JP2024078333A

JP2024078333A - 銅製錬原料の供給方法

Info

Publication number: JP2024078333A
Application number: JP2022190831A
Authority: JP
Inventors: 優貴本村; 勝弘森
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2024-06-10

Abstract

【課題】雑原料の装入に起因する自熔炉の熱負荷変動を抑制して安定的に操業することが可能な銅製錬原料の供給方法を提供する。
【解決手段】銅製錬原料としての銅精鉱、含珪酸塩冷材、及び雑原料を自熔炉６に供給する方法であって、自熔炉６に向かって走行するベルトコンベア３の上方に設けた２基のビン１、２のうち、第１のビン１から銅精鉱を切り出すと共に第２のビン２から含珪酸塩冷材及び前記雑原料を切り出し、第１のビン１から切り出した銅精鉱の自熔炉６での燃焼時の発熱量に基づいて第２のビン２からの切り出し量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、銅精鉱、冷材及び雑原料を含む銅製錬原料の供給方法に関する。

乾式銅製錬では、主として黄銅鉱からなる硫化鉱に対して浮遊選鉱などの前処理を施すことにより銅品位３０％程度の銅精鉱を生成した後、主として珪石からなるフラックス（溶剤）及び自熔炉内の熔体の温度を下げる役割を担う冷材と共にこの銅精鉱を自熔炉に装入し、これにより生じる銅精鉱中の硫黄分の酸化反応によりスラグを生成させ、これを比重差で分離することで銅品位６０～６５％程度のマットを生成している。このマットを後段の転炉及び精製炉で更に濃縮することで銅品位９９.８％程度の精製粗銅を生成した後、アノードの形態に鋳造して電解精製することにより、銅品位９９.９９％の電気銅が製造される。

上記の自熔炉では、銅精鉱に含まれる硫黄分に由来する二酸化硫黄を多く含む高温の排ガスが発生するので、廃熱ボイラーにこの排ガスを導入して熱回収した後、硫酸工場において硫酸の原料として処理している。この硫酸工場内では、上記自熔炉から排出される排ガスに含まれるダスト分を除去する設備や、精製系プロセスで副生する廃酸を処理する設備において、不純物が濃縮した泥状の澱物が発生する。また、銅製錬工場内でも例えば上記の電解精製で使用した電解液を浄液する設備から不純物の濃縮した泥状の澱物や粒状物が発生する。

上記のように銅製錬工場や硫酸工場で発生する澱物や粒状物は一般的に銅等の有価金属を含んでいるので、通常はこれら澱物を回収して繰り返し物として上記銅精鉱と共に自熔炉に装入している。また、廃棄された携帯電話やパソコン等から回収した廃電子基板に代表されるいわゆる都市鉱山を処理することで回収される有価金属を含んだスラッジからなる金銀滓、銅箔や鋳物メーカーで発生する銅を含んだスラッジからなる銅滓などのリサイクル原料も、二次原料として上記自熔炉で処理している。これら繰り返し物や二次原料はまとめて雑原料又は雑物と称されており、組成のみならず、泥状、湿潤ケーキ状、粒状、又はフレーク状などの形態、粒径（大きさ）、含水率、反応熱量等の性状が銅精鉱と比較して大きくばらついているため、これら雑原料を自熔炉に装入したときに製錬炉の操業が不安定になることがあった。

そこで、自熔炉への装入前に銅精鉱と雑原料とをできるだけ均一に混合する技術が提案されている。例えば特許文献１には、銅精鉱と雑原料との混合物の性状がほぼ均一になるように、複数銘柄の銅精鉱を調合する調合設備に向けてベルトコンベアによって搬送中の各銘柄の銅精鉱の上に、雑原料を定量的に切り出して添加する技術が提案されている。

特開平０９－０８７７６０号公報

前述したように、銅精鉱は硫黄分を含むため、その燃焼により発熱反応が生じる。一方、雑原料に含まれる繰り返し物は、ＣａＳＯ_４(Ｈ_２Ｏ)_２、Ｆｅ(ＯＨ)_３、Ｎｉ(ＯＨ)_２などのように大半が硫酸塩や水酸化物であるため、自熔炉内で吸熱反応を起こす。また、銅滓や金銀滓などの二次原料も自熔炉内で吸熱するものが大半である。そのため、特許文献１の技術を採用することにより、銅精鉱と雑原料とをある程度均一に混合することはできるものの、例えば銅精鉱に添加する雑原料のロットが切り替わったり、組成が大きく変動したりすると自熔炉内の操業が不安定になることがあった。すなわち、銅精鉱と共に自熔炉に装入する雑原料中の吸熱反応を生じさせる物質の含有率が少なくなると発熱量が増大し、逆に雑原料中の吸熱反応を生じさせる物質の含有率が多くなると発熱量が減少する。

