(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉で製造した粗銅を精製炉で酸化工程を省略し、還元第一工程、還元第二工程により順次処理して精製する銅製錬における精製炉の操業方法において、還元第一工程では精製炉の羽口から空気および重油を粗銅の初期硫黄濃度に応じて設定した流量で吹き込み、溶湯の硫黄濃度が目標値に低下したら還元第二工程に移り、還元第一工程の空気比を0.17〜0.42の範囲内として還元第二工程の空気比よりも大きくなるように空気および重油の流量を設定して、溶湯の酸素濃度が目標値に低下するまで吹き込みを続けることを特徴とする銅製錬における精製炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅製錬における酸化工程のない精製炉の操業方法に関し、詳しくは、転炉で製造された粗銅を精製炉により電解工程に適した表面平滑なアノードになるように精製するときの操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅製錬では、自溶炉にCu：約30％、Ｓ：約30％の銅精鉱を装入すると共に酸素富化空気を吹き込んで製錬し、主としてCu2S、FeS からなるCu：60〜65％の溶融マットを製造し、これを転炉に装入する。
転炉では、数10本の羽口から空気または酸素富化空気を吹き込むとともに、炉内に珪酸鉱（固体）を添加して製錬する造かん期と、この造かん期に生成した溶融スラグを炉内から除去し、引き続き炉内に存在する主としてCu2Sからなる白かわに空気または酸素富化空気を吹き込んで製錬する造銅期とを経て粗銅を製造する。
【０００３】
転炉で製造される粗銅は、銅品位Cu：98〜99％で、特に硫黄Ｓ:150〜400ppm、酸素Ｏ：0.4 〜 0.8％を含有しており、このまま電解用アノードに鋳造すると、冷却時にSO2 ガスが発生して膨らんで平滑なアノード面が得られないので、例えば羽口を２つ備える横型傾転式の炉である精製炉にてＳとＯの調整を行う。この精製炉には、日本金属学会発行「非鉄金属製錬（講座・現代の金属学／製錬編2)」(1980年）第97頁記載の図のように重油バーナならびに排ガス口が備えられている。精製炉の操業はドブ（銅歩）流し、酸化工程、還元工程の順に行われる。まず、転炉から出湯した粗銅に随伴する酸化鉄や酸化銅等を含有するドブを、炉を傾転して炉外に排出する。
【０００４】
次いで精製炉では、転炉から受入れた粗銅（溶湯）に酸素を供給し、溶湯に含まれる硫黄主体の不純物を酸化しSOx ガス等に変えて系外に放出する脱硫処理が行われ、その次に、溶湯に還元剤を供給し、溶湯中の酸素を還元剤と化合させてCO2 ガスやH2O ガスとして系外に放出する脱酸処理が行われ、最後に精製炉からアノード鋳型に出湯して鋳造する鋳造処理が行われる。脱硫処理を行う工程は酸化工程、脱酸処理を行う工程は還元工程と呼ばれる。
【０００５】
酸化工程での酸素は、精製炉に配設されている羽口から空気吹き込みにより供給し、還元工程での還元剤は、同羽口から液化石油ガスや重油を低い空気比で吹き込み不完全燃焼により生成させた還元性ガス（COガスやH2ガスなど）を用いる。また、溶湯を脱硫に適した温度に保持するため酸化工程では炉の側面の１ヶ所から炉内の湯面より高い位置に挿入した重油バーナの火炎により溶湯浴面を加熱していたが十分でなく、湯温は徐々に低下していた。なお、ここでいう「空気比」とは所要空気量と理論空気量の比率（所要空気量／理論空気量）であり、重油の理論空気量は略10Nm3/L である。
【０００６】
こうして、最終的に例えばＳ：50〜60ppm 、Ｏ：0.1 〜 0.2％程度に不純物濃度が低減されて、銅品位がCu：99.2％程度の精製粗銅が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の精製炉の操業方法には、次のような問題点があった。
(1) 生産量を増すために転炉の造銅期では大量の空気吹き込みが行われるが、それにより粗銅の硫黄濃度が大きくばらつき、精製炉での酸化工程の所要時間が大きくばらつく。また、精製炉でも硫黄等の不純物を除去するための酸化工程での空気吹き込みにより粗銅の酸素濃度が上昇し、還元工程の所要時間が長くなる。
(2) 精製炉内の溶湯の保温のために溶湯浴面を重油火炎で加熱するが、その熱効率は低い。湯温が著しく低下した場合、還元工程前に溶湯を加熱する必要があるので、精製炉全体の操業時間が長くなる。
【０００８】
一方、特公昭58-38497号公報には、精製炉の羽口から溶湯中に不活性ガスのみを吹き込んで溶湯を攪拌し、溶存酸素を脱硫反応に資する操業方法が開示されている。しかし、この方法では、酸素濃度が上昇することはないが不活性ガス吹き込みにより溶湯温度が降下し、同上の問題が生じる。
本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み、銅製錬における精製炉操業の所要時間を大幅に短縮できる精製炉の操業方法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】
