特許 7528807 硫黄溶融設備及びこれを用いた溶融硫黄の製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】硫黄溶融設備及びこれを用いた溶融硫黄の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 17/00 20060101AFI20240730BHJP

   F27D 3/00 20060101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

C01B17/00 Z

F27D3/00 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021017028

(22)【出願日】2021-02-05

(65)【公開番号】P2022120250

(43)【公開日】2022-08-18

【審査請求日】2023-11-27

(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】100136825

【弁理士】

【氏名又は名称】辻川 典範

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 拓二

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 智孝

【審査官】森坂 英昭

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５－１５９８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－０５６０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０４７９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２０６６８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ １７／００ － １７／９８

Ｆ２７Ｄ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体硫黄を溶融して貯留する溶融槽と、該溶融槽の上部に設けられた該固体硫黄の投入用の２箇所の原料投入部とから構成される硫黄溶融設備であって、前記２箇所の原料投入部の各々は、鉛直方向に延在する筒状体と、該筒状体の上端部に接続する漏斗状体とからなり、前記２箇所の原料投入部のうち少なくとも一方の筒状体の下端開口部が前記溶融槽内において維持されている液体硫黄の液面より下方に位置していることを特徴とする硫黄溶融設備。

【請求項2】

前記２箇所の原料投入部のうち少なくとも一方の筒状体の下端開口部は、前記液面からの深さが２０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１記載の硫黄溶融設備。

【請求項3】

前記液体硫黄の液面は、前記溶融槽内に設けた堰を該液体硫黄がオーバーフローすることにより維持されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の硫黄溶融設備。

【請求項4】

前記溶融槽内の液体硫黄は、１２５℃以上１５０℃以下に液温が調整されていること特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の硫黄溶融設備。

【請求項5】

前記液体硫黄は、硫化水素製造プロセスの原料として用いられることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の硫黄溶融設備。

【請求項6】

上部に２箇所の原料投入部を有する溶融槽を用いて固体硫黄から溶融硫黄を製造する方法であって、前記２箇所の原料投入部のうちの一方から固体硫黄を投入する際は、前記２箇所の原料投入部の少なくとも一方の下端開口部を前記溶融槽内の液体硫黄によって液封状態にしておくことを特徴とする溶融硫黄の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、硫黄溶融設備及びこれを用いた溶融硫黄の製造方法に関し、特に、硫化水素ガス製造用の原料として使用する固体硫黄を溶融して一時的に貯留する硫黄溶融設備及びこれを用いた溶融硫黄の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

低ニッケル品位のニッケル酸化鉱石を原料に用いる場合に適した製錬法として、Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈｉｎｇ（ＨＰＡＬ）法と称する湿式製錬法が知られている。このＨＰＡＬ法は、原料のニッケル酸化鉱石に水を加えて調製した鉱石スラリーを硫酸と共にオートクレーブに装入し、更に高圧蒸気を吹き込んで高温高圧下で反応させることで有価金属のニッケル及びコバルトを酸浸出させるものであり、得られたニッケルやコバルトを含む浸出液に対して、鉄分や亜鉛分などの不純物を除去した後、硫化水素ガスによる硫化処理を行なうことにより、これらニッケル及びコバルトは混合硫化物として回収される。

【0003】

上記の硫化処理に用いる硫化水素ガスは、例えば特許文献１に開示されているような硫化水素製造装置から一般的に供給される。この特許文献１の硫化水素製造装置は、水素精製設備によって生成される水素ガスと、液体硫黄とを触媒の存在下で反応させることで硫化水素ガスが生成される。硫黄の融点は約１２０℃であるため、上記の液体硫黄は例えば特許文献２に開示されているような硫黄溶融設備で一般的に作製される。この特許文献２の硫黄溶融設備は、溶融された液体硫黄を貯留する溶融槽と、該溶融槽内に原料の固体硫黄を投入するシュートと、該投入された固体硫黄を熱媒により加熱して溶融するスチームコイルなどの加熱手段と、溶融した硫黄を撹拌する撹拌機とから構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－１４２９６３号公報

【文献】特開昭５２－５６０９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の特許文献２のような構造の硫黄溶融設備では、固体硫黄が充填されているフレキシブルコンテナバッグ（以下、フレコンバッグと称する）のクレーン等による上記のシュートの上方までの搬送、このフレコンバッグの解袋による固体硫黄の溶融槽内への投入、及び該投入後の空になったフレコンバッグの後片付け等の作業が必要になる。そのため、固体硫黄の投入部を２箇所に設けて固体硫黄を交互に溶融槽内に投入することで、上記の投入作業の作業効率を高めることが行なわれており、これにより単位時間当たりの固体硫黄の投入量を増やすことが可能になる。

