(57)【要約】本発明は、固形物を流動層反応炉（１）で約450℃ないし1500℃に加熱する、硫化鉱の熱処理方法に関するものである。エネルギー利用効率を改善するため、第１ガスまたはガス混合物を、ガス供給管（３）を通じて下方から、反応炉（１）の混合室（７）へ導入し、ガス供給管（３）は、少なくともその一部を、流動化ガスを供給することにより流動化する静止環状流動層（35）によって包囲している。第１ガスまたはガス混合物、ならびに環状流動層（35）用の流動化ガスの流速を調整して、粒子フルード数を、ガス供給管（３）においては１ないし100の間、環状流動層（35）においては0.02ないし２の間、混合室（７）においては0.3ないし30の間にする。
2006511704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層反応炉（１）において450℃ないし約1500℃の温度で固形物を処理する、とりわけ硫化鉱の熱処理方法において、前記反応炉（１）の混合チャンバ（７）に、好ましくは中央のガス供給管（３）を通して下方から、第１ガスまたはガス混合物を導入し、前記ガス供給管（３）は、少なくともその一部が、流動化ガスを供給することにより流動化する固定式環状流動層（35）に包囲され、かつ、前記第１ガスまたはガス混合物、ならびに前記環状流動層（35）用の流動化ガスの流速を調整して、粒子フルード数を、前記ガス供給管（３）においては１ないし100の間に、前記環状流動層（35）においては0.02ないし２の間に、前記混合チャンバ（７）においては0.3ないし30の間にすることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記反応炉（１）は、その下流側に第２の反応炉（９）が設けられ、固形物含有ガス混合物を、第１の反応炉（１）から、好ましくは中心ガス供給管（10)を通して下方から、混合チャンバ（19）に導入し、前記ガス供給管（10）は、少なくともその一部が、流動化ガスを供給することにより流動化する固定式環状流動層（36）に包囲されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記粒子フルード数を、前記ガス供給管（３、10）においては1.15ないし20の間、とりわけ3.95ないし11.6の間にすることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法において、前記粒子フルード数を、前記環状流動層（35、36）においては0.11ないし1.15の間、とりわけ0.11ないし0.52の間にすることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法において、前記粒子フルード数を、前記混合チャンバ（７、19）においては0.37ないし3.7の間、とりわけ0.53ないし1.32の間にすることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において、前記各反応炉（１、９）における固形物の流動層高さを調整して、前記環状流動層（35、36）を前記ガス供給管（３、10）のオリフィス上端を超えて延ばし、前記固形物を、前記第１ガスまたはガス混合物中に絶えず導入して、そのガス流によって、前記ガス供給管（３、10）のオリフィス領域の上方に配置した前記混合チャンバ（７、19）に運び込むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の方法において、金、亜鉛、銀、銅、ニッケルおよび／または鉄を含む硫化鉱を種材料として用いることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の方法において、少なくとも１つの前記反応炉（１、９）には、酸素含有ガス、たとえば酸素含量約20体積%の空気が、前記ガス供給管（３、10）を通して、および／または環状流動層（35、36）に向かって供給されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の方法において、環状流動層（35、36）および／または混合チャンバ（７、19）にて、熱を、少なくとも１つの反応炉（１、９）に対して供給しまたは取り出すことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の方法において、少なくとも１つの前記反応炉（１、９）の下流側に冷却装置（20、 