特許 6862970 硫化物の製造設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6862970

(24)【登録日】2021年4月5日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】硫化物の製造設備

(51)【国際特許分類】

   C22B 23/00 20060101AFI20210412BHJP

   C22B 3/44 20060101ALI20210412BHJP

   C22B 3/08 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   C22B23/00 102

   C22B3/44 101B

   C22B3/08

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-54805(P2017-54805)

(22)【出願日】2017年3月21日

(65)【公開番号】特開2018-154911(P2018-154911A)

(43)【公開日】2018年10月4日

【審査請求日】2019年11月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(72)【発明者】

【氏名】仲村 仁

【審査官】 河口 展明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２５９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２５９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０２５７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３２２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３２４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４３６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２６０４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５１５１８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｂ １／００−６１／００

Ｃ０２Ｆ １／５８−１／６４

Ｃ０１Ｇ ２５／００−４７／００；４９／１０−９９／００

Ｃ０７Ｆ ９／００−１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニッケル酸化鉱石からニッケルを回収する高圧酸浸出法に基づく湿式製錬方法において、ニッケルを含む硫酸水溶液に硫化水素ガスを吹き込み、ニッケルを含む硫化物と貧液とを生成する硫化反応を行う硫化工程に用いられる硫化物の製造設備であって、
前記硫化反応のための反応容器と、
前記反応容器よりも垂直方向の高い位置に配置された後工程容器と、
前記反応容器の出口と前記後工程容器とを接続し、前記反応容器から前記後工程容器側に反応液、スラリーおよび残留ガスが流れる配管と、
前記配管の途中に多重で設置された複数の遮断弁と、
を備え、
前記配管は、前記反応容器と前記後工程容器の高低差に応じて当該配管の一部を立ち上げて形成された立ち上がり部を含み、
前記複数の遮断弁のうち少なくともいずれか１つは、前記立ち上がり部におけるスラリーが弁体内に沈降しない状態になる高さに設置されている
硫化物の製造設備。

【請求項2】

前記複数の遮断弁のうち、少なくとも最下流に設置された遮断弁がボール弁である
請求項１に記載の硫化物の製造設備。

【請求項3】

前記ボール弁を駆動するアクチュエータを有し、
前記アクチュエータが油圧式アクチュエータである
請求項２に記載の硫化物の製造設備。

【請求項4】

前記ボール弁は、ボール状の弁体と、円環状のシート弁座とを有し、前記弁体および前記シート弁座の各々が炭化タングステンで被覆されている
請求項２または３に記載の硫化物の製造設備。

【請求項5】

前記反応容器と前記配管を介して接続される後工程容器に不活性ガスを導入するためのガス導入部と、
前記硫化物の製造設備の運転を停止した後、前記後工程容器に前記不活性ガスを導入すべく前記ガス導入部を制御する制御部と、
を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の硫化物の製造設備。

【請求項6】

前記反応容器内の圧力を計測する第１の圧力計と、
前記後工程容器内の圧力を計測する第２の圧力計と、を備え、
前記制御部は、前記第１の圧力計が計測する前記反応容器内の圧力Ｐ１と前記第２の圧力計が計測する前記後工程容器内の圧力Ｐ２とが、Ｐ１＞Ｐ２の関係を満たす場合に、前記後工程容器に前記不活性ガスを導入すべく前記ガス導入部を制御する
請求項５に記載の硫化物の製造設備。

【請求項7】

前記反応容器内の液面高さを計測する液位計を備え、
前記制御部は、前記液位計が計測する前記反応容器内の液面高さが経時的に低下する場合に、前記後工程容器に前記不活性ガスを導入すべく前記ガス導入部を制御する
請求項５に記載の硫化物の製造設備。

【請求項8】

前記制御部は、前記第１の圧力計が計測する前記反応容器内の圧力Ｐ１と前記第２の圧力計が計測する前記後工程容器内の圧力Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）が、０ｋＰａ以下となるように前記ガス導入部を制御する
請求項６に記載の硫化物の製造設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、硫化物の製造設備に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ニッケル製錬においては、硫化ニッケル鉱を乾式製錬することにより、ニッケル品位が３０重量％程度のマットを得て、その後、塩素浸出−電解採取法により電気ニッケルを製造する方法が採用されている。

