(57)【要約】【課題】減速部１６が設けられた流動焙焼炉１０において、減速部１６に至るまでの拡張部１７に生じた堆積物を順次除去することで、高い生産性を維持できる流動焙焼炉を提供する。【解決手段】流動焙焼炉１０には、流動層を生じさせる炉心本体１１と、この炉心本体１１の上方に位置し、炉心本体１１の水平断面の内面積よりも大きい内面積の減速部１６と、炉心本体１１と減速部１６との間に位置する拡張部１７と、が設けられている。そして流動焙焼炉１０は拡張部１７の内面に付着した被焙焼物を、拡張部１７から剥離させる剥離機構を備えている。この構成により、炉内の流動の障害となるおそれのあるものが事前に除去され、流動焙焼炉１０の連続的な生産性を維持することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層を生じさせる炉心本体と、
該炉心本体の上方に位置し、前記炉心本体の水平断面の内面積よりも大きい内面積の減速部と、
前記炉心本体と前記減速部との間に位置する拡張部と、が設けられ、
前記拡張部の内面に付着した被焙焼物を、前記拡張部から剥離させる剥離機構を備えている、
ことを特徴とする流動焙焼炉。
【請求項２】
前記剥離機構は、振動により被焙焼物を剥離するものである、
ことを特徴とする請求項１記載の流動焙焼炉。
【請求項３】
前記剥離機構は、剥離用ガスにより前記被焙焼物を剥離させるものである、
ことを特徴とする請求項１記載の流動焙焼炉。
【請求項４】
流動層を生じさせる炉心本体と、
該炉心本体の上方に位置し、前記炉心本体の水平断面の内面積よりも大きい内面積の減速部と、
前記炉心本体と前記減速部との間に位置する拡張部と、が設けられた流動焙焼炉の運転方法であって、
前記拡張部の内面に付着した被焙焼物を、前記拡張部から剥離用ガスにより剥離させる剥離用ガス供給装置を用いて、
前記炉心本体の下方から導入される流動用ガスの流量と、前記剥離用ガスの流量と、を合わせた流量を前記炉心本体の水平断面の内面積で除した速度が、最小流動化速度以上、終末速度未満であり、
かつ、前記剥離用ガスの流量が、前記流動用ガスの流量の０．０５倍以上２．０倍以下である、
ことを特徴とする流動焙焼炉の運転方法。
【請求項５】
前記流動焙焼炉において、
流動焙焼に付する原料が、焙焼に伴ってガスを発生する原料である、
ことを特徴とする請求項４記載の流動焙焼炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動焙焼炉および流動焙焼炉の運転方法に関する。さらに詳しくは、炉心本体よりも直径の大きい減速部を有する流動焙焼炉およびその流動焙焼炉の運転方法に関する。
【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、ガス流量を炉の断面積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。
【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。
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。
【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（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】
【００２６】
【特許文献１】特開２０００−４１５１５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】
第４の問題点に対して、減速部を設けた場合、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発生する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
本発明は上記事情に鑑み、減速部が設けられた流動焙焼炉において、減速部に至るまでの拡張部に生じた堆積物を順次除去することで、高い生産性を維持できる流動焙焼炉および流動焙焼炉の運転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】
【００３１】
第１発明の流動焙焼炉は、流動層を生じさせる炉心本体と、該炉心本体の上方に位置し、前記炉心本体の水平断面の内面積よりも大きい内面積の減速部と、前記炉心本体と前記減速部との間に位置する拡張部と、が設けられ、前記拡張部の内面に付着した被焙焼物を、前記拡張部から剥離させる剥離機構を備え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、前記剥離機構は、振動により被焙焼物を剥離するものであることを特徴とする。
第３発明の流動焙焼炉は、第１発明において、前記剥離機構は、剥離用ガスにより前記被焙焼物を剥離させるものであることを特徴とする。
