JP2015003309A - 可燃物の処理方法と設備 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃物を熔体に十分に接触させることができ、可燃物の燃焼熱を熔体の加熱に効率よく利用できるとともに、可燃物の溶け残りを低減して有価金属のスラグロスを抑え、可燃物の処理量を増大でき、かつ、操業費用を削減でき、炉本体のガスゾーン内壁や廃熱ボイラーの損傷を抑制できる可燃物の処理方法、その実施に使用する溶錬炉及び連続製銅設備を提供すること。【解決手段】非鉄金属を製錬する炉本体１２に貯留された熔体Ｌの湯面の上方に、該湯面へ向けて開口するパイプ１５を設け、前記パイプ１５から、有価金属を含有する可燃物Ｘと酸素富化空気Ｙとを、前記熔体Ｌの湯面に吹き込むことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば連続製銅設備等の溶錬炉において炉本体に貯留された熔体に、有価金属（Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等）を含む廃電子部品や廃電子基板などの可燃物（可燃性スクラップ）を装入して溶融処理する可燃物の処理方法、その実施に使用する溶錬炉及び連続製銅設備に関するものである。

廃電子部品や廃電子基板などの廃棄物（可燃性スクラップ、以下可燃物と言う）には、可燃性のプラスチック等とともに、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の有価金属が含有されている。そこで、このような可燃物を、例えば連続製銅設備等の溶錬炉に装入（投入）して燃焼・溶融する（本明細書で言う「燃焼・溶融」とは「燃焼及び／又は溶融」を指す）ことで、熔体の加熱に利用しつつ、その後工程で銅とともに有価金属を回収することが行われている。

従来では、例えば下記特許文献１、２に示されるように、有価金属を含有する可燃物を、炉本体の天井壁又は側壁に設けられた装入口から熔体の湯面に落下させている。また、これら特許文献１、２では、可燃物を塊状にプレス加工して熔体に装入するようにしており、これにより廃熱ボイラー等の損傷を防止している。すなわち、例えば可燃物を塊状にプレス加工する代わりに、粉状や粒状など細かく破砕した状態で熔体に落下させた場合には、炉本体のガスゾーン（湯面上の空間）から可燃物が排ガスと一緒に排出されやすくなるとともに、廃熱ボイラー内などで燃焼して、廃熱ボイラー等を損傷させるおそれがあった。

また、炉本体の熔体の湯面の上方には、該湯面へ向けて開口するランスパイプが設けられており、該ランスパイプから、銅鉱石等の非鉄金属を含有する鉱石（精鉱）と酸素富化空気（酸素含有率４０〜７０％程度の空気）とを、熔体の湯面に吹き込むようにしている。また、熔体の温度を高温の所定温度範囲に維持するため、熱補償用燃料としてコークスや粉炭等（以下、これらを総じて石炭と言う）を装入している。

特公平７−１１３５１６号公報 特許第２８５５８７０号公報

しかしながら、上記従来の可燃物の処理方法、溶錬炉及び連続製銅設備では、下記の課題を有していた。
すなわち、炉本体の熔体の湯面に落下した可燃物が、そのまま湯面上にとどまりやすく、熔体に浮いた状態で燃焼・溶融するため、可燃物と熔体との接触領域を大きく確保できず処理に長時間を要して、処理量が制約されていた。

また、湯面で燃焼する可燃物の熱（燃焼熱）が湯面上のガスゾーンに逃げてしまい、熔体の加熱に十分に利用されていなかった。またこの燃焼熱により、炉本体のガスゾーン内壁に設けられた煉瓦が高温に曝されて損耗（損傷、劣化、減耗等）したり、ガスゾーンから排ガスを受け入れる廃熱ボイラーがオーバーヒートするおそれがあった。

また、熔体と可燃物とが十分に攪拌されないため、熔体内で可燃物が溶け残るとともに、有価金属成分を含んだままスラグに随伴して系外に排出され、有価金属のスラグロスとなっていた。特に従来では、可燃物が塊状にプレス加工されていることから、可燃物が溶け残りやすかった。
また、例えば連続製銅設備においては、溶錬炉とその下流側の分離炉とを連結する樋を熔体（マット及びスラグ）が流れる際、この樋が可燃物の溶け残りによって閉塞されてしまい、該樋から熔体が溢れ出るおそれがあった。

