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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024047675
(43)【公開日】2024-04-08
(54)【発明の名称】バナジウム化合物の製造設備及び製造方法
(51)【国際特許分類】
C22B 34/22 20060101AFI20240401BHJP
F23J 1/00 20060101ALI20240401BHJP
F23G 7/00 20060101ALI20240401BHJP
F23G 5/50 20060101ALI20240401BHJP
F23J 15/00 20060101ALI20240401BHJP
C22B 3/02 20060101ALI20240401BHJP
C22B 1/02 20060101ALI20240401BHJP
F27D 17/00 20060101ALI20240401BHJP
F27D 19/00 20060101ALI20240401BHJP
F27D 21/00 20060101ALI20240401BHJP
F27B 7/33 20060101ALI20240401BHJP
F27B 7/42 20060101ALI20240401BHJP
B01D 53/50 20060101ALI20240401BHJP
C22B 7/00 20060101ALI20240401BHJP
【ＦＩ】
C22B34/22
F23J1/00 A ZAB
F23G7/00 103Z
F23G5/50 M
F23G5/50 H
F23G5/50 G
F23J15/00 B
F23G5/50 N
C22B3/02
C22B1/02
F27D17/00 104G
F27D19/00 A
F27D21/00 G
F27B7/33
F27B7/42
B01D53/50
C22B7/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022153298
(22)【出願日】2022-09-27
(71)【出願人】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】514132268
【氏名又は名称】日本管機工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000004444
【氏名又は名称】ＥＮＥＯＳ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田尻 浩範
(72)【発明者】
【氏名】政本 学
(72)【発明者】
【氏名】西出 勉
(72)【発明者】
【氏名】港谷 昌成
【テーマコード（参考）】
3K062
3K070
3K161
4D002
4K001
4K056
4K061
【Ｆターム（参考）】
3K062AA07
3K062AC03
3K062CA01
3K070DA03
3K070DA23
3K161DA32
3K161EA06
3K161LA02
3K161LA12
3K161LA49
4D002AA02
4D002AC10
4D002BA01
4D002DA07
4D002EA13
4D002FA06
4K001AA28
4K001BA14
4K001CA11
4K001DB02
4K001DB07
4K001DB08
4K001GA12
4K056AA19
4K056BA02
4K056BA06
4K056BB01
4K056CA20
4K056DB03
4K056DB04
4K056DB26
4K056FA03
4K056FA13
4K061AA08
4K061BA12
4K061DA01
4K061FA02
4K061FA03
4K061GA02
4K061HA05
(57)【要約】
【課題】製造コストが低減され、かつ、製造トラブルの少ないバナジウム化合物の製造設備及び製造方法の提供。
【解決手段】この製造設備は、原料灰減容装置及びバナジウム回収装置を含む。向流型原料灰減容装置では、原料灰を燃焼させつつ投入口側から排出口側に向かって移動させるとともに、一次吸気口及び二次吸気口から外気を供給することにより燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を投入口側に向かって移動させ、燃焼室内の温度及び廃ガスの温度を指標として原料灰の燃焼温度を制御する。併流型第一の原料灰減容装置では、排気装置が廃ガスを強制排気して、吸気口及び複数の吸気ノズルから燃焼室内に外気を供給し、原料灰から発生した蒸気を排出口側に向かって移動させ、廃ガスの温度を指標として原料灰の燃焼温度を制御する。
【選択図】図３
【解決手段】この製造設備は、原料灰減容装置及びバナジウム回収装置を含む。向流型原料灰減容装置では、原料灰を燃焼させつつ投入口側から排出口側に向かって移動させるとともに、一次吸気口及び二次吸気口から外気を供給することにより燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を投入口側に向かって移動させ、燃焼室内の温度及び廃ガスの温度を指標として原料灰の燃焼温度を制御する。併流型第一の原料灰減容装置では、排気装置が廃ガスを強制排気して、吸気口及び複数の吸気ノズルから燃焼室内に外気を供給し、原料灰から発生した蒸気を排出口側に向かって移動させ、廃ガスの温度を指標として原料灰の燃焼温度を制御する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んでおり、
上記原料灰減容装置が、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有し、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、上記燃焼室に連通して上記投入口側に設けられた排気・燃焼チャンバーと、上記燃焼室に連通して上記排出口側に設けられた吸気チャンバーと、上記投入口から上記燃焼室内に挿入された原料供給管と、上記排出口から上記燃焼室内に挿入された吸気ランスと、を備えており、
上記吸気チャンバーが、外気の一次吸気口を有しており、
上記吸気ランスが、外気の二次吸気口を有しており、
上記排気・燃焼チャンバーが、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構と、この廃ガスを排気する排気口と、燃焼した飛散灰を取り出す取出口と、を有している、バナジウム化合物の製造設備。
上記原料灰減容装置が、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有し、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、上記燃焼室に連通して上記投入口側に設けられた排気・燃焼チャンバーと、上記燃焼室に連通して上記排出口側に設けられた吸気チャンバーと、上記投入口から上記燃焼室内に挿入された原料供給管と、上記排出口から上記燃焼室内に挿入された吸気ランスと、を備えており、
上記吸気チャンバーが、外気の一次吸気口を有しており、
上記吸気ランスが、外気の二次吸気口を有しており、
上記排気・燃焼チャンバーが、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構と、この廃ガスを排気する排気口と、燃焼した飛散灰を取り出す取出口と、を有している、バナジウム化合物の製造設備。
【請求項2】
上記一次吸気口及び二次吸気口からの燃焼空気の供給量を調整する調整装置をさらに含む、請求項１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【請求項3】
上記燃焼室内の温度を測定する内部温度測定装置と、上記排気口から排出した廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置と、をさらに備えている、請求項１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【請求項4】
上記原料供給管が、上記燃焼室内への原料灰の供給位置を調整するための原料位置調整機構を有しており、
上記吸気ランスが、上記燃焼室内への外気の供給位置を調整するための吸気位置調整機構を有している、請求項１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
上記吸気ランスが、上記燃焼室内への外気の供給位置を調整するための吸気位置調整機構を有している、請求項１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【請求項5】
上記廃ガスを処理するための排煙脱硫装置と、この廃ガス中の固形分を回収する固形分回収装置と、をさらに含む、請求項１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【請求項6】
上記バナジウム回収装置が、上記焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えている、請求項１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【請求項7】
上記原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、
及び、
上記焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含み、
上記原料灰を燃焼する際に、上記原料供給管から投入した原料灰を燃焼させつつ、上記投入口側から上記排出口側に向かって移動させるとともに、上記排出口側に設けられた上記一次吸気口及び二次吸気口から、上記燃焼室内に外気を燃焼空気として供給することにより、上記原料灰の燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を上記投入口側に向かって移動させ、上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料灰の燃焼温度を制御する、請求項１に記載のバナジウム化合物の製造設備を用いたバナジウム化合物の製造方法。
及び、
上記焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含み、
上記原料灰を燃焼する際に、上記原料供給管から投入した原料灰を燃焼させつつ、上記投入口側から上記排出口側に向かって移動させるとともに、上記排出口側に設けられた上記一次吸気口及び二次吸気口から、上記燃焼室内に外気を燃焼空気として供給することにより、上記原料灰の燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を上記投入口側に向かって移動させ、上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料灰の燃焼温度を制御する、請求項１に記載のバナジウム化合物の製造設備を用いたバナジウム化合物の製造方法。
【請求項8】
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記一次吸気口及び二次吸気口からの燃焼空気の供給量とを調整することにより上記原料灰の燃焼温度を制御する、請求項７に記載のバナジウム化合物の製造方法。
【請求項9】
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料供給管を移動して、上記燃焼室内への原料灰の供給位置を調整し、
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記吸気ランスを移動して、上記燃焼室内への外気の供給位置を調整する、請求項７に記載のバナジウム化合物の製造方法。
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記吸気ランスを移動して、上記燃焼室内への外気の供給位置を調整する、請求項７に記載のバナジウム化合物の製造方法。
【請求項10】
含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んでおり、
上記原料灰減容装置が、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有し、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、上記燃焼室に連通して上記投入口側に設けられた入口チャンバーと、上記燃焼室に連通して上記排出口側に設けられた出口チャンバーと、を備えており、
上記入口チャンバーが、外気の吸気口を有しており、
上記出口チャンバーが、廃ガスを排気する強制排気装置が設けられた排気口を有しており、
上記キルン胴が、上記投入口と上記排出口との間に配置され、上記燃焼室に連通する複数の吸気ノズルを備えているバナジウム化合物の製造設備。
上記原料灰減容装置が、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有し、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、上記燃焼室に連通して上記投入口側に設けられた入口チャンバーと、上記燃焼室に連通して上記排出口側に設けられた出口チャンバーと、を備えており、
上記入口チャンバーが、外気の吸気口を有しており、
上記出口チャンバーが、廃ガスを排気する強制排気装置が設けられた排気口を有しており、
上記キルン胴が、上記投入口と上記排出口との間に配置され、上記燃焼室に連通する複数の吸気ノズルを備えているバナジウム化合物の製造設備。
【請求項11】
上記廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置と、この廃ガス温度を指標として、上記吸気口及び上記複数の吸気ノズルからの燃焼空気の供給量を調整する調整装置と、をさらに含む、請求項１０に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【請求項12】
上記廃ガスを処理するための排煙脱硫装置をさらに含む、請求項１０に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【請求項13】
上記バナジウム回収装置が、上記焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えている、請求項１０に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【請求項14】
上記原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、
及び、
上記焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含み、
上記原料灰を燃焼する際に、上記強制排気装置が上記排気口から廃ガスを強制排気し、上記吸気口及び複数の吸気ノズルから、上記燃焼室内に外気を燃焼空気として供給するとともに、上記投入口側において上記原料灰から発生した蒸気を、上記排出口に向かって移動させ、上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料灰の燃焼温度を制御する、請求項１０に記載のバナジウム化合物の製造設備を用いたバナジウム化合物の製造方法。
及び、
上記焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含み、
上記原料灰を燃焼する際に、上記強制排気装置が上記排気口から廃ガスを強制排気し、上記吸気口及び複数の吸気ノズルから、上記燃焼室内に外気を燃焼空気として供給するとともに、上記投入口側において上記原料灰から発生した蒸気を、上記排出口に向かって移動させ、上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料灰の燃焼温度を制御する、請求項１０に記載のバナジウム化合物の製造設備を用いたバナジウム化合物の製造方法。