本発明者らは、前記目的を達成するために、鋭意検討した結果、精製炉の酸化工程（以下、酸化工程という言葉は用いず「還元第一工程」という）において空気とともに適量の重油を羽口から吹き込むことにより、脱硫効率をさほど悪化させずに酸素濃度を低減することができ、還元工程（以下、還元工程という言葉は用いず「還元第二工程」という）を含めた全体の操業時間を短縮できることを見いだした。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、転炉で製造した粗銅を精製炉で酸化工程を省略し、還元第一工程、還元第二工程により順次処理して精製する銅製錬における精製炉の操業方法において、還元第一工程では精製炉の羽口から空気および重油を粗銅の初期硫黄濃度に応じて設定した流量で吹き込み、溶湯の硫黄濃度が目標値に低下したら還元第二工程に移り、還元第一工程の空気比を0.17〜0.42の範囲内として還元第二工程の空気比よりも大きくなるように空気および重油の流量を設定して、溶湯の酸素濃度が目標値に低下するまで吹き込みを続けることを特徴とする銅製錬における精製炉の操業方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明では、精製炉の還元第一工程で、羽口から空気のみ吹き込む従来法に代えて、空気と重油を吹き込む方法を採用する。吹き込む空気と重油の流量は、転炉から受け入れた時点での粗銅の硫黄濃度（初期硫黄濃度）に応じて設定する。
初期硫黄濃度は、転炉から受け入れた溶湯を小型の鋳型にサンプリングして凝固させたサンプルの表面状態と化学分析値とがほぼ対応した関係にあるため、その凝固サンプルの表面状態を観察することによりその概略値を迅速に判定することができる。
【００１３】
初期硫黄濃度と空気、重油の流量との対応関係は予め実験により定めておくことができる。
溶湯は空気および重油の羽口からの吹き込みにより攪拌され、吹き込み空気が供給する酸素が酸化脱硫の酸素源として有効に働く。また、重油が溶湯中で燃焼し還元性ガスを生成するため、この燃焼熱が溶湯を保温するとともに、還元性ガスが溶湯中の酸素と化合していわゆる予備脱酸が進行する。
【００１４】
これらの効果が重畳して、還元第一工程の所要時間は、従来法に比べてそれほど延長しない。また、吹き込み重油の燃焼熱で溶湯を保温できるから、還元第一工程中に溶湯温度が低下した場合でも還元第二工程前に溶湯を加熱する必要がなくなり、精製炉全体の操業時間を短縮できる。しかも、本発明では還元第一工程で上述のように脱硫のみならず予備脱酸も進行するため、脱硫と還元が同時進行することになり、それゆえ、還元第二工程開始時の酸素濃度を従来法よりも低下せしめることができ、よって還元第二工程での脱酸所要時間を大幅に短縮することができ、結果として精製炉の操業時間全体を著しく短縮することができる。
【００１５】
還元第一工程で羽口から吹き込む空気と重油の流量は、適度の攪拌エネルギーを付与し、かつ予備脱酸のために重油を溶湯中で適度に不完全燃焼させる観点から、空気比が１よりも小さくなるように設定する。
また、還元第二工程では、還元性ガスを十分に供給して脱酸を促進する観点から、空気と重油の流量を、空気比が還元第一工程での値よりも小さくなるように、切り換えるのが好ましい。還元第二工程での流量、および、還元第一工程、還元第二工程でそれぞれ採用すべき空気比の最適値は、予め実験により定めておくことができる。
【００１６】
なお、水蒸気は排ガス中の未燃カーボン（すす）を減らす効果があるので、本発明では、必要に応じて還元第一工程および還元第二工程でボイラーで発生させた水蒸気を吹き込むことが好ましい。水蒸気量は状況に応じて適宜設定すればよい。
【００１７】
【実施例】
２本の羽口をもつ炉容500tの精製炉を本発明に従い１か月間操業し、還元第一工程と還元第二工程の合計時間と重油原単位の実績を従来の実績と比較した。
この精製炉では、組成がCu：98〜99％、Ｓ：150 〜400ppm、Ｏ：0.40〜0.80％なる粗銅を受け入れてドブ除去後、酸化工程に代えての還元第一工程、還元工程に代えての還元第二工程により順次処理し、最終組成がCu：約99.2％、Ｓ：50〜60ppm 、Ｏ：0.1 〜0.2 ％となるように精製する操業が行われる。還元第一工程から還元第二工程への移行タイミングは、随時溶湯をサンプリングして小型の鋳型中で凝固させた表面を観察することにより迅速に判断している。本実施例では、還元第二工程に移行するＳの目標値を140ppmとした。
【００１８】
本発明と従来の結果を操業条件と併せて表１に示す。従来は酸化工程で羽口から溶湯に空気のみの吹き込みを行っていた。一方、本発明では、従来の酸化工程に相当する還元第一工程で溶湯の初期Ｓ濃度に応じて表１に示す流量（空気量，重油量）で羽口から溶湯に空気と重油を吹き込み、空気比は１よりも小さく、かつまた還元第二工程の場合の0.10〜0.15よりも大きな0.17〜0.42の範囲に設定している。
【００１９】
なお、従来の還元工程に相当する還元第二工程の、羽口から吹き込む空気量と重油量の操業条件については本発明と従来とで違えていない。
この結果、本発明では前述のように還元第一工程で脱硫に加え予備脱酸も同時進行するため、精製炉操業時間（本発明では還元第一工程と還元第二工程の合計時間、従来では酸化工程と還元工程の合計時間）を１回の操業当たり従来の 190分から 115分へと大幅に短縮することができ、あわせて重油原単位を従来の 4.5kg/tから 3.7kg/tへと顕著に削減することができた。なお、粗銅の品質は従来と変わらない。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、精製炉の羽口から空気および重油を粗銅の初期硫黄濃度に応じて設定した流量で吹き込むことにより、いわゆる酸化工程を省くことができるので、銅製錬において精製炉の操業時間を大幅に短縮でき、炉内溶湯温度の低下を防止できるとともに重油原単位を顕著に削減できるという優れた効果を奏する。