JP4811812B2 - 浮遊溶鉱炉内で非鉄金属の生産中に生じるスラグの非鉄金属成分の低減方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、浮遊溶鉱炉内で銅またはニッケルなどの非鉄金属の生産中に生じるスラグの非鉄金属成分を、サイズが1〜25mmの範囲である冶金用コークスを炉内に供給することにより低減する方法に関する。炉の天井から下方に調整板を設置することが効果的であり、この調整板により銅とニッケルを含む微細な粒子が炉の後部に流されてスラグと一緒になることを防止する。この調整板が微細な粒子を炉の還元ゾーン内に滞留させる。
【０００２】
従来、自溶炉などの浮遊溶鉱炉中で低銅含有率のスラグを発生させることが可能であることが知られており、この場合固体コークスまたは他の炭材がスラグの還元、およびスラグの内部に溶融した銅酸化物の還元、および特にスラグの粘度を増大させかつ滞留によりスラグ内に含まれる溶融マット粒子の分離を遅くする磁鉄鉱の還元に使用される。
【０００３】
米国特許第5,662,370号に記載されている方法では、反応炉内に供給される炭材の炭素含有量が少なくとも80%であり、材料粒子の少なくとも65%が100μm以下でありかつ少なくとも25%が44〜100μmの間にあることが必要とされている。粒子のサイズは正確に規定される。なぜならば、前記の特許によれば未燃のコークスによる磁鉄鉱の還元は二つのメカニズムによって行なわれ、当該メカニズムに関連して粒子サイズが決定的な意義を有するためである。もし粗い粉コークスのサイズが概略100μmまたはそれより大きければ、未燃部分の粒子サイズもまた大きくなるためにコークスはスラグの表面上に浮遊して停滞し反応が遅くなる。粒子サイズが減少すれば、粉コークスはスラグ内に入りこんで、還元すべき磁鉄鉱と直接接触するようになり、反応速度が加速される。
【０００４】
特開昭58-221241号には、コークス風またはコークスと微粉炭の風を自溶炉の反応炉内に精鉱バーナーを通じて送風する方法が記載されている。コークスは、下部炉内にある溶融物の全表面が未燃の粉コークスで均一に覆われるように炉内に供給される。前記の特許出願によれば、粒子サイズが微細になると磁鉄鉱の還元度が減少するため、使用される粒子サイズは好ましくは44μmから1mmまでとされる。溶融したスラグ浴上に残留する未燃のコークスに覆われたスラグ層は酸素分圧をかなり減少させる。コークス層から上昇する高度の還元雰囲気はたとえば炉の内面を損傷する原因となる。
【０００５】
日本国特許90-24898号には、粒子サイズが40mm以下の粉コークスまたは微粉炭を、割増し燃料として使用されるオイルに替えかつ炉内の所要温度を維持するために自溶炉内に供給する方法が記載されている。
【０００６】
特開平9ー316562号は前述の米国特許第5,662,370号と同様の方法を提示している。米国特許の方法と異なる点は、炭材が、スラグおよびその内部に含まれる還元すべき磁鉄鉱に到達する以前に燃焼するのを防ぐために、炭材を自溶炉の反応炉の下部に供給することである。炭材の粒子サイズの分布範囲は実質的には米国特許に記載のものと同じである。
【０００７】
前述した幾つかの諸方法ではコークスの粒子サイズが小さいということが弱点になっており、それは小さな粉コークスが気相から全く沈下せず、煙道および廃熱ボイラー上にまで還元剤として気相状態で存在し続けるからである。粉コークスはボイラー内の不適切な場所で反応し、不要なエネルギーを発生し、これにより廃熱ボイラーの容量が減少し総処理容量を制限することになりかねない。
【０００８】
浮遊溶鉱炉内では、酸化第一銅のような粉状物質ばかりでなく銅のマット粒子もまた気相状態で炉の後部および煙道まで漂流する。これらの微小粒子が炉の後部内で気流から分離しスラグ相の表面に沈下する場合も、その現象はまさしく粒子サイズが小さいがために非常に遅々たるものである。スラグは主として炉の後部または側部から取り出されるために、これらの粒子はスラグ相を通過して沈下することができずその代わりに、炉外に取り出されるスラグに結合して流出しスラグの銅成分に加わることになる。
【０００９】
