JP2016084948A - ロータリーキルンの操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スクープフィーダでの詰まりを発生させずに安定的に操業可能なロータリーキルンの操業方法を提供する。
【解決手段】 ロータリーキルンの円筒回転部１の炉壁を貫通して設けられたスクープフィーダ１０を介して該円筒回転部１の内側に供給する還元剤に、石炭と撥水性の炭素質還元剤とを予め混合して安息角を４０度以下にした混合物を使用する。該混合物は、含水率３〜８％の炭素質還元剤が２〜３０質量％含まれているのが好ましい。該炭素質還元剤は木質ペレットが好ましく、バークペレットがより好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明はロータリーキルンの操業方法に関するものであり、特に、石炭の供給が行われるスクープフィーダにおいて閉塞の問題を生じさせることなく安定的に操業可能なロータリーキルンの操業方法に関するものである。

鉄とニッケルの合金からなるフェロニッケルの一般的な製造方法としては、原料としてのニッケルを含有するサポロライト鉱石等のラテライト鉱石に対して、ロータリードライヤーによる予備乾燥工程と、ロータリーキルンによる乾燥・予備還元工程と、電気炉による還元熔融工程と、スターラーなどの撹拌設備による脱硫プロセスなどの精製工程とで順次処理する乾式製錬方法が一般に知られている。

これら一連の工程のうち、乾燥・予備還元工程においては、前段の予備乾燥工程で含水率１５〜２５％程度まで予備乾燥された鉱石を、含水率１１％程度の石炭と共にロータリーキルンに装入して石炭の燃焼熱で８００〜１０００℃程度まで加熱し、これにより鉱石に含まれる付着水の除去及び結晶水分の分解・除去を行い、さらには石炭の還元剤としての働きにより鉱石の予備還元を行う。これにより、焼鉱とも称される焼成した鉱石が得られる。

上記したロータリーキルンに装入する石炭は、特許文献１に示されるように、一般に２つの経路から供給される。第１の経路は、鉱石の装入が行われるロータリーキルンの末端部のいわゆる装入端から鉱石と共に供給する経路であり、第２の経路は、ロータリーキルンの長手方向の途中に設置されたいわゆる投炭設備から供給する経路である。なお、特許文献２には、ロータリーキルン内への還元剤供給方法について記載されている。

特開２０１１−２３６５０１号公報 特開２００１−１３１６１９号公報

投炭設備には、特許文献２の構造以外に、スクープフィーダと称する粒体供給装置を用いることがある。このスクープフィーダは、一般にロータリーキルンの筒状回転部の長手方向の略中央部に設けられており、該筒状回転部の回転に伴って回転することにより、該筒状回転部の外周面に周方向に沿って離間して設けられている環状の静止トラフ部の内側に供給される石炭をすくい取って該筒状回転部の内側に投入する構造を有している。

しかし、上記したスクープフィーダはすくい取った石炭を筒状回転部に導入するためのフィーダ部分の内径が一般に５００ｍｍ程度とロータリーキルンの筒状回転部の内径に比べて狭いため、特に梅雨や台風などの雨の多い時期には石炭の含水率が２０％程度まで上昇することも影響して上記したフィーダ部分の内側で詰まりが発生しやすく、安定した操業に支障をきたすことがあった。この詰まりの問題の対策としては、石炭の保管場所を屋内に変更したり、フィーダ部分の内径を広げたりすることが考えられるが、いずれもコストがかかるうえ、特に、フィーダ部分の内径を広げるには該フィーダ部分が貫通するロータリーキルンの筒状回転部の炉壁の貫通部を広げる必要があり、これはロータリーキルン本体の強度上の問題を別途招来するおそれがある。

本発明は上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、ニッケル酸化鉱石を乾燥処理や還元処理するロータリーキルンにおいて、天候が変化しても該ロータリーキルンの円筒回転部に設けられているスクープフィーダでの詰まりを発生させずに安定的に操業可能なロータリーキルンの操業方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明に係るロータリーキルンの操業方法は、ロータリーキルンの炉壁を貫通して設けられたスクープフィーダを介して前記ロータリーキルンの内側に供給する還元剤に、石炭と撥水性の炭素質還元剤とを予め混合して安息角を４０度以下にした混合物を使用することを特徴としている。

