(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽に収容されている処理対象液に気体を吹き込む供給管を備えた装置であって、
前記供給管は、
気体供給源に接続された共通配管と、
その軸方向が前記共通配管の軸方向と交差するように基端が前記共通配管に接続され、該共通配管との接続位置よりも下方に位置する先端に気体を吹き出す吹出口が設けられた複数の分岐配管と、を備えており、
該複数の分岐配管の吹出口が、
前記共通配管の軸を含む面に対して同じ側に位置しかつ該面からの距離が同じ距離となり、かつ、該分岐配管の下端部をその先端が上方を向くように屈曲させて形成されたノズルの先端に配置されており、
前記共通配管との分岐部またはその基端部近傍に、詰りが発生した前記分岐配管への流量を増加させるように制御される流量調整バルブを備えている
ことを特徴とするガス吹込み装置。
【請求項２】
前記共通配管は、環状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のガス吹込み装置。
【請求項３】
前記処理対象液が、
ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントにおける硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む液である
ことを特徴とする請求項１または２記載のガス吹込み装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス吹込み装置に関する。さらに詳しくは、液体やスラリーなどに対してガスを吹き込むガス吹込み装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントや酸化反応装置、排水処理などの設備では、各種処理に使用した溶液や残渣を含むスラリー等の処理対象液に含まれる物質を、酸化還元等の処理により無害化して排出したり、固形物として沈殿除去したりすることが行われている。
【０００３】
かかる処理では、処理対象液を反応槽に入れて、この処理対象液に酸素や空気などのガスを吹き込むことによって、処理対象液中の物質（対象物質）を酸化物等として析出させて沈殿させる。そして、ガスの吹き込みを終了した後に、処理対象液を固液分離して沈殿物（固形物）とそれ以外の成分を分離する。
【０００４】
例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントでは、硫化工程で生成される硫化反応後の溶液から硫化水素を除去する場合、硫化水素を酸化して硫黄とすることによって溶存硫化水素濃度を低下させる方法が採用されている。この方法では、溶液に浸出後のニッケル酸化鉱スラリーを加えた上でガスを供給する。すると、３価の鉄による還元作用により硫化水素が酸化されて硫黄が析出するので、溶液の溶存硫化水素濃度を低下させることができる。つまり、溶液中の硫化水素を硫黄の形態で固形物として、溶液から分離することができる。
【０００５】
このように、処理対象液にガスを吹込んで対象物質を除去する際に、対象物質の除去効率を向上させる上では、吹き込んだガスと処理対象液中の対象物質の反応効率をいかに向上させるかが重要である。
【０００６】
小型のビーカー試験では、ガラス製の直管を吹込み管としてビーカーに入れたり、シンターグラスと呼ばれる微細な泡を発生する部品を用いたりすれば、対象物質とガスを十分に反応させることができる。しかし、工業的な規模の反応槽では、上記のような方法では対象物質とガスを十分に反応させることは難しい。工業的な規模の反応槽では、複数の場所から同時にガスを吹込んで、処理対象液にガスを満遍なく接触させた方が、対象物質とガスとの反応効率を高くすることができる。
【０００７】
工業的な規模の反応槽においてガスを処理対象液に満遍なく接触させるための供給管（エアレーション管）が開発されている（特許文献１参照）。
【０００８】