【請求項15】
上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記強制排気装置による廃ガスの排気量と、上記吸気口及び上記複数の吸気ノズルからの燃焼空気の供給量とを調整することにより上記原料灰の燃焼温度を制御する、請求項１４に記載のバナジウム化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、バナジウム化合物の製造設備及び製造方法に関する。詳細には、本開示は、燃焼灰等からバナジウム化合物を回収するための製造設備及び製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
バナジウムは、大型蓄電池であるレドックス・フロー電池の主要構成物である電解液の原料として使用されている。バナジウムを含むレドックス・フロー電池（バナジウム・レドックス・フロー電池）では、電解液の構成物として、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の夾雑金属化合物を含まない安価な高純度バナジウムが求められている。しかしながら、一般的に流通しているバナジウム製品は、鋼材添加用のフェロバナジウムで、鉄と共存し純度が低いこと、鋼材向けが主流で大量供給ができないという欠点があった。
【0003】
従来、燃焼灰等を原料として、バナジウムを選択的に抽出する技術として、液相抽出法が知られている。例えば、原料灰を、バナジウム化合物を溶解する液体に浸漬して、液相に抽出されたバナジウム化合物を回収する方法が挙げられる。
【0004】
通常、原料とされる燃焼灰は、原油等重質油を常圧蒸留した常圧蒸留残渣油や減圧蒸留して得られる減圧蒸留残渣油、オイルコークス、オイルサンド等を燃焼したものであり、バナジウム（Ｖ）の他に、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の複数の金属やアンモニウムが含まれる。また、燃焼灰には、通常、多くの未燃焼カーボンが含まれており、燃焼灰中のバナジウム含量（濃度）は極めて少ない。従来の液相抽出法によって、この原料灰からバナジウム化合物を回収する場合、大量の液体が必要であり、廃液処理も含めて製造コスト増大の一因となっている。
【0005】
例えば、液相抽出前に、燃焼灰を水等で洗浄して、バナジウム以外の金属夾雑物（鉄、ニッケル、マグネシウム等）や溶解性塩類（硫安分、硫酸等）を除去することにより、処理コストをある程度低減することができる。しかし、洗浄水中へのバナジウム溶出により、回収率が低下する場合がある。また、洗浄工程について新たに設備及び費用が必要となる。即ち、燃焼灰からバナジウムを液相に抽出する場合、未燃焼炭素の存在量に比例して、必要な抽出溶液量が増え、コスト増大を引き起こす。製造効率向上及びコスト低減の観点から、未燃焼炭素を焼却して燃料灰を減容する技術が求められている。
【0006】
特許文献１（特開平８－３１１５７４号公報）に開示された有価金属の回収方法は、化石燃料の燃焼の際に得られる集塵機灰を５２０～８００℃に加熱し、含有されている硫酸アンモニウムを熱分解させると共にカーボンを燃焼させて、気体成分として除去する処理工程を含む。
【0007】
特許文献２（特開２００２－２１０４３３号公報）では、石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを減容して、燃焼灰中のバナジウム濃度を高める処理方法が提案されている。この処理方法は、スーツを乾燥手段に導入して、水分量が３０重量％以下の乾燥スーツを得る乾燥工程と、乾燥スーツを所定の燃焼手段に導入し、乾燥スーツ中の炭素及び炭化水素分を燃焼して、燃焼灰を回収する燃焼工程と、を含む。この燃焼工程では、燃焼手段から排出される気体温度が４５０～６５０℃とされている。
【0008】
特許文献３（国際公開２０１７／０６９２２３号）には、未燃炭素を含む燃焼残渣を出発原料として、高純度のバナジウム電解液を製造する方法が開示されている。また、特許文献３では、出発原料である燃焼残渣を、雰囲気温度５００℃以上７５０℃以下で燃焼させて、バナジウムを含有する燃焼灰を得る技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平８－３１１５７４号公報
【特許文献2】特開２００２－２１０４３３号公報
【特許文献3】国際公開２０１７／０６９２２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
従来、燃焼灰の焼却には、焼却灰の排出側からバーナーで加熱する形式のロータリーキルンが用いられている。例えば、燃焼灰の投入側から廃ガスを排出する向流型キルンでは、炉内雰囲気が４００～７００℃に制御され、４００～６００℃の焼却灰が排出される。また、燃焼灰の排出側から廃ガスを排出する併流型キルンでは、炉内雰囲気が４００～６９０℃に制御され、６９０℃未満の焼却灰が排出される。しかし、炭素の燃焼では、過剰な発熱により、局所的な温度上昇が生じる場合がある。また、炭素の熾火燃焼では、炉内温度や局所温度が７００℃を超える場合がある。そのため、原料灰に含まれる低融点物質が溶融して炉内に付着する場合があり、製造トラブルの要因となっていた。また、融点が約６９０℃である五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）が炉内に付着することで、回収率が低下する要因ともなっている。
【0011】
特許文献２及び３では、燃焼炉に導入する気体（空気）量の調整により燃焼温度が調整されている。しかし、局所的な温度上昇が生じ、また、熾火燃焼のように燃焼温度が異なる領域が生じている炉内において、空気導入量の調整等により、原料灰の温度を適切に制御することは容易ではない。また、原料として供給される燃焼灰の種類も一定ではなく、その性状が大きく異なる場合がある。燃焼炉内の温度を、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の溶融しない温度領域に制御しつつ原料灰を燃焼させて製造トラブルを低減するとともに、原料灰を効率的に減容することにより、その後のバナジウム回収工程における処理コストを低減する技術は、未だ提案されていない。
【0012】
本開示の目的は、製造コストが低減され、かつ、製造トラブルの少ないバナジウム化合物の製造設備及び製造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本開示に係るバナジウム化合物の製造設備は、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含む。この原料灰減容装置は、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有しており、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、燃焼室に連通して投入口側に設けられた排気・燃焼チャンバーと、燃焼室に連通して排出口側に設けられた吸気チャンバーと、投入口から燃焼室内に挿入された原料供給管と、排出口から燃焼室内に挿入された吸気ランスと、を備えている。吸気チャンバーは、外気の一次吸気口を有している。吸気ランスは、燃焼室の内部に挿入されており、外気の二次吸気口を有している。排気・燃焼チャンバーは、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構と、この廃ガスを排気する排気口と、燃焼した飛散灰を取り出す取出口と、を有している。
【0014】
他の観点から、本開示に係るバナジウム化合物の製造設備は、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含む。この原料灰減容装置は、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有しており、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、燃焼室に連通して投入口側に設けられた入口チャンバーと、燃焼室に連通して排出口側に設けられた出口チャンバーと、を備えている。入口チャンバーは、外気の吸気口を有している。出口チャンバーは、廃ガスの強制排気装置が設けられた排気口を有している。キルン胴は、投入口と排出口との間に配置され、燃焼室に連通する複数の吸気ノズルを備えている。
【発明の効果】
【0015】
本開示に係る製造設備及び製造方法では、向流型及び併流型の原料灰減容装置を用いることができる。向流型原料灰減容装置では、原料灰を燃焼する際に、原料供給管から投入した原料灰を燃焼させつつ、投入口側から排出口側に向かって移動させるとともに、排出口側に設けられた一次吸気口及び二次吸気口から、燃焼室内に外気を燃焼空気として供給することにより、上記原料灰の燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を上記投入口側に向かって移動させる。併流型原料灰減容装置では、原料灰を燃焼する際に、廃ガスを強制排気することにより、吸気口及び複数の吸気ノズルから、燃焼室内に外気が燃焼空気として供給されるとともに、投入口側において原料灰から発生した廃ガス及び蒸気が、排出口に向かって移動する。これらの減容装置によれば、急激な温度上昇を抑制して、原料灰を安定して燃焼することができる。この製造設備及び製造方法によれば、低融点物質の付着による製造トラブルを生じることなく、原料灰が効率的に減容することができる。これにより、バナジウム回収に要する薬剤、処理水等が減量され、製造コストが顕著に低減される。さらに、この製造方法では、バナジウム化合物の流出をともなう原料灰の洗浄が不要であるため、バナジウムの回収率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本開示が詳細に説明される。本開示は、その要旨を変更しない範囲で、適宜変更して実施することが可能である。なお、本願明細書において特に言及しない限り、「Ｘ～Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味し、「％」は「質量％」を意味する。
【0018】
［第一実施形態］
本開示の一実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法は、バナジウム及び／又はバナジウム化合物を含有する原料灰から、高純度バナジウム化合物を回収するための方法であり、特に、レドックス・フロー電池用電解液に適した高純度バナジウム化合物を、極めて高い回収率で得るための方法である。例えば、この製造方法は、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を準備すること、原料灰減容装置を用いて、この原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、及び、この焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、を含む。この製造方法によれば、製造トラブルの発生が少なく、低コストでバナジウム化合物を回収できる。回収したバナジウム化合物を原料として、レドックス・フロー電池用電解液の製造に供することにより、安価で効率よくレドックス・フロー電池用電解液を得ることができる。
本開示の一実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法は、バナジウム及び／又はバナジウム化合物を含有する原料灰から、高純度バナジウム化合物を回収するための方法であり、特に、レドックス・フロー電池用電解液に適した高純度バナジウム化合物を、極めて高い回収率で得るための方法である。例えば、この製造方法は、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を準備すること、原料灰減容装置を用いて、この原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、及び、この焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、を含む。この製造方法によれば、製造トラブルの発生が少なく、低コストでバナジウム化合物を回収できる。回収したバナジウム化合物を原料として、レドックス・フロー電池用電解液の製造に供することにより、安価で効率よくレドックス・フロー電池用電解液を得ることができる。
【0019】
この製造方法に用いられる原料灰としては、例えば、重質油、常圧蒸留残渣油、減圧蒸留残渣油などの燃焼灰、焼却ボイラー灰、部分酸化灰、石油コークス灰、オイルサンドの残渣灰などを挙げることができる。この燃焼灰等に、バナジウム含有の廃触媒を混合したものを原料灰として用いてもよい。以下、燃焼灰を原料灰として用いる場合を例として、この実施形態について詳細に説明する。
【0020】
この実施形態に係る製造方法では、バナジウムを含み、かつ、含水状態の燃焼灰が原料として準備される。含水状態の原料灰が後述する原料灰減容装置に供されると、原料灰中の水分が蒸発して水蒸気になる。この水分の蒸発に伴う吸熱により、原料灰の燃焼に伴う過剰な温度上昇が抑制される。
【0021】
原料灰を燃焼する際に適正な燃焼温度が維持されるとの観点から、原料灰の含水率は５０質量％以上が好ましく、６０質量％以上がより好ましく、６５質量％以上が特に好ましい。含水率の上限値は特に限定されないが、原料灰の燃焼に要するエネルギー及びコストの観点から、好ましくは７５質量％以下である。準備された燃焼灰の含水率に応じて、この燃焼灰をそのまま原料灰として使用してもよいし、水と混合して含水率を当該範囲に調整したものを原料灰として使用してもよい。
【0022】
前述した通り、原料灰はバナジウムを含んでいる。代表的には、原料灰（燃焼灰）に含まれる成分は、炭素、硫酸根、バナジウム及び水である。
【0023】
原料灰に含まれるバナジウムは、３価、４価、５価の様々な価数の化合物の形態をとっている。具体的にはＮＨ４Ｖ３（ＯＨ）６（ＳＯ４）２、ＶＯＳＯ４・５Ｈ２Ｏ、Ｖ２Ｏ５等である。一般に、原料灰に含まれるバナジウム（純Ｖ）は、０．１～１０質量％程度であり、より一般的には１～３質量％程度である。
【0024】
原料灰に含まれる炭素は、未燃焼の炭素又は炭化水素を主成分とする非水溶性固形物（Ｓ分）を意味する。原料灰に含まれる炭素分の量は、その種類にもよるが、通常、乾物当たり５０～９０質量％程度であり、より一般的には６０～８５質量％程度である。
【0025】
原料灰には、バナジウム以外の他の元素（夾雑物）も含まれている。このような夾雑物の例として、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、モリブデン、クロム、チタン、銅、亜鉛、パラジウム、白金、リン、硫黄等が挙げられる。一般にこれらの金属夾雑物は、酸化物、硫化物等として含まれることが多い。一般に、原料灰に含まれるこれらの金属夾雑物は、元素の種類にもよるが、０．１～１０質量％程度であり、より一般的には０．３～１．０質量％程度である。
【0026】
原料灰が硫酸根として硫安分を含む場合、硫安分の量は原料灰の種類にもよるが、通常、質量比で０～６０質量％程度であり、より一般的には３０～５０質量％程度である。硫安分を多く含む廃棄物としては、石油系燃焼灰などを挙げることができる。また、原料灰が硫酸を含む場合、硫酸の量は、０～２０質量％程度であり、より一般的には１０～１５質量％程度である。なお、本開示にかかる製造方法は、硫酸根を含まない原料灰についても適用されうる。
【0027】
（原料灰の燃焼）