本発明によれば、ニッケル酸化鉱石の乾燥や予備還元を行うロータリーキルンに設けられたスクープフィーダ内部の詰まりを防止し、該ロータリーキルンを安定的に操業することが可能になる。

スクープフィーダを備えた一般的なロータリーキルンの斜視図である。 図１のロータリーキルンを長手方向に沿って切断した断面図である。 図２のIII−IIIの位置でロータリーキルンを長手方向に対して垂直に切断した断面図である。

以下、本発明のロータリーキルンの操業方法の実施形態について説明する。先ず、本発明のロータリーキルンの操業方法の対象となるロータリーキルンの一具体例について説明する。この一具体例のロータリーキルンは、図１及び図２に示すように、わずかに傾斜した状態で回転可能に支持された円筒状の回転部１を有しており、その上側の一端部から鉱石が装入されるようになっている。装入された鉱石は、回転部１の回転により撹拌されながら下側の他端部に向けて移動する。この下側の他端部にはバーナー２が設けられており、バーナー２の燃焼ガスは回転部１の内側を上記した鉱石の移動の向きとは逆向きに流れて上側の一端部から排出される。

この回転部１の外周面の長手方向の略中央部に、環状の静止トラフ部３が回転部１の周方向に沿って該外周面から離間して設けられている。この静止トラフ部３の内側で回転するように回転部１の炉壁部にスクープフィーダ１０が設けられており、これにより静止トラフ部３に設けられた供給部３ａを介して静止トラフ部３の内側に導入される還元剤がスクープフィーダ１０ですくい取られて回転部１の内側に投入される。

具体的に説明すると、スクープフィーダ１０は、静止トラフ部３の内側空間内に導入された還元剤をすくい取るべく該静止トラフ部３の底面に沿って回転する容積１００〜３００リットル程度のバケット部１１と、該バケット部１１が回転部１のほぼ真上に来たときにバケット部１１内の還元剤を回転部１の内部に落下させる開閉自在なダンパー部１２と、該ダンバー部１２から落下する還元剤を回転部１の内側にガイドすべく該回転部１の炉壁を半径方向に貫通する例えば内径５００ｍｍ程度、長さ２０００ｍｍ程度の円筒形状のフィーダ部１３とからなる。

かかる構造のスクープフィーダ１０が回転部１の炉壁部のほぼ対向する位置に１つずつ合計２つ設置されている。これにより、ロータリーキルンが１回転する間に、これら２つのフィーダによりロータリーキルンの内側に還元剤が２回供給される。このようにしてフェロニッケル製錬のロータリーキルンにスクープフィーダ１０を介して供給される還元剤の量は、鉱石中のニッケル品位及び鉄品位と、電気炉で生成するスラグ中の目標鉄品位とから算出される。

一般的には還元剤の供給量は石炭の場合は１時間あたり５〜１０トンになるため、バケット部１１によって１回あたり２０〜６０ｋｇの石炭を投入することになる。これは、石炭の嵩密度がおよそ０.９ｇ／ｃｍ^３であるから２２〜６７リットルに相当し、前述した容積１００〜３００リットル程度のバケット部１１ではその容量の１０〜７０％程度を石炭が占めることになる。

しかしながら、石炭の水分率が増加すると、石炭の嵩密度が高くなり、また、石炭の安息角が大きくなる。前記石炭の嵩密度が高くなり、また石炭の安息角が大きくなると、石炭が上記したフィーダ部１３を通ってロータリーキルンの内側に落下し難くなり、バケット部１１の内側でいわゆる「ブリッジ(棚張りと称することもある)」が形成され、最終的にスクープフィーダ１０の内部で石炭が詰まってしまうことがある。

