JP7205058B2

JP7205058B2 - 地震センサを用いたシックナー底部抜出配管の閉塞防止方法及び閉塞防止システム

Info

Publication number: JP7205058B2
Application number: JP2018011873A
Authority: JP
Inventors: 茂野崎
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: JP2019127312A

Description

本発明は、地震センサを用いたシックナー底部の閉塞防止方法及び閉塞防止システムに関し、特にニッケル及びコバルトを含む混合硫化物スラリーを処理するシックナーにおいて、地震発生時に該混合硫化物スラリーが圧密現象を起こして底部抜出配管で詰まるのを防止することが可能な、地震センサを利用した閉塞防止方法及び閉塞防止システムに関する。

ニッケル製錬の原料には、ニッケル及びコバルトを含む混合硫化物（ＭｉｘｅｄＳｕｌｆｉｄｅ、以下「ＭＳ」とも称する)が用いられている。このＭＳは、低ニッケル品位のニッケル酸化鉱石に対して加圧酸浸出処理（ＨＰＡＬ：ＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅＡｃｉｄＬｅａｃｈｉｎｇ）を施し、得られた浸出液から鉄をはじめとする不純物を除去した後、例えば硫化水素ガスを該浸出液中に吹き込んで硫化反応を生じさせることによって得られるものであり、ＮｉＳ等の硫化物を主成分としている。

上記のＭＳの生産プラントでは、ＭＳの生成用硫化反応器から排出されたＭＳスラリーを沈降槽内で滞留させることによって、沈降したＭＳを回収するＭＳシックナーとも称する凝集剤添加型の固液分離設備が設けられている。このＭＳシックナーで処理されるＭＳスラリーは、水とほぼ同等のおおよそ１.１ｋｇ／Ｌの密度を有しているが、一旦地震が起こると、震度２程度の揺れであっても圧密現象が生じ、上記沈降槽内で水分と固形分との分離がより一層促進される。

その結果、含水率が低下した固形分が沈降槽の底部に沈み込み、集泥用レーキの下部に位置する底部抜出配管内において当該含水率の低い固形分が集中して更に凝集し、やがて固く詰まって配管内を閉塞させることがあった。このように底部の抜出配管が閉塞すると、抜出ポンプによる固形分の抜出しが困難になり、閉塞状態が激しい場合は、運転を停止して底部抜出配管内の詰まりを手作業で除去する等の時間がかかる煩雑な作業が必要となり、場合によってはＭＳ生産プラント全体をシャットダウンせざるを得ない状況に至ることがあった。

上記のシックナーのような、固形分を含んだ液体を処理する槽の底部の抜出配管やその槽側開口部の詰まりを除去するため、例えば特許文献１には、水より比重の大きいタール状の物質を含んだ排水を一時的に貯留する貯留槽において、底部抜出配管内で圧縮空気を噴出させて該貯留槽に向かって空気を逆流させることによって、該抜出配管内で閉塞しているタール状の物質を貯留槽側に押し戻して除去する技術が開示されている。

特開２００３－２４６３９２号公報

しかしながら、ＭＳシックナーのように凝集したＭＳ粒子によって詰まりが生ずる場合は、上記特許文献１の技術のように圧縮空気を噴出させても当該凝縮している粒子間を空気が素通りするだけであって、詰まりを効果的に除去することができないことがあった。また、抜出配管から層内に放出した空気は、当該層内を浮上する際に細かな粒子を伴って上昇するため、当該粒子が上澄み液と共にオーバーフローしてロスするおそれもある。

本発明は、上記したような従来のシックナーが抱える問題点に鑑みてなされたものであり、シックナー内で固液分離されているスラリーが地震に伴う圧密現象により底部の抜出し部分に集中して凝集したり、底部の抜出配管内で詰まりを起こしたりして、抜出ポンプによる抜出しができなくなる問題を防止することが可能な閉塞防止方法及び閉塞防止システムを提供することを目的としている。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、シックナーの近傍に設けた地震センサによって感知した地震の揺れの強さに応じて該シックナーの底部抜出配管に注水することによって、圧密現象に起因する底部抜出配管の閉塞を防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るシックナー底部抜出配管の閉塞防止方法は、スラリーの固液分離を行うシックナーの近傍に地震センサを設置し、前記地震センサが地震発生時に感知した揺れの強さが閾値の３ｇａｌを超えた時に、前記シックナーの底部抜出配管に注水配管を介して５分間以下の注水を行うことを特徴とする。

