JP2011026687A

JP2011026687A - 銅転炉ダストの処理方法

Info

Publication number: JP2011026687A
Application number: JP2009176410A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sato; 晋哉佐藤
Original assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Current assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: JP4921529B2; CL2010000811A1

Abstract

【課題】銅製錬で排出される製錬ダストからの残渣を低減し、製錬ダストの原材料の処理量を増加することを課題とする。
【解決手段】銅転炉ダストの処理方法は、少なくとも銅、砒素、鉛、亜鉛、カドミウムを含有する銅転炉ダストを水あるいは硫酸濃度１００ｇ／Ｌ以下の硫酸溶液に溶解させ、前記銅転炉ダスト中の鉛、その他の酸不溶の金属を除去する希硫酸浸出処理と、前記希硫酸浸出処理後の浸出液を硫化し、銅、及び砒素を回収する硫化処理と、前記硫化処理後の硫化後液を中和し、亜鉛、カドミウムを回収する中和処理と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は銅製錬で排出される転炉ダストの処理方法に関する。

銅製錬の操業では、熔錬炉において溶解したマットを転炉へ移し、転炉で粗銅を製錬する。この粗銅の製錬処理において転炉ダストが排出される。この転炉ダストには、銅が５〜２０ｍａｓｓ％程度、砒素が２〜４ｍａｓｓ％程度、カドミウムが２〜１０ｍａｓｓ％程度含まれており、希硫酸で浸出した後、溶け残る鉛などと分離される。この浸出後の液中には、銅、砒素、カドミウム、亜鉛、鉄などが溶解している。この溶液から中和処理と硫化処理とを行い、各金属を分離回収する処理方法が特許文献１に記載されている。

特開平６−２５７６３号公報

ところで、上記特許文献１の中和処理では、銅、砒素が含まれる大量の中和残渣が生じる。この銅、砒素を含む残渣は、銅の回収のため製錬工程へ戻される。したがって、大量に生じた残渣を熔錬炉へ投入することとなるため、熔錬炉への銅鉱石の投入量を制限してしまうことがある。

そこで、本発明は、転炉ダストから回収される銅を含む残渣の量を低減し、銅鉱石の処理量の低下を抑制することを課題とする。

かかる課題を解決する本発明の銅転炉ダストの処理方法は、少なくとも銅、砒素、鉛、亜鉛、カドミウムを含有する銅転炉ダストを水あるいは硫酸濃度１００ｇ／Ｌ以下の硫酸に溶解させ、前記銅転炉ダスト中の鉛、その他の酸不溶の金属を除去する希硫酸浸出処理と、前記浸出処理後の浸出液を硫化し、銅、及び砒素を回収する硫化処理と、前記硫化処理後の硫化後液を中和し、亜鉛、カドミウムを回収する中和処理と、を備えたことを特徴とする。

このような処理により、転炉ダスト中に含まれた銅は、硫化銅として回収される。銅を含む残渣が硫化物として回収されることにより、中和物として回収される場合に比べて重量を低減することができる。このため、回収した銅をその後の製錬工程に戻す場合に、熔錬炉へ投入する硫化物は、中和物として回収された場合に比べてその容積が小さいため、熔錬炉へ投入する銅鉱石量の低下を抑制することができる。ここで、その後の中和処理を考慮すると硫酸濃度が低い方が薬剤コストを低減できる。また、銅浸出のみを行うのであれば水でもかまわない。一方、硫酸濃度が低すぎると砒素の浸出率が低下する。そこで、砒素の浸出率を考慮して、硫酸濃度の上限を１００ｇ／Ｌと設定することができる。

また、銅転炉ダストの処理方法では、前記硫化処理は下記（１）式を満たすように、硫化水素ナトリウム及び／又は硫酸を添加することができる。
（銅のモル数）＋３／２（砒素のモル数） ≦ （硫黄のモル数）（１）

上記（１）式を満たすことにより、硫化処理において処理溶液中の銅イオン、及び砒素イオンのいずれもが硫化物イオンと結合するため、硫化処理後の溶液中から銅、砒素を漏れなく回収することができる。これにより、銅の回収量を増加できる。また、硫化後液中に銅、砒素が含まれていないため後処理が容易になる。

また、銅転炉ダストの処理方法では、ｐＨが２．０を超えてしまうと十分に硫化処理が行われず、処理後液に銅、砒素が残存してしまうことがある。このため、前記硫化処理は溶液のｐＨを２．０以下とすることができる。

上記、銅転炉ダストの処理方法では、前記硫化処理は溶液のｐＨを０．２以上とすることができる。このようなｐＨを選択することにより、硫化処理後に行われる中和工程での中和剤の使用量を抑制することができる。

また、銅転炉ダストの処理方法では、前記中和処理は溶液のｐＨを８．５以上１１．０以下とすることができる。ｐＨが１１．０を超えると亜鉛、カドミウムが再溶解し始めるので好ましくない。