原料灰の燃焼には、所定の構成を有する原料灰減容装置が用いられる。原料灰減容装置を用いて原料灰を燃焼することにより、その容積を低減した焼却灰が得られる。燃焼により、原料灰中のほとんどの水分が蒸発して除去され、未燃焼カーボン等の炭素分が焼却されるとともに、原料灰中の硫酸根（硫酸、硫安等）がＳＯｘガス（亜硫酸ガス）として放出される。これにより、原料灰が５～２０質量％程度に減容され、得られる焼却灰中のバナジウム（純Ｖ）含有率が、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは１５質量％以上に向上する。また、焼却灰中の未燃焼カーボン等の炭素分は、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは８０質量％以下に低減される。さらに、焼却灰中の硫酸根は、好ましくは１．０質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下に低減される。この焼却灰を液相抽出することにより、バナジウム化合物の抽出効率が向上する。さらには、より少ない量の薬剤（例えば水、酸、アルカリ等の抽出液）でバナジウム化合物を抽出することができるため、製造コストが大幅に低減される。
原料灰の燃焼には、所定の構成を有する原料灰減容装置が用いられる。原料灰減容装置を用いて原料灰を燃焼することにより、その容積を低減した焼却灰が得られる。燃焼により、原料灰中のほとんどの水分が蒸発して除去され、未燃焼カーボン等の炭素分が焼却されるとともに、原料灰中の硫酸根（硫酸、硫安等）がＳＯｘガス（亜硫酸ガス）として放出される。これにより、原料灰が５～２０質量％程度に減容され、得られる焼却灰中のバナジウム（純Ｖ）含有率が、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは１５質量％以上に向上する。また、焼却灰中の未燃焼カーボン等の炭素分は、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは８０質量％以下に低減される。さらに、焼却灰中の硫酸根は、好ましくは１．０質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下に低減される。この焼却灰を液相抽出することにより、バナジウム化合物の抽出効率が向上する。さらには、より少ない量の薬剤（例えば水、酸、アルカリ等の抽出液）でバナジウム化合物を抽出することができるため、製造コストが大幅に低減される。
【0028】
図１及び図２には、第一実施形態で用いられる原料灰減容装置２０（以下、「減容装置２０」と称する場合がある）の一例が示されている。なお、第一実施形態における原料灰減容装置２０は、「併流方式」の減容装置である。ここで、「併流方式」とは、投入された原料灰の移動方向と併流に、燃焼空気、廃ガス等が移動する方式を意味する。以下、図１及び図２を用いて、原料灰減容装置２０の基本構成及び使用方法を説明する。
【0029】
図示される通り、この減容装置２０は、キルン胴２８と、入口チャンバー３０と、出口チャンバー３２と、を備えている。キルン胴２８は概して円筒状である。図１における左右方向は、このキルン胴２８の軸方向である。
【0030】
キルン胴２８は、その一端に原料灰を投入する投入口２２を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口２４を有している。キルン胴２８の内部には、原料灰を燃焼させるための燃焼室２６が形成されている。以下、本明細書において、燃焼室２６の投入口２２側を上流側、排出口２４側を下流側と称する場合がある。
【0031】
この実施形態では、減容装置２０は、キルン胴２８を軸心周りに回転させる駆動機構を備えている。キルン胴２８は、複数のサポート４０により回転可能に支持されている。図１中、キルン胴２８の回転軸が破線線で示されている。
【0032】
入口チャンバー３０は、キルン胴２８の投入口２２側に設けられている。この入口チャンバー３０は、外気の吸気口３４を有しており、燃焼室２６に連通している。燃焼室２６内には、入口チャンバー３０を貫通して、原料灰の投入装置４２と、着火装置４４とが挿入されている。図示されないが、投入装置４２には、原料灰の供給管が接続されている。着火装置４４には、助燃剤としてＬＰガス等を供給するための配管が接続されている。
【0033】
出口チャンバー３２は、キルン胴２８の排出口２４側に設けられている。この出口チャンバー３２は、廃ガスの排気口３６を有しており、燃焼室２６に連通している。出口チャンバー３２は、さらに、焼却灰を取り出すための取出口４６を備えている。この実施形態では、取出口４６は、配管を介して回収装置に接続されており、排気口３６には、廃ガスを強制排気するための強制排気装置が設置されている。排気口３６は、サイクロン、バグフィルタを含む集塵機を介して、排煙脱硫装置に接続されてもよい。
【0034】
図示される通り、キルン胴２８は、燃焼室２６に連通して、外気を取り入れるための複数の吸気ノズル３８をさらに備えている。複数の吸気ノズル３８はキルン胴２８の投入口２２と排出口２４との間に配置されている。各吸気ノズル３８は、その一端が燃焼室２６内で開口しており、他端がキルン胴２８外の外気に向けて開口している。
【0035】
図３は、キルン胴２８に設けられた吸気ノズル３８の近傍が拡大して示された部分断面図である。この実施形態では、キルン胴２８の外周に設けたリングヘッダー４８に、複数の吸気ノズル３８が間隔を開けて取り付けられている。図示される通り、複数の吸気ノズル３８の、燃焼室２６内に開口した先端には、それぞれ、原料灰又は焼却灰が吸気ノズル３８に流入することを防ぐためのダスト流入防止カバー５０が隔設されている。各吸気ノズル３８の、外気に向けて開口した先端に、雨水流入防止カバーが設けられてもよい。
【0036】
キルン胴２８の外壁５２は鉄皮と称される。燃焼による高温及び燃焼物から発生するＳＯｘガス等に曝される鉄皮５２の内表面は、耐酸レンガ又は抗火石からなる層５４に被覆されており、この層５４に耐熱レンガ５６が積層されている。さらに、図示される通り、このキルン胴２８では、吸気ノズル３８の上流側において、鉄皮５２と、耐酸レンガ又は抗火石からなる層５４との間に、耐酸ペイント５８及び耐酸モルタル６０からなる層が形成されている。耐酸レンガ、抗火石、耐酸ペイント及び耐酸モルタルは、ＳＯｘガス等硫黄酸化物に対する耐腐食性を有している。換言すれば、キルン胴２８の壁面は、硫黄酸化物に対する腐食防止材料からなる層を含む。
【0037】
この減容装置２０によって原料灰の燃焼が実施されるには、キルン胴２８の投入口２２に挿入された投入装置４２により、燃焼室２６内に含水状態の原料灰が投入される。この投入装置４２としてはコンベア、プッシャー、振動フィーダー等が例示される。
【0038】
原料灰の投入時、吸気口３４、複数の吸気ノズル３８及び排気口３６は解放されており、燃焼室２６内は外気に満たされている。この燃焼室２６内に助燃剤であるＬＰガスが供給され、着火装置４４で着火して原料灰の燃焼が開始される。この着火装置４４としては着火ランス等を使用することができる。なお、原料灰の燃焼が開始され、熾火燃焼が継続している状態では、着火装置１４４の使用は不要である。
【0039】
この実施形態において、減容装置２０は、その一端から他端に向かって、軸方向に傾斜が設けられている。この減容装置２０では、投入口２２から排出口２４に向かって、下向きの傾斜が設けられている。キルン胴２８は、駆動機構により軸心周りに回転する。この回転と傾斜とにより、燃焼する原料灰は、燃焼室２６の中で撹拌されつつ、投入口２２から排出口２４に向かって移動する。移動中、原料灰に含まれる炭素分等の燃焼により減容化された焼却灰が、排出口２４から出口チャンバー３２に排出される。
【0040】
燃焼室２６において、原料灰が燃焼すると、ＳＯｘ等を含む廃ガスが発生する。この実施形態では、排気口３６に設けられた強制排気装置により、廃ガスが強制排気される。この強制排気に伴って、燃焼室２６内に負圧が生じる。この負圧により、解放された吸気口３４及び複数の吸気ノズル３８から、燃焼空気である外気が燃焼室２６内に供給される。これにより、キルン胴２８の内部に、投入口２２から排出口２４に、即ち、上流から下流に向かう空気の流れが発生する。この流れによって、燃焼室２６内に存在する原料灰に、燃焼に必要な酸素が有効に供給される。この減容装置２０では、原料灰が、酸素の供給を受けて燃焼しながら、排出口２４に向かって進みつつ、自己の燃焼熱によりさらに加熱される一方で、より低温の外気（大気）が供給されることにより、急激な温度上昇が抑制されうる。
【0041】
また、前述した通り、この実施形態では、原料灰が、含水状態で燃焼室２６に投入される。原料灰は、未燃焼カーボン等の炭素分を多く含む。水分を含む炭素分の燃焼状態が、図１に示されている。図１中、投入口２２に近い上流領域では、原料灰表面の水分が蒸発乾燥しやすい状態に解砕される（原料灰解砕領域）。投入口２２と排出口２４との間の中流領域では、解砕された原料灰の表面から水分が蒸発するとともに、原料灰から放出された可燃性ガスが発火、若しくは着火されて燃焼する（水分乾燥及び着火燃焼領域）。排出口２４に近い下流領域では、原料灰内部の水分が蒸発するとともに、空気（酸素）と接触する原料灰が燃焼する（水分蒸発及び熾火燃焼領域）。
【0042】
ここで、熾火燃焼とは、発火を伴わず、酸素との接触で燃焼している現象を意味する。通常、このような燃焼状態が継続すると、燃焼室２６の上流から下流に向かって、燃焼温度が徐々に増加し、熾火燃焼領域では、その温度が１０００℃を超える場合がある。しかし、この減容装置２０では、キルン胴２８の内部に、上流から下流に向かう空気の流れが生じている。この流れにより、上流で発生した水蒸気が下流に運ばれる。比較的低温の水蒸気によって、熾火燃焼領域における急激な温度上昇が抑制される。また、燃焼による酸素の消費及び蒸発水蒸気の分圧上昇に伴って酸素分圧が調整されるため、原料灰表面での急激燃焼が抑制され、良好な燃焼状態が維持される。
【0043】
さらに、この実施形態では、複数の吸気ノズル３８が、投入口２２と排出口２４との間の中流領域に設置されている。この減容装置２０では、各吸気ノズル３８から取り込まれた比較的低温の外気が、上流から下流へ向かう空気の流れによって、主として、燃焼による酸素消費及び蒸発水蒸気の分圧上昇により酸素分圧が低下した下流領域に供給される。この下流領域では、熾火燃焼による急激な温度上昇が水蒸気により抑制されながらも、吸気ノズル３８から供給される外気によって、良好な燃焼状態が維持される。
【0044】
換言すれば、この減容装置２０は、排気口３６に設けられた強制排気装置が廃ガスを強制排気することにより、吸気口３４及び複数の吸気ノズル３８から、燃焼室２６内に外気が燃焼空気として供給されるとともに、投入口２２側において原料灰から発生した水蒸気が、排出口２４に向かって移動するように構成されている。この減容装置２０を用いた焼却工程によれば、燃焼室２６内において、比較的低い温度での緩やかな燃焼状態が安定して維持されうる。この減容装置２０を用いた焼却工程を経て得られる焼却灰は、投入された原料灰の１０～２０質量％程度まで減容される。さらに、この減容装置２０では、局所的な温度上昇が回避されるので、低融点物質による付着トラブルが低減される。
【0045】
この減容装置２０では、強制排気装置による廃ガスの排気量を調整することにより、吸気口３４及び／又は吸気ノズル３８からの吸気量を制御することができる。具体的には、燃焼温度が高くなりすぎる場合には、燃焼空気である吸気量を減少し、燃焼状態が不良の場合には吸気量を増加させることにより、緩やかで安定した燃焼状態を維持することができる。バナジウム化合物の回収率向上及び付着トラブル低減の観点から、キルン胴２８内における原料灰の温度は７００℃以下が好ましく、６９０℃を超えないことが特に好ましい。燃焼効率の観点から、好ましい燃焼温度は４００℃以上であり、６００℃以上がより好ましい。
【0046】
燃焼状態を良好に維持するとの観点から、排気口３６から排出された廃ガスの温度を測定し、この温度を指標として、燃焼温度を調整することが好ましい。廃ガスの温度測定は、排気口３６付近に設置した既知の温度センサー等によりなされうる。この廃ガスの温度を指標として、吸気口３４及び／又は複数の吸気ノズル３８から、強制的に外気を燃焼空気として供給してもよい。好ましくは、キルン胴２８内における原料灰の温度が前述した燃焼温度となるように、吸気口３４及び／又は吸気ノズル３８からの燃焼空気の供給量を調整する。これにより、キルン胴２８内における原料灰の燃焼温度がより精密に制御される。
【0047】
必要に応じて、キルン胴２８の外周面の温度を調整することにより、燃焼温度を制御してもよい。例えば、キルン胴２８の外周面に冷風を吹き付けることにより、燃焼温度を制御する方法が挙げられる。特に、高温となりやすい熾火燃焼領域が位置する下流部分の温度を制御することが好ましい。
【0048】
本開示の効果が得られる限り、着火装置４４から、強制的に外気を燃焼用空気として供給してもよい。必要に応じて、燃焼室２６内にＬＰガス等の助燃剤を供給してもよい。
【0049】
（焼却灰の液相抽出）
この実施形態では、原料灰を燃焼して減容させた焼却灰を、バナジウム化合物を溶解する液体（抽出液）に浸漬させて、液相にバナジウム化合物を抽出する。この製造方法によれば、液相抽出に供される焼却灰には、原料灰に存在したバナジウムのほぼ全量が含まれている。さらに、この焼却灰中のバナジウム含有率は高い。この焼却灰から液相へのバナジウムの抽出効率は、高い。この製造方法によれば、焼却灰に添加する抽出液の量を低減することができる。さらには、液相抽出により生じる廃液量を低減することもできる。
この実施形態では、原料灰を燃焼して減容させた焼却灰を、バナジウム化合物を溶解する液体（抽出液）に浸漬させて、液相にバナジウム化合物を抽出する。この製造方法によれば、液相抽出に供される焼却灰には、原料灰に存在したバナジウムのほぼ全量が含まれている。さらに、この焼却灰中のバナジウム含有率は高い。この焼却灰から液相へのバナジウムの抽出効率は、高い。この製造方法によれば、焼却灰に添加する抽出液の量を低減することができる。さらには、液相抽出により生じる廃液量を低減することもできる。
【0050】
（原料灰の含水率調整）
本開示の効果が阻害されない限り、この製造方法において、燃焼前に原料灰の含水率を５０質量％以上に調整してもよい。例えば、減容装置２０のキルン胴２８への投入前に、原料灰に水を添加・混合して、その含水率を好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、さらに好ましくは６５質量％以上に調整する。原料灰に添加する水としては特に限定されない。得られるバナジウム化合物の純度向上の観点から、塩等を含まないことが好ましい。含水率５０質量％以上の原料灰を燃焼することにより、燃焼室２６内における蒸気発生量が適正となり、水分蒸発に伴う吸熱により燃焼室２６内の温度の過剰な上昇が回避されうる。原料灰の燃焼に係るエネルギー及びコスト抑制の観点から、調整後の原料灰の含水率は７５質量％以下が好ましい。
本開示の効果が阻害されない限り、この製造方法において、燃焼前に原料灰の含水率を５０質量％以上に調整してもよい。例えば、減容装置２０のキルン胴２８への投入前に、原料灰に水を添加・混合して、その含水率を好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、さらに好ましくは６５質量％以上に調整する。原料灰に添加する水としては特に限定されない。得られるバナジウム化合物の純度向上の観点から、塩等を含まないことが好ましい。含水率５０質量％以上の原料灰を燃焼することにより、燃焼室２６内における蒸気発生量が適正となり、水分蒸発に伴う吸熱により燃焼室２６内の温度の過剰な上昇が回避されうる。原料灰の燃焼に係るエネルギー及びコスト抑制の観点から、調整後の原料灰の含水率は７５質量％以下が好ましい。
【0051】
