JP2014141719A - ロータリーキルンの操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フェロニッケル製錬における原料鉱石を乾燥し還元する工程において、重油等の量を増加させることなく鉱石に含まれる水分を効果的に除去して、鉱石処理量を増加させることができるロータリーキルンの操業方法を提供する。
【解決手段】ロータリーキルン１の途中にスクープフィーダ１３を設け、そのスクープフィーダ１３を介して、水分が２〜５重量％の石炭をロータリーキルン１内に投入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロータリーキルンの操業方法に関し、より詳しくは、フェロニッケル製錬において原料のニッケル酸化鉱を乾燥するとともに部分還元を行う乾燥・還元用のロータリーキルンの操業方法に関する。

鉄とニッケルの合金であるフェロニッケル製錬において、原料のニッケル酸化鉱（以下、単に「鉱石」ともいう。）は、ニッケルを１〜３重量％含むとともに、約４０重量％の水分を含むものであり、その形状は最大直径２０ｍｍ以上の塊を含む泥状である。

このため、フェロニッケル製錬においては、先ず、原料であるニッケル酸化鉱を処理する最初の工程として、最大直径２０〜１００ｍｍ以上の塊を破砕し、その鉱石に含まれる塊の最大直径を２０〜１００ｍｍ以下とする工程が設けられている。そしてまた、この鉱石を電気炉で還元、熔解してフェロニッケルを得る前に、その鉱石中に含まれる水分を取り除くことが必要となる。

この鉱石中の水分の除去は、先ず、乾燥用ロータリーキルンを用いて鉱石中の水分を２５〜３５重量％まで除去した後、乾燥・還元用ロータリーキルンを用いて、残りの水分を除去する。この乾燥・還元用ロータリーキルンでは、水分が取り除かれるとともに、鉱石の部分的な還元も行われる。

上述の鉱石中の水分を取り除き、鉱石の部分還元を行うにあたり、乾燥・還元用ロータリーキルンに求められる滞留時間としては２〜３時間程度である。ロータリーキルンの回転数は、駆動装置の摩耗等から１ｒｐｍ程度が好ましい。また、このロータリーキルンの滞留時間とロータリーキルンの回転数から、フェロニッケル製錬におけるロータリーキルンは内径５ｍ前後、全長１００〜１５０ｍ程度のものが用いられることが多い。

この乾燥・還元用ロータリーキルンにおいて、鉱石中の水分の除去と、鉱石を部分的に還元するために必要な熱は、ロータリーキルン排出端に設けられたバーナーで焚かれる重油等の燃焼熱と、ロータリーキルン装入端から投入される石炭等の燃焼熱による。

ロータリーキルン内に投入された石炭は、鉱石に対して５％程度の割合で投入され、ロータリーキルン内の鉱石層に分散して、緩やかに燃焼していく。この燃焼によって生じた熱が鉱石層に伝わり、鉱石を乾燥させていく。このようなロータリーキルン内の温度は、装入端で最も低く、排出端に近づくに従って高くなり、中央部から排出端手前で最高となり、常温のフリーエアーが入ってくる排出端では僅かに低下する。

ところで、このロータリーキルンにおいて、鉱石処理量を増加させるためには、すなわち、水分の除去量を引き上げるためには、上述のバーナーで焚く重油等の量と、ロータリーキルン装入端から投入する石炭等の量を増加させることが必要となる。

しかしながら、ロータリーキルン排出端に設けられたバーナーで焚く重油等量を増加させると、バーナーのフレームからロータリーキルン内壁に伝わる輻射熱が増加するため、このバーナーのフレームが形成される位置では、ロータリーキルン内壁の温度が上昇する。そして、このロータリーキルン内壁温度が鉱石の融点を超えると、鉱石が部分的に熔解し始めてロータリーキルン内壁に付着し、この内壁に付着した鉱石が操業を続けるに従い徐々に成長し、ロータリーキルンの内壁にリング状の付着物（以下、「ベコ」という。）を形成する。このベコは、操業の途中でロータリーキルン内壁から剥離して落下し、ロータリーキルン内をロータリーキルン排出端まで移動した後に排出されるが、しばしばロータリーキルン排出端に設けられた鉱石排出用シュートを詰まらせる。この詰まりを解消するためには、操業を停止させる必要があり、ロータリーキルンの稼働率を低下させる主な要因となっていた。

