JP2009068062A - 非鉄金属製錬所の操業方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 主として珪酸鉱からなる溶剤及び銅鉱石原料を製錬炉に装入する銅製錬所の操業方法において、銅品位が低下した場合でも銅を増産できるようにする。
【解決手段】 溶剤を処理・搬送する第１の系統では、該溶剤を粉砕するボールミル内に熱風を吹込むことにより該溶剤を乾燥し、次に粉砕・乾燥された溶剤を製錬炉直前のまで搬送する。銅鉱石原料を処理・搬送する第2の系統においては、該原料をドライヤーで乾燥し、次に、前記製錬炉直前まで搬送する。溶剤の処理・搬送系統と銅鉱石原料の処理・搬送系統を分離する。
【選択図】 図１
【解決手段】 溶剤を処理・搬送する第１の系統では、該溶剤を粉砕するボールミル内に熱風を吹込むことにより該溶剤を乾燥し、次に粉砕・乾燥された溶剤を製錬炉直前のまで搬送する。銅鉱石原料を処理・搬送する第2の系統においては、該原料をドライヤーで乾燥し、次に、前記製錬炉直前まで搬送する。溶剤の処理・搬送系統と銅鉱石原料の処理・搬送系統を分離する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、非鉄金属製錬所の操業方法に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、銅やニッケルなどの硫化鉱鉱石もしくは精鉱などの鉱石原料とともに、主として珪酸鉱からなる溶剤を自溶炉、反射炉などの製錬炉に装入する非鉄金属製錬所の操業方法において、非鉄金属の増産を図る方法に関するものである。以下、主として自溶炉による銅製錬について説明する。
自溶炉、反射炉などの銅製錬炉に供給される珪酸鉱は、銅鉱石中のFeと結合するSiO2の供給源となるものである。なお、珪酸鉱は微量の金銀などの有価金属を含むので、これらも銅製錬工程で回収されている。
珪酸鉱は山元から銅製錬所に搬送され、野積み後にボールミルで粉砕される。ボールミルには連続操業に適した横型が使用されている。銅製錬自溶炉反応塔内の造かん反応を円滑に進行させる目的で溶剤である珪酸鉱を銅精鉱をほとんど同程度の粒度まで、一般には平均粒度が100μm程度になるまで粉砕が行われる。溶剤の使用量は、銅鉱石に対して重量比で10％程度であるが、銅鉱石の品位の低下に伴って使用量が多くなっている。
一方、銅鉱石原料は、山元にて粉砕・選鉱処理された精鉱として、製錬所に輸送され、ドライヤーで乾燥後、自溶炉に装入される。なお、溶剤と粉鉱を焼結する方法は古くは銅製錬でも行われていたが、現在ではまったく行われていない。
上記した溶剤は精鉱などととともに乾燥され、その後自溶炉に装入されることは、特許文献１：特許第３３０７４４４号公報（図１）、非特許文献１：資源と素材１９９３、Voｌ．１０９、No.12「非鉄製錬号」「小坂製錬所における銅製錬」第９３８頁、図１に示されており、一般的に行われる方法である。また、MI法においても銅精鉱と溶剤は一緒に乾燥されている（非特許文献３：前掲「非鉄製錬号」第９６１頁、図４）。したがって、従来の非鉄金属製錬所の処理・搬送系統は、乾燥以降は銅鉱石原料も溶剤も同じ系統になっていた。
上記した溶剤は精鉱などととともに乾燥され、その後自溶炉に装入されることは、特許文献１：特許第３３０７４４４号公報（図１）、非特許文献１：資源と素材１９９３、Voｌ．１０９、No.12「非鉄製錬号」「小坂製錬所における銅製錬」第９３８頁、図１に示されており、一般的に行われる方法である。また、MI法においても銅精鉱と溶剤は一緒に乾燥されている（非特許文献３：前掲「非鉄製錬号」第９６１頁、図４）。したがって、従来の非鉄金属製錬所の処理・搬送系統は、乾燥以降は銅鉱石原料も溶剤も同じ系統になっていた。
銅鉱石及び溶剤のドライヤーでの処理能力を増大することにより、銅生産量を増大する方法は、非特許文献２：資源と素材１９９８、Vol. １１４、No.７、「佐賀関製錬所における自溶炉１炉化によるハイ・インテンシブ操業と生産性向上」第４４７〜４５４頁に発表されており、これによると、ロータリードライヤーへの気送管直径の増大、熱風発生炉を横型から縦型への変更、重油燃焼量の増大、排ガスファン能力の増大、集塵機の改造などが実施されている。
非鉄金属鉱石及び溶剤の粉砕に関するものではないが、ボールミルに関する従来技術として特許文献２：特開２００２−１７２３３９号公報、特許文献３：特開２００６−１１０４７４号公報、特許文献４：特開平５−１５８０５号公報がある。
特許第３３０７４４４号公報
特開２００２−１７２３３９号公報
特開２００６−１１０４７４号公報
特開平５−１５８０５号公報
特開２００３−１６０１８７号公報
資源と素材１９９３、Voｌ．１０９、No.12「非鉄製錬号」「小坂製錬所における銅製錬」第９３８頁、図１
資源と素材１９９８、Vol. １１４、No.７、「佐賀関製錬所における自溶炉１炉化によるハイ・インテンシブ操業と生産性向上」第４４７〜４５４頁
資源と素材１９９３、Vol.１０９、No.12、「非鉄製錬号」「直島製錬所における銅製錬及び副産物の製造」第９６１頁、図４
銅生産量の増大のために鉱石と溶剤の全体の乾燥能力向上を図るためにドライヤーを改造する方法では、例えば、固体/気体比率、集塵能力などの要因を総合的配慮した対策が必要になるために、制約が多い。一般的に、乾燥・搬送能力を増強するためには前述のように気流乾燥設備の全面更新、ベルトコンベア等の搬送設備の更新が必要となるため多額の設備投資と長期間の設備停止を要するのが通例である。
また、上記の既存乾燥・搬送能力増強を行う場合に、銅精鉱の乾燥・搬送設備を１系列新設し、２系列を並列で操業することも一般的に実施されている。その場合、設備設置はオフラインで実施可能なため設備停止日数は最短で実施可能であるが、系統が煩雑になり非効率な運転を余儀なくされること、能力・投資金額共に過剰な設備投資となりがちであるという問題点を有していた。
