(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅及び樹脂を含むリサイクル原料である銅滓可燃物を粉砕・篩分けしたものから物理的性質の違いを利用した物理選別によって樹脂の含有量を減らすと共に銅を濃縮回収し、その銅含量が４５〜６５％で、樹脂含量が５〜１５％で、その粒径の最大サイズが５ｍｍとなるように調整された銅濃縮物を団鉱機のスクリュウによって脱気しつつ密度を上げた状態で互いに近接し逆方向に同じ速度で回転する２つのロール内に送り、ロール支持圧力が１４０〜１７０Ｋｇ／ｃｍ２で、ロール回転数が１〜３ｒｐｍにて長さ２５〜４５ｍｍで、幅が前記長さの５０〜７０％の大きさに圧縮成型して団鉱とする工程と、
所定の養生期間をおく工程と、そして、
転炉を傾転することなく且つフードを開けることなく前記フードに設けられた装入口から操業中の前記転炉内に前記団鉱を投入する工程と、
を含み構成され、これにより銅濃縮物によるダストを発生させることなく前記銅濃縮物を転炉で処理して粗銅とすることを特徴とする銅濃縮物の固形化による処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の銅濃縮物の固形化による処理方法において、
前記団鉱は、アーモンド形に成型されていることを特徴とする銅濃縮物の固形化による処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の銅濃縮物の固形化による処理方法において、
前記団鉱は、その強度を改善するためのバインダが添加されていることを特徴とする銅濃縮物の固形化による処理方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の銅濃縮物の固形化による処理方法において、
前記団鉱機のロール外周面に形成された前記団鉱の母形であるポケットにその剥離性を高めるために滑沢剤を散布することを特徴とする銅濃縮物の固形化による処理方法。
【請求項５】
銅及び樹脂を含むリサイクル原料である銅滓可燃物を粉砕・篩分けしたものから物理的性質の違いを利用した物理選別によって樹脂の含有量を減らすと共に銅を濃縮回収し、その銅含量が４５〜６５％で、樹脂含量が５〜１５％で、その粒径の最大サイズが５ｍｍとなるように調整された銅濃縮物に、その強度を改善するためのバインダを添加し、前記銅濃縮物を団鉱機のスクリュウによって脱気しつつ密度を上げた状態で互いに近接し逆方向に同じ速度で回転する２つのロール内に送り、ロール支持圧力が１４０〜１７０Ｋｇ／ｃｍ２で、ロール回転数が１〜３ｒｐｍにて長さ２５〜４５ｍｍで、幅が前記長さの５０〜７０％の大きさに圧縮成型して団鉱とし、さらに所定の養生期間をおいた銅濃縮物の固形化物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、銅濃縮物の固形化による処理方法及び銅濃縮物の固形化物に関し、更に詳しくは、リサイクル原料である銅滓可燃物を物理的処理により得られる銅濃縮物を固形化して転炉で処理することにより粗銅を得る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
初めに銅製錬の概略の流れについて説明する。
鉱山から採掘されたままの鉱石は「粗鉱」と呼ばれ、有用鉱物以外に多量の無価値物（脈石）を含んでいることから、「選鉱」と呼ばれる工程により粗鉱から脈石を尾鉱として取り除き高品位の精鉱を製錬に供する。選鉱は鉱物の物理的又は物理化学的性質、例えば密度、硬度、磁性、導電率、湿潤性等の差異を利用して行われる。
【０００３】
選鉱によって得られた精鉱は製錬工程で使用される熱エネルギを節減し、鉱石の炉への供給、運搬などの取り扱いを容易にすると共に、水分による反応性の低下を防止することなどを目的として熱を用いる乾燥が行われる。乾燥は、例えば、僅かに傾斜した長い円筒形の形をした炉を有するロータリキルンと同じ形の回転乾燥機等を用いて行われる。
