JPH06248366A

JPH06248366A - 亜鉛・鉛用還元炉及びその操業方法

Info

Publication number: JPH06248366A
Application number: JP9481293A
Authority: JP
Inventors: Nobumasa Iemori; 伸正家守; Kimiaki Utsunomiya; 公昭宇都宮; Hitoshi Takano; 斉高野; Keiji Fujita; 敬二藤田
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1994-09-06

Abstract

(57)【要約】【目的】フラッシュ炉を還元炉として用いる亜鉛・鉛
の精錬法において、反応塔などの耐火物の冷却などによ
る強制的除熱手段を必要としない還元炉とその操業方法
を提供することである。【構成】反応塔と、該反応塔の下端にその一端が接続
されたセトラーと、該セトラーの他端に設けられた排煙
道から構成される還元炉であって、バーナーを反応塔の
天井などとセトラー側壁などの少なくとも２ヶ所以上に
設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として鉛・亜鉛の製
錬のために使用する還元炉及びその操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＳＰ法は、他の鉛や亜鉛を処理する乾
式工程に比して鉛と亜鉛とを同時に処理できることから
コスト競争力の高いものとなっている。しかし、近時の
コスト競争の激化は、このＩＳＰ法のコスト競争力すら
無力のものとしつつある。なぜならば、このＩＳＰ法で
は、鉛を含む硫化亜鉛精鉱をばい焼し、得た焼結塊を塊
状コークスと共に溶鉱炉に投入し、亜鉛を揮発させて亜
鉛蒸気を含む還元ガスを得、このガス中の亜鉛蒸気を鉛
スプラッシュコンデンサーで吸収し、回収して粗亜鉛を
得て、鉛を溶鉱炉内で還元して粗鉛として炉底に得てい
るが、この塊状コークスは高価なものであり、ＩＳＰ法
の一層のコストダウンを困難なものとしているからであ
る。

【０００３】このような状況下、ＩＳＰ法に変わる種々
の製錬法の開発が試みられている。例えば、特公昭６１
―２８００４号公報記載の「吹き込み熔錬による亜鉛製
錬法」がある。この方法は、予め亜鉛精鉱中のＦｅ／Ｓ
ｉＯ₂ 比に近い組成のスラグと粗亜鉛層からなる溶融浴
を炉内に溜め、該溶融浴中に亜鉛精鉱のばい焼粉と還元
剤と高酸素富化空気とをランスを介して吹き込み、亜鉛
をスラグ中に固定、あるいは酸化亜鉛として煙灰中に濃
縮し、次工程で亜鉛蒸気を発生させ、粗亜鉛を回収する
ものであり、還元剤として安価な粉コークスまたは／及
び粉炭を使用するものである。

【０００４】前記公報の方法は、ＩＳＰ法と比較する
と、塊状コークスの代わりに粉コークス及び／または粉
炭を使用するために、操業費用の大幅な低下が可能とな
る。しかしながら、この方法では、粉コークスの炉内で
の滞留時間が短いため、塊状コークスに比較して粒径が
小さいにもかかわらず、粉コークスの利用率、すなわち
どれだけの炭素が燃焼してガス成分となるかと言うガス
化率は、ＩＳＰ法に比べて著しく悪い。その結果、未燃
焼の粉コークスが多量に後工程のコンデンサーに飛散
し、亜鉛の凝固を阻害し、亜鉛の回収率を著しく低下し
ている。この欠点を用いるランスの改造により解消する
方法も検討されているが、炉本体の欠点を十分にカバー
できるものは提案されていない。何れにしろ、該方法で
は粗亜鉛を得るのに２工程を必要とし、全体的に見た場
合、必ずしも十分なコストダウンが図られているとは言
えない。

【０００５】これらの欠点を解消すべく検討されている
ものにフラッシュスメルティング法を用いた亜鉛・鉛の
還元製錬法がある。この方法はいわゆる反応塔とセトラ
ーとアップティクと称される排煙道から構成される所謂
フラッシュ炉を用いるものであり、粉状あるいは溶融状
の原料と粉状燃料とを燃焼用気体と共に反応塔内に吹き
込み、原料中の亜鉛と鉛とを還元し、鉛と亜鉛との混合
蒸気を得ようとするものである。

【０００６】この方法では、原料中の脈石成分などはス
ラグとしてセトラー内に溜められることになるが、この
スラグの流動性を確保し、確実な操業を維持継続するた
めには、スラグ温度は、スラグ組成にもよるが、少なく
とも１２００℃以上、好ましくは１４００℃以上とする
必要がある。そして、スラグ温度を１４００℃程度に維
持するためには、反応塔内での還元反応の温度は１６０
０〜２０００℃に維持する必要がある。