また、本発明に係るシックナー底部抜出配管の閉塞防止システムは、スラリーの固液分離を行うシックナーの底部抜出配管に設けられた注水手段と、前記シックナーの近傍に設置された地震センサと、前記地震センサで感知した揺れの強さが閾値の３ｇａｌを超えた時に前記注水手段の注水配管を介して５分間以下の注水の開始を制御する制御手段とからなることを特徴とする。

本発明によれば、地震によるシックナー底部の抜出し部における閉塞を抑制することができる。

本発明に係るシックナー底部の閉塞防止システムの実施形態の構成図である。図１の制御手段において実行されるプログラムロジックのフローチャートの一具体例である。

以下、本発明のシックナー底部の閉塞防止システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。先ず本発明の実施形態の閉塞防止システムが好適に適用されるＭＳ生産プラントのＭＳシックナーについて説明する。ＭＳ生産プラントは、下記の湿式製錬法によるＭＳ製造プロセスよってニッケル酸化鉱石からニッケル・コバルト混合硫化物を生産する設備である。

すなわち、湿式製錬法によるＭＳ製造プロセスは、原料としてのニッケル酸化鉱石のスラリーに硫酸を添加して高温高圧下で浸出処理を施す浸出工程と、得られた浸出スラリーのｐＨを所定の範囲内に調整して予備中和を行う予備中和工程と、該予備中和工程でｐＨ調整された浸出スラリーを多段洗浄しながら残渣を分離することで、ニッケル及びコバルトを含む浸出液を得る固液分離工程と、該浸出液のｐＨを調整して不純物を含む中和澱物を分離することで、ニッケル及びコバルトを含む中和終液を得る中和工程と、該中和終液に硫化剤を添加することで生成させた亜鉛硫化物を分離除去してニッケル及びコバルトを含むニッケル回収用母液を得る脱亜鉛工程と、該ニッケル回収用母液に硫化剤を添加することで生成されたニッケル及びコバルトを含む混合硫化物を含むＭＳスラリーを固液分離してＭＳ濃縮スラリーを貧液から分離するニッケル回収工程とから構成され、ＭＳシックナーは、これら一連の工程のうち、ニッケル回収工程の固液分離に用いられている。

図１に示すようにＭＳシックナー（沈澱濃縮装置）１は、中心部がより深くなるように傾斜した底面を有する円形の沈降槽２と、該沈降槽内で沈降した固形分を中心部にかき集めるため該底面に沿って回転するレーキ３とから主に構成されており、上記脱亜鉛工程で得たニッケル回収用母液に硫化剤を添加することで生成されるＭＳスラリーを連続的に沈降槽２に供給することでＭＳ粒子を沈降させる。これにより、ＭＳ粒子が除かれた貧液をオーバーフローさせながらＭＳ分が濃縮されたＭＳ濃縮スラリーを沈降槽２の底部から第１抜出配管４又は第２抜出配管５を介して抜出している。このシックナー１の底部から抜出されたＭＳ濃縮スラリーは、第１抜出ポンプ６又は第２抜出ポンプ７で昇圧された後、次工程に送られる。

このＭＳシックナー１に、上記の第１及び第２抜出配管４、５に設けられた注水手段１０と、ＭＳシックナー１の近傍に設置された地震センサ２０と、該地震センサ２０で感知した揺れの強さが所定の閾値を超えた時に該注水手段１０による注水の開始を制御する制御手段３０とからなる本発明の実施形態に係る閉塞防止システムが設けられている。

具体的に説明すると、注水手段１０は、例えば常時一定流量の水が循環するように構成された、循環タンク１１ａと、循環ポンプ１１ｂと、これらを接続する循環配管系１１ｃとからなる加圧水供給源１１から分岐して前述した第１抜出配管４及び第２抜出配管５にそれぞれ接続する第１注水配管１２及び第２注水配管１３と、これら第１注水配管１２及び第２注水配管１３にそれぞれ設けられている第１注水弁１４及び第２注水弁１５とから構成される。

地震センサ２０の測定方式については特に限定はないが、例えば地震時の揺れによって生じた振り子の零位置からの変位を変位検出器で検出し、この検出した変位に応じた電気信号をサーボ増幅器から駆動回路に加えることにより振り子を零位置に戻すことで加速度を計測する方式のサーボ型加速度センサが好ましい。この地震センサ２０をＭＳシックナー１の近傍に設置することで、常時ＭＳシックナー１の設置場所の揺れの強さの指標となる加速度を正確に測定することができる。地震センサ２０は測定した加速度値に比例するアナログ電流信号４－２０ｍＡを制御手段３０に出力するようになっている。この地震センサ２０では、例えば上記電流信号４－２０ｍＡに対応する加速度レンジが０－５００ｇａｌに設定されている。