【0006】

しかしながら、加熱状態が維持されている溶融槽内の液体硫黄に常温の固体硫黄が投入されると、液体硫黄の温度が投入した部分において局所的に低下するため、上記のように２箇所の投入部のうちの一方から固体硫黄を投入したときは、固体硫黄を投入した側の投入部の下方に滞留している液体硫黄の液温が、固体硫黄を投入していない側の投入部の下方に滞留している液体硫黄の液温よりも低下する。

【0007】

このように、２箇所の投入部の下方にそれぞれ滞留している液体硫黄同士で温度差が生ずると、その影響を受けて、液面を介して存在する該溶融槽内の気相部においても２箇所の投入部の下方にそれぞれ存在するガス同士で温度差が生じる。その結果、固体硫黄を投入した側の投入部の下方の気相部に向って、固体硫黄を投入していない側の投入部の下方の気相部からガスの流れが発生し、更にはこの固体硫黄を投入していない側の投入部から溶融槽の外部の空気が溶融槽内に流れ込むことになる。

【0008】

上記の溶融槽内に流れ込んだ外部空気は、該溶融槽内の気相部に漂うガスや微粉を巻き込んで上記の固体硫黄を投入した側の投入部から溶融槽外に放出されるため、該溶融槽の周囲の作業環境を悪化させることが問題になっていた。本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、硫黄溶融設備に設けた２箇所の投入部のうちの一方から固体硫黄を槽内に投入する際に、外部空気がもう一方の投入部から溶融槽内に流れ込んで該溶融槽内のガスを伴って該投入した側の投入部から該溶融槽外に放出される問題を防ぐことが可能な硫黄溶融設備を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明に係る硫黄溶融設備は、固体硫黄を溶融して貯留する溶融槽と、該溶融槽の上部に設けられた該固体硫黄の投入用の２箇所の原料投入部とから構成される硫黄溶融設備であって、前記２箇所の原料投入部の各々は、鉛直方向に延在する筒状体と、該筒状体の上端部に接続する漏斗状体とからなり、前記２箇所の原料投入部のうち少なくとも一方の筒状体の下端開口部が前記溶融槽内において維持されている液体硫黄の液面より下方に位置していることを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る溶融硫黄の製造方法は、上部に２箇所の原料投入部を有する溶融槽を用いて固体硫黄から溶融硫黄を製造する方法であって、前記２箇所の原料投入部のうちの一方から固体硫黄を投入する際は、前記２箇所の原料投入部の少なくとも一方の下端開口部を前記溶融槽内の液体硫黄によって液封状態にしておくことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、溶融槽に設けた２箇所の投入部のうちの一方から固体硫黄を投入する際、外部空気がもう一方の投入部から溶融槽内に流れ込んで該溶融槽内のガスを伴って該投入した側の投入部から溶融槽外に放出される問題を防ぐことができる。これにより、該溶融槽の周囲の作業環境を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の硫黄溶融設備を用いて作製される液体硫黄を原料として製造した硫化水素ガスが硫化剤として添加されるＨＰＡＬ法による湿式製錬プロセスのブロックフロー図である。

【図2】本発明の硫黄溶融設備の一具体例の模式的な縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

１．硫化水素製造プロセス
先ず、本発明の硫黄溶融設備を用いて作製した液体硫黄を原料とする硫化水素製造プロセスについて説明する。硫化水素の製造プロセスとしては、触媒の存在下で硫黄と水素とを反応させて硫化水素を生成する触媒反応法と、触媒を用いないで硫黄と水素とを反応させて硫化水素を生成する無触媒反応法とが知られている。前者の触媒反応法により硫化水素を製造する設備では、例えば貯留槽内の液体硫黄を加熱することで発生させた硫黄ガスと、別途用意した水素ガスとを触媒が充填された反応管内に導入し、この反応管内で例えば圧力５～５０ｋＰａＧ程度、温度３００～４００℃程度の条件で反応させることで硫化水素ガスが生成される。一方、後者の無触媒反応法により硫化水素を製造する設備では、例えば圧力約８００ｋＰａＧ、温度約４７０℃の高温高圧条件下の反応容器内に保持されている液体硫黄内に水素ガスを吹き込み、この水素ガスが該液体硫黄内を上昇する間にその気液界面において液体硫黄と反応させることで硫化水素ガスが生成される。

【0014】

上記の触媒反応法及び無触媒反応法のいずれの製造設備においても、生成した硫化水素ガスには未反応の硫黄ガスが含まれうるので、一般的には生成した硫化水素ガスを熱交換器に導入し、ここで冷媒を用いて冷却することにより該硫黄ガスを凝縮させて分離除去することが行なわれる。このようにして硫黄ガスが除去された後の硫化水素ガスは、更に必要に応じて温水による洗浄により純度が高められた後、残存する水分を乾燥等により除去することで高純度の硫化水素ガスが得られる。

