(57)【要約】本発明は、焙焼に使用される流動床を、床の焙焼ガスの酸素含有量を調整することにより安定化する方法に関する。焙焼するために微粒化された原料が炉の流動床上に供給され、流動化を生じさせる焙焼ガスが火格子を通じて炉の底部に供給される。本方法においては、供給される焙焼ガス中の全酸素量ならびに焙焼される原料の平均酸素必要総量が算出され、両者間の比が、床の酸素係数が１を超えるように調整される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒化された原料の焙焼に使用される流動床の安定化方法において、供給される焙焼ガス中の全酸素量ならびに焙焼される原料の平均酸素必要総量を算出し、両者間の比を、前記床の酸素係数が１を超えるように制御することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記酸素係数を、少なくとも１．０３になるように調整することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記酸素係数を、温度を変更することにより調整することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記酸素係数を、焙焼空気量を変更することにより調整することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記焙焼ガスが空気であることを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記焙焼ガスとして酸素強化空気を使用することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記酸素係数を、前記焙焼ガスの酸素強化量を変更することにより調整することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記酸素係数を調整するために、酸素含有量の測定を流動床から行うことを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記床からの酸素含有量測定を連続的に実施することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法において、前記床からの酸素有量測定を、供給混合物の変更時に実施することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記焙焼される原料が亜鉛精鉱であることを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記焙焼される原料は、鉄を含む硫化物精鉱であることを特徴とする流動床の安定化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、焙焼に使用される流動床を、床の焙焼ガスの酸素含有量を調整することにより、安定化する方法に関する。焙焼するために微粒化された原料が炉内の流動床上に供給され、流動床を発生させる焙焼ガスが火格子を通じて炉の底部に供給される。本方法においては、供給される焙焼ガス中の全酸素量ならびに焙焼される原料の平均酸素必要総量が計算され、かつ両者間の比が、床の酸素係数が１を超えるように調整される。
【０００２】
焙焼は、いくつかの異なる炉により行うことができる。しかしながら今日では、微粒化原料の焙焼は通常、流動床法により実施されている。焙焼される原料は、流動床の上の炉壁にある供給ユニットを通じて焙焼炉内に供給される。炉の底部には火格子が設置されており、それを通じて酸素含有ガスが、精鉱を流動化するために供給される。通常使用される酸素含有ガスは空気である。火格子の下には通常１ｍ２当り１００本程度のガスノズルが設置されている。精鉱が流動化されるに伴い、供給床の高さは、固定原料床のほぼ半分になる。炉内では火格子および床の抵抗により圧力低下が生じる。床の抵抗はほぼ、床が流動化状態にある時の床の質量である。圧力低下の程度は２４０〜２８０ ｍｂａｒである。
【０００３】
硫化物の焙焼はたとえば、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ社が１９７４年に米国で発刊した、Ｒｏｓｅｎｑｖｉｓｔ， Ｔによる著書、抽出冶金学原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）の２４５〜２５５頁に記述されている。Ｒｏｓｅｎｑｖｉｓｔによると、焙焼は金属硫化物の酸化であり、これにより、金属酸化物および二酸化硫黄を発生させる。たとえば、硫化亜鉛および黄鉄鉱の酸化は下記の通りである。