一方、溶剤である硅酸鉱の粉砕も非鉄金属製錬における生産量増大の妨げとなることがある。
ボールミルで粉砕される硅酸鉱は、基本的には粉砕熱によって乾燥されるが、ボールミルに給鉱する硅酸鉱の水分含有量が増加した場合は、粉砕熱だけで十分に乾燥することができず、ボールミルポット内で結露が発生し、ボールミル内容物である珪酸鉱粒、溶剤粉及びボールなどがポットの内壁に粘着し、鋳付いてしまい、粉砕硅酸鉱の乾燥度が低下すると共に、粉砕能率が低下するかあるいは粉砕自体が不能になることがあった。
従って、従来の硅酸鉱粉砕用のボールミルは乾燥機能が不十分であったので、粉砕した硅酸鉱を銅精鉱に混合して再度銅精鉱乾燥用のドライヤーにて乾燥・搬送して自溶炉に装入する方法が一般的に実施されていた。また、給鉱中の水分含有量により粉砕量が制限されるという問題点を有していたため、粉砕設備としての能力を十分に発揮できず、生産量の増大や銅精鉱品位の変化に伴う硅酸鉱使用量の増加への対応が困難であった。
ボールミルで粉砕される硅酸鉱は、基本的には粉砕熱によって乾燥されるが、ボールミルに給鉱する硅酸鉱の水分含有量が増加した場合は、粉砕熱だけで十分に乾燥することができず、ボールミルポット内で結露が発生し、ボールミル内容物である珪酸鉱粒、溶剤粉及びボールなどがポットの内壁に粘着し、鋳付いてしまい、粉砕硅酸鉱の乾燥度が低下すると共に、粉砕能率が低下するかあるいは粉砕自体が不能になることがあった。
従って、従来の硅酸鉱粉砕用のボールミルは乾燥機能が不十分であったので、粉砕した硅酸鉱を銅精鉱に混合して再度銅精鉱乾燥用のドライヤーにて乾燥・搬送して自溶炉に装入する方法が一般的に実施されていた。また、給鉱中の水分含有量により粉砕量が制限されるという問題点を有していたため、粉砕設備としての能力を十分に発揮できず、生産量の増大や銅精鉱品位の変化に伴う硅酸鉱使用量の増加への対応が困難であった。
そのため、製錬所の操業としては、予め粉砕した硅酸鉱を購入して溶剤として添加する対応を行わざるを得なかったが、粉砕された硅酸鉱は輸送時の発塵防止のために15%以上の水分を含有しており、その結果銅精鉱乾燥用のドライヤーの負荷を増大させ逆に銅精鉱処理量を制限せざるを得ない状況に立ち至った。
そこで、本発明者らは、操業上不可欠な硅酸鉱粉砕操作に乾燥操作を組み合わせ、さらに従来直列で配置されていた当該硅酸鉱粉砕・乾燥・搬送設備を既存の銅精鉱乾燥・搬送設備と並列で設置することを考案した。
本操業方法によれば、ボールミルで粉砕・乾燥された硅酸鉱は銅鉱石と別個の専用系統で製錬炉直前まで搬送される。そのため、設備基数・系統を大幅に増加させることなくドライヤーを鉱石乾燥専用化でき、従来溶剤を乾燥・搬送していた重量相当分を鉱石乾燥に振替えることにより、銅精鉱処理量を増加させることが可能となる。
本操業方法によれば、ボールミルで粉砕・乾燥された硅酸鉱は銅鉱石と別個の専用系統で製錬炉直前まで搬送される。そのため、設備基数・系統を大幅に増加させることなくドライヤーを鉱石乾燥専用化でき、従来溶剤を乾燥・搬送していた重量相当分を鉱石乾燥に振替えることにより、銅精鉱処理量を増加させることが可能となる。
本発明によると、上記した問題点を解決するために、
（１）主として珪酸鉱からなる溶剤及び非鉄金属鉱石原料を、搬送系統設備を介して、製錬炉に装入する非鉄金属製錬所の操業方法において、前記溶剤を処理・搬送する第１の系統では、該溶剤を粉砕するボールミル内に熱風を吹込むことにより該溶剤を乾燥し、次に粉砕・乾燥された溶剤を製錬炉直前まで搬送し、一方非鉄金属鉱石原料を処理・搬送する第2の系統においては、該非鉄金属鉱石原料をドライヤーで乾燥し、次に、前記製錬炉直前まで搬送した後、乾燥された溶剤及び非鉄製錬原料を製錬炉に装入することを特徴とする操業法であって、第1の系統では熱風乾燥により溶剤のボールミル粉砕量を増大し、かつ第2の系統では乾燥を非鉄金属鉱石原料に限定することにより、非鉄金属製錬炉の処理量を増加する非鉄金属製錬所の操業方法。
（２）前記第１の系統は、乾燥設備に続いて溶剤の貯鉱ビン及び定量切出装置を含み、かつ前記第２の系統は、ドライヤーより前に、鉱石貯鉱ビン及び定量切出装置を含み、製錬炉直前で溶剤と非鉄金属原料を所定の量比で混合することを特徴とする（１）記載の方法、
（３）前記第２の系統において、燃料を処理、搬送及び乾燥する（１）又は２記載の方法、
（４）横型ボールミルの回転軸と交差する何れかのポット壁面に形成された開口部からボールミルポットの内部に前記溶剤を給鉱し、ボールミルポットの回転中に、前記開口部の何れかを通して前記ボールミルポット内部に熱風を吹込み、かつ給鉱側とは反対側の開口部から粉砕・乾燥された溶剤を排出することを特徴とする（１）から（３）までの何れか１項記載の方法、
（５） 前記横型ボールミルポットの回転を可能にするように、前記開口部に装着された筒体に、前記溶剤を給鉱するシュートを、その先端がミルポット内部に面するように、突入させるとともに、該筒体を介して前記熱風を吹込むことを特徴とする（４）記載の方法、
（６） 前記横型ボールミルの粉砕鉱排出側に設けられた吸引ファンによりミルポット内の熱風を吸引することを特徴とする（４）又は（５）記載の方法、
（７） 前記筒体に設けられた押込みファンによりボールミル内に熱風を圧送することを特徴とする（５）又は（６）記載の方法、
（８） 接触式硫酸製造装置の転化器によりSO2からSO3へ転化されたSO3を、熱交換器を経て吸収塔に導く方法により接触式硫酸の製造を行う非鉄金属製錬所の操業方法において、前記熱交換器から前記吸収塔へのガス通路から、バイパスするガス通路に流量制御弁及びSO3クーラーを並列配置するとともに、該並列配置したSO3クーラー中のガス温度が160℃以上となるようにガス流量を調節し、このSO3クーラーにより回収されたガスを前記熱風として使用することを特徴とする（１）から（７）の何れか１項記載の方法、