ロータリーキルン内壁へのベコ形成の原因である、ロータリーキルン排出端に設けられたバーナーで焚く重油等の量を増加させないために、例えば特許文献１では、ロータリーキルンにおいて、途中の位置でスクープフィーダから粉炭を供給する方法により、バーナーで焚く重油等の量を増加させない技術が開示されている。

しかしながら、この特許文献１に記載の技術は、ごみ処理用のキルンの技術であって、フェロニッケル製錬における乾燥・還元用のロータリーキルンには十分に適用することができない。すなわち、フェロニッケル製錬において用いられる原料は、ニッケル酸化鉱であり、また用いられる石炭の性質もゴミ処理用に用いられる粉炭とは大きく異なるものであり、この特許文献１に記載の技術で以って、ニッケル酸化鉱に対する乾燥・還元処理を効果的に且つ効率的に行うことはできない。

特開２０００−３１０４０８号公報

そこで、本発明はこのような実情に鑑みて提案されたものであり、フェロニッケル製錬における原料鉱石を乾燥し還元する工程において、重油等の量を増加させることなく鉱石に含まれる水分を効果的に除去して、鉱石処理量を増加させることができるロータリーキルンの操業方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述した目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ロータリーキルンの途中に設けたスクープフィーダを介して、水分量を所定の割合に調整した石炭をロータリーキルン内に投入することによって、石炭の燃焼率を向上させることをできることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係るロータリーキルンの操業方法は、フェロニッケル製錬において、原料のニッケル酸化鉱を乾燥するとともに部分還元を行うロータリーキルンの操業方法であって、ロータリーキルンの途中にスクープフィーダを設け、そのスクープフィーダを介して、水分が２〜５重量％の石炭をロータリーキルン内に投入する。

ここで、このロータリーキルンの操業方法においては、投入する石炭の粒径が、２０〜１００ｍｍであることが好ましい。

また、ロータリーキルンとしては、内径４．５〜６．５ｍ、全長１００〜１５０ｍであることが好ましい。

また、ロータリーキルンに設けられるスクープフィーダは、その内部の温度が９００〜１２００℃であるロータリーキルンの位置に設けられていることが好ましく、そのスクープフィーダを介して石炭を投入する。

また、ロータリーキルンに設けられるスクープフィーダは、そのロータリーキルンにおいて、「その排出端から全長の２／１０離れた位置」〜「その排出端から全長の５／１０離れた位置」に設けられていることがより好ましく、そのスクープフィーダを介して石炭を投入する。

また、ロータリーキルンの炉内温度としては、その排出端の鉱石温度で７００〜９００℃であり、且つ、その装入端の排ガス温度で２５０〜４００℃であることが好ましい。

また、ロータリーキルンの回転数は、０．５〜１．５ｒｐｍであることが好ましい。

本発明に係るロータリーキルンの操業方法によれば、スクープフィーダを介してロータリーキルン内に投入する石炭の燃焼率を向上させることができるため、重油等の量を増加させることなく鉱石に含まれる水分を効果的に除去することができ、鉱石処理量を増加させることができる。

鉱石の乾燥及び部分還元を行う向流加熱方式のロータリーキルンを用いた操業フローを示す概略図である。 投入した石炭中の水分割合とロータリーキルン内での石炭燃焼率の関係を示すグラフである。 ロータリーキルンにおけるスクープフィーダが設けられた位置の断面（乾燥鉱石の移動方向に対して垂直方向の断面）構成図である。

以下、本発明に係るロータリーキルンの操業方法の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という。）について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。

＜ロータリーキルンの操業フロー＞
本実施の形態に係るロータリーキルンの操業方法（以下、単に「操業方法」ともいう。）は、フェロニッケル製錬において、原料のニッケル酸化鉱に付着した水分の一部をドライヤーで除去した鉱石（乾燥鉱石）に対して、燃料の燃焼熱により水分を完全に除去する乾燥処理を施すとともに部分還元処理を施す工程（乾燥・還元工程）にて使用するロータリーキルン（乾燥・還元用ロータリーキルン）の操業方法である。

