JPS61178412A - 溶鉱炉法による炭化カルシウムの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は溶鉱炉法によって炭化カルシウム（以下、Ｃａ
Ｃ２と略記する）を１製造する方法に関し、より詳細に
は溶鉱炉内に形成された還元領域を利用して酸化カルシ
ウムを炭素材により還元してＣａＣｔを製造する方法に
関する。

〔従来技術〕

ＣａＣ，は、アセチレンあるりは脱硫剤、石灰窒素肥料
の製造原料として極めて重要な工業製品である。

そしてＣａＣ２は従来、下記反応式（Ｉ）による炭素還
元反応が２０００℃以上の高温と多量の高温熱を必要と
するので、高温熱を生成することができる唯一の方法と
しての電力加熱による電炉法が採用されてきた。

ＣａＯ＋　３Ｃ−４ＣａＣｔ　＋　ＣＯ（Ｉ　）この場
合、原料としては主に石灰石とばい焼して得られた酸化
カルシウムを用い、生成物は連続的操業を容易にするた
めに融点の低いＣａＣ２と酸化カルシウムとの混合物で
ある。

一方、ＡＩｌ　Ｍｇ＋　Ｃａ＋　Ｎａ、　Ｌｉなどの軽
金属は、有用な工業資材であり、従来主に溶融塩電解法
によって製造されている。

そして、ＭｇのようにフェロシリコンによるＭｇＯの還
元によって製造される場合もあるが、還元剤のフェロシ
リコンは電炉法によって製造されており、結局のところ
、これら軽金属はいずれも電力によって製錬されている
と云うことができる。

同様に、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｕ、　Ｔｈなどの有用金属も
、Ｎａ、　Ｍｇ、　Ｃａなどの還元力の強い軽金属を還
元剤として製錬されており、これら有用金属も間接的に
は電解法によって製造されると云うことうができる。

このように、従来技術によるＣａＣｚおよびＡ１゜Ｍｇ
等の製造方法は、いづれも電力を用いているので、電力
の高価な我国においては、これらの製造工業および関連
工業はいずれも構造的苦境におちいっている。

ところで、ＣａＣ，や、ＡＩ、Ｍｇ等の製造に溶鉱炉法
が採用されていないのは、下記のような技術的困難に起
因する。

イー　ＣａＣｔ＊　ＡＬ　Ｍｇ等の製造において、還元
反応を進行させるためには、２０００℃以上の超高温を
必要とする。

口、燃料の酸素燃焼によって高熱を発生させると、炭素
による還元反応が進行する反応域の酸素分圧が高くなり
、生成物の再酸化反応が進行する。

ハ、生成金属、または副生ずる亜酸化物の蒸気圧が高い
ので、燃焼によって生成する一酸化炭素によって掃引さ
れて、これら金属がダスト状で揮発し、炉の閉塞などの
トラブルが生ずる。

また、−酸化炭素による生成金属の再酸化も起る。

ニー　Ａ１ｎＣ１＋　５ＩＣＩ　Ｔｉｃ等の炭化物が安
定のために、金属が得られないか、得られたとしても流
動性が悪く炉外への取出しが困難になる。

ホ、コークスや石炭等を燃料および還元剤として用いる
ので、生成物への不純物の混入が著しく、溶鉱炉工程に
後続する精製工程が必要となるばかりか、精製工程も技
術的に困難な場合が多い。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した現状にかんがみてなされたものであ
り、従来の電炉法によるＣａＣ，の製造方法に代る、電
力を使用しない溶鉱炉法によるＣａＣ２の製造方法を提
供し、省電力による省エネルギーと低コスト化を達成せ
んとするものである。

〔発明の構成〕

上記目的を達成する本発明は、超高温溶鉱炉内に充填し
た炭素材を酸素燃焼させて２０００℃以上の還元領域を
形成し、この還元領域に酸化カルシウム含有物および炭
素材を供給して前記酸化カルシウムを前記炭素材により
還元して炭化カルシウムを形成させることを特徴とする
ものである。

本発明において用いる超高温溶鉱炉としては、通常、シ
ャフト炉が用いられる。

ここでシャフト炉とは、第１図に示すように、長い炉胸
部（シ、ヤフト）を有する炉であり、図示のように置部
型のみならず、シャフト部にふくらみを持たせたものも
用いられる。

機能的には、炉下部から上方に向う高温ガスと、炉上部
から下部に下降する固体、液体物質がシャフト部におい
て向流し、熱向換、物質交換１反応等を行なうことを特
長とする向流移動床型反応器である。

本発明においては、まずかかるシャフト炉１の内部に充
填強度に耐える炭素材を充填して、炭素材の充填層２を
形成する。炭素材としては石炭、特に高炭化度の瀝青炭
、またはコークスが使用される。

