(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫化物系銅精鉱、フラックスおよび酸素富化空気をフラッシュ・スメルティング炉内に供給し、該フラッシュ・スメルティング炉内で該精鉱から直接に粗銅を生成する方法において、該方法は、該精鉱から放出される熱を捕捉するとともにスラグの生成量を相対的に減少させるため、マット生成炉で生成し冷却して微粉砕した銅マットを前記精鉱および酸素富化空気とともに精鉱バーナーを介して前記フラッシュ・スメルティング炉に装入し、また該供給される空気の酸素富化度を少なくとも50％とし、さらに前記フラッシュ・スメルティング炉に供給される精鉱の銅含量を少なくとも31%とすることを特徴とするフラッシュ・スメルティング炉における粗銅の生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記粗銅生成用のフラッシュ・スメルティング炉で生成するスラグの処理は2段階で行うことを特徴とする粗銅の生成方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記粗銅生成用のフラッシュ・スメルティング炉で生成するスラグは電気炉(EF)で再処理し、さらに該電気炉で生成するスラグをスラグ濃縮プラントで濃縮することを特徴とする粗銅の生成方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記電気炉で生成するスラグは徐冷してスラグ濃縮プラントで濃縮し、得られた濃スラグを前記フラッシュ・スメルティング炉に移送し、該スラグは銅含量0.3〜0.5%の廃スラグであることを特徴とする粗銅の生成方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、前記粗銅生成用のフラッシュ・スメルティング炉で生成するスラグは2基の電気炉で再処理することを特徴とする粗銅の生成方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記マット生成炉に装入される精鉱の銅含量は20〜31%であることを特徴とする粗銅の生成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記マット生成炉から生成するスラグは徐冷してスラグ濃縮プラントで濃縮し、得られた濃スラグを前記マット生成炉に移送し、該スラグは銅含量0.3〜0.5%の廃スラグであることを特徴とする粗銅の生成方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、前記マット生成炉から生成するスラグは徐冷してスラグ濃縮プラントで濃縮し、得られた濃スラグを前記粗銅生成用のフラッシュ・スメルティング炉に移送し、該スラグは銅含量0.3〜0.5%の廃スラグであることを特徴とする粗銅の生成方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の方法において、前記粗銅生成用のフラッシュ・スメルティング炉で生成したスラグはまず電気炉で再処理し、該電気炉で生成したスラグを徐冷し、前記マット生成炉で生成したスラグとともにスラグ濃縮プラントへ移送し、まとめて再処理を行うことを特徴とする粗銅の生成方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法において、前記マット生成炉はフラッシュ・スメルティング炉であることを特徴とする粗銅の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、懸濁炉内で乾式冶金的なプロセスにより硫化物系精鉱から直接に粗銅を生成する方法に関する。本方法では、硫化銅を懸濁炉に装入するとともに、精鉱から放出された熱を捕捉するための冷却微粉砕銅マットも同時に装入する。
【０００２】
硫化物系精鉱から数段階プロセスを経て未精錬銅、すなわち粗銅を生成する従来法としては、空気または酸素富化空気雰囲気中、自溶精錬炉等の懸濁炉内で精鉱を溶解し、銅含量の多いマット（銅含量50〜75%）を得る方法が知られている。この種の方法は、例えば米国特許第2,506,557号に記載されている。自溶精錬炉で生成した銅マットは、続いて例えばPeirce-Smith式転炉またはフラッシュ転炉内で粗銅へ転換され、陽極炉でさらに精錬される。
【０００３】
