(57)【要約】【課題】  マグネタイトの析出・再溶解を抑制しつつスラグロスを低減させることができる銅の製錬方法を提供する。【解決手段】  銅の製錬方法は、マット（６０）およびスラグ（７０）を生成するための銅製錬炉において、スラグ（７０）の温度を、スラグ（７０）におけるマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御する温度制御工程を含むことを特徴とする。【選択図】        図１
2011052288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マットおよびスラグを生成するための銅製錬炉において、前記スラグの温度を、前記スラグにおけるマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御する工程を含むことを特徴とする銅の製錬方法。
【請求項２】
前記銅製錬炉は、自溶炉から取り出されたスラグからマットおよびスラグを生成するための錬カン炉であることを特徴とする請求項１記載の銅の製錬方法。
【請求項３】
前記自溶炉において、スラグの温度を前記マグネタイト析出温度よりも３０℃〜５０℃高く制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の銅の製錬方法。
【請求項４】
前記スラグは、ＦｅＯ−ＳｉＯ２系スラグである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。
【請求項５】
前記マグネタイト析出温度（℃）は、１００６．８９３＋１６８．８９７×（Ｆｅ／ＳｉＯ２ｗｔ％比）−２６．７０８×（Ｆｅ／ＳｉＯ２ｗｔ％比）２＋５．９２６７３×（ｗｔ％ＣａＯ）＋３．６３９７×（ｗｔ％ＭｇＯ）＋５．６５５５２×（ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）で表され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。
【請求項６】
前記スラグのＣａＯ品位を３ｗｔ％〜５ｗｔ％に制御する品位制御工程を含む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。
【請求項７】
前記品位制御工程において、石膏を前記スラグに添加することによって前記ＣａＯの品位を制御することを特徴とする請求項６記載の銅の製錬方法。
【請求項８】
前記自溶炉から取り出されたマットの品位は、６０ｗｔ％〜６８ｗｔ％であることを特徴とする請求項２または３記載の銅の製錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅の製錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な銅製錬においては、自溶炉において銅精鉱から溶融マットおよび溶融スラグが生成される。溶融マットと溶融スラグとは、比重差を利用して分離される。溶融スラグは、さらに錬カン炉に導入され、溶融マットと溶融スラグとに分離される。
【０００３】
スラグ中に銅分が溶解等によって混入することによって生じる銅ロスをスラグロスという。スラグロスが少ないほど、効率的な銅製錬が実現される。スラグ中の銅には、溶解するものと機械的に混入して懸垂するもの（懸垂マット粒子）との２種類がある。前者のスラグ中に溶解する銅分の量は、スラグ中の酸素分圧により決定され、通常は回収することができない。スラグ中の酸素分圧はマット品位により決定される。また、懸垂マット粒子に起因するスラグロスは回収が可能であり、このスラグロスを低減させるには、スラグが高い流動性を有していることが好ましい。そこで、特許文献１では、ＦｅＯ−ＳｉＯ２系スラグの１２５０℃における粘性を低く調整する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４６４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スラグの粘性を調整するためにスラグ成分を調整すると、スラグ中にマグネタイトが析出する際のスラグ温度が変動してしまう。