JP7226181B2 - 硫化水素ガスの除害設備 - Google Patents
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Description
本発明は、硫化水素ガスの除害設備に関する。
従来、ニッケル製錬においては、硫化ニッケル鉱を乾式製錬することにより、ニッケル品位が30重量%程度のマットを得て、その後、塩素浸出、電解採取法により電気ニッケルを製造する方法が採用されている。
近年、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法として、硫酸を用いた高圧酸浸出(HPAL:High Pressure Acid Leach)法が注目されている。HPAL法は、従来の一般的なニッケル酸化鉱石の製錬方法である乾式製錬法とは異なり、還元及び乾燥工程等の乾式処理工程を含まず、一貫した湿式処理工程によって有価金属を抽出する。このため、乾式製錬方法に比べて、エネルギー的及びコスト的に有利となる。
また、HPAL法は、ニッケル品位を50重量%程度まで向上させたニッケル硫化物が得られるという利点を有する。なお、「ニッケル硫化物」は、ニッケルを含む硫化物を意味する。具体的に、HPAL法を用いて原料のニッケル酸化鉱石からニッケル硫化物を得る湿式製錬プロセスにおいては、例えば、原料鉱石の粒度を調整してスラリー化する前処理工程と、鉱石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、浸出スラリーから浸出液と浸出残渣とを分離する固液分離工程と、浸出液に中和処理を施して不純物を除去する中和工程と、浸出液中の亜鉛を除去する脱亜鉛工程と、脱亜鉛処理後の浸出液に硫化剤を添加してニッケル硫化物を生成する硫化工程と、硫化後液を無害化する無害化工程と、が含まれる(例えば、特許文献1参照)。
上述した湿式製錬プロセスにおける脱亜鉛工程では、中和後液に硫化剤を添加して亜鉛硫化物を生成した後、その亜鉛硫化物を含むスラリーを固液分離して亜鉛硫化物と脱亜鉛後液とを得ている。そのため、脱亜鉛工程での処理においては、反応容器やその反応容器に繋がる配管、弁等を含む硫化物の製造設備が用いられている。
また、硫化工程においても、ニッケルを含む硫酸酸性溶液を反応容器に供給するとともに、反応容器内の硫酸酸性溶液に硫化水素ガスを吹き込むことにより、ニッケル硫化物と貧液とを生成する硫化反応を行う。そのため、硫化工程での処理においても、反応容器やその反応容器に繋がる配管、弁等を含む硫化物の製造設備が用いられている。
上述した硫化物の製造設備では、例えば硫化水素ガス等、そのまま外部に排出すると環境に悪影響を与えるおそれのある流体を取り扱うため、外部への流体漏れ(ガス漏れ等)をより高い確度で抑制する技術が求められる。
ここで、硫化物の製造設備での硫化反応に寄与しなかった余剰の硫化水素ガスについては、回収して除害設備に供し、アルカリ溶液によって除害するようにしている(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、その除害設備から外部へのガス漏れをより高い確度で抑制する技術は提案されておらず、改善の余地がある。
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、硫化水素ガスを除害する除害設備において、その設備から外部へのガス漏れをより高い確度で抑制することができる技術を提供することを目的とする。
(1)本発明の第1の発明は、硫化反応を生じさせる反応設備から回収した硫化水素ガスを除害する設備であって、前記硫化水素ガスを除害する除害塔と、前記反応設備と前記除害塔とを接続して、該反応設備からの硫化水素ガスを除害塔に導入する導入配管と、前記除害塔で無害化したガスを排出する排気配管と、を備え、前記導入配管には、複数の圧力伝送器が設けられ、前記排気配管は、複数の配管により構成され、それぞれの排気配管には口径の異なる排気弁が設けられており、前記複数の圧力伝送器が測定する前記除害塔の入口圧力に基づき、前記排気配管に設けられた口径の異なる複数の排気弁の制御によって、該除害塔の内部の圧力を所定の範囲に維持する、硫化水素ガスの除害設備である。
(2)本発明の第2の発明は、第1の発明において、前記除害塔には、窒素ガスを導入する窒素ガス導入配管が接続されており、前記窒素ガス導入配管には、加圧弁が設けられており、前記複数の圧力伝送器が測定する前記除害塔の入口圧力に基づいて、前記複数の排気弁と前記加圧弁との制御によって、該除害塔の内部の圧力を所定の範囲に維持する、硫化水素ガスの除害設備である。
(3)本発明の第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記圧力伝送器は、3台以上設けられている、硫化水素ガスの除害設備である。
