(57)【要約】【課題】回転炉の局所的過熱を防止しつつ、溶解時間の短縮を図ることが可能な硫化精製用回転炉およびこれを用いた銅ドロスの硫化精製方法を提供する。【解決手段】銅ドロスから銅を硫化銅として鉛と分離する硫化精製用回転炉であって、炉口において、発生する火炎を炉内に吹き込むようにノズルを設ける高圧バーナと、高圧バーナとは分離して、ノズルの近傍に開口部を有する、純酸素を吹き込むための酸素吹込み管とを有する硫化精製用回転炉を提供する。【選択図】図１
2010007135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅ドロスから銅を硫化銅として鉛と分離するための硫化精製用横型回転炉であって、
一端に炉口を有する円筒形の炉体と、該炉口近傍にノズルが設けられ、該ノズルから炉内に向けて火炎と燃料とを吹き込む高圧バーナと、該高圧バーナとは分離して、前記ノズルの近傍に吹込み口を有し、該吹込み口から炉内に向けて純酸素を吹き込む酸素吹込み管とを備える、硫化精製用横型回転炉。
【請求項２】
前記酸素吹込み管の向きおよび位置を調整可能に固定する構造を備える、請求項１に記載の硫化精製用横型回転炉。
【請求項３】
前記酸素吹込み管の外周の全部または一部に保護管が設けられている、請求項１または２記載の硫化精製用横型回転炉。
【請求項４】
前記保護管がステンレス製である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の硫化精製用横型回転炉。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の硫化精製用横型回転炉を用いた銅ドロスの硫化精製方法であって、
少なくとも銅ドロスを溶解する間、炉内に送られる二次空気に代えて、炉内において前記燃料ガスの二次燃焼に必要な量の純酸素を前記酸素吹込み管により、前記高圧バーナのノズルの近傍に供給する、銅ドロスの硫化精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅と鉛を含む銅ドロスから、銅を硫化銅として分離する硫化精製工程に用いられる横型回転炉、および、これを用いた銅ドロスの硫化精製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛と亜鉛とを含む原料より、鉛と亜鉛とを同時に製錬して、鉛と亜鉛とを回収する方法として、ＩＳＰ（Imperial Smelting Process）法がある。ＩＳＰ法では、原料を酸化焙焼して得た焼鉱と、還元剤および熱源としてのコークスとを、交互に溶鉱炉に装入する。装入した焼鉱は、溶鉱炉内に吹き込まれた熱風によるコークス燃焼に伴って、加熱還元され、亜鉛が蒸気として炉ガスとともに上昇して、炉頂から約１０００℃で鉛スプラッシュコンデンサに入る。
【０００３】
鉛スプラッシュコンデンサには、大量の溶融鉛が溜められており、撹拌機により多量の鉛スプラッシュが発生されている。ガスが、鉛スプラッシュコンデンサの中を通過する際、ガス中の亜鉛蒸気と鉛スプラッシュとが接触して、亜鉛蒸気は急冷凝縮され、鉛中に溶け込む。
【０００４】
その後、スプラッシュコンデンサの溶融鉛は、ポンプアップされ、冷却樋へ送り出され、相分離され、亜鉛は回収され、鉛はスプラッシュコンデンサに戻される。
【０００５】
一方、原料中の鉛は、溶鉱炉で溶融され、溶鉱炉の炉底よりスラグと共に粗鉛として前床に取り出され、分離される。
【０００６】
得られる粗鉛は、銅をはじめとして、金、銀などの有価物を含むため、たとえば、脱銅鍋に入れ、鉛を撹拌機により激しく撹拌して浮き上がってきたドロスを、その都度すくいとることによりスキミングして、銅ドロスと粗鉛とに分離する（特許文献１参照）。
【０００７】
これは、溶融している粗鉛を冷却する過程において、銅およびその他の不純物を多く含む相の密度と、鉛の密度との差により分離が起こり、不純物を多く含む相が浮き上がって、ドロスを形成することを利用している。このようにして得られた粗鉛は、電解精製に供される。
【０００８】
一方、銅ドロスは、鉛を多く含むため、硫黄およびソーダ灰、鉄、粉コークスなどを添加し、反射炉、横型回転炉などを用いて、溶解し、銅を硫化銅として鉛と分離する硫化精製工程に供される。
