(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅製錬炉内の中間層、スラグ層に鉄含有物を投入する銅製錬炉への鉄含有物投入装置において、
前記鉄含有物を貯留しておくホッパと、
前記ホッパの下端部に設置した振動フィーダと、
前記フィーダの出口側に設置され、該フィーダから送られてきた鉄含有物を複数に分岐させる分岐管と、
前記分岐管に接続され、銅製錬炉の堆積物発生場所上方の壁面に複数設けられた投入口部材のそれぞれに鉄含有物を供給する接続管と、そして、
前記投入口部材に加圧された不活性ガスを供給し、投入口部材の鉄含有物投入孔の閉塞を防止する不活性ガス供給管と、
を含んで構成されてなる銅製錬炉への鉄含有物投入装置。
【請求項２】
請求項１に記載の銅製錬炉への鉄含有物投入装置において、
前記銅製錬炉が自溶炉又は錬かん炉であり、前記投入口部材は、マットとスラグを比重分離する保持容器として機能する該自溶炉のセットラ又は錬かん炉の天井に複数配置されていることを特徴とする自溶炉への鉄含有物投入装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の銅製錬炉への鉄含有物投入装置の使用方法において、
メタリック鉄を６０質量％以上含有し、その真比重が３〜８で、かつ粒径が０．３〜１５ｍｍの前記鉄含有物を５〜５０ｋｇ／分で投入することを特徴とする銅製錬炉への鉄含有物投入装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、非鉄金属製錬に用いられる銅製錬炉セットリング部分で比重分離されるスラグ(真比重３．５〜４．０)、及びスラグとマットの間に存在する中間層(真比重４〜５)中のＦｅ３Ｏ４を減少させる技術に係り、特に、銅製錬炉の中間層、スラグ層に広い範囲に鉄含有物をほぼ均等に投入する銅製錬炉への鉄含有物投入装置及びその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅製錬炉では、主に硫化物精鉱に溶剤としての珪酸鉱等を加えた微粉の銅原料を補助燃料、酸素富化空気と共に炉内反応部に吹き込み、気−固相あるいは気−液−固相中で酸化反応させる。この酸化反応の生成物として銅等の有価金属を濃縮したマットと、鉄分が酸素と反応したＦｅＯとＳｉＯ２が造かん反応して生成ずるスラグが融体として得られる。保持容器内でセットリングすることで、これらを比重差で分離する。この際、保持容器内では比重の小さいスラグ層が上に、マット層は下に滞留する。
【０００３】
この反応の際、局部的に酸素富化空気が銅原料に対して過剰に供給されるか、あるいは、その逆の不均一な反応状態が生じることがある。前者のケースでは、原料中の鉄の酸化が進行しＦｅＯからＦｅ３Ｏ４に過酸化（Ｆｅ２＋→Ｆｅ３＋）される。Ｆｅ３Ｏ４は融点が高い為、スラグ中での濃度が上昇すると、スラグの粘度を増加させる。
【０００４】
またＦｅ３Ｏ４は比重が大きく、スラグと懸濁しだ場合はスラグ層の下層に滞留する。この層のＦｅ３Ｏ４含有率が高くなるとスラグ層と明確に区別できるようになる。この層を、マット層とスラグ層との間に存在することになるので中間層と呼ぶ。前記のように不均一反応の為Ｆｅ３Ｏ４の生成が増加すると、中間層も増大し、スラグ中に懸垂している有価金属の沈降分離を阻害する。
【０００５】