このように、雑原料に含まれる吸熱反応を生じる物質の含有率の変動に伴って熱負荷が大きく変動するので自熔炉での操業が不安定になり、自熔炉から抜き出したスラグを流水により砂状に破砕することで得られる水砕スラグ中の銅品位が所望の品位よりも高くなる問題を生じることがあった。本発明は上記の自熔炉が抱える問題点に鑑みてなされたものであり、雑原料の装入に起因する自熔炉の熱負荷変動を抑制して安定的に操業することが可能な銅製錬原料の供給方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る銅製錬原料の供給方法は、銅製錬原料としての銅精鉱、含珪酸塩冷材、及び雑原料を自熔炉に供給する方法であって、前記自熔炉に向かって走行する搬送手段の上方に設けた少なくとも２基のビンのうち、第１のビンから前記銅精鉱を切り出すと共に第２のビンから前記含珪酸塩冷材及び前記雑原料を切り出し、前記第１のビンから切り出した銅精鉱の前記自熔炉での燃焼時の発熱量に基づいて前記第２のビンからの切り出し量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、自熔炉の操業を安定化できるので、水砕スラグ中の銅品位を所望のレベル以下に低減することができる。

本発明の実施形態の銅製錬原料の供給方法のフロー図である。図１のフロー図に示す２基のビンからそれぞれ切り出し量を制御しながら銅製錬原料を切り出してベルトコンベアのベルト面上に広げる様子を示すフロー図である。

以下、本発明に係る銅製錬原料の供給方法の実施形態について詳細に説明する。この本発明の実施形態の銅製錬原料の供給方法は、銅製錬原料としての銅精鉱、含珪酸塩冷材、及び雑原料を少なくとも２基のビンからベルトコンベアに代表される搬送手段に切り出して、主として珪砂からなるフラックスと共に自熔炉に供給する方法である。具体的に説明すると、乾式銅製錬工場では、図１に示すように、複数のビン１、２から切り出された銅製錬原料をベルトコンベア３で搬送してロータリードライヤー４に装入し、ここで所定の処理条件で乾燥した後、気流搬送装置５で自熔炉６のリアクションシャフト上方に位置するサイクロン７に向けて搬送することが行われている。サイクロン７で気流から分離された銅製錬原料は、乾鉱庫８に一時的に貯められた後、自熔炉６にフラックスと共に吹き込まれて処理される。

このベルトコンベア３への複数のビン１、２からの銅製錬原料の切り出しに際して、本発明の実施形態においては下記の供給方法を採用している。すなわち、ベルトコンベア３の上方にその走行方向に沿って直列に設けられている第１のビン１及び第２のビン２のうち、ベルトコンベア３の搬送方向に関して上流側に位置する第１のビン１においては、その頂部から投入した銅精鉱のみを下部排出口から切り出してベルトコンベア３のベルト面上に広げ、第１のビンよりも該搬送方向に関して下流側に位置する第２のビン２においては、その頂部から投入した含珪酸塩冷材及び雑原料を下部排出口から切り出して上記のベルトコンベア３のベルト面上に広げた銅精鉱の上に更に広げる。なお、ベルトコンベア３の搬送方向に関して図１とは逆の順番でビンを配置（すなわち、第１のビン１を下流側に配置し、第２のビン２を上流側に配置する）しても差し支えない。

上記の第１のビン１からの銅精鉱の切り出しでは、その下部排出口の設けたロータリーフィーダー等の第１切出装置１ａを用いてその切り出し量が調節される。同様に、上記の第２のビン２からの含珪酸塩冷材及び雑原料の切り出しでは、その下部排出口に設けたロータリーフィーダー等の第２切出装置２ａを用いてその切り出し量が調節される。更に、第１のビン１から切り出した銅精鉱の自熔炉６での燃焼時の単位時間あたりの発熱量に基づいて第２のビン２からの上記切り出し量が制御される。これにより、自熔炉６における熱負荷変動を抑制することが可能となり、結果的に自熔炉の操業が安定するので水砕スラグ中の銅品位を所望のレベル以下に抑えることが可能になる。

