JPS6250532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、処理温度で溶融液と気体とを生成す
る微粒状固体物質を、水平に対し０〜15゜傾斜す
る軸を有するサイクロン・チヤンバーにおいて酸
素富有ガスで熱処理する方法並びにその高熱治金
工程への適用に関するものである。

燃焼炉工学〔ルエゲル（Lueger）著、「エネル
ギー工学とモータ辞典（Lexikon
Energietechnik und kraftmaschinen））」第７
巻、Ｌ―Ｚ、ドイツ出版協会、シユツツトガル
ト、1965年発行、を参照〕においてと同様、高熱
治金工学においてもサイクロン・チヤンバーはま
すます大きな関心を持たれている〔例えばイー・
アー・オナイエー（I.A.Onajew）著「銅及び多
金属濃縮物のサイクロン溶融（Zyklonschmelzen
von kupfer und polymetallischen
konzentraten）」新製錬所、10（1965年）、210頁
以下を参照〕。このサイクロン・チヤンバーの高
熱治金工学用の運転方式における新規な適用分野
及び改善については、ドイツ連邦共和国特許出願
公告第1161033号、第1907204号、第2010872号、
同特許出願公開第2109350号各明細書並びに論文
では、シユ・チヨキン（Sch.Tschokin））著「フ
ライブルゲル研究ノート（Freiburger
Forschungshefte）」第150巻、ライプチツヒ、
1969年発行、41頁以下、ゲー・メルヒエル（G.
Melcher）他著又はエー・ミユーラー（E.
Mu¨ller）著「造鉱金属（Erzmetall）」第28巻、
1975年発行、313頁以下又は第29巻、1976年発
行、322頁以下又は第30巻、1977年発行、54頁以
下に述べられている。

サイクロン・チヤンバーの適用で特に意義があ
るのは、一方では反応炉の単位容量当りの原料処
理率が著しく高くなることであり、他方では、供
給原料の個々の成分が揮発するのに適した高い反
応温度に調節し得ることである。

サイクロン・チヤンバーの運転は、反応諸成分
をサイクロン・チヤンバーに導入するに先立つて
互いに強く混合すること及び垂直燃焼道でかなり
の程度まで反応させることによつて著しい改善が
得られる（ドイツ連邦共和国特許出願公告第
2253074号明細書）。この方法では、燃焼道無しの
サイクロン・チヤンバーによる処理の場合と異な
り、サイクロン・チヤンバーでの燃焼が終了する
前に、又は反応が完了する前に供給材料の或る分
量が分離されて、サイクロン・チヤンバー内に常
に存在する溶融フイルム内に溶け込み、これによ
り完全な転化が行われなくなるということが避け
られる。

特に上に概述した方法では、サイクロン工程
は、技術的にみて簡単に且つ有利に実施し得る
が、この場合サイクロン・チヤンバーからのガス
に連行される溶融滴の分離が種々の困難を伴う。
サイクロン燃焼の場合通常であるように、特に高
熱治金工程の場合、サイクロン・チヤンバーに供
給されるガスの比固形物含量が高く、この状態は
廃ガス流にまで続くので、固体物質を捕える為の
水冷火格子が詰まり易い。

本発明の目的は、公知の、特に上述の諸欠点を
除去した、使用が簡単で且つ高価な設備を必要と
しない方法を提供することである。

この目的は、冒頭に述べた種類の方法におい
て、サイクロン・チヤンバー内で分離する溶融液
生成物を、そのサイクロン・チヤンバーの外筒の
下部領域に設けられた開口を通して排出し、溶融
液生成物の大部分を除去されたガス流を、そのサ
イクロン・チヤンバーの端壁部に設けられ且つサ
イクロン・チヤンバーの略軸方向にある開口を通
つて冷却室に導入し、このガス流が冷却室に入つ
た際に存在する溶融液滴がその自由飛行中に凝固
点以下に冷却されるように上記ガス流の温度を冷
却によつて低下させることを特徴とする固体物質
の熱処理方法によつて達成される。

サイクロン・チヤンバーには、長さが0.5〜
5D、好ましくは１〜2D（Ｄ：サイクロン・チヤ
ンバー端壁部のガス排出口の直径）の連絡ダクト
を介して冷却室が接続され、この冷却室は軸が水
平に（約15゜迄は下方に傾けて良い。）或いは垂
直になるように設置される。垂直設置の場合、も
ちろんガス流を約90゜転向する為の手段が必要で
ある。冷却室は、サイクロン・チヤンバーの軸を
含む垂直面に対して対称な、例えば矩形、円形、
楕円形又は多角形断面であるべきである。