以上より、不均一反応によるＦｅ３Ｏ４の生成は、スラグ中への有価金属ロスやマット、スラグタップ孔の閉塞トラブルを惹起させるとともに、溶湯温度、マット中の有価金属品位の変動などの要因となり後工程への操業にも悪影響を与える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで保持容器内でスラグ及び中間層中のＦｅ３Ｏ４を何らかの方法でＦｅＯに還元し、スラグの粘度低下、中間層中Ｆｅ３Ｏ４を減少させる何らかの方法を検討する必要があった。従来は、保持容器底部のＦｅ３Ｏ４を主成分とした付着物は、銑鉄のブロック（外形が長さ２８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、高さ５０ｍｍで，重量５ｋｇのインゴット，真比重は７．０〜７．８）を保持容器上部から投入し、底部まで沈降させて還元して減少させる手段を用いてきた。しかし、この方法では銑鉄ブロックがスラグ/中間層で留まらず底部まで沈んでしまう為、これらを直接還元することが出来なかった。本発明者等は、スラグ層、中間層で留まるような比重と粒径の関係を見出せば、これらの直接還元が可能と考え、平成１２年３月３日付けで特許出願を行った（発明の名称「銅製錬炉の操業方法」：特願２０００−０５８６１５号）。本発明は、この操業法を実現するための銅製錬炉への鉄含有物投入装置及びその使用方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、銅製錬炉内の中間層、スラグ層に鉄含有物を投入する銅製錬炉への鉄含有物投入装置において、鉄含有物を貯留しておくホッパと、ホッパの下端部に設置した振動フィーダと、フィーダの出口側に設置され、該フィーダから送られてきた鉄含有物を複数に分岐させる分岐管と、分岐管に接続され、銅製錬炉の堆積物発生場所上方の壁面に複数設けられた投入口部材のそれぞれに鉄含有物を供給する接続管と、そして、投入口部材に加圧された不活性ガスを供給し、投入口部材の鉄含有物投入孔の閉塞を防止する不活性ガス供給管とを含んで構成されてなる銅製錬炉への鉄含有物投入装置を提供する。
【０００８】
鉄含有物は、粉体に直径０．３〜１５ｍｍ程度の固体が含まれたものであるが、振動フィーダによりほぼ一定量を搬送可能となる。かかる鉄含有物は、分岐管によって所定数に分割される。分割された鉄含有物は、銅製錬炉の堆積物発生場所上方の天井部に複数設けられた投入口部材から銅製錬炉内に投入される。これにより、Ｆｅ３Ｏ４を還元し中間層、スラグ層内に懸垂している有価金属の沈降を促進し且つ（スラグ粘度を低下させて）マットタップ、スラグタップ方向への溶湯の移動を速やかにする。投入口部材には、また、不活性ガス供給管を介して加圧された不活性ガスが供給されている。よって、投入口部材の鉄含有物投入孔の閉塞は防止される。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の銅製錬炉への鉄含有物投入装置において、銅製錬炉が自溶炉又は錬かん炉であり、投入口部材は、マットとスラグを比重分離する保持容器として機能する該自溶炉のセットラ又は錬かん炉の天井に複数配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の銅製錬炉への鉄含有物投入装置の使用方法において、メタリック鉄を６０質量％以上含有し、その真比重が３〜８で、かつ粒径が０．３〜１５ｍｍの鉄含有物を５〜５０ｋｇ／分で投入することを特徴とする銅製錬炉への鉄含有物投入装置の使用方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る銅製錬炉への鉄含有物投入装置及びその使用方法に関して、図面を参照して詳細に説明する。図２は、銅製錬炉の一例であるオートクンプ式自溶炉と錬かん炉の側面図であり、図１は、そのような自溶炉に設置する本発明に係る鉄含有物投入装置の一実施例の斜視図である。自溶炉は頂部中心に精鉱バーナ９を１本を設置した反応塔１と、セットラ２、および排煙ロ３の３つで構成される。セットラ２から抜き出されるスラグは自溶炉用スラグ樋６を介して錬かん炉４に導かれ、ゼーダーベルグ式電極８を使用してスラグを抵抗加熱によって保温する。セットラ２および錬かん炉４は保持容器として機能し、マット及びスラグを比重差によって分離する。いずれの炉においても、マットは炉内底部に設置したマット用タップ孔から、スラグは炉内上部に設置したスラグ用タップ孔から、それぞれ炉外に抜き出される。尚、銅製錬炉の種類、方式は上記のような自溶炉と錬かん炉４以外にも多数ある。基本的には銅原料を酸化反応させる反応部と、生成物をセットリングしてマット、スラグを比重分離する保持容器の組合せであるが、保持容器内で反応させる方式も存在する。しかし、本発明の内容は、マット、スラグを比重分離する保持容器と認められるすべての銅製錬炉に対応するものである。
