JP5534121B1 - フラッシュベッセルの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧するフラッシュベッセルを含む高圧酸浸出工程において、フラッシュベッセルの液面レベル制御の精度を向上させ、余裕のあるバルブ開閉の制御を行うことで、蒸気排出管、スラリー排出管、スラリー排出弁のトラブルを減少せる。
【解決手段】フラッシュベッセル１０のスラリー排出口４から管理液面位置Ｓまでの高さをＨ１、上記管理液面位置Ｓからフラッシュベッセル塔頂までの高さをＨ２、フラッシュベッセルの直径をＤとした時に、
０．３５Ｄ≦Ｈ１≦０．４５Ｄ
０．７５Ｄ≦Ｈ２≦０．８５Ｄ
として、上記フラッシュベッセルの直径Ｄと比較して、１／１００×Ｄ≦Ａ≦１／５×Ｄの範囲とした直径Ａを有し、上記フラッシュベッセル内の液相空間に下部が連通され、気相空間に上部が連通された静水塔２０内のスラリー液面を、上記管理液面位置Ｓから０．３Ｄ〜０．４Ｄだけ上方の位置をスラリー上限位置Ｈａとし、また、上記管理液面位置Ｓから０．２Ｄ〜０．３Ｄだけ下方の位置をスラリー下限位置Ｈｂとして、上記静水塔内のスラリー液面を、上記スラリー上限位置Ｈａとスラリー下限位置Ｈｂと同水準の位置に設置された２つの液位センサー２１Ａ，２１Ｂによりそれぞれ検出して、上記フラッシュベッセルから導出されたスラリー排出管１４上に設置されたスラリー排出バルブ１６の開閉制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フラッシュベッセルの運転方法に関し、さらに詳しくは、原料スラリーをオートクレーブ（高圧反応容器）で高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧するフラッシュベッセル（降温降圧容器）を含む高圧酸浸出工程におけるフラッシュベッセルの運転方法に関する。本出願は、日本国において２０１２年１月１３日に出願された日本特許出願番号２０１２−００５４４１を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。

近年、高温高圧下において有効な耐食性を有する材料が開発されたことにより、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法として、硫酸を用いた高温加圧酸浸出法（High Pressure Acid Leach）が注目されている。この方法は、従来の一般的なニッケル酸化鉱の製錬方法である乾式製錬法と異なり、還元及び乾燥工程等の乾式工程を含まず、一貫した湿式工程からなるので、エネルギー的及びコスト的に有利であるという利点を有している。すなわち、上記高圧酸浸出法では、浸出工程において、加圧浸出反応器内の浸出液の酸化還元電位及び温度を制御することにより、主要不純物である鉄をヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）の形で浸出残渣に固定することにより、鉄に対し選択的にニッケル及びコバルトを浸出することができるので、非常に大きなメリットがある。

例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法として、オートクレーブを利用した高圧酸浸出法が採用されており、原料スラリーを、オートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを降温降圧するフラッシュベッセルを含む高圧酸浸出工程において、通常、フラッシュベッセル内の液位測定は、フラッシュベッセル容器に直接取り付けられたセンサーによって測定されている。

ここで、図５に一般的なフラッシュベッセル１００の概略構造を示すように、フラッシュベッセル１００は、有底円筒状の胴部１０１を備え、この胴部１０１の上部を閉じた天井部１０２にスラリー装入口１０３と蒸気排出口１０５が設けられ、胴部１０１にスラリー排出口１０４が設けられている。上記スラリー装入口１０３には、所定の温度、所定の圧力に降下された浸出後のスラリー（以下、単にスラリーという場合がある）をフラッシュベッセル１００内に装入するためのスラリー装入配管１１３が連結され、上記ラリー排出口１０４には、フラッシュベッセル１００内に装入されたスラリーを排出するためのスラリー排出管１１４が連結され、上記蒸気排出口１０５には、スラリーの装入に伴いフラッシュベッセル１００内に発生する蒸気を回収するための蒸気排出配管１１５が連結されている。上記スラリー排出口１０４に連結されたスラリー排出配管１１４には、スラリー排出バルブ１１６が設置されている。

そして、このフラッシュベッセル１００では、所定の温度、所定の圧力に降下された浸出後のスラリー（以下、単にスラリーという場合がある）がスラリー装入口１０３を介して装入され、フラッシュベッセル１００内に装入されたスラリーはスラリー排出口１０４から排出され、また、スラリーの装入に伴って発生した蒸気は、蒸気排出口１０５から排出される。

このとき、フラッシュベッセル１００内の液位を適正なレベルに保つために、液面センサー１２０Ａ，１２０Ｂによって測定された、フラッシュベッセル内の液位測定結果が利用される。

