(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化数が１以上の化合物の形態にあるＦｅの他に、酸化数が１以上の化合物の形態にあるＡｓを０．１〜５質量％及び酸化数が１以上の化合物の形態にあるＣｕを０．５〜５質量％含有する非鉄製錬スラグに対して鉄含有材料及び炭素含有材料を添加し、但し、鉄含有材料は、非鉄製錬スラグ１００質量部に対して、１〜２０質量部の鉄分が添加されるように添加し、添加した鉄含有材料及び炭素含有材料の共存下で非鉄製錬スラグを溶融処理し、当該スラグ中に含まれるＦｅ、Ａｓ及びＣｕを還元する工程と、次いで、比重分離により前記スラグから還元されたＡｓ及びＣｕを還元されたＦｅと共に除去し、Ａｓ含有量が０．０５質量％未満、Ｃｕ含有量が０．５質量％未満である浄化スラグを得る工程とを含む非鉄製錬スラグの処理方法。
【請求項２】
鉄含有材料が金属鉄である請求項１に記載の非鉄製錬スラグの処理方法。
【請求項３】
浄化スラグ中のＦｅ含有量が溶融処理前の非鉄製錬スラグ中のＦｅ含有量と比較して同一であるか又は高い請求項１又は２に記載の非鉄製錬スラグの処理方法。
【請求項４】
炭素含有材料及び金属鉄として銑鉄が添加される請求項１〜３の何れか一項記載の非鉄製錬スラグの処理方法。
【請求項５】
非鉄製錬スラグは酸化数が１以上の化合物の形態にあるＦｅを２０〜６０質量％含有する請求項１〜４の何れか一項記載の非鉄製錬スラグの処理方法。
【請求項６】
Ｃｕの除去率が４０％以上である請求項１〜５の何れか一項記載の非鉄製錬スラグの処理方法。
【請求項７】
炭素含有材料は非鉄製錬スラグ１００質量部に対して、１〜２０質量部の炭素分が添加されるように添加される請求項１〜６の何れか一項記載の非鉄製錬スラグの処理方法。
【請求項８】
非鉄製錬スラグが銅製錬スラグである請求項１〜７の何れか一項に記載の非鉄製錬スラグの処理方法。
【請求項９】
非鉄製錬スラグがＰｂ及びＺｎの少なくとも一方を更に含有し、前記溶融処理時にこれらを揮発除去することを含む請求項１〜８の何れか一項記載の非鉄製錬スラグの処理方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の非鉄製錬スラグの処理方法を含む製鉄原料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非鉄製錬スラグの処理方法に関し、とりわけ銅製錬スラグの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自溶炉法は現在の乾式銅製錬の主流を占める方法である。自溶炉法においては、銅精鉱はドライヤで乾燥された後、常温高酸素空気とともに自溶炉に吹き込まれると、酸化反応を起こして銅品位が６０〜７０質量％程度のマットと酸化鉄やケイ酸を含有するスラグが生成し、両者は比重分離される。マットは転炉に送られて銅品位９９質量％程度の粗銅を得た後、電解精製により銅品位９９．９９質量％以上の電気銅に精製される。スラグは錬カン炉に送られて更にマットを比重分離した後、水砕処理を受けて砂又は砂利状に粉砕されて水砕スラグとして、国内外で埋め立て資材や土木資材などとして有効利用したりしている。
【０００３】
銅製錬スラグを取り扱う上で問題となるのは、銅製錬スラグがＡｓを含有する点である。現在のところ、銅製錬スラグはバーゼル条約の規制対象からは除外されているものの、将来的に条約の規制対象に設定される可能性もあり、その場合でもスラグの輸出許可が得られるように、銅製錬スラグから効果的にＡｓを除去する技術が確立されることが望ましい。また、近年では世界的な銅の需要増に伴い、必ずしも優良な銅鉱山からの銅鉱石のみを使用できず、不純物濃度の高い銅鉱山からの銅鉱石も扱わざるを得なくなっており、今後もその傾向は続くと考えられることから、その観点でも、Ａｓの除去技術を確立する必要性は高まっている。
【０００４】
従来、銅製錬スラグ等の非鉄製錬スラグ中には目的金属の他に有価物が混入していることから、これらをスラグから効率よく回収するための技術の開発はセットリング、ヒューミング及び浮選処理などを含めて多数なされてきた。しかしながら、これらの技術はスラグ中の目的金属及びその他の有価物をスラグから回収し、有害金属はスラグ中に残すことを目的として開発された技術であり、非鉄製錬スラグから有害金属を除去する技術は研究がそれほど進んでおらず、除去技術が確立されたとは言い難い。