【０００９】
横型回転炉には種々の構造のものがあるが（たとえば、特許文献２、特許文献３参照）、かかる硫化精製工程に用いられる横型回転炉も基本的には同様の構造である。具体的には、図２に示すように、横型回転炉１は、耐火材を内張りした円筒体からなる炉体２（たとえば、外径：３．３ｍ、長さ４ｍ）からなり、炉体２の一端側には、バーナ口および排気口を兼ねる炉口３が設けられている。また、炉体２の外周の一部に、出湯口（図示せず）が設けられている。炉体２は、図示しない支持ローラにより支持され、所定の回転速度で回転するようになっている。
【００１０】
炉口３には、炉体２の内部に向けて高圧バーナ４が配置されている。高圧バーナ４には、重油、ガスなどの燃料および図示しないファンにより二次燃焼に必要な量の二次空気も含めた空気が加圧されて供給され、高圧バーナ４により、火炎、燃料ガスおよび空気が炉内に吹き込まれる。
【００１１】
また、炉口３側には、該炉口３を覆うように入口が配された排煙道（図示せず）が設置されている。
【００１２】
このような横型回転炉１を利用した銅ドロスの硫化精製工程では、炉体２を回転させつつ、高圧バーナ４の火炎を炉内に吹込み、高圧バーナ４を通じて導入される火炎と燃料ガスと二次空気とにより、炉体レンガおよび炉内の銅ドロスを、均一に８５０℃〜９００℃の範囲に維持している。そして、炉内の銅ドロスの溶解を促進し、銅ドロス中の銅を硫化銅とし、鉛を粗鉛として分離回収している。この間、排ガスは、開口部３から排煙道を通じて排出される。なお、得られた硫化銅は、通常、銅製錬工程で処理される。
【００１３】
硫化精製工程では、円滑に炉内の内容物を加熱溶解し、炉体２の回転により内容物を撹桴して、内容物を均一に所定温度まで昇温することが重要である。
【００１４】
しかしながら、このような横型回転炉１を用いて銅ドロスを処理するため、炉内を所定温度に昇温するには、炉体放散熱、排ガス持去り顕熱のヒートロスにより、約１０時間もの長い時間を要するという問題がある。
【００１５】
このような問題を解消する手段として、高圧バーナに代わりに純酸素を供給する酸素バーナを使用することにより、排ガスの持ち去り顕熱を低減させることができる。
【００１６】
しかしながら、高圧バーナ４に純酸素のみを供給して用いた場合、発生する火炎が１．５ｍ程度の長さと短フレイム化するため、横型回転炉１の炉口３近辺が局所的に加熱され、これにより、炉体２のレンガ熔損が発生し、定期的な補修が必要となるため、却ってコストが嵩むという問題がある。また、かかる局所的な加熱による高融点酸化物の炉内居着きにより、炉体２の炉容積が減少し、結果として、銅ドロスの処理量が減少するという問題がある。
【特許文献１】特開平４−２２４６３９号公報
【特許文献２】特開２００１−３１２２号公報
【特許文献３】特開平７−７０６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、以上のような問題を解決すべく、横型回転炉の局所的な加熱を防止しつつ、溶解時間の短縮を図ることが可能な硫化精製用回転炉およびこれを用いた銅ドロスの硫化精製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、銅ドロスから銅を硫化銅として鉛と分離するための硫化精製用横型回転炉およびこれを用いた銅ドロスの硫化精製方法に係る。
【００１９】
特に、本発明に係る硫化精製用横型回転炉は、一端に炉口を有する円筒形の炉体と、該炉口近傍にノズルが設けられ、該ノズルから炉内に向けて火炎と燃料ガスを吹き込む高圧バーナと、該高圧バーナとは分離して、前記ノズルの近傍に吹込み口を有し、該吹込み口から炉内に向けて純酸素を吹き込む酸素吹込み管とを備えることを特徴とする。
【００２０】
前記酸素吹込み管の向きおよび位置を調整可能に固定する構造をさらに備えることが好ましい。
【００２１】
