(57)【要約】【課題】ガス流量／炉内断面積で求められる空塔速度の制御を容易にすることで、効率的に焙焼可能であり、被焙焼物の品質と回収率に優れる流動焙焼炉を提供する。【解決手段】下方から上方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１１と、この筒状炉心部１１の上部に接続された、被焙焼物が流入可能な分岐管１６と、が設けられている流動焙焼炉１０である。この構成により、分岐管１６の断面積の分だけ炉内断面積を増やすことができる。これにより空塔速度の制御が容易となり、効率的な焙焼が行なわれ、被焙焼物の品質を高くしながら、回収率を高くすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方から上方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と、
該筒状炉心部の上部に接続された、前記被焙焼物が流入可能な分岐管と、が設けられている、
ことを特徴とする流動焙焼炉。
【請求項２】
前記分岐管には、
該分岐管内の気体の流れを遮断する遮断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。
【請求項３】
前記分岐管には、該分岐管に堆積した前記被焙焼物を、振動を用いて剥離する剥離装置が設けられている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の流動焙焼炉。
【請求項４】
前記分岐管には、該分岐管に堆積した前記被焙焼物を、剥離用ガスを用いて剥離する剥離装置が設けられている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の流動焙焼炉。
【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】
一般的に、流動焙焼炉は、原料単独、もしくは流動媒体を用いてガスを供給しながら焙焼対象の粒状の原料をあたかも流体のように浮遊させることによって媒体との混合状態をつくり上げ、効率的に焙焼する装置である。焙焼対象の原料と流動媒体とを混合させた状態で焙焼することにより原料と流動媒体とが衝突しながら焙焼が進み、また、原料が流動層内に比較的長時間滞留できるため、効率的に焙焼することができる。
【０００３】
このような流動焙焼炉を用いて供給した原料に対する焙焼を確実に行うためには、ガスの流速が、原料（以下、本明細書において「被焙焼物」と称することがある）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、終末速度未満の範囲となるように、正確に制御されなければならない。
【０００４】
ここで、「空塔速度」とは、ガス流量／炉内断面積で求められる実速度である。「最小流動化速度」とは、粉体（被焙焼物と流動媒体との混合物）が流動を始める最小の速度である。「終末速度」とは、流動層から粉体が上昇して飛び出し始める速度をいう。
【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「最小流動化速度」未満であると、原料が流動化しないために焙焼が均一に進まず、原料の凝集が発生する等の問題が生じる。
【０００６】
一方で、ガスの流速がその混合物の「終末速度」以上であると、流速が速すぎて原料または流動媒体がガスと共に流されてしまい、効果的に焙焼を施すことができないという問題、または回収率が大きく低下するという問題が生じる。
【０００７】
つまり、流動焙焼では、ガス流量を適切な範囲内で制御して、原料を焙焼に足る時間、流動層内で流動化さ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、焙焼中の原料と焙焼されていない原料とが混ざってしまい、効率的に焙焼を行うことができないと、被焙焼物の品質が低下したことになり好ましくない。
【００１０】
上記の問題を解決するために、原料投入口と原料回収口とを離して原料が投入口から回収口へ向かうようにすることも考えられるが、流動焙焼の場合には、粒状の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とがすぐに混ざってしまい、焙焼が完了した原料だけを回収することはできず、どうしても焙焼が不十分な原料も混合した状態で回収される。このため、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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は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。
【００１５】
上記第１の問題点に対し、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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については全く不明である。
【００１９】