図１は、鉱石の乾燥及び部分還元を行う向流加熱方式のロータリーキルンを用いた操業フローを示す概略図である。この図１において、ロータリーキルン１では、前工程の乾燥工程にてドライヤー（ロータリードライヤー）により一部の付着水分が除去されたニッケル酸化鉱（乾燥鉱石）を原料とし、化石燃料の燃焼熱を利用して乾燥鉱石の水分を完全に除去して焼成するとともに部分的な還元処理を施し、焼成鉱石（焼鉱）を産出する。

なお、ニッケル酸化鉱（酸化ニッケル鉱石）としては、特に限定されないが、ガーニエライト鉱等が好ましく用いられる。このガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱換算でＮｉ品位が２．１〜２．５重量％、Ｆｅ品位が１１〜２３重量％、ＭｇＯ品位が２０〜２８重量％、ＳｉＯ_２品位が２９〜３９重量％、ＣａＯ品位が０．５重量％未満、灼熱減量が１０〜１５重量％である。

ロータリーキルン１において、その装入端１Ａ（以下、「ロータリーキルン装入端１Ａ」ともいう。）から乾燥鉱石が装入される。このロータリーキルン１に装入される乾燥鉱石は、上述したように、ドライヤーにより予備乾燥され付着水分の一部が除去された原料鉱石であり、その水分量の目安としては２５〜３５重量％程度である。

また、ロータリーキルン１において、その排出端１Ｂ（以下、「ロータリーキルン排出端１Ｂ」ともいう。）には、バーナーが設けられており、重油等の化石燃料がそのバーナーにより焚かれて燃焼する。また、このロータリーキルン排出端１Ｂからは、化石燃料等の燃焼熱による乾燥・還元処理によって産出された焼鉱が排出される。なお、ロータリーキルンから排出された焼鉱は、その排出端１Ｂに設けられた鉱石（焼鉱）排出用のシュートから排出され、搬送手段により電気炉の炉上ビンまで搬送される。そして、その焼鉱が、電気炉内で還元、熔解されることによってフェロニッケルが生成する。

このロータリーキルン１の操業においては、原料である乾燥鉱石の乾燥・還元処理にあたり、上述した化石燃料の燃焼熱とともに、鉱石に対して約５％程度の割合の量の石炭が投入され、その石炭がロータリーキルン内で燃焼されることによる燃焼熱も利用される。

このとき、本実施の形態に係る操業方法においては、ロータリーキルン１の途中に設けたスクープフィーダを介して、その含有水分量を２〜５重量％に調整した石炭をロータリーキルン１内に投入することを特徴としている。

＜投入する石炭の水分量とその燃焼率について＞
ここで、ロータリーキルン１内に投入する石炭について、ロータリーキルン１内での燃焼率を向上させるために、投入する石炭中の水分とそのロータリーキルン１内での石炭の燃焼率について調査した。図２は、石炭中の水分割合とロータリーキルン１内での石炭燃焼率の関係を示すグラフである。なお、石炭燃焼率（以下、単に「燃焼率」ともいう。）とは、実際に燃焼した部分の質量を石炭中の可燃部分の質量で割った値の百分率をいう。

図２のグラフに示されるように、本発明者らは、フェロニッケル製錬における乾燥・還元工程で用いられるロータリーキルン１において、水分が２〜５重量％である石炭をロータリーキルン１に投入することで、その石炭の燃焼率が著しく向上することを見出した。

従来、フェロニッケル製錬において用いられていた石炭としては、粒径が１００ｍｍ以上であって、水分を１０〜１５重量％の割合で含むものであり、揮発分２５〜４０重量％、石炭から揮発分が抜けた後の石炭中の炭素（以下、「固定炭素」という。）４０〜６０重量％、灰分１０〜２０重量％であった。そのため、この石炭を、スクープフィーダを介してロータリーキルンの長手方向の中央部に投入した場合、約６０分間のロータリーキルン内での滞留時間の間に、水分の蒸発にその多くの時間を要するようになるため、石炭の燃焼は揮発分と固定炭素の一部が燃焼するにとどまってしまう。このような石炭では、固定炭素の燃焼が未だ初期の段階であるため、固定炭素の大部分が未燃の状態でロータリーキルンから排出される。その結果、投入した石炭の燃焼率としては６０％以下となる。

