JPH0762181B2 - ラテライト鉱石の低温熱的品質改良方法 - Google Patents

ラテライト鉱石の低温熱的品質改良方法

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JPH0762181B2
JPH0762181B2 JP4230476A JP23047692A JPH0762181B2 JP H0762181 B2 JPH0762181 B2 JP H0762181B2 JP 4230476 A JP4230476 A JP 4230476A JP 23047692 A JP23047692 A JP 23047692A JP H0762181 B2 JPH0762181 B2 JP H0762181B2
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    • C22B1/242Binding; Briquetting ; Granulating with binders
    • C22B1/244Binding; Briquetting ; Granulating with binders organic
    • C22B1/245Binding; Briquetting ; Granulating with binders organic with carbonaceous material for the production of coked agglomerates

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属を濃縮して磁気分
離方法を適用できる様にするための、ニッケル含有ラテ
ライト鉱石の低温熱的品質改良に関する。より詳しく
は、本発明は、ラテライト鉱石を熱処理して金属への選
択還元を引き起こし、続いてそれらの金属を濃縮する方
法に関する。さらに詳しくは、本発明は、鉄/ニッケル
重量比の高いニッケル含有鉱石の熱的品質改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ラテライト鉱石には、サプロライトおよ
びリモナイトと呼ばれる2つの種類がある。サプロライ
トは、主として水和マグネシウム、鉄およびケイ酸ニッ
ケルからなり、ニッケル含有量が約2〜2.5%であ
り、またリモナイトは、主として水和した酸化第二鉄か
らなり、ニッケル含有量は約1〜1.5%である。これ
らの鉱石は、少量のコバルトも含む。物理的技術により
濃縮し易い硫化物性ニッケル鉱石と対照的に、ラテライ
ト鉱石は、鉱物中の固溶体の形で酸化物性ニッケルが鉱
石中に広く分布しているのが特徴である。その結果、ラ
テライト鉱床からニッケルを回収するのに現在実用され
ている湿式精練および乾式精練は、様々な工程を通して
鉱石の全部を処理しなければならない。したがって、浸
出または熔練の前にラテライト鉱石を濃縮し、不要物質
の取り扱いに係わるコストおよび環境上の危険性を低減
できる技術を開発することが非常に望ましい。リモナイ
トの様に鉱石のニッケル含有量が低い程、これらの技術
がより必要になる。
【0003】過去に物理的手段でラテライト鉱石を濃縮
し易くするために提案された技術は、熱的品質改良であ
る。この方法では、鉱石を還元してフェロニッケル粒子
を形成する。(鉱石中にコバルトが存在する場合、それ
も還元されてフェロニッケル粒子に入る。したがって、
ラテライト鉱石の還元から得られる金属はすべて鉄−ニ
ッケル−コバルト含有合金を意味する。)鉱石に濃縮剤
を加え、フェロニッケル粒子を、粉末化および磁気分離
による濃縮に適した大きさに成長させる。効率的な熱的
品質改良方法を開発するための多くの試みがなされてい
る。しかし、これらのどれも商業的に実用化されていな
い。その上、これらの方法の大部分は高品質のサプロラ
イト鉱石の処理を優先している。そのため、低品質リモ
ナイトまたはリモナイトと高鉄/ニッケル重量比のサポ
ライトとの混合物に応用できる熱的品質改良方法はな
い。
【0004】サム氏等所有の米国特許第3,388,8
70号は、鉱石を、硫黄含有物質を含む濃縮剤、および
アルカリおよびアルカリ土類金属からなるグループから
選択された試薬と共にペレット化する方法を開示してい