原料灰の含水率調整方法は、バッチ法でもよく、連続法でもよい。具体的には、原料灰に水を添加して混合する混練混合装置を用いた方法を挙げることができる。また、減容装置２０の投入口２２に接続されたスクリューコンベア内の原料灰に散水する方法により、その含水率を調整してもよい。
【0052】
（第一実施形態に係るバナジウム化合物の製造設備）
本開示のバナジウム化合物の製造装置は、前述した第一実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法を実施するための設備として構成することができる。第一実施形態に係るバナジウム化合物の製造設備は、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んで構成される。図１及び図２に示される基本構成を備えた原料灰減容装置２０が用いられる。前述した通り、原料灰減容装置２０は、その一端に原料灰を投入する投入口２２を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口２４を有し、その内部が燃焼室２６である円筒状のキルン胴２８を備えている。キルン胴２８の投入口２２側には、燃焼室２６に連通する入口チャンバー３０が設けられている。キルン胴２８の排出口２４側には、燃焼室２６に連通する出口チャンバー３２が設けられている。入口チャンバー３０は、外気の吸気口３４を有している。出口チャンバー３２は、廃ガスの強制排気装置が設けられた排気口３６を有している。キルン胴２８は、投入口２２と排出口２４との間に配置され、燃焼室２６に連通する複数の吸気ノズル３８を備えている。この減容装置２０では、排気口３６から廃ガスが強制排気される。この減容装置２０は、この強制排気により、吸気口３４及び複数の吸気ノズル３８から、燃焼室２６内に外気が燃焼空気として供給されるとともに、投入口２２側において原料灰から発生した蒸気が、排出口２４に向かって移動するように構成されている。この構成を有する減容装置２０では、使用時に、投入口２２から投入された原料灰が、排出口２４に向かって燃焼しつつ移動し、かつ、上流から下流に向かう気流が生じる。換言すれば、この減容装置２０は、原料灰の移動方向と気流の方向とが同じ（併流）である。この減容装置２０では、併流系であることにより、キルン胴２８に投入された原料灰の燃焼温度の制御が容易である。
本開示のバナジウム化合物の製造装置は、前述した第一実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法を実施するための設備として構成することができる。第一実施形態に係るバナジウム化合物の製造設備は、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んで構成される。図１及び図２に示される基本構成を備えた原料灰減容装置２０が用いられる。前述した通り、原料灰減容装置２０は、その一端に原料灰を投入する投入口２２を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口２４を有し、その内部が燃焼室２６である円筒状のキルン胴２８を備えている。キルン胴２８の投入口２２側には、燃焼室２６に連通する入口チャンバー３０が設けられている。キルン胴２８の排出口２４側には、燃焼室２６に連通する出口チャンバー３２が設けられている。入口チャンバー３０は、外気の吸気口３４を有している。出口チャンバー３２は、廃ガスの強制排気装置が設けられた排気口３６を有している。キルン胴２８は、投入口２２と排出口２４との間に配置され、燃焼室２６に連通する複数の吸気ノズル３８を備えている。この減容装置２０では、排気口３６から廃ガスが強制排気される。この減容装置２０は、この強制排気により、吸気口３４及び複数の吸気ノズル３８から、燃焼室２６内に外気が燃焼空気として供給されるとともに、投入口２２側において原料灰から発生した蒸気が、排出口２４に向かって移動するように構成されている。この構成を有する減容装置２０では、使用時に、投入口２２から投入された原料灰が、排出口２４に向かって燃焼しつつ移動し、かつ、上流から下流に向かう気流が生じる。換言すれば、この減容装置２０は、原料灰の移動方向と気流の方向とが同じ（併流）である。この減容装置２０では、併流系であることにより、キルン胴２８に投入された原料灰の燃焼温度の制御が容易である。
【0053】
第一実施形態に係る製造設備では、原料灰減容装置２０を用いて含水状態の原料灰を燃焼させて減容することにより、バナジウム含有率の高い焼却灰が得られる。また、この減容装置２０によれば、燃焼中に未燃焼カーボン等の炭素分が焼却されるとともに、硫酸根の大部分がＳＯｘとして除去される。この焼却灰を回収装置に供することにより、アルカリ等薬剤や処理水の使用量が低減され、製造コストが顕著に低減される。さらに、この焼却灰によれば、液相抽出時に、未燃焼カーボン等への吸着によるバナジウムの流出が回避されるため、バナジウム化合物の回収率が向上する。
【0054】
排気口３６に設置する強制排気装置としては特に限定されず、誘引通風機等既知の排気装置が用いられる。好ましくは、強制排気装置は、廃熱回収装置、硫安回収装置及び廃ガス処理装置（特には、排煙脱硫装置）を経由して、排気口３６に接続される。この製造設備が、排気口３６から排出された廃ガスの温度を指標として、強制排気装置による排気量を調整する調整装置を含んでもよい。減容装置２０のキルン胴２８内における原料灰の温度が好ましくは７００℃以下、より好ましくは６９０℃を超えないように、廃ガスの排気量を調整することが好ましい。廃ガスの温度を指標として、原料灰の燃焼温度が調整された減容装置２０では、低融点である五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の融解に起因するバナジウム回収率の低下や、装置への付着トラブルが回避されうる。さらには、付着物の洗浄等に要するコストが低減される。
【0055】
燃焼温度の調整が容易であるとの観点から、この製造設備が、排気口３６から排出された廃ガスの温度を指標として、吸気口３４及び／又は複数の吸気ノズル３８からの燃焼空気の供給量を調整する調整装置を備えてもよい。例えば、入口チャンバー３０の吸気口３４からの外気の吸入量を調整する吸気量調整装置をさらに備えてもよい。この吸気量調整装置としては空気送風機等が例示される。また複数の吸気ノズル３８のそれぞれが、絞り込み等の流量調整装置を備えてもよい。
【0056】
好ましくは、この製造設備は、減容装置２０の排気口３６から排出した廃ガスの温度を測定する、廃ガス温度測定装置をさらに備えている。測定された廃ガスの温度に基づいて、排気口３６からの排気量、吸気口３４からの吸気量及び吸気ノズル３８からの吸気量を調整することにより、燃焼室２６における燃焼温度をより精密に制御することが可能になる。この廃ガス温度測定装置として、既知の温度センサー等が用いられうる。
【0057】
この製造設備が、減容装置２０のキルン胴２８の外周面に、外部温度制御装置をさらに備えてもよい。この外部温度制御装置により、燃焼室２６における燃焼温度の制御がさらに容易になる。外部温度制御装置としては、冷却ファン等が例示される。
【0058】
好ましくは、この製造設備は、減容装置２０のキルン胴２８に投入する前の原料灰の含水率を調整する含水率調整装置を備える。原料灰含水率調整装置では、原料灰の含水率を５０質量％以上に調整する。これにより、燃焼室２６における燃焼温度の急激な上昇が回避されうる。この含水率調整装置としては、混練混合装置等が例示される。
【0059】
好ましくは、この製造設備は、排気口３６から排出される廃ガスを処理するための排煙脱硫装置をさらに含む。排煙脱硫装置により、廃ガス中の二酸化硫黄等ＳＯｘを除去することができる。既知の排煙脱硫装置が適宜選択して用いられうる。この製造設備が、除去したＳＯｘを硫安として回収する回収装置をさらに備えてもよい。
【0060】
好ましくは、バナジウム回収装置は、焼却灰を抽出液に浸漬させて、焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えている。この抽出液が、酸、アルカリ及び水又はこれらの溶液であってもよい。
【0061】
抽出機により、バナジウム化合物の液相抽出が実施される。この抽出機としては、例えば、抽出液及び焼却灰を混合する撹拌混合槽等を挙げることができる。抽出機がｐＨ調整機を含んでもよい。バナジウム回収装置が、液相抽出後の抽出液を回収する固液分離機をさらに備えてもよい。
【0062】
［第二実施形態］
本開示の他の実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法は、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を準備すること、第一実施形態とは異なる構成の原料灰減容装置を用いて、原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、及び、この焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、を含む。第一実施形態にて前述された原料灰が、適宜選択して用いられる。
本開示の他の実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法は、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を準備すること、第一実施形態とは異なる構成の原料灰減容装置を用いて、原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、及び、この焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、を含む。第一実施形態にて前述された原料灰が、適宜選択して用いられる。
【0063】
（原料灰の燃焼）
第二実施形態において、原料灰の燃焼には、「向流方式」の原料灰減容装置が用いられる。ここで、「向流方式」とは、投入された原料灰の移動方向と略対向する方向（向流）に、燃焼空気、廃ガス等が移動する方式を意味する。向流方式の原料灰減容装置を用いて原料灰を燃焼することにより、原料灰の燃焼温度をより精密に制御して、局所的な温度上昇を回避しながら、その容積が５～２０質量％程度に低減された焼却灰が得られる。この製造方法によれば、製造トラブルの発生がさらに少なく、低コストでバナジウム化合物を回収できる。
第二実施形態において、原料灰の燃焼には、「向流方式」の原料灰減容装置が用いられる。ここで、「向流方式」とは、投入された原料灰の移動方向と略対向する方向（向流）に、燃焼空気、廃ガス等が移動する方式を意味する。向流方式の原料灰減容装置を用いて原料灰を燃焼することにより、原料灰の燃焼温度をより精密に制御して、局所的な温度上昇を回避しながら、その容積が５～２０質量％程度に低減された焼却灰が得られる。この製造方法によれば、製造トラブルの発生がさらに少なく、低コストでバナジウム化合物を回収できる。
【0064】
図３には、この第二実施形態で用いられる原料灰減容装置１２０（以下、「減容装置１２０」と称する場合がある）の一例が示されている。以下、図３を用いて、原料灰減容装置１２０の基本構成及び使用方法を説明する。
【0065】
図示される通り、この減容装置１２０は、キルン胴１２８と、吸気チャンバー１３０と、排気・燃焼チャンバー１３２と、を備えている。キルン胴１２８は概して円筒状である。図３における左右方向は、このキルン胴１２８の軸方向である。
【0066】
キルン胴１２８は、その一端に原料灰を投入する投入口１２２を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口１２４を有している。キルン胴１２８の内部には、原料灰を燃焼させるための燃焼室１２６が形成されている。以下、本明細書において、燃焼室１２６の投入口１２２側を上流側、排出口１２４側を下流側と称する場合がある。
【0067】
この実施形態では、減容装置１２０は、キルン胴１２８を軸心周りに回転させる駆動機構を備えている。キルン胴１２８は、複数のサポート１４０により回転可能に支持されている。図３中、キルン胴１２８の回転軸が破線線で示されている。
【0068】
吸気チャンバー１３０は、キルン胴１２８排出口１２４側に設けられている。この吸気チャンバー１３０は、外気（燃焼空気）の一次吸気口１３３と、焼却灰を取り出すための一次取出口１３４を有しており、燃焼室１２６に連通している。燃焼室１２６の内部には、吸気チャンバー１３０を貫通して、排出口１２４から、吸気ランス１３５が挿入されている。吸気ランス１３５はパイプ状であり、その一端が燃焼室１２６の内部で開口している。吸気ランス１３５が、この開口部付近に燃焼室１２６内の内部温度測定装置を有してもよい。内部温度測定装置としては、既知の温度センサーが適宜用いられる。吸気ランス１３５の他端は吸気チャンバー１３０から露出しており、外気の二次吸気口１３８を有している。一次吸気口１３３及び二次吸気口１３８には、外気（燃焼空気）の供給量を調整する調整装置を設置してもよい。吸気ランス１３５が、燃焼室１２６内への外気の供給位置を調整するための吸気位置調整機構を有してもよい。この実施形態では、一次取出口１３４が、配管を介してバナジウム回収装置に接続されている。
【0069】
排気・燃焼チャンバー１３２は、キルン胴１２８の投入口１２２側に設けられており、燃焼室１２６に連通している。この排気・燃焼チャンバー１３２は、廃ガスを排気する排気口１４１と、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構とを有している。この実施形態では、排気・燃焼チャンバー１３２を貫通して、投入口１２２から、燃焼室１２６の内部に原料供給管１４２と着火装置１４４とが挿入されている。着火装置１４４には、助燃剤としてＬＰガス等を供給するための配管が接続されている。原料供給管１４２が、燃焼室内への原料灰の供給位置を調整するための原料位置調整機構１４５を有してもよい。さらに、排気・燃焼チャンバー１３２が燃焼した飛散灰を取り出すための二次取出口１４６を備えている。二次取出口１４６が、配管を介してバナジウム回収装置に接続されてもよい。排気口１４１には、廃ガスを排気するための排気装置を設置してもよく、この排気口１４１付近に、廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置を備えてもよい。廃ガス温度測定装置としては、既知の温度センサーが適宜用いられる。排気口１４１が、廃ガスを処理するための排煙脱硫装置と、この廃ガス中の固形分をする固形分回収装置と、に接続されてもよい。例えば、排気口１４１が、サイクロン、バグフィルタを含む集塵機を介して、排煙脱硫装置に接続されてもよい。
【0070】
キルン胴１２８の外壁１５２は鉄皮と称される。燃焼による高温に曝される鉄皮１５２の内表面は、耐火材からなる層１５４に被覆されている。鉄皮１５２の内表面が、さらに、ＳＯｘガス等硫黄酸化物に対する腐食防止材料からなる層を有してもよい。
【0071】
この減容装置１２０によって原料灰の燃焼が実施されるには、キルン胴１２８の投入口１２２に挿入された原料供給管１４２により、燃焼室１２６内に含水状態の原料灰が投入される。この原料供給管１４２として、コンベア、プッシャー、振動フィーダー等が用いられてもよい。
【0072】
原料灰の投入時、一次吸気口１３３、二次吸気口１３８及び排気口１４１は解放されており、燃焼室１２６内は外気に満たされている。この燃焼室１２６内に助燃剤であるＬＰガスが供給され、着火装置１４４で着火して原料灰の燃焼が開始される。この着火装置１４４としては着火ランス等を使用することができる。なお、原料灰の燃焼が開始され、熾火燃焼が継続している状態では、着火装置１４４の使用は不要である。
【0073】