なお、ここでの燃焼率の算定においては、フェロニッケル製錬において乾燥・還元用として一般的に用いられる、内径約４．５〜６．５ｍ、全長約１００〜１５０ｍのロータリーキルンを用いた場合を具体例とし、このロータリーキルンの略中間（中央部）の位置からスクープフィーダを介して石炭を投入する場合について示すものであり、この場合における石炭の滞留時間が約６０分間となる。また、石炭の粒径とは、石炭を１９ｍｍ、３７．５ｍｍ、７５ｍｍ、１５０ｍｍの篩を用いて分級し、この値をロジン・ラムラー線図にプロットして、そのロジン・ラムラー線図から累積重量が５０％となる径である。

これに対して、水分が２〜５重量％となるまで乾燥させた石炭を投入することによって、その石炭がロータリーキルン１内に投入されてからロータリーキルン排出端１Ｂで排出されるまでの約６０分の間に、石炭が１００℃まで昇温した後に、この昇温に続いて起こる水分の蒸発に要する時間が非常に短くなる。すると、次に続く揮発分の燃焼の後、固定炭素の燃焼も効果的に生じさせることが可能となり、このようにして固定炭素が燃焼することで石炭そのもののさらなる昇温が加速される。固定炭素の燃焼は、高温であるほど促進されるため、このようにして水分量を調整した石炭を投入することで、その投入した石炭の燃焼率が著しく向上することになる。

このように、本実施の形態に係る操業方法では、そのロータリーキルン１の途中に設けられたスクープフィーダを介して、その水分を２〜５重量％とした石炭を投入することによって、投入する石炭の燃焼率を向上させることができる。そして、これにより、重油等の化石燃料の量を増加させることなく、原料である乾燥鉱石に含まれる水分を効果的に除去することができ、効率的な乾燥・還元処理を行うことが可能となり、鉱石処理量を増加させることができる。

石炭に含まれる水分割合として、５重量％を超える場合は、上述した理由により固定炭素の燃焼率が６０％以下にとどまってしまい効率的な乾燥・還元処理を行うことができないため、好ましくない。一方で、その水分割合が２重量％未満の場合は、投入する石炭をスクープフィーダまで運ぶコンベア等の搬送設備において発塵が著しくなり、またその石炭の内の微粒のものが粉塵爆発を起こす可能性があるため、好ましくない。

＜投入する石炭の前処理＞
図１の操業フローに示すように、ロータリーキルン１に投入する石炭は、粉砕機２によって所定の粒径となるように粉砕されたのち、乾燥機３によってその水分が２〜５重量％となるように乾燥される。

粉砕機２としては、特に限定されるものではないが、例えばロールクラッシャー、ジョークラッシャー、ジャイレトリ破砕機、ディスク破砕機等を用いることができる。

ここで、投入する石炭の粒径としては、特に限定されないが、２０〜１００ｍｍ程度であることが好ましい。上述したように、フェロニッケル製錬においては、先ず原料であるニッケル酸化鉱の最大直径を２０〜１００ｍｍ以下とするように粉砕処理が行われる。したがって、ロータリーキルンに投入する石炭の粒径を２０〜１００ｍｍ程度とすることで、原料の鉱石の粒度と近似してくるようになり、このような石炭を投入することによって石炭が鉱石層に容易に分散され、原料となる乾燥鉱石の乾燥・還元処理をより効率的に進行させることができる。また、石炭の粒径を２０〜１００ｍｍ程度とすることによって、所望とする水分量とするための乾燥処理を均一に施すことが可能となる。

石炭の粒径が２０ｍｍ未満の場合、石炭を破砕する際に一部の石炭が粉状となり、この粉状の石炭が混じった状態となってしまうため、石炭をスクープフィーダまで搬送する過程において発塵が著しくなり、好ましくない。一方で、石炭の粒径が１００ｍｍを超える場合、石炭の固定炭素の燃焼が表面燃焼であることから、比表面積が小さくなることにより燃焼速度は下がり、燃焼率が低下する可能性があるため、好ましくない。

なお、上述したように、石炭の粒径とは、石炭を１９ｍｍ、３７．５ｍｍ、７５ｍｍ、１５０ｍｍの篩を用いて分級し、この値をロジン・ラムラー線図にプロットして、そのロジン・ラムラー線図から累積重量が５０％となる径である。

