JP3969522B2

JP3969522B2 - 銅製錬炉の操業方法

Info

Publication number: JP3969522B2
Application number: JP2001253795A
Authority: JP
Inventors: 祐史郎平井; 光政星
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: JP2003064427A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は非鉄金属製錬に用いられる銅製錬炉セットリング部分で比重分離されるスラグ(真比重3.5〜4.0)、及びスラグとマットの間に存在する中間層(真比重4〜5)中のFe₃O₄を減少させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅製錬炉では、主に硫化物精鉱に溶剤としての珪酸鉱等を加えた微粉の銅原料を補助燃料、酸素富化空気と共に炉内反応部に吹き込み、気−固相あるいは気−液−固相中で酸化反応させる。この酸化反応の生成物として銅等の有価金属を濃縮したマットと、鉄分が酸素と反応したFeOとSiO2が造カン反応して生成ずるスラグが融体として得られ、保持容器内でセットリングすることで、これらを比重差で分離する。この際、保持容器内では比重の小さいスラグ層が上に、マット層は下に滞留する。
【０００３】
この反応の際、局部的に酸素富化空気が銅原料に対して過剰に供給されるか、あるいはその逆の不均一な反応状態が生じることがある。前者のケースでは、原料中の鉄の酸化が進行し一部のＦｅは、FeOからFe₃O₄に過剰に酸化(Fe²⁺→Fe³⁺)される。Fe₃O₄は融点が高い為、スラグ中での濃度が上昇すると、スラグの粘度を増加させる。
【０００４】
またFe₃O₄は比重が大きく、スラグ層の下にスラグと懸濁した層を形成する。この層のFe₃O₄含有率が高くなるとスラグ層と明確に区別できるようになる。この層は、マット層とスラグ層との間に存在することになるのでこの層を中間層と呼ぶ。前記のように不均一反応の為Fe₃O₄の生成が増加すると、中間層の厚さも増大し、スラグ中に懸垂している有価金属の沈降分離を阻害する。
【０００５】
また反応時に過剰に酸化された酸化物が微粉のダストとなって、反応排ガスの流れに乗って飛散すると、排煙口周辺に炉内付着物を生成させ、これが一部滞留して保持容器内底部に達してビルドアップを生じせしめ、保持容器の有効容積を減少させる。
【０００６】
以上より、不均一反応によるFe₃O₄の生成は、スラグ中への有価金属ロスやマット、スラグタップ孔の閉塞トラブルを惹起させるとともに、溶湯温度、マット中の有価金属品位の変動などの要因となり後工程への操業にも悪影響を与える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで保持容器内でスラグ及び中間層中のFe₃O₄を何らかの方法でFeOに直接還元し、スラグの粘度低下、中間層中Fe₃O₄を減少可能な方法を検討する必要があった。
従来は、保持容器底部のFe₃O₄を主成分とした付着物は、還元材として銑鉄のブロック(概型280mmL×80mmW×50mmH,重量5kgのインゴット,真比重7.0〜7.8)を保持容器上部から投入し、底部まで沈降させて還元して減少させる手段を用いてきた。
しかし、この方法では銑鉄ブロックがスラグ/中間層で留まらず底部まで沈んでしまう為、これらを直接還元することが出来なかった。本発明者等は、スラグ層、中間層で留まるような比重と粒径の関係を見出せば、これらの直接還元が可能と考えた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、
(1) 自溶炉のセットリング部で、 Fe ³⁺ を含有するスラグ、マット及びスラグとマットの間に存在し、 Fe ₃ O ₄ を含有する中間層を比重分離する銅製錬炉の操業方法において、メタリック鉄を60mass%から68mass%以下含有し、Cu:2〜10mass%を含有する物であって、真比重3〜8、かつ粒径0.3〜3.0mmである鉄含有物を、前記スラグの上面に添加し、次いで前記中間層に捕捉せしめ、該中間層に含有されるFe₃O₄をFeOに還元する前記中間層に含有されるFe₃O₄をFeOに還元することを特徴とする銅製錬炉の操業方法。
(2)上記(1)の鉄含有物が、Si:2〜10mass%含有する銅製錬炉の操業方法。
【０００９】
(3)銅製錬のスラグ−マット間に生成する中間層内に捕捉された鉄含有物により前記中間層を減少させることを特徴とする上記(1) 又は(2)記載の銅製錬炉の操業方法。
【００１０】
以下本発明に関して、詳細に説明する。
図１は銅製錬炉の一例として、当社佐賀関製錬所のオートクンプ式自溶炉と錬カン炉の側面図である。