例えば、上限及び下限の液面センサー１２０Ａ，１２０Ｂによって液位を測定する場合、液位が上昇して、液位の上限に設置された液面センサー１２０Ａが液位を検知すると、上記スラリー排出バルブ１１６が開放されてフラッシュベッセル１００内に滞留したスラリーを排出し、また、液位が低下して、液位の下限に設置された液面センサー１２０Ｂが液位を検知できなくなると、上記スラリー排出バルブ１１６が閉鎖されてフラッシュベッセル１００からスラリーの排出が停止される。その結果、フラッシュベッセル１００内のスラリー液位は上記上限と下限の間に制御される。また、連続的に液位を測定する場合、液位が管理液位より高くなると、上記スラリー排出バルブ１１６のバルブ開度を大きくすることによりフラッシュベッセル１００内に滞留したスラリーの排出量を増加させ、また、液位が管理液位より低くなると、上記スラリー排出バルブ１１６のバルブ開度を小さくすることによりフラッシュベッセル１００からスラリーの排出を抑制する。

ところで、一般に、上記高圧酸浸出工程における浸出反応の制御は、温度のほかに、浸出剤による浸出反応の制御因子（ｐＨ、酸化還元電位）により行なわれる。例えば、塩素ガスを浸出剤として浸出する方法では、浸出液中の酸化還元電位で行なわれているので、オートクレーブ内の圧力は、直接的に制御されるものではなく、浸出操作の間、必ずしも安定又は一定ではなく、酸化還元電位の制御による塩素ガスの注入量により、変動する。

また、浸出剤が液体であり、反応によるガス発生がない場合には、一般にオートクレーブ内の圧力は、温度に伴う飽和蒸気圧によるものである。例えば、近年、ニッケル、コバルト等の有価金属を回収するため、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法として、オートクレーブを利用した高圧酸浸出法が採用されている。

上記高圧酸浸出法では、例えば、まず、鉱石処理工程で、粉砕設備及び篩別設備を用いて、所定のスラリー濃度の、２ｍｍ以下の鉱石を含む鉱石スラリーが調製される。次いで、上記鉱石スラリーは、高圧酸浸出工程に供給される。ここで、上記鉱石スラリーは、プレヒーター（昇温昇圧設備）で段階的に昇温及び昇圧された後、オートクレーブに供給される。上記オートクレーブ内では、硫酸により、鉱石中に含まれるニッケル及びコバルトとともに、鉄、アルミニウム、亜鉛などの不純物元素の一部も浸出され、これらを含有する浸出スラリーが得られる。続いて、上記浸出スラリーは、オートクレーブから、浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧するフラッシュベッセルへ供給され、段階的に降温及び降圧される。その後、浸出液中の遊離硫酸を中和する予備中和工程、多段のシックナーで構成される固液分離工程等を経て、浸出残渣と浸出液に分離される。

ここで、上記高圧酸浸出工程でのフラッシュベッセルの採用は、高圧酸浸出工程のオートクレーブと次工程との操業条件のギャップを埋めるものである。すなわち、オートクレーブの浸出条件としては、ニッケル及びコバルトの高浸出率を得るため、通常、２００〜３００℃程度の温度が選ばれる。一方、それに続く予備中和工程、或いは固液分離工程では、通常、安全性と経済性から大気圧下の条件で操業される。したがって、フラッシュベッセルでは、浸出後の高温高圧のスラリーから段階的に加圧蒸気を回収しながら、降温降圧する。

ところで、高圧酸浸出工程では、浸出スラリーをオートクレーブからフラッシュベッセルに供給するための配管、上記回収蒸気を鉱石スラリーのプレヒーターに供給するための配管、鉱石スラリーを段階的に昇温及び昇圧するための配管等において、高温高圧に耐えるための材質及び構造からなる非常に高価な配管が備えられており、資材コストを含めた全体的なコスト面からの要請により、配管をなるべく短くして各設備を適切に配置することが行なわれている。このため、浸出スラリーは、オートクレーブから第１段目のフラッシュベッセルへ、さらに、順次次の段のフラッシュベッセルへ移送される。ここで、フラッシュベッセル間の浸出スラリーの移送方法としては、通常、ポンプのような機械的な移送手段を避けて、フラッシュベッセルを設置する場所の高低差、及び各段階の圧力差を利用することによりスラリーを移送させる手段が採用されている。これは、浸出スラリーには硫酸が含まれており、移送設備の耐久性とコストを考慮したものである。例えば、実用プラントでは、オートクレーブのサイズが直径で４〜６ｍ程度、及び長さで２５〜３０ｍ程度の円筒形容器が横型に設置される場合には、第１段目のフラッシュベッセルは、オートクレーブの上方２５〜３５ｍ程度の高さに当たる場所に設置されている。

上記浸出後の高温高圧のスラリーから段階的に回収された加圧蒸気は、各段のフラッシュベッセルから、温度と圧力が同程度であるプレヒーターに供給されており、この配管も上記と同様に、高温高圧の加圧蒸気に耐えるための材質及び構造からなる非常に高価な配管が備えられている。

