JP4908456B2 - 銅の製錬方法 - Google Patents
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Description
本発明は、銅の製錬方法に関する。
銅の乾式製錬工程においては、炉内に供給された銅精鉱、珪酸鉱等の原料と酸素との供給バランスが崩れ、原料に対して酸素が過剰になることがある。この場合、スラグ中に、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）が生成される。Ｆｅ３Ｏ４層およびＦｅ３Ｏ４を多く含む層は、周囲のスラグよりも高い融点を有することから、液相とならずに半溶融状態のまま炉内に残留し、スラグタップ孔を閉塞し、炉内容積を減少させるなどの炉操業の支障となる。また、Ｆｅ３Ｏ４を多く含む層は高い粘性を有し、スラグ中に懸垂している銅などの有価金属の沈降分離を阻害し、有価金属の回収率悪化を招くおそれがある。
したがって、銅の乾式製錬において、Ｆｅ３Ｏ４生成量を抑制することが、コスト削減、有価金属回収率向上等のために重要である。
特許文献１は、Ｆｅ３Ｏ４の生成を抑制するために、スラグ表面に粉コークス、微粉炭を銅精鉱とともに吹き込み、粉コークスによってＦｅ３Ｏ４をＦｅＯに還元することで、スラグの粘度を低減させる技術を開示している。
また、特許文献２は、炭材の添加量が多いと還元過剰となって炉耐火物のコーティング層が破損するなどの問題点を指摘しつつ、炭材の粒度、成分濃度等を限定してＦｅ３Ｏ４と粉コークスとの反応性の適切な条件を開示している。さらに、特許文献３は、マットとスラグとの間に生成される中間層に粒状の銑鉄（メタリック鉄）を添加し、Ｆｅ３Ｏ４をＦｅＯに還元する技術を開示している。
ところで、銅の乾式製錬は、銅鉱石の溶解に銅鉱石の酸化熱を利用できるという利点を有している。しかしながら、上記各特許文献に係る技術においては、補助燃料としてのコークスが必要である。したがって、製造コストが高くなってしまう。
本発明は、製造コストを抑制しつつＦｅ３Ｏ４の生成を抑制することができる銅の製錬方法を提供することを目的とする。
本発明に係る銅の製錬方法は、炉内に銑鉄以外の還元材を供給することなく酸素富化空気、溶剤および銅精鉱を供給する工程と、炉内で生じるスラグに銑鉄を供給する工程と、を含み、銅精鉱中の硫黄／銅の重量比は、０．８５〜１．１５であり、銑鉄は、粒径が０．３ｍｍ〜８ｍｍであり、酸素富化空気中の酸素濃度は、６０体積％〜９０体積％であることを特徴とするものである。本発明に係る銅の製錬方法においては、銑鉄の還元作用によってＦｅ３Ｏ４の生成が抑制される。また、銑鉄の酸化反応によって熱量が確保される。したがって、コークス材の供給が不要となる。その結果、製造コストを抑制することができる。
本発明によれば、製造コストを抑制しつつＦｅ３Ｏ４の生成を抑制することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
（実施の形態）
図１は、銅の製錬方法の一実施形態に使用する自溶炉１００の概略図である。図１に示すように、自溶炉１００は、反応塔１０、セットラ２０およびアップテイク３０が順に配置された構造を有する。反応塔１０の上部には、精鉱バーナ４０が設けられている。
図１は、銅の製錬方法の一実施形態に使用する自溶炉１００の概略図である。図１に示すように、自溶炉１００は、反応塔１０、セットラ２０およびアップテイク３０が順に配置された構造を有する。反応塔１０の上部には、精鉱バーナ４０が設けられている。
図２は、自溶炉１００を用いた銅の製錬工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、精鉱バーナ４０から銅精鉱および珪酸鉱と酸素富化空気とが同時に吹き込まれる。それにより、下記反応式（１）により銅精鉱が酸化反応を起こし、図２（ｂ）に示すように、反応塔１０の底部でマット５０およびスラグ６０に分離する。なお、下記反応式（１）で、Ｃｕ２Ｓ・ＦｅＳがマットの主成分に相当し、ＦｅＯ・ＳｉＯ２がスラグの主成分に相当する。珪酸鉱は、溶剤として機能している。
ＣｕＦｅＳ２＋ＳｉＯ２＋Ｏ２→Ｃｕ２Ｓ・ＦｅＳ＋２ＦｅＯ・ＳｉＯ２＋ＳＯ２ ＋ 反応熱 （１）
ＣｕＦｅＳ２＋ＳｉＯ２＋Ｏ２→Ｃｕ２Ｓ・ＦｅＳ＋２ＦｅＯ・ＳｉＯ２＋ＳＯ２ ＋ 反応熱 （１）