【0003】

近年、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法として、硫酸を用いた高圧酸浸出（High Pressure Acid Leach）法が注目されている。高圧酸浸出法は、従来の一般的なニッケル酸化鉱石の製錬方法である乾式製錬法とは異なり、還元および乾燥工程等の乾式工程を含まず、一貫した湿式工程によって有価金属を抽出する。このため、乾式製錬方法に比べて、エネルギー的およびコスト的に有利となる。また、高圧酸浸出法は、ニッケル品位を５０重量％程度まで向上させたニッケル硫化物が得られるという利点を有する。本明細書に記載するニッケル硫化物は、ニッケルを含む硫化物を意味する。ニッケル硫化物は、ニッケル酸化鉱石を浸出して得られた浸出液を浄液した後、硫化工程において硫化水素ガスを吹き込み硫化反応を生じさせることにより沈殿生成される（たとえば、特許文献１参照）。

【0004】

上記硫化工程においては、ニッケルを含む硫酸水溶液を反応容器に供給するとともに、反応容器内の硫酸水溶液に硫化水素ガスを吹き込むことにより、ニッケル硫化物と貧液を生成する硫化反応を行う。このため、硫化工程には、反応容器やこれにつながる配管、弁などを含む硫化物の製造設備が用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−１４１７４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した硫化物の製造設備では、たとえば硫化水素ガスや硫酸水溶液など、そのまま外部に排出すると環境に悪影響を与えるおそれのある流体を取り扱うため、外部への流体漏れ（ガス漏れ、液漏れなど）をより高い確度で抑制する技術が求められる。

【0007】

本発明の主な目的は、硫化物の製造設備において外部への流体漏れをより高い確度で抑制することができる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の態様は、
ニッケル酸化鉱石からニッケルを回収する高圧酸浸出法に基づく湿式製錬方法において、ニッケルを含む硫酸水溶液に硫化水素ガスを吹き込み、ニッケルを含む硫化物と貧液とを生成する硫化反応を行う硫化工程に用いられる硫化物の製造設備であって、
前記硫化反応のための反応容器と、
前記反応容器の出口に接続された配管と、
前記配管の途中に多重で設置された複数の遮断弁と、
を備える硫化物の製造設備である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、硫化物の製造設備において外部への流体漏れをより高い確度で抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法を説明する工程図である。

【図2】硫化物の製造設備が備える反応容器入口側の構成例を示す概略図である。

【図3】硫化物の製造設備が備える反応容器出口側の構成例を示す概略図である。

【図4】本発明の実施形態に係る硫化物の製造設備に適用される制御系の構成例を示す機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施形態においては、次の順序で説明を行う。
１．ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法
２．発明者の知見
３．硫化物の製造設備
３−１．反応容器入口側の構成
３−２．反応容器出口側の構成
３−３．制御系の構成
３−４．制御系の処理動作
４．実施形態の効果
５．変形例等

【0012】

＜１．ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法＞
図１はニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法を説明する工程図である。ここでは、高圧酸浸出法を用いた湿式製錬方法について説明する。

【0013】

図示のように、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法は、ニッケル酸化鉱石からニッケル等を浸出する浸出工程Ｓ１と、浸出工程Ｓ１で得られた浸出スラリーを浸出液と浸出残渣とに固液分離する固液分離工程Ｓ２と、浸出液を中和しニッケル回収用の母液と中和澱物スラリーとに分離する中和工程Ｓ３と、母液である硫酸水溶液に硫化水素ガスを吹き込んで硫化反応させることにより、ニッケル硫化物と貧液とを得る硫化工程Ｓ４とを有する。以下、各工程について、より詳しく説明する。

【0014】

（浸出工程）
浸出工程Ｓ１では、ニッケル酸化鉱石のスラリーに硫酸を添加し、２２０〜２８０℃の温度下で攪拌処理することにより、浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを生成する。浸出工程Ｓ１では、たとえば高温加圧容器（オートクレーブ）が用いられる。

【0015】

浸出工程Ｓ１で用いるニッケル酸化鉱石としては、主としてリモナイト鉱およびサプロライト鉱等のいわゆるラテライト鉱が挙げられる。ラテライト鉱のニッケル含有量は、通常０．８〜２．５重量％であり、水酸化物又はケイ苦土（ケイ酸マグネシウム）鉱物として含有される。また、鉄の含有量は、１０〜５０重量％であり、主として３価の水酸化物（ゲーサイト）の形態であるが、一部２価の鉄がケイ苦土鉱物に含有される。