（９） 前記SO3クーラーにより回収されたガスを熱風押込ファンによりボールミル内に吹込むことを特徴とする（８）記載の方法、
（１０） 前記熱風押込ファンの回転数を制御可能とし、かつ該熱風押込ファンの上流に冷風取入れダンパーを付設し、前記熱風押込みファンの回転数制御と前記ダンパーの開閉制御によりボールミルからの排ガス温度を一定に調節することを特徴とする（９）記載の方法、
（１１） 前記熱風押込ファン及び冷風取入れダンパーの下流にそれぞれ風量計を付設し、前記熱風及び冷風の合計風量が一定になるように、前記熱風押込みファンの回転数及びダンパーの開閉を制御することを特徴とする（１０）記載の方法が、提供される。
以下、本発明を詳しく説明する。
（１）主として珪酸鉱からなる溶剤及び非鉄金属鉱石原料を、搬送系統設備を介して、製錬炉に装入する非鉄金属製錬所の操業方法において、前記溶剤を処理・搬送する第１の系統では、該溶剤を粉砕するボールミル内に熱風を吹込むことにより該溶剤を乾燥し、次に粉砕・乾燥された溶剤を製錬炉直前まで搬送し、一方非鉄金属鉱石原料を処理・搬送する第2の系統においては、該非鉄金属鉱石原料をドライヤーで乾燥し、次に、前記製錬炉直前まで搬送した後、乾燥された溶剤及び非鉄製錬原料を製錬炉に装入することを特徴とする操業法であって、第1の系統では熱風乾燥により溶剤のボールミル粉砕量を増大し、かつ第2の系統では乾燥を非鉄金属鉱石原料に限定することにより、非鉄金属製錬炉の処理量を増加する非鉄金属製錬所の操業方法。
（２）前記第１の系統は、乾燥設備に続いて溶剤の貯鉱ビン及び定量切出装置を含み、かつ前記第２の系統は、ドライヤーより前に、鉱石貯鉱ビン及び定量切出装置を含み、製錬炉直前で溶剤と非鉄金属原料を所定の量比で混合することを特徴とする（１）記載の方法、
（３）前記第２の系統において、燃料を処理、搬送及び乾燥する（１）又は２記載の方法、
（４）横型ボールミルの回転軸と交差する何れかのポット壁面に形成された開口部からボールミルポットの内部に前記溶剤を給鉱し、ボールミルポットの回転中に、前記開口部の何れかを通して前記ボールミルポット内部に熱風を吹込み、かつ給鉱側とは反対側の開口部から粉砕・乾燥された溶剤を排出することを特徴とする（１）から（３）までの何れか１項記載の方法、
（５） 前記横型ボールミルポットの回転を可能にするように、前記開口部に装着された筒体に、前記溶剤を給鉱するシュートを、その先端がミルポット内部に面するように、突入させるとともに、該筒体を介して前記熱風を吹込むことを特徴とする（４）記載の方法、
（６） 前記横型ボールミルの粉砕鉱排出側に設けられた吸引ファンによりミルポット内の熱風を吸引することを特徴とする（４）又は（５）記載の方法、
（７） 前記筒体に設けられた押込みファンによりボールミル内に熱風を圧送することを特徴とする（５）又は（６）記載の方法、
（８） 接触式硫酸製造装置の転化器によりSO2からSO3へ転化されたSO3を、熱交換器を経て吸収塔に導く方法により接触式硫酸の製造を行う非鉄金属製錬所の操業方法において、前記熱交換器から前記吸収塔へのガス通路から、バイパスするガス通路に流量制御弁及びSO3クーラーを並列配置するとともに、該並列配置したSO3クーラー中のガス温度が160℃以上となるようにガス流量を調節し、このSO3クーラーにより回収されたガスを前記熱風として使用することを特徴とする（１）から（７）の何れか１項記載の方法、
（９） 前記SO3クーラーにより回収されたガスを熱風押込ファンによりボールミル内に吹込むことを特徴とする（８）記載の方法、
（１０） 前記熱風押込ファンの回転数を制御可能とし、かつ該熱風押込ファンの上流に冷風取入れダンパーを付設し、前記熱風押込みファンの回転数制御と前記ダンパーの開閉制御によりボールミルからの排ガス温度を一定に調節することを特徴とする（９）記載の方法、
（１１） 前記熱風押込ファン及び冷風取入れダンパーの下流にそれぞれ風量計を付設し、前記熱風及び冷風の合計風量が一定になるように、前記熱風押込みファンの回転数及びダンパーの開閉を制御することを特徴とする（１０）記載の方法が、提供される。
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の操業方法（１）の特徴は、溶剤粉砕用ボールミルに熱風を吹込み乾燥することと、従来溶剤と鉱石を乾燥していたドライヤー内において鉱石のみを乾燥することにより溶剤の粉砕・乾燥から製錬炉直前までの流れからなる第1の系統と、粉状鉱石乾燥から製錬炉直前までの流れからなる第2の系統とを別系統にするところにある。
まず、第1の系統を説明すると、溶剤中の水分は製錬炉内で蒸発するためその蒸発潜熱により炉内の温度を下げるなどの弊害を起こすので、できるだけ水分を少なくすることが必要である。このために、粉砕により発生する粉砕熱の他に、好ましくは温度が１８０〜２５０℃の熱風吹込みを利用して、好ましくは水分量が0.5重量％以下となるまで乾燥する。さらに、熱風の吹込みにより、ボールミル内の結露を防止し、溶剤の鋳付きを防止することができる。このように、ボールミル内で熱風乾燥を行うと、溶剤の乾燥量を増量することができ、この結果溶剤の全量が第1の系統で処理・搬送され、第2の系統ではまったく処理・搬送されなくなる。
次に、第２の系統に関しては、上述のようにボールミル内熱風乾燥は自溶炉製錬に必要な溶剤全量を乾燥するので、従来法で溶剤重量に相当する約10%に相当する分鉱石をドライヤーに追加装入できることになる。この場合は、ドライヤーは非特許文献２に記載されているような従来のドライヤーでよく、本体各部もその付帯設備もまったく改造は必要ではない。さらに、必要により、コークスなどの燃料を第２の系統で搬送、処理及び乾燥することができる（前掲(3)の方法）。