【０００５】
本発明者の知る限り、非鉄製錬スラグからの有害金属除去を直接的な課題として取り組んだ先行技術は特開２００８−９５１２７号公報（特許文献１）に記載がある程度である。当該文献では、スラグ中に含まれる亜鉛、鉛、ヒ素等の不純物を低減させるスラグの浄化方法が提案されている。当該文献には、銅製錬スラグを所定の還元性雰囲気下、１１５０〜１４５０℃の温度で攪拌して、金属銅相を共存させてヒ素の揮発を抑えて金属銅相中で安定化させ、一方鉛及び亜鉛を揮発させることにより、これらを分離して回収する方法が記載されている。この技術は、金属状態のヒ素が金属状態の銅の親和力が強いという特性を利用するものであるので、スラグ相−金属銅相共存下を実現することを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−９５１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００８−９５１２７号公報（特許文献１）に記載の技術は、スラグ中に金属銅を添加して、銅とヒ素の親和性を利用してヒ素を金属銅中に取り込むことにより、スラグからＡｓ等の不純物を除去することを主眼としており、その除去効果も高い。しかしながら、当該技術では、スラグに金属銅を添加することから、還元処理後のスラグ中の銅濃度が高くなるという問題がある。
【０００８】
また、特開２００８−９５１２７号公報（特許文献１）には、処理されたスラグをセメント用材等多岐な用途で利用できる旨が記載されているが、処理されたスラグを製鉄原料として使用することは記載されていない。非鉄製錬スラグ中には比較的高濃度の鉄分が含まれていることが多いため、不純物除去後のスラグが、製鉄原料として利用可能な組成であると非鉄製錬スラグの新規用途として大きな展望が開けるはずである。ところが、Ａｓ、Ｚｎ及びＰｂ等の不純物が低減されても還元処理後のスラグ中の銅濃度が高くなると、製鉄原料としては利用が難しくなるため、特開２００８−９５１２７号公報（特許文献１）の技術は使えない。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、金属銅を添加することなく、銅製錬スラグから効果的にＡｓ等の不純物を除去するための非鉄製錬スラグの処理方法を提供することを主たる課題とする。また、本発明は好ましくは、製鉄原料として利用可能な組成に変換するための非鉄製錬スラグの処理方法を提供することを更なる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討したところ、以下のような知見を得た。（１）銅製錬スラグに、銅を添加することなく、コークス等の炭素含有材料を添加し、所定温度で加熱処理すると、スラグ中のＡｓ等の不純物の他、スラグ中の鉄分が還元し、鉄を中心とした金属相へ不純物金属が移行するため、加熱処理後に比重分離することによりこれらの不純物の除去が可能であることが分かった。ただし、この場合は加熱処理後のスラグ中の鉄品位が低下しすぎてスラグ粘度が上昇し、比重分離性が悪いため長時間を要することも分かった。このため、比重分離の際に高温が必要となりエネルギー消費量が増大する。
（２）炭素含有材料に加えて鉄含有材料を添加すると、Ａｓ等の不純物を除去する効果に加えて加熱処理によりスラグ中の鉄分が鉄の単体に還元してスラグの粘度が上昇するという弊害を抑制することができる。しかも加熱処理後のスラグ中の銅濃度は低く抑えることができることが分かった。更に、添加するのが鉄含有材料であるため、回収されたスラグを製鉄原料として利用する際にも害を及ぼすことはない。
【００１１】
本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、一側面において、酸化数が１以上の化合物の形態にあるＦｅの他に、酸化数が１以上の化合物の形態にあるＡｓを０．１〜５質量％及び酸化数が１以上の化合物の形態にあるＣｕを０．５〜５質量％含有する非鉄製錬スラグに対して鉄含有材料及び炭素含有材料を添加し、添加した鉄含有材料及び炭素含有材料の共存下で非鉄製錬スラグを溶融処理し、当該スラグ中に含まれるＦｅ、Ａｓ及びＣｕを還元する工程と、次いで、比重分離により前記スラグから還元されたＡｓ及びＣｕを還元されたＦｅと共に除去し、Ａｓ含有量が０．０５質量％未満、Ｃｕ含有量が０．５質量％未満である浄化スラグを得る工程とを含む非鉄製錬スラグの処理方法である。
