(57)【要約】【課題】銅精鉱における砒素の品位が低減したことを確認できるようにする。【解決手段】銅精鉱の焙焼条件の決定方法は、酸素を含むガスを炉に供給しながら、前記炉の中で砒素を含む銅精鉱を焙焼することにより、前記銅精鉱から前記砒素を揮発させる反応を生じさせる工程と、前記炉から排出される前記ガスにおける酸素分圧をジルコニア式酸素濃度計で測定する工程と、前記酸素分圧が１０−１４ａｔｍ以下となる期間が所定の時間だけ継続した後に、前記酸素分圧の上昇率が所定値を超えたときに前記反応が終了したと決定する工程とを有することを特徴とする。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含むガスを炉に供給しながら、前記炉の中で砒素を含む銅精鉱を焙焼することにより、前記銅精鉱から前記砒素を揮発させる反応を生じさせる工程と、
前記炉から排出される前記ガスにおける酸素分圧をジルコニア式酸素濃度計で測定する工程と、
前記酸素分圧が１０−１４ａｔｍ以下となる期間が所定の時間だけ継続した後に、前記酸素分圧の上昇率が所定値を超えたときに前記反応が終了したと決定する工程と、
を有することを特徴とする銅精鉱の焙焼条件の決定方法。
【請求項２】
前記銅精鉱を焙焼するときの焙焼温度を７００℃〜８００℃とすることを特徴とする請求項１に記載の銅精鉱の焙焼条件の決定方法。
【請求項３】
前記炉は管状炉であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の銅精鉱の焙焼条件の決定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の決定方法で決定された条件で銅精鉱を焙焼することを特徴とする銅精鉱の焙焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、銅精鉱の焙焼条件の決定方法、及び銅精鉱の焙焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅鉱山から採取される銅精鉱の大部分は硫化鉱であるが、その硫化鉱に有害な砒素が含まれることがある（例えば特許文献１）。その場合には、銅精鉱における砒素の品位を低減する処理を行うと共に、その処理によって砒素の品位が低減したことを確認できるのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１９６８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本件は上記に鑑み、銅精鉱における砒素の品位が低減したことを確認できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る銅精鉱の焙焼条件の決定方法は、酸素を含むガスを炉に供給しながら、前記炉の中で砒素を含む銅精鉱を焙焼することにより、前記銅精鉱から前記砒素を揮発させる反応を生じさせる工程と、前記炉から排出される前記ガスにおける酸素分圧をジルコニア式酸素濃度計で測定する工程と、前記酸素分圧が１０−１４ａｔｍ以下となる期間が所定の時間だけ継続した後に、前記酸素分圧の上昇率が所定値を超えたときに前記反応が終了したと決定する工程とを有することを特徴とする。また、前記銅精鉱を焙焼するときの焙焼温度を７００℃〜８００℃としてもよい。更に、前記炉は管状炉であってもよい。また、上記のいずれかの決定方法で決定された条件で銅精鉱を焙焼してもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、銅精鉱における砒素の品位が低減したことを確認できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】銅精鉱の試料を模式的に示す斜視図である。
【図２】焙焼に使用する炉の模式図である。
【図３】炉における焙焼条件の一例を示す図である。
【図４】焙焼時間と酸素分圧との関係を示す模式図である。
【図５】本実施形態に係る銅精鉱の焙焼条件の決定方法を示すフローチャートである。