【0015】

２．湿式製錬プロセス
上記の硫化水素製造プロセスで製造された硫化水素ガスは、ＨＰＡＬ法によるニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおいて硫化剤として使用される。この湿式製錬プロセスは、図１に示すように、前処理工程Ｓ１、浸出工程Ｓ２、向流多段洗浄工程Ｓ３、中和工程Ｓ４、脱亜鉛工程Ｓ５、ニッケル回収工程Ｓ６、及び最終中和工程Ｓ７の一連の湿式処理工程から一般的に構成される。

【0016】

これら工程の各々について説明すると、前処理工程Ｓ１では、原料のニッケル酸化鉱石に対して粉砕及び湿式分級を行なうことにより所定の粒度を有するニッケル酸化鉱石を含んだ鉱石スラリーの調製を行なう。浸出工程Ｓ２では、得られた鉱石スラリーを硫酸と共にオートクレーブに装入し、更に高圧蒸気を吹き込んで高温高圧下で浸出処理を行なうことで、有価金属のニッケル及びコバルトを浸出させて浸出スラリーを生成する。向流多段洗浄工程Ｓ３では、得られた浸出スラリーを直列に接続したシックナー群の先頭に導入し、反対側から導入した洗浄液と互いに向流に流すことで該浸出スラリーを洗浄しながらこれに含まれる浸出残渣を除去して浸出液を得る。中和工程Ｓ４では、得られた浸出液に中和剤を添加して鉄分等の不純物を中和澱物の形態で分離除去して中和終液を得る。脱亜鉛工程Ｓ５では、得られた中和終液に硫化剤として上記の硫化水素ガスを添加して不純物の亜鉛を亜鉛硫化物として分離除去することでニッケル及びコバルトを含む母液を得る。ニッケル回収工程Ｓ６では、得られた母液に硫化剤として上記の硫化水素ガスを添加してニッケル及びコバルトから混合硫化物を生成して回収する。最終中和工程Ｓ７では、ニッケル回収工程Ｓ６から排出されるニッケル貧液及び向流多段洗浄工程Ｓ３から排出される浸出残渣に中和剤を添加して無害化処理を行なう。

【0017】

３．硫黄溶融プロセス
次に、本発明の実施形態の硫黄溶融設備及びこれを用いた溶融硫黄の製造方法について説明する。図２に示すように、本発明の実施形態の硫黄溶融設備は、上面が天板で覆われた略直方体形状のステンレス製の溶融槽１と、該溶融槽１内に投入された固体硫黄ＳＳの溶融用、及び該溶融槽１内に好ましくは１２５℃以上１５０℃以下の液温で貯留されている液体硫黄ＬＳの保温用の蒸気が導入される複数の蒸気コイル２と、該溶融槽１内の液体硫黄ＬＳを撹拌する撹拌機３と、クレーン等に吊り下げられた状態のフレコンバッグＢを解袋してその内部に充填されている固体硫黄ＳＳを該溶融槽１内に投入する際に周囲に飛び散らないようにガイドする原料投入部としての２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌと、溶融槽１内の液体硫黄ＬＳをオーバーフローさせることでその液面レベルを一定に維持する堰５と、溶融槽１内において上記の堰５によって支切られている抜出部に設けられており、上記オーバーフローした液体硫黄ＬＳの抜出用の縦型ポンプ６と、該抜出部に戻される液体硫黄に含まれる硫化水素ガスが溶融槽１の気相部に拡散するのを防止する遮蔽板７とから主に構成される。

【0018】

上記のように２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌを設ける理由は、これら２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌを交互に用いて固体硫黄ＳＳを溶融槽１内に投入することで、一方のシュートから固体硫黄を投入している間に、もう一方のシュートにおいて投入済みの空のフレコンバッグＢを後片付けたり、次に投入する固体硫黄ＳＳのフレコンバッグＢをもう一方のシュートに向けてクレーンにより搬送したりする等の作業を行なうことができるので、単位時間当たりの固体硫黄ＳＳの投入量を増やして液体硫黄ＬＳの生産性を高めることができるからである。フレコンバッグＢから投入した固体硫黄ＳＳを溶融することで作製された所定の液温を有する液体硫黄ＬＳは、上記の堰５で支切られている抜出部にオーバーフローにより流れ込んだ後、縦型ポンプ６によって抜き出されて前述した硫化水素の製造設備に移送され、そこで原料として使用される。

