(57)【要約】【課題】  ニッケル酸化鉱石スラリーの移送配管系において生じやすい配管閉塞を防止する方法を提供する。【解決手段】  硫酸を用いた高圧酸浸出法による湿式製錬プロセスの原料としてのニッケル酸化鉱石スラリーをその供給槽１から高圧の加熱槽４に移送するスラリー移送配管系３の閉塞防止法であって、前記移送配管系３に設けられた供給ポンプ４の吐出圧と前記加熱槽２の槽内圧との圧力差が所定の閾値を超えたときに自動的に所定の時間だけ前記移送配管系に洗浄水を導入して水洗する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸を用いた高圧酸浸出法による湿式製錬プロセスの原料としてのニッケル酸化鉱石スラリーをその供給槽から高圧の加熱槽に移送するスラリー移送配管系の閉塞防止法であって、前記移送配管系に設けられた供給ポンプの吐出圧と前記加熱槽の槽内圧との圧力差が所定の閾値を超えたときに自動的に所定の時間だけ前記移送配管系に洗浄水を導入して水洗することを特徴とするスラリー移送配管系の閉塞防止方法。
【請求項２】
前記ニッケル酸化鉱石スラリーは、鉱石原料を湿式で篩別して得たスラリーを濃縮することで調製されることを特徴とする、請求項１に記載のスラリー移送配管系の閉塞防止方法。
【請求項３】
前記洗浄水は前記供給ポンプの吸込側に導入されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスラリー移送配管系の閉塞防止方法。
【請求項４】
前記洗浄水を導入する導入配管の断面積が前記供給ポンプの吸込側配管の断面積の０.６４倍以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスラリー移送配管系の閉塞防止方法。
【請求項５】
硫酸を用いた高圧酸浸出法による湿式製錬プロセスの原料としてのニッケル酸化鉱石スラリーをその供給槽から高圧の加熱槽に移送するスラリー移送配管系と、該移送配管系に設けられた供給ポンプと、該供給ポンプの吸込側に洗浄水を導入する洗浄水導入手段とからなるスラリー移送設備であって、
該供給ポンプの吐出圧及び該加熱槽の槽内圧力を測定する圧力計がそれぞれ設けられており、これら両圧力計の圧力差が所定の閾値を超えたときに該洗浄水導入手段から洗浄水を導入する制御手段を有していることを特徴とするスラリー移送設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル酸化鉱石スラリーをその供給槽から高圧の加熱槽に移送するスラリー移送配管系の閉塞防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ニッケル及びコバルトを回収する湿式製錬プロセスとして、ニッケル酸化鉱石に対して高温加圧下で硫酸を添加して酸浸出処理を行う高圧酸浸出法（Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ａｃｉｄ  Ｌｅａｃｈ）が注目されている。このプロセスは、従来の一般的なニッケル酸化鉱石の製錬方法と異なり乾燥工程や焙焼工程等の乾式処理工程を含んでおらず、一貫した湿式工程で処理を行うのでエネルギー的及びコスト的に有利なプロセスである。
【０００３】
この高圧酸浸出法は、ニッケル品位が１〜２質量％程度で鉄を主成分とする低ニッケル品位の酸化鉱石を原料に用いる場合であっても、酸浸出処理が行われる加圧浸出反応器内において生成される浸出液の酸化還元電位及び温度を制御することによって、主たる不純物である鉄をヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）の形の浸出残渣として固定しながらニッケル及びコバルトを鉄に対して選択的に浸出することができるので、この点においても非常に大きなメリットがある。
【０００４】
