JP4313239B2

JP4313239B2 - 精製炉の操業方法

Info

Publication number: JP4313239B2
Application number: JP2004104894A
Authority: JP
Inventors: 敏博亀谷; 隆徳若林; 大輔高松; 正憲加藤
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005290439A

Description

この発明は、銅製錬工程のうち、精製炉におけるカラミかき、酸化、還元の各工程において、粗銅の精製を効率よく行い、操業時間の短縮、保温燃料および還元材の使用量の削減を達成することができる精製炉における銅の精製方法に関する。

一般的に乾式銅製錬工程は、さまざまな工程が実施されているが、代表的なプロセスとしては、銅精鉱を自溶炉等の溶錬炉で処理してマットをつくり、さらにそのマットを転炉で処理して銅含有量が98.5%程度の粗銅を得て、さらに、その粗銅を精製して銅含有量99.3%〜99.5%程度に上昇させてからアノードに鋳造し、最終的に電解精製するプロセスがある。粗銅を得るためにはそのほかにもさまざまなプロセスがあるが、これらのプロセスのうち、転炉等から得られた粗銅を精製する方法としては、一般には転炉等から得られた粗銅溶湯を例えば円筒横型傾転方式の精製炉内に受入れ、その精製炉内において乾式精製を行うことが多い。

この場合の乾式精製の具体的方法としては、粗銅溶湯中に空気を吹き込んで主としてSを酸化除去（脱硫）するための酸化工程と、精製炉に送られてきた粗銅中に存在していた酸素及び酸化工程において溶湯中に吸収された酸素を除去（脱酸）するために還元材を溶湯中に吹き込むことにより粗銅中の酸素を0.2%程度以下まで低減させる還元工程とからなるのが通常であり、後者の還元工程における還元材としては、LPGや重油をクラッキング用の空気とともに吹き込む事が多い。得られた精製粗銅は、板状のアノードに鋳造され、後工程である電解精製へと送られる。

この精製炉における粗銅の精製工程において、転炉から粗銅を受け入れた際に、粗銅とともに混入してくる転炉カラミと銅の酸化物等の複合物が存在する。これは、精製炉カラミあるいは金垢などとよばれ炉内溶湯表面に浮いた状態で存在し、精製炉に粗銅が装入された後、酸化工程を行う前に、カラミかきとよばれる工程で炉から排出されるのが一般的である。カラミかき工程は、精製炉に設けられた羽口から空気等を吹き込み、溶湯表面に浮いている精製炉カラミを炉に設けられた排出口付近に集めて、排出口から流し出すか、強制的にかき出す方法が一般的である。

精製炉カラミは、Cu₂O等の酸化物をその主成分とするため、これが炉内に存在したまま還元を行うと、精製炉カラミを還元するのに必要な時間だけ還元時間が延びる要因となる。そこで、還元時間を短縮するためには還元前に精製炉カラミを出来るだけ精製炉から排出しておくことが重要となる。

還元工程では脱酸作用のみならず、脱S機能もあるため、カラミかき終了後の粗銅中のS品位がある程度以下であれば、酸化工程を行わずに還元工程に進むことが出来る。また、還元工程では、粗銅中のＯを除去するのみではなく、上記の脱S作用とともに溶銅の温度上昇が大きな目的であることも多い。還元前の溶銅の温度が鋳造時に必要な温度に達していない場合には、還元時に溶銅の温度が鋳造時に必要な温度まで上がるように条件を設定して還元を行う。

これについては、特開2000-290735（特許文献１）に詳しい記載がある。ここでいう条件とは、溶銅中に吹き込む重油、LPG等の還元材と空気の混合割合とそれぞれの量を指す。これにより還元後の溶銅温度の昇温工程が不要となり、サイクルタイムを大きく短縮することが出来る。
特開2000-290735

本発明では、精製炉における粗銅の精製工程全体の操業時間を短縮し、還元材として使用される重油又はLPG等の単位粗銅あたりにおける使用量の削減を実現する。

：
上記目的を達成するために、より多くの精製炉カラミを除去することと、溶銅の温度を上昇させることに着目し、精製炉の操業形態を見直して以下の通りとした。
（１）精製炉の昇温工程において、転炉等から得られた粗銅を精製炉に受け入れた後、
酸素含有ガスに炭化水素系の液体または気体燃料からなる1種以上を加えて精製炉の羽口から吹き込み、
溶銅と精製炉カラミの温度上昇速度を0.1℃/分以上とし、
精製炉カラミの性状を泡状とし、体積を増し、温度上昇に伴い精製炉カラミが、流動性を増し、カラミかきを容易とした状態でカラミかきを行い、
精製炉に残留するカラミを通常操業に比較して、減少させ、
炉内溶湯及びカラミ中の全酸素量を減少させ、より高い温度において、
次の還元工程を行い
還元時間を減少し、操業時間を短縮し、単位粗銅当たりの炭化水素系の液体または気体燃料の使用量を減少する精製炉の操業方法。