水平の又は約15゜以内で下方に傾斜した軸を持
つ冷却室を備えて実施する本発明による方法にお
いては、冷却室の断面積を、サイクロン・チヤン
バー・ガス排出口の面積の少なくとも5.5倍、特
に10〜30倍とするのが好ましい。垂直軸を有する
冷却室を使用する場合は、溶融粒子も固体粒子も
放物運動をしないので、必要な横断面積は少なく
て済み、サイクロン・チヤンバーの排出口面積の
少なくとも4.5倍、特に８〜25倍とすれば良い。
但し、どんな場合でも、排出口の直径は0.3ｍ以
下であるべきではない。

冷却室が上述の寸法を有する場合、溶融液状態
で導入された粒子は、冷却室の壁と接触する以前
に少なくともそれらの表面が確実に凝固する。こ
の結果、冷却室壁への粘着は防止される。かくし
て凝固した粒子は冷却室の底に堆積し、次いでそ
こから簡単に運搬手段、例えば冷却されたスクリ
ユーコンベアで取出される。

水平型冷却室を備えて実施する方法において
は、凝固した粒子の運搬取出しを特に簡単な構成
とする為に、冷却室の断面を、上側が矩形であ
り、且つ下側が平行短辺を下にした台形とから成
るように設計することが望ましい。

又冷却室の長さをＬ、断面積をＦとした時、次
の関係：３√＜Ｌ＜10√を満足すべきであ
る。

冷却室でのガスの冷却は、水又は蒸気で冷却さ
れる囲壁を通じて或いはガス媒体又は水性媒体を
直接供給することによつて行われる。両方法を併
用することも可能である。冷却を冷ガスの吹込み
により行う場合、サイクロン・チヤンバーからの
廃ガス及び吹込まれる冷媒ガスの運動量を互いに
密な混合ができるように十分に利用すべきであ
る。冷却室に導入されるガス噴流の連絡ダクト出
口における速度が30〜300ｍ／秒、特に50〜120
ｍ／秒である場合は、上記ガス成分の混合に特に
良い結果が得られる。ガス流の速度が大きく、冷
却室の寸法が上述の通りである時は、還流が冷却
室の軸に対称に生じる。そこで、冷媒をこの環流
中に供給することによつてこの環流を強化し、そ
れによつて冷却効果を増大し得る。

本発明による特に好ましい構成においては、冷
媒が、混和の為に、30〜160度の開きを持つた仮
想円錐の円錐面に排出方向があるように配置され
た複数個の開口を通して排出される。この場合、
仮想円錐の軸は連絡ダクトの延長軸と一致し、そ
の先端はガス流の方向に向いているものとする。

ガス媒体又は水性媒体による冷却の場合は、同
時に化学反応が伴つても良い。例えば、サイクロ
ン・チヤンバー内にて炭素の不完全燃焼により生
じるCO−富有ガスが冷却室内で、そこに吹込ま
れる水蒸気又は水と反応して水性ガスに転化され
ても良い。又、焙焼工程から生ずる二酸化硫黄含
有ガスによつて廃硫酸が分解されても良い。

本発明による好ましい構成においては、サイク
ロン・チヤンバーから出てくるガス流の温度を溶
融状粒子の軟化点より約100℃低い温度に低下さ
せる。これは、通常、600〜1200℃への冷却を意
味する。これにより、粒子が冷却室の壁に接触す
る以前に十分凝固することが一様に保証される。

サイクロン・チヤンバーと冷却室間の連絡ダク
トの形状は円筒形でも円錐台形でも良く、後者の
場合は、幅広面をガス流方向に向けても逆方向に
向けても良い。

冷却室内で連絡ダクト出口の下方に、この連絡
ダクトから滴下する溶融液を捕らえ且つこの溶融
液の凝固生成物を取り出して搬出する為の水ダク
トを配置することが好ましい。

本発明による好ましい構成においては又、処理
すべき固体物質をサイクロン・チヤンバーに供給
するに先立ち、酸素含有ガス及び場合によつては
エネルギー・キヤリヤと反応温度以下で混合して
懸濁物となし、これを逆燃を起さない程度の速度
で垂直燃焼道に導入し、そこで反応を起さしめ、
これにより生成した溶融液状粒子を主として含む
懸濁流をサイクロン・チヤンバーに導入する。こ
の場合、懸濁流の燃焼道における滞留時間は、懸
濁流が燃焼道を出て行く際に反応が少なくとも80
％完了するように調節すべきである。

