(57)【要約】【課題】焙焼によりガスが発生する被焙焼物であっても、焙焼後の品質と回収率を高くすることができる流動焙焼炉を提供する。【解決手段】流動焙焼炉１０を構成する筒状炉心部１１は、下側の断面積よりも上側の断面積が大きい拡大部１７を有し、この拡大部１７の内面は、下面よりも上面が大きい円錐台の形状である。そして拡大部１７が存する高さ方向の領域において被焙焼物が焙焼される流動層が形成される。また円錐台の軸心を含む断面での円錐台の側部を表す直線と、円錐台の軸心と、からなる拡大角度が３度以上４０度以下である。この構成により、被焙焼物の焙焼によりガスが発生した場合でも、発生したガスの体積増加分が拡大部で吸収されるため、流動層内部で流動ガスの速度がより均一に維持される。このため焙焼後の被焙焼物の品質と回収率が向上する。【選択図】図１
2019120472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側から上側へ向けて流れるガスを用いて被焙焼物が焙焼される筒状炉心部が設けられ、
該筒状炉心部は、下側の断面積よりも上側の断面積が大きい拡大部を有し、
該拡大部の内面は、下面よりも上面が大きい円錐台の形状であり、
該拡大部が存する高さ方向の領域において前記被焙焼物が焙焼される流動層が形成され、
前記円錐台の軸心を含む断面での前記円錐台の側部を含んでいる直線と、前記円錐台の軸心と、が交差する角度である拡大角度が３度以上４０度以下である、
ことを特徴とする流動焙焼炉。
【請求項２】
前記拡大部には、内部の堆積物を剥離する振動装置が設けられている、
ことを特徴とする請求項１記載の流動焙焼炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動焙焼炉に関する。さらに詳しくは、高品位が要求される被焙焼物を焙焼可能な流動焙焼炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
流動焙焼炉は、供給するガスの流れによって単独もしくは流動媒体とともに供給した原料を流動化させ、あたかも流体のように浮遊させた状態で焙焼を行う炉である。流動焙焼は、原料と流動媒体が混合させた状態の流動層内で焙焼させることができるので、原料と流動媒体とが衝突する効果もむらなく焙焼反応を進行させるために利用でき、効率的に焙焼できる特徴がある。
【０００３】
流動焙焼炉を用いて供給した原料に対して確実に焙焼を行うには、供給するガスの流速が、原料（以下、「被焙焼物」と称する）と流動媒体との混合物の「空塔速度」が、「最小流動化速度」以上で「終末速度」未満の範囲の速度になるように、正確に制御されなければならない。
【０００４】
なお、「空塔速度」とは、ガス流量を、ガスの流れ方向に対し直角な面における炉の断面積（以下、「炉内断面積」と称することがある）で除した炉内での単位面積当たりの速度である。また、「最小流動化速度」とは、被焙焼物と流動媒体との混合物が流動（すなわち浮上）できる最小の速度のことである。さらに「終末速度」とは、流動層のなかから被焙焼物と流動媒体との混合物が上昇して流動焙焼炉から飛び出し始める速度を意味する。
【０００５】
上記のように速度制御が正確に行われる必要があるのは、以下のような理由のためである。すなわち、供給するガスの流速が、原料と流動媒体との混合物の上記の「最小流動化速度」未満の速度であると、原料が流動化しないために焙焼が均一に進行しなかったり、原料が凝集してしまったりする等の問題が生じる。
【０００６】
一方で、ガスの流速が前記の混合物の「終末速度」以上に大きい（速い）と、流速が速すぎて原料または流動媒体が、焙焼が終わる前でもガスと共に炉外に流されてしまい、効果的に焙焼を施すことができなくなる。これにより品質の低下または回収率の低下などの問題が生じる。
【０００７】
つまり、流動焙焼においては、ガス流量を適切な範囲内に制御して、原料を焙焼に必要な時間だけ、流動焙焼炉内の流動層内に流動化して留まらせることが必要となる。
【０００８】
特許文献１、２には、上で記載した流動焙焼炉の構成が開示されている。これらの流動焙焼炉は、工業的に生産を行うためにいくつかの問題点が挙げられる。以下に記載した４つは、そのうちの重要と考えられるものである。
【０００９】
第１の問題点として、連続処理が困難であるという点である。効率化の観点から、連続処理に際しては、原料を連続的に投入する。この際、焙焼前の原料が焙焼中または焙焼後の原料と混じって流動焙焼炉から排出される「後入れ先出し」状態が生じると、被焙焼物の品質が低下したことになり好ましくない。
【００１０】
