JP2002544390A - 高非鉄金属含有量のマットおよび可廃棄スラグを生成する懸濁溶解炉内における非鉄金属硫化物溶解方法および溶解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、懸濁溶解炉内で非鉄金属硫化物の濃縮物から高非鉄金属含有量のマットと、後に廃棄されるスラグとを同時に生成する方法および装置に関する。本発明では、羽口から懸濁溶解炉の断面積の小さい部分に投入する形で、炭素系還元剤を懸濁溶解炉の下炉に投入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、懸濁溶解炉内で非鉄金属硫化物の濃縮物から高非鉄金属含有量のマ
ットと後に廃棄されるスラグとを同時に生成する方法および装置に関するもので
ある。本発明では、羽口から懸濁溶解炉の断面積を縮小した部分に投入する形で
、炭素系還元剤を懸濁溶解炉の下炉に投入する。

【０００２】 懸濁溶解の特徴は、マットとスラグとの間の最終的な相平衡状態が、下炉で生
ずるスラグ反応中にのみ達成される点にある。換言すれば、反応シャフト内で不
均衡に生成する過酸化物もしくは酸化不足の化合物がスラグ相内ではまだ互いに
反応していて、これは特に、反応シャフトの下部に位置するシャフト懸濁物の一
次排出地点において顕著である。このため、大量のスラグとマット相とが、ほぼ
その熱力学的組成で決まる組成にて存在している。また、既にスラグ中に溶解し
て上述の平衡を支配している銅の他に、スラグと相溶しない銅リッチなマットが
機械的懸濁物としてスラグ中に残存していて、現実的な時間内では到底沈降させ
ることができない。

【０００３】 スラグの還元、およびその中に溶解してスラグの粘度を上昇させたりスラグ中
の溶融マット粒子の沈降分離を遅らせたりする原因となる銅酸化物混合体、特に
磁鉄鉱の還元に固定コークスまたはある種の炭素系物質を使用すると、自溶精錬
炉等の懸濁溶解炉内で銅含量の低いスラグを生成できることが、従来より知られ
ている。

【０００４】 米国特許第5,662,370号に記載される方法では、反応シャフトに投入される炭
素系材料中の炭素含量が少なくとも80％であり、材料粒子の少なくとも65％は粒
径100μｍ未満であり、少なくとも25％は粒径44〜100μｍであることが必須とさ
れている。上記特許によると、粒径の規定は厳密であり、これは、未焼成コーク
スによる磁鉄鉱の還元が２通りの機構で進行し、この粒径がこれら機構にとって
決定的な重要性を有するからである。コークス粉末の粒径が概ね100μｍ以上と
粗いと、未焼成部分の粒径も当然大きくなるため、コークスがスラグ表面で浮遊
してしまい、反応速度が低下する。粒径を小さくすれば、コークス粉末がスラグ
内部に入り込み、還元すべき磁鉄鉱と直に接触することができるので、反応速度
が上昇する。

【０００５】 日本国特開昭58-221241号には、粉コークスを単独で、あるいは粉コークスを
微粉炭と共に、濃縮物バーナーを経て自溶精錬炉の反応シャフトに投入する方法
が開示されている。コークスを炉に投入する際は、下炉内の溶融物の表面全体が
未焼成のコークス粉末で均一に覆われるようにする。この出願によると、粒径が
超微細になると磁鉄鉱の還元の度合いが低下するので、粒径は44μｍから1ｍｍ
が好ましいとされる。未焼成コークスで覆われたスラグ層は、溶融スラグ浴の上
層部にとどまり、酸素分圧を著しく減少させる。このコークス層に起因する還元
性の強い雰囲気は、例えば炉のライニングに損傷を与える原因となる。

【０００６】 日本国特公平２-24898号には、粒径40ｍｍ未満の微粉コークスまたは微粉炭を
自溶精錬炉に投入することにより、オイル燃料の必要量を減らし、炉内を希望の
温度に保つ方法が開示されている。