(4)本発明の第4の発明は、第3の発明において、3台以上設けられている前記圧力伝送器のうちの少なくとも2台の圧力測定値が同じであるとき、その圧力伝送器にて測定された圧力値を前記除害塔の入口圧力とする、硫化水素ガスの除害設備である。
(5)本発明の第5の発明は、第1乃至第4のいずれかの発明において、前記排気配管は、3本以上の配管により構成され、それぞれの排気配管には口径の異なる排気弁が設けられている、硫化水素ガスの除害設備である。
(6)本発明の第6の発明は、第1乃至第5のいずれかの発明において、前記排気弁は、バタフライ弁である、硫化水素ガスの除害設備である。
(7)本発明の第7の発明は、第6の発明において、前記バタフライ弁を駆動する空気式アクチュエータを有する、硫化水素ガスの除害設備である。
(8)本発明の第8の発明は、第1乃至第7のいずれかの発明において、前記反応設備は、少なくともニッケルを含む硫酸酸性溶液に硫化水素ガスを吹き込むことによって硫化物を生成させる設備である、硫化水素ガスの除害設備である。
本発明によれば、硫化水素ガスを除害する除害設備において、その設備から外部へのガス漏れをより高い確度で抑制することができる。
以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。なお、本明細書にて、「X~Y」(X、Yは任意の数値)との表記は、「X以上Y以下」の意味である。
≪1.硫化水素ガスの除害設備≫
本発明に係る硫化水素ガスの除害設備は、硫化反応を生じさせる反応設備から回収した硫化水素ガスを除害する設備である。例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおける脱亜鉛工程や硫化工程での処理が行われる硫化反応設備と接続され、硫化反応に寄与しなかった余剰の硫化水素ガスを回収して除害する設備である。
本発明に係る硫化水素ガスの除害設備は、硫化反応を生じさせる反応設備から回収した硫化水素ガスを除害する設備である。例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおける脱亜鉛工程や硫化工程での処理が行われる硫化反応設備と接続され、硫化反応に寄与しなかった余剰の硫化水素ガスを回収して除害する設備である。
[除害設備の構成について]
図1は、硫化水素ガスの除害設備の構成の一例を示す図である。除害設備1には、硫化水素ガスを用いて硫化反応を生じさせる反応設備2が接続されている。例えば、その反応設備2は、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおける脱亜鉛工程や硫化工程での処理が行われる硫化反応設備である。
図1は、硫化水素ガスの除害設備の構成の一例を示す図である。除害設備1には、硫化水素ガスを用いて硫化反応を生じさせる反応設備2が接続されている。例えば、その反応設備2は、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおける脱亜鉛工程や硫化工程での処理が行われる硫化反応設備である。
具体的に、除害設備1は、硫化水素ガスを除害する除害塔10と、硫化水素ガスを除害塔10に導入する導入配管20と、除害塔10にて除害されたガスを排出する排気配管30と、を備えている。
(除害塔)
除害塔10は、硫化水素ガスを除害して無害化する装置である。除害塔10では、内部に導入された硫化水素ガスを、水酸化ナトリウム溶液と反応させて水硫化ナトリウム溶液を生成させることによって除害する。
除害塔10は、硫化水素ガスを除害して無害化する装置である。除害塔10では、内部に導入された硫化水素ガスを、水酸化ナトリウム溶液と反応させて水硫化ナトリウム溶液を生成させることによって除害する。
除害塔10には、水酸化ナトリウム溶液を供給する供給タンク11が接続されている。除害塔10では、反応設備2から回収して導入した硫化水素ガスを、供給タンク11から供給された水酸化ナトリウム溶液と接触させることにより、硫化水素ガスを水硫化ナトリウム溶液とする除害反応を生じさせる。
また、除害塔10には、例えばその頂部に、除害反応により生じたガス(無害化したガス)を排出する除害後ガス排出口12が設けられている。除害後ガス排出口12には、後述する排気配管30が接続されており、その排気配管30を介して除害反応により生じた無害化したガスを大気中に放出する。
なお、図示しないが、除害塔10には、除害反応により生じた水硫化ナトリウム溶液を、反応設備2に戻す配管を接続させることができ、生成した水硫化ナトリウム溶液を反応設備2において硫化剤として再利用可能にすることができる。
(導入配管)
導入配管20は、反応設備2と除害塔10とを接続して、その反応設備2からの硫化水素ガスを除害塔10に導入する配管である。
導入配管20は、反応設備2と除害塔10とを接続して、その反応設備2からの硫化水素ガスを除害塔10に導入する配管である。
導入配管20には、複数の圧力伝送器21が設けられている。図1では、除害設備1において3台の圧力伝送器21a,21b,21cが設けられている例を示している。
