(57)【要約】【課題】鉛製錬の乾式プロセスから発生する脱Ｃuドロスや脱Ｓbドロスなどの、Ｃu3Ｓb含有物質を低コストで処理する方法を提供する。【解決手段】Ｃu3Ｓb含有物質を溶融状態とし、その融体を構成する金属相に空気などの酸化性ガスを接触させることにより、金属相中にＣuを濃化させ、この金属相を残部から分離して回収する。融体を酸化性ガスと接触させる際の温度は８９０〜１２００℃とすることができる。回収する金属相のＣu含有量は５０〜９５質量％の範囲で調整することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃu3Ｓb含有物質を溶融状態とし、その融体に酸化性ガスを接触させることによりＣuが濃化した金属相を生成させ、この金属相を残部から分離して回収するＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【請求項２】
前記Ｃu3Ｓb含有物質がＰbを含有するものである請求項１に記載のＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【請求項３】
前記Ｃu3Ｓb含有物質がＰb溶湯の表面に浮上したドロスである請求項１に記載のＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【請求項４】
前記融体を８９０〜１２００℃において酸化性ガスと接触させる請求項１に記載のＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【請求項５】
前記酸化性ガスが空気である請求項１に記載のＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【請求項６】
前記Ｃuが濃化した金属相はＣu含有量が５０〜９５質量％である請求項１に記載のＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【請求項７】
Ｃu3Ｓb含有物質またはその融体にＰbまたはＰbＯを添加する請求項１に記載のＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【請求項８】
Ｃu3Ｓb含有物質中Ｐb量が同Ｓb量の０.５ｍｏｌ等量より低い場合、融体中Ｐb量が同Ｓb量の０.５ｍｏｌ等量以上になるようにＰbまたはＰbＯを添加する操作を行ったのち、その融体に酸化性ガスを接触させる請求項１に記載のＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【請求項９】
溶融状態で塩基性酸化物Ｎa2Ｏを生成する物質をＣu3Ｓb含有物質またはその融体に添加して融体化させ、その融体に酸化性ガスを接触させる請求項１に記載のＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【請求項１０】
炭酸ナトリウムまたは硝酸ナトリウムをＣu3Ｓb含有物質またはその融体に添加して融体化させ、その融体に酸化性ガスを接触させる請求項１に記載のＣu3Ｓb含有物質の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属間化合物Ｃu3Ｓbを含有する物質からＣu品位の高いメタル分を分離回収する乾式処理方法であって、特にＰbの乾式プロセスで生じるＣu3Ｓb含有ドロスの処理に適した方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛溶鉱炉から出た粗鉛にはＣuが数％程度含まれる場合があり、鉛地金を得るまでの乾式精製プロセスにおいてＣuをできるだけ効率よく除去することが望まれる。その有効な手段として、特許文献１にはＣu，Ｓn，Ｓb，Ａs等を含む１２００℃程度の高温の粗鉛溶湯を８００℃程度まで急冷し、その温度域に保持してＣuに富む相を浮上分離させ、さらに４００℃程度まで冷却して浮上したドロスを回収除去する方法が開示されている。このようにして得られたドロスは金属間化合物Ｃu3Ｓbを多量に含むものであり、その中のＣuを分離回収して有効利用することが望まれる。
【０００３】
