(57)【要約】  銅含有原材料の酸性浸出水溶液が形成され、次いでｐＨ上昇剤に接触させ、それにより銅含有中間体の沈殿を起こさせる銅含有原材料の処理方法が提供される。次いで、銅含有中間体は、収集され、その銅含有中間体に対して、溶解炉または転換炉工程を施すなどの高温度処理に施される。
2016540891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅含有原材料の処理方法であって、
（ａ）前記銅含有原材料の酸性浸出水溶液を提供するステップと、
（ｂ）ｐＨ上昇剤を前記酸性浸出溶液に導入して、銅含有中間体の沈殿を生じさせるステップと、
（ｃ）前記銅含有中間体を収集し、前記銅含有中間体に対して高温度処理に施すステップと
を含み、それらによって前記銅含有原材料を処理する方法。
【請求項２】
前記銅含有原材料は、銅含有鉱石、銅溶解炉スラグ、銅含有尾鉱、銅精鉱、または銅含有処理中間体もしくは廃棄産物である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記銅含有鉱石は、硫化銅鉱石または酸化銅鉱石から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記酸性浸出水溶液は、硫酸、硝酸および塩酸からなる群から選択される酸である、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
前記ｐＨ上昇剤は、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、カルシウムフェライト、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、ドロマイト、およびこれらの化合物の１つ以上を含む材料からなる群から選択される、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記ｐＨ上昇剤は、酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムから選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記銅原材料の前記酸性浸出溶液のｐＨを前記ｐＨ上昇剤によって約４．０〜約９．０に上昇させる、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記高温度処理は、約１０００℃〜約１４００℃の温度である、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
前記高温度処理は、溶解炉または転換炉において行われる、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
前記高温度処理が転換炉において行われる場合、酸素含有ガスおよび硫化物化合物が加熱環境に導入される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップ（ｂ）の前に、有効量のｐＨ上昇剤を前記酸性浸出溶液に導入して、前記銅含有中間体を実質的に沈殿させずに、鉄含有化合物の沈殿を生じさせるステップをさらに含む、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
前記ｐＨ上昇剤は、前記酸性浸出溶液のｐＨを約１．５〜３．５に上昇させ、前記銅含有中間体を実質的に沈殿させずに、鉄含有化合物の沈殿を生じさせる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記高温度処理の前に、前記銅含有中間体に対して分離ステップを施すステップをさらに含む、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
前記ｐＨ上昇剤が石灰および／または石灰岩である場合、前記分離ステップは、沈殿したセッコウを前記銅含有中間体から、それらの粒径の差に応じて、分離することである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ステップ（ｃ）の前に、前記銅含有中間体を２００℃〜８００℃の温度に加熱して、ステップ（ｃ）に導入される、より精鉱された銅含有中間体を提供するステップをさらに含む、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
前記銅含有原材料は、硫化銅含有原材料であり、前記硫化銅含有原材料を前記浸出溶液に曝す前に、前記硫化銅含有原材料に対して酸化焙焼を施して、か焼された銅含有原材料を形成するステップ（ａ−ｉ）をさらに含む、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
前記酸化焙焼は、約５００℃〜約９５０℃の温度で行われる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記か焼された銅含有原材料を浸出溶液に接触させて、前記ステップ（ａ）の前記酸性浸出水溶液を形成するステップ（ａ−ｉｉ）をさらに含む、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸性浸出水溶液は、前記か焼された銅含有原材料が実質的に溶解した後に、約２〜約５のｐＨを有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
硫化銅含有原材料の処理方法であって、
（ａ−ｉ）前記硫化銅含有原材料に対して酸化焙焼を施して、か焼された銅含有原材料を形成するステップと、
（ａ−ｉｉ）前記か焼された銅含有原材料を浸出溶液に接触させて、酸性銅含有浸出溶液を形成するステップと、
（ｂ）ｐＨ上昇剤を前記酸性銅含有浸出溶液に導入して、銅含有中間体の沈殿を生じさせるステップと、
（ｃ）前記銅含有中間体を収集し、前記銅含有中間体に対して高温度処理に施すステップと
を含み、それらによって前記銅含有原材料を処理する方法。
【請求項２１】
前記酸化焙焼の前に、非酸化条件下に前記硫化銅含有原材料を酸性溶液またはアルカリ性溶液に接触させて、選択不純物を浸出するステップ（ａａ−ｉ）をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記硫化銅含有原材料は、硫化銅含有鉱石または硫化銅含有精鉱である、請求項２０または請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅含有鉱石または他の銅含有原材料を処理する方法に関する。特に、本発明は、鉱石または原材料を処理して、それから銅または適切な銅化合物を回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において背景技術を参照するが、そのような技術が豪国などにおいて常識を構成することを認めるものであるとは解釈すべきでない。
【０００３】
銅は、非常に価値のある商品であり、インドや中国などの経済が急成長していることもあって、生産需要が増大している。同時に、新たな高純度鉱床を発見することは、ますます困難となっている。
【０００４】
銅の多くは、その鉱石から２つの方法のうちの１つによって抽出される。ほどんどの硫化銅鉱石は、浮遊選鉱によって精鉱され、乾式冶金経路を使用して処理される。一方、他の銅鉱石（例えば酸化銅鉱石および一部のより低純度の硫化銅鉱石）は、湿式冶金経路を使用して処理される。これら２つの方法は、処理される鉱石の純度が低くなるにつれより大きくなる固有の利点や特定の短所をいくつか有する。
【０００５】
鉱石体中に容易に遊離できる著しく高純度な硫化鉱物が存在する場合、最も経済的かつ効率的な経路は、鉱物を粉砕および浮遊選鉱によって精鉱し、次いで精錬によって精鉱物を処理することである。この乾式冶金処理は、発熱性の高い硫黄酸化反応を利用して、銅をその金属状態に還元しやすいような高温度に精鉱鉱物を加熱する。
【０００６】
この処理の高温度工程は、通常、銅の精錬および転換という２段階処理を含む。どちらも酸素含有ガスの導入を含む。いくつかの例において、例えば自溶炉溶解炉を使用して、「直接銅（ｄｉｒｅｃｔ−ｔｏ−ｃｏｐｐｅｒ）」精錬工程を採用してもよい。精錬処理および転換処理において、硫化物は、酸素によって酸化される。また、硫黄酸化反応は、環境へ放出されないように捕捉されなければならない有毒な二酸化硫黄ガスを生成する。二酸化硫黄ガスは、商業的に価値のある硫酸を生成するために使用できる。
【０００７】
硫化物酸化の程度は、上記処理の２段階を介して制御され、精錬段階においてより高純度の硫化銅液（一般にマット（ｍａｔｔｅ）と呼ばれる）が生成される。次いで、転換段階によって、金属銅生成物（まだある程度の不純物を含む。一般に「粗銅」と呼ばれる）が生成される。酸化シリコンおよび／または酸化カルシウムを各段階において添加して、一般にスラグを呼ばれる別個の液状酸化物相を生成してもよい。化学的に結合した鉄および他の不純物元素の著しい割合は、このスラグ相までに除去される。スラグの組成は、ガス、スラグおよび比較的高密度の銅リッチ相間の金属種の化学的分配、スラグ中に存在する固形酸化物の割合、およびしたがって、スラグ自体の物理化学性質の制御を確実にする際に重要である。溶融スラグおよび高純度なマットは、密度差によって分離する。一部の銅は、スラグ相までに、酸化銅への酸化、またはマットもしくは粗銅のエントレインメントによって失われる。また、硫化物精鉱を粗銅およびスラグにする直接の単段階精錬を行うことができ、この経路は、鉄濃度が比較的低い精鉱に対して商業的に採用される。
【０００８】
スラグ相中に酸化カルシウムが存在することは、多くの理由からこれらのスラグ法に有益であることが示されてきた。その理由の例としては、ヒ素、ビスマスおよびアンチモンなどの不純物を吸収するスラグの能力を向上させることである。マットおよびスラグは、精錬段階において別々に引き出され、マットは、転換段階に移される。転換段階において、スラグおよび「粗」銅は、別々に引き出される。この処理の通常のフローシートを図１に示す。
【０００９】
重要なのは、精錬段階および銅転換段階の両方において、化学反応が発熱性であり、熱を提供してこれらの処理を温度について維持することである。これらの処理部における熱バランスは、制御が困難である可能性があり、処理を制限する。
【００１０】