しかしながら、上記の蒸気排出配管、スラリーの排出配管及びバルブの破損などの発生は、完全に解決されているわけではなく、１年間の操業中に、蒸気排出配管の破損、スラリー排出バルブの破損などがあわせて１０回程度発生しており、この不具合発生という問題点を、更に低減する実用的技術が求められていた。

推定される原因として、液面レベルの制御が不充分であることが考えられる。すなわち、高温高圧の浸出後スラリーをフラッシュベッセルに装入し、水蒸気が発生する際のスラリー液面は平坦ではなく、というより、スラリーの深部から発生する水蒸気により、激しく液面変動しているものと考えられ、液面の制御が不充分となっていることが考えられる。

すなわち、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法として採用されているオートクレーブを利用した高圧酸浸出工程において、原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出した後のスラリーを降温降圧するためのフラッシュベッセルは、大型で、しかも強酸性のスラリーに適用するフラッシュベッセルであるため、覗き窓を設置するのは技術的に大変であるため目視することは実質的に不可能であり、以上のように推測するしかない。

従来のフラッシュベッセル１００では、例えば、実際の液位が高い状態であったとしても、液面の乱高下のため、液位の上限に設置された液面センサー１２０Ａが検出できず、スラリー排出バルブ１２６による液面制御が行われないために、フラッシュベッセル１００内の液位が高い状態での操業を継続することとなり、プレヒーターへの回収蒸気とともに酸性のスラリーが持ち去られ、その酸性のスラリーにより回収蒸気排出配管１０４の腐食が進行する虞がある。また、実際の液面が低い状態にあったとしても、同様に、液面の下限に設置された液面センサー１２０Ｂが検出できず、スラリー排出バルブ１１６による液面制御が行われないために、実際の液面レベルがスラリー排出配管１１４より低くなり、フラッシュベッセル１００内の蒸気が排出スラリーとともにスラリー排出配管１１４より次段のフラッシュベッセルに排出され、一時的に排出配管内のスラリー流速が上昇することにより、スラリー排出配管１１４及びバルブが破損したり、また、次段のフラッシュタンクから回収蒸気配管への蒸気流入量が一時的に増加して、酸性スラリーの持ち去りが増加したり、流速が増加することにより回収蒸気配管の腐食及び磨耗が進行する虞がある。

例えば特許文献２には、有機汚泥のスラリーを濃縮する方法であって、フラッシュベッセル内の液面検知することにより、濃縮液の液面位を排出口より常に情報に位置させる技術が記載されているが、対象が有機汚泥のスラリーであることや、蒸気圧力が高々２．５気圧であることなど、条件が違いすぎるので直接適用することは困難である。

また、例えば特許文献３には、冷媒蒸気圧縮システムにて使用されるフラッシュベッセルの液体冷媒のレベルを検出する少なくとも一つのセンサーを使って、システム内への冷媒チャージを制御する技術が記載されているが、センサーとしてフロートタイプのものや、超音波センサーなど、液面が平坦である際に利用可能な技術であり、上記の問題点に適用することは困難である。

特開２０１０−０５９４８９号公報 特開平１０−０８０７００号公報 特表２００９−５２４７９７号公報

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧するフラッシュベッセルを含む高圧酸浸出工程において、フラッシュベッセル内におけるスラリー液位の上限と下限の所定値を、スラリー排出口の高さ、及び、フラッシュベッセル本体の高さと直径の値との関係において規定することにより、余裕のあるバルブ開閉の制御を行うことで、蒸気排出管、スラリー排出管、スラリー排出バルブのトラブル減少することを可能とするフラッシュベッセルの運転方法を提供することにある。本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施例の説明から一層明らかにされる。

本発明者らは、上記目的を達成するために、原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧するフラッシュベッセルを含む高圧酸浸出工程におけるフラッシュベッセルの液面レベル制御について、鋭意研究を重ねた結果、フラッシュベッセル内におけるスラリー液位の管理液面の所定値を、スラリー排出口からの高さ、および管理液面位置からフラッシュベッセル塔頂までの高さと直径の値との関係において規定することにより、蒸気排出管、スラリー排出管、スラリー排出弁のトラブル減少することが可能であることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧するフラッシュベッセルを含む高圧酸浸出工程におけるフラッシュベッセルの運転方法であって、スラリー排出口から管理液面位置までの高さをＨ１、上記管理液面位置からフラッシュベッセル塔頂までの高さをＨ２、フラッシュベッセルの直径をＤとした時に、
０．３５Ｄ≦Ｈ１≦０．４５Ｄ
０．７５Ｄ≦Ｈ２≦０．８５Ｄ
として、上記フラッシュベッセルの直径Ｄと比較して、１／１００×Ｄ≦Ａ≦１／５×Ｄの範囲とした直径Ａを有し、上記フラッシュベッセル内の液相空間に下部が連通され、気相空間に上部が連通された静水塔内のスラリー液面を、上記管理液面位置から０．３Ｄ〜０．４Ｄだけ上方の位置をスラリー上限位置Ｈａとし、また、上記管理液面位置から０．２Ｄ〜０．３Ｄだけ下方の位置をスラリー下限位置Ｈｂとして、上記静水塔内のスラリー液面を、上記スラリー上限位置Ｈａとスラリー下限位置Ｈｂと同水準の位置に設置された２つの液位センサーによりそれぞれ検出し、上記フラッシュベッセルから導出されたスラリー排出管上に設置されたスラリー排出バルブを、上昇してきたスラリー液面を上記スラリー上限位置Ｈａにおいて一方の液面センサーが検知した際に開放し、降下してきたスラリー液面をスラリー下限位置Ｈｂにおいて他方の液面センサーが検知した際に閉鎖するようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係るフラッシュベッセルの運転方法では、例えば、上記原料スラリーはニッケル酸化鉱石スラリーであり、該ニッケル酸化鉱石スラリーを硫酸で浸出した浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧することを特徴とするものとすることができる。