一方、鉛精製プロセスとしては、浮遊選鉱によるＰb精鉱や飛灰の処理過程で生じるＰb含有残渣などを湿式処理して得た硫酸鉛を原料として、これを電気炉で溶融還元して粗鉛を得るプロセスも実施されている。この粗鉛には通常Ｓbが数％以内の範囲で含まれているが、Ｃu含有量は１質量％以下（例えば０.２〜０.５質量％）と少量である場合が多い。発明者らはこのような粗鉛の溶湯からＳbを回収除去する方法を検討し、Ｐb溶湯中に金属Ｃu（例えば電気銅の板や、銅材料のスクラップ）を添加することにより金属間化合物Ｃu3Ｓbを主体とするドロスを生成させ、これを回収する手法を既に開発している。このドロスについてもＣu3Ｓb中のＣuを分離回収して有効利用することが望まれる。
【０００４】
このようなＣu3Ｓb含有物質からＣuを分離回収する処理方法として、銅製錬の乾式プロセスを利用する方法が考えられる。すなわち、Ｃu3Ｓb含有物質を銅製錬の自溶炉や転炉に副原料として投入することにより、Ｓbをスラグ中に移行させて除去することが可能であり、Ｃu3Ｓb中のＣuの大部分は銅地金として有効利用できる。
また、湿式処理としては、Ｃu3Ｓb含有物質を塩酸浸出することが可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２２４６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
鉛製錬プロセスなどから発生したＣu3Ｓb含有物質を処理する手法として、前記の銅製錬の乾式プロセスを利用する手法を採用すれば、既存の生産工程でＣuを直接分離回収することができる。しかし、乾式銅製錬工程で処理する場合でも、粗銅のＳbを所定濃度以下にする必要があるため、Ｓbの除去が必要となる。Ｓbの除去には粗銅に炭酸ナトリウム，炭酸カルシウムなどを添加する方法や、粗銅を過剰に酸化して酸化銅と共に除去する方法があるが、いずれも生産性の低下につながるため、銅製錬工程に持ち込んで処理することは好ましくない。
【０００７】
一方、Ｃu3Ｓb含有物質は金属間化合物であり、硫酸浸出工程に持ち込むと表面に不動態を形成してしまう。このため、硫酸浸出によって処理することは困難である。他方、塩酸浸出による処理は可能ではあるが、これは硫酸浸出に比べ高コストであり、できれば採用したくない。
【０００８】
そこで本発明は、銅製錬の乾式処理や塩酸浸出のプロセスによらずに、Ｃu3Ｓb含有物質を低コストで処理し、できるだけ高品位でＣuを分離回収可能な新規プロセスを開発し提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは種々検討の結果、Ｃu3Ｓb含有物質を加熱して完全に融体化させ、この状態で空気などの酸化性ガスに曝すことによって、ＳbをＣuよりも優先的に酸化させてスラグ化することが可能であり、それによってＣuが濃化した金属相を分離回収することによりＣuを有効利用しやすい形で回収することができることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明で提供するＣu3Ｓb含有物質の処理方法は、Ｃu3Ｓb含有物質を溶融状態とし、その融体を構成する金属相に空気などの酸化性ガスを接触させることにより、金属相中にＣuを濃化させ、この金属相を残部から分離して回収するというものである。
【００１１】
ここで、「Ｃuが濃化した」とは、処理前のＣu3Ｓb含有物質と比べてＣu品位が向上していることを意味する。前記Ｃu3Ｓb含有物質は、例えば鉛製錬プロセスにおけるＰb溶湯の表面に浮上したドロスなど、Ｐbを含有するものであっても構わない。融体を酸化性ガスと接触させる際の温度は８９０〜１２００℃とすることができる。回収する金属相のＣu含有量は５０〜９５質量％の範囲で調整することができる。
【００１２】
また、本発明では前記Ｃu3Ｓb含有物質またはその融体にＰbまたはＰbＯを添加する方法が提供される。特に、Ｃu3Ｓb含有物質中Ｐb量が同Ｓb量の０.５ｍｏｌ等量より低い場合、融体中Ｐb量が同Ｓb量の０.５ｍｏｌ等量以上になるようにＰbまたはＰbＯを添加する操作を行ったのち、その融体に酸化性ガスを接触させるとよい。
【００１３】