第４発明の流動焙焼炉の運転方法は、流動層を生じさせる炉心本体と、該炉心本体の上方に位置し、前記炉心本体の水平断面の内面積よりも大きい内面積の減速部と、前記炉心本体と前記減速部との間に位置する拡張部と、が設けられた流動焙焼炉の運転方法であって、前記拡張部の内面に付着した被焙焼物を、前記拡張部から剥離用ガスにより剥離させる剥離用ガス供給装置を用いて、前記炉心本体の下方から導入される流動用ガスの流量と、前記剥離用ガスの流量と、を合わせた流量を前記炉心本体の水平断面の内面積で除した速度が、最小流動化速度以上、終末速度未満であり、かつ、前記剥離用ガスの流量が、前記流動用ガスの流量の０．０５倍以上２．０倍以下であることを特徴とする。
第５発明の流動焙焼炉は、第４発明において、前記流動焙焼炉において、流動焙焼に付する原料が、焙焼に伴ってガスを発生する原料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
第１発明によれば、炉心本体と減速部との間に拡張部が設けられている流動焙焼炉において、この拡張部に付着した被焙焼物を剥離させる剥離機構が設けられていることにより、炉内の流動の障害となるおそれのあるものが事前に除去され、流動焙焼炉の連続的な生産性を維持することができる。
第２発明によれば、剥離機構が振動により被焙焼物を剥離するものであることにより、流動焙焼炉の外部に剥離機構を備えることができるので、剥離機構のメンテナンスを容易に行うことができる。
第３発明によれば、剥離機構が剥離用ガスにより被焙焼物を剥離させるものであることにより、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。
第４発明によれば、流動用ガスの流量と剥離用ガスの流量とを合わせた流量が、あらかじめ定められた範囲内にあり、ガスの流速が、流動用ガスの流量の０．０５倍以上２．０倍以下であることにより、被焙焼物の除去をより適切に行い、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。
第５発明によれば、流動焙焼に付する原料が、焙焼に伴ってガスを発生する原料であることにより、減速部でガスの発生により増加した体積を吸収できるので、流動焙焼炉の内部の燃焼状態が変化することがなく、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】
【００３３】
【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】実験２の炉内断面積比とＮｉＯ回収率との関係を表したグラフである。
【図４】実験２の炉内断面積比と硫黄品位との関係を表したグラフである。
【図５】実験３の炉内断面積比とＮｉＯ回収率との関係を表したグラフである。
【図６】実験３の炉内断面積比と硫黄品位との関係を表したグラフである。
【図７】実験４の炉内断面積比とフィルターでの回収率との関係を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
（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炉心本体１１が、軸心を鉛直にした状態で設けられている。この炉心本体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用いることができる。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、炉心本体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。
【００３６】
炉心本体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。例えば高温のガスを流して流動焙焼してもよい。
【００３７】
炉心本体１１に供給する原料３２は、炉心本体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。
【００３８】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０では、減速部１６が設けられている。減速部１６は、炉心本体１１と同じように円筒形状をしており、炉心本体１１の軸心と減速部１６の軸心は一つの直線上に位置している。減速部１６は、炉心本体１１の上方に位置し、減速部１６の直径は、炉心本体１１の円筒形状の直径よりも大きい。そのため、減速部１６の内面積は、炉心本体１１の内面積よりも大きい。なお、炉心本体１１と減速部１６の断面形状は、円形状に限定されず、例えば多角形形状であってもよい。
【００３９】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０は、炉心本体１１の下方から流動用ガスを吹き込んで、周囲から加熱された炉心本体１１内に流動層を形成して焙焼を進行させ、炉心本体１１の上方へ排ガスならびに焙焼後の被焙焼物を排出する。そしてこの流動焙焼炉１０は、炉心本体１１の上方に、拡張部１７を介して炉心本体１１よりも内部断面積が大きな減速部１６を載せた構造を持つ。