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、どう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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。すなわち、銅精鉱が不活性ガス中で焙焼されると砒素の硫化物が気体となって生成し、銅精鉱が炉外に流し出されてしまう。
【００２４】
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。
【００２５】
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】
【００２６】
【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】
【００２７】
上記第３および第４の問題点に対し、特許文献１に記載のように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を設置した場合、径を大きくすると、径を大きくする割合に比して、炉内断面積の増加の割合が大きくなりすぎる。すなわち、変更するパラメータに比して、応答するパラメータが大きく振れすぎる。例えば、直径が３０ｃｍｍである場合、径を１．５倍の４５ｃｍにすると、炉内断面積は、７０７ｃｍ２から、２．２５倍の１５９０ｃｍ２となる。このように炉内断面積が大きくなり過ぎると、空塔速度が予想よりも下がり、被焙焼物の品質と回収率の低下を招くおそれがある。
【００２８】
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、炉内断面積の増加割合の決定が容易で、空塔速度の制御が容易となることで、効率的に焙焼可能であり、被焙焼物の品質と回収率に優れ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】
【００２９】
第１発明の流動焙焼炉は、下方から上方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と、該筒状炉心部の上部に接続された、前記被焙焼物が流入可能な分岐管と、が設けられてい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、前記分岐管には、該分岐管内の気体の流れを遮断する遮断装置が設けられていることを特徴とする。
第３発明の流動焙焼炉は、第１発明または第２発明において、前記分岐管には、該分岐管に堆積した前記被焙焼物を、振動を用いて剥離する剥離装置が設けられていることを特徴とする。
第４発明の流動焙焼炉は、第１発明から第３発明のいずれかにおいて、前記分岐管には、該分岐管に堆積した前記被焙焼物を、剥離用ガスを用いて剥離する剥離装置が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
第１発明によれば、筒状炉心部の上部に被焙焼物が流入可能な分岐管が設けられていることにより、分岐管の断面積の分だけ炉内断面積を増やすことができ、炉内断面積の増加割合を容易に決定できる。これにより空塔速度の制御が容易となり、効率的な焙焼が行なわれ、被焙焼物の品質を高くしながら、回収率を高くすることができる
第２発明によれば、分岐管には被焙焼物の流入を遮断する遮断装置が設けられていることにより、筒状炉心部の状況に応じて炉内断面積を変更して空塔速度を制御することができる。
第３発明によれば、剥離装置によって分岐管に振動を与えることにより、分岐管に堆積した被焙焼物が除去されるので、流動焙焼炉の長期に亘る生産性を維持できる。また、剥離装置のメンテナンスを容易に行うことができる。
第４発明によれば、剥離装置によって分岐管に剥離用ガスを吹きかけることにより、分岐管に堆積した被焙焼物が除去されるので、流動焙焼炉の長期に亘る生産性を維持できる。また、分岐管の内面に付着した被焙焼物に直接ガスを吹きかけて被焙焼物を除去できるので、より確実に流動焙焼炉の生産性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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。
【図３】本発明の第３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４】本発明の第４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５】本発明の第５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】
【００３２】
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。また、本明細書において、「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ、Ｙは任意の数値）との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。
【００３３】
