JP2022550624A - 廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この技術は、採掘分野に向けられており、より詳細には、廃棄物を生成させずに、銅濃縮物から銅金属を製造する方法に対応する。
100年以上にわたり、粗銅製造技術は実質的に停滞し続けており、10~20年前まで、競争力のある価格で粗銅を製造することを可能にしてきた。しかしながら、二酸化硫黄(SO2)を有するガスの不可避的な漏洩、および大量のスラグの形成のために、その本質的な限界が、設備費用およびプラントの稼働だけでなく、それらの潜在的な自動化の程度、環境中へのガスの排出ゼロ、スラグの形成、および銅濃縮物に含まれる他の金属の回収、すなわち21世紀の「廃棄物ゼロ」工程において、根本的に異なった代替手段を有することを余儀なくさせている。
図1:銅濃縮物から銅金属を生産する方法の模式図。
〔非特許文献〕
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〔発明の開示〕
本技術は、銅濃縮物から廃棄物を発生させることなく銅金属を製造する方法に相当する。従来の鋳造方法とは異なり、本発明では、温度は、反応が溶融材料間ではなく、固体と気体との間で起こる温度に操作されるため、本発明では、材料の溶融温度には到達しない。
CuFeS2(s)+3,25O2(g=CuO(s)+0.5Fe2O3(s)+2SO2(g)(1)
CuS(s)+1,5O2(g)=CuO(s)+SO2(s)(2)
Cu2S(s)+2O2(g)=2CuO(s)+SO2(g)(3)
FeS2(s)+2,75O2(g)=0,5Fe2O3(s)+2SO2(g)(4)
CuO(s)+Fe2O3(s)=CuO・Fe2O3(s) (5)
酸化銅フェライト形成(CuO・Fe2O3)の反応(5)がどの程度起こるかは可変であり、反応温度および時間に依存する。800℃では、濃縮物に含まれる銅の約15%が銅フェライトを形成する。
ZnS(s)+1,5O2(g)=ZnO(s)+SO2(g) (6)
濃縮物がモリブデナイト(MoS2)としてモリブデンを含有する場合、それは、約650℃で揮発性である三酸化物(MoO3)に酸化され、次いで、静電集塵器の粉末と凝縮し、そこから、従来の形態の粉末を、例えば、水酸化アンモニウム溶液で浸出させ、次いで、モリブデン酸アンモニウムを沈殿させることによって回収することができ、これは市販の製品である。
MoS2(s)+3,5O2(g)=MoO3(g)+2SO2(g)(7)
これらの反応は全て発熱性である。すなわち、これらの反応は、反応器3が追加の熱を必要としないように熱を発生させ、さらに、その高温ガス6は、その熱の一部を工業用の高圧蒸気として回収するために従来のボイラ7に通される。
CuO(s)+CO(g)=Cu(S)+CO2(g) (8)
3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) (9)
3CuO・Fe2O3+4CO(g)=3Cu(s)+2Fe3O4(s)+4CO2(g) (10)
ZnO(s)+CO(g)=Zn(g)+CO2(g) (11)
図4は、反応(8)~(11)の温度の関数としての一酸化炭素(CO)との還元反応の標準自由エネルギーの図を示す。すべての反応は300~1300℃の間の(自発的な)反応の標準的な自由エネルギーである負の値を有するとみられるが、酸化亜鉛(ZnO)の一酸化炭素(CO)によるガス状金属亜鉛への還元は1000℃よりも高温を必要とする。
2Zn(g)+O2(g)=2ZnO(s) (12)
微細な酸化亜鉛を含有するガス79は、バッグフィルターのような従来の装置74で清浄化され、販売用の酸化亜鉛75を回収する。清浄ガス76は、大気中に排出されてもよい。
C(s)+CO2(g)=2CO(g)(13)
この反応は吸熱性であり、アーク電極99または他の従来の手段によって供給される熱を必要とする。酸素(O2)、窒素(N2)および二酸化炭素(CO2)を含むガスは、気化器98の下部97に入り、酸素がコークス炭と反応して一酸化炭素(CO)を生成するので、実質的に一酸化炭素(CO)および窒素(N2)のみを伴って上部100から出る:
2C(s)+O2(g)=2CO(g) (14)
コークス炭106からの灰は、浸炭反応器98の下部を通って排出される。
2CaCO3(s)+S2(g)=2CaS(s)+2CO2(g)+O2(g) (15)
発生した酸素はガスのCOをCO2に酸化するが、コークス炭102中に存在する硫黄は必ずしも0.5%を超えないので、反応(15)は非常に限定された程度で起こる。脱硫器104からの排出物107は廃棄することができる。
CuO(s)+H2(g)=Cu(s)+H2O(g) (16)
3Fe2O3(s)+H2(g)=2Fe3O4(s)+H2O(g) (17)
3CuO・Fe2O3(s)+4H2(g)=3Cu(s)+2Fe3O4(s)+4H2O(g) (18)
ZnO(s)+H2(g)=Zn(g)+H2O(g) (19)
図4に見られるように、酸化された銅および鉄の焼成物の水素による還元は、考慮される温度範囲を通して可能である。しかしながら、酸化亜鉛の還元は、存在するいくつかの相の融点より高い1200℃超の温度を必要とし、銅濃縮物が亜鉛を含有する場合、結局、形成された酸化亜鉛は、銅および貴金属を精錬することによってスラグから回収することができる銅金属と合わせられる。酸化亜鉛は、上記のように希硫酸に容易に溶解する。
表1に示した化学組成および表2の鉱物学的組成を有する銅濃縮物を、800℃(±10℃)で、5kg/hの供給速度、4時間の平均反応時間および反応(1)~(5)によって必要とされる当量を超える100%超の空気と共に、連続流動実験室床反応器中で焼成した。濃縮物の粒度は80%~100メッシュであった。