【0016】

浸出工程Ｓ１においては、下記の式（１）〜（５）で表される浸出反応と高温熱加水分解反応が生じる。これにより、ニッケル、コバルト等の硫酸塩としての浸出と、浸出した硫酸鉄のヘマタイトとしての固定化が行われる。ただし、鉄イオンの固定化は完全には進行しない。このため、浸出工程Ｓ１で得られる浸出スラリーの液部分には、ニッケル、コバルト等の他に２価と３価の鉄イオンが含まれるのが通常である。

【0017】

「浸出反応」
ＭＯ＋Ｈ_２ＳＯ_４→ＭＳＯ_４＋Ｈ_２Ｏ …（１）
（式中Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ等を表す。）
２Ｆｅ（ＯＨ）_３＋３Ｈ_２ＳＯ_４→Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３＋６Ｈ_２Ｏ …（２）
ＦｅＯ＋Ｈ_２ＳＯ_４→ＦｅＳＯ_４＋Ｈ_２Ｏ …（３）
「高温熱加水分解反応」
２ＦｅＳＯ_４＋Ｈ_２ＳＯ_４＋１／２Ｏ_２→Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３＋Ｈ_２Ｏ …（４）
Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３＋３Ｈ_２Ｏ→Ｆｅ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２ＳＯ_４ …（５）

【0018】

浸出工程Ｓ１におけるスラリー濃度は、特に限定されるものではないが、浸出スラリーのスラリー濃度が１５〜４５重量％になるように調製することが好ましい。また、浸出工程Ｓ１で用いる硫酸の添加量は、特に限定されるものではなく、鉱石中の鉄が浸出されるような過剰量が用いられる。たとえば、鉱石１トン当りの硫酸の添加量を３００〜４００ｋｇとすることができる。鉱石１トン当りの硫酸の添加量が４００ｋｇを超えると、硫酸コストが大きくなり好ましくない。

【0019】

（固液分離工程）
固液分離工程Ｓ２では、浸出工程Ｓ１で形成される浸出スラリーを多段洗浄し、ニッケルおよびコバルトを含む浸出液と、それ以外の浸出残渣とを得る。

【0020】

固液分離工程Ｓ２における多段洗浄方法としては、特に限定されるものではないが、上記の浸出スラリーを、ニッケルを含まない洗浄液に向流で接触させて残渣の付着水を洗い流す連続向流洗浄法（ＣＣＤ法：Counter Current Decantation）を用いることが好ましい。これにより、系内に新たに導入する洗浄液を削減できるとともに、ニッケルおよびコバルトの回収率を９５％以上とすることができる。

【0021】

（中和工程）
中和工程Ｓ３では、固液分離工程Ｓ２で分離された浸出液の酸化を抑制しながら、その浸出液のｐＨが４以下となるように炭酸カルシウムを添加することにより、ニッケル回収用の母液と３価の鉄を含む中和澱物スラリーとを生成する。このように浸出液の中和処理を行うことにより、高圧酸浸出法による浸出工程Ｓ１で用いた過剰の酸を中和するとともに、溶液中に残留する３価の鉄イオンやアルミニウムイオン等を除去する。

【0022】

中和工程Ｓ３において調整する浸出液のｐＨは、上述のように４以下とし、好ましくは３．２〜３．８とする。浸出液のｐＨが４を超えると、ニッケルの水酸化物の発生が多くなる。

【0023】

また、中和工程Ｓ３においては、溶液中に残留する３価の鉄イオンの除去に際し、溶液中に２価として存在する鉄イオンを酸化させないことが好ましい。そのため、たとえば空気の吹き込み等による溶液の酸化を極力防止することが好ましい。これにより、２価の鉄の除去に伴う炭酸カルシウム消費量と中和澱物スラリーの生成量の増加を抑制することができる。すなわち、中和澱物スラリー量の増加による澱物へのニッケル回収ロスを抑えることができる。

【0024】

また、中和工程Ｓ３で得られる中和澱物スラリーを、必要に応じて固液分離工程Ｓ２へ送ることができる。これによって、中和澱物スラリーに含まれるニッケルを効果的に回収することができる。具体的には、中和工程Ｓ３で生成された中和澱物スラリーを、低いｐＨ条件で操業される固液分離工程Ｓ２に戻すことにより、浸出残渣の洗浄と同時に中和澱物の付着水と中和澱物表面での局所反応により生成した水酸化ニッケルの溶解を促進させることができ、回収ロスとなるニッケル分を低減することができる。なお、ニッケルと同時に鉄の水酸化物も一部再溶解され、浸出した３価の鉄イオンの固定に再度中和剤が必要となる場合がある。そのため、この点からも２価の鉄イオンを酸化させないで中和澱物量の削減を図ることが望ましい。