また、前記酸素吹込み管の外周の全部または一部に保護管が設けられていることが好ましい。なお、該保護管は、ステンレス製であることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る銅ドロスの硫化精製方法は、上記の硫化精製用横型回転炉を用い、少なくとも銅ドロスを溶解する間、炉内において前記燃料ガスの二次燃焼に必要な量の純酸素を前記酸素吹込み管により、前記高圧バーナのノズルの近傍に供給することを特徴とする。なお、この際、高圧バーナへの大気の供給量を低減させる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の硫化精製用横型回転炉により、銅ドロスの硫化精製工程において、銅ドロスを溶解する間、高圧バーナのノズル近傍に二次燃焼用として必要な量の純酸素が吹き込まれ、従来の高圧バーナを用いた横型回転炉と比較して、火炎温度を上昇させることができると同時に、二次空気量を削減することができる。よって、排ガス量を削減することができるため、排ガスの持ち去り顕熱を有意に減少させることができる。
【００２４】
一方、本発明に係る横型回転炉では、高圧バーナを用いているため、酸素バーナを用いた横型回転炉とは異なり短フレイム化が認められないため、炉体のレンガ溶損および炉容積の減少などを減少させることができる。
【００２５】
この結果、回転炉の局所的な加熱による問題を回避しつつ、溶解時間の短縮を図ることができ、操業時間の短縮、銅ドロス処理量の増加、純酸素の使用による効果的な操業原単位削減、および、炉体のレンガ溶損による補修のための休止損失の低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図面を参照して、本発明を説明する。図１は、本発明の横型回転炉の一実施態様を斜視図で示す。
【００２７】
本発明の硫化精製用の横型回転炉１は、耐火レンガなどの耐火材を内張りした円筒体からなる炉体２からなり、炉体２の一端側には、バーナ口および排気口を兼ねる炉口３が設けられている。銅ドロスの硫化精製に用いられる横型回転炉１は、一般的に、外径３．３ｍ、長さ４ｍで、鉄製の炉体を有する。
【００２８】
従来と同様に、炉体２の外周部に図示しない出湯口が設けられ、また、図示しない支持ローラにより支持され、所定の回転速度で回転するようになっている。
【００２９】
炉口３には、炉体２の内部に向けて高圧バーナ４が配置されている。高圧バーナ４には、重油、ガスなどの燃料および図示しないファンにより二次燃焼に必要な量の二次空気が加圧されて供給され、炉口３の近傍に設けられたノズルから、火炎、燃料ガスおよび二次空気が炉内に吹き込まれる。ただし、供給される空気については、バルブなどの調節機構により、その流量を制限することが可能となっている。
【００３０】
また、炉口３側には、該炉口３を覆うように入口が配された排煙道（図示せず）が設置されている。
【００３１】
本発明の横型回転炉１では、高圧バーナ４とは分離して、高圧バーナ４のノズルの近傍に開口部を有する、純酸素を吹き込むための酸素吹込み管５を備えることを特徴とする。
【００３２】
この酸素吹込み管５は、ステンレス製の管材であり、供給側において、汎用の酸素ボンベ、酸素プラントなどの酸素供給源に接続される。ここで、「純酸素」とは、工業用酸素およびこれに準ずるものをいう。
【００３３】
この酸素吹込み管５は、図１に示すように、高圧バーナ４のノズルの近傍に設けられる。また、酸素吹込み管５の向きおよび位置を調整可能に固定する構造を備えることが好ましい。この構造としては、機械部品による取付け手段など、公知の技術のいずれでもよい。かかる構造により、酸素の吹込み角度および吹込み位置を任意に調整することができる。
【００３４】
操業においては、少なくとも銅ドロスの溶解開始から完全に溶解するまでの間、高圧バーナ４から炉内への二次空気の供給量を低減させ、その代わりに、かかる酸素吹込み管５により、純酸素を供給する。
【００３５】
かかる酸素吹込み管５からの純酸素の吹込みにより、供給時における火炎温度の上昇が可能となる。また、高圧バーナから発生する火炎の長さを適切に調整することが可能となり、炉内における熱分布を均一にすることができる。よって、火炎の短フレイム化が抑制され、回転炉の炉口近辺の局所的な過熱による炉体のレンガ熔損を抑制することができる。
【００３６】
さらに、二次燃焼に必要とされる酸素量は、それに必要とされる二次空気としての大気の供給量より低減されるため、排ガス量が削減できる。よって、排ガスの持ち去り顕熱を減少させることが可能となる。
【００３７】