また、本発明に係るフラッシュベッセルの運転方法において、上記原料スラリーは、例えば、２０〜５０質量％に調製されているものとすることができる。

また、本発明に係るフラッシュベッセルの運転方法において、上記原料スラリーは、例えば、２００〜２７０℃のスラリー温度で１．８〜５．８ＭＰａＧのスラリー圧力でフラッシュベッセルに導入されるものとすることができる。

本発明に係るフラッシュベッセルの運転方法では、原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧するフラッシュベッセルを含む高圧酸浸出工程におけるフラッシュベッセルの液面レベル制御において、フラッシュベッセル内におけるスラリー液位の管理液面の所定値を、スラリー排出口からの高さ、および管理液面位置からフラッシュベッセル塔頂までの高さと直径の値との関係において規定することにより、余裕のあるバルブ開閉の制御を行うことで、蒸気排出管、スラリー排出管、スラリー排出弁のトラブルを減少せることができ、その工業的価値は極めて大きい。

本発明を適用したフラッシュベッセルの運転方法の一例を示す図である。 ニッケル酸化鉱石の高圧酸浸出法によるニッケル及びコバルトの浸出手順を示す工程図である。 本発明を適用したフラッシュベッセルの運転方法の他の例を示す図である。 本発明を適用したフラッシュベッセルの運転方法のさらに他の例を示す図である。 一般的なフラッシュベッセルの概略構造を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明は、例えば図１に示すような構造のフラッシュベッセル１０に適用される。

このフラッシュベッセル１０は、原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧する高圧酸浸出工程におけるフラッシュベッセルであって、有底円筒状の胴部１を備え、この胴部１の上部を閉じた天井部２にスラリー装入口３と蒸気排出口５が設けられ、胴部１にスラリー排出口４が設けられている。

上記スラリー装入口３には、所定の温度、所定の圧力に降下された浸出後のスラリーをフラッシュベッセル１０内に装入するためのスラリー装入配管１３が連結され、上記スラリー排出口４には、当該フラッシュベッセル１０内に装入されたスラリーを排出するためのスラリー排出管１４が連結され、上記蒸気排出口５には、スラリーの装入に伴い当該フラッシュベッセル１０内に発生する蒸気を回収するための蒸気排出配管１５が連結されている。上記スラリー排出口４に連結されたスラリー排出配管１４には、スラリー排出バルブ１６が設置されている。

そして、このフラッシュベッセル１０では、所定の温度、所定の圧力に降下された浸出後のスラリーがスラリー装入口３を介して装入され、フラッシュベッセル１０内に装入されたスラリーはスラリー排出口４から排出され、また、スラリーの装入に伴って発生した蒸気は、蒸気排出口５から排出される。

また、このフラッシュベッセル１０は、スラリー排出口４から管理液面位置Ｓまでの高さをＨ１、上記管理液面位置Ｓからフラッシュベッセル塔頂までの高さをＨ２、当該フラッシュベッセル１０の直径をＤとした時に、
０．３５Ｄ≦Ｈ１≦０．４５Ｄ
０．７５Ｄ≦Ｈ２≦０．８５Ｄ
として、上記管理液面位置Ｓにおいてスラリー液面８を検出する少なくとも１つの液面センサー２１を備える。

そして、このフラッシュベッセル１０では、上記液面センサー２１による液位測定結果に応じて、上記スラリー排出バルブ１６のバルブ開度を制御することにより、上記フラッシュベッセル１０内の液位が適正なレベルに保たれる。

このフラッシュベッセル１０は、原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧する高圧酸浸出工程におけるフラッシュベッセルであって、次のように運転される。