【0025】

中和工程Ｓ３における反応温度としては、５０〜８０℃程度とすることが好ましい。反応温度が５０℃未満では、形成される３価の鉄イオンを含む中和澱物が微細となり、必要に応じてその中和澱物を循環させた固液分離工程Ｓ２における処理に悪影響を及ぼす。一方、反応温度が８０℃を超えると、装置材料の耐食性の低下や加熱のためのエネルギーコストの増大を招く。

【0026】

（硫化工程）
硫化工程Ｓ４では、中和工程Ｓ３において得られたニッケル回収用の母液である硫酸水溶液に硫化水素ガスを吹き込んで硫化反応を生じさせ、ニッケル硫化物と貧液とを生成する。母液とは、硫化工程で硫化反応させる前の硫酸水溶液、すなわち反応始液のことである。

【0027】

＜２．発明者の知見＞
上記硫化工程Ｓ４で用いられる硫化物の製造設備は、密閉状態で硫化水素ガスを使用し、運転時には反応ガスや反応液が外部に漏れない構造になっている。しかし、本発明者は、製造設備の停止時には、運転時と比べて設備内の状況が変わるため、環境に悪影響を与えるおそれのある流体（液、ガス）が、たとえば製造設備に付属する機器類の予期せぬ不具合（たとえば、弁の侵食など）に起因して、外部に漏れる可能性があることに気づいた。以下、具体例を挙げて説明する。

【0028】

通常、硫化物の製造設備を停止する場合は、弁の閉動作により、液やガスの供給を停止（遮断）する。しかし、タンクや反応容器の内部にガスが残留し、配管の内部にもガスが残留する。この残留ガスは、製造設備に付属する弁が完全にシールされ、かつ弁の閉動作によって配管等の内部を密閉状態に保持することができれば、外部に漏れることはない。このため、残留ガスを除害装置で無害化してから外部に放出すれば特に問題はない。

【0029】

しかし、製造設備の健全性が保たれていない場合には、製造設備の運転を停止すべく弁を閉じても、配管等の内部を密閉状態に保持できなくなる。たとえば、硫化反応のための反応容器と、その後の工程で用いられる容器（以下、「後工程容器」という。）とを配管で接続し、その配管の途中（反応容器の出口部分）に弁を取り付けている場合、弁のシール性が不完全であると、弁を閉じた後も、反応容器側から後工程容器側に向かって液が流れてしまう。そして、反応容器に液がなくなると、そこに残留していたガスも後工程容器側に流れてしまう。

【0030】

その理由は、製造設備の運転中は、反応容器内が正圧で、後工程容器が負圧になっており、それらの差圧を利用して反応液を反応容器から後工程容器に送り出す仕組みになっているからである。すなわち、製造設備の運転を停止しても、上記の差圧が残っているため、反応容器内の液やガスが後工程容器側に自然に流れてしまう。特に、スラリーの流量を制御する弁は、侵食（エロージョン）によってシール性が低下していることがあり、そこで液の流れが止まらない場合がある。

【0031】

このように、製造設備の停止時には、通常の運転時とは異なる環境となるため、残留ガスが配管を通して流出するおそれがある。これに対して、除害装置を用いた排ガス処理は、弁の閉動作によって密閉状態に保持された反応容器や配管内の残留ガスを対象に行われる。このため、配管を通して後工程容器側に流出した残留ガスが、有害ガスとなって外部に放出されるおそれがある。そこで本発明者は、想定される様々な状況にあわせて個々に対策を施すのではなく、硫化物の製造設備に対し、システム的に多重の保護機能を持たせることが、流体漏れの抑制に非常に有効であるとの知見を得て、本発明を想到するに至った。

【0032】

＜３．硫化物の製造設備＞
続いて、本発明の実施形態に係る硫化物の製造設備について説明する。硫化物の製造設備は、上記硫化工程Ｓ４で用いられるもので、硫化反応のための反応容器を備える。以下に、硫化物の製造設備の構成を、反応容器入口側と反応容器出口側に分けて説明する。