【００１２】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の一実施形態においては、鉄含有材料が金属鉄である。
【００１３】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の別の一実施形態においては、浄化スラグ中のＦｅ含有量が溶融処理前の非鉄製錬スラグ中のＦｅ含有量と比較して同一であるか又は高い。
【００１４】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の更に別の一実施形態においては、鉄含有材料は非鉄製錬スラグ１００質量部に対して、１〜２０質量部の鉄分が添加されるように添加される。
【００１５】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の更に別の一実施形態においては、炭素含有材料及び金属鉄として銑鉄が添加される。
【００１６】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の更に別の一実施形態においては、非鉄製錬スラグは酸化数が１以上の化合物の形態にあるＦｅを２０〜６０質量％含有する。
【００１７】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の更に別の一実施形態においては、Ｃｕの除去率が４０％以上である。
【００１８】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の更に別の一実施形態においては、炭素含有材料は非鉄製錬スラグ１００質量部に対して、１〜２０質量部の炭素分が添加されるように添加される。
【００１９】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の更に別の一実施形態においては、非鉄製錬スラグが銅製錬スラグである。
【００２０】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の更に別の一実施形態においては、非鉄製錬スラグがＰｂ及びＺｎの少なくとも一方を更に含有し、前記溶融処理時にこれらを揮発除去することを含む。
【００２１】
本発明は別の一側面において、本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法を含む製鉄原料の製造方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、金属銅を添加しなくても、スラグ中のＡｓ等の不純物を除去可能となる。また、鉄含有材料を添加することでスラグ粘度の上昇を抑制できる。これにより、比重分離の効率が向上し、それによって不純物除去性能が向上するため、銅製錬スラグの製鉄原料として適用が容易となる。このことは、銅製錬スラグの経済的価値が上昇することを意味し、乾式銅製錬において大きなコストメリットをもたらすことになる。これまで銅製錬スラグは需要が限られており、工場内で山積みにされることも多かったが、当該技術によれば銅製錬スラグの有効活用が進展すると考えられ、環境保護・資源保護にも大いに役立つと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の一例に係るフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法の一例に係るフローチャートを示した図１に沿って、本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
（１．非鉄製錬スラグ）
本発明の処理対象は非鉄製錬スラグである。非鉄製錬スラグとしては、典型的には自溶炉や錬カン炉等の銅の溶錬炉から発生するスラグに代表される銅製錬スラグが挙げられる。銅製錬スラグとしては水砕後のスラグでもよいが、冷却した後に再度加熱するのはエネルギーロスとなることから、溶錬炉から排出された溶湯状態にあるスラグをその状態で溶融処理のための加熱炉内に導入し、使用することが好ましい。非鉄製錬スラグとしては、その他、鉛製錬や亜鉛精錬の過程で生じるスラグも挙げられる。本発明が処理対象とする非鉄製錬スラグは一般にＡｓ及びＣｕを不純物として含有する。これらは通常は酸化数が１以上である化合物の形態、典型的には酸化物及び／又は硫化物の形態で存在している。Ａｓの含有量については典型的には０．１〜５質量％、より典型的には０．１〜１質量％、更により典型的には０．１〜０．５質量％である。Ｃｕの含有量については典型的には０．５〜５質量％、より典型的には０．５５〜２質量％、更により典型的には０．６〜１．２質量％である。
