JP2016501315A - 粗銅を生産する方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

粗銅を生産するための方法及び装置。その方法は、銅溶解溶融スラグ(1)、カーボン含有還元剤(2)及び圧力下の不活性ガス(3)を混合させて、その不活性ガスの圧力は100 kPa乃至800 kPaである。その装置は、炉体(4)とこの炉体(4)に配置されたガス・ノズル(411)とを備え、そのガス・ノズル(411)は炉体(4)の側壁に配置されており、溶融プールの中央へ接続されている。【選択図】 図1

Description

発明の詳細な説明
この出願は、2013年7月23日に中国特許庁(SIPO)へ出願された中国特許出願番号第201310314853.8号(発明の名称“Method for production of blister copper and production device for use in production of blister copper”)の優先権を主張しており、それは参照によってその全体がここに取り込まれている。
発明の分野
本発明は、非鉄冶金学の技術分野、特に、粗銅の生産のための方法と粗銅の生産に使用するための生産装置とに関する。
発明の背景
銅乾式冶金産業においては、一つの方法は粗銅を硫化銅濃縮物から間接的に生産しており、これは一般に二つのステップからなる。即ち、先ず、硫化銅濃縮物が脱硫及び除鉄を受けて溶解されて高品位な銅マットを得て、次いで、この結果として生じる銅マットが脱硫及び除鉄を更に受けて、粗銅を与えるように変換される。他の方法は粗銅を銅濃縮物から直接に生産しており、これはオーストラリアのOlympic Dam製錬所、ポーランドのGlogow製錬所、及びザンビアのKCM製錬所によって実際的な生産に採用されている。これらの銅溶解方法により生産された粗銅は一般に98.5重量%の銅含有量を有する。しかしながら、これらの方法は、生産から生じたスラグがCu2O及びFe3O4を比較的に大量に含有するという共通の特徴を有する。一般に、このスラグは10重量%乃至20重量%の銅と、30重量%乃至50重量%のFe3O4とを包含し、これは大量の資源の浪費をもたらす。
上述の技術的問題を解決するために、本発明は、粗銅の生産のための方法と、粗銅の生産に使用するための生産装置とを提供する。その方法によれば、粗銅を生産することができ、その結果として生じるスラグは低い銅含有量を有する。
本発明は粗銅の生産のための方法を提供し、この方法は以下のステップからなる。即ち、生産装置において、銅溶解溶融スラグ、カーボン含有還元剤、及び加圧した不活性ガスを混合し、それに反応が続いて粗銅及び後反応スラグを得て、その不活性ガスの圧力は100kPa乃至800kPaである。
好ましくは、生産装置は、
炉体を備え、この炉体は内側に溶融プールを含むと共に、ガス・ノズル、供給ポート、粗銅排出ポート、及びスラグ排出ポートが設けられており、
そのガス・ノズルは炉体の側壁に配置されており、溶融プールの中間部へ至る。
好ましくは、銅溶解溶融スラグ及びカーボン含有還元剤はそれぞれランナーを通じて供給ポートを介して生産装置へ導入される。
不活性ガスは、ガス・ノズルを介して生産装置へ充填される。
好ましくは、炉体は上部に燃料バーナーが設けられている。
燃料及び燃焼改良体は燃料バーナーへ指向される。
好ましくは、燃焼改良体は95重量%よりも大きい酸素濃度を有する産業用酸素ガスである。
好ましくは、不活性ガスは窒素ガスである。
好ましくは、銅溶解溶融スラグは1050°C乃至1350°Cの温度にある。
好ましくは、カーボン含有還元剤は、コークスと石炭とのうちの少なくとも一方である。
好ましくは、カーボン含有還元剤のカーボン含有量の銅溶解融解スラグの酸素含有量に対する質量比は、(0.1-0.35):1である。
本発明は粗銅の生産に使用するための生産装置を更に提供し、これは、
炉体を備え、この炉体は内側に溶融プールを含むと共に、ガス・ノズル、供給ポート、粗銅排出ポート、及びスラグ排出ポートが設けられており、
そのガス・ノズルは炉体の側壁に配置されており、溶融プールの中間部へ至る。
従来技術と比較すると、本発明は銅溶解溶融スラグ及びカーボン含有還元剤を生産装置へ導入し、100 kPa乃至800 kPaの圧力を有する加圧した不活性ガスを生産装置へ充填し、材料を混合して反応を実行して、粗銅及び後反応スラグを得る。本発明においては、銅溶解溶融スラグの顕著な熱はカーボン含有還元剤が灼熱状態に達することを可能にするために利用され、そのスラグにおけるCuOが灼熱カーボン含有還元剤によって金属銅へ還元され、それと同時にスラグにおけるFeがFeOへ還元される。充填された不活性ガスは反応材料を激しく撹拌し、溶融スラグを沸騰させて、カーボン含有還元剤を溶融スラグへ引き込んで、溶融銅の生成された小さな液滴を互いに結合させることを促進して、分離された粗銅相とスラグ相とを形成する。不活性ガスで激しく撹拌することによって、本発明は反応界面の迅速な更新を促進して、反応進展を強化し、スラグの特性を迅速に変化させ、スラグの粘性を低減し、及び溶融銅液滴の間の衝突及び結合の可能性を増大させ、それによって溶融銅液滴の堆積を促進する。従って、粗銅は本発明の強化された処理で得ることができると共に、最終的なスラグの銅含有量を低減することができる。本発明によれば、98.5重量%より大きな銅含有量を有する粗銅を生産することができると共に、最終的なスラグにおける銅含有量は0.4重量%以下になることが実際に示された。
