(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉で処理された熔融粗銅を精製炉の有効容量の一部分を満たすように装入する第１の粗銅装入工程と、
前記第１の粗銅装入工程の前又は後に固体炭素質還元剤を精製炉内に装入する還元剤装入工程と、
前記還元剤装入工程で装入した固体炭素質還元剤の挙動が定常的になるまで待機した後、熔融粗銅を固体炭素質還元剤の上から精製炉内に装入する第２の粗銅装入工程と、
精製炉内の熔融粗銅の湯面の下に流体状還元剤を吹き込んで熔融粗銅を還元する還元工程と、
精製炉を一方向に傾転させてその炉口から固体炭素質還元剤を排出する還元剤排出工程と、
精製炉を他方向に傾転させてそのタップ口からアノード鋳造用の熔融粗銅を排出すると共に、前記排出した固体炭素質還元剤を転炉に装入する熔融粗銅排出工程とからなることを特徴とする粗銅の還元方法。
【請求項２】
前記第２の粗銅装入工程では熔融粗銅を複数回に分けて装入し、装入により溶湯中に沈み込んだ炭素質還元剤が浮上してから次の装入を行うことを特徴とする、請求項１に記載の粗銅の還元方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅製錬設備の精製炉において行われる粗銅の還元方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅の乾式製錬設備においては、原料としての銅精鉱を自溶炉などで酸化処理して主に硫化銅からなるカワを酸化鉄や珪酸等からなるスラグから分離し、カワについては更に転炉で酸化処理を行って純度９８％程度の熔融状態の粗銅にする。得られた熔融粗銅は次に精製炉で還元処理を行って熔融粗銅中の酸素や硫黄などの不純物濃度の調整を行った後、鋳造機に供給して電解精製用の銅アノードに鋳造する。
【０００３】
上記精製炉では、一般的に還元剤として重油、天然ガス、ブタンガスなどの流体状の炭化水素が使用される。これら流体状の還元剤は流動性に富んでいるので熔融粗銅に効率よく混合させることができるものの、流体状の炭化水素は一般的に高い揮発性を有しているため、還元剤として作用せずにそのまま熔融粗銅の湯面から放散しやすく、消費コストがかさむことが問題になっていた。その対策として、特許文献１には、精製炉内の熔融粗銅の湯面を覆うように粉粒状のコークスや石炭などの固体状の炭素質還元剤を炉内に装入した後、気体状の還元剤を湯面下に吹き込む技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−２０５４２８
【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、上記したコークスや石炭等の固体炭素質還元剤は、湯面上で局所的に山状の大きな塊となって浮遊しやすく、この場合は流体状還元剤の節約にあまり寄与しないばかりか、燃え尽きずに残留して不純物になったり炉口やタップ口を詰まらせたりする問題を生じることがあった。その対策として、固体炭素質還元剤を細かく粉砕して粉粒状にしてから装入したり、少量ずつ投入したりといった工夫が試みられているが、依然として上記の問題が生じることがあった。特に、バッチで操業される精製炉では、同様にバッチで操業される前段の転炉との操業上の兼ね合いのため、そして後段の鋳造機との操業上の兼ね合いのため、酸化されやすい熔融粗銅をそのままの状態で長時間に亘って精製炉内に保持する場合が多い。この保持している間の熔融粗銅の酸化を防ぐために精製炉内に過剰の還元剤を投入することがあり、上記の問題がより一層生じやすかった。
【０００６】