圧力伝送器21(21a,21b,21c)は、導入配管20の内部圧力を測定し、測定された圧力を電流信号に変換して伝送する機器である。圧力伝送器21は、後述する排気配管30に設けられている排気弁31の開閉を制御する圧力制御部32と電気的に接続されており、測定圧力に関する電流信号を圧力制御部32に送信する。ここで、圧力伝送器21は、反応設備2と除害塔10とを接続する導入配管20に設けられるものであることから、除害塔10の入口圧力を測定するものである。
図1に示すように、3台の圧力伝送器21a,21b,21cは、当該導入配管20において上流から下流にかけて連続的に設けられており、それぞれが独立して導入配管20の内部圧力(除害塔10の入口圧力)を測定して圧力制御部32に電流信号を送ることが可能となっている。
また、圧力伝送器21と圧力制御部32とを電気的に接続するケーブルには、圧力伝送器選択スイッチ22が設けられている。圧力伝送器選択スイッチ22は、3台の圧力伝送器21a,21b,21cのうちのいずれか1つ、あるいは2つを選択するスイッチ機構であり、選択した圧力伝送器21からの圧力に関する電流信号を圧力制御部32に送る。
圧力制御部32は、複数の排気配管30にそれぞれ設けられた排気弁31に対応するように複数設けられている(図1では圧力制御部32a,32b,32c)。圧力制御部32はそれぞれ、対応する排気弁31の開閉制御を行うことによって圧力の制御を行う。具体的には、例えば圧力制御部32aは、対応する排気弁31aを「開放」するように制御することで、除害塔10から無害化されたガスが排気配管30Aを介して排出され、これにより除害塔10の内部圧力を下げることができる。
圧力伝送器21の設置数は、図1に例示する3台とすることに限られない。例えば、2台としてもよいし、4台以上としてもよい。このように、圧力伝送器21を複数設けることにより、測定する圧力(除害塔10の入口圧力)の信頼性を高めることができ、より的確に測定された圧力に基づいて、除害塔10の内部圧力を所定の範囲に維持するための制御を、効果的にかつ効率的に行うことができる。詳しくは後述する。
また、導入配管20には、図1に示すように、圧力ゲージ23を設けるようにしてもよい。圧力ゲージ23は、圧力伝送器21とは別に、導入配管20の内部圧力を測定するものである。詳しくは後述するが、このように圧力ゲージ23を設け、定期的に、圧力伝送器21にて測定される圧力と比較することで、圧力伝送器21の故障や校正の必要性の判断を行うことが可能となり、圧力伝送器21の信頼性を確保することができる。
(排気配管)
排気配管30は、除害塔10における除害反応により無害化したガスを排出する配管である。排気配管30は、複数の配管により構成されている。図1では、除害設備1において3本の排気配管30A,30B,30Cが設けられている例を示している。
排気配管30は、除害塔10における除害反応により無害化したガスを排出する配管である。排気配管30は、複数の配管により構成されている。図1では、除害設備1において3本の排気配管30A,30B,30Cが設けられている例を示している。
排気配管30には、その配管を介したガスの排出を制御する排気弁31が設けられている。排気弁31(31a,31b,31c)は、3本の排気配管30A,30B,30Cのそれぞれに設けられている。
ここで、3つの排気弁31a,31b,31cは、それぞれ口径が異なるものである。このように、3本の排気配管30A,30B,30Cのそれぞれに、互いに口径の異なる排気弁31(31a,31b,31c)を一つずつ設けることで、除害塔10にて生じた無害化されたガスの排出を適切に制御することができる。例えば、排出するガス量が少ない場合には、小口径の排気弁31を備えた排気配管30のみによりガスを排出すればよく、その後、排出するガス量の増加に伴って、順に口径が大きい排気弁31を備えた排気配管30からの排出に切り替える等の制御を行うことができる。なお、上述したように、排気弁31の開閉は、その制御する排気弁31に対応するように設けられた圧力制御部32(32a,32b,32c)による制御で行われる。
3つの排気弁31(31a,31b,31c)の口径サイズは、例えば、3インチ、8インチ、16インチとすることができる。
また、排気弁31としては、特に限定されないが、複数台設置したときに省スペース化できるという観点から、バタフライ弁を使用することが好ましい。バタフライ弁は、バタフライ弁を駆動するアクチュエータを有し、そのアクチュエータは空気式アクチュエータであることが好ましい。空気式アクチュエータでは、駆動源のエアーが喪失したときでも、開側あるいは閉側へ動作させることが容易である。
排気配管30の数は、図1に例示する3本とすることに限られない。例えば、4本以上とすることもできる。このように、複数本、特に好ましくは3本以上の排気配管30を設けることで、口径の異なる排気弁31による、ガスの流量に基づく排出制御を適切に行うことができる。