図1は、本発明の例において提供された粗銅生産において使用される生産装置の構造的概略図である。発明の詳細な説明 本発明の更なる理解のために、本発明の好ましい実施形態を例と組み合わせて以下に表すが、これらの説明は単に本発明の特徴及び利点を更に例示するだけであって、本発明の請求項を限定するものではないことを理解されたい。
本発明は粗銅の生産のための方法提供し、これは、以下のステップを含む。即ち、生産装置において、銅溶解溶融スラグ、カーボン含有還元剤、及び加圧した不活性ガスを混合し、それに反応が続いて粗銅及び後反応スラグを得て、その不活性ガスの圧力は100kPa乃至800kPaである。
冶金学の発達に適応して、また従来技術の欠点を克服するために、本発明により提供された粗銅のための製造方法は、銅溶解からもたらされたCuO及びFeに富んだ溶融スラグから直接に粗銅を生産する方法である。この方法によれば、粗銅のみが得られることはないが、処理されたスラグにおける銅含有量も減少させることができるので、最終的なスラグは、選鉱のような更なる処理を伴うことなく、粒状にされた後に他の産業の原材料として役立つことができ、ひいては低い投資と生産コストを可能にすることができる。
従って、本発明の方法は、銅溶解溶融スラグを清浄する方法として考えることができる。
本発明の一例においては、銅溶解溶融スラグとカーボン含有還元剤は生産装置へ導入され、加圧された不活性ガスは100kPa乃至800kPaの圧力において生産装置へ充填される。次いで、これらの材料が混合されて反応を実行し、それによって粗銅及び後反応スラグを得る。
本発明は原料として銅溶解溶融スラグを用いることにより粗銅を生産し、高い経済的効果と社会的利益を有する。銅溶解溶融スラグは、当業者には良く知られているように銅溶解からもたらされた溶融状態においてCuO及びFeに富んだスラグである。本発明においては、銅溶解溶融スラグの構成要素に対する特別な制限はなく、銅は酸化状態にあり、一般に10重量%乃至20重量%の量であり、かつ、Feは一般に30重量%乃至50重量%の量である。銅溶解溶融スラグは顕著な熱を有し、その温度は好ましくは1050°C乃至1350°Cである。本発明は銅溶解溶融スラグの顕著な熱を利用してカーボン含有還元剤を灼熱状態に到達させ、このカーボン含有還元剤の温度上昇を支援するために更なる熱を補う必要がないので、それによって良好な省エネルギー効果が達成されて経済コストが節約される。
本発明においては、カーボン含有還元剤は銅溶解溶融スラグと混合されて、スラグにおけるCuOを金属銅へ還元させ、その一方でFeを減少させるので、それによって粗銅が得られて、スラグが洗浄される。カーボン含有還元剤は粒状にされて、これは好ましくは石炭とコークスのとの少なくとも一方であり、より好ましくはコークスである。本発明にはカーボン含有還元剤の源への特別な制限はない。本発明においては、カーボン含有還元剤におけるカーボン含有量の銅溶解溶融スラグにおける酸素含有量に対する質量比(C/O)は、好ましくは(0.1-0.35):1である。
本発明においては、溶融スラグを沸騰させると共に、激しい撹拌作用を生成するための力は、上述の反応材料へ加圧した不活性ガスを充填させることによって与えられる。具体的には、充填された不活性ガスは反応材料を激しく撹拌して、溶融スラグを沸騰させて、カーボン含有還元剤を溶融スラグへ引き込んで、溶融銅の生成された小さな液滴が互いに結合することを促進して、分離された粗銅相とスラグ相とを形成する。
不活性ガスで激しく撹拌することによって、本発明は反応界面の迅速な更新を促進し、反応進展を強化し、スラグの特性を迅速に変化させ、スラグの粘性を低減し、溶融銅液滴の間の衝突及び結合の可能性を増大させ、それによって溶融銅液滴の堆積を促進する。従って、粗銅は本発明の強化された処理において得ることができると共に、最終的なスラグにおける銅含有量は低減させることができる。更に、不活性ガスにより撹拌することは、カーボン含有還元剤及び生成された粗銅が酸化するのを防止することができると共に、カーボン含有還元剤の使用量を減少させて、高効率及び低コストを可能にする。
本発明においては、不活性ガスは100 kPa乃至800 kPa、好ましくは200 kPa乃至600 kPa、より好ましくは300 kPa乃至500 kPaの圧力を有する。この不活性ガスは好ましくは窒素ガスであり、これは反応材料の間の接触を増大することができ、反応効率を向上させることができる。更に、不活性ガスとしての窒素ガスは還元されたCu及びFeOを再酸化させることはなく、粗銅生産に有益である。
本発明においては、銅溶解溶融スラグを生産装置へ導入して、カーボン含有還元剤を比例的に加えて、加圧した不活性ガスを生産装置へ充填することが好ましい。本発明においては、この生産装置は好ましくは以下に説明された生産装置である。
本発明は粗銅の生産おいて使用するための生産装置を提供し、これは、
炉体を備え、この炉体は内側に溶融プールを含むと共に、ガス・ノズル、供給ポート、粗銅排出ポート、及びスラグ排出ポートが設けられている。
そのガス・ノズルは炉体の側壁に配置されており、溶融プールの中間部へ至る。
本発明により提供される生産装置は、粗銅の生産において用いられ、粗銅を得て、処理したスラグの銅含有量を減少させることを促進する。
本発明の例において提供される粗銅の生産に使用するための生産装置は、側部吹き込み冶金炉であり、その構造は図1に示される。図1は、本発明の例において提供される粗銅生産において用いられる生産装置の構造的概略図である。
