(57)【要約】  本発明は、ケイ酸鉄を処理するために用いる。ケイ酸鉄から少なくとも１つの成分を少なくとも部分的に除去する。その際、鉄とは異なる少なくとも１つの成分を少なくとも部分的に除去する。処理したケイ酸鉄を銑鉄または鋼の製造に使用する。処理したケイ酸鉄を利用する装置は、銑鉄または鋼を製造するための装置として構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸鉄から少なくとも１つの成分を少なくとも部分的に除去するようにした、ケイ酸鉄を処理する方法において、
鉄とは異なる少なくとも１つの成分を少なくとも部分的に除去すること、
処理したケイ酸鉄を銑鉄または鋼の製造に使用すること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
ケイ酸鉄を液状状態で処理することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ケイ酸鉄をほぼ１３００℃ないし１６００℃の温度で処理することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記処理中に還元剤を供給することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
前記処理を多段階で実施することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記処理中に少なくとも一時的に酸素を供給することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
前記処理を床洗浄型電気炉内部で実施することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記処理中に還元剤を供給することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
ケイ酸鉄を、ガスの供給機構を有する炉内で処理することを特徴とする、ケイ酸鉄を処理するための装置。
【請求項１０】
銑鉄または鋼を製造するための装置として構成されていることを特徴とする、ケイ酸鉄を処理するための装置。
【請求項１１】
高炉として構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケイ酸鉄から少なくとも１つの成分を少なくとも部分的に除去するようにした、ケイ酸鉄を処理する方法に関するものである。
本発明は、さらに、処理したケイ酸鉄を加工するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケイ酸鉄は、最近ではもっぱら機械的に利用されるのがほとんどである。ケイ酸鉄は、銅鉱石を精錬する際にスラグとして生じる。
【０００３】
ケイ酸鉄は最近では型で鋳造され、得られた成型体は護岸工事に使用される。同様に、ケイ酸鉄を顆粒化することもすでに知られている。荒い顆粒は、たとえば鉄道用築堤のための割栗として使用される。より細かい顆粒は、サンドブラストにおいて使用される。
【０００４】
ケイ酸鉄は、その重量成分に関しては、実質的に鉄と、ケイ素と、酸素とから成っている。鉄を含有している以外に、ケイ酸鉄はたとえば銅、鉛、ヒ素、ニッケルおよび／または亜鉛のような副次的元素をも含んでいる。
【０００５】
銅鉱石（主に黄銅鉱）を精錬すると、大量のスラグが生じる。高価値金属含有使用材料の量に関しては、６００ｋｇスラグ／ｔ鉱石濃度を持つ銅産業では、鉄鋼産業に比べてほぼ３倍の量のスラグが堆積する。
【０００６】
すでに、銅精錬の向上／最大化を主目的としたスラグ浄化が世界的に行われている。最終的には２つの方法アプローチがある。
【０００７】
ａ）乾式精錬    電気炉内またはオイル／ガス燃焼式テニエンテ炉内で行う。この場合、スラグ／銅マット混合物の重量測定相分離によるスラグの溶融液処理を行う。銅マット（還元手段）は、溶融物への酸素の侵入を回避させるという主要課題を有する。
【０００８】
ｂ）湿式精錬    スラグ浮選。スラグを硬化させた後、粉砕プロセスを行い、次に硫化性銅粒子の浮選を行う。再び一次プロセスに戻すことができる濃度が発生する。