この実施形態において、減容装置１２０は、その一端から他端に向かって、軸方向に傾斜が設けられている。この減容装置１２０では、投入口１２２から排出口１２４に向かって、下向きの傾斜が設けられている。キルン胴１２８は、駆動機構により軸心周りに回転する。この回転と傾斜とにより、燃焼する原料灰は、燃焼室１２６の中で撹拌されつつ、投入口１２２から排出口１２４に向かって移動する。移動中、原料灰に含まれる炭素分等の燃焼により減容化された焼却灰が、排出口１２４から吸気チャンバー１３０に移動して、一次取出口１３４から取り出される。
【0074】
燃焼室１２６において、原料灰が燃焼すると、蒸気、ＳＯｘ等を含む廃ガスが発生する。また、原料灰の最大粒子径は１００μｍ付近であり、そのため、多くが燃焼室１２６の内部に飛散する。この実施形態では、一次吸気口１３３及び二次吸気口１３８から、燃焼空気である外気が燃焼室１２６内に供給される。これにより、キルン胴１２８の内部に、排出口１２４から投入口１２２に、即ち、下流から上流に向かう空気の流れが発生する。この流れによって、燃焼室１２６内に存在する原料灰に、燃焼に必要な酸素が有効に供給されるとともに、比較的低温の燃焼空気大気との接触により、急激な温度上昇が抑制されうる。さらに、この減容装置１２０では、下流から上流に向かう空気の流れによって、燃焼により発生した廃ガスと、飛散灰とが、投入口１２２側に向かって移動して、排気・燃焼チャンバー１３２に流入する。排気・燃焼チャンバー１３２に流入した飛散灰は、燃焼機構により燃焼されて、一部が廃ガスとともに排気口１４１から排出され、一部が二次取出口１４６から取り出される。この実施態様によれば、飛散灰中のバナジウム化合物を回収することができる。排気・燃焼チャンバー１３２では、残酸素を含む廃ガスと飛散灰とが気固撹拌混合されている。そのため、飛散灰中のバナジウム化合物は、主に５価の酸化バナジウムとして含有されている。
【0075】
この実施形態における原料灰の燃焼状態が、図３に示されている。図３中、排気・燃焼チャンバー１３２を含む投入口１２２に近い上流領域では、飛散灰が乾燥して燃焼する（飛散灰乾燥燃焼領域）。投入口１２２と排出口１２４との間の中流領域では、原料灰内部の水分が蒸発するとともに、空気（酸素）と接触する原料灰が燃焼する（熾火燃焼維持領域）。排出口１２４に近い下流領域では、低温の空気（酸素）が供給されることにより燃焼灰が冷却される（熾火冷却領域）。
【0076】
例えば、熾火冷却領域では、一次吸気口１３３から供給された外気との接触によって、灰の燃焼温度が、好ましくは６９０℃以下、より好ましくは６５０℃以下、場合により１００℃近くまで冷却される。一方、一次吸気口１３３から供給された空気（一次燃焼空気）の温度は、熾火燃焼する灰との接触によって、常温から、好ましくは、原料灰が自然燃焼を起こす３５０℃以上、より好ましくは４００℃以上に昇温される。吸気ランス１３５の開口部付近に設置された内部温度測定装置により、燃焼室内１２６の温度を測定し、この内部温度を指標として、上記温度が達成されるように、一次吸気口１３３からの燃焼空気の供給量を調整してもよい。また、上記温度が達成されるように、吸気位置調整機構１３９を用いて、吸気ランス１３５の位置を変更することにより、二次吸気口１３８から供給される空気（二次燃焼空気）の供給位置を調整してもよい。
【0077】
熾火燃焼維持領域では、原料灰の燃焼温度を、好ましくは６９０℃以下、より好ましくは６５０℃以下に調整することにより、安定した熾火燃焼が維持される。燃焼効率の観点から、好ましい燃焼温度は６００℃以上である。例えば、排気口１４１付近に設けられた廃ガス温度測定装置により、排気口１４１から排出される廃ガスの温度を測定し、この廃ガスの温度を指標として、上記温度が達成されるように二次吸気口１３８からの燃焼空気の供給量を調整してもよい。また、上記温度が達成されるように、原料位置調整機構１４５を用いて、原料供給管１４２の位置を変更することにより、燃焼室１２６内に供給される原料灰の位置を調整して、原料灰の種類や量による負荷変動を抑制することもできる。
【0078】
６９０℃以下、好ましくは６５０℃以下の安定した熾火燃焼が進行する過程では、原料灰（一般に、１～１００μｍの粒径分布を有している）のうち、比較的大きな粒子の表面及び内部において、カーボン及びバナジウム化合物の酸化反応（主に燃焼）と還元反応（主に脱酸素）と複合して生じている。概ね、熾火燃焼の前半で酸化反応が生じ、後半で還元反応が生じている。この酸化反応から還元反応への移行段階で、燃焼中の灰の表面の熾火温度が７００℃を超える場合がある。そのため、融点の低い５価の酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）が溶融して、燃焼灰の表面を被覆するように厚み数ｍｍ程度の脆い塊を形成する。この状態で、燃焼灰が前述の熾火冷却領域に導入される。
【0079】
そして、本開示者らは、驚くべきことに、熾火冷却領域を経て一次取出口１３４から取り出される焼却灰（以下、この焼却灰を「焼成焼却灰」と称する場合がある）中のバナジウムの多くが鉄、ニッケル等との合金として存在しており、通常の酸、アルカリには溶解しない針状結晶を形成していることを見出した。この合金は、鉄鋼材料に所望の元素を加えて強度、靱性等を付与するための添加剤として有用であり、この実施形態に係る減容装置１２０によれば、従来回収されていなかったバナジウムを、重要なフェロバナジウム合金の粗原料として容易に回収することができることを見出した。
【0080】
飛散灰乾燥燃焼領域では、原料供給管１４２により供給される原料灰の乾燥とともに、廃ガスと共に下流から移動してきた飛散灰の燃焼が生じる。燃焼室１２６内を流れてきた廃ガスの温度は高い。この廃ガスとの接触により、飛散灰及び原料灰の乾燥及び燃焼が効率的におこなわれる。詳細には、熾火燃焼維持域及び飛散灰乾燥域の両方で発生した飛散灰は、好ましくは６９０℃以下、より好ましくは６５０℃以下の廃ガスとの接触により、気固燃焼反応又は酸化反応を受ける。この反応によって、飛散灰中のバナジウム化合物は、５価の酸化バナジウムとして存在している。排気・燃焼チャンバー１３２における飛散灰の乾燥及び燃焼の効率化の観点から、排気・燃焼チャンバー１３２の寸法を、飛散灰の滞留時間が２秒以上となるように設定することが好ましい。また、原料位置調整機構１４５を用いて、原料供給管１４２の位置を変更することにより、燃焼室１２６内に供給される原料灰の位置を調整して、当該領域における飛散灰及び原料灰の乾燥・燃焼温度を調整することもできる。
【0081】
換言すれば、この減容装置１２０は、原料灰を燃焼する際に、原料供給管１４２から投入した原料灰を燃焼させつつ、投入口１２２側から排出口１２４側に向かって移動させるとともに、排出口１２４側に設けられた一次吸気口１３３及び二次吸気口１３８から、燃焼室１２６内に外気を燃焼空気として供給することにより、原料灰の燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を投入口１３２側に向かって移動させ、燃焼室１２６内の温度及び排気口１４１から排出された廃ガスの温度を指標として、原料灰の燃焼温度を制御するように構成されている。
【0082】
前述した通り、この減容装置１２０では、一次吸気口１３３と二次吸気口１３８から低温の外気が供給される。詳細には、一次吸気口１３３からの外気は、排出口１２４付近の熾火冷却領域に供給され、二次吸気口１３８からの外気は、吸気ランス１３５を通って、中流付近の熾火燃焼維持領域に供給される。これにより、この減容装置１２０では、燃焼室１２６内の全域において、原料灰の燃焼温度と雰囲気温度とがバランスされる。このバランスにより、熾火燃焼領域において、急激な温度上昇を伴うことなく、良好な燃焼状態が維持される。さらに、この減容装置１２０では、燃焼室１２６内の全域において燃焼温度の急激な上昇が回避されるので、低融点物質の付着による製造トラブルが極めて低減される。
【0083】
この減容装置１２０では、原料灰の燃焼状態に応じて、一次吸気口１３３及び二次吸気口１３８からの燃焼空気の供給量を調整してもよい。詳細には、燃焼室１２６内の内部温度及び排気口１４１から排出された廃ガスの温度を指標として、一次吸気口１３３及び二次吸気口１３８からの燃焼空気の供給量とを調整することにより、原料灰の燃焼温度を制御してもよい。具体的には、燃焼温度が高くなりすぎる場合には、燃焼空気の供給量を減少し、燃焼状態が不良の場合には供給量を増加させることにより、緩やかで安定した燃焼状態を維持することができる。また、この減容装置１２０では、二次吸気口１３８からの供給量と、一次吸気口１３３からの供給量と、を別途増減することにより、熾火燃焼維持領域及び熾火冷却領域の燃焼状態を、それぞれ調節することができる。これにより、従来キルン胴を用いた焼却では困難であった、より精密な温度制御が可能となる。
【0084】
この減容装置１２０では、原料灰の投入量及び燃焼状態に応じて、吸気位置調整機構１３９を用いて、吸気ランス１３５の挿入位置を調整してもよく、原料位置調整機構１４５を用いて原料供給管１４２の挿入位置を調整してもよい。詳細には、燃焼室１２６内の内部温度及び排気口１４１から排出された廃ガスの温度を指標として、原料供給管１４２を移動して、燃焼室内への原料灰の供給位置を調整することにより、原料灰の燃焼温度を制御してもよく、また、吸気ランス１３５を移動して、燃焼室内への外気の供給位置を調整することにより、原料灰の燃焼温度を制御してもよい。例えば、原料灰の投入量が多く、熾火燃焼領域における燃焼空気が不足する場合には、外気の供給位置が熾火燃焼領域内になるように吸気ランス１３５を設置することができる。一方、熾火燃焼領域の温度が高くなりすぎる場合には、外気の供給位置が熾火燃焼領域外となるように吸気ランス１３５を設置するか、原料灰の供給位置が熾火燃焼領域内となるように原料供給管１４２の位置を設置することができる。この減容装置１２０によれば、一次吸気口１３３及び二次吸気口１３８からの燃焼空気の供給量をそれぞれ増減するとともに、二次吸気口１３８からの供給位置を調整することにより、また、原料供給管１４２からの原料灰の供給位置を調整することにより、熾火燃焼維持領域における燃焼温度をより精密に制御することができる。
【0085】
（焼却灰の液相抽出）
この実施形態では、原料灰を燃焼して減容させた焼却灰を、バナジウム化合物を溶解する液体（抽出液）に浸漬させて、液相にバナジウム化合物を抽出する。第二の実施形態によれば、燃焼室１２６内を通って一次取出口１３４から取り出される焼却灰（焼成焼却灰）と、排気・燃焼チャンバー１３２で焼却され二次取出口１４６から取り出された焼却灰と、排気口１４１から排出された廃ガスから回収される焼却灰と、を液相抽出に用いることができる。これにより、バナジウムの回収率が向上する。以下、二次取出口１４６から取り出される焼却灰と、廃ガスから回収される焼却灰とを、併せて飛散焼却灰と称する場合がある。
この実施形態では、原料灰を燃焼して減容させた焼却灰を、バナジウム化合物を溶解する液体（抽出液）に浸漬させて、液相にバナジウム化合物を抽出する。第二の実施形態によれば、燃焼室１２６内を通って一次取出口１３４から取り出される焼却灰（焼成焼却灰）と、排気・燃焼チャンバー１３２で焼却され二次取出口１４６から取り出された焼却灰と、排気口１４１から排出された廃ガスから回収される焼却灰と、を液相抽出に用いることができる。これにより、バナジウムの回収率が向上する。以下、二次取出口１４６から取り出される焼却灰と、廃ガスから回収される焼却灰とを、併せて飛散焼却灰と称する場合がある。
【0086】
前述した通り、飛散焼却灰中のバナジウムのほとんどは５価の酸化バナジウムとして存在し、焼成焼却灰中のバナジウムは５価の酸化バナジウムの他に、Ｆｅ、Ｎｉ等を含むバナジウム合金としても存在する。この減容装置１２０によれば、飛散焼却灰及び焼成焼却灰の液相抽出により、５価のバナジウムを効率よく回収することができる。さらには、液相抽出後の焼成焼却灰から、有用なフェロバナジウム合金の粗原料を回収することができる。その結果として、総体的にバナジウムの回収率が向上する。
【0087】
（任意の工程）
本開示の効果が阻害されない限り、第二の実施形態に係る製造方法が、第一実施形態にて前述した、原料灰の含水率を５０質量％以上に調整すること、及び、廃ガスから硫安分を回収して再利用すること（リサイクル）を含んでもよい。原料灰の含水率調整及びリサイクルの詳細は、第一実施形態にて前述した通りである。
本開示の効果が阻害されない限り、第二の実施形態に係る製造方法が、第一実施形態にて前述した、原料灰の含水率を５０質量％以上に調整すること、及び、廃ガスから硫安分を回収して再利用すること（リサイクル）を含んでもよい。原料灰の含水率調整及びリサイクルの詳細は、第一実施形態にて前述した通りである。
【0088】
（第二実施形態に係るバナジウム化合物の製造設備）
本開示のバナジウム化合物の製造装置が、前述した第二実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法を実施するための設備として構成されてもよい。第二実施形態に係るバナジウム化合物の製造設備は、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んで構成される。図３に示される基本構成を備えた原料灰減容装置１２０が用いられる。前述した通り、原料灰減容装置１２０は、その一端に原料灰を投入する投入口１２２を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口１２４を有し、その内部が燃焼室１２６である円筒状のキルン胴１２８を備えている。キルン胴１２８の投入口１２２側には、燃焼室１２６に連通する排気・燃焼チャンバー１３２及び原料供給管１４２が設けられている。キルン胴１２８の排出口１２４側には、燃焼室１２６に連通する吸気チャンバー１３０及び吸気ランス１３５が設けられている。吸気チャンバー１３０は、外気の一次吸気口１３３を有している。吸気ランス１３５は、外気の二次吸気口１３８を有している。排気・燃焼チャンバー１３２は、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構と、この廃ガスを排気する排気口１４１と、を有している。
本開示のバナジウム化合物の製造装置が、前述した第二実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法を実施するための設備として構成されてもよい。第二実施形態に係るバナジウム化合物の製造設備は、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んで構成される。図３に示される基本構成を備えた原料灰減容装置１２０が用いられる。前述した通り、原料灰減容装置１２０は、その一端に原料灰を投入する投入口１２２を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口１２４を有し、その内部が燃焼室１２６である円筒状のキルン胴１２８を備えている。キルン胴１２８の投入口１２２側には、燃焼室１２６に連通する排気・燃焼チャンバー１３２及び原料供給管１４２が設けられている。キルン胴１２８の排出口１２４側には、燃焼室１２６に連通する吸気チャンバー１３０及び吸気ランス１３５が設けられている。吸気チャンバー１３０は、外気の一次吸気口１３３を有している。吸気ランス１３５は、外気の二次吸気口１３８を有している。排気・燃焼チャンバー１３２は、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構と、この廃ガスを排気する排気口１４１と、を有している。
【0089】
