(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛、鉛およびカドミウムのいずれかの易揮発性金属を生産する炉構造において、該炉構造は、少なくとも２つの密接に接続された炉、すなわち還元炉および転炉を含み、該炉は、常圧で運転され、少なくとも１つの通路により相互接続され、該通路の少なくとも一端は前記炉内にある融解物に浸漬されるように配置されていることを特徴とする易揮発性金属生産用の炉構造。
【請求項２】
請求項１に記載の炉構造において、前記炉を相互接続する通路は、該通路の両端が融解物内に浸漬されるように配置されていることを特徴とする炉構造。
【請求項３】
請求項１に記載の炉構造において、前記炉を相互接続する通路は本質的に水平であるよう形成されていることを特徴とする炉構造。
【請求項４】
請求項１に記載の炉構造において、前記炉を相互接続する通路は、前記還元炉に最も近い通路端部が前記転炉に最も近い通路端部より低く位置する構造であることを特徴とする炉構造。
【請求項５】
請求項１に記載の炉構造において、前記炉を相互接続する通路は、前記転炉に最も近い通路端部が前記還元炉に最も近い通路端部より低く位置する構造であることを特徴とする炉構造。
【請求項６】
請求項１に記載の炉構造において、前記還元炉が電気炉であることを特徴とする炉構造。
【請求項７】
請求項１に記載の炉構造において、前記炉を相互接続する通路の数が２つであることを特徴とする炉構造。
【請求項８】
請求項１に記載の炉構造において、前記炉は２つの通路により相互接続され、それらのうちの下の通路の少なくとも転炉側の通路端部は前記炉内にある融解金属内に完全に浸漬されるように配置され、上の通路の少なくとも一方の端部は前記炉内にあるカワおよび／またはスラグの層内に常に浸漬されるように調整されることを特徴とする炉構造。
【請求項９】
請求項７に記載の炉構造において、前記炉を相互接続する下の通路は、その通路の両端部が融解金属内に浸漬されることを特徴とする炉構造。
【請求項１０】
請求項７に記載の炉構造において、前記炉にはスラグ放出口が設けられ、該放出口は、上の通路の両端部の少なくとも一方をスラグおよび／またはカワ内に常に浸漬するように調整する高さに位置することを特徴とする炉構造。
【請求項１１】
請求項７に記載の炉構造において、前記炉を相互接続する上の通路は、前記還元炉に最も近い通路端部が前記転炉に最も近い通路端部より低く位置するような構造であることを特徴とする炉構造。
【請求項１２】
請求項７に記載の炉構造において、前記炉を相互接続する上の通路は、前記還元炉に最も近い通路端部が前記転炉に最も近い通路端部より高く位置する構造であることを特徴とする炉構造。
【請求項１３】
請求項７に記載の炉構造において、前記炉を相互接続する上の通路は本質的に水平であるように形成されていることを特徴とする炉構造。
【請求項１４】
請求項１に記載の炉構造において、複数の転炉が前記還元炉に接続されていることを特徴とする炉構造。
【請求項１５】
請求項１に記載の炉構造において、前記炉は本質的に同じ高さにあるように配置されていることを特徴とする炉構造。
【請求項１６】
亜鉛、鉛およびカドミウムのいずれかの易揮発性金属を少なくとも２つの密接に接続された炉により生産する方法であって、少なくとも１つの易揮発性金属の硫化濃縮物を還元炉の融解金属浴に供給し、該還元炉において、前記濃縮物に含まれる易揮発性金属は金属形態に転換され、蒸発して該炉から除去され、該炉内に形成された融解金属硫化物カワおよびスラグを、金属硫化物を金属に転換して戻すために、転炉に再循環し、形成されたスラグを該転炉から放出し、該転炉で形成された金属を前記還元炉に再循環する方法において、前記炉は少なくとも１つの通路により相互接続され、該通路の両端部の少なくとも一方が融解物内に浸漬されて、該炉の間の物質の再循環は、該炉内で起こる化学反応により前記融解層に生ずる流体静圧の変化および量の変化により起こることを特徴とする易揮発性金属の生産方法。
【請求項１７】