【００４０】
流動焙焼炉１０の上方に位置する減速部１６（出口側）の断面積を、下方に位置する炉心本体１１（送気側）の断面積より大きくすることにより、上方での流動用ガスの流速を下方より下げることができる。これによって乱流状態にある流動焙焼炉１０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、流動焙焼炉１０の焙焼部分から原料が持ち去られてしまう（持ち出される）ことを回避できる。すなわち、上方においては断面積が大きい分、ガス流速が下がり、原料が炉の下方に落ちてきて、再度焙焼できる。このように原料が未焙焼のまま炉外に出ないようにすることで、被焙焼物の回収率を飛躍的に向上できる。
【００４１】
炉心本体１１と減速部１６とは、拡張部１７で連通されている。拡張部１７は下側が小さい円錐台の側面の形状をしており、炉心本体１１の上端と減速部１６の下端を連通させている。図１で示すように、拡張部１７では上に位置するにしたがい、直径が連続的に広がっている。
【００４２】
本実施形態に係る流動焙焼炉１０は、拡張部１７の内面に付着した被焙焼物を、拡張部１７から剥離させる剥離機構を備えている。本実施形態で、剥離機構は振動により被焙焼物を剥離するためのものであり、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は拡張部１７の全周に亘って配置されていてよい。
【００４３】
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、および超音波装置であってよい。拡張部１７に、振動により被焙焼物を剥離する剥離機構が設けられていることにより、拡張部１７の炉壁を通じて流動焙焼炉１０の内面に振動を効率的に与えることができ、この振動によって堆積した被焙焼物を剥離できる。
ノッカー２０は特に限定されないが、エアー式ノッカーを用いてよい。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好ましい。
バイブレータ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であってよい。
超音波装置は耐熱性がノッカー等に比べて低いため断熱や冷却を行うことが好ましい。
【００４４】
炉心本体１１と減速部１６との間に拡張部１７が設けられている流動焙焼炉１０において、この拡張部１７に付着した被焙焼物を剥離させる剥離機構が設けられていることにより、炉内の流動の障害となるおそれのあるものが事前に除去され、流動焙焼炉１０の生産性を維持、向上することができる。
【００４５】
剥離機構が振動により被焙焼物を剥離するものであることにより、流動焙焼炉１０の外部に剥離機構を備えることができるので、剥離機構のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００４６】
（第１実施形態に係る流動焙焼炉１０の運転方法）
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が装入されていてよい。流動焙焼炉１０の使用者は、流動焙焼炉１０の流動用ガス導入管１２から流動用ガスを導入するとともに、原料３２をあらかじめ定められた量だけ投入する。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。
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ってしまう。ヒータ１３は電気式であってよく、図示していないが、ガンバーナなどにより加熱してよい。
【００４７】
また、流動焙焼炉１０の使用者は、拡張部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。
【００４８】
（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。図２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、白抜き矢印は、剥離用ガスの流れ方向を示している。
【００４９】
第１実施形態の流動焙焼炉１０と本実施形態の流動焙焼炉１０との相違点は、拡張部１７の内面に付着した被焙焼物を、拡張部１７から剥離させる剥離機構が、剥離用ガスを用いて被焙焼物を剥離させるものである点である。
【００５０】
図２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、拡張部１７の内面に直接吹き付けることができるように、減速部１６の側面に設けられている。剥離用ガス導入管２１は、拡張部１７の傾斜角θと同じ角度になるように、拡張部１７に沿って設けられている。剥離用ガス導入管２１は、減速部１６の円周に沿って等間隔で設置されていてよく、例えば１２本設けてよい。なお、剥離用ガス導入管２１の角度および本数は、上記したものに限定されることはない。