本発明の操業方法を示す図１のフローシートを参照し、さらに説明を行う。
図中、Aが第1の系統、Bが第2の系統である。
従来法では、精鉱及び溶剤のそれぞれの貯鉱ビンから所定量の原料がドライヤーに装入されていたが、本発明では、精鉱及び溶剤は自溶炉直前まで別の搬送系統で搬送され、その後自溶炉に装入される。なお、図１のフローは前掲(1)及び（2）の操業方法に該当し、本出願人の現状の搬送系統そのものであり、改造、修正、変更などを一切加えていない。なお、必要に応じ、本出願人が特許文献５：特開２００３−１６０８１７号公報で提案したような鉱石供給装置を使用することができる。さらに、公知の貯鉱ビン、定量切出し装置、気送装置を適宜選択しあるいは適宜の順序で組み合わせて構成した搬送設備でも、上記のとおり二系統にすることにより、所期の増産を達成することができる。
図中、Aが第1の系統、Bが第2の系統である。
従来法では、精鉱及び溶剤のそれぞれの貯鉱ビンから所定量の原料がドライヤーに装入されていたが、本発明では、精鉱及び溶剤は自溶炉直前まで別の搬送系統で搬送され、その後自溶炉に装入される。なお、図１のフローは前掲(1)及び（2）の操業方法に該当し、本出願人の現状の搬送系統そのものであり、改造、修正、変更などを一切加えていない。なお、必要に応じ、本出願人が特許文献５：特開２００３−１６０８１７号公報で提案したような鉱石供給装置を使用することができる。さらに、公知の貯鉱ビン、定量切出し装置、気送装置を適宜選択しあるいは適宜の順序で組み合わせて構成した搬送設備でも、上記のとおり二系統にすることにより、所期の増産を達成することができる。
本発明の前掲（3）の操業方法に関しては、一般に約10〜100rpmで回転している珪酸鉱粉砕用ボールミルポットの回転軸と交差する何れかの面に開口部が形成され、珪酸鉱投入シュートが開口部に突入しており、反対側の開口部から粉砕された珪酸鉱が排出される。これらの開口部はボールミルの回転中に位置が変化しないように回転軸に対して対称的形状に形成され、回転中に鉱石シュートなどとミルポットの壁面が干渉しないように形成されている。
本発明の前掲（4）の方法は上記した開口部の何れかから、ボールミル回転中に熱風を吹込むものである。熱風は鉱石供給側あるいは排出側の何れから吹込んでもよいが、鉱石供給側から吹込むと、最も含有水分の高い部分で熱風が鉱石と接触し、鉱石の付着トラブルを防止できるので好ましい。
溶剤の粉砕熱は、ボールミルの処理能力により異なるが、本出願人の製錬所で使用されている粉砕速度が約20〜30t/hのミルでは珪酸鉱を50〜100℃に昇温する熱量に相当する。したがって、本発明法では、上記粉砕熱がもたらす温度以上の熱風を吹込んで、乾燥熱を補償する必要が生じる。本発明法により、熱風を吹込む方法には、パイプ、ホース、ノズルなど各種供給手段を採用することができる。なお、かかるパイプなどと開口部の間には間隙があってもよいが、次に説明するように構成することができる。
本発明の前掲（5）の操業方法によると、ボールミルポットの回転を可能にするように、前記開口部に装着された筒体に、珪酸鉱給鉱用シュートを突入させるとともに、該筒体を介して熱風押込ファンなどにより熱風を吹込む。
上記した筒体はボールミルに、適切なシールを介して気密に突入しているために、熱風が開口部から外気に逃れず、乾燥効率を高めることができ、また作業環境を快適に保つことができる。
上記した筒体はボールミルに、適切なシールを介して気密に突入しているために、熱風が開口部から外気に逃れず、乾燥効率を高めることができ、また作業環境を快適に保つことができる。
本発明の前掲（6）の操業方法によると、ボールミルの粉砕鉱排出側に設けたファンによりミルポット内部を吸気することにより、鉱石粉末が、吹込み熱風により珪酸鉱投入シュートから吹き上げられることを防止するとともに、熱風がミルポット内を均一に流れるようにする。吸気ファンは集塵機の下流に設置すると、一旦ダストを除いたガスを吸引することになるから、ダストによりファンが摩滅することはほとんどなくなる。
図２には、差圧計を給鉱側に設けることを特徴とする前掲（7）の操業方法を図解しており、給鉱シュート内の圧力が外気に対して好ましくは−30mm,aqの負圧となるように、バグフィルターを介してボールミル内の空気をファンにより吸引する。ストックビンは粉砕された珪酸鉱を一旦貯蔵する容器である。
続いて、本出願人が平成１８年３月３１日に出願した特願２００６−０９３７５２号（以下「先願」という）を引用して好ましい熱風発生源を以下の段落００２４〜００２７で説明する。
本出願人の製錬所における従来の転化器群フローシートを図３に示す。
硫酸転化器群の設備は、SO2ガスタンク（DT）、亜硫酸（SO2）ガスを硫酸（SO3）ガスに酸化する転化器(Cv)及び原料ガスと熱交換し所定の反応温度とするための熱交換器(1HE)、SO3ガスを吸収するための吸収塔(Abt) 及び転化器各層からのガスの温度調整を行うための熱交換器（2HE,3HE, 4HE）で構成されるのが一般的である。ダブルコンタクト方式の転化器第2層出口SO3ガスは高温熱交換器4HE(A)と低温熱交器4HE(Ｂ)を通って、中間吸収塔(Abt)においてSO3を硫酸中に吸収させる。さらに、吸収塔における酸化熱や希釈熱など定常状態で発生する熱を連続的に除去するための酸クーラー（図示せず）も常設されている。
製錬所によっては、一般的な熱交換器や酸クーラーの代わりにSO2クーラやSO3クーラ、廃熱ボイラ、エコノマイザをフローに組み入れて、熱回収を行ったり、増産による熱過剰の解消を図ったりしている。
