JP2002544391A - 浮遊溶鉱炉内で非鉄金属の生産中に生じるスラグの非鉄金属成分の低減方法 - Google Patents

浮遊溶鉱炉内で非鉄金属の生産中に生じるスラグの非鉄金属成分の低減方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、浮遊溶鉱炉内で銅またはニッケルなどの非鉄金属の生産中に生じるスラグの非鉄金属成分を、サイズの範囲が1〜25mmの冶金用コークスを炉内に加えることによって低減する方法に関する。炉の天井から下方に調整板を配置することが可能であり、これらの調整板により銅およびニッケルを含む微細な粒子が炉の後部に漂流しかつスラグと一緒に取り出されることを防止する。これらの調整板が微細な粒子を炉の還元ゾーン内に沈下させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、浮遊溶鉱炉内で銅またはニッケルなどの非鉄金属の生産中に生じる
スラグの非鉄金属成分を、サイズが1〜25mmの範囲である冶金用コークスを炉内
に供給することにより低減する方法に関する。炉の天井から下方に調整板を設置
することが効果的であり、この調整板により銅とニッケルを含む微細な粒子が炉
の後部に流されてスラグと一緒になることを防止する。この調整板が微細な粒子
を炉の還元ゾーン内に滞留させる。
【０００２】 従来、自溶炉などの浮遊溶鉱炉中で低銅含有率のスラグを発生させることが可
能であることが知られており、この場合固体コークスまたは他の炭材がスラグの
還元、およびスラグの内部に溶融した銅酸化物の還元、および特にスラグの粘度
を増大させかつ滞留によりスラグ内に含まれる溶融マット粒子の分離を遅くする
磁鉄鉱の還元に使用される。
【０００３】 米国特許第5,662,370号に記載されている方法では、反応炉内に供給される炭
材の炭素含有量が少なくとも80%であり、材料粒子の少なくとも65%が100μm以下
でありかつ少なくとも25%が44〜100μmの間にあることが必要とされている。粒
子のサイズは正確に規定される。なぜならば、前記の特許によれば未燃のコーク
スによる磁鉄鉱の還元は二つのメカニズムによって行なわれ、当該メカニズムに
関連して粒子サイズが決定的な意義を有するためである。もし粗い粉コークスの
サイズが概略100μmまたはそれより大きければ、未燃部分の粒子サイズもまた大
きくなるためにコークスはスラグの表面上に浮遊して停滞し反応が遅くなる。粒
子サイズが減少すれば、粉コークスはスラグ内に入りこんで、還元すべき磁鉄鉱
と直接接触するようになり、反応速度が加速される。
【０００４】 特開昭58-221241号には、コークス風またはコークスと微粉炭の風を自溶炉の
反応炉内に精鉱バーナーを通じて送風する方法が記載されている。コークスは、
下部炉内にある溶融物の全表面が未燃の粉コークスで均一に覆われるように炉内
に供給される。前記の特許出願によれば、粒子サイズが微細になると磁鉄鉱の還
元度が減少するため、使用される粒子サイズは好ましくは44μmから1mmまでとさ
れる。溶融したスラグ浴上に残留する未燃のコークスに覆われたスラグ層は酸素
分圧をかなり減少させる。コークス層から上昇する高度の還元雰囲気はたとえば
炉の内面を損傷する原因となる。
【０００５】 日本国特許90-24898号には、粒子サイズが40mm以下の粉コークスまたは微粉炭
を、割増し燃料として使用されるオイルに替えかつ炉内の所要温度を維持するた
めに自溶炉内に供給する方法が記載されている。
【０００６】 特開平9ー316562号は前述の米国特許第5,662,370号と同様の方法を提示してい
る。米国特許の方法と異なる点は、炭材が、スラグおよびその内部に含まれる還
元すべき磁鉄鉱に到達する以前に燃焼するのを防ぐために、炭材を自溶炉の反応
炉の下部に供給することである。炭材の粒子サイズの分布範囲は実質的には米国
特許に記載のものと同じである。
【０００７】 前述した幾つかの諸方法ではコークスの粒子サイズが小さいということが弱点
になっており、それは小さな粉コークスが気相から全く沈下せず、煙道および廃
熱ボイラー上にまで還元剤として気相状態で存在し続けるからである。粉コーク
スはボイラー内の不適切な場所で反応し、不要なエネルギーを発生し、これによ
り廃熱ボイラーの容量が減少し総処理容量を制限することになりかねない。
【０００８】 浮遊溶鉱炉内では、酸化第一銅のような粉状物質ばかりでなく銅のマット粒子
もまた気相状態で炉の後部および煙道まで漂流する。これらの微小粒子が炉の後
部内で気流から分離しスラグ相の表面に沈下する場合も、その現象はまさしく粒
子サイズが小さいがために非常に遅々たるものである。スラグは主として炉の後
部または側部から取り出されるために、これらの粒子はスラグ相を通過して沈下
することができずその代わりに、炉外に取り出されるスラグに結合して流出しス
ラグの銅成分に加わることになる。
【０００９】 前述の諸問題を解決するために、新たな方法が開発され、これにより前述の諸
方法の欠点を避けることができる。この新開発の方法の目的は、浮遊溶鉱炉内で
銅またはニッケルなどの非鉄金属の生産中に発生するスラグに含まれる非鉄金属