21）が設けられ、前記反応炉（１、９）からの固形物含有ガス混合物を、400℃未満、とりわけ約380℃の温度まで冷却することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法において、少なくとも１つの前記反応炉（１、９）の下流側にサイクロン（33）などの分離器が設けられ、排ガスと分離された固形物を、第１および／または第２の反応炉（１、９）へ、または後方の冷却装置（26）へと供給することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記分離器（23）で固形物と分離された排ガスの少なくとも一部を、とくに、ホットガス電気集塵器（31）および／またはウェットガス処理部（32）などの、下流側のガス清浄段における処理後に、流動化ガスとして、前記第１および／または第２の反応炉（１、９）へ供給することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の方法において、前記分離器（23）で固形物と分離された排ガスの少なくとも一部を、硫酸製造用のプラント（33）に供給することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法において、粗粒子状固形物および／または焙焼残さを、とくに断続的に、前記第１および／または第２の反応炉（１、９）の環状流動層(35,36) から取り出し、後方の冷却装置（26）に送ることを特徴とする方法。
【請求項１５】
とりわけ硫化鉱の熱処理用プラントであって、とくに請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法を実行する、流動層反応炉からなる反応炉（１）を含むプラントにおいて、前記反応炉（１）は、ガス供給システムを含み、該システムは、該ガス供給システムを通って流れるガスが、少なくとも部分的に前記ガス供給システムを包囲する固定環状流動層（35）から前記混合チャンバ（７）へ固形物を運び込むことができるように形成されていることを特徴とするプラント。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプラントにおいて、前記ガス供給システムは、前記反応炉（１）の下部領域から実質的に垂直に情報に延びて、前記反応炉（１）の前記混合チャンバ（７）に向かうガス供給管（３）を少なくとも１つ有し、該ガス供給管（３）は、前記固定式環状流動層（35）が形成される環状チャンバによって、少なくともその一部が包囲されることを特徴とするプラント。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプラントにおいて、前記反応炉（１）にはその下流側に第２の反応炉（９）が設けられ、これはガス供給管（10）を有し、これは第１の反応炉（１）の上端に設けられる固形物含有ガス混合物用の排出導管（８）に接続され、前記ガス供給管（10）を通して流れるガスが、少なくとも部分的に前記ガス供給管（10）を包囲する固定式環状流動層(36)から、前記混合チャンバ(19)へと固形物を運び込むように形成されることを特徴とするプラント。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載のプラントにおいて、前記ガス供給管（３、10）は、前記反応炉（１）の断面領域のほぼ中央に配置されることを特徴とするプラント。
【請求項１９】
請求項１８に記載のプラントにおいて、固形物分離器、とりわけサイクロン（23）が 、固形物分離用に第２の反応炉（９）の下流側に設けられ、前記固形物分離器は、第１および／または第２の反応炉（１、９）の環状流動層（３５、３６）に至る固形物輸送用導管（24）を有することを特徴とするプラント。
【請求項２０】
請求項１８または１９に記載のプラントにおいて、冷却装置、とりわけ冷却管（20）のバンクを備えた廃熱ボイラ（21）が、第２の反応炉（９）の下流側に設けられることを特徴とするプラント。
【請求項２１】
請求項１８ないし２０のいずれかに記載の方法において、温度制御部（15、16）、とりわけ冷却部および膜壁（17、18）を備えた自然循環ボイラが、第１および／または第２の反応炉（１、９）に設けられることを特徴とするプラント。
【請求項２２】
請求項１８ないし２１のいずれかに記載のプラントにおいて、環状チャンバを上部環状流動層領域と下部ガス分配チャンバ（４、11）とに分割するガス分配器（５、12）が、第１および／または第２の反応炉（１、９）に設けられ、前記ガス分配チャンバ（４、11）は、流動化ガス用の供給導管（６、13）に接続されることを特徴とするプラント。
【請求項２３】
請求項１９ないし２２のいずれかに記載のプラントにおいて、第１および／または第２の反応炉（１、９）は、供給導管を有し、これは、前記環状チャンバに至り、第２の反応炉（９）の下流側に設けられた前記分離器（23）の排ガス導管に接続されることを特徴とするプラント。
【請求項２４】
請求項１９ないし２３のいずれかに記載のプラントにおいて、除塵装置（31、32）および／または硫酸製造用のプラント（33）が、前記分離器（23）の下流側に設けられることを特徴とするプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、とくに硫化鉱の熱処理方法に関するもので、微細粒状化固形物を第１流動層反応炉で約450〜1500℃に加熱するものであり、および対応するプラントに関するものである。