排気配管30は、例えばフィルター装置等の装置(大気放出前装置)40と接続されており、無害化されたガスをその装置40へと排出する。なお、装置40では、排気配管30を介して導入されたガスを、大気中にガスを放出する前にフィルター等に通過させ、その後、より安全な形態で大気に放出する。
(窒素ガス導入配管)
除害設備1においては、除害塔10に対して窒素(N2)ガスを導入する窒素ガス導入配管50を設けるようにしてもよい。なお、窒素ガス導入配管50は、窒素ガスを供給する窒素ガスタンク(図示しない)と除害塔10とを接続する配管であり、窒素ガスタンクから所定量の窒素ガスを除害塔10に供給することができる。
除害設備1においては、除害塔10に対して窒素(N2)ガスを導入する窒素ガス導入配管50を設けるようにしてもよい。なお、窒素ガス導入配管50は、窒素ガスを供給する窒素ガスタンク(図示しない)と除害塔10とを接続する配管であり、窒素ガスタンクから所定量の窒素ガスを除害塔10に供給することができる。
このとき、窒素ガス導入配管50には、加圧弁51を設けることが好ましい。加圧弁51は、窒素ガス導入配管50を介した除害塔10への窒素ガスの供給を制御する弁であり、開状態とすることによって窒素ガスが除害塔10に供給されるようになり、除害塔10の内部圧力を高めることができる。
なお、加圧弁51は、上述した排気配管30に設けられる所定の排気弁31の開閉を制御する圧力制御部32と電気的に接続されている。したがって、圧力制御部32によって加圧弁51の開閉を制御することができ、除害塔10の内部圧力を「高める」ように制御することができる。
[除害設備の圧力制御について]
例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおける脱亜鉛工程や硫化工程での処理に用いられる硫化物の製造設備(反応設備)は、密閉状態で硫化水素ガスを使用し、運転時には反応ガスや反応液が外部に漏れない構造になっている。ところが、本発明者による検討の結果、反応設備においては、運転状態(条件や反応状況等)に応じて圧力が変わるため、環境に悪影響を与えるおそれのある流体(ガス)が、その反応設備の予期せぬ不具合(例えば、配管閉塞や負荷変動)に起因して、接続された硫化水素ガスの除害設備へダメージを与える可能性があることを発見した。また、その除害設備において硫化水素ガスを有効に無害化できない可能性があることを発見した。
例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおける脱亜鉛工程や硫化工程での処理に用いられる硫化物の製造設備(反応設備)は、密閉状態で硫化水素ガスを使用し、運転時には反応ガスや反応液が外部に漏れない構造になっている。ところが、本発明者による検討の結果、反応設備においては、運転状態(条件や反応状況等)に応じて圧力が変わるため、環境に悪影響を与えるおそれのある流体(ガス)が、その反応設備の予期せぬ不具合(例えば、配管閉塞や負荷変動)に起因して、接続された硫化水素ガスの除害設備へダメージを与える可能性があることを発見した。また、その除害設備において硫化水素ガスを有効に無害化できない可能性があることを発見した。
通常、反応設備からの硫化水素ガスの回収においては、導入するガスの圧力を一定圧にした状態で除害塔に吸引し、その後、除害塔にて無害化して大気中に放出する。ところが、反応設備の内部の圧力が変動してその圧力変動が除害塔に伝わった場合には、除害塔に規定圧以上の圧力が加わることによって、硫化水素ガスが無害化されずに放出されてしまう。このとき、圧力が確実に検知され、また確実に除害塔の内部の圧力がほぼ一定の所定の圧力に維持されれば、硫化水素ガスの無害化が適切に行われ、無害化したガスを外部に放出することができ、特に問題は生じない。
しかしながら、除害設備の健全性が保たれていない場合には、除害塔の圧力を一定に維持するために弁の開閉操作を行っても、実際には圧力が規定値以内に収まらなくなることがある。例えば、除害塔の内部の圧力が的確に測定されていないような場合、除害塔の内部圧力は高いにもかかわらず、圧力測定の計器が低い値を示してしまうと、除害塔では耐圧以上の圧力がかかってしまうことになる。そして、これにより除害塔に亀裂が入ると、無害化されていない硫化水素ガスが外部に漏れる可能性がある。
そこで、本発明に係る硫化水素ガスの除害設備1では、上述した構成を備えるようにし、導入配管20に設けられる圧力伝送器21による除害塔10の入口圧力に基づき、排気配管30に設けられる排気弁31の制御を行うことで、除害塔10の内部圧力を所定の範囲に維持する。これにより、例えば反応設備2の状態により硫化水素ガスの圧力変動が生じても、除害塔10から硫化水素ガスが漏洩する等の不具合を効果的に防ぐことができる。
(圧力伝送器による除害塔の入口圧力の測定)
具体的には、硫化水素ガスの除害設備1では、反応設備2と接続され硫化水素ガスを除害塔10に導入する導入配管20に設けられた圧力伝送器21により、除害塔10の入口圧力を測定する。
