(57)【要約】【課題】銅製錬において転炉から排出されるスラグを製鉄原料に変換するための処理方法を提供する。【解決手段】  銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去とを行うことを含み、還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去とを行うことを含み、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法。
【請求項２】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去と、還元銅のスラグからの沈降分離とを行うことを含み、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法。
【請求項３】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去とを行い、次いで、還元銅をスラグと共に還元炉からセットリング炉へ移送し、セットリング炉内で還元銅のスラグからの沈降分離を行うことを含み、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法。
【請求項４】
転炉スラグを溶融状態で保持し、還元炉へ供給する転炉スラグの供給量の調節を行うための保持炉から、転炉スラグが還元炉に装入される請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
還元炉へ供給する前の転炉スラグを予備還元することを更に含む請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
予備還元を保持炉で行う請求項５に記載の方法。
【請求項７】
還元銅をスラグから沈降分離した後のスラグを破砕処理することを更に含む請求項１又は２に記載の方法。
【請求項８】
還元炉において、スラグ中に含まれるＦｅ3Ｏ4をＦｅＯまで加熱還元する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
保持炉から還元炉へ向かうスラグ内に還元剤を投入する請求項４〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
転炉から保持炉へ向かうスラグ内に還元剤を投入する請求項４〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
還元炉でスラグを還元するための還元剤が、該スラグの質量に対して１〜１０質量％のコークスである請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理システムであって、
転炉スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分を加熱還元するための還元炉と、
揮発した還元亜鉛を除去するために還元炉に設けられた排気手段と、
沈降分離した還元銅を還元炉から抜き取るための抜取手段と、
を備え、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行うシステム。
【請求項１３】
スラグの破砕処理手段と、還元炉から排出されたスラグをスラグの破砕処理手段へ移送するための移送手段を更に備える請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理システムであって、
転炉スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分を加熱還元するための還元炉と、
揮発した還元亜鉛を除去するために還元炉に設けられた排気手段と、
還元銅をスラグから沈降分離するためのセットリング炉と、
還元炉から排出されたスラグをセットリング炉へ移送するための移送手段と、
沈降分離した還元銅をセットリング炉から抜き取るための抜取手段と、
を備え、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行うシステム。
【請求項１５】
スラグの破砕処理手段と、セットリング炉から排出されたスラグをスラグの破砕処理手段へ移送するための移送手段を更に備える請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
転炉スラグを溶融状態で保持し、還元炉へ供給する転炉スラグの供給量の調節を行うための保持炉と、保持炉から排出された転炉スラグを還元炉に移送するための移送手段とを更に備える請求項１２〜１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
還元炉へ供給する前の転炉スラグを予備還元するための予備還元炉を更に備えた請求項１２〜１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
保持炉が予備還元炉を兼ねている請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅製錬において転炉から排出されるスラグを乾式処理する方法及びシステムに関する。とりわけ、本発明は、銅製錬において転炉から排出されるスラグを製鉄原料に変換するための乾式処理方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
銅製錬の一般的手順は以下である。原料となる銅精鉱を自溶炉で酸化反応させ、銅品位約６８％のマットと、酸化鉄及び珪酸を主成分とする自溶炉スラグとを生成させ、これらを分離する。その後、マットを転炉に装入し、銅品位約９９％の粗銅と珪酸系酸化鉄を主成分とする転炉スラグとを生成させ、これらを分離する。粗銅は精製炉において更に銅純度を上げたアノードに鋳造し、このアノードを電解精製し、電気銅に仕上げる。
【０００３】
一方、転炉スラグは、固化してから粉砕し、その後浮選により銅分を回収するスラグ選鉱法が主として採用されている（資源素材学会誌、「資源と素材」１９９３．１２，Ｖｏｌ  １０９「非鉄製錬号」第９５４，９６５頁、「資源と素材」１９９７．１２，Ｖｏｌ  １１３「リサイクリング大特集号」第９９６頁左欄、最終パラグラフ）。スラグ選鉱工程では、Ｃｕ品位の高いスラグ銅精鉱（約２５％Ｃｕ）とＣｕ品位の低い鉄精鉱（約０．６％Ｃｕ）に分離され、スラグ銅精鉱は自溶炉に繰り返して処理し、鉄精鉱は主にセメント原料として利用することができる。
【０００４】
また、溶融状態の転炉スラグ中に含まれる酸化銅及びＦｅ3Ｏ4をコークス、石炭等の固体還元剤または、気体、液体の還元剤をスラグ中に吹込んで還元し、銅品位１％以下の脱銅スラグと粗銅を得るスラグの処理法が特開昭５３−２２１１５号公報に記載されている。
【０００５】
チリのＣｏｄｅｌｃｏ社、Ｃａｌｅｔｏｎｅｓ製錬所では、溶融状態の転炉スラグ中に微粉炭を吹き込み、スラグ中のマグネタイトを還元してスラグ中の銅分を回収する方法が実用化されている（Rolando Campos and Luis Torres, CALETONES SMELTER:TWO DECADES OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENTS, The Paul E. Queneau International Symposium, Ontario, CANADA(1993)）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５３−２２１１５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】資源素材学会誌、「資源と素材」１９９３．１２，Ｖｏｌ  １０９「非鉄製錬号」第９５４，９６５頁