大半の転換工程は、いまだに回分式転換炉において行われるが、現在ではシリカおよび／または酸化カルシウムを融剤として使用した銅マットの連続転換も行われる。シリカおよび／または酸化カルシウムは、磁鉄鉱、溶融銅および酸素と反応して、溶融スラグを形成する。シリカリッチおよびカルシウムリッチ（カルシウムフェライト）スラグの両方は、銅転換処理において使用できる。ヒ素、ビスマスおよびアンチモンなどの不純物のガス、金属およびスラグ間での分配は、リアクタ設計および運転方法に加えて、スラグ組成、酸素分圧およびシステムの温度などの処理変数に依存する。一般に、スラグ中に酸化カルシウムが存在することは、不純物元素を金属相から除去する際に有益である。
【００１１】
この精鉱精錬経路においてエネルギーを多く消費するステップの一つは、鉱石を粉砕するために使用される電力にある。鉱石の純度が低下すると（例えば２重量％銅から１重量％銅）、同量の銅を生成するために２倍の鉱石を処理しなければならないので、銅金属を生成するために少なくとも２倍の電力が必要になる。このように、乾式冶金方法は、それが処理できる鉱石の純度において経済的に制限がある。これは、新たに発見される鉱石の銅含有量が着実に低下しているので、ますます問題となってきている。
【００１２】
さらに、多くの銅鉱石に含まれるヒ素の含有量は増加している。この元素が環境に放出されることの有害な影響は、よく認識されており、この問題を対処することも必須である。ヒ素は、現在、従来の硫化物乾式冶金において問題となっている。なぜなら、第１のステップ（精錬ステップ）における処理条件により、比較的還元条件となっており、ヒ素が三酸化ヒ素または三硫化ヒ素などの種としてガス相に優先的に分配されるからである。これにより、ヒ素含有ヒュームのガス浄化および廃棄について著しい問題が生じる。
【００１３】
乾式冶金処理は、主に硫化物鉱石に利用可能である。鉱石に含まれる主な銅鉱物が硫化物ではない場合、その鉱石は、物理的手段によっては精鉱しにくく、乾式冶金処理には適さない。なぜなら、母岩を加熱するコストが、エネルギーおよびコストの点で、非常に高いからである。さらに、硫化物鉱石およびそれから得られる精鉱におけるある不純物（ヒ素など）が臨界的な濃度を超えると、その鉱石は、乾式冶金処理を使用しては処理できない。代わりに、湿式冶金技術による処理が、そのような銅を抽出する最も経済的な方法となる。
【００１４】
銅を抽出するための従来の湿式冶金処理は、浸出、溶剤抽出および電解採取処理である。この湿式冶金処理は、通常、図２に示すように、３つの閉ループ回路からなる。第１は、硫酸浸出であり、ここで銅は、鉄などの何らかの不純物元素とともに溶解される。浸出貴液は、鉱石浸出残留物から分離され、有機キレート試薬に接触される。
【００１５】
有機相は、閉ループ回路のうちの２番目を備え、銅イオンに、特に優先的に第二鉄に選択的に結合しながらプロトンを放出することによって陽イオン交換体として作用する。有機相および水相は、混和性でなく、密度差によって物理的に分離される。比較的密度が高く、弱酸性の水相（ラフィネートとしても知られる）は、浸出段階に戻ってリサイクルされる。次いで、銅が担持された有機は、閉ループ回路のうちの３番目を形成する銅電解採取段階からリサイクルされた強酸性溶液に接触される。この溶液の高酸濃度は、陽イオン交換反応を逆転させ、有機にプロトンを担持させながら、銅を有機キレート試薬から剥ぎ取り、水相に入れる。プロトンが担持された有機相は、リサイクルして、浸出溶液に接触させることができる。高純度金属銅は、銅担持水相から電解採取される。
【００１６】
硫化銅（ＩＩ）水溶液からの銅を金属銅として電解採取するには、約２ｋＷｈ／ｋｇ−Ｃｕが必要である。カソードにおいて、溶液からの銅を銅金属に還元し、他方アノードでは、水が酸化されて酸素ガスおよびプロトンを生成し、溶剤抽出処理において有機相から銅をはぎ取るために必要な酸溶液を再生成する。
【００１７】
この処理の利点は、周知である。この処理は、十分に理解されており、工程が比較的容易であり、高純度カソードを生成し、非常に希釈な酸浸出溶液を処理するために使用でき、小規模工程および大規模工程の両方に対して適切である。しかし、少ないが重要な問題により、特定の鉱石体に対してはこの処理が適切でない可能性がある。溶剤抽出回路および電解採取回路に対する資本コストは、比較的高いので、湿式冶金処理経路を一部のより小規模で寿命の短い資源に使用することは経済的でない。さらに、電解採取ステップは、エネルギーを大量に消費し、大きな電源を必要とする。エネルギー生成のコストが需要や課税によって増加するにつれ、必要な電力コストがますます過大となる。特に、必要なインフラストラクチャがまだ備わっていない遠隔地においては特に過大となる。
【００１８】
湿式冶金処理についての、あまり明白ではないが、技術的にはさらにより困難な問題は、この処理がプロトンおよび硫酸塩バランスに大きく依存することである。この処理が電解採取部において硫酸を再生成することは、大きな利点であるとされることが多いが、浸出回路も酸を生成している場合には大きな問題となる可能性もある。このようなことは、硫化物の浸出において多く生じ、生成された酸の一部を中性化する必要が生じる。中性化ステップに必要なブリードは、余分な試薬コストを生じさせ、高価な銅を損失する可能性を与え、生じる残留物は、環境に優しい貯蔵および廃棄を必要とする。湿式冶金処理についてのこれらの問題は、酸化物キャップ（ｃａｐ）が除去および廃棄されたか、または処理されないで貯蔵され、銅価が実現された、より実質的な硫化物堆積物上に酸化銅キャップを含む鉱石体を生じさせてきた。
【００１９】
上記のように、新たに発見される銅鉱床の平均純度が低下していることは気がかりである。世界の銅の埋蔵物のほとんどは、現在、硫化銅鉱石の形態である。これらの埋蔵物に含まれる銅の濃度が低下し、不純物元素の濃度が増加するにつれ、既存の工業処理経路や技術を使用して鉱石および精鉱を処理することがますます困難となってきている。これらの傾向の影響は、生産性の低下、エネルギー消費やコストの増大、環境への有害な影響を回避するために必要な投資や運転コストの増大という形になって現れている。
【００２０】
そのような複雑な鉱石および精鉱から銅を有効に抽出することはさらに困難である。例えば、これらの複雑な鉱石は、ある段階で除去しなければならない鉄を比較的高濃度で有することが多い。これは、通常、溶解炉内で行われる。溶解炉内では、鉄が酸化鉄に転換され、スラグに含まれるようになる。銅鉱石または銅精鉱の鉄含有量が増加するにつれ、それを扱うための融剤およびエネルギーの量が増加する。重要なことは、一定の割合の利用可能な銅が常に鉄をともなうスラグに分配され、より高濃度の鉄から生じるより多量のスラグにより、より多くの銅がスラグに損失することが避けられないことである。
【００２１】
明らかに、従来の乾式および湿式冶金経路を使用すると、平均鉱石純度が低下するにつれ、銅生産の資本および運転コストが電気エネルギー必要量とともに増加し、また、使用される電力が化石燃料から生成される場合は、温室効果ガスに与える影響も増加する。さらに、ヒ素は、銅処理にとってさらに問題となってきている。なぜなら、多くの銅鉱石に含まれるヒ素の濃度が増加しており、他方ヒ素の環境への放出はより厳しく制限されてきているからである。鉛、ビスマスおよび多くの放射性元素などの他の不純物元素についても同様の問題がある。これらの多くの制約があるために、処理による環境への影響をできるだけ小さくしながら、より低純度の銅鉱石を効率よく処理して既存の鉱石体を活用するための新規な方法を見つけることがますます重要となってきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、上記短所または問題のうちの１つ以上を克服または改善するか、または少なくとも有用な代替を提供する銅含有原材料の処理方法を提供することである。
【００２３】
本発明の他の好適な目的は、以下の記載から明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
発明の第１の局面によると、銅含有原材料の処理方法であって、
（ａ）前記銅原材料の酸性浸出水溶液を提供するステップと、
（ｂ）ｐＨ上昇剤を前記酸性浸出溶液に導入して、銅含有中間体の沈殿を生じさせるステップと、
（ｃ）前記銅含有中間体を収集し、前記銅含有中間体に対して高温度処理に施すステップと
を含み、それらによって前記銅含有原材料を処理する方法が提供される。
【００２５】
上記第１の局面のある実施形態において、硫化銅含有原材料の処理方法であって、
（ａ−ｉ）前記硫化銅含有原材料に対して酸化焙焼を施して、か焼された銅含有原材料を形成するステップと、
（ａ−ｉｉ）前記か焼された銅含有原材料を浸出溶液に接触させて、酸性銅含有浸出溶液を形成するステップと、
（ｂ）ｐＨ上昇剤を前記酸性銅含有浸出溶液に導入して、銅含有中間体の沈殿を生じさせるステップと、
（ｃ）前記銅含有中間体を収集し、前記銅含有中間体に対して高温度処理に施すステップと
を含み、それらによって前記銅含有原材料を処理する方法が提供される。
【００２６】
上記各項に記載の本発明の種々の特徴および実施形態は、他項に適宜準用される。したがって、一つの項に記載の特徴を他項に記載の特徴と適宜組み合わせてもよい。
【００２７】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な記載により明らかとなる。
【００２８】
本発明を容易に理解し、実施し得るようにするために、以下に好適な実施形態を例として添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、銅含有鉱石の乾式冶金処理に含まれる通常のステップを例示する。
【図２】図２は、銅含有鉱石の湿式冶金処理に含まれる通常のステップを例示する。
【図３】図３は、本銅原材料処理方法に含まれ得るステップ（いくつかのステップは省略可能）を例示する。
【図４】図４は、硫化銅原材料を処理し、酸化焙焼ステップを使用する本方法に含まれ得るステップ（いくつかのステップは省略可能）を例示する。
【図５】図５は、鉄および銅の水溶液からの選択的沈殿をｐＨの関数のグラフとして例示する。
【図６】図６は、石灰／石灰岩を添加した際の水溶液からの銅含有中間体の沈殿をグラフとして例示する。