図1において、1は銅溶解溶融スラグを示し、2はカーボン含有還元剤を示し、3は加圧した不活性ガスを示し、4は炉体を示し、411はガス・ノズルを示し、412は燃料バーナーを示し、413は供給ポートを示し、414は上昇送気管を示し、415は粗銅排出ポートであり、416はスラグ排出ポートを示し、5は燃料を示し、6は燃焼改良体を示し、7は反応していないカーボン含有還元剤の層を示し、8はスラグ層を示し、及び、9は粗銅層を示す。
本発明においては、炉体4は内側に溶融プールを含み、ここでは粗銅の生産が主に実行される。本発明の例においては、炉体4は更にその中に上昇送気管414を含み、これは溶融プールに連通している。製造工程において発生した炉ガスは上昇送気管414によって排出されて、冷却されて、除塵されて、次いで放出される。
炉体4には、その上に供給ポート413が設けられており、これを通じて銅溶解溶融スラグ及びカーボン含有還元剤が添加される。好ましくは、銅溶解溶融スラグ1とカーボン含有還元剤2とはそれぞれランナーを通じて供給ポート413を介して生産装置へ導入される。
炉体4にはガス・ノズル411が設けられ、これは炉体の側壁に位置しており、溶融プールの中間部に至る。この溶融プールの中間部とは、形成されたスラグ層に対応する位置を意味する。ガス・ノズル411は、炉体4の一つの側壁又は二つの側壁に配置されることがある。本発明においては、一つ以上、好ましくは五つのガス・ノズルが一つの側壁に存在し得る。
本発明においては、不活性ガス3は好ましくはガス・ノズル411を介して生産装置へ導入される。ガス・ノズル411は炉体4の側壁に配置されており、溶融プールに浸漬することができるので、即ち、不活性ガスはスラグ層へ導入することができるので、導入された不活性ガス3は、溶融スラグを沸騰させて激しい撹拌を形成するための力を、生成物をスラグへ再び撹拌することなく、より良く提供することができる。このように、不活性ガスは生成物の堆積及び分離を促進して、効率を向上させる。
本発明の例においては、炉体4はその上部に燃料バーナー412が設けられており、これには燃料5及び燃焼改良体6が導入される。本発明においては、燃料バーナー412内で燃料5を燃焼させて熱を発生させることが好ましい。更に、スラグにおけるCuO2及びFeがカーボン含有還元剤2と反応を起こすとき、或る程度の量のCOが発生し(これは図1には示されていない)、空気中に存在する発生したCOと燃焼改良体6とが同様に熱を発生させる。空気は供給ポート413を介して吸入され、発生した熱は還元反応の熱平衡を維持することができる。当該技術分野で一般に使用されている燃料が採用される。燃焼改良体は、好ましくは、95重量%よりも大きい酸素濃度を有する産業用酸素ガスであって、炉ガスが少量であることを確実にして、炉ガスによって運び去られる熱が充分に少ないようにする。
燃焼において発生する総熱量が還元反応の熱平衡を維持することができる限り、本発明には燃料及び燃焼改良体の量に対する特別な制限はない。
本発明においては、粗銅排出ポート415は炉体4に配置されており、炉体4の側壁の低い部分に位置している。この側壁の低い部分とは、形成された粗銅層に対応する位置を意味する。粗銅は粗銅排出ポート415を介して放出され、陽極精製炉へ搬送されて粗銅精製が実行されることがある。
本発明においては、スラグ排出ポート416は、スラグを放出するために、炉体に配置される。本発明の例においては、供給ポート413は炉体4の一端における上部に位置しており、反応材料は比例的にかつ連続的に添加されることがある。スラグ排出ポート416は、炉体4の他端の低い部分に位置する。
新たに生成されたスラグはスラグ排出ポート416から連続的に放出されて、他の産業の原料として役立つように粒状にされることがある。
本発明における炉体、ガス・ノズル、及び燃料バーナーの材料及び寸法に対する特別な制限はなく、当該技術分野で一般に使用されている材料及び寸法が採用される。供給ポート、スラグ排出ポート、粗銅排出ポート、溶融プール、及び上昇送気管の寸法は当業者には良く知られている技術概念であり、本発明におけるそれらに対する特別な制限はない。
粗銅生産が本発明の例により実行されるとき、銅溶解溶融スラグ1は炉体4の一端におけるランナーを通じて供給ポート413を介して炉体4へ導入され、カーボン含有還元剤2はランナーを通じて供給ポート413を介して比例的に添加され、加圧された不活性ガス3はガス・ノズル411を介して連続的に充填され、それらのガス・ノズルは炉体4の二つの側壁に配置されて溶融プール内の溶解物に浸漬されて、溶融スラグを沸騰させて、粒状化されたカーボン含有還元剤を溶融スラグへ引き込んで混合体を形成する。
この工程においては、スラグの顕著な熱はカーボン含有還元剤を灼熱に溶かして、この灼熱カーボン含有還元剤は、スラグ内に含まれた銅化合物CuOを金属銅へ還元する。同時に、スラグ内に含まれた鉄化合物は、高い融点FeからFeOへ変換される。更に、スラグ内に含まれたFeO及びSiOはスラグを形成して、低融点を有する2FeO・SiOを形成し、スラグの特性を変化させてその粘性を低減し、これは銅及びスラグの堆積及び分離に有益である。導入された不活性ガスは反応材料を激しく撹拌して、反応界面の迅速な更新を促進して、反応進展を強化して、スラグの特性を迅速に変化させ、それと同時に、溶融銅の生成された小さな液滴を相互に結合させることを促進して、炉体4内に分離したスラグ層8と粗銅層9を形成させる。
余剰な未反応カーボン含有還元剤は、その低い密度のために、スラグの表面に浮かび、灼熱した固体未反応カーボン含有還元剤7の層を形成する。灼熱した固体未反応カーボン含有還元剤7の層は、上方の空気層からスラグ層8及び粗銅層9を液層で隔離させ、それによってスラグ層におけるFeo及び粗銅層におけるCuが空気層におけるOに接触することを防止して、還元された銅及びスラグが再酸化しないことを確実にする。