【図６】本実施例に係る焙焼前の銅精鉱の品位を示す図である。
【図７】本実施例に係る供給ガスにおける酸素濃度を０．１％とする条件で試料を焙焼し、それにより得られた生成物の試料における含有率を示すグラフである。
【図８】本実施例において焙焼で生成した生成物の試料における含有率と焙焼時間との関係を示すグラフである。
【図９】本実施例において排出ガスにおける酸素分圧と焙焼時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。なお、以下では石英管を備えた小型の焙焼炉を例にして説明するが、大型の量産用の焙焼炉(雰囲気炉)を用いて焙焼を行ってもよい。
【０００９】
本実施形態では、酸素を含む雰囲気中で銅精鉱を焙焼することにより、その銅精鉱における砒素の品位を以下のようにして低減する。
【００１０】
図１は、銅精鉱の試料Ｓを模式的に示す斜視図である。試料Ｓは、厚さが１ｍｍ〜２ｍｍ程度となるようにアルミナ板１の上に載置され、この状態で焙焼される。ここでは、試料Ｓとして砒素を含む硫化鉱を使用する。
【００１１】
図２は、焙焼に使用する炉の模式図である。炉１０は、石英管１１を備えたバッチ式の管状炉であって、その中に前述の試料Ｓがアルミナ板１と共に収容される。また、石英管１１の入口には供給ガスＧｉｎを供給するための供給管１２が設けられ、石英管１１の出口には排出ガスＧｏｕｔを排出するための排出管１３が設けられる。更に、石英管１１の内部には第１のフィルタ１６と第２のフィルタ１７が設けられる。このうち、第１のフィルタ１６は、石英管１１の後ろで詰まりが発生したときに揮発物が逆流して噴出するのを防止するためのフィルタである。また、第２のフィルタ１７は、揮発物が後段の酸素濃度計１５に直接入らないようにするための粗取りを行うと共に、精鉱のキャリーオーバを防止するためのフィルタである。そして、排出管１３の途中には、揮発物が後段の酸素濃度計１５に入るのを確実に防止するための第３のフィルタ１８が設けられる。
【００１２】
また、排出管１３には、排出ガスＧｏｕｔにおける酸素分圧ＰＯ２を測定するための酸素濃度計１５としてジルコニア式酸素濃度計が設けられる。試料Ｓには０．５％程度の水分しか含まれていないため、排出ガスＧｏｕｔには水分がほとんど含まれない。また、前述の各フィルタ１７、１８によってダストが確実に除去される。これらによって、ジルコニア式酸素濃度計１５で排出ガスＧｏｕｔにおける酸素分圧ＰＯ２を測定することができる。なお、ジルコニア式酸素濃度計１５は水分で故障するおそれがあるため、フリーエアがジルコニア式酸素濃度計１５に入らないように十分に配慮するのが好ましい。
【００１３】
その酸素濃度計１５から排出された排出ガスＧｏｕｔは、例えば洗浄瓶等において水で洗浄された後に後段に送出される。なお、スクラバ（洗浄塔）で排出ガスＧｏｕｔを洗浄してもよい。
【００１４】
図３は、炉１０における焙焼条件の一例を示す図である。図３に示すように、試料Ｓの厚さは１ｍｍ〜２ｍｍ程度とする。また、焙焼温度は４００℃〜８００℃とする。この温度範囲のうち、４００℃〜５００℃の範囲は、試料Ｓが揮発しないことを確認するための温度範囲である。また、焙焼温度を７００℃〜８００℃とすることにより、Ｓ２の分圧に関係なくＰｙｒｉｔｅが分解してＰｙｒｒｈｏｔｉｔｅで安定するようになる。そして、試料Ｓを焙焼温度以上の温度に保持する保持時間は１５分〜６０分とする。保持時間をこの範囲としたのは、１５分よりも短い保持時間では試料Ｓが十分に揮発せず、保持時間が６０分であれば試料Ｓが十分に揮発するためである。なお、この保持時間には、試料Ｓを焙焼温度に昇温するのに要する昇温時間は含まれない。また、保持時間の始期は、試料Ｓが焙焼温度以上の温度になった時点であり、保持時間の終期は、試料Ｓが焙焼温度よりも低い温度になった時点である。
【００１５】
供給ガスＧｉｎとしては窒素と空気との混合ガスを使用する。そして、その供給ガスＧｉｎにおける酸素濃度は５．０体積％未満、例えば０．１体積％〜０．３体積％とする。酸素濃度をこの範囲とすることで、銅の酸化を抑制することができる。更に、供給ガスＧｉｎの流量は２．０Ｌ／ｍｉｎ程度とする。