一般的な高温加熱による熔解炉または酸および中和剤等を添加して反応させる湿式法の反応槽などの場合は、連続操業において上述した「後入れ先出し」状態を防ぐために、例えば原料投入口と原料回収口（排出口）を物理的に離して設置し、併せて反応槽内に邪魔板を設置するなどして、原料のショートパスを防ぐようにしたり、複数の反応槽を設けて反応が完全に終了するように配置したりすることが行われる。
【００１１】
しかしながら、一般的に流動焙焼の場合、原料が流体の如く流動化しているため、投入直後の焙焼されていない原料と、暫く炉内を浮遊して焙焼が進んだ原料あるいは終了した原料が混合しやすい。このため、焙焼が終了した原料だけを回収することは容易でなく、焙焼が不十分な原料が混合した状態で回収されることが避けられなかった。すなわち、連続処理を行うと、品質的に低いものが回収され、また、焙焼効率も悪くなってしまう。
【００１２】
特許文献１には、古砂ダストを流動焙焼炉の焙焼室内に供給し、その焙焼室内において流動焙焼させ、焙焼室内に形成される流動層の上部位置に開口する溢流口からオーバーフローさせて、再生処理ダストとして回収する技術が開示されている。ここで、古砂ダストは、鋳物古砂再生用の乾式再生機で発生したダストを集じんして得たものである。また、流動焙焼炉の底部には、珪砂がベース砂として収容されている。
【００１３】
加えて、シュートの投入口部に設けた圧縮空気吹込管で、その先端に形成したノズルから圧縮空気がシュートの出口に向って吹き込まれるようになっていることも開示されている。すなわち、古砂ダストをシュートに向かって圧縮空気を吹き込みながら炉内に供給し、溢流口から古砂ダストをオーバーフローさせて回収している。
【００１４】
特許文献１で開示されている流動焙焼炉では、古砂ダストの供給高さ位置と溢流口（回収口）の高さ位置とがほとんど同じであることから、流動化している古砂ダストについて、焙焼されたものだけが確実に溢流口からオーバーフローして回収されることはない。
【００１５】
すなわち、流動化し焙焼中の古砂ダストの中に、次々に焙焼前の古砂ダストが供給されるため、溢流口から回収されている古砂ダストに焙焼が不十分な古砂ダストが混在する。そのため、この点で連続処理が困難である。
【００１６】
上記第１の点に対し、特許文献１に開示の方法で、可能な限り焙焼が進んだ古砂ダストを回収するためには、古砂ダストの供給速度を極力遅くする必要があると考えられる。ただし、この場合流動焙焼炉による処理は、非常に効率の悪いものとなり、やはり連続処理は困難である。
【００１７】
第２の問題点としては、焙焼後に焙焼に用いられたガスと焙焼後の被焙焼物とを分離することが困難であるという点である。
【００１８】
特許文献２には、金属鉄源を流動焙焼炉で酸化焙焼する工程と、焙焼炉の溢流口より排出された粗粒子の酸化層を剥離する工程と、剥離工程後の酸化鉄と金属鉄粉を流動焙焼炉に循環する工程と、生成した微粉酸化鉄を焙焼ガスと共に流出させて焙焼ガス中より捕捉回収する工程とからなる高品位酸化鉄の製造方法が開示されている。
【００１９】
しかしながら特許文献２には、微粉酸化鉄を焙焼ガスと共に流出させて焙焼ガス中より捕捉回収すると記載されているものの、具体的にどのように微粉酸化鉄を焙焼ガスと共に流出させるかについては明確に開示されていない。すなわち、微粉酸化鉄と焙焼ガスとをどのように効率的に分離し、微粉酸化鉄を捕捉回収するかの課題が依然として解決されているとは言い難い。
【００２０】
また、特許文献２には、剥離酸化皮膜を流動焙焼炉排ガスに随伴させて炉外に排出させることも開示されているが、どのような方法で流動焙焼炉排ガスに随伴させ炉外に排出させるのかについても不明確である。
【００２１】
第３の問題点は、焙焼を行う被焙焼物によって求められる製品の純度などが異なる点である。流動焙焼炉の原料の具体的な例を挙げて説明する。その原料として、例えば２次電池の材料として多く用いられる酸化ニッケル（ＮｉＯ）は、純度などの点で非常に厳しい被焙焼物となる。酸化ニッケルは、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）を含有する水溶液にアルカリを添加し、中和して水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）を得、その水酸化ニッケルを焙焼して製造される。
【００２２】
この酸化ニッケルについては、得られた酸化ニッケルに含まれた不純物の硫黄品位が高く、例えば１００ｐｐｍを超えると、酸化ニッケルから製造した電池の特性を低下させる等の影響が生じるなど好ましくない。このため、洗浄等の前処理で付着した硫黄を除去するとともに、均一かつ確実に焙焼して硫黄を低減することが欠かせない。すなわち特許文献１等で開示されている流動焙焼炉の構成では、所定の原料に対して焙焼の均一性を十分に上げることができないという問題がある。
【００２３】