上記の高圧酸浸出法では、一般的に先ず前処理工程においてニッケル酸化鉱石を湿式にて粉砕、篩別することによって、所定の粒度の鉱石からなる鉱石スラリーを調製する。次に浸出工程において、オートクレーブに硫酸と共に装入された該鉱石スラリーに対して更に高圧水蒸気を吹き込んで高圧高温下で酸浸出処理を施す。これにより、ニッケル及びコバルトを一部の不純物元素と共に液中に浸出させる。このようにして生成した浸出液及び浸出残渣からなる浸出スラリーをオートクレーブから抜き出した後、多段のフラッシュタンクによって段階的に降温降圧してからシックナーなどの固液分離設備に導入して浸出液を浸出残渣から分離する。この浸出液に対して中和工程及び硫化工程で処理することでニッケル及びコバルトを混合硫化物として回収する。
【０００５】
上記の浸出工程では、一般的に温度２００〜２７０℃、圧力１.８〜５.８ＭＰａＧの高温高圧下で酸浸出処理を行うため、前処理工程で調製した鉱石スラリーは、特許文献１に記載のように多段のヒーターユニットを通過させて段階的に昇温昇圧してからオートクレーブに導入することが行われている。この特許文献１に記載のニッケル酸化鉱石スラリーの移送配管系は、２基の鉱石スラリーの移送ポンプを並列にして設けると共に、該配管系の所定の位置に圧力計を設けることでオートクレーブへのニッケル酸化鉱石スラリーの供給を停止することなくポンプを切り替える方法が記載されている。
【０００６】
ところで、上記の前処理工程で調製される鉱石スラリーには、回収対象金属であるニッケル及びコバルトのほか、鉄、マグネシウム、アルミニウム、クロムなどの様々な金属が様々な鉱物として含まれており、それらの中には例えばクロマイトに代表される比重が大きく沈降しやすい鉱物が含まれている。そのため、該鉱石スラリーを後工程に移送する移送配管系において比重が大きい鉱物が沈降して堆積し、該移送配管系を閉塞させることがあった。
【０００７】
このようなスラリーによる配管閉塞を防ぐため、例えば特許文献２には、スラリーの移送配管に流量調整弁を備えた洗浄水供給配管を接続し、温度調整された洗浄水を定期的に供給することでスラリー移送配管の内部や弁の内部を洗浄する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１３３２０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４２１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ニッケル酸化鉱石スラリーの移送配管系が閉塞すると、その復旧のために解体洗浄等が必要になるため設備稼働率が低下してしまう。従って、当該ニッケル酸化鉱石スラリーの移送配管系は閉塞しにくいことが求められていた。しかしながら、上記の特許文献２の技術をニッケル酸化鉱石スラリーの移送配管系に適用すると、配管閉塞が生じないように安全サイドの高い洗浄頻度で運転することが行われやすく、その結果、鉱石スラリーが洗浄水で過度に希釈されるおそれがあった。本発明は上記したような従来のニッケル酸化鉱石の高圧酸浸出法が抱える問題点に鑑みてなされたものであり、ニッケル酸化鉱石スラリーの移送配管系において生じやすい配管閉塞を防止する方法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】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、低圧の供給槽から高圧の加熱槽にニッケル酸化鉱石スラリーを移送する移送配管系に設けられた移送ポンプの吐出配管系の圧力損失の値に応じて該移送配管系に洗浄水を導入することにより配管閉塞を効果的に防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係るニッケル酸化鉱石スラリー移送配管閉塞防止方法は、硫酸を用いた高圧酸浸出法による湿式製錬プロセスの原料としてのニッケル酸化鉱石スラリーをその供給槽から高圧の加熱槽に移送するスラリー移送配管系の閉塞防止法であって、前記移送配管系に設けられた供給ポンプの吐出圧と前記加熱槽の槽内圧との圧力差が所定の閾値を超えたときに自動的に所定の時間だけ前記移送配管系に洗浄水を導入して水洗することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ニッケル酸化鉱石スラリーを移送するスラリー移送配管系の閉塞を防止することができるので、該ニッケル酸化鉱石スラリーを原料として用いる湿式製錬プロセスの稼働率を高めることができ、よってその工業的価値はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態のニッケル酸化鉱石スラリー移送設備の模式的なフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態のニッケル酸化鉱石スラリーの移送配管系の閉塞防止方法について図１に示すスラリー移送設備のフロー図を参照しながら詳細に説明する。この図１に示すスラリー移送設備は、高圧酸浸出法（ＨＰＡＬ法）による湿式製錬プロセスの浸出工程において酸処理されるニッケル酸化鉱石原料のスラリー（以下、鉱石スラリーとも称する）の移送に用いられる。
【００１５】
具体的には、このスラリー移送設備は、湿式製錬プロセスの前処理工程において、原料としてのニッケル酸化鉱石に対して必要に応じて粉砕や分級を行った後、水を添加して湿式で解砕や篩別を行うことで所定の粒度に調整し、更にシックナー等の沈降分離設備で濃縮することで調製された鉱石スラリーを後述する高圧の加熱槽に供給すべく一時的に受け入れる供給槽１と、該供給槽１から好適には定量で供給された鉱石スラリーを一時的に受け入れてスチームなどの加熱媒体で加熱する加熱槽２と、上記供給槽１から加熱槽２まで鉱石スラリーを移送するスラリー移送配管系３と、該スラリー移送配管系３に設けられた供給ポンプ４と、該供給ポンプ４の吸込側に洗浄水を導入する洗浄水導入手段５と、該供給ポンプ４の吐出圧と該加熱槽２の槽内圧との圧力差が所定の閾値を超えたときに自動的に該洗浄水導入手段５から所定の時間だけ洗浄水を導入させる制御手段６とから主に構成されている。
【００１６】
これら構成要件のうち、供給ポンプ４は第１供給ポンプ４Ａと第２供給ポンプ４Ｂの２基で構成されており、これら２基の供給ポンプ４Ａ、４Ｂは、スラリー移送配管系３のうち供給槽１側端部において２系列に分岐している第１及び第２分岐配管３Ａ、３Ｂにそれぞれ設けられている。通常はこれら２基の供給ポンプ４Ａ、４Ｂのうちのいずれか一方のみが運転しており、もう一方は予備として運転停止している。上記の２系列の分岐配管３Ａ、３Ｂは、各々供給ポンプ４Ａ、４Ｂの前後に吸込側自動弁７Ａ、７Ｂ及び吐出側自動弁８Ａ、８Ｂが設けられている。これにより、上記２基の供給ポンプ４Ａ、４Ｂの一方から他方への切り替えを遠隔で行うことが可能になる。
【００１７】
上記の２系列の分岐配管３Ａ、３Ｂの結合部Ｐ以降の統合配管３Ｃにも自動弁９が設けられており、これにより加熱槽２への鉱石スラリーの供給開始や供給停止を遠隔で行うことが可能になる。この統合配管３Ｃには、更に上記した分岐配管３Ａ、３Ｂの結合部Ｐ近傍に供給ポンプ４の吐出圧を測定する第１圧力計１０が設けられている。なお、該統合配管３Ｃには鉱石スラリーの流量を測定する流量計１２も設けられている。一方、加熱槽２の頂部には槽内圧を測定する第２圧力計１１が設けられている。通常はこれら供給槽１と加熱槽２はほぼ同じレベルに設置されるので、これら第１圧力計１０と第２圧力計１１との圧力差は、統合配管３Ｃ内を鉱石スラリーが流れることによって生じる圧力損失となる。従って、この圧力差をモニタリングすることで該統合配管３Ｃの閉塞の程度を把握することが可能になる。
【００１８】
すなわち、本発明の実施形態のスラリー移送配管の閉塞防止方法は、上記の第１圧力計１０で測定した供給ポンプ４の吐出圧と上記の第２圧力計１１で測定した加熱槽２の槽内圧の圧力差が所定の閾値を超えたときに、供給ポンプ４の吸込側に洗浄水導入手段５から所定時間だけ洗浄水を自動的に導入して上記スラリー移送配管系３の内部を水洗する。これによりスラリー移送配管系３の閉塞を未然に防ぐことが可能になる。
【００１９】