成分量を低下させ、これによりスラグを、再処理の必要がない廃棄可能なスラグ
とすることである。本方法においては、サイズが１〜25mmの冶金用コークスがス
ラグの還元に使用され、反応炉を通じて供給されるコークスの大部分が浮遊溶鉱
炉の下部炉内で気相から分離してスラグ相の表面に沈下し、当該相内でスラグの
還元が、マットおよびスラグとして得られる生産物の大半が相互に分離した領域
内で生じる。本発明の本質的特徴は添付の特許請求の範囲により明らかになる。
【００１０】 この方法においては、冶金用コークスの使用が望ましい。なぜならば、その内
部に含まれる揮発性物質の量が少ないからである。したがって、還元材中の揮発
性物質が燃焼する時に余計な追加の熱エネルギーを生成することがなく、問題の
原材料が有する還元能力の大部分を還元に利用することができる。同時に、反応
炉内のコークスに生じる酸素結合反応数が減少し、このため、得られるマットの
品質をより良く管理することが可能になる。従来、この管理は工程内の空気係数
（酸素／精鉱量 Nm3/t）の調整により行なわれていた。
【００１１】 本発明にかかる方法においては、使用される冶金用コークスは、ある粒子サイ
ズを有し、これにより反応炉を通じて供給されるコークスの大部分が浮遊溶鉱炉
の下部炉内で気相から分離してスラグ相の表面に沈下し、そこでスラグの還元が
、生産物の主要部分であるマットおよびスラグが気相から分離している領域内で
起こる。還元は、熱の節約の点から見て最適の領域で行なわれる。すなわち還元
に必要な熱は、反応炉から到来する材料の熱量でまかなわれ、追加のエネルギー
は還元には不要である。
【００１２】 冶金用コークスの粒子サイズは1〜25mmであることが好ましい。より大きなサ
イズのコークスでは面積比が小さくなってスラグと効果的に反応しない。前述の
ような1〜25mmよりも小さいサイズのコークスを使用すれば、コークスは反応炉
内で既に活発に反応し、さらにそれ以上が気相状態のままで煙道へと漂流して、
所望のスラグとの接触および還元効果は貧弱なものとなる。微小なコークス粒子
が、気相状態で煙道および／または廃熱ボイラーへ流入すれば、エネルギーが必
要とされない場所でコークス粒子はエネルギーを発生させることになり、そのた
めボイラーの容量を減少させることになろう。コークスの供給は、かなりの量の
コークスが炉内に入るのではなくそれはせいぜい数センチ程度であって、すべて
のコークスが還元反応で消費されるように制御される。
【００１３】 本発明にかかる方法においてもまた、粉末状のマット物質のスラグ相表面への
沈下は、なおある程度、前述の問題と同様の問題をひきおこす。すなわち銅また
はニッケルを含む微細粒子がスラグ相を通過してうまく沈下しないでスラグ内に
滞留し、そのため取り出されるスラグの銅およびニッケル含有量を増加させると
いう問題をひきおこす。我々の方法においては次のように、すなわち浮遊溶鉱炉
の下部炉部分の天井から調整板を配置することによりこの問題を克服することが
好ましい。これらの調整板は、気相状態にある微細な粒子が、取出穴に近い炉の
後部に漂流することを妨げる。調整板は炉の天井から下方に向けて、調整板の下
部が溶融スラグ浴またはその表面付近まで達するように設置される。調整板は好
ましくは水冷の銅部材から構成し、当該部材は、煉瓦または耐火物などの耐火材
料で保護される。
【００１４】 調整板のために、もっとも微細に粒子化された銅またはニッケルを含む物質が
還元ゾーン内に沈下させられる。この手法により、取出領域にあるスラグはもは
や、ゆっくりと沈下してスラグの銅成分を増大させる非鉄金属粒子を形成する物
質を含まない。取出穴から取り出されるスラグの銅またはニッケル含有量は、コ
ークス還元および調整板を使用しない運転時に比較し一層低いものとなる。
【００１５】 本発明にかかる炉の構造は添付の図面に、より詳細に記載されている。
【００１６】 図１は、反応炉２、下部炉３および煙道４から構成される浮遊溶鉱炉１を示す
。冶金用コークスは銅精鉱と、フラックスおよび酸素を含有するガスとともに反
応炉２の頂部に位置する精鉱バーナー５を通じて炉に供給される。反応炉内で、
投入された物質はコークス以外は互いに反応して下部炉の底にマット層６を形成
し、マット層６の上部にスラグ層７が形成される。反応炉内で冶金用コークスと
そこに供給されたその他の材料間で生じる反応は、選別された粒子サイズのため
に少ない方であり、コークスはスラグ層の頂部に層８となって沈積し、そこで所
要の還元反応が生じる。
【００１７】 下部炉の天井９には一枚または数枚の調整板10Aおよび10Bが備え付けられてお
り、これらは天井から下方に向かって溶融スラグ層７の内部に(10B)または溶融
スラグの表面近くに(10A)達するように吊下げられている。また図に見られるよ
うに調整板は煙道の前方もしくは後方のいずれかに、かつスラグ取出穴の前に設
置することが望ましい。反応炉内の反応により発生したガスは煙道４を通じて廃
熱ボイラー11に移動する。下部炉内のスラグおよび銅マットは炉の後部に設けら
れた取出穴12および13から取り出される。