自溶炉は頂部中心に精鉱バーナ（９）１本を設置した反応塔（１）と、セットラ（２）、および排煙口（３）の３つで構成される。セットラから抜き出されるスラグは樋を介して錬カン炉に導かれ、ゼーダーベルグ式電極を使用してスラグを抵抗加熱によって保温する。セットラおよび錬カン炉は保持容器として機能し、マット及びスラグを比重差によって分離する。いずれの炉においても、マットは炉内底部に設置したマット用タップ孔から、スラグは炉内上部に設置したスラグ用タップ孔から、それぞれ炉外に抜き出される。尚、銅製錬炉の種類、方式は上記のような自溶炉処理後錬カン炉においてスラグを更に処理する以外にも多数ある。基本的には銅原料を酸化反応させる反応部と、生成物をセットリングしてマット、スラグを比重分離する保持容器の組合せであるが、保持容器内で反応させる方式も存在する。しかし、本発明の内容は、マット、スラグを比重分離する保持容器と認められるすべての銅製錬炉に対応するものである。
【００１１】
自溶炉の場合、精鉱バーナ（９）には銅原料と酸素富化空気が吹き込まれ、反応塔（１）内を反応しながら落下していき、この間に硫化物である銅原料は反応塔（１）下部に位置に達するまでにマット、スラグ、及び排ガスの一部を形成する。この反応において、生成物の一部が排ガスの流れに排煙口（３）に向かって飛散するが、これをダストと呼ぶ。
【００１２】
反応塔(1)で生成したマット及びスラグはセットラ(2)において比重差で分離される。スラグは、自溶炉スラグ桶(6)を通り錬カン炉 (4)で更にスラグとマットに分離される。ここでのスラグは、錬カン炉スラグ桶(7)を通り錬カン炉(4)から排出される。ちなみに真比重は、マットが5.0〜5.5%、スラグが3.6〜4.0、中間層はその間の4.0〜5.0である。
【００１３】
この溶体の層の上面から、スラグ層、中間層内に捕捉される比重、粒径を有する還元用物質は、メタリック鉄60mass%から68mass% 以下、 Cu:2 〜 10mass%を含有する物であって、真比重3〜8、かつ粒径0.3〜3.0mmである鉄含有物である。
さらに組成を限定するのであれば、Fe90〜97mass%、C3〜6mass%である銑鉄を主体とするものであって、真比重3〜8、粒径0.3〜3.0mmである鉄含有物を添加する。鉄品位の低下は、SiO₂、Al₂O₃、MgO、FeO等のスラグ成分の増加を原因としていることがほとんどであり、メタリック鉄品位が60mass%以下となるとスラグ分が15%を越えることがある。メタリック鉄、Siが含まれていれば、Fe₃O₄をFeOに還元する反応は起こるが、しかし、スラグ分の昇温、溶解のための熱量が必要となり、炉操業上、好ましくないためである。更に好ましい鉄含有物としては、Siが2〜10mass%含有するものである。Siは、Fe₃O₄を還元する能力がFeより強く、かつ還元後に生じるSiO₂は、溶剤の代替にもなるからである。ただし、Siがあまりに多い場合は、比重が軽くなりすぎ、スラグ層表層にとどまり、還元効果は生じにくいため好ましくない。また、更に 2 〜 10mass% 含有される Cu は銅製錬炉では、Cuの回収が容易である。Cu含有の鉄含有物は、例えば一般ゴミや廃棄物処理により得られるものである。以上の鉄含有物を一種以上添加する。還元材添加口(5)はセットラ各所、錬カン炉(4)各所に設けてあり、スラグ層、中間層の状態や炉内の状況に応じて変更する。
【００１４】
鉄含有物は真比重が3 〜 8 である。真比重は3より小さいと中間層に充分到達せず、スラグ層のみの還元となり好ましくなく、8より大きいとマット層あるいは炉底まで達してしまい炉底レンガの損耗を助長する恐れがあるため好ましくない。また粒径は0.3〜3.0mmとすることでスラグ中に滞留し、中間層に捕捉され、マット層に達することなくスラグ層中Fe₃O₄、中間層中Fe₃O₄を還元する。この還元反応でスラグ層、中間層内のFe₃O₄が減少し、スラグの粘度を低下させ、中間層を減少させることが可能である。
【００１５】
参考例 1
参考例として、ルッボ内でFe₃O₄を含有するスラグを溶解し、その表面にFe:94mass、C:4.5mass%を含有する銑鉄粒を添加して行った還元試験について述べる。試験は図2に示すような装置を用いた。ルッボ(13)内にはスラグ(12)を800g入れ、自溶炉セットラ内を想定した窒素雰囲気中でスラグ(12)を溶解し、温度が1270℃に達した後30分間保持してから銑鉄粒（比重6.5〜7.0）を16g添加し、経時的にルツボ内中層部からサンプルを採取して、還元状態を調査した。ルツボ(13)内のスラグ(12)は、銑鉄粒添加後全く撹拌せずに温度1270℃で60分間保持した。この試験は銑鉄粒の粒径を変えたいくつかの条件で実施した。その代表例として、粒径1mm以下と1〜3.36mmの2条件の結果を図3に示す。いずれの粒径でも、スラグ中Fe₃O₄含有率は添加後20分で70〜80%の減少を示し、銑鉄粒による還元効果は明白であり、粒径1mm以下のものの方がより高い効果を示している。また鉄ショット1mm径のものは、銑鉄の1〜3.36mm径のものと同等程度の効果を示した。