また、本発明の例によれば、燃料5及び燃焼改良体6は炉体4の上部に配置された燃料バーナー412へ導入され、還元反応の熱平衡はバーナーにおける燃料5及びCOの燃焼によって維持される。燃料5の燃焼のために使われる燃焼改良体6は、95重量%よりも大きい酸素濃度を有する産業用酸素ガスであり、炉ガスが少量であることを確実にして、炉ガスによって運び去られる熱が充分に少ないことを保証する。
炉体4の他端において、液相のスラグはスラグ排出ポート416から排出され、液相の粗銅は炉体4の側壁の低い部分に配置された粗銅排出ポート415から排出される。また、上述の工程において発生する炉ガスは、上昇送気管414によって排出されて、冷却され、除塵され、脱硫されて、次いで放出される。
分離された粗銅及び新たなスラグは、生産の完了の後に得られる。当該技術分野における試験基準によれば、スラグは0.4重量%以下の量で銅を包含し、これは粒状化された後の他の産業の原料として役立てることができる。粗銅は98.5重量%を超える量で銅を包含しており、陽極精製炉へ搬送されて粗銅精製が実行されることがある。
要約すると、本発明において提供された粗銅の生産のための方法は、高い反応効率を有し、スラグにおける低い銅含有量を有する銅溶解溶融スラグから粗銅を得る。更に、本発明の方法は、工程が単純であって、制御及び操作が便利であるのみならず、小型装置、低いエネルギー消費、一般化のためのより少ない投資及び適合性の利点も有する。
本発明の更なる理解のために、本発明において提供される粗銅の生産のための方法と粗銅の生産において用いられる生産装置とは、下記の例との組み合わせで特に説明される。
以下の例において用いられた銅溶解溶融スラグは、20%の銅含有量と30%の酸素含有量を有しており、また、それは1250°Cの温度にある。
例1
図1に示される生産装置では、銅溶解溶融スラグ1はランナーを通じて供給ポート413を介して炉体4へ導入され、コークス2はランナーを通じて供給ポート413を介して比例的に添加されると共に、加圧された窒素ガス3は、炉体4の二つ側壁に配置されて溶融プールに浸漬されたガス・ノズル411を介して連続的に導入された。材料は混合されて続いて反応した。分離されたスラグ層8と粗銅層9とが炉体4内に形成されて、余剰で未反応のコークスが未反応コークス層7を形成した。
原スラグは100 t/hの率で処理され、コークスは4.2 t/hの率で添加され、窒素ガスは、100 kPaの圧力であり、コークス内のカーボン含有量の銅溶解溶融スラグ内の酸素含有量に対する質量比(C/O)は、(0.1-0.35):1であった。
燃料5及び産業用酸素ガス6は、炉体4の上部に配置された燃焼バーナー412へ導入され、還元反応の熱平衡はバーナーにおける燃料5及びCOの燃焼によって維持された。
液相のスラグはスラグ排出ポート416を通じて放出され、液相の粗銅は、炉体4の側壁の下部部分に配置された粗銅排出ポート415から放出された。更に、上述の工程で発生した炉ガスは、上昇送気管414を介して排出されて、冷却されて、除塵されて、脱硫されて、次いで放出された。
分離された粗銅と新たなスラグとを得た後に、当該技術分野の試験基準によれば、スラグは0.4重量%の量で銅を包含し、粗銅は98.5重量%の量で銅を包含する。
例2
分離された粗銅と新たなスラグとは、例1の方法により、800 kPaの圧力の窒素ガスにより得られ、コークスのカーボン含有量に対する銅溶解溶融スラグの酸素含有量に対する質量比(C/O)は(0.1-0.35):1になった。
当該技術分野の試験基準によると、スラグは0.4重量%の量で銅を包含し、粗銅は98.5重量%の量で銅を包含する。
上述の例からは、本発明により提供される粗銅の生産のための方法は、粗銅を得ることができるのみならず、最終的なスラグは、処理されたスラグ内の銅含量を減少させることもでき、最終的なスラグは、選鉱のような更なる処置を伴うことなく、粒状化された後に他の産業の原料として役立てることができ、従って、投資及び生産のためのコストを低くすることが可能になることが解る。
更に、本発明の方法は、単純な工程並びに便利な制御及び操作の利点を有しており、一般的に適用可能である。
例を挙げての上述の説明は、単に本発明の方法及びその核となる概念の理解を助けるだけである。幾つかの改良例及び変更例が本発明の趣旨から逸脱することなく当業者によりなし得ることが示唆されており、そのような改良例及び変更例の全ては本発明の特許請求の範囲によって保護された保護範囲の範疇にある。
発明の分野
この出願は、2013年7月23日に中国特許庁(SIPO)へ出願された中国特許出願番号第201310314853.8号(発明の名称“Method for production of blister copper and production device for use in production of blister copper”)の優先権を主張しており、それは参照によってその全体がここに取り込まれている。
本発明は、非鉄冶金学の技術分野、特に、粗銅の生産のための方法と粗銅の生産に使用するための生産装置とに関する。
発明の背景
