JP2004514058A - 焙焼炉の火格子上集積物の低減方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、精鉱などの微粒子原料の焙焼中に流動床炉の火格子上に形成される集積物の低減および除去を促進する方法に関する。精鉱は炉の壁から焙焼炉内に供給され、精鉱を流動化してそれを流動中に酸化するために酸素含有ガスが、炉の底部にある火格子の下にあるガスノズルを通じて供給される。精鉱供給点、すなわち供給火格子の下方では、供給されるガスの酸素量は、他の部分で供給されるガスの酸素量に比して多い。

Description

【０００１】
本発明は、精鉱などの微粒子原料の焙焼中に流動床炉の火格子上に形成される集積物の低減および除去を促進する方法に関する。精鉱は焙焼炉の壁から炉内に供給される。精鉱を流動化して、流動中にそれを酸化するために、酸素含有ガスが、炉の底部にある火格子の下にあるガスノズルを通じて供給される。精鉱供給点の下方、すなわち供給火格子として知られる部分では、供給されるガスの酸素含有量は、他の部分で供給されるガスに比して高い。
【０００２】
焙焼は、いくつかの異なる炉により行うことができる。しかしながら今日では、微粒化原料の焙焼は通常、流動床法により実施されている。焙焼される原料は、流動床の上の炉壁にある供給ユニットを通じて焙焼炉内に供給される。炉の底部には火格子が設置されており、それを通じて酸素含有ガスが、精鉱を流動化するために供給される。通常使用される酸素含有ガスは空気である。火格子の下には通常１ｍ^２当り１００本程度のガスノズルが設置されている。精鉱が流動化されるに伴い、供給床の高さは、固定原料床のほぼ半分になる。
【０００３】
硫化物の焙焼はたとえば、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ社が１９７４年に米国で発刊した、Ｒｏｓｅｎｑｖｉｓｔ， Ｔによる著書、抽出冶金学原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）の２４５〜２５５頁に記述されている。Ｒｏｓｅｎｑｖｉｓｔによると、焙焼は金属硫化物の酸化であり、これにより、金属酸化物および二酸化硫黄を発生させる。たとえば、硫化亜鉛および黄鉄鉱の酸化は下記の通りである。
【０００４】
２ＺｎＳ＋３Ｏ_２→２ＺｎＯ＋２ＳＯ_２　　　（１）
２ＦｅＳ_２＋５^１／_２Ｏ_２→Ｆｅ_２Ｏ_３＋４ＳＯ_２　 （２）
さらに、ＳＯ_３の生成、金属の硫化、および亜鉛フェライト（ＺｎＦｅ_２Ｏ_４）などの複雑な酸化物の生成等の他の反応も生じ得る。代表的な焙焼原料は銅、亜鉛および鉛の硫化物である。焙焼は通常、硫化物および酸化物の融点以下の温度で、一般には９００〜１０００℃以下で行われる。一方、反応を適当な率で起させるためには、温度は少なくとも５００〜６００℃程度でなければならない。上記の著書には種々の焙焼生産物を生成するための必要条件を示した平衡図が記載されている。たとえば、焙焼ガスとして空気が使用される場合に、ＳＯ_２およびＯ_２の分圧はおよそ０．２ａｔｍである。焙焼反応は強い発熱を伴い、従って床は冷却装置を必要とする。
【０００５】
カルシンは、越流口を通じて炉から部分的に取り出され、ガスとともに廃熱ボイラーに部分的に運ばれ、そこからサイクロン集じん装置および電気集じん装置に送られて、そこでカルシンが回収される。通常、越流口は炉の供給ユニットの反対側に設けられている。除去されたカルシンは冷却され、そして浸出するために粉砕される。
【０００６】
良好な焙焼を行うためには床の制御が重要である。すなわち床は安定に構成されていなければならず、かつその他の良好な流動特性を有し、かつ流動化が制御されていなければならない。燃焼は可能な限り完全に行わなければならず、すなわち硫化物は完全に酸化物になるように酸化されなければならない。カルシンもまた炉外にうまく排出されなければならない。カルシンの粒子サイズは精鉱の化学組成および鉱物特性、また同様に焙焼ガスの温度に左右されることが知られている。
【０００７】