特許文献１には、貧液から硫化水素を効率よく除去する処理装置として、エアレーション管１３０を備えた貧液処理装置１００が開示されている。この貧液処理装置１００は、縦型円筒形状の反応容器１１０と、反応容器１１０内に設けられた撹拌羽根１２０と、反応容器１１０内の底部に設けられた多数の吹出口１３１を有する円環状のエアレーション管１３０と、バッフル板１５１と、を備えている。この貧液処理装置１００において、撹拌羽根１２０の回転により反応容器１１０内の貧液を撹拌しながら、エアレーション管１３０の多数の吹出口１３１から反応容器１１０内の貧液に曝気用の気体を吹き込んでエアレーションを行えば、曝気用の気体を整流化できるので、貧液の全体にわたって効率よく爆気することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−１２７０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１の貧液処理装置１００では、吹出口１３１が上方を向いた状態で配設されている。このため、特許文献１の貧液処理装置１００のエアレーション管１３０を処理対象液の爆気に使用した場合には、処理対象液中の固形分が吹出口１３１内に侵入してしまう可能性がある。例えば、ガスと反応すると微細な析出物が発生する処理象液にガスを吹込んだ場合には、生成した固定物が吹出口１３１やエアレーション管１３０内に逆流して沈積してしまう可能性がある。また、処理対象液中に固形物が存在している場合（例えば、処理対象液がスラリーの場合）も同様に、既存の固形物が吹出口１３１やエアレーション管１３０内に逆流して沈積してしまう可能性がある。なお、以下では、析出物と既存の固形物を合せて、単に、固形物という。
【００１１】
固定物が吹出口１３１やエアレーション管１３０内に沈積すると流路抵抗が大きくなる。しかも、エアレーション管１３０は、複数の吹出口１３１からガスを処理対象液にガスを供給しているので、固定物が沈積している吹出口１３１から供給されるガスの量は他の吹出口１３１から供給されるガスの量よりも少なくなる。すると、処理対象液に供給されるガスの流れが不均一になってしまうので、対象物質とガスとの反応効率が悪くなり、対象物質の処理効率が低下する。
【００１２】
また、複数の吹出口１３１から供給されるガスの量が不均一になると、ガスの供給を停止したときに、一部の吹出口１３１内が負圧になる可能性がある。すると、その吹出口１３１に固定物が吸い込まれる現象が生じる可能性があり、吹出口１３１やエアレーション管１３０内への固定物の沈積が進行する。固定物の沈積が進行すると、吹出口１３１内のガスの流れはますます阻害されるので、各吹出口１３１から供給されるガスの量がより一層不均一となる。このような状況が続けば、エアレーション管１３０が閉塞されて、全配管が閉塞してしまう事態が生じる可能性もある（図２（Ｂ）参照）。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑み、固形物が存在するまたは固形物が発生する処理対象液に対してガスを吹き込んでも配管が閉塞することを防止できるガス吹込み装置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】
【００１４】
第１発明のガス吹込み装置は、反応槽に収容されている処理対象液に気体を吹き込む供給管を備えた装置であって、前記供給管は、気体供給源に接続された共通配管と、その軸方向が前記共通配管の軸方向と交差するように基端が前記共通配管に接続され、該共通配管との接続位置よりも下方に位置する先端に気体を吹き出す吹出口が設けられた複数の分岐配管と、を備えており、該複数の分岐配管の吹出口が、前記共通配管の軸を含む面に対して同じ側に位置しかつ該面からの距離が同じ距離となり、かつ、該分岐配管の下端部をその先端が上方を向くように屈曲させて形成されたノズルの先端に配置されており、前記分岐配管は、前記共通配管との分岐部またはその基端部近傍に、詰りが発生した前記分岐配管への流量を増加させるように制御される流量調整バルブを備えていることを特徴とする。
第２発明のガス吹込み装置は、第１発明において、前記共通配管は、環状に形成されていることを特徴とする。
第３発明のガス吹込み装置は、第１または第２発明において、記処理対象液が、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントにおける硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む液であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明によれば、分岐配管の先端が反応槽内の処理対象液に浸漬されるように供給管を配置し、共通配管の軸を含む面が反応槽内の処理対象液の液面とほぼ平行となるように配置する。すると、反応槽内において、複数の分岐配管の吹出口を同じ深さに配置することができるので、処理対象液に対してほぼ均一に気体を供給することができる。また、分岐配管の吹出口よりも分岐配管と共通配管との接続位置が上方に位置しているので、分岐配管に固形物が沈積しても、固形物が共通配管まで入ることを防ぐことができる。すると、共通配管の閉塞により気体供給ができなくなることを防ぐことができる。流量調整バルブによって各分岐配管の吹出口から吹き出す気体の流量を調整できるので、各分岐配管の吹出口から吹き出す気体の量を調整することが可能となる。また、分岐配管が万一閉塞したときでも、その分岐配管の流量を一時的に大きくすれば、沈積物を押し出して、閉塞を解消することも可能となる。