【０００４】
２ＺｎＳ＋３Ｏ２→２ＺｎＯ＋２ＳＯ２　　　（１）
２ＦｅＳ２＋５１／２Ｏ２→Ｆｅ２Ｏ３＋４ＳＯ２　 （２）
さらに、ＳＯ３の生成、金属の硫化、および亜鉛フェライト（ＺｎＦｅ２Ｏ４）などの複雑な酸化物の生成等の他の反応も生じ得る。代表的な焙焼原料は銅、亜鉛および鉛の硫化物である。焙焼は通常、硫化物および酸化物の融点以下の温度で、一般には９００〜１０００℃以下で行われる。一方、反応を適当な率で起させるためには、温度は少なくとも５００〜６００℃程度でなければならない。上記の著書には種々の焙焼生産物を生成するための必要条件を示した平衡図が記載されている。たとえば、焙焼ガスとして空気が使用される場合に、ＳＯ２およびＯ２の分圧はおよそ０．２ ａｔｍである。焙焼反応は強い発熱を伴い、従って床は冷却装置を必要とする。
【０００５】
カルシンは、越流口を通じて炉から部分的に取り出され、ガスとともに廃熱ボイラーに部分的に運ばれ、そこからサイクロン集じん装置および電気集じん装置に送られて、そこでカルシンが回収される。通常、越流口は炉の供給ユニットの反対側に設けられている。除去されたカルシンは冷却され、そして浸出するために粉砕される。
【０００６】
良好な焙焼を行うためには床の制御が重要である。すなわち床は安定に構成されていなければならず、かつその他の良好な流動特性を有し、かつ流動化が制御されていなければならない。燃焼は可能な限り完全に行わなければならず、すなわち硫化物は完全に酸化物になるように酸化されなければならない。カルシンもまた炉外にうまく排出されなければならず、すなわちカルシンの粒子サイズがある限度以内になっていなければならない。カルシンの粒子サイズは精鉱の化学組成および鉱物特性、また同様に焙焼ガスの温度に左右されることが知られている。
【０００７】
亜鉛焙焼炉内で処理される硫化亜鉛精鉱は、時間の経過とともに不純度が増加する。精鉱はもはや純粋な閃亜鉛鉱に近いものではなく、相当量の鉄を含むことがある。鉄は、閃亜鉛鉱の結晶格子内に溶けこんでいるか、もしくは黄鉄鉱または磁硫鉄鉱の形をしているかのいずれかである。さらに、精鉱はしばしば硫化鉛および／または銅を含有する。精鉱の化学組成および鉱物特性は広汎に変動する。このようなことから精鉱の酸化に必要な酸素量もまた変動し、同様に燃焼により発生する熱量も変動する。現在使用されている技術では焙焼炉の精鉱供給は、床の温度に従ってたとえばファジィ論理を用いることにより制御されている。このため流動床内の酸素圧が、過度に低下する危険がある、すなわち精鉱を焙焼するための酸素量の不足を来たす。この結果、床は正常な集塊作用を行わず、微細すぎる状態に留まり、また同時に床の背圧が過度に低下することが生じ得る。これは微細な床が流動化を停止し流路化が発生するためである。流動床に必要な酸素の実際量はわからない。これは一般に精鉱の混合がその正確な構成に基づいて事前に連続的に計算されることがなく、また床内に酸素含有量測定のための装置が何も設けられていないためである。このため流動床炉の運転を制御し安定に維持することは困難である。
【０００８】
処理される硫化亜鉛精鉱の粒子サイズもまた変動する。この結果、精鉱のどの部分が床で燃焼しているのか、またいつ床上のどの部分が排気ガスにより運ばれるのかを知ることが困難である。もし燃焼量の大半が床上で発生するとすれば、床で発生するエネルギーは通常よりも少なくなり、このため、制御の方法によっては、供給量を増加することができる。
【０００９】
前述のように、文献中の平衡計算および平衡図から、銅及び鉄が共存し、それぞれ酸硫化物を形成し、それらが焙焼温度またはそれ以下の温度でも溶融していることが分る。同様に、亜鉛および鉛同じく鉄と鉛は両者とも低い温度で溶融硫化物を形成する。この種の硫化物状態は可能であり、床の酸素量が、精鉱の酸化に通常必要とされる量よりも少なければその公算が大になる。
【００１０】
流動床の焙焼中には通常、生産物の集塊が生じるが、換言すればカルシンは明らかに、精鉱供給物よりも粗大である。しかしながら前述した溶融硫化物の形成は集塊作用を、邪魔になる程増大させる、すなわちそれらの硫化物の核を持った集塊が火格子の周辺を移動している。集塊は火格子上の集積物の原因となり、時間の経過に伴い、火格子の下部にあるガスノズルを閉塞させる。亜鉛焙焼炉においては不純物成分を含む集積物が、炉内とくに精鉱供給ユニットの下にある火格子部分に形成されることが指摘されている。
【００１１】