具体的には、硫化水素ガスの除害設備1では、反応設備2と接続され硫化水素ガスを除害塔10に導入する導入配管20に設けられた圧力伝送器21により、除害塔10の入口圧力を測定する。
上述したように、圧力伝送器21は複数設けられている。例えば、図1に示すように3台の圧力伝送器21a,21b、21cにより、設置された箇所の導入配管20の内部圧力を測定する。このとき、例えば、3台設置された圧力伝送器21a,21b、21cのうちの少なくとも1台の圧力伝送器21(例えば21a)による圧力測定値が、同様に導入配管20に設けられた圧力ゲージ23の圧力値と同じであれば、その圧力伝送器21aの測定値を真の圧力値(除害塔10の真の入口圧力)として採用して、電流信号を圧力制御部32に送信する。あるいは、3台の圧力伝送器21a,21b、21cのうちの2台の圧力伝送器21(例えば21a,21b)で同じ圧力値が測定されれば、残りの1台の圧力伝送器21(例えば21c)による圧力値は信頼性が低い値であると判断し、2台の圧力伝送器21a,21bのいずれか一方の測定値を真の圧力値(除害塔10の真の入口圧力)として採用して、電流信号を圧力制御部32に送信する。
このように、複数台、特に3台以上の圧力伝送器21を設けることにより、除害塔10の入口圧力を適切に測定し、把握することができ、後述する排気弁31や加圧弁51による制御を適切に行うことができる。これにより、除害塔10の内部圧力を所定の範囲に維持することができ、硫化水素ガスの漏洩等の不具合の発生を効果的に防ぐことができる。
ここで、圧力伝送器21a,21b、21cの選択制御は、圧力伝送器選択スイッチ22により行うことができる。具体的に、この選択制御は、例えばDCS(分散型制御システム)を用いて実施することができ、オペレーション用のグラフィック画面に基づくオペレータの判断により、圧力伝送器選択スイッチ22を操作することで圧力伝送器21(例えば21a)を選択することができる。
なお、例えば3台の圧力伝送器21a,21b、21cのうちの2台の圧力伝送器21(例えば21b,21c)で同一の異常な圧力値が測定されたような場合には、そのことをもって異常であると判断し、警報を出力したり、設備異常と認定して自動で設備を停止することもできる。
(圧力制御部による排気弁の制御)
次に、硫化水素ガスの除害設備1では、ある特定の圧力伝送器21(例えば21a)からの圧力(除害塔10の入口圧力)に関する電流信号を圧力制御部32が受信すると、その圧力制御部32(例えば32a)によって排気弁31(例えば31a)の開閉制御(0~100%開度)が行われる。
次に、硫化水素ガスの除害設備1では、ある特定の圧力伝送器21(例えば21a)からの圧力(除害塔10の入口圧力)に関する電流信号を圧力制御部32が受信すると、その圧力制御部32(例えば32a)によって排気弁31(例えば31a)の開閉制御(0~100%開度)が行われる。
圧力制御部32は、3本の排気配管30A,30B、30Cにそれぞれ設けられた排気弁31a,31b、31cに対応するように3つ設けられており(圧力制御部32a,32b,32c)、圧力制御部32a,32b,32cがそれぞれ、対応する排気弁31a,31b、31cの開閉制御を行うことによって、圧力の制御を行う。ここで、排気弁31a,31b、31cは、それぞれ口径が異なることから、圧力制御部32による排気弁31の開閉による圧力制御には違いが生じることになる。したがって、圧力制御部32は、圧力伝送器21から送られた圧力(除害塔10の入口圧力)に関する電流信号に基づいて、適切な排気弁31を選択して、開閉の制御を行うことが重要となる。
例えば、排気弁31a,31b,31cの口径が、それぞれ、3インチ、8インチ、16インチであるとする。このとき、圧力伝送器21から送られてきた除害塔10の入口圧力の値が比較的低い、すなわちガス量が比較的少ない場合には、圧力制御部32のうち、口径の最も小さい排気弁31aを制御するように設けられた圧力制御部32aを動作させ、その圧力制御部32aにより排気弁31aを開放させて、排気配管30Aから無害化されたガスの排出を促進させる。これにより、除害塔10の内部圧力を所定の範囲に維持する。
このようにして、除害塔10の内部圧力を所定の圧力(例えば0.45~0.55kPa)とすることを制御目標とし、圧力伝送器21から送られてきた除害塔10の入口圧力の値から、排気配管30に設けられる排気弁31の制御を行うことで、無害化されたガスの排出を適切に制御して、除害塔10の内部圧力を所定の範囲に維持している。
(圧力制御部による加圧弁の制御)
また、除害塔10の内部圧力を所定の圧力(例えば0.45~0.55kPa)とすることを制御目標としたときに、圧力伝送器21から送られてきた除害塔10の入口圧力の値が低すぎることがある。このような場合、圧力伝送器21からの圧力に関する電流信号を受信した圧力制御部32は、電気的に接続された加圧弁51の開閉制御(ON/OFF制御)を行うようにすることができる。