【００１８】 実施例 冶金用コークスの効果が小型自溶炉(MFSF)内で炉中に100〜150kg/hの精鉱を正
確に投与することにより検証された。精鉱の分析値は転炉用スラグおよび必要な
シリカフラックスをも含めて平均でCu 25.7%、Fe 29.4%およびＳ 33.9%であった
。投入されたフラックスおよび転炉用スラグの量は精鉱量の26〜33%に相当する
。生産されたマットの銅成分はCu 63〜76%であった。供給材料にコークスも含ま
れているテストポイントにおけるコークス投入量は2〜6kg/hもしくは精鉱供給量
の1.0から3.1%の間であった。80% Cfixのコークスが使用され、その灰分は16.3%
で揮発成分量は3.3%であった。テストには1〜3mmおよび3〜8mmの二つの異なるコ
ークス砕片およびその混合物が使用された。
【００１９】 テスト活動では、１回のテストが３時間から５時間の間にわたって継続された
後に製品が炉から取り出された。テストランの幾つかでは比較のために還元用コ
ークスは一切使用されなかった。テスト活動の結果は図２に示されており、図は
、銅の全供給量のうちスラグ中に残留する銅の分布を銅マット中の銅含有率（％
）の関数として表している。この図はコークスを僅かに添加するだけで前記の炉
内でスラグ中の銅成分に大きな改善結果が得られたこと、すなわちコークス投入
量が3kg/h以下の場合でもスラグ中に残留する銅は、コークスを使用しなかった
テストランと比較して約77.5%であることを示している。より多くのコークス量
を使用した場合、スラグ中の銅量は、コークスを使用しないテストランと比較し
て54.7%に過ぎなかった。したがって、本方法の効果は歴然としている。微細な
砕片だけを使用するよりもより粗い砕片を使用することにより一層良い還元結果
が達成された。微細な砕片だけの場合はコークスの３分の１までがMFSFの反応炉
内で既に反応を起こしてしまい、スラグ上での効果的な還元が達成されなかった
。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は浮遊溶鉱炉の断面図である。
【図２】 図２は、コークス供給量が浮遊溶鉱炉の最終製品に及ぼす効果を示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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 コヨ、 イルッカ フィンランド共和国 エフアイエヌ− 02400 キルッコヌンミ、 カクソスマキ 11 シー ９ (72)発明者 サアリネン、 リスト フィンランド共和国 エフアイエヌ− 02200 エスポー、 ニイッティクヤ ２ エー 25 Ｆターム(参考） 4K001 AA09 AA19 DA03 EA04 GA02 GB12 HA01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スラグを還元するために冶金用コークスを精鉱、酸素含有ガ
    スおよびフラックスに加えて浮遊溶鉱炉内に供給することによる、該浮遊溶鉱炉
    内で非鉄金属の生産中に生じるスラグの非鉄金属成分の低減方法において、前記
    炉内に投入されるコークスが、1〜25mmの範囲の粒子サイズを有する冶金用コー
    クスであることを特徴とする非鉄金属成分の低減方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記コークスを、精鉱バー
    ナーを通じて供給することを特徴とする低減方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、天井から下方に向けて前記
    炉内に調整板を設置することにより、非鉄金属を含む微細な粒子が前記炉の後部
    に漂流しかつ前記スラグと共に前記炉外へ流出することを防止することを特徴と
    する低減方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の方法において、前記調整板(10)は前記溶融
    スラグ浴(7)の内部まで延びていることを特徴とする低減方法。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の方法において、前記調整板(10)は前記溶融
    スラグ層(7)の表面付近まで延びていることを特徴とする低減方法。
  6. 【請求項６】 請求項３に記載の方法において、前記調整板(10)を水冷の銅
    部材から製造し、該部材を耐火材料で保護することを特徴とする低減方法。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の方法において、前記非鉄金属は銅であるこ
    とを特徴とする低減方法。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の方法において、前記非鉄金属はニッケルで
    あることを特徴とする低減方法。
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