本発明は、上記した従来の精製炉の還元方法が抱える問題に鑑みてなされたものであり、還元工程における流体状還元剤の使用量の削減及び精製炉内に長時間に亘って粗銅を待機させる場合が生じた時、該待機中の粗銅の酸化を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、転炉で処理した熔融粗銅を精製炉に装入してその通常の液レベルまで満たす前に、精製炉内にコークスを投入することで、投入したコークスを熔融粗銅の表面に浮遊した状態でほぼ均一に覆うことが可能となり、これにより還元中に使用する流体状還元剤の使用量を削減できる上、精製炉内で待機中の粗銅の酸化を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の銅製錬方法は、転炉で処理された熔融粗銅を精製炉の有効容量の一部分を満たすように装入する第１の粗銅装入工程と、前記第１の粗銅装入工程の前又は後に固体炭素質還元剤を精製炉内に装入する還元剤装入工程と、前記還元剤装入工程で装入した固体炭素質還元剤の挙動が定常的になるまで待機した後、熔融粗銅を固体炭素質還元剤の上から精製炉内に装入する第２の粗銅装入工程と、精製炉内の熔融粗銅の湯面の下に流体状還元剤を吹き込んで熔融粗銅を還元する還元工程と、精製炉を一方向に傾転させてその炉口から固体炭素質還元剤を排出する還元剤排出工程と、精製炉を他方向に傾転させてそのタップ口からアノード鋳造用の熔融粗銅を排出すると共に、前記排出した固体炭素質還元剤を転炉に装入する熔融粗銅排出工程とからなることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、精製炉における従来の銅製精方法に比べて流体状還元剤の使用量を削減できる上、精製炉内に粗銅を長時間に亘って待機させる場合はその酸化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】銅製錬の熔錬に用いる一般的な設備の概略の断面図である。
【図２】銅製錬の精製炉の概略の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
銅の乾式製錬では、原料としての銅精鉱を図１に示すような自溶炉１０、転炉２０及び精製炉３０で順に処理してアノード鋳造用の熔融粗銅の作製を行っている。具体的には、先ず自溶炉１０において銅精鉱に酸素富化空気を吹き込んで酸化処理することで、銅品位６５％程度のカワ（マット）と酸化鉄や珪酸等からなるカラミ（スラグ）とに分離する。カラミは自溶炉１０から抜き出し、図示しない練かん炉で静置後、水冷して水砕スラグとする。一方、自溶炉１０で分離したカワはカラミとは別の抜出口から抜き出した後、レードルや樋などのカワ移送手段によって転炉２０に移送する。
【００１２】
転炉２０は中心軸が水平方向に延在する円筒形状の容器からなり、該中心軸を中心として回動可能となるように複数のローラー２１に支持されている。この円筒形の容器の軸方向略中央部に処理前と処理後のカワの出し入れ口となる炉口２２が設けられており、この炉口２２から装入したカワに対してその湯面より下側に設けられている羽口２３から酸素富化空気を吹き込んで酸化処理を行う。これにより、スラグと銅品位９８％程度の熔融粗銅とに分離する。分離後はローラー２１の上で転炉２０を傾転させ、炉口２２から先ず上層部のスラグを排出した後、熔融粗銅を排出する。排出された熔融粗銅はレードルや樋などの粗銅移送手段によって精製炉３０に移送される。
【００１３】
精製炉３０も、中心軸が水平方向に延在する円筒形状の容器からなり、該中心軸を中心として回動可能となるように複数のローラー３１に支持されている。この円筒形状の容器の軸方向略中央部に熔融粗銅及び後述する固体炭素質還元剤の装入口となる炉口３２、及び処理後の熔融粗銅の排出口となるタップ口３３が設けられている。また、空気や流体状還元剤の吹き込みを行う羽口３４が湯面よりも下側の位置に設けられている。
【００１４】