【０００４】
得られた精鉱を自溶炉４０に酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に吹き込んで瞬間的に化学反応を起こさせてマットとスラグに分離する。図６に示すように、自溶炉４０は反応シャフト４１、セットラ４３、アップテイク４５から構成され、反応シャフト４１には１〜３本の精鉱バーナ４７、４７が備えられている。精鉱はこの精鉱バーナ４７、４７から炉内に吹き込まれる。自溶炉は精鉱の酸化反応熱を利用するため他の方法より燃料消費率が低いという特徴がある。
尚、酸化反応熱だけでは熱量の不足をきたすおそれもあるので、精鉱バーナ４７、４７から重油等で助燃する。
ここで得られたマットには銅が６０〜６５％含まれる。また、スラグには１％前後の銅が含まれるので錬かん炉４９にて錬かんし、銅をマットとして回収し自溶炉４０からのマットとあわせて転炉５０で処理する。
【０００５】
転炉５０は円筒横型でマグネサイト、あるいはクロム・マグネサイト煉瓦で内張りされ、装入・排出に便利なように電動機により前後に傾転できるようになっている（図４参照）。炉の側面下方には多数の羽口５７を有し、これによりゲージ圧で１００ｋＰａ（１ｋｇ／ｃｍ２）程度の加圧空気を直接溶融マットへ吹き込んでいる。
操業は回分でスラグ生成期（造かん期）と造銅期とに分けられ、スラグ生成期ではマット中の鉄をスラグとして除去する。このスラグ生成期を２〜３回繰り返し、生成した白かわが、ある量に達したのち造銅期に入り粗銅を得る。
スラグ生成期、造銅期とも熱源は硫化物の酸化熱を利用し、燃料は用いない。特に造銅期は反応熱が過剰となるので、電解に際して発生するアノードスクラップ（電解残基銅）、銅スクラップなどを処理する。
そして、得られた粗銅を横型傾転タイプあるいは反射炉型の精製炉で粗銅中のＳ、Ｏの調整を実施したのちアノードを鋳造し、電解精錬により高品位の電気銅を得る。
【０００６】
かかる銅製錬の工程において、銅やその他の有価金属を含む廃プリント基板、廃電子・電気部品等のリサイクル原料から銅等の有価金属の回収を行ないリサイクル原料である銅滓可燃物の有効利用を図るためにそれらの銅滓可燃物を転炉にて処理することが行われていた。しかし、銅滓可燃物は、樹脂含量が多いことから、従来は図５に示すように、銅滓可燃物を粉砕、篩分け及び物理選別を行なうことにより樹脂分を除去して銅濃縮物とし、これを転炉で処理していた。
【０００７】
すなわち、銅滓可燃物は樹脂を多量に含むので、これをそのまま転炉で処理した場合にはアフターバーンによるフードの加熱変形と溶損、排ガス道への飛散と溶着による閉塞等を生じさせてしまう。そのため、転炉の排ガス導入系設備の劣化進行が著しくなり、設備保全費用の増加を招くと共に、安定操業が阻害されてしまうという問題を生じていた。そこで、これらの問題を防ぐために銅滓可燃物を粉砕・篩分けし、これを比重差や磁力により、あるいは渦電流選別・静電選別といった電気的選別等の物理選別によって樹脂の含有量を減らすとともに、銅を濃縮回収して銅濃縮物とし、これを転炉で処理していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、粉砕・篩分け等の物理的処理が施された銅濃縮物は粉状であるため銅濃縮物をそのまま転炉に装入すると転炉の排ガス中にダストとして飛散してしまい、その状態のまま転炉で処理することは困難であった。
また、銅濃縮物が転炉でダストを発生することなく処理できればリサイクル原料である銅滓可燃物の処理量を増やすとが可能となる。
さらに、転炉の熱エネルギの有効利用を図ることができる。
そこで、本発明はダストを発生することなく銅濃縮物を転炉で処理することを可能とする銅濃縮物の固形化による処理方法を提供することを目的とする。