すなわち、このフラッシュベッセル１０では、スラリー排出口４から管理液面位置Ｓまでの高さをＨ１、上記管理液面位置からフラッシュベッセル塔頂までの高さをＨ２、フラッシュベッセル１０の直径をＤとした時に、
０．３５Ｄ≦Ｈ１≦０．４５Ｄ
０．７５Ｄ≦Ｈ２≦０．８５Ｄ
として、少なくとも１つの液面センサー２１により、上記管理液面位置Ｓにおいてスラリー液面８を検出し、上記フラッシュベッセル１０から導出されたスラリー排出管１４上に設置されたスラリー排出バルブ１６を、上昇してきたスラリー液面８を上記液面センサー２１が検知した際に開放し、降下してきたスラリー液面８を上記液面センサー２１が検知した際に閉鎖する。

このように運転することにより、フラッシュベッセル１０内のスラリー液面位を適切な範囲に制御することができる。すなわち、スラリー排出管１４側に蒸気が流れ込むという事態が発生しにくくなり、それによって、スラリー排出バルブ１６の損傷という不具合は減少する。

ここで、原料スラリーはニッケル酸化鉱石スラリーであり、このフラッシュベッセル１０では、ニッケル酸化鉱石スラリーを硫酸で浸出した浸出後のスラリーが装入され、装入されスラリーを常温常圧まで降温降圧する。

このように、上記フラッシュベッセル１０では、上記管理液面位置Ｓにおいて上記液面センサー２１によりスラリー液面８を検出し、上記フラッシュベッセル１０から導出されたスラリー排出管１４上に設置されたスラリー排出バルブ１６を、上昇してきたスラリー液面８を上記液面センサー２１が検知した際に開放し、降下してきたスラリー液面８を上記液面センサー２１が検知した際に閉鎖するので、フラッシュベッセル１０内の液面を検知できる熟練した作業員を必要としない。

なお、上記液面センサー２１は、適切な検知信号が発信されること以外に、特に限定されないが、上記フラッシュベッセル１０の管理液面位置Ｓに設けられた液面センサー２１が、上昇してきた液面を検知した際にバルブを開放する信号を上記スラリー排出バルブ１６に送り、下降してきた液面を検知した際にバルブを閉鎖する信号を上記スラリー排出バルブ１６に送ることを行なえば、運転を自動化することが可能となるので好ましい。

また、上記原料スラリーとしては、特に限定されるものではなく、所望の金属を高圧酸浸出法により浸出する際に用いられる各種の金属化合物を含有する原料、例えば、金属、硫化物、酸化物、鉱石等が挙げられるが、例えば、ニッケル酸化鉱石からなる鉱石スラリーが好ましい。

また、上記高圧酸浸出工程としては、特に限定されるものではないが、オートクレーブ及びフラッシュベッセルのほかに、一般の高圧酸浸出法で採用される鉱石スラリーを段階的に昇温昇圧するプレヒーターを含むものである。

さらに、上記オートクレーブとしては、特に限定されるものではなく、外熱式又は加圧水蒸気の吹込みにより加熱される、縦型又は横型の加圧容器が用いられる。また、上記ラッシュベッセル１０としては、特に限定されるものではなく、多段式のものが用いられる。また、上記プレヒーターとしては、特に限定されるものではないが、多段式の向流式直接加熱型熱交換器が用いられる。この際、加熱媒体としては、水蒸気が用いられる。ここで、この水蒸気としては、ボイラーなど一般的な方法によって発生させた水蒸気を使用してもよいが、オートクレーブから排出される浸出スラリーを段階的に降温及び降圧するフラッシュベッセルで発生する水蒸気を回収し循環して使用することが好ましい。

以下に、ニッケル酸化鉱石の高圧酸浸出法について、上記フラッシュベッセル１０及びその運転方法を適用する際の一例を説明する。

上記ニッケル酸化鉱石の高圧酸浸出法としては、図２に示すように、鉱石処理工程Ｐ１、高圧酸浸出工程Ｐ２、固液分離工程Ｐ３、中和工程Ｐ４、脱亜鉛工程Ｐ５及びニッケル・コバルト硫化工程Ｐ６を含む。

そして、鉱石処理工程Ｐ１では、ニッケル酸化鉱石から大塊、脈石、木々の根などを除去し、所定のスラリー濃度の鉱石スラリーを調製する。

次の高圧酸浸出工程Ｐ２では、プレヒーターで鉱石処理工程から移送された鉱石スラリーを予熱し、オートクレーブで予熱後の鉱石スラリーを高圧空気及び高圧水蒸気を吹込みながら高温高圧下に硫酸で浸出し、上記フラッシュベッセル１０で高温高圧の浸出スラリーの温度及び圧力を降下させる。