また、除害塔10の内部圧力を所定の圧力(例えば0.45~0.55kPa)とすることを制御目標としたときに、圧力伝送器21から送られてきた除害塔10の入口圧力の値が低すぎることがある。このような場合、圧力伝送器21からの圧力に関する電流信号を受信した圧力制御部32は、電気的に接続された加圧弁51の開閉制御(ON/OFF制御)を行うようにすることができる。
加圧弁51は、除害塔10に対して窒素(N2)ガスを導入する窒素ガス導入配管50に設けられ、その窒素ガス導入配管50を介した窒素ガスの導入を制御するものである。したがって、圧力制御部32は、圧力伝送器21から受信した圧力に関する電流信号に基づいて、加圧弁51の開閉を制御し、除害塔10の内部圧力を「高める」ように制御することもできる。
このように、圧力伝送器21からの除害塔10の入口圧力の情報に基づいて、複数の排気弁31と加圧弁51とを制御することにより、除害塔10の内部の圧力をより効果的に所定の範囲に維持することができる。
なお、上述したように排気配管30A,30B,30Cにそれぞれ設けられた排気弁31a,31b,31cは、互いに口径が異なるものであるが、それら排気弁31の開度によっては、除害塔10に送られるガスの圧力やファンの回転数等にも起因して、その除害塔10の内部の圧力が負圧にしてしまうこともある。このようなときでも、加圧弁51による制御も併せて行うことで、負圧にならないように所定の範囲に適切に制御でき、好ましい。
≪3.ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスについて≫
上述した構成を有する除害設備は、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおける脱亜鉛工程や硫化工程での処理に使用される反応設備(硫化物の製造設備)から、未反応の硫化水素ガスを回収して除害する設備に好適に用いることができる。以下に、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスについて簡単に説明する。
上述した構成を有する除害設備は、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおける脱亜鉛工程や硫化工程での処理に使用される反応設備(硫化物の製造設備)から、未反応の硫化水素ガスを回収して除害する設備に好適に用いることができる。以下に、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスについて簡単に説明する。
図2は、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスの流れの一例を示した工程図である。この湿式製錬プロセスは、原料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S1と、浸出スラリーから残渣を分離してニッケルを含む浸出液を得る固液分離工程S2と、浸出液のpHを調整して浸出液中の不純物元素を中和澱物として分離し中和後液を得る中和工程S3と、中和後液に含まれる亜鉛を亜鉛硫化物として分離除去する脱亜鉛工程S4と、脱亜鉛処理後の溶液からニッケル硫化物を生成させる硫化工程(ニッケル回収工程)S5と、を有する。
(1)浸出工程
浸出工程S1では、オートクレーブ等の高温加圧反応槽を用い、ニッケル酸化鉱石のスラリー(鉱石スラリー)に硫酸を添加して、温度230℃~270℃程度、圧力3~5MPa程度の条件下で撹拌し、浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを生成させる。
浸出工程S1では、オートクレーブ等の高温加圧反応槽を用い、ニッケル酸化鉱石のスラリー(鉱石スラリー)に硫酸を添加して、温度230℃~270℃程度、圧力3~5MPa程度の条件下で撹拌し、浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを生成させる。
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が挙げられる。ラテライト鉱のニッケル含有量は、通常、0.8重量%~2.5重量%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、10重量%~50重量%であり、主として3価の水酸化物(ゲーサイト)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。また、浸出工程S1では、このようなラテライト鉱のほかに、ニッケル、コバルト、マンガン、銅等の有価金属を含有する酸化鉱石、例えば深海底に賦存するマンガン瘤等を用いることができる。
