ヘルツホルム鉱山
基本情報
所在エーレスラント連合王国
ニュージーランド
所有者王立鉱業連合
種別金属精錬
製造法溶融塩電解法
原料イリドスミン
生産物イリジウム
パラジウム
ルテニウム
白金
ロジウム
生産量イリジウム: 1,353トン/日
パラジウム:1,022トン/日
ロジウム:402トン/日
白金:26トン/d
ルテニウム:18トン/d
従業員903名
管轄企業王立鉱業連合



概要

ヘルツホルム鉱山はエーレスラント領ニュージーランド北部のアルスターに位置する大規模電気炉。ここで製造されたコークスは、成功のための炭素源や、溶融塩電解法による白金族金属元素の精錬のための燃料として利用される。

建材利用

ノーマン・インダストリーズが開発したイリジウム合金製の熱電対は高温でも精度を維持することが可能で、非鉄金属の直接還元による製造なども行なわれている。特にチタンは、エーレスラント本国の護岸事業や沿岸部の都市計画などで大量の需要が見込まれることから、アメリゴなどの海外拠点にも金属加工施設が建設されている。チタンは軽く、強靭で、耐食性に優れるため、潮風に晒される沿岸建築物のサーフェスシールとして利用される。アメリゴは水力資源や地熱資源などのベース電力が豊富で、大電流を要求する工業的な金属精錬に向いた土地だと判断された。

特殊加熱プラント

塩溶融段階では電気炉は利用しないで、アメリシウムを利用した放射誘導加熱によるブーストを行なっている。

特徴

石炭製造

成型炭の製造には、ピッチ等をパインダーとし、それが溶融する100°C前後で成型する冷間成型法と、 高流動性粘結炭の熱可塑性を活かし、その軟化溶融温度領域である 450°C 程度で成型する熱間成型法とがある。2010年前半になって、従来の室式コークス炉によらない非微粘結炭を主に、粘結炭を従に配合する、多様な成型コークス製造法の研究が世界で盛んに行われ、エーレスラント?においても数種の方式が検討されている。堅形炉(シャフト炉)による乾留、冷却はクローズドシステムの堅形炉で従来の室炉法に比べ、作業環境、労働生産性、停止・起動の容易さ、所要スペース の面等で数多くの優れた特徴を有している。

原料

グラファイト

高炉で使うコークスは、炭素を高濃度に含みかつ灰分や硫黄分が少ないことに加えて、適当な気孔率を持ち、高温でも粉化しない強度が必要である。このような条件を満足するコークスは、瀝青炭のうち、粘結性があり、灰分や硫黄分の少ない石炭からつくられる。

材料の溶融

フッ化水素を電気分解して得られる。ウラン235(235U)濃縮のため、揮発性の高い六フッ化ウラン(UF6)を製造する目的で単体フッ素が利用される。

製造

コークス炉では、粉砕、混合した原料炭を炭化室に装入し、約1300℃で14〜18時間、間接加熱し蒸し焼き(乾溜)にすることによって、固定炭素約90%を含むコークスをつくる。このとき、同時にガス、タール油や、ピッチなどの副産物が得られ、これらを精製、処理することによって、燃料用ガス、純水素ガス、ベンゼン・トルエン・キシレンなどのC1化成品、ナフタリン、染料や炭素繊維などの有用な副生品が製造される。

原料炭の溶融

粘結炭は400°C前後で軟化溶融し、粘結炭粒子内部に気泡ができて膨張する。この加熱下で石炭が示す溶融、膨張等の性質を粘結性と呼び、粘結性の測定方法としてジラトメータによる膨張率、ギーセラープラストメータによる流動度等が規定されている。膨張率は軟化した石炭中で発生するガスに より気泡が出来て石炭が膨張する程度を測定し、流動度は石炭熱分解過程で発生する液体やガスにより石炭 全体が軟化する程度を測定している。