かかる構造を有する精製炉３０において、転炉２０で処理された熔融粗銅を精製炉の有効容量の一部分を満たすように装入する第１の粗銅装入工程と、第１の装入工程の前又は後に固体炭素質還元剤を精製炉内に装入する還元剤装入工程と、該還元剤装入工程で装入した固体炭素質還元剤の挙動が定常的になるまで待機した後、熔融粗銅を固体炭素質還元剤の上から精製炉３０内に装入する第２の粗銅装入工程と、精製炉３０内の熔融粗銅の湯面の下に流体状還元剤を吹き込んで熔融粗銅を還元する還元工程と、精製炉３０を一方向に傾転させて炉口３２から固体炭素質還元剤を排出する還元剤排出工程と、精製炉３０を他方側（還元剤排出工程の際の傾転方向とは逆方向）に傾転させてタップ口３３からアノード鋳造用の熔融粗銅を排出すると共に、上記の排出した固体炭素質還元剤を転炉２０に装入する熔融粗銅排出工程とからなる一連の処理を行うことで、熔融粗銅の還元が行われる。
【００１５】
各工程について具体的に説明すると、先ず、第１の粗銅装入工程では前段の転炉２０で処理された酸素及び硫黄を含有する熔融粗銅を精製炉３０内の有効容量（すなわち、精製炉３０内において、熔融粗銅を装入できる最大の容積）の一部分を満たすように装入する。この第１の粗銅装入工程で精製炉３０内に装入する熔融粗銅の量は、精製炉３０の有効容量の１／５以上１／２以下にするのがよい。この量が１／５以上であれば精製炉３０内に装入された熔融粗銅の湯面を十分に広くすることができるので、還元剤装入工程で精製炉３０に装入された固体炭素質還元剤を湯面上に良好に広げることができる。
【００１６】
一方、１／２以下とすることで後工程の第２の粗銅装入工程において多くの熔融粗銅を装入できるので、当該装入による撹拌効果を高めることができる。また、当該装入により一時的に湯面下に沈められた固体炭素質還元剤を湯面よりもより深く、よってより長時間に亘って湯面下に滞留させることができる。その結果、固体炭素質還元剤と熔融粗銅との接触効率を高めることができるので、より効率のよい還元処理が可能となる。なお、前述したように、筒状体を横にした容器からなる精製炉３０には、熔融粗銅から生じたガスの排出口となる炉口３２が軸方向の略中央部に設けられているため、ガスの水平方向の流れのための気相部を設けることが必要になる。そのため、上記の有効容量は、通常は精製炉３０内の全体積（すなわち、該有効容量の体積とその湯面より上の気相部の体積との合計）の４５〜７０％程度である。
【００１７】
次に還元剤装入工程において、上記熔融粗銅が装入されている精製炉３０内に固体の炭素質還元剤を装入する。固体炭素質還元剤の装入量は、上記第１の粗銅装入工程で装入した熔融粗銅の質量の１／１０００以上１／３００以下にするのが好ましい。この量を１／１０００以上とすることで、精製炉３０内の熔融粗銅の湯面のほぼ半分以上を固体炭素質還元剤で覆うことができるので、後工程の還元工程において流体状還元剤の消費量を顕著に削減することができる。一方、１／３００を超えて装入しても装入の効果をあまり向上させることができず、かえって還元剤のコストが高くなるだけなので好ましくない。なお、第１の粗銅装入工程の前に還元剤装入工程を行ってもよい。この場合は、熔融粗銅を装入する際の炉壁への熱衝撃を緩和することが可能になる。なお、固体炭素質還元剤に含まれている不純物の種類や濃度によっては精製炉３０の炉壁に当該不純物が固着するおそれがあるので、第１の粗銅装入工程の前に還元剤装入工程を行う場合は不純物による上記の悪影響に留意しておくのが望ましい。
【００１８】