前述の諸問題を解決するために、新たな方法が開発され、これにより前述の諸方法の欠点を避けることができる。この新開発の方法の目的は、浮遊溶鉱炉内で銅またはニッケルなどの非鉄金属の生産中に発生するスラグに含まれる非鉄金属成分量を低下させ、これによりスラグを、再処理の必要がない廃棄可能なスラグとすることである。本方法においては、サイズが１〜25mmの冶金用コークスがスラグの還元に使用され、反応炉を通じて供給されるコークスの大部分が浮遊溶鉱炉の下部炉内で気相から分離してスラグ相の表面に沈下し、当該相内でスラグの還元が、マットおよびスラグとして得られる生産物の大半が相互に分離した領域内で生じる。本発明の本質的特徴は添付の特許請求の範囲により明らかになる。
【００１０】
この方法においては、冶金用コークスの使用が望ましい。なぜならば、その内部に含まれる揮発性物質の量が少ないからである。したがって、還元材中の揮発性物質が燃焼する時に余計な追加の熱エネルギーを生成することがなく、問題の原材料が有する還元能力の大部分を還元に利用することができる。同時に、反応炉内のコークスに生じる酸素結合反応数が減少し、このため、得られるマットの品質をより良く管理することが可能になる。従来、この管理は工程内の空気係数（酸素／精鉱量 Nm³/t）の調整により行なわれていた。
【００１１】
本発明にかかる方法においては、使用される冶金用コークスは、ある粒子サイズを有し、これにより反応炉を通じて供給されるコークスの大部分が浮遊溶鉱炉の下部炉内で気相から分離してスラグ相の表面に沈下し、そこでスラグの還元が、生産物の主要部分であるマットおよびスラグが気相から分離している領域内で起こる。還元は、熱の節約の点から見て最適の領域で行なわれる。すなわち還元に必要な熱は、反応炉から到来する材料の熱量でまかなわれ、追加のエネルギーは還元には不要である。
【００１２】
冶金用コークスの粒子サイズは1〜25mmであることが好ましい。より大きなサイズのコークスでは面積比が小さくなってスラグと効果的に反応しない。前述のような1〜25mmよりも小さいサイズのコークスを使用すれば、コークスは反応炉内で既に活発に反応し、さらにそれ以上が気相状態のままで煙道へと漂流して、所望のスラグとの接触および還元効果は貧弱なものとなる。微小なコークス粒子が、気相状態で煙道および／または廃熱ボイラーへ流入すれば、エネルギーが必要とされない場所でコークス粒子はエネルギーを発生させることになり、そのためボイラーの容量を減少させることになろう。コークスの供給は、かなりの量のコークスが炉内に入るのではなくそれはせいぜい数センチ程度であって、すべてのコークスが還元反応で消費されるように制御される。
【００１３】
本発明にかかる方法においてもまた、粉末状のマット物質のスラグ相表面への沈下は、なおある程度、前述の問題と同様の問題をひきおこす。すなわち銅またはニッケルを含む微細粒子がスラグ相を通過してうまく沈下しないでスラグ内に滞留し、そのため取り出されるスラグの銅およびニッケル含有量を増加させるという問題をひきおこす。我々の方法においては次のように、すなわち浮遊溶鉱炉の下部炉部分の天井から調整板を配置することによりこの問題を克服することが好ましい。これらの調整板は、気相状態にある微細な粒子が、取出穴に近い炉の後部に漂流することを妨げる。調整板は炉の天井から下方に向けて、調整板の下部が溶融スラグ浴またはその表面付近まで達するように設置される。調整板は好ましくは水冷の銅部材から構成し、当該部材は、煉瓦または耐火物などの耐火材料で保護される。
【００１４】
調整板のために、もっとも微細に粒子化された銅またはニッケルを含む物質が還元ゾーン内に沈下させられる。この手法により、取出領域にあるスラグはもはや、ゆっくりと沈下してスラグの銅成分を増大させる非鉄金属粒子を形成する物質を含まない。取出穴から取り出されるスラグの銅またはニッケル含有量は、コークス還元および調整板を使用しない運転時に比較し一層低いものとなる。
【００１５】
本発明にかかる炉の構造は添付の図面に、より詳細に記載されている。
【００１６】
図１は、反応炉２、下部炉３および煙道４から構成される浮遊溶鉱炉１を示す。冶金用コークスは銅精鉱と、フラックスおよび酸素を含有するガスとともに反応炉２の頂部に位置する精鉱バーナー５を通じて炉に供給される。反応炉内で、投入された物質はコークス以外は互いに反応して下部炉の底にマット層６を形成し、マット層６の上部にスラグ層７が形成される。反応炉内で冶金用コークスとそこに供給されたその他の材料間で生じる反応は、選別された粒子サイズのために少ない方であり、コークスはスラグ層の頂部に層８となって沈積し、そこで所要の還元反応が生じる。