銅乾式冶金産業においては、一つの方法は粗銅を硫化銅濃縮物から間接的に生産しており、これは一般に二つのステップからなる。即ち、先ず、硫化銅濃縮物が脱硫及び除鉄を受けて溶解されて高品位な銅マットを得て、次いで、この結果として生じる銅マットが脱硫及び除鉄を更に受けて、粗銅を与えるように変換される。他の方法は粗銅を銅濃縮物から直接に生産しており、これはオーストラリアのOlympic Dam製錬所、ポーランドのGlogow製錬所、及びザンビアのKCM製錬所によって実際的な生産に採用されている。これらの銅溶解方法により生産された粗銅は一般に98.5重量%の銅含有量を有する。しかしながら、これらの方法は、生産から生じたスラグがCu O及びFe を比較的に大量に含有するという共通の特徴を有する。一般に、このスラグは10重量%乃至20重量%の銅と、30重量%乃至50重量%のFe とを包含し、これは大量の資源の浪費をもたらす。
上述の技術的問題を解決するために、本発明は、粗銅の生産のための方法と、粗銅の生産に使用するための生産装置とを提供する。その方法によれば、粗銅を生産することができ、その結果として生じるスラグは低い銅含有量を有する。
本発明は粗銅の生産のための方法を提供し、この方法は以下のステップからなる。即ち、生産装置において、銅溶解溶融スラグ、カーボン含有還元剤、及び加圧した不活性ガスを混合し、それに反応が続いて粗銅及び後反応スラグを得て、その不活性ガスの圧力は100kPa乃至800kPaである。
好ましくは、生産装置は、
炉体を備え、この炉体は内側に溶融プールを含むと共に、ガス・ノズル、供給ポート、粗銅排出ポート、及びスラグ排出ポートが設けられており、
そのガス・ノズルは炉体の側壁に配置されており、溶融プールの中間部へ至る。
好ましくは、銅溶解溶融スラグ及びカーボン含有還元剤はそれぞれランナーを通じて供給ポートを介して生産装置へ導入される。
不活性ガスは、ガス・ノズルを介して生産装置へ充填される。
好ましくは、炉体は上部に燃料バーナーが設けられている。
燃料及び燃焼改良体は燃料バーナーへ指向される。
好ましくは、燃焼改良体は95重量%よりも大きい酸素濃度を有する産業用酸素ガスである。
好ましくは、不活性ガスは窒素ガスである。
好ましくは、銅溶解溶融スラグは1050°C乃至1350°Cの温度にある。
好ましくは、カーボン含有還元剤は、コークスと石炭とのうちの少なくとも一方である。
好ましくは、カーボン含有還元剤のカーボン含有量の銅溶解融解スラグの酸素含有量に対する質量比は、(0.1-0.35):1である。
本発明は粗銅の生産に使用するための生産装置を更に提供し、これは、
炉体を備え、この炉体は内側に溶融プールを含むと共に、ガス・ノズル、供給ポート、粗銅排出ポート、及びスラグ排出ポートが設けられており、
そのガス・ノズルは炉体の側壁に配置されており、溶融プールの中間部へ至る。
従来技術と比較すると、本発明は銅溶解溶融スラグ及びカーボン含有還元剤を生産装置へ導入し、100 kPa乃至800 kPaの圧力を有する加圧した不活性ガスを生産装置へ充填し、材料を混合して反応を実行して、粗銅及び後反応スラグを得る。本発明においては、銅溶解溶融スラグの顕著な熱はカーボン含有還元剤が灼熱状態に達することを可能にするために利用され、そのスラグにおけるCuOが灼熱カーボン含有還元剤によって金属銅へ還元され、それと同時にスラグにおけるFeがFeOへ還元される。充填された不活性ガスは反応材料を激しく撹拌し、溶融スラグを沸騰させて、カーボン含有還元剤を溶融スラグへ引き込んで、溶融銅の生成された小さな液滴を互いに結合させることを促進して、分離された粗銅相とスラグ相とを形成する。不活性ガスで激しく撹拌することによって、本発明は反応界面の迅速な更新を促進して、反応進展を強化し、スラグの特性を迅速に変化させ、スラグの粘性を低減し、及び溶融銅液滴の間の衝突及び結合の可能性を増大させ、それによって溶融銅液滴の堆積を促進する。従って、粗銅は本発明の強化された処理で得ることができると共に、最終的なスラグの銅含有量を低減することができる。本発明によれば、98.5重量%より大きな銅含有量を有する粗銅を生産することができると共に、最終的なスラグにおける銅含有量は0.4重量%以下になることが実際に示された。
図1は、本発明の例において提供された粗銅生産において使用される生産装置の構造的概略図である。
発明の詳細な説明
本発明の更なる理解のために、本発明の好ましい実施形態を例と組み合わせて以下に表すが、これらの説明は単に本発明の特徴及び利点を更に例示するだけであって、本発明の請求項を限定するものではないことを理解されたい。
本発明は粗銅の生産のための方法提供し、これは、以下のステップを含む。即ち、
生産装置において、銅溶解溶融スラグ、カーボン含有還元剤、及び加圧した不活性ガスを混合し、それに反応が続いて粗銅及び後反応スラグを得て、その不活性ガスの圧力は100kPa乃至800kPaである。
冶金学の発達に適応して、また従来技術の欠点を克服するために、本発明により提供された粗銅のための製造方法は、銅溶解からもたらされたCuO及びFeに富んだ溶融スラグから直接に粗銅を生産する方法である。この方法によれば、粗銅のみが得られることはないが、処理されたスラグにおける銅含有量も減少させることができるので、最終的なスラグは、選鉱のような更なる処理を伴うことなく、粒状にされた後に他の産業の原材料として役立つことができ、ひいては低い投資と生産コストを可能にすることができる。
従って、本発明の方法は、銅溶解溶融スラグを清浄する方法として考えることができる。
本発明の一例においては、銅溶解溶融スラグとカーボン含有還元剤は生産装置へ導入され、加圧された不活性ガスは100kPa乃至800kPaの圧力において生産装置へ充填される。次いで、これらの材料が混合されて反応を実行し、それによって粗銅及び後反応スラグを得る。