【０００２】
金を含有する硫化鉱を処理する、このような方法およびプラントが、たとえば独国特許公開広報第19609286A1号で知られている。この場合、鉱石は、酸素を含むガスによって焙焼炉の流動層で流動化され、金属硫化物を金属酸化物に変換すると共に、SO2を含む排ガスを得る。
【０００３】
また、500〜1100℃の温度の固定式流動層炉で、空気を供給すると共に、たとえば閃亜鉛鉱等の硫化鉱を焙焼することも知られている。固定式流動層炉におけるこの閃亜鉛鉱の焙焼では、１日当たり1000トンもの鉱石を処理することができる。
【０００４】
固定式流動層を用いるときに達成される熱処理のエネルギー利用効率には、改善の必要があると考えられる。この理由の１つは、流動化の程度が比較的低いために、質量および熱伝達がかなり穏やかなことである。さらに、固定式流動層では、微粒子が余りに早く反応炉から排出され、プラントにおける保持時間が完全に反応するためには十分でない。循環型流動層では、質量および熱伝達のよりよい条件が普及しているが、流動化の程度が大きいために、この問題がとくに発生する。熱処理に用いられる、たとえば金鉱石、閃亜鉛鉱または精鉱などの硫化鉱は、ますます微粉化され、たとえば75%である45μm未満の粒子サイズ分級物になるので、公知の方法およびプラントでは、十分な焙焼でさえなかなか達成できない。
【０００５】
さらに、公知の方法およびプラントでは、反応炉における温度を制御することがほとんどできず、焙焼結果が一層損なわれる。
【発明の説明】
【０００６】
したがって、本発明は、より効率的に実行させることができ、特により熱および質量伝達に関する優れた条件を伴う良い焙焼結果によって特徴付けられる硫化鉱の熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明によれば、この目的は、上述の方法により達成され、ここでは、反応炉の混合チャンバ領域に、好ましくはその中央に配置されたガス供給管（中央管）を通して、第１ガスまたはガス混合物を下方から導入し、中央管は、少なくともその一部が、流動化ガスを供給することにより流動化する固定式環状流動層に包囲され、かつ、そこでは、第１ガスまたはガス混合物、ならびに環状流動層用の流動化ガスの流速を調整して、粒子フルード数を、中央管においては１ないし100の間に、環状流動層においては0.02ないし２の間に、混合チャンバにおいては0.3〜30の間にする。
【０００８】
本発明の方法において、固形物の保持時間が長いなどの固定式流動層の利点、ならびに優れた質量および熱伝達などの循環式流動層の利点は、たとえば硫化鉱の焙焼などの熱処理時に、互いに見事に組み合わせることができ、その一方で、両システムの不利点が回避される。中央管の上部領域を通過する場合、第１ガスまたはガス混合物は、環状流動層として称される環状固定式流動層から、混合チャンバへと固形物を運び込み、固形物と第１のガスとの間の速度差が大きいため、よく混合された懸濁液が生成され、２つの相の間で最適な質量伝達および熱伝達がなされる。第１ガスまたはガス混合物、および流動化ガスの気体速度ばかりでなく、環状流動層内の層の高さも調節することによって、中央管のオリフィス領域の上方の懸濁液の固形物の負荷を、広い範囲内で変化させることができ、ここでは、中央管のオリフィス領域と混合チャンバの上部出口との間の第１のガスの圧力損失を、１mbarから100mbar の間の状態にすることができる。混合チャンバにおける懸濁液の固形物の負荷が大きい場合、その固形物の大部分が懸濁液から分離し、環状流動層内へ戻る。このようにして、環状流動層の温度は、また、分離された加熱微粒子の量によっても調節することができる。この再循環は内部固形物再循環と呼ばれ、この内部循環によって循環する固形物の流量は通常、外部から反応炉に供給される固形物の量よりもかなり多い。沈殿しなかった（少量の）固形物は、第１ガスまたはガス混合物と共に混合チャンバから排出される。反応炉内における固形物の保持時間は、環状流動層の高さおよび断面積を選択することによって変化させることができ、調節して所望の熱処理になるようにすることができる。反応炉からガス流によって運び込まれる固形物は、すべて、または少なくとも一部が反応炉に再循環し、この再循環物は好都合なことに固定式流動層に供給される。このようにして環状流動層へ再循環された固形物の流量は、通常、外部から反応炉に供給される流量と同じ桁数になっている。したがって、本発明の方法によれば、一方では、高い固形物の負荷が、とりわけ良好な質量および熱伝達と同時に達成される。優れたエネルギー利用効率とは別に、本発明による方法の他の利点は、第１のガスまたはガス混合物、および流動ガスの流速を変えることにより、本方法のエネルギーの伝達および質量伝達を目標値に合わせることが、迅速に、容易に、かつ確実にできることにある。