具体的に説明すると、前述したように自熔炉６内での銅精鉱の燃焼では発熱反応が生じるので、過剰な発熱による炉体への熱負荷を抑制するため、副原料として含珪酸塩冷材を自熔炉６が適温となるようにその装入量を調節しながら自熔炉６に装入している。このように、珪酸塩を含んだ物質を冷材に用いる理由は、Ｆｅ_２(ＳｉＯ_４)に代表される珪酸塩は吸熱反応を生じるため、自熔炉６の冷材として良好に利用できるからである。

自熔炉６には、副原料として更に雑原料を装入している。雑原料は、前述したように硫酸工場で排出される廃酸にアルカリを添加することで生成される析出物、電解精製や電解採取の際の電解液の浄液処理で生じる脱銅スライム、鋳造アノードを冷却槽で急冷する際に飛散・剥落する酸化銅などの銅滓、その他工場各所からの酸性排水にアルカリを添加することで生成される析出物などが挙げられる。これらは一般的に中和槽などの槽内の液中において小粒径の形態で生成されるものがほとんどであることから、泥状又は湿潤ケーキ状の形態を有しているため自熔炉６に装入されると吸熱反応を生じる。このため、発熱反応を生じる銅精鉱と、中和澱物からなる雑原料とを１つのビンから切り出して自熔炉６に装入すると自熔炉６の操業が不安定になることがあった。

これに対して、本発明の実施形態の銅製錬原料の供給方法では、上記のように第１のビン１からは銅精鉱のみを切り出すので、従来の熱負荷変動の要因の一つであった、銅精鉱中の吸熱反応を生じる物質の含有率の変動といった外乱をなくすことが可能になる。更に、第２のビン２からは自熔炉内で共に吸熱反応を生じる含珪酸塩冷材と雑原料とを切り出し、この第２のビン２からの切り出し量を、銅精鉱の自熔炉６での燃焼時の単位時間あたりの発熱量に基づいて制御するので、吸熱反応を生じさせる物質の切り出し量の制御を発熱反応を生じさせる物質の切り出し量の制御から独立でき、その結果、制御性を高めることができるので自熔炉の操業をより安定化させることが可能になる。

上記の銅精鉱が自熔炉６で燃焼される時の単位時間あたりの発熱量に基づく第２のビン２からの切り出し量の制御は、図２に示すように、単位時間あたり第１のビン１から切り出される銅精鉱の切り出し量で間接的に制御するのが好ましい。その理由は、銅精鉱の組成はほぼ安定しているので、自熔炉６での燃焼時の単位時間あたりの発熱量に代えて第１のビン１からの切り出し量を採用することで、簡易且つ安定して制御することができるからである。このように、銅精鉱の切り出し量に基づいて共に吸熱反応を生じる中和澱物と含珪酸塩冷材との切り出し量で制御することで、比較的簡素な設備構成と制御系を用いて銅精鉱による自熔炉６における発熱量を間接的に制御（相殺）することができるので、自熔炉６が吸熱反応で冷えすぎたり、逆に発熱反応で過熱したりする不安定な操業を防ぐことができる。また、雑原料及び含珪酸塩冷材のどちらか一方の在庫が偏って消費されることも防止できる。

上記の中和澱物は石膏を含有するものを用いるのが好ましい。また、上記含珪酸塩は酸化物を含有するものを用いるのが好ましい。銅製錬工場で得られる中和澱物は、硫酸を石灰で中和することで生成される石膏を含有しているものが多く、石膏は分解して吸熱量が大きいため、吸熱性の雑原料として切り出し量を制御することで、その吸熱能を過不足なく発揮することができる。一方、酸化物を含有する含珪酸塩は金属元素を捕集する二酸化ケイ素が少ないため、珪石の添加量の過不足を把握しやすいという効果も得られる。これらを同一箇所から切り出すことで、自熔炉６から産出されるスラグ中の組成（たとえばＣａＯ：ＳｉＯ_２比など）を安定させることができる。