すなわち、ニッケル酸化鉱石スラリーを移送するスラリー移送配管系３は通常は該鉱石スラリーに含まれる固形分がスラリー移送配管系３内で分離して堆積しないように配管径などが設計されているが、該ニッケル酸化鉱石スラリーには例えばクロマイトに代表される比重が大きい鉱物が含まれている場合があり、これが上記スラリー移送配管系３内で堆積することがある。このような一般的なニッケル酸化鉱石よりも比重の大きい鉱物がスラリー移送配管系内で徐々に堆積すると、配管内においてスラリーが流れる流路面積が狭くなり、その結果、上記供給ポンプ４の吐出圧と加熱槽２の槽内圧の圧力差が上昇していく。この傾向が更に続いて鉱物の堆積量が増加していくと、最終的にスラリー移送配管系３内に堆積した鉱物によりスラリー移送配管系３が閉塞する。これに対して、上記圧力差が所定の閾値を超える前に該スラリー移送配管系３内に洗浄水を導入すると、堆積した鉱物が水流の勢いで押し流されるので、上記のスラリー移送配管の閉塞を効果的に防止することができる。
【００２０】
上記の閾値は、スラリー移送配管系３内を流れる鉱物スラリーの固形分濃度や固形分の粒度、該スラリー移送配管系３の配管径や配管長、及びそこを流れる鉱石スラリーの流速等の種々の条件を考慮して適宜定められるが、一般的には閉塞のない運転初期の圧力損失の値に対して１.５〜２.０倍程度を閾値にするのが好ましく、例えば圧力差３２０ｋＰａ以上４３０ｋＰａ以下を閾値にするのが好ましい。
【００２１】
洗浄水の供給時間もスラリー移送配管系の配管径や配管長などを考慮して適宜定められるが、一般的には１〜２分間程度が好ましい。この時間が１分未満では閉塞防止効果が得られなくなるおそれがあり、逆に２分より長いと鉱石スラリーが洗浄水で希釈され過ぎるおそれがある。スラリー移送配管系３のうち、洗浄水を導入する位置は、供給ポンプ４Ａ又は４Ｂとその吸込側自動弁７Ａ又は７Ｂとの間であるのが好ましい。これにより供給ポンプ４Ａ、４Ｂの揚程を利用して堆積物を効率よく除去することができる。
【００２２】
洗浄水導入手段５は、例えば洗浄水を保持する洗浄水タンク５０と、この洗浄水タンク５０内の洗浄水を常時循環させる循環ポンプ５１及び循環配管系５２と、該循環配管系５２のうち、循環ポンプ５１の吐出側の分岐点から上記供給ポンプ４Ａ、４Ｂの吸込側供給点に至る洗浄水の導入配管５３とから構成されるのが好ましい。上記の導入配管５３は、前述したスラリー移送配管系３の２系列の分岐配管３Ａ、３Ｂに別々に洗浄水を導入すべく少なくとも分岐配管３Ａ、３Ｂに接続する部分が分岐しており、この分岐後の配管にそれぞれ自動開閉弁５４Ａ、５４Ｂが設けられている。なお、この導入配管５３は自動開閉弁５４Ａ、５４Ｂの下流側に逆止弁５５Ａ、５５Ｂが設けられているのが好ましい。また、導入する洗浄水の流量を調整したり、導入先のスラリー移送配管系３での操業に影響を及ぼすことなく循環ポンプ５１の修理等を行ったりできるように種々のバルブ５６、５７、５８、５９、６０Ａ、６０Ｂが設けられているのが好ましい。
【００２３】
洗浄水タンク５０の容量は、少なくとも１回のスラリー移送配管系３への洗浄水導入時に導入される洗浄水を収容できる大きさを有しているのが好ましい。また、循環ポンプ５１の能力は、スラリー移送配管系３に設けられている供給ポンプ４Ａ、４Ｂと同程度であるのが好ましく、その揚程は洗浄水の導入先の供給ポンプ４Ａ、４Ｂの吸込側配管系に良好に洗浄水を導入できるのであれば特に制約はない。
【００２４】
制御手段６は例えば分散制御システム（以下、ＤＣＳと称する）から構成され、このＤＣＳにおいて例えば下記の手順で洗浄水の導入が行われる。すなわち、第１及び第２圧力計１０、１１から定期的に入力される圧力データからそれらの圧力差を計算し、この圧力差をあらかじめ設定されている閾値と比較して該閾値を超えていれば洗浄水導入手段５の自動開閉弁５４Ａ、５４Ｂに開信号を出力する。そして該開信号を出力してから所定の時間が経過したら自動開閉弁５４Ａ、５４Ｂに閉信号を出力する。なお、水洗中は供給槽１と供給ポンプ４の間の吸込側自動弁７Ａ、７Ｂは開いていても閉まっていてもどちらでもよい。
【実施例】
【００２５】