る。このペレットを、還元ガスまたは燃料オイルの様な
還元剤と共に、好ましくは950〜1150℃の反応容
器中に入れる。さらに、これらのペレットに炭素還元体
を配合することもできる。本質的にすべてのニッケルを
金属ニッケルに、および本質的にすべての鉄をウスタイ
ト(wustite) (公称FeO)に、少量を金属鉄に還元す
る様に、温度、保持時間および雰囲気を調整する。
【0005】クラマ氏等所有の米国特許第4,490,
174号は、ラテライト鉱石を、920〜1120℃で
CO/CO2 雰囲気中で、硫黄化合物濃縮剤の存在下で
還元し、フェロニッケル濃縮物を製造する方法を開示し
ている。クラマ氏等は、ある意味で、アルカリまたはア
ルカリ土類金属濃縮剤の必要性を無くした点でサム氏等
の方法を改良している。しかし、クラマ氏等は、気体還
元反応を使用しており、これは膨大な量のガス対鉱石比
を必要とし、反応速度が非常に遅いので、この方法は商
業的に実用的ではない。クラマ氏等は、固体還元体を使
用する可能性を認めているが、この種の還元体を効果的
に使用するための特殊条件は発見できていない。
【0006】熱的品質改良技術における他の問題点とし
ては、還元反応の調整がある。これは、鉄/ニッケル重
量比の高い鉱石を処理する上で非常に重要である。鉄は
ニッケルの40倍もの量で存在するので、本質的にすべ
てのニッケルが金属に還元され、一方、ほんの少量の鉄
が金属に還元されるのが望ましい。その上、好ましくな
い酸化鉄相の出現を阻止するのは困難である。互いに容
易に分離する、最終生成物としての金属フェロニッケル
および非磁性ウスタイトになるのが望ましい。しかし、
これらの種類の鉱石の処理においては、熱的に品質改良
した材料が冷却する際にウスタイトの不均化によりマグ
ネタイトが形成されることがあり、その結果、後に続く
分離工程で磁性部分がこの汚染物により希釈される。
【0007】従来、提案された熱的品質改良方法のほと
んどは、フェロニッケル粒子の望ましい成長を達成する
ために、鉱石のいわゆる「軟化」温度を超える温度を推
奨している。しかし、この温度を超えると鉱石が粘着性
になる。その結果、鉱石の集塊、ペレットまたは団鉱が
互いに焼結し、炉壁上に付着物を形成する。この問題の
解決策として、集塊の被覆が提案されている。しかし、
これによって作業工程が追加される。対照的に、本発明
は、低温型の熱的品質改良方法を提供するが、ここで
「低温」とは集塊間の粘着性を避けることができる最高
温度として定義される。
【0008】熱的品質改良のもう一つの変形は、アライ
氏等により「ニッケル鉱石からステンレス鋼を製造する
ための経済的な方法」、鉄および非鉄合金製法に関する
国際シンポジウム報告、ハミルトン、オンタリオ、カナ
ダ、1991年8月26〜30日、に記載されている様
に、日本冶金工業(株)、大江山、日本で現在実用され
ている方法である。この方法は、ロータリーキルン中で
鉄鉱石を直接還元するためのクルップ−レーン法に関連
している。この方法では、鉱石を半融解させてフェロニ
ッケルをミリメートルの大きさの粒子に成長させる条件
を与える。この方法は、特定の種類の、鉄/ニッケル重
量比の低いサプロライト鉱石に限られる。さらに、半融
解鉱石は、キルン壁上にリングの形成を引き起こし、そ
の結果キルンの休止時間が非常に長くなる。
【0009】
【発明の解決すべき課題】本発明の目的は、高品質ニッ
ケル濃縮物を高回収率で、低コストで製造する、ラテラ
イト鉱石を低温で熱的に品質改良するための方法を提供
することである。本発明の別の目的は、最少量の試薬を
使用し、反応時間が比較的速い製法を提供することであ
る。本発明のさらに別の目的は、鉄還元の程度および金
属粒子成長を調整し、好ましくない成分の形成を防止す
ることにより、高ニッケル品質および高収量を達成でき
る方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の他の目的は、リ
モナイトおよびリモナイトとサプロライトの混合物の両
方に有効な方法を提供することである。本発明は、ニッ
ケル含有リモナイトまたはリモナイト/サプロライト
を、必要量の固体炭素還元体および硫黄含有濃縮剤と共
に凝集化、例えばペレット化する方法を提供する。これ