懸濁炉内で硫化物系精鉱から1段階プロセスで直接的に粗銅を生成させる方法は、ある種の境界的な条件下においてのみ経済的に成り立つ。粗銅の直接生成における最大の問題点は、銅からスラグを分離するためのスラグ処理にあり、精鉱の燃焼に伴って大量のスラグと熱が発生する。大量のスラグを処理するためには表面積の大きい溶解ユニットが必要となり、プロセス投資に影響を及ぼす。
【０００４】
スラグ以外にも、銅の直接生成に伴う問題点として、硫化物系精鉱の燃焼に伴う大量の熱の生成が挙げられる。このため、通常の精鉱（銅含量20〜31%）を燃焼させる際に酸素富化度を下げる必要があり、場合によってはこれを50%未満にまで下げることにより、プロセス空気中の窒素を加熱して熱勘定を保っている。しかし、これではプロセスガスが大量に発生するので必然的に大型の炉が必要となり、何よりも大型の排ガス処理装置（ボイラー、電気集塵機、ガス供給系統、酸プラントの洗浄装置等）が必要となる。排ガス処理に関連するこれらの装置をより経済的な寸法に小型化するためには、懸濁反応炉中の酸素富化度を高めなければならない（プロセスガス中、50%超）。
【０００５】
精鉱中の銅含量が十分に大きく、少なくとも37%以上である場合、例えば、オーストラリアのオリンピックダム精錬所では50%を超え、1段階プロセスで直接に粗銅を生成することができる。これは、精鉱の銅含量が高くなるほど、通常は精鉱の発熱量が低下するからである。実際、銅含量が高い場合は、硫化鉄系鉱物の比率が低い。上述の精鉱を使用すれば、酸素富化度を十分に高めることができ、その結果、ガスの発生量をほどほどに抑えることができる。
【０００６】
組成さえ適切であれば、銅含量の低い精鉱も粗銅の直接生成に用いることができる。例えば、ポーランドのグロゴー精錬所では、精鉱中の鉄含量が低く、スラグの生成量もそれほど多くはないので、粗銅の1段階生成を行っている。通常の精鉱を用いて銅の1段階生成を行う場合、鉄の全量およびその他の脈石がスラグに変化する。この種の方法は、米国特許第4,030,915号に記載されている。
【０００７】
今回、本件出願人は、懸濁炉を用いて粗銅を生成する新規な方法を開発した。本方法では、冷却した微粉砕銅マットを精鉱とともに懸濁炉に装入することにより、硫化銅含有精鉱から放出される熱を捕捉し、スラグ生成量を相対的に減少させる。銅マットは別の装置で調製し、例えば水砕処理によって冷却し、続いてより細かく粉砕する。ここで述べるスラグ生成量の相対的な減少とは、粗銅の生成量に対するスラグの生成量が従来法におけるよりも少ないことを意味する。この方法によれば、粗銅の直接生成プロセスにおいて酸素富化度を高めることができ、排ガス処理装置も従来より小型で済む。さらに、懸濁炉への総供給量を増やすことなく、精錬所全体の処理能力を著しく増大させることができる。本発明の構成要件は、特許請求の範囲より明らかとなろう。
【０００８】
本方法の底流をなす基本的な考え方は、従来法のように余分な熱をガス中の窒素で吸収するのではなく、冷却したマットに熱を捕捉させる点にある。精鉱に冷却したマットを添加することにより、銅含量の多少によらず、精鉱に対するマットの比率が増すにつれて酸素富化度を高めることができる。供給原料中における冷却微粉砕マットの比率が非常に大きい場合には、精鉱中の銅含量がたとえ少なくても酸素富化度を著しく高めることができ、粗銅の直接生成が経済的に成り立つ。
【０００９】
本方法のもう一つの利点は、供給原料中のマットの割合が増すにつれて、懸濁炉中におけるスラグの相対生成量が減少することである。これにより、スラグ中へ取り込まれてロスとなる銅が減少し、スラグのクリーニングを経て循環する銅の量も減少する。精鉱の組成によっては、珪酸鉄スラグまたはカルシウムフェライトスラグも用いることができる。同じ精錬所内でマットと粗銅の生成を同時進行させ、スラグ処理をまとめて行えるようになると、双方の溶解炉で同種のスラグを使用できるようになり、有利である。スラグ処理の一部でスラグ濃縮を行う場合は、スラグとして珪酸鉄スラグを用いることが好ましい。溶解炉に装入するマットは、公知のいかなる溶解炉で生成されたものであってもよい。
【００１０】
使用する精鉱の銅含量や組成、および使用するマットの量や組成によっては、単一の懸濁溶解炉でそのまま粗銅精錬所を構成することができる。スラグはさらに1段階クリーニング、より好ましくは2段階クリーニングを経る。2段階クリーニング法では、2基の電気炉を使用してもよいし、1基の電気炉と1基のスラグ濃縮プラントを組み合わせてもよい。スラグをスラグ濃縮プラントで再処理する場合は、濃スラグを懸濁炉に戻すことができる。粗銅は陽極炉でさらに通常の精錬を受ける。
【００１１】