乾燥機３としては、石炭の水分割合を２〜５重量％に調整できるものであれば特に限定されないが、例えばスチームチューブドライヤー等を用いることができる。

このようにして、粉砕機２によって粉砕され、乾燥機３によって含有水分が２〜５重量％となるように調整された石炭が、ロータリーキルン１の途中に設けられたスクープフィーダを介して、そのロータリーキルン１内に投入される。なお、投入する石炭は、例えばコンベア等の搬送設備を用いてスクープフィーダに搬送される。

＜ロータリーキルンの構造（スクープフィーダ等について）＞
ここで、ロータリーキルン１の構造について、より詳しく説明する。

ロータリーキルン１は、その装入端１Ａから排出端１Ｂに向かって下方に傾斜して設けられており、上述したように、装入端１Ａから原料の乾燥鉱石が装入され、その乾燥鉱石がその回転する胴体部内を排出端１Ｂの方向へ移動する。一方、排出端１Ｂからは、その排出端１Ｂに設けられたバーナーで焚かれた化石燃料の燃焼熱が、乾燥鉱石とは逆方向に流れることで、乾燥鉱石を向流加熱する。

このロータリーキルン１の大きさとしては、特に限定されないが、フェロニッケル製錬において乾燥・還元用として用いる場合には、内径４．５〜６．５ｍ程度、全長１００〜１５０ｍ程度のものであることが好ましい。

その内径が４．５ｍ未満、または全長が１００ｍ未満のロータリーキルンでは、ロータリーキルン内で鉱石を乾燥し、部分的な還元を行うために必要な時間を十分に確保することが困難となり、効果的な処理を行うことができない可能性がある。一方で、その内径が６．５ｍを超え、または全長が１５０ｍを超えるロータリーキルンでは、そのロータリーキルンを設置するための設備投資や、維持するための費用が莫大となるため、経済効率性の観点から好ましくない。

また、このロータリーキルン１においては、その乾燥鉱石の移動方向（ロータリーキルン１の長手方向）の途中の位置に、スクープフィーダが設けられている。図３に、ロータリーキルン１におけるスクープフィーダが設けられた位置の断面（乾燥鉱石の移動方向に対して垂直方向の断面）構成図を示す。この図３に示すように、ロータリーキルン１は、主として、回転する胴体部１１と、その胴体部１１を覆う外殻１２とから構成されており、その胴体部１１の所定の位置にスクープフィーダ１３が設けられている。

ロータリーキルン１において、胴体部１１内には、原料となる乾鉱鉱石が装入されて、その胴体部１１の回転に伴って装入端１Ａから排出端１Ｂへと乾燥鉱石が移動する。また、このロータリーキルン１においては、その胴体部１１と外殻１２とにより空間部１２Ｒが形成されており、その外殻１２に設けられた石炭供給口１２Ｃを介して、その空間部１２Ｒ内に石炭が装入される。

スクープフィーダ１３は、例えばＬ字形状の管で形成されており、Ｌ字形状の曲部を有する先端部１３Ａで石炭を掬い上げ、掬い上げた石炭をＬ字形状の直線部１３Ｂを構成する管内に通過させて胴体部１１内にフィードする。より具体的には、スクープフィーダ１３は、所定の箇所で胴体部１１に固定されており、Ｌ字形状の曲部を有する先端部１３Ａが胴体部１１と外殻１２とで形成される空間部（石炭装入空間部）１２Ｒ内に位置している。このスクープフィーダ１３では、スクープフィーダ１３を固定した胴体部１１の回転に伴って、空間部１２Ｒ内に装入された石炭が先端部１３Ａを介して掬い上げられてスクープフィーダ１３内に取り込まれる。そして、このスクープフィーダ１３が胴体部１１の回転に伴って胴体部１１の上方部に位置したときに、重力の作用によって、スクープフィーダ１３内に取り込まれた石炭がＬ字形状の直線部１３Ｂを構成する管内を通過して、胴体部１１内にフィードされる。

このようにして、水分が２〜５重量％の石炭がロータリーキルン１の途中に設けられたスクープフィーダ１３を介してロータリーキルン１内に投入され、燃焼される。

このとき、ロータリーキルン１において、乾燥鉱石の移動方向（ロータリーキルン１の長手方向）におけるスクープフィーダ１３の設置位置、すなわちスクープフィーダ１３を介して投入される石炭の投入位置としては、その内部の温度が９００〜１２００℃程度となっているロータリーキルン１の位置とすることが好ましい。ロータリーキルン１において、その内部が９００〜１２００℃程度である位置にスクープフィーダ１３を設置して石炭を投入することによって、石炭中の固定炭素を効率的に燃焼させることができる。