【０００９】
熱伝達は、反応炉の下流側に第２の反応炉を設け、そこに固形物含有ガス混合物が第１の反応炉から導入されるならば、さらに強化することができる。これは、好ましくは、たとえば中央のガス供給管を通して下方から行われて、混合チャンバに達し、ガス供給管は、流動用ガスを供給することにより流動化する固定式環状流動層によって、少なくとも部分的に包囲される。原則として、単一の反応炉が、本発明の方法を実行するのに適切である。しかし、反応炉段を形成する構成であって、１つの反応炉と、同種の第２の反応炉との組み合わせが、プラントにおける固形物の総合保持時間を顕著に増長することができる。
【００１０】
混合チャンバにおけるとくに効果的な熱伝達と、反応炉における十分な保持時間を確保するために、第１ガス混合物および流動化ガスの流速を、好ましくは、その流動層について調節して、無次元数である粒子フルード数（Frp）を、中央管においては1.15ないし20の間、とりわけ3.95ないし11.6の間に、環状流動層においては0.11ないし1.15の間、とりわけ0.11ないし0.52の間に、および／または混合チャンバにおいては0.37ないし3.7の間、とりわけ0.53ないし1.32の間にする。粒子フルード数は、それぞれ次の方程式によって決められる。
【００１１】
【数１】
2006511704.tif 000003
ただし、
u = ガス流の効果的速度 m/s
ρf = 流動ガスの効果的密度 kg/m3
ρs = 固形粒子の密度 kg/m3
dp = 反応炉運転中の反応炉内の粒子（または生成された粒子）の平均直径 m
g = 重力定数 m/s2
この方程式を用いる場合、dpは、用いる材料の平均直径（d50）ではなく、反応炉の運転中に形成される反応炉内物の平均直径を表わしており、用いる材料（一次粒子）の平均直径とは両方向において大きく異なるようにできることを考慮すべきである。また、平均直径20ないし30μm の粒子（二次粒子）は、平均直径がたとえば３ないし10μm の非常に微細粒状化材料からでも、たとえば熱処理中に形成することができる。他方、何らかの材料、たとえば鉱石は、熱処理中にか焼される。
【００１２】
本発明のアイデアによる展開法では、反応炉または反応炉段における固形物層の高さを調節することが提案され、環状流動層を、中央管の上部オリフィス端部よりも数センチ延ばし、これによって固形物を、第１のガスまたは１ガス混合物の中へ絶え間なく導入し、そしてガス流によって中央管のオリフィス領域の上方に配置した混合チャンバへ運び込む。このようにして、とくに懸濁液の固形物の負荷が大きいものは、中央管のオリフィス領域の上方でなされる。
【００１３】
本発明の方法によれば、あらゆる種類の硫化鉱、とくに金、亜鉛、銀、ニッケル、銅および／または鉄を含む硫化鉱が、効果的に熱処理される。とりわけ、本方法は、金鉱石または閃亜鉛鉱の焙焼に適する。質量および熱伝達が強化され、反応炉における保持時間が調節可能とされることで、とりわけ高い焙焼材料の変換効率を達成することができる。
【００１４】
反応炉の稼働に必要な熱量の生成は、この目的に対する当業者に公知のいかなる方法においても行うことができる。本発明の好ましい実施例によれば、焙焼に際して提供されることは、たとえば酸素含量が約20体積％の酸素含有ガスを、反応炉に供給して、反応炉の環状流動層に導入することである。ガスは、空気、酸素富化空気、または何らかの他の酸素含有ガスでよい。酸素含有ガスは、好ましくは、約25ないし50℃温度の、単一または複数の反応炉に導入されることが好ましい。酸化金属を形成するために過剰量の酸素で硫化鉱を焙焼する処理は、発熱性で、通常、反応炉または反応炉段にさらに熱を供給する必要はない。
【００１５】
本発明による方法の場合、環状流動層および／または混合チャンバにおける第１および／または第２の反応炉に供給され、もしくはそこから取り出される熱によって、エネルギー利用効率をさらに向上させることができる。したがって、発熱反応の場合には、たとえば、生成した熱を反応炉で水蒸気の発生に利用することができる。
【００１６】
好ましくは、冷却装置を第２の反応炉の下流側に設けて、反応炉から排出される固形物含有ガス混合物を冷却し、以降の処理に適した温度である400℃未満、とりわけ約380℃にするとよい。また、この冷却装置は、たとえば水蒸気の生成にも用いてよく、本方法全体のエネルギー利用効率がさらに高められる。
【００１７】
分離器、たとえばサイクロンまたはその同等物は、反応炉段の下流側に設けてよい。排ガスから分離された固形物を、分離器から反応炉段へ、たとえば環状流動層へと、単数または複数の反応炉から戻し、または後方の冷却装置へと送ることができる。
【００１８】