第４の問題点は、焙焼を行う被焙焼物の特性に関する点である。前述の水酸化ニッケルの流動焙焼に際しては、発生するガスの影響を考慮する必要もある。つまり、水酸化ニッケルを焙焼して酸化ニッケルが生成するのと同時に、水酸化ニッケルの分解に伴って水（Ｈ２Ｏ）、すなわち水蒸気ガスも発生する。この発生した水蒸気ガスの体積によって流動焙焼炉内での流速が急激に上昇し、その結果被焙焼物が不完全な焙焼のまま流出させられ、品質と回収率が低下する問題を生じる。
【００２４】
上記の焙焼に伴って発生したガスによる影響は、水酸化ニッケルなどの場合以外でも、例えば銅精鉱を焙焼して砒素を分離しようとする際にも生じる。
【００２５】
この第４の問題点に対して、焙焼によってガスが発生する場合、流動焙焼炉から未反応原料の排出を防止するためには、発生するガスの量をあらかじめ予測し、発生ガス量に相当する量の流動化に送気するガス量を減少することが必要となる。しかし上記の水蒸気ガスなどは流動層内で焙焼反応に伴って発生するものであり、流動化のためのガス供給量を一律に減少すると、流動化が生じなくなり反応が進まなくなったり、過剰の流量となって目的とする焙焼が円滑に進まなくなったりする課題が生じる。
【００２６】
この第４の問題点に対して、特許文献１では、流動焙焼炉の炉心本体の出口側に炉内断面積を拡大した部分（以下この部分を「減速部」と称する）を設置し、流動焙焼炉の炉内を流れてきたガスならびに被焙焼物の流速を断面積の広がりによって低減させて、焙焼が不十分な原料が排出されることを防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２０００−４２５１５号公報
【特許文献２】特開昭６１−２３６６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上記第３および第４の問題点に対し、特許文献１に記載の流動焙焼炉の炉心本体の出口側に炉内断面積を拡大した部分が設置された場合、すなわち流動焙焼を行っている流動層より上の部分で、炉内断面積を拡大した部分が設置された場合、流動焙焼が行なわれている流動層が形成されている部分では、炉内断面積が上下で変化しない直筒形状であるので、発生したガスにより、流動層内部で流動ガスの速度が不均一となりやすく、そのため、被焙焼物が完全に焙焼されずに炉心本体の出口側に向うことが多く、品質と回収率が低下するという問題がある。
【００２９】
また、特許文献１に記載の流動焙焼炉では、焙焼が不十分なまま排出口側に運ばれた被焙焼物は、減速部で流速が低下し、重力によって浮遊が抑制されて流動焙焼炉に落下して焙焼されるものが大部分であるが、一部は減速部と炉心本体で異なる断面積をつなぐ部分（以下この部分を「拡張部」と称する）に引っ掛かり堆積してしまうという問題がある。
【００３０】
このように、焙焼が不十分な被焙焼物の堆積が生じると、炉内のガス流れ等に対する障害となったり、堆積物が成長した状態で、急に堆積が剥離して落下し炉心本体内で閉塞を生じたり、流動の障害の原因となるなど好ましくない。
【００３１】
この堆積物を除去するための方法としては、炉内を均一にし、未反応な原料（被焙焼物）を分離して必要な程度まで再度焙焼させるなどの処置をすることもできる。しかし、連続操業する流動焙焼炉から未反応な原料を取り出して再度焙焼させることは容易でなく、手間がかかり生産性が低下する問題がある。
【００３２】
本発明は上記事情に鑑み、焙焼によりガスが発生する被焙焼物であっても、焙焼後の品質と回収率を高くすることができる流動焙焼炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
第１発明の流動焙焼炉は、下側から上側へ向けて流れるガスを用いて被焙焼物が焙焼される筒状炉心部が設けられ、該筒状炉心部は、下側の断面積よりも上側の断面積が大きい拡大部を有し、該拡大部の内面は、下面よりも上面が大きい円錐台の形状であり、該拡大部が存する高さ方向の領域において前記被焙焼物が焙焼される流動層が形成され、前記円錐台の軸心を含む断面での前記円錐台の側部を含んでいる直線と、前記円錐台の軸心と、が交差する角度である拡大角度が３度以上４０度以下であることを特徴とする。
第２発明の流動焙焼炉は、第１発明において、前記拡大部には、内部の堆積物を剥離する振動装置が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
第１発明によれば、流動焙焼炉が備えている筒状炉心部が拡大部を有し、この拡大部が円錐台の形状であるとともに、拡大角度が３度以上４０度以下であることにより、被焙焼物の焙焼によりガスが発生した場合でも、発生したガスの体積増加分が拡大部で吸収されるため、流動層内部で流動ガスの速度がより均一に維持される。このため焙焼後の被焙焼物の品質と回収率が向上する。