【００１２】
自溶炉の場合、精鉱バーナ９には銅原料と酸素富化空気が吹き込まれ、反応塔１内を反応しながら落下していき、この間に硫化物である銅原料は反応塔１下部に位置に達するまでにマット、スラグ、及び排ガスを生成する。この反応において、生成物の一部が排ガスの流れに乗って飛散するが、これをダストと呼ぶ。
【００１３】
反応塔１で生成したマット及びスラグはセットラ２において比重差で分離される。ちなみに真比重は、マットが５．０〜５．５、スラグが３．６〜４．０、中間層はその間の４．０〜５．０である。
【００１４】
この溶体の層の上面から添加される鉄含有物は、スラグ層、中間層内に捕捉される比重、粒径を有する還元用物質で、Ｆｅ６０質量％以上を含有し、真比重が３〜８，粒径が０．３〜１５ｍｍのものである。添加孔５は、セットラ２の幅方向に複数ケ所設けるものであるが、その長手方向に複数セット設けることもできる。これらは、自溶炉内のスラグ層、中間層の状態や炉内の状況に応じて変更することもできる。
【００１５】
鉄含有物は真比重が３〜８前後であることが好ましい。真比重は３より小さいと中間層に充分到達せず、スラグ層のみの還元となる。また、８より大きいとマット層あるいは炉底まで達してしまい炉底レンガの損耗を助長する恐れがある。また、粒径は０．３〜１５ｍｍとすることでスラグ中に滞留し、中間層に捕捉され、マット層に達することなくスラグ層中Ｆｅ３Ｏ４、中間層中Ｆｅ３Ｏ４を還元する。この還元反応でスラグ層、中間層内のＦｅ３Ｏ４が減少し、スラグの粘度を低下させ、中間層を減少させることが可能である。
【００１６】
次に、図１を参照して本発明に係る銅製錬炉への鉄含有物投入装置及びその使用方法について詳細に説明する。本発明に係る銅製錬炉への鉄含有物投入装置２０は、概略的に、鉄含有物を貯留しておくホッパ２２と、ホッパ２２の下端部に設置した振動フィーダ２４と、フィーダ２４の出口側に設置され、該フィーダから送られてきた鉄含有物を複数に分岐させる分岐管２６と、分岐管２６に接続され、自溶炉のセットラ２上方の天井に複数設けられた投入口部材２８のそれぞれに鉄含有物を供給する接続管３０と、そして、投入口部材２８に加圧された不活性ガスを供給し、投入口部材の鉄含有物投入孔の閉塞を防止する不活性ガス供給管３２とを含んで構成されている。ホッパ２２には、図示されていないコンベアから鉄含有物を供給する。ホッパ２２の底部には、供給用の管２２ａが取り付けられており、その先端部には鉄含有物の供給を停止し、及び／又はその量を調節可能な開閉装置（図示されていない）を設けることができる。フィーダ２４は、斜めに配置された樋状部材２４ａと、これを支える一対の支持棒２４ｂ、２４ｂと、一対の支持棒２４ｂ、２４ｂを上下方向に運動可能に吊り下げ支持する合計４本のスプリング２４ｃと、そして、樋状部材２４ａ又は支持棒２４ｂを振動させる従来周知の振動機構（図示されていない）とを含んで構成されている。もちろん、振動フィーダ２４は、前述したような鉄含有物をほぼ一定のペースで供給し得る限り、どのような構成であっても良い。
【００１７】
また、このフィーダ２４は、タイマー制御により運転時間、停止時間を任意に変更することが可能である。これにより、フィーダ２４は、５〜５０ｋｇ／分の能力を持つが、例えば、２０ｋｇ／時の投入量を実施する際には、切り出し量を５ｋｇ／分、フィーダ運転時間を１分、フィーダ停止時間を１１分にすることで、４回／時ｘ５ｋｇ／回＝２０ｋｇ／時の投入量に調節することが可能である。