次に、第２の粗銅装入工程において、上記の装入した固体炭素質還元剤の挙動が定常的になるまで待機した後、精製炉３０の有効容量での液レベルを上限として所定の液レベルまで満たすように精製炉３０内に熔融粗銅を装入する。上記の待機時間は、一般に熔融粗銅と固体炭素質還元剤の温度差が大きいほど長くし、また、固体炭素質還元剤の含水率が高いほど長くするのが好ましい。通常はこの待機時間は１０分〜１０時間、好適には１時間〜３時間程度である。この待ち時間が１０分未満では固体炭素質還元剤を精製炉３０に装入した時に湯面上に形成される当該固体炭素質還元剤の山状の塊をほぐして崩すことができなくなるおそれがある。この時間を１時間以上とすることで、固体炭素質還元剤が湿潤状態にあったり濡れていたりしていても、熔融粗銅の熱で乾燥させることができ、固体炭素質還元剤を確実に湯面上に広げることができる。一方、待機時間が１０時間を超えると精製炉からの放熱量が多くなりすぎ、鋳造が困難になるおそれがあり、特に３時間以下とすることで精製炉の稼働率が高くなるのでアノードの生産性を高めることができる。
【００１９】
上記の第２の粗銅装入工程では、固体炭素質還元剤の上から熔融粗銅を注ぐようにする。これにより固体炭素質還元剤が撹拌されるので上記した山状の塊を容易に崩すことができる。すなわち、熔融粗銅を上から注ぐことで溶湯中に固体炭素質還元剤を沈めることができ、固体炭素質還元剤の空隙部には湯面からの深さに応じた圧力差が生じ、固体炭素質還元剤を粉砕するものと考えられる。この第２の粗銅装入工程では、熔融粗銅を複数回に分けて装入してもよい。この場合は、熔融粗銅の装入によって溶湯中に沈んだ炭素質還元剤が湯面に浮上してから次の装入を行うのが好ましく、これにより固体炭素質還元剤を熔融粗銅の溶湯中に効率よく分散させることができ、還元反応を促進することができる。
【００２０】
次に還元工程において、重油、天然ガス、ブタンガスなどの流体状還元剤を精製炉３０内の熔融粗銅の湯面より下側に設けられている羽口３４から吹き込んで熔融粗銅の還元処理を行う。この還元工程では必要に応じて羽口３４から空気を吹き込んでもよく、これにより流体状還元剤から一酸化炭素を生じさせて還元効率を高めたり、羽口を空気で冷却したりできる。この還元工程では、燃え残りとして一部の固体炭素質還元剤が残存するが、前述したように精製炉３０の気相部では熔融粗銅から生じたガスの水平方向の流れが生じているため、このガスの流れに伴って、炉壁近傍や炉の軸方向両端部に浮遊している固体炭素質還元剤は湯面のほぼ中央に位置する炉口３２の下方に集められる。
【００２１】
次に、還元剤排出工程において、精製炉３０を一方向に傾転させることによって、上記した炉口３２の下方に集められた燃え残りの固体炭素質還元剤を炉口３２から排出する。この炉口３２から排出された固体炭素質還元剤は、後述するように転炉２０に装入されるため、レードルなどの移送手段に一時的に保持される。
【００２２】
次に、熔融粗銅排出工程において、精製炉３０を他方向に傾転させてそのタップ口３３から熔融粗銅を排出すると共に、上記の還元剤排出工程において排出した燃え残りの固体炭素質還元剤を転炉２０に装入する。タップ口３３から排出された熔融粗銅は直接的に又は樋を通って鋳造機に送られ、アノードとして鋳造される。なお、上記の還元工程で流体状還元剤を吹き込まない場合があり、この場合はこの熔融粗銅排出工程で流体状還元剤を吹き込んでから熔融粗銅を排出してもよい。転炉２０に装入された固体炭素質還元剤は、転炉２０内の熔融粗銅の保温に用いられた後、燃焼により固体炭素質還元剤由来の灰分となり、スラグと共に回収される。
【実施例】
【００２３】
［実施例１］
自熔炉で銅精鉱を酸化処理して得た主に硫化銅からなるカワに対して、後段の転炉で更に酸化処理して銅品位９９％の熔融粗銅を得た。この熔融粗銅に含まれる不純物は大部分が酸素であり、残りの不純物は硫黄であった。得られた熔融粗銅の２００ｔを精製炉に装入した後、含水率１％のコークス２００ｋｇを精製炉に装入し、コークスの山状の塊がほぐれた後、湯面上のコークスの挙動が定常的になるまで１時間待った。このとき、湯面からコークス上端までの高さはほぼ一定となっていた。その後、精製炉の有効容量の約９４％を満たすように４００ｔの熔融粗銅を約４０ｔずつ１０回に分けてコークスの上から精製炉内に装入した。その際、装入してから次の装入までそれぞれ１０分間の待機時間を設けて、熔融粗銅の装入により湯中に沈んだコークスが湯面上に浮上してから熔融粗銅を装入するようにした。
