(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌを含有する銅精鉱と溶剤とを含む出発原料とともに、Ｆｅメタル含有量が４０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％のＦｅメタル源を銅製錬炉内に投入することを特徴とする銅製錬炉の操業方法。
【請求項２】
前記出発原料中のＡｌ２Ｏ３濃度が２．０ｍａｓｓ％を上回る場合に、前記Ｆｅメタル源を投入し、前記出発原料中のＡｌ２Ｏ３濃度が２．０ｍａｓｓ％を上回らない場合には前記Ｆｅメタル源を投入しないことを特徴とする請求項１記載の銅製錬炉の操業方法。
【請求項３】
前記出発原料に対して前記Ｆｅメタル源を混合した後に、混合された原料を精鉱バーナから前記銅製錬炉内に投入することを特徴とする請求項１または２に記載の銅製錬炉の操業方法。
【請求項４】
前記Ｆｅメタル源における前記Ｆｅメタルの粒子径は、１ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の銅製錬炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅製錬炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、銅精錬で処理する原料は、銅精鉱主体の原料構成から高収益原料比率を増した原料構成へシフトしつつある。しかしながら、それに伴う操業悪化（スラグロス悪化）に対応できていなかった。高マージン原料の処理により、炉内でマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）主体の難溶融性物質の生成量が増加する。しかしながら、そのメカニズムについては特定されておらず、炉況悪化が生じた後の事後対応しかできなかった。また、原料調合を変更できない状況においては、他に有効な解決手段がないため、長期にわたる操業悪化を余儀なくされ、収益を大きく悪化させていた。
【０００３】
従来技術として、反応シャフトでの固気反応悪化により生じる過酸化スラグ（Ｆｅ３Ｏ４等）に起因する炉内埋まり、中間層増大などへの対応方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、当該技術は、事後対応の技術であることに加え、高マージン原料が増加した操業条件では効果が薄く、十分な対応策ではなくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らの調査により、原料中のＡｌ（アルミニウム）源に起因してスラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が上昇した場合、Ａｌ２Ｏ３およびＦｅ３Ｏ４主体の難融解性の物質が形成されやすくなり、マットとスラグとの分離性が悪化することでスラグロスが上昇することが判明した。しかしながら、この原料中のＡｌ増加に対する有効な手段が得られていなかった。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑み、スラグロスを抑制することができる銅製錬炉の操業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】
本発明に係る銅製錬炉の操業方法は、Ａｌを含有する銅精鉱と溶剤とを含む出発原料とともに、Ｆｅメタル含有量が４０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％のＦｅメタル源を銅製錬炉内に投入することを特徴とする。前記出発原料中のＡｌ２Ｏ３濃度が２．０ｍａｓｓ％を上回る場合に、前記Ｆｅメタル源を投入し、前記出発原料中のＡｌ２Ｏ３濃度が２．０ｍａｓｓ％を上回らない場合には前記Ｆｅメタル源を投入しなくてもよい。前記出発原料に対して前記Ｆｅメタル源を混合した後に、混合された原料を精鉱バーナから前記銅製錬炉内に投入してもよい。前記Ｆｅメタル源における前記Ｆｅメタルの粒子径は、１ｍｍ〜１０ｍｍとしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る銅製錬炉の操業方法によれば、スラグロスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】銅の製錬方法の一実施形態に使用する自溶炉の概略図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は自溶炉を用いた銅製錬工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、銅の製錬方法の一実施形態に使用する自溶炉１００の概略図である。図１に示すように、自溶炉１００は、反応シャフト１０、セットラ２０およびアップテイク３０が順に配置された構造を有する。反応シャフト１０の上部には、精鉱バーナ４０が設けられている。
