JP4387628B2 - スラッジから固形分をリーチングする方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
本発明は、酸素を含むガスを用いてスラッジから固形分をリーチングする方法に関するものである。本発明によれば、スラッジの固形分は、反応器の中央の中心管と、中心管の下端近傍に配された複動ミキサーとを備えた縦長の反応器の中を再循環する。ミキサーによってスラッジを中心管から下方に吸引することにより流れを発生させ、反応器の底部においてスラッジに混入すべきガスを微細な泡状に分散させて中心管の外側にあるスラッジに吹き込み、反応器内で外側に位置するケーシングではスラッジの流れを転じて上昇させる。
【０００２】
例えば金属濃縮物のように固形分を含有するスラッジをリーチングする場合、酸素が固形分のリーチング反応に十分に関与できるよう、先ず、酸素ガスまたは酸素含有ガスの形で導入される酸素を、固形分を含有するスラッジに溶解させることが必要である。縦長の反応器は、この酸素の溶解性を改善するために用いられるのであるが、通常の常圧反応器に比べて大きな静水圧が反応器の底部にかかり（1.5〜3.0気圧、即ち0.15〜0.30MPa）、これによって酸素が反応液に十分に溶解し、その触媒作用により固形分が溶解されている。
【０００３】
例えば米国特許第4,648,973号に開示されている従来の装置は、高さが直径の何倍も大きく、内部に同心状の中心管を配した反応器を備えている。スラッジは酸素と同様、中心管の上方より投入される。中心管には、その上部から吊り下げる形でスラッジを循環させるためのミキサーが備えられていて、これによりスラッジは中心管の内部を下降し、続いて中心管と反応器との間の空間を上昇する仕組みとなっている。中心管と外側の反応器との直径の比は、0.4〜0.85である。
【０００４】
今回開発した本発明は、酸素を含むガスによって縦長の反応器の中でスラッジを再循環させることにより、金属濃縮物のようなスラッジから固形分をリーチングする方法に関するものである。反応器の高さはその直径の何倍も大きく、またこの反応器には底部へ向かって延びる同心状の中心管と、中心管の下部近傍に配されるミキサーと、酸素を含むガスを供給する供給部材とを備えている。ミキサーのシャフトは、反応器の底部から立ち上がっている。このミキサーによって、スラッジの流れを下方に向ける。ミキサーの下方から供給される酸素を含むガスは、スラッジ中に微細な泡となって分散させ、同時に、スラッジの流れを反応器の底部において上昇方向に転ずる。固形分を含有するスラッジと酸素を含むガスとは、主として、反応器の底部で反応させるか、あるいは反応器の管壁と中心管との間のケーシング部で反応させる。本発明の必須要件は特許請求の範囲に記載したとおりである。
【０００５】
上述のように、本方法の重要なポイントは、ミキサーが中心管の下端のごく近傍に配されている点にあり、これによって中心管とミキサーとの間に確保される排出孔の断面積は中心管の断面積の半分未満、好ましくは最大でも３分の１となる。したがって、中心管から流出する際のスラッジの下降流速は、中心管内部における流速の少なくとも２倍となる。ミキサーの配設位置が中心管の下端に近接すればするほど、中心管には強い吸引力が発生する。実際にどの程度近接させ得るかは耐性によって定まり、この耐性はシャフトの摩耗や、その他の部品のフレキシビリティや寸法精度に左右される。上述の断面積比であれば、スラッジの下降流速はガス気泡の上昇速度より速くなり、反応器の環状ケーシング内のスラッジの上昇流速は固形分粒子の沈降速度より速くなる。
【０００６】
本発明による方法で使用するミキサーは、実質的に水平な板で仕切られた２つの部分から成る複動式のミキサーである。この水平板の上面には湾曲したブレードが固定されていて、中心管内でスラッジを下降させる役割を果たす。一方、水平板の下面にもブレードが固定されていて、直線ブレード型のタービン・ミキサーを構成している。反応器の底部に設けられたミキサーのさらに下方から酸素を含むガスを供給すると、ミキサーの下部によって供給ガスが微細な泡に分散されるため、ガスはスラッジに溶解しやすくなる。反応器の底部にあるスラッジにガスを供給すると、スラッジ流と共に移動するガスの泡のスラッジ内における滞留時間および反応時間を最大限に延ばすことができる。その後、泡は液表面に到達するかまたは流れと共に下降して中心管を通って再循環し、あるいは、反応器の上部の排出手段によって排出される。
【０００７】
本発明による方法を実施するための装置を添付図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【０００８】
図１は、固形分を含有するスラッジのリーチングを行う装置を示す図であり、管状の反応器１と、その底面に向かって延びる同心状の中心管２とを備えている。反応器の底面からの中心管の距離は、反応器の直径の0.2〜1.0倍の範囲内にあり、好ましく0.3〜0.5倍の範囲内にある。中心管と、これを包囲するケーシングとの表面積比は0.1未満である。反応器の底面３からは、シャフト４に支持されたミキサー５と、酸素を含むガスを供給する供給部材６とが立ち上がっている。ミキサーのシャフトが反応器の下部に設けられているため、シャフトは極力短く頑丈なものにすることができる。