【非特許文献２】資源素材学会誌、「資源と素材」１９９７．１２，Ｖｏｌ  １１３「リサイクリング大特集号」第９９６頁左欄、最終パラグラフ
【非特許文献３】Rolando Campos and Luis Torres, CALETONES SMELTER:TWO DECADES OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENTS, The Paul E. Queneau International Symposium, Ontario, CANADA(1993)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、我が国のセメント業界が縮小傾向にあり、転炉スラグを特許文献１に記載のようなスラグ選鉱法で処理して得られる鉄精鉱の利用先の確保が困難となりつつあることから、転炉スラグの新たな利用ルートが望まれる。この点、転炉スラグは鉄分を約５０質量％含んでおり、製鉄原料として利用できる可能性があるが、転炉スラグは銅分を約４質量％、亜鉛分を約２質量％含んでおり、製鉄原料として利用するには銅品位及び亜鉛品位が高すぎる。スラグ選鉱法で処理して得られる鉄精鉱であっても、銅分を約０．６質量％、亜鉛分を約２．５質量％含んでおり、やはり製鉄原料として利用するには銅品位及び亜鉛品位が高い。製鉄原料として利用するためには銅分が０．３質量％以下、亜鉛分が１質量％以下とすることが望まれる。非特許文献１〜３に記載の方法で転炉スラグを処理した場合も、やはり銅分及び亜鉛分の品位が高く、製鉄原料としては不適である。
【０００９】
そこで、本発明は銅製錬において転炉から排出されるスラグを製鉄原料に変換するための処理方法及びシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、亜鉛製錬に一般に適用されるスラグフューミング法を採用して還元炉で、還元剤の投入量を所定の範囲に規定して、スラグから亜鉛を揮発除去する一方で銅を還元し、次いで、還元炉内で、又は還元炉に直列配列されたセットリング炉にスラグを移行した上でセットリング炉内で、銅を沈降させて還元粗銅とスラグに分離するスラグの処理方法を創作した。本方法により、転炉スラグを、銅品位及び亜鉛品位が製鉄原料として利用可能なレベルにまで低下したスラグへ変換することが可能となる。また、銅の沈降分離を還元炉ではなくセットリング炉で別途行うことで、転炉スラグの連続処理が可能となる。
【００１１】
一般に、スラグフューミング法は、溶融状態のスラグを加熱還元してスラグ中のＺｎ、Ｐｂ、Ａｓ等の金属を揮発させるもので、例えば、ガス吹き込み用のランス又は炉下部に羽口を備えた還元炉を用いる。炉内に装入したスラグにランス又は羽口の先端から還元剤（例：プロパンガスや重油）と燃焼用空気を噴出させることにより、スラグ中の金属を還元・揮発する処理である。処理後のスラグは炉底部から抜き出され、揮発金属は炉頂部から回収される。
【００１２】
スラグフューミング法は亜鉛製錬におけるスラグ処理では一般的であるが、本発明のように銅製錬の転炉スラグ処理に適用されることは従来なかったし、その必要性もなかった。従って、本発明はスラグフューミング法を銅製錬の転炉スラグ処理に適用した点に大きな特徴がある。また、還元炉から抜き出されたスラグをセットリング炉に移送し、ここで還元銅の沈降分離及び銅回収を行う実施態様では、転炉スラグの連続処理が可能になり、実操業上極めて有利である。
【００１３】
従って、本発明は一側面において、銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去とを行うことを含み、還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法である。
【００１４】
本発明は別の一側面において、銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去と、還元銅のスラグからの沈降分離とを行うことを含み、還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法である。
【００１５】
本発明は更に別の一側面において、銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去とを行い、次いで、還元銅をスラグと共に還元炉からセットリング炉へ移送し、セットリング炉内で還元銅のスラグからの沈降分離を行うことを含み、還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法である。
【００１６】
本発明に係る方法の一実施態様においては、転炉スラグを溶融状態で保持し、還元炉へ供給する転炉スラグの供給量の調節を行うための保持炉から、転炉スラグが還元炉に装入される。
【００１７】
本発明に係る方法の別の一実施態様においては、還元炉へ供給する前の転炉スラグを予備還元することを更に含む。
【００１８】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、予備還元を保持炉で行う。
【００１９】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、還元銅をスラグから沈降分離した後のスラグを破砕処理することを更に含む。
【００２０】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、還元炉において、スラグ中に含まれるＦｅ3Ｏ4をＦｅＯまで加熱還元する。
【００２１】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、保持炉から還元炉へ向かうスラグ内に還元剤を投入する。
【００２２】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、転炉から保持炉へ向かうスラグ内に還元剤を投入する。
【００２３】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、還元炉でスラグを還元するための還元剤が、該スラグの質量に対して１〜１０質量％のコークスである。
【００２４】
本発明は更に別の一側面において、
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理システムであって、
転炉スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分を加熱還元するための還元炉と、
揮発した還元亜鉛を除去するために還元炉に設けられた排気手段と、
沈降分離した還元銅を還元炉から抜き取るための抜取手段と、
を備え、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行うシステムである。
【００２５】
本発明に係るシステムの一実施態様においては、スラグの破砕処理手段と、還元炉から排出されたスラグをスラグの破砕処理手段へ移送するための移送手段を更に備える。
【００２６】
本発明は更に別の一側面において、
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理システムであって、
転炉スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分を加熱還元するための還元炉と、
揮発した還元亜鉛を除去するために還元炉に設けられた排気手段と、
還元銅をスラグから沈降分離するためのセットリング炉と、
