(57)【要約】【課題】  亜鉛精鉱の焙焼方法および焙焼物の酸処理方法において、亜鉛鉱石中に３％以上の珪酸が含まれる場合の亜鉛精鉱であっても、当該亜鉛精鉱焙焼後の亜鉛の浸出率を低下させない方法を提供する。【解決手段】  焙焼工程にて、珪酸を含有する亜鉛精鉱を焙焼する際、焙焼温度を７００〜９００℃で焙焼する。尚、焙焼に用いる炉は、いわゆる流動焙焼炉を用いればよい。流動焙焼炉は、上述した焙焼温度、焙焼時間、炉内の雰囲気や圧力等の条件設定が可能である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛精鉱から亜鉛を製錬する亜鉛精鉱の処理方法であって、
該亜鉛精鉱には、珪酸が３％以上含まれ、
該亜鉛精鉱を、７００〜９００℃で焙焼することを特徴とする亜鉛精鉱の処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の亜鉛精鉱の処理方法であって、
前記７００〜９００℃で焙焼された亜鉛精鉱の亜鉛を酸溶液に溶解し、当該酸溶液中の亜鉛濃度を１００ｇ／Ｌ以上とすることを特徴とする亜鉛精鉱の処理方法。
【請求項３】
前記酸溶液として、液のｐＨが１．５以上である酸溶液を用いることを特徴とする請求項２に記載の亜鉛精鉱の処理方法。
【請求項４】
流動焙焼炉を用いて、前記焙焼を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の亜鉛精鉱の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛精鉱の処理方法に係り、特には、亜鉛精鉱の焙焼方法および焙焼物の酸処理方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛鉱石には、亜鉛を始めとして多様な成分が含まれる。そのため当該亜鉛鉱石より亜鉛を取り出す際には、まず、当該亜鉛鉱石を粉砕し、当該粉砕物に対し浮遊選鉱等を施して亜鉛品位を向上させ、亜鉛精鉱とする。ここで、亜鉛精鉱といっても、その亜鉛品位は５０％前後であるため、さらに当該亜鉛精鉱から亜鉛を取り出すために様々な工程を経ることとなる。まず、当該亜鉛精鉱を、流体中にて９５０℃以上で加熱して焙焼し、酸化反応を進行せしめて亜鉛焼鉱を得る。得られた亜鉛焼鉱を酸溶液に溶解させて金属分を浸出し、当該浸出された金属分から亜鉛を始めとする各金属分を分離することで、亜鉛の製錬がおこなわれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
亜鉛精鉱を焙焼すると、亜鉛精鉱に含まれる金属硫化物は酸化され、金属酸化物が生成する。当該金属酸化物には、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化珪素などが含有され、さらにはこれら酸化物が複合物となる。ここで、酸化亜鉛は、酸化珪素と複合化され珪酸亜鉛となって含有されている。
ここで、前記焙焼工程の次工程である酸溶液による浸出工程において、浸出の目的物である金属酸化物は概ね溶解される。勿論、珪酸亜鉛となった亜鉛、珪酸もそれぞれ溶解される。ところが、当該珪酸は酸に溶解しイオン化すると、後工程でのｐＨの上昇に伴いゲル化して析出し、当該浸出液の濾過性を悪化させる。この濾過性の悪化を回避するため、前記酸への珪酸溶解量を抑制することが考えられる。ところが、珪酸溶解量を抑制すると、前記酸への亜鉛浸出率も下がる、浸出時間が増大する、という弊害が生じる。さらに、近年は、珪酸含有量の多い亜鉛鉱石が増加し、当該鉱石中に３％以上の珪酸が含まれる場合も増加し、前記焙焼工程における珪酸亜鉛の発生は避けられない状況となってきた。