また、そのような処理方法によって転炉で処理することを可能とする銅濃縮物の固形化物を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、銅及び樹脂を含むリサイクル原料である銅滓可燃物を粉砕・篩分けしたものから物理的性質の違いを利用した物理選別によって樹脂の含有量を減らすと共に銅を濃縮回収し、その銅含量が４５〜６５％で、樹脂含量が５〜１５％で、その粒径の最大サイズが５ｍｍとなるように調整された銅濃縮物を団鉱機のスクリュウによって脱気しつつ密度を上げた状態で互いに近接し逆方向に同じ速度で回転する２つのロール内に送り、ロール支持圧力が１４０〜１７０Ｋｇ／ｃｍ２で、ロール回転数が１〜３ｒｐｍにて長さ２５〜４５ｍｍで、幅が前記長さの５０〜７０％の大きさに圧縮成型して団鉱とする工程と、所定の養生期間をおく工程と、そして、転炉を傾転することなく且つフードを開けることなくフードに設けられた装入口から操業中の転炉内に団鉱を投入する工程とを含み構成され、これにより銅濃縮物によるダストを発生させることなく銅濃縮物を転炉で処理して粗銅とすることを特徴とする銅濃縮物の固形化による処理方法を提供する。
【００１０】
上記課題を解決するために請求項２記載の発明は、請求項１に記載の銅濃縮物の固形化による処理方法において、団鉱は、アーモンド形に成型されていることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するために請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の銅濃縮物の固形化による処理方法において、団鉱は、その強度を改善するためのバインダが添加されていることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の銅濃縮物の固形化による処理方法において、団鉱機のロール外周面に形成された団鉱の母形であるポケットにその剥離性を高めるために滑沢剤を散布することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために請求項５記載の発明は、銅及び樹脂を含むリサイクル原料である銅滓可燃物を粉砕・篩分けしたものから物理的性質の違いを利用した物理選別によって樹脂の含有量を減らすと共に銅を濃縮回収し、その銅含量が４５〜６５％で、樹脂含量が５〜１５％で、その粒径の最大サイズが５ｍｍとなるように調整された銅濃縮物に、その強度を改善するためのバインダを添加し、銅濃縮物を団鉱機のスクリュウによって脱気しつつ密度を上げた状態で互いに近接し逆方向に同じ速度で回転する２つのロール内に送り、ロール支持圧力が１４０〜１７０Ｋｇ／ｃｍ２で、ロール回転数が１〜３ｒｐｍにて長さ２５〜４５ｍｍで、幅が前記長さの５０〜７０％の大きさに圧縮成型して団鉱とし、さらに所定の養生期間をおいた銅濃縮物の固形化物を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る銅濃縮物の固形化による処理方法及び銅濃縮物の固形化物の好ましい一実施形態について図面に基づいて、更に詳しく説明する。ここで、図１は、本発明に係る銅濃縮物の固形化による処理方法の一実施形態のフローチャートである。廃プリント基板、廃電子・電気部品等のリサイクル原料である銅滓可燃物の銅の含量及び樹脂等の含有量はその種類ごとに異なるが、通常の銅滓可燃物は銅よりも樹脂成分を多量に含んで構成されている。参考として銅を濃縮する前の銅滓可燃物の組成の一例を示すと、Ｃｕ：２４．５％、樹脂：４２．５％、ＳｉＯ２：２０．８％、Ｆｅ：４．８％といった組成となっている。このような銅滓可燃物を粉砕・篩分けし、これを比重差や磁力により、あるいは渦電流選別・静電選別といった電気的選別等の物理選別によって樹脂の含有量を減らすとともに、銅を濃縮回収して銅濃縮物とする（ステップＳ１）。ここで、表１に種々の銅濃縮物の成分について示す。
【００１６】
【表１】
0004595065.tif 000002