次の固液分離工程Ｐ３では、上記浸出スラリーを固液分離し、浸出液と浸出残渣を得る。

次の中和工程Ｐ４では、上記浸出液に石灰石スラリーを添加して、不純物である鉄やアルミニウムなどを除去する。

次の脱亜鉛工程Ｐ５では、浸出液から、硫化沈殿法により、不純物である亜鉛や銅を硫化物として除去する。

そして、ニッケル・コバルト硫化工程Ｐ６では、浸出液から、硫化沈殿法により、ニッケル・コバルト混合硫化物を得る。

上記ニッケル酸化鉱石としては、主としてリモナイト鉱及びサプロライト鉱等のいわゆるラテライト鉱である。上記ラテライト鉱のニッケル含有量は、通常、０．５〜２．０質量％であり、水酸化物又はケイ苦土（ケイ酸マグネシウム）鉱物として含有される。また、鉄の含有量は、２０〜５０質量％であり、主として３価の水酸化物（ゲーサイト、ＦｅＯＯＨ）の形態であるが、一部２価の鉄がケイ苦土鉱物に含有される。

上記鉱石処理工程Ｐ１で製造される鉱石スラリーのスラリー濃度としては、処理されるニッケル酸化鉱の性質に大きく左右されるため、特に限定されるものではないが、浸出スラリーのスラリー濃度は高い方が好ましく、通常、２０〜５０質量％に調製される。すなわち、浸出スラリーのスラリー濃度が２０質量％未満では、浸出工程をはじめとして、各工程において同じ滞留時間を得るために大きな設備が必要となり、酸の添加量も残留酸濃度を調整のため増加する。また、得られる浸出液のニッケル濃度が低くなり、最終的には実収率が低下する要因となる。一方、スラリー濃度が５０質量％を超えると、設備の規模は小さくできるものの、スラリー自体の粘性が高くなり、ポンプでの搬送が困難になる（管内閉塞の頻発、エネルギーを要するなど）という問題が生じることとなる。

上記高圧酸浸出工程Ｐ２の実用設備例としては、例えば、３段のプレヒーター、オートクレーブ及び３段のフラッシュベッセルからなる。

ここで、フラッシュベッセル１０のサイズが直径で４〜６ｍ程度、及び高さで１０〜１２ｍ程度の円筒形容器が縦型に設置される。また、第１段目のフラッシュベッセルに導入されるスラリーは、例えば、２００〜２７０℃であり、その圧力としては、例えば、１．８〜５．８ＭＰａＧである。

上記高圧酸浸出工程Ｐ２で使用するフラッシュベッセル１０は、例えば、次のように運転される。

すなわち、上記フラッシュベッセル１０の直径Ｄは５．０ｍであり、スラリー排出口４から管理液面位置Ｓまでの高さＨ１は、
０．３５Ｄ≦Ｈ１≦０．４５Ｄ
なる条件を満たす２．０ｍにされており、また、上記管理液面位置Ｓからフラッシュベッセル塔頂までの高さＨ２は、
０．７５Ｄ≦Ｈ２≦０．８５Ｄ
なる条件を満たす４．０ｍにされている。

そして、上記管理液面位置Ｓにおいて液面センサー２１によりスラリー液面８を検出し、上記フラッシュベッセル１０から導出されたスラリー排出管１４上に設置されたスラリー排出バルブ１６を、上記液面センサー２１が上昇してきたスラリー液面８を検知した際に開放し、また、上記液面センサー２１が降下してきたスラリー液面８を検知した際に閉鎖する。

このフラッシュベッセル１０では、スラリーが連続的に装入されており、上記管理液面位置Ｓにおいて液面センサー２１によりスラリー液面８を検出して、上記スラリー排出バルブ１６の開閉制御を行うことで、連続的に操業を行なうことができる。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた金属の分析は、ＩＣＰ発光分析法で行った。

また、実施例及び比較例で用いたニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーの分析値を次の表１に示す。

（実施例１）
前述した高圧酸浸出工程の実用設備例を含む、ニッケル酸化鉱石の実用プラントを用いた。

表１に示す鉱石スラリーを、オートクレーブの出口において、２４５℃程度、４ＭＰａＧ程度に調整した浸出スラリーを、第１段のフラッシュベッセルに投入し、引き続き、第２段、第３段のフラッシュベッセルに順次移送し、浸出スラリーを常圧まで低下させるという操業を６ヶ月間実施した。

その結果、蒸気排出配管、スラリー排出管、スラリー排出弁が損傷するコトに起因するトラブル発生はなかった。

（比較例１）
前述した高圧酸浸出工程の実用設備例ではなく、静水塔を備えない従来の設備で実施例１と同様の操業を行なった。

その結果、蒸気排出配管、スラリー排出管、スラリー排出バルブの損傷に起因するトラブル発生により、１回／月程度のトラブルが発生し、そのたびに復旧作業及び設備交換のため、操業効率の低下、設備コストの増大を招いた。