【００１７】
下部炉の天井９には一枚または数枚の調整板10Aおよび10Bが備え付けられており、これらは天井から下方に向かって溶融スラグ層７の内部に(10B)または溶融スラグの表面近くに(10A)達するように吊下げられている。また図に見られるように調整板は煙道の前方もしくは後方のいずれかに、かつスラグ取出穴の前に設置することが望ましい。反応炉内の反応により発生したガスは煙道４を通じて廃熱ボイラー11に移動する。下部炉内のスラグおよび銅マットは炉の後部に設けられた取出穴12および13から取り出される。
【００１８】
実施例
冶金用コークスの効果が小型自溶炉(MFSF)内で炉中に100〜150kg/hの精鉱を正確に投与することにより検証された。精鉱の分析値は転炉用スラグおよび必要なシリカフラックスをも含めて平均でCu 25.7%、Fe 29.4%およびＳ 33.9%であった。投入されたフラックスおよび転炉用スラグの量は精鉱量の26〜33%に相当する。生産されたマットの銅成分はCu 63〜76%であった。供給材料にコークスも含まれているテストポイントにおけるコークス投入量は2〜6kg/hもしくは精鉱供給量の1.0から3.1%の間であった。80% C_fixのコークスが使用され、その灰分は16.3%で揮発成分量は3.3%であった。テストには1〜3mmおよび3〜8mmの二つの異なるコークス砕片およびその混合物が使用された。
【００１９】
テスト活動では、１回のテストが３時間から５時間の間にわたって継続された後に製品が炉から取り出された。テストランの幾つかでは比較のために還元用コークスは一切使用されなかった。テスト活動の結果は図２に示されており、図は、銅の全供給量のうちスラグ中に残留する銅の分布を銅マット中の銅含有率（％）の関数として表している。この図はコークスを僅かに添加するだけで前記の炉内でスラグ中の銅成分に大きな改善結果が得られたこと、すなわちコークス投入量が3kg/h以下の場合でもスラグ中に残留する銅は、コークスを使用しなかったテストランと比較して約77.5%であることを示している。より多くのコークス量を使用した場合、スラグ中の銅量は、コークスを使用しないテストランと比較して54.7%に過ぎなかった。したがって、本方法の効果は歴然としている。微細な砕片だけを使用するよりもより粗い砕片を使用することにより一層良い還元結果が達成された。微細な砕片だけの場合はコークスの３分の１までがMFSFの反応炉内で既に反応を起こしてしまい、スラグ上での効果的な還元が達成されなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は浮遊溶鉱炉の断面図である。
【図２】 図２は、コークス供給量が浮遊溶鉱炉の最終製品に及ぼす効果を示す。

Claims (7)

1. スラグを還元するために冶金用コークスを精鉱、酸素含有ガスおよびフラックスに加えて浮遊溶鉱炉内に供給することによる、該浮遊溶鉱炉内で非鉄金属の生産中に生じるスラグの非鉄金属成分の低減方法において、前記炉内に投入されるコークスが、1〜25mmの範囲の粒子サイズを有する冶金用コークスであり、天井から下方に向けて前記炉内に調整板を設置して、非鉄金属を含む微細な粒子が前記炉の後部に漂流しかつ前記スラグと共に前記炉外へ流出することを防止することを特徴とする非鉄金属成分の低減方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記コークスを、精鉱バーナーを通じて供給することを特徴とする低減方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記調整板は前記溶融スラグ浴の内部まで延びていることを特徴とする低減方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記調整板は前記スラグ層の表面付近まで延びていることを特徴とする低減方法。
5. 請求項１に記載の方法において、前記調整板を水冷の銅部材から製造し、該部材を耐火材料で保護することを特徴とする低減方法。
6. 請求項１に記載の方法において、前記非鉄金属は銅であることを特徴とする低減方法。
7. 請求項１に記載の方法において、前記非鉄金属はニッケルであることを特徴とする低減方法。

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