第二実施形態に係る製造設備では、前述した第一実施形態に係る製造設備と同様に、原料灰減容装置１２０を用いて含水状態の原料灰を燃焼させて減容することにより、バナジウム含有率の高い焼却灰が得られるとともに、液相抽出に伴う処理水の低減等により製造コストが低減される。さらに、第二実施形態において使用する減容装置１２０は、一次吸気口１３３及び二次吸気口１３８から、燃焼室１２６内に、比較的低温の外気が燃焼空気として供給され、燃焼室１２６の内部で原料灰の燃焼により発生した高温の廃ガスとともに、投入口１２２側に向かって移動するように構成されている。この構成を有する減容装置１２０では、使用時に、原料供給管１４２から投入口１２２側に供給された原料灰が、排出口１２４に向かって燃焼しつつ移動する一方で、排出口１２４側から投入口１２２側に向かって、即ち、下流から上流に向かって、燃焼空気及び廃ガスの気流が生じる。換言すれば、この減容装置１２０は、原料灰の移動方向が気流の方向と略対向する（向流）。この向流型の減容装置１２０によれば、燃焼室１２６内の気流温度と燃焼灰の温度とがバランスされるので、局所的な温度上昇が生じることなく、緩慢で安定した熾火燃焼が維持される（熾火燃焼維持領域）。また、排出口１２４付近では、一次吸気口１３３から供給される外気により冷却されるため、熾火燃焼が抑制又は停止される（熾火冷却領域）。この向流型減容装置１２０によれば、キルン胴１２８に投入された原料灰の燃焼温度の制御が容易である。例えば、減容装置１２０のキルン胴１２８内における原料灰の温度が６９０℃を超えないように、廃ガスの排気量を調整することにより、低融点である五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の融解に起因するバナジウム回収率の低下や、装置への付着トラブルが回避される。さらには、付着物の洗浄等に要するコストが低減される。
【0090】
また、この減容装置１２０では、燃焼室１２６内の気流が多量の飛散灰を伴って排気・燃焼チャンバー１３２に流入する。この飛散灰は、排気・燃焼チャンバー１３２が有する燃焼機構により燃焼され、焼却灰として回収される。この実施形態では、減容装置１２０が、排気・燃焼チャンバー１３２が燃焼した飛散灰を取り出すための二次取出口１４６を備えている。この二次取出口１４６は、配管を介してバナジウム回収装置に接続されうる。また、この実施形態では、排気口１４１に設置されるサイクロン、バグフィルタ、電気集塵機等により、廃ガス中の焼却灰が回収されうる。この減容装置１２０を有する製造設備によれば、燃焼室１２６に投入された原料灰のほとんどを、減容された焼却灰として回収し、バナジウム回収装置に供することができる。その結果として、バナジウム化合物の回収率がさらに向上する。
【0091】
第二実施形態において、燃焼室１２６の内部温度の制御が容易であるとの観点から、この製造設備が、外気（燃焼空気）の供給量を調整する調整装置をさらに備えてもよい。例えば、外気供給量調整装置として空気送風機等が挙げられる。一次吸気口１３３及び／又は二次吸気口１３８に絞り込み等の流量調整装置を有する吸気ノズルを設置することにより、外気の供給量を調整してもよい。一次吸気口１３３からの外気（一次燃焼空気）の供給量を調整することにより、燃焼室１２６内部に好ましい気流を発生させ、下流域において熾火燃焼を効率的に抑制（冷却）することができる。また、二次吸気口１３８からの外気（二次燃焼空気）の供給量を調整することにより、中流域において、適正な熾火燃焼を維持しつつ、急激な温度上昇を抑制することができる。
【0092】
燃焼温度制御の観点から、吸気ランス１３５が、二次吸気口１３８から燃焼室１２６内への外気（二次燃焼空気）の供給位置を調整するための吸気位置調整機構１３９を有してもよい。燃焼室１２６内の燃焼状態に応じて、二次燃焼空気を適切な領域に供給することにより、局所的な温度上昇を抑制して緩慢な熾火燃焼が維持されうる。吸気位置調整機構１３９として、例えば、メタルシュースライド、ベアリングシュー等が挙げられる。
【0093】
原料灰の変動に応じて適切な燃焼状態を維持するとの観点から、原料供給管１４２が、燃焼室１２６内への原料灰の供給位置を調整するための原料位置調整機構１４５を有してもよい。原料灰の物性及び量に応じて、原料灰を適切な領域の投入することにより、含水率の高い原料灰の投入による燃焼不良や、熾火燃焼維持領域における急激な温度上昇を抑制することができる。原料位置調整機構１４５として、例えば、メタルシュースライド、ベアリングシュー等が用いられる。
【0094】
燃焼室１２６内部の気流を促して温度制御をさらに容易にする観点から、減容装置１２０の排気口１４１に排気装置を設けてもよい。排気装置の種類は特に限定されず、誘引通風機等既知の排気装置が用いられる。この排気装置が、廃熱回収装置、焼却灰集塵装置及び廃ガス処理装置（特には、排煙脱硫装置）を経由して、排気口１４１に接続されてもよい。この製造設備が、排気口１４１から排出された廃ガスの温度を指標として排気装置による排気量を調整する調整装置をさらに含んでもよい。
【0095】
第二実施形態に係る製造設備が、減容装置１２０の排気口１４１付近に、この排気口１４１から排出した廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置をさらに備えてもよい。廃ガスの温度を指標として、一次吸気口１３３及び二次吸気口１３８からの吸気量、排気口１４１からの排気量、吸気ランス１３５及び原料供給管１４２の位置をそれぞれ調整することにより、燃焼室１２６における燃焼状態をより精密に制御することができる。この廃ガス温度測定装置として、既知の温度センサー等が用いられうる。
【0096】
第二実施形態に係る製造設備において、吸気ランス１３５が燃焼室１２６内の温度を測定する内部温度測定装置をさらに備えてもよい。吸気ランス１３５の先端は、燃焼室１２６の内部に挿入されて開口している。この先端付近に、内部温度測定装置を備えることが好ましい。燃焼室１２６内の温度を指標として、一次吸気口１３３及び二次吸気口１３８からの吸気量、排気口１４１からの排気量、吸気ランス１３５及び原料供給管１４２の位置をそれぞれ調整することにより、燃焼室１２６における燃焼状態をより精密に制御することができる。この内部温度測定装置としては、耐熱性の温度センサー等が適宜用いられる。
【0097】
この減容装置１２０では、投入口１２２から、燃焼室１２６の内部に着火装置１４４が挿入されることが好ましい。この着火装置１４４には、助燃剤としてＬＰガス等を供給するための配管が接続されてよい。この実施態様では、減容装置１２０の運転初期において、着火装置１４４により、原料灰の燃焼が開始される。
【0098】
この製造設備が、減容装置１２０のキルン胴１２８の外周面に、外部温度制御装置をさらに備えてもよい。この外部温度制御装置により、燃焼室１２６における燃焼温度の制御がさらに容易になる。外部温度制御装置としては、冷却ファン等が例示される。冷却ファ等を備えることにより、燃焼室１２６における異常燃焼又は機械的損傷を検出することができる。
【0099】
この製造設備が、減容装置１２０のキルン胴１２８に投入する前の原料灰の含水率を調整する含水率調整装置を備えてもよい。原料灰の含水率を調整することにより、燃焼室１２６における燃焼温度の制御がより容易になる。この含水率調整装置としては、混練混合装置等が例示される。
【0100】
この製造設備が、排気口１４１から排出される廃ガスを処理するための排煙脱硫装置をさらに含んでもよい。排煙脱硫装置により、廃ガス中の二酸化硫黄等ＳＯｘを除去することができる。既知の排煙脱硫装置が適宜選択して用いられうる。この製造設備が、廃ガス中の固形分を回収する固形分回収装置をさらに含んでもよい。廃ガス中の固形分としては、減容焼却された飛散灰が例示される。この飛散灰の回収により、バナジウム化合物の回収率が向上する。
【0101】
好ましくは、バナジウム回収装置は、焼却灰を抽出液に浸漬させて、焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えている。第一実施形態にて前述した抽出機が、用いられうる。この抽出機がｐＨ調整機を含んでもよい。バナジウム回収装置が、液相抽出後の抽出液を回収する固液分離機をさらに備えてもよい。
【0102】
（用途）
本開示に係る製造設備及び製造方法で得られるバナジウム化合物は、レドックス・フロー電池用電解液の原料として用いることができる。レドックス・フロー電池用電解液としては、正極側はバナジウム（Ｖ）やバナジウム（ＩＶ）が、負極側はバナジウム（ＩＩＩ）やバナジウム（ＩＩ）が用いられている。本開示の設備及び方法で得られるバナジウム化合物は、バナジウム（Ｖ）であるオルトバナジン酸ナトリウム（Ｎａ３ＶＯ４）として正極側の電解液の製造に使用されてもよく、バナジウム（Ｖ）を還元してバナジウム（ＩＩＩ）やバナジウム（ＩＩ）として負極側の電解液の製造に使用されてもよい。また、第二の実施形態に係る製造設備及び製造方法を用いて、飛散焼却灰及び焼成焼却灰から正極側に用いるバナジウム（Ｖ）を回収するとともに、焼成焼却灰からフェロバナジウム合金の粗原料を回収してもよい。
本開示に係る製造設備及び製造方法で得られるバナジウム化合物は、レドックス・フロー電池用電解液の原料として用いることができる。レドックス・フロー電池用電解液としては、正極側はバナジウム（Ｖ）やバナジウム（ＩＶ）が、負極側はバナジウム（ＩＩＩ）やバナジウム（ＩＩ）が用いられている。本開示の設備及び方法で得られるバナジウム化合物は、バナジウム（Ｖ）であるオルトバナジン酸ナトリウム（Ｎａ３ＶＯ４）として正極側の電解液の製造に使用されてもよく、バナジウム（Ｖ）を還元してバナジウム（ＩＩＩ）やバナジウム（ＩＩ）として負極側の電解液の製造に使用されてもよい。また、第二の実施形態に係る製造設備及び製造方法を用いて、飛散焼却灰及び焼成焼却灰から正極側に用いるバナジウム（Ｖ）を回収するとともに、焼成焼却灰からフェロバナジウム合金の粗原料を回収してもよい。
【0103】
このようなレドックス・フロー電池用電解液は、前述のバナジウム回収装置で得られたバナジウム化合物をレドックス・フロー電池用電解液の製造装置に供することにより製造される。本開示に係る製造設備及び製造方法によれば、従来よりも安価かつ簡便に、高純度のバナジウム化合物を製造することができる。このバナジウム化合物を原料とすることにより、電池性能に優れたレドックス・フロー電池用電解液を、安価かつ簡便に、しかも、効率よく製造することができる。
【0104】
［まとめ］
一実施態様において、本開示のバナジウム化合物の製造設備は、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含む。この原料灰減容装置は、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有しており、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、燃焼室に連通して投入口側に設けられた排気・燃焼チャンバー及び原料供給管と、燃焼室に連通して排出口側に設けられた吸気チャンバー及び吸気ランスと、を備えている。吸気チャンバーは、外気の一次吸気口を有している。吸気ランスは、外気の二次吸気口を有している。排気・燃焼チャンバーは、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構と、この廃ガスを排気する排気口と、燃焼した飛散灰を取り出す取出口と、を有している。この製造設備によれば、バナジウム化合物の製造コストが低減され、かつ、製造トラブルの発生がすくない。
一実施態様において、本開示のバナジウム化合物の製造設備は、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含む。この原料灰減容装置は、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有しており、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、燃焼室に連通して投入口側に設けられた排気・燃焼チャンバー及び原料供給管と、燃焼室に連通して排出口側に設けられた吸気チャンバー及び吸気ランスと、を備えている。吸気チャンバーは、外気の一次吸気口を有している。吸気ランスは、外気の二次吸気口を有している。排気・燃焼チャンバーは、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構と、この廃ガスを排気する排気口と、燃焼した飛散灰を取り出す取出口と、を有している。この製造設備によれば、バナジウム化合物の製造コストが低減され、かつ、製造トラブルの発生がすくない。
【0105】
この製造設備は、一次吸気口及び二次吸気口からの燃焼空気の供給量を調整する調整装置をさらに含んでもよい。この製造設備は、燃焼室内の温度を測定する内部温度測定装置と、排気口から排出した廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置と、をさらに備えてもよい。この態様によれば、原料灰の燃焼温度を適正な範囲に制御することができる。
【0106】
この製造設備が、原料供給管が、燃焼室内への原料灰の供給位置を調整するための原料位置調整機構を有してもよく、吸気ランスが、燃焼室内への外気の供給位置を調整するための吸気位置調整機構を有してもよい。この態様によれば、原料灰の燃焼温度を、より適正に制御することができる。
【0107】
この製造設備は、廃ガスを処理するための排煙脱硫装置と、この廃ガス中の固形分を回収する固形分回収装置と、をさらに含んでもよい。この態様によれば、廃ガスによる環境への影響を低減しつつ、高収率でバナジウム化合物を回収することができる。
【0108】
バナジウム回収装置が、焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えてもよい。この態様によれば、減容された焼却灰からバナジウム化合物を効率的に回収することができる。
【0109】
この実施態様において、バナジウム化合物の製造方法は、
（１）前述した原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること
及び、
（２）焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含む。この製造方法では、原料灰を燃焼する際に、原料供給管から投入した原料灰を燃焼させつつ、投入口側から排出口側に向かって移動させるとともに、排出口側に設けられた一次吸気口及び二次吸気口から、燃焼室内に外気を燃焼空気として供給することにより、原料灰の燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を上記投入口側に向かって移動させ、燃焼室内の温度及び排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、原料灰の燃焼温度を制御する。この製造方法によれば、バナジウム化合物の製造コストが低減され、かつ、製造トラブルの発生が少ない。
（１）前述した原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること
及び、
（２）焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含む。この製造方法では、原料灰を燃焼する際に、原料供給管から投入した原料灰を燃焼させつつ、投入口側から排出口側に向かって移動させるとともに、排出口側に設けられた一次吸気口及び二次吸気口から、燃焼室内に外気を燃焼空気として供給することにより、原料灰の燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を上記投入口側に向かって移動させ、燃焼室内の温度及び排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、原料灰の燃焼温度を制御する。この製造方法によれば、バナジウム化合物の製造コストが低減され、かつ、製造トラブルの発生が少ない。
【0110】
この製造方法では、燃焼室内の温度及び排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、一次吸気口及び二次吸気口からの燃焼空気の供給量とを調整することにより原料灰の燃焼温度を制御してもよい。この態様によれば、原料灰の燃焼温度を適正な範囲に制御することができる。