かかる炭素材は、燃焼域において超高温を発生させるた
めに、粒径が大きいことが望ましく、直径１０ｍ以上の
炭素材の使用が好ましい。

次にシャフト炉１の下部から、酸素含をガス送風管３を
介して酸素含有ガスを吹き込み、炭素材を酸素燃焼させ
、燃焼領域４を形成させる。

酸素含有ガスとしては、空気を用いても良いが、好まし
くは酸素濃度を空気以上に富化させた酸素富化空気が用
いられ、より好ましくは濃度８０％以上の酸素富化空気
、最も好ましくは純酸素が用いられる。

かかる条件下で炭素材を燃焼させながら、燃焼中の炭素
材表面の最高火点温度が通常では２７００℃以上、好ま
しくは２９００℃以上になるように、酸素含有ガスの送
風量、酸素含有ガス送風管の口径（ランス羽口）、冷却
水供給量等の操作条件を調整する。

この結果、燃焼条件の調整によって、第１図および第２
図に示すように炭素材の酸素燃焼が進行しつつある酸素
分圧が高い燃焼領域４の外部に２０００℃以上の温度を
有する還元領域５が形成される。

かかる状態において、炉の上部のホッパー６から酸化カ
ルシウム含有物と、燃焼材および還元材としての炭素材
との混合物７を供給する。

ここで酸化カルシウム含有物とは、石灰石などの酸化カ
ルシウム、もしくは焼成などによって酸化カルシウムに
転化しうる成分を含有する鉱物であり、酸化カルシウム
含有物と炭素材との混合化率は、通常ではモル比５〜５
０、好ましくは９〜１５である。

このように酸化カルシウムと炭素材との混合物が供給さ
れたときの、シャフト炉１内における状態をより詳細に
説明すると、下記のようである。

すなわち、上述のようにシャフト炉１内の下部に送風さ
れた酸素含有ガスは、その運動量、すなわち送風速度と
炭素材粒径に応じて、一定の領域内で炭素材を酸化せし
めて高温を発生させ、燃焼領域４が形成される。

このとき、この燃焼領域４内では酸素は反応しつくすた
めに、燃焼領域外に高温で、かつ酸素がほとんど存在せ
ず、−酸化炭素が存在する領域、すなわち還元領域５が
形成される。

一方、シャフト炉１の上方に供給された炭素材と酸化カ
ルシウム含有物７は、融着帯８で融体化し、形成された
ＣａＣｔ、　Ａｌ２Ｏ３，ＳｉｎｇとＣａ０（カルシア
）との共融液が、滴下帯９の炭素材と炭素材との間隙を
通って滴下する。

この共融液からのＣａＣ，生成は、後述するように、主
に還元領域５において進行する。

燃焼領域４において生成した高温の一酸化炭素ガスは、
炉内を上昇し、滴下帯９．融着帯８、およびその上部の
炭素材と酸化カルシウム含有物との混合物７の層におい
て炭素材および酸化カルシウム含有物と熱交換し、煙道
１０へ導かれる。

炉内を上昇するガス中に含まれるＣａ、　ａｉ、ｏ。

ＳｉＯ等の蒸気およびＣａＯ＋　ＡＩｔｏｓ、　５ｉＯ
ｔ＋炭素材微粉末は、滴下帯９および融着体８において
共融体にトラップされる。

燃焼領域４では、炭素材が燃焼によって消失するので、
順送りに消費され、炉内の充填物全体が徐々に下降する
。

原料の炭素材と酸化カルシウム含有物が共融化すること
によって、必ずしも燃焼材の炭素材の燃焼による移動に
同伴せずに、独自に炉内を降下するのが、本発明におけ
る炉操業上の要点である。

還元領域５において進行する反応は、下記反応式（Ｉ）
または（ｎ）、　　（ＩＩＩ）で表わされる。

この場合、反応式（１）、（ＩＩ）および（ＩＩＩ）に
必要な熱は下記反応式（ＩＶ）による炭素材の酸素燃焼
によって与えられる。

ＣａＯ＋　　３Ｃ＝　ＣａＣｔ　　＋　　ＣＯ（１）Ｃ
ａＯ＋　　Ｃ−４Ｃａ　　＋　　ＣＯ（ＩＩ）２ＣａＯ
＋ＣａＣ＊−＝　３Ｃａ＋２ＣＯ（ＩＩＩ）ｃ＋Ｈｏ、
　　→Ｃｏ　　　　　　　　　　　　（ＩＶ）反応式（
ＩＩ）、　（ＩＩＩ）で生成した金属カルシウムは蒸気
状であり、−酸化炭素と共に炉の上部に輸送されるが、
その過程において下記反応式（Ｖ）で示される一酸化炭
素との逆反応の他に、反応式（ＶＩ）で示される炭化反
応を受ける。