第２発明によれば、共通配管が環状に形成されているので、処理対象液に供給される気体の状態を均一な状態にしやすくなる。
第３発明によれば、気体を供給した際に微小な析出物が生成されても、処理対象液への気体の供給を安定して継続できるので、硫化水素の除去処理を効率よく実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態のガス吹込み装置１を反応槽Ｒ内の処理対象液Ｌに浸漬した状態の概略説明図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】従来のガス吹込み装置１００を反応槽Ｒ内の処理対象液Ｌに浸漬した状態の概略説明図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のガス吹込み装置は、固形物を含む液体や、気体と反応して固形物が生成される液体に対して気体を吹き込む装置であって、固形物に起因する配管の閉塞を防止できるようにしたことに特徴を有している。
【００１８】
本発明のガス吹込み装置を使用して気体が吹き込まれる液体やスラリー（以下、処理対象液という）は、とくに限定されない。処理対象液としては、例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントにおける硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む液（貧液）や、鉄イオンやマンガンイオンを含有する溶液、工程内の洗浄液などの排水等を挙げることができる。
【００１９】
とくに、処理対象液が貧液の場合には、気体を供給した際に微小な析出物が生成されるが、このような微細な析出物が生成されても、処理対象液への気体の供給を安定して継続できる。すると、貧液における硫化水素の除去処理を効率よく実施することができる。
【００２０】
また、本発明のガス吹込み装置を使用して処理対象液に吹き込まれる気体もとくに限定されない。処理対象液に存在する物質（処理対象）と酸化反応等の所定の反応を生じるものであればよい。例えば、酸素やオゾンを使用できるし、処理対象によっては空気でもよい。
【００２１】
（本実施形態のガス吹込み装置１の使用例）
まず、本実施形態のガス吹込み装置１について説明する前に、本実施形態のガス吹込み装置１の使用状態の一例を説明する。
【００２２】
図１において、符号Ｒは、本実施形態のガス吹込み装置１が設置される反応槽を示している。この反応槽Ｒは、処理対象液Ｌを収容し保持しておくことができるものである。なお、反応槽Ｒの素材はとくに限定されず、処理する処理対象液Ｌによって腐食等の損傷を受けない素材によって形成されていればよい。反応槽Ｒの大きさもとくに限定されず、所定の量の処理対象液Ｌを収容できる大きさに形成されていればよい。
【００２３】
この反応槽Ｒには、反応槽Ｒ内に収容された処理対象液Ｌを攪拌するための攪拌手段Ｓが設けられている。この攪拌手段Ｓは、公知の攪拌手段を採用することができる。例えば、先端に攪拌翼を備えた攪拌機等を使用することができる。なお、攪拌手段Ｓの素材はとくに限定されず、処理対象液Ｌによって腐食等の損傷を受けない素材によって形成されていればよい。また、攪拌手段Ｓの大きさや攪拌力もとくに限定されず、所定の量の処理対象液Ｌを適切に攪拌できるものであればよい。
【００２４】
そして、この反応槽Ｒには、本実施形態のガス吹込み装置１が設けられている。この本実施形態のガス吹込み装置１は、気体を反応槽Ｒの底部に供給できるように配設されている。
【００２５】
したがって、反応槽Ｒに処理対象液Ｌを入れて、攪拌手段Ｓによって処理対象液Ｌを攪拌しながら本実施形態のガス吹込み装置１から気体を処理対象液Ｌに吹き込めば、処理対象液Ｌ中に気体を均一な状態に近づくように分散させることができる。すると、処理対象液Ｌ中の処理対象と気体を効果的に接触させることができるので、処理対象を気体と効果的に反応させることができ、処理対象の処理効率を高めることができる。
【００２６】
（本実施形態のガス吹込み装置１）
図１に示すように、本実施形態のガス吹込み装置１は、共通配管１１と、複数の分岐配管１２とを有する供給管１０を備えている。
