(57)【要約】【課題】  亜鉛あるいは鉛製錬の熔鉱炉から排出される溶湯のスラグフューミングにおいて、不純物品位の低いスラグフューミング後スラグを安定して得るために、熔鉱炉の溶湯からスラグと粗鉛とを確実に分離し、鉛や砒素の含有量が少ないスラグをスラグフューミング炉に安定して供給する。【解決手段】  熔鉱炉１からの溶湯を底部に底抜き穴を有するレードル２に受け入れ、溶湯を受け入れたレードル２を２分間以上静置して粗鉛をレードル２の底に沈降させ、溜まった粗鉛を底抜きして回収した後、レードル２を傾転してスラグとスパイスをスラグフューミング炉３に装入する。【選択図】      図１
2009138209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛あるいは鉛製錬の熔鉱炉から排出された溶湯をスラグフューミングする際に、熔鉱炉からの溶湯を底部に底抜き穴を有するレードルに受け入れ、溶湯を受け入れたレードルを静置して粗鉛をレードルの底に沈降させ、溜まった粗鉛を底抜きして回収した後、レードルを傾転してスラグとスパイスをスラグフューミング炉に装入することを特徴とするスラグフューミングの操業方法。
【請求項２】
前記レードルを静置させる時間が２分間以上であることを特徴とする、請求項１に記載のスラグフューミングの操業方法。
【請求項３】
前記レードルは、アルミナ製であるか又は外側を鋳鉄でライニングした耐火煉瓦からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスラグフューミングの操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛あるいは鉛の製錬において、熔鉱炉からの溶湯のスラグフューミングを安定して行うために、スラグフューミング炉へ供給するスラグ中の粗鉛を確実に分離する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛や鉛の製錬には熔鉱炉を用いることが多い。例えば、焼結鉱などの原料を石灰やコークスと共に熔鉱炉の上部から装入し、１４００℃前後の温度で熔融して還元する。原料に含まれる亜鉛の大部分は揮発するので、排ガスをコンデンサーと呼ばれる冷却装置に導いて回収し、精製して製品亜鉛とする。コンデンサーを通過した残りの排ガスは、砒素などを含むためスクラバーを通して無害化してから放出する。また、スクラバーの洗浄液は、廃水処理工程で処理される。
【０００３】
一方、原料中に含まれる鉛や砒素などの成分は熔解し、溶湯として熔鉱炉の下部から連続して排出される。溶湯は比重の重い粗鉛と比重の軽いスラグとを含むため、炉前に設置した前床で比重分離して、粗鉛は精製工程に送って製品鉛とする。残ったスラグ中には、分離しきれなかった少量の亜鉛や鉛と共に、砒素や鉄などが含まれている。この砒素は鉄と高粘性なスパイスを形成して、比重差の少ないスラグ中に混じ込んでいる。
【０００４】
上記のごとく粗鉛を分離したスラグは、無害化処理して水砕した後、一部はセメント原料として販売されるが、多くは埋め立て処理される。土壌環境基準を守るために、埋め立て処理するスラグ中の亜鉛、鉛、砒素などは一定濃度以下に保たれねばならず、様々な無害化処理方法が検討されてきた。その一つに、スラグフューミングプロセスがある。
【０００５】
このスラグフューミングプロセスは、熔鉱炉の後にスラグフューミング炉を配置し、熔鉱炉の溶湯から粗鉛を比重分離した後、スラグを加熱熔解することによって亜鉛や鉛、砒素などを揮発して除去し、不純物の少ないスラグを得るものである。揮発した亜鉛や鉛、砒素などは専用のコンデンサーで回収され、焼結鉱原料として焼結工程に供給された後、熔鉱炉に繰り返される。
【０００６】
しかし、スラグフューミングプロセスで揮発した砒素を熔鉱炉に繰り返すと、焼結工程や熔鉱炉で揮発する砒素の量が更に増加するため、スクラバーをはじめ廃水処理工程で砒素を回収するイオン交換樹脂塔や、鉄との共沈設備の増強に多額のコストを要することになる。同時に、熔鉱炉では砒素を含む高粘性スパイスも増加するため、炉の樋を閉塞する頻度が高くなり、これを防ぐ手間やコストも増加する。このように砒素を熔鉱炉に繰り返して払い出すことは多くの弊害を伴うため、直接系外に払い出せる方法が望まれてきた。