また、この種の溶錬炉では、熱補償用燃料として熔体に装入される石炭の使用量を低減して、操業費用（ランニングコスト）を削減することが求められていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、可燃物を熔体に十分に接触させることができ、可燃物の燃焼熱を熔体の加熱に効率よく利用できるとともに、可燃物の溶け残りを低減して有価金属のスラグロスを抑え、可燃物の処理量を増大でき、かつ、操業費用を削減でき、炉本体のガスゾーン内壁や廃熱ボイラーの損傷を抑制できる可燃物の処理方法、その実施に使用する溶錬炉及び連続製銅設備を提供することを目的としている。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係る可燃物の処理方法は、非鉄金属を製錬する炉本体に貯留された熔体の湯面の上方に、該湯面へ向けて開口するパイプを設け、前記パイプから、有価金属を含有する可燃物と酸素富化空気とを、前記熔体の湯面に吹き込むことを特徴とする。
また本発明は、前述した可燃物の処理方法の実施に使用する溶錬炉であって、前記炉本体に貯留された熔体の湯面の上方に、該湯面へ向けて開口するパイプが設けられ、前記パイプ内を通して、前記熔体の湯面に、有価金属を含有する可燃物と酸素富化空気とを吹き込み可能に構成したことを特徴とする。

本発明の可燃物の処理方法及び溶錬炉によれば、炉本体に貯留された熔体の湯面に向けて、該湯面上のパイプから可燃物と酸素富化空気（例えば、酸素含有率４０〜７０％程度の空気）とを吹き込むので、可燃物が熔体に深く浸入しやすくなって、熔体との接触領域が大きく確保される。これにより、可燃物は速やかに加熱されて燃焼・溶融されるとともに、溶け残りにくくなることから、可燃物の処理効率が向上し、処理量を増大できる。

また、可燃物が酸素富化空気とともに熔体に吹き込まれるので、可燃物に含まれる可燃性成分と酸素とが熔体内で反応しやすくなり、可燃物がより燃焼・溶融しやすくなる。さらに、可燃物及び酸素富化空気が熔体に吹き込まれることで、可燃物を熔体内で攪拌するような作用も得られ、前述の効果がより顕著に得られることになる。

また本発明によれば、従来のように可燃物の溶け残りが有価金属成分を含んだままスラグと一緒に系外に排出されるようなことが抑制されるため、有価金属のスラグロスが低減される。
ここで、例えば連続製銅設備においては、溶錬炉とその下流側の分離炉とを連結する樋が設けられており、溶錬炉の炉本体から排出された（オーバーフローされた）熔体（マット及びスラグ）は、樋を通って分離炉へ流入するようになっている。そして本発明によれば、熔体とともに可燃物の溶け残りがこの樋を流れるようなことが抑制されるため、該樋が閉塞されることが防止されるとともに、樋から熔体が溢れ出ることを防ぐことができる。

また、可燃物が熔体内に吹き込まれて燃焼することで、該可燃物の燃焼熱が熔体の加熱に効率よく利用される。これにより、熱補償用燃料として熔体に装入される石炭（コークスや粉炭等の化石燃料）の使用量を低減することが可能になり、操業費用を削減できる。
また本発明によれば、可燃物が熔体の湯面上にとどまって燃焼することが抑制されるので、例えば従来のように、湯面で燃焼する可燃物の燃焼熱によって、炉本体のガスゾーン内壁に設けられた煉瓦が損耗したり、廃熱ボイラーがオーバーヒートしたりする不具合が防止される。

また、熔体の湯面へ向けて開口するパイプから可燃物と酸素富化空気とを吹き込むことで、可燃物が炉本体のガスゾーンに浮遊しにくくされている。これにより、可燃物として例えば粉状や粒状など細かく破砕した状態のものを用いることが可能になる。すなわち、従来では、粉状や粒状の可燃物を単純に熔体の湯面に落下させた場合には、可燃物が排ガスと一緒に排出されやすくなって廃熱ボイラー等を損傷させるおそれがあったが、本発明では、粉状や粒状の可燃物を用いても該可燃物が熔体の湯面に吹き込まれることで熔体内部まで浸入しやすくされて、上記のような不具合が抑制される。
尚、本発明において、可燃物として粉状や粒状のものを用いた場合には、該可燃物が熔体でより速やかに燃焼・溶融するとともに、さらに溶け残りにくくなり、前述の作用効果がより格別顕著なものとなる。