【００２７】
（共通配管１１）
まず、共通配管１１は、内部に気体を流す流路を備えた配管であり、平面視で円環状に形成されたものである。共通配管１１は、コンプレッサーやボンベ等の加圧空気を供給する気体供給源Ｐに配管などによって接続されている。なお、共通配管１１を平面視でみたときに、共通配管１１が形成する円の中心を回転中心という。
【００２８】
（複数の分岐配管１２）
この共通配管１１には、その軸方向に沿って複数の分岐配管１２が設けられている。この複数の分岐配管１２は内部に気体を流す流路を備えた配管である。この複数の分岐配管１２は、その基端が共通配管１１に連結されており、この基端でその内部の流路と共通配管１１内の流路とが連通されている。この複数の分岐配管１２の先端には、気体を吹き出す吹出口１３ｈを備えたノズル１３が設けられている。そして、複数の分岐配管１２は、同じ流路径（つまり内径）を有する配管で形成されており、基端（つまり共通配管１１との接続位置）からノズル１３の吹出口１３ｈまでの長さ（以下分岐配管１２の長さという）が全て同じになるように形成されている。
【００２９】
したがって、気体供給源Ｐから共通配管１１に供給した気体は、共通配管１１から複数の分岐配管１２を通ってノズル１３の吹出口１３ｈから吹き出される。このとき、複数の分岐配管１２は、その流路径と長さが同じであるから、複数の分岐配管１２のノズル１３の吹出口１３ｈから吹き出される気体の流量を均一にすることができる。
【００３０】
しかも、複数の分岐配管１２は、共通配管１１の軸方向沿って等間隔で配置されている。言い換えれば、共通配管１１の回転中心周りに等角度間隔で配置されている。
【００３１】
そして、複数の分岐配管１２は、その中心軸ＣＬが共通配管１１の中心軸を含む面ＳＦに対して直交し、かつ、ノズル１３の吹出口１３ｈが面ＳＦに対して同じ側（図１では下側）に位置するように設けられている。
【００３２】
本実施形態のガス吹込み装置１がかかる構成となっているので、分岐配管１２のノズル１３が反応槽Ｒ内の処理対象液Ｌに浸漬され、かつ、共通配管１１の中心軸を含む面ＳＦが反応槽Ｒ内の処理対象液Ｌの液面Ｆとほぼ平行となるように配置する（図１（Ｂ））。すると、反応槽Ｒ内において、複数の分岐配管１２の吹出口１３ｈを同じ深さに配置することができる。しかも、共通配管１１の回転中心が攪拌手段Ｓの回転軸上に位置するように配置する。
【００３３】
この状態で、気体供給源Ｐから共通配管１１に供給すれば、複数の分岐配管１２のノズル１３の吹出口１３ｈから、同一流量の気体を同じ深さから、攪拌手段Ｓの回転軸に対して回転対称となるように処理対象液Ｌに供給することができる。つまり、処理対象液Ｌに対して気体をほぼ均一に供給することができる。
【００３４】
したがって、攪拌手段Ｓによって処理対象液Ｌを攪拌しながら、分岐配管１２の吹出口１３ｈから処理対象液Ｌに気体を供給すれば、処理対象液Ｌ内の処理対象と気体を均一かつ効果的に接触させることができる。
【００３５】
しかも、共通配管１１と分岐配管１２の接続位置は、分岐配管１２のノズル１３の吹出口１３ｈよりも上方に位置しているので、分岐配管１２に固形物Ｍが沈積しても、固形物Ｍが共通配管１１まで入ることを防ぐことができる。すると、分岐配管１２の沈積に起因して、共通配管１１が閉塞することがないので、供給管１０から処理対象液Ｌへの気体供給を継続することができる。つまり、共通配管１１の閉塞に起因する気体供給不良を防止できるので、気体による処理対象の処理を効果的に実施することができる。
【００３６】
（共通配管１１について）
上述したように、共通配管１１と分岐配管１２の接続位置が分岐配管１２の吹出口１３ｈよりも上方に位置していれば、共通配管１１を設置する位置はとくに限定されない。反応槽Ｒに収容されている処理対象液Ｌに浸漬されていてもよいし、処理対象液Ｌの液面Ｆよりも上方に配置されていてもよい。
【００３７】
しかし、図１（Ｂ）に示すように、共通配管１１は、処理対象液Ｌの液面Ｆよりも上方に配置されていることが望ましい。例えば、反応槽Ｒに連続して処理対象液Ｌが供給され、処理後の液がオーバーフローして排出される場合であれば、オーバーフローする高さ（つまり、反応槽Ｒ内における処理対象液Ｌの液面Ｆの最大高さ）よりも上方に配置する。かかる配置とすれば、分岐配管１２で閉塞が生じた場合（つまり固形物Ｍが分岐配管１２で沈積した場合）に、共通配管１１に固形物Ｍが侵入することを確実に防ぐことができる。したがって、分岐配管１２の閉塞が、共通配管１１にまで影響することを確実に防止することができる。
