセス技術の現状
Environmental Clean Technologies Limitedは、NLC India Limited（NLC）とNMDC Limited（NMDC）との間でプロセス開発をさらに進めるための契約を締結しました。2018年5月に締結されたマスタープロジェクト契約（MPA）によると、(i) インド側パートナーがプロジェクト資金の100%を拠出（約3,500万豪ドル）、(ii) 研究開発（R&D）フェーズ完了時に特別目的会社（SPV）が設立され、所有権はECT 49%、NLC 25.5%、NMDC 25.5%、(iii) オーストラリアを除くグローバルライセンス権がSPVに付与、(iv) 将来のロイヤルティはSPV所有権割合に従ってパートナーに分配されます。
MPAは、ECTにインド・タミルナドゥ州で世界初のオーストラリア設計によるコールドライとマトモアプラントを建設することを認可しました。これは褐炭の発電利用を多様化し、大幅に低いCO₂排出でより低コストな製鉄を含めることを目的としています。
3,500万豪ドルのR&Dフェーズから始まり、プロジェクトはECTのマトモアとコールドライ技術をスケールアップし、約2トン/時の金属生産能力で技術的・経済的実現可能性を検証する統合コールドライ実証プラントとマトモアパイロットプラントを提供することを目指しています。プラントレイアウトの絵画的ビューは図2に示されています。現在、プラントの基本設計が完了しています。
図2 マトモアプラントレイアウトの絵画的ビュー
製造プロセス