以上より、本発明によれば、可燃物を熔体に十分に接触させることができ、可燃物の燃焼熱を熔体の加熱に効率よく利用できるとともに、可燃物の溶け残りを低減して有価金属のスラグロスを抑え、可燃物の処理量を増大でき、かつ、操業費用を削減でき、炉本体のガスゾーン内壁や廃熱ボイラーの損傷を抑制できるのである。

また、本発明の可燃物の処理方法において、前記パイプとして、非鉄金属を含有する鉱石と酸素富化空気とを前記熔体の湯面に吹き込むランスパイプを用いることとしてもよい。
また、本発明の溶錬炉において、前記パイプは、前記熔体の湯面に、非鉄金属を含有する鉱石と酸素富化空気とを吹き込み可能に構成されたランスパイプであることとしてもよい。

この場合、従来の溶錬炉に設けられている、鉱石（精鉱）を熔体に装入するための既存のランスパイプを用いて本発明を実施することが可能になる。これにより、炉本体を簡単な構造とすることができ（つまり構造を複雑にすることなく維持でき）、設備費用が削減される。

また、本発明の可燃物の処理方法において、互いに樋で連結された溶錬炉、分離炉及び製銅炉を備えた連続製銅設備を用い、前記溶錬炉では、銅鉱石を加熱溶融してマットとスラグとを含む熔体を生成し、前記分離炉では、前記溶錬炉で生成されたマットとスラグとを分離し、前記製銅炉では、前記分離炉で分離されたマットを酸化して粗銅とスラグとを生成し、前記溶錬炉において、前記パイプから、前記可燃物と前記酸素富化空気とを、前記熔体の湯面に吹き込むこととしてもよい。
また本発明は、銅鉱石を加熱溶融してマットとスラグとを含む熔体を生成する溶錬炉と、前記溶錬炉で生成されたマットとスラグとを分離する分離炉と、前記分離炉で分離されたマットを酸化して粗銅とスラグとを生成する製銅炉と、前記溶錬炉、前記分離炉及び前記製銅炉を互いに連結する樋と、を備えた連続製銅設備であって、前記溶錬炉として、前述した溶錬炉を用いたことを特徴とする。

この場合、例えばＳ炉（溶錬炉）、ＣＬ炉（分離炉）及びＣ炉（製銅炉）を備えた三菱連続製銅法（三菱ＭＩ法）に代表される連続製銅設備、及びそのＳ炉に本発明を適用可能であるとともに、上述した作用効果を得ることができる。

また、本発明の可燃物の処理方法において、前記熔体に装入する前記可燃物から該熔体に寄与される熱量に応じて、前記熔体に装入する石炭の装入量を調整することとしてもよい。

この場合、例えば、熔体に装入する可燃物から熔体に寄与される熱量が増大する（又は増大した）場合には、これに応じて熔体に装入する石炭の装入量を減少させ、可燃物から熔体に寄与される熱量が減少する（又は減少した）場合には、これに応じて熔体に装入する石炭の装入量を増大させることで、熔体の温度を安定的に維持することが可能である。そして、本発明では上述したように、熔体に対して可燃物から寄与される熱量が十分に確保されやすいことから、石炭の使用量を確実に低減して操業費用を削減できるとともに、熔体温度が所定範囲に安定的に維持されて、熔体における処理が安定する。
具体的に、従来の方法では、熔体の湯面に可燃物を落下させるのみであったため、該可燃物が、熔体の温度を安定的に維持又は上昇可能な程度には熔体の加熱に有効に使われなかったことから、単純に可燃物の装入量を増やしても、該可燃物から熔体に寄与される熱量を増大させることは難しく、よって石炭の装入量を減少させることは困難であった。さらに従来の方法では、単純に熔体への可燃物の装入量を増大させた場合において、上述した炉本体のガスゾーン内壁や廃熱ボイラーの損傷のおそれがある。

また、本発明の可燃物の処理方法において、前記炉本体は、銅製錬に用いられるものであり、前記熔体をその後工程で処理して、前記有価金属を粗銅に含ませて回収することとしてもよい。