らのペレットを反応器に入れ、そこで徐々に加熱し、金
属物質を還元し、酸化鉄を制御しながら還元する。次い
で、還元されたペレットを、反応器の「金属成分成長区
域」で、ペレット内で金属成分を液相移行させるのに十
分高い温度に、ただしペレットが粘着性になる点よりは
低い温度に保持する。金属成分成長区域に注意深く調整
した燃焼ガス雰囲気を与え、それ以上の還元または再酸
化を防ぎ、金属粒子成長に好ましい環境を与える。十分
な保持時間の後、ペレットを急冷してマグネタイトの形
成を防止する。次いで、冷却したペレットを粉砕し、磁
性部分を公知の方法により分離する。
【0011】固体炭素還元体、好ましくは歴青炭を、鉄
およびニッケル含有量およびそれらの重量比により決定
される量で加える。発明者の試験で使用した鉱石には、
4〜6重量%の添加で十分であった。しかし、他の鉱石
にはより低い、またはより高い添加量が必要になること
もあろう。硫黄含有剤は、硫黄当量で2〜4重量%の量
で加え、例えば元素硫黄、黄鉄鉱または磁硫鉄鉱でもよ
い。やはり化学的および冶金学的組成に応じて硫黄の量
を加減する必要があろう。ペレットをロータリーキル
ン、高炉の様な反応容器に、燃焼ガスに対して逆流関係
で供給する。ペレット中の固体炭素および揮発分がペレ
ット中の酸素と反応することにより還元が起こる。
【0012】容器の様々な区域が限定され、異なった反
応段階が認められるが、無論、これらは勾配区域であ
り、相互に区別できるものではない。同様に、還元およ
び金属成長も特定区域で主として起こるが、これらの機
構のどちらも反応容器全体を通して多かれ少なかれ起き
ているのである。
【0013】ペレットが反応容器の、まず予熱区域を通
過し、次いで還元区域を通過していく時に、ペレットは
還元が起こるのに必要な温度に徐々に加熱される。ペレ
ットはさらに容器に沿って燃焼が起こる末端近くに移動
し、金属成長区域に向かう通路に沿ってより高温に加熱
される。ペレットが成長区域に近付くにつれて、さらに
還元が起こり、金属成長が進行する。金属成長区域は、
バーナー末端近くの一般的に一定の温度により限定さ
れ、そこで還元されたペレットは、還元されたニッケ
ル、コバルトおよび鉄金属が集合して明らかなフェロニ
ッケル粒子になる様に保持される。金属物質は、ペレッ
ト内でFe−S−O液相により移行すると考えられる。
そこで、ペレットが粘着性になるのを防止しながらこの
液相が形成される様に、温度を選択することが重要であ
る。950〜1150℃、好ましくは1000〜110
0℃の温度が効果的であることが分かった。成長区域に
おける保持時間も重要なパラメータである。一般的に、
成長区域に30分間から1時間保持することにより、良
好な濃縮物品質および金属物質収量が得られることが分
かった。
【0014】本発明の重要な特徴が金属成長区域に関し
て発見されている。鉄に関して可能な様々な酸化状態の
ために、これらの状態を制御して望ましい製品を製造す
ることが重要である。一般的に、鉄成分は、反応器通路
に沿って、ゲータイト(FeO・OH)、ヘマタイト
(Fe2 3 )、マグネタイト(Fe3 4 )、ウスタ
イト(公称FeO)、金属Feに変換される。上述した
様に、本発明を実行する際、鉄の大部分を非磁性のウス
タイトに変換し、残りを主としてフェロニッケル粒子中
で、鉄/ニッケル比約4〜6で金属に変換するのが望ま
しい。還元が不十分であると、ニッケル収量が低くな
り、過剰還元すると磁性濃縮物の低いニッケル品質にな
る。
【0015】そこで、本発明者は、成長区域に好ましい
気体環境を与えることにより、還元不足も過剰還元も起
こらないことを発見した。その様な環境は、ウスタイト
と目的とするFe−Ni金属物質の共存に必要な燃焼ガ
ス雰囲気を維持することにより得られることが分かっ
た。この気体環境は、60〜65%、好ましくは62〜
63%通気における天然ガスの部分燃焼に等しいと定義
できる。
【0016】上記の条件に加えて、リモナイトまたはリ
モナイト−サプロライト混合物の様なFe/Ni重量比
の高い、熱的に品質改良した鉱石の化学的および鉱物学
的組成に対して冷却速度が重要な影響を及ぼすことが分
かった。ペレットを熱的に品質改良した後、引続き粉砕