硫酸転化器群の設備は、SO2ガスタンク（DT）、亜硫酸（SO2）ガスを硫酸（SO3）ガスに酸化する転化器(Cv)及び原料ガスと熱交換し所定の反応温度とするための熱交換器(1HE)、SO3ガスを吸収するための吸収塔(Abt) 及び転化器各層からのガスの温度調整を行うための熱交換器（2HE,3HE, 4HE）で構成されるのが一般的である。ダブルコンタクト方式の転化器第2層出口SO3ガスは高温熱交換器4HE(A)と低温熱交器4HE(Ｂ)を通って、中間吸収塔(Abt)においてSO3を硫酸中に吸収させる。さらに、吸収塔における酸化熱や希釈熱など定常状態で発生する熱を連続的に除去するための酸クーラー（図示せず）も常設されている。
製錬所によっては、一般的な熱交換器や酸クーラーの代わりにSO2クーラやSO3クーラ、廃熱ボイラ、エコノマイザをフローに組み入れて、熱回収を行ったり、増産による熱過剰の解消を図ったりしている。
SO2濃度が10％以上になると転化率が低下する問題が起こるので、これに対処するためにはSO3クーラーが有効であることは従来から知られていた。
SO3クーラーについては、温度の低い状態で使用するとSO3が凝縮して管内が閉塞したり、ガス中に水分が混在する場合は硫酸となって管壁の腐食を招いたりするため、一般的には160℃以上で運転することが多い。
このため、省エネルギー等を目的に、図３に示される転化器群内にSO3クーラー等を設置する場合は、この温度の制約により、既存の熱交換器（図３のHE）を廃止して新たに新設備を組み込む必要があり一般的ではない。
SO3クーラーについては、温度の低い状態で使用するとSO3が凝縮して管内が閉塞したり、ガス中に水分が混在する場合は硫酸となって管壁の腐食を招いたりするため、一般的には160℃以上で運転することが多い。
このため、省エネルギー等を目的に、図３に示される転化器群内にSO3クーラー等を設置する場合は、この温度の制約により、既存の熱交換器（図３のHE）を廃止して新たに新設備を組み込む必要があり一般的ではない。
先願の発明は、転化ガスの温度を監視しながら適切なガスの振り分けを行うことにより、既存の転化器システムを大幅に変更することなく、SO3クーラーを併設して効率的な熱回収や増産を図ることを骨子としており、接触式硫酸製造装置の転化器によりSO2からSO3へ転化されたSO3を、熱交換器を経て吸収塔に導く方法に接触式硫酸の製造方法において、
前記熱交換器から前記吸収塔へのガス通路から、バイパスするガス通路に流量制御弁及びSO3クーラーを並列配置するとともに、該並列配置したSO3クーラー中のガス温度が160℃以上となるようにガス流量を調節し、この方法により余剰の熱風を溶剤である珪酸鉱の乾燥用に使用する。
前記熱交換器から前記吸収塔へのガス通路から、バイパスするガス通路に流量制御弁及びSO3クーラーを並列配置するとともに、該並列配置したSO3クーラー中のガス温度が160℃以上となるようにガス流量を調節し、この方法により余剰の熱風を溶剤である珪酸鉱の乾燥用に使用する。
続いて、先願発明の実施態様に関して、図４を基にして説明する。図４は、図３のフローシートに示したもののうち転化器以降に関するフローを示した図面である。
このフローが最も特徴とするところは、高温熱交4HE(A)と低温熱交4HE(B)をバイパスするようSO3クーラー(SC)を設置する。SO3クーラー(SC)の入口又は出口側にガス流量調節弁(VG)を配し、SO3クーラーを通過させるガス量を任意に変更できるようにしたところである。Fは外気をクーラー(SC)内に圧送するファンである。このような設備構成により、転化ガスの温度が高くなった場合には、ガス流量調整弁(VG)を開放して、SO3ガスをバイパスさせることにより、高い転化率を維持するとともにクーラー(SC)の回収熱を珪酸鉱の乾燥に利用する。この回収熱は温度が２８０〜３００℃である。また、ガスクーラーからボールミルまでの搬送中の温度低下は７０℃程度である。かかる回収熱は、空気そのもののクリーンなガスであるから、多少ボールミル外に漏出たとしても、大気汚染の心配はまったくなく、さらにロータリーキルンに付設されたバグフィルターに過剰のダスト除去負荷を加えない。なお、ガス流量調製弁(VG)が閉じられている場合は、4低温熱交換器HE(B)の回収熱を珪酸鉱の乾燥のための熱風として使用することが好ましい。
このフローが最も特徴とするところは、高温熱交4HE(A)と低温熱交4HE(B)をバイパスするようSO3クーラー(SC)を設置する。SO3クーラー(SC)の入口又は出口側にガス流量調節弁(VG)を配し、SO3クーラーを通過させるガス量を任意に変更できるようにしたところである。Fは外気をクーラー(SC)内に圧送するファンである。このような設備構成により、転化ガスの温度が高くなった場合には、ガス流量調整弁(VG)を開放して、SO3ガスをバイパスさせることにより、高い転化率を維持するとともにクーラー(SC)の回収熱を珪酸鉱の乾燥に利用する。この回収熱は温度が２８０〜３００℃である。また、ガスクーラーからボールミルまでの搬送中の温度低下は７０℃程度である。かかる回収熱は、空気そのもののクリーンなガスであるから、多少ボールミル外に漏出たとしても、大気汚染の心配はまったくなく、さらにロータリーキルンに付設されたバグフィルターに過剰のダスト除去負荷を加えない。なお、ガス流量調製弁(VG)が閉じられている場合は、4低温熱交換器HE(B)の回収熱を珪酸鉱の乾燥のための熱風として使用することが好ましい。
さらに、本発明の前掲（７）の方法によると熱風吹込みによりボールミルからの排ガスの温度が高くなり、排気側に設けられた集塵機、例えばバグフィルタが熱損傷を受けるおそれある。この対策として、ボールミルの給鉱側と熱風押込ファンの間の配管に冷風(空気)を吹込むことで排ガスの温度が調整可能となり、熱損傷を防止することができる。この場合、排ガスの温度を測定して、必要なときのみ外気から空気、即ち冷風を送入してもよい。