【０００７】
この問題に対して、特開２００６−５７１５６号公報（特許文献１）には、スラグフューミング炉でスラグを処理する際に、スラグに銅メタルを加えてスラグフューミングを行う方法が記載されている。この方法による銅の共存下でのスラグフューミングでは、スパイス中の鉄は酸化されてスラグに移行し、砒素は銅と合金を形成する。銅と合金化した砒素は揮発せず、スラグよりも重いために亜鉛、鉛、スラグのいずれとも分離し、直接系外に払い出すことができる。
【０００８】
しかしながら、熔鉱炉や前床の操業は常に安定とは限らず、特に前床においてスラグと粗鉛との分離を完全に行うことは難しいため、スラグフューミング炉に供給されるスラグ中の粗鉛や砒素の品位は変動する場合が多い。スラグ中の砒素の増加には銅メタルの投入量を増やす必要が有り、また粗鉛が増加した場合は、処理しきれない鉛や砒素が混入した高不純物濃度のスラグがスラグフューミング炉から排出されるため、後の無害化処理が困難になるなど、多くの不都合が生じる。
【０００９】
そこで、上記特許文献１には、前床から分離して得たスラグを保持炉に入れて鉛の一部を沈降させた後、保持炉を傾転させて上部のスラグだけを抜き取ることにより、スラグフューミング炉に持ち込む鉛を減少することが提案されている。しかし、保持炉を傾転して表面からスラグを抜こうとしても、炉底に溜まっている粗鉛の方が上部に浮かぶスラグよりも融点が低く且つ流動性が高いため、スラグよりも先に粗鉛が流れ出る傾向があり、両者をきれいに分離することは困難であった。
【特許文献１】特開２００６−５７１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記した従来の事情に鑑み、亜鉛あるいは鉛製錬の熔鉱炉から排出される溶湯のスラグフューミングにおいて、熔鉱炉の溶湯からスラグと粗鉛とを確実に分離して、鉛や砒素の含有量が少ないスラグをスラグフューミング炉に安定して供給する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明が提供するスラグフューミングの操業方法は、亜鉛あるいは鉛製錬の熔鉱炉から排出された溶湯をスラグフューミングする際に、熔鉱炉からの溶湯を底部に底抜き穴を有するレードルに受け入れ、溶湯を受け入れたレードルを静置して粗鉛をレードルの底に沈降させ、溜まった粗鉛を底抜きして回収した後、レードルを傾転してスラグとスパイスをスラグフューミング炉に装入することを特徴とする。
【００１２】
上記本発明によるスラグフューミングの操業方法において、前記レードルを静置させる時間が２分間以上であることが好ましい。また、前記レードルは、アルミナ製であるか又は外側を鋳鉄でライニングした耐火煉瓦からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熔鉱炉から排出される溶湯の鉛品位が変動しても、溶湯を粗鉛とスラグ及びスパイスとに確実に分離して、スラグフューミング炉に投入されるスラグ中の鉛品位を低減させ且つ安定して制御することができる。従って、スラグフューミングにおいて、スラグ中に残留する鉛や亜鉛は揮発除去され、砒素は銅メタルと合金化して系外に払い出されるので、スラグフューミング炉から排出されるスラグ中の不純物濃度が低くなり、後の無害化処理が容易になる。
【００１４】
また、本発明においては、熔鉱炉の出湯口に固定された従来の前床に代えて、簡単な構造のレードルを用いることができるうえ、レードルは交換や移動が容易で、トラブル発生時の対応も迅速に行えるという利点がある。しかも、耐火煉瓦を侵食する要因となるスラグ中の鉛を低減させることにより、スラグフューミング炉の寿命を延長させることができ、工程内での鉛や亜鉛、砒素の繰返し量の低減とあいまって、スラグフューミングのコスト削減に著しい効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明によるスラグフューミングの操業方法では、例えば図１に示すように、亜鉛あるいは鉛製錬の熔鉱炉１から排出された溶湯を、樋などを介して底部に底抜き穴を有するレードルに直接受け入れ（図中のＡ）、そのまま静置して粗鉛をレードル２の底に沈降させる。次に、レードル２の底に溜まった粗鉛を、レードル２の底抜き穴から底抜きして回収する（図中のＢ）。その後、レードル２を傾転して、レードル２内に残っているスラグとスパイスをスラグフューミング炉３に装入する（図中のＣ）。