本発明は原料として銅溶解溶融スラグを用いることにより粗銅を生産し、高い経済的効果と社会的利益を有する。銅溶解溶融スラグは、当業者には良く知られているように銅溶解からもたらされた溶融状態においてCuO及びFeに富んだスラグである。本発明においては、銅溶解溶融スラグの構成要素に対する特別な制限はなく、銅は酸化状態にあり、一般に10重量%乃至20重量%の量であり、かつ、Feは一般に30重量%乃至50重量%の量である。銅溶解溶融スラグは顕著な熱を有し、その温度は好ましくは1050°C乃至1350°Cである。本発明は銅溶解溶融スラグの顕著な熱を利用してカーボン含有還元剤を灼熱状態に到達させ、このカーボン含有還元剤の温度上昇を支援するために更なる熱を補う必要がないので、それによって良好な省エネルギー効果が達成されて経済コストが節約される。
本発明においては、カーボン含有還元剤は銅溶解溶融スラグと混合されて、スラグにおけるCuOを金属銅へ還元させ、その一方でFeを減少させるので、それによって粗銅が得られて、スラグが洗浄される。カーボン含有還元剤は粒状にされて、これは好ましくは石炭とコークスのとの少なくとも一方であり、より好ましくはコークスである。本発明にはカーボン含有還元剤の源への特別な制限はない。本発明においては、カーボン含有還元剤におけるカーボン含有量の銅溶解溶融スラグにおける酸素含有量に対する質量比(C/O)は、好ましくは(0.1-0.35):1である。
本発明においては、溶融スラグを沸騰させると共に、激しい撹拌作用を生成するための力は、上述の反応材料へ加圧した不活性ガスを充填させることによって与えられる。具体的には、充填された不活性ガスは反応材料を激しく撹拌して、溶融スラグを沸騰させて、カーボン含有還元剤を溶融スラグへ引き込んで、溶融銅の生成された小さな液滴が互いに結合することを促進して、分離された粗銅相とスラグ相とを形成する。
不活性ガスで激しく撹拌することによって、本発明は反応界面の迅速な更新を促進し、反応進展を強化し、スラグの特性を迅速に変化させ、スラグの粘性を低減し、溶融銅液滴の間の衝突及び結合の可能性を増大させ、それによって溶融銅液滴の堆積を促進する。従って、粗銅は本発明の強化された処理において得ることができると共に、最終的なスラグにおける銅含有量は低減させることができる。更に、不活性ガスにより撹拌することは、カーボン含有還元剤及び生成された粗銅が酸化するのを防止することができると共に、カーボン含有還元剤の使用量を減少させて、高効率及び低コストを可能にする。
本発明においては、不活性ガスは100 kPa乃至800 kPa、好ましくは200 kPa乃至600 kPa、より好ましくは300 kPa乃至500 kPaの圧力を有する。この不活性ガスは好ましくは窒素ガスであり、これは反応材料の間の接触を増大することができ、反応効率を向上させることができる。更に、不活性ガスとしての窒素ガスは還元されたCu及びFeOを再酸化させることはなく、粗銅生産に有益である。
本発明においては、銅溶解溶融スラグを生産装置へ導入して、カーボン含有還元剤を比例的に加えて、加圧した不活性ガスを生産装置へ充填することが好ましい。本発明においては、この生産装置は好ましくは以下に説明された生産装置である。
本発明は粗銅の生産おいて使用するための生産装置を提供し、これは、
炉体を備え、この炉体は内側に溶融プールを含むと共に、ガス・ノズル、供給ポート、粗銅排出ポート、及びスラグ排出ポートが設けられている。
そのガス・ノズルは炉体の側壁に配置されており、溶融プールの中間部へ至る。
本発明により提供される生産装置は、粗銅の生産において用いられ、粗銅を得て、処理したスラグの銅含有量を減少させることを促進する。
本発明の例において提供される粗銅の生産に使用するための生産装置は、側部吹き込み冶金炉であり、その構造は図1に示される。図1は、本発明の例において提供される粗銅生産において用いられる生産装置の構造的概略図である。
図1において、1は銅溶解溶融スラグを示し、2はカーボン含有還元剤を示し、3は加圧した不活性ガスを示し、4は炉体を示し、411はガス・ノズルを示し、412は燃料バーナーを示し、413は供給ポートを示し、414は上昇送気管を示し、415は粗銅排出ポートであり、416はスラグ排出ポートを示し、5は燃料を示し、6は燃焼改良体を示し、7は反応していないカーボン含有還元剤の層を示し、8はスラグ層を示し、及び、9は粗銅層を示す。
本発明においては、炉体4は内側に溶融プールを含み、ここでは粗銅の生産が主に実行される。本発明の例においては、炉体4は更にその中に上昇送気管414を含み、これは溶融プールに連通している。製造工程において発生した炉ガスは上昇送気管414によって排出されて、冷却されて、除塵されて、次いで放出される。
炉体4には、その上に供給ポート413が設けられており、これを通じて銅溶解溶融スラグ及びカーボン含有還元剤が添加される。好ましくは、銅溶解溶融スラグ1とカーボン含有還元剤2とはそれぞれランナーを通じて供給ポート413を介して生産装置へ導入される。
炉体4にはガス・ノズル411が設けられ、これは炉体の側壁に位置しており、溶融プールの中間部に至る。この溶融プールの中間部とは、形成されたスラグ層に対応する位置を意味する。ガス・ノズル411は、炉体4の一つの側壁又は二つの側壁に配置されることがある。本発明においては、一つ以上、好ましくは五つのガス・ノズルが一つの側壁に存在し得る。
本発明においては、不活性ガス3は好ましくはガス・ノズル411を介して生産装置へ導入される。ガス・ノズル411は炉体4の側壁に配置されており、溶融プールに浸漬することができるので、即ち、不活性ガスはスラグ層へ導入することができるので、導入された不活性ガス3は、溶融スラグを沸騰させて激しい撹拌を形成するための力を、生成物をスラグへ再び撹拌することなく、より良く提供することができる。このように、不活性ガスは生成物の堆積及び分離を促進して、効率を向上させる。