本発明においては、粉砕プロセスを監視するために、各所に温度計を設置することができる。例えば、給鉱シュートに設置された温度計は吹上げ熱風を検知することができる。また、熱風吹込み口に設置された温度計は、珪酸鉱が熱風吹込み口を塞ぐと温度が上昇するから、給鉱口の詰まりを検知することができる。ボールミル出口において排ガス温度を測定することもできる。
以下、図８を参照として冷風を吹込む方法の好ましい実施態様を説明する。図８において、１はボールミル、１０は貯鉱ビン、１１は熱風押込みファン、１３は排ガス温度計、１４はバグフィルターを示し、それぞれ上述の箇処で説明した。なお、ボールミル１から貯鉱ビン１０へ珪酸鉱を搬送する経路は省略されている。
図８の溶剤粉砕・乾燥設備においては、冷風取入れ手段としてダンパー１２を設けており、ダンパー開の状態では外気が熱風押込ファン１１の運転によりボールミル１内に流入する。また、ダンパーの開閉量を完全開と完全閉の二つの状態内で制御するか、あるいはこれらの状態間で連続的に制御することにより、外気流入量を調節することができる。また、１６及び１７はそれぞれ熱風押込みファン及びダンパー１２の下流に設けられた風量計である。
図８の溶剤粉砕・乾燥設備においては、冷風取入れ手段としてダンパー１２を設けており、ダンパー開の状態では外気が熱風押込ファン１１の運転によりボールミル１内に流入する。また、ダンパーの開閉量を完全開と完全閉の二つの状態内で制御するか、あるいはこれらの状態間で連続的に制御することにより、外気流入量を調節することができる。また、１６及び１７はそれぞれ熱風押込みファン及びダンパー１２の下流に設けられた風量計である。
ボールミル出口の排ガス温度を排ガス温度計１３で測定し、目標値よりも測定温度が高い（低い）場合は、ダンパー制御信号Ｓ１によりダンパー１２を開き（閉じ）且つ／又は熱風押込みファンの制御信号Ｓ２により熱風押込みファン１１の回転数を増加（減少）させることにより、一定排ガス温度に調節することができる（前掲（９）の方法）。
なお、上記制御を自動化するためには次の経験式によることができる。
ＳＯ３クーラーのガス送風量Ｖｓ＝ｋ１・Ｒ１ （１）
ダンパーからの冷風取込量ＶＤ＝ｋ２・Ｄ１ （２）
但し、Ｒ１はファン駆動モーター回転数（ｒｐｍ）、Ｄ１はダンパー全開を１、全閉を０とした面積率開度ｋ１・ｋ２は定数である。それぞれの風量Ｖｓ、ＶＤは(m3/hr)風量計１６及び１７により測定される。
排ガス温度（Ｔｇ）＝ｋ３Ｖｓ-ｋ４ＶＤ （３）
上記（１）、（２）式は珪酸鉱量及びボールミルの回転数、ＳＯ３クーラーからのガス温度がある一定値であることを前提としている。すなわち、これらの種々の値の組合せを幾つかの群に分類し、その中で式（１）、（２）及び（３）を経験的に求めておくことが必要である。その上で、Ｔｇ＝一定を達成するように制御することができる。ところで、ダンパーから取込まれる風量（ＶＤ）は、その開度の他に熱風押込ファンの回転数によっても影響される。したがって上記（３）式により制御を行う場合は、ダンパーもしくは押込ファンの何れを優先的に制御するかを予め定め、それによる排ガス温度変化を検出した後、他方を制御することが好ましい。
ＳＯ３クーラーのガス送風量Ｖｓ＝ｋ１・Ｒ１ （１）
ダンパーからの冷風取込量ＶＤ＝ｋ２・Ｄ１ （２）
但し、Ｒ１はファン駆動モーター回転数（ｒｐｍ）、Ｄ１はダンパー全開を１、全閉を０とした面積率開度ｋ１・ｋ２は定数である。それぞれの風量Ｖｓ、ＶＤは(m3/hr)風量計１６及び１７により測定される。
排ガス温度（Ｔｇ）＝ｋ３Ｖｓ-ｋ４ＶＤ （３）
上記（１）、（２）式は珪酸鉱量及びボールミルの回転数、ＳＯ３クーラーからのガス温度がある一定値であることを前提としている。すなわち、これらの種々の値の組合せを幾つかの群に分類し、その中で式（１）、（２）及び（３）を経験的に求めておくことが必要である。その上で、Ｔｇ＝一定を達成するように制御することができる。ところで、ダンパーから取込まれる風量（ＶＤ）は、その開度の他に熱風押込ファンの回転数によっても影響される。したがって上記（３）式により制御を行う場合は、ダンパーもしくは押込ファンの何れを優先的に制御するかを予め定め、それによる排ガス温度変化を検出した後、他方を制御することが好ましい。
さらに、Ｔｇ＝一定（Ｃ１） （３´）
ＶＳ+ＶＤ＝一定（Ｃ２） （４）
の両数式を満足するＶＳ、ＶＤを求めることにより、排ガス温度が一定でありかつ風量が一定の条件で乾燥を行うことができる。この条件では被粉砕量が一定に維持される。すなわち、上記の両数式が満足されていると、ボールミル内の粉砕状況はほとんど変動がないと考えることができる。ボールミルからの粉砕鉱石の排出量は、通過風量と比例することが知られており、風量変動はボールミル内の鉱石滞留量、滞留時間を変化させ、粉砕条件を変動させるため好ましくない。本制御により、ミル内通過風量、排ガス温度とも一定に制御されるため、安定した粉砕が維持可能となる。さらに、必要以上の熱風吹込みを制限でき、排ガス温度上昇による集塵機濾布の焼損トラブル防止、さらに余剰の熱風を他の廃熱回収設備に導入することによる廃熱の有効利用が可能となる。
ＶＳ+ＶＤ＝一定（Ｃ２） （４）
の両数式を満足するＶＳ、ＶＤを求めることにより、排ガス温度が一定でありかつ風量が一定の条件で乾燥を行うことができる。この条件では被粉砕量が一定に維持される。すなわち、上記の両数式が満足されていると、ボールミル内の粉砕状況はほとんど変動がないと考えることができる。ボールミルからの粉砕鉱石の排出量は、通過風量と比例することが知られており、風量変動はボールミル内の鉱石滞留量、滞留時間を変化させ、粉砕条件を変動させるため好ましくない。本制御により、ミル内通過風量、排ガス温度とも一定に制御されるため、安定した粉砕が維持可能となる。さらに、必要以上の熱風吹込みを制限でき、排ガス温度上昇による集塵機濾布の焼損トラブル防止、さらに余剰の熱風を他の廃熱回収設備に導入することによる廃熱の有効利用が可能となる。
