(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気送入型のマット溶錬からの排ガスに空気又は酸素富化空気を吹き込んで排ガス中のダストに含まれる硫化物を酸化した上で、該排ガスを廃熱ボイラーに通すことを特徴とする廃熱ボイラーへのダスト付着防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉱石の乾式製錬において採用される空気送入型のマット溶錬工程で出される排ガス中のダストの廃熱ボイラーへの付着を防止する方法に関する。特に、本発明は、自溶炉に有利的に適用できる排ガス中のダストの廃熱ボイラーへの付着防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製錬炉を用いて行うマット溶錬操業においては、空気又は酸素富化空気を吹き込みながら、硫化鉱を予備処理してなる（粉状）精鉱を原料として溶剤（ＳｉＯ2）と共に製錬炉内に装入して、気相中で反応を起こさせ、精鉱中の不要部分、特に大部分のＦｅを酸化し溶剤として加えたＳｉＯ2と結合させてスラグとし、ＣｕやＮｉ等は硫化物融体のマットとして濃縮させる。このとき、製錬炉として空気送入型のものを用いた場合には、多量の排ガスが出される。排ガスはエーロゾルであり、ガス（ＳＯ2、ＣＯ、ＣＯ2、Ｎ2、Ｈ2Ｏ等）とそのガス流に乗って搬出されたダスト（フュームを含む）とから成っているが、このうち、ダストにはＰｂ、Ｚｎ等の揮発し易い成分が揮発したものの他に、一部の原料微粒子やその反応生成物が機械的に飛散したものが含まれる。
【０００３】
排ガスは高温で製錬炉を離れるのでそのガスの有する顕熱回収が行われ、また、大気汚染防止のためにＳＯ2やダストの回収も行われている。顕熱回収には、大別すると、熱交換により炉に装入する原料鉱石や空気を予熱する手法と、廃熱ボイラーに通し過熱水蒸気を発生し、発電や暖房等に利用する手法が採用されているが、後者の手法を採用した場合には、排ガスにはダストが含まれるので、通常は水管式の廃熱ボイラーが用いられている。この場合、ダストは廃熱ボイラー内で排ガスから沈降分離されるが、その一部は水管に付着し、廃熱ボイラーの冷却効率を低下させ、その結果として、廃熱ボイラーの蒸気発生量を減少させ、廃熱ボイラーの出口ガス温度の上昇をもたらす。そのような悪影響をなるべく除くべく、水管に付着したダストを除去するために、ハンマリング装置の設置やスーツブローによるダスト付着防止策等が現在では実施されている。
【０００４】
しかしながら、製錬炉への硫化鉱、通常は予備処理してなる硫化精鉱の装入速度を一定にしても、製錬炉内での反応状況の変化により単位鉱石処理量当たりのダスト発生率が大幅に上昇して水管へのダスト付着量が増大したり、或いは、精鉱の装入速度を大幅に増大した場合には、反応した原料の一部が機械的に飛散したことにより生成されるダストの量が大幅に増大するため、水管へのダストの付着量も増大して、結果的に廃熱ボイラーの出口ガス温度が上昇することになるため、上述のダスト付着防止策では不十分であり、確実に水管に付着したダストを除去するために、定期的に製錬炉の操業を停止して人手によるダスト除去作業を行っているのが現状である。
【０００５】
かかるダスト除去作業は、人的コストの増大に加えて溶錬操業の中断に伴う生産性の低下という損失をももたらす。また、一炉当たりの鉱石処理量の増大、即ち、量産化を阻む要因ともなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、本発明は、廃熱ボイラーの水管へのダストの付着を極力阻止し、マット溶錬の良好な操業状態の長期にわたる維持を可能とする廃熱ボイラーへのダスト付着防止方法を提供することを目的とする。また、本発明は、簡便で経済性の良い廃熱ボイラーへのダスト付着防止方法を提供することを目的とする。
【０００７】
更に、本発明は、上述のダスト付着防止方法を適用した自溶炉を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、鋭意研究の結果として、