【００１６】
上記したＡ〜Ｂの各工程を実施する際には、１つのレードルで全ての工程を順に実施することが最も簡単である。また、操業を更に効率的に行う場合には、複数のレードルを使用して、溶湯で満杯になったレードルをクレーンで吊り下げて移動し、静置してレードルの底に粗鉛を沈降させている間に、別のレードルに熔鉱炉からの溶湯を受け入れ、あるいは静置後のレードルから粗鉛を底抜きし、又はレードル内のスラグとスパイスをスラグフューミング炉に装入するなど、各工程を並行して実施することもできる。
【００１７】
使用するレードルは、溶湯の温度や重量に耐えられる強度を持つものであれば良く、例えば、アルミナ製のもの、あるいは外側を鋳鉄でライニングした耐火煉瓦からなるものが好ましい。具体的なレードルの構造としては、例えば図２に示すように、内面がすり鉢状のレードル本体２ａと、その上端縁に設けたスラグの注ぎ口４と、その底部に設けた底抜き穴５とを備え、底抜き穴５は耐火物の底抜き栓６で閉じられている。尚、レードル本体２ａの側面には、吊り下げ用クレーンのフックを掛けるための複数の吊具掛け７が設けてある。
【００１８】
粗鉛とスラグ及びスパイスからなる溶湯を受け入れたレードルは、溶湯中の粗鉛がレードルの底に十分に沈降するまで静置する必要がある。レードルの静置時間は、レードルの大きさ、スラグの粘性、静置雰囲気などにより影響されるが、スラグ中の鉛品位を充分低下させるためには、静置時間を少なくとも２分間とすることが好ましい。ただし、必要以上に長く静置すると冷却が進んでスラグが凝固し始めるため、静置時間はスラグの凝固が進まない時間、例えば１０分間以下とすることが望ましい。
【００１９】
レードルを静置している間に、溶湯中の粗鉛とスラグ及びスパイスとは、比重差により分離して、粗鉛がレードルの底に沈降する。所定の静置時間が経過した後、レードルの底抜き栓を引き抜いて、レードルの底部に溜まった粗鉛を底抜き穴から回収し、通常の鉛精製工程に供給する。一方、スラグやスパイスは、比重が軽く且つ粘性が高いため底抜き穴から流れ出し難いうえ、粗鉛に比べて白色が強く容易に区別できる。そのため、目視による色の変化から粗鉛の底抜きが終了したと判断した時点で、底抜き穴を底抜き栓で閉じればよい。
【００２０】
底抜きにより粗鉛を回収したレードルは、スラグフューミング炉側に移動させた後、レードルを傾転して内部のスラグをスラグフューミング炉に供給する。スラグフューミング炉に装入されるスラグは鉛が確実に除去されているので、スラグフューミング炉内では、スラグに分散していたスパイスの分解や、炉内に添加された銅と砒素との合金化が安定して進行し、不純物濃度の低いスラグを得ることが出来る。尚、銅と合金化した砒素は、例えば銅製錬工程に供給することで、銅と砒素とを分離して回収することができる。
【実施例】
【００２１】
［実施例１］
図３に示す装置を用いたルツボ試験により、溶湯中の粗鉛が沈降するのに必要な時間を測定した。即ち、容量１リットルのアルミナ製のルツボ８を用意して、その底部側方に直径１０ｍｍの底抜き口９を設け、アルミナ製の栓１０で底抜き口９を閉じた。このルツボ８に、実操業の熔鉱炉で産出した粗鉛とスラグ及びスパイスとからなる溶湯の凝固物５５０ｇを装入した。
【００２２】
このルツボ８を電気炉１１に入れ、窒素雰囲気下で１４００℃に昇温して、溶湯の凝固物を再び熔融させた。１４００℃で３０分間保持した後、ガス吹き込み管１２から窒素ガスを溶湯内に吹き込みながら５０分間撹拌した。その後、ルツボ８を電気炉１１から取り出し、それぞれ所定の静置時間が経過した後、栓１０を外してルツボ８の底抜き口９から粗鉛をアルミナトレイに排出した。粗鉛の排出の終点は、目視で観察した鉛のメタル色が白っぽく変化した時点で、スラグが混じり始めたと判断した。