【００１７】
銅滓可燃物から銅を濃縮回収して得られた銅濃縮物中の樹脂含量が高いと樹脂は可塑性に乏しいため後述する団鉱機で圧縮成型した後に成型した団鉱が圧縮前の状態の戻る現象を生じるので、転炉処理で要求される強度の団鉱が得られない。
また、銅の含有量が少なく樹脂含量が多い銅濃縮物を転炉で処理するのは問題が多いので銅含量を４５〜６５％、樹脂含量を５〜１５％となるように調整する。例えば、表１の試料Ｂのように銅含有量が少なく樹脂含量が多い銅濃縮物を処理する場合は、表１の試料Ｃのように銅含有量が多く樹脂含量の少ない銅濃縮物と混合することにより銅含有量を４５〜６５％、樹脂含量を５〜１５％となるように調整する（ステップＳ１）。もちろん、表１の試料Ａのように銅含量が４５〜６５％、樹脂含量が５〜１５％である銅濃縮物については混合せずにそのまま使用することもできる。
【００１８】
また、銅濃縮物を圧縮成型し団鉱とする際にその粒径が５ｍｍを超える大きさとなると圧縮成型が困難となるが、銅濃縮物は銅を濃縮し樹脂の含有量を減らす過程でエロホールミル等により粉砕・篩分け等の物理的処理が施されて粉状とされているのでその粒径は５ｍｍを超える場合は少ない。従って、銅濃縮物をそのまま団鉱機に供しても問題はないが、粒径が５ｍｍを超えるような場合にはさらに粉砕機により細かく粉砕して５ｍｍ×５ｍｍのメッシュを通し、その粒径の最大サイズが５ｍｍとなるのものとそれ以上の粒径のものに篩分けして整粒し、粒径の最大サイズが５ｍｍとなるように調整したものを使用するのが好ましい。
【００１９】
一方、団鉱機１０（図２参照）による圧縮力のみでは強度のある団鉱を得にくい場合や団鉱機１０のロール１１ａ、１１ｂとの摩擦を少なくするために銅濃縮物にバインダを添加する（ステップＳ２）。バインダには粉状のものと液状のものがあり、またその作用効果の違いから次の３種類に大別される。
▲１▼  マトリックス系：バインダが銅濃縮物の空隙を充填して粒子間を強く結合させるもの
▲２▼  フィルム系    ：バインダ（液状）の薄膜で銅濃縮物の表面を覆い、バインダの粘着力によって粒子を結合させ、成型後の乾燥で強度を増すもの
▲３▼  反  応  系    ：バインダ又はバインダと銅濃縮物との化学反応に基づく粘結効果によるもの
バインダの使用にあたっては成型前に銅濃縮物との混合を充分に行なう必要がある。特に液体状のバインダは粒子表面への付着を完全にするため、エッジランナーミル、アイリッシュミキサ等による混合が必要である。
【００２０】
マトリックス系バインダには、例えば、コールタールピッチ、パラフィン、アスファルト、ワックス、ポルトランドセメント、砂糖、粘土、澱粉等がある。
また、フィルム系バインダには、例えば、水、パルプ廃液、ピッチエマルジョン、ベンドナイト、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、糖蜜、膠、澱粉、蔗糖、ＰＶＣ（ポリビニルアルコール）、ＣＭＣＮａ（カルボキシメチルセルロースナトリウム）等がある。
さらに、反応系バインダには、例えば、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２＋糖蜜、ケイ酸ナトリウム＋ＣａＣｌ２、ＭｇＯ＋ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ＋Ｆｅ３Ｏ４、ケイ酸ナトリウム＋ＣＯ２等がある。
使用するバインダは無機系であること及びコスト等を考慮すると水ガラスの使用が好ましい。また、水ガラスの添加量は多いほど成型強度が増加する傾向にあるが、６％以上の添加量では成型された団鉱が粘性を帯びて潰れやすくなりロールから排出される時に変形する現象が現れることからその添加量は２〜４％が適当であると考えられる。
【００２１】