製錬炉内で排ガス中に含まれて浮遊しているダストは装入された精鉱の反応により生成された硫化銅等の硫化物からなるマット成分粒子やスラグ成分粒子が落下せずに機械的に飛散されてなるものが主体であるのに対して、廃熱ボイラーの水管に付着したダスト、即ち、ボイラーダストは殆ど全てのマット成分粒子が硫酸化されていることから、硫化物からなるマット成分粒子が廃熱ボイラーに送られそこでフリーエア等により酸化され、更に硫酸化物になっていることを見いだし、その知見に基づいて、マット成分粒子は、廃熱ボイラー内で酸化発熱反応を起こし、廃熱ボイラーへの熱負荷を増大させると共に、一部は水管表面に到達した後にその表面上で酸化発熱反応を起こし、その際に発生する熱により反応生成物が水管に強く付着する結果に至ったのであろうと推定するに至った。
【０００９】
廃熱ボイラー能力に比較して廃熱ボイラー内へ飛散する硫化物含有ダストの絶対量が少ないうちは、該ダストの酸化発熱量のボイラー入熱量に対する割合も小さいので、操業上特に問題とはならない。しかしながら、単位鉱石処理量当たりのダスト発生率が大幅に上昇したり、或いは、鉱石処理速度が大幅に増大したりした場合には、生成するダストの絶対量が増大するため、上述のようなダストの酸化発熱反応による影響、特に水管への影響は無視できない。
【００１０】
上述の知見及び推定に基づいて、発明者は、ダストが廃熱ボイラーの水管の表面に付着したとしても、ダストのうち酸化発熱反応を起こすマット成分粒子が予め酸化されていれば、例え、一旦ダストが水管の表面に到達しても水管上で酸化発熱反応を起こすことはないので、水管に強く付着することはなくなり、従来と同様なダスト除去対策を講じても従来に比べてダストの水管への付着量を減らすことができ、結果として長期にわたり連続的に製錬炉を操業することができると考え、実操業下での実験を含む種々の実験を経て、以下の方法を、廃熱ボイラー、特に水管へのダストの有効な付着防止方法として提案するに至った。
【００１１】
即ち、本発明の廃熱ボイラーへのダスト付着防止方法は、空気送入型のマット溶錬からの排ガスに酸化性ガスを吹き込んで排ガス中のダストに含まれるマット、即ち硫化物を酸化した上で、該排ガスを廃熱ボイラーに通すことを特徴とする。この方法の好適な実施態様は、セットラーに酸化性ガスの吹き込み口が備えられていることを特徴とするマット溶錬用自溶炉である。
【００１２】
なお、本発明の方法は、廃熱ボイラーへの熱負荷を有意的に下げるものでもあるから、特に水管式の廃熱ボイラーに限定されず、ダストを含む排ガスを通す廃熱ボイラーを付属設備として備えた製錬炉であれば有利的に適用できることは言うまでもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の廃熱ボイラーへのダスト付着防止方法は、空気送入型の鉱石、典型的には硫化鉱のマット溶錬において用いる。空気送入型には、自溶炉、溶鉱炉、反射炉等がある。空気は、酸素富化空気でも熱風でもよい。空気が送入される型の場合には、大量の排ガスが出され、特に自溶炉はかなりの酸化を強いられるので大量のダストが出されるので、ダスト処理が円滑な溶錬操業を図る上での重要な課題となる。
【００１４】
酸化性ガスとしては、空気、酸素富化空気等が用いられる。酸化性ガスは、直接製錬炉内の排ガスに向けて、吹き込むのが好ましい。
【００１５】
本発明の方法を、自溶炉に適用した場合の自溶炉の構造を概略的に表したのが図１である。図１ａは自溶炉の側面の断面図であり、図１ｂは図１ａに示した線Ａ−Ａ’に沿って切断した自溶炉の正面の断面図である。両方の図において、１は精鉱バーナー、２は反応シャフト、３はセットラー、４は酸化性ガス吹込口、５はアップテイク、６はスラグホール、７はスラグ、８はマットホール、９はマットを指す。
【００１６】