その結果、スラグの温度が、スラグ中にマグネタイトが析出する温度に近づいてしまうと、スラグ中に固相のマグネタイトが析出してくるので、スラグの粘性が上昇しスラグロスが増加するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、マグネタイトの析出・再溶解を抑制しつつスラグロスを低減させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る銅の製錬方法は、マットおよびスラグを生成するための銅製錬炉において、スラグの温度を、スラグにおけるマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御する工程を含む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、スラグの温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃以上高く制御することによって、マグネタイトの析出が抑制される。それにより、スラグの銅品位の上昇を抑制することができる。また、スラグの温度がマグネタイト析出温度を上回る値を４０℃以下とすることによって、マグネタイトが過大に溶解し、マグネタイト中に捕獲されていたマット粒子がスラグ中へ分散していく機会を減らすことにより、スラグの銅品位の上昇を抑制することができる。以上のことから、マグネタイトの析出・再溶解を適正に抑制しつつ、スラグロスを低減させることができる。
【０００８】
銅製錬炉は、自溶炉から取り出されたスラグからマットおよびスラグを生成するための錬カン炉とすることができる。自溶炉において、スラグの温度をマグネタイト析出温度よりも３０℃〜５０℃高く制御する工程をさらに含んでいてもよい。この場合、錬カン炉における電力消費を増加させずに、錬カン炉においてスラグの温度を、スラグにおけるマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御することができる。
【０００９】
スラグは、ＦｅＯ−ＳｉＯ２系スラグとすることができる。マグネタイト析出温度（℃）は、１００６．８９３＋１６８．８９７×（Ｆｅ／ＳｉＯ２ｗｔ％比）−２６．７０８×（Ｆｅ／ＳｉＯ２ｗｔ％比）２＋５．９２６７３×（ｗｔ％ＣａＯ）＋３．６３９７×（ｗｔ％ＭｇＯ）＋５．６５５５２×（ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）で表すことができる。
【００１０】
スラグのＣａＯ品位を３ｗｔ％〜５ｗｔ％に制御する品位制御工程を含んでいてもよい。この場合、スラグ中へのマグネタイトの析出を抑制しつつ、塩基性のＣａＯを添加することで、ＦｅＯ−ＳｉＯ２系スラグの粘性が高い要因とされる酸性のＳｉＯ２のネットワークを切断することができ、スラグの粘性を効率的に低下させることができる。それにより、懸垂マット粒子に起因するスラグロスを低減させることができる。
【００１１】
品位制御工程において、石膏をスラグに添加することによってＣａＯの品位を制御してもよい。また、自溶炉から取り出されたマットの品位は、６０ｗｔ％〜６８ｗｔ％とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、マグネタイトの析出・再溶解を適正に抑制しつつスラグロスを低減させることができる銅の製錬方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】銅の製錬工程の概略を説明するための図である。
【図２】（ａ）はスラグの温度とマグネタイト析出温度の距離とスラグの銅品位との関係を示す図であり、（ｂ）はスラグのマグネタイト品位とスラグの銅品位との関係を示す図であり、（ｃ）はスラグの温度とマグネタイト析出温度の距離とスラグのマグネタイト品位との関係を示す図である。
【図３】実験によって得られたマグネタイト析出温度を示す図である。
【図４】自溶炉スラグの温度と錬カン炉スラグの温度との関係の一例を示すグラフである。
【図５】比較例および実施例におけるスラグの銅品位、スラグのＣａＯ品位、および、自溶炉におけるマットの銅品位の推移を示す図である。
【図６】比較例および実施例におけるスラグの銅品位、温度距離、および、自溶炉におけるマットの銅品位の推移を示す図である。
【図７】自溶炉におけるマットの銅品位と錬カン炉におけるスラグの銅品位との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態）