本発明は、上述の状況を背景になされたものであり、鉱石中に３％以上の珪酸が含まれる場合の亜鉛精鉱であっても、当該亜鉛精鉱焙焼後の亜鉛の浸出率を低下させない方法を提供することである。
尚、本発明において焙焼とは、所定の鉱石が融解しない程度の温度で、当該鉱石と酸素、水蒸気、炭素、塩化物または塩素などを相互に作用させて、後工程の製錬操作において処理し易い化合物に予め変化させる、所定の成分を気化させて除去する等の、製錬の一操作の意味である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行ったところ、たとえ３％以上の珪酸を含まれる鉱石であっても亜鉛精鉱の焙焼温度を制御することで、当該亜鉛精鉱中の珪酸が、浸出工程において酸溶液に溶解し難い形態になることを見出し、本発明を完成した。
【０００５】
即ち、課題を解決するための第１の手段は、
亜鉛精鉱から亜鉛を製錬する亜鉛精鉱の処理方法であって、
該亜鉛精鉱には、珪酸が３％以上含まれ、
該亜鉛精鉱を、７００〜９００℃で焙焼することを特徴とする亜鉛精鉱の処理方法である。
【０００６】
第２の手段は、
第１の手段に記載の亜鉛精鉱の処理方法であって、
前記７００〜９００℃で焙焼された亜鉛精鉱の亜鉛を酸溶液に溶解し、当該酸溶液中の亜鉛濃度を１００ｇ／Ｌ以上とすることを特徴とする亜鉛精鉱の処理方法である。
【０００７】
第３の手段は、
前記酸溶液として、液のｐＨが１．５以上である酸溶液を用いることを特徴とする第２の手段に記載の亜鉛精鉱の処理方法である。
【０００８】
第４の手段は、
流動焙焼炉を用いて、前記焙焼を行うことを特徴とする第１から第３の手段のいずれかに記載の亜鉛精鉱の処理方法である。
【発明の効果】
【０００９】
亜鉛精鉱を焙焼する際、７００〜９００℃の温度で焙焼することにより、珪酸含有率が３％以上と高い亜鉛精鉱であっても、浸出工程後におけるｐＨ上昇の際、当該珪酸のゲル化が抑制され、当該亜鉛精鉱焙焼後の亜鉛の浸出率を低下させず、高い生産性をもって亜鉛精鉱から亜鉛を回収することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
亜鉛精鉱は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）５０％以上、鉄（Ｆe）１０％以上を含有しており、これら金属元素は硫化物の形で存在している。当該亜鉛精鉱は、さらに珪素（Ｓｉ）を珪酸（ＳｉＯ２）の形態で含有している。当該亜鉛精鉱の珪酸含有量は、原料である亜鉛鉱石の産地等により変動するが、近年は、３％以上（但し、珪素（Ｓｉ）分としては１．４％以上）である高珪酸の亜鉛精鉱が増加している。（尚、本発明において特に記載がない場合、％表示は質量％を意味する。）
【００１１】
亜鉛精鉱は亜鉛製錬の製錬原料である。亜鉛製錬にはいくつかの方法があるが、亜鉛精鉱を焙焼工程において焙焼し、当該焙焼後の鉱石を浸出工程において酸で浸出し、当該酸に溶解した亜鉛と種々の混在金属とを後工程にて、分離し、さらに電解採取により純亜鉛を得る方法が一般的である。ここで、焙焼工程は、当該亜鉛製錬工程において源流側の工程であるため、当該焙焼によって生じる産物により、浸出工程等の後工程は大きな影響を受ける。また、前記亜鉛精鉱に含まれる、珪素等の元素の存在によっても、浸出工程等の後工程の生産性は大きく左右される。
【００１２】
まず、亜鉛精鉱中の珪酸濃度について説明する。