以上、バイパスガスクーラーでの回収熱による珪酸鉱乾燥法を説明したが、本発明においては、製錬所で回収されるその他の余剰熱を乾燥に使用することができるのはいうまでもない。さらに、溶剤としては珪酸鉱のみを挙げたが、製錬方法や銅鉱石原料事情によっては石灰も珪酸鉱とともに粉砕することができる。また、その他の原料として蜜蛇などのリサイクル原料も粉砕乾燥することができる。
（１）第１の系統では溶剤のみを搬送し、第２の系統では銅鉱石のみを搬送する本発明の方法によると、従来ドライヤーで乾燥されていた溶剤の分を全面的に鉱石乾燥に割当てることができるので、鉱石乾燥量を約１割多くすることができる（前掲（１）、（２）、（３）の方法）。これにより製錬所全体では、約１割の非鉄金属増産を達成することができる。
（２）溶剤がボールミル内で摩擦熱による自然乾燥に加えて熱風により強制的に乾燥されるので、ミルポット内で鉱石の粘着しなくなり、粉砕速度が高まる（前掲（４）の方法）。したがって、溶剤/鉱石比率増大にも容易に対応することができる。
（３）熱風がボールミル外にほとんど漏れないようにすることにより、乾燥熱効率が向上する（前掲（５）の方法）。
（４）熱風がボールミル外に漏れないようにすると、ミルポット内の圧力制御が可能になる。この方法としては、排気ファンを使用して差圧を発生させることにより給鉱ベルトへの鉱石吹上げを阻止することができる（前掲（６）の方法）。さらに、熱風押込みファンにより乾燥能力を上げ、これにより粉砕能力も上げることができる（前掲（７）の方法）。
（５）また、先願で提案されたバイパスガスクーラーで回収した余剰熱を熱風として利用することにより、製錬所全体での使用熱エネルギーが少なくなる（前掲（８）の方法）。
（６）集塵機の損傷を予防し、バグフィルターの集塵クロスを保護することができる（前掲（９）の方法）。
（７）従来法ではボールミル内での鋳付きなどが発生していたために、ボールミルでの乾燥を効果的に制御することができなかった。これに対して、本発明では前掲（１０）及び（１１）のような制御が可能になる。また前傾（１０）、（１１）のような制御により、必要以上の回収熱風をボールミルに吹き込む必要がなくなり、他の廃熱回収設備で有効利用できるため、製錬所全体の使用熱エネルギーの合理的使用が可能となる。
以下、本出願人の製錬所における操業例を実施例及び比較例として説明する。
（２）溶剤がボールミル内で摩擦熱による自然乾燥に加えて熱風により強制的に乾燥されるので、ミルポット内で鉱石の粘着しなくなり、粉砕速度が高まる（前掲（４）の方法）。したがって、溶剤/鉱石比率増大にも容易に対応することができる。
（３）熱風がボールミル外にほとんど漏れないようにすることにより、乾燥熱効率が向上する（前掲（５）の方法）。
（４）熱風がボールミル外に漏れないようにすると、ミルポット内の圧力制御が可能になる。この方法としては、排気ファンを使用して差圧を発生させることにより給鉱ベルトへの鉱石吹上げを阻止することができる（前掲（６）の方法）。さらに、熱風押込みファンにより乾燥能力を上げ、これにより粉砕能力も上げることができる（前掲（７）の方法）。
（５）また、先願で提案されたバイパスガスクーラーで回収した余剰熱を熱風として利用することにより、製錬所全体での使用熱エネルギーが少なくなる（前掲（８）の方法）。
（６）集塵機の損傷を予防し、バグフィルターの集塵クロスを保護することができる（前掲（９）の方法）。
（７）従来法ではボールミル内での鋳付きなどが発生していたために、ボールミルでの乾燥を効果的に制御することができなかった。これに対して、本発明では前掲（１０）及び（１１）のような制御が可能になる。また前傾（１０）、（１１）のような制御により、必要以上の回収熱風をボールミルに吹き込む必要がなくなり、他の廃熱回収設備で有効利用できるため、製錬所全体の使用熱エネルギーの合理的使用が可能となる。
以下、本出願人の製錬所における操業例を実施例及び比較例として説明する。
本出願人の製錬所で珪酸鉱の粉砕に使用されているボールミルは直径3.6m、長さ10.5mであり、ボール量は65ｔ（21,700個）である。回転速度は16rpmで一定である。
使用したボールミルの給鉱側の縦断面図を図５に示す。
ボールミル１のミルポット内にはボール２と珪酸鉱粒３が混合されており、回転軸X−Xの周りにミルポットが回転すると珪酸鉱粒３は粉砕される。ミルポット１の回転軸X-Xと交差する面１aには円形開口部１ｂが形成されており、この開口部１ｂから鉱石シュート４により珪酸鉱粒３が投入される。一方、ボールミル１は図面で右下がりに傾斜しているか、あるいは内壁にガイド山がスパイラル状に形成されているので、回転に伴って内容物は右方向に移動せしめられる。
使用したボールミルの給鉱側の縦断面図を図５に示す。
ボールミル１のミルポット内にはボール２と珪酸鉱粒３が混合されており、回転軸X−Xの周りにミルポットが回転すると珪酸鉱粒３は粉砕される。ミルポット１の回転軸X-Xと交差する面１aには円形開口部１ｂが形成されており、この開口部１ｂから鉱石シュート４により珪酸鉱粒３が投入される。一方、ボールミル１は図面で右下がりに傾斜しているか、あるいは内壁にガイド山がスパイラル状に形成されているので、回転に伴って内容物は右方向に移動せしめられる。
筒体５が開口部１ｂに対して、ボールミル１の回転を可能にするように装着されており、またこれらの間隙からガスが漏れないように、排出側に吸気ファンを設けてミルポット内部を負圧に保つなどのシール手段が採用されている。