反応炉段における固形物の保持時間は、このようにして変化させることができる。さらに、単数または複数の反応炉における固形物の流動層高さは、計画的に要求に合わせることができる。また、この場合の環状流動層における流動層高さは、環状流動層で確立する温度にも影響するが、これは、流動層高さが大きいとき、より多くの粒子が混合チャンバに運び込まれて、過熱した状態でそこから分離されるためである。このようにして、反応炉における温度は、分離器から再循環される固形物の量によって計画的に調節することができる。
【００１９】
好ましくは、分離器の下流側には、ガス清浄段が、ホットガス電気集塵器および／またはウェットガス処理装置とともに設けられ、ここでは、分離器において固形物と分離された排ガスの少なくとも一部が、さらに清浄される。このとき、清浄された排ガスは、たとえば予備加熱された流動化ガスとして、第１および／または第２の反応炉の環状流動層に戻すことができる。また、分離器で固形物から分離された排ガスの一部は、硫酸製造プラントに供給してもよい。このようにして、反応炉段のSO２含有排ガスは、副生成物の製造にも用いることができる。
【００２０】
粗粒子状の固形物および／または焙焼残さが第１および／または第２反応炉の環状流動層から取り出されて、後方の冷却装置、たとえば流動層冷却器に送られる。この場合、固形物または焙焼残さの排出は、断続的に行うとよく、これによって反応炉段における固形物の量を同時に調節することができる。
【００２１】
本発明のプラントは、とりわけ上述の方法を実施するのに適して、硫化鉱の熱処理を行うための流動層反応炉を構成する反応炉を有し、反応炉は、ガス供給システムを有し、これは、ガス供給システムを通して流れるガスが、少なくとも部分的にガス供給系統を包囲する固定式環状流動層から、混合チャンバへ向けて運び込まれるように形成される。好ましくは、ガス供給システムは、混合チャンバへと延びている。しかし、ガス供給システムは、環状流動層の表面より下方で終端させることもできる。このとき、ガスは、たとえば横方向の開口を介して環状流動層に導入され、その流速によって固形物を環状流動層から混合チャンバへと運び込む。
【００２２】
本発明の好ましい面によれば、ガス供給システムは、反応炉の下部から実質的に垂直に上方に延びているガス供給管を有し、ガス供給管は、少なくとも部分的に、固定式環状流動層が形成されたチャンバによって、環状手法により包囲される。環状流動層は、環状である必要はないが、中央管が少なくとも部分的に環状流動層によって包囲されていれば、中央管および反応炉の形状に応じて、環状流動層の他の形状が受け入れられる。
【００２３】
もちろん、直径または形状が、異なるまたは等しい２本以上の中央管を、反応炉に設けてもよい。しかしながら、好ましくは、少なくとも１本の中央管は、反応炉の断面領域のほぼ中央に配置されるとよい。
【００２４】
本発明のさらなる実施例によれば、中央管は、そのシェル表面に、たとえばスロット状の開口部を有し、反応炉稼働中において、固形物は、開口部を通して絶えず中央管に入り込み、第１ガスまたはガス混合物によって中央管を通して混合チャンバに運び込まれる。
【００２５】
プラントのスループットまたは固形物の保持時間を増大させるため、単一の反応炉の代わりに、複数の、とりわけ２つの反応炉を連結して反応炉段を形成してもよい。好ましくは、反応炉は、それぞれの場合において、固定式環状流動層用の環状チャンバと、循環式流動層を形成するための混合チャンバとを有し、反応炉の下流側の中央管が、その上流側に設けた反応炉の排ガス出口に接続されるとよい。
【００２６】
好ましい実施例によれば、分離器、とりわけサイクロンは、反応炉または反応炉段の下流側に設けられ、固形物の分離を行う。分離器は、第１の反応炉の環状流動層に至る固形物導管、および／または下流側に設けられ得る第２の反応炉の環状流動層に至る固形物導管を有していてよい。
【００２７】
冷却装置を反応炉段の下流側に設ける場合、反応炉段から排出される固形物含有ガス混合物は、その先の処理を行う前に、これに必要な温度まで冷却することができる。冷却装置として、たとえば冷却管のバンクを備えた廃熱ボイラを用いることができ、冷却管のバンクは、同時に、水蒸気生成として機能することができる。
【００２８】
さらに、熱処理に必要な温度を、温度制御部を用いることによって、第１および／または第２の反応炉で正確に調節することができる。この目的のために、反応炉には、冷却部と膜壁とを備えた自然循環ボイラが備えられていてもよい。
【００２９】
確かな固形物の流動化および固定式流動層の形成を提供するために、第１および／またはその先の反応炉の環状チャンバに、ガス分配器を設けて、チャンバを上部流動層領域と下部ガス分配チャンバとに分割する。ガス分配チャンバは、流動化ガス用の供給導管に接続される。ガス分配チャンバの代わりに、管から成るガス分配器を用いてもよい。
【００３０】