懸濁流を逆燃を起さない速度で導入する方法は
種々ある。例えば、反応成分間の混合を、懸濁流
が適当な高速度を有するように行なうことができ
る。しかし特に有利には、燃焼道の前位置に十分
大きい速度へ加速するためのノズル状の絞り手段
を備えた装入装置を設置することである。この対
策により、さもないと懸濁物中に生じ易い層や塊
は崩壊される。かくして懸濁流が完全に均質化さ
れ、従つて粒子の全表面が反応に役立つ。

懸濁流の燃焼道における滞留時間は、燃焼道の
寸法を適当に設定することにより得られる。管内
が空として計算した場合のガス流の速度は約８〜
30ｍ／秒である。

サイクロン・チヤンバーに供給されるか或いは
懸濁流に混和されて燃焼道にもたらされる固体粒
子の比表面は10〜1000m²／Kg、好ましくは40〜
300m²／Kgであるべきである。これは夫々３〜300
μ及び10〜80μの平均粒径に相当する。ここに平
均粒径とは、その50重量％が平均粒径より大きい
粒径を有し且つ50重量％が小さい粒径を有すると
定義される。

酸素富有ガスとは、本発明においては、酸素含
有量が少なくとも30容量％であることを意味す
る。はじめから所要濃度の酸素含有ガスが得られ
ない場合、それは空気又は他のガスに高純度酸素
を混和して作られる。この目的の為に、微粒固体
物質の混和時に、酸素、空気又は他のガスが別々
に又は予め混合して供給され得る。

本発明による方法で処理されるべき固体物質と
酸素富有ガスとの反応が吸熱反応であるか、或い
は発熱反応であるとしても熱処理工程が自動的に
進行する程でない場合には、サイクロン・チヤン
バー又は懸濁流に任意のエネルギー・キヤリヤが
混和される。ここにエネルギー・キヤリヤとは、
酸素により燃焼して熱を放出する物質を意味し、
気体でも液体でも、又固定でも良い。これらの燃
料は単独でも、又は他の燃料と混合して用いても
良い。この場合、気体燃料は、酸素富有ガスと、
固体燃料は処理されるべき微粒の固体燃料と予め
混合することが好ましい。炭素含有燃料の代り
に、炭素を含まないでも酸素と反応して熱を発生
する物質、例えば黄鉄鉱や硫黄を用いることがで
きる。この場合、もちろん当該反応の特徴が、二
酸化硫黄の生成によつて害を受けてはならないこ
とに留意すべきである。

本発明によるサイクロン・チヤンバーでは、生
成溶融物質の分離度が85％以上に達する。

基本的には、２基のサイクロン・チヤンバーに
同一の冷却室を共通に付属させることが可能であ
る。

本発明による方法は高熱治金工程に適し、特に
硫化物鉱石、鉱石濃縮物及び製錬中間生成物の焙
焼に好適である。

次に本発明の詳細を各実施例につき添付図面を
参照して説明する。

第１図において、サイクロン・チヤンバー２は
燃焼道１を備えると共に、連絡ダクト４を介し
て、水平軸を有する冷却室３の前面と接続する。
導管（複数個）５を経て気体又は液体の冷媒が冷
却室３に供給される。第２図に断面図示したよう
に、冷却室は矩形と台形とを合わせた基断面を有
するカラムから成つている。連絡ダクト４の入口
は第２図では点線で描かれている。

第３図において、燃焼道１とサイクロン・チヤ
ンバー２は連絡ダクト４及び転向用部材６を経て
冷却室３に通じている。冷媒は導管５を通して導
入される。

第４図は燃焼道１を夫々備えた２個のサイクロ
ン・チヤンバーが共通の冷却室３を付属する本発
明実施例を図示する。

第３図及び第４図では、冷却室３は円形断面を
有する。予め溶融液化されて冷却室内を自由飛行
する間に凝固する粒子の排出を改善する為、冷却
室の下端にそれぞれ排出口８を備えた円錐部７が
設けられている。