【0019】

ところで、容量１ｍ^３程度の一般的なフレコンバッグＢを解袋してその内の粉粒状の固体硫黄ＳＳを例えば図２に示すように溶融槽１の上部に設けた左側のシュート４_Ｌから一度に投入した場合、固体硫黄ＳＳは投入時は常温であるため直ぐには溶融せず、溶融槽１内において固体硫黄ＳＳが投入された左側の下方の底部に一部堆積する。これにより、溶融槽１内の液体硫黄ＬＳのうち該固体硫黄ＳＳが投入された左側の温度が局所的に低下し、溶融槽１内の液体硫黄において温度勾配が生ずる。この影響を受けて、溶融槽１の気相部のうち、この固体硫黄ＳＳを投入した左側のシュート４_Ｌの下方側の温度が固体硫黄ＳＳを投入していない右側のシュート４_Ｒの下方側の温度よりも低くなる。このように、溶融槽１内の気相部において温度勾配が生ずると、該気相部において気流が発生する。

【0020】

具体的には、左側のシュート４_Ｌから固体硫黄ＳＳを投入した場合は、図２の白矢印に示すように、溶融槽１内の気相部において、右側のシュート４_Ｒの下方側に存在している高温のガスが、これよりも低温のガスが存在している左側のシュート４_Ｌの下方側に流れ込む。この気相部におけるガスの流れに起因して、従来の溶融槽では、溶融槽の外部空気が固体硫黄を投入しない側のシュートから溶融槽内部に流れ込み、この溶融槽内部に流れ込んだ外部空気が溶融槽内のガスを伴って固体硫黄を投入した側のシュートから溶融槽外部に放出されるため、溶融槽の周囲の環境悪化を招いていた。このガスの流れは、溶融槽内の液体硫黄の温度勾配がほぼなくなるまで続くことになる。

【0021】

これに対して、本発明の実施形態の硫黄溶融設備は、固体硫黄の投入用の２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌのうち少なくとも一方の下端開口部が、液体硫黄ＬＳの液面下に常時位置することで浸漬している。これにより、上記の従来の溶融槽のような固体硫黄ＳＳの投入時に生じるガスの流れが遮断されるので、固体硫黄ＳＳを投入した側のシュートを介して溶融槽１内の気相部のガスが溶融槽１の外部に放出されなくなり、この放出したガスによる溶融槽１の周囲の環境悪化の問題を抑制することができる。

【0022】

具体的には、図２に示すように、上記の２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌの各々を、鉛直方向に延在する筒状体と、該筒状体の上端部に接続する漏斗状体とで構成する。そして、これらシュート４_Ｒ、４_Ｌのいずれか一方又は両方の上記筒状体の下端開口部を、溶融槽１内においてオーバーフローにより維持されている液体硫黄ＬＳに常時浸漬させる。この場合、常時浸漬させる下端開口部の液面ＮＬＬからの深さＤは２０ｍｍ以上が好ましい。

【0023】

上記のように、上記２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌのうち、少なくとも一方の下端開口部を液体硫黄ＬＳに常時浸漬した状態にすることで、当該下端開口部が液体硫黄ＬＳで液封されるので、固体硫黄ＳＳの投入時に溶融槽１の外部空気が２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌのうちの一方から溶融槽１内に流れ込んで溶融槽１内のガスを伴ってもう一方から溶融槽１外部に放出される問題を防ぐことができる。なお、少なくとも一方のシュートの下端開口部の液面ＮＬＬからの深さＤを好ましくは２０ｍｍ以上とする理由は、固体硫黄ＳＳの投入や撹拌機３による撹拌等により生ずる液面ＮＬＬの変動によって上記下端開口部が液封されなくなるのを防ぐためである。

【0024】

上記の２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌのいずれか一方の下端開口部のみが液体硫黄ＬＳの液面下に位置する構造であれば、その下端開口部の液面ＮＬＬからの深さＤの上限については特に限定はないが、図２に示すように上記の２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌの両方の下端開口部が液体硫黄ＬＳの液面ＮＬＬより下方に位置する構造の場合は、これら２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌの少なくとも一方の下端開口部は、液体硫黄ＬＳの液面ＮＬＬからの深さＤを概ね５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とするのが好ましい。その理由は、一般的に溶融槽１の気相部には、引火防止や腐食防止のため、１～２ｋＰａＧ程度に微加圧された窒素ガスが窒素ガス供給配管から導入されると共に排気されており、何等かのトラブルによりこの窒素ガスが排気されなくなったとき、これら２個のシュート４_Ｒ、４_Ｌの少なくとも一方から窒素ガスが吹き抜けるようにするためである。なお、溶融槽１の気相部から排出される上記排気ガスは、上記抜出部からブリーザー弁を介して抜き出される硫化水素ガスを含む排ガスと共にスクラバ等のガス処理設備（環集設備とも称する）で処理される。

【符号の説明】

【0025】

１ 溶融槽
２ 蒸気コイル
３ 撹拌機
４ シュート
４_Ｒ 右側シュート
４_Ｌ 左側シュート
５ 堰
６ 縦型ポンプ
７ 遮蔽板
Ｂ フレコンバッグ
ＬＳ 液体硫黄
ＳＳ 固体硫黄

【図1】

【図2】