剥離用ガス導入管２１は拡張部１７に沿うように設置してよく、また拡張部１７に堆積した被焙焼物にガスが直接当たるように設置してよい。堆積した被焙焼物が効率的に落とせるように被焙焼物に合わせて傾斜角θの調整等を行えばよい。
【００５１】
剥離機構が剥離用ガスにより被焙焼物を剥離させるものであることにより、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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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、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。
【００５４】
剥離用ガスの流量は、流動用ガスの流量と合わせて、あらかじめ定められた範囲内である必要がある。すなわち流動用ガスの流量と剥離用ガスの流量とを合わせた流量を炉心本体１１の水平断面の内面積で除して、炉心本体１１の流動層の速度が求められる。この流動層の速度が、流動層の最小流動化速度以上であり終末速度未満である必要がある。なお、焙焼に伴ってガスが新たに生成する原料の場合、炉心本体１１の流動層の速度は、流動用ガスの流量と剥離用ガスの流量と新たに発生したガスの生成量とを合わせた値から算出される。そして、剥離用ガスの流量は、流動用ガスの流量の０．０５倍以上２．０倍以下の流量となることが好ましい。
【００５５】
流動用ガスの流量と剥離用ガスの流量とを合わせた流量が、あらかじめ定められた範囲内にあり、ガスの流速が、流動用ガスの流量の０．０５倍以上２．０倍以下であることにより、被焙焼物の除去をより適切に行い、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。
【００５６】
第１実施形態、または第２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。
【００５７】
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。
【００５８】
流動焙焼に付する原料が、焙焼に伴ってガスを発生する原料であることにより、減速部１６でガスの発生により増加した体積を吸収できるので、流動焙焼炉１０の内部の燃焼状態が変化することがなく、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。
【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。
【００６０】
（実験１）（減速部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３２（被焙焼物）には、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）を用いた。水酸化ニッケルの平均粒径は２３〜２５μｍであり、焙焼に先立って真空中で１７０℃、３時間の真空加熱処理を行い、含有水分を実質的に除去した。水酸化ニッケルの品位は、硫黄が１．７〜１．９重量％だった。なお、その他の成分は、実質的に無視できるほどの低いレベルだった。
【００６１】
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。
【００６２】
＜流動焙焼処理＞
実験１では、図１に示す第１実施形態の流動焙焼炉１０が、ノッカー２０を使用せずに用いられた。炉心本体１１の上部に断面積の異なる減速部１６を接続した構造の流動焙焼炉１０を用いて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）が得られた。
【００６３】
流動焙焼炉１０は、炉心本体１１の水平面における炉内断面積を１.０として、流動焙焼炉１０の上部に設けられた減速部１６の水平面における炉内断面積を、それぞれ表１に示したように１．０〜１０．０の割合とした。また拡張部１７は、炉心本体１１と減速部１６との大きさの差をなだらかに接続した構造とした。
【００６４】
供給する流動用ガスには空気を用い、実験データごとにその流量および供給する水酸化ニッケルの供給量はすべて同一とした。焙焼温度は９００℃で焙焼時間は２０分とした。
【００６５】
＜評価＞
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の硫黄品位が評価された。表１、図３、図４にその結果を示す。なお、評価は以下のように行った。
【００６６】
［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。
【００６７】
（数１）
Ｒ＝Ｗ１／（Ｗ２−Ｓ）×１００
【００６８】
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
【００６９】
［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、これら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。