Claims (22)
- 少なくとも以下の工程を含むことを特徴とする、廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法:
(a)酸化反応:湿度12%までの乾燥または湿った銅濃縮物(1)を、空気(4)または、21~100体積%の酸素と、必要な当量に対して0.001~200%過剰な酸素との間の酸素富化空気を用いて、650~900℃にて、2~12時間の反応時間で流動床焙焼反応器(3)に供給する;
(b)ガスの清浄および冷却:前記焙焼反応器中で発生したガス(6)をボイラー(7)中において400~450℃に冷却し、従来のサイクロン(9)において清浄し、次いで蒸発室(10)において300~320℃に冷却し、出口ガス(12)の清浄を静電集塵器(19)中で行い、集塵器(8)の粉末を前記反応器(3)に戻し、清浄ガス(21)をガス洗浄器(22)で洗浄し、最後に酸プラントに送って硫酸を生成する;
(c)還元反応装置への供給:前記焙焼反応器(3)からの熱放電酸化焼成物(14)は、前記ボイラー(7)および前記サイクロン(9)で生成された粉末(13)と共に合流させて還元反応器(18)に供給し、当量と同等または最大200%過剰の還元剤(16)を加え、還元反応に必要な当量の0.001~200%過剰の石炭、コークス炭または一酸化炭素を用いて、2~6時間の反応時間で500~950℃で処理する;
(d)ガスの清浄:前記還元反応器(18)からの排気ガス(30)は、1つ以上の従来のサイクロン(31)で清浄される;
(e)前記焼成物および熱粉末の水への排出:前記反応器(18)中で還元された焼成物を、前記サイクロン(31)中で分離された粉末(32)と一緒に、20~60℃の間の液体温度で処理される撹拌水と共に排出し、ポンド(34)中で直接混合し、そこで、マグネタイトに捕捉された金属銅粒子の破砕および放出が発生し、生成された水蒸気が除去され(36)、水温を維持し、パルプ(37)を従来のミル(69)で湿式粉砕してマグネタイトからの金属銅の放出を完了する;
(f)磁気分離:前記撹拌ポンド(34)または前記ミル(69)で生成された(38)焼成物および水の前記パルプを、1つ以上の段階の従来の湿潤ドラム(39)の磁気分離系に運び、18,000~20,000ガウスの磁場密度でマグネタイトが非磁性残部から分離され、高マグネタイト法濃縮物(40)を得る;
(g)磁性フラクションの濃縮およびろ過:マグネタイト濃縮物(4)を従来の濃縮工程(41)に送り、濃縮槽(80)の低流量を従来のろ過工程(42)に供給して、マグネタイト濃縮物の最終材料(43)を取得し、フィルター(42)のろ過(45)としての濃縮槽(41)の透明水(44)を前記撹拌ポンド(34)に再循環させる;
(h)シリカおよび不活性物質の浮選:銅および他の非磁性材料を含有する非磁性フラクション(46)を浮選工程(47)に送り、そこでシリカおよび不活性物質を、10~10.5の間のpHでケイ酸塩として浮選させ、従来の捕集剤および発泡剤を適用し、5~8分の浮選時間でパルプ(48)を生成する;
(i)シリカおよび不活性物質の濃縮およびろ過:前記パルプ(48)は、従来の濃縮槽(49)中で濃縮され、ここで、低流(50)は滅菌シリカ濃縮物(52)を生成するためにろ過工程(51)に供する;
(j)前記銅金属および貴金属を含有する最終濃縮物の濃縮およびろ過:前記浮選工程(47)で生成された前記最終パルプ(55)を従来の濃縮槽(56)で濃縮し、低流量(57)を従来のろ過工程(58)に送り、金属銅材料をフィルター中の新鮮な水(77)で洗浄し、銅および貴金属の最終材料(59)をストックパイル(60)に供する;
(k)銅および貴金属の前記最終濃縮物の精錬:金属銅(63)をその中に溶解した貴金属と一緒に得るために、前記最終濃縮物を、前記ストックパイル(60)から、従来の精錬炉(62)に誘導し、その後、従来の電解精錬を行う;
(l)粉砕された精錬スラグの前記焙焼反応器への再循環:精錬段階(62)で形成されるスラグ(64)は、従来の粉砕設備(65)において冷却および粉砕され、焙焼反応器(3)に再循環(66)され、そこに含まれる銅を回収する。 - 好ましくは、前記焙焼反応器は、700~850℃で運転されることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 好ましくは、前記焙焼反応器において、反応時間が4~8時間であることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 好ましくは、前記焙焼反応器中の過剰空気が50~100%の範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 銅濃縮物中に存在するモリブデンは、従来の形態で、水酸化アンモニウム溶液を用いて粉末を浸出させることによって、前記酸化焙焼段階の前記静電集塵器の粉末から回収されることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記還元反応器において、前記還元剤は、コークス炭または一酸化炭素であることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記還元反応器において、前記還元剤を好ましくは0.001~100%過剰に供給することを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記還元反応器は、回転炉であることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記還元反応器は、好ましくは700~800℃で運転されることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記銅濃縮物が亜鉛を含有する場合、前記還元反応器は還元反応を生成するために、1000℃超の温度帯で運転されることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記還元反応器内で発生した前記亜鉛ガスを、ガス混合器中で冷空気によって再酸化して酸化亜鉛を発生させることを特徴とする、請求項1および10に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記還元段階は、従来の気化器内で、外部で生成された一酸化炭素ガスを用いて行われ、硫黄が存在する場合には、石灰石脱硫器内で、従来の形態で硫黄を除去することを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記還元工程は、10~20体積%の水素を含むガスを用いて、600~950℃で行われることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 酸化亜鉛を含有する前記ガスをバッグフィルターで清浄して酸化亜鉛を回収し、前記清浄されたガスを大気中に排出することを特徴とする、請求項11に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記浮選段階において、例えば酢酸ドデシルアンモニウムおよび硝酸カリウムのような、捕集剤および発泡剤が使用されることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させることなく銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 銅および貴金属元素の最終濃縮物の前記精錬段階において、前記炉が電気誘導式であることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記酸化反応工程は、任意選択で、気化器内で外部から発生する一酸化炭素を含有するガス流動床反応器内で実施されることを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記焼成反応器からの酸化された前記焼成物(80)は、流動床反応器(81)に供給され、そこで反応ガスおよび取り込まれた固体(83)は熱回収ボイラ(84)を通過してガスの温度を350~400℃に下げ、熱をプロセス蒸気として回収し、ここで前記ガス(85)が1つ以上の高温サイクロン(86)中で清浄され、そこでガスによって取り込まれた前記固体の大部分が分離され、これが前記ボイラ(84)中で前記分離された固体と合流して、前記反応器(81)から排出される前記焼成物(111)と一緒に処理(110)にもたらされ、そこで高温焼成物(111)と粉末(110)との前記混合物112が撹拌ポンド中で水と共に排出されることを特徴とする、請求項1および17に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 300℃超の前記高温ガス(87)をガス混合器(89)中で、低温空気(88)で冷却して酸化し、かつ、酸化亜鉛を凝縮し、酸化亜鉛を含むガスをバッグフィルター(91)に取り込み(90)、そこで前記酸化亜鉛(92)を回収し、前記バッグフィルター(91)の前記排出ガス(93)のうち、一部を大気中に廃棄し(94)、残り(95)を圧縮機(96)で圧縮し、冶金コークス炭(102)を供給した浸炭装置(98)に送り、700~800℃で運転し、熱をアーク電極(99)によって供給し、気化器(98)を出る前記高温ガス(103)を硫黄捕捉反応器または脱硫器(104)に送り、前記脱硫器に石灰石(105)を供給する;一酸化炭素および少量のCO2および硫黄を含まない前記清浄なガス(108)を前記流動床還元反応器(81)に注入して、酸化された焼成物を還元することを特徴とする、請求項17に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 還元ガスとして水素を任意に使用することを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 前記酸化焙焼反応器からの前記酸化された焼成物(114)は、流動床反応器(115)に供給され、その床(116)において、400~900℃の間の温度で、0.5~12時間の反応時間で水素との還元反応が起こり、次いで、1~90体積%の水素と、ガス窒素または他の不活性ガスである残りとを含むガスで流動化され;固体粒子を取り込む前記高温ガス(117)が、蒸気を発生する工業用の従来のボイラ(118)において350~400℃に冷却され、次いで、前記ガス(119)が1つ以上の従来の高温サイクロン(120)において清浄され;前記清浄ガス(124)が凝縮器(125)において冷却され;前記凝縮器(125)の出口ガス(128)において、より多くの新鮮な水素(133)および窒素(129)が添加され、これは従来の圧縮機(130)で圧縮され、前記流動床反応器115の下部(132)で注入(131)され;前記ボイラ(118)およびサイクロン(120)で分離された前記粉末(121)は前記焼成物(122)と合流し、ポンドに排出(123)されることを特徴とする、請求項1および20に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
- 水素との前記還元反応が、好ましくは600~800℃の間で、4~6時間の間の反応時間で起こることを特徴とする、請求項21に記載の廃棄物を発生させずに銅濃縮物から銅金属を製造する方法。
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