【０００７】ところで、上記フラッシュ炉の反応塔やセ
トラーや排煙道の内面は、エネルギーコストを最小限に
すべく、放散熱を最小限にするために耐熱煉瓦もしくは
キャスターなどの耐火物により覆っているが、これらの
耐火物の耐久温度はせいぜい１８００℃程度である。１
８００℃を越える場合には耐火物が熔損し、フラッシュ
炉の破壊が生じる。これを防止すべく耐火物内に水冷ジ
ャケットや水冷銅管を埋設し、耐火物を保護する方法が
採られている。しかし、この方法では十分なエネルギー
の有効利用は望めず、本来の目的である低コスト化を必
ずしも達成していない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、フラッシュ
炉を還元炉として用いる亜鉛・鉛の製錬法において、反
応塔などの耐火物に対し冷却などによる強制的な除熱手
段を必要としない還元炉とその操業法の提供を目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消する本発
明の還元炉は、反応塔と、該反応塔の下端にその一端が
接続されたセトラーと、該セトラーの他端に設けられた
排煙道から基本的に構成され、反応塔の天井または反応
塔の上部側壁にバーナーが設けられていると共に、反応
塔の出口に近傍のセトラー側壁及び／またはセトラー天
井にもバーナーが設けられている。セトラーのバーナー
は、その吹き込み方向が反応塔直下のセトラー内熔体表
面となるように設けられるのが望ましい。

【００１０】前記還元炉を用いる本発明の操業方法で
は、原料として含亜鉛原料及び／または含鉛原料を用
い、燃料として粉コークス及び／または粉炭を用い、そ
して反応用気体として空気、酸素富化空気、工業用酸素
の何れか一つを用い、かつ装入すべき原料の全量もしく
は大部分と、燃料の一部と反応用気体の一部とを、反応
塔に設けられたバーナーより反応塔内に吹き込み、原料
の残部と燃料の残部と反応用気体の残物を、セトラー側
壁及び／またはセトラー天井部に設けたバーナーより、
望ましくは反応塔直下のセトラー内熔体表面方向に、吹
き込む。

【００１１】さらに、本発明の操業方法では、セトラー
より排出されるスラグの温度をＴ１とし、反応塔内の温
度をＴ２としたときに、Ｔ１＜Ｔ２とし、反応塔出口近
傍の反応生成物の温度がＴ１以上、Ｔ２以下となり、か
つ反応塔出口の排ガス中のＣＯ₂ ／ＣＯが所望の値とな
るように熱バランスとマスバランスとを用いて燃料の量
を求め、このようにして求められた量の燃料と反応用気
体の量とを、所定量の原料と共に反応塔内に吹き込み、
残部の原料と燃料と反応用気体とをセトラー内に吹き込
む。

【００１２】本発明の操業方法では、好ましくは、反応
塔出口ガス中のＣＯ₂ ／ＣＯとセトラー出口ガス中のＣ
Ｏ₂ ／ＣＯとがほぼ同一となるようにする。

【００１３】

【作用】本発明の還元炉において、バーナーを反応塔と
セトラーとに設けるのは、燃料の燃焼を反応塔とセトラ
ーとに分割し、反応塔での熱負荷を下げる目的からであ
る。

【００１４】そして、セトラーに設けたバーナーの吹き
込み方向を反応塔直下のセトラー内の熔体表面とするの
は、反応塔よりセトラー内の熔体表面に落下する原料の
未反応分や未燃カーボンを効率よく昇温し、より反応を
進行させるためであり、もって煙灰発生率を減少させる
ためである。

【００１５】本発明の操業方法において原料の全量もし
くは大部分を反応塔内に吹き込むのは、原料の反応効率
を可能な限り高く維持するためである。仮に、セトラー
に設けたバーナーより多量の原料を吹き込むと、セトラ
ー内では反応ガスの流れは比較的整流されるため、反応
ガスより原料への熱交換効率が低くなり、加えてセトラ
ー内での原料の滞留時間が短くなり、十分反応が進まな
いまま粗大粒子はセトラー内の熔体表面に未燃物として
落下し、浮遊し、微粒子は煙灰として還元炉より排出さ
れ、煙灰発生率が高くなり、反応効率は悪化してしま
う。

【００１６】反応塔内に吹き込む燃料と反応用空気の量
の上限値は、反応塔内で発生する熱量が反応塔内壁の煉
瓦を熔損しない範囲としなければならない。発生熱量の
上限は、用いる煉瓦などの耐火材と反応塔の諸元とによ
り自ずと決まるが、通常は、反応塔内温度Ｔ２が１８０
０℃以下になるようにする。すなわち、本発明の方法に
おけるＴ２は１８００℃以下となる。

【００１７】一方、反応塔内で発生する熱量が不足して
反応塔内で反応が終了していない場合には、上記した理
由により未燃物の発生や煙灰量の増加をきたすことにな
る。よって、反応塔出口近傍の反応生成物の温度は目標
スラグ温度Ｔ１より高くなるようにしなければならな
い。

