(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程を備えたことを特徴とする自溶炉または反射炉における銅製錬方法。
（a）スラグをサンプリングして、
（b）前記スラグの構成成分（重量％）を定量分析し、更に前記スラグの１２５０℃における粘度を測定し、
（c）前記構成成分の定量値と該定量値から求めたT.Ｆｅ／ＳｉＯ2（モル比の値）、及び前記粘度の測定値を用いて、前記構成成分とT.Ｆｅ／ＳｉＯ2（モル比の値）と粘性との回帰式を算定し、
（d）前記回帰式を用いて所定の粘性となるように原料銅鉱石と溶剤の構成成分の重量比を求め、
（e）前記重量比に応じて構成成分の溶剤を前記自溶炉または反射炉に投入する。
【請求項２】
前記所定の粘性は、３００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１記載の銅製錬方法。
【請求項３】
前記構成成分は少なくともＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、T.Ｆｅ、ＳｉＯ2であることを特徴とする請求項１記載の銅製錬方法。
【請求項４】
前記回帰式は、成分組成の１次式、Ｐ=ａ＋ｂｘ１+ｃｘ２+ｄｘ３+ｅｘ４+ｆ（Ｐ：粘度、ａ〜ｆ：係数、ｘ１：ＣａＯ含有率、ｘ２：Ａｌ2Ｏ3含有率、ｘ３：ＭｇＯ含有率、ｘ４: T.Ｆｅ／ＳｉＯ2モル比）であることを特徴とする請求項１記載の銅製錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は銅製錬工程のスラグ、特に自溶炉製錬スラグの組成、及び粘度を所定の値にしてスラグロスを低減する銅製錬スラグ及び銅製錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅製錬工程は以下で構成される。銅精鉱を他の添加材とともに秤量、調合して自溶炉、及び反射炉などの溶錬炉で溶解等して銅分をマットに濃縮し脈石分はスラグへ移行させる。マットとスラグを比重差により分離する。次に転炉ではマットを酸素富化空気などで酸化して硫黄分をSO2として除去し、鉄分を酸化鉄スラグとして分離除去して粗銅を得る。粗銅は電解精製して電気銅を得る。
【０００３】
スラグ中に銅分が溶解等して損失することをスラグロスという。スラグロスは少ないほど良い。スラグ中の銅分は溶解したものと機械的に混入して懸垂したものとの2種類がある。溶錬炉スラグではスラグ重量の0.3〜0.5wt％が化学的に溶解した銅分である。銅鉱物およびマット微粒子の機械的に混入して懸垂したものの比率はスラグ重量の0.3〜0.4wt％に及ぶ。このため、スラグロスはスラグ重量の0.6〜1.0wt％にもなる。
【０００４】
機械的に混入して懸垂したものによるスラグロスを低減するには、スラグの流動性が優れること、すなわちスラグの粘度は低いほうが良い。スラグの粘度については、FeO-CaO-SiO2系のスラグでは500mPa・s以下なら良好であり1000mPa・s以上は悪いともいわれている。
【０００５】
また、スラグを構成する成分については以下のように言われている。SiO2のような酸性酸化物は粘度を大きくする方に作用し、これにCaOやFeOのような塩基性酸化物が添加されると粘度は小さくなる。Al2O3は酸性酸化物として作用する場合は粘度を大きくする。MgOやZnOは少量でも融点を高めるため粘度に悪影響を及ぼす。Fe2O3(或はFe3O4)は少量では無関係ないし粘度を下げる傾向をもつが、適量になると急激に粘度を上昇させる。
【０００６】
スラグロスを低減する方法として以下のようなものがある。第１は、炉中にパイライト（FeS2）あるいはピロタイト（Fe1-xS）等の硫化鉄を添加してスラグ中の酸化銅を硫化銅（Cu2S）に変えて銅分を回収するものである。このとき、硫化鉄はスラグ中の酸化鉄を還元して粘性を低下させ、スラグに巻き込まれる銅分を減少させる効果もある。
【０００７】
第２は、コークス、石炭、或は液体燃料（例えばLPGや重油）を添加して酸化銅を還元して回収したり、スラグ中の酸化鉄を還元してスラグ粘性を低下させて銅分の巻き込みを減少させる方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術に記載した粘度の良し悪しの範囲、及び成分組成の作用などはいずれも定性的に傾向が示されているのみである。スラグロスの低減については、スラグの粘度を低下させて行なう技術を開示しているが必ずしも効率的ではない。しかも以下のような問題点がある。
(1)  スラグ粘度の測定法が確立されていない。
(2)  スラグ粘度、スラグ成分、及び温度との関係が明確でない
(3)  操業の形態によるスラグ粘度の基準値、及び最適粘度が明確でない。
【０００９】
したがい、本発明はスラグ組成を調整して最適の粘度に保ってスラグのCu含有率を下げるとともに、使用する溶剤を少なくしてスラグ量を減少させ、使用燃料等の原単位を下げることを目的とする。
【００１０】