次に、調整が終わった銅濃縮物を団鉱機１０により圧縮成型して団鉱を形成する（ステップＳ３）。団鉱機１０は、図２に示すように、互いに近接し、逆方向に同じ速度で回転する２つのロール１１ａ、１１ｂと、ロール１１ａ、１１ｂとの間隙に銅濃縮物を供給するためのホッパ１５と、成型された団鉱を搬送するためのベルトコンベア１７とを有して構成されている。ロール１１ａを支持する軸受けは油圧シリンダ１９で後方から支持され、もう一方のロール１１ｂは団鉱機１０のフレーム１０ａに支持されている。油圧シリンダ１９は不活性ガス或いはＮ２ガスを封入したアキュムレータ１９ａに接続され、アキュムレータ１９ａ内のガス圧によりロール１１ａ、１１ｂ間の成型圧を一定に保持すると共に、過負荷・異物混入時にはロール１１ａが後退して機械本体を保護するようになっている。尚、油圧シリンダ１９の代わりにスプリングを用いたものも利用できる。
【００２２】
ホッパ１５の内部にはスクリュウ１５ａが設けられており、このスクリュウ１５ａによって供給口１５ｂからホッパ１５内に収納された銅濃縮物に含まれる空気が脱気され密度が高められつつロール１１ａ、１１ｂ間へ送られる。ロール１１ａ、１１ｂの表面には成型物の母型である多数のポケット１３、１３が形成され、ロール１１ａ、１１ｂの回転により所定の形状に成型されるようになっている。ポケット１３、１３の形状としては、図３に示すように、例えば、アーモンド形（図３（ａ））、ピロー形（図３（ｂ））、レンズ形（図３（ｃ））、フィンガ形（図３（ｄ））等がある。そして、成型された団鉱はベルトコンベア１７にて搬送される。
【００２３】
ロール１１ａ、１１ｂの外周端の速度と団鉱の移動速度は同じであるが、ポケット１３、１３の底部とロール１１ａ、１１ｂ外周端では周速が異なるため、団鉱表面とポケット１３、１３表面との間で滑りが起こる。そのため、ポケット１３、１３の形状は、円周方向でポケット１３、１３は連続した曲面で形成され、しかも、滑りによる摩擦抵抗の少ない形状であることが要求される。
【００２４】
ピロー形は、中央部と端部の厚さが同じで、端部が鋭角であるため摩擦抵抗が増加し、ポケット１３、１３からの剥離性に影響がある。一方、アーモンド形はそのような摩擦抵抗が少なく剥離性も良好であるため、ポケット１３、１３の形状はアーモンド形とするのが好ましい。また、団鉱のサイズをあまり大きくすると大きな圧縮力が必要となることや団鉱の取り扱い等が不便になるので、その形状は長さが２５〜４５ｍｍで、幅がその長さの５０〜７０％の大きさであることが好ましい。
【００２５】
銅濃縮物の内部摩擦及び銅濃縮物とロール１１ａ、１１ｂの表面との摩擦による抵抗を減少させて成型効果を高めるためロール１１ａ、１１ｂの表面、特にポケット１３、１３に滑沢剤を塗布するのが効果的である。液体の滑沢剤としては、例えば、水、エチレングリコール、潤滑油、グリセリン、シリコン等があり、固体の滑沢剤としては、例えば、タルク、マグネシウムステアレート、グラファイト、パラフィン、ステアリン酸、ワックス、二硫化モリブデン等がある。また、バインダの中には滑沢剤としての効果を兼ねるものもある。
【００２６】
一方、ロール１１ａ、１１ｂの回転数は、時間あたりの回転数が多いほど処理用が多くなることから処理量を決定する上で重要な要素であるが、粉体の圧縮過程に合致した速度であることが必要である。最適な回転数を得るために団鉱機を用いて行った試験結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
0004595065.tif 000003
【００２８】
その結果、１．６ｒｐｍと５．８ｒｐｍとでは圧壊強度に特に顕著な差は見られないが、５．８ｒｐｍの場合は歩留が少し悪くなる。また、スクリュウ１５ａにより銅濃縮物の脱気と嵩密度を上げることによってロール１１ａ、１１ｂの回転速度を増大させることも可能となる。しかし、あまり回転数を上げると圧縮力が銅濃縮物の内部まで伝播せず、圧壊強度及び歩留が低下してしまう。従って、時間あたりの回転数が多いほど処理量が多くなることを考慮してロール１１ａ、１１ｂの回転数は１〜３ｒｐｍであることが好ましいと考えられる。