【図７】図７は、銅含有サンプルの熱分解をグラフとして例示し、熱重量測定および示差走査熱量測定の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、以下の知見に、少なくとも部分的に、基づく。すなわち、銅精鉱は、熱分解させて銅産物を提供するために精錬ステップまたは転換ステップに直接に与えるのに適した酸性浸出水溶液から沈殿させることができるという知見である。石灰および／または石灰岩を使用することは、精錬／転換工程に有利に組み込むことができる銅精鉱の沈殿に特に有用であることが見出された。そのような方法は、湿式冶金方法の初期ステップと乾式冶金方法の下流ステップとを統合することを可能にし、広範囲の銅鉱石の種類および純度の効率的な処理を可能にする。さらに、硫化銅鉱石または硫化銅精鉱に対して、浸出の前に、酸化焙焼を施すことによって銅精鉱を沈殿させることができる理想の溶液を提供する形態に、硫化銅鉱石または硫化銅精鉱を有利に転換できることが発見された。この焙焼ステップは、溶解およびその後の沈殿に最適な形態の銅の量をできるだけ多くするだけでなく、また鉄などの不純物元素を銅とともに浸出しないような形態に転換することによって、沈殿の前に銅の精製または精鉱を提供する。さらに、酸化焙焼中に、不純物は、オフガス流中に除去されるガス種または微粒子としてのガス相に分配されることによって精鉱から除去および分離され得る。本処理のさらなる詳細および利点を本明細書中に記載する。
【００３１】
本特許明細書において、第１および第２、左および右、前および後、上および下、などの形容詞は、これらの形容詞によって記載される特定の相対的な位置またはシーケンスを必ずしも必要とすることなく、一の要素または方法ステップを他の要素または方法ステップから区別するためだけに使用される。
【００３２】
特に断りがなければ、本明細書中で使用されるすべての技術科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。
【００３３】
発明の第１の局面において、銅含有原材料の処理方法であって、
（ａ）前記銅原材料の酸性浸出水溶液を提供するステップと、
（ｂ）ｐＨ上昇剤を前記酸性浸出溶液に導入して、銅含有中間体の沈殿を生じさせるステップと、
（ｃ）前記銅含有中間体を収集し、前記銅含有中間体に対して高温度処理に施すステップと
を含み、それらによって前記銅含有原材料を処理する方法が提供される。
【００３４】
本方法の一実施形態についての代表的なフローシートを図３に示す。図示のステップのすべてが必ずしも必要とは限らず、むしろ図３は、本方法をどのように使用して、乾式冶金フローシートおよび湿式冶金フローシートを統合して、各方法の主な利点を利用できるかを強調して示すことが理解される。
【００３５】
簡潔には、投入物（ここでは、銅鉱石）を酸性浸出（ここでは、硫酸）に曝し、浸出溶液を提供する。次いで、浸出溶液に対して、若干および制御されたｐＨ増加または沈殿ステップを施す。図３のフローシートにおいて、石灰岩を沈殿増加剤またはｐＨ上昇剤として使用する。この不純物沈殿ステップは、省略可能なステップであり、図３において関連の四角内を網掛けして示しているが、実際の銅含有中間体の沈殿の前に、鉄およびヒ素などの不純物の著しい部分が浸出溶液から除去される利点を提供する。硫化銅鉱石および酸化銅鉱石を処理する際に、著しい量の鉄が存在することは避けられないので、この不純物沈殿ステップが望ましい場合がある。
【００３６】
不純物沈殿物を除去した後、さらなるｐＨ上昇剤（図３に示す実施形態では、再度石灰岩）を加えてｐＨを十分に上昇させて、銅含有中間体の沈殿を開始させる。その後、銅含有中間体を収集し、残りの浸出溶液は、尾鉱に送られる。
【００３７】
次いで、銅含有中間体に対して、省略可能な物理的分離ステップを施してもよい。このステップが省略可能であることは、やはり図３において網掛けによって示している。図３のフローシートにおいて、硫酸が浸出剤であり、石灰岩が沈殿剤であり、セッコウ（ＣａＳＯ４．２Ｈ２Ｏ）は、銅含有中間体を伴って不可避的に沈殿する。これは、実際に、以下に記載するようなある利点を与えるが、場合によっては、セッコウの量が望ましくないほど多くなって、溶解炉／転換炉内でのエネルギー必要量が不必要に増加することがある。そのような場合、セッコウの実質的な部分が、セッコウ粒子のより大きなサイズに基づいて、銅含有中間体から分離され得る。図３に示すように、セッコウ固形物の一部は、沈殿前に浸出溶液にリサイクルされ、より大きなセッコウ結晶の成長を潜在的に促進し、それにより分離ステップの有効性を維持することができる。
【００３８】
次いで、沈殿した銅含有中間体に対して省略可能な加熱ステップ（図３に網掛けで示す）を施してもよい。加熱ステップは、主に、水分を除去し、石灰岩およびセッコウならびに特定の同伴の銅化合物を溶解炉／転換炉工程により適した形態に分解させるように設計される。明確には、溶解炉／転換炉は、これらの目的を達成可能であるが、エネルギー必要量および、特に、転換段階に添加されるべき銅化合物の適合性の点で、この初期の若干より穏やかな加熱ステップを使用することがより望ましいことがある。
【００３９】
銅含有中間体は、加熱ステップによって組成が変更された可能性があるが、次いで、溶解炉または転換炉に直接に導入できる。多くの場合、精錬ステップの代わりに転換炉に直接に導入することが好適である。銅含有中間体が精錬の必要のない転換炉への直接導入に適切であることは、本方法の独特の利点である。なぜなら、これにより、転換炉の銅スループットまたは生産性を、先行の精錬工程に悪影響を与えることなく増加できるからである。銅含有中間体は、銅に結合した酸素を含み、それにより提供される追加の酸素が、酸化条件を達成するために転換炉に注入されなければならない酸素ガス量を低減することを可能にし、そのため、酸素生産における資本および運転コストを補助的に低減し、特定の転換炉工程からの可能な銅生産率を補助的に増加する。石灰または石灰岩をｐＨ上昇剤として使用する場合、それに伴って銅含有中間体とともに沈殿したセッコウ、および未反応の石灰および石灰岩は、融剤として作用し、それによりスラグ化学を制御するために転換炉内に導入する必要のある酸化カルシウムの必要量を低減する。
【００４０】
さらに、精錬段階とは異なり、銅転換炉段階は、通常、より高い酸化条件を用いて行う。より高い酸化条件とは、ヒ素がより容易に溶解し、および溶融スラグ中で安定化することを意味する。ヒ素を安定なスラグ相に含ませると、ヒ素が環境に放出されるという問題が回避される。これが本処理によって利用される。最後に、転換炉は、余分な熱を生成する傾向にある。転換炉におけるこれらの相と銅マットとの発熱性反応は、銅含有中間体化合物の加熱および分解に対するエンタルピー必要量とバランスをとってもよく、それにより、余分な熱を利用して銅生産率を上昇させてもよい。
【００４１】
転換炉は、溶解炉から通常の方法でマットを受け取ったので、この材料を補うように銅含有中間体を単に導入し、この２つを転換炉内でともに処理する。マットは、分りやすいように図３に示した乾式冶金処理経路において通常のステップによって生成された。硫黄ガスの捕捉およびそれらの硫酸生成における使用を示す。湿式冶金処理および乾式冶金処理を統合することによって、その場で生成された硫酸を浸出段階にフィードバックできることが、本方法のさらなる利点である。
【００４２】
以下に、本方法の各ステップにおける材料および要件をより詳細に説明する。
【００４３】
銅原材料は、銅含有鉱石、銅溶解炉スラグ、銅含有尾鉱または銅含有尾鉱堆積物（例えば、銅精鉱器から得られるもの）、銅含有処理中間体、廃水、ガルヴァニック廃棄物、銅含有酸性浸出溶液および他の処理からの廃棄産物からなる群から選択されてもよい。
【００４４】
銅含有鉱石は、酸化銅鉱石および硫化銅鉱石、銅−金堆積物、およびニッケル、コバルト、亜鉛、マンガンなどの元素も含んでもよい混合金属堆積物からなる群から選択されてもよい。
【００４５】
ニッケル、コバルト、亜鉛またはマンガンが原材料中に存在する場合、それらは、本方法によって、沈殿ステップを介して有利に対応される。特に、銅よりも高いｐＨで沈殿するので、銅沈殿が完了した後で、これらの金属を含む残りの浸出溶液は、さらなる処理に適しており、おそらく、これらの金属の価値の実現に適している。このことは、多金属廃棄ストリームまたは堆積物の処理に対して重要であり得る。
【００４６】
好ましくは、銅含有鉱石は、硫化銅鉱石または酸化銅鉱石である。
【００４７】
そのような広範囲の銅含有材料を投入物として使用できることは、本方法の利点である。湿式冶金方法および乾式冶金方法におけるこの点についての制限は、著しく、すでに記載したとおりである。乾式冶金方法の大きなコストは鉱石を粉砕する際のエネルギー消費であるので、本方法は、酸浸出を介して原材料からより直接的に銅化合物を溶解させることができる。次いで、重要な沈殿ステップによって、乾式冶金精錬／転換工程に対して適切な投入物が提供されるので、銅回収のための比較的コストの高い電解採取方法が必要でなくなる。
【００４８】
上記方法は、銅原材料を酸に曝して、酸性浸出水溶液を形成するステップを含んでもよい。すなわち、上記方法は、銅原材料を実際に浸出して、酸性浸出溶液を形成するステップを含んでもよい。これは、常に必要というわけではない。なぜなら、原材料がすでに得られた酸性浸出投入物または銅の廃棄溶液もしくはリサイクル溶液であり得るからである。
【００４９】
好ましくは、酸性浸出溶液のｐＨは、約４．０未満、より好ましくは約３．０未満、さらにより好ましくは約２．０未満、さらになおより好ましくは約０．０〜２．０である。湿式冶金処理において現在使用される通常の硫酸浸出溶液のｐＨ値は、１．０未満である。そのような既存の酸性浸出溶液は、本方法における使用に適し得るが、実用においては、３〜４の範囲のｐＨ値が好適である。浸出溶液の最終のｐＨは、溶液中の銅のすべてを得ることがどれほど困難であるかに依存する。これが困難である場合、または鉄および他の金属不純物を共に溶解することが許容である場合、より低いｐＨ値が存在する。浸出が鉄よりも銅に対して選択的である場合、ｐＨは、より高く、例えば２．０〜４．０である。
【００５０】
適切には、酸性浸出溶液は、塩酸、硝酸および硫酸からなる群から選択される酸を使用して形成される。硫酸は、硫酸銅が溶解した溶液を生成するのに好適であり得る。硫酸銅は、特にその後の沈殿および本方法の熱処理段階における使用に適している。なぜなら、この硫酸塩を使用して硫酸を再生成できるからである。
【００５１】