【0111】
この製造方法では、燃焼室内の温度及び排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、原料供給管を移動して、燃焼室内への原料灰の供給位置を調整してもよく、吸気ランスを移動して、燃焼室内への外気の供給位置を調整してもよい。この態様によれば、原料灰の燃焼温度を、より適正に制御することができる。
【0112】
他の実施態様において、本開示のバナジウム化合物の製造設備は、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含む。この原料灰減容装置は、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有しており、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、燃焼室に連通して投入口側に設けられた入口チャンバーと、燃焼室に連通して排出口側に設けられた出口チャンバーと、を備えている。入口チャンバーは、外気の吸気口を有している。出口チャンバーは、廃ガスの強制排気装置が設けられた排気口を有している。キルン胴は、投入口と排出口との間に配置され、燃焼室に連通する複数の吸気ノズルを備えている。この製造設備によれば、バナジウム化合物の製造コストが低減され、かつ、製造トラブルの発生が少ない。
【0113】
この製造設備は、廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置と、この廃ガス温度を指標として、上記吸気口及び上記複数の吸気ノズルからの燃焼空気の供給量を調整する調整装置と、をさらに含んでもよい。この態様によれば、原料灰の燃焼温度を適正に制御することができる。
【0114】
この製造設備は、廃ガスを処理するための排煙脱硫装置をさらに含んでもよい。この態様によれば、廃ガスによる環境への影響を低減することができる。
【0115】
バナジウム回収装置が、焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えてもよい。この態様によれば、減容された焼却灰からバナジウム化合物を効率的に回収することができる。
【0116】
この実施態様において、バナジウム化合物の製造方法は、
（１）前述した原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること
及び
（２）焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含む。この製造方法では、原料灰を燃焼する際に、強制排気装置が排気口から廃ガスを強制排気して、吸気口及び複数の吸気ノズルから、燃焼室内に外気を燃焼空気として供給するとともに、投入口側において原料灰から発生した蒸気を、排出口に向かって移動させ、排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、原料灰の燃焼温度を制御する。この製造方法によれば、バナジウム化合物の製造コストが低減され、かつ、製造トラブルの発生が少ない。
（１）前述した原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること
及び
（２）焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含む。この製造方法では、原料灰を燃焼する際に、強制排気装置が排気口から廃ガスを強制排気して、吸気口及び複数の吸気ノズルから、燃焼室内に外気を燃焼空気として供給するとともに、投入口側において原料灰から発生した蒸気を、排出口に向かって移動させ、排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、原料灰の燃焼温度を制御する。この製造方法によれば、バナジウム化合物の製造コストが低減され、かつ、製造トラブルの発生が少ない。
【0117】
この製造方法では、排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、強制排気装置による廃ガスの排気量と、吸気口及び上記複数の吸気ノズルからの燃焼空気の供給量とを調整することにより、原料灰の燃焼温度を制御してもよい。この態様によれば、原料灰の燃焼温度を、より適正に制御することができる。
【実施例0118】
以下、実施例によって本開示の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本開示が限定的に解釈されるべきではない。なお、特に言及がない限り、試験は全て室温（２０℃±５℃）でなされている。
【0119】
（試験１）
原料灰として、燃焼灰Ａ（含水率：２５質量％、固形分換算で、バナジウム（Ｖ）含量：１．５質量％、炭素（Ｃ）含量：８２質量％、硫安含量：１５質量％、その他金属含量：１．５質量％）と、燃焼灰Ｂ（含水率１５％質量％、固形分換算で、バナジウム（Ｖ）含量：２．５質量％、炭素（Ｃ）含量：６２質量％、硫安含量：３３質量％、その他金属含量：２．５質量％）を準備した。それぞれ４００ｇを耐熱容器に採取して、所定温度に設定したマッフル炉（１０００℃における温度精度±３℃）に設置し、空気雰囲気下で減容試験をおこなった。設定温度に到達後、１時間、２時間、４時間及び７時間経過後に、それぞれ耐熱容器を取り出して、室温まで放冷した後、サンプルを秤量して燃焼による重量減少率を求めた。得られた結果が、下表１に「減容率（％）」として示されている。７時間後に採取したサンプルの外観を示す写真が、図４－図７に示されている。図４は燃焼灰Ａ（設定温度６５０℃）であり、図５は燃焼灰Ａ（設定温度６００℃）であり、図６は燃焼灰Ｂ（設定温度６５０℃）であり、図７は燃焼灰Ｂ（設定温度６００℃）である。
原料灰として、燃焼灰Ａ（含水率：２５質量％、固形分換算で、バナジウム（Ｖ）含量：１．５質量％、炭素（Ｃ）含量：８２質量％、硫安含量：１５質量％、その他金属含量：１．５質量％）と、燃焼灰Ｂ（含水率１５％質量％、固形分換算で、バナジウム（Ｖ）含量：２．５質量％、炭素（Ｃ）含量：６２質量％、硫安含量：３３質量％、その他金属含量：２．５質量％）を準備した。それぞれ４００ｇを耐熱容器に採取して、所定温度に設定したマッフル炉（１０００℃における温度精度±３℃）に設置し、空気雰囲気下で減容試験をおこなった。設定温度に到達後、１時間、２時間、４時間及び７時間経過後に、それぞれ耐熱容器を取り出して、室温まで放冷した後、サンプルを秤量して燃焼による重量減少率を求めた。得られた結果が、下表１に「減容率（％）」として示されている。７時間後に採取したサンプルの外観を示す写真が、図４－図７に示されている。図４は燃焼灰Ａ（設定温度６５０℃）であり、図５は燃焼灰Ａ（設定温度６００℃）であり、図６は燃焼灰Ｂ（設定温度６５０℃）であり、図７は燃焼灰Ｂ（設定温度６００℃）である。
【0120】
【表1】
【0121】
（試験２）
試験１において、昇温開始後の炉内温度及びサンプルの内部温度を測定した。得られた結果が、図８及び９に示されている。図８は、設定温度６００℃で得られた結果であり、図９は、設定温度６５０℃で得られた結果である。図８及び９中、横軸が経過時間を示し、縦軸が温度（℃）を示す。破線は、炉内温度であり、実線は、サンプル温度である。図８中、実線Ａはサンプルの上部温度であり、実線Ｂはサンプルの中心温度であり、実線Ｃはサンプルの底部温度である。図８及び９中、両矢印（１）は、サンプルが自然着火温度である３５０－４００℃に到達するまで直線的に昇温する領域（顕熱上昇）であり、両矢印（２）は、サンプルが二酸化炭素、硫黄化合物ＳＯｘ等を発生しながら燃焼する領域（分解燃焼）であり、両矢印（３）は、空気（酸素）と接触するサンプルが燃焼する領域（熾火燃焼）であり、両矢印（４）は、サンプルが降温する領域（焼却灰冷却）を示す。なお、図９中の矢印は、燃焼状態観察のためにマッフル炉の扉を開放したために生じた温度低下を示す。
試験１において、昇温開始後の炉内温度及びサンプルの内部温度を測定した。得られた結果が、図８及び９に示されている。図８は、設定温度６００℃で得られた結果であり、図９は、設定温度６５０℃で得られた結果である。図８及び９中、横軸が経過時間を示し、縦軸が温度（℃）を示す。破線は、炉内温度であり、実線は、サンプル温度である。図８中、実線Ａはサンプルの上部温度であり、実線Ｂはサンプルの中心温度であり、実線Ｃはサンプルの底部温度である。図８及び９中、両矢印（１）は、サンプルが自然着火温度である３５０－４００℃に到達するまで直線的に昇温する領域（顕熱上昇）であり、両矢印（２）は、サンプルが二酸化炭素、硫黄化合物ＳＯｘ等を発生しながら燃焼する領域（分解燃焼）であり、両矢印（３）は、空気（酸素）と接触するサンプルが燃焼する領域（熾火燃焼）であり、両矢印（４）は、サンプルが降温する領域（焼却灰冷却）を示す。なお、図９中の矢印は、燃焼状態観察のためにマッフル炉の扉を開放したために生じた温度低下を示す。
【0122】
（試験３）
試験１において、設定温度６５０℃で７時間燃焼して得たサンプルＡの焼却灰（焼成焼却灰）を採取し、室温下、抽出溶媒に浸漬させることにより、バナジウム化合物を液相に溶出させた。アルカリ抽出溶媒として濃度４０質量％水酸化ナトリウム水溶液、酸抽出溶媒として濃度２５質量％硫酸溶液を、それぞれ使用した。各抽出溶媒で得られた抽出液をろ別した後、ろ液中のバナジウムを、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析装置を使用して定量した。液相抽出されたバナジウム量、液相抽出に供した焼却灰量及び原料灰中のバナジウム量に基づいて、バナジウム回収率（％）を算出した結果、アルカリ抽出による回収率が１８．１～２２．１％であり、酸抽出による回収率が１５．０～２３．４％であった。この結果から、液相抽出後の焼成焼却灰中に、酸／アルカリに溶出しないバナジウムが残存することが確認された。
試験１において、設定温度６５０℃で７時間燃焼して得たサンプルＡの焼却灰（焼成焼却灰）を採取し、室温下、抽出溶媒に浸漬させることにより、バナジウム化合物を液相に溶出させた。アルカリ抽出溶媒として濃度４０質量％水酸化ナトリウム水溶液、酸抽出溶媒として濃度２５質量％硫酸溶液を、それぞれ使用した。各抽出溶媒で得られた抽出液をろ別した後、ろ液中のバナジウムを、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析装置を使用して定量した。液相抽出されたバナジウム量、液相抽出に供した焼却灰量及び原料灰中のバナジウム量に基づいて、バナジウム回収率（％）を算出した結果、アルカリ抽出による回収率が１８．１～２２．１％であり、酸抽出による回収率が１５．０～２３．４％であった。この結果から、液相抽出後の焼成焼却灰中に、酸／アルカリに溶出しないバナジウムが残存することが確認された。
【0123】
液相抽出後の焼却灰を乾燥後、走査型電子顕微鏡（日本電子製の商品名「ＪＳＭ－ＩＴ５００ＨＲ」）を使用して、ＳＥＭ－ＥＤＸ測定をおこなった。倍率１５００倍で得られた画像が、図１０及び１１に示されている。図１０は、アルカリ抽出後の焼却灰のＳＥＭ画像であり、図１１は、硫酸抽出後の焼却灰のＳＥＭ画像である。これらの画像から、針状結晶の存在を確認することができる。また、ＥＤＸ測定から、針状結晶及びその周辺にＶ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｏ等の元素の存在を確認した。
【0124】
同様に、液相抽出後の焼却灰を乾燥後、Ｘ線光電子分光分析装置（アルバック・ファイ株式会社製の商品名「ＰＨＩ Ｖｅｒｓａ Ｐｒｏｂｅ III」）を使用して、ＸＰＳ測定をおこなった。その結果、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ以外の微量成分として、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃａ等が検出され、それぞれ酸化物として存在していることを確認した。
【0125】
（まとめ）
表１に示される通り、いずれの燃焼灰も、設定温度６００℃及び６５０℃の炉内で７時間燃焼することにより、９０％以上減容率が達成されることを確認した。一方、図４及び６に示されるように、設定温度６５０℃の試験では、容器内面に、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）と思われる褐色の薄膜が付着し、粒子径数ｍｍの粒状塊が形成されることがわかった。これに対し、図５及び７に示される通り、設定温度６００℃の試験では、褐色薄膜の付着及び粒状塊の形成は観察されなかった。
表１に示される通り、いずれの燃焼灰も、設定温度６００℃及び６５０℃の炉内で７時間燃焼することにより、９０％以上減容率が達成されることを確認した。一方、図４及び６に示されるように、設定温度６５０℃の試験では、容器内面に、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）と思われる褐色の薄膜が付着し、粒子径数ｍｍの粒状塊が形成されることがわかった。これに対し、図５及び７に示される通り、設定温度６００℃の試験では、褐色薄膜の付着及び粒状塊の形成は観察されなかった。
【0126】
図８及び９の対比から、設定温度６００℃の試験では、燃焼中のサンプル温度が６００～６５０℃に調整されているが、設定温度６５０℃の試験では、熾火燃焼領域において、局所的に７００℃を超える温度上昇が生じたことがわかる。図９を参照すると、図４及び６で観察された褐色薄膜及び粒状塊の形成が、６５０～７００℃超の燃焼温度に起因するものであること示された。実際に、設定温度６５０℃の試験において、随時燃焼灰の外観を観察したところ、７００℃未満では原料灰の態様を維持した粉末状であり、７００℃超で燃焼した焼却灰は、粒子同士が融着して塊状となることを確認した。このことから、燃焼温度を７００度未満に制御することで、低融点物質の融着を抑制して効率よく燃焼灰を減容できることがわかる。また、７００℃未満の燃焼により得られる焼成焼却灰には、酸／アルカリに溶出しないバナジウム合金が含まれており、この合金が、Ｎｉ、Ｆｅ及びＶの合金であることを確認した。
【0127】
このように、従来よりも精密に原料灰の燃焼温度を制御することができる本開示の製造設備及び製造方法によれば、低融点物質の付着による製造トラブルを生じることなく、原料灰を効率的に減容することが可能になり、その結果として、バナジウム回収に要する製造コストも低減されることがわかる。さらには、液相抽出によるバナジウム回収率が向上することに加えて、形態の異なるバナジウム（例えば、バナジウム合金）の回収が可能になる。
【0128】
［開示項目］
以下の項目のそれぞれは、好ましい実施形態を開示する。
以下の項目のそれぞれは、好ましい実施形態を開示する。
【0129】
［項目１］
含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んでおり、
上記原料灰減容装置が、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有し、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、上記燃焼室に連通して上記投入口側に設けられた排気・燃焼チャンバーと、上記燃焼室に連通して上記排出口側に設けられた吸気チャンバーと、上記投入口から上記燃焼室内に挿入された原料供給管と、上記排出口から上記燃焼室内に挿入された吸気ランスと、を備えており、
上記吸気チャンバーが、外気の一次吸気口を有しており、
上記吸気ランスが、外気の二次吸気口を有しており、
上記排気・燃焼チャンバーが、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構と、この廃ガスを排気する排気口と、燃焼した飛散灰を取り出す取出口と、を有している、バナジウム化合物の製造設備。