好ましくは、反応炉または反応炉段の分離器を、反応炉の環状チャンバに至る供給導管に接続し、あらかじめ清浄しておくことができる排ガスを、予備加熱された流動化ガスとして利用可能とするとよい。
【００３１】
これに対して、代わりにまたは追加して、除塵装置および／または硫酸製造用のプラントを、反応炉または反応炉段の下流側に設けてもよい。
【００３２】
本発明によれば、反応炉の環状流動層および／または混合チャンバに、固形物および／または流体の流れを偏向させる手段を設けてもよい。たとえば、直径が中央管と反応炉壁との間である環状堰を、環状流動層に配置して、堰の上端が、稼働中に得られる固形物高さを超えて突出し、一方、堰の下端が、ガス分配器またはその同等物から離して配置されるようにすることができる。したがって、混合チャンバから反応炉壁付近へ排出された固形物は、中央管のガス流により混合チャンバに運び込まれる前に、まず堰の下端部を通過しなければならない。このようにして、固形物の交換が、環状流動層において強制的に行われ、環状流動層にてより均一化された固形物の保持時間が得られる。
【００３３】
本発明を適用したことによる発展、利点および将来性も次の実施例の説明および図から読み取ることができる。記載および/または図示したすべての特徴それ自体または任意の組合せは、特許請求の範囲または以下の記載に含まれるものによらず、本発明の主題に属するものである。
【好ましい実施例の詳細な説明】
【００３４】
図に示す方法では、とりわけ硫化鉱の熱処理に適して、固形物は供給導管２を介して第１の反応炉１に導入される。反応炉１は、たとえば円筒状で、中央管３を有し、これは、反応炉の長手軸とほぼ同軸に配置され、かつ、反応炉１の底部から実質的に垂直に上方に延びている。
【００３５】
反応炉１の底部領域には、環状ガス分配室４が設けられ、これは、開口部を有するガス分配器５により上方を塞がれている。ガス分配室４には、供給導管６が開口している。混合チャンバ７を形成する反応炉１の垂直方向上部領域には、排出導管８が配置され、これは、第２の反応炉９に開口している。
【００３６】
第２の反応炉９は、第１の反応炉１と概ね同様の構成を有する。第２の反応炉９の底部から実質的に垂直に上方に延びている中央管10があり、これは、第１の反応炉１の排出導管８に接続され、かつ、反応炉９の長手軸とほぼ同軸に配置されている。
【００３７】
反応炉９の底部領域には、環状ガス分配チャンバ11が設けられ、これは、開口部を有するガス分配器12で上方が塞がれている。ガス分配チャンバ11には、供給導管13が開口している。プラントの始動時に、反応炉９に固形物を導入するため、さらに供給導管14が設けられている。
【００３８】
２つの反応炉のそれぞれのガス分配器５および12の上方には、温度制御部15および16が配置され、これらには、たとえば水が通って流れる。さらに、反応炉１および９の壁は、それぞれ膜壁17および18として形成され、これらは、後方の温度制御部に接続し、これは、図示しないが、たとえば水が通って流れるものである。このようにして、反応炉はいわゆる自然循環ボイラを形成している。
【００３９】
混合チャンバ19を形成する第２の反応炉の垂直方向上部領域では、冷却管20のバンクを備えた廃熱ボイラ21が設けられている。廃熱ボイラ21は、導管22を介して、サイクロン23として形成された分離器と接続している。固形物導管24は、固形物を、サイクロン23の下流側に設けられるフローティングタンク25から反応炉１もしくは９に戻し、または、固形物を後方冷却装置26に供給する。２つの反応炉のガス分配器５および12の上方には、粗粒子固形物および／または焙焼残さのための排出導管27および28が配置され、これらは後方の冷却装置26に接続されている。冷却装置26は、流動層冷却器として形成され、ここで、生成物の流れが、流動化空気と合流し、冷却部29で冷却される。
【００４０】
固形物から分離されたサイクロン23からの排ガスは、導管30を介して、ガス清浄段へ供給され、これは、ホットガス電気集塵器31およびウェットガス清浄器32を備えている。除塵された排ガスは、硫酸製造用のプラント33へ送られるか、および／または流動化ガスとして導管34を介し、導管６および13を介して反応炉１および９にそれぞれ送られる。この場合、その後のガスは、異種のガスでもよく、清浄後に流動化ガスに供給してもよい。
【００４１】
プラント稼働中、固形物は、供給導管２を介して反応炉１に導入され、中央管３を環状に包囲する層、すなわち環状流動層35と称されるものが、ガス分配器５に形成される。供給導管６を介してガス分配チャンバ４に導入された流動化ガスが、ガス分配器５を通って流れ、環状流動層35を流動化させて、固定式流動層が形成される。反応炉１に供給されるガスの流速を調整して、粒子フルード数を、環状流動層35においては約0.11ないし0.52にする。
【００４２】