および分離工程で取扱い易くするために、ペレットを室
温に冷却する必要がある。しかし、冷却速度が遅すぎる
と、準安定ウスタイト相の不均化によりマグネタイトが
再び現れることがある。約30〜60分間の冷却時間は
実際的であり、この現象を防止するのに充分な速さであ
って、引続く磁気分離工程で目的とする濃縮物を得るこ
とができる。上記のウスタイトの不均化が避けられる限
り、冷却時間を長くすることができる。
【0017】
【実施例】上記の原理を例証し、本発明の方法の効果を
立証する多くの実験を行った。実施例1 各種のリモナイト鉱石に対する熱的品質改良方法を立証
するために机上規模の実験を行った。10メッシュ未満
の鉱石を上記の量の歴青炭および元素状硫黄でペレット
化した。各実験に1kgのペレットを使用した。予熱炉
は、600℃に設定し、熱的品質改良(還元および成長
の組合わせ)炉は、1000℃に設定し、どちらもN2
ガスにより不活性雰囲気中に置いた。炉の直径は9”で
あった。ペレットは、600℃で60分間、1000℃
で60分間保持し、炉の水冷末端でN2 ガスで約40分
間冷却した。熱的に品質改良したペレットの50g試料
をブロイラーミル中で4分間粉砕し、デイビス管を使用
して1000〜4800ガウスで磁気的に分離した。試
験した各種鉱石の評価分析結果は、重量%で下記の通り
である。 リモナイトA:1.34Ni、0.19Co、46.7
Fe、4.51SiO2、1.46MgO、1.23M
n、2.64Al リモナイトB:1.14Ni、0.08Co、42.6
Fe、5.92SiO2、1.31MgO、0.47M
n、3.89Al リモナイトC:1.37Ni、0.15Co、43.8
Fe、8.6SiO2 、2.6MgO、0.92Mn、
3.7Al サプロライト:1.7Ni、0.06Co、22Fe、
26.7SiO2 、15.1MgO、0.44Mn、
2.44Al キルンダストサプロライト:26Ni、0.1Co、2
4Fe、35.3SiO2 、16MgO、0.56M
n、1.81Al 1.36C、7.3Fe+2 歴青炭は、73合計C、51.6固定C、2.3S、3
6.6揮発分、1.2湿分および7.9灰分を含んでい
た。硫黄および炭成分およびニッケル等級および収量
は、すべて重量%で示す。
【0018】 表1 リモナイトの熱的品質改良 磁性部分 鉱石 試験No. S添加 歴青炭 重量% Ni等級 Ni収量 金属 種類 % 添加 Fe/Ni % % % 重量比 A MTU 32 4 6 13.1 9.8 88 5.2 A MTU 33 4 6 12.2 11.4 92 4.8 A MTU 42 4 6 11.2 11.0 87 4.4 A MTU 50 4 6 12.7 11.3 95 - A MTU 111 2 6 15.6 9.06 91 4.6 A MTU 124 2 6 14.3 10.1 94 4.6 A MTU 35 2 5 14.4 10.7 87 3.2 A MTU 68 2 5 14.0 10.6 88 3.0 B MTU 73* 4 4 14.0 9.25 88 3.8 * 試験No. MTU73は1000℃で80分間保持した。
【0019】実施例2 リモナイトA/サプロライト混合物について試験を行っ
た。手順は、試料を1-1/2in.直径、1/4in.厚の円板に成
形した以外は、上記の実施例1と同じである。試料の合
計量は、約60gであった。単一の5in. 直径の炉を使
用し、N2 中1%H2 の雰囲気中で、保持時間は、60
0℃で40分間および1000℃(幾つかは1100
℃)で40分間であった。
【0020】 表2 リモナイトA/サプロライトの熱的品質改良 磁性回収 試験 リモナイト 熱的品質 添加 添加 重量 Ni Ni 金属 No. A/サプロ 改良温度 S 歴青 % 等級 収量 Fe/Ni ライトの 炭 重量比 重量比 ℃ % % % % TLR 425 70:30 1000 2 6 12.1 12.0 80 3.3 TLR 379 70:30 1000 4 6 12.7 11.8 83 4.9 TLR 430 85:15 1000 2 6 12.3 11.3 80 3.2 TLR 423 85:15 1000 4 6 14.2 10.6 89 4.5 TLR 428 70:30 1100 2 6 13.8 11.1 86 4.6 TLR 394 70:30 1100 4 6 13.0 12.3 86 4.7 TLR 432 85:15 1100 2 6 14.7 11.1 94 5.1TLR 408 85:15 1100 4 6 12.2 12.4 87 3.9