図１は、銅の製錬工程の概略を説明するための図である。図１においては、銅の製錬工程で用いられる自溶炉１００および錬カン炉２００が図示されている。図１に示すように、精鉱バーナ１０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、反応塔２０の底部でマット３０およびスラグ４０が生成される。マット３０およびスラグ４０は、比重差に起因して分離する。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。
４ＣｕＦｅＳ２＋ＳｉＯ２＋５Ｏ２→２Ｃｕ２Ｓ・ＦｅＳ＋２ＦｅＯ・ＳｉＯ２＋４ＳＯ２  （１）
【００１６】
一部の銅は、スラグ４０に含まれている。そこで、スラグ４０は、錬カン炉２００へと導入される。錬カン炉２００は、電気炉であり、複数本の電極５０を備えている。錬カン炉２００において、スラグ４０は抵抗体として機能する。したがって、電極５０に電圧を印加することによってスラグ４０が発熱する。スラグ４０を錬カン炉２００で滞留させることにより、スラグ４０をさらにマット６０とスラグ７０とに分離させることができる。なお、錬カン炉２００における発熱量を制御することによって、スラグ７０の温度を制御することができる。
【００１７】
本実施の形態においては、錬カン炉２００においてスラグ７０の温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御する。それにより、スラグ７０からのマグネタイトの析出・再溶解を抑制することができる。以下、スラグ７０の温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御する理由について説明する。
【００１８】
スラグ７０の温度は上下変動を繰り返しているため、スラグ７０中のマグネタイトは析出と再溶解とを繰り返している。錬カン炉２００内では側壁及び、炉底の冷却面に沿って、マグネタイト成分がコーティングされている。このマグネタイト成分に炉底の煉瓦摩耗等を防ぐ役割等があるので、通常、マグネタイトは錬カン炉２００内に少なからず存在している必要がある。
【００１９】
しかしながら、スラグ７０中にマグネタイトが析出する温度にスラグ温度が近くなりすぎると、スラグ７０中に固相のマグネタイトが大量に析出し始める。この場合、スラグ７０の粘性が上昇し、懸垂マット粒子の沈降を阻害しスラグロスが上昇する。
【００２０】
また、スラグ７０中にマグネタイトが析出する温度よりも、スラグ７０の温度の方が過大に高いと、スラグ７０中のマグネタイトは溶解していき、マグネタイト中に捕獲されていたマット粒子がスラグ７０中へ分散していき、スラグロスが上昇する。
【００２１】
したがって、スラグ７０の温度とマグネタイトの析出温度との差には適正な範囲が存在し、その範囲に継続的にスラグ７０の温度を制御していくことにより、スラグロスの上昇を抑制することができる。
【００２２】
図２（ａ）は、スラグ７０の温度とスラグ７０の銅品位（ｗｔ％）との関係を示す図である。図２（ａ）において、横軸は温度距離（℃）を示し、縦軸はスラグ７０の銅品位を示す。ここで、温度距離とは、マグネタイト析出温度を基準としたスラグ７０の相対温度を示す。したがって、図２（ａ）の横軸において、「０℃」はマグネタイト析出温度を示し、「４０℃」はマグネタイト析出温度よりも４０℃高い温度を示す。図２（ａ）に示すように、スラグ７０の温度変化に伴って、スラグ７０の銅品位も変化する。温度距離が４０℃を超えると、スラグ中のマグネタイトは溶解していき、マグネタイトが捕獲していたマット粒子がスラグ中へ分散していくため、スラグ７０の銅品位が上昇してしまう。したがって、温度距離は、４０℃以下であることが好ましい。
【００２３】
図２（ｂ）は、スラグ７０のマグネタイト品位（ｗｔ％）とスラグ７０の銅品位（ｗｔ％）との関係を示す図である。図２（ｂ）において、横軸はスラグ７０のマグネタイト品位を示し、縦軸はスラグ７０の銅品位を示す。図２（ｂ）に示すように、スラグ７０のマグネタイト品位が１０ｗｔ％以上になると、スラグの粘性が上昇し、懸垂マット粒子の沈降を阻害して、スラグ７０の銅品位が上昇してしまう。したがって、スラグ７０のマグネタイト品位は、１０ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００２４】
図２（ｃ）は、スラグ７０の温度（℃）とスラグ７０のマグネタイト品位（ｗｔ％）との関係を示す図である。図２（ｃ）において、横軸は温度距離を示し、縦軸はスラグ７０のマグネタイト品位を示す。図２（ｃ）に示すように、スラグ７０のマグネタイト品位を１０ｗｔ％以下に制御しようとすると、スラグ７０の温度はマグネタイト析出温度よりも１０℃以上高いことが好ましい。