【００１６】
このように酸素を含む雰囲気中で試料Ｓを焙焼すると、以下の反応が生じると推定される。
８Ｃｕ３ＡｓＳ４（ｓ） → ２Ｃｕ１２Ａｓ４Ｓ１３（ｓ） + ３Ｓ２（ｇ）  …（１）
２Ｃｕ１２Ａｓ４Ｓ１３（ｓ） + ２４ＦｅＳ（ｓ） + ５Ｓ２（ｇ）
→２４ＣｕＦｅＳ２（ｓ） + ４Ａｓ２Ｓ３（ｌ）  …（２）
２Ａｓ２Ｓ３（ｌ） → Ａｓ４Ｓ６（ｇ）  …（３）
２ＦｅＳ２（ｓ） → ２ＦｅＳ（ｓ） + Ｓ２（ｇ）  …（４）
Ｓ２（ｇ） + ２Ｏ２（ｇ） → ２ＳＯ２（ｇ）  …（５）
【００１７】
この反応によれば、Ｅｎａｒｇｉｔｅ（Ｃｕ３ＡｓＳ４） → Ｔｅｎｎａｎｔｉｔｅ（Ｃｕ１２Ａｓ４Ｓ１３） → Ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ（ＣｕＦｅＳ２）の順に反応が進むことになる。
【００１８】
また、式（１）や式（４）でＳ２が発生し、これらのＳ２が式（２）で消費されることにより、Ｔｅｎｎａｎｔｉｔｅ（Ｃｕ１２Ａｓ４Ｓ１３）からＡｓ２Ｓ３が発生する。そして、そのＡｓ２Ｓ３が式（３）に従って揮発することにより、元の銅精鉱中の砒素の品位が低減できると考えられる。
【００１９】
図４は、焙焼時間と酸素分圧ＰＯ２との関係を示す模式図である。
図４に示すように、時刻Ｔ１では、前述の式（５）に従ってＳ２とＯ２が反応し、この反応における酸素の消費によって酸素分圧ＰＯ２が１×１０−１４ａｔｍ以下に急激に低下する。
【００２０】
そして、時刻Ｔ２では更に酸素が消費されて酸素分圧ＰＯ２が１×１０−１６ａｔｍにまで低下する。
【００２１】
その後、時刻Ｔ３において、前述の式（４）のようにＰｙｒｉｔｅからＰｙｒｒｈｏｔｉｔｅになる反応で発生する気体の硫黄の酸化が終わり、前述の式（５）の反応が終息したことで酸素分圧ＰＯ２が急激に上昇し、その値が１×１０−１４ａｔｍを超えるようになる。
【００２２】
これによれば、酸素分圧ＰＯ２が１×１０−１４ａｔｍとなる期間が所定の時間Ｔだけ継続し、その後の時刻Ｔ３において酸素分圧ＰＯ２が急激に上昇したときに、銅精鉱中の砒素の品位が十分に低減したことを確認できる。
【００２３】
そこで、このように酸素分圧ＰＯ２に基づいて焙焼条件を決定する決定方法について次に説明する。
【００２４】
図５は、本実施形態に係る銅精鉱の焙焼条件の決定方法を示すフローチャートである。
【００２５】
まず、工程Ｓ１において、供給ガスＧｉｎを炉１０に供給しながら、炉１０の中で銅精鉱を焙焼する。これにより、前述の式（１）〜（５）の反応に従って銅精鉱中の砒素が揮発する。
【００２６】
次に、工程Ｓ２に移り、排出ガスＧｏｕｔにおける酸素分圧ＰＯ２を酸素濃度計１５で測定する。
【００２７】
続いて、工程Ｓ３に移り、酸素分圧ＰＯ２が１０−１４ａｔｍ以下となる期間が所定の時間Ｔだけ継続した後に、前記酸素分圧ＰＯ２の上昇率Ｒが所定値Ｒｔｈを超えたかどうかを判定する。なお、所定の時間Ｔは、前述の式（１）〜（５）の反応が生じていると考えられる時間である。また、上昇率Ｒは、単位時間当たりの酸素分圧ＰＯ２の上昇量である。そして、所定値Ｒｔｈは、前述の式（１）〜（５）の反応が終了したかどうかの判断の目安となる値である。ここでは、酸素分圧が１０−１５ａｔｍから１０−４ａｔｍを超えるのに要する時間が２分以内のときに式（１）〜（５）の反応が終了したと判断する。この場合の所定値Ｒｔｈは、（１０−４ａｔｍ−１０−１５ａｔｍ）/２分となる。
【００２８】
そして、上昇率Ｒが所定値Ｒｔｈを超えたと判断された場合に、銅精鉱から砒素が揮発する反応が終了したと決定する。
以上により、本実施形態に係る銅精鉱の焙焼条件の決定方法の基本工程を終了する。
【００２９】
上記した本実施形態によれば、排出ガスＧｏｕｔにおける酸素分圧ＰＯ２に基づいて、銅精鉱における砒素の品位が低減できたことを確認できる。焙焼を開始してから砒素の揮発が完了するまでの時間は、焙焼温度や供給ガスＧｉｎにおける酸素濃度等の様々な要因によって定まるが、本実施形態ではこれらの要因にとらわれずに酸素分圧ＰＯ２を測定するだけで簡単に砒素の品位が低減したことを確認できる。