また、前記硫化工程後の処理液のＯＲＰは、９０ｍＶ以上１５０ｍＶの範囲になるように処理することができる。硫化工程で銅、砒素、中和工程でカドミウム、亜鉛がうまく分離できるのが好ましい。これらの金属は、銅、砒素、カドミウム、亜鉛の順に硫化しやすいが、１５０ｍＶ以上だと液中に砒素が残り、中和物へ混入してしまい、９０ｍＶ以下だとカドミウムが硫化物に混入してしまう。このため、ＯＲＰ電位を９０ｍＶ以上１５０ｍＶ以下として、分離効率を良好とする。

さらに、上記の銅転炉ダストの処理方法では、前記中和処理で分離されたカドミウムと亜鉛とを有機溶媒で分離する分離処理と、を備えることができる。このような処理を行うことにより、硫化に用いる薬剤を減らしコストを低減できる。

本発明は、硫化処理により銅転炉ダストから銅を分離することで、銅を含む残渣を低減することができる。このため、銅を含む残渣を熔錬炉にて再処理する際における原材料の処理量の低下を抑制することができる。

実施例の転炉ダストの処理フローを示した説明図である。実施例の各工程の処理後、分離された残渣と後液とに含まれる各金属の含有量を示した説明図である。比較例の転炉ダストの処理フローを示した概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本実施例で処理する銅転炉ダストは、銅、砒素、カドミウム、亜鉛、鉛、ビスマス等の金属を含有している。

図１は本実施の形態における転炉ダストの処理フローを示している。図２は、図１の処理フローにおける各工程の処理により分離された残渣と後液とに含まれる各金属の含有量を示した説明図である。

第１工程では、希硫酸浸出処理を行う（ステップＳ２１）。この希硫酸浸出処理は、転炉ダストを希硫酸（硫酸濃度１００ｇ／Ｌ以下）に溶解した後、室温で１．５〜３．５時間維持し、希硫酸浸出する。この処理により、銅、砒素、カドミウム、亜鉛が硫酸中に浸出し、主に、鉛、ビスマスなどが残渣として分離する。

第２工程では、希硫酸浸出後液のｐＨが０．２〜２．０となるように調整し、硫化処理を行う（ステップＳ２２）。ここでは、硫化後液の酸化還元電位を約１００（９０〜１５０）ｍＶとなるように調整する。この第２工程において、銅と砒素が硫化物として分離される。ここで分離された硫化物は、銅の製錬工程へ戻されて熔錬炉へ投入される。一方、硫化脱銅後液には、カドミウム、亜鉛が溶解している。なお、この工程では、硫酸に代えて、硫化水素ナトリウムを加えても良いし、硫酸、及び硫化水素ナトリウムを加えてもよい。また、このとき加える溶液は、上記（１）式を満たすものであれば良い。硫化処理時に加える硫化物イオンの量は処理する液中の銅、砒素の量に依存するが、上記（１）式を満たすならば、溶液中の銅、砒素を漏れなく硫化物として分離できる。例えば、硫酸濃度５ｇ／Ｌ（ｐＨ０．９９）としても良い。但し、後述する中和処理における中和剤の使用量を抑制するため、ｐＨの上限は２．０とすることが望ましい。

第３工程では、硫化脱銅後液の中和処理を行う（ステップＳ２３）。中和処理は、硫化脱銅後液へ炭酸カルシウム、酸化カルシウム、または水酸化ナトリウムの溶液を加え、ｐＨ濃度を８．５〜１１．０とする。この処理により、カドミウム、亜鉛が水酸化物として沈殿し、中和液から分離する。中和後液は製錬総合排水処理の工程へ送られる。

一方、中和後のカドミウム、亜鉛の水酸化物は、亜鉛分離処理へ送られる。亜鉛分離処理では、カドミウム、亜鉛の水酸化物へ硫酸等の酸化剤を加え浸出させた後、亜鉛の抽出剤を混合し、亜鉛の溶媒抽出を行う（ステップＳ２４）。亜鉛の抽出剤として有機リン酸エステル、例えば商品名ＰＣ−８８Ａ（大八化学工業社製）が用いられる。この抽出剤を炭化水素系の希釈剤で希釈して調整して用いる。亜鉛抽出時の溶液のｐＨは２〜２．５程度が好ましい。これよりｐＨが高いと亜鉛と同時に溶液中のカドミウムが有機相中へ抽出されてしまうためである。また、これよりｐＨが低いと亜鉛の抽出量が低下してしまう。亜鉛抽出時は抽出剤からプロトンが放出されるため、溶液のｐＨを維持するため水酸化ナトリウム溶液等のアルカリ剤を添加しながら行われる。