還元炉から排出されたスラグをセットリング炉へ移送するための移送手段と、
沈降分離した還元銅をセットリング炉から抜き取るための抜取手段と、
を備え、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空気比０．２５〜１．０に制御しながら行うシステムである。
【００２７】
本発明に係るシステムの一実施態様においては、スラグの破砕処理手段と、セットリング炉から排出されたスラグをスラグの破砕処理手段へ移送するための移送手段を更に備える。
【００２８】
本発明に係るシステムの更に別の一実施態様においては、転炉スラグを溶融状態で保持し、還元炉へ供給する転炉スラグの供給量の調節を行うための保持炉と、保持炉から排出された転炉スラグを還元炉に移送するための移送手段とを更に備える。
【００２９】
本発明に係るシステムの更に別の一実施態様においては、還元炉へ供給する前の転炉スラグを予備還元するための予備還元炉を更に備える。
【００３０】
本発明に係るシステムの更に別の一実施態様においては、保持炉が予備還元炉を兼ねている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、転炉スラグを、銅品位及び亜鉛品位が製鉄原料として利用可能なレベルにまで低下したスラグへ連続的に変換することが可能となる。また、スラグからの銅回収効率を高めることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】転炉スラグの連続処理システムの一発明例を示す。
【図２】転炉スラグのバッチ処理システムの一発明例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明に係る転炉スラグの処理方法及びシステムの実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００３４】
一般に、銅製錬工程において転炉から排出されるスラグの組成は、鉄分（主にＦｅ3Ｏ4やＦｅＯとして）：５０〜６０質量％、ケイ素分（主にＳｉＯ2として）：２０〜２５質量％、銅分（主にＣｕＳあるいはＣｕ2ＯやＣｕＯとして）：３〜１０質量％、亜鉛分（主にＺｎＯとして）：３〜６質量％、アルミニウム分（主にＡｌ2Ｏ3として）：１〜３質量％である。また、このうち、Ｃｕ単独では、通常、１〜５質量％含まれている。
従って、本発明において、「転炉スラグ」とは、実際に銅製錬における転炉から排出されるスラグのみならず、銅製錬における転炉スラグと同様の組成を有するスラグも指す。例えば、銅製錬の自溶炉スラグ中には原料鉱石及び溶剤の珪酸鉱に由来するＡｌ2Ｏ3が３〜５％程度含まれており、製鉄原料として利用するにはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）品位が高すぎる。しかしながら、原料鉱石及び珪酸鉱中のアルミナ品位が低く、自溶炉スラグ中のアルミナ品位が低い場合には本発明を適用することができる。
【００３５】
（連続処理システム）
まず、転炉スラグを連続処理するシステムについて説明する。図１を参照すると、転炉（図示せず）から１２００〜１３３０℃の溶融状態で受入樋１に流入したスラグは、溶融状態を保ったまま保持炉２へ導入される。保持炉２へのスラグの導入は溶融状態でなくてもよく、例えば、ホッパーで粒状のスラグを受け入れ、それを保持炉２に導入することもできる。保持炉２に導入されたスラグは溶融状態が維持される。保持炉２は還元炉４へのスラグの供給量を調節するための役割を果たす。例えば、還元炉４に常に一定流量のスラグを供給することでスラグ処理システムの安定的な連続操業を支援する。
【００３６】
保持炉２を出たスラグは溶融状態でスラグ樋３を通って還元炉４に装入される。還元炉４では、スラグ中の亜鉛分及び銅分その他の金属成分が還元される。また、スラグ中にはマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）もかなりの量で含まれるが、これがＦｅＯに還元されることで、スラグの粘性を下げることができる。スラグの粘性が下がると、スラグ中に懸垂している還元銅が沈降分離しやすくなり、次工程での銅の回収率が高まる。
【００３７】
還元剤としては、限定的ではないが、コークス及び石炭などの固体炭素質還元剤、水素及び炭化水素（メタン、エタン、プロパン、ブタンなど）などの気体還元剤、石油及び重油などの液体還元剤が挙げられる。典型的にはＬＰＧを使用することができる。還元剤は、還元炉４内に装入したスラグに炉頂部から挿入したランス５の先端から燃焼用空気と共に噴出させる上吹き込み方法が好ましい。これにより、還元炉４内で溶融しているスラグが強攪拌され、スラグと還元剤の反応効率を高めることが可能となる。ランスの先端はスラグ内に浸漬してもよい。還元剤の供給は炉底部に設けた羽口を利用することもできる。また、還元剤の導入流量や還元時間を増大させることで、還元反応効率を高めることができる。すなわち、スラグ中の亜鉛品位や銅品位を低下させることができる。
【００３８】
還元炉４では、例えば、還元剤としてプロパンを使用した場合、以下のような還元反応が起きる。
１０Ｃｕ2Ｏ  ＋  Ｃ3Ｈ8  →  ２０Ｃｕ  ＋  ３ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2Ｏ
１０ＺｎＯ  ＋  Ｃ3Ｈ8  →  １０Ｚｎ  ＋  ３ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2Ｏ
１０Ｆｅ3Ｏ4  ＋  Ｃ3Ｈ8  →  ３０ＦｅＯ  ＋  ３ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2Ｏ
【００３９】
還元炉４でスラグを還元するための還元剤は、特に限定されないが、例えば、重油、ＬＰＧ、コークスを用いることができる。コークスを用いる場合、その投入量は、スラグの質量に対して１〜１０質量％であるのが好ましい。
【００４０】
還元炉４への還元剤投入量に対して空気吹き込み量は、空気比０．２５〜１．０に制御されている。還元反応は吸熱反応のため、還元が進行するとスラグ温度が低下する。スラグ温度が低下しないように還元と同時に熱補填する必要があるが、空気比が０．２５未満であれば熱補填が足りず、スラグ温度が低下し、スラグの流動性悪化、メタルとの分離性悪化などの原因となる。また、例えば、空気比０．５の場合、還元剤の５０％が空気と燃焼して熱補填に使われ、残りの５０％がスラグの還元に使われるが、この空気比が１．０超であれば、還元剤が空気と全て燃焼してしまい、還元剤としての効力が無くなってしまう。
【００４１】
還元炉４で用いる還元剤がコークスである場合は、保持炉２から還元炉へ向かうスラグ内に投入してもよい。具体的には、保持炉２から還元炉４へスラグを流すスラグ樋３において投入してもよく、また、還元炉４内へのスラグの落ち口に投入してもよい。これは、コークスは、還元炉４においてスラグ上に投入した場合はその還元効率が低いため、スラグ中に巻き込まれるように投入するのが好ましいためである。
【００４２】
還元された亜鉛はスラグ相から揮発し、他の揮発成分あるいは微細なスラグ粒子と共にスラグフューミングとして煙道６から排出され、硫酸工場へ導入される。硫酸工場までの煙道の途中にはバグフィルター７が設置されており、これによって亜鉛は回収することができる。また、排ガス温度を低下させる目的で、煙道に冷却水を噴霧したり、水冷塔（図示せず）を設置したりすることもできる。還元亜鉛は煙道６への移動途中で空気等によって酸化し、酸化亜鉛としてバグフィルター７で回収することもできる。スラグフューミングダスト中には鉛も含まれるのが通常である。
【００４３】