【００３０】
更に、このように決定された焙焼条件で銅精鉱を焙焼することにより、砒素を含む低廉な銅精鉱を銅の製錬に使用することも可能となる。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明の実施例について説明する。
図６は、本実施例に係る焙焼前の銅精鉱の品位を示す図である。図１に示すように、この例では銅精鉱に砒素が６．８ｗｔ％の品位で含まれる。また、この銅精鉱をＭＬＡ（Ｍｉｎｅｒａｌ  Ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）で分析したところ、ＦｅＳ２の品位が４９ｗｔ％であり、Ｃｕ３ＡｓＳ４の品位が３７ｗｔ％であった。本実施例ではこの銅精鉱を試料Ｓとして使用する。
【００３２】
図７は、供給ガスＧｉｎにおける酸素濃度を０．１体積％とする条件で試料Ｓを焙焼し、それにより得られた生成物の試料Ｓにおける含有率を示すグラフである。
【００３３】
なお、図７の横軸は、焙焼温度と焙焼時間を示す。例えば、「７００℃、３０分」のラベルは、焙焼温度を７００℃とし、保持時間を３０分としたことを示す。
【００３４】
図７から明らかなように、焙焼によってＣｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ（ＣｕＦｅＳ２）の含有率が上昇している。一方、Ｔｅｎｎａｎｔｉｔｅ（Ｃｕ１２Ａｓ４Ｓ１３）、Ｐｙｒｒｈｏｔｉｔｅ（ＦｅＳ）の含有率は少し上昇してから低下し、Ｅｎａｒｇｉｔｅ（Ｃｕ３ＡｓＳ４）、Ｐｙｒｉｔｅ（ＦｅＳ２）の含有率は低下している。
【００３５】
この結果から、前述のようにＥｎａｒｇｉｔｅ → Ｔｅｎｎａｎｔｉｔｅ → Ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅの順に反応が進み、前述の式（１）〜（５）の反応が実際に生じていることが裏付けられた。
【００３６】
また、図８は、焙焼で生成した生成物の試料Ｓにおける含有率と焙焼時間との関係を示すグラフである。なお、図８には、排出ガスＧｏｕｔにおける酸素分圧ＰＯ２も併記してある。
【００３７】
図８に示すように、焙焼時間の経過と共にＣｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅの含有率が増えるのに対し、Ｅｎａｒｇｉｔｅ、Ｔｅｎｎａｎｔｉｔｅ、及びＰｙｒｉｔｅの含有率は焙焼時間の経過と共に低下した。
【００３８】
図９は、排出ガスＧｏｕｔにおける酸素分圧ＰＯ２と焙焼時間との関係を示すグラフである。なお、図９では焙焼温度も併記してある。
【００３９】
図９に示すように、焙焼時間がＴ１（約１８分）となったところで酸素分圧ＰＯ２が１０−１４ａｔｍ以下に急激に低下した。その後、焙焼時間がＴ２（約２３分）のときに酸素分圧ＰＯ２が１０−１６ａｔｍにまで低下した。そして、酸素分圧ＰＯ２が１０−１４ａｔｍ以下となる時間Ｔが１２分程度経過した後、焙焼時間がＴ３（約４０分）のときに酸素分圧ＰＯ２が急激に上昇してその値が１０−１４ａｔｍを超えた。
【００４０】
このような酸素分圧ＰＯ２の急激な変化を捉えることにより、図４を参照して説明したように、銅精鉱における砒素の品位が低減したことを確認することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態または実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  炉
１１  石英管
１２  供給管
１３  排出管
１５  酸素濃度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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