【００１８】原料の全量を反応塔から装入するとして、
反応塔とセトラーに対する燃料及び反応用気体の配分は
次のようにして行われる。まず、所定量の原料を処理
し、温度Ｔ１のスラグと所定のＣＯ₂ ／ＣＯ（Ｐ１）の
排ガス組成とが得られる全燃料量（Ａ１）と全反応用気
体量（Ｂ１）とを反応系全体の熱バランスとマスバラン
スとを用いて求める。

【００１９】次いで、反応塔以外の放散熱量を無視し、
反応塔での生成物温度が目標スラグ温度Ｔ１より高くＴ
２（１８００℃）より低い範囲内で、排ガス中のＣＯ₂
／ＣＯが所望の値となるように再度熱バランスとマスバ
ランスとを用いて燃料量（Ａ２）と反応用気体量（Ｂ
２）とを求め、得られた燃料量（Ａ２）と反応用気体量
（Ｂ２）と原料とを反応塔天井及び／または上部側壁部
に設けられたバーナーより反応塔内に内に吹き込み、該
燃料量と全燃料量の差（Ａ１―Ａ２）と該反応用気体と
全反応用気体との差（Ｂ１―Ｂ２）に相当する燃料と反
応用気体とをセトラー側壁及び／またはセトラー天井に
設けられたバーナーより反応塔直下のセトラー内熔体表
面に向けて吹き込む。

【００２０】なお、きわめて反応性の良好な中間物を原
料として用いるような場合には、セトラー側壁及び／ま
たはセトラー天井に設けられたバーナーより該原料の一
部をセトラー内に吹き込み、反応塔内の熱負荷を上げる
ことなく増処理することは可能である。この場合の熱バ
ランスやマスバランスの計算についても上記と同様にし
て行うことで良い。

【００２１】上記計算において、反応塔出口の排ガス中
のＣＯ₂ ／ＣＯを所望の値とするのは、亜鉛製錬の条件
を満足させるためである。当初の熱バランスとマスバラ
ンスとより得られるＡ１、Ｂ１の量を守る限り、セトラ
ー出口でのガス中のＣＯ₂ ／ＣＯはこの値以下となるの
は明らかである。なお、計算の都合上、反応塔出口排ガ
ス中のＣＯ₂ ／ＣＯとセトラー出口ガス中のＣＯ₂ ／Ｃ
Ｏとを一致させると便利である。

【００２２】本発明の還元炉に使用しうるバーナーの種
類は特に制限されるものではなく、原料と燃料と反応用
気体とを同一バーナーより吹き込む一体となったもので
もよく、燃料と反応用気体とをバーナー本体より吹き込
み、原料とは別途に該バーナー本体出口近傍に吹き込む
分割タイプのものでもよい。

【００２３】

【実施例】次に本発明の実施例について述べる。

【００２４】本発明の実施例に係る還元炉１を図１に基
づいて説明する。

【００２５】図１は、本発明の実施例に係る還元炉１の
中央縦断面図である。

【００２６】本発明の還元炉１はフラッシュ炉である。
還元炉１は、反応塔２、セトラー３、及びアップティク
（排煙道）４から構成される。

【００２７】反応塔２は、全体として縦円筒状であっ
て、その底部はセトラー３の上部で長手方向右半分の位
置に接続され、底部はセトラー３へ開放されている。反
応ガスと原料が反応塔２の開放された底部を通って、セ
トラー３に流入する構造となっている。反応塔２の塔頂
部５にバーナー６が取り付けられ、バーナー６によっ
て、原料、燃料である粉コークス、工業用酸素が反応炉
２に流送される。

【００２８】セトラー３は、全体として横円筒状であっ
て、反応塔２が接続されている近傍のセトラー側壁にバ
ーナー８を取り付ける円孔７が設けられる。

【００２９】バーナー８の取付方向は、その吹き込み方
向が反応塔２の直下のセトラー内熔体表面となるように
する。

【００３０】セトラー３の底部にはスラグ９が堆積し、
除滓口を介して系外へ排出できるようになっている。

【００３１】アップティク（排煙道取付口）４は、全体
として縦円筒状であり、セトラー３の上部にあって、長
手方向左半分のほぼ中央位置に接続される。アップティ
ク４には、排煙道（図示せず）が接続される。

【００３２】なお、反応炉２の内部には全体的に耐火煉
瓦１０を取り付けてあり、セトラー３やアップティク４
の内部にも耐火煉瓦が取り付けられる。

【００３３】ところで、本実施例では、反応塔やセトラ
ーの耐火煉瓦内には、耐火煉瓦の熔損を防止するための
水冷ジャケットや水冷銅管を埋設していない。これは、
本実施例の構成では、熱バランスにより反応塔やセトラ
ーに局部的な過熱がみられないからである。