ｐＨ上昇剤は、沈殿剤と呼んでもよいが、任意の塩基性化合物、またはそのような化合物を含む任意の材料であってもよい。
【００５２】
ｐＨ上昇剤は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属炭酸塩、酸化物、水酸化物、またはそれらの化合物もしくは会合物であってもよい。
【００５３】
ｐＨ上昇剤は、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、カルシウムフェライト、酸化マグネシウム（マグネシア）、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、ドロマイト（ＣａＭｇ（ＣＯ３）２）、およびこれらの化合物の１つ以上を含む他の鉱物からなる群から選択されてもよい。
【００５４】
好ましくは、ｐＨ上昇剤は、石灰（酸化カルシウム）および／または石灰岩（炭酸カルシウム）である。
【００５５】
石灰および石灰岩は、コストの低いという利点を有するｐＨ上昇剤であり、また硫酸浸出の場合、尾鉱溶液から硫酸塩のほとんどを除去するというさらなる利点を有する。また、不純物または銅沈殿段階においてカルシウム含有溶解炉または転換炉スラグを沈殿試薬として使用することが可能であり得る。なぜなら、スラグに含まれるカルシウムは、浸出溶液のｐＨを上昇させるように反応することが可能であるべき酸化カルシウムの形態である。スラグは、鉄を含むので、特に銅沈殿段階において、不純物として導入されているこの金属の量を考慮すべきである。
【００５６】
一実施形態において、ｐＨ上昇剤は、水酸化ナトリウムではない。水酸化ナトリウムは、適切であり得る場合もあるが、中性化値のモル当たりのコストが石灰または石灰岩の対応するモル中性化値よりも約３〜１０倍大きいという短所がある。重要なことは、本発明者らは、銅を石灰または石灰岩を用いて沈殿させると、水酸化ナトリウムを用いて達成できる場合よりも銅をより高度に回収し得ると主張する。石灰岩を用いた銅の沈殿を水酸化ナトリウムを用いた場合から異ならせている重要な要因は、反応速度である。銅と水酸化ナトリウムとの反応は、非常に速く生じて、すべての銅を数分以内に溶液から除去する。他方、石灰岩を用いた反応は、少なくとも一桁長い時間がかかる。水酸化ナトリウムは、水に完全に溶解するか、または固形の状態で導入された場合は急速に溶解するが、石灰岩の溶解速度は、著しくより遅く、これが銅沈殿速度を補助的に制御すると考えられる。石灰岩のより遅い溶解速度は、より多くの結晶性銅産物を生じると考えられる。
【００５７】
溶液中の銅の実質的にすべてが銅含有中間体として沈殿するために必要なｐＨ上昇剤の銅に対するモル比は、約０．５：１〜約５：１である。好ましくは、溶液中の銅に対するｐＨ上昇剤の比は、約０．５５：１〜約３：１、より好ましくは約０．６０：１〜約２：１、さらにより好ましくは約０．６５：１〜約１．５：１である。
【００５８】
ある実施形態において、溶液中の銅に対するｐＨ上昇剤の比は、約０．５０：１〜約３：１、より好ましくは約０．５０：１〜約２：１、さらにより好ましくは約０．５０：１〜約１．５：１であり、約０．５５：１〜約１：１を含む。
【００５９】
ある実施形態において、溶液中の銅に対するｐＨ上昇剤の比は、約０．６０：１〜約３：１、より好ましくは約０．６０：１〜約２：１、さらにより好ましくは約０．６０：１〜約１．５：１であり、約０．６５：１〜約１：１を含む。
【００６０】
ある実施形態において、溶液中の銅に対するｐＨ上昇剤の比は、約０．７０：１〜約３：１、より好ましくは約０．７０：１〜約２：１、さらにより好ましくは約０．７０：１〜約１．５：１であり、約０．７５：１〜約１：１を含む。
【００６１】
銅原材料の酸性浸出溶液のｐＨは、ｐＨ上昇剤によって約ｐＨ４．０よりも高くに上昇させる。実験により、ｐＨ値が４．０より高いと、著しい量の銅が浸出溶液から沈殿され得ることが分かった。ｐＨ値が高くなるとさらに銅が沈殿するが、ある点から後はｐＨを高くしても沈殿する銅の量は全く増えない。好ましくは、ｐＨは、約４．０〜約１０．０、より好ましくは約４．０〜約９．０、さらにより好ましくは約４．０〜約８．０、さらになおより好ましくは約４．０〜約７．０に上昇させる。
【００６２】
浸出溶液のｐＨを上昇させることは、溶液中の水酸化物イオンの濃度がより高いことを意味する。水酸化物濃度が高くなると、酸化銅、水酸化銅および銅ヒドロキシ化合物が安定して沈殿して銅含有中間体を与えるような状態を提供する。中間体銅固形物の正確な化学形態は、溶液条件に依存する。例えば、溶液に硫酸塩が多い場合は、塩基性の硫酸銅が形成され得る。溶液に炭酸塩が多い場合は、塩基性の炭酸銅が形成され得る。これらの場合のそれぞれにおいて、反応の主な仕組みは、ｐＨ調節である。
【００６３】
ｐＨ調節によって生成され得る銅固形物の例は、種々の溶液相パラメータに依存するが、酸化銅（ＣｕＯ）、水酸化銅（Ｃｕ（ＯＨ）２）；水タンバン（ＣｕＳＯ４．３Ｃｕ（ＯＨ）２）、ポスンジャカイト（Ｐｏｓｎｊａｋｉｔｅ）（ＣｕＳＯ４．３Ｃｕ（ＯＨ）２．Ｈ２Ｏ）、ローウォルフ石（Ｗｒｏｅｗｏｌｆｅｉｔｅ）またはランジャイト（ＣｕＳＯ４．３Ｃｕ（ＯＨ）２．２Ｈ２Ｏ）、ベルナドスカイト（ＣｕＳＯ４．３Ｃｕ（ＯＨ）２．４Ｈ２Ｏ）、アントレライト（ＣｕＳＯ４．２Ｃｕ（ＯＨ）２）、アントレライト水和物（ＣｕＳＯ４．２Ｃｕ（ＯＨ）２．Ｈ２Ｏ）、アントレライト二水和物またはカマレザイト（Ｋａｍａｒｅｚｉｔｅ）（ＣｕＳＯ４．２Ｃｕ（ＯＨ）２．２Ｈ２Ｏ）およびドレロファナイト（ＣｕＳＯ４．ＣｕＯ）など、またはそれらに類似の、塩基性硫酸銅；藍銅鉱（２ＣｕＣＯ３．Ｃｕ（ＯＨ）２）およびクジャク石（ＣｕＣＯ３．Ｃｕ（ＯＨ）２）などの塩基性炭酸銅である。硝酸塩溶液から塩基性硝酸銅（Ｃｕ２（ＮＯ３）（ＯＨ）３）が沈殿され得る。塩基性硝酸銅は、ゲルハルドタイトおよびロウアイト（Ｒｏｕａｉｔｅ）などの数個の鉱物名を有する。塩化物溶液から沈殿する銅含有中間体は、塩基性塩化銅（Ｃｕ２Ｃｌ（ＯＨ）３）、ベロイト（Ｂｅｌｌｏｉｔｅ）（ＣｕＣｌＯＨ）または赤銅鉱（Ｃｕ２Ｏ）であってもよい。塩基性塩化銅は、緑塩銅鉱、パラ緑塩銅鉱、ボタラカイトまたはクリノアタカマイト（Ｃｌｉｎｏａｔａｃａｍｉｔｅ）などの多くの鉱物名が与えられてきた。銅を炭酸銅（ＣｕＣＯ３）として沈殿させることも可能であり得る。
【００６４】
一実施形態において、沈殿した銅含有中間体は、酸化銅、水酸化銅、硫酸銅、硝酸銅、塩化銅および炭酸銅、またはそれらの組み合わせを含む化合物からなる群から選択される化合物を含んでもよい。すなわち、沈殿した銅含有中間体は、例えば、水酸化銅もしくは硫酸銅、または塩基性硫酸銅もしくは塩基性炭酸銅などの混合化合物を含んでもよい。
【００６５】
高温度処理は、溶解炉、直接銅溶解炉または転換炉において生じてもよい。上記のように、転換炉に直接に導入することができる銅含有中間体を生成することには独特の利点がある。例えば、銅含有中間体を転換炉に直接導入することは、利用可能な転換炉容量が利用されること、それが乾式冶金方法の独特な下流ステップであって、それによってエネルギー必要量ができるだけ低減されること、酸素および酸化カルシウム融剤の両方を添加するための転換炉要件は、生成される銅含有中間体および付随する沈殿固形物の性質によって緩和され得ることを意味する。
【００６６】
一実施形態において、高温度処理が生じる温度は、少なくとも２００℃、好ましくは少なくとも３００℃、より好ましくは少なくとも１０００℃である。これは、約２００℃〜約１５００℃、約３００℃〜約１５００℃、約４００℃〜約１５００℃、約５００℃〜約１５００℃、約６００℃〜約１５００℃、約７００℃〜約１５００℃、約８００℃〜約１５００℃、約９００℃〜約１５００℃の温度処理を含む。
【００６７】
ある実施形態において、高温度処理の温度は、転換炉内で達成され得る温度などの約１０００℃〜約１５００℃、好ましくは約１０００℃〜約１４００℃、より好ましくは約１２００℃〜約１４００℃である。これらの広い範囲は、約１１００℃〜約１５００℃、約１１００℃〜約１４００℃、約１１００℃〜約１３５０℃、約１２００℃〜約１５００℃、約１２００℃〜約１４５０℃および約１２５０℃〜約１４００℃の部分範囲を含む。約１２５０℃、１３００℃および１３５０℃の温度が好適であってもよい。
【００６８】
溶解炉または転換炉が投入材料の性質に応じて運転される温度範囲があるが、上記の範囲は、一般に、望ましい不純固体または液体状の銅（例えば、粗銅）を生じることが理解される。１５００℃より大きく、１８００℃までの値は、許容され得るが、一般に必要でない。
【００６９】
溶解炉工程および転換炉工程の両方は、酸素を導入してもよいが、転換炉は、一般に溶解炉よりも比較的より強い酸化条件下で働く。
【００７０】
高温度処理が転換炉内で行われない場合、加熱環境において酸素含有量をより低く維持することが好適であり得る。
【００７１】
高温度処理が転換炉内で行われる場合、酸素含有ガスおよび硫化物化合物を加熱環境に導入することが好適であり得る。
【００７２】
一実施形態において、上記方法は、ステップ（ｂ）の前に、有効量のｐＨ上昇剤を酸性浸出溶液に導入して、銅含有中間体の実質的な沈殿の前に鉄含有化合物の沈殿を生じさせるステップを含む。ｐＨ上昇剤は、銅沈殿について上記した通りであってもよい。
【００７３】
上記のように、硫化銅鉱石および酸化銅鉱石は、著しい量の鉄含有化合物を含む。これらは、通常、乾式冶金方法において、融剤の導入および加熱によって、スラグ酸化物相に鉄を分離するように扱われる。鉄不純物の大部分を、簡単で、銅に対して比較的選択的な、沈殿ステップによって酸性溶液から除去できることは、本処理の利点である。これにより、溶解炉段階および転換炉段階においてエネルギーをより大量に消費する方法で扱われる必要のある酸化鉄の量を低減する。
【００７４】
いくつかの実施形態において、この沈殿ステップにおいて鉄とともにヒ素も除去できる。
【００７５】
鉄含有化合物を沈殿させるステップは、浸出溶液のｐＨを約１．５〜約４．０、好ましくは約１．５〜約３．５、例えば１．５〜２．５に上昇させるステップを含んでもよい。これらの範囲は、約２．０〜約４．０、好ましくは約２．０〜約３．０、例えば約２．０〜約２．５を含む。
【００７６】