第２発明によれば、前記拡大部に設けられた振動装置により筒状炉心部の内部の堆積物が剥離されるので、筒状炉心部内のガスの流れの障害となるものがなく、流動ガスがより均一に流動する。このため被焙焼物の品質と回収率がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流動焙焼炉の正面方向からの断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る流動焙焼炉の正面方向からの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための流動焙焼炉およびその運転方法を例示するものであって、本発明は流動焙焼炉およびその運転方法を以下のものに特定しない。なお、各図面が示す部材の大きさまたは位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
【００３７】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態に係る流動焙焼炉１０の正面方向からの断面図を示す。図１において黒色の太線矢印は、流動用ガスの流れ方向を示している。本実施形態の流動焙焼炉１０には、筒状炉心部１１が、軸心を鉛直にした状態で設けられている。この筒状炉心部１１の下部には固定層１５が設けられている。
【００３８】
固定層１５は例えば球状のアルミナなどのセラミックスを充填したものを用いることができ、セラミックスはポーラスであってよく、高い充填率のものであってよい。そして被焙焼物が固定層１５の下に落ち込まないように固定層１５を何層かで構成してもよい。例えば固定層１５の下の方を球状のアルミナを用い、固定層１５の上部をより小さな球状のアルミナを用いてもよい。この固定層１５の下面には、筒状炉心部１１の下部から流動用ガスを導入するための流動用ガス導入管１２が設けられている。この流動用ガス導入管１２から太線矢印で示す向きに流動用ガスが供給されることで、固定層１５の上に位置している流動媒体３１および原料３２が流動化して流動層が生じ、この流動層内で原料３２が浮遊した状態で焙焼が行なわれる。
【００３９】
筒状炉心部１１の下部には、流動媒体３１等を一定の温度に保持するためのヒータ１３が設けられている。なおこのヒータ１３は原料３２によっては設けられない場合もある。ヒータ１３が用いられない場合は、例えば高温のガスを流して流動焙焼してもよい。
【００４０】
またヒータ１３は、筒状炉心部１１の上下で複数設置することが好ましい。また、筒状炉心部１１の上下でヒータ１３の設置密度が異なっていることが好ましい。これらのような構成により筒状炉心部１１の温度を上下で異ならせることができ、焙焼を細かく制御することが可能となる。
【００４１】
筒状炉心部１１に供給する原料３２は、筒状炉心部１１の側部に設けられた原料投入管１４により適宜投入される。そして原料投入管１４は原料投入後、蓋またはバルブで閉じる。
【００４２】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０では、筒状炉心部１１は、下側の断面積よりも上側の断面積が大きい拡大部１７を有している。なおここでの断面積は、炉内断面積であり、筒状炉心部１１の軸心に対し直角な断面における、筒状炉心部１１の内面の断面積である。本明細書では拡大部１７の内面は、下面よりも上面が大きい円錐台の形状をしている。円錐台は、円錐を底面に平行な平面で切って、小さい円錐を取り除いた形状である。ただし、本明細書では、円錐台の概念には、上面部と下面部を含まない。拡大部１７は、この円錐台の２つの平面のうち小さい方の面を下にし、大きい方の面を上にした際の、側方から見た形状となっている。このとき、拡大部１７の軸心Ｃとは、円錐台の軸心Ｃ、すなわち円錐台の上下の平面を形成する２つの円の中心を通る直線となる。
【００４３】
拡大部１７では、焙焼時に、被焙焼物が焙焼される流動層の全部または一部が形成される。なお、流動層の全部が、拡大部１７の下端から上端の間に位置していることが望ましい。拡大部１７の下端については、固定層１５の上端と一致していることが望ましい。ただし、拡大部１７の下端よりも下側、または拡大部１７の上端よりも上側に流動層が位置する場合もある。
【００４４】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０では、拡大部１７の軸心Ｃを含む断面（例えば図１で流動焙焼炉１０を切断している断面）において、円錐台の側部を含んでいる直線Ｓと、円錐台の軸心Ｃとが交差する角度である拡大角度θが３度以上４０度以下である。
【００４５】