【００７０】
［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。
【００７１】
【表１】
2019105415.tif 000003
【００７２】
表１、図３、図４に示したように、断面積が拡大した減速部１６を用いなかった実験データＡ−１は、断面積を拡大した減速部１６を設けた実験データＡ−２〜Ａ−８に比べると回収率が低く、硫黄品位も高くなった。この結果から炉心本体１１の上部に減速部１６を設けて、減速部１６での流速を低下させることで、回収率の向上および硫黄品位の低減に効果があることがわかった。
【００７３】
（実験２）（振動による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）には、実施例１よりやや小ぶりの平均粒径が２０〜２２μｍの水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）を用いた。流動焙焼に先立って、上記の実験１と同じように、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）は、真空中で１７０℃、３時間の真空加熱処理が行われ、水分が除去された。なお、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）の硫黄品位は１．８〜２．０重量％であった。また他の不純物成分も実質的に無視できる程度に低かった。
【００７４】
＜流動焙焼処理＞
実験２では、図１に示す第１実施形態の流動焙焼炉１０が用いられた。実験データは、流動焙焼炉１０の炉心本体１１の水平面における炉内断面積を１．０として、流動焙焼炉１０の上部に設けられた減速部１６の水平面における炉内断面積を表に示すように変更して取得された。振動による剥離装置としては図１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。この流動焙焼炉１０により原料の水酸化ニッケルが焙焼され、試料として酸化ニッケル（ＮｉＯ）が回収された。また流動用ガスの流量、投入した原料の重量および焙焼条件は実験１と同じとした。
【００７５】
＜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２、図５、図６に測定結果を示す。
【００７６】
【表２】
2019105415.tif 000004
【００７７】
上記実験データナンバーがＢ−１〜Ｂ−１２までが実施例、Ｂ−１３〜Ｂ−１７までが比較例である。表２、図５、図６に示すように、振動による剥離装置を備えた第１実施形態の流動焙焼炉１０で取得した実験データＢ−１〜Ｂ−１２（実施例）は、振動を加えない場合と比較して良好な結果が得られた。そして回収した試料中における酸化ニッケルの含有割合は全て９９.９重量％以上となり、ほぼ完全にＮｉＯに焙焼することができた。また、硫黄の含有量も２０ｐｐｍ以下と少なく、硫黄品位が低い高品質な酸化ニッケルを得た。
【００７８】
一方、振動による剥離装置を用いなかった実験データＢ−１３〜Ｂ−１７（比較例）は、回収率は９８％以下と低くなり、特に炉内断面積比が比較的小さい領域で数値が悪くなった。また、回収した試料中における硫黄品位も２０ｐｐｍを超えていた。
【００７９】
（実験３）（剥離用ガスによる剥離装置の有意性の検証、原料：水酸化ニッケル）
＜原料＞
平均粒径が２１．５〜２３．５μｍの水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）が原料として用いられた。なお、流動焙焼に先立って、前記水酸化ニッケルは、真空中で１８０℃、３時間の真空加熱処理が行われ、含有水分が除去された。水分除去後の水酸化ニッケル中の硫黄品位は１．８〜２．０重量％だった。
【００８０】
＜流動焙焼処理＞
実験３では、図２に示す第２実施形態の流動性焙焼炉１０が用いられ、原料の水酸化ニッケルが焙焼され、焙焼された被焙焼物である酸化ニッケル（ＮｉＯ）が回収された。
なお、減速部１６での水平面における炉内断面積は、流動焙焼炉１０の炉心本体１１の水平面における炉内断面積を１．０として、流動焙焼炉１０の上部に位置する減速部１６での水平面における炉内断面積を３．０とした。
【００８１】
実験データＣ−１〜Ｃ−１０では、流動焙焼炉１０の炉心本体１１の上方に位置する減速部１６に剥離用ガス導入管２１を設置し、堆積した被焙焼物を吹き落とすために剥離用ガスを流した。
【００８２】
剥離用ガスの流量は、流動焙焼炉１０の側面から導入する剥離用ガスの流量と、固定層１５の下から導入する流動用ガスの流量の比を「剥離用ガスの流量÷流動用ガスの流量」と定義したとき、その比を０．０６〜１．９５の範囲で変更して回収率等が測定された。なお剥離用ガスは空気を用いた。
【００８３】
また原料の量、燃焼条件は、全ての実験データで同じ条件とした。具体的に焙焼温度は９００℃、焙焼時間は２０分、ガスには空気を用いた。
【００８４】