【0033】

（３−１．反応容器入口側の構成）
図２は硫化物の製造設備が備える反応容器入口側の構成例を示す概略図である。

【0034】

図２においては、硫化反応のための複数（図例では４つ）の反応容器１〜４が直列に接続されている。各々の反応容器１〜４には、図示しない硫化水素ガスの供給ラインが接続されている。

【0035】

４つの反応容器１〜４は、複数の配管５〜９を用いて接続されている。具体的には、４つの反応容器１〜４のうち、最上流に位置する反応容器１の入口に配管５が接続されている。反応容器１の入口は、硫化工程に反応始液を取り込むための取込口となる。反応容器１の排出口と反応容器２の導入口は配管６によって接続され、反応容器２の排出口と反応容器３の導入口は配管７によって接続されている。また、反応容器３の排出口と反応容器４の導入口は配管８によって接続され、最下流に位置する反応容器４の出口に配管９が接続されている。反応容器４の出口は、硫化工程で生成した反応終液を排出するための排出口となる。

【0036】

反応容器１につながる配管５の端部には継手１０が接続されている。継手１０には、蒸気供給用の配管１１と、母液供給用の配管１２が接続されている。配管１１の途中には、コントロール弁１４と遮断弁１５が設置されてている。コントロール弁１４は、加熱用の蒸気の流量を制御するための弁であり、遮断弁１５は、蒸気の供給ラインを遮断するための弁である。また、配管１２の途中には、コントロール弁１６が設置されている。コントロール弁１６は、母液の供給ラインを遮断するための弁である。一例として、コントロール弁１４はグローブ弁によって構成され、遮断弁１５はゲート弁によって構成され、コントロール弁１６はバタフライ弁によって構成される。また、コントロール弁１６の前後には、バタフライ式の手動遮断弁とゲート式の手動遮断弁が設置されている。

【0037】

本明細書において「遮断弁」とは、緊急時などに配管内の流体の流通を遮断するための弁をいう。遮断弁には、高い密閉性能と信頼性が要求される。通常の運転時は遮断弁が開いた状態に保持される。

【0038】

一方、反応容器４につながる配管９の途中には遮断弁２１が設置されている。遮断弁２１は、後述するコントロール弁２２および遮断弁２３と共に、配管９の途中に設置されている。

【0039】

上記の構成においては、配管１１を通して供給される蒸気と配管１２を通して供給される反応始液が、共通の配管５を通して反応容器４に供給される。また、反応容器４には、図示しない供給ラインを通して硫化水素ガスが供給される。反応容器１の内部では、反応始液として供給された硫酸水溶液に硫化水素ガスを吹き込むことにより、硫化反応を生じさせる。

【0040】

その後、硫酸水溶液は、反応容器１から配管６を通して反応容器２に送られた後、反応容器２から配管７を通して反応容器３に送られる。さらに、硫酸水溶液は、反応容器３から配管８を通して反応容器４に送られ。その際、硫酸水溶液に対する硫化水素ガスの吹き込みは、他の反応容器２〜４でも同様に行われる。このため、硫酸水溶液のニッケル品位は、最上流の反応容器１から最下流の反応容器４へと移動する過程で徐々に高くなる。硫化工程で４つの反応容器１〜４を用いて硫化反応させた後の反応終液は、反応容器４から配管９を通して後工程容器３１（後述）に送られる。

【0041】

（３−２．反応容器出口側の構成）
図３は硫化物の製造設備が備える反応容器出口側の構成例を示す概略図である。

【0042】

図３においては、反応容器４と後工程容器３１とが配管９を介して接続され、この配管９の途中に遮断弁２１、コントロール弁２２および遮断弁２３が設置されている。このようにコントロール弁２２を間に挟むように２つの遮断弁２１，２３を設置すれば、たとえば、メンテナンス等を行う際に、遮断弁２１，２３を閉じて管路を遮断することにより、コントロール弁２２を取り外すことが可能となる。なお、一例として、遮断弁２１はゲート弁によって構成され、コントロール弁２２はボール弁によって構成される。また、遮断弁２３は、好ましくは、ボール弁によって構成される。

【0043】

（ボール弁の構造）
ボール弁は、図示しないボール状の弁体と、円環状のシート弁座とを有する。遮断弁２３をボール弁によって構成する場合は、弁体およびシート弁座の各々が炭化タングステンで被覆されていることが好ましい。また、ボール弁を駆動するアクチュエータを有する場合、このアクチュエータは油圧式アクチュエータであることが好ましい。