酸素富化空気とは、自然の大気よりも高い酸素濃度を有する空気のことである。例えば、酸素富化空気は、６０体積％〜９０体積％の酸素濃度を有し、好ましくは７０体積％〜８０体積％の酸素濃度を有する。それにより、銅精鉱に十分な酸化反応を生じさせることができる。また、酸素富化空気の送風量は、銅精鉱１ｔあたり、酸素濃度７０体積％で２３０．８Ｎｍ３／ｔ、８０体積％で２０２．０Ｎｍ３／ｔ程度である。
続いて、図２（ｃ）に示すように、セットラ２０において、銑鉄（メタリック鉄）をスラグ６０に供給する。銑鉄中の鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）等は還元作用を有することから、スラグ６０におけるＦｅ３Ｏ４の生成を抑制することができる。また、銑鉄中のＦｅおよびＣが酸化する際に反応熱が生じることから、熱量が確保される。
以上のように、本実施形態に係る銅の製錬方法によれば、熱源および還元材としてのコークス材を添加しなくても熱量が確保される。コークス材の代わりに銑鉄を用いた場合、原材料費は抑制される。したがって、製造コストを抑制しつつＦｅ３Ｏ４の生成を抑制することができる。
銅精鉱中の硫黄濃度は特に限定されるものではない。ただし、銅精鉱中の硫黄濃度が高いと硫黄の酸化反応熱が多く得られる。したがって、硫黄濃度は高い方が好ましい。例えば、銅精鉱中において銅に対する硫黄の重量比Ｓ／Ｃｕは、０．８５〜１．１５であることが好ましく、０．９０〜１．１５であることがより好ましく、１．００〜１．１５であることがさらに好ましい。この場合、熱源としてのコークス材を用いなくても熱量が確保される。それにより、製造コストが抑制される。なお、炉内のマット５０およびスラグ６０の温度が上がりすぎる場合および下がりすぎる場合には、酸素富化空気中の酸素濃度を上下させてマット５０およびスラグ６０の温度を調節することができる。
また、マット５０中の硫黄を酸化することによって多くの熱量が得られる。したがって、マット５０中の銅品位を高く調整することが好ましい。例えば、銅品位を、６４重量％〜６９重量％程度に調整することが好ましく、６６重量％〜６９重量％程度とさらに高く調整することがより好ましい。また、スラグ６０中の銅品位を、０．６５重量％〜０．９５重量％程度に調整することが好ましい。これらの場合、マット５０およびスラグ６０の温度が適度に調整される。それにより、熱源としてのコークス材を添加しなくても熱量が確保される。
なお、本実施形態に用いることができる銑鉄は、特に限定されるものではない。例えば、銑鉄は、廃棄物処理炉、リサイクル炉等から産出され、メタリック鉄を８０重量％以上（例えば、Ｆｅ９０重量％〜９７重量％）含有し、真比重３〜８であり、粒径０．３ｍｍ〜８ｍｍ程度の鉄含有物である。銑鉄は、炭素を１重量％〜６重量％含有し、銅を１重量％〜３０重量％含有することが好ましい。銑鉄は、上記の粒径であると、反応性が極めて高く、還元反応が進みやすいという特徴がある。
本実施形態においては自溶炉を用いたが、それに限られない。本発明は、その他の乾式製錬にも適用することができる。
以下、上記実施形態に従って、銅製錬を実施した。
（実施例１〜実施例４）
実施例１〜実施例４においては、熱源としてのコークス材を供給することなく、銑鉄をスラグに供給した。銑鉄として、Ｆｅを９０重量％〜９６重量％含有し、Ｃを２重量％〜６重量％含有し、銅を１重量％〜５重量％含有し、真比重３〜８であり、粒径０．３ｍｍ〜８ｍｍ程度のものを用いた。銑鉄の添加量、銅精鉱中のＳ／Ｃｕ重量比、酸素富化空気中の酸素濃度、マット中銅品位およびスラグ中銅品位を表１に示す。なお、表１において、銑鉄添加量は、自溶炉への銅精鉱、珪酸鉱および所内繰返物の混合物等の総量１ｔあたりの銑鉄添加量として示されている。
実施例１〜実施例４においては、熱源としてのコークス材を供給することなく、銑鉄をスラグに供給した。銑鉄として、Ｆｅを９０重量％〜９６重量％含有し、Ｃを２重量％〜６重量％含有し、銅を１重量％〜５重量％含有し、真比重３〜８であり、粒径０．３ｍｍ〜８ｍｍ程度のものを用いた。銑鉄の添加量、銅精鉱中のＳ／Ｃｕ重量比、酸素富化空気中の酸素濃度、マット中銅品位およびスラグ中銅品位を表１に示す。なお、表１において、銑鉄添加量は、自溶炉への銅精鉱、珪酸鉱および所内繰返物の混合物等の総量１ｔあたりの銑鉄添加量として示されている。