還元反応後、還元銅を含むスラグは還元炉４から排出されると溶体樋８を通って溶融状態のままセットリング炉９へ導入される。還元銅はここでスラグとの比重差によって沈降分離する。沈降分離を還元炉４で行わず、セットリング炉９を別に設けて行うことにより、連続操業が可能となる。沈降分離の時間を長くすることで沈降分離の効率を高め、スラグ中の銅品位を低下させることができる。逆に言えば、銅の回収効率を高めることができる。
【００４４】
沈降分離後、還元銅は粗銅樋１０を通って抜き出される。還元銅は４０〜８０質量％の銅品位を有することができ、転炉に繰り返すことができる。一方、還元銅が分離されたスラグはスラグ樋１１を通ってスラグ破砕設備１２へと移送され、利用しやすい適度な粒度に破砕される。破砕設備としては、限定的ではないが、例えば、水砕機、破砕機、摩砕機等の組み合わせなどが挙げられる。還元スラグの製鐵原料化を考える場合、高炉メーカーはＺｎ品位の制約があるため、Ｚｎ品位の低減が必要となる。一方、電炉メーカーではＺｎ品位は問題としておらず、Ｃｕ品位を０．ｎ％まで低減することおよび形状を２０〜３０ｍｍ程度の塊状とすれば原料として使用できるという所もある。このような場合には、セットリング炉の後段は水砕設備でなく、塊状に凝固し、破砕処理が必要となる。
【００４５】
以上の工程を経ることで、スラグ中の銅品位を０．３質量％以下に、亜鉛品位を１％以下に低下させることが可能である。そのため、本発明によって処理されたスラグは製鉄原料として利用可能である。
【００４６】
本実施形態では、転炉スラグを連続処理することができる。そのため、システムの連続運転中は、炉内での還元反応及び還元亜鉛の揮発除去、セットリング炉での還元銅の沈降分離、スラグ破砕設備でのスラグの破砕処理は同時進行することができる。
【００４７】
（バッチ処理システム）
次に、転炉スラグをバッチ処理するシステムについて説明する。図２を参照すると、転炉（図示せず）から１２００〜１３３０℃の溶融状態で受入樋１に流入したスラグは、溶融状態を保ったまま還元炉４に装入される。還元炉４では、スラグ中の亜鉛分及び銅分その他の金属成分が還元される。使用可能な還元剤や還元炉４内での還元反応は連続処理システムの場合と同様である。還元された亜鉛の回収についても連続処理システムの場合と同様である。
【００４８】
還元反応後、還元銅は還元炉４内で沈降分離する。沈降分離後、還元銅は粗銅樋１０を通って抜き出される。一方、還元銅が分離されたスラグはスラグ樋１１を通ってスラグ破砕設備１２へと移送され、利用しやすい適度な粒度に破砕される。処理スラグは製鉄原料として利用可能である。還元炉は並列に複数基設置してもよい。
【００４９】
また、本発明では、上述の還元炉４へ供給する前の転炉スラグを予備還元するための予備還元炉をさらに設けてもよい。このように、還元炉４へ供給する前の転炉スラグを予備還元すれば、スラグに含まれている酸化銅の一部も還元して分離回収することができる。このため、還元炉での還元剤の使用量を減らすことができ、さらにそれによって設備の縮小化が可能となる。すなわち、還元炉における負荷を低減することが可能となる。ここで、予備還元の程度は、特に限定されないが、例えば、転炉スラグにおいて銅を２．５質量％以下、亜鉛を１．５質量％以下まで低減させておくことが望ましい。また、予備還元は、１２００〜１３００℃で行う。予備還元炉は、保持炉２が兼ねていてもよい。この場合、既存の設備を効率的に用いることができるため、製造コストが良好となる。また、保持炉２によって予備還元を行うことで、転炉スラグのバッチ毎の組成のばらつきを小さくすることが可能となり、還元炉４へ装入するスラグの組成が安定することで、還元炉４への還元剤の投入量、及び、一次燃焼空気量の調整が容易となる。予備還元に用いる還元剤は、特に限定されないが、例えば、コークスや石炭等の固体還元剤を用いることができる。このような固体還元剤を用いると、保持炉２での予備還元が可能となる。ここで、保持炉２への還元剤の投入方法は、転炉からのスラグの移送に用いられる受入樋１からコークスや石炭を溶融されたスラグ中に投入するか、もしくは、保持炉２へのスラグの投入口付近で投入することで実施される。このようにして還元剤を溶融したスラグ中に投入することで、還元剤がスラグとよく攪拌されて保持炉２内に投入されるので、スラグの還元反応に有効に作用することになる。また、当該還元剤の投入量は、多すぎても還元効果がそれほど発揮されないため、例えば、転炉スラグの質量の１〜１０％とするのが好ましい。なお、「一次燃焼空気量」は、スラグの還元反応による温度低下分を熱補償するために還元剤を燃焼させるための空気量を表す。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の実施例を説明するが、実施例は例示目的であって発明が限定されることを意図しない。
【００５１】
（実施例１）
図２に記載のシステムを用いて、以下の条件により銅製錬の転炉から排出されたスラグの処理を行った。
・転炉スラグ：１０ｔｏｎ
・転炉スラグ組成：表１に示す。
・還元炉への重油（還元剤）投入量：１４３８Ｌ（原単位１４４Ｌ／ｔｏｎ−ｓｌａｇ）
・一次燃焼空気量：５５８６Ｎｍ3（空気比０．３９）
・スラグ還元温度：１２７０℃
・還元スラグ組成：表２に示す。
・セットリング時間：１時間
【００５２】
【表１】
2012067375.tif 000003
【００５３】
【表２】
2012067375.tif 000004
【００５４】
（実施例２）
実施例２として、実施例１に係る転炉スラグと組成の異なるスラグを用い、空気比のみを変更して、実施例１と同様のスラグの処理を行った。
・転炉スラグ：７ｔｏｎ
・転炉スラグ組成：表３に示す。
・還元炉への重油（還元剤）投入量：８４２Ｌ（原単位１２０Ｌ／ｔｏｎ−ｓｌａｇ）
・一次燃焼空気量：５５３９Ｎｍ3（空気比０．６６）
・スラグ還元温度：１２７０℃
・還元スラグ組成：表４に示す。
・セットリング時間：１時間
【００５５】
【表３】
2012067375.tif 000005
【００５６】
【表４】
2012067375.tif 000006
【００５７】
（実施例３）
図１に記載のシステムを用いて、以下の条件により銅製錬の転炉から排出されたスラグの処理を行った。また、保持炉において予備還元を行ってから、還元炉へ転炉スラグを装入した。
・転炉スラグ：１６５ｋｇ
・転炉スラグ組成：表５に示す。
・保持炉への炭材（予備還元剤）投入量：転炉スラグの質量に対して２．２％
・スラグ保持温度：１３００℃
・保持後スラグ組成：表６に示す。
・還元炉への重油（還元剤）投入量：１７Ｌ（原単位１００Ｌ／ｔｏｎ−ｓｌａｇ）
・一次燃焼空気量：６０Ｎｍ3（空気比０．３５）
・スラグ還元温度：１２５０℃
・還元スラグ組成：表７に示す。
・セットリング時間：１時間
【００５８】
【表５】
2012067375.tif 000007
【００５９】
【表６】
2012067375.tif 000008
【００６０】
【表７】
2012067375.tif 000009
【００６１】
実施例１〜３で製造された還元スラグは、高炉メーカー向けの製鐵原料向けに適しており、最近の高炉メーカーの還元スラグに対するＺｎ品位の要求に適用できる。特に、厳しいスペックを要求される高炉メーカーの場合、Ｚｎ品位が０．ｎ％レベルとなってきており、本実施例による還元スラグはこのレベルを満たしている。
【符号の説明】
【００６２】
１    受入樋
２    保持炉
３    スラグ樋
４    還元炉
５    ランス
６    煙道
７    バグフィルター
８    溶体樋
９    セットリング炉
１０  粗銅樋
１１  スラグ樋
１２  スラグ破砕設備
【図１】
2012067375.tif 000010