【0044】

ここで、後工程容器３１は、垂直方向（鉛直方向）において反応容器４よりも高い位置に配置され、これらの容器の高低差に応じて配管９に立ち上がり部９ａが形成されている。立ち上がり部９ａは、配管９の一部を立ち上げて形成されている。水平面を基準にした立ち上がり部９ａの立ち上がり角度は、好ましくは７０度以上１１０度以下であり、より好ましくは８０度以上１００度以下である。

【0045】

反応容器４から後工程容器３１に至る配管９の長さ方向において、遮断弁２１とコントロール弁２２は、反応容器４の出口部分から立ち上がり部９ａの下端部までの区間に設置されている。遮断弁２１は、コントロール弁２２よりも反応容器４に近い側、すなわち上流側に設置されている。

【0046】

これに対し、遮断弁２３は、コントロール弁２２よりも下流側に設置されている。具体的には、遮断弁２３は、配管９の立ち上がり部９ａに設置されている。遮断弁２３は、好ましくは、停止時にスラリーが弁体内に沈降しない状態になる垂直部（高さ）に設置するとよい。

【0047】

後工程容器３１には、配管１７とともに、ガス導入部３２が接続されている。配管１７は、後工程容器３１の下部（底部）に接続されている。配管１７は、反応容器４から配管９を通して送られた反応終液を次の工程に送るためのものである。ガス導入部３２は、後工程容器３１に対して不活性ガスを導入可能な構成になっている。図３においては、不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ_２）を例示している。

【0048】

ガス導入部３２は、図示しないガス供給源から圧送される不活性ガスを通す配管３３と、この配管３３が接続された中継用の配管３４と、この配管３４が接続された循環用の配管３５と、配管３３の途中に設置されたオンオフ弁３６と、配管３５の途中に設置された水冷器３７と、を備える。配管３５の一端は後工程容器３１の上部（頂部）に接続され、他端は配管１７の途中に接続されている。オンオフ弁３６は、たとえばグローブ弁によって構成される。水冷器３７は、水冷用の媒体（水など）の循環により配管３５を冷却する。

【0049】

オンオフ弁３６は、製造設備の運転時には閉止された状態に保持され、停止時あるいは停止後には所定の条件を満たす場合に開放される。実際にオンオフ弁３６を開いた場合は、配管３３を通して送られる不活性ガスが、配管３４，３５を通して後工程容器３１内に供給される。

【0050】

一方、反応容器４には液位計３８ａと圧力計３８ｂが付属し、後工程容器３１には圧力計３９が付属している。液位計３８ａは、反応容器４内の硫酸水溶液の液面高さを計測するものである。圧力計３８ｂは、反応容器４内の圧力を計測するもので、「第１の圧力計」に相当する。圧力計３９は、後工程容器３１内の圧力を計測するもので、「第２の圧力計」に相当する。

【0051】

製造設備の運転時は、反応容器４における硫酸水溶液の液面高さを液位計３８ａによって計測し、この計測結果に基づいて硫酸水溶液の供給量を制御する。また、製造設備の運転を停止する場合は、コントロール弁１６の閉止によって硫酸水溶液の供給を停止するが、反応容器４の内部は空にならずに所定量の硫酸水溶液が残る。

【0052】

（３−３．制御系の構成）
図４は本発明の実施形態に係る硫化物の製造設備に適用される制御系の構成例を示す機能ブロック図である。ここでは一例として、弁の開閉操作を自動で行うものとする。

【0053】

図４において、制御部４０は、硫化物の製造設備に設けられた各々の弁の動作を制御するものである。制御部４０は、複数の入力端子と複数の出力端子を備える。制御部４０の入力端子側には、液位計３８ａ、圧力計３８ｂ、圧力計３９が接続されている。制御部４０の出力端子側には、コントロール弁１４、遮断弁１５、コントロール弁１６、遮断弁２１、コントロール弁２２、遮断弁２３、オンオフ弁３６が接続されている。

【0054】

（３−４．制御系の処理動作）
制御部４０の出力端子側に接続された各々の弁の動作状態（開閉状態、開度など）は、制御部４０の処理動作によって以下のように制御される。

【0055】

まず、通常の運転時は、オンオフ弁３６を除く、他の弁がすべて開状態になる。これに対し、製造設備の運転を停止する場合は、反応容器入口側と反応容器出口側で、それぞれ以下のように弁を閉じる。