すなわち、スラグの粘度測定方法を確立させ、スラグを構成する各成分がスラグの粘性にどのように影響を与えているか明確にし、スラグの粘性を最適とするためのスラグ組成を決め、操業条件を制御することにある。
【００１１】
【課題の解決手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、T.Fe/SiO2（モル比の値）が1.0〜1.5であり、Al2O3含有率が4〜8wt％の範囲であり、粘度が300mPa・s以下であることを特徴とする銅製錬スラグである。
【００１２】
本発明の第２の態様は、前記T.Fe/SiO2（モル比の値）が1.1〜1.4であり、前記Al2O3含有率が5〜7wt％の範囲であることを特徴とする銅製錬スラグである。
【００１３】
本発明の第３の態様は、前記スラグが自溶炉スラグ、又は反射炉スラグのいずれかであることを特徴とする銅製錬スラグである。
【００１４】
本発明の第４の態様は、下記工程を備えたことを特徴とする銅製錬方法であり、
(a)  スラグをサンプリングして、
(b)  前記スラグの構成成分（重量％）を定量分析し、更に前記スラグの1250℃における粘度を測定し、
(c)  前記構成成分の定量値と前記定量値から求めたT.Fe/SiO2（モル比の値）、及び前記粘度の数値を用いて回帰式を算定し、
(d)  前記回帰式を用いて溶剤の構成成分の重量比を求め、
(e)  前記重量比に応じた構成成分の溶剤を炉に投入する。
【００１５】
本発明の第５の態様は、前記構成成分は少なくともCaO，Al2O3，MgO、T.Fe、SiO2であることを特徴とする銅製錬方法である。
【００１６】
本発明の第６の態様は、前記所定の粘性は、３００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする銅製錬方法である。
【００１７】
本発明の第７の態様は、前記回帰式は、成分組成の１次式、Ｐ=ａ＋ｂｘ１+ｃｘ２+ｄｘ３+ｅｘ４+ｆ（Ｐ：粘度、ａ〜ｆ：係数、ｘ１：ＣａＯ含有率、ｘ２：Ａｌ2Ｏ3含有率、ｘ３：ＭｇＯ含有率、ｘ４: T.Ｆｅ／ＳｉＯ2モル比）であることを特徴とする銅製錬方法である。
【００１８】
自溶炉模擬スラグ及び自溶炉スラグの粘度を測定する場合には、上記高温粘度測定装置を用いるとスラグが発泡してルツボから溢れたり、スラグがルツボとローターを傷める。そのため、上記高温粘度測定装置に換えて電気炉と市販の粘度計を組み合わせた装置を用いた。さらに、ローターはステンレス鋼製ローターを用い、ルツボはアルミナルツボを用いた。ローターの選定は粘度に合わせて行った。
【００１９】
スラグ成分の分析値は通常の化学分析、機器分析等により求めることができる。なお、本発明では鉱石や溶剤から混入してスラグを構成する成分であっても分析値を表示していないものもある。各成分の内、CaO，Al2O3，MgO、SiO2は酸化物であるが、T.FeはすべてのFe分析値を表したものである。
【００２０】
スラグの構成成分と粘度の関係を把握するため自溶炉模擬スラグの粘度を測定した。自溶炉模擬スラグとは、自溶炉から採取したスラグと試薬を良く混合し、更にミルで一度粉砕してから調整したものである。自溶炉模擬スラグをアルミナルツボに入れ、不活性ガス（例えばN2ガス）を流しながら電気炉中で加熱し、１２５０℃に保持して粘度を測定した。その結果の例をスラグ成分とともに表１として図１に示した。
【００２１】
自溶炉模擬スラグについて各成分と粘度の単相関分析を行なった。その結果以下となった。SiO2については含有率が高くなると粘度を高める。CaOについては含有率が高くなると粘度を低める。T.Fe/SiO2（モル比の値）についてはモル比の値が大きくなると粘度が低くなる。
【００２２】
図２は自溶炉模擬スラグについてT.Fe/SiO2（モル比の値）が1.0、1.09、1.2、1.4について、Al2O3含有率を3〜10wt％の範囲で変化させて粘度の値を求めたものである。T.Fe/SiO2（モル比の値）が大きいほど粘度は低くなる。粘度はAl2O3含有率よって変わり、T.Fe/SiO2（モル比の値）が低くなるとAl2O3含有率が低くても高くても粘度は上昇する。
【００２３】
この理由は以下のように推定される。T.Fe/SiO2（モル比の値）が低くSiO2含有率が高いスラグは粘度は高い。このスラグにAl2O3を添加すると塩基性として作用し粘度は低下する。ところが、Al2O3を増やすと融点が高くなるため粘度は再度上昇する。
【００２４】
スラグの状態図は、３元系のものが一般的でそれ以上の成分組成については分からない。スラグ成分は相互に作用するので、スラグを構成する成分組成と粘度について回帰分析（回帰分析は単回帰分析、重回帰分析等あるが特に分けて示してはいない）を行なった。回帰分析は、市販のソフトウエアーを用いてパソコンで容易に行なうことができる。各成分について試行したところ、CaO含有率、Al2O3含有率、MgO含有率、T.Fe/SiO2（モル比の値）と粘度についての回帰分析結果から、スラグ成分が把握できれば粘度の値が推定でき、粘度が今後上昇下降のいずれの傾向となるか把握できることがわかった。