再固化

一旦軟化した石炭は450~500°Cになると再固化して多孔質のセミコークスになる。コークスは気孔率約50%の多孔質体であるが、気孔構造が決定されるのは、この軟化溶融開始してから再固化するまでのおよそ100°C程度の軟化溶融温度範囲である。再固化後も熱分解は引き続きおこり、メタン等はさらに発生を続けるが 700°C前後には発生が終了する。主に縮重合反応により水素が発生し、水素発生速度は 700~800°Cで最大となる。再固化後、熱分解の進行とともにコークスは収縮してより徽密な構造になるが、一方で収縮の歪により亀裂が生成する。


産物

コークスが生産される。多くは熱源としてそのまま用いられるが、一部はエーレスラントに輸出される。乾留時にコークス炉ガス、軽油、コールタールが副産品として得られる。これらはそれぞれに燃料や化学合成用原料として用途があり、コークス炉は古くから石炭化学工業の原料転換工程としても重要である。有効成分を含んだガスいわゆるコークス炉ガスははコークス焼成に再利用されるなどしている。

炉内ガス

炉内ガスの滞留時間は 10 秒以下である。また、炉頂で挿入された鉱石が還元されて出銑口に到達するのに6~10 時間とされている。このように時定数の異なる現象が高炉内で並行して進んでいるところが高炉が他の例えば石油化学の反応器と異なるところであり、このすべてに通気・通液性 を支配しているコークスの性状が関係する。荷下がりの不順に起因する棚釣り、吹き抜け、冷え込みなど場合によっては数か月に及ぶ操業トラブルも、その原因には再現性が乏しく、予測が困難であるのは、この時定数の異なる現象が並行して走っているところに起因する。大抵は高生産またはエネルギー削減などその時それぞれの操業目的のためぎりぎりの条件を探りながら操業するわけであるが、これまでは大丈夫であっても何かの組み合わせでトラブルになることがあり、列車の複合脱線に例えられる。

石油コークス

コークスには石油精製から作られるものもあり、石油コークスと呼ばれる。常圧蒸留残油や減圧蒸留残油などの重質油を、コーキングという熱分解処理を行った時の残渣である。石油コークスには、一般に石油コークスと称される低級コークスと、コーキング装置から採取されたそのままの生コークス、さらに生コークスをもう一度焼いて揮発分を除去した焼コークスとがある。またコーキングの方法によってはフルード・コークスと称する粉状で燃料に使用されるものも製造されている。

残留成分

なお、石油コークスは用途上、硫黄分・金属分などは好ましくない。そのため原料油は低硫黄分のもので、バナジウム、ニッケルなどの重金属分の少ないことが望まれる。また、高硫黄残油ではコーキングの前処理として直接水素化脱硫装置にかけられ、脱硫および脱メタルが行われることもある。

金属精錬において

コークスは熱源として製鉄のみならず、広く金属一般の精錬に用いられる。一級燃料用コークスは1kgあたり25,000〜31,000kJもの発熱量を示す。この高い発熱量を活かして、製鉄では高炉の中の温度を約2,200℃まで高めることが可能になる。そして、コークスで高炉の中の温度が高められることで、鉄鉱石は溶かされ真っ赤な溶銑となり、高炉の出銑口から取り出される。

イリジウム

酸を利用した湿式精錬のうち、沈殿を脱水してフレーク状にしたものがイエローケーキである。上記の通り、イエローケーキ中のウランは必ずしも六価ではないし、工程の温度条件等により必ずしも黄色ではなく、オレンジ〜緑〜茶褐色まで幅がある。現在イエローケーキと呼ばれているのは、歴史的に最初の精錬工程で作られたウラン精鉱が鮮やかな黄色だったためである。イエローケーキはドラム缶に詰められて転換工場へ出荷される。ウラン鉱石はイエローケーキの状態で取引される。国際取引ではイエローケーキに含まれるウランを八酸化三ウラン (U3O8) に換算して、1ポンド当りの価格で売買が行われる。

オスミウム

ホール・エルー法によるスカンジウムの溶融塩電解を行う際の熱源として用いられる。

ルテニウム

酸化チタンの溶融塩電解法による直接単体チタン生成の熱源として燃焼コークスが利用される。

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