ここで、以上説明したフラッシュベッセル１０の運転方法の実施の形態では、スラリー排出口４から管理液面位置Ｓまでの高さをＨ１、上記管理液面位置Ｓからフラッシュベッセル塔頂までの高さをＨ２、フラッシュベッセルの直径をＤとした時に、
０．３５Ｄ≦Ｈ１≦０．４５Ｄ
０．７５Ｄ≦Ｈ２≦０．８５Ｄ
として、１つの液面センサー２１により、上記管理液面位置Ｓにおいてスラリー液面８を検出し、上記フラッシュベッセル１０から導出されたスラリー排出管１４上に設置されたスラリー排出バルブ１６を、上昇してきたスラリー液面８を上記液面センサー２１が検知した際に開放し、降下してきたスラリー液面８を上記液面センサー２１が検知した際に閉鎖するようにしたが、例えば図３に示すフラッシュベッセル１０Ａのように、上記管理液面位置Ｓから例えば０．３Ｄ〜０．４Ｄだけ上方の位置をスラリー上限位置Ｈａとし、また、上記管理液面位置Ｓから例えば０．２Ｄ〜０．３Ｄだけ下方の位置をスラリー下限位置Ｈｂとして、上記スラリー上限位置Ｈａとスラリー下限位置Ｈｂにおいて、それぞれ液面センサーによりスラリー液面８を検出し、上記フラッシュベッセル１０から導出されたスラリー排出管１４上に設置されたスラリー排出バルブ１６を、上昇してきたスラリー液面８を上記スラリー上限位置Ｈａにおいて液面センサー２１Ａが検知した際に開放し、降下してきたスラリー液面８をスラリー下限位置Ｈｂにおいて上記液面センサー２１Ｂが検知した際に閉鎖するようにしてもよい。

なお、図３に示すフラッシュベッセル１０Ａは、図１に示したフラッシュベッセル１０に２つの液面センサー２１Ａ，２１Ｂを設けたものであって、同一の構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

このように上記管理液面位置Ｓの上下位置に設定されたスラリー上限位置Ｈａとスラリー下限位置Ｈｂにおいて液面センサー２１Ａ，２１Ｂによりスラリー液面８を検出して、スラリー排出バルブ１６の開閉制御を行うことにより、フラッシュベッセル１０Ａ内のスラリー液面位を適切な範囲に安定に制御することができる。

また、図４に示すフラッシュベッセル１０Ｂのように、当該フラッシュベッセル１０Ｂ内の液相空間に下部が連通され、気相空間に上部が連通された静水塔２０を設け、静水塔２０内の液面を、上記管理液面位置Ｓと同水準の位置に設置された少なくとも１つの上限液面センサー２１Ａにより検出し、上記フラッシュベッセルから導出されたスラリー排出管上に設置されたスラリー排出バルブ１６を、上昇してきた上記静水塔２０内の液面を上記液面センサー２１Ａが検知した際に開放し、降下してきた上記静水塔２０内の液面を上記下限液面センサー２１Ｂが検知した際に閉鎖するようしてもよい。

なお、図４に示すフラッシュベッセル１０Ｂは、図３に示したフラッシュベッセル１０Ａに２つの液面センサー２１Ａ，２１Ｂを備える静水塔２０を設けたものであって、同一の構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

すなわち、図４に示すフラッシュベッセル１０Ｂは、当該フラッシュベッセル１０Ｂ内の液相空間に下部が連通され、気相空間に上部が連通された静水塔２０を備える。上記静水塔２０の下部が、スラリー排出管１４上の、当該フラッシュベッセル１０Ｂとの連結箇所から、スラリー排出バルブ１６までの任意の位置に連結され、上記静水塔２０の下部が、蒸気排出配管１５上の任意の位置に、静水塔２０の上部が連結されている。

例えば、スラリー排出管１４上の、フラッシュベッセル１０Ｂとの連結箇所と、スラリー排出バルブ１６との中間位置（連結箇所から約５０ｃｍの位置）に、直径２５０ｍｍの静水塔２０の下部を連結し、蒸気排出配管１５上の、フラッシュベッセル１０との連結箇所から、約５０ｃｍの位置に、上記直径２５０ｍｍの水塔２０の上部を連結した。また、上記静水塔２０には、上記スラリー上限位置Ｈａと同水準）の位置に、上限液面センサー２１Ａを設置し、上記スラリー下限位置Ｈｂと同水準の位置に、下限液面センサー２１Ｂを設置した。また、上記静水塔２０の直径２５０ｍｍは、フラッシュベッセル１０Ｂ本体の直径Ｄが約５ｍで、その１／２０にあたる直径である。

上記静水塔２０の直径は特に限定されるものではないが、上記静水塔２０の直径Ａは、上記フラッシュベッセル１０Ｂ本体の直径Ｂと比較して、１／１００×Ｂ≦Ａ≦１／５の範囲であることが好ましい。広すぎる場合は投資コスト増加及び静水塔２０内でのスラリーの滞留が懸念され、また、狭すぎる場合は液面の乱高下の影響を受けやすい、スラリーにより配管が閉塞しやすいことが懸念される。