＜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）、回収された試料中における酸化ニッケルの含有量、および回収され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３に結果を示す。
【００８５】
【表３】
2019105415.tif 000005
【００８６】
上記実験データナンバーがＣ−１〜Ｃ−１０までが実施例、Ｃ−１１が比較例である。表３に示したように、第２実施形態の流動焙焼炉１０、すなわち、剥離用ガスによる剥離機構を備えた流動焙焼炉１０においては、実験データナンバーがＣ−１〜Ｃ−１０のもの（実施例）は、剥離用ガスが吹込まれていないＣ−１１（比較例）よりも良好な結果が得られた。すなわち、回収率は９９％を超えており、回収された試料中における酸化ニッケルの品位も全て９９重量％以上であり、ほぼ完全に焙焼できたことがわかった。また、回収された試料中における硫黄品位も２０ｐｐｍ未満に抑制された。
【００８７】
一方、剥離用ガスの吹込まれていないＣ−１１（比較例）では、回収率および酸化ニッケルの品位の数値がＣ−１〜Ｃ−１０に比較して低い値となり、回収された試料中の硫黄品位も２０ｐｐｍ以上と高くなった。
【００８８】
実験２、３により、水酸化ニッケルを焙焼して酸化ニッケルを得る際は、本発明に係る流動焙焼炉１０を用いることで、回収率が高く、硫黄品位の低い酸化ニッケルを得ることができることを確認できた。
【００８９】
（実験４）（減速部１６の有意性の検証、原料：銅精鉱）
水酸化ニッケルに代えて、砒素を微量含有する銅精鉱を焙焼し、砒素を分離する試験をおこなった。
【００９０】
＜原料＞
原料には表４に示す組成の南米産の銅精鉱を用いた。
【００９１】
【表４】
2019105415.tif 000006
【００９２】
＜流動焙焼処理＞
実験４では、図１に示す第１実施形態の流動焙焼炉１０が、ノッカー２０を使用せずに用いられた。炉心本体１１の上部に断面積の異なる減速部１６を接続した構造の流動焙焼炉１０が用いられ、銅精鉱は焙焼され、焙焼された被焙焼物である試料が得られた。
【００９３】
流動焙焼炉１０は、炉心本体１１の水平面における炉内断面積を１.０として、流動焙焼炉１０の上部に設けられた減速部１６の水平面における炉内断面積を、それぞれ表１に示したように１．０〜１０．０の割合とした。また拡張部１７は、炉心本体１１と減速部１６との大きさの差をなだらかに接続した構造とした。
また流動用ガスの流量、投入した原料の量は全ての実験について同じとした。焙焼条件は焙焼温度を９００℃、焙焼時間は４．０時間とし、ガスには窒素を用いた。
【００９４】
＜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、および焙焼後の銅精鉱中の砒素含有量（減速部１６に堆積した試料を含む）が評価された。表５に結果を示す。なお、以下の方法で評価した。
【００９５】
［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。
【００９６】
（数２）
Ｒ２＝Ｗ３／Ｗ４×１００
【００９７】
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
【００９８】
［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、砒素と硫黄をＩＣＰで分析した。
【００９９】
【表５】
2019105415.tif 000007
【０１００】
表５、図７に示したように、断面積が拡大した減速部１６を用いなかった実験データＤ−１は、断面積を拡大した減速部１６を設けた実験データＤ−２〜Ｄ−８に比べると回収率が低く、焙焼後の銅精鉱中の砒素含有量も高くなった。この結果から炉心本体１１の上部に減速部１６を設けて、減速部１６での流速を低下させることで、回収率の向上および砒素含有量の低減に効果があることがわかった。すなわち、砒素は０．５重量％以下に低減された。特に断面積比が２を超えると未反応な銅精鉱が流動焙焼炉から飛び出すことがなく、ほぼ完全に焙焼できた。
【０１０１】
なお、精鉱中の砒素、硫黄が減少したことで、銅精鉱中の銅含有量が１０重量％以上増加したことに相当した。
【０１０２】
（実験５）（振動による剥離装置の有意性の検証、原料：銅精鉱）
＜原料＞
上記実験４の表４に示した組成の銅精鉱を原料に用いた。
【０１０３】
＜流動焙焼処理＞
実験５では、図１に示す第１実施形態の流動焙焼炉１０が用いられた。実験データは、流動焙焼炉１０の炉心本体１１の水平面における炉内断面積を１．０として、流動焙焼炉１０の上部に設けられた減速部１６の水平面における炉内断面積を表に示すように変更して取得された。振動による剥離装置としては図１に示すようにノッカー２０を用いた場合と、バイブレータ、超音波装置を用いた場合の実験データが取得された。バイブレータ、超音波装置は、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。この流動焙焼炉１０が用いられて原料の銅精鉱が焙焼され、焙焼された被焙焼物である試料が得られた。また流動用ガスの流量、投入した原料の重量および焙焼条件は実験４と同じとした。すなわち、焙焼条件は、焙焼温度が９００℃、焙焼時間が４．０時間とし、ガスには窒素を用いた。