制御手段３０は、上記地震センサ２０で感知した揺れの強さが所定の閾値を超えた時に上記注水手段１０による注水を開始するのを制御するものであり、これは例えば分散型制御システムＤＣＳにより実現することができる。具体的には、制御手段３０を構成するＤＣＳは、上記の地震センサ２０から入力された電流信号３１に対応する加速度値と、予め設定しておいた地震の加速度の閾値ＨＨとを比較し、該電流信号３１に対応する加速度値が閾値ＨＨ以上であれば、通常は閉状態にある第１注水弁１４及び第２注水弁１５のうちいずれか一方を所定の時間だけ開状態にさせるべくそのアクチュエータに弁開閉のデジタル信号３２を出力する。

かかる構成により、ＭＳ生産プラントで地震が発生した場合、上記の地震センサ２０で感知した地震の加速度に比例する電流信号３１が制御手段３０に出力され、該制御手段３０において該電流信号３１から地震の加速度値に換算され、この地震の加速度値が該制御手段３０において予め設定されている加速度の閾値ＨＨと比較され、該地震の加速度値が閾値ＨＨ以上であれば、該制御手段３０からのデジタル信号３２が注水手段１０の第１注水弁１４又は第２注水弁１５のアクチュエータに出力され、当該弁を所定の時間だけ開状態にする。上記の開状態にする所定の時間は５分以下であるのが好ましい。この時間が５分を超えると、注水量が多くなりすぎてＭＳ濃縮スラリーのスラリー濃度が過度に薄まり、その固液分離の負荷が高くなりすぎるおそれがある。なお、この弁の開状態時間は、上記制御手段３０で好ましくは分単位で設定できるのが好ましい。

上記の開状態により、地震の発生時とほぼ同時に加圧水供給源１１の水がＭＳシックナー底部の第１抜出配管４又は第２抜出配管５に注水されるので、ＭＳスラリーに含まれる固形分が凝集してシックナー１の底部に沈降することで生成されるＭＳ濃縮スラリーが地震の揺れに起因する圧密現象により当該第１又は第２抜出配管４、５を閉塞させるのを防ぐことができる。上記の注水によりスラリー濃度が低下することで圧密化を免れたＭＳ濃縮スラリーは、そのまま次工程に向けて第１抜出ポンプ６又は第２抜出ポンプ７により昇圧されて移送される。なお、地震の揺れの加速度値と震度とは、下記表１のような対応関係になっており、閾値ＨＨは３ｇａｌとするのが好ましい。

ところで、第１及び第２抜出ポンプ６、７は同時に稼働しておらず、お互いを補完するように、一方が運転中はもう一方がスタンバイしている。また、これら第１及び第２抜出ポンプ６、７は、運転とスタンバイの関係が定期的に切り替わるように運用されている。そのため、上記の制御手段３０では、下記表２に示されるような第１注水弁１４の開閉を制御するパターン１、及び表３に示されるような第２注水弁１５の開閉を制御するパターン２のロジックに従って作動するプログラムシーケンスが構築されているのが好ましい。

これにより、例えばパターン１のロジックでは、第１抜出ポンプ６が運転中の場合であって且つ第１注水弁１４の操作モードにおいて自動が選択されている場合、加速度値が閾値ＨＨ以上の地震が発生したとき、第１注水弁１４が開状態となると同時にタイマーのカウントが開始する。このタイマーにおいて予め設定されていた時間が経過すると、第１注水弁１４は閉状態に戻るが、その際、地震の揺れが依然として閾値ＨＨを超えている場合は、再度タイマーのカウントが開始して第１注水弁１４の開状態を継続するのが好ましい。このアルゴリズムは例えば図２のフローチャートで実現することができる。

このように、本発明の実施形態のシックナー底部の閉塞防止方法を採用することにより、市販の地震センサで感知した地震の揺れの強さに応じてシックナー底部の抜出配管に注水することができ、これにより特別なシステムを構築することなく当該シックナー底部の詰まりによる閉塞を防止することができる。

以上、本発明のシックナー底部の詰まり防止方法について実施形態に基づいて説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施することができる。例えば、地震発生時に第１又は第２注水弁を開状態にすることで、第１又は第２抜出配管において、注水した水が抜出し方向のみならず逆流方向にも流れるようにしてもよい。これは例えば循環ポンプの吐出圧やポンプ能力を調整することで可能になる。また、運転中の抜出ポンプ側の抜出配管のみならず、停止している抜出ポンプ側の抜出配管に注水してもよい。次に、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１に示すように、ＭＳ濃縮スラリーの第１及び第２抜出配管４、５に注水手段１０を備えたＭＳシックナー１の近傍にＡｚｂｉｌ製の地震センサ２０（型番:ＳＥＳ６０）を設置した。この地震センサ２０は、強震発生時に正確に揺れの測定が行えるように、日本国気象庁の設計指針である「正確な震度観測を行うために－震度計の設置方法・設置場所について－」に従って、凸型の鉄筋コンクリート製の基礎作りを行った。