反応シャフト２は、１〜３本の精鉱バーナー１（ここでは２本）を備えている。精鉱バーナー１から反応シャフト２に向けて、乾燥した微粉精鉱が酸素富化空気又は高温熱風と共に吹き込まれ、そこで瞬間的に酸化反応が起こり、反応生成物が落下し、融体であるスラグ７とマット９として互いに分離した状態で、炉の下部に蓄積される。この炉は空気送入型なので、同時に、ダストを含む高温の排ガスも大量に生成される。特に、自溶炉の場合にはかなり酸化されるのでダストが大量に生成される。生成された排ガスは、その後廃熱ボイラーに通される。ここでは、図示されていないが、自溶炉の場合にはダストの量が多いので、廃熱ボイラーは通常水管式を用いている。廃熱ボイラーに排ガスが通されると、そこで蒸気が発生する。更に、自溶炉の場合にはＳＯ2が発生するので、冷却された排ガスがコットレル（図示せず）、更には生成されたＳＯ3ミストを除くためミストコットレル（図示せず）に通され、触媒の存在下で転化されてＳＯ3が生成される。
【００１７】
この自溶炉の場合には、酸化性ガス吹込口４がセットラー３の側壁に備えられていることが重要な特徴である。ダスト中の硫化物を酸化するための酸化性ガスは廃熱ボイラーの入口で吹き込んでもよいが、その場合には廃熱ボイラー内でガスの流速が遅くなり、排ガス中のダストの一部はガス流から重力により分離されるため、これらの分離されたダストも含めて全てのダスト中の硫化物を酸化しようとすると酸化性ガスの酸化効率が低下し、結果的にセットラーで酸化性ガスを吹き込んだ場合よりも多量でしかも過剰の酸化性ガスを必要とすることになる。未反応の酸素ガスが排ガス中に含まれると、同様に排ガスに含まれるＳＯ2を酸化して硫酸ミストとするため、硫酸製造工程での廃酸発生率を上昇させる原因となる可能性がある。一方、図１に示したように、セットラー３に酸化性ガス吹込口を備えさせると、ダストとガスとの分離が殆ど起こらないため、効率良くダストに含まれる硫化物を廃熱ボイラー入口までの自溶炉内で酸化することができ、硫酸製造工程での廃酸発生率を有意的に上昇させるほどの量の未反応酸素ガスを廃熱ボイラーにそのまま持ち込むことはない。従って、廃熱ボイラー中で飛散するダストの量が増大した場合でも、上述のような硫酸製造工程での悪影響はない。
【００１８】
なお、図１に示した自溶炉においては、酸化性ガスの吹込口はセットラーの側壁に２カ所設けられているが、吹込口を設ける位置はセットラーの側壁に限定されず天井でもよい。また、吹込口の数も２に限定されない。
【００１９】
セットラーで吹き込む酸化性ガス中の酸素量は、自溶炉での単位鉱石処理量当たりのダスト発生率が一定又は鉱石処理速度が一定の場合にはダスト中に含まれる硫化物の量も大きく変化しないため、略一定にしてよい。なお、大きく変化する場合には、酸化性ガス中に含まれる酸素量を変えても或いは酸化性ガス自体の吹き込み量を変えてもよい。吹き込む酸化性ガスの量は、自溶炉のアップテイクにおいて排ガス中の酸素濃度を測定し、そのデータに基づいて制御することができる。
【００２０】
図１に示した構造の自溶炉を用いた場合には、水管にダストが付着してもダストが脱離し易いので、ダスト除去のために慣用されているハンマリング装置の設置やスーツブローによるダスト付着防止策が有効に実施されるので、製錬炉の操業を停止した上で人手により行うダスト除去作業の頻度は従来に比べて大幅に減る。
【００２１】
【実施例】
以下、図１に示した自溶炉（付属設備として慣用的な水管式の廃熱ボイラーが備えられている）を用いた実施（操業）例により、本発明を更に詳しく説明するが、本発明の範囲は実施例の記載により限定されるものではない。
【００２２】
本発明の方法に従う操業例
精鉱バーナー１から、原料鉱石（硫化銅精鉱）を１４５ｔ／ｈの割合で装入し、酸素富化空気（Ｏ2：約７５％）を流量４４０ｍ3／ｍｉｎで装入した。更に、酸化性ガスとして空気（Ｏ2：約２１％）を、セットラー３の側壁の２カ所に設けられた酸化性ガス吹込口４を通して、合わせて流量７５ｍ3／ｍｉｎで吹き込んだ。操業開始後、アップテイク５の出口から出された排ガスに含まれるダストを水中で急冷して採取した。採取されたダストの化学分析値は、表１に示す。また、採取されたダストを樹脂に埋込み、切断研磨した断面の光学顕微鏡写真（倍率２００倍）を図２に示す。