【００２９】
また、ロール支持圧力について、表３に示すように、１４０ｋｇ／ｃｍ２及び１７０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で圧縮成型試験を行った。落下強度は同一の圧力で成型して得られた団鉱１０個を２ｍの高さからコンクリート床上に落下させ、破損した落下回数と破損率３０％以下の残個数及び＋９．５ｍｍの残存率で示している。その結果、ロール支持圧力が１４０ｋｇ／ｃｍ２及び１７０ｋｇ／ｃｍ２の場合では、いずれのロール支持圧力でも当日より翌日の圧壊及び落下強度が向上しており、養生期間をおくことで所要の強度を得ることができる。従って、ロール支持圧力を１４０〜１７０ｋｇ／ｃｍ２で運転することが好ましいと考えられる。
【００３０】
【表３】
0004595065.tif 000004
【００３１】
ここで、団鉱機１０の動作について簡単に説明する。供給口１５ｂからホッパ１５内に投入された銅濃縮物はスクリュウ１５ａにより攪拌されて脱気されつつ、ロール１１ａ、１１ｂの間隙部に供給される。そして、銅濃縮物は回転するロール１１ａ、１１ｂの表面に団鉱がアーモンド形になるような母型とされたポケット１３、１３内に充填される。ロール１１ａ、１１ｂの表面（特にポケット１３、１３）には予め滑沢剤が塗布されておりその剥離性が改善されている。ロール１１ａ、１１ｂがさらに回転すると銅濃縮物は圧縮され、アーモンド形の団鉱となる。
【００３２】
このようにして得られた団鉱を操業中の転炉５０のフード５１側面に設けられた装入口５３から装入する（ステップＳ４）。従って、転炉５０を傾転してフード５１開けるという作業が必要ないので送風中であっても転炉５０内に装入することができ、転炉５０の操業を阻害せず、転炉５０の生産能力を低下させることなく操業することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、銅濃縮物を圧縮成型して団鉱とし転炉に装入するため、銅濃縮物が転炉の排ガス中にダストとして飛散するとなく処理できるという効果を有すると共に、銅濃縮物を転炉傾転させることなく装入することができるので転炉の操業を阻害せず、これにより転炉の生産能力を低下させることなく操業することができるという効果を有する。
また、銅濃縮物を転炉で故銅（銅スクラップ）として処理することができるので、銅滓可燃物の処理量を増やすことができるという効果がある。
さらに、銅濃縮物を反応熱が過剰となる転炉の造銅期に銅スクラップとして処理することにより、熱エネルギの有効利用を図ることが可能となるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る銅濃縮物の固形化による処理方法の一実施形態のフローチャートである。
【図２】団鉱機の縦断面図である。
【図３】団鉱の形状を示す斜視図であり、（ａ）はアーモンド形、（ｂ）はピロー形、（ｃ）はレンズ形、（ｄ）はフィンガ形を示す。
【図４】（ａ）は転炉の正面図、（ｂ）は転炉の側面図である。
【図５】従来の銅濃縮物処理のフローチャートである。
【図６】自溶炉の縦断面図である。
【符号の説明】
１０    団鉱機
１０ａ    フレーム
１１ａ    ロール
１１ｂ    ロール
１３    ポケット
１５    ホッパ
１５ａ    スクリュウ
１５ｂ    供給口
１７    ベルトコンベア
１９    油圧シリンダ
１９ａ    アキュムレータ
４０    自溶炉
５０    転炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0004595065.tif 000008
【図５】
0004595065.tif 000009
【図６】
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