亜鉛精鉱中の珪酸濃度は、原料鉱石である元鉱の含有量に大きく左右される。元鉱から亜鉛精鉱を得るまでの前処理において、珪酸濃度の多少の制御は可能であるが、前処理のコスト増から珪酸を大きく除くのは困難である。逆説すれば、珪酸をより多く含む亜鉛精鉱が、亜鉛原料と使用可能となれば、当該前処理のコスト増を抑制できることとなる。近年、原料鉱石である元鉱の産地により珪酸含有量が増加する傾向にあり、３％以上の珪酸を含有する亜鉛精鉱を製錬原料として用いざるを得ない場合が増えてきた。尚、当該珪酸含有量の上限は２０％程度である。珪酸含有量が２０％を超える亜鉛精鉱の製錬は、費用対効果の観点から困難と考えられるためである。
尚、本発明において、亜鉛精鉱中の珪酸濃度とは、亜鉛精鉱中の珪素量を分析し、当該珪素が全て珪酸として存在するとした場合の濃度である。
【００１３】
次に、焙焼工程について説明する。
焙焼工程は、酸素を含有する酸化雰囲気の中で鉱石を加熱して焼鉱とし、当該鉱石中の硫化物を酸化物に変化させる工程のことをいう。上述したように亜鉛精鉱中の亜鉛も硫化物であり、この硫化亜鉛を当該焙焼によって、酸に浸出し易い酸化亜鉛とさせる。
【００１４】
本発明者らは従来の常識に反し、たとえ、９００℃以下の焙焼温度であっても亜鉛が酸化されるため、珪酸が亜鉛との反応を抑制することにより亜鉛精鉱の焙焼が可能であることを見出した。さらに、本発明者らは、当該焙焼の際、温度が７００〜９００℃、さらに好ましくは８２０〜８７０℃であると、焙焼後の亜鉛の酸化が充分達成され、且つ、当該焙焼に伴う珪酸亜鉛の生成が抑止され、後工程における珪酸亜鉛による弊害を回避できることを見出した。このように当該焙焼温度を９００℃さらに好ましくは８７０℃以下とすることで、何故、珪酸亜鉛のような反応生成物の生成が抑制されるのかについての詳細な理由は不明である。しかし、当該焙焼温度は、重要な反応条件であり、各種反応の進行速度のみならず、反応生成物の形態を決定しているものと考えられる。
【００１５】
尚、焙焼温度は、焙焼中の亜鉛精鉱内の温度を測定することが望ましいが、より容易に測定できる炉の設定温度をもって代替させ、この代替値を用いて制御しても良い。本発明においては、当該代替値として床温度を用いた。一方、焙焼時間は、焙焼温度と炉内の雰囲気や圧力、鉱石の攪拌状況に応じ、適値を求めて設定すればよい。さらに、焙焼に用いる炉は、いわゆる流動バイ焼炉を用いればよい。流動バイ焼炉は、上述した焙焼温度、焙焼時間、炉内の雰囲気や圧力等の条件設定が可能である。例えば、亜鉛精鉱ＤＯＲＲ式やＬＵＲＧＩ式の流動バイ焼炉が便宜に適用可能である。
【００１６】
次に、浸出工程について説明する。
焙焼された亜鉛精鉱である亜鉛焼鉱から亜鉛を浸出溶解するために、当該亜鉛焼鉱は酸溶液と混合され、亜鉛を酸溶液中に溶解する浸出液を得る。このとき、生産性の観点より、当該亜鉛焼鉱から、より多く亜鉛が酸に溶解される事が望ましく、より短時間に処理されることが望ましい。さらに、実操業において、酸による浸出後の浸出液の組成は、一定であることが後工程の管理上望まれている。このような場合、当該酸浸出液に溶解する亜鉛量が所定の値となった時点で、その当該所定量の亜鉛を含む浸出液を次の工程に導入する。
【００１７】
上述したように、亜鉛の溶解量が所定の値に保ちたい場合にあっては、当該酸浸出液中の亜鉛以外の成分の溶解量や安定性が問題となり、後工程においてなんら目的とならない金属成分は、溶解されないことが望ましい。特に、珪酸の場合は、当該酸浸出液中の溶解量が低いことが望まれている。従来、珪酸が低濃度であった場合は、珪素の浸出率は５５％以下であり、当該浸出率が５５％以下になれば従来の工程でもそのまま適用可能となり、設備コスト、管理コスト、条件変更コスト等の大幅な費用の増大を避けることが可能である。