【０１０４】
＜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）、および銅精鉱中の砒素含有量が上記実験４と同じ方法で評価された。表６に測定結果を示す。
【０１０５】
【表６】
2019105415.tif 000008
【０１０６】
上記実験データナンバーがＥ−１〜Ｅ−１２までが実施例、Ｅ−１３〜Ｅ−１７までが比較例である。表６に示すように、振動による剥離装置を備えた第１実施形態の流動焙焼炉１０で取得した実験データＥ−１〜Ｅ−１２（実施例）は、振動を加えない場合と比較して良好な結果が得られた。すなわち、炉内断面積比に関わらず、フィルターでの回収率は、全てほぼ０重量％と低い値を示した。また、砒素の含有量も０．１重量％以下と少なく、砒素品位が低い高品質な酸化ニッケルを得た。
【０１０７】
一方、振動による剥離装置を用いなかった実験データＥ−１３〜Ｅ−１７（比較例）は、回収率は０．１％以上と高くなった。特に炉内断面積比が比較的小さい領域で数値が悪くなった。また、回収した試料中における砒素品位も０．１重量％を超えていた。
【０１０８】
（実験６）（剥離用ガスによる剥離装置の有意性の検証、原料：銅精鉱）
＜原料＞
上記実験４の表４に示した組成の銅精鉱を原料に用いた。
【０１０９】
＜流動焙焼処理＞
実験６では、図２に示す第２実施形態の流動性焙焼炉１０が用いられて、原料の銅精鉱が焙焼され、焙焼された被焙焼物が回収された。
なお、減速部１６での水平面における炉内断面積は、流動焙焼炉１０の炉心本体１１の水平面における炉内断面積を１．０として、流動焙焼炉１０の上部に位置する減速部１６での水平面における炉内断面積を３．０とした。
【０１１０】
実験データＦ−１〜Ｆ−１０では、流動焙焼炉１０の炉心本体１１とその上方に位置する減速部１６との間の拡張部１７に剥離用ガス導入管２１を設置し、堆積した被焙焼物を吹き落とすために剥離用ガスを流した。
【０１１１】
剥離用ガスの流量は、流動焙焼炉１０の側面から導入する剥離用ガスの流量と、固定層１５の下から導入する流動用ガスの流量の比を「剥離用ガスの流量÷流動用ガスの流量」と定義したとき、その比を０．０６〜１．９５の範囲で変更して回収率等を測定した。なお剥離用ガスは空気を用いた。
【０１１２】
また原料の量、燃焼条件は、全ての実験データで同じ条件とした。具体的に焙焼温度は９００℃、焙焼時間は４時間、ガスには窒素を用いた。
【０１１３】
＜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４と同じ方法で評価された。表７に測定結果を示す。
【０１１４】
【表７】
2019105415.tif 000009
【０１１５】
上記実験データナンバーがＦ−１〜Ｆ−１０までが実施例、Ｆ−１１が比較例である。表７に示したように、第２実施形態の流動焙焼炉１０、すなわち、剥離用ガスによる剥離機構を備えた流動焙焼炉１０においては、実験データナンバーがＦ−１〜Ｆ−１０のもの（実施例）は、剥離用ガスが吹込まれていないＦ−１１（比較例）よりも良好な結果が得られた。すなわち、実施例ではフィルターでの回収率は０重量％であるのに対し、比較例では０．３重量％であり、実施例ではほぼ完全に焙焼できたことがわかった。また、回収された試料中における砒素品位も０．１重量％未満に抑制された。
【０１１６】
一方、剥離用ガスの吹込まれていないＦ−１１（比較例）では、フィルターでの回収率がＦ−１〜Ｆ−１０に比較して高い値となり、回収された試料中の砒素品位も０．１重量％と高くなった。
【０１１７】
実験５、６により、銅精鉱を焙焼する際は、本発明に係る流動焙焼炉１０を用いることで、フィルターでの回収率を低く抑え、砒素品位の低い資料を得ることができることを確認できた。
【符号の説明】
【０１１８】
１０  流動焙焼炉
１１  炉心本体
１６  減速部
１７  拡張部
２０  ノッカー
２１  剥離用ガス導入管
【図１】
2019105415.tif 000010
【図２】
2019105415.tif 000011
【図３】
2019105415.tif 000012
【図４】
2019105415.tif 000013
【図５】
2019105415.tif 000014
【図６】
2019105415.tif 000015
【図７】
2019105415.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月22日(2017.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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