【図２】
2012067375.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月7日(2011.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅製錬において転炉から排出されるスラグを乾式処理する方法及びシステムに関する。とりわけ、本発明は、銅製錬において転炉から排出されるスラグを製鉄原料に変換するための乾式処理方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
銅製錬の一般的手順は以下である。原料となる銅精鉱を自溶炉で酸化反応させ、銅品位約６８％のマットと、酸化鉄及び珪酸を主成分とする自溶炉スラグとを生成させ、これらを分離する。その後、マットを転炉に装入し、銅品位約９９％の粗銅と珪酸系酸化鉄を主成分とする転炉スラグとを生成させ、これらを分離する。粗銅は精製炉において更に銅純度を上げたアノードに鋳造し、このアノードを電解精製し、電気銅に仕上げる。
【０００３】
一方、転炉スラグは、固化してから粉砕し、その後浮選により銅分を回収するスラグ選鉱法が主として採用されている（資源素材学会誌、「資源と素材」１９９３．１２，Ｖｏｌ  １０９「非鉄製錬号」第９５４，９６５頁、「資源と素材」１９９７．１２，Ｖｏｌ  １１３「リサイクリング大特集号」第９９６頁左欄、最終パラグラフ）。スラグ選鉱工程では、Ｃｕ品位の高いスラグ銅精鉱（約２５％Ｃｕ）とＣｕ品位の低い鉄精鉱（約０．６％Ｃｕ）に分離され、スラグ銅精鉱は自溶炉に繰り返して処理し、鉄精鉱は主にセメント原料として利用することができる。
【０００４】
また、溶融状態の転炉スラグ中に含まれる酸化銅及びＦｅ3Ｏ4をコークス、石炭等の固体還元剤または、気体、液体の還元剤をスラグ中に吹込んで還元し、銅品位１％以下の脱銅スラグと粗銅を得るスラグの処理法が特開昭５３−２２１１５号公報に記載されている。
【０００５】
チリのＣｏｄｅｌｃｏ社、Ｃａｌｅｔｏｎｅｓ製錬所では、溶融状態の転炉スラグ中に微粉炭を吹き込み、スラグ中のマグネタイトを還元してスラグ中の銅分を回収する方法が実用化されている（Rolando Campos and Luis Torres, CALETONES SMELTER:TWO DECADES OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENTS, The Paul E. Queneau International Symposium, Ontario, CANADA(1993)）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５３−２２１１５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】資源素材学会誌、「資源と素材」１９９３．１２，Ｖｏｌ  １０９「非鉄製錬号」第９５４，９６５頁
【非特許文献２】資源素材学会誌、「資源と素材」１９９７．１２，Ｖｏｌ  １１３「リサイクリング大特集号」第９９６頁左欄、最終パラグラフ
【非特許文献３】Rolando Campos and Luis Torres, CALETONES SMELTER:TWO DECADES OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENTS, The Paul E. Queneau International Symposium, Ontario, CANADA(1993)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、我が国のセメント業界が縮小傾向にあり、転炉スラグを特許文献１に記載のようなスラグ選鉱法で処理して得られる鉄精鉱の利用先の確保が困難となりつつあることから、転炉スラグの新たな利用ルートが望まれる。この点、転炉スラグは鉄分を約５０質量％含んでおり、製鉄原料として利用できる可能性があるが、転炉スラグは銅分を約４質量％、亜鉛分を約２質量％含んでおり、製鉄原料として利用するには銅品位及び亜鉛品位が高すぎる。スラグ選鉱法で処理して得られる鉄精鉱であっても、銅分を約０．６質量％、亜鉛分を約２．５質量％含んでおり、やはり製鉄原料として利用するには銅品位及び亜鉛品位が高い。製鉄原料として利用するためには銅分が０．３質量％以下、亜鉛分が１質量％以下とすることが望まれる。非特許文献１〜３に記載の方法で転炉スラグを処理した場合も、やはり銅分及び亜鉛分の品位が高く、製鉄原料としては不適である。
【０００９】
そこで、本発明は銅製錬において転炉から排出されるスラグを製鉄原料に変換するための処理方法及びシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、亜鉛製錬に一般に適用されるスラグフューミング法を採用して還元炉で、還元剤の投入量を所定の範囲に規定して、スラグから亜鉛を揮発除去する一方で銅を還元し、次いで、還元炉内で、又は還元炉に直列配列されたセットリング炉にスラグを移行した上でセットリング炉内で、銅を沈降させて還元粗銅とスラグに分離するスラグの処理方法を創作した。本方法により、転炉スラグを、銅品位及び亜鉛品位が製鉄原料として利用可能なレベルにまで低下したスラグへ変換することが可能となる。また、銅の沈降分離を還元炉ではなくセットリング炉で別途行うことで、転炉スラグの連続処理が可能となる。
【００１１】
一般に、スラグフューミング法は、溶融状態のスラグを加熱還元してスラグ中のＺｎ、Ｐｂ、Ａｓ等の金属を揮発させるもので、例えば、ガス吹き込み用のランス又は炉下部に羽口を備えた還元炉を用いる。炉内に装入したスラグにランス又は羽口の先端から還元剤（例：プロパンガスや重油）と燃焼用空気を噴出させることにより、スラグ中の金属を還元・揮発する処理である。処理後のスラグは炉底部から抜き出され、揮発金属は炉頂部から回収される。
【００１２】
スラグフューミング法は亜鉛製錬におけるスラグ処理では一般的であるが、本発明のように銅製錬の転炉スラグ処理に適用されることは従来なかったし、その必要性もなかった。従って、本発明はスラグフューミング法を銅製錬の転炉スラグ処理に適用した点に大きな特徴がある。また、還元炉から抜き出されたスラグをセットリング炉に移送し、ここで還元銅の沈降分離及び銅回収を行う実施態様では、転炉スラグの連続処理が可能になり、実操業上極めて有利である。
【００１３】
従って、本発明は一側面において、銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去とを行うことを含み、還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法である。
【００１４】
本発明は別の一側面において、銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去と、還元銅のスラグからの沈降分離とを行うことを含み、還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法である。
【００１５】
本発明は更に別の一側面において、銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去とを行い、次いで、還元銅をスラグと共に還元炉からセットリング炉へ移送し、セットリング炉内で還元銅のスラグからの沈降分離を行うことを含み、還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法である。
【００１６】