【００１８】
本発明では、上述した亜鉛精鉱の焙焼温度を７００〜９００℃に制御する構成により、亜鉛の浸出率を改善し、珪酸などの溶解を抑制することが可能となった。（尚、亜鉛の浸出率とは、投入した焼鉱中の亜鉛質量と、浸出に用いた酸浸出液中の亜鉛質量との比のことである。）すなわち、焙焼温度制御によって反応生成物の形態が制御できたものと考えられる。この結果、亜鉛精鉱に珪酸が３％以上含まれ、且つ、酸浸出液中の亜鉛の濃度を１４０ｇ／Ｌ程度まで高めた場合であっても、酸浸出液中への、珪酸の溶解量を１４００〜３０００ｍｇ／Ｌと低濃度に抑制できた。この結果、当該酸浸出液中の珪酸の溶解量は、従来の方法に比べ半減以上の低減となった。
【００１９】
すなわち本発明は、酸浸出液中の亜鉛の濃度を１００ｇ／Ｌ以上としたい場合にあって特に有効である。尚、酸浸出液中の亜鉛の濃度は、１００〜２００ｇ／Ｌ以上が実用上好ましく、さらには１００〜１６０ｇ／Ｌ程度が好ましい。
【００２０】
尤も、亜鉛焼鉱の浸出の際には、浸出液である酸のｐＨ値も重要な要因となっている。亜鉛精鉱中に珪酸が多く含有される場合はｐＨ値（水素イオン指数）は低いことが望まれ、従来は、ｐＨ１．５以下であることが望ましいとされてきた。これは、ｐＨ値の上昇による、珪酸のゲル化を抑制するためである。しかし、ｐＨ値を低めることで、当然ながら、亜鉛焼鉱中に含まれる亜鉛以外の望まれない成分も酸浸出液に溶解される。
【００２１】
これに対し、本発明に係る亜鉛焼鉱においては、上述したように珪酸が酸に溶け難い形態であると考えられるため、酸浸出液のｐＨ値を１．５〜４．５に設定して浸出を行うことが可能である。この結果、望まれない成分の酸浸出液への溶解を抑制でき、また酸浸出液中の酸が弱いので、設備コスト等の抑制も可能となった。尚、酸浸出液の酸としては、硫酸、硫酸基をもつ酸が好ましいが、他に、塩酸、硝酸等も諸条件を設定すれば使用可能である。
【実施例】
【００２２】
（実施例）
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明するが、本発明は本例のみに限られるものではない。
まず、珪酸含有量の異なる種類の亜鉛精鉱試料を準備した。
当該亜鉛精鉱試料を、試料Ａ、Ｂとし、その分析結果を表１に記載した。尚、試料Ａ、Ｂとも鉱石であるため、各成分の含有量は、表１に示した値に対して１０％程度は、ばらつく可能性がある。
この試料Ａ、Ｂをそれぞれ、流動バイ焼炉へ、２０トン/Ｈｒでチャージするように投入し、各試料中の硫化物が酸化物となるために必要な酸素量を１とした場合、酸素量が１．１となるように、炉内への空気投入量を制御した。尚、当該空気投入は、各試料Ａ、Ｂと空気とがよく混合できるように、炉下部から投入した。
焙焼温度は、７２０℃〜８７０℃の範囲で５０℃毎に設定した。設定した焙焼温度は、焙焼中に変更せず恒温とし、焙焼時間は、いずれも５時間とした。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
焙焼後に得られた亜鉛焼鉱は、炉外に一旦放置し冷却した。このとき得られた亜鉛焼鉱試料の成分分析結果を表２に記載した。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
冷却完了後の亜鉛焼鉱を酸浸出液中に２５ｇ／Ｌ投入し、浸出を行った。ここで酸浸出液として硫酸溶液を用い、その硫酸濃度は１６０ｇ／Ｌとした。
尚、本実施例においては、酸浸出液に浸出される亜鉛濃度を一定とした場合における、珪酸等の溶解量を測定した。