（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、円筒形状をしている筒状炉心部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。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の下方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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０は、筒状炉心部１１の上部に、被焙焼物、すなわち原料３２が流入可能な分岐管１６が接続されている。筒状炉心部１１の上部とは、流動媒体３１および原料３２が流動化している流動層よりも上方に位置する部分を言うが、厳密に流動層の上方でなくても問題ない。すなわち、流動層の一部が筒状炉心部１１に対する分岐管１６の接合部に位置している場合もある。
【００３７】
本実施形態では分岐管１６は、図１に示すように筒状炉心部１１に２本設けられている。ただし、分岐管１６は１本である場合もあり、３本以上の場合もある。２本以上の分岐管１６は、筒状炉心部１１の全周に等分に設けられるのが好ましい。本実施形態では、図１の左側に位置する分岐管１６は、右側に位置する分岐管１６を、筒状炉心部１１の軸心を中心として１８０°移動した位置に配置されている。
【００３８】
分岐管１６の軸心は直線であり、正面視で、この軸心は筒状炉心部１１に対する分岐管１６の接合部から、筒状炉心部１１の軸心に対してあらかじめ定められた角度だけ傾いた状態で、上方へ向かっている。なお、本実施形態では分岐管１６の軸心は直線であったが、曲線である場合もある。ただし、分岐管１６の筒状炉心部１１がある側と反対側の端部は、筒状炉心部１１に対する分岐管１６の接合部から上方に位置している。
【００３９】
筒状炉心部１１の上部に被焙焼物が流入可能な分岐管１６が設けられていることにより、分岐管１６の断面積の分だけ炉内断面積を増やして、炉内断面積の増加割合を容易に決定できる。この意味では、分岐管１６の本数が多いほど、炉内断面積の増加割合を細かく変更できる。そして、後述するように空塔速度の制御が容易となり、被焙焼物が流動用ガスとともに持ち去られるのを防止でき、効率的な焙焼が行なわれ、被焙焼物の品質を高くしながら、回収率を高くすることができる。
【００４０】
本実施形態の流動焙焼炉１０は、従来の焙焼炉と同様、筒状炉心部１１の上方での流動用ガスの流速を、筒状炉心部１１の下方の流速より下げることができる。これによって乱流状態にある筒状炉心部１１内において部分的に、流動用ガスの流速が終末速度を超えてしまうことがあっても、筒状炉心部１１の焙焼部分から原料が持ち去られてしまう（持ち出されてしまう）ことを回避できる。そのため炉内断面積の値が筒状炉心部１１の下部よりも上部の方が大きくなるため、空塔速度が下がり、原料が炉の下方に落ちてきて、より効率的に焙焼できる。
【００４１】
ところで、従来の焙焼炉は、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を設置しているので、径を大きくすると、径を大きくする割合に比して、炉内断面積の増加の割合が大きくなりすぎる。すなわち、変更するパラメータに比して、応答するパラメータが大きく振れすぎる。例えば、筒状炉心部１１の直径が３０ｃｍｍである場合、径を１．５倍の４５ｃｍにすると、炉内断面積は、７０７ｃｍ２から、２．２５倍の１５９０ｃｍ２となる。
【００４２】
これに対し、本実施形態の流動焙焼炉１０においては、分岐管１６の面積は、分岐管１６が筒状炉心部１１よりも細いことから、分岐管１６の断面積を増やしたり、分岐管１６の本数を増やしたりしても、筒状炉心部１１の断面積に対して、炉内断面積の増加の割合を比較的抑えることができる。これにより高い精度で空塔速度の制御が容易となる。
【００４３】
なお、空塔速度を算出する際の炉内断面積は、本実施形態では、筒状炉心部１１の上部においては筒状炉心部１１の、この軸心に垂直な面における筒状炉心部１１の断面積と、分岐管１６の、この軸心に垂直な面における分岐管１６の断面積とを加えた合計とみなされる。
【００４４】
本実施形態の流動焙焼炉１０では、空塔速度の制御が容易であるため、確実に均熱体での加熱が可能となり、よって熱を均一に被焙焼物に与え続けることができ、より確実に均一に焙焼でき、高品質の製品を得ることができる。また、確実に被焙焼物を終末速度以下に制御できることから良好な流動焙焼ができるうえ、被焙焼物が飛散することなく、高い回収率を得ることができる。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
（第２実施形態）
図２には、本発明の第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、分岐管１６に、分岐管１６内の気体の流れを遮断する遮断装置１７が設けられている点である。
【００４８】
遮断装置１７は特に限定されないが、例えばボールバルブ、バタフライバルブなどを用いることができる。分岐管１６内の気体の流れを遮断できるのであれば、遮断装置１７が設けられている位置は特に限定されない。
【００４９】
以上のように、分岐管１６内の気体の流れを遮断する遮断装置１７は、筒状炉心部１１の状況に応じて炉内断面積を変更して空塔速度を制御することができる。