含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んでおり、
上記原料灰減容装置が、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有し、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、上記燃焼室に連通して上記投入口側に設けられた排気・燃焼チャンバーと、上記燃焼室に連通して上記排出口側に設けられた吸気チャンバーと、上記投入口から上記燃焼室内に挿入された原料供給管と、上記排出口から上記燃焼室内に挿入された吸気ランスと、を備えており、
上記吸気チャンバーが、外気の一次吸気口を有しており、
上記吸気ランスが、外気の二次吸気口を有しており、
上記排気・燃焼チャンバーが、廃ガス中の飛散灰を燃焼する燃焼機構と、この廃ガスを排気する排気口と、燃焼した飛散灰を取り出す取出口と、を有している、バナジウム化合物の製造設備。
【0130】
［項目２］
上記一次吸気口及び二次吸気口からの燃焼空気の供給量を調整する調整装置をさらに含む、項目１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
上記一次吸気口及び二次吸気口からの燃焼空気の供給量を調整する調整装置をさらに含む、項目１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【0131】
［項目３］
上記燃焼室内の温度を測定する内部温度測定装置と、上記排気口から排出した廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置と、をさらに備えている、項目１又は２に記載のバナジウム化合物の製造設備。
上記燃焼室内の温度を測定する内部温度測定装置と、上記排気口から排出した廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置と、をさらに備えている、項目１又は２に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【0132】
［項目４］
上記原料供給管が、上記燃焼室内への原料灰の供給位置を調整するための原料位置調整機構を有しており、
上記吸気ランスが、上記燃焼室内への外気の供給位置を調整するための吸気位置調整機構を有している、項目１から３のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備。
上記原料供給管が、上記燃焼室内への原料灰の供給位置を調整するための原料位置調整機構を有しており、
上記吸気ランスが、上記燃焼室内への外気の供給位置を調整するための吸気位置調整機構を有している、項目１から３のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備。
【0133】
［項目５］
上記廃ガスを処理するための排煙脱硫装置と、この廃ガス中の固形分を回収する固形分回収装置と、をさらに含む、項目１から４のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備。
上記廃ガスを処理するための排煙脱硫装置と、この廃ガス中の固形分を回収する固形分回収装置と、をさらに含む、項目１から４のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備。
【0134】
［項目６］
上記バナジウム回収装置が、上記焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えている、項目１から５のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備。
上記バナジウム回収装置が、上記焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えている、項目１から５のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備。
【0135】
［項目７］
上記原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、
及び、
上記焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含み、
上記原料灰を燃焼する際に、上記原料供給管から投入した原料灰を燃焼させつつ、上記投入口側から上記排出口側に向かって移動させるとともに、上記排出口側に設けられた上記一次吸気口及び二次吸気口から、上記燃焼室内に外気を燃焼空気として供給することにより、上記原料灰の燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を上記投入口側に向かって移動させ、上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料灰の燃焼温度を制御する、項目１から６のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備を用いたバナジウム化合物の製造方法。
上記原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、
及び、
上記焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含み、
上記原料灰を燃焼する際に、上記原料供給管から投入した原料灰を燃焼させつつ、上記投入口側から上記排出口側に向かって移動させるとともに、上記排出口側に設けられた上記一次吸気口及び二次吸気口から、上記燃焼室内に外気を燃焼空気として供給することにより、上記原料灰の燃焼により発生した廃ガス及び蒸気を上記投入口側に向かって移動させ、上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料灰の燃焼温度を制御する、項目１から６のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備を用いたバナジウム化合物の製造方法。
【0136】
［項目８］
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記一次吸気口及び二次吸気口からの燃焼空気の供給量とを調整することにより上記原料灰の燃焼温度を制御する、項目７に記載のバナジウム化合物の製造方法。
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記一次吸気口及び二次吸気口からの燃焼空気の供給量とを調整することにより上記原料灰の燃焼温度を制御する、項目７に記載のバナジウム化合物の製造方法。
【0137】
［項目９］
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料供給管を移動して、上記燃焼室内への原料灰の供給位置を調整し、
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記吸気ランスを移動して、上記燃焼室内への外気の供給位置を調整する、項目７又は８に記載のバナジウム化合物の製造方法。
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料供給管を移動して、上記燃焼室内への原料灰の供給位置を調整し、
上記燃焼室内の温度及び上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記吸気ランスを移動して、上記燃焼室内への外気の供給位置を調整する、項目７又は８に記載のバナジウム化合物の製造方法。
【0138】
［項目１０］
含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んでおり、
上記原料灰減容装置が、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有し、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、上記燃焼室に連通して上記投入口側に設けられた入口チャンバーと、上記燃焼室に連通して上記排出口側に設けられた出口チャンバーと、を備えており、
上記入口チャンバーが、外気の吸気口を有しており、
上記出口チャンバーが、廃ガスを排気する強制排気装置が設けられた排気口を有しており、
上記キルン胴が、上記投入口と上記排出口との間に配置され、上記燃焼室に連通する複数の吸気ノズルを備えているバナジウム化合物の製造設備。
含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得る原料灰減容装置と、この焼却灰からバナジウム化合物を回収するバナジウム回収装置と、を含んでおり、
上記原料灰減容装置が、その一端に原料灰を投入する投入口を有し、その他端に焼却灰を排出する排出口を有し、その内部が燃焼室である円筒状のキルン胴と、上記燃焼室に連通して上記投入口側に設けられた入口チャンバーと、上記燃焼室に連通して上記排出口側に設けられた出口チャンバーと、を備えており、
上記入口チャンバーが、外気の吸気口を有しており、
上記出口チャンバーが、廃ガスを排気する強制排気装置が設けられた排気口を有しており、
上記キルン胴が、上記投入口と上記排出口との間に配置され、上記燃焼室に連通する複数の吸気ノズルを備えているバナジウム化合物の製造設備。
【0139】
［項目１１］
上記廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置と、この廃ガス温度を指標として、上記吸気口及び上記複数の吸気ノズルからの燃焼空気の供給量を調整する調整装置と、をさらに含む、項目１０に記載のバナジウム化合物の製造設備。
上記廃ガスの温度を測定する廃ガス温度測定装置と、この廃ガス温度を指標として、上記吸気口及び上記複数の吸気ノズルからの燃焼空気の供給量を調整する調整装置と、をさらに含む、項目１０に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【0140】
［項目１２］
上記廃ガスを処理するための排煙脱硫装置をさらに含む、項目１０又は１１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
上記廃ガスを処理するための排煙脱硫装置をさらに含む、項目１０又は１１に記載のバナジウム化合物の製造設備。
【0141】
［項目１３］
上記バナジウム回収装置が、上記焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えている、項目１０から１２のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備。
上記バナジウム回収装置が、上記焼却灰からバナジウム化合物を液相に抽出する抽出機を備えている、項目１０から１２のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備。
【0142】
［項目１４］
上記原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、
及び、
上記焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含み、
上記原料灰を燃焼する際に、上記強制排気装置が上記排気口から廃ガスを強制排気し、上記吸気口及び複数の吸気ノズルから、上記燃焼室内に外気を燃焼空気として供給するとともに、上記投入口側において上記原料灰から発生した蒸気を、上記排出口に向かって移動させ、上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料灰の燃焼温度を制御する、項目１０から１３のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備を用いたバナジウム化合物の製造方法。
上記原料灰減容装置を用いて、バナジウムを含み、かつ、含水状態の原料灰を燃焼して焼却灰を得ること、
及び、
上記焼却灰中のバナジウム化合物を液相に抽出すること、
を含み、
上記原料灰を燃焼する際に、上記強制排気装置が上記排気口から廃ガスを強制排気し、上記吸気口及び複数の吸気ノズルから、上記燃焼室内に外気を燃焼空気として供給するとともに、上記投入口側において上記原料灰から発生した蒸気を、上記排出口に向かって移動させ、上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記原料灰の燃焼温度を制御する、項目１０から１３のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造設備を用いたバナジウム化合物の製造方法。
【0143】
［項目１５］
上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記強制排気装置による廃ガスの排気量と、上記吸気口及び上記複数の吸気ノズルからの燃焼空気の供給量とを調整することにより上記原料灰の燃焼温度を制御する、項目１４に記載のバナジウム化合物の製造方法。
上記排気口から排出された廃ガスの温度を指標として、上記強制排気装置による廃ガスの排気量と、上記吸気口及び上記複数の吸気ノズルからの燃焼空気の供給量とを調整することにより上記原料灰の燃焼温度を制御する、項目１４に記載のバナジウム化合物の製造方法。
【産業上の利用可能性】
【0144】
以上説明された設備及び方法は、燃焼灰を原料として用いる種々の有価金属の製造にも適用されうる。
【符号の説明】
【0145】
２０・・・併流型原料灰減容装置
２２・・・投入口
２４・・・排出口
２６・・・燃焼室
２８・・・キルン胴
３０・・・入口チャンバー
３２・・・出口チャンバー
３４・・・吸気口
３６・・・排気口
３８・・・吸気ノズル
４０・・・サポート
４２・・・投入装置
４４・・・着火装置
４６・・・取出口
４８・・・リングヘッダー
５０・・・カバー
５２・・・外壁（鉄皮）
５４・・・耐酸レンガ又は抗火石からなる層
５６・・・耐熱レンガ層
５８・・・耐酸ペイント層
６０・・・耐酸モルタル層
１２０・・・向流型原料灰減容装置
１２２・・・投入口
１２４・・・排出口
１２６・・・燃焼室
１２８・・・キルン胴
１３０・・・吸気チャンバー
１３２・・・排気・燃焼チャンバー
１３３・・・一次吸気口
１３４・・・一次取出口
１３５・・・吸気ランス
１３８・・・二次吸気口
１３９・・・吸気位置調整機構
１４０・・・サポート
１４１・・・排気口
１４２・・・原料供給管
１４４・・・着火装置
１４５・・・原料位置調整機構
１４６・・・二次取出口
１５２・・・外壁（鉄皮）
１５４・・・耐火材からなる層
２２・・・投入口
２４・・・排出口
２６・・・燃焼室
２８・・・キルン胴
３０・・・入口チャンバー
３２・・・出口チャンバー
３４・・・吸気口
３６・・・排気口
３８・・・吸気ノズル
４０・・・サポート
４２・・・投入装置
４４・・・着火装置
４６・・・取出口
４８・・・リングヘッダー
５０・・・カバー
５２・・・外壁（鉄皮）
５４・・・耐酸レンガ又は抗火石からなる層
５６・・・耐熱レンガ層
５８・・・耐酸ペイント層
６０・・・耐酸モルタル層
１２０・・・向流型原料灰減容装置
１２２・・・投入口
１２４・・・排出口
１２６・・・燃焼室
１２８・・・キルン胴
１３０・・・吸気チャンバー
１３２・・・排気・燃焼チャンバー
１３３・・・一次吸気口
１３４・・・一次取出口
１３５・・・吸気ランス
１３８・・・二次吸気口
１３９・・・吸気位置調整機構
１４０・・・サポート
１４１・・・排気口
１４２・・・原料供給管
１４４・・・着火装置
１４５・・・原料位置調整機構
１４６・・・二次取出口
１５２・・・外壁（鉄皮）
１５４・・・耐火材からなる層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