浸出処理では、ニッケル、コバルト等の硫酸塩としての浸出と、浸出された硫酸鉄のヘマタイトとしての固定化が行われる。ただし、鉄イオンの固定化は完全には進行しないため、通常、得られる浸出スラリーの液部分には、ニッケル、コバルト等のほかに2価と3価の鉄イオンが含まれる。なお、浸出工程S1では、次工程の固液分離工程S2で生成されるヘマタイトを含む浸出残渣の濾過性の観点から、得られる浸出液のpHが0.1~1.0にとなるように調整することが好ましい。なお、鉱石スラリーを装入したオートクレーブへの硫酸の添加量としては、特に限定されないが、鉱石中の鉄が浸出されるような過剰量が用いられる。例えば、鉱石1トン当り300kg~400kg程度とする。
(2)固液分離工程
固液分離工程S2では、浸出工程S1で生成した浸出スラリーを多段洗浄して、ニッケルやコバルト等の有価金属を含む浸出液と浸出残渣とに分離する。
固液分離工程S2では、浸出工程S1で生成した浸出スラリーを多段洗浄して、ニッケルやコバルト等の有価金属を含む浸出液と浸出残渣とに分離する。
固液分離工程S2では、浸出スラリーを洗浄液と混合した後、シックナー等の固液分離装置を用いて固液分離処理を施す。具体的には、先ず、浸出スラリーが洗浄液により希釈され、次に、浸出スラリー中の浸出残渣がシックナーの沈降物として濃縮される。これにより、浸出残渣に付着するニッケルやコバルトをその希釈度合に応じて減少させることができる。なお、実操業では、このような機能を持つシックナーを多段に連結して用いることにより、ニッケル及びコバルトの回収率の向上を図ることができる。
(3)中和工程
中和工程S3では、浸出液の酸化を抑制しながら、pHが4以下となるように酸化マグネシウムや炭酸カルシウム等の中和剤を添加して中和処理を施し、3価の鉄を含む中和澱物スラリーとニッケル回収用母液である中和後液とを得る。
中和工程S3では、浸出液の酸化を抑制しながら、pHが4以下となるように酸化マグネシウムや炭酸カルシウム等の中和剤を添加して中和処理を施し、3価の鉄を含む中和澱物スラリーとニッケル回収用母液である中和後液とを得る。
中和処理では、分離された浸出液の酸化を抑制しながら、得られる中和後液のpHが4以下、好ましくは3.0~3.5、より好ましくは3.1~3.2になるように、浸出液に炭酸カルシウム等の中和剤を添加し、ニッケル回収用の母液の元となる中和後液と、不純物元素として3価の鉄を含む中和澱物のスラリーとを形成する。中和工程S3では、このように浸出液に対する中和処理(浄液処理)を施すことで、HPAL法による浸出処理で用いた過剰の酸を中和して中和後液と生成するとともに、溶液中に残留する3価の鉄イオンやアルミニウムイオン等の不純物を中和澱物として除去する。
(4)脱亜鉛工程
脱亜鉛工程S4では、中和工程S3を経て得られた中和後液を始液(脱亜鉛始液)として、硫化水素ガス等の硫化剤を添加することで硫化処理を施し、その溶液中に含まれる亜鉛を硫化物の形態として分離除去する。この処理を「脱亜鉛処理」ともいう。なお、中和後液は、ニッケル及び亜鉛を含む硫酸酸性溶液である。
脱亜鉛工程S4では、中和工程S3を経て得られた中和後液を始液(脱亜鉛始液)として、硫化水素ガス等の硫化剤を添加することで硫化処理を施し、その溶液中に含まれる亜鉛を硫化物の形態として分離除去する。この処理を「脱亜鉛処理」ともいう。なお、中和後液は、ニッケル及び亜鉛を含む硫酸酸性溶液である。
中和工程S3を経て得られた中和後液には、回収対象であるニッケルを含むとともに不純物成分として亜鉛が含まれている。脱亜鉛工程S4では、中和後液からニッケルを回収するに先立ち、所定の条件で硫化反応を生じさせることで亜鉛の硫化物を生成させ、それを分離除去することによって、ニッケルを含むニッケル回収用母液を得る。
具体的に、脱亜鉛工程S4では、例えば、加圧された反応容器(硫化反応槽)内にニッケル及び亜鉛を含む中和後液を供給し、反応容器の気相中へ硫化水素ガスを吹き込むことによって、亜鉛をニッケルに対して選択的に硫化し、亜鉛硫化物とニッケル回収用母液とを生成させる。そして、硫化反応後に得られたスラリーを固液分離することにより、亜鉛を分離したニッケル回収用母液を得る。
なお、次工程の硫化工程(ニッケル回収工程)S5においても、硫化水素ガスを添加して硫化反応を生じさせることによってニッケル硫化物を生成させるが、脱亜鉛処理では、硫化反応の条件として、ニッケルに対する硫化反応条件よりも緩和させた条件で行う。
ここで、脱亜鉛処理では、通常、硫化水素ガスを過剰量供給することによって硫化反応を生じさせ、亜鉛を硫化物の形態としてより確実に分離回収する。そのため、硫化反応後には、未反応の硫化水素ガスが残存する。未反応の硫化水素ガスについては、脱亜鉛処理を行う硫化反応槽(反応設備)と接続された硫化水素ガスの除害設備にて回収し、除害処理(無害化処理)が行われる。このような除害設備として、本発明に係る硫化水素ガスの除害設備1を好適に用いることができる。
(5)硫化工程(ニッケル回収工程)
硫化工程S5では、脱亜鉛工程S4を経て得られたニッケル回収用母液を始液として、その始液に対して硫化水素ガスを吹き込むことにより硫化反応を生じさせ、不純物成分の少ないニッケルの硫化物と、ニッケルの濃度を低い水準で安定させた貧液(硫化後液)とを生成させる。この処理を「硫化処理」ともいう。なお、ニッケル回収用母液は、ニッケルを含む硫酸酸性溶液である。