本発明の例においては、炉体4はその上部に燃料バーナー412が設けられており、これには燃料5及び燃焼改良体6が導入される。本発明においては、燃料バーナー412内で燃料5を燃焼させて熱を発生させることが好ましい。更に、スラグにおけるCuびFeがカーボン含有還元剤2と反応を起こすとき、或る程度の量のCOが発生し(これは図1には示されていない)、空気中に存在する発生したCOと燃焼改良体6とが同様に熱を発生させる。空気は供給ポート413を介して吸入され、発生した熱は還元反応の熱平衡を維持することができる。当該技術分野で一般に使用されている燃料が採用される。燃焼改良体は、好ましくは、95重量%よりも大きい酸素濃度を有する産業用酸素ガスであって、炉ガスが少量であることを確実にして、炉ガスによって運び去られる熱が充分に少ないようにする。
燃焼において発生する総熱量が還元反応の熱平衡を維持することができる限り、本発明には燃料及び燃焼改良体の量に対する特別な制限はない。
本発明においては、粗銅排出ポート415は炉体4に配置されており、炉体4の側壁の低い部分に位置している。この側壁の低い部分とは、形成された粗銅層に対応する位置を意味する。粗銅は粗銅排出ポート415を介して放出され、陽極精製炉へ搬送されて粗銅精製が実行されることがある。
本発明においては、スラグ排出ポート416は、スラグを放出するために、炉体に配置される。本発明の例においては、供給ポート413は炉体4の一端における上部に位置しており、反応材料は比例的にかつ連続的に添加されることがある。スラグ排出ポート416は、炉体4の他端の低い部分に位置する。
新たに生成されたスラグはスラグ排出ポート416から連続的に放出されて、他の産業の原料として役立つように粒状にされることがある。
本発明における炉体、ガス・ノズル、及び燃料バーナーの材料及び寸法に対する特別な制限はなく、当該技術分野で一般に使用されている材料及び寸法が採用される。供給ポート、スラグ排出ポート、粗銅排出ポート、溶融プール、及び上昇送気管の寸法は当業者には良く知られている技術概念であり、本発明におけるそれらに対する特別な制限はない。
粗銅生産が本発明の例により実行されるとき、銅溶解溶融スラグ1は炉体4の一端におけるランナーを通じて供給ポート413を介して炉体4へ導入され、カーボン含有還元剤2はランナーを通じて供給ポート413を介して比例的に添加され、加圧された不活性ガス3はガス・ノズル411を介して連続的に充填され、それらのガス・ノズルは炉体4の二つの側壁に配置されて溶融プール内の溶解物に浸漬されて、溶融スラグを沸騰させて、粒状化されたカーボン含有還元剤を溶融スラグへ引き込んで混合体を形成する。
この工程においては、スラグの顕著な熱はカーボン含有還元剤を灼熱に溶かして、この灼熱カーボン含有還元剤は、スラグ内に含まれた銅化合物CuOを金属銅へ還元する。同時に、スラグ内に含まれた鉄化合物は、高い融点FeからFeOへ変換される。更に、スラグ内に含まれたFeO及びSiOはスラグを形成して、低融点を有する2FeO・SiOを形成し、スラグの特性を変化させてその粘性を低減し、これは銅及びスラグの堆積及び分離に有益である。導入された不活性ガスは反応材料を激しく撹拌して、反応界面の迅速な更新を促進して、反応進展を強化して、スラグの特性を迅速に変化させ、それと同時に、溶融銅の生成された小さな液滴を相互に結合させることを促進して、炉体4内に分離したスラグ層8と粗銅層9を形成させる。
余剰な未反応カーボン含有還元剤は、その低い密度のために、スラグの表面に浮かび、灼熱した固体未反応カーボン含有還元剤7の層を形成する。灼熱した固体未反応カーボン含有還元剤7の層は、上方の空気層からスラグ層8及び粗銅層9を液層で隔離させ、それによってスラグ層におけるFeo及び粗銅層におけるCuが空気層におけるOに接触することを防止して、還元された銅及びスラグが再酸化しないことを確実にする。
また、本発明の例によれば、燃料5及び燃焼改良体6は炉体4の上部に配置された燃料バーナー412へ導入され、還元反応の熱平衡はバーナーにおける燃料5及びCOの燃焼によって維持される。燃料5の燃焼のために使われる燃焼改良体6は、95重量%よりも大きい酸素濃度を有する産業用酸素ガスであり、炉ガスが少量であることを確実にして、炉ガスによって運び去られる熱が充分に少ないことを保証する。
炉体4の他端において、液相のスラグはスラグ排出ポート416から排出され、液相の粗銅は炉体4の側壁の低い部分に配置された粗銅排出ポート415から排出される。また、上述の工程において発生する炉ガスは、上昇送気管414によって排出されて、冷却され、除塵され、脱硫されて、次いで放出される。
分離された粗銅及び新たなスラグは、生産の完了の後に得られる。当該技術分野における試験基準によれば、スラグは0.4重量%以下の量で銅を包含し、これは粒状化された後の他の産業の原料として役立てることができる。粗銅は98.5重量%を超える量で銅を包含しており、陽極精製炉へ搬送されて粗銅精製が実行されることがある。
要約すると、本発明において提供された粗銅の生産のための方法は、高い反応効率を有し、スラグにおける低い銅含有量を有する銅溶解溶融スラグから粗銅を得る。更に、本発明の方法は、工程が単純であって、制御及び操作が便利であるのみならず、小型装置、低いエネルギー消費、一般化のためのより少ない投資及び適合性の利点も有する。