また、溶融状態で塩基性酸化物Ｎa2Ｏを生成する物質、例えば炭酸ナトリウムや硝酸ナトリウム等を前記Ｃu3Ｓb含有物質またはその融体に添加して融体化させ、その融体に酸化性ガスを接触させる方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、鉛製錬プロセスなどで発生したＣu3Ｓb含有物質からＣu資源を回収する際に、銅製錬の乾式プロセスで処理する必要がないため、銅製錬工程の生産性の妨げにならない。また、塩酸浸出で処理する必要がないため、湿式処理設備に過剰な負担をかけることがない。本発明の処理方法では、被処理物質以外には基本的に空気などの酸化性ガスを必要とするだけであり、比較的低コストで実施できる。しかも、Ｃuの濃化した金属相は比重差によってスラグと分離して生成するため、回収が容易である。したがって本発明は、鉛製錬プロセスでのＣu除去やＳb除去によって生成するドロスの処理促進に寄与するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明で対象とする被処理物質は、鉛製錬プロセスで発生するドロスなどの  Ｃu3Ｓbを１０〜９０質量％程度含有する物質である。前記脱Ｃuドロスや脱Ｓbドロスには、Ｓbの他、Ａs，Ｓnが主にＣuとの金属間化合物として含まれ、Ｐbが主にメタル分として含まれる。具体的には、Ｃu3Ｓbを１０〜９０質量％の範囲で含有し、残部は金属Ｐb，Ｃu3Ａs，Ｃu3Ｓnが大部分を占める物質が好適な被処理物質として挙げられ、貴金属が含まれていてもよい。
【００１６】
このようなＣu3Ｓb含有物質は、６５０〜７００℃程度で溶融状態となる。この融体を空気などの酸化性ガスと接触させると、酸素との親和力の大きい元素が優先的に酸化されて酸化物となり、スラグを形成する。酸化されにくい元素は金属相中に留まる量が多くなる。Ｃu，Ｐb，Ｓb，Ａs，Ｓnの中では、通常はＳn→Ａs→Ｓb→Ｐb→Ｃuの順で酸化物となりやすい。
【００１７】
金属相中のＣuの「品位」を高めるためには、他の元素ができるだけスラグ中に移行するように、酸化の進行を促進させることが有利である。しかし、酸化の進行が進むに従ってＣu自体の酸化も多くなり、金属相として回収されるＣuの歩留りは低下してくる。逆に、金属相として回収されるＣuの「量」を多くするには、酸化物の相へのＣuの移行ができるだけ防止されるように、酸化を過度に進行させないことが肝要である。ただしこの場合は、金属相中には多量のＰbが残留し、Ｓbもかなり残留してしまう。
【００１８】
このようなことから、回収されたＣu含有金属相の再利用の仕方に応じて、酸化の程度をコントロールすることが望まれる。例えば、回収された金属相を鉛製錬乾式プロセスにおける脱Ｓb処理の添加材として使用する場合は、Ｐbは多量に含まれていても構わないが、Ｓbの半分以上がスラグ側に移行する程度まで酸化を進行させることが望ましい。通常、金属相中のＣu含有量が５０〜９５質量％となる範囲で酸化の進行を調整するのが好ましい。
【００１９】
本発明の処理を行うには、まず被処理物であるＣu3Ｓb含有物質を溶融状態にする必要がある。この物質は成分組成にもよるが通常６５０〜７００℃まで昇温すると完全に融体化することができる。Ｃu3Ｓb含有物質を入れた鍋を、当該物質の溶融温度以上に加熱した炉に装入することで、比較的容易に完全融体化が実現できる。あるいは、炉に装入する代わりに、Ｃu3Ｓb含有物質を入れた鍋をバーナーやヒーターなどの熱源で加熱してもよい。
【００２０】
Ｃu3Ｓb含有物質が完全に融体化したら、酸化処理を開始する。酸化剤としては酸素含有量の多いガスを使用することができる。通常は空気を使用すればよいが、処理時間を短縮化したい場合は酸素ガスを使用してもよい。酸化を進行させるには融体と酸化性ガスとを十分に接触させなければならない。酸化反応が進行してスラグが生成すると金属相は比重差で下層側に集まるので、金属相に十分酸化性ガスを接触させるためには、鍋底付近に酸化性ガスを吹き込むことが有利である。攪拌を行うことも有効である。
【００２１】