：
以上の発明を提案する。

以上説明したように、本発明によれば精製炉における粗銅の乾式精製工程において、
（１）操業サイクルを短縮し、精製炉の最大処理能力を拡大することができる。
（２）昇温材・還元材として使用するLPG，重油等の炭化水素系液体または気体燃料の使用量を削減することができる。
（３）カラミかき後に炉内に残留するカラミ量を減少させることができる。

通常精製炉における粗銅の精製工程は、精製炉に粗銅を受け入れた後、カラミかき工程、酸化工程、還元工程の順に行われる。
これを、まず、カラミかき工程を行う前にLPGまたは重油等の炭化水素系の液体または気体燃料を、精製炉に設けられた羽口を用いて、粗銅中へ空気と混合して吹き込み、粗銅および粗銅表面に浮いている精製炉カラミの温度を急激に上昇させる。
これを昇温工程と名づける。

通常、精製炉内は重油等を用いたバーナーにより保温されており、また、溶銅を受け入れた状態の場合にはそのバーナーにより溶銅の温度を上昇させようとすることも行われる。しかし、容量の大きな炉においては、バーナーによる表面加熱のみでは、溶銅表面付近だけの溶銅の温度を上昇させることは出来ても、炉内溶銅全体の温度を上昇させることは非常に困難である。

本発明では、LPGまたは重油等の炭化水素系の液体または気体燃料を、精製炉に設けられた羽口を用いて、粗銅中へ空気等と混合して吹き込み、粗銅および粗銅表面に浮いている精製炉カラミの温度を急激に上昇させることを可能とした。
ここで、昇温材としてLPGを混合しなかった場合には、溶銅の温度は30分当たり１℃程度しか上昇しなかったのに対して、昇温材を混合した場合には30分当たり６〜１２℃上昇した。
即ち本発明では、0.1℃/分以上の急激な温度上昇を行うことを特徴とするものである。

容量400ｔ程度の精製炉において、吹込み時における羽口の適当な深さは溶銅表面より700〜1000ミリメートル程度と考えられるが、当然これは精製炉の形状、大きさによっても変わってくる。また、羽口は昇温材と酸素含有ガスが均一に混合されて炉内に吹き込まれるような形状をもち、ガス吹込の際に炉内溶湯の撹拌が十分に行われるような角度をもって炉に取り付けられていなければならない。

その後、カラミかき工程を実施し、精製炉カラミを排出する。その時点で必要があれば酸化処理を実施し、その後、還元処理を実施する。（図１）

昇温工程で、LPGまたは重油等の燃料を空気と混合して吹き込むと、溶湯内の燃焼反応により熱が発生し、粗銅および粗銅表面に浮いている精製炉カラミの温度が上昇する。また、ガスが吹き込まれることにより、溶湯表面に浮いている精製炉カラミが泡状となりその体積が増加する。精製炉カラミは、温度が上がり流動性が良好となったこと、また体積が増えたことにより、カラミかき時に容易に炉の排出口から排出される。

このため、通常の転炉から粗銅を受け入れて、すぐにカラミかきを行う場合に比べ、昇温工程を経てカラミかきを行った場合は、カラミかき終了時に炉内に残留する精製炉カラミの量を大幅に減少させることが出来る。

酸化物を主体とする精製炉カラミの炉内残量が減った分、その後の還元工程の時間を短縮することが出来る。

また、粗銅温度を上げて還元工程を開始することにより、還元工程において鋳造目標温度まで溶湯温度を上げるために必要な熱量が減少するため、通常の転炉から粗銅を受け入れてすぐにカラミかきを行う場合に比べ、重油、LPG等の還元材の単位粗銅あたり該使用量を減少させることが可能となる。同時に、還元材の吹込量が減少すると還元材の吹込時間が減少するため、還元時間を短縮することが可能となる。

カラミかき前に粗銅及び精製炉カラミの温度を上げるために吹き込んだ重油、LPG等の使用量を考慮に入れ、精製炉における精製工程全てを通じて使用する重油またはLPG等の使用量を考えると、従来の操業方法よりも重油またはLPG等の使用量は減少した。
これは、昇温工程において、効率よく溶湯温度を上げることが出来ることと、温度を上げて還元を開始することにより、還元時の反応が効率よく行われたことによるものと考えられる。