【００５０】
（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、流動焙焼が終わった時点で遮断装置１７を遮断する。
【００５１】
すなわち、被焙焼物が焙焼できた段階で分岐管１６の遮断装置１７で分岐管１６を遮断し、空塔速度を算出する際の炉内断面積を筒状炉心部１１の炉内断面積の値とする。これにより、流動用ガスの流速を「終末速度」以上にして、被焙焼物を流動用ガスとともに回収することができる。
【００５２】
本実施形態の流動焙焼炉１０では、遮断装置１７を閉じるだけで被焙焼物を回収できる。この場合、効率的に被焙焼物を回収でき、本実施形態の流動焙焼炉１０は、高い生産性を有する。
【００５３】
（第３実施形態）
図３には、第３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２実施形態の流動焙焼炉１０との相違点は、分岐管１６に、この分岐管１６の内面に堆積した被焙焼物を剥離するための剥離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、剥離装置は振動を用いて剥離するものであり、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はそれぞれの分岐管１６の外周下部に配置されている。
【００５４】
振動を与える装置は、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。
【００５５】
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。
【００５６】
流動焙焼では乱流状態で焙焼するため、部分的に流動用ガスの流速が増加し、被焙焼物の粒度分布が広い場合などは、被焙焼物の一部がガスとともに流動層から流れ出してしまう場合がある。分岐管１６が設けられている場合、分岐管１６には傾斜部分または水平部分がある場合があり、被焙焼物が堆積し易い。本実施形態に係る流動焙焼炉１０は、剥離装置によって分岐管１６に振動を与えることで分岐管１６における被焙焼物の堆積を抑制する。すなわち分岐管１６に被焙焼物が堆積した場合には、剥離装置から分岐管１６へ振動を与えることにより、堆積した被焙焼物を流動焙焼炉１０の筒状炉心部１１の下方に落とし、再度、流動焙焼させる。
【００５７】
第３実施形態の流動焙焼炉１０では、剥離装置により分岐管１６に振動が与えられていることにより、分岐管１６に堆積した被焙焼物が除去され、流動焙焼炉１０の長期に亘る生産性を維持できる。また、剥離装置のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００５８】
（第３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３実施形態では、流動焙焼炉１０の使用者は、分岐管１６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。
【００５９】
また、流動焙焼が終わった時点で遮断装置１７を遮断するのは第２実施形態と同じである。
【００６０】
（第４実施形態）
図４には、第４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２実施形態の流動焙焼炉１０との相違点は、分岐管１６に、この分岐管１６の内面に堆積した被焙焼物を剥離するための剥離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、剥離装置は剥離用ガスを用いて剥離するものである。
【００６１】
図４に示すように剥離用ガスを導入するための剥離用ガス導入管２１は、分岐管１６の下側内面に直接吹き付けることができるように、分岐管１６の上側に設けられている。剥離用ガス導入管２１は、各分岐管１６のそれぞれに１本ずつ設けられている。なお剥離用ガス導入管２１は、分岐管１６に２本以上設けられることもある。例えば分岐管１６の軸心方向に沿って数本設けることも可能である。
【００６２】
剥離用ガスは、焙焼に影響しない種類であればどのようなものでも使用可能であるが、流動用ガスと同じものまたは、流動焙焼炉１０から排出されたガスを繰り返して利用するのが好ましい。
【００６３】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０では、剥離装置が分岐管１６に剥離用ガスを吹きかけていることにより、分岐管１６に堆積した被焙焼物が除去され、流動焙焼炉の長期に亘る生産性を維持できる。また、分岐管１６の内面に付着した被焙焼物に直接ガスを吹きかけて被焙焼物を除去できるので、より確実に流動焙焼炉１０の生産性を維持することができる。
【００６４】
（第４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４実施形態では、剥離用ガスは、被焙焼物の付着の状況に応じて連続的または断続的に導入される。断続的に導入される場合は、剥離用ガスと流動用ガスを合わせたガスの平均流速を抑えることができ、このガスによって被焙焼物が持ち去られる可能性がより一層低くなるため好ましい。