そこで本発明のロータリーキルンの操業方法の実施形態では、上記したスクープフィーダ１０を介して回転部１内に供給する還元剤に、石炭と撥水性の炭素質還元剤とを予め混合して安息角を４０度以下にした混合物を使用することを特徴としている。これにより該混合物をスクープフィーダ１０内で滑りやすくさせることができ、バケット部１１及びフィーダ部１３の内側での「ブリッジ」の形成を防ぐことができる。

具体的に説明すると、上記したスクープフィーダ１０が回転部１の真上に来たときのバケット部１１の側面の傾斜角は７０度程度になるものの、落下にかけられる時間は１秒程度と短時間であるうえ、粒子径の小さい石炭が含まれると偏在により安息角が大きくなることから、石炭原料の安息角が７０度より小さい場合でも、部分的に大きな安息角を示し、「棚張」をおこす可能性がある。これに対して石炭に予め撥水性の炭素質還元剤を混合して安息角を４０度以下にした混合物の形態でスクープフィーダ１０から還元剤を供給することで「棚張」の発生を抑えることができる。

この撥水性の炭素質還元剤には、石炭とは異なる形状や粒度分布を有し、且つ木質ペレットや廃プラスチックペレットなどの石炭とは異なる材質のものを用いるのが好ましい。特に、含水率３〜８％の撥水性の炭素質還元剤が混合物中に２〜３０質量％含まれるように石炭に混合することが好ましい。例えば、撥水性の炭素質還元剤に木質ペレットを用いる場合を例に挙げて説明すると、下記表１に示すように、石炭及び木質ペレット、並びにこれらを混合してなる混合物の粒度分布を比較すると、木質ペレットは石炭より粒度の大きいものがより多く含まれているため、木質ペレットを５質量％混合させた混合物１、及び３０質量％混合させた混合物２では、「棚張」を起こす可能性が高い粒子径の小さい粒子の割合が減少し、粒子径が大きい側に粒度分布がシフトしていることが分かる。

このように、粒子径が大きい側に粒度分布をシフトさせることによって、「棚張」を防ぐことができる。しかも、木質ペレットの形状は石炭のような粒形ではなく、一般的に円筒形である。このように異形の木質ペレットを混合することによっても「棚張」を防ぐことができる。すなわち、粒度が大きく且つ異形の木質ペレットを石炭に混合することによって、バケット部１１内での混合物が圧密される際に力が分散されやすくなり、安息角が下がる。例えば、雨天時の石炭は安息角が５０度程度になるため、バケット部１１で棚張をおこすことがあるが、木質ペレットと混合すると４０度以下まで低下するため、バケット部１１での「棚張」がほとんどおこらなくなる。

木質ペレットを混ぜる割合が、混合物中で２質量％未満の場合、上記圧密される際に力を分散させる効果が不十分になって、スクープフィーダ１０の内部での詰り防止効果が十分に得られなくなるおそれがある。一方、木質ペレットを混ぜる割合が混合物中で３０質量％を超えてもスクープフィーダ１０の内部での詰り防止効果はほとんど変わらなくなり、かえって石炭に比べて高価な木質ペレットの使用量が増加するため好ましくない。

なお、混合物の安息角に関係する嵩密度に注目すると、平均の嵩密度が低く抑えられても嵩密度にばらつきがある場合はスクープフィーダで依然として詰まりが生ずることがある。この対策としては、嵩密度がばらつきにくい方法で混合するのが好ましい。例えば、円筒などをその中心軸に交差する軸を回転軸として回転させることで攪拌するタイプや気流で攪拌するタイプが有効である。あるいは、ショベルなどのバケットで掻き揚げる方法で混合しても良い。これに対して、混合羽根の攪拌により混合させるタイプ（例えば、パドルミキサータイプ）などのように原料に圧密する力がかかる方式は好ましくない。