ロータリーキルン１内の温度が９００℃未満の位置に石炭を投入した場合、温度が低いために石炭の燃焼速度が遅くなる。このため、ロータリーキルン１内での約６０分間の滞留時間内に石炭中の固定炭素まで燃焼させることが困難となり、石炭の燃焼率が悪くなる。一方で、ロータリーキルン１内の温度が１２００℃を超える位置に石炭を投入すると、そのロータリーキルン１の内壁にベコが生じ易くなるため、好ましくない。

また、上述した温度範囲にあるロータリーキルン１の位置の中でも、「ロータリーキルン排出端１Ｂからロータリーキルン全長の２／１０離れた位置」〜「ロータリーキルン排出端１Ｂからロータリーキルン全長の５／１０離れた位置」にスクープフィーダ１３を設置して、そのスクープフィーダ１３を介して石炭を投入することが、より好ましい。

スクープフィーダ１３の設置位置、すなわち石炭を投入する位置が、「ロータリーキルン排出端１Ｂからロータリーキルン全長の２／１０離れた位置」よりも排出端１Ｂに近い場合では、投入された石炭のロータリーキルン１内での滞留時間が短くなる。そのため、石炭の温度が固定炭素を燃焼させるのに必要な温度に達することが難しくなり、その固定炭素を燃焼させることが困難になる。一方で、「ロータリーキルン排出端１Ｂからロータリーキルン全長の５／１０離れた位置」よりも装入端１Ａに近い場合では、ロータリーキルン１内の温度の低い箇所に石炭が投入されることになるため、燃焼する前に付着水が完全に除かれていない鉱石層の中に石炭が分散し、その石炭の表面が付着水を含んだ鉱石で覆われてしまう可能性があるため、その後に温度が上昇しても、空気との接触が十分でないために高い燃焼率を得ることが困難となる。

＜その他（ロータリーキルンの他の操業条件について）＞
ロータリーキルン１の炉内温度としては、特に限定されるものではないが、ロータリーキルン排出端１Ｂにおける鉱石温度で７００〜９００℃、かつロータリーキルン装入端１Ａにおける排ガス温度で２５０〜４００℃であることが好ましい。

ロータリーキルン１の炉内温度が、ロータリーキルン排出端１Ｂにおける鉱石温度で７００℃未満、またはロータリーキルン装入端１Ａの排ガス温度で２５０℃未満の場合には、ロータリーキルン１の内部全体の温度が低いため、投入した石炭中の固定炭素を燃焼させることが困難となる。また、ロータリーキルン１の炉内温度が、ロータリーキルン排出端１Ｂの鉱石温度で９００℃を超え、またはロータリーキルン装入端１Ａの排ガス温度で４００℃を超える場合には、ロータリーキルン１の内部全体の温度が高過ぎることにより、その内壁におけるベコの発生量が増加するため、好ましくない。

また、ロータリーキルン１の回転数、すなわちロータリーキルン１を構成する胴体部１１の回転数としては、特に限定されるものではないが、０．５〜１．５ｒｐｍ程度とすることが好ましい。

ロータリーキルン１の回転数が０．５ｒｐｍ未満では、ロータリーキルン１の内部での撹拌力が弱くなるため、投入した石炭が原料とする乾燥鉱石の中に埋まっている状態でゆっくりと円周方向を滑りながら、少しずつ装入端１Ａ側から排出端１Ｂ側に移動するようになる。このような場合、石炭表面とロータリーキルン１内の空気との接触が十分でなくなるため、投入した石炭の燃焼効率が悪化する可能性がある。一方で、ロータリーキルンの回転数が１．５ｒｐｍを超えると、ロータリーキルン１の内部での撹拌力が強くなるため、ロータリーキルン１内に装入された原料の乾燥鉱石がロータリーキルン１内で舞い上がり、ダストとして排ガスと共に装入端１Ａから排出される可能性があり、排出端１Ｂから得られる焼鉱の実収率が低下する。