図６には半円形状案内部４aと蓋４bからなる鉱石シュート４を示している。図７に示す、筒体５の左正面図に示すように押込みファン6a,６bを筒体に配設して、熱風を押し込み送風する。
最大処理能力が35t/hであるボールミルにおいて、給鉱量を変えて行った粉砕・乾燥操業実績を表１に示す。
図６には半円形状案内部４aと蓋４bからなる鉱石シュート４を示している。図７に示す、筒体５の左正面図に示すように押込みファン6a,６bを筒体に配設して、熱風を押し込み送風する。
最大処理能力が35t/hであるボールミルにおいて、給鉱量を変えて行った粉砕・乾燥操業実績を表１に示す。
表１における比較例は熱風を使用しない従来の操業法による１日の操業実績である。
実施条件１及び２はそれぞれ熱風を表に示す条件で吹込んだ操業を１日行ったときの操業実績である。これらの操業実績では、粉砕鉱水分はほとんど同じであるが、給鉱量に関し実施例は1.4〜10t/h比較例より多くなり、粉砕速度が高くなっていることが分かる。
実施条件１及び２はそれぞれ熱風を表に示す条件で吹込んだ操業を１日行ったときの操業実績である。これらの操業実績では、粉砕鉱水分はほとんど同じであるが、給鉱量に関し実施例は1.4〜10t/h比較例より多くなり、粉砕速度が高くなっていることが分かる。
溶剤がドライヤーを経由する従来方法、及び溶剤が上記したように熱風吹込みを行なうボールミルからドライヤーを経ない本発明の実施例のそれぞれにつき自溶炉への操業を行った結果を表２に示す。
表２に示すとおり、本発明の実施例によると、銅精鉱装入量が約１０％多くなり、かつ溶剤/銅精鋼比率が高くなっている。また、本発明実施例は銅品位の低下にも適合している。
以上説明したように、本発明法によると、銅品位が低下しても自溶炉において銅を増産することができる。なお、銅製錬自溶炉の例を主として説明したが、反射炉などの他の非鉄金属製錬でも同様な効果が達成される。
１ ボールミル
４ 鉱石投入シュート
５ 筒体
４ 鉱石投入シュート
５ 筒体
Claims (11)
- 主として珪酸鉱からなる溶剤及び非鉄金属鉱石原料を、搬送系統設備を介して、製錬炉に装入する非鉄金属製錬所の操業方法において、前記溶剤を処理・搬送する第１の系統では、該溶剤を粉砕するボールミル内に熱風を吹込むことにより該溶剤を乾燥し、次に粉砕・乾燥された溶剤を製錬炉直前まで搬送し、一方非鉄金属鉱石原料を処理・搬送する第2の系統においては、該非鉄金属鉱石原料をドライヤーで乾燥し、次に、前記製錬炉直前まで搬送した後、乾燥された溶剤及び非鉄製錬原料を製錬炉に装入することを特徴とする操業法であって、第1の系統では熱風乾燥により溶剤のボールミル粉砕量を増大し、かつ第2の系統では乾燥を非鉄金属鉱石原料に限定することにより、非鉄金属製錬炉の処理量を増加する非鉄金属製錬所の操業方法。
- 前記第１の系統は、乾燥設備に続いて溶剤の貯鉱ビン及び定量切出装置を含み、かつ前記第２の系統は、ドライヤーより前に、鉱石貯鉱ビン及び定量切出装置を含み、製錬炉直前で溶剤と非鉄金属原料を所定の量比で混合することを特徴とする請求項１記載の非鉄製錬所の操業方法。
- 前記第２の系統において燃料をさらに処理、搬送及び乾燥することを特徴とする請求項１又は２記載の非鉄製錬所の操業方法。
- 横型ボールミルの回転軸と交差する何れかのポット壁面に形成された開口部からボールミルポットの内部に前記溶剤を給鉱し、ボールミルポットの回転中に、前記開口部の何れかを通して前記ボールミルポット内部に熱風を吹込み、かつ給鉱側とは反対側の開口部から粉砕・乾燥された溶剤を排出することを特徴とする請求項１から３までの何れか１項記載の非鉄金属製錬所の操業方法。
- 前記横型ボールミルポットの回転を可能にするように、前記開口部に装着された筒体に、前記溶剤を給鉱するシュートを、その先端がミルポット内部に面するように、突入させるとともに、該筒体を介して前記熱風を吹込むことを特徴とする請求項４記載の非鉄金属製錬所の操業方法。
- 前記横型ボールミルの粉砕鉱排出側に設けられた吸引ファンによりミルポット内の熱風を吸引することを特徴とする請求項４又は５記載の非鉄金属製錬所の操業方法。
- 前記筒体に設けられた押込みファンによりボールミル内に熱風を圧送することを特徴とする請求項５又は６記載の非鉄金属製錬所の操業方法。
- 接触式硫酸製造装置の転化器によりSO2からSO3へ転化されたSO3を、熱交換器を経て吸収塔に導く方法により接触式硫酸の製造を行う非鉄金属製錬所の操業方法において、前記熱交換器から前記吸収塔へのガス通路から、バイパスするガス通路に流量制御弁及びSO3クーラーを並列配置するとともに、該並列配置したSO3クーラー中のガス温度が160℃以上となるようにガス流量を調節し、このSO3クーラーにより回収されたガスを前記熱風として使用することを特徴とする請求項１から７までの何れか１項記載の非鉄金属製錬所の操業方法。
- 前記SO3クーラーにより回収されたガスを熱風押込ファンによりボールミル内に吹込むことを特徴とする請求項８記載の非鉄金属製錬所の操業方法。
- 前記熱風押込ファンの回転数を制御可能とし、かつ該熱風押込ファンの上流に冷風取入れダンパーを付設し、前記熱風押込みファンの回転数制御と前記ダンパーの開閉制御によりボールミルからの排ガス温度を一定に調節することを特徴とする請求項９記載の非鉄製錬所の操業方法。
- 前記熱風押込ファン及び冷風取入れダンパーの下流にそれぞれ風量計を付設し、前記熱風及び冷風の合計風量が一定になるように、前記熱風押込みファンの回転数及びダンパーの開閉を制御することを特徴とする請求項１０記載の非鉄製錬所の操業方法。
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