【０００９】
ミキサーは中心管２と同心的であり、その下端７のごく近傍に配設されている。中心管２には、図示するように、その上端と下端に円錐状の拡径部８、９を設けてもよい。図示した例のごとく、ミキサーを中心管の内部に一部収容する形で配設してもよい。反応器の管壁10と中心管２との間の環状の空間をケーシング11と称する。中心管の下部には、必要に応じてバッフル板（図示せず）を設けることもできる。反応器へのスラッジ投入は、従来と同様に行うことができ、例えば中心管にスラッジを投入し、溶液は例えばオーバーフローとして排出するか、あるいはスラッジ液面12より低い位置に設けられた独自の手段によってスラッジの供給・排出を行ってもよい。この供給・排出手段については、特に詳しくは図示しない。
【００１０】
図２および図３に示したように、ミキサー５はシャフト４を有し、このシャフトには水平板12が固定されていて、水平板の下面には真っ直ぐな下側ブレード13、上面には湾曲した上側ブレード14が装着されている。このミキサーの水平板は、ミキサーの上方から下方、およびその逆方向のスラッジの流れを妨げる。水平板は、円形であっても角形であってもよい。下側ブレード13および上側ブレード14は共に、ミキサーの水平板12にほぼ垂直に取り付けられている。下側ブレードは略長方形をなし、ミキサーの下方から導入される酸素ガスをスラッジ中に十分に分散させ、反応器の底部に垂直回転流を発生させ、これによってスラッジ中に含まれる固形分が反応器の底部に沈降することを防止する役割を果たす。このようにして、反応器の底部にはその直径にほぼ相当する深さに、攪拌が十分に進んだ領域が形成される。
【００１１】
上側ブレードの付け根部分は略長方形をなすが、上方に向けてなだらかなテーパ形状を有する。このように湾曲した上側ブレードは中心管内に下降流を発生させ、下側ブレードは反応器のケーシング11、即ち管壁10と中心管２との間の空間に、戻り上昇流を発生させる。図２に示した例では、ミキサーは、上側ブレード14が部分的に中心管の内部へ延びている高さに、配されている。
【００１２】
本発明の方法によって得られるメリットとしては、下記を挙げることができる。即ち、反応器の底部に酸素を含むガスを供給するため、効率の良い攪拌を行うことができる。また、スラッジの固形分の溶解を促進する攪拌エネルギーおよび再循環に要するエネルギーの両者をスラッジに同時に加えるため、必要とされるエネルギーの総量が従来より小さくて済む。本発明による方法では、まず中心管に下方への吸引による流れを発生させ、次に、スラッジ流を反応器の底部から上方へ転じると同時に、スラッジに酸素を含むガスを混入し、固形分粒子が沈降するのを防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【図１】 反応器の縦断面図である。
【図２】 中心管およびミキサーの部分における反応器の縦断面図である。
【図３】 ミキサーの斜視図である。

Claims (8)

  1. 高さが直径の何倍も大きく同心状の中心管および複動ミキサーを備えた管状の反応器内で酸素を含むガスを用いてスラッジから固形分をリーチングする方法において、前記反応器の底部から立ち上がっていて前記中心管の下端のごく近傍に配された前記複動ミキサーの湾曲した上側ブレードによって前記中心管に下方へのスラッジ流を発生させ、その前記スラッジ流の方向を前記反応器の底部で転じて中心管の外側における上昇流とすると同時に、前記スラッジに酸素を含むガスを微細な泡に分散させて供給することを特徴とするリーチングする方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、前記中心管から流出するスラッジの流速は、前記中心管内部におけるスラッジ流速の少なくとも２倍に増大させることを特徴とする方法。
  3. 請求項１に記載の方法において、前記ミキサーと中心管との間に確保される断面積は、該中心管の断面積の半分未満に調節し、好ましくは最大３分の１に調節することを特徴とする方法。
  4. 請求項１に記載の方法において、前記中心管におけるスラッジの下降流速は、該スラッジに溶解されるガス気泡の上昇速度より速くすることを特徴とする方法。
  5. 請求項１に記載の方法において、前記反応器のケーシング内におけるスラッジの上昇流速は、固形分粒子の沈降速度より速くすることを特徴とする方法。
  6. 請求項１に記載の方法において、略長方形をなし真っ直ぐな前記ミキサーの下側ブレードによって、酸素を含むガスをスラッジに分散させ、前記スラッジ流を上方に転向させることを特徴とする方法。
  7. 請求項１に記載の方法において、前記反応器の底面から前記中心管の下端までの高さは、該反応器の直径の0.2〜1.0倍とし、好ましくは該直径と等しくすることを特徴とする方法。
  8. 請求項１に記載の方法において、前記反応器は、前記中心管を包囲するケーシングを有し、該中心管と該ケーシングとの断面積比は、0.1未満であることを特徴とする方法。
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