この場合、炉本体は、例えば連続製銅設備における溶錬炉に用いられ、該溶錬炉の後工程における製銅炉等において、可燃物中の有価金属を粗銅とともに効率よく回収することができる。

また、本発明の溶錬炉において、前記パイプ内に、前記可燃物及び前記酸素富化空気を混合する混合領域が設けられることとしてもよい。

この場合、パイプを通して熔体の湯面に吹き込まれる可燃物と酸素富化空気とが、該パイプ内で混合された状態で噴出されることになる。従って、熔体に吹き込まれた可燃物がより燃焼・溶融しやすくなり、上述した作用効果がさらに顕著なものとなる。

本発明の可燃物の処理方法、溶錬炉及び連続製銅設備によれば、可燃物を熔体に十分に接触させることができ、可燃物の燃焼熱を熔体の加熱に効率よく利用できるとともに、可燃物の溶け残りを低減して有価金属のスラグロスを抑え、可燃物の処理量を増大でき、かつ、操業費用を削減でき、炉本体のガスゾーン内壁や廃熱ボイラーの損傷を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る可燃物の処理方法を採用した溶錬炉を備える連続製銅設備を説明する図である。 溶錬炉の側断面図である。 図２のＡ−Ａ断面を示す図である。 ランスパイプ（パイプ）の構造を説明する図である。 本発明の実施例の試験結果を説明するグラフである。 本発明の実施例の試験結果を説明するグラフである。 従来の比較例の試験結果を説明するグラフである。 従来の比較例の試験結果を説明するグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る可燃物の処理方法を採用した溶錬炉１０、及びこの溶錬炉１０を備える連続製銅設備１について、図面を参照して説明する。
本実施形態の溶錬炉１０は、Ｓ炉（溶錬炉）、ＣＬ炉（分離炉）、Ｃ炉（製銅炉）及び精製炉を備えた三菱連続製銅法（三菱ＭＩ法）に代表される連続製銅設備１において、Ｓ炉として用いられるものである。

図１に示されるように、この連続製銅設備１は、銅鉱石（銅精鉱）を加熱溶融してマットＭとスラグＳとを含む熔体Ｌを生成する溶錬炉１０と、この溶錬炉１０で生成されたマットＭとスラグＳとを分離する分離炉３と、この分離炉３で分離されたマットＭをさらに酸化して粗銅ＣとスラグＳとを生成する製銅炉２０と、この製銅炉２０で生成された粗銅Ｃを精製して、より品位の高い銅と有価金属とを生成する精製炉５とを有する。
これら溶錬炉１０、分離炉３、製銅炉２０、精製炉５は、互いに樋６Ａ、６Ｂ、６Ｃにより連結されており、熔体が重力の作用によって溶錬炉１０、分離炉３、製銅炉２０、精製炉５の順に移動させられるように、この順に炉同士の間に高低差をつけて設置されている。

溶錬炉１０は、非鉄金属を製錬する炉本体１２と、非鉄金属を含有する鉱石（本実施形態では銅鉱石）を、酸素富化空気（酸素ガス）及びフラックス等とともに炉本体１２に貯留された熔体Ｌに供給する複数のランスパイプ（パイプ）１５と、を備えている。ランスパイプ１５は、炉本体１２の天井壁１１を鉛直方向に貫通して設けられているとともに、熔体Ｌの湯面に対して昇降可能とされている。

具体的に、ランスパイプ１５は、熔体Ｌの湯面の上方に開口されており、銅鉱石と酸素富化空気とを、熔体Ｌの湯面に吹き込み可能に設けられている。また、溶錬炉１０の天井壁１１には、炉内で発生するガス（排ガス）を排出するための開口部１９が設けられており、該開口部１９の下流側には廃熱ボイラー７が接続されている。

分離炉３は、溶錬炉１０から送り込まれる熔体Ｌ中のマットＭとスラグＳとを、これらの比重差を利用して分離するものであって、比重の大きいマットＭの層の上に比重の小さいスラグＳの層が形成されるようになっている。この分離炉３には、複数の電極８が下端をスラグ中に浸漬させた状態にして配設されている。分離炉３では、これら電極８にトランスから三相交流電流を入力してジュール熱を発生させることで、熔体Ｌの保温を行っている。