【００２５】
以上のことから、スラグ７０の温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御することによって、スラグ７０の銅品位を低く維持することができる。本実施形態においては、錬カン炉２００においてスラグ７０の温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御することによって、マグネタイトの析出・再溶解を抑制しつつスラグロスを低減させることができる。なお、上記温度距離は、上記温度範囲において、１５℃以上であることが好ましく、２０℃以上であることがより好ましい。また、上記温度距離は、上記温度範囲において、３５℃以下であることが好ましく、３０℃以下であることがより好ましい。
【００２６】
続いて、マグネタイト析出温度について説明する。図３は、実験によって得られたマグネタイト析出温度を示す図である。図３において、横軸はスラグ７０のＳｉＯ２に対するＦｅの重量比を示し、縦軸はスラグの温度（℃）を示す。なお、酸素分圧をｌｏｇＰＯ２＝約−７．５（マットの銅品位＝６５ｗｔ％程度に相当）に固定し、Ｆｅ／ＳｉＯ２ｗｔ％比を変動させるとともに、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＡｌ２Ｏ３のｗｔ％を変動させた。
【００２７】
図３の液相線から、スラグにマグネタイトが析出する温度を得ることができる。図３の実験結果においては、マグネタイト析出温度は、下記式（２）のように表わすことができる。
マグネタイト析出温度（℃）＝１００６．８９３＋１６８．８９７×（Ｆｅ／ＳｉＯ２ｗｔ％比）−２６．７０８×（Ｆｅ／ＳｉＯ２ｗｔ％比）２＋５．９２６７３×（ｗｔ％ＣａＯ）＋３．６３９７×（ｗｔ％ＭｇＯ）＋５．６５５５２×（ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）  （２）
【００２８】
なお、スラグ７０におけるＣａＯ量（ｗｔ％）を増加させることによって、スラグ７０の粘性を低下させることができる。それにより、懸垂マット粒子に起因するスラグロスを低下させることができる。しかし、上記式（２）から、ＣａＯ品位が１ｗｔ％上昇すると約６℃もマグネタイト析出温度が上昇するので、ＣａＯ量が多くなるとスラグ７０中にマグネタイトが析出する温度が大幅に高くなってしまう。よって、スラグ温度を適正な範囲に制御しなければ、スラグ中にマグネタイトが析出してしまう。この場合、ＣａＯを添加しても、スラグの粘性が低下せずに、スラグロスは上昇してしまう。しかしながら、温度距離１０℃〜４０℃の範囲にスラグの温度を制御することにより、マグネタイトの析出・再溶解を適正に抑制することができる。したがって、ＣａＯ品位が３ｗｔ％〜５ｗｔ％であっても、スラグロスを効率よく低下させることができる。なお、スラグ中のＣａＯ量は、上記範囲で３．５ｗｔ％以上であることが好ましく、４．５ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００２９】
例えば、スラグ４０のＣａＯ源として、排脱石膏を用いることができる。ここで、排脱石膏とは、排煙脱硫石膏のことで、排煙脱硫装置でＳＯ２ガスを回収して石膏化したＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏのことである。
【００３０】
なお、本実施形態においては錬カン炉でのスラグ温度制御に着目したが、それに限られない。銅マットおよびフェライト系スラグが生成される銅製錬炉であれば、どのようなものに対しても本発明を適用することができる。例えば、自溶炉においてスラグの温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御することによって、スラグからのマグネタイトの析出・再溶解をより抑制することができる。さらに、自溶炉および錬カン炉の両方においてスラグ温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御することによって、スラグロスをより抑制することができる。
【００３１】