上記方法は、鉄含有沈殿物を収集して、鉄含有沈殿物を処理ストリームから分離した後に、浸出溶液のｐＨをさらに上昇させて、約ｐＨ３．０〜約１０．０、好ましくは約４．０〜約１０．０、より好ましくは約４．０〜約９．０、さらにより好ましくは約４．０〜約８．０、さらになおより好ましくは約４．０〜約７．０にして、それにより銅含有中間体を沈殿させるステップを含んでもよい。これらの範囲は、約４．５〜約１０．０、好ましくは約４．５〜約９．０、より好ましくは約４．５〜約７．０を含む。
【００７７】
上記方法は、銅含有中間体に対して分離ステップを施すステップをさらに含んでもよい。このステップは、省略可能であるが、不溶な沈殿鉱物を除去する働きを有し得る。この不要な沈殿鉱物は、除去されないと、後の溶解炉または転換炉工程においてエネルギーを消費する。不要な鉱物沈殿物のための沈殿条件は、粒子成長を促進して、より小さな銅含有中間体粒子からより容易に分離されるより大きな粒子またはおそらくは結晶を形成するように制御されてもよい。浸出溶液は、そのような成長を促進するように鉱物の結晶をシード添加してもよい。
【００７８】
一実施形態において、分離ステップは、粒径または粒子の沈降（すなわち、質量および／または密度差）に基づく物理的分離である。
【００７９】
適切には、分離は、サイズスクリーニングまたはふるい、液体サイクロンなどによって達成してもよい。
【００８０】
ｐＨ上昇剤が石灰および／または石灰岩である実施形態において、分離ステップは、沈殿したセッコウを銅含有中間体から分離することを含む。また、未反応石灰または石灰岩は、このステップにおいて銅含有中間体から分離してもよい。セッコウ沈殿および未反応ｐＨ上昇剤のすべてを除去することは、必要または所望でさえなくてもよい。実際に、沈殿した銅含有中間体中の未反応石灰または石灰岩およびセッコウは、熱処理ステップにおいて反応して、石灰のさらなる供給源を与えてもよい。これは、石灰を含むスラグを使用している転換炉において利点がある。なぜなら、融剤の必要量を低減するからである。
【００８１】
上記方法は、銅含有中間体を２５℃〜１０００℃未満または２００℃〜８００℃（２５℃〜２５０℃または２５℃〜２００℃を含む）の温度に加熱し、その後にさらに高い温度に曝すステップをさらに含んでもよい。
【００８２】
この温度処理ステップにおいて使用される温度に応じて、加熱は、まず銅含有中間体内のいかなる会合する水分も蒸発させる。次いで、より高い温度で、水酸化銅および硫酸銅部分の分解を開始し、最終的に酸化銅を残す。さらに加熱すると、酸化銅は、分解して、最終的に銅金属を形成するが、これはより高温度の転換炉ステップにおいて達成される。
【００８３】
例えば、この温度処理ステップ中に、銅含有中間体と会合する水分は、沈殿した固形物を乾燥ガス（低温、中間温度、高温のいずれでもよい）に曝すことによって、または単に加熱環境に置くことによって排除され得る。一実施形態において、これは、銅含有中間体を暖かな乾燥ガス（２５〜２００℃の溶解炉オフガスなど）に曝して、水分の一部を比較的短時間で除去することによって達成され得る。その後、またはあるいは、銅含有中間体は、固形物を酸化銅（表４および５に記載）に、またはおそらくは銅金属にまで分解させ得るような熱いガス（＞２００℃の溶解炉オフガスなど）に曝され得る。
【００８４】
穏やかな加熱ステップにおけるこの分解中のいずれの段階においても、固形物の外からの加熱を停止し、その代わりに固形物を転換炉に添加し、さらに分解を継続して最終的に銅金属を形成するようすることが可能である。
【００８５】
したがって、沈殿した銅含有中間体を分解するために、その銅含有中間体を少なくとも２００℃の高温度処理に曝すことが必要であることが理解される。しかし、上記のように、まず銅含有中間体をより低温度の加熱ステップに曝すことが有利であり得る。このより低温度の加熱ステップは、会合水分を除去するが、酸化銅などの好適な最終産物に、著しい程度には、分解しない。より高い温度の処理（例えば、２００℃〜８００℃など）は、表５に記載するように、銅含有中間体を酸化銅などの化合物に分解する。しかし、転換炉に導入し、温度を約１２００℃〜１３００℃に上昇させると、例えば、銅含有中間体が分解し、不純銅金属固形物または液状粗銅を含む液などの好適な分解銅最終産物が得られる。銅含有中間体を分解させるすべての熱処理は、本方法のステップ（ｃ）の高温度処理の範囲に含まれるといえるが、これらの高温度処理のうちで、転換炉において行われるような、固体または液体状の銅金属含有産物を生じる高温度処理が好適であることが理解される。
【００８６】
本発明の方法は、硫化銅含有原材料の処理の場合にあるさらなる利点を有する。硫化銅鉱物は、硫酸に室温で難溶である。硫化銅鉱物中の硫黄は、銅を溶液へ浸出によって抽出するためには、酸化されなければならない。この固体−液体酸化反応は、遅く、また反応の速度および程度を制限する不動態硫黄リッチ層が粒子の表面に形成されるので複雑となり得る。硫化銅鉱物の浸出を高速および高効率にするためには、微粉砕、温度および圧力の上昇、界面活性剤、塩化物の存在、触媒バクテリアまたは触媒鉱物の何らかの組合せが必要となる。また、硫化銅の浸出のふるまいは、存在する銅鉱物の特定タイプに応じて著しく変化する。このように、図３に記載する処理は、硫化銅鉱石に適用可能であるが、ｐＨ増加を介して銅含有中間体を沈殿させるために用意された初期酸性浸出溶液を得ることは困難であり得る。これは、硫化銅原材料またはその精鉱に対して酸化的乾式冶金焙焼ステップを施すことによって解決できる。
【００８７】
したがって、銅原材料が硫化銅含有原材料である一実施形態において、上記方法は、硫化銅含有原材料に対して酸化焙焼を施し、その後浸出溶液に曝して、か焼された銅含有原材料を形成するステップ（ａ−ｉ）をさらに含んでもよい。
【００８８】
酸化焙焼は、適切な温度において、硫化銅および硫化鉄ならびに他の硫化物に、鉱石の含量に応じて、硫酸塩および酸化物への転換を起こさせる。特に、焙焼の条件が適切であれば、硫化鉄の大部分を酸化物に転換でき、他方硫化銅を硫酸塩形態および／または酸化物形態に転換できる。硫酸銅を形成する際に、硫化銅は、酸素と反応して酸化銅およびＳＯ２ガスまたはＳＯ３ガスを形成し得る。次いで、このＳＯ２ガスまたはＳＯ３ガスは、酸化銅と反応して硫酸銅を形成し得る。銅および鉄化合物の化学熱力学的安定性は、互いに異なるので、焙焼リアクタ内の処理条件に依存する化合物の異なる組合せを用意できる。例えば、硫化物化合物の部分酸化によって、硫酸鉄を形成してもよい。他の処理条件においては、鉄は、化合物Ｆｅ３Ｏ４およびＦｅ２Ｏ３を形成できる。これらの銅を含まない酸化鉄化合物の形成は、非常に有利である。なぜなら、硫酸銅が水溶性であり、酸化銅が穏やかな酸に溶解可能である一方、酸化鉄を溶解するにはより強い酸が必要となるからである。これにより、選択的浸出ステップが可能となる。選択的浸出ステップでは、銅化合物は、実質的にすべてが弱酸性溶液に溶解でき、他方鉄化合物は、固形物浸出残留物内に残るので、困難であった不純物が容易に除去される。
【００８９】
酸化焙焼は、約５００℃〜約９５０℃の温度で行ってもよい。この範囲は、５００℃〜９００℃、５００℃〜８５０℃、５００℃〜８００℃、５００℃〜７５０℃、５５０℃〜９５０℃、５５０℃〜９００℃、５５０℃〜８５０℃、５５０℃〜８００℃、５５０℃〜７５０℃、６００℃〜９５０℃、６００℃〜９００℃、６００℃〜８５０℃、６００℃〜８００℃、６００℃〜７５０℃、６５０℃〜９５０℃、６５０℃〜９００℃、６５０℃〜８５０℃、６５０℃〜８００℃、６５０℃〜７５０℃、７００℃〜９５０℃、７００℃〜９００℃、７００℃〜８５０℃および７００℃〜８００℃の温度で行われる酸化焙焼を含む。
【００９０】
しかし、最適な焙焼条件は、一般に、温度、二酸化硫黄の分圧および酸素の分圧などの因子の組み合わせであることが焙焼および銅処理の当業者に理解される。これらの因子の平衡関係が研究されてきており、変数を結びつける優位図（ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅ  ｄｉａｇｒａｍ）が当業者には利用可能であり、既知であるので、これにより存在するガス圧に応じて焙焼に最も適切な特定の温度が何度であるかが示される。
【００９１】
そのような優位図を確認し、焙焼条件を決定する際に、硫化鉄の大部分が銅を含まない酸化物に転換され、他方硫化銅が硫酸銅および／または酸化銅に転換されることを確実にするような条件を目標とすることが最適である。必須ではないが、硫酸銅は、非常に溶解しやすく、ｐＨ増加によるその後の沈殿に理想的であるので、酸化銅の量に対して形成される硫酸銅の量をできるだけ多くすることが望ましい。
【００９２】
酸化焙焼は、空気、酸素リッチ化空気または他の適切な酸素含有ガスの存在下に行ってもよい。硫化物の転換のために適切な量の酸素が利用可能である限り、いずれのガス雰囲気も適切であり得る。焙焼は、例えば当該分野において現在利用可能であり、既知である流動床焙焼炉などの装置を使用して行ってもよい。
【００９３】
上記方法は、か焼された銅含有原材料を浸出溶液に接触させるステップ（ａ−ｉｉ）をさらに含んでもよい。これにより、酸性浸出溶液が提供される。酸性浸出溶液は、その後、上記のようにｐＨ増加を施され、銅含有中間体を提供する。
【００９４】
浸出溶液は、浸出水溶液であり、酸性または中性であってもよい。か焼された銅含有原材料を曝す浸出溶液のｐＨは、好ましくは弱酸性であるが、原材料中の硫化銅の実質的にすべてが焙焼処理中に酸化銅ではなく硫酸銅に転換される場合は、銅を溶解するために必要とされるのは水だけである。ほとんどの場合、少なくともある程度の量の酸化銅がか焼された銅含有原材料中に存在するので、弱酸性浸出溶液が好適であると考えられる。なお、銅のすべてが硫酸塩の形態であるために浸出溶液が水だけである場合（すなわち、ｐＨは約７）でさえ、溶解時に硫酸塩陰イオンを遊離することにより、銅を含む酸性浸出溶液がなおも形成されるので、その結果、溶液のｐＨは降下する。例えば、溶液は、実質的な量の硫酸銅が溶解した際にはｐＨ７から約ｐＨ４〜５に降下し得る。
【００９５】
したがって、一実施形態において、か焼された銅含有原材料に接触させるために使用されるべき浸出溶液のｐＨは、約２．０〜約７．０であってもよく、これは２．０〜６．５、２．０〜６．０、２．０〜５．５、２．０〜５．０、２．０〜４．５、２．０〜４．０、２．５〜６．５、２．５〜６．０、２．５〜５．５、２．５〜５．０、２．５〜４．５および２．５〜４．０を含む。
【００９６】
好ましくは、浸出溶液は、酸性浸出溶液である。酸の性質は、上記の通りであってもよい。
【００９７】