流動焙焼炉１０が備えている筒状炉心部１１が拡大部１７を有し、この拡大部１７が円錐台の側方から見た形状であるとともに、拡大角度θが３度以上４０度以下であることにより、被焙焼物の焙焼によりガスが発生した場合でも、発生したガスの体積増加分が拡大部１７で吸収されるため、流動層内部で流動ガスの速度がより均一に維持される。このため焙焼後の被焙焼物の品質と回収率が向上する。
【００４６】
本実施形態では特許文献１と同様、流動層の上の部分において、炉内断面積が拡大する部分がある。この形状により、筒状炉心部１１の上側（ガスの流れでいえば下流側）ほど、炉内断面積が連続的に拡大し、上側でのガスの流速を下側より低下させることができる。これによって乱流状態にある流動焙焼炉内において部分的にガス流速が終末速度を超えてしまうことがあっても、炉の焙焼部分から原料３２が、焙焼が不完全なまま炉外に持ち去られることを回避できる。
【００４７】
すなわち、上部においては炉内断面積が大きい分、ガス流速が下がり、原料が炉の下部に落ちてきて、焙焼できる。このため効率的に焙焼できるとともに熱を均一に被焙焼物に与え続けられるため、確実かつ均一に焙焼でき、よって高品質の製品を得ることができる。また、被焙焼物を終末速度以下で流動焙焼できることから飛び去ることなく、高い回収率を得ることができる。
【００４８】
加えて本実施形態に係る流動焙焼炉１０では、流動層が形成されている高さ方向の領域において、筒状炉心部１１の上側から下側にかけて一定の割合で炉内断面積が少なくなっているため、被焙焼物の焙焼によりガスが発生した場合でも、発生したガスの体積増加分が拡大部１７の上部で吸収されるため、流動層内部で流動ガスの速度がより均一に維持される。また、筒状炉心部１１の下部では上部よりも平均流速が速くなり、直筒の炉芯よりも効率的に流動焙焼が行える。
【００４９】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０では、拡大角度θは、３°以上４０°以下の範囲である。３°未満では円筒直管とほとんど変わらず、本発明の効果が得られない。一方、４０°を超えると炉内断面積の増加の割合が大きくなり、流動用ガスの流速の減速が急激に生じ、さらに拡大部１７の内面がなだらかになりすぎ、被焙焼物の堆積が生じやすくなる。拡大角度θを上記の範囲とすることで一層効率的に焙焼が進行し、その結果高い回収率を得ることができる。
【００５０】
（第１実施形態に係る流動焙焼炉１０の運転方法）
図１に示すように、流動焙焼炉１０には、原料３２と一緒に流動層を生じさせるための流動媒体３１が装入されている。流動焙焼炉１０に流動用ガス導入管１２から流動用ガスが導入されるとともに、原料３２があらかじめ定められた量だけ投入される。流動用ガスの流速は、原料３２と流動媒体３１との混合物の「空塔速度」が、「最小流動化速度」以上で「終末速度」未満であるように調整する。
【００５１】
流動焙焼炉１０はヒータ１３により加熱した状態にしておき、原料３２を投入して焙焼することが好ましい。原料投入後、加熱すると時間がかかり効率が悪くなるからである。ヒータ１３は電気式であることが、制御が容易である点で好ましい。また、図示していないが、ガスバーナなどはコスト面で安く、好ましい。
【００５２】
（第２実施形態）
図２には、第２実施形態に係る流動焙焼炉１０の正面方向からの断面図を示す。第１実施形態の流動焙焼炉１０との相違点は、拡大部１７に、この拡大部１７の内面に堆積した被焙焼物を剥離するための振動装置が設けられている点である。本実施形態の流動焙焼炉１０では、振動装置は、例えばノッカー２０が該当する。本実施形態ではノッカー２０は拡大部１７の全周に亘って配置されているのが好ましい。
【００５３】
振動装置は、ノッカー２０に限定されない。振動を与える装置は、他にもバイブレータ、および超音波発振装置などが該当する。
【００５４】
ノッカー２０の種類は特に限定されないが、エアー式ノッカーを用いることが好ましい。エアー式ノッカーは一般的に普及しており、安価に入手できて効果も大きいためである。
バイブレータの種類は特に限定されないが、ノッカー２０と同様に安価で効果が大きいエアー式が好ましい。
超音波発振装置は耐熱性がノッカー２０等に比べて低いため断熱または冷却を行うことが好ましい。
【００５５】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０は、振動装置によって拡大部１７に振動を与えることで拡大部１７における被焙焼物の堆積を抑制する。すなわち拡大部１７に被焙焼物が堆積した場合には、振動装置から拡大部１７へ振動を与えることにより、拡大部１７の内面に堆積した被焙焼物を流動焙焼炉１０の筒状炉心部１１の下部に落とすので、再度、流動焙焼させることができる。
【００５６】