【００６５】
また、流動焙焼が終わった時点で遮断装置１７を遮断するのは第２実施形態と同じである。
【００６６】
（第５実施形態）
図５には、第５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２実施形態の流動焙焼炉１０との相違点は、分岐管１６に、この分岐管１６の内面に堆積した被焙焼物を剥離するための剥離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、剥離装置は、振動を用いて剥離するものと、剥離用ガスを用いて剥離するものの両方が該当する。振動を用いて剥離するものは、第３実施形態の剥離装置と同じであり、剥離用ガスを用いて剥離するものは第４実施形態と同じである。
【００６７】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０では、剥離装置により分岐管１６に振動が与えられていることにより、分岐管１６に堆積した被焙焼物が除去され、流動焙焼炉１０の長期に亘る生産性を維持できる。また、剥離装置のメンテナンスを容易に行うことができる。さらに、剥離装置により、分岐管１６に剥離用ガスが吹きかけられていることにより、分岐管１６に堆積した被焙焼物が除去され、流動焙焼炉の長期に亘る生産性を維持できる。また、分岐管１６の内面に付着した被焙焼物に直接ガスを吹きかけて被焙焼物を除去できるので、より確実に流動焙焼炉１０の生産性を維持することができる。
【００６８】
（第５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。また、剥離装置の動作条件は、振動を用いて剥離するものは第３実施形態と同じであり、剥離用ガスを用いて剥離するものは第４実施形態と同じである。
【００６９】
（本発明の用途等）
第１実施形態から第５実施形態に係る流動焙焼炉１０は、焙焼によって比重が小さく、軽くなる原料に対して効果的に用いることができ、特に焙焼に伴ってガスが発生する原料において有効に用いることができる。
【００７０】
本発明は、被焙焼物が粉体であるもののほかに、銅またはニッケルなどの鉱石もしくはこれらを破砕または浮遊選鉱等の処理を経て濃縮した精鉱、さらに硫酸ニッケルまたは水酸化ニッケルなどのように電池の材料に用いる塩類等を原料として焙焼し処理できる。
【実施例】
【００７１】
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。
【００７２】
（実験１）（分岐管１６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２０．５〜２２．５μｍのものであり、あらかじめ真空中で１７５℃に加熱し３時間かけて真空加熱処理を行い、含有水分を実質的に除去した。この水酸化ニッケルについて分析したところ、硫黄分が１．９〜２．１重量％の割合で含まれた。なお、その他の成分は、含有量が少なく実質的に無視できる程度であった。
【００７３】
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。
【００７４】
＜流動焙焼処理＞
実験１では、図２に示す第２実施形態に係る流動焙焼炉１０と、この流動焙焼炉１０から分岐管１６を取り除いた焙焼炉と、が用いられた。これらの焙焼炉が用いられ、原料の水酸化ニッケルが焙焼され、焙焼後の被焙焼物である酸化ニッケル（ＮｉＯ）が回収された。
【００７５】
第２実施形態の流動焙焼炉１０が用いられたものが実施例１、２であり、この第２実施形態の流動焙焼炉１０から分岐管１６を取り除いた焙焼炉が用いられたものが比較例１である。
【００７６】
実施例１では、流動焙焼時ならびに試料回収時ともに遮断装置１７であるバルブは開いたままとして、炉を冷却後、炉内の試料を回収した。実施例２では、流動焙焼時は、バルブは開いたままとし、試料回収時はバルブを閉じて流動用ガスによって試料を流送して回収した。比較例１については炉を冷却後、炉内の試料を回収した。
【００７７】
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。
【００７８】
＜評価＞
実施例１、２、比較例１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、評価方法は以下の通りである。
【００７９】
［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。
【００８０】
（数１）
Ｒ＝Ｗ１／（Ｗ２−Ｓ）×１００
【００８１】
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
【００８２】
［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。
【００８３】
［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。
【００８４】
【表１】
2019113237.tif 000003
【００８５】