Ｎｙｂｅｒｇ， Ｊ． 他による文献「コッコラ亜鉛焙焼炉における最近のプロセス改善について（Ｒｅｃｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｋｏｋｋｏｌａ Ｚｉｎｃ Ｒｏａｓｔｅｒ）」鉛−亜鉛シンポジウム　２０００、ピッツバーグ、米国、２０００年１０月２２〜２５日の３９９〜４１５頁に、焙焼炉の流動床は一般に、床の最も微細な部分の割合が増大する場合に不安定状態に移行することが記述されている。この場合、床が流動化には微細になり過ぎ、かつ流路化が生じるという事実の結果として、制御用サーモ素子の温度が不安定化する。さらに、床の背圧が低下し、供給が低下する。
【００１２】
この文献には、硫化亜鉛の酸化モデルについての研究が含まれており、このモデルは、極めて低い酸素含有量で使用する。このモデルによれば、酸化亜鉛は、通常の固体−ガス反応よってではなく、ガス反応によって低い酸素圧で形成される。これは濃縮された酸化亜鉛が極めて微細であることを意味する。しかしながら、火格子下部にあるファンの出力は、ガス供給量また同様に酸素量を増加させるには、常に十分であるとは限らない。一方、焙焼炉の後の酸工場も容量上の制限原因になり得る。精鉱がまた非常に微細なこともあり、その結果、ガス供給量が増大すると、原料がもはや流動床上にとどまる代わりに、ガス流中に飛去ってしまう。時には精鉱の品質のため、床温度を変更して供給量を低減すること、およびこの方法により酸素量を十分なレベルにまで増加させることができない場合もある。また上記の制御方法のいずれも可能ではない状況があり得る。
【００１３】
焙焼条件を調整するさまざまな方法が試みられて来た。米国特許第５８０３９４９号は金属硫化物の焙焼における流動床の安定化方法に関するもので、安定化は、供給材料の粒子サイズを制御することにより行われる。米国特許第３９５７４８４号においては、安定化は、精鉱をスラリー状で供給することにより行われる。ＭａｃＬａｇａｎ， Ｃ． 他による文献「Ｚｉｎｃｏｒにおける流動焙焼の酸素強化について（Ｏｘｙｇｅｎ Ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｌｕｏ−Ｓｏｌｉｄｓ Ｒｏａｓｔｉｎｇ ａｔ Ｚｉｎｃｏｒ）」鉛−亜鉛シンポジウム　２０００、ピッツバーグ、米国、２０００年１０月２２〜２５日の４１７〜４２６頁に、焙焼炉排気ガスの酸素含有量を、ボイラーまたはサイクロン後部のガス管路から得た測定値により制御することが記載されている。しかしながら、ガス管路の測定値には、漏れ空気がすでに含まれているので、これらの測定値は流動床の状態を示すものとは言えない。
【００１４】
上述の諸欠点を補正するために、流動床のガスの酸素含有量を調整することによって、微粒化原料の焙焼に使用される床を安定化するために本発明に掛る方法が現在開発されている。たとえば硫化亜鉛精鉱を酸化して酸化亜鉛とするために、流動床の酸素係数は、理論的には少なくとも１でなければならない。酸素係数は、焙焼ガスの全酸素供給量を計算して、精鉱供給混合物に必要な全酸素量と比較すると得られる。今回開発された本方法によれば、酸素係数は１を超えるように、好ましくは少なくとも１．０３に調整する。より正確な調整を実施するために、酸素成分もまた床自体で測定する。酸素係数を調整することによる流動床の安定化は、生産能力の損失を防止する。生産能力の損失は、火格子上に形成された集積物およびそれによって生じる生産停止の結果として生じる。本発明の本質的な特徴は、上記の特許請求の範囲により明らかである。
【００１５】
本発明の方法によれば、酸素係数の調整を２つのプロセスデータに基づいて行うことができる。最初に供給混合物の平均酸素必要量（精鉱混合物１トン当りのＯ２ Ｎｍ３）を、各精鉱の調査済みの化学的および鉱物学的組成に関する酸素必要量の計算値を用いて計算する。混合物が変更される毎に精鉱混合物の酸素必要量がプロセス制御装置に入力される。必要な第２のプロセスデータは全酸素必要量であり、連続的に測定される供給混合物および精鉱供給量（ｔ／ｈ）に対する酸素必要量に基づいて計算される。焙焼中、プロセス制御装置はプロセスの酸素係数を測定する、すなわち全酸素供給量と、計算された全酸素必要量を比較する。全酸素供給量は、火格子を通じて供給されるガス量およびその酸素含有量を測定することにより得られる。制御装置には適切な制限値が与えられており、酸素係数がこの制限値以下に低下すると、装置は、定められた方法たとえばアラームまたは一定の調整手順により対応する。この種の調整手順は、状況に応じて、温度や、火格子の空気量や、酸素強化を、別個にまたは一緒にさまざまな組合せで変更することにより酸素係数を適正な範囲に調整することである。酸素強化法として純酸素を火格子ガスとともに供給してもよい。