請求項16に記載の方法において、前記通路の両端部は前記融解物内に浸漬されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項16に記載の方法において、用いる融解金属は融解銅であることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項16に記載の方法において、前記還元炉および転炉は本質的に同じ高さに配置されていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は易揮発性金属をその硫化物から生産する処理で用いる方法および炉構造に関する。この炉構造は、少なくとも２つの密接して接続された炉、すなわち還元炉および転炉を含み、これら炉は常圧で運転され、炉間の材料移送は、炉間に設けられた少なくとも１つの通路により連続的に生ずるように行なわれる。炉内で起こる化学反応の結果として、炉の流体静圧が変化する。その上、炉内の融解層の量が変化する。少なくとも１つの通路を介したこれらの変化から生じる循環によって、処理で必要とされる硫化物カワの還元炉から転炉への再循環と、転炉から還元炉への融解金属の再循環とが同時に生ずる。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛、鉛、カドミウムおよび他のある種の易揮発性金属を生産するいくつかの新しい高温冶金処理は、これらの金属硫化物の銅による還元を利用し、その場合、当該金属の銅カワおよび蒸気が形成されて、これらは後に濃縮される。これらの処理では、銅カワは反応空間から連続的に除去され、別な炉に移されて、カワに含まれる硫黄を酸化し、銅を金属銅に戻す。銅カワ処理炉からは、連続的に金属銅が除去され、反応空間に戻されて、金属硫化物の還元で消費した分の銅に取って代わる。
【０００３】
原料に含まれる酸化物材料、または処理中に酸化する可能性のある物質によって、反応空間として働く炉内にスラグ層が形成され、このスラグ層も時々または連続的に除去しなければならない。
【０００４】
上記の機能を実行するために、英国特許出願第２，０４８，３０９  号では、２つの隣接する反射型炉を含む結合炉を用い、それらの炉のうちの一方は他方の炉より多少高くに位置する。濃縮物は低い方の炉にある融解銅カワに給送される。濃縮物の硫化亜鉛は金属亜鉛に転換され、炉から揮発される。炉内で形成された銅カワは低圧室を通るガス・リフトにより高い方の炉に再循環され、高い方の炉では、この銅カワまたは銅カワの少なくとも一部が炉内に供給された酸素で酸化されて金属銅になり、この金属銅は、下に位置する融解炉に重力で戻って循環する。融解炉および低圧ポンプで起こる吸熱反応に必要な熱は、転炉として働く高い方の炉の硫化カワの過剰な分を循環することによって得るか、またはカワをバーナによりさらに加熱することもできる。
【０００５】
フィンランド国特許出願第９２  ２３０１  号は、上記の機能に似た亜鉛処理に関するものであり、そこで使われる反応空間は電気炉である。炉内には、本質的に２つの融解層がある。すなわち、炉の底には金属銅があり、炉の上部には硫化銅カワがある。炉内の第３の層として、このカワ層の上にはスラグ層が形成される。硫化物原料を管状ランスを通って銅層に空気圧で供給する。用いるキャリヤガスは窒素または他の不活性ガスである。銅層内で起こる反応の結果として、銅層から生じて、その上に位置するカワ層に入るカワが形成される。
【０００６】
電気炉は電極をカワおよびスラグに接触させて電流により加熱する。そこで、これらの層は熱エネルギーが発生する抵抗として働く。形成された銅カワは、ある公知の技術により、たとえばピアス−スミス転炉で銅およびスラグに転換することができる。
【０００７】
ピアス−スミス転炉は一括反応器であり、結果的に全処理を一括方式で運用し、カワを電気炉から一括除去し、銅を転炉から電気炉に一括搬送するようにする。一括処理に典型的な欠点に加えて、大量のカワおよび金属銅を炉間で運ばなければならず、これは費用の増加や有害な後ガスを生じる。
【０００８】
今日では、連続的に運転する転炉も使われている。三菱銅処理では、銅カワが融解炉からシュート（落し）に沿って転炉に連続的に流れる。代表的には、３つの層がある。すなわち、炉の底には融解銅が、その上には銅カワが、そして最も上の層にはスラグ層がある。転換は、空気または酸素濃縮空気を冷却ノズルを通して融解層の表面に吹きつけることにより、連続処理として行われる。形成されたスラグは融解層の表面から連続的に除去する。形成された銅は転炉の底から連続流として除去する。
【０００９】