精錬ユニットを2基使用できる場合は、そのうちの少なくとも1基を懸濁溶解炉とし、通常の銅精鉱はマット生成ユニットで処理する。生成したマットを水砕し、さらに細かく粉砕した状態で精鉱とともに粗銅精錬炉に装入する。これにより、粗銅溶解炉内の精鉱中の銅含量は、通常よりも多くなる（31%超）。マット生成炉で得られたスラグは、例えばスラグ濃縮プラントを用いるなど従来法に従って再処理する。一方、粗銅溶解炉で得られたスラグは、まず電気炉で処理した後にスラグ濃縮プラントに装入するとよい。この場合も、粗銅溶解炉由来のスラグの処理は1段階で行うことができる。
【００１２】
図1の構成では、硫化銅精鉱をフラックスおよび銅マットとともに懸濁溶解炉、ここでは自溶精錬炉(FSF)に装入する。ここでは簡単のために、酸素を炉に供給するように図示しているが、酸素富化空気を用いる場合のほうが多い。前述したように、酸素富化度は50%超とすることが好ましい。自溶精錬炉で生成した粗銅は陽極炉へ送られ、そこで常法による精錬を経て、陽極銅の形に鋳造される。
【００１３】
自溶精錬炉で生成したスラグは電気炉で再処理される。このスラグは、カルシウムフェライトか珪酸鉄のいずれかである。電気炉で生成した粗銅は、取り出して陽極炉へ直接送り、陽極炉で生成した少量のスラグは、取り出して電気炉に戻す。
【００１４】
図2は本発明の第2の態様に係る原理図である。ここでは2基の精錬ユニットを使用し、一方は粗銅溶解炉、他方は粗銅溶解炉へ供給する銅マットを生成するための炉である。銅マットを生成するには、従来法に従い、硫化銅精鉱と砂等の珪酸塩含有フラックスとを酸素または酸素富化空気とともにプロセスの一次側溶解炉の反応シャフトへ装入する。ここではマットの生成に自溶精錬炉を使用したが、あるいは他の何らかの種類の炉を用いてもよい。この炉へ装入する精鉱は、銅含量が少ないか、もしくは通常程度（銅含量20〜31%）であることが好ましい。銅マットは自溶精錬炉の底部、下位炉、鉄カンラン石スラグの表面に生成する。
【００１５】
硫化物系精鉱である銅精鉱は、取り出された後、粗銅生成用の懸濁溶解炉(FSF)に装入されるが、その銅含量はマット生成量の溶解炉へ装入される精鉱のそれより多い（銅含量31%超）ことが望ましい。したがって、粗銅溶解炉に装入される精鉱中のイオウ含量および鉄含量は低濃度の精鉱より低く、したがって精鉱の発熱量もマット生成炉に装入される精鉱のそれより低い。マット生成炉で生成した銅マットを水砕・粉砕し、銅精鉱、珪酸塩含有フラックス、および酸素または酸素富化空気とともに粗銅溶解炉、好ましくは自溶精錬炉へ装入する。もちろん、マット全体がマット生成炉に由来している必要はなく、一部が他所で生成されていてもよい。粗銅は粗銅溶解炉で生成され、直ちに陽極炉へ供給されるが、この時の未精錬銅は溶融状態で供給される。陽極炉で精錬された銅は、陽極銅の形に鋳造される。
【００１６】
マット生成炉で生成したスラグは徐冷した後、粉砕する。続いてスラグ濃縮プラントで浮選を行ってスラグを濃縮し、得られた濃スラグを先に使用したマット生成炉へ戻す。得られた精鉱中の銅含量は通常かなり高いので、粗銅溶解炉へ移送してもよい。スラグ濃縮工程からの廃棄物は、銅含量0.30〜0.5%、好ましくは0.3〜0.35%の廃スラグである。
【００１７】
粗銅溶解炉(FSF)で生成したスラグは、溶融状態のまま例えばチャネルを通じて電気炉(EF)に送ることが好ましい。電気炉ではコークスを用いてスラグを還元し、炉内で生成した粗銅は直接に電気炉へ装入する。陽極炉で生成したスラグも、同じ電気炉へ装入される。電気炉で生成したスラグはマット生成懸濁炉で生成したスラグと同様にゆっくりと冷却し、スラグ濃縮プラントへ送られ、マット生成懸濁炉で生成したスラグとともに再処理される。
実施例1
粗銅は、図1に示すような懸濁溶解炉で生成される。自溶精錬炉への供給量は83.7トン/時であり、その内訳は、精鉱36.1トン/時、濃スラグ2.2トン/時、フラックス4.4トン/時、マット35.4トン/時および煙道ダスト5.6トン/時である。
【００１８】
精鉱の組成を以下に示す。
【００１９】
銅(Cu)                43.00%
鉄(Fe)                14.00%
イオウ(S)             26.00%
酸化珪素(SiO2)         5.00%
炉内に供給されるフラックス中の酸化珪素(SiO2)濃度は90%である。
【００２０】
銅マットの分析値を以下に示す。
【００２１】
銅(Cu)                70.00%
鉄(Fe)                 7.96%
イオウ(S)             21.34%