か焼された銅含有原材料が実質的に溶解した後の浸出溶液のｐＨは、約２〜約５、好ましくは約２．０〜約４．５、例えば２．０〜４．０である。
【００９８】
上記のように、このｐＨで、か焼された銅含有原材料内の硫酸銅および酸化銅のすべては、溶解するが、酸化鉄は、溶解するためにはより強い酸性が必要となるので、固体状態のままである。これにより、容易に除去し、必要に応じて埋め立て廃棄され得る、比較的密度の高い、コンパクトな鉄残留物を提供する。この方法を使用する場合、図３を参照して省略可能なステップとして説明した、鉄を沈殿させるための、省略可能な酸性浸出溶液のｐＨ増加は、必要でない。
【００９９】
酸化焙焼を使用する場合、上記の銅含有中間体の沈殿およびそれ以降のステップなどの残りのステップ（省略可能およびそうでないもの両方）は、上記の通りである。
【０１００】
したがって、第１の局面のある実施形態において、硫化銅含有原材料を処理する方法であって、
（ａ−ｉ）前記硫化銅含有原材料に対して酸化焙焼を施して、か焼された銅含有原材料を形成するステップと、
（ａ−ｉｉ）前記か焼された銅含有原材料を浸出溶液に接触させて、酸性銅含有浸出溶液を形成するステップと、
（ｂ）ｐＨ上昇剤を前記酸性銅含有浸出溶液に導入して、銅含有中間体の沈殿を生じさせるステップと、
（ｃ）前記銅含有中間体を収集し、前記銅含有中間体に対して高温度処理に施すステップと
を含み、それらによって前記銅含有原材料を処理する方法が提供される。
【０１０１】
この処理は、図４に示すような代表的なフローシートにおいて説明される。やはり、図示されるステップのすべてが必ずしも必要とは限らず、フローシートはあくまで例であることが理解される。図４のフローシートは、図３のフローシートと実質的に同じであるが、硫化銅原材料の処理に限定される点と、銅化合物を含む酸性浸出溶液の形成の前に焙焼および前浸出ステップを含む点が異なる。図３に例示した処理について、また、図４に説明した実施形態によって、湿式および乾式冶金経路の統合が可能になることが理解され得る。
【０１０２】
図４の実施形態は、工程において大きな利点を提供する。特に、不純物が扱われ得る方法の成功および自由度は、非常に有利である。焙焼および選択的浸出を介して鉄が容易に除去されることは上記した。しかし、複雑な硫化銅鉱石は、著しい量の鉛、ヒ素、ビスマスならびにウランおよび他の放射性金属を含む。鉛およびビスマスは、鉄とほとんど同じ方法で扱われる。なぜなら、焙焼処理によって生成される化合物は、それが酸化物または硫酸塩であれば、含水酸に全く溶解しないか、または等量な銅化合物よりも溶解しないかのいずれかであるので、穏やかな酸性浸出に溶解しないからである。この段階でこれらの化合物を扱うことは、精錬工程においてそうするよりも、はるかにより簡単であり、費用対効果もより大きい。ニッケルおよびコバルトなどの元素も、銅と化学的に同様のふるまいをし、処理を介して銅種によって取られる経路に従うので、元の硫化物鉱石または原材料から回収することもできる。
【０１０３】
放射性金属が存在すると、鉱石または精鉱を扱うことが困難となり得る。鉱石のある程度の初期精鉱は、中央精錬施設に移送される前に、鉱床の現場またはその近くにおいて行われることが一般である。しかし、放射性材料の量があるレベルを超えると、政府による移送規制のために、放射性材料は、移送できずに、現場でさらに処理されなければならない。焙焼中に不溶または難溶性酸化物を形成する放射性金属は、鉄を伴って浸出残留物とともに残る。酸可溶性形態の硫化銅鉱石中に見られる、ウランなどのこれらの放射性金属について、これらは、焙焼の前に酸性またはアルカリ性「前浸出」によって除去できる。これにより、銅の損失をできるだけ低減しながら容易に除去できる。このとき、銅は、やはり酸可溶性が高くない硫化物形態である。
【０１０４】
さらに、酸化焙焼中は、存在するヒ素が硫化ヒ素または酸化ヒ素などのガス種に転換され得る。酸化焙焼中は、不純物元素を含む微粒子材料も形成され得る。これらは、ガスストリーム中に同伴され得る。焙焼炉は、ガスおよび微粒子を固形精鉱から分離できるガス抽出システムおよびガス収集システムを有する。通常の乾式冶金処理中の理想のシナリオは、溶解炉において、ヒ素がスラグに分配され、スラグの性質により、環境的に安定な形態でそこに残留することである。残念ながら、現実は異なり、著しい量のヒ素がマット（溶融硫化物）に入る。マットは、転換炉に入れられ、そこで、ヒ素は、気相、スラグおよび銅金属間で分配される。転換条件により、通常、より多くのヒ素が溶解炉スラグよりも転換炉スラグ中に見られるが、転換炉スラグは、通常、溶解炉に戻るようにリサイクルされる。この最終結果は、供給された材料中により多くのヒ素がある場合、より多くのヒ素が銅金属に分配される。アノード銅中に許容され得るヒ素の量には実際には限度があるので、供給材料にて処理に導入され得るヒ素の量も制限される。上記のように、本発明のある実施形態において使用される焙焼ステップにおける条件のために、精鉱に元から含まれるヒ素のより大きな割合が、ガス種または微粒子を形成するガス相に分配される。これは、ヒ素の大部分が焙焼炉からのオフガスストリームにおいて処理され得ることを意味し、処理された銅精鉱に実際に伴うヒ素は、非常に少ないかまたは全くなく、そのような銅精鉱は、その後に銅転換炉に送られ、粗銅金属産物中のヒ素が低減されることを意味する。
【０１０５】
また、焙焼オフガスは、浸出段階において使用される硫酸を生成するために有利に使用され得る、二酸化硫黄および／または三酸化硫黄を含む。また、焙焼炉からの余分な熱を使用して、浸出ステップを強化することが望ましいこともある。
【０１０６】
最後に、本方法は、原材料の処理に要するエネルギーの点で好ましい。鉄および多くの他の不純物が、フローシートの初期において、簡単な浸出ステップを用いて除去され得るので、精錬工程においてそれらに対応するためにエネルギーを必要としないし、より純度の高い銅精鉱が乾式冶金によって処理されている。銅含有中間体は、精錬／転換工程のために移送される場合、移送される材料の量の点で、エネルギーがさらに節約される。焙焼ステップにおける硫化物酸化反応は、発熱性が高いので、処理パラメータを適切に制御すれば、焙焼ステップは、自己熱方式となり、非反応性焙焼と比較して、必要な燃料投入物が低減される。このように、比較的低エネルギーである投入物に対して、多くの著しい利点が得られる。
【０１０７】
最後に、本方法は、原材料の処理に要するエネルギーの点で好ましい。鉄および多くの他の不純物が、フローシートの初期において、簡単な浸出ステップを用いて除去され得るので、精錬工程においてそれらに対応するためにエネルギーを必要としないし、より純度の高い銅精鉱が乾式冶金によって処理されている。銅含有中間体は、精錬／転換工程のために移送される場合、移送される材料の量の点で、エネルギーがさらに節約される。焙焼ステップ自体は、反応を開始するためにある程度のエネルギーを必要とするが、硫化物酸化反応は発熱性が高いので、多少自己熱方式である。このように、比較的低エネルギーである投入物に対して、多くの著しい利点が得られる。
【０１０８】
硫化銅鉱石または硫化銅精鉱の焙焼によって、簡単なｐＨ増加によって選択的沈殿工程のための適切な銅化合物（すなわち、酸化物種および硫酸塩種）を含む銅含有浸出溶液が提供されることは、当該分野でこれまで理解されてこなかった。すなわち、酸化焙焼は、上記のように、ｐＨ上昇剤の添加によって銅精鉱の容易かつ有効な後段の選択的沈殿のための理想的な銅含有浸出溶液を提供する。
【０１０９】
焙焼−浸出−沈殿−熱処理方法によって提供される種々のオプションを合わせると、これまで利用できなかったレベルの自由度で不純物を扱うことができること、すなわち、（ｉ）焙焼、（ｉｉ）選択的穏やかな酸浸出、（ｉｉｉ）選択的沈殿、および（ｉｖ）精錬／転換段階が理解される。鉱石の複雑さが増加しているので、このレベルの適応性を有し、既存の精錬／転換炉工程との統合を与えることは非常に重要である。
【０１１０】
この特定の実施形態は、酸化焙焼の前に硫化銅含有原材料を酸性溶液またはアルカリ性溶液に接触させて、ある不純物を浸出させるステップ（ａａ−ｉ）をさらに含んでもよい。例えば、ウランは、その酸化物形態で、酸またはアルカリ性溶液のいずかに溶解し得る。この前浸出ステップは、存在する硫化銅を、場合によっては溶解性である硫酸塩または酸化物形態に転換しないように、非酸化条件下に行うべきである。
【０１１１】
ステップ（ａａ−ｉ）の後、硫化銅含有原材料は、酸性またはアルカリ性不純物含有浸出溶液から分離できる。次いで、焙焼ステップへ導入するように用意される。
【０１１２】
硫化銅含有原材料は、硫化銅含有鉱石、硫化銅含有精鉱または硫化銅尾鉱であってもよい。材料は、精鉱であれば、通常の方法（例えば、粉砕工程および浮遊選鉱工程）で得てもよい。
【０１１３】
発明の第２の局面によって、第１の局面の上記方法によって生成された場合の精鉱銅産物が得られる。
【０１１４】
精鉱銅産物は、実質的に純粋な銅金属であってもよい。
【０１１５】
実験
【０１１６】
酸化的焙焼
【０１１７】
銅精鉱を硫化銅鉱石から研究室規模の浮遊選鉱セルを使用して生成した。この精鉱は、主として黄銅鉱を含み、少量のシリカおよび黄鉄鉱を含んだ。精鉱の別々のサンプルをチューブ炉内で６００℃、７５０℃および９００℃に加熱した。二酸化硫黄および空気の雰囲気を強制的に与えた。炉内の二酸化硫黄と空気およびしたがって酸素の比は、これらのガスの炉中への流速を調節することによって制御した。各ガスの単一流速設定点は、Ｆａｃｔｓａｇｅモデリングに基づいて選択した。三つの実験はすべて同じ流速で、したがって同じ雰囲気条件で、行った。フロー条件は、４００ｍＬ−空気／分および２５ｍＬ−ＳＯ２／分であり、これは、約０．０６ａｔｍＳＯ２、０．９４ａｔｍ空気の強制雰囲気に一致する。０．９４ａｔｍ空気は、０．２０ａｔｍＯ２に相当する。形成されたすべての固形物は、粉末ＸＲＤによって調べた。すべての固形物は、ある程度のシリカを含んだ。
【０１１８】
【表１】
2016540891.tif 000003
表１：酸化焙焼の産物
【０１１９】
６００℃において、明らかに、固形物のほとんどは、酸化鉄および硫酸銅であった。硫酸銅は、上記のように浸出に非常に適した固形物である。７５０℃において、やはり、酸化鉄および硫酸銅が、少量の酸化銅とともに、か焼された固形物の大部分を構成した。最後に、９００℃において、銅のほとんどは、酸化銅であり、鉄も酸化物形態である。上記のように、本方法を使用して、硫酸銅および／または酸化銅を含有するか焼固形物から選択的に銅を浸出できるので、焙焼について試験した三つの温度のすべてについて有用であることが実証された。