焙焼条件を調整するさまざまな方法が試みられて来た。米国特許第５８０３９４９号は金属硫化物の焙焼における流動床の安定化方法に関するもので、安定化は、供給材料の粒子サイズを制御することにより行われる。米国特許第３９５７４８４号においては、安定化は、精鉱をスラリー状で供給することにより行われる。米国特許第６１１０４４号にかかる焙焼炉では、ガスがヘッダーパイプを通じて火格子の中央部に供給されており、数本の分岐パイプを用いることによりガスが炉の全断面に均等に配分されている。ヘッダーパイプから最も遠いノズルの直径が、ヘッダーパイプに、より近い位置にあるノズルの直径より大きくなるように、分岐パイプには、異なるサイズのノズルが備えられている。ノズルの直径は１．５〜２０ｍｍの間にある。ガスは、数個のガス分配管路システムを通じて流動床に供給可能であり、したがってたとえば、ある管路システムを酸素含有ガス用とし、他のシステムを、有機原料を含有するガス用とすることができる。
【０００８】
亜鉛焙焼炉においては、純粋または不純な硫化亜鉛精鉱を状況に応じて処理することがある。精鉱はもはや純粋な閃亜鉛鉱に近いものではなく、相当量の鉄を含むことがある。鉄は、閃亜鉛鉱の結晶格子内に溶けこんでいるか、もしくは黄鉄鉱または磁硫鉄鉱の形をしているかのいずれかである。さらに、精鉱はしばしば硫化鉛および／または銅を含有する。精鉱の化学組成および鉱物特性は広汎に変動する。このようなことから精鉱の酸化に必要な酸素量もまた変動し、同様に燃焼により発生する熱量も変動する。現在使用されている技術では焙焼炉の精鉱供給は、床の温度に従ってたとえばファジィ論理を用いることにより制御されている。このため流動ガス内の酸素圧が、過度に低下する危険があり、すなわち精鉱を焙焼するための酸素量の不足を来たす。同時に床の背圧が非常に低くなる。
【０００９】
文献中の平衡計算および平衡図から、銅及び鉄が共存して酸硫化物を形成し、それらが焙焼温度またはそれ以下の温度でも溶融していることが分る。同様に、亜鉛および鉛同じく鉄と鉛は両者とも低い温度で溶融硫化物を形成する。この種の硫化物状態は可能であり、床の酸素量が、精鉱の酸化に通常必要とされる量よりも少なければその公算が大になる。
【００１０】
流動床の焙焼中には通常、生産物の集塊が生じるが、換言すればカルシンは明らかに、精鉱供給物よりも粗大である。しかしながら前述した溶融硫化物の形成は集塊作用を、邪魔になる程増大させる、すなわちそれらの硫化物の核を持った集塊が火格子の周辺を移動している。集塊は火格子上の集積物の原因となり、時間の経過に伴い、火格子の下部にあるガスノズルを閉塞させる。亜鉛焙焼炉においては不純物成分を含む集積物が、炉内とくに精鉱供給ユニットの下にある火格子部分に形成されることが指摘されている。
【００１１】
研究室での研究により、たとえば黄鉄鉱に富む非常に微細な粒状の精鉱のようなある種の精鉱は、焙焼状態に晒された時に非常に迅速に酸化することが分った。一方化学的および鉱物学的組成にしたがって計算すると、この種の精鉱は純粋な閃亜鉛鉱精鉱よりも酸素必要量が著しく高いことが分った。前述の不純な高反応性精鉱が焙焼炉に供給された場合、供給ユニットのすぐ近傍で、焙焼の実際の目的である精鉱を酸化して酸化物にすることを妨げる酸素不足が発生する。酸素不足の結果として、低い温度で溶融硫化物が形成され、これは容易に集塊する。集塊の大きいものは火格子へと沈下し、その周辺に停滞して動き、結合して集積物の層を形成する。この集積物がガスノズルを閉塞して、これにより酸素不足が一層増大する。
【００１２】
今回開発された本方法の目的は、微粒子原料の焙焼中に、とくに原料が投入される焙焼炉の部分に酸素含有ガスの供給を増大することにより、流動床炉の火格子上に形成される集積物を低減および除去することである。本発明はとくに亜鉛精鉱に適している。本発明の本質的な特徴は、上記の特許請求の範囲より明らかである。
【００１３】