具体的には、上段側が一辺５０ｃｍ、高さ５０ｃｍ、下段側が一辺１ｍ、高さ６０ｃｍからなる凸型の基礎を鉄筋コンクリートで作製した。この基礎には上面に１ｍｍ程度以上の段差や０.２ｍｍ以上のひびがないことを確認した後、全体の高さ１１０ｃｍの２／３以上が地面の下に埋設されるように、アスファルトやコンクリートが敷かれていないＭＳシックナー１の近傍の地盤に基礎を設置した。そして、この基礎の上面に上記地震センサ２０をアンカーボルトで固定した。

そして、この地震センサ２０からの電流信号３１を表２、３及び図２に示すロジックが構築された制御手段３０としてのＤＣＳに入力して演算が行われるようにし、その結果出力されるデジタル信号３２が上記注水手段１０の第１注水弁１４又は第２注水弁１５に入力されるようにした。なお、上記ＤＣＳでは注水手段１０が作動する加速度値の閾値ＨＨを３ｇａｌに設定した。このＭＳシックナー１に供給されるＭＳスラリーは、ニッケル及びコバルトを含む混合硫化物製造プラントの脱亜鉛工程で生成したニッケル回収用母液に硫化剤を添加することで得たスラリーを使用しており、そのスラリー密度は１.１ｇ／ｍＬであった。

ポンプ能力７６ｍ^３／ｈｒの第１抜出ポンプ６の稼働時に、震度３（加速度１７ｇａｌ）の地震が２０秒間継続した。この地震発生により、地震センサ２０から制御手段３０であるＤＣＳに電流信号として４.５４ｍＡが出力され、ＤＣＳの上記ロジックに沿った演算が行われ、稼動中の第１抜出ポンプ６側の第１注水弁１４に開信号のデジタル信号３２が出力され、循環ポンプ１１ｂ（ポンプ能力４９８ｍ^３／ｈｒ（ノーマル時))から第１注水配管１２を経てシックナー底部の第１抜出配管４に５分間水が供給された。その結果、ＭＳシックナー１内のＭＳ濃縮スラリーにおいて圧密化現象が発生せず、シックナー底部の抜出配管での詰まり等のトラブルは特に発生しなかった。

＜比較例１＞
ＭＳシックナー１の底部の抜出配管に注水することができない状態のままにしたこと以外は上記実施例１と同様にして第１抜出ポンプ６を稼働している時に、震度３の地震が２０秒間継続した。この地震発生により、ＭＳシックナー１内のＭＳ濃縮スラリーにおいて圧密現象が発生し、底部の抜出配管での閉塞により、第１抜出ポンプ６で該ＭＳ濃縮スラリーを抜出すことができなかった。

１ＭＳシックナー
２沈降槽
３レーキ
４第１抜出配管
５第２抜出配管
６第１抜出ポンプ
７第２抜出ポンプ
１０注水手段
１１加圧水供給源
１１ａ循環タンク
１１ｂ循環ポンプ
１１ｃ循環配管系
１２第１注水配管
１３第２注水配管
１４第１注水弁
１５第２注水弁
２０地震センサ
３０制御手段（ＤＣＳ）
３１地震センサからの電流信号（４－２０ｍＡ）
３２弁開閉用のデジタル信号

Claims

スラリーの固液分離を行うシックナーの近傍に地震センサを設置し、前記地震センサが地震発生時に感知した揺れの強さが閾値の３ｇａｌを超えた時に、前記シックナーの底部抜出配管に注水配管を介して５分間以下の注水を行うことを特徴とするシックナー底部抜出配管の閉塞防止方法。
前記スラリーが、ニッケル及びコバルトを含む混合硫化物製造プラントで作製した混合硫化物スラリーであることを特徴とする、請求項１記載のシックナー底部抜出配管の閉塞防止方法。
スラリーの固液分離を行うシックナーの底部抜出配管に設けられた注水手段と、前記シックナーの近傍に設置された地震センサと、前記地震センサで感知した揺れの強さが閾値の３ｇａｌを超えた時に前記注水手段の注水配管を介して５分間以下の注水の開始を制御する制御手段とからなることを特徴とするシックナー底部抜出配管の閉塞防止システム。