ただし、錬カン炉スラグの温度は、自溶炉スラグの温度に支配されやすい。図４は、自溶炉スラグの温度と錬カン炉スラグの温度との関係の一例を示すグラフである。図４において、横軸は時間の経過(１日毎)を示し、縦軸は各銅製錬炉の温度を示す。図４に示すように、錬カン炉の温度は、自溶炉スラグの温度よりも１０℃〜３０℃程度低くなっている。したがって、錬カン炉におけるスラグ温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御するためには、自溶炉におけるスラグ温度をマグネタイト析出温度よりも３０℃〜５０℃高く制御することが好ましい。
【００３２】
なお、錬カン炉における電力消費量を増大させれば、自溶炉におけるスラグ温度にかかわらず錬カン炉におけるスラグ温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御することも可能である。具体的には、自溶炉におけるスラグ温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御しても、錬カン炉におけるスラグ温度をマグネタイト析出温度よりも１０℃〜４０℃高く制御することも可能である。
【実施例】
【００３３】
（比較例）
比較例においては、上記温度距離を４０℃以上に制御した。また、スラグへの排脱石膏の添加は行わなかった。
【００３４】
（実施例）
実施例においては、温度距離を１０℃〜４０℃に制御した。具体的には、温度距離の目標値を３０℃として、温度距離を制御した。また、スラグに排脱石膏を添加することによって、スラグのＣａＯ品位を３ｗｔ％〜５ｗｔ％に制御した。
【００３５】
図５は、比較例および実施例におけるスラグの銅品位（ｗｔ％）、スラグのＣａＯ品位（ｗｔ％）、および、自溶炉におけるマットの銅品位（ｗｔ％）の推移を示す図である。図５において、横軸は時間経過を示し、縦軸はスラグの銅品位、スラグのＣａＯ品位、および、自溶炉におけるマットの銅品位を示す。
【００３６】
図６は、比較例および実施例におけるスラグの銅品位（ｗｔ％）、温度距離、および、自溶炉におけるマットの銅品位（ｗｔ％）の推移を示す図である。図６において、横軸は時間経過を示し、縦軸はスラグの銅品位、温度距離、および、自溶炉におけるマットの銅品位を示す。表１は、図５および図６の結果を示す。表１においては、それぞれ平均値が示されている。
【００３７】
【表１】
2011052288.tif 000003
【００３８】
（分析）
図５および表１に示すように、実施例において排脱石膏をスラグに添加することによって、スラグのＣａＯ品位を調整することができた。また、図６および表１に示すように、実施例において自溶炉及び錬カン炉を用いてスラグの温度を調整することができた。さらに、表１に示すように、比較例においてはスラグの銅品位が高くなった。これは、温度距離が４０℃を超えて６３℃になったためであると考えられる。これに対して、実施例においては、比較例に対してスラグの銅品位を０．１７ｗｔ％低くすることができた。これは、温度距離が１０℃〜４０℃の範囲にあり、さらに、スラグのＣａＯ品位が３ｗｔ〜５ｗｔ％の範囲にあったためであると考えられる。
【００３９】
図７は、自溶炉におけるマットの銅品位と錬カン炉におけるスラグの銅品位との関係を示す図である。図７において、横軸は自溶炉におけるマットの銅品位（ｗｔ％）を示し、縦軸は錬カン炉におけるスラグの銅品位（ｗｔ％）を示す。また、白丸が実施例を示し、黒丸が比較例を示す。図７に示すように、自溶炉のマットの銅品位６０ｗｔ％〜６８ｗｔ％のいずれにおいても、実施例のスラグの銅品位は比較例に対して低くなった。以上のことから、温度距離を１０℃〜４０℃に制御し、マグネタイトの析出・再溶解を制御しつつ、スラグのＣａＯ品位を３ｗｔ％〜５ｗｔ％に制御してスラグの粘性を低下させたことによって、錬カン炉におけるスラグの銅品位を低減させることができることが確認された。
【符号の説明】
【００４０】
１０  精鉱バーナ
２０  反応塔
３０  マット
４０  スラグ
５０  電極
６０  マット
７０  スラグ
１００  自溶炉
２００  錬カン炉
【図１】
2011052288.tif 000004
【図２】
2011052288.tif 000005
【図３】
2011052288.tif 000006
【図４】
2011052288.tif 000007
【図５】
2011052288.tif 000008
【図６】
2011052288.tif 000009
【図７】
2011052288.tif 000010