以下、本発明についての実施例を比較例と対比しながら説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。

［乾燥・還元用ロータリーキルンの操業］
フェロニッケル製錬において、内径４．８ｍ、長さ１０５ｍのロータリーキルン（乾燥・還元用ロータリーキルン）を用いて、水分の一部が除去された乾燥鉱石に対する乾燥・還元処理を施す操業を行った。使用するロータリーキルンには、その長手方向の中央部にスクープフィーダを設置し、この乾燥・還元処理においては、そのスクープフィーダを介してロータリーキルン内に石炭を投入した。

（実施例１）
実施例１では、投入する石炭を以下のように調整した。すなわち、先ず、ロールクラッシャーを用いて、その石炭の粒径が１００ｍｍとなるように破砕した。次に、破砕した石炭をスチームチューブドライヤーを用いて乾燥させ、その石炭に含まれる水分を５重量％に調整した。

得られた石炭は、エプロンフィーダを用いて、ロータリーキルンの長手方向の中央部に設けられているスクープフィーダまで搬送し、そのスクープフィーダを介して、３．６ｔ／ｈの投入速度で１．５ｒｐｍの回転数で回転しているロータリーキルン内へ投入した。

石炭の投入位置、すなわちロータリーキルンにおけるスクープフィーダの設置位置としては、ロータリーキルン排出端から全長の２／１０離れた位置（排出端から２１ｍ離れた位置）とした。この位置におけるロータリーキルン内の温度は１２００℃であった。

なお、このロータリーキルンの操業において、排出端に設けたバーナーの重油使用量は１７１０Ｌ／ｈとし、微粉炭使用量は２８８０ｋｇ／ｈとした。また、このロータリーキルンの炉内温度は、ロータリーキルン排出端の鉱石温度で９００℃であり、またロータリーキルン装入端の排ガス温度で４００℃であった。

（実施例２）
実施例２では、ロータリーキルンへ投入する石炭を、その粒径が２０ｍｍ、水分が２重量％となるように調整した。また、石炭の投入位置（ロータリーキルンにおけるスクープフィーダの設置位置）としては、ロータリーキルン排出端から全長の２／１０離れた位置（排出端から２１ｍ離れた位置）とした。この位置におけるロータリーキルン内の温度は９００℃であった。そして、調整した石炭を、そのスクープフィーダを介して、３．６ｔ／ｈの投入速度で０．５ｒｐｍの回転数で回転しているロータリーキルン内へ投入した。それ以外は、実施例１と同様にして操業を行った。

なお、ロータリーキルンの炉内温度は、ロータリーキルン排出端の鉱石温度で７００℃であり、ロータリーキルン装入端の排ガス温度で２５０℃であった。

（比較例１）
比較例１では、粒径が１００ｍｍであり、水分が１３重量％である石炭を投入した。それ以外は、実施例１と同様にして操業を行った。

（比較例２）
比較例２では、粒径が１２０ｍｍであり、水分が１３重量％である石炭を用いた。また、石炭の投入位置（ロータリーキルンにおけるスクープフィーダの設置位置）としては、ロータリーキルン排出端から全長の１．８／１０離れた位置排出端から１８．９ｍ離れた位置）とした。この位置におけるロータリーキルン内の温度は８５０℃であった。そして、石炭を、そのスクープフィーダを介して、３．６ｔ／ｈの投入速度で０．４ｒｐｍの回転数で回転しているロータリーキルン内へ投入した。それ以外は、実施例１と同様にして操業を行った。

なお、ロータリーキルンの炉内温度は、ロータリーキルン排出端の鉱石温度で６５０℃であり、ロータリーキルン装入端の排ガス温度で２３０℃であった。

（比較例３）
比較例３では、ロータリーキルンへ投入する石炭を、その粒径が１０ｍｍ、水分が１重量％となるように調整した。また、石炭の投入位置（ロータリーキルンにおけるスクープフィーダの設置位置）としては、ロータリーキルン排出端から全長の５．２／１０離れた位置（排出端から５４．６ｍ離れた位置）とした。この位置におけるロータリーキルン内の温度は１３００℃であった。そして、石炭を、そのスクープフィーダを介して、３．６ｔ／ｈの投入速度で１．７ｒｐｍの回転数で回転しているロータリーキルン内に投入した。それ以外は、実施例１と同様にして操業を行った。