【０００７】 日本国特開平９-316562号では、それより以前の米国特許第5,662,370号に述べ
られている方法とほぼ同じ方法を採用している。米国特許の方法と異なる点は、
炭素系材料を自溶精錬炉の反応シャフトの下部に供給することであり、これによ
って当該炭素系材料がスラグあるいはその中に含まれる還元すべき磁鉄鉱に到達
する前に燃焼してしまうことを防止できる。炭素系材料の粒径は、基本的には米
国特許に記載された粒径分布と同様でよい。

【０００８】 上述の各方法においては、スラグ材料および非鉄金属マットが反応シャフトか
ら沈降し、下炉の気相から分離する際に、当該スラグ材料および非鉄金属マット
が到達する場所がそのまま還元場所になっている、という欠点がある。しかし、
懸濁溶解炉では、銅マット粒子のような微粉状材料は気相と共に漂流して炉やア
ップテークの背面に到達する。このような微粒子が炉の背面で気流から分離して
スラグ相の表面に降下すると、粒径の小ささゆえに、スラグ相中における沈降速
度は非常に遅くなる。スラグは主として炉の背面あるいは側面から抜き取られる
ので、これら粒子をスラグ中で沈降させることはできない。それどころか、粒子
はスラグと共に漂流して炉外へ排出され、スラグの銅含量を高める結果となる。

【０００９】 上述の方法の中には、コークスの粒径の小ささゆえに別の欠点を持つものもあ
る。即ち、かかるコークス粒子は気相中から沈降させることは到底できず、気相
と共にアップテークまで至り、そしてそこから更に廃熱ボイラーへと至るまでの
間、還元剤として働き続けてしまう。ボイラー中ではコークス粒子は反応により
不適切な場所で不要なエネルギーを生成させることになり、廃熱ボイラーの容量
低下に伴って総プロセス容量まで制限されかねない。

【００１０】 更に、上述の各方法には、コークスの還元性能とスラグの最低含量とが、特に
反応シャフトの下方領域を含む下炉領域全体にわたって制御不能となりやすく、
このことが生成されるマットの非鉄金属含量に大きな影響を与える、という明ら
かな欠点がある。換言すれば、スラグ相の表面を構成する厚いコークス層が、プ
ロセスを制御不能とする原因となる。今回開発した方法によれば、シャフト懸濁
物中でのスラグ反応を乱すことなく、プロセスにより生成される銅マットあるい
はニッケル・マット等の大量の非鉄金属マット中の金属含量に実質的に影響を与
えることなく、スラグをより一層減少させることが可能である。

【００１１】 懸濁溶解炉中で非鉄金属を精錬するために開発された本発明の方法によれば、
下炉で生成するスラグに微粉コークスその他の炭素系還元剤を投入する際に、反
応シャフトから排出される懸濁物の自然なスラグ反応、およびマット生成のいず
れをも妨げることがない領域に羽口を通じて投入する。この羽口を介した投入は
、反応シャフトとアップテークとの間の領域、アップテークの下部、あるいはア
ップテークの後段に別に設けられる下炉の延在部分のいずれかにて行う。冶金工
程における羽口投入の難しさは、還元剤の作用の及ぶ深さ範囲が浅く、従来の懸
濁溶解炉ではその幅の関係上、作用を有効に発揮させられないことにある。この
ため、本発明では炉の構造に断面積が本質的に小さい絞り領域を設け、この部分
に羽口を設ける。ここで、スラグ抜き取り穴は、溶融物の全量が必ず羽口の設置
領域を通り、これによってスラグが減量できるような位置に設けることが重要で
ある。沈降領域は還元領域の後段にあり、還元によってスラグから分離されたマ
ットおよび金属粒子はこの沈降領域で沈降させることができる。本発明の本質的
な特徴は、特許請求の範囲より明らかとなろう。

【００１２】 また、スラグ還元中のスラグ粘度は、粘度を高める作用を有する第二鉄イオン
の含量が減少するにしたがって低下し、還元分離された粒子の沈降は、通常の懸
濁溶解におけるよりも早く進行することが従来より知られている。さらに、本発
明の方法では、投入によって生ずる流れが溶融物中に都合良く乱流を発生させる
ので、ゆっくり沈降する微粒子が互いに結合したり、マット相に直進したりする
機会が増え、スラグから金属が一層効果的に除去される。

【００１３】 本発明を、さらに図面を参照しながら説明する。なお、本発明で提案する別の
構成では、反応シャフトとアップテークとの間の下炉の部分に羽口を配している
。