上記のように、拡大部１７に設けられた振動装置が振動すると、筒状炉心部１１の内部の堆積物が剥離されるので、筒状炉心部１１内のガスの流れの障害となるものがなく、流動ガスがより均一に流動する。このため被焙焼物の品質と回収率がより向上する。
【００５７】
また、拡大部１７に堆積した被焙焼物が除去されることで、流動焙焼炉１０の長期に亘る生産性を維持できる。また、振動装置は拡大部１７の外側に設置されているので、振動装置のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００５８】
（第２実施形態に係る流動焙焼炉１０の運転方法）
流動層を生じさせて焙焼する工程は第１実施形態に係る流動焙焼炉１０と同じである。第２実施形態では、流動焙焼炉１０の使用者は、拡大部１７の内面に被焙焼物が付着しないように、ノッカー２０を運転する。ノッカー２０の運転条件は、投入する原料により異なる。ノッカー２０の運転は、例えば流動焙焼炉１０の焙焼中連続で運転を行う場合もあり、また間欠的に１時間に数分程度運転を行う場合もある。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明に関連する実験を行い、本発明の各実施形態の実施例を示して説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
（実験１）（拡大角度θの検証、原料：水酸化ニッケル）
＜原料＞
焙焼対象の原料（被焙焼物）３２として、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）を準備した。水酸化ニッケルは、平均粒径が２２．２〜２４.２μｍのものであり、あらかじめ真空中において、１７５℃で３時間の真空加熱処理が行われ、含有水分が実質的に除去された。
なお、水酸化ニッケルの硫黄品位は１．９〜２．１重量％だった。また、他の不純物は実質的に無視できる程度だった。
【００６０】
なお、以下の各実験においては、バッチ処理を行った。すなわち各原料３２は所定量を流動焙焼炉１０に装入し、次に空気を流動用ガスとして炉内下部から送り込んで流動化するとともに所定の温度に昇温し維持して流動焙焼を行い、焙焼後の流動用ガスは上部から排出するようにした。
【００６１】
＜流動焙焼処理＞
実験１では図１に示す第１実施形態に係る流動焙焼炉１０と、拡大部１７のない焙焼炉と、が用いられた。これらの焙焼炉により、原料の水酸化ニッケルが焙焼され、焙焼物である酸化ニッケル（ＮｉＯ）が回収された。
【００６２】
第１実施形態の流動焙焼炉１０は、拡大角度θを表１に示すように変更して用いられた。なお、拡大部１７のある形状を「円錐台」として記載する。この流動焙焼炉１０で焙焼されたものが実施例１〜３、比較例２、３である。拡大部１７のない、直筒のみで構成される筒状炉心部１１を用いて焙焼されたものが比較例１である。
【００６３】
投入原料の重量は、すべて同一とし、焙焼条件は全て同一条件とした。具体的には焙焼温度は９００℃、焙焼時間は２０分とし、流動用ガスには空気を用いた。所定の焙焼後炉を冷却し、炉内の被焙焼物を回収した。
【００６４】
＜評価＞
実施例１〜３、比較例１〜３のそれぞれの処理において、焙焼により得られた試料の回収率（実収率）、回収した試料中における酸化ニッケルの含有量、および回収した試料中における硫黄の含有量が評価された。表１に測定結果を示す。なお評価方法は以下のとおりである。
【００６５】
［焙焼により得られた試料の回収率］
焙焼により得られた試料の回収率は、下記の数１により算出した。
【００６６】
［数１］
Ｒ＝Ｗ１／（Ｗ２−Ｓ）×１００
【００６７】
Ｒ：回収率[％]
Ｗ１：回収した試料の重量
Ｗ２：投入した原料３２（今回はＮｉ（ＯＨ）２）が全て焙焼された（今回はＮｉＯ）ときの重量
Ｓ：投入した原料３２に含まれている硫黄の重量
【００６８】
［回収した試料における酸化ニッケルの含有量の割合］
回収した試料中における酸化ニッケルの含有量の割合は、回収した試料中に含まれる酸化ニッケル（ＮｉＯ）と水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）の含有量をそれぞれ算出し、それぞれの含有量の合計値に対するＮｉＯ含有量の割合（重量％）として算出した。
【００６９】
［回収した試料中における硫黄の含有量］
回収した試料中における硫黄の含有量は、硫黄分析装置（三菱化学株式会社製，型式：ＴＯＸ−１００）を用いて測定した。
【００７０】
【表１】
2019120472.tif 000003
【００７１】