焙焼炉の供給ユニット点において火格子上に形成される集積物は、本発明に従い、従来の火格子構造を変更することにより低減される。従来の火格子構造によると、ガスの供給が火格子の全断面に均一に行われ、同量のガスが火格子のすべての部分に供給される。今回開発された本方法を用いれば、供給ユニットの下方に位置する供給火格子として知られる火格子部分に供給される酸素含有ガスを、残余の火格子部分へのガス供給に比して増やす。ガス供給量の増大は、たとえば供給火格子に対するガスノズル数を増加することにより、あるいは残余の火格子よりも大きな（断面の大きな）ガスノズルを使用することにより行われる。供給火格子のところにあるガスノズル数は、残余の火格子におけるガスノズル数よりも少なくとも５％、好ましくは１０〜１５％多い。もし焙焼ガスの酸素量を、供給火格子におけるガスノズルの断面積を増大することにより、増大させるのであれば、供給火格子におけるガスノズル断面積は、残余の火格子におけるガスノズル断面積よりも少なくとも５％、好ましくは１０〜１５％大きい。残余の火格子に対するガス供給よりも酸素量に富むガスを、いくつかのノズルを通じて供給することも可能である。全焙焼炉火格子の少なくとも５％、好ましくは１０〜１５％が供給火格子を構成する。
【００１４】
酸素含有ガスの供給を焙焼炉の供給火格子領域で増やすと、集積物の生成が次の二通りの方法により防止される。すなわち第一には局所的酸素不足の解消であり、第二にはガス供給量の増大であり、これはその領域での流動化率を高めることを意味する。酸素不足の解消により、集塊物の形成が防止され、また流動化率の増大により、火格子上に沈下することなく床の粒子を通常よりも大きく維持する。酸素不足をガスの酸素含有量の局所的な増大により解消する場合は、ガス供給量を必ずしも増大することにはならず、また流動化率を改善することにもならないが、これはむしろ、精鉱粒子を酸化させて、結果として溶融物の形成を防ぐ。
【００１５】
本発明をさらに下記の実施例により説明する。
実施例１
閃亜鉛鉱成分を有する精鉱を、黄鉄鉱を含有する亜鉛精鉱と比較した。これらの精鉱の酸素必要量を計算すると、焙焼中の閃亜鉛鉱精鉱の酸素必要量が３３８Ｎｍ^３／ｔであり、また黄鉄鉱を含有する精鉱に対しては３７８Ｎｍ^３／ｔであることがわかった。換言すれば黄鉄鉱を含有する精鉱の酸素必要量は、閃亜鉛鉱精鉱のそれよりも１０％を超えるほど大きい。各精鉱の鉱物成分を表１に示す。
【００１６】
【表１】

Claims (10)

1. 精鉱などの微粒子原料の焙焼中に流動床炉の火格子上に形成される集積物の低減除去方法であって、前記原料を前記炉の壁から該焙焼炉内に供給し、該原料を流動化して流動化中に酸化するために酸素含有ガスを、前記炉の底部にある前記火格子の下にあるガスノズルを通じて供給する方法において、前記微粒子原料の供給点においては、前記供給されるガスの酸素含有量を、前記火格子の残余の部分に供給されるガスの酸素含有量に比して増やすことを特徴とする集積物の低減除去方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記精鉱の供給点、すなわち供給火格子が、前記火格子の全断面積の少なくとも５％を占めることを特徴とする集積物の低減除去方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記精鉱の供給点、すなわち供給火格子が、前記火格子の全断面積の１０〜１５％を占めることを特徴とする集積物の低減除去方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記供給火格子におけるガスノズル数が、残余の前記火格子領域のガスノズル数よりも少なくとも５％多いことを特徴とする集積物の低減除去方法。
5. 請求項１に記載の方法において、前記供給火格子におけるガスノズル数が、残余の前記火格子領域のガスノズル数よりも１０〜２０％多いことを特徴とする集積物の低減除去方法。
6. 請求項１に記載の方法において、前記供給火格子における前記ガスノズルの断面積が、残余の前記火格子におけるガスノズルの断面積よりも少なくとも５％大きいことを特徴とする集積物の低減除去方法。
7. 請求項１に記載の方法において、前記供給火格子におけるガスノズルの断面積が、残余の前記火格子におけるガスノズルの断面積よりも１０〜２０％大きいことを特徴とする集積物の低減除去方法。
8. 請求項１に記載の方法において、残余の前記火格子における流動化ガスの酸素量より多い酸素量を有する流動化ガスを、前記供給火格子を通じて前記炉内に供給することを特徴とする集積物の低減除去方法。
9. 請求項８に記載の方法において、前記焙焼される原料が亜鉛精鉱であることを特徴とする集積物の低減除去方法。
10. 請求項８に記載の方法において、前記焙焼される原料が、硫化物精鉱を含む鉄であることを特徴とする集積物の低減除去方法。