【００２６】
本発明が処理対象とする非鉄製錬スラグは典型的にはＦｅ及びＳｉをそれぞれ２０質量％以上含有する。これらは通常は酸化数が１以上である化合物の形態、典型的には酸化物の形態で存在しており、非鉄製錬スラグの主成分となっていることが多い。Ｆｅの含有量についてはより典型的には２０〜６０質量％、更により典型的には３０〜５０質量％、最も典型的には３５〜４５質量％である。Ｓｉの含有量についてはより典型的には２０〜６０質量％、更により典型的には２５〜５０質量％、最も典型的には３０〜４０質量％である。
【００２７】
本発明が処理対象とする非鉄製錬スラグはその他、Ｓ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃａ、Ａｌ、Ｐ及びＭｏ等の不純物を含有し得る。これらの不純物も酸化数が１以上の化合物の形態にあることが一般的であり、酸化物の形態にあるのが典型的である。これらの内、Ａｌ以外の不純物は含有量はそれぞれ２質量％以下であるのが典型的であり、１質量％以下であるのがより典型的である。Ａｌの含有量については典型的には１〜１０質量％、より典型的には１〜５質量％である。
【００２８】
（２．溶融処理）
非鉄製錬スラグに含まれるＣｕ及びＡｓ等の不純物を効果的に除去するために、非鉄製錬スラグに鉄含有材料及び炭素含有材料を添加して、添加した鉄含有材料及び炭素含有材料の共存下で非鉄製錬スラグを溶融処理し、当該スラグ中に含まれる酸化数が１以上の化合物の形態にあるＡｓ及びＣｕ等の不純物を単体のＡｓ及びＣｕ等に還元する工程を実施することが好ましい。理論によって本発明が限定されることを意図するものではないが、溶融処理時には非鉄製錬スラグ中に存在する単体の鉄が上記Ｃｕ及びＡｓ等の不純物を取り込むと考えられる。単体の鉄は、当初から非鉄製錬スラグ中に含まれている又は非鉄製錬スラグに添加した酸化数が１以上の化合物の形態にあるＦｅが溶融処理時に還元されることで生成する場合、及び、当初から非鉄製錬スラグ中に含まれている又は添加した鉄含有材料中に含まれる単体の鉄の場合が挙げられる。
【００２９】
炭素含有材料としては、限定的ではないが、コークス、熱分解炭素、カーボンブラック、炭素繊維、ガラス状炭素、石炭、木炭、黒鉛、グラファイト及びダイヤモンド等の単体炭素の他、銑鉄、鋳鉄、鋼、セメンタイト（Ｆｅ3Ｃ）等の炭素含有鉄が挙げられ、経済的な理由、また不純物の持込量を低減する理由からコークス、銑鉄が好ましく、コークスと銑鉄を併用することがより好ましい。銑鉄は後述する金属鉄の原料としても利用できるため好都合である。炭素含有材料は１種類を添加してもよく、２種類以上を組み合わせて添加してもよい。
【００３０】
溶融処理時に留意すべきことは、主たる還元対象であるＦｅの他、Ａｓ、Ｃｕ及びその他の不純物が十分に還元し、また、余計な不純物がスラグ中に混入しない条件で溶融処理を行うということである。この観点から留意すべき溶融処理時の主なパラメータは還元剤、反応温度（還元反応を実施するときのスラグの保持温度）、昇温速度、反応時間及び雰囲気である。
【００３１】
本発明においては還元剤として炭素含有材料を使用することから、スラグの不純物を有意に増加させるおそれが極めて少ないと考えられる。炭素含有材料は添加量を多くすることでＡｓやＣｕ等の不純物の除去効果が高まるという効果が得られる。具体的には、炭素含有材料は非鉄製錬スラグ１００質量部に対して、２質量部以上の炭素分が添加されるように添加することが好ましく、３質量部以上の炭素分が添加されるように添加することがより好ましく、５質量部以上の炭素分が添加されるように添加することが更により好ましい。また、粘度上昇を予防するという観点からは、炭素含有材料は、非鉄製錬スラグ１００質量部に対して、２０質量部以下の炭素分が添加されるように添加することが好ましく、１５質量部以下の炭素分が添加されるように添加することがより好ましく、１０質量部以下の炭素分が添加されるように添加することが更により好ましい。