通常の浸出では、ｐＨ４〜５になるまで焼鉱を添加し、亜鉛の濃度を１４０ｇ／Ｌ程度まで高める必要があるが、その場合、浸出が進むにつれてｐＨが上昇しＳｉＯ２の浸出挙動が変化する。そこで本実施例では、浸出后液中の亜鉛濃度を１４０ｇ／Ｌと規格化した場合におけるＳｉＯ２の溶解量を算出し、当該算出量を珪酸の濃度とした。浸出時における酸浸出液の液温は、初期設定を５０℃とし浸出時間は１時間とした。なお、浸出中は当該酸浸出液を攪拌した。
そして、酸浸出液中の亜鉛量から、次式により浸出率を算定した。
浸出率％＝（硫酸中の亜鉛濃度×液量）÷（焼鉱中の亜鉛濃度×投入量）
このときの、亜鉛焼鉱試料Ａ、Ｂの酸浸出液の成分分析結果を表３に、珪素、亜鉛、鉄鉛の各浸出率を表４に、浸出后液の成分分析結果を表５に記載した。さらに、試料Ａについて焙焼温度と、亜鉛・珪素の浸出率との関係について表４のデータより図１に、浸出后液中の珪素濃度との関係について、表５のデータより図２に示した。以下同様に、試料Ｂについて焙焼温度と、亜鉛・珪素の浸出率との関係を図３に、浸出后液中の珪素濃度との関係を図４に示した。
ここで、図１、３は、縦軸に浸出率、横軸に温度をとったグラフで、珪素の浸出率を実線、亜鉛の浸出率を破線で示している。また、図２、４は、縦軸に濃度、横軸に温度をとったグラフで、珪素濃度を実線で示している。
【００２７】
【表３】
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【表４】
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【表５】
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【００２８】
尚、鉱石、焼鉱、浸出液中の金属成分の分析は、ＩＣＰ（高周波プラズマ発光測定装置）を用いて行ったが、他の化学分析等によっても分析可能である。
【００２９】
これらの測定結果より、高珪酸の亜鉛精鉱の処理においても、焙焼温度を７００〜９００℃とすることで、亜鉛の浸出率を８０％程度と高浸出率を維持しながら珪素の浸出率を５５％以下に抑制可能であり、亜鉛製錬において好適な浸出液が得られることがわかった。さらに、亜鉛の浸出において、所望の亜鉛濃度まで浸出を行う場合にも、珪素の浸出を抑制することが可能となり、高珪酸の亜鉛精鉱の処理が可能となった。
【００３０】
（比較例）
比較のために、実施例と同一の鉱石を用い、焙焼温度を９２０℃、９７０℃とした以外は、実施例と同様の、処理と測定とを行った。その結果を表１〜５に示す。当該結果から明らかなように、焙焼温度が９２０℃、９７０℃の場合では、珪素の浸出率が５５％を超えて浸出されている。従って、当該浸出液を用いる場合は、生産性の低下につながるものと考えられ、工程の濾過条件、濾過機の変更等に伴う設備の大規模化等が必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】試料Ａについて焙焼温度と亜鉛・珪素の浸出率との関係を示したグラフである。
【図２】試料Ａについて焙焼温度と浸出后液中の珪素濃度との関係を示したグラフである。
【図３】試料Ｂについて焙焼温度と亜鉛・珪素の浸出率との関係を示したグラフである。
【図４】試料Ｂについて焙焼温度と浸出后液中の珪素濃度との関係を示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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