【００１６】
前述のように、従来技術による焙焼の例では、床で精鉱のどの部分が酸化されるのか、またどの部分だけが床上にあるのか、さらに漏れ空気の割合がどれ位になるのかを決定することができなかった。これでは床での酸素量の充足状況を正確に把握できない。したがって、調整動作を規定するために、酸素含有量の測定を床でも実施する必要がある。本発明においては酸素成分の微調整を連続的にあるいはたとえば供給混合物の変更時のみのいずれかにより実施することができる。測定器としてたとえばプローブが用いられる。この測定に基づいて、酸素係数を適正な範囲内に調整するために必要とされる前述の諸動作が実行される。特に酸素強化法を用いる場合には、純酸素は高価であるから、経費の浪費または酸素の過剰な供給を考慮に入れる必要がある。
【００１７】
本発明をさらに下記の実施例により説明する。
実施例１
閃亜鉛鉱成分を有する精鉱を、黄鉄鉱を含有する亜鉛精鉱と比較した。これらの精鉱の酸素必要量を計算すると、焙焼中の閃亜鉛鉱精鉱の酸素必要量が３３８Ｎｍ３／ｔであり、また黄鉄鉱を含有する精鉱に対しては３７８Ｎｍ３／ｔであることがわかった。換言すれば黄鉄鉱を含有する精鉱の酸素必要量は、閃亜鉛鉱精鉱のそれよりも１０％を超えるほど大きい。各精鉱の鉱物成分を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2004514057.tif 000002
【国際公開パンフレット】
2004514057.tif 000003
2004514057.tif 000004
2004514057.tif 000005
2004514057.tif 000006
2004514057.tif 000007
2004514057.tif 000008
2004514057.tif 000009
2004514057.tif 000010
2004514057.tif 000011
2004514057.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月2日(2002.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒化された原料の焙焼に使用される流動床の安定化方法において、供給される焙焼ガス中の全酸素量ならびに焙焼される原料の平均酸素必要総量を算出し、両者間の比を、前記床の酸素係数が１を超えるように制御し、該酸素係数を調整するために、酸素含有量の測定を流動床から行うことを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記酸素係数を、少なくとも１．０３になるように調整することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記酸素係数を、温度を変更することにより調整することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記酸素係数を、焙焼空気量を変更することにより調整することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記焙焼ガスが空気であることを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記焙焼ガスとして酸素強化空気を使用することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記酸素係数を、前記焙焼ガスの酸素強化量を変更することにより調整することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記床からの酸素含有量測定を連続的に実施することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記床からの酸素有量測定を、供給混合物の変更時に実施することを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記焙焼される原料が亜鉛精鉱であることを特徴とする流動床の安定化方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記焙焼される原料は、鉄を含む硫化物精鉱であることを特徴とする流動床の安定化方法。
【国際調査報告】
2004514057.tif 000013
2004514057.tif 000014
2004514057.tif 000015