本発明に係る方法の一実施態様においては、転炉スラグを溶融状態で保持し、還元炉へ供給する転炉スラグの供給量の調節を行うための保持炉から、転炉スラグが還元炉に装入される。
【００１７】
本発明に係る方法の別の一実施態様においては、還元炉へ供給する前の転炉スラグを予備還元することを更に含む。
【００１８】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、予備還元を保持炉で行う。
【００１９】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、還元銅をスラグから沈降分離した後のスラグを破砕処理することを更に含む。
【００２０】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、還元炉において、スラグ中に含まれるＦｅ3Ｏ4をＦｅＯまで加熱還元する。
【００２１】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、保持炉から還元炉へ向かうスラグ内に還元剤を投入する。
【００２２】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、転炉から保持炉へ向かうスラグ内に還元剤を投入する。
【００２３】
本発明に係る方法の更に別の一実施態様においては、還元炉でスラグを還元するための還元剤が、該スラグの質量に対して１〜１０質量％のコークスである。
【００２４】
本発明は更に別の一側面において、
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理システムであって、
転炉スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分を加熱還元するための還元炉と、
揮発した還元亜鉛を除去するために還元炉に設けられた排気手段と、
沈降分離した還元銅を還元炉から抜き取るための抜取手段と、
を備え、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行うシステムである。
【００２５】
本発明に係るシステムの一実施態様においては、スラグの破砕処理手段と、還元炉から排出されたスラグをスラグの破砕処理手段へ移送するための移送手段を更に備える。
【００２６】
本発明は更に別の一側面において、
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理システムであって、
転炉スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分を加熱還元するための還元炉と、
揮発した還元亜鉛を除去するために還元炉に設けられた排気手段と、
還元銅をスラグから沈降分離するためのセットリング炉と、
還元炉から排出されたスラグをセットリング炉へ移送するための移送手段と、
沈降分離した還元銅をセットリング炉から抜き取るための抜取手段と、
を備え、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行うシステムである。
【００２７】
本発明に係るシステムの一実施態様においては、スラグの破砕処理手段と、セットリング炉から排出されたスラグをスラグの破砕処理手段へ移送するための移送手段を更に備える。
【００２８】
本発明に係るシステムの更に別の一実施態様においては、転炉スラグを溶融状態で保持し、還元炉へ供給する転炉スラグの供給量の調節を行うための保持炉と、保持炉から排出された転炉スラグを還元炉に移送するための移送手段とを更に備える。
【００２９】
本発明に係るシステムの更に別の一実施態様においては、還元炉へ供給する前の転炉スラグを予備還元するための予備還元炉を更に備える。
【００３０】
本発明に係るシステムの更に別の一実施態様においては、保持炉が予備還元炉を兼ねている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、転炉スラグを、銅品位及び亜鉛品位が製鉄原料として利用可能なレベルにまで低下したスラグへ連続的に変換することが可能となる。また、スラグからの銅回収効率を高めることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】転炉スラグの連続処理システムの一発明例を示す。
【図２】転炉スラグのバッチ処理システムの一発明例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明に係る転炉スラグの処理方法及びシステムの実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００３４】
一般に、銅製錬工程において転炉から排出されるスラグの組成は、鉄分（主にＦｅ3Ｏ4やＦｅＯとして）：５０〜６０質量％、ケイ素分（主にＳｉＯ2として）：２０〜２５質量％、銅分（主にＣｕＳあるいはＣｕ2ＯやＣｕＯとして）：３〜１０質量％、亜鉛分（主にＺｎＯとして）：３〜６質量％、アルミニウム分（主にＡｌ2Ｏ3として）：１〜３質量％である。また、このうち、Ｃｕ単独では、通常、１〜５質量％含まれている。
従って、本発明において、「転炉スラグ」とは、実際に銅製錬における転炉から排出されるスラグのみならず、銅製錬における転炉スラグと同様の組成を有するスラグも指す。例えば、銅製錬の自溶炉スラグ中には原料鉱石及び溶剤の珪酸鉱に由来するＡｌ2Ｏ3が３〜５％程度含まれており、製鉄原料として利用するにはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）品位が高すぎる。しかしながら、原料鉱石及び珪酸鉱中のアルミナ品位が低く、自溶炉スラグ中のアルミナ品位が低い場合には本発明を適用することができる。
【００３５】
（連続処理システム）
まず、転炉スラグを連続処理するシステムについて説明する。図１を参照すると、転炉（図示せず）から１２００〜１３３０℃の溶融状態で受入樋１に流入したスラグは、溶融状態を保ったまま保持炉２へ導入される。保持炉２へのスラグの導入は溶融状態でなくてもよく、例えば、ホッパーで粒状のスラグを受け入れ、それを保持炉２に導入することもできる。保持炉２に導入されたスラグは溶融状態が維持される。保持炉２は還元炉４へのスラグの供給量を調節するための役割を果たす。例えば、還元炉４に常に一定流量のスラグを供給することでスラグ処理システムの安定的な連続操業を支援する。
【００３６】
保持炉２を出たスラグは溶融状態でスラグ樋３を通って還元炉４に装入される。還元炉４では、スラグ中の亜鉛分及び銅分その他の金属成分が還元される。また、スラグ中にはマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）もかなりの量で含まれるが、これがＦｅＯに還元されることで、スラグの粘性を下げることができる。スラグの粘性が下がると、スラグ中に懸垂している還元銅が沈降分離しやすくなり、次工程での銅の回収率が高まる。
【００３７】
還元剤としては、限定的ではないが、コークス及び石炭などの固体炭素質還元剤、水素及び炭化水素（メタン、エタン、プロパン、ブタンなど）などの気体還元剤、石油及び重油などの液体還元剤が挙げられる。典型的にはＬＰＧを使用することができる。還元剤は、還元炉４内に装入したスラグに炉頂部から挿入したランス５の先端から燃焼用空気と共に噴出させる上吹き込み方法が好ましい。これにより、還元炉４内で溶融しているスラグが強攪拌され、スラグと還元剤の反応効率を高めることが可能となる。ランスの先端はスラグ内に浸漬してもよい。還元剤の供給は炉底部に設けた羽口を利用することもできる。また、還元剤の導入流量や還元時間を増大させることで、還元反応効率を高めることができる。すなわち、スラグ中の亜鉛品位や銅品位を低下させることができる。