図１に示すような洗浄水導入手段５を備えたニッケル酸化鉱石のＨＰＡＬプラント用のスラリー移送設備に実際にニッケル酸化鉱石スラリーを流しながら様々な条件で該洗浄水導入手段５から洗浄水を導入した。具体的には、供給ポンプ４Ａ、４Ｂには揚程２２ｍ、能力４０７ｍ３／ｈの遠心ポンプを用いて槽内圧０ｋＰａＧの供給槽１から槽内圧０ｋＰａＧの加熱槽２にニッケル酸化鉱石スラリーを連続的に移送した。スラリー移送配管系３の配管径１０Ａに対して、洗浄水導入手段５の導入配管５３の配管径を８Ａとした。従って、洗浄水の導入配管５３の断面積はスラリー移送配管系の断面積の０.６４倍であった。
【００２６】
洗浄水の導入時は、供給槽１と供給ポンプ４Ａ、４Ｂの間の吸込配管に設けられているバルブは開けた状態にしておいた。すなわち、ニッケル酸化鉱石スラリーの移送を行っている状態のまま洗浄水を導入した。そして、供給ポンプ４Ａ、４Ｂの吐出側に設けた第１圧力計１０の圧力と加熱槽２の頂部に設けた第２圧力計１１の圧力の圧力差が閾値を超えたときに洗浄水導入手段５の自動開閉弁５４Ａ、５４Ｂを１〜２分間開状態にすることによりスラリー移送配管系３内を水洗した。このようにして実施例１〜３の洗浄水導入を伴うスラリー移送運転を行った。なお、実施例１では上記閾値を４０５ｋＰａに設定し、実施例２〜３では上記閾値を４２５ｋＰａに設定した。また、洗浄水導入手段５から供給した洗浄水の流量は２６５〜２８５ｍ３／ｈの範囲内になるようにした。
【００２７】
また、比較のため、洗浄水導入手段５から洗浄水を導入することを行わないこと以外は上記実施例１〜３と同様にして比較例１〜３のスラリー移送運転を行った。なお、上記のニッケル酸化鉱石スラリーは、比重が１.４３〜１.４９、固体分濃度が４２〜４４質量％であり、該ニッケル酸化鉱石は、ニッケル品位１.１２〜１.１７質量％、コバルト品位０.０８〜０.１０質量％、鉄品位４７〜５１質量％、マグネシウム品位１.３〜２.６質量％、アルミニウム品位１.７〜１.９質量％、クロム品位１.８〜２.８質量％の範囲内でそれぞれ変動した。表１に上記供給ポンプ４Ａ、４Ｂの吐出側圧力と上記加熱槽２の槽内圧力との圧力差、及び流量計１２で測定したニッケル酸化鉱石スラリーの移送流量の経時変化を示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
上記表１の実施例１〜３の結果から、第１圧力計１０と第２圧力計１１との圧力差が時間の経過と共に上昇する傾向が見られるが、該圧力差が４３０ｋＰａを超える前にスラリー移送配管内を水洗することにより、実施例１〜３のいずれにおいても配管閉塞による問題は生じなかった。すなわち、循環配管系５２を介して洗浄水タンク５０と循環ポンプとの間で循環する洗浄水を自動開閉弁５４Ａ、５４Ｂを開けてスラリー移送配管系３に導入することにより、配管内に少しずつ堆積した比重の大きい鉱物が洗い流され、これにより、圧力差が低下したと考えられる。その結果、実施例１〜３ではスラリー移送稼働率は９９.７％以上であった。
【００３０】
一方、比較例１〜３では、供給ポンプ４Ａ、４Ｂの吐出圧力と加熱槽２の槽内圧力との圧力差が４３０ｋＰａを超えてもスラリー移送配管系３内に洗浄水を導入しなかったので、配管内で閉塞が生じた。その結果、比較例１〜３ではスラリー移送稼働率は９４.０〜９８.４％となり、実施例１〜３のスラリー移送稼働率より低くなった。なお、スラリー移送稼働率とは、ある期間のうちニッケル酸化鉱石スラリーの移送運転が行われた時間の割合である。
【符号の説明】
【００３１】
１      供給槽
２      加熱槽
３      スラリー移送配管系
３Ａ    第１分岐配管
３Ｂ    第２分岐配管
３Ｃ    統合配管
４      供給ポンプ
４Ａ    第１供給ポンプ
４Ｂ    第２供給ポンプ
５      洗浄水導入手段
６      制御手段
７Ａ、７Ｂ      吸込側自動弁
８Ａ、８Ｂ      吐出側自動弁
９      自動弁
１０    第１圧力計
１１    第２圧力計
１２    流量計
５０    洗浄水タンク
５１    循環ポンプ
５２    循環配管系
５３    導入配管
５４Ａ、５４Ｂ    自動開閉弁
５５Ａ、５５Ｂ    逆止弁
５６、５７、５８、５９、６０Ａ、６０Ｂ    各種バルブ
Ｐ      結合部
【図１】
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