【００３２】
反応温度は、処理対象となるスラグの物性にもよるが、例えば銅製錬スラグの場合は、スラグの粘性を低くして攪拌しやすくする観点から１２００℃以上とすることが好ましく、１２５０℃以上とすることがより好ましい。また、炉体保護や経済性の観点から１５００℃以下とすることが好ましく、１４００℃以下とすることがより好ましい。
【００３３】
Ａｓ及びＣｕ等の不純物の還元反応を十分に進行させる観点から、反応時間を十分に長い時間確保することが望ましい。具体的には、反応時間は３０分以上が好ましく、４０分以上がより好ましい。但し、一方で反応時間に比例して大きな設備容量が必要となる為、反応時間は１２０分以下が好ましく、６０分以下がより好ましい。なお、ここでいう「反応時間」はスラグが所定の反応温度に到達してから冷却を開始するまでの時間を指す。
【００３４】
溶融処理は、所望の還元反応が効率よく進行するように、不活性雰囲気又は還元性雰囲気で実施することが好ましい。不活性雰囲気としては、窒素、希ガス（アルゴン、ネオン、ヘリウム等）が好ましく、還元性雰囲気としては不純物混入のおそれの少ない水素、一酸化炭素、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の炭化水素ガスが好ましい。
【００３５】
溶融処理時には、スラグ中に含まれている酸化数が１以上の化合物の形態にあるＦｅが単体の鉄に還元されると、この鉄がメタル相に移行することによってスラグ中の鉄分が減ってスラグの粘度が上昇する。粘度の上昇はその後の比重分離効率を悪化させる。しかしながら、本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法においては、鉄含有材料を添加して補充するため、スラグ中の鉄分の還元が抑制されて、スラグ粘度が低下するのを防止することができる。また、金属鉄中にＡｓやＣｕ等の不純物が固溶などによって濃縮するという効果が得られることから、鉄含有材料を添加するというのはスラグからの不純物除去に対しても有効である。特に、浄化スラグを製鉄原料として利用することを考える場合、炭素含有材料のみを添加した場合にはスラグ中のＦｅ濃度が有意に低下してしまうことから、鉄含有材料を添加することが好ましい。
【００３６】
鉄含有材料としては、特に制限はないが、金属鉄、酸化鉄、及び硫化鉄が挙げられる。これらの中でも、浄化スラグ中の不純物を少なくするという観点からは、金属鉄及び酸化鉄が好ましく、酸化鉄の場合は融点が高く高温での溶融処理が必要となると考えられることから、金属鉄が好ましい。ここでいう金属鉄には純鉄（炭素含有量０．０２１８質量％まで）、鋼（炭素含有量０．０２１８質量％を超えて２．１４質量％まで）及び銑鉄（炭素含有量２．１４質量％を超えて６．６７質量％まで）が含まれるが、炭素含有材料としての機能も果たすことができる点で、銑鉄が好ましい。本発明においては、銑鉄よりも炭素含有濃度の高い鉄炭素合金も金属鉄の定義に含めることとし、このような鉄炭素合金を使用することも可能である。
【００３７】
添加する鉄含有材料は多い方がＡｓやＣｕ等の不純物の除去効果が大きくなることから、非鉄製錬スラグ１００質量部に対して、１質量部以上の鉄分が添加されるように鉄含有材料を添加することが好ましく、３質量部以上の鉄分が添加されるように鉄含有材料を添加することがより好ましく、５質量部以上の鉄分が添加されるように鉄含有材料を添加することが更により好ましい。但し、次工程で不純物を含有した金属鉄を処理する為、処理量の低減の観点からは、非鉄製錬スラグ１００質量部に対して、２０質量部以下の鉄分が添加されるように鉄含有材料を添加することが好ましく、１５質量部以下の鉄分が添加されるように鉄含有材料を添加することがより好ましく、１０質量部以下の鉄分が添加されるように鉄含有材料を添加することが更により好ましい。なお、「鉄分」というのは鉄含有材料中のＦｅ元素のことであり、炭素等の鉄以外の成分は除くとする趣旨である。
【００３８】
溶融処理の際は、溶融スラグを撹拌することが好ましい。還元反応を速やかに進行させるとともに、溶融スラグ内の温度分布の均一化を図るためである。攪拌方法としては特に制限はないが、攪拌機を利用した機械攪拌の他、ランスを利用したガス攪拌が挙げられる。攪拌用のガスとしては水素や一酸化炭素等の還元性ガスのほか、アルゴンなどの不活性ガスを使用することができる。