【００３４】還元炉として、内寸で、直径が１．５ｍ、
熔体表面からの高さが２．５ｍの反応塔と、内寸で直径
が１．５ｍ、長さが５．２５ｍのセトラーを用い、反応
塔頂部とセトラー側壁部にバーナーを設け、図１の還元
炉を構成した。アップティク４の内径を０．８ｍとし
た。

【００３５】この還元炉を用いて、表１に示す原料とコ
ークスとを用い、表２に示す各条件でそれぞれ４日間の
操業試験をおこなった。表２の条件として、ケースＡは
従来どおり、反応塔頂部より原料と燃料としての粉コー
クスと反応用気体との全量を反応塔内に装入したもので
あり、ケースＢは反応塔出口温度を１６００℃として本
発明の方法に従ったものである。その他の計算条件とし
ては１３７０℃、反応塔放散熱量を４６０Ｍｃａｌ／
Ｈ、セトラー放散熱量を２３５Ｍｃａｌ／Ｈを用いた。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】各試験操業期間中に得られたスラグの温度
は１３５０〜１４００℃程度であり、差はなく、排ガス
中のＣＯ₂ ／ＣＯも０．５０〜０．５５の範囲内で差は
みられなかった。しかし、反応塔天井約０．８ｍ下の中
央部の温度を消耗型ＰＲ温度センサを用いて測定したと
ころ、ケースＡでは高すぎて測定不能であり、ケースＢ
では１６３０℃であった。

【００３９】試験終了後反応塔の内部を点検したとこ
ろ、ケースＡでは図２に示すように反応塔内の耐火物が
大きく熔損していたが、ケースＢでは図３に示すように
熔損はみられなかった。

【００４０】

【発明の効果】本発明の還元炉を用い、本発明の方法に
従えば、反応塔などの耐火物の冷却などによる強制的な
除熱手段を必要とせず、かつ操業度を落とすことなく、
耐火物の熔損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る還元炉の中央縦断面図で
ある。

【図２】比較例で得られた反応塔の耐火物の熔損状況を
示した図である。

【図３】本実施例で得られた反応塔の耐火物の熔損状況
を示した図である。

【符号の説明】

１還元炉２反応炉３セトラー４アップティク（排煙道）５塔頂部６バーナー７円孔８バーナー９スラグ１０耐火煉瓦

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応塔と、該反応塔の下端にその一端が
接続されたセトラーと、該セトラーの他端に設けられた
排煙道から基本的に構成され、セトラーに向けて反応塔
にバーナーが設けられると共に、反応塔の出口近傍のセ
トラー上部にバーナーが設けられたことを特徴とする亜
鉛・鉛用還元炉。
【請求項２】反応塔に設けるバーナーが、反応塔の天
井または反応塔上部側壁に設けられ、セトラー上部に設
けるバーナーが、セトラー側壁またはセトラー天井また
はその両者に取り付けられることを特徴とする請求項１
に記載の亜鉛・鉛用還元炉。
【請求項３】セトラーに設けられたバーナーが、反応
塔直下のセトラー内熔体表面に向けて吹き込みを行える
ようになっていることを特徴とする請求項１に記載の亜
鉛、鉛用還元炉。
【請求項４】前記請求項１に記載された亜鉛・鉛用還
元炉の操業方法において、原料として含亜鉛原料または
含鉛原料または、その両者を用い、燃料として粉コーク
スまたは粉炭またはその両者を用い、反応用気体として
空気、酸素富化空気、工業用酸素の何れか一つを用い、
装入すべき原料の全量もしくは大部分と、燃料の一部と
反応用気体の一部とを、反応塔に設けられたバーナーよ
り反応塔内に吹き込み、原料の残部と燃料の残部と反応
用気体の残部とをセトラー上部に設けたバーナーより吹
き込むことを特徴とする亜鉛・鉛用還元炉の操業方法。
【請求項５】セトラーより排出されるスラグの温度を
Ｔ１とし、反応塔内の温度をＴ２としたときに、Ｔ１＜
Ｔ２とし、反応塔出口近傍の反応生成物の温度がＴ１以
上、Ｔ２以下となり、かつ反応塔出口の排ガス中のＣＯ
₂ ／ＣＯが所定の値となるように、熱バランスとマスバ
ランスとを用いて燃料の量を求め、このように求められ
た量の燃料と反応用気体の量とを、所定量の原料と共に
反応塔内に吹き込み、残部の原料と燃料と反応用気体と
をセトラー内に吹き込むことを特徴とする請求項４に記
載の操業方法。
【請求項６】反応塔出口ガス中のＣＯ₂ ／ＣＯとセト
ラー出口ガス中のＣＯ₂ ／ＣＯとがほぼ同一となるよう
にすることを特徴とする請求項４または５に記載の操業
方法。