木質ペレットは、切り出す樹木の箇所によって樹木の内部であるホワイトペレット、樹皮であるバークペレット、及びこれら両者からなる全木ペレットという３種類に一般的に分類することができる。本発明の実施形態の操業方法では、撥水性がより高いバークペレットを利用することがより好ましい。この高い撥水効果により、木質ペレットの形状を安定的に保つことができるうえ、安息角をより顕著に下げることができる。

更に、ロータリーキルン本体が回転することで生じる振動が加わることで、バケット部１１内において石炭と木質ペレットとの混合物からなる堆積物を崩れやすくする効果が期待できる。一方、吸水作用が比較的高いホワイトペレットの場合、バークペレットに比べてペレットの形状を保ちにくいため、異型の木質ペレットが存在することによる効果は減少するものの、使用量が多ければ安息角を下げる効果をある程度期待できる。

なお、ホワイトペレットとバークペレットの吸水性の違いについて比較すべく、約３ｇの各ペレットを５０ｃｃの水に１分間浸した後、質量を測定してその質量変化を求めたところ、ニュージーランド産ホワイトペレットはペレット１ｇあたり約０.６ｇの吸水量であるのに対して、バークペレットはペレット１ｇ当たり約０.０４ｇの吸水量であった。また、ホワイトペレットは５分程度水に浸しておくとピンセットでつまみあげることが困難なほど崩れやすくなったが、バークペレットについては形状や強度に殆ど変化は見られなかった。このことからも、ペレット１ｇ当たり０.１ｇ以上水分を吸収して形状が変化してしまうホワイトペレットよりも、本発明の効果がより顕著に得られるバークペレットの方が好ましいことが分かる。

（実施例１）
フェロニッケル製錬設備のロータリーキルンにおいて、１時間あたり約１１０トン（湿潤基準）の鉱石を乾燥・予備還元処理した。その際、還元剤として１時間あたり約７トン（湿潤基準）の石炭を木質ペレットと混合して得た混合物の形態でロータリーキルンのスクープフィーダから装入した。なお、スクープフィーダには、バケット部の容量１８０リットル、フィーダ部の内径４８５ｍｍ、長さ１９５０ｍｍのものを用いた。

処理時の天候は雨天であったため、上記還元剤に使用した石炭は含水率が３０％程度であった。また、この石炭に混合する木質ペレットには含水率３％のバークペレットを用い、混合物に２質量％含まれるように混合したところ、混合物の安息角は４０度であった。この混合物をスクープフィーダから装入しながらロータリーキルンの運転を行ったところ、スクープフィーダにおいて閉塞の問題を生ずることなく継続して運転することができた。

（実施例２）
石炭に混合する木質ペレットに水分率８％のバークペレットを用い、該ペレットと石炭との混合物に該ペレットが３０質量％含まれるように混合した以外は実施例１と同様にしてロータリーキルンを運転した。その結果、混合物の安息角は３０度となり、スクープフィーダにおいて閉塞の問題を生ずることなく継続して運転することができた。

（比較例１）
石炭にバークペレットを混合せずに、石炭のみをスクープフィーダに装入した以外は実施例１と同様にしてロータリーキルンを運転した。その結果、使用した石炭は安息角が４５〜５０度の範囲でばらつき、スクープフィーダから装入した際にスクープフィーダにおいて閉塞が生じたため、操業を中断せざるを得なかった。

１ 回転部
２ バーナー
３ 静止トラフ部
３ａ 供給部
１０ スクープフィーダ
１１ バケット部
１２ ダンバー部
１３ フィーダ部

Claims (4)

1. ロータリーキルンの炉壁を貫通して設けられたスクープフィーダを介して前記ロータリーキルンの内側に供給する還元剤に、石炭と撥水性の炭素質還元剤とを予め混合して安息角を４０度以下にした混合物を使用することを特徴とするロータリーキルンの操業方法。
2. 前記混合物は、含水率３〜８％の炭素質還元剤が２〜３０質量％含まれてい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. 前記炭素質還元剤が木質ペレット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. 前記木質ペレットがバークペレットであることを特徴とする、請求項３に記載のロータリーキルンの操業方法。

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