【００１８】
フィーダ２４の出口側に設けられた分岐管２６は、フィーダ２４の出口部分をすっぽりと覆うように構成されている。これにより、鉄含有物が周囲に飛び散るのを防止することができる。また、分岐管２６の下方部分は、３つの小管２６ａに分岐している。分岐すべき小管２６ａの数は、２以上とされる。セットラ２の幅方向にほぼ均一に鉄含有物を散布できる数であれば幾つでも良い。
【００１９】
分岐管２６に接続された接続管３０は、３つの小管２６ａのそれぞれに接続され、自溶炉のセットラ２上方の壁面に複数設けられた投入口部材２８のそれぞれに鉄含有物を供給する。図示された好ましい実施例では、各接続管３０は、ホッパ２２の下方に配置される。これにより、鉄含有物投入装置２０全体の配置をコンパクトとすることができる。接続管３０の下端部にも、開閉可能な弁（図示されていない）を設けることができる。
【００２０】
接続管３０が接続されている投入口部材２８は、自溶炉のセットラ２上方の壁面に複数設けられた添加孔５に取り付けられものであるが、自溶炉内の加熱を常に受けることとなる。そこで、投入口部材２８の鉄含有物投入孔は常に閉塞の危機に晒されていることとなる。本発明の鉄含有物投入装置２０では、不活性ガス供給管３２から、投入口部材２８に加圧された不活性ガスを供給し投入口内を常に正圧に保持する。これにより、投入口部材２８の鉄含有物投入孔の閉塞を防止している。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係る銅製錬炉への鉄含有物投入装置は、鉄含有物を貯留しておくホッパと、ホッパの下端部に設置した振動フィーダと、フィーダの出口側に設置され、該フィーダから送られてきた鉄含有物を複数に分岐させる分岐管と、分岐管に接続され、銅製錬炉の堆積物発生場所上方の壁面に複数設けられた投入口部材のそれぞれに鉄含有物を供給する接続管と、そして、投入口部材に加圧された不活性ガスを供給し、投入口部材の鉄含有物投入孔の閉塞を防止する不活性ガス供給管とを含んで構成されているため、銅製錬炉の幅方向に複数設けられた投入口部材を介して幅方向にほぼ均等に、又は、必要に応じて集中して鉄含有物を供することができる効果を有する。
【００２２】
また、本発明に係る銅製錬炉への鉄含有物投入装置の使用方法によれば、粒状物質の上方からの均一添加を達成することができ、それにより、スラグ層、中間層中のＦｅ３Ｏ４を還元によって減少させることが出来る。これによりスラグ中に懸垂している銅をはじめとする有価金属が沈降しやすくなり、これらの回収率が上昇する。また、中間層によって引き起こされてきたさまざまなトラブルが減少し、銅製錬炉のさらなる効率操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図２の自溶炉に設置する本発明に係る鉄含有物投入装置の一実施例の斜視図である。
【図２】  銅製錬炉の一例であるオートクンプ式自溶炉と錬緩炉の側面図である。
【符号の説明】
１      反応塔
２      セットラ
３      排煙口
４      錬かん炉
５      添加孔
６      自溶炉スラグ樋
７      錬かん炉スラグ樋
８      ゼーダーベルグ式電極
９      精鉱バーナ
１０      原料投入口
１１      酸素富化空気吹込み口
２０      鉄含有物投入装置
２２      ホッパ
２４      フィーダ
２６      分岐管
２８      投入口部材
３０      接続管
３２      不活性ガス供給管
【図１】
0004090219.tif 000002
【図２】
0004090219.tif 000003