表１に示すように、第１実施形態の、拡大部のある構造の流動焙焼炉１０を用いた実施例１〜３では、３つの項目でバランスよく良好な結果が得られた。すなわち、回収率は全て９８．６％以上の高い値を示し、回収された試料中における酸化ニッケルの含有割合も全て９９.７％以上でほとんどＮｉＯに焙焼できた。また、回収された試料中の硫黄の含有量も２１ｐｐｍ以下と低く、高品質な酸化ニッケルを得ることができた。
【００７２】
一方、直筒の焙焼炉が用いられた比較例１は、実施例に比較して、回収率は９７％以下と低く、回収された試料中における硫黄品位も２６ｐｐｍと高くなった。また、拡大角度θが３度よりも小さい比較例２は酸化ニッケル含有率が実施例と比較して低く、硫黄の含有量も２３ｐｐｍと高い値となった。また拡大角度θが４０度よりも大きい比較例３は、回収率は９８．０％と低い値となった。このように、本発明の第１実施形態の流動焙焼炉１０によって効率的に焙焼できることが分かった。
【００７３】
（実験２）（拡大角度θの検証、原料：銅精鉱）
＜原料＞
焙焼対象の原料（被焙焼物）３２として、表２に示した砒素、硫黄品位の銅精鉱を用いた。
【００７４】
【表２】
2019120472.tif 000004
【００７５】
＜流動焙焼処理＞
実験２では実験１と同様、図１に示す第１実施形態に係る流動焙焼炉１０と、拡大部１７のない焙焼炉と、が用いられた。これらの焙焼炉により、原料の銅精鉱が焙焼された。
【００７６】
第１実施形態の流動焙焼炉１０は、拡大角度θを表３に示すように変更して用いられた。なお、拡大部１７のある形状を「円錐台」として記載する。この流動焙焼炉１０で焙焼されたものが実施例４〜６、比較例５、６である。拡大部１７のない、直筒のみで構成される筒状炉心部１１を用いて焙焼されたものが比較例４である。
【００７７】
また投入試料量は実施例４〜６、比較例４〜６はいずれも同じとした。焙焼条件は焙焼温度９００℃で焙焼時間を４．０時間としガスには窒素を用いた。各試験とも炉を冷却後、炉内の試料を回収した。
【００７８】
＜評価＞
実施例、比較例のそれぞれの処理において、フィルターでの試料の回収率（飛散率）、及び、銅精鉱中の砒素含有量について評価した。表３に、測定結果を示す。なお、評価方法は以下の通りである。
【００７９】
［フィルターでの試料の回収率］
焙焼後、排気ガスとともに流し出された試料をバグフィルターで回収し、その回収量から下式によってフィルターでの回収率（飛散率）を算出した。なお、本来銅精鉱がフィルターで捕集されるのはロスになり好ましくなくこの回収率（飛散率）は低い方が好ましいのは言うまでもない。
【００８０】
［数２］
Ｒ２＝Ｗ３／Ｗ４×１００
【００８１】
Ｒ２：フィルターでの回収率[％]
Ｗ３：回収した試料の重量
Ｗ４：投入した原料（今回は銅精鉱）の重量
【００８２】
［実験前後の試料中の砒素含有量］
実験前後の試料についてはＩＣＰ発光分光分析装置を用いて砒素と硫黄の分析を行った。
【００８３】
【表３】
2019120472.tif 000005
【００８４】
表３に示すように、第１実施形態の拡大部のある構造の流動焙焼炉１０を用いた実施例４〜６では２つの項目でバランスよく良好な結果が得られた。すなわち、全ての試料において砒素は０．１重量％未満に低減され、精鉱中の砒素と硫黄の含有量が大きく減少した。このように精鉱中の砒素、硫黄が減少したため、鉱石中の銅含有量は１０％以上増加した。
【００８５】
一方、比較例は好ましくない結果となった。すなわち、直筒で焙焼された比較例４は、砒素品位が０．１重量％あり、フィルターでの回収量は１２％以上であった。拡大角度θが３度よりも小さい比較例５では、フィルターでの回収率（飛散率）が０．５％と実施例と比較して高い値となった。このように、本発明の第１実施形態の流動焙焼炉１０によって効率的に焙焼できることが分かった。
【００８６】
（実験３）（振動装置の有意性の検証、原料：水酸化ニッケル）
＜原料＞
焙焼対象の原料（被焙焼物）３２として、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）を準備した。水酸化ニッケルは、平均粒径が２２．１〜２４．１μｍのものであり、真空中で１７５℃、３時間の真空加熱処理を行って、含有水分を実質的に除去した。また、その水酸化ニッケルについて分析したところ、硫黄分が１．７〜１．９重量％の割合で含まれるものであることが確認された。なお、その他の不純物成分は、実質的に無視できる程度だった。
【００８７】
＜流動焙焼処理＞
実験３では、図２に示す第２実施形態に係る流動焙焼炉１０と、拡大部１７のない焙焼炉と、が用いられた。これらの焙焼炉により、原料の水酸化ニッケルが焙焼され、焙焼物である酸化ニッケル（ＮｉＯ）が回収された。
【００８８】
第２実施形態の流動焙焼炉１０は、拡大角度θを表４に示すように変更して用いられた。なお、拡大部１７のある形状を「円錐台」として記載する。この流動焙焼炉１０で焙焼されたものが実施例７〜１５、比較例７〜１２である。拡大部１７のない、直筒のみで構成される筒状炉心部１１を用いて焙焼されたものが比較例１３である。