次に、比較例を説明する。図３は比較例の処理フローを示した説明図である。まず、転炉ダストを希硫酸（硫酸濃度２０ｇ／Ｌ）に溶解した後、室温で３．５時間維持し、希硫酸浸出する（ステップＳ１）。この希硫酸浸出では、残渣として鉛、ビスマス等が分離される。一方、希硫酸浸出後液には、銅、砒素、カドミウム、鉄、亜鉛が溶解している。次に、この希硫酸浸出後液へ炭酸カルシウム、または酸化カルシウムを添加し、水溶液のｐＨを５．２程度に調整する１次中和処理を行う（ステップＳ２）。この１次中和処理では、主に砒素及び銅が中和泥として分離される。次に、一次中和後液へ希硫酸（硫酸濃度１０ｇ／Ｌ）、硫化水素ナトリウムを加え、硫化処理を行う（ステップＳ３）。硫化処理により、硫化カドミウムが沈殿する。一方、硫化後液に水酸化ナトリウムを加え、ｐＨ９．５程度に調整し２次中和処理を行い、中和泥として亜鉛を分離する（ステップＳ４）。中和後液は、製錬総合排水処理へ送られる。

すなわち、本実施例は、希硫酸浸出後に硫化処理を行い、硫化泥として銅、砒素を分離するのに対して、比較例は、希硫酸浸出後に１次中和処理を行い、中和泥として銅、砒素を分離する点で相違する。また、本実施例では、銅、砒素を分離した後に中和処理を行い、カドミウム、亜鉛を中和泥として分離した後、カドミウムと亜鉛とを有機溶剤を用いて分離する。一方、比較例は、銅、砒素を分離した後に硫化処理を行い、カドミウムを分離し、その後、２次中和処理を行い、亜鉛を分離する点で実施例と相違する。

次に、実施例の効果を比較例と比べつつ説明する。表１は、本実施例の硫化処理後の硫化泥における各金属の含有量を示したものである。本実施例では、年間当たり７２３ｔの硫化泥が回収される。また、表２は、硫化処理後液における各金属の含有量を示したものである。なお、この表１、表２は図２中に示したものと同一である。

一方、表３は比較例の１次中和処理後の中和泥における各金属の含有量を示したものである。この処理では銅、砒素が分離されるので、本実施例の硫化処理に相当する処理である。比較例の場合、年間当たり４３８０ｔの中和泥が回収される。

本実施例、比較例のいずれの場合においても、処理残渣（硫化泥、中和泥）は、残渣中の銅を回収する目的で、銅製錬工程の熔錬炉へ戻される。ここで、本実施例の硫化泥残渣は、比較例の中和泥残渣よりも発生量が１／６と少ないため、熔錬炉へ投入される銅鉱石、溶剤、繰り返し残渣の投入量の割合を考えると、銅鉱石の投入量の低減を防止でき、操業上の処理効率の向上に寄与することになる。

また、表２に示すように、硫化処理後の後液中に銅、砒素がほとんど含まれないため、後続の処理において銅、砒素を除去する作業が不要となり、作業負担が軽減する。

さらに、本実施例の処理では、残渣(硫化泥)に含まれるカドミウム、亜鉛の量を比較例と比べて減少できる。この減少した分は、硫化後液中に含まれているため、その後の処理工程におけるカドミウム、亜鉛の回収量が増加する利点がある。

また、転炉ダストの処理方法の他の例として、銅、砒素を分離する１次硫化処理をした後、カドミウムと亜鉛とが溶解する１次硫化後液へ２次硫化を行うことにより、カドミウムを分離する転炉ダスト処理方法がある（特開2007-92124）。本実施例では、硫化後液に溶解するカドミウムと亜鉛とを有機リン酸エステルを用いて分離するため、上記２次硫化を行う処理と比較して、硫化に使用する薬剤費を低減することができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは自明である。

Claims

少なくとも銅、砒素、鉛、亜鉛、カドミウムを含有する銅転炉ダストを水あるいは硫酸濃度１００ｇ／Ｌ以下の硫酸溶液に溶解させ、前記銅転炉ダスト中の鉛、その他の酸不溶の金属を除去する希硫酸浸出処理と、
前記希硫酸浸出処理後の浸出液を硫化し、銅、及び砒素を回収する硫化処理と、
前記硫化処理後の硫化後液を中和し、亜鉛、カドミウムを回収する中和処理と、を備えたことを特徴とする銅転炉ダストの処理方法。
前記硫化処理は
（銅のモル数）＋３／２（砒素のモル数） ≦ （硫黄のモル数）
となるように、硫化水素ナトリウム及び／又は硫酸を添加することを特徴とした請求項１記載の銅転炉ダストの処理方法。
前記硫化処理は溶液のｐＨを２．０以下としたことを特徴とする請求項１または２記載の銅転炉ダストの処理方法。
前記硫化処理は溶液のｐＨを０．２以上としたことを特徴とする請求項２または３記載の銅転炉ダストの処理方法。
前記中和処理は溶液のｐＨを８．５以上１１．０以下とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の銅転炉ダストの処理方法。
前記硫化工程後の処理液のＯＲＰは、９０ｍＶ以上１５０ｍＶの範囲になることを特徴とする、請求項１に記載の銅転炉ダスト処理方法。
前記中和処理で分離されたカドミウムと亜鉛とを有機溶媒で分離する分離処理と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の銅転炉ダスト処理方法。