炉内に供給される酸素の量は13,400 Nm3/時、空気の量は4,140 Nm3/mであり、酸素富化度は74.6%である。
【００２２】
自溶精錬炉内における粗銅の生成量は35.6トン/時、その銅含量は99.41%である。脈石スラグの生成量は29.2%、その組成は銅20%、鉄28.7%、イオウ0.1%、酸化珪素21%である。炉から放出されるガスの量は29,100 Nm3/時、温度は1,320℃、組成は二酸化イオウ42.3%、酸素2.1%である。この排ガスは廃熱ボイラーに送られ、ここで得られる煙道ダストは自溶精錬炉に戻される。
【００２３】
自溶精錬炉と陽極炉で生成したスラグは、電気炉でまとめて再処理される。このときの自溶精錬炉由来のスラグの生成量は701トン/時、銅含量は20%であり、陽極炉由来のスラグの生成量は4.5トン/時、銅含量は60%である。また、コークス供給量は30トン/時である。電気炉で生成する粗銅の量は121トン/時、銅含量は99.35%である。粗銅は取り出し陽極炉へ送られ、そこで自溶精錬炉から供給された粗銅とともに精錬される。スラグの生成量は557トン/時、銅含量は4%である。このスラグは銅含量が多いので、さらに再処理を行うためスラグ濃縮プラントに移送する。浮選濃縮の結果、得られる濃スラグの銅含量は38.4%、廃スラグの銅含量は0.38%となる。
実施例2
本実施例では、図2に示した解決法について述べる。原料の供給量と産出量は、一次溶解炉に装入される精鉱1,000 kg当たりの量として計算する。この例における一次溶解炉は、自溶精錬炉である。
【００２４】
まず、下記の組成を有する精鉱1,000 kgを一次溶解炉に装入した。
【００２５】
銅(Cu)              31%
鉄(Fe)              25%
イオウ(S)           31%
フラックスとして用いる砂の炉内装入量は88 kg、濃スラグは70 kg、再利用される沈降物は22 kgである。したがって、ダストの再循環分を考慮に入れなければ、炉への総装入量は1,180 kgである。さらに、空気172 Nm3および酸素157 Nm3を炉の反応シャフトへ供給し、57%の酸素富化状態とする。
【００２６】
溶解炉におけるマットの生成量は464 kg、組成は銅70%、鉄7.0%、イオウ21.2%、温度は1,280℃である。一方、スラグの生成量は568 kg、組成は銅2.6%、鉄42%、イオウ0.7%、酸化珪素27%、温度1,320℃である。
【００２７】
一次溶解炉で生成したマットを水砕・粉砕し、この粉砕マットを懸濁溶解炉に装入し、そこで生成する熱を捕捉させる。粗銅生成用の原料である精鉱を炉内に装入する。この時の精鉱の組成は、銅38%、鉄29%、イオウ26%、装入量は214 kgである。本実施例においてもフラックスとしては砂を用い、44 kgを装入した。粉砕時のロスを考慮に入れると、総装入量は710 kgである。さらに、空気50 Nm3および酸素111 Nm3を粗銅生成炉に供給し、72%の酸素富化状態とする。
【００２８】
懸濁溶解炉（ここでは自溶精錬炉）における未精錬銅の生成量は362 kg、銅含量は98.8%、イオウ含量は0.6%、温度は1,280℃である。一方、自溶精錬炉におけるスラグの生成量は239 kg、組成は銅20%、鉄31.2%、イオウ0.1%、酸化珪素21%、温度1,300℃である。
【００２９】
粗銅溶解炉で得られたスラグは、陽極炉で得られたスラグと同様に電気炉へ移送する。この時点のスラグ量はわずか3 kg、銅含量は60%である。コークス10 kgを添加し、銅含量96%の粗銅44 kgが電気炉中に生成する。一方、電気炉におけるスラグの生成量は188 kgであり、その組成は銅4%、鉄27.3%、イオウ4.8%、酸化珪素17.6%である。
【００３０】
一次溶解炉と電気炉との双方に由来するスラグを徐冷し、スラグ濃縮プラントへ移送して更なる再処理を行う。浮選濃縮の結果、得られる濃スラグの組成は、銅29.3%、鉄27.3%、イオウ4.8%、酸化珪素17.6%である。また、廃スラグの分析値は、銅0.3%、鉄43%、酸化珪素27.9%である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  懸濁溶解炉1基と電気炉１基を用いる本発明の一構成例を示す原理図であり、
【図２】  懸濁溶解炉2基、スラグ濃縮プラント1基、および電気炉1基を用いる本発明の他の構成例を示す原理図である。
【符号の説明】
EF  電気炉
FSF  自溶精錬炉
【図１】
0004936624.tif 000002
【図２】
0004936624.tif 000003