【０１２０】
鉄沈殿
【０１２１】
バッチ式実験を行って、著しい量の銅を除去することなく鉄の大部分を浸出溶液から選択的に沈殿させることの可能性を示した。この実験において、硫酸鉄（ＩＩＩ）として約６．５ｇ−Ｆｅ／Ｌおよび硫化銅（ＩＩ）として約３．３ｇ−Ｃｕ／Ｌを含む初期溶液を調製した。固体石灰岩は、３０分ごとにリアクタに投入した。次回の石灰岩の投入の前に溶液のサンプルを取った。結果を図５に示す。
【０１２２】
結果によれば、鉄は、ｐＨ１．６よりも高い点で沈殿を開始し、ｐＨ３．４までで実質的にすべてが溶液から除去されたことが示された。他方、銅は、ｐＨ２．３〜３．４の間のある点で溶液からの沈殿を開始した。この実験によれば、第二鉄の大部分は、硫酸鉄（ＩＩＩ）および硫化銅（ＩＩ）の両方を含む浸出溶液から選択的に沈殿させることができることが示された。約２．３〜３．４の間のｐＨで沈殿させることによって、第二鉄のうちの９０％より多くが溶液から除去でき、銅の損失は１０％未満である。図５のグラフは、９５％近くの第二鉄を除去し、銅の沈殿をできるだけ低減するにはｐＨが３．０のちょうど下が最適であり得ることを示す。
【０１２３】
これらの結果によれば、本発明の方法を使用する際は、浸出貴液の前処理をしてｐＨを所定のレベルにすると、沈殿により第二鉄を選択的に除去できることが示された。鉄を除去した後、さらにｐＨを上昇させると、はるかにより純度の高い銅含有中間体を沈殿させる。この銅含有中間体は、熱処理ステップ（精錬または転換）に使用できる。
【０１２４】
銅沈殿実験
【０１２５】
石灰固形物または石灰岩固形物を２００ｍＬの脱イオン化水またはセッコウ飽和水のいずれか中で２０分間消化し、その後８００ｍＬの硫酸銅含有溶液（合成浸出溶液）を加えた。硫酸銅含有溶液をアルカリ性スラリーに加えると、反応が生じ、それにより石灰または石灰岩が溶解し、銅が沈殿した。得られた溶液のｐＨを測定し、スラリーのサンプルを濾過し、銅濃度、硫黄濃度およびカルシウム濃度についてＩＣＰによって分析した。所望の反応時間後に、スラリーを濾過し、最終の固形物を乾燥した。固形物の一部を酸に溶解し、ＩＣＰ分析に送ってその組成を決定した。
【０１２６】
石灰および石灰岩を用いた沈殿実験の結果を図６に示すグラフに表した。溶液中の銅のすべてを塩基性硫酸銅（ＣｕＳＯ４．３Ｃｕ（ＯＨ）２）として沈殿させるために必要な沈殿試薬対硫酸銅のモル比は、０．７５：１である。ＣｕＢ８およびＣｕＢ１０と標識された実験において、過剰な沈殿試薬を添加したので、リアクタ中の試薬対銅のモル比は、１：１であった。これは、試薬の３３％の過剰に相当する。ＣｕＢ１５と標識された実験では、リアクタに添加された石灰岩対銅のモル比は、０．５：１であった。これは、銅のすべてを沈殿させるために必要な石灰岩の６６％だけを添加することに相当する。
【０１２７】
図６の結果によれば、石灰および石灰岩の両方が、十分な量で存在する場合、銅の実質的にすべてを溶液から沈殿させるのに有効であることが示された。ｐＨ上昇剤の硫酸銅に対する比は、沈殿に役割を有することが分かる。なぜなら、石灰岩が十分存在していない実験では沈殿が完全でないからである。その他の２つの実験によれば、石灰は、銅含有中間体の沈殿に対してより即時的な効果を有することが示されたが、石灰岩も非常に有効であった。
【０１２８】
表２は、各沈殿実験について得られた銅含有中間体の組成を示すＩＣＰ分析の結果を示す。
【０１２９】
【表２】
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表２：三つの実験から沈殿した銅含有中間体の組成
【０１３０】
沈殿銅からのセッコウのサイズ分離
【０１３１】
硫酸塩系において石灰または石灰岩を用いて銅を沈殿させる場合、沈殿産物には、常にセッコウ（硫酸カルシウム二水和物）が混入している。セッコウの一部を固形産物から除去する一つの方法は、沈殿条件を制御して、粒子のような長い針を形成しがちなセッコウが成長して大きな粒子を形成し、銅固形物が小さいままとなるようにすることである。このようなサイズの差異により、物理サイズまたは密度分離処理が実行でき、セッコウの一部を銅産物から除去する。実際には、サイズ分離は、ふるい、液体サイクロン、または物理的分離方法に基づく多くの他のサイズまたは沈降によって行ってもよい。また、固形物の一部をリサイクルすることは、セッコウ粒子が常に銅粒子よりも大きく成長することを確実にするのに有用である。
【０１３２】
上記のように石灰岩を用いて銅を沈殿させ、２日間放置して、セッコウに結晶化を継続させて大きな針に成長させる実験を行った。固形物の一部を取って、５３ミクロン篩にかけてスクリーニングした。スクリーニングは、結晶化セッコウの溶解が一切ないようにするために硫酸カルシウム飽和洗浄溶液を用いて行った。異なるスクリーニング部分をサンプリングし、銅組成、カルシウム組成および硫黄組成について分析した。
【０１３３】
【表３】
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表３：スクリーニング前後の固形物の組成
【０１３４】
【表４】
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表４：５３マイクロメータでスクリーニングした後のサイズ分画における、固形物組成の重量％で表した、カルシウム、銅および硫黄の回収率
【０１３５】
これらの実験結果によれば、カルシウムの半分より多くが５３ミクロンのスクリーニングによって銅から除去できることが示された。カルシウムの半分より多くを除去した結果、銅のうちの損失はわずか１１％であった。見たかを変えると、初期固形物のＣｕ：Ｃａ重量比は、１．３４：１であった。オーバーサイズ固形物のＣｕ：Ｃａ重量比は、０．２７：１であり、アンダーサイズ固形物のＣｕ：Ｃａ重量比は、２．６４：１であった。
【０１３６】
実際には、オーバーサイズ材料中の銅の量は、オーバーサイズ材料が鉄沈殿ステップにリサイクルされるか、または浸出して残留の銅を回収するか、または、著しい量の銅が期待されないならば、単に廃棄されるかのいずれかであり得るようにできるだけ低減され得る。アンダーサイズ材料は、さらなるサイズ分離を行って、さらにより高純度の銅部分を抽出し、他方より低純度の銅部分を銅沈殿ステップにリサイクルしてセッコウ結晶化のシードを与えるようにできる。第２のサイズ分離が行われなければ、代わりに、アンダーサイズ部分を分割して、ある程度のシードを銅沈殿にリサイクルさせる可能性が最も高い。
【０１３７】
熱処理
【０１３８】
水タンバン（ＣｕＳＯ４．３Ｃｕ（ＯＨ）２）サンプルの熱分解を調べて、銅含有中間体化合物の分解を実証した。熱重量測定および示差走査熱量測定の結果を図７に示す。この実験において使用したサンプルは、空気中において室温で乾燥させた後、熱重量測定分析を行って、サンプルに会合する水分の量が、沈殿した産物に通常会合する量よりも少ないようにした。したがって、質量の損失は、固形物の分解による損失を含むだけのはずである。塩基性硫酸銅（ＢＣＳ）の分解は、下記の表５の式によって表される。
【０１３９】
【表５】
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表５：分析可能純度の窒素ガス雰囲気下において行われた、上昇温度での、塩基性硫酸銅固形物の分解を説明する反応
【０１４０】
まず、いかなる結晶会合水および結晶水も蒸発する。これは、固形物の水酸化銅部分が、最高約４５０℃で、酸化銅および蒸気に分解する前およびそれと同時に起こる。上記のように、サンプルと会合している水分の量は、この実験の前にサンプルを空気中において室温で乾燥させることによってできるだけ低減し、この実験において結晶会合水および結晶水の初期損失が最小となるようにした。約５００℃で、酸化銅および硫酸銅の一部は、再結晶化してドレロファイトを形成する。これは、発熱性反応であるので、図７に示す熱フロートレースにおけるスパイクである。次いで、固形物の硫酸銅部分は、酸化銅および三酸化硫黄ガス（ＳＯ３）に分解する。７５０℃以上での残留の固形物は、酸化銅（ＣｕＯ）である。約８００℃で、酸化銅は、一価酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）に分解し、次いでさらに高い温度で銅金属に分解する。酸化銅が銅金属に分解する前に安定している正確な温度は、気相における酸素分圧に依存する。
【０１４１】
分解経路を確認するために、水タンバンのより大きなサンプルを炉中で特定温度に加熱した。次いで、得られた固形物をＸ線粉末回析によって分析した。このＸＲＤ分析の結果を以下の表６に示す。
【０１４２】
【表６】
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表６：乾燥アルゴンガス雰囲気下での加熱後の銅含有材料の組成
【０１４３】
初期サンプルテストによって、固形物が水タンバンであることが判明した。４５０℃で、ある程度の水酸化銅が残留し、ある程度の酸化銅およびドレロファイトが形成された。なお、アントレライトが存在することは、酸化銅および硫酸銅がドレロファイトを形成するのと同じように、水酸化銅および硫酸銅が再結晶していることを示す。７５０℃までに、水酸化物および硫酸塩のすべては、除去され、酸化銅だけが残る。このことは、本発明の方法によって得ることができる銅含有中間体を熱処理ステップに与えて、商用用途のための最終銅産物に転換するのに適した銅含有産物を首尾よく得ることができることを示す。
【０１４４】
湿式冶金経路および乾式冶金経路を統合する際に、本方法は、はるかにより広範囲の原材料が最終的に転換炉工程に与えられるように処理できるようにした。これは、これまで十分に利用されないか、または無視されてきた銅原料をさらによく処理する能力を提供するだけでなく、工程のコストおよび処理の環境への影響を低減する際に独特の工程上の利点を提供する。
【０１４５】
本方法の重要な要素は、銅含有中間体を石灰および石灰岩などの低コスト試薬を添加することで酸性浸出溶液から選択的に沈殿させることだけでなく、そのような沈殿物が粗銅または同様の有用な最終産物を生成する最終乾式冶金ステップのための転換炉工程に導入するのに実際に非常に適していることを実現したことである。
【０１４６】