フィンランド国特許出願第９２  ２３０１  号に記載の還元炉では、揮発性金属の硫化物が銅で還元され、転炉がシュートにより相互接続されているが、形成されたカワは転炉に連続流として運ぶことができる。しかし、形成された銅は、銅の自重によって還元炉に銅が流れて戻れるほど十分重くはならない程度の低い高さにあるうちに転炉から除去しなければならないが、この銅は漕に注出し、漕に入れて運搬しなければならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の欠点、すなわち、ガスの処理工程への供給により起こる融解物の循環、すなわち炉から炉への運搬を省くために、本発明の方法および炉構造が開発された。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、還元炉および転炉が常圧で密接に接続されている。有利には、これらの炉は同じ高さか、または異なる高さで配置されるが、炉は少なくとも１つの通路により相互接続されている。各炉で起こる化学反応で炉内の流体静圧が変化する。その上、炉内の融解層の量が変化する。炉間の異なる融解相の再循環は前記変化により起こる循環により生ずる。したがって、還元炉で形成された硫化物カワ層が転炉に再循環され、転炉からは、すでに還元された融解金属が還元炉にそれぞれ再循環されて戻る。本発明の本質的な新規な特徴は請求項から明白である。
【００１２】
亜鉛、鉛およびカドミウムなどの易揮発性金属を生産するための炉構造は、少なくとも２つの密接に接続された還元炉および転炉を含み、常圧で運転される炉は少なくとも１つの通路により相互接続され、その通路の少なくとも一端が炉内にある融解物内に浸漬されるように配置される。
【００１３】
【作用】
炉内で起こる化学反応の結果として、炉の流体静圧が変化する。その上、炉内の融解層の量が変化する。これらの変化から生じる少なくとも１つの通路を介した循環によって、処理工程で必要とされる硫化物カワの還元炉から転炉への再循環と、転炉から還元炉への融解金属の再循環とが同時に生ずる。
【００１４】
【実施例】
本発明を添付図面を参照してさらに説明する。
【００１５】
図１で分かるように、易揮発性金属を処理するのに用いられる本発明の炉構造は２つの炉を含み、電気炉１は還元炉として用いられ、転炉（コンバータ）２はカワ（マット）酸化炉として働く。これらの炉は同じ高さでも異なる高さでも配置することができる。
【００１６】
この実施例では、炉は管状通路３によって相互接続されている。通路の形および構造は重要ではないが、通路は本質的に水平か、または傾斜させ、通路の還元炉側端部１５が通路の転炉側端部１６より高く、または低くなるようにすることができる。炉のガス空間の間には接続がなく、重力のため転炉内で形成された銅金属が電気炉に再循環されるように通路を配置することが不可欠である。これは、たとえ融解物がどんな金属、物質またはスラグであろうとも、通路の少なくとも他の端部が常に融解物内に浸漬していなければならないことを意味している。実際上、通路の両端は普通、融解物内に浸漬されている。
【００１７】
両方の炉で最も低い位置の層は銅融解層４であり、その上がカワ融解層５であり、両方の炉で最も高い位置の層がスラグ融解層６である。
【００１８】
硫化物原料は、金属亜鉛、鉛またはカドミウムのうちの少なくとも一つ、望ましくは亜鉛、ならびに可能性のある場合は鉛およびカドミウムを硫化物形態で含み、ランス（槍状の管）７によって還元炉内に注入される。化学反応の結果として、銅の硫化により銅物質を形成するので、銅の量が減り始める。
【００１９】
金属がカワに転換されると、融解物質の平均濃度が減少し、還元炉の融解レベルが上昇する傾向になる。流体静圧の上昇によって、再びカワが転炉へ移動する。
【００２０】
転炉では、銅物質は、ランス８を通って吹き込まれる酸素、空気またはそれらの混合物で酸化され、金属銅に戻る。形成された銅は転炉の底に最も重いものとして沈殿する。処理加工中、銅層の表面は形成された新しい銅が重力によって還元炉に沈殿するような高さにある。転換反応で形成されたスラグは転炉から放出口９を通って除去される。
【００２１】
還元炉内に形成された亜鉛、ならびに場合によっては鉛およびカドミウムのような金属蒸気は還元炉の上部から開口１０を通って放出される。転炉で形成された亜硫酸ガスおよび他のガスは転炉の上部の開口１１を通って放出される。
【００２２】
図２による別な実施例では、複数の炉が２つの管状通路３、１２により相互接続され、それらのうち下の通路１２は、還元炉に最も近い通路端部１３が完全に銅層４内にあり、転炉に最も近い通路端部１４が転炉内にある銅層４内に完全にあるように配置されている。還元炉に最も近い通路端部１３をより高く位置させて、この端部を部分的にカワ層内にすることもできる。上の通路３は、一方の端部１５が還元炉内にあって、カワ層５の上面とスラグ層６の底層がこの通路口の領域内に位置し、かつカワとスラグの両方がその通路口を通って流れることができるような高さに配置されている。