本発明の横型回転炉１においては、酸素吹込み管５の外周の全部または一部に、保護管６が設けられる。この保護管６は、酸素吹込み管５の損傷を防止するように機能する。保護管６の材質は、耐熱性および耐食性を考慮して、ＳＵＳ等のステンレスや耐火物などが好ましい。
【００３８】
なお、酸素吹込み管５による酸素吹込み位置を高圧バーナ４の火炎近傍とするのは、横型回転炉１に保護管６を設ける際に、炉体２を貫通させる必要が生ずることを回避するためである。
【００３９】
また、銅ドロスを溶解する間、横型回転炉１を静止させておき、銅ドロスが溶解した後、横型回転炉１を回転させて、銅の硫化反応を促進させるような操業を行うことがあるため、酸素吹込み管５の先端を、炉本体の軸方向に伸長可能とするように、保護管の先端を、高圧バーナのノズルの近傍に位置させることが好ましい。このような操業を必要としない場合は、保護管の先端を任意の位置としてもよい。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
本発明に係る横型回転炉を試験的に操業し、操業時間、銅ドロスの処理量、操業原単位および補修による休止損失の影響について調べた。
【００４１】
耐火レンガにより内張りされた炉体からなる横型回転炉（外径３．３ｍ、長さ４ｍ）の炉内に、銅ドロス９．５トンおよび溶剤を装入した。なお、溶剤の量は、銅ドロスの銅品位と、精製される硫化マット品位とにより調整され、本実施例では２．４トンとした。
【００４２】
重油使用量が１１０〜１４０Ｌ／ｈｒである高圧重油バーナで加熱する際に、酸素吹込み管の向きおよび位置を調整しつつ、昇温開始から銅ドロスが完全に溶解するまで、酸素吹込み管から、純酸素としてボンベ入りの工業用酸素を５００リットル／分、導入した。なお、この間、高圧重油バーナに対する大気の供給量を低減させた。銅ドロスの完全な溶解は炉内検尺により確認した。昇温開始から銅ドロスの溶解までの時間は、３時間であった。
【００４３】
その後、工業用酸素の供給を停止すると共に、高圧重油バーナに、二次空気として空気ファンで昇圧した大気を供給して、高圧重油バーナによる加熱を継続し、炉内の銅を硫化銅とした。
【００４４】
１回の操業に必要とされた時間は、昇温開始から硫化精製の終了までで１０時間であった。この結果、硫化銅を４トン、および、粗鉛を５トン得た。
【００４５】
以上の横型回転炉の操業を３ヶ月間続けたところ、本発明の横型回転炉を用いた方法では、二次空気として大気を用いる従来の場合と比較して、溶解時間の短縮により全体の操業時間を１時間程度短縮することができた。また、銅ドロスの月当たりの処理量は、従来方法より多い４００トンであった。
【００４６】
（比較例１）
高圧重油バーナの代わりに純酸素バーナを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、３ヶ月間試験的に横型回転炉の操業を行った。
【００４７】
実施例１と比較して、最大で溶解時間が２時間程度短縮されたが、局所的過熱が生じ、回転炉の炉体のレンガ溶損と高融点酸化物の炉内居着きにより、炉容積が減少し、装入可能な銅ドロスおよび溶剤の合計が７トン前後になった。このため、銅ドロスの月当りの処理量は３５０トンにまで減少した。
【００４８】
これに対して、本発明の横型回転炉を用いた実施例１では、炉内における熱分布が均一となり、局所的過熱に伴う、高融点酸化物の炉内居着きが発生および炉容積の減少の発生が共に防止されることで、銅ドロスの処理量を向上させうることが理解される。
【００４９】
また、使用した純酸素の量は、純酸素バーナを使用した比較例１と比較して、約３０％程度であった。これにより、操業原単位の削減も達成できることが理解される。さらには、炉体のレンガ溶損による補修による休止損失および補修費の削減も可能となることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明の横型回転炉の一実施態様を示す斜視図である。
【図２】図２は、従来の横型回転炉の従来例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  横型回転炉
２  炉体
３  炉口
４  高圧バーナ
５  酸素吹込み管
６  保護管
【図１】
2010007135.tif 000003
【図２】
2010007135.tif 000004