工程の途中で、不純物の低減を容易にする、以下のような利点が多く実現される。特に、（ｉ）硫酸塩溶液中の鉛の浸出の程度は、あまり大きくない、（ｉｉ）ヒ素は、銅が沈殿する前に鉄とともに沈殿させ得る、（ｉｉｉ）ニッケル、コバルトおよび亜鉛は、銅よりも明らかに高いｐＨ値で沈殿する、（ｉｖ）石灰または石灰岩を用いた沈殿により、銅、カルシウムおよび硫酸塩のすべては大部分が除去されるので、比較的クリーンな尾鉱溶液が提供される、および（ｖ）沈殿処理は、処理水塩分によってはあまり影響を受けないはずである。
【０１４７】
さらなる利点は、溶剤抽出施設および電解採取施設に投じる資本が不要なことである。なぜなら、溶解炉／転換炉に与えることができる沈殿を形成することによって、湿式冶金方法のこれらのコスト高の回路が必要でなくなるからである。溶剤抽出試薬の必要性がなくなり、電気の使用量が低減するので、比較できる現行の工程費用がより低くなる可能性がある。
【０１４８】
さらに、上記のように、沈殿した銅含有中間体は、その組成が著しい量の酸素を含むので、転換炉において酸素の追加の供給源を提供するので、酸素注入コストを低減し、そして処理への酸素注入速度を増加する可能性がある。沈殿した銅産物中の未反応石灰または石灰岩およびセッコウは、反応を起こし、石灰の供給源を提供する。石灰を含むスラグを使用している転換炉において都合がよい。なぜなら、これにより融剤の必要量が低減するからである。セッコウに含まれる硫酸塩、および沈殿した銅固形物と会合したいずれの硫酸塩も、硫酸を再生成するために使用できる。
【０１４９】
世界における銅の供給うちの著しい量は、必ずしも十分に開発された湿式冶金銅処理のためのインフラストラクチャを有さず、また電解採取のコスト圧も上がっているような、チリやペルーなどの国から供給されている。本方法の独特の利点は、沈殿した銅含有中間体を遠隔地から既存の銅溶解炉に移送でき、溶解炉または転換炉中に直接に投入するのに適していることである。
【０１５０】
ヒ素のスラグ相への安定化は、本処理の重要な環境的利点である。精錬段階と異なり、銅転換炉段階は、通常、より強い酸化条件で働く。より強い酸化条件とは、ヒ素が溶融スラグ中により容易に溶解し、安定化されることを意味する。そして、ヒ素を安定なスラグ相に含ませることによって、ヒ素が環境中に放出されるという問題が回避されるので、銅含有中間体を転換炉に直接に導入できる本方法は、このことを利用できる。さらに、また、不純物沈殿段階中に鉄とともにヒ素を除去することが選択可能であり、乾式冶金処理においてヒ素を扱う必要が完全に回避され得る。
【０１５１】
本発明の方法は、銅処理のコストおよび環境への影響を現状から著しく低減できる方法である。処理ステップは、生成されるいずれの残留物についてものその環境への影響をできるだけ小さくしつつ、必要とされる抽出および分離を達成するように選択される簡単で低コストの工程である。
【０１５２】
ここまで本発明の種々の実施形態を当業者に対する説明を目的として説明した。説明しつくしたわけではなく、本発明を一つの開示実施形態に限定する意図もない。上記のように、本発明に対する多くの代替および変更が、上記の教示により当業者には明らかである。したがって、いくつかの代替の実施形態を具体的に説明したが、他の実施形態が当業者にとって明らかであり、比較的容易に開発される。したがって、本明細書は、記載した本発明のあらゆる代替、変更、および変化、ならびに上記発明の意図および範囲に含まれる他の実施形態を含むことを意図する。
【０１５３】
添付の特許請求の範囲および本発明の上記説明は、文脈において表現言語または必要な含意によって他の意味を必要とする場合を除き、用語「備える」、「含む」、または「備え」、「含み」などのその変形は、包括的な意味として使用され、すなわち、記載の要素の存在を特定するが、本発明の一つ以上の実施形態において、さらなる要素の存在または追加を排除しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月14日(2016.10.14)
【手続補正１】
【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】
銅含有原材料の処理方法であって、
（ａ）前記銅含有原材料の酸性浸出水溶液を提供するステップと、
（ｂ）ｐＨ上昇剤を前記酸性浸出溶液に導入して、銅含有中間体の沈殿を生じさせるステップと、
（ｃ）前記銅含有中間体を収集し、前記銅含有中間体に対して高温度処理に施すステップであって、前記高温度処理を施す前に前記銅含有中間体を別の場所に移送してもよい、ステップと
を含み、それらによって前記銅含有原材料を処理する方法。
【請求項２】
前記銅含有原材料は、銅含有鉱石、銅溶解炉スラグ、銅含有尾鉱、銅精鉱、または銅含有処理中間体もしくは廃棄産物である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記銅含有鉱石は、硫化銅鉱石または酸化銅鉱石から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記酸性浸出水溶液は、硫酸、硝酸および塩酸からなる群から選択される酸である、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
前記ｐＨ上昇剤は、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、カルシウムフェライト、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、ドロマイト、およびこれらの化合物の１つ以上を含む材料からなる群から選択される、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記ｐＨ上昇剤は、酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムから選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記銅原材料の前記酸性浸出溶液のｐＨを前記ｐＨ上昇剤によって約４．０〜約９．０に上昇させる、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記高温度処理は、約１０００℃〜約１４００℃の温度である、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
前記高温度処理は、溶解炉または転換炉において行われる、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
前記高温度処理が転換炉において行われる場合、酸素含有ガスおよび硫化物化合物が加熱環境に導入される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップ（ｂ）の前に、有効量のｐＨ上昇剤を前記酸性浸出溶液に導入して、前記銅含有中間体を実質的に沈殿させずに、鉄含有化合物の沈殿を生じさせるステップをさらに含む、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
前記ｐＨ上昇剤は、前記酸性浸出溶液のｐＨを約１．５〜３．５に上昇させ、前記銅含有中間体を実質的に沈殿させずに、鉄含有化合物の沈殿を生じさせる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記高温度処理の前に、前記銅含有中間体に対して分離ステップを施すステップをさらに含む、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
前記ｐＨ上昇剤が石灰および／または石灰岩である場合、前記分離ステップは、沈殿したセッコウを前記銅含有中間体から、それらの粒径の差に応じて、分離することである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ステップ（ｃ）の前に、前記銅含有中間体を２００℃〜８００℃の温度に加熱して、ステップ（ｃ）に導入される、より精鉱された銅含有中間体を提供するステップをさらに含む、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
前記銅含有原材料は、硫化銅含有原材料であり、前記硫化銅含有原材料を前記浸出溶液に曝す前に、前記硫化銅含有原材料に対して酸化焙焼を施して、か焼された銅含有原材料を形成するステップ（ａ−ｉ）をさらに含む、先行する請求項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
前記酸化焙焼は、約５００℃〜約９５０℃の温度で行われる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記か焼された銅含有原材料を浸出溶液に接触させて、前記ステップ（ａ）の前記酸性浸出水溶液を形成するステップ（ａ−ｉｉ）をさらに含む、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸性浸出水溶液は、前記か焼された銅含有原材料が実質的に溶解した後に、約２〜約５のｐＨを有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
硫化銅含有原材料の処理方法であって、
（ａ−ｉ）前記硫化銅含有原材料に対して酸化焙焼を施して、か焼された銅含有原材料を形成するステップと、
（ａ−ｉｉ）前記か焼された銅含有原材料を浸出溶液に接触させて、酸性銅含有浸出溶液を形成するステップと、
（ｂ）ｐＨ上昇剤を前記酸性銅含有浸出溶液に導入して、銅含有中間体の沈殿を生じさせるステップと、
（ｃ）前記銅含有中間体を収集し、前記銅含有中間体に対して高温度処理に施すステップと
を含み、それらによって前記銅含有原材料を処理する方法。
【請求項２１】
前記酸化焙焼の前に、非酸化条件下に前記硫化銅含有原材料を酸性溶液またはアルカリ性溶液に接触させて、選択不純物を浸出するステップ（ａａ−ｉ）をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記硫化銅含有原材料は、硫化銅含有鉱石または硫化銅含有精鉱である、請求項２０または請求項２１に記載の方法。
【国際調査報告】
2016540891.tif 000016
2016540891.tif 000017
2016540891.tif 000018