【００２３】
上の通路３は本質的に水平か、または傾斜させて、転炉側の通路端部１６が還元炉側の通路端部１５より高くなるか、または低くなるようにすることができる。上記の通路の他に、この転炉はまた、スラグ６を転炉の融解カワ層の表面から除去する第３の開口９も有している。還元炉から出る硫化物カワ５を除去する注出口は設けられていない。なぜなら、そこではランス８を通って吹き込まれる酸素または空気によってカワが酸化され、金属銅に戻るからである。スラグ放出口９はある高さに位置し、この高さは、還元炉と転炉からのガスの混合を防ぐために、転炉と還元炉との間の上の通路３の少なくとも一端がスラグおよび／またはカワに常に完全に浸漬するように調整するのに用いることができる高さである。
【００２４】
還元炉内で形成された亜鉛、ならびに場合によっては鉛およびカドミウムの蒸気は炉の上部から開口１０を通って除去される。転炉内で形成された硫黄酸化物および他のガスは転炉から開口１１を通って除去される。
【００２５】
両方の炉ですべての融解層が炉の始動後、平衡すると、転炉内の面の高さはスラグ放出口９で決まる高さになり、還元炉内の面の高さは、転炉面か、または還元炉と転炉との間の上の通路で決まる高さになる。各層は、転炉における下の通路の高さでの銅、カワおよびスラグ層により生じる流体静圧が還元炉における対応する高さに位置する銅、カワおよびスラグ層により生じる圧に等しくなるような厚さになる。
【００２６】
硫化物原料をランス７を通って還元炉に注入し、同時に空気、酸素または酸素濃縮空気を転炉に吹き込むことによって処理を開始すると、還元炉内に含まれる銅の量は減少し始める。それは、銅の硫化によってカワを形成するからである。転炉内では、そこで再循環された銅カワは転換反応の結果として金属銅に変化する。したがって、処理中、還元炉内に含まれる融解材料の平均濃度は減少し、転炉内に含まれる材料の平均濃度はそれぞれ高まる。その結果、炉間の通路での圧力平衡が乱れ、銅は転炉から還元炉に流れ始める。還元炉内で形成されたカワ、および場合によってはスラグはそれぞれ、この通路を通って転炉に流れ始める。これらの循環は処理が行われる限り続く。
【００２７】
本発明の他の実施例では、電気炉および転炉は実際、１つの炉の各部分をなし、それらの部分が単に隔壁によって分離されて、２つの部分の間には１つまたは複数の孔が存在するようになっている。
【００２８】
還元炉および転炉の間の通路がある使用状況によっては閉塞すると思われる場合には、炉は、図３で示される方法で角を成すように有利に配置することができる。その場合、炉１および２を接続する通路３は互いに対して直角に配置された２つの素子で有利に形成される。両部分では、この直角のそれぞれの側に、冶金炉において一般に用いられる通常の閉鎖可能な開口１７が設けられている。その開口を通じて、起こりうる如何なる閉塞も、たとえば酸素で溶解することで除去される。
【００２９】
図３で分かるように、転炉の数は１つに限られてなく、複数、たとえば、各還元炉に対して２つでもよく、その場合には、それらの一方が通常運転で機能し、他方が整備中になる。
【００３０】
【発明の効果】
このように本発明によれば、各炉で起こる化学反応で炉内の流体静圧が変化する。その上、炉内の融解層の量が変化する。炉間の異なる融解相の再循環は前記変化により起こる循環により生ずる。したがって、還元炉で形成された硫化物カワ層が転炉に再循環され、すでに還元された融解金属が転炉から還元炉にそれぞれ再循環されて戻る。すなわち、本発明は硫化物から易揮発性金属を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の実施例の概略側面図である。
【図２】本発明の装置の別な実施例の概略側面図である。
【図３】本発明の装置の他の実施例の上面図である。
【符号の説明】
１  還元炉
２  転炉
３、１２  通路
４  銅融解層
５  カワ融解層
６  スラグ融解層
７、８  ランス
９  放出口
１０、１１  開口
１３、１４、１５、１６  端部
１７  開口
【図１】
0003574192.tif 000002
【図２】
0003574192.tif 000003
【図３】
0003574192.tif 000004