【０００９】
これらの方法の銅含有残量は約０．４−０．８％で、両方法とも他の不純物の冶金学的除去用に構成されていない。その際に発生するスラグ生産物には（乾式か湿式かに関係なく）問題がある。すなわち経済的な応用性がほとんどなく、付加価値が少ないことである。それ故、世界中で生成されている銅スラグの大部分（約１５００万ｔ／ａ）は保管される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の方法を、経済性が改善されるように改良することである。
【００１１】
本発明の他の課題は、冒頭で述べた種類の装置を、経済性が改善されるように改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
方法に関する上記課題は、鉄とは異なる少なくとも１つの成分を少なくとも部分的に除去すること、処理したケイ酸鉄を銑鉄または鋼の製造に使用することによって解決される。
【００１３】
装置に関する上記課題は、該装置が銑鉄または鋼を製造するための装置として構成されていることによって解決される。
【００１４】
銅スラグの金属含有量は従来利用されなかった（非鉄金属も鉄含有量も）。これは、７００ｋｔ／ａのスラグ量の場合、２８０ｋｔ／ａの鉄含有量に相当している。スラグはすでに液状であり、それ故プロセスを実施するには比較的少量のエネルギーを消費するだけでよい。したがって本発明は、非鉄金属をスラグ生産物から除去し、残っているスラグ生産物（スラグ形成物Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅを酸化物として含んでいる）を、銑鉄または鋼の製造のために使用するというアプローチに基づいている。
【００１５】
この下流側のプロセスは、それ以前の上流側プロセススリットに対し、銅原材料を加工する際のフレキシビリティをより向上させる。この原材料の、その組成に関する複雑性は、将来さらに増大すると考えられるが、これは銅鉱石の産出量が少なくなることによるものである。たとえばＡｓ，Ｐｂのような経済的に興味のある不純物（加工工場は、含有量を増やす濃度処理のために鉱物の調質部を含んでいる）は、製鋼業に関しては、とりわけたとえばＺｎであり、ＳおよびＰのような鋼にとって有害な成分は重要なパラメータである。さらに、銅精錬はもちろん重要である。新たに開発された本発明によるプロセスはこれらの要件を満たすものであり、いわゆる「ゼロ廃棄物冶金」という目的を追求するものであり、すなわち生産プロセスで発生するすべての生産物がさらに処理される。
【００１６】
以下では、本発明によるケイ酸鉄の処理方法を実施する際の主要なプロセススリットをキーポイント的に説明する。
【００１７】
プロセスの説明
【００１８】
使用物質：
・ケイ酸鉄、鉄かんらん石（一次銅精製から生じるＣｕスラグ）
・還元剤（固形−コークス、石炭；ガス状−ＣＯ，Ｈ２，Ｆｅ）
・コレクタメタル（Ｃｕ，Ｆｅ）
・電気エネルギー
・天然ガスまたは天然ガス代替生産物
・空気／酸素
・銅産業および鋼産業から出るサイクル生産物（たとえばドロス、一酸化鉛、フライダスト、金属相）またはスラグ
【００１９】
プロセス温度：
・１３００−１６００℃（従来の最適プロセス温度は１４００℃前後）
【００２０】
ユニット：
・電気炉（長方形、処理ゾーン、静止ゾーン、湯出しをオーバーフローとして実施、チャネルを介しての供給、床洗浄によるガスの導入）
・床洗浄式の閉じたＡＯＤコンバータ
【００２１】
プロセスコントロール：
・不連続的
・連続的（有利には、実際に実現可能であるかの継続的検査に関係なく）
・多段階−必要！
【００２２】
エネルギー供給：
・電気炉→電気（非常にわずかな酸素ポテンシャルを調整可能）
・ＡＯＤコンバータ→ガスだき（化学量論的燃焼以下の燃焼が必要（  ＜１；有利には０．８−０．９；欠点−酸素ポテンシャルが電気炉に比べて高い）
【００２３】
滞留時間：
・まだ最終的に確認されていない；約２−６時間
【００２４】
生産物：
・スラグ生産物−鉄かんらん石生産物、磁鉄鉱生産物
・フライダスト