【0021】実施例3 リモナイトAと、別のサプロライト処理施設から得た回
収キルンダストの混合物も試験した。実施例1と同一条
件で行った。 表3 リモナイトA/キルンダストサプロライトの熱的品質改良 磁性部分 試験 リモナイトA/ 熱的品質 添加 添加 重量 Ni Ni 金属 No. キルンダストサ 改良温度 S 歴青 % 等級 収量 Fe/Ni プロライトの 炭 重量比 重量比 ℃ % % % % TULD 14 100:30 1000 4 6 14.8 12.7 92 4.7 TULD 3 100:30 1100 4 6 16.1 11.7 92 5.8 TULD 11 100:30 1100 4 5 10.9 16.7 89 3.5TULD 12 100:30 1100 4 4 8.2 20.2 82 2.0
【0022】実施例4 上記の様にしてリモナイトA、2%S、および6%歴青
炭を含む円板を製造して冷却速度の影響を立証した。6
00℃で40分間予熱した後、円板をN2 ガス中1%H
2 雰囲気中、1100℃で40分間品質改良した。次い
で、円板をN2ガス中1%H2 雰囲気中、様々な速度で
100℃に冷却した。急冷試料は、その温度に達するま
で水冷ジャケットでくるんだ。次いで、すべての試料を
粉砕し、実施例1と同様に分離した。
【0023】 表4 冷却速度の影響 磁性部分 試験No. 冷却時間 重量% Ni等級% Ni収量% Fe+3 TLR 137 低速冷却 44.1 4.24 94.1 13.5 (18 時間) TLR 104 低速冷却 29.6 5.9 90.5 12.3 (12 時間) TLR 102 30分間 12.7 12 90.7 n/aTLR 135 30分間 13.6 10.9 89.6 3.7 上記のデータから、徐々に冷却することにより、主とし
てマグネタイトの形でFe3+が成長することが明らかで
ある。マグネタイト率の増加は、磁性画分の増加を示
し、その結果磁性画分中のニッケルを希釈する。
【0024】実施例5 反応器の金属成分成長区域に必要な正確な通気量を求め
るために、雰囲気の組成のみによる還元効果を確認でき
る様に、リモナイトAの試料を固体還元体を加えずに調
製した。4%Sを含む円板をCO2 /H2 により得られ
る還元性ガス雰囲気中で品質改良した。十分に還元させ
るために、50cm3 /gの高いガス体積対試料質量の比を
使用した。CO2 /H2 比を天然ガスの部分燃焼の等価
通気百分率に換算した。
【0025】 表5 金属成分成長における雰囲気の影響 磁性部分 金属成分 重 量 Ni等級 Ni収量 Fe/Ni 試験No. 通気% % % % 重量比 TUL84 55 48 4 98 18 TUL85 57.5 37 5 98 12 TUL86 60 27 6 97 10 TUL87 62.5 12 11 78 3.4 TUL88 65 6 15 50 1.8TUL89 67.5 4 11 29 1.9 上記のデータから、約62〜63%の通気で、ウスタイ
トが金属成分と目標とする組成範囲に共存することが分
かる。上記の結果は、ウスタイトと目標範囲の金属成分
は、ある通気百分率帯、すなわち約60〜65%の値内
で共存することを示す、発明者が計算したニッケル−鉄
相の安定性データによっても実証される。
【0026】実施例6 この新規な熱的品質改良方法を実行するのに必要なパラ
メータを発見したので、本発明者は、この知識を商業的
運転に類似したパイロットプラントに応用した。ロータ
リーキルンを反応容器に使用した。このキルンは、長さ
が40フィートで、内径が5フィートである。天然ガス
を部分燃焼させるためのバーナーをキルンの排出端に配
置した。4%Sおよび4%歴青炭を含むリモナイトBま
たは2%Sおよび6%歴青炭を含むリモナイトCからな
る500 kg/hrのペレット化した原料を供給端でキルン
に装填した。金属成分成長区域を形成するために、キル