【0056】

まず、反応容器入口側においては、コントロール弁１４と遮断弁１５を同時に閉止するとともに、コントロール弁１６を閉止する。これにより、蒸気と反応始液の供給が停止する。このとき、配管１１は、コントロール弁１４と遮断弁１５による二重の弁で閉止される。このため、蒸気ラインにおいて温度が下がった場合でも、流体の逆流が二重の弁によって抑制される。なお、反応始液の供給ラインについては、配管１２と反応始液用のタンク（不図示）が液で満たされているため、流体が逆流するおそれはない。

【0057】

一方、反応容器出口側においては、最初にコントロール弁２２を閉止した後、下流側の遮断弁２３を閉止し、続いて上流側の遮断弁２１を閉止する。これにより、配管９は、二重の遮断弁２１，２３で閉止され、コントロール弁２２を含めると三重の弁で閉止される。また、コントロール弁２２の上流側は遮断弁２１で遮断され、コントロール弁２２の下流側は遮断弁２３で遮断される。つまり、反応容器４と後工程容器３１との間で配管９内の流体の流通が、二重の遮断弁２１，２３によって遮断される。

【0058】

また、制御部４０は、製造設備の運転を停止した後、後工程容器３１に不活性ガスを導入すべくガス導入部３２を制御する。不活性ガスの導入は、ガス導入部３２が有するオンオフ弁３６を開けることにより行われる。オンオフ弁３６は、運転を停止した状況下で、予め設定された条件（以下、「所定の条件」という。）を満たす場合に、制御部４０によって開けられる。

【0059】

上記所定の条件は、主に２つある。第１の条件は、圧力計３８ｂが計測する反応容器４内の圧力Ｐ１と圧力計３９が計測する後工程容器３１内の圧力Ｐ２とが、Ｐ１＞Ｐ２の関係を満たす場合である。製造設備の運転時（運転中）は、反応容器４内の圧力が大気圧に保持され、後工程容器３１の圧力が大気圧よりも低い圧力（真空圧）に保持される。このため、製造設備の運転を停止した直後は、Ｐ１＞Ｐ２の関係を満たす。

【0060】

第２の条件は、液位計３８ａが計測する反応容器４内の液面高さが経時的に低下する場合である。反応容器４内の液面高さが経時的に変化する場合とは、配管９に設置された３つの弁（２１，２２，２３）をすべて閉止したにもかかわらず、弁の故障や侵食などが原因で配管９の内部を流体が流れ続け、反応容器４に残っている硫酸水溶液の液量が時間の経過と共に徐々に減っていく場合である。この現象を放置すると、反応容器４内の液面高さが予め設定された所定高さ（本来の液圧送停止位置）以下の条件で、さらに下がり続けることになる。

【0061】

制御部４０は、上述した２つの条件のうち少なくとも一方の条件を満たす場合に、後工程容器３１に不活性ガスを導入すべくオンオフ弁３６を開ける。

【0062】

これにより、配管３３を通して供給される不活性ガスが、配管３４，３５を通して後工程容器３１に導入される。このため、たとえば、製造設備の運転時に、反応容器４内の圧力が大気圧に保持され、後工程容器３１の圧力が大気圧よりも低い圧力（真空圧）に保持されていた場合は、不活性ガスの導入によって後工程容器３１内の圧力が次第に上昇する。その結果、反応容器４と後工程容器３１の圧力差（各容器の内圧の差）が小さくなる。

【0063】

また、制御部４０は、オンオフ弁３６の開度を調整することにより、反応容器４内の圧力Ｐ１と後工程容器３１内の圧力Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）が０ｋＰａ以下となるように、後工程容器３１内の圧力を大気圧程度まで回復させる。ここで記述する「差（Ｐ１−Ｐ２）が０ｋＰａ以下」には、「Ｐ１＝Ｐ２の場合」と「Ｐ１＜Ｐ２の場合（Ｐ１−Ｐ２の値がマイナスになる場合）」の両方が含まれる。

【0064】

＜４．実施形態の効果＞
本発明の実施形態においては、反応容器４の出口に接続された配管９の途中に遮断弁２１と遮断弁２３を設置している。このため、製造設備の運転を停止した場合に、各々の遮断弁２１，２３を閉止することにより、配管９内の流体の流通を二重の弁によって遮断することができる。したがって、硫化物の製造設備において外部への流体漏れをより高い確度で抑制することが可能となる。