環状流動層35にさらに固形物を供給すると、反応炉１における固形物の高さは、固形物が中央管３のオリフィスに入り込む程度までに上昇する。また、同時に、ガスまたはガス混合物が、中央管３を通して反応炉１に導入される。好ましくは、反応炉１に供給されるホットガスの流速を調整して、粒子フルード数を、中央管３においては約3.95ないし11.6に、混合チャンバ７においては約0.53ないし1.32にする。これらの速いガス流速のために、中央管３を流れるガスが、上部オリフィス領域を通過する際に、固定式環状流動層35から混合チャンバ７へと固形物を運び込む。
【００４３】
中央管３の上端に比べて環状流動層35の高さが積み重なっているために、固形物がこの上端を乗り越えて中央管３内に落ち込み、これによって良く混合された懸濁物が形成される。中央管３の上端は、直線状でも、波状でも、もしくは鋸歯状でもよく、または側面に開口部を有してもよい。噴出ガスの膨張によって、および／または反応炉壁の１つへの衝突によって、流速が減少する結果、混合チャンバ７へ運び込まれた固形物は急速に減速し、一部は再び環状流動層35へと戻る。沈殿しなかった固形物のすべてが、ガス流とともに反応炉１から導管８を介して排出され、反応炉９へと送られる。これによって、固定式環状流動層35と混合チャンバ７との間の反応炉領域では、良い熱伝達を保証する固形物循環が得られる。
【００４４】
導管８を介して排出された固形物は、その先の処理を行う前に、反応炉１に関して上述した方法で、第２の反応炉９において処理され、固定式流動層36が、混合チャンバ19から分離された固形物によって、反応炉９におけるガス分配器12の上方に、同様にして形成される。さらに、ホットガス電気集塵器31において分離された塵が、再循環導管を介して第２の反応炉９の固定式環状流動層36に戻される。第２の反応炉９における粒子フルード数は、第１の反応炉１のものとほぼ一致する。
【００４５】
反応炉１および９における固形物の流動層高さは、導管２を介した固形物の供給のみならず、第一にはサイクロン23から反応炉に戻される固形物の量、さらには導管27または28を介して反応炉から取り出される固形物の量によっても調節される。
【００４６】
サイクロン23から、および／または反応炉１および９から直接に取り出された固形物は、流動層冷却器26でその先の処理に適した温度まで冷却される。ホットガス電気集塵器31およびウェットガス清浄器32における清浄の後、サイクロン23で固形物から分離された排ガスは、予熱した流動化ガスとして反応炉へ、または硫酸製造プラント33へと、部分的に供給することができる。
【００４７】
本発明は、発明のアイデアを実証する２つの実施例に基づいて、以下に説明するが、それに限定されるものではない。
【００４８】
実施例１（金鉱石の焙焼）
図に相当するプラントにおいて、粉砕、乾燥および分級された金鉱石1200kg/hであって、金含量約5ppm、すなわち5g/tで、かつ最大粒子分級物50μmを有し、
1.05重量%    有機炭素
19.3重量%    CaCO3
12.44重量%   Al2O3
2.75重量%    FeS2
64.46重量%   不活性物質（たとえばSiO2）
を含むものを、連続稼働式で、上部が直径800mmである反応炉１へと供給した。さらに、温度520℃の空気2500Nm3/hを、中央管３を介し導管６を介して反応炉１へと流動化ガスとして供給した。この場合、粒子フルード数は、中央管３においては3.95ないし6.25の間、混合チャンバ７においては0.84ないし1.32の間、環状流動層35においては0.32ないし0.52の間であった。
【００４９】
反応炉１における金鉱石の保持時間は、600ないし780℃の間の温度が反応炉で確立されると、５ないし10分の間であった。0.5ないし6.0体積%の残留酸素が、排ガス中に計測された。熱処理後の生成物における有機炭素含量は、0.1%未満であった。
【００５０】
実施例２（閃亜鉛鉱の焙焼）
図に相当するプラントにおいて、約25℃の閃亜鉛鉱42t/hを、容量約200m3の投入バンカから導管２および投入装置を介して反応炉１に供給して、環状流動層35に入れた。同時に、温度47℃および圧力約1.2barである空気約16,600Nm3/hであって、
77.1体積%  窒素
20.4体積%  酸素
2.5体積%   水分
を含むものを、導管６を介して環状流動層へ導入した。約60,200Nm3/hの空気に加えて、温度150℃である流動層冷却器26からの約3000Nm3/hのクーラー排気を、中央管３を通して反応炉１に送り、中央管３に送った空気の総量を、約63,200Nm3/hにした。空気は、温度35℃および圧力1.07barであり、以下を含有した。
77.1体積%  窒素
20.4体積%  酸素
2.5体積%   水分