・合金
【図面の簡単な説明】
【００２５】
図面には、本発明の実施形態が図示されている。
【図１】プロセスの経過を示す図である。
【図２】使用物質の明細の表である。
【図３】プロセスから出るスラグ生産物の明細を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、個々のプロセスステップを実施するための図を示している。このプロセス図は、特に、ケイ酸鉄を、鉄鋼業で使用するための原材料としての鉄かんらん石生産物または磁鉄鉱生産物へディープリダクションする際の工程を示している。
【００２７】
一次銅処理プロセスから出るスラグを、有利には液体でディープリダクションプロセスにチャージする。液状スラグは、有利には１２００℃ないし１３５０℃の範囲の温度を有している。典型的には、ほぼ１２６０℃の温度値である。
【００２８】
これとは択一的に、スラグ堆積物を本発明による方法に従って再処理することも考えられる。しかしながら、液状スラグの加工に比べて、より高いエネルギー消費量が発生する。というのは、固形材を溶融させる必要があるからである。使用物質の典型的な明細は、図２の表に図示されている。
【００２９】
プロセスの目的は、含有されている高価値金属を選択的還元によって鉄から分離することである。鉄は、鉄鋼業での使用物質として更なる使用のために、鉄かんらん石生産物（Ｆｅ２ＳｉＯ４）または磁鉄鉱生産物（Ｆｅ３Ｏ４）としてケイ素および／または酸素に結合されて残存する。この生産物は、Ｃａ，ＭｇまたはＣｒの他の酸化物を不純物として含んでいる。生産物の詳細は図３の表に見られる。
【００３０】
有利には１４００℃のプロセス温度へ加温している間、酸素を装入することによって、残存硫黄をシステムから除去することで、続く還元時間を効果的に実施できるようにしなければならない。スラグに対し最大で７％の固形炭素を添加することにより溶融浴を覆い、更なる酸素侵入から保護する。プロセス雰囲気のＣＯ／ＣＯ２比は、１０−１２ａｔｍの酸素ポテンシャルを越えないように調整する。この段階でスラグの揮発性成分が気化し、排ガスとともにプロセスから離間する。排ガス処理中に、揮発性成分はその酸化物の形態でフライアッシュとして堆積する。得られたフライアッシュは、ほぼ４０―６０％の亜鉛、１０−２０％の鉛、１０％以下のヒ素を成分として含んでおり、亜鉛を生成させるための原材料としてたとえば圧延プロセスで使用することができる。７００，０００ｔの年間トン数を持つここで述べている例から、約２０，０００ｔのフライアッシュ量が予想される。
【００３１】
このプロセスステップ以後の同含有量はまだほぼ０．２−０．３％である。銅と鉄を選択的に分離するため、床に配置されている洗浄シンクを介して一酸化炭素を還元剤として装入する。床洗浄の利点は、槍（ランス）式洗浄に比べて必要なガス速度が著しく少ないことである。これによりスラグと金属とガス相との間での集中的混合が生じる。還元は、ガス／スラグ界面において反応式Ｃｕ２＋ＣＯ→２Ｃｕ＋ＣＯ２に従って行われる。形成される金属プリルは非常に細かく（最大で２０μｍ）、接触ゾーンにおいて高密度分離(Dichtetrennung)によってスラグ相から切り離さなければならない。
【００３２】
更なる処理方式によっては、スラグ生産物の鉱物学をそれぞれの使用目的に対し適合させることができる。生産物をたとえば高炉内でそのまま使用する場合には、含有されている鉄かんらん石相で十分である。高炉バーデンを介して使用する場合に対しては、焼結装置内での予処理が必要である。このためには鉄かんらん石の溶融範囲（約１８０℃）は低すぎ、処理中に問題が発生する。このため、仕上げ製品内の磁鉄鉱含有量の調整が必要である。所定量の酸素を添加することによってこの比率を顧客の要望に調整することができる。酸素は酸素ガスの形態で添加できるばかりでなく、たとえばＦｅ２Ｏ３ダストのような、酸素供与体として用いられる中間生産物の形態でも添加できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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