表１に示すように、第２実施形態の分岐管のある構造の流動焙焼炉１０を用いた実施例１および実施例２では、良好な結果が得られた。すなわち、回収率は９９％以上の高い値を示し、その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％以上となりほとんど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１９〜２１ｐｐｍと低く、硫黄品位が低い高品質な酸化ニッケルを得ることができた。
【００８６】
一方、本発明に係る焙焼炉を用いなかった比較例１では、上記実施例に比較して、回収率は６３％と低く、回収した試料中における硫黄品位も２５ｐｐｍと高くなった。
【００８７】
（実験２）（分岐管１６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、砒素、硫黄が表２に示す割合で含まれた銅精鉱を用いた。
【００８８】
【表２】
2019113237.tif 000004
【００８９】
＜流動焙焼処理＞
実験２では、図２に示す第２実施形態に係る流動焙焼炉１０と、この流動焙焼炉１０から分岐管１６を取り除いた焙焼炉と、が用いられた。第２実施形態の流動焙焼炉１０が用いられたものが実施例３、４であり、分岐管１６を取り除いた焙焼炉が用いられたものが比較例２である。
【００９０】
実施例１では、流動焙焼時ならびに試料回収時ともに遮断装置１７であるバルブは開いたままとして、炉を冷却後、炉内の試料を回収した。実施例２では、流動焙焼時は、バルブは開いたままとし、試料回収時はバルブを閉じて流動用ガスによって試料を流送して回収した。比較例１については炉を冷却後、炉内の試料を回収した。
【００９１】
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、流動用ガスには窒素を用いた。
【００９２】
＜評価＞
実施例３、４、比較例２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）、および焙焼後の銅精鉱中の砒素含有量が評価された。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。
【００９３】
［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被焙焼物は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、フィルターでの回収率（飛散率）が低いほど流動焙焼炉から飛散しなかった割合が高い好ましい結果だったことを意味する。
【００９４】
（数２）
Ｒ２＝Ｗ３／Ｗ４×１００
【００９５】
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
【００９６】
［実験前後の試料中の砒素含有量］
試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。
【００９７】
【表３】
2019113237.tif 000005
【００９８】
表３に示すように、第２実施形態の分岐管のある構造の流動焙焼炉１０を用いた実施例３および実施例４では、良好な結果が得られた。すなわち、全ての試料において、砒素品位が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。
【００９９】
一方、比較例２は好ましくない結果となった。すなわち、砒素含有量は最も低いものでも０．１質量％あり、フィルターでの回収量は１８％以上であった。このように、本発明の第２実施形態の流動焙焼炉１０によって効率的に焙焼できることが分かった。
【０１００】
（実験３）（剥離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２２．５〜２４．５μｍのものであり、あらかじめ真空中で１７５℃に加熱し３時間かけて真空加熱処理を行い、含有水分を実質的に除去した。この水酸化ニッケルについて分析したところ、硫黄分が２．０〜２．２重量％の割合で含まれた。なお、その他の成分は、含有量が少なく実質的に無視できる程度であった。
【０１０１】
＜流動焙焼処理＞
実験３では、図５に示す第５実施形態に係る流動焙焼炉１０と、この流動焙焼炉１０から分岐管１６を取り除いた焙焼炉と、が用いられた。これらの焙焼炉が用いられ、原料の水酸化ニッケルが焙焼され、焙焼後の被焙焼物である酸化ニッケル（ＮｉＯ）が回収された。
【０１０２】
第５実施形態の流動焙焼炉１０においては、剥離装置としてエアー式のノッカー２０と、剥離用ガス導入管２１と、が設けられていた。実施例５、６では、ノッカー２０で分岐管１６に振動が加えられたが、剥離用ガスの吹込みは行われなかった。実施例７、８では、ノッカー２０で分岐管に振動が加えられるとともに、剥離用ガス導入管２１から剥離用ガスが導入された。剥離用ガスは、１分間隔で分岐管１６の外側から吹込まれた。剥離用ガスの吹き込み時には、下方から導入する流動用ガスの流量を減らし、流動用ガスと剥離用ガスの合計流量が、流動用ガスのみを吹き込んでいる場合と同じ流量となるようにした。
【０１０３】
実施例５、７では、流動焙焼時ならびに試料回収時ともに遮断装置１７であるバルブは開いたままとして、炉を冷却後、炉内の試料を回収した。実施例６、８では、流動焙焼時は、バルブは開いたままとし、試料回収時はバルブを閉じて流動用ガスによって試料を流送して回収した。比較例３については炉を冷却後、炉内の試料を回収した。