本発明の更なる理解のために、本発明において提供される粗銅の生産のための方法と粗銅の生産において用いられる生産装置とは、下記の例との組み合わせで特に説明される。
以下の例において用いられた銅溶解溶融スラグは、20%の銅含有量と30%の酸素含有量を有しており、また、それは1250°Cの温度にある。
例1
図1に示される生産装置では、銅溶解溶融スラグ1はランナーを通じて供給ポート413を介して炉体4へ導入され、コークス2はランナーを通じて供給ポート413を介して比例的に添加されると共に、加圧された窒素ガス3は、炉体4の二つ側壁に配置されて溶融プールに浸漬されたガス・ノズル411を介して連続的に導入された。材料は混合されて続いて反応した。分離されたスラグ層8と粗銅層9とが炉体4内に形成されて、余剰で未反応のコークスが未反応コークス層7を形成した。
原スラグは100 t/hの率で処理され、コークスは4.2 t/hの率で添加され、窒素ガスは、100 kPaの圧力であり、コークス内のカーボン含有量の銅溶解溶融スラグ内の酸素含有量に対する質量比(C/O)は、(0.1-0.35):1であった。
燃料5及び産業用酸素ガス6は、炉体4の上部に配置された燃焼バーナー412へ導入され、還元反応の熱平衡はバーナーにおける燃料5及びCOの燃焼によって維持された。
液相のスラグはスラグ排出ポート416を通じて放出され、液相の粗銅は、炉体4の側壁の下部部分に配置された粗銅排出ポート415から放出された。更に、上述の工程で発生した炉ガスは、上昇送気管414を介して排出されて、冷却されて、除塵されて、脱硫されて、次いで放出された。
分離された粗銅と新たなスラグとを得た後に、当該技術分野の試験基準によれば、スラグは0.4重量%の量で銅を包含し、粗銅は98.5重量%の量で銅を包含する。
例2
分離された粗銅と新たなスラグとは、例1の方法により、800 kPaの圧力の窒素ガスにより得られ、コークスのカーボン含有量に対する銅溶解溶融スラグの酸素含有量に対する質量比(C/O)は(0.1-0.35):1になった。
当該技術分野の試験基準によると、スラグは0.4重量%の量で銅を包含し、粗銅は98.5重量%の量で銅を包含する。
上述の例からは、本発明により提供される粗銅の生産のための方法は、粗銅を得ることができるのみならず、最終的なスラグは、処理されたスラグ内の銅含量を減少させることもでき、最終的なスラグは、選鉱のような更なる処置を伴うことなく、粒状化された後に他の産業の原料として役立てることができ、従って、投資及び生産のためのコストを低くすることが可能になることが解る。
更に、本発明の方法は、単純な工程並びに便利な制御及び操作の利点を有しており、一般的に適用可能である
例を挙げての上述の説明は、単に本発明の方法及びその核となる概念の理解を助けるものに過ぎない。幾つかの改良例及び変更例が本発明の趣旨から逸脱することなく当業者によりなし得ることが示唆されており、そのような改良例及び変更例の全ては本発明の特許請求の範囲によって保護された保護範囲の範疇にある。

Claims (10)

  1. 粗銅の生産のための方法であって、
    生産装置内で、銅溶解溶融スラグ、カーボン含有還元剤及び加圧した不活性ガスを混合させて反応が後に続き、粗銅及び後反応スラグを得て、その不活性ガスは100 kPa乃至800 kPaの圧力を有する方法。
  2. 請求項1の生産方法において、前記生産装置は、
    炉体であり、この炉体は内側に溶融プールを含むと共に、ガス・ノズル、供給ポート、粗銅放出ポート及びスラグ放出ポートが設けられている炉体を備え、
    前記ガス・ノズルは前記炉体の側壁に配置されており、前記溶融プールの中間部に至ることを特徴とする生産方法。
  3. 請求項2の生産方法において、前記銅溶解溶融スラグと前記カーボン含有還元剤とは、それぞれ、ランナーを通じて前記供給ポートを介して前記生産装置へ導入され、
    前記不活性ガスは、前記ガス・ノズルを介して前記生産装置へ充填されることを特徴とする生産方法。
  4. 請求項3の生産方法において、前記炉体には上部に燃料バーナーが設けられており、
    燃料及び燃焼改良体が前記燃料バーナーへ導入されることを特徴とする生産方法。
  5. 請求項4の生産方法において、前記燃焼改良体は95重量%よりも大きな酸素濃度を有する産業用酸素ガスであることを特徴とする生産方法。
  6. 請求項1乃至5の何れか一項に記載の生産方法において、前記不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする生産方法。
  7. 請求項1乃至5の何れか一項に記載の生産方法において、前記銅溶溶融スラグが1050°C乃至1350°Cの温度にあることを特徴とする生産方法。
  8. 請求項1乃至5の何れか一項に記載の生産方法において、前記カーボン含有還元剤が、コークスと石炭とのうちの少なくとも一方であることを特徴とする生産方法。
  9. 請求項8の生産方法において、前記カーボン含有還元剤内のカーボン含有量の前記銅溶解溶融スラグ内の酸素含有量に対する質量比が(0.1-0.35):1であることを特徴とする生産方法。
  10. 粗銅の生産に用いられる生産装置であって、
    炉体であり、この炉体は内側に溶融プールを含むと共に、ガス・ノズル、供給ポート、粗銅放出ポート及びスラグ放出ポートが設けられている炉体を備え、
    前記ガス・ノズルは前記炉体の側壁に配置されており、前記溶融プールの中間部に至る生産装置。
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