そして、上記静水塔２０には、上記液相空間の所定の液面上限と同水準の位置に設置され、上昇してきた上記静水塔２０内の液面を検出する少なくとも１つの上限液面センサー２１Ａと、上記液相空間の所定の液面下限と同水準の位置に設置され、下降してきた上記静水塔２０内の液面を検出する少なくとも１つの下限液面センサー２１Ｂが配設されている。

このフラッシュベッセル１０Ｂでは、上記静水塔２０に設けられた上記液面センサー２１Ａ，２１Ｂによる液位測定結果に応じて、上記スラリー排出バルブ１６のバルブ開度を制御することにより、上記フラッシュベッセル１０内の液位が適正なレベルに保たれる。

すなわち、このフラッシュベッセル１０Ｂは、原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧する高圧酸浸出工程におけるフラッシュベッセルであって、次のように運転される。

すなわち、上記フラッシュベッセル１０Ｂにはスラリーが連続的に装入されており、スラリー排出バルブ１６が閉鎖される際に、上記上限液面センサー２１Ａが上昇してきた液面を検知した際に、バルブを開放する信号をスラリー排出バルブ１６に送り、スラリー排出バルブ１６を開放することにより、フラッシュベッセル１０Ｂ内のスラリーを次工程に移送する。次に、フラッシュベッセル１０Ｂ内のスラリーが次工程に排出されることにより、フラッシュベッセル１０Ｂ内のスラリー液位が下降し、上記下限液面センサー２１Ｂが下降してきた液面を検知した際に、排出バルブを閉鎖する信号をスラリー排出バルブ１６に送り、スラリー排出バルブ１６を閉鎖することにより、フラッシュベッセル１０内のスラリー液位は再び上昇を始める。この手順を繰り返すことで、連続的に操業を行なうことができる。

このように運転することにより、フラッシュベッセル１０Ｂ内のスラリー液面位を適切な範囲にさらに安定に制御することができ、スラリー排出管１４側に蒸気が流れ込むという事態の発生しにくくなり、それによって、スラリー排出バルブ１６の損傷という不具合は減少する。

１ 胴部、２ 天井部、３ スラリー装入口、４ スラリー排出口、５ 蒸気排出口、８ スラリー液面、１０，１０Ａ，１０Ｂ フラッシュベッセル、１３ スラリー装入配管、１４ スラリー排出管、１５ 蒸気排出配管、１６ スラリー排出バルブ、２０ 静水塔、２１ 液面センサー、２１Ａ 上限液面センサー、２１Ｂ 下限液面センサー

Claims (4)

1. 原料スラリーをオートクレーブで高温高圧下に浸出し、次いで浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧するフラッシュベッセルを含む高圧酸浸出工程におけるフラッシュベッセルの運転方法であって、
   スラリー排出口から管理液面位置までの高さをＨ１、上記管理液面位置からフラッシュベッセル塔頂までの高さをＨ２、フラッシュベッセルの直径をＤとした時に、
   ０．３５Ｄ≦Ｈ１≦０．４５Ｄ
   ０．７５Ｄ≦Ｈ２≦０．８５Ｄ
   として、上記フラッシュベッセルの直径Ｄと比較して、１／１００×Ｄ≦Ａ≦１／５×Ｄの範囲とした直径Ａを有し、上記フラッシュベッセル内の液相空間に下部が連通され、気相空間に上部が連通された静水塔内のスラリー液面を、上記管理液面位置から０．３Ｄ〜０．４Ｄだけ上方の位置をスラリー上限位置Ｈａとし、また、上記管理液面位置Ｓから０．２Ｄ〜０．３Ｄだけ下方の位置をスラリー下限位置Ｈｂとして、上記静水塔内のスラリー液面を、上記スラリー上限位置Ｈａとスラリー下限位置Ｈｂと同水準の位置に設置された２つの液位センサーによりそれぞれ検出し、
   上記フラッシュベッセルから導出されたスラリー排出管上に設置されたスラリー排出バルブを、上昇してきたスラリー液面を上記スラリー上限位置Ｈａにおいて一方の液面センサーが検知した際に開放し、降下してきたスラリー液面をスラリー下限位置Ｈｂにおいて他方の液面センサーが検知した際に閉鎖するようにしたことを特徴とするフラッシュベッセルの運転方法。
2. 上記原料スラリーはニッケル酸化鉱石スラリーであり、該ニッケル酸化鉱石スラリーを硫酸で浸出した浸出後のスラリーを常温常圧まで降温降圧することを特徴とする請求項１に記載のフラッシュベッセルの運転方法。
3. 上記原料スラリーは、２０〜５０質量％に調製されていることを特徴とする請求項１、または２のいずれか１つに記載のフラッシュベッセルの運転方法。
4. 上記原料スラリーは、２００〜２７０℃のスラリー温度で１．８〜５．８ＭＰａＧのスラリー圧力でフラッシュベッセルに導入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のフラッシュベッセルの運転方法。