【表１】
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表１に示されるように、そのまま廃熱ボイラーに送り込まれるはずだったダスト中のＳ（硫黄）分は、０．９重量％程度であった。また、図２に示されるように、ダスト粒子の一部にはマット、即ち、Ｃｕ2Ｓ−ＦｅＳが残っているものの、ダスト粒子の大部分は、白かわ（Ｃｕ2Ｓ）、金属銅（Ｃｕ）、銅鉄複合酸化物（ＣｕＦｅＯ2）、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）及びスラグ（Ｆｅ2ＳｉＯ4等）から成っていた。これらの結果から、マットの成分であった硫化銅及び硫化鉄は略完全に酸化されたことが判明した。
また、廃熱ボイラーの出口における排ガスの温度は３９０℃であった。
比較例の操業例
精鉱バーナー１から、本発明の方法に従う操業例で用いたものと同じ原料鉱石（硫化銅精鉱）を１２５ｔ／ｈの割合で装入し、酸素富化空気（Ｏ2：約７３％）を流量４１０ｍ3／ｍｉｎで装入した。しかしながら、酸化性ガスは吹き込まなかった。そして、上述の本発明に従う操業例と同様にして、ダストを採取し、評価した。採取されたダストの化学分析値は、表２に示す。また、採取されたダストを樹脂に埋込み、切断研磨した断面の光学顕微鏡写真（倍率２００倍）を図３に示す。
【表２】
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表２に示されるように、そのまま廃熱ボイラーに送り込まれるはずだったダスト中のＳ（硫黄）分は、８．８重量％にも上った。また、図３に示されるように、ダスト粒子は、マット（Ｃｕ2ＳーＦｅＳ）、白かわ（Ｃｕ2Ｓ）、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）及びスラグ（Ｆｅ2ＳｉＯ4等）から成っており、マット成分がかなり含まれていた。ダスト粒子は、反応シャフト２内から採取した落下粒子と略同じ形状であることから、セットラーの浴に落下せずにそのまま機械的に飛散していることが判明した。
また、廃熱ボイラーの出口における排ガスの温度は、廃熱ボイラーの後部で温度が急激に上昇したため、結局４５０℃にも上っていた。廃熱ボイラーの出口で管理できる温度である管理値の上限は現在のところ４００℃程度なので、このように排ガスが高温となっては操業が困難となる。従って、自溶炉の操業を続けるには、原料鉱石の装入量を１２５ｔ／ｈから、従来から慣用されている装入量である１１０ｔ／ｈ程度まで下げる必要がある。
なお、従来の酸化性ガスを吹き込まずにマット溶錬する自溶炉では、原料鉱石の装入量は１１０ｔ／ｈ程度であり、また、原料鉱石と共に吹き込む酸素富化空気の流量は最大で３６０ｍ3／ｍｉｎ程度であった。そして、廃熱ボイラーの出口における排ガスの温度は３７０℃程度であった。
【発明の効果】
本発明の方法によれば、廃熱ボイラー、特に水管へのダストの付着を効率良く防止できる。従って、製錬炉１炉当たりの鉱石処理量を更に増大すること、即ち、マットの量産化への途を開くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を自溶炉に適用した場合の自溶炉の構造を概略的に表した図であり、図１ａは自溶炉の側面の断面図であり、図１ｂは図１ａに示した線Ａ−Ａ’に沿って切断した自溶炉の正面の断面図である。
【図２】実施例で採取した排ガス中のダスト粒子の粒子構造を示す写真である。
【図３】比較例で採取した排ガス中のダスト粒子の粒子構造を示す写真である。
【符号の説明】
１：精鉱バーナー、２：反応シャフト、３：セットラー、
４：酸化性ガス吹込口、５：アップテイク、６：スラグホール、
７：スラグ、８：マットホール、９：マット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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