尚第１図、第３図及び第４図でガス排出口を９
で、又環流を１０で夫々符示した。

実施例 １ この実施例には、直径0.400ｍ、長さ1.3ｍの燃
焼道と直径1.3ｍ、長さ0.93ｍのサイクロン・チ
ヤンバーとを有する装置を用いた。放熱室として
形成された水平の冷却室３は第２図に示すよう
に、辺の長さが夫々2.1×1.3ｍの矩形と高さ1.3
ｍ、短辺（下底）0.48ｍの台形とからなる断面を
有していた。冷却室の全長は12.5ｍであつた。

サイクロン・チヤンバー２の排出口直径、従つ
て連絡ダクト４の直径は0.520ｍであつた。連絡
ダクト４の長さは0.6ｍであつた。

燃焼道１には、次の両成分： 黄鉄鉱濃縮物（組成：Fe 40重量％、S46重量
％、Zn １重量％、Pb 0.6重量％で平均粒度25
μ）6120Kg／ｈ及び酸素含有ガス（組成：O₂ 40
容量％、残りN₂）7480標準m³／ｈ からなる均質に混合された懸濁流が供給され、反
応が行われて、主としてFeOとSO₂とが生成され
た。サイクロン・チヤンバー２では、平均温度が
1620℃となり、生成する焙鉱は溶融物として分離
され、囲壁に設けられた開口を通つて3650Kg／ｈ
の割合で取り出され、次いで水中で粒状化され
た。

サイクロン・チヤンバー２では、7380標準m³／
ｈの割合で、次の組成： SO₂ 27 容量％ H₂O 6.2 〃 O₂ 6.7 〃 N₂ 残り を有する廃ガスが生成し、これは連絡ダクト４を
通つて冷却室３に導入された。冷却室は導管（複
数個）５を経て65重量％H₂SO₄濃度で50℃の廃硫
酸が2900Kg／ｈの割合で供給され、この廃硫酸の
気化と分解とにより、廃ガスは900℃に冷却され
た。ガスは9760標準m³／ｈの割合で冷却室３から
ガス出口９を次の組成で出た： SO₂ 24.7 容量％ H₂O 22 〃 O₂ 7.3 〃 N₂ 残り そして、冷却されたスクリユーコンベアによつて
流動性粉塵が冷却室３の床から100Kg／ｈの速度
で取り出された。冷却室３へのへばりつきは認め
られなかつた。

実施例 ２ 実施例１に述べたと同じ装置を用いたが、冷却
室３は水で強制冷却した。

燃焼道１には、 銅濃縮物（組成：Cu 28.6重量％、Fe 29.3重
量％、Ｓ 33.4重量％、SiO₂ 6.0重量％、残り
は、Ni、As、Sb、CaO、Al₂O₃及びMgOのよう
な不純物）が10.900Kg／ｈの割合で、 砂が1850Kg／ｈの割合で、 石灰岩が400Kg／ｈの割合で、 冷却室で生じた微粉塵が600Kg／ｈの割合で、
酸素含有ガス（組成：O₂ 50容量％、残りN₂）を
20℃にて5340標準m³／ｈの割合で、夫々供給され
（但し、固体物質予混合物の平均粒径は50μ）、銅
マツト、スラグ及びSO₂含有ガスに転化した。液
相（銅マツト及びスラグ）はサイクロン・チヤン
バー２―その平均温度は1600℃である―にて
11200Kg／ｈの割合で分離され、囲壁に設けられ
た取出口を通つて溶融相を分離する為に前炉床に
移され、マツトとスラグとに分離された。

やはり1600℃の廃ガスはサイクロン・チヤンバ
ー２の出口を通り、連絡ダクト４を経て冷却室３
に4680標準m³／ｈの割合にて導入され、その組成
は次の通りであつた： SO₂ 40 容量％ O₂ ３ 〃 N₂ 残り 冷却室では、水で冷却される壁により、廃ガス
は800℃に冷却され、他方、廃ガスと共にサイク
ロン・チヤンバーから導入された溶融液粒子は自
由飛行中に凝固して冷却室３の床に堆積し、次い
で、冷却されたスクリユーコンベアで300Kg／ｈ
の割合で搬送された。この粒子は再び燃焼道１に
戻され、他の供給材料と共に装入された。