【００１６】
参考例 2
次に、実炉の中間層の還元効果を確認する試験を行った。この試験は、セットラ(2)の天井におけるスラグ進行方向の中心部の図示しない検尺孔より、実施例1と同じ組成の銑鉄粒50kgをスラグ層の上面に添加した。マット層、中間層、スラグ層の判別は、炉内検尺により行った。検尺は、直径30mm、必要長さ以上のスチール製の検尺棒を保持容器上部から、保持容器内の融体中に挿入し、一定時間後抜き出し、鉄棒への各層の付着状態を観察して、各層の層別を行う方法である。この方法は、銅製錬炉のマット層、スラグ層の判別には古くから一般的に用いられている方法である。検尺棒の付着状態の変化を図4に示す。検尺では、粘度の高い中間層は、検尺棒に太く付着し、表面にはマットや半溶融物のようなボタボタした状態となる。これに対しマット層は流動性が良好で検尺棒には薄く、表面も滑らかな状態である。スラグ層は比較的太めに付着するが、表面は滑らかである。銑鉄添加試験は2回実施したが、図4に示すように、銑鉄粒添加前には、中間層が夫々200mm、170mmであったのに対し、銑鉄粒投入15〜20分後はそれぞれ100mm、80mmへとほぼ半減し、中間層上部だった部分はスラグ層と区別できる層に変化していたことから、中間層の減少は明白であった。
【００１７】
実施例 1
Fe:68mass%、Si:8mass%、Cu:6mass%、C:4mass%、比重6.5の鉄含有物を用いて、参考例 1と同様のルツボ試験を実施した結果を図5に示す。この鉄含有物は新日本製鉄株式会社が開発した廃棄物処理プラントで発生する炉鉄であり、試験には粒径3mm以下のものを使用した。図5に示すように、炉鉄の場合はスラグ中Fe₃O₄含有率は添加後30分で70%減少し、併記したFe:94mass%、C:4.5mass%の銑鉄粒径1〜3.36mmの試験結果と遜色のない還元効果が確認できた。
【００１８】
実施例２
更に、参考例２と同様に、実炉の中間層の還元効果を確認する試験を行った。この試験も、参考例 2と同じくセットラ(2)の天井におけるスラグ進行方向の中心部の検尺孔より、実施例3と同じ鉄含有物50kgをスラグ層の上面に添加したが、図4に示すように、参考例 2とはほぼ同様の、中間層還元効果が得られた。
【００１９】
比較例１
図３に示すように、８５％Ｓｉ含みのフェロシリコン３ｍｍ以下径のものは、比重が１.８と小さいためか高い還元効果を示さなかった。
比較例２
従来の銑鉄ブロック投入法では、スラグ層、中間層に銑鉄が捕捉されない為、上記のような効果は認められていない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によって、粒状物質の上方からの添加という簡易な方法でスラグ層及び中間層中のFe₃O₄を還元によって減少することが出来る。これによりスラグ中に懸垂している銅をはじめとする有価金属が沈降しやすくなり、これらの回収率が上昇する。また、中間層によって引き起こされてきたさまざまなトラブルが減少し、銅製錬炉のさらなる効率操業が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】自溶炉、錬カン炉の側面図である。
【図２】ルツボ試験概略図
【図３】ルツボ試験結果グラフその１
【図４】銑鉄粒添加前後の検尺状況の差異
【図５】ルツボ試験結果グラフその２
【符号の説明】
反応塔
セットラ
４．錬カン炉
５．還元材添加口
８．ゼーダーベルグ式電極
９．精鉱バーナ
１０．原料投入口
１１．酸素富化空気吹込み口
１２．スラグ
１３．ルツボ
１４．外ルツボ
１５．熱電対
１６．窒素吹込み管
１７．ルツボ蓋
１８．還元材投入シュート
１９．位置調整用レンガ
２０．シリコニット炉

Claims

自溶炉のセットリング部で、 Fe ³⁺ を含有するスラグ、マット、及びスラグとマットの間に存在し、 Fe ₃ O ₄ を含有する中間層を比重分離する銅製錬炉の操業方法において、メタリック鉄を60mass%から68mass%以下含有し、Cu:2〜10mass%を含有する物であって、真比重3〜8、かつ粒径0.3〜3.0mmである鉄含有物を、前記スラグの上面に添加し、次いで前記中間層に捕捉せしめ、該中間層に含有されるFe₃O₄をFeOに還元することを特徴とする銅製錬炉の操業方法。
請求項1の鉄含有物が、Si:2〜10mass%含有することを特徴とする銅製錬炉の操業方法。
銅製錬炉のスラグ―マット間に生成する中間層内に捕捉された鉄含有物により前記中間層を減少させることを特徴とする請求項 1 又は 2記載の銅製錬炉の操業方法。