なお、少なくとも第１のビン１及び第２のビン２からのベルトコンベアへの切り出しは、図１の設備に限定されるものではなく、第１のビン１及び第２のビン２から２基のベルトコンベアにそれぞれ切り出してもよい。この場合は、これら２基のベルトコンベアの下流側先端部からそれぞれ落下する粉粒体が同じ場所に落下（通過）するように両ベルトコンベアを配置することが必要になる。また、少なくとも第１のビン１及び第２のビン２から切り出した銅製錬原料のベルトコンベアによる搬送先は図１に示すロータリードライヤー４に限定されるものではなく、その他の乾燥設備や、あるいは複数銘柄の銅精鉱を調合する調合ビンであってもよい。

図１に示すような乾式銅製錬設備を用いた本発明の実施例の供給方法により銅製錬原料を自熔炉６に向けて供給し、主として珪石からなるフラックスと共に自熔炉６に装入して銅製錬を行なった。具体的には、図２に示すように、第１のビン１には銅精鉱のみを投入すると共に、第２のビン２には雑原料及び含珪酸塩冷材を投入した。その際、雑原料２０ｔと含珪酸塩冷材のうちの２０ｔとを重機のバケットですくって落下させる方法で混合し、得られた混合物４０ｔと上記含珪酸塩冷材の残部とを該重機のバケットで１杯：３杯の比率ですくって第２のビン２に投入した。このようにして第１のビン１から切り出してベルトコンベア３のベルト面上に広げた銅精鉱の上に、第２のビン２から混合物及び含珪酸塩冷材を切り出して広げた。上記のようにして切り出した銅製錬原料をロータリードライヤー４で乾燥処理した後、自熔炉６に装入して処理した。

比較例として、雑原料２０ｔと銅精鉱のうちの２０ｔとを重機のバケットですくって落下させる方法で混合し、得られた混合物４０ｔと上記の銅精鉱の残部とを該重機のバケットで１杯：３杯の比率ですくって第１のビン１に投入した。一方、第２のビン２には含珪酸塩冷材のみを入れた。このようにして、第１のビン１から切り出してベルトコンベア３のベルト面上に広げた混合物及び銅精鉱の上に、第２のビン２から切り出した含珪酸塩冷材を広げた。以降は上記実施例と同様にして自熔炉６で処理した。

自熔炉６内の熱負荷が変動すると自熔炉６内のスラグ温度が変動するので、実施例及び比較例のそれぞれ1か月の操業期間中に該スラグ温度を1日５回の頻度で測定した。その結果、実施例におけるスラグ温度の標準偏差は６.７℃、比較例におけるスラグ温度の標準偏差は８.６℃であった。この結果は、有意水準５％のＦ検定では有意差ありに相当することから、本発明の要件を満たす方法に沿って銅製錬原料を供給することにより、自熔炉の温度ばらつきを低減する効果が得られることが分かった。また、水砕スラグ中のＣｕ品位を分析したところ、実施例は比較例の約９５％であった。この実施例における水砕スラグ中のＣｕ品位の約５％の減少は、実施例における銅の生産量が比較例に比べて増加したことを示している。

１第１のビン
１ａ第１切出装置
２第２のビン
２ａ第２切出装置
３ベルトコンベア
４ロータリードライヤー
５気流搬送装置
６自熔炉
７サイクロン
８乾鉱庫

Claims

銅製錬原料としての銅精鉱、含珪酸塩冷材、及び雑原料を自熔炉に供給する方法であって、前記自熔炉に向かって走行する搬送手段の上方に設けた少なくとも２基のビンのうち、第１のビンから前記銅精鉱を切り出すと共に第２のビンから前記含珪酸塩冷材及び前記雑原料を切り出し、前記第１のビンから切り出した銅精鉱の前記自熔炉での燃焼時の発熱量に基づいて前記第２のビンからの切り出し量を制御することを特徴とする銅製錬原料の供給方法。
前記雑原料が石膏を含有し、前記含珪酸塩冷材が酸化物であることを特徴とする、請求項１に記載の銅製錬原料の供給方法。
前記発熱量に基づく前記第２のビンからの切り出し量の制御が、前記第１のビンから単位時間あたり切り出される前記銅精鉱の切り出し量による間接的な制御であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の銅製錬原料の供給方法。