（比較例）
比較例においては、銑鉄を添加せずに、コークス材を添加した。その他の条件を表１に示す。
比較例においては、銑鉄を添加せずに、コークス材を添加した。その他の条件を表１に示す。
（分析）
実施例１〜４および比較例に係るマット温度、スラグ温度およびスラグ中のＦｅ３Ｏ４濃度を測定した。その結果を表２に示す。
実施例１〜４および比較例に係るマット温度、スラグ温度およびスラグ中のＦｅ３Ｏ４濃度を測定した。その結果を表２に示す。
表２に示すように、比較例においては、Ｆｅ３Ｏ４濃度が比較的低く抑制された。これは、コークス材の還元作用によってＦｅ３Ｏ４の生成が抑制されたからであると考えられる。
実施例１〜４においては、コークス材を用いていないにもかかわらず、Ｆｅ３Ｏ４濃度が低く抑制された。これは、銑鉄の有する還元作用によってＦｅ３Ｏ４の生成が抑制されたからであると考えられる。また、実施例１〜４においては、マット温度およびスラグ温度が比較例と同程度になった。
当該自溶炉においてはマットおよびスラグの温度は融点以上で液体状態であって流動性が適切に確保でき、かつ炉体の耐火物の溶損を考慮した管理温度範囲１２４０±１０℃になるように調節する。熱量が不足する場合は熱補償を行う。従来はこの部分をコークス材の燃焼熱で行っていたが、銅精鉱中の硫黄分の増加による、酸素富化空気との酸化反応熱の増加と、酸素富化空気中の酸素濃度の適切な調整とにより、熱量が適切なレベルで確保されたからであると考えられる。
以上のことから、コークス材を供給しなくても、銑鉄の還元作用によって、Ｆｅ３Ｏ４の生成が抑制された。また、酸素富化ガスおよび銑鉄の供給によって、熱が得られた。また、銅精鉱中の硫黄濃度を増加させることによって、熱が得られた。さらに、マット中銅品位およびスラグ中銅品位を増加させることによって、熱が得られた。
１０ 反応塔
２０ セットラ
３０ アップテイク
４０ 精鉱バーナ
５０ マット
６０ スラグ
１００ 自溶炉
２０ セットラ
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５０ マット
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Claims (8)
- 炉内に、銑鉄以外の還元剤を供給することなく、酸素富化空気、溶剤および銅精鉱を供給する工程と、
前記炉内で生じるスラグに、銑鉄を供給する工程と、を含み、
前記銅精鉱中の硫黄／銅の重量比は、０．８５〜１．１５であり、
前記銑鉄は、粒径が０．３ｍｍ〜８ｍｍであり、
前記酸素富化空気中の酸素濃度は、６０体積％〜９０体積％であることを特徴とする銅の製錬方法。 - 前記炉内で生じるマット中の銅品位を６４重量％〜６９重量％に調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の銅の製錬方法。
- 前記炉内で生じるマット中の銅品位を６６重量％〜６９重量％に調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の銅の製錬方法。
- 前記スラグ中の銅品位を０．６５重量％〜０．９５重量％に調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の銅の製錬方法。
- 前記酸素富化空気中の酸素濃度は、７０体積％〜８０体積％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の銅の製錬方法。
- 前記炉は、自溶炉であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の銅の製錬方法。
- 前記銑鉄は、炭素を１重量％〜６重量％含有し、銅を１重量％〜３０重量％含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の銅の製錬方法。
- 酸素富化空気中の酸素濃度を上下させて前記炉内のマットおよびスラグの温度を調節する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の銅の製錬方法。
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