Ｃａ　＋　Ｃｏ→ＣａＱ　　＋　Ｃ（Ｖ）Ｃａ　＋　２
Ｃ＝　ＣａＣｚ　　　　　　　　（ＶＩ）反応式（１）
により生成したＣａＣ，は酸化カルシウムと混合して共
融物を形成し、流動性を獲得して炉底へ流下し、湯道１
１より生成物を流出させる（タッピング）ことによって
採取することができる。

上記（Ｉ）〜（ＩＩＩ）、　（Ｖ）、　（ＶＩ）の反応
は、燃焼領域においては酸化性であるので進行が困難で
あり、たとえ部分的に進行したとしてもその大部分は再
酸化されＣａＯになり微粉末化して上昇ガスに随伴する
か、融体化して炉底に滴下するので、還元領域を一定以
上に法尻に確保することができれば、ＣａＣｔ含有率の
高い酸化カルシウムとの共融物を得ることができる。

なお、本発明者らの知見によれば、本発明において炭化
材の酸素燃焼によって形成される超高温の燃焼領域にお
いては、炭素材に含有されているシリカ、アルミナから
多量のダストが発生する。

これらのダストは、炭素還元によって生成するＳｉＯ＋
　ＡｈＯなどの亜酸化物に起因すると推測されるが、こ
れらのダストは還元および燃焼領域で発生したカルシウ
ムの再酸化による酸化カルシウム微粒子（上記反応式（
Ｖ））を含めて炭素材充填層上部において、供給された
原料の酸化カルシウムに捕捉され、原料酸化カルシウム
の融体化に役立つと共に、ＣａＣｚとの共融物を形成す
ることによって炉頂ガスへの混入が防止される。

すなわち、炉の上部に供給された原料の酸化カルシウム
は、固体のままでは、炭素材が消費される燃焼領域４へ
、炭素材と共に輸送されざるを得ないが、融体化するこ
とによって、固体間隙を流下して炉内横断面全域にわた
って降下するようになるので、燃焼領域への原料の輸送
が緩和され、還元領域への輸送量が増加する利点がある
。

このように、本発明により製造されたＣａＣ，は、未反
応の酸化カルシウムとの共融物、すなわち混合物である
が、混合物のままでも水と反応してアセチレンを発生し
、また脱硫剤として、あるいは石灰窒素の原料として利
用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、従来電炉法によって
製造されていたＣａＣｔを溶鉱炉法によって製造するこ
とができる。

したがって、従来のように電力を消費することが全くな
く、省エネルギー効果にあわせて低コスト化を達成する
ことができる。

なお、本発明によって製造されるＣａＣ２は、主として
酸化カルシウムとの混合物の形状ではあるが、アセチレ
ン発生用、脱硫剤２石灰窒素製造原料などとして従来ど
おり利用することができる。

以下、本発明の実施例を述べる。

〔実施例〕

内径６０３、内部高２４０ａｓの円筒状シャフト炉を用
い、１５〜３５ｍ径の高炉コークスを炭素材として充填
した。

また原料酸化カルシウムとしては、硬焼カルシアの粒径
１０〜２５ｍのものを用いた。

炉下部３方向の羽口から、酸素を毎分４００　ｊ！〜５
００４！　Ｘ　３　”１２００１〜１５００１送風した
。

一方、炉上部のポツパーからは、高炉コークスを、はぼ
２０分毎に６０に＋ｒ供給すると共に、硬焼カルシアを
１０ｋｇづつ供給した。

操業中の充填層高さは羽口上約１．５〜２ｍであった。

羽口先に観測された燃焼コークスの表面の最高火点温度
は２７００〜３２００℃であり、羽口率上方２０ｃｍに
おける炉中心部（還元領域）の温度は１８００〜２２０
０℃であった。

また、採取された燃焼排ガス中の酸素濃度は１〜５％で
あった。

１００　ｋｇの硬焼カルシアから６０ｋｇの生成物を得
て、生成物と塩酸との反応によってアセチレンを発生さ
せ、ＣａＣ１含有率を決定した。

採取部位による変動が認められたが、ＣａＣ２の重量含
有率は５〜６１％であり、生成物中３０ｋｇがＣａＣ２
含有率４０％以上であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いたシャフト炉の縦断面概要図、第
２図はそのＡ−Ａ矢視断面説明図である。 １・・・シャフト炉、４・・・燃焼領域、５・・・還元
領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超高温溶鉱炉内に充填した炭素材を酸素燃焼させて２０
   ００℃以上の還元領域を形成し、この還元領域に酸化カ
   ルシウム含有物および炭素材を供給して前記酸化カルシ
   ウムを前記炭素材により還元して炭化カルシウムを生成
   させることを特徴とする溶鉱炉法による炭化カルシウム
   の製造方法。