【００２５】
本発明では、溶錬炉のスラグの組成及び粘度を適正な値に制御することによってスラグ中の銅分を低減せしめることができる。自溶炉製錬法、反射炉製錬法等において用いることができる。
【００２６】
スラグの採取は、溶融したマットとスラグを分離させるために自溶炉のセットラー部で行なう。あるいは、スラグをセットラーから流し出す際に採取しても良い。他の溶錬炉であれば、スラグを溜める個所から、あるいは抜き出す際など、適宜採取すれば良い。
【００２７】
スラグは粘度を測定する。さらに必要な成分、例えばCaO，Al2O3，MgO、T.Fe、SiO2について分析を行なう。分析は通常の化学分析、機器分析等により行なうことができる。また、所定成分の分析結果を回帰式に代入して粘度の値を求める。
【００２８】
本発明では、T.Fe/SiO2（モル比の値）を1.0〜1.4とし、Al2O3含有率を4〜8wt％の範囲とする。この範囲を超えたり、下回る場合には適正な粘度範囲とならないためである。さらに望ましくは、T.Fe/SiO2（モル比の値）を1.1〜1.5とし、Al2O3含有率を5〜7wt％の範囲とする。本発明ではスラグの粘度は300mPa・s以下とする。その理由は300mPa・sを超えると流動性が悪くなりスラグロスが増えるためである。
【００２９】
スラグ組成の分析値が通常の操業の値に較べて大きくずれた場合は、スラグの粘度は通常の範囲を超えると予想される。この場合は、炉に装入する溶剤の量を増減させて適正範囲に制御する。もちろん、銅鉱石を秤量して溶錬炉に投入するさい同時に秤量して溶錬炉に投入して適正範囲に制御して良い。
【００３０】
溶錬炉中に溶剤を投入する方法は特に限定されない。原料の銅精鉱と共に炉に投入すると良い。溶剤は硅石、石灰等から選択すれば良い。生成するスラグの量は少なくする方が良い。多量のスラグを高温で溶融・保持するための熱量、さらに高温融体のスラグが持って逃げる熱量などを考慮すると、溶剤など加えずにスラグ量を少なくするほうが良い。炉から抜き出されたスラグは固化した後、セメント、建設資材、製鉄用などに再利用できる。
【００３１】
【実施例】
スラグは自溶炉セットラーから流し出す際に採取した。スラグは前述と同様にして粘度を測定した。さらに化学分析を行なった。CaO含有率、Al2O3含有率、MgO含有率、T.Fe/SiO2（モル比の値）と粘度Pについて回帰分析を行なった。その結果、式P=a+bx1+cx2+dx3+ex4+f（P：粘度、a〜f：係数であるが数字を省略しアルファベットで示した、x1：CaO含有率、x2：Al2O3含有率、x3：MgO含有率、x4: T.Fe/SiO2モル比の値）を得た。分析値と粘度測定値から回帰分析を繰り返してスラグの粘度を制御した。その結果は表２に示した。なお、スラグを構成する他の成分については分析値の表示を省略した。
【００３２】
図３として示した表２の本発明例は、スラグの分析、及び回帰分析を行なって粘度を制御した結果を番号が1-1から順に示したものである。粘度はいずれも300mPa・s以下であることがわかる。従来例は制御する前のものであり、いずれも粘度値は300mPa・sを超えている。
【００３３】
このように、スラグの成分分析と粘度測定を繰り返して操業条件を制御したところ図４として示した表３の結果が得られた。データは制御前約6ケ月間のスラグ中の銅含有率分析値（重量％）、及び粘度測定値（mPa・s）、１トン当たり粗銅を生産する場合のスラグ量（t/t・Cu）、１トン当たり粗銅を生産する場合の燃料原単位（重油換算Kl/t・Cu）と制御後約6ケ月間の同様の結果を示した。粘度を調製することによって、スラグ中の溶解銅及び機械的に混入して懸垂した銅が減ると共に、スラグの原単位が下がり、使用する燃料の原単位も下がった。制御前後で明らかな違いがあり本発明の効果があることが判る。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、銅製錬においてスラグロス量を低減することができる。本発明によるスラグロス低減方法は、スラグ粘性の低下による機械的に混入して懸垂するものの抑制に効果があり、さらにスラグ量の低減、エネルギー原単位の低減などにも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】自溶炉模擬スラグの粘度、成分組成を表１として示した図である。
【図２】  T.Fe/SiO2（モル比の値）とAl2O3含有率変化に対する粘度変化を示した図である。
【図３】自溶炉スラグの粘度、及び成分組成を表２として示した図である。
【図４】粘度制御前と粘度制御後との違いを表３として示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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