金属精錬プロセスにおける吹込みガス気泡の微細化に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455430
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 佐野 正道 名古屋大学, 工学部, 教授 (70023174)
• 研究分担者: 奥村 圭二 名古屋大学, 工学部, 助手 (50204144)
• キーワード: インジェクション冶金 / 回転ランス / スロットノズル / 微細気泡 / 混合時間 / カズ吸収 / プルーム / 濡れ性

研究概要

本研究により以下の成果を得た。
1.偏心回転ランスからのガス吹込みでは、(1)浴内の混合時間は、浴が浅い場合はガス流量の増加とともに浴がいくつかのセルに分割されるため大きくなる。一方、浴が深くなると、ガス流量の増加とともに混合時間は小さくなる。(2)浴内にはプルームは形成されず、また分散気泡間の距離も大きくなるため、気泡間の合体が起こりにくく、気泡上昇速度も単一気泡の上昇速度にほぼ一致する。(3)多孔ランスを用いることにより、小気泡が多数生成するが、分散気泡密度が大きいため、回転速度が大きいときには気泡間の合体が起こる。したがって、気泡微細化の観点からは、最適の回転速度が存在する。(4)NaOH水溶液へCO_2ガスを吹込んだ場合の吸収の容量係数は、静止ランスからのガス吹込みの場合に比べて、微小気泡の分散による気液界面積の増大により大きくなる。(5)多孔ランスを用いた場合の容量係数は単孔ランスを用いた場合に比較して大きいが、分散気泡間の合体が起こるため、比較的高いランス回転速度においては容量係数は減少する。
2.スロットノズルからのガス吹込みでは、(1)スロットの長さ方向に気泡発生点が多く存在し、その結果従来の単一ノズルに比較して生成気泡が大幅に小さくなる。(2)液に対するノズルの濡れ性が気泡発生点数に影響を及ぼし、液に濡れる場合に比較して発生点の数が減少する。(3)生成気泡の大きさはDavidsonとSchulerの気泡生成モデルでほぼ説明できる。(4)スロットノズル上面に形状を山型にすることで、気泡発生点数は多くなり、生成気泡の大きさは小さくなる。(5)浴内の混合時間は、単孔ノズルによる中心底吹きの場合に比べて、プルームゾーンが大きくなるため短くなる。以上のことより、偏心回転ランス及びスロットノズルを用いることにより、気液接触操作が効率化されることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] M.C.Diaz: "Mixing Characteristics under Gas Injection through Rotary Lance Submerged in Liquid Bath" ISIJ International. 35・5. 464-471 (1995)
• [文献書誌] M.C.Diaz: "Bubble Behaviour and Absorption Rate by Gas Injection into Liquid through Rotary Lances" ISIJ International. 37・1. 1-8 (1997)
• [文献書誌] M.C.Diaz: "Improvement in Refining Characteristics by Gas Injection through Rotary Lance" Quality in Non-Ferrous Pyrometallurgy,Proceeding of the 2nd International Symp.,Vancouver,British Columbia. 253-264 (1995)
• [文献書誌] S.V.Komarov.: "Gas Injection through Immersed Rotary Lances" The Howard Worner International Symp.on Injection in Pyrometallurgy,Melbourne,Austraria. 267-274 (1996)
• [文献書誌] K.Okumura: "Bubble Formation from Non-wetted Slot Nozzles" Challenges in Process Intensification. 23-34 (1996)