【００３８】
還元炉４では、例えば、還元剤としてプロパンを使用した場合、以下のような還元反応が起きる。
１０Ｃｕ2Ｏ  ＋  Ｃ3Ｈ8  →  ２０Ｃｕ  ＋  ３ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2Ｏ
１０ＺｎＯ  ＋  Ｃ3Ｈ8  →  １０Ｚｎ  ＋  ３ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2Ｏ
１０Ｆｅ3Ｏ4  ＋  Ｃ3Ｈ8  →  ３０ＦｅＯ  ＋  ３ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2Ｏ
【００３９】
還元炉４でスラグを還元するための還元剤は、特に限定されないが、例えば、重油、ＬＰＧ、コークスを用いることができる。コークスを用いる場合、その投入量は、スラグの質量に対して１〜１０質量％であるのが好ましい。
【００４０】
還元炉４への還元剤投入量に対して空気吹き込み量は、空燃比０．２５〜１．０に制御されている。還元反応は吸熱反応のため、還元が進行するとスラグ温度が低下する。スラグ温度が低下しないように還元と同時に熱補填する必要があるが、空燃比が０．２５未満であれば熱補填が足りず、スラグ温度が低下し、スラグの流動性悪化、メタルとの分離性悪化などの原因となる。また、例えば、空燃比０．５の場合、還元剤の５０％が空気と燃焼して熱補填に使われ、残りの５０％がスラグの還元に使われるが、この空燃比が１．０超であれば、還元剤が空気と全て燃焼してしまい、還元剤としての効力が無くなってしまう。
【００４１】
還元炉４で用いる還元剤がコークスである場合は、保持炉２から還元炉へ向かうスラグ内に投入してもよい。具体的には、保持炉２から還元炉４へスラグを流すスラグ樋３において投入してもよく、また、還元炉４内へのスラグの落ち口に投入してもよい。これは、コークスは、還元炉４においてスラグ上に投入した場合はその還元効率が低いため、スラグ中に巻き込まれるように投入するのが好ましいためである。
【００４２】
還元された亜鉛はスラグ相から揮発し、他の揮発成分あるいは微細なスラグ粒子と共にスラグフューミングガスとして煙道６から排出され、硫酸工場へ導入される。硫酸工場までの煙道の途中にはバグフィルター７が設置されており、これによって亜鉛は回収することができる。また、排ガス温度を低下させる目的で、煙道に冷却水を噴霧したり、水冷塔（図示せず）を設置したりすることもできる。還元亜鉛は煙道６への移動途中で空気等によって酸化し、酸化亜鉛としてバグフィルター７で回収することもできる。スラグフューミングダスト中には鉛も含まれるのが通常である。
【００４３】
還元反応後、還元銅を含むスラグは還元炉４から排出されると溶体樋８を通って溶融状態のままセットリング炉９へ導入される。還元銅はここでスラグとの比重差によって沈降分離する。沈降分離を還元炉４で行わず、セットリング炉９を別に設けて行うことにより、連続操業が可能となる。沈降分離の時間を長くすることで沈降分離の効率を高め、スラグ中の銅品位を低下させることができる。逆に言えば、銅の回収効率を高めることができる。
【００４４】
沈降分離後、還元銅は粗銅樋１０を通って抜き出される。還元銅は４０〜８０質量％の銅品位を有することができ、転炉に繰り返すことができる。一方、還元銅が分離されたスラグはスラグ樋１１を通ってスラグ破砕設備１２へと移送され、利用しやすい適度な粒度に破砕される。破砕設備としては、限定的ではないが、例えば、水砕機、破砕機、摩砕機等の組み合わせなどが挙げられる。還元スラグの製鐵原料化を考える場合、高炉メーカーはＺｎ品位の制約があるため、Ｚｎ品位の低減が必要となる。一方、電炉メーカーではＺｎ品位は問題としておらず、Ｃｕ品位を０．ｎ％まで低減することおよび形状を２０〜３０ｍｍ程度の塊状とすれば原料として使用できるという所もある。このような場合には、セットリング炉の後段は水砕設備でなく、塊状に凝固し、破砕処理が必要となる。
【００４５】
以上の工程を経ることで、スラグ中の銅品位を０．３質量％以下に、亜鉛品位を１％以下に低下させることが可能である。そのため、本発明によって処理されたスラグは製鉄原料として利用可能である。
【００４６】
本実施形態では、転炉スラグを連続処理することができる。そのため、システムの連続運転中は、炉内での還元反応及び還元亜鉛の揮発除去、セットリング炉での還元銅の沈降分離、スラグ破砕設備でのスラグの破砕処理は同時進行することができる。
【００４７】
（バッチ処理システム）
次に、転炉スラグをバッチ処理するシステムについて説明する。図２を参照すると、転炉（図示せず）から１２００〜１３３０℃の溶融状態で受入樋１に流入したスラグは、溶融状態を保ったまま還元炉４に装入される。還元炉４では、スラグ中の亜鉛分及び銅分その他の金属成分が還元される。使用可能な還元剤や還元炉４内での還元反応は連続処理システムの場合と同様である。還元された亜鉛の回収についても連続処理システムの場合と同様である。
【００４８】
還元反応後、還元銅は還元炉４内で沈降分離する。沈降分離後、還元銅は粗銅樋１０を通って抜き出される。一方、還元銅が分離されたスラグはスラグ樋１１を通ってスラグ破砕設備１２へと移送され、利用しやすい適度な粒度に破砕される。処理スラグは製鉄原料として利用可能である。還元炉は並列に複数基設置してもよい。
【００４９】
また、本発明では、上述の還元炉４へ供給する前の転炉スラグを予備還元するための予備還元炉をさらに設けてもよい。このように、還元炉４へ供給する前の転炉スラグを予備還元すれば、スラグに含まれている酸化銅の一部も還元して分離回収することができる。このため、還元炉での還元剤の使用量を減らすことができ、さらにそれによって設備の縮小化が可能となる。すなわち、還元炉における負荷を低減することが可能となる。ここで、予備還元の程度は、特に限定されないが、例えば、転炉スラグにおいて銅を２．５質量％以下、亜鉛を１．５質量％以下まで低減させておくことが望ましい。また、予備還元は、１２００〜１３００℃で行う。予備還元炉は、保持炉２が兼ねていてもよい。この場合、既存の設備を効率的に用いることができるため、製造コストが良好となる。また、保持炉２によって予備還元を行うことで、転炉スラグのバッチ毎の組成のばらつきを小さくすることが可能となり、還元炉４へ装入するスラグの組成が安定することで、還元炉４への還元剤の投入量、及び、一次燃焼空気量の調整が容易となる。予備還元に用いる還元剤は、特に限定されないが、例えば、コークスや石炭等の固体還元剤を用いることができる。このような固体還元剤を用いると、保持炉２での予備還元が可能となる。ここで、保持炉２への還元剤の投入方法は、転炉からのスラグの移送に用いられる受入樋１からコークスや石炭を溶融されたスラグ中に投入するか、もしくは、保持炉２へのスラグの投入口付近で投入することで実施される。このようにして還元剤を溶融したスラグ中に投入することで、還元剤がスラグとよく攪拌されて保持炉２内に投入されるので、スラグの還元反応に有効に作用することになる。また、当該還元剤の投入量は、多すぎても還元効果がそれほど発揮されないため、例えば、転炉スラグの質量の１〜１０％とするのが好ましい。なお、「一次燃焼空気量」は、スラグの還元反応による温度低下分を熱補償するために還元剤を燃焼させるための空気量を表す。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の実施例を説明するが、実施例は例示目的であって発明が限定されることを意図しない。
【００５１】
（実施例１）
図２に記載のシステムを用いて、以下の条件により銅製錬の転炉から排出されたスラグの処理を行った。