昇温工程では、溶銅の温度が上昇し、また溶銅中の脱S効果が認められた。

（実施例１）
円筒横型傾転タイプの容量400ｔの精製炉を用いて次のように粗銅の精製を行った。精製炉に粗銅を受け入れた後、昇温工程においてLPGを空気と混合して、溶銅表面から900ｍｍの深さにある羽口から粗銅中へ吹き込み、粗銅および粗銅表面に浮いている精製炉カラミの温度を上昇させた。その後、カラミかき工程を実施し、精製炉カラミを排出した。その後、必要があれば酸化工程を実施した。その後、還元工程を実施した。

昇温工程ではLPG50Kg/H〜300Kg/Hに対して空気300Nm³/H〜600Nm³/H程度で混合して吹き込んだが、これは、炉内のジャンピング、波立ちによる悪影響が考えられなければ更に流量を増やすことも可能である。時間当たりのLPG吹き込み量が多いほうが、より溶湯、精製炉カラミの温度が上昇する。
また、昇温工程で空気とLPGを吹き込むことにより、精製炉カラミの性状が泡状になり、体積が増した。

温度が上昇したことにより精製炉カラミの流動性が増したことと精製炉カラミの性状が泡状になり体積が増したことによって、昇温工程後のカラミかきにおいて、昇温工程を有しない場合に比較して、より多くの精製炉カラミを容易に排出することが可能となり、精製炉内に残る精製炉カラミの量は減少した。

昇温工程を行った場合は、カラミかき工程後に精製炉内に残留する精製炉カラミの量が減少するため、還元工程開始時の炉内溶湯及び精製炉カラミ中の全Ｏ量が減少した。また、より高い温度で還元工程を開始することができた。これらの結果、次の還元工程では、還元時間が減少するとともに、乾式精製に必要な単位粗銅あたりのLPG使用量が減少した。

実際に操業を行った例を表１に示す。ここで、昇温速度は、0.10℃/分以上の速度を採用し、0.18℃/分を一番遅い速度とし、0.53℃/分を一番速い速度とした。
また、昇温工程でLPG（単位：Kg/H）と空気の吹き込み量(単位：Nm³/H)を変えて操業したときの溶湯の温度変化を図２に示す。
昇温工程でLPG吹込速度と温度上昇速度の関係を図３に示す。
LPG吹込速度が増すに従い、溶湯温度の上昇速度が大きくなっている。これから、単位時間当たりの還元材の吹込量が多いほど、一定時間行われた昇温工程の溶湯温度上昇幅が大きいことがわかる。

また、LPGの吹込速度を一定にした場合の、空気の吹込量と溶湯温度の上昇幅の関係を図４に示す。図示した範囲では空気の吹込量と温度上昇幅の間に、相関はみられない。また、この場合のSの除去能力を明らかにするため、LPG（単位：Kg/H）と空気の吹き込み量(単位：Nm³/H)を変化させた場合の溶銅中Sの時間変化を図５に示す。この図より、図示した範囲では空気量を変えても、Sの除去能力にはある傾向を持つような大きな影響を与えていないと考えられる。

昇温材、還元材であるLPGの単位粗銅あたり使用量の推移を調査した結果、昇温工程を実施する操業を開始してから、単位粗銅あたりのLPG使用量を平均3.41kg/粗銅ｔから3.11 kg/粗銅ｔに減少させることが出来ることを把握した。

還元時間の推移を調査した結果、還元時間も昇温工程を実施する操業を開始して、平均137.8分から107.1分に短縮された。これにより、炉の数と鋳造機の数の関係、作業員の数等により、精製炉操業が還元時間と鋳造時間で律速されている場合には、精製炉工程の最大粗銅処理能力を拡大することが出来る。

従来の精製炉における粗銅の乾式精製工程と本発明の乾式精製工程の流れ図昇温工程におけるLPGと空気の吹き込み量と溶湯の温度変化との関係を示すグラフ昇温工程におけるLPG吹込速度と温度上昇速度の関係を示すグラフ LPGの吹込速度を一定にした場合の、空気の吹込量と溶湯温度の上昇幅の関係を示すグラフ昇温工程における溶銅中Sの時間変化の関係を示すグラフ

Claims

精製炉の昇温工程において、転炉等から得られた粗銅を精製炉に受け入れた後、
酸素含有ガスに炭化水素系の液体または気体燃料からなる1種以上を加えて精製炉の羽口から吹き込み、
溶銅と精製炉カラミの温度上昇速度を0.1℃/分以上とし、
精製炉カラミの性状を泡状とし、体積を増し、温度上昇に伴い精製炉カラミが、流動性を増し、カラミかきを容易とした状態でカラミかきを行い、
精製炉に残留するカラミを通常操業に比較して、減少させ、
炉内溶湯及びカラミ中の全酸素量を減少させ、より高い温度において、
次の還元工程を行い
還元時間を減少し、操業時間を短縮し、単位粗銅当たりの炭化水素系の液体または気体燃料の使用量を減少することを特徴とする精製炉の操業方法。