製銅炉２０は、冷材や石灰石を、酸素ガス等の酸素富化空気とともに炉内に供給するためのランスパイプ２５を複数備えている。ランスパイプ２５は、製銅炉２０の天井壁２１を貫通して設けられているとともに、昇降可能とされている。また、製銅炉２０の天井壁２１には、炉内で発生するガスを排出するための排出口が設けられており、該排出口には廃熱ボイラー９が接続されている。

この連続製銅設備１で銅を製錬するには、乾燥した銅精鉱（非鉄金属原料）とフラックス（硅砂、石灰等）とを酸素富化空気ととともに、ランスパイプ１５を通して溶錬炉１０の熔体Ｌ中に吹き込む。溶錬炉１０では、銅精鉱の溶解と酸化反応が進行し、主成分が硫化銅及び硫化鉄の混合物からなるマットＭと、銅精鉱中の脈石、溶剤、酸化鉄等からなるスラグＳが生成される。

溶錬炉１０の熔体Ｌに含まれるマットＭとスラグＳは、樋６Ａにより分離炉３に送られ、ここで比重差により下層のマットＭと上層のスラグＳとに分離される。
分離炉３において分離されたスラグＳ（Ｓｇ）は、マットＭとは別途回収される。また、溶錬炉１０等で生成したＳＯ_２ガス等の含硫ガスは、図示しない硫酸工場へと移送され、硫酸又は石膏（ＣａＳＯ_４）として回収される。

一方、分離炉３で分離されたマットＭは、樋６Ｂを通して製銅炉２０に送られる。製銅炉２０では、ランスパイプ２５を用いてさらに空気とともにフラックスを吹き込んでマットＭ中の硫黄と鉄分を酸化し、純度９８．５％以上の粗銅Ｃを得る。製銅炉２０において連続的に生成された粗銅Ｃは、樋６Ｃを通して精製炉５に移送される。そして、精製炉５において粗銅Ｃを精製して、より品位の高い銅を生成し、図示しない鋳造機によって電解製錬用のアノード板が製出される。

尚、上記プロセスにおいて、製銅炉２０における酸化の工程では、銅の一部も酸化してスラグＳａの中に取り込まれてしまう。つまり、製銅炉スラグＳａには酸化鉄とともに酸化銅（１０〜３０％）が含まれている。このため、通常のプロセスでは、製銅炉スラグＳａを水砕により固体粉末化し、乾燥後、溶錬炉１０に回送して、原料鉱石と共に再び溶解して、銅の回収を図っている。

このような連続製銅設備１においては、溶錬炉１０内に、銅精鉱のほか、有価金属（Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等）を含む可燃性プラスチック等からなる廃電子部品や廃電子基板などの廃棄物（可燃性スクラップ、以下可燃物と言う）を装入し、銅精鉱とともに該可燃物を製錬することで、銅とともに銅以外の有価金属も回収している。
具体的には、溶錬炉１０の炉本体１２は銅製錬に用いられるものであるが、該炉本体１２から後工程の製銅炉２０に送られた熔体Ｌを処理することで、粗銅Ｃに含ませて上記有価金属を回収している。

また特に図示しないが、製銅炉２０には、電解製錬でアノード板として使用された銅板、いわゆるアノードスクラップが投入される。このアノードスクラップは銅品位が高いことから、連続製銅設備１の下流側に位置する製銅炉２０に投入することで、複雑な工程を経ることなくその銅分が回収されることになる。

次に、本実施形態の可燃物の処理方法を採用した溶錬炉１０について、図２〜図４を参照して詳しく説明する。
溶錬炉１０は、有底円筒状の炉本体１２を備えている。炉本体１２には、その上部を塞ぐように天井壁１１が設けられ、炉本体１２の内部には熔体Ｌが貯留されている。天井壁１１には、複数のランスパイプ１５が該天井壁１１を貫通して配設されており、図示の例では、これらランスパイプ１５が直線状の列をなしているとともに、該列が互いに平行となるように複数形成されている（図３に示される炉本体１２の上面視を参照）。