・転炉スラグ：１０ｔｏｎ
・転炉スラグ組成：表１に示す。
・還元炉への重油（還元剤）投入量：１４３８Ｌ（原単位１４４Ｌ／ｔｏｎ−ｓｌａｇ）
・一次燃焼空気量：５５８６Ｎｍ3（空燃比０．３９）
・スラグ還元温度：１２７０℃
・還元スラグ組成：表２に示す。
・セットリング時間：１時間
【００５２】
【表１】
2012067375.tif 000012
【００５３】
【表２】
2012067375.tif 000013
【００５４】
（実施例２）
実施例２として、実施例１に係る転炉スラグと組成の異なるスラグを用い、空燃比のみを変更して、実施例１と同様のスラグの処理を行った。
・転炉スラグ：７ｔｏｎ
・転炉スラグ組成：表３に示す。
・還元炉への重油（還元剤）投入量：８４２Ｌ（原単位１２０Ｌ／ｔｏｎ−ｓｌａｇ）
・一次燃焼空気量：５５３９Ｎｍ3（空燃比０．６６）
・スラグ還元温度：１２７０℃
・還元スラグ組成：表４に示す。
・セットリング時間：１時間
【００５５】
【表３】
2012067375.tif 000014
【００５６】
【表４】
2012067375.tif 000015
【００５７】
（実施例３）
図１に記載のシステムを用いて、以下の条件により銅製錬の転炉から排出されたスラグの処理を行った。また、保持炉において予備還元を行ってから、還元炉へ転炉スラグを装入した。
・転炉スラグ：１６５ｋｇ
・転炉スラグ組成：表５に示す。
・保持炉への炭材（予備還元剤）投入量：転炉スラグの質量に対して２．２％
・スラグ保持温度：１３００℃
・保持後スラグ組成：表６に示す。
・還元炉への重油（還元剤）投入量：１７Ｌ（原単位１００Ｌ／ｔｏｎ−ｓｌａｇ）
・一次燃焼空気量：６０Ｎｍ3（空燃比０．３５）
・スラグ還元温度：１２５０℃
・還元スラグ組成：表７に示す。
・セットリング時間：１時間
【００５８】
【表５】
2012067375.tif 000016
【００５９】
【表６】
2012067375.tif 000017
【００６０】
【表７】
2012067375.tif 000018
【００６１】
実施例１〜３で製造された還元スラグは、高炉メーカー向けの製鐵原料向けに適しており、最近の高炉メーカーの還元スラグに対するＺｎ品位の要求に適用できる。特に、厳しいスペックを要求される高炉メーカーの場合、Ｚｎ品位が０．ｎ％レベルとなってきており、本実施例による還元スラグはこのレベルを満たしている。
【符号の説明】
【００６２】
１    受入樋
２    保持炉
３    スラグ樋
４    還元炉
５    ランス
６    煙道
７    バグフィルター
８    溶体樋
９    セットリング炉
１０  粗銅樋
１１  スラグ樋
１２  スラグ破砕設備
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去とを行うことを含み、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法。
【請求項２】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去と、還元銅のスラグからの沈降分離とを行うことを含み、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法。
【請求項３】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理方法であって、転炉スラグを還元炉に装入し、還元炉において、該スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分の加熱還元と、還元亜鉛の揮発除去とを行い、次いで、還元銅をスラグと共に還元炉からセットリング炉へ移送し、セットリング炉内で還元銅のスラグからの沈降分離を行うことを含み、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行う方法。
【請求項４】
転炉スラグを溶融状態で保持し、還元炉へ供給する転炉スラグの供給量の調節を行うための保持炉から、転炉スラグが還元炉に装入される請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
還元炉へ供給する前の転炉スラグを予備還元することを更に含む請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
予備還元を保持炉で行う請求項５に記載の方法。
【請求項７】
還元銅をスラグから沈降分離した後のスラグを破砕処理することを更に含む請求項１又は２に記載の方法。
【請求項８】
還元炉において、スラグ中に含まれるＦｅ3Ｏ4をＦｅＯまで加熱還元する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
保持炉から還元炉へ向かうスラグ内に還元剤を投入する請求項４〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
転炉から保持炉へ向かうスラグ内に還元剤を投入する請求項４〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
還元炉でスラグを還元するための還元剤が、該スラグの質量に対して１〜１０質量％のコークスである請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理システムであって、
転炉スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分を加熱還元するための還元炉と、
揮発した還元亜鉛を除去するために還元炉に設けられた排気手段と、
沈降分離した還元銅を還元炉から抜き取るための抜取手段と、
を備え、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行うシステム。
【請求項１３】
スラグの破砕処理手段と、還元炉から排出されたスラグをスラグの破砕処理手段へ移送するための移送手段を更に備える請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
銅製錬過程で発生するＣｕを１質量％以上含む転炉スラグの処理システムであって、
転炉スラグ中に含まれる亜鉛分及び銅分を加熱還元するための還元炉と、
揮発した還元亜鉛を除去するために還元炉に設けられた排気手段と、
還元銅をスラグから沈降分離するためのセットリング炉と、
還元炉から排出されたスラグをセットリング炉へ移送するための移送手段と、
沈降分離した還元銅をセットリング炉から抜き取るための抜取手段と、
を備え、
還元亜鉛の揮発除去を、還元剤投入量に対して空気吹き込み量を空燃比０．２５〜１．０に制御しながら行うシステム。
【請求項１５】
スラグの破砕処理手段と、セットリング炉から排出されたスラグをスラグの破砕処理手段へ移送するための移送手段を更に備える請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
転炉スラグを溶融状態で保持し、還元炉へ供給する転炉スラグの供給量の調節を行うための保持炉と、保持炉から排出された転炉スラグを還元炉に移送するための移送手段とを更に備える請求項１２〜１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
還元炉へ供給する前の転炉スラグを予備還元するための予備還元炉を更に備えた請求項１２〜１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
保持炉が予備還元炉を兼ねている請求項１７に記載のシステム。