【０１０４】
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。
【０１０５】
＜評価＞
実施例５〜８、比較例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４に、測定結果を示す。なお、評価方法は以下の通りである。
【０１０６】
［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、実験１と同じ方法で算出した。
【０１０７】
［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、実験１と同じ方法で算出した。
【０１０８】
［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、実験１と同じように、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。
【０１０９】
【表４】
2019113237.tif 000006
【０１１０】
表４に示すように、第５実施形態の分岐管１６のある構造の流動焙焼炉１０を用いた実施例５から８では、回収率は全て９９％以上と高い値を示し、回収した試料における酸化ニッケルの含有割合もすべて９９重量％以上となり、ほぼ完全にＮｉＯに焙焼できた。また回収した試料中の硫黄品位も低くなった。
【０１１１】
一方、本発明に係る焙焼炉を用いなかった比較例３では、実施例５〜８と比較して回収率は低くなり、回収した試料中における硫黄品位も高い傾向を示した。
【０１１２】
（実験４）（剥離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、砒素、硫黄が表２に示す割合で含まれた銅精鉱を用いた。
【０１１３】
＜流動焙焼処理＞
実験４では、図５に示す第５実施形態に係る流動焙焼炉１０と、この流動焙焼炉１０から分岐管１６を取り除いた焙焼炉と、が用いられた。
【０１１４】
第５実施形態の流動焙焼炉１０においては、剥離装置としてエアー式のノッカー２０と、剥離用ガス導入管２１と、が設けられていた。実施例９、１０では、ノッカー２０で分岐管１６に振動が加えられたが、剥離用ガスの吹込みは行われなかった。実施例１１、１２では、ノッカー２０で分岐管１６に振動が加えられるとともに、剥離用ガス導入管２１から剥離用ガスが導入された。剥離用ガスは、１分間隔で分岐管１６の外側から吹込まれた。剥離用ガスの吹き込み時には、下方から導入する流動用ガスの流量を減らし、流動用ガスと剥離用ガスの合計流量が、流動用ガスのみを吹き込んでいる場合と同じ流量となるようにした。
【０１１５】
実施例９、１１では、流動焙焼時ならびに試料回収時ともに遮断装置１７であるバルブは開いたままとして、炉を冷却後、炉内の試料を回収した。実施例１０、１２では、流動焙焼時は、バルブは開いたままとし、試料回収時はバルブを閉じて流動用ガスによって試料を流送して回収した。比較例４については炉を冷却後、炉内の試料を回収した。
【０１１６】
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、流動用ガスには窒素を用いた。
【０１１７】
＜評価＞
実施例９〜１２、比較例４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）、および焙焼後の銅精鉱中の砒素含有量が評価された。表５に、測定結果を示す。なお、評価方法は以下の通りである。
【０１１８】
［フィルターでの試料の回収率］
フィルターでの試料の回収率（飛散率）は、実験２と同じ方法で算出した。なお、フィルターでの回収率（飛散率）が低いほど流動焙焼炉から飛散しなかった割合が高い好ましい結果だったことを意味する。
【０１１９】
［実験前後の試料中の砒素含有量］
実験前後の試料中の砒素含有量は、実験２と同じ方法で測定した。
【０１２０】
【表５】
2019113237.tif 000007
【０１２１】
表５に示すように、第５実施形態の剥離装置が設けられた構造の流動焙焼炉１０を用いた実施例９から１２では良好な結果が得られた。すなわち全ての実施例で、フィルターでの回収率（飛散率）は０％であり、砒素は０．１質量％未満と大きく減少した。精鉱中の砒素と硫黄の含有量が大きく減少したため、鉱石中の銅含有量は１０％以上増加した。
【０１２２】
一方、本発明の範囲から外れる比較例４では、フィルターでの回収率は１８％であり、炉外に飛散した被処理物が増加するとともに、砒素含有量は０．１質量％であった。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  流動焙焼炉
１１  筒状炉心部
１６  分岐管
１７  遮断装置
２０  ノッカー
２１  剥離用ガス導入管
【図１】
2019113237.tif 000008
【図２】
2019113237.tif 000009
【図３】
2019113237.tif 000010
【図４】
2019113237.tif 000011
【図５】
2019113237.tif 000012