【００３８】
上記例では、供給管１０の共通配管１１が環状になっている場合を説明した。しかし、共通配管１１の形状はとくに限定されない。例えば、共通配管１１は、単なる棒状の管で形成されていてもよいし、平面視形状が、反応槽Ｒの断面と同等の形状に形成されていてもよい。しかし、共通配管１１が環状に形成されていれば、共通配管１０内の気体の流れをスムースにできるので、処理対象液に供給される気体の状態を均一な状態にしやすくなる。
【００３９】
（流量調整バルブ２０について）
共通配管１０は、各分岐配管１２に供給する気体の流量を調整する流量調整バルブ２０を備えていてもよい。かかる流量調整バルブ２０を設ければ、各分岐配管１２に流れる気体の流量を個別に調整することができるので、各分岐配管１２の吹出口１３ｈから吹き出す気体の量を調整することが可能となる。しかも、分岐配管１２が万一閉塞したときでも、流量調整バルブ２０の開度を大きくして、その分岐配管１２の流量を一時的に大きくすれば、沈積した固形物Ｍを押し出して、閉塞を解消することも可能となる。
【００４０】
なお、流量調整バルブ２０を設ける位置はとくに限定されない。例えば、各分岐配管１２と共通配管１１の連結部分に設けてもよいし（図１（Ｂ）参照）、各分岐配管１２の先端と基端との間に設けてもよい。しかし、流量調整バルブ２０の操作性を考慮すれば、本実施形態のガス吹込み装置１を反応槽Ｒに設置したときに、処理対象液Ｌの液面Ｆよりも上方に位置するように設けておくことが好ましい。
また、流量調整バルブ２０もとくに限定されず、公知のバルブを使用することができる。
【実施例】
【００４１】
本発明のガス吹込み装置によって、配管の閉塞を防止できること実験により確認した。
【００４２】
実験では、スラリーを収容した反応槽内に本発明のガス吹込み装置の供給管を設置した場合（実施例、図１参照）と、従来のガス吹込み装置の供給管を設置した場合（比較例、図２参照）において、閉塞状態の発生状況を確認した。
【００４３】
実施例と比較例は、供給管の構造を変更した点、および、実施例では流量調整バルブ設けている点、以外は、同じ条件で実験した。以下に実験条件を示す。
（供給管）
共通配管      ：内径６インチ
分岐配管      ：内径１．５インチ
吹出口      ：開口径１ｍｍ
なお、分岐配管はいずれも１０本設けた。
（処理対象液）
スラリー固形分    ：鉄酸化物（最大粒径1mm）
固形分濃度        ：３０ｇ／Ｌ
（気体）
成分      ：空気
供給量    ：８５０Ｎｍ３／ｈｒ(分岐管１本あたり８５Ｎｍ３／ｈｒ)
運転時間  ：２４時間連続運転
【００４４】
（実施例１）
実施例では、処理対象液の液面上に共通配管を設置して（図１参照）、空気をコンプレッサーから供給した。６ヵ月連続運転を行ったが、共通配管での閉塞は１回も発生しなかった。
【００４５】
一方、分岐配管では１０箇所中３箇所で閉塞が確認され、全体流量も６００Ｎｍ３／ｈｒまで低下した。このとき、閉塞した分岐配管に設けた流量調整バルブを開けて流量を増加することにより、分岐配管の閉塞をほぼ除去することができた。
この結果、実施例１では、９６ヵ月の期間で運転不能となることもなく、気体の吹込みを継続できることが確認された。
【００４６】
（比較例１）
一方、比較例１では、処理対象液の液面下に従来の共通配管を設置し（図２参照）、実施例１と同じようにコンプレッサーから空気を供給した。その結果、１ヶ月の連続運転で共通配管に閉塞が生じ、運転不能となった。
【００４７】
以上の結果から、本発明のガス吹込み装置を採用すれば、スラリーに対する気体の供給を実施しても共通配管の閉塞を防ぐことができ、連続して気体の供給を実施できることが確認された。
また、流量調整バルブを設ければ、分岐配管に閉塞が生じても、閉塞を解消できる可能性があることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のガス吹込み装置は、固形物を含有するスラリーや、気体と反応して固形物が析出する液体等に対して気体を吹き込む装置として適している。
【符号の説明】
【００４９】
１        ガス吹込み装置
１０        供給管
１１        共通配管
１２        分岐配管
１２ｎ      ノズル
１２ｈ      吐出口
２０        流量調整バルブ
Ｐ        気体供給源
Ｒ        反応槽
Ｌ        処理対象液
ＳＦ      面
【図１】
0006597969.tif 000002
【図２】
0006597969.tif 000003