【００１２】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、自溶炉１００を用いた銅製錬工程図である。まず、図２（ａ）で例示するように、精鉱バーナ４０から銅精鉱等の銅製錬用原料、溶剤、リサイクル原料等（以下、これらの固体原料を出発原料と称する）とともに、酸素を含む反応ガスが反応シャフト１０内に投入される。それにより、下記反応式（１）などにより銅製錬用原料が酸化反応を起こし、図２（ｂ）で例示するように、反応シャフト１０の底部でマット５０およびスラグ６０に分離する。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。溶剤として、珪酸鉱が用いられている。
ＣｕＦｅＳ２＋ＳｉＯ２＋Ｏ２→Ｃｕ２Ｓ・ＦｅＳ＋２ＦｅＯ・ＳｉＯ２＋ＳＯ２  ＋  反応熱  （１）
【００１３】
反応ガスとして、例えば酸素富化空気を用いることができる。酸素富化空気とは、自然の大気よりも高い酸素濃度を有する空気のことである。例えば、酸素富化空気は、６０体積％〜９０体積％の酸素濃度を有する。それにより、銅製錬用原料に十分な酸化反応を生じさせることができる。
【００１４】
銅製錬用原料の成分は、例えば、Ｃｕ：２６ｍａｓｓ％〜３２ｍａｓｓ％、Ｆｅ：２５ｍａｓｓ％〜２９ｍａｓｓ％、Ｓ：２９ｍａｓｓ％〜３５ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：５ｍａｓｓ％〜１０ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：１ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％である。Ａｌ含有量が多い銅精鉱の成分は、例えば、Ｃｕ：２４ｍａｓｓ％〜３０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：２３ｍａｓｓ％〜２８ｍａｓｓ％、Ｓ：２９ｍａｓｓ％〜３５ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：７ｍａｓｓ％〜１２ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：３ｍａｓｓ％〜７ｍａｓｓ％である。
【００１５】
Ａｌ２Ｏ３は、ＦｅＯと複合酸化物（ＦｅＡｌ２Ｏ４）を形成し、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）に溶ける。この場合、Ａｌ２Ｏ３の存在により、マグネタイトスピネルが生成され、Ｆｅ３Ｏ４が安定化する。その結果、溶湯において固体Ｆｅ３Ｏ４の量が増え、スラグロスが大きくなる傾向がある。溶湯とＦｅメタルとを共存させることで酸素ポテンシャルが低下すると、ＦｅＯの酸化が抑制され、スラグ６０中のＡｌ２Ｏ３許容濃度が大きくなる。その結果、複合酸化物（ＦｅＡｌ２Ｏ４）およびＦｅ３Ｏ４の生成が抑制される。
【００１６】
以上の知見に基づけば、スラグロスの低下のためには、銅製錬用原料中のＡｌ２Ｏ３濃度が高くなった場合にスラグ６０中のＡｌ２Ｏ３許容濃度を大きくする必要がある。一方で、マット５０とスラグ６０とが生成された後にＦｅメタルをスラグ６０に投入しても、複合酸化物（ＦｅＡｌ２Ｏ４）の生成を抑制することが困難である。また、投入位置等の調整が必要となってくる。そこで、本実施形態においては、図２（ｃ）で例示するように、反応シャフト１０に投入する前の出発原料に、Ｆｅメタルを含むＦｅメタル源を混合する。
【００１７】
Ｆｅメタル源は、精鉱バーナ４０から出発原料とともに投入することによって、反応シャフト１０に投入する前の出発原料と混合してもよい。この場合、出発原料中のＡｌ２Ｏ３に対して適したＦｅメタル源の投入量の微量調整が可能になるとともに、リアルタイムの調整が可能になるという長所が得られる。または、Ｆｅメタル源は、調合工程によって出発原料と調合した後に精鉱バーナ４０から投入してもよい。この場合、調合工程におけるハンドリングの過程で出発原料とＦｅメタルとの混合状態が均一化され、より良い効果が得られる等の長所が得られる。
【００１８】
Ｆｅメタル源として、４０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％のＦｅメタルを含むものを用いる。Ｆｅメタルとして、銑鉄などを用いることができる。リサイクル原料のようにＦｅ成分の少ないものを用いる場合と比較して、Ｆｅメタルによる高い還元効果が得られる。なお、Ｆｅメタル源として、５０ｍａｓｓ％〜６０ｍａｓｓ％のＦｅメタルを含むものを用いてもよい。
【００１９】
Ｆｅメタル源におけるＦｅメタルの粒子径が小さすぎると、反応シャフト１０でＦｅメタルが反応ガスの酸素によって酸化燃焼し、還元効果が低下するおそれがある。一方で、Ｆｅメタルの粒子径が大きすぎると、還元効果を発揮する前に炉底に沈降し、炉底還元に特化した現象が生じるおそれがある。そこで、Ｆｅメタル源におけるＦｅメタルの粒子径を所定の範囲に収めることが好ましい。例えば、Ｆｅメタル源におけるＦｅメタルの粒子径は、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