ンの排出端の近くにダムを備えた。空気パイプによりキ
ルン中に空気を導入し、温度および雰囲気を調整した。
金属成分成長区域のための通気は、62〜63%に設定
した。キルンの長さに沿った温度プロファイルにより、
乾燥、加熱および還元が起る。還元は、ペレット中の固
体還元体により、主としてペレット内で起こる。金属成
分成長区域の温度は、1010℃に維持し、ペレット自
体は、この区域における1時間の滞留時間の中の約30
分間その温度になる様にした。品質改良されたペレット
がキルンの排出端に到達すると、重力により水冷式のス
クリューコンベヤーに送られ、そこでN2 雰囲気中で約
30分間で100℃に冷却される。次いで、冷却された
ペレットを4分間粉砕し、デービス管を使用して480
0ガウスで磁気分離した。その結果を以下に示す。
【0027】 表6 リモナイトのパイロットプラントによる熱的品質改良 磁性画分 重量 Ni Ni 金属成分 等級 収量 Fe/Ni 試験No. リモナイト種 % % % 重量比 69 B 13.3 9.2 82 3.7 73 B 12.8 9.5 82 3.7 77 C 18.7 9.0 94 5.4 78 C 18.6 8.6 93 5.679 C 17.1 9.2 92 5.0 この様に、本発明者は、ニッケル含有およびニッケル−
コバルト含有リモナイトおよびリモナイト/サプロライ
ト混合物のための、非常に改良された熱的品質改良方法
を立証した。鉱石を固体還元体および硫黄含有濃縮剤と
共に凝集させ、金属成分成長区域の雰囲気を60〜65
%、好ましくは62〜63%通気に注意深く調整し、急
速に冷却することにより、高品質のフェロニッケル濃縮
物が得られる。この方法を上記の様に実行すると、ペレ
ットは粘着することなく反応容器を通過する。
【0028】鉱石中のコバルトの大部分はフェロニッケ
ル粒子に移行する。上記のすべての実施例における磁性
画分中のコバルト収量は、ニッケル収量より僅かに低い
だけである。本発明を好ましい実施形態により説明した
が、当業者には明らかな様に、本発明の精神および範囲
から逸れることなく、変形および修正が可能である。そ
の様な修正および変形は、本発明および請求項の範囲に
入る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディングズー、スヒ カナダ国オンタリオ州、ミッシソーガ、ド ラモンド、ロード、3447 (72)発明者 クリストファー、デニス、ドイル カナダ国オンタリオ州、ケンブリッジ、ブ ライアーウッド、ドライブ、1846 (72)発明者 アンソニー、エドワード、モリーン、ウォ ーナー カナダ国オンタリオ州、フォントヒル、マ サリ、コート、6 (72)発明者 ダグラス、ジェームズ、マックビカー カナダ国オンタリオ州、ポート、コルボー ン、エルジン、ストリート、132

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ラテライト鉱石に含まれるニッケル量を濃
    縮するための方法であって、 (a)鉱石、固体還元体および硫黄含有剤を含む集塊を
    形成すること、 (b)供給端部および排出端部を有する反応容器に集塊
    を供給し、排出端部にあるバーナーが化石燃料を部分燃
    焼させて燃焼ガスを発生し、集塊が容器内を燃焼ガスに
    対向して流れ、集塊が容器内を供給端部から排出端部に
    向かって通過する間にこの集塊を最終温度にまで徐々に
    加熱し、これによって鉱石中の鉄およびニッケルを選択
    的に還元すること、 (c)容器の排出端部に向かう集塊を、通気率60〜6
    5%における天然ガスの部分燃焼に等しい雰囲気中で、
    フェロニッケル粒子の形成に十分な最終温度に、十分な
    時間保持すること、 (d)集塊を不活性雰囲気中で、ウスタイトのマグネタ
    イトへの不均化を避けるのに十分な速度で冷却するこ
    と、 (e)集塊を粉砕すること、および (f)粉砕した集塊の磁性部分を磁気的に分離するこ
    と、 の各工程からなることを特徴とする、ラテライト鉱石の
    低温熱的品質改良方法。
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