【００３９】
（比重分離）
還元反応が十分に進展した後の溶融スラグからは、還元されたＡｓ及びＣｕを含めてスラグよりも比重の大きな不純物を比重分離によりスラグから除去することで、浄化スラグを回収することができる。比重分離の方法としては沈降分離及び遠心分離が挙げられる。なお、Ａｓ及びＣｕ等の不純物はすべてが溶融スラグ中に残るわけではなく、溶融処理時に一部は揮発して除去され得る。特に、ＺｎやＰｂは揮発により除去される割合が多い。
【００４０】
沈降分離（セトリング）を行う場合、静置時間は還元されたＡｓ、Ｃｕ及びその他の不純物を含む鉄と浄化スラグとの分離効率に関係する。静置時間は長い方が高い分離効率が得られるので１０分以上とすることが好ましく、３０分以上とすることがより好ましい。また、一方で静置時間に比例して大きな設備容量が必要となる為、１２０分以下とすることが好ましく、６０分以下とすることがより好ましい。なお、ここでいう「静置時間」は反応終了後〜分離回収を行うまでの時間を指す。遠心分離の場合は沈降分離よりも短時間で高い分離効率が得られるという利点があるが、実装業上は安全性及び経済性の観点から沈降分離が好ましい。また、比重分離後は、溶融スラグと還元されたＡｓ、Ｃｕ及びその他の不純物を含む鉄は軽層と重層に分かれるが、取り出しが容易である、スラグが溶融状態にあるうちに両者を分離回収することが好ましい。分離回収する方法としては、重層を下部から取り出す方法や、軽層を上部から取り出す方法が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４１】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法によって得られた浄化スラグは、Ａｓ含有量が好ましくは０．０５質量％以下であり、より好ましくは０．０２質量％以下であり、更により好ましくは０．０１質量％以下である。また、浄化スラグはＣｕ含有量が好ましくは０．５質量％以下であり、より好ましくは０．４質量％以下であり、更により好ましくは０．２質量％以下である。
【００４２】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法により達成可能なＣｕの除去率は、好ましくは４０％以上であり、より好ましくは５０％以上であり、更により好ましくは６０％以上であり、更により好ましくは７０％以上であり、更により好ましくは８０％以上であり、更により好ましくは９０％以上であり、更により好ましくは９５％以上であり、例えば４０〜９９％である。当該除去率は次式によって計算される。
Ｃｕの除去率（％）＝｛１―（浄化スラグ中のＣｕ濃度／溶融処理前の非鉄製錬スラグ中のＣｕ濃度）｝×１００
【００４３】
溶融処理時には、スラグ中に含まれている酸化数が１以上の化合物の形態にあるＦｅが単体の鉄に還元されると、スラグの粘度が上昇する。粘度の上昇はその後の比重分離効率を悪化させる。しかしながら、本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法においては、鉄含有材料を添加して補充するため、スラグ粘度が低下するのを防止することができる。このため、本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法によれば、浄化スラグ中のＦｅ含有量が溶融処理前の非鉄製錬スラグ中のＦｅ含有量と比較して同一であるか又は高いのが通常である。必要に応じて、Ｆｅ含有量が溶融処理前の非鉄製錬スラグに比べて４質量％以上上昇した浄化スラグを得ることができ、５質量％以上上昇した浄化スラグを得ることができ、例えば４〜６質量％上昇した浄化スラグを得ることができる。また、当該浄化スラグは製鉄原料として利用することも可能である。浄化スラグ中の鉄含有量は例えば４２質量％以上とすることができ、４３質量％以上とすることもでき、４４質量％以上とすることもでき、例えば４２〜４６質量％とすることができる。従って、本発明は一側面においては、非鉄製錬スラグの処理方法を含む製鉄原料の製造方法を提供していると言える。
【００４４】
本発明に係る非鉄製錬スラグの処理方法によって得られた典型的な浄化スラグは、Ａｓ等の有害金属の不純物の含有量が極めて少ないため、製鉄原料以外にも、埋め立て資材や土木資材として有用である。
【００４５】