【００８９】
振動装置としては、図２に示すようにノッカー２０を用いた場合と、バイブレータ、超音波発振装置を用いた場合の実験データを取得した。バイブレータ、超音波発振装置は、ノッカー２０を取り外して、同じ位置に同じ数だけ配置した。
【００９０】
投入原料の重量は、全て同一とし、焙焼条件は全て同一条件とした。具体的には焙焼温度は９００℃、焙焼時間は２０分とし、流動用ガスには空気を用いた。所定の焙焼後炉を冷却し、炉内の被焙焼物を回収した。
【００９１】
＜評価＞
それぞれの処理において、焙焼により得られた試料の回収率（実収率）、回収した試料中における酸化ニッケルの含有量、および回収した試料中における硫黄の含有量が、上記実験１と同じ方法で評価された。表４に測定結果を示す。
【００９２】
【表４】
2019120472.tif 000006
【００９３】
表４示すように、第２実施形態の振動装置のある構造の流動焙焼炉１０を用いた実施例７〜１５では、３つの項目でバランスよく良好な結果が得られた。すなわち、回収率は全て９８．５％以上の高い値を示し、回収された試料中における酸化ニッケル含有割合も９９．６％以上でほとんどＮｉＯに焙焼できた。また、回収された試料中の硫黄の含有量も２２ｐｐｍ以下と低く、高品質な酸化ニッケルを得ることができた。
【００９４】
一方、直筒の焙焼炉が用いられた比較例１は、実施例に比較して回収率は９６．８％と低く、回収された試料中における硫黄品位も３２ｐｐｍと高くなった。また、拡大角度が３度よりも小さい比較例７、９、１１は酸化ニッケル含有率が実施例と比較して低く、硫黄の含有量も２３ｐｐｍ以上と高い値となった。また拡大角度θが４０度よりも大きい比較例８、１０、１２は、回収率が９８．２％以下と低い値となった。このように、本発明の第２実施形態の流動焙焼炉１０によって、より効率的に焙焼できることが分かった。
【００９５】
（実験４）（振動装置の有意性の検証、原料：銅精鉱）
＜原料＞
対象の原料（被焙焼物）３２として、上記実験２の表２に示した組成の銅精鉱を原料に用いた。
【００９６】
＜流動焙焼処理＞
実験４では、図２に示す第２実施形態に係る流動焙焼炉１０と、拡大部１７のない焙焼炉と、が用いられた。これらの焙焼炉により、原料の銅精鉱が焙焼された。
【００９７】
第２実施形態の流動焙焼炉１０は、拡大角度θを表５に示すように変更して用いられた。なお、拡大部１７のある形状を「円錐台」として記載する。この流動焙焼炉１０で焙焼されたものが実施例１６〜２４、比較例１４〜１９である。拡大部１７のない、直筒のみで構成される筒状炉心部１１を用いて焙焼されたものが比較例２０である。
【００９８】
振動装置としては、図２に示すようにノッカー２０を用いた場合と、バイブレータ、超音波発振装置を用いた場合の実験データを取得した。バイブレータ、超音波発振装置は、ノッカー２０を取り外して、同じ位置に同じ数だけ配置した。
【００９９】
投入原料の重量は、全て同一とし、焙焼条件は全て同一条件とした。具体的には焙焼温度は９００℃、焙焼時間は４．０時間とし、流動用ガスには窒素を用いた。所定の焙焼後炉を冷却し、炉内の被焙焼物を回収した。
【０１００】
＜評価＞
それぞれの処理において、フィルターでの試料の回収率（飛散率）、および焙焼後の銅精鉱中の砒素含有量が上記実験２と同じ方法で評価された。表５に、測定結果を示す。
【０１０１】
【表５】
2019120472.tif 000007
【０１０２】
表５に示すように、第２実施形態の拡大部のある構造の流動焙焼炉１０を用いた実施例１６〜２４では２つの項目でバランスよく良好な結果が得られた。すなわち、全ての試料において砒素は０．１重量％未満に低減され、精鉱中の砒素と硫黄の含有量が大きく減少した。このように精鉱中の砒素、硫黄が減少したため、鉱石中の銅含有量は１０％以上増加した。
【０１０３】
一方、比較例は好ましくない結果となった。すなわち、直筒で焙焼された比較例２０は、砒素品位が０．２重量％あり、フィルターでの回収量は１２％以上であった。拡大角度θが３度よりも小さい比較例１４、１６、１８では、フィルターでの回収率（飛散率）が０．５％以上と実施例と比較して高い値となった。このように、本発明の第２実施形態の流動焙焼炉１０によって、より効率的に焙焼できることが分かった。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  流動焙焼炉
１１  筒状炉心部
１７  拡大部
２０  ノッカー（振動装置）
θ  拡大角度
【図１】
2019120472.tif 000008
【図２】
2019120472.tif 000009