【００２４】
定期的に熔融粗銅をサンプリングしながら熔融粗銅の酸素品位が０.５％以下になるまでプロパンガスを羽口から吹き込んで還元処理を行った。コークスはその際、湯面上を浮遊しながら流動し、炉壁から離れて精製炉のほぼ中央部に位置する炉口の下方に集まっていった。次に精製炉を一方向に傾転させることによって、上記した炉口の下方に集まったコークスを少量の熔融粗銅と共に炉口から排出し、レードルに保持した。
【００２５】
続いて精製炉を上記の一方向とは反対側に傾転させることによって、精製炉内に残った熔融粗銅をタップ口から排出した。タップ口から排出した熔融粗銅は樋を介して鋳造機に供給してアノードを鋳造した。得られたアノードは表面の膨れが少なく、銅品位が９９％以上であった。一方、炉口から排出したコークスはレードルを介して転炉に装入して転炉内の熔融粗銅の保温に用いた。このコークスは最終的に転炉内で不燃成分の灰分を残してほぼ焼失し、スラグと共に回収した。
【００２６】
［実施例２］
コークスの装入前の精製炉への熔融粗銅の装入量を１００ｔとしたこと以外は実施例１と同様にしてアノードとスラグを製造した。コークスの流動状況、アノード及びスラグの品質は実施例１と同様であった。
【００２７】
［実施例３］
コークスの装入前の精製炉への熔融粗銅の装入量を３２０ｔとし、コークスの装入量を９６ｋｇとし、コークスの装入後の熔融粗銅の装入量を３２０ｔとしたこと以外は実施例１と同様にしてアノードとスラグを製造した。コークスの流動状況、アノード及びスラグの品質は実施例１と同様であった。
【００２８】
［実施例４］
コークスの装入前の精製炉への熔融粗銅の装入量を１００ｔとし、コークスの装入量を３００ｋｇとしたこと以外は実施例１と同様にしてアノードとスラグを製造した。コークスの流動状況、アノード及びスラグの品質は実施例１と同様であった。
【００２９】
［比較例１］
熔融粗銅の全量（６００ｔ）を精製炉に装入してからコークスを装入したこと以外は実施例１と同様にしてアノードとスラグを製造した。コークスは炉内で一部が山状にかたまったままとなり、炉口からの排出に実施例１の時に比べて時間を要した。また、コークスの排出に伴って多くの熔融粗銅が炉口から排出されてしまった。
【００３０】
［評価］
実施例１〜４では、プロパン使用量は、精製炉への熔融粗銅の装入合計量に対して質量換算で３.２０×１０−３〜３.３０×１０−３倍となった。特に、実施例４では、３.２１×１０−３倍で済んだ。一方、比較例１では、プロパン使用量は、精製炉への熔融粗銅の装入合計量に対して質量換算で３.４０×１０−３倍を要した。
【００３１】
熔融粗銅に含まれる０.５質量％（すなわち、還元処理前の酸素品位１％から還元処理後の酸素品位０.５％を差し引いた値）の酸素と結合するプロパンは、量論上は熔融粗銅の質量の１.３８×１０−３倍となることを考慮すると、散逸や外来空気で消費されたプロパン量は、実施例１〜４では熔融粗銅の質量の１.８２×１０−３〜１.９２×１０−３倍であり、比較例１の２.０２×１０−３倍に対して、最大で１割の削減ができたことになる。熔融粗銅の待機時間が長い場合（たとえば関連設備の工事や鋳造機の故障時の復旧作業などが生じた場合）は、さらに大きな削減が期待できる。
【符号の説明】
【００３２】
１０      自溶炉
２０      転炉
２１      ローラー
２２      炉口
２３      羽口
３０      精製炉
３１      ローラー
３２      炉口
３３      タップ口
３４      羽口
【図１】
0006665693.tif 000002
【図２】
0006665693.tif 000003