硫化工程S5では、脱亜鉛工程S4を経て得られたニッケル回収用母液を始液として、その始液に対して硫化水素ガスを吹き込むことにより硫化反応を生じさせ、不純物成分の少ないニッケルの硫化物と、ニッケルの濃度を低い水準で安定させた貧液(硫化後液)とを生成させる。この処理を「硫化処理」ともいう。なお、ニッケル回収用母液は、ニッケルを含む硫酸酸性溶液である。
硫化工程S5における硫化処理は、脱亜鉛工程S4における処理と同様に硫化反応槽(反応設備)を用いて行うことができ、所定の圧力に調整された硫化反応槽内の始液に対して、その反応槽内の気相部分に硫化水素ガスを吹き込み、溶液中にその硫化水素ガスを溶解させることで硫化反応を生じさせる。この硫化処理により、始液中に含まれるニッケルを硫化物として固定化して回収する。
硫化反応の終了後においては、得られたニッケル硫化物を含むスラリーをシックナー等の沈降分離装置に装入して沈降分離処理を施し、その硫化物のみをシックナーの底部より分離回収する。一方で、水溶液成分は、シックナーの上部からオーバーフローさせて貧液として回収する。
ここで、硫化処理では、通常、硫化水素ガスを過剰量供給することによって硫化反応を生じさせ、ニッケルの回収率を高めるようにしている。そのため、硫化反応後には、未反応の硫化水素ガスが残存する。未反応の硫化水素ガスについては、硫化処理を行う硫化反応槽(反応設備)と接続された硫化水素ガスの除害設備にて回収し、除害処理(無害化処理)が行われる。このような除害設備として、本発明に係る硫化水素ガスの除害設備1を好適に用いることができる。
1 硫化水素ガスの除害設備
2 反応設備
10 除害塔
11 水酸化ナトリウム溶液の供給タンク
12 除害後ガス排出口
20 導入配管
21,21a,21b,21c 圧力伝送器
22 圧力伝送器選択スイッチ
23 圧力ゲージ
30,30A,30B,30C 排気配管
31,31a,31b,31c 排気弁
32,32a,32b,32c 圧力制御部
40 装置(大気放出前装置)
50 窒素ガス導入配管
51 加圧弁
2 反応設備
10 除害塔
11 水酸化ナトリウム溶液の供給タンク
12 除害後ガス排出口
20 導入配管
21,21a,21b,21c 圧力伝送器
22 圧力伝送器選択スイッチ
23 圧力ゲージ
30,30A,30B,30C 排気配管
31,31a,31b,31c 排気弁
32,32a,32b,32c 圧力制御部
40 装置(大気放出前装置)
50 窒素ガス導入配管
51 加圧弁
Claims (8)
- 硫化反応を生じさせる反応設備から回収した硫化水素ガスを除害する設備であって、
前記硫化水素ガスを除害する除害塔と、
前記反応設備と前記除害塔とを接続して、該反応設備からの硫化水素ガスを除害塔に導入する導入配管と、
前記除害塔で無害化したガスを排出する排気配管と、を備え、
前記導入配管には、複数の圧力伝送器が設けられ、
前記排気配管は、複数の配管により構成され、それぞれの排気配管には口径の異なる排気弁が設けられており、
前記複数の圧力伝送器が測定する前記除害塔の入口圧力に基づき、前記排気配管に設けられた口径の異なる複数の排気弁の制御によって、該除害塔の内部の圧力を所定の範囲に維持する
硫化水素ガスの除害設備。 - 前記除害塔には、窒素ガスを導入する窒素ガス導入配管が接続されており、
前記窒素ガス導入配管には、加圧弁が設けられており、
前記複数の圧力伝送器が測定する前記除害塔の入口圧力に基づいて、前記複数の排気弁と前記加圧弁との制御によって、該除害塔の内部の圧力を所定の範囲に維持する
請求項1に記載の硫化水素ガスの除害設備。 - 前記圧力伝送器は、3台以上設けられている
請求項1又は2に記載の硫化水素ガスの除害設備。 - 3台以上設けられている前記圧力伝送器のうちの少なくとも2台の圧力測定値が同じであるとき、その圧力伝送器にて測定された圧力値を前記除害塔の入口圧力とする
請求項3に記載の硫化水素ガスの除害設備。 - 前記排気配管は、3本以上の配管により構成され、それぞれの排気配管には口径の異なる排気弁が設けられている
請求項1乃至4のいずれかに記載の硫化水素ガスの除害設備。 - 前記排気弁は、バタフライ弁である
請求項1乃至5のいずれかに記載の硫化水素ガスの除害設備。 - 前記バタフライ弁を駆動する空気式アクチュエータを有する
請求項6に記載の硫化水素ガスの除害設備。 - 前記反応設備は、少なくともニッケルを含む硫酸酸性溶液に硫化水素ガスを吹き込むことによって硫化物を生成させる設備である
請求項1乃至7のいずれかに記載の硫化水素ガスの除害設備。
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2020
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