比重分離によって浄化スラグと分離されたＡｓ等の有害金属を含む重層中には、Ｃｕ及びＦｅ等の有価金属が単体金属の形態で混入していることが多い。そのため、これらの有価金属を分離回収することが好ましい。分離回収の方法としては、電解採取を行う方法の他、自溶炉へ繰り返して、銅の製錬プロセスの中で回収する方法が考えられる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例に記載する元素分析結果は、ＩＣＰ−ＡＥＳ（株式会社日立ハイテクノロジーズ(旧SII)社製 型式ＳＰＳ4000）による分析に基づく。
【００４７】
黄銅鉱精鉱を主原料とし、自溶炉工程を経て生成したスラグから、錬カン炉で更にマットと比重分離した。その後、当該スラグに対して水砕処理を行って水砕スラグを得た。当該水砕スラグの元素分析結果を表１に示す。表１の元素のうち、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｎａ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＰは酸化数が１以上の化合物の形態（主に酸化物及び硫化物）として存在していると考えられる。
【００４８】
【表１】
0006542560.tif 000002
（単位：質量％、但し、Ａｕ及びＡｇのみｇ／ｔ）
【００４９】
上記水砕スラグをＳＵＳ製るつぼ内で大気雰囲気下として、試験番号に応じて表２に記載の条件で攪拌機を用いて攪拌しながら溶融処理した。表２中、「反応温度」は炉内で還元反応を行ったときの保持温度であり、「反応時間」はスラグが反応温度に到達してから冷却を開始するまでの時間であり、「静置時間」は撹拌を停止した後、冷却を開始するまでの時間であり、「自溶炉スラグ」はるつぼに投入した水砕スラグの重量であり、「添加物」は添加時点におけるるつぼ内に投入した添加物の種類と重量（但し、水素については反応時間にわたって溶融スラグ内に吹き込んだ流量である。）を指す。表２中、「炉冷」とあるのは攪拌終了と同時に冷却を開始したために静置時間は０であったことを指す。
【００５０】
【表２】
0006542560.tif 000003
【００５１】
上記溶融処理によってＣｕ、Ｆｅ、Ａｓ等の還元された金属はスラグよりも比重が大きく、下層として沈降分離した。ＰｂとＺｎの大部分は揮発除去された。炉冷後、ルツボから内容物を取り出すと、スラグ層とメタル層に２相分離していた為、スラグ層を破砕して、メタルを分離回収する事が出来た。ただし、参考例１についてはスラグ中にメタルが分散し、分離する事が出来なかった。分離回収後の浄化スラグを再び元素分析したところ、表３に示す結果が得られた。また、下層（還元金属等）と上層（浄化スラグ）中のそれぞれのＦｅの濃度からＦｅの分配率を算出した結果を表４に示す。なお、浄化スラグ中のこれらの元素の内、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃａ、Ａｌ、Ｍｏは酸化物として存在していると考えられる。
【００５２】
【表３】
0006542560.tif 000004
【００５３】
【表４】
0006542560.tif 000005
【００５４】
＜考察＞
参考例１は１３００℃で添加剤としてコークスのみを添加した例である。この場合、処理後のスラグ中にメタルが存在している事を確認できたが、スラグ中にメタルが分散しており、メタルとスラグを分ける事が出来なかった。これは、スラグ中のＦｅが減少した事でスラグの粘度が上昇した為と考えられる。
参考例２、発明例及び比較例は何れもＡｓ、Ｐｂ及びＺｎ等の不純物濃度を低減することができたが、幾つかの観点で異なる結果が得られた。
参考例２は１４５０℃で添加剤としてコークスのみを添加した例である。この場合、処理後のスラグ中のＣｕ濃度は低く抑制できたが、Ｆｅ濃度も低下した。また、比重分離に高温を要した。
発明例１〜３は添加剤として銑鉄を添加した例である。この場合、処理後のスラグ中のＣｕ濃度は低く抑制できた一方で、Ｆｅ濃度が上昇した。また、銑鉄の添加量を増やしていくにつれて、スラグ中のＣｕ濃度が低下した。
比較例１は添加剤として銅、電解鉄、Ｈ2、ＣａＦ2を添加した例である。この場合、スラグ中の銅濃度が発明例に比べて高かった。
【図１】
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