酸化を進行させるときの融体の温度は、少なくとも融体を構成する金属相が完全に溶融している温度であることが必要であるが、初期の金属相の融点よりも高融点の酸化物が生成したときに、その酸化物が凝固しないことが望ましい。具体的にはＰbが酸化されてＰbＯが生成すると、ＰbＯの融点は約８９０℃であるから、これは通常、被処理物質であるＣu3Ｓb含有物質の融点より高い。もし融体温度が８９０℃より低いと生成したＰbＯは固体となる。金属相中のＳbはＰbよりも酸化されやすいが、Ｓbの酸化をさらに促進させて金属相中のＳb品位を低下させるには、塩基性酸化物であるＰbＯが酸性酸化物であるＳb2Ｏ3を取り込む性質を利用して、Ｓbの活量を低下させることが有利となる。そのためにはＰbＯが溶融状態で存在していなくてはならない。したがって、酸化を進行させるときの融体の温度は、８９０℃以上とすることが望ましい。ただし、あまり高温でも不経済となるので、１２００℃以下の範囲とすることが望ましい。特に好ましい融体温度は９００〜１１５０℃である。
【００２２】
溶融酸化を行う被処理物には、ＰbまたはＰbＯがＳbの０.５〜１ｍｏｌ等量含まれているとＳbを除去する上で一層効果的である。したがって、酸化性ガスと接触するまでに、予め融体中のＰb量が同Ｓb量の０.５〜１ｍｏｌ等量以上好ましくは０.５〜１ｍｏｌ等量となるように融体組成を調整しておくことが望ましい。例えば、Ｃu3Ｓb含有物質に所定量のＰbまたはＰbＯを添加したのち、これらを加熱溶融する方法、あるいはＣu3Ｓb含有物質の融体に所定量のＰbまたはＰbＯを添加して融体とする方法が採用できる。
【００２３】
また、Ｓbをスラグ中に効率的に除去するには、フラックスとして塩基性酸化物であるＮa2Ｏを融体表面に存在させることが有効である。そのためには、例えば炭酸ナトリウムや硝酸ナトリウムのような溶融状態で分解してＮa2Ｏを生成する物質をＣu3Ｓb含有物質に添加したのち、これらを加熱溶融する方法、あるいはＣu3Ｓb含有物質の融体に上記のようなＮa2Ｏ生成す物質を添加して融体とする方法が採用できる。
【００２４】
酸化が進行するに従って、金属相中のＣu品位は高まると同時に、酸化物側に移行するＣu量も増加する。金属相中のＣu品位を適正化するには、例えば過去の操業データに基づいて酸化性ガスの吹き込み量，攪拌強度，酸化処理時間を設定することが有効である。回収する金属相の組成を高精度でコントロールするには、酸化処理中に１回または２回以上のサンプリングおよび元素分析を行い、その分析値に基づいて酸化処理の終了時期を決定することが有効である。
【００２５】
酸化処理が終了したのち、金属相を残部（酸化物の相）と分離して回収するには、融体が凝固する前に、鍋の底部に設けたノズルから金属相を抜き取る方法や、融体の上層部に存在する酸化物の相（スラグ）を排出したのち、鍋に残った金属相を回収する方法が採用できる。また、融体が完全に凝固したのち、鍋内部の固形物を取り出し、その中から金属相の塊を分別回収する方法が採用できる。固形物中の金属相は、機械的手段によって比較的容易に脆い酸化物と分離することができる。
【実施例】
【００２６】
鉛製錬の乾式プロセスから発生したドロスＡを被処理物質として使用した。表１にドロスＡの品位を示してある。Ｘ線回折の結果、ドロスＡに含まれるＳbはほとんど全部が金属間化合物Ｃu3Ｓbとして存在していることがわかった。
【００２７】
２００ｇのドロスＡをアルミナ製坩堝に入れ、実験質的に酸化処理を行った。坩堝をマッフル炉で加熱する方法でドロスＡを溶融させた。炉内温度が１１００℃±１０℃で安定するようにヒーター電力を調整し、当該温度において、融体にノズルから空気を吹き込んだ。空気吹き込みノズルの先端位置は坩堝の底部近傍とした。空気吹き込み量は０.５Ｌ／ｍｉｎとした。空気吹き込みを９０分間行ったのち、攪拌機，熱電対，空気吹き込みノズルを融体から引き上げ、加熱を止めて放冷した。温度が常温付近まで下がってから坩堝をたたき割り、内容物を取り出した。内容物の中から坩堝底部に存在していた金属相の塊を、残部のスラグと分別した。得られた金属相とスラグの化学分析を行った。なお、スラグについては乳鉢で粉砕して組成が均一の粉体を作り、これを分析した。結果を表１に示してある。
【００２８】
【表１】
2006037198.tif 000002
【００２９】
表１からわかるように、回収された金属相のＣu品位は８９.０％であり、被処理物質よりも大幅にＣu品位が向上していた。また、被処理物質中に存在していたＳbの半分以上はスラグ中に除去されており、この実験と同程度の酸化を進行させると、得られた金属相（Ｃu含有物質）をＰb製錬の脱Ｓb処理に十分再利用できることがわかった。