Ｆｅメタル源におけるＦｅメタルとして、粒子径が異なるものを混合して用いてもよい。例えば、炉内のスラグ６０中Ａｌ２Ｏ３が４．５ｍａｓｓ％を超過しており、さらに上昇が見込まれる出発原料を処理するケースでは、５〜１０ｍｍの粒度分布のＦｅメタルを４０ｍａｓｓ％、１〜５ｍｍの粒度分布のＦｅメタルを６０ｍａｓｓ％混合し、添加量を１２０ｋｇ／ｈとしてもよい。生成する溶湯の酸素ポテンシャルを低く維持できるとともに、炉内に既に存在するスラグ６０に対して比較的大きめのＦｅメタルを懸垂させることで、高Ａｌ２Ｏ３スラグを還元できるからである。炉内のスラグ６０中のＡｌ２Ｏ３が４ｍａｓｓ％未満であるが、生成するスラグ中Ａｌ２Ｏ３が４．５ｍａｓｓ％を超過すると考えられるケースでは、５〜１０ｍｍの粒度分布のＦｅメタルを２０ｍａｓｓ％、１〜５ｍｍの粒度分布のＦｅメタルを８０ｍａｓｓ％混合し、添加量を６０ｋｇ／ｈとしてもよい。生成した直後の溶湯の酸素ポテンシャルを低く維持することができることが主な理由である。
【００２１】
または、粒子径が１ｍｍ〜１０ｍｍ以外のものを混合してもよい。例えば、粒子径が１ｍｍ〜１０ｍｍのものをＦｅメタル源全体に対する８０ｍａｓｓ％とし、粒子径が１０ｍｍ〜１５ｍｍのものを２０ｍａｓｓ％として両者を混合してもよい。
【００２２】
ここで、Ｆｅメタルの代わりに、カーボン紛を用いることについて検討する。
カーボン粉を用いると、反応シャフト１０にて、銅精鉱よりも早く燃焼し、熱補償原料としての寄与率が高くなり、スラグ中のＦｅ３Ｏ４の生成を抑制する目的では効果が低い。多量のカーボン紛を用いて還元効果を得ることも考えられるが、その場合には無駄な反応熱量が生じるため、熱負荷が増大してしまう。また、無駄に酸素を消費させ銅精鉱処理量が減少し減産につながる。さらに、後工程でのガス導入量の制約から銅精鉱処理量が減少し減産につながる。また、還元に寄与せず、燃焼してしまうコークスの燃焼熱により炉体の熱負荷が上昇し、炉体冷却のための水冷ジャケット等の溶損トラブル原因となる。
【００２３】
これに対して、Ｆｅメタルを用いることで、Ｆｅメタルが落下する過程で、反応シャフト１０で生成したばかりの高温のマット５０およびスラグ６０の液滴と接触し、溶湯に取り込まれ、Ａｌ２Ｏ３の影響によるＦｅ３Ｏ４の生成の抑制が可能となる。生成したばかりの高温溶湯とＦｅメタルとを共存させて還元度を増すことで、Ａｌ２Ｏ３の影響よりも還元の影響が強くなり、Ｆｅ３Ｏ４の生成を抑制していると考えられる。
【００２４】
また、粒状あるいは塊状カーボンを使用する場合、比表面積低下により反応シャフト１０でのカーボン燃焼効率が低下し、炉内で着湯することが予想される。しかしながら、比重差に起因して粒状あるいは塊状カーボンは溶湯の表層に浮上し、スラグ６０の表層だけが還元されるにとどまり、スラグ６０全体への寄与度が低く、Ａｌ２Ｏ３の影響を軽減する効果は低くなる。これに対して、粒子径を調整したＦｅメタルを用いることで、反応ガスによるＦｅメタルの酸化燃焼が抑制され、炉底への沈降も抑制される。それにより、ＦｅメタルによるＦｅ３Ｏ４抑制効果がより高まることになる。
【００２５】
Ｆｅメタル源の投入量は、スラグ６０で生成されるＡｌ２Ｏ３量に応じて決定することが好ましい。スラグ６０で生成されるＡｌ２Ｏ３量は、出発原料中のＡｌ２Ｏ３の量から推定することができる。なお、出発原料中のリサイクル原料にもＡｌやＡｌ２Ｏ３が含まれているため、当該Ａｌ２Ｏ３量（Ａｌ量）も考慮する。以下、出発原料中のＡｌ２Ｏ３濃度（ｍａｓｓ％）は、出発原料（例えばリサイクル原料）に含まれるＡｌをＡｌ２Ｏ３に換算したうえで合算した濃度である。
【００２６】
スラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度は、出発原料の調合比率により変動はするものの、出発原料のＡｌ２Ｏ３濃度の約１．７〜２．０倍となる。例えば、出発原料中のＡｌ２Ｏ３濃度が２．２ｍａｓｓ％である場合に、スラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が４．３ｍａｓｓ％程度となる。このことを考慮すると、例えば、出発原料（繰り返しダストを除く）の投入量が１３０ｔ／ｈ〜２３０ｔ／ｈ（例えば２０８ｔ／ｈ）であって反応ガスとして酸素濃度７０体積％〜８２体積％の酸素富化空気を６４０Ｎｍ３／ｍｉｎ〜７００Ｎｍ３／ｍｉｎとした場合に、出発原料中のＡｌ２Ｏ３が２．２ｍａｓｓ％以下で生成するスラグ中のＡｌ２Ｏ３が４．２ｍａｓｓ以下となることが予測される場合は、Ｆｅメタル源の投入量を０ｋｇ／ｈ以上２０ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましく、出発原料中のＡｌ２Ｏ３が２．２ｍａｓｓ％以上２．４ｍａｓｓ％以下で、生成するスラグ中のＡｌ２Ｏ３が４．２ｍａｓｓ％以上４．