この場合、粒子フルード数は、中央管３においては4.4ないし11.6の間、混合チャンバ７においては0.53ないし1.15の間、環状流動層35においては0.11ないし0.3の間であった。硫化物である閃亜鉛鉱を流動化空気中の遊離酸素と反応させて金属酸化物を生成し、反応炉１において温度を930℃に確立させた。同時に、約15.4MWの熱を、反応炉１から冷却部15および膜壁17を介して取り出し、冷却水から飽和水蒸気を生成するのに用いた。これによって、反応炉１の出口での導管８の領域における温度は、800℃に低下した。反応炉１内における粗材料の増加を防ぐため、温度901℃の生成物約0.16t/hを、粗粒子流去物として断続的に導管27を介して環状流動層35から取り出し、流動層冷却器26へ送った。
【００５１】
固形物110.9t/hおよび排ガス約79,600Nm3/hを含む、圧力1.049barの固形物含有ガス混合物であって、
12.1体積%   二酸化硫黄
77.2体積%   窒素
2.5体積%    酸素
8.2体積%    水分  
を含むものを、導管８を介して第２の反応炉９の中央管10へ送った。さらに、流動化用として、圧力1.18barで温度43℃の空気約17,350Nm3/hであって、
77.1体積%   窒素
20.4体積%   酸素
2.5体積%    水分
を含むものを、導管13を介して反応炉９へ送った。稼働開始時には、同時に、25℃の固形物5t/hを、導管14を介して反応炉９へ投入した。固形物含有ガス混合物を、総量約23.6MWを冷却部16、膜壁18および廃熱ボイラ21によって除去するとともに、反応炉９の混合チャンバ19で480℃に冷却し、冷却水から飽和水蒸気を生成させるのに用いた。この場合、冷却部16を、過熱温度400℃の蒸気過熱器として用いた。
【００５２】
温度380℃および圧力1.018barであり、固形物含有量213.5t/hである固形物含有ガス混合物約96,200Nm3/hであって、次の含有物：
9.4体積%    二酸化硫黄
77.8体積%   窒素
5.5体積%    酸素
7.3体積%    水分
を含むものを、導管22を介して反応炉９から除去した。
【００５３】
サイクロン23において、排気ガスを固形物から分離して、ダスト含量50g/Nm3（固形物量4.81t/h）の空気約96,200Nm3/hを、導管30を介してホットガス電気集塵器31へ送った。ここで、排ガスを、ダスト含量50g/Nm3まで除塵し、ウェットガス浄化器32およびその下流側の硫酸プラント33へ送った。
【００５４】
サイクロン23からは、温度380℃の固形物約208t/hを、まず、緩衝容器として機能するフローティングタンク25へ送り、分割して、76.2t/hを第１の反応炉１の環状流動層35へ、約100.9t/hを第２の反応炉の環状流動層36へ、そして31t/hを流動層冷却器26へと送った。
【００５５】
このようにして、２つの反応炉１および９にそれぞれ形成される環状流動層35および36の流動層高さを、約１ｍに調節することができた。その後、固形物を、約1.7MWの熱量を除去するとともに、流動層冷却器26で冷却部29によって150℃未満まで冷却した。その結果、総量約40.8MWをプラントから除去し、圧力40barおよび温度400℃の過熱水蒸気55.2t/hに変換した。
【００５６】
流動層冷却器26から排出された生成物を、ホットガス電気集塵器31によってサイクロン30の排気ガスから分離した温度約380℃の固形物約4.8t/hと混合した。この結果、プラントから排出される生成物の流れは、温度約182℃で総量約36.54t/hであった。
【００５７】
このようにして、たとえ、75%の45μｍ未満の微粒子分級物を有する閃亜鉛鉱または閃亜鉛鉱の精鉱であっても、プラントで焙焼して、0.3重量%の硫化物硫黄および1.8重量%の硫酸硫黄を含む最終生成物を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】唯一の図が、本発明の典型的な実施例による方法およびプラントの工程概略図を示す。
【符号の説明】
【００５９】
１  （第１）反応炉
２  （固形物）供給導管
３  中央管（ガス供給管）
４  ガス分配チャンバ
５  ガス分配器
６  （ガス）供給導管
７  混合チャンバ
８  導管
９  （第２）反応炉
10  中央管（ガス供給管）
11  ガス分配チャンバ
12  ガス分配器
13  （ガス）供給導管
14  （固形物）供給導管
15  温度制御部
16  温度制御部
17  膜壁
18  膜壁
19  混合チャンバ
20  冷却管バンク
21  廃熱ボイラ
22  導管
23  サイクロン
24  導管
25  フローティングタンク
26  流動層冷却器
27  導管
28  導管
29  冷却部
30  導管
31  ホットガス電気集塵器
32  ウェットガス清浄器
33  硫酸製造プラント
34  導管
35  環状流動層
36  環状流動層
【図１】
2006511704.tif 000004
【国際調査報告】
2006511704.tif 000005
2006511704.tif 000006