【0065】

本発明の実施形態においては、配管９に設置された２つの遮断弁２１，２３のうち、少なくとも最下流に設置された遮断弁２３を、相対的に遮断性が高いボール弁で構成している。このため、遮断弁２３の下流側への流体の流出をより確実に遮断することができる。また、ボール弁を駆動するアクチュエータを油圧アクチュエータとすれば、より強いトルクでボール弁を開閉（回転）動作させることができる。このため、高い遮断性と密閉性をもって配管９を閉止することができる。さらに、遮断弁２３をボール弁で構成する場合、その弁体とシート弁座を炭化タングステンで被覆した構成とすれば、侵食による遮蔽性能の劣化を抑制することができる。

【0066】

本発明の実施形態においては、配管９の立ち上がり部９ａに遮断弁２３を設置している。配管９の内部を流れるスラリーは、配管９の水平部分では重力の影響で片寄った状態になるが、配管９の立ち上がり部９ａでは片寄りなく流れる。このため、配管９の立ち上がり部９ａに遮断弁２３を設置すれば、スラリーの片寄りがない、またはその度合が少ない状態で配管９を閉止することができる。これにより、スラリーは、配管９の立ち上がり部９ａに設置した遮断弁２３には沈降せず、それよりも下側に沈降するため、遮断弁２３によるスラリーの噛み込みが抑制される。したがって、遮断弁２３が損傷するリスクが低減し、設備の健全性を保つことができる。

【0067】

本発明の実施形態においては、硫化物の製造設備の運転を停止した場合に、制御部４０が、後工程容器３１に不活性ガスを導入するようにガス導入部３２を制御する構成を採用している。これにより、３つの弁（２１，２２，２３）をすべて閉じたときに、何らかの理由（たとえば、弁の故障や腐食など）で配管９内の流体の流通が完全に遮断されない場合でも、後工程容器３１側への流体の流出を抑制することができる。

【0068】

本発明の実施形態においては、圧力計３８ｂが計測する反応容器４内の圧力Ｐ１と圧力計３９が計測する後工程容器３１内の圧力Ｐ２とが、Ｐ１＞Ｐ２の関係を満たす場合に、後工程容器３１に不活性ガスを導入する構成を採用している。これにより、反応容器４と後工程容器３１の圧力差による流体の流出を抑制することができる。

【0069】

本発明の実施形態においては、液位計３８ａが計測する反応容器４内の液面高さが経時的に変化する場合に、後工程容器３１に不活性ガスを導入する構成を採用している。これにより、弁の故障、腐食などが原因で、弁を閉止した後にも反応容器４側から後工程容器３１側への流体の流れがある場合に、その流れを抑制することができる。

【0070】

＜５．変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

【0071】

たとえば、上記実施形態においては、配管９の途中に２つの遮断弁２１，２３を設置したが、これに限らず、３つ以上の遮断弁を設置してもよい。なお、「多重」とは二重以上を意味し、たとえば、遮断弁を二重で設置する場合は遮断弁の数が２つ、三重で設置する場合は３つになる。

【0072】

上記実施形態においては、配管９の途中に設置された２つの遮断弁２１，２３のうち、最下流の遮断弁２３だけをボール弁で構成したが、これに限らず、両方の遮断弁２１，２３を共にボール弁で構成してもよい。また、配管１１上の遮断弁１５をボール弁で構成してもよい。

【0073】

上記実施形態においては、製造設備の運転を停止した場合に、圧力計３８ｂ，３９の計測結果に基づいてガス導入部３２（オンオフ弁３６）を制御する機能と、液位計３８ａの計測結果に基づいてガス導入部３２を制御する機能の両方を制御部４０が備える構成としたが、いずれか一方の制御機能のみを備える構成であってもよい。

【0074】

上記実施形態においては、弁の開閉操作を自動で行う場合について説明したが、これに限らず、一部の弁またはすべての弁の開閉操作を手動で行う構成を採用することも可能である。

【符号の説明】

【0075】

１〜４…反応容器
５〜９…配管
１４，２２…コントロール弁
１５，１６，２１，２３…遮断弁
３２…ガス導入部
３８ａ…液位計
３８ｂ，３９…圧力計
４０…制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】