５ｍａｓｓ％以下となることが出発原料中のＡｌ２Ｏ３量から計算により予想される場合は、Ｆｅメタル源の投入量を２０ｋｇ／ｈ以上４２ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましく、出発原料中のＡｌ２Ｏ３が２．４ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下で、生成するスラグ中のＡｌ２Ｏ３が４．５ｍａｓｓ％以上４．７ｍａｓｓ％以下となることが予想される場合は、Ｆｅメタル源の投入量を４２ｋｇ／ｈ以上１０５ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましく、出発原料中のＡｌ２Ｏ３が２．５ｍａｓｓ％以上２．６ｍａｓｓ％以下で、生成するスラグ中のＡｌ２Ｏ３が４．７ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下になることが予想される場合はＦｅメタル源の投入量を１０５ｋｇ／ｈ以上１４７ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましく、出発原料中のＡｌ２Ｏ３が２．６ｍａｓｓ％以上２．７ｍａｓｓ％以下で、生成するスラグ中のＡｌ２Ｏ３が５．０ｍａｓｓ％以上５．２ｍａｓｓ％以下となることが予想されればＦｅメタル源の投入量を１４７ｋｇ／ｈ以上１６０ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましい。
【００２７】
なお、生成するスラグ中のＡｌ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｕ等の濃度は、自溶炉１００から抜き出したスラグまたは錬カン炉から抜き出したスラグを分析することによって確認してもよい。
【００２８】
本実施形態によれば、Ａｌを含む銅精鉱と溶剤とを含む出発原料とともに、Ｆｅメタル含有量が４０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％のＦｅメタル源を銅製錬炉内に投入することで、ＦｅＯの酸化が抑制され、スラグ中のＡｌ２Ｏ３許容濃度が大きくなる。その結果、スラグロスを抑制することができる。例えば、銅製錬炉内に投入することで得られるスラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が４．０ｍａｓｓ％を上回ると想定される出発原料とともに、上記Ｆｅメタル源を銅製錬炉内に投入することが好ましい。または、精鉱バーナ４０から出発原料を投入したことで得られたスラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が４．０ｍａｓｓ％を上回った場合に、その後に投入する出発原料とともに上記Ｆｅメタル源を銅製錬炉内に投入してもよい。また、出発原料中のＡｌ２Ｏ３濃度が２．０ｍａｓｓ％を上回る場合に、当該出発原料とともに上記Ｆｅメタル源を銅製錬炉内に投入することが好ましい。
【実施例】
【００２９】
（実施例）
上記実施形態に従って、銅製錬炉の操業を行った。操業条件および結果を表１に示す。１３日目までは、出発原料の平均投入量を２００ｔ／ｈとし、Ｆｅメタル源を投入しなかった。１４日目からは、出発原料の平均投入量を２０８ｔ／ｈとし、Ｆｅメタル源の平均投入量を４２ｋｇ／ｈとした。なお、Ｆｅメタル源は、出発原料に予め混合してから精鉱バーナから投入した。Ｆｅメタル源として、５５ｍａｓｓ％〜６５ｍａｓｓ％のＦｅメタルを含むものを用いた。酸素富化空気の送風量を、６５０Ｎｍ３／ｍｉｎ〜６９０Ｎｍ３／ｍｉｎとした。
【００３０】
１３日目までの範囲では、出発原料中のＡｌ２Ｏ３濃度が上昇した場合に、スラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が４．５ｍａｓｓ％を超過した。その結果、スラグロスが１％以上となった。これは、スラグに対する高いＡｌ２Ｏ３許容濃度が得られず、Ａｌ２Ｏ３の存在によりＦｅ３Ｏ４が安定化したからであると考えられる。これに対して、１４日目以降においてはスラグ中のＡｌ２Ｏ３が４．３ｍａｓｓ％以上の高い値で推移（最大４．７ｍａｓｓ％）したが、スラグロスを０．８程度の低い値に維持することができた。これは、Ｆｅメタル源の投入により、Ｆｅ３Ｏ４の生成が抑制され、スラグ中へのＡｌ２Ｏ３の許容濃度が高くなったからであると考えられる。また、１４日目以降においては、自溶炉中間層および錬カン炉中間層の増大も抑制することができた。
【表１】
0006466869.tif 000002
【００３１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  反応シャフト
２０  セットラ
３０  アップテイク
４０  精鉱バーナ
５０  マット
６０  スラグ
１００  自溶炉
【図１】
0006466869.tif 000003
【図２】
0006466869.tif 000004