冷却室３においてへばりつきは認められなかつ
た。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の各実施例を示すもので、第１図
は第１実施例を示し水平軸を有する冷却室を付属
するサイクロン・チヤンバーの概略図、第２図は
第１図の冷却室の横断面図、第３図は第２実施例
を示し垂直軸を有する冷却室を付属するサイクロ
ン・チヤンバーの概略図、第４図は第３実施例を
示し垂直軸を有する冷却室を共通に付属させた２
基のサイクロン・チヤンバーの概略図である。 なお図面に用いた符号において、２……サイク
ロン・チヤンバー、３……冷却室である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 処理温度で溶融液と気体とを生成する微粒状
   固体物質を、水平に対し０〜15゜傾斜する軸を有
   するサイクロン・チヤンバーにおいて酸素富有ガ
   スで熱処理する方法において、前記サイクロン・
   チヤンバー内で分離する溶融液生成物を、前記サ
   イクロン・チヤンバーの外筒の下部領域に設けら
   れた開口を通して排出し、溶融液生成物の大部分
   を除去されたガス流を、前記サイクロン・チヤン
   バーの端壁部に設けられ且つ前記サイクロン・チ
   ヤンバーのほぼ軸方向にある開口を通つて冷却室
   に導入し、このガス流が前記冷却室に入つた際に
   存在する溶融液滴がその自由飛行中に凝固点以下
   に冷却されるように前記ガス流の温度を冷却によ
   つて低下させることを特徴とする固体物質の熱処
   理方法。 ２ 前記ガス流を、水平軸を有し且つ横断面が前
   記サイクロン・チヤンバーの前記端壁部の開口の
   面積の少なくとも5.5倍である冷却室に導入する
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記ガス流を、横断面が前記サイクロン・チ
   ヤンバーの前記端壁部の開口の面積の10〜30倍で
   ある冷却室に導入する特許請求の範囲第２項に記
   載の方法。 ４ 前記ガス流を、垂直軸を有し且つ横断面が前
   記サイクロン・チヤンバーの前記端壁部の開口の
   面積の少なくとも4.5倍である冷却室に導入する
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ５ 前記ガス流を、横断面が前記サイクロン・チ
   ヤンバーの前記端壁部の開口の面積の８〜25倍で
   ある冷却室に導入する特許請求の範囲第４項に記
   載の方法。 ６ 冷却室の長さをＬ、断面積をＦとしたとき、
   ３√＜Ｌ＜10√なる条件を満足する冷却室に
   前記ガス流を導入する特許請求の範囲第１項〜第
   ５項のいずれか１項に記載の方法。 ７ 冷却室のガス温度を、水又は蒸気で冷却され
   る冷却室壁によつて低下させる特許請求の範囲第
   １項〜第６項のいずれか１項に記載の方法。 ８ 冷却室において、導入ジエツト流に向けて大
   きな運動量を有する気体媒体又は水性媒体を導入
   することにより冷却室内のガス温度を低下させる
   特許請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に
   記載の方法。 ９ 冷却室内において、導入噴流の周りに形成さ
   れる還流に対して気体媒体又は水性媒体を導入す
   ることにより冷却室のガス温度を低下させる特許
   請求の範囲第８項に記載の方法。 １０ 30〜160゜の開きを有する仮想円錐の円錐
   面に排出方向があるように設置された複数個の排
   出口を介して気体媒体又は水性媒体を導入するこ
   とにより冷却室のガス温度を低下させる特許請求
   の範囲第８項又は第９項に記載の方法。 １１ ガス流の温度を溶融液粒子の軟化点より
   100℃低い温度に低下させる特許請求の範囲第１
   項〜第１０項のいずれか１項に記載の方法。 １２ 固体物質、酸素富有ガス及び、必要に応じ
   てエネルギー・キヤリヤを反応温度より低い温度
   で混合して懸濁流となし、これを逆燃を起さない
   速度で垂直燃焼道に導入してそこで反応させ、そ
   の結果生成する溶融液粒子を主として含む懸濁流
   をサイクロン・チヤンバーに導入する特許請求の
   範囲第１項〜第１１項のいずれか１項に記載の方
   法。 １３ 燃焼道での滞留時間を、そこを出る際に懸
   濁流の反応が少なくとも80％行われているように
   調節する特許請求の範囲第１２項に記載の方法。 １４ 固体物質の高熱治金処理に適用される特許
   請求の範囲第１項〜第１３項のいずれか１項に記
   載の方法。 １５ 硫化物鉱、鉱物濃縮物又は製錬中間生成物
   の焙焼に適用される特許請求の範囲第１項〜第１
   ３項のいずれか１項に記載の方法。