ランスパイプ１５は、炉本体１２内に粉体状の銅鉱石（製錬原料）及びフラックス等の副原料（溶剤）を酸素富化空気とともに高速で送り込み、熔体Ｌの湯面に衝突させつつ、熔体Ｌに酸化反応を起こさせるようになっている。ランスパイプ１５は、熔体Ｌの湯面の上方に設けられているとともに、該湯面に向けて開口しており、その下端開口は、熔体Ｌの湯面に接近配置されている。

そして、本実施形態の溶錬炉１０においては、ランスパイプ１５が、さらに有価金属を含有する可燃物をも熔体Ｌの湯面に吹き込み可能とされているのである。ランスパイプ１５から熔体Ｌに吹き込む可燃物は、例えば予め破砕機で破砕されて粒状や粉状とされた廃電子基板や廃電子部品等であり、このような細かい可燃物を用いることで、可燃物が熔体Ｌへ向かう管内で詰まるようなことが抑制される。本実施形態では、可燃物の平均粒径（外径）が、例えば１０ｍｍ以下とされている。尚、ランスパイプ１５から、さらにコークスや粉炭等の石炭（化石燃料）を吹き込み可能としてもよい。

図４に示される例では、ランスパイプ１５は二重筒構造を有している。ランスパイプの外筒１５ａは、炉本体１２の天井壁１１を挿通して熔体Ｌの湯面に向けて延びている。ランスパイプ１５の内筒１５ｂは、その下端開口が外筒１５ａ内に位置しており、外筒１５ａ内における内筒１５ｂの下端開口から該外筒１５ａの下端開口までの間の領域が、ランスパイプ１５から送出される各材料（銅鉱石、副原料、可燃物、酸素富化空気、石炭等）を混合する混合領域となっている。
尚、これら材料のうち、酸素富化空気以外の材料については、ランスパイプ１５に導入する以前に予め混合しておくことが好ましいが、可燃物と石炭についてはこの限りではなく、熔体Ｌの温度や廃熱ボイラー７のガス温度に応じて装入量を調整してよい。

本実施形態においては、ランスパイプ１５の外筒１５ａと内筒１５ｂとの間を通して、酸素富化空気等の材料Ｙが炉本体１２の熔体Ｌに供給される。また、ランスパイプ１５の内筒１５ｂ内を通して、上記酸素富化空気等以外の銅鉱石、副原料、可燃物、石炭等の材料Ｘが熔体Ｌに供給される。具体的に、ランスパイプ１５の内筒１５ｂ内を各種の材料Ｘが搬送されることで、これら材料Ｘは該筒（搬送管）内で予め混合された状態とされて、該内筒１５ｂの下端開口から外筒１５ａ内に送出されることになる。つまり本実施形態では、ランスパイプ１５の内筒１５ｂは、酸素富化空気以外の上記材料Ｘ（具体的には、可燃物と、銅鉱石、副原料及び石炭のうち少なくとも１つ以上とを含む材料Ｘ）を混合可能な搬送管とされている。

そして、本実施形態に係る可燃物の処理方法では、ランスパイプ１５から、少なくとも可燃物と酸素富化空気とを、熔体Ｌの湯面に吹き込む（高速で勢いよく吹き付ける）ようにしている。また、熔体Ｌに装入する可燃物から該熔体Ｌに寄与される熱量に応じて、熔体Ｌに装入する石炭の装入量を調整している。具体的には、熔体Ｌに装入する可燃物から熔体Ｌに寄与される熱量が増大する（又は増大した）場合には、これに応じて熔体Ｌに装入する石炭の装入量を減少させ、可燃物から熔体Ｌに寄与される熱量が減少する（又は減少した）場合には、これに応じて熔体Ｌに装入する石炭の装入量を増大させることで、熔体Ｌの温度を安定的に維持するようにしている。つまり、熔体Ｌの温度が所定範囲に維持されるように、可燃物の装入量と石炭の装入量とを調整することで、熔体Ｌの熱バランスを制御している。

ここで、各ランスパイプ１５から熔体Ｌへ装入する可燃物の装入量は、すべてのランスパイプ１５について均等に設定してもよいし、或いは、これらランスパイプ１５のうち少なくとも１つ以上を、可燃物を装入するための可燃物専用のランスパイプ１５としてもよい。また、ランスパイプ１５から吹き込む酸素富化空気の装入量についても、上記可燃物の装入量と