【００２３】
上記のルツボ試験において、原料として同じ溶湯凝固物を使用すると共に、静置時間を０.５分から３０分間の間で変化させ、それぞれ粗鉛を底抜きした後、ルツボからスラグを回収した。回収したスラグは粉砕して酸で溶解し、鉛（Ｐｂ）の含有量をＩＣＰで分析した。その結果を、静置時間後のスラグの凝固状態と共に、下記表１に示す。
【００２４】
【表１】
2009138209.tif 000003
【００２５】
表１から分るように、静置時間が２分より短いと分離が不十分なためスラグに残留する鉛の量が多くなるが、２分を超えて静置時間を長くしてもスラグ中の鉛品位はほとんど変化しない。従って、２分以上の静置時間が好ましいことが分る。また、静置時間が１０分を越えると、スラグの表面が凝固し始め、２０分を超えると表面が薄皮程度に凝固し、更に３０分を超えると傾転によるスラグの回収が難しくなることも分った。
【００２６】
［実施例２］
上記実施例１と同じ底抜き穴を有するルツボと装置を使用して、スラグフューミングの確認試験を実施した。即ち、上記実施例１と同一組成の溶湯混合物５５０ｇをルツボに装入し、窒素雰囲気下で１４００℃に昇温して熔融した。熔融後の溶湯を３０分間保持し、窒素ガスを吹き込みながら更に５０分間撹拌した。撹拌終了後保温したまま１０分間静置し、ルツボの底抜き穴から粗鉛をアルミナトレイ上に抜き出した。
【００２７】
鉛を底抜きした後、残ったスラグやスパイスの入ったルツボを取り出し、底抜き穴のない別のルツボに移した。次に、ルツボ内にサイズが２５×２５×１４ｍｍで純度９９.９９％の電気銅８０ｇを添加し、１４００℃に昇温して窒素ガスで撹拌しながら、スラグフューミングを５０分間行った。その後更に３０分間保持し、スラグと銅合金とを分離して回収した。
【００２８】
原料の溶湯凝固物、各工程での中間物、回収したスラグと銅合金は、上記実施例１と同様にＩＣＰで分析した。得られた結果を、下記表２に示す。本発明方法によるスラグフューミング後のスラグでは、砒素の含有量が分析定量下限の０.０１重量％未満であり、鉛の含有量も０.０２重量％未満に低減されていることが分る。
【００２９】
【表２】
2009138209.tif 000004
【００３０】
［比較例］
底抜き穴のない通常のルツボに上記実施例１と同一組成の溶湯凝固物５５０ｇを装入し、電気炉を用いて窒素雰囲気下で１４００℃に昇温して溶湯凝固物を熔融して、３０分間保持した。次に、ルツボ内の溶湯に上記実施例２と同じ電気銅８０ｇを加え、１４００℃に昇温して熔融し、窒素ガスを吹き込んで５０分間撹拌した。撹拌終了後３０分間保持し、スラグと銅合金とに分けて回収した。
【００３１】
原料の溶湯凝固物、各工程での中間物、回収したスラグと銅合金は、上記実施例１と同様にＩＣＰで分析した。得られた結果を、下記表３に示す。この結果を上記実施例２における表２の結果と比較すると、スラグフューミング後のスラグ中の砒素は０.０２重量％、鉛も０.１０重量％と高く、本発明の実施例に比べて除去が不充分であることが分る。
【００３２】
【表３】
2009138209.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるスラグフューミングの操業方法を示す工程図である。
【図２】本発明で使用するレードルの具体例を示す概略の斜視図である。
【図３】本発明の実施例におけるルツボ試験の装置概念図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      熔鉱炉
２      レードル
２ａ    レードル本体
３      スラグフューミング炉
４      注ぎ口
５      底抜き穴
６      底抜き栓
７      吊具掛け
８      ルツボ
９      底抜き口
１０      栓
１１      電気炉
１２      ガス吹込管
【図１】
2009138209.tif 000006
【図２】
2009138209.tif 000007
【図３】
2009138209.tif 000008