なお、ロータリーキルンの炉内温度は、ロータリーキルン排出端の鉱石温度で９５０℃であり、ロータリーキルン装入端の排ガス温度で４２０℃であった。

［操業結果］
下記表１に、各実施例及び比較例におけるロータリーキルンの操業結果をまとめて示す。なお、この評価において、『石炭燃焼率』とは、実際に燃焼した部分の質量を石炭中の可燃部分の質量で割った値の百分率である。また、『鉱石処理量』とは、ロータリーキルン装入端から装入した乾燥鉱石の１時間あたりの重量をいう。

表１に示すように、実施例１及び実施例２における操業では、ロータリーキルン内に投入する石炭の水分を、それぞれ５重量％、２重量％に調整したことにより、従来法である比較例１（投入石炭の水分１３重量％）における操業に比べて、鉱石処理量を１時間あたり１ｔも増加させることができた。このことは、実施例１及び実施例２にて投入した石炭の燃焼率が、比較例１に比べて５％も向上したことにより、石炭の燃焼による燃焼熱が高まり、より効果的に且つ効率的に鉱石を乾燥させることができたためと考えられる。具体的に、実施例１においては、その単位重量あたりの石炭から得られる熱量が、比較例１に比べて８％も大幅に増加した。

一方で、比較例２では、表１に示すように、投入した石炭の燃焼率が５３％と著しく低下し、その結果として鉱石の処理量も１時間あたり９７ｔと減少してしまった。このことは、投入した石炭の水分が１３重量％であったとともに、石炭投入位置、つまりスクープフィーダの設置位置を、その内部温度が８５０℃という比較的低温であるロータリーキルンの位置としたことにより、石炭の燃焼速度が著しく遅くなり、石炭中の固定炭素まで十分に燃焼されなかったために、石炭の燃焼率が低下したと考えられる。そして、燃焼率の低下により、石炭の燃焼による熱量が十分に得られず、鉱石に対する効率的な乾燥処理が行えなかったものと考えられる。

また、比較例３では、石炭の水分が１重量％と少なく、またその粒径が１０ｍｍと非常に小さかったため、発塵が著しかった。さらに、投入した石炭の水分が１重量％であったとともに、その石炭の投入位置を、その内部温度が１３００℃と非常に高温であるロータリーキルンの位置としたことにより、その石炭投入位置からロータリーキルン排出端にかけて内壁にベコが多量に生成し、このベコが剥離して落下した後に排出端にある鉱石（焼鉱）排出用のシュートを詰まらせる事態が生じた。そのため、操業を継続することができなかった。

１ ロータリーキルン、１Ａ ロータリーキルンの装入端、１Ｂ ロータリーキルンの排出端、２ 粉砕機、３ 乾燥機、１１ 胴体部、１２ 外殻、１３ スクープフィーダ

Claims (7)

1. フェロニッケル製錬において、原料のニッケル酸化鉱を乾燥するとともに部分還元を行うロータリーキルンの操業方法であって、
   前記ロータリーキルンの途中にスクープフィーダを設け、該スクープフィーダを介して、水分が２〜５重量％の石炭を該ロータリーキルン内に投入することを特徴とするロータリーキルンの操業方法。
2. 前記石炭の粒径は、２０〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンの操業方法。
3. 前記ロータリーキルンは、内径４．５〜６．５ｍ、全長１００〜１５０ｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリーキルンの操業方法。
4. 前記スクープフィーダは、その内部の温度が９００〜１２００℃である前記ロータリーキルンの位置に設けられており、該スクープフィーダを介して前記石炭を投入することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のロータリーキルンの操業方法。
5. 前記スクープフィーダは、前記ロータリーキルンにおいて、「その排出端から全長の２／１０離れた位置」〜「その排出端から全長の５／１０離れた位置」に設けられており、該スクープフィーダを介して前記石炭を投入することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のロータリーキルンの操業方法。
6. 前記ロータリーキルンの炉内温度は、その排出端の鉱石温度で７００〜９００℃であり、且つ、その装入端の排ガス温度で２５０〜４００℃であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載のロータリーキルンの操業方法。
7. 前記ロータリーキルンの回転数は、０．５〜１．５ｒｐｍであることを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項に記載のロータリーキルンの操業方法。

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