【００１４】 図１は、懸濁溶解炉１の模式的断面図であり、反応シャフト２、下炉３、アッ
プテーク４も図示されている。反応シャフトとアップテークとの間には、実質的
に直角にくびれた絞り部５が形成され、この部分で炉の断面積が縮小されている
。コークス等の還元剤は、羽口６からこの絞り部へ投入される。

【００１５】 図２に示す別の構成例は、図１に示した例と基本的には同様であるが、絞り部
５がよりなだらかな形状を有している。図１、図２のいずれの構成例においても
、マットおよびスラグの抜き取り穴は通常、下炉の背面側に設けられている（図
示せず）。いずれの構成例でも、絞り部に続く下炉の沈降領域の幅は、先の下炉
の幅と同じである。

【００１６】 図３、図４、図５、図６および図７は、絞り部がアップテークより後段の下炉
の部分に配された変形例である。図３に示す例では、下炉が両側から絞られ、羽
口６がその絞り部５に配されている。絞り部の後段には延在部７が設けられ、こ
の部分は前述したように沈降部として機能する。図４に示す炉構造は、下炉が片
側からのみ絞られたこと以外は、図３に示した構造と同様である。図５に示す例
では、下炉には沈降領域となる延在部が設けられていず、炉の終端部の断面積は
実質的に絞り部と同じとなっている。図６および図７は、沈降領域が角張った形
状以外の形状をなす例である。図１〜図６では、羽口が溶融物に対して垂直に設
けられているが、図７では溶融物の流れに対して逆方向に角度を付けて設けられ
ている。また、詳しい図示は省略するが、図３〜図７では、マットおよびスラグ
の抜き取り穴は沈降領域の真裏に配されている。

【図面の簡単な説明】

【図１および図２】 懸濁溶解炉の模式的断面図である。

【図３〜図７】 懸濁溶解炉の模式的断面図であり、羽口をアップテークの後段に配し、独自の
沈降領域を下炉に設けた構成を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 キト、 マルック フィンランド共和国 エフアイエヌ− 02100 エスポー、 トルニタソ ２ビィ ー Ｆターム(参考） 4K001 AA09 BA06 DA01 GA04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下炉内で炭素系材料を用いて還元した後に廃棄されるスラグ
   と共に高非鉄金属含量のマットを生成する、懸濁溶解炉内における非鉄金属硫化
   物溶解方法において、前記スラグは下炉に形成された断面積の小さい絞り部（５
   ）で還元し、該絞り部には羽口（６）を通じて還元剤をスラグ層上に投入するこ
   とを特徴とする懸濁溶解炉内における非鉄金属硫化物溶解方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、溶融物全量に前記絞り部を
   通過させることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、還元の進行場所は、下炉の
   内部であって、反応シャフトとアップテークとの間の領域であることを特徴とす
   る方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の方法において、還元の進行場所は、下炉の
   内部であって、アップテークの後段の領域であることを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の方法において、還元したスラグは、炉から
   排出される前に沈降領域（７）を通過させることを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 還元した後に廃棄されるスラグと共に高非鉄金属含量のマッ
   トを生成する、懸濁溶解炉内における非鉄金属硫化物溶解装置において、下炉は
   絞り部（５）と、該絞り部内に設けられた還元剤投入用の羽口（６）とを備える
   ことを特徴とする懸濁溶解炉内における非鉄金属硫化物溶解装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の装置において、前記絞り部は反応シャフト
   とアップテークとの間の下炉の部分に形成されていることを特徴とする装置。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の装置において、前記絞り部はアップテーク
   の後段の下炉の部分に形成されていることを特徴とする装置。
9. 【請求項９】 請求項６に記載の装置において、前記下炉は絞り部の後段に
   沈降領域を備えていることを特徴とする装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の装置において、前記沈降領域はスラグ抜
    き取り穴を備えていることを特徴とする装置。
11. 【請求項１１】 請求項９に記載の装置において、前記沈降領域の幅は下炉
    の幅と等しいことを特徴とする装置。
12. 【請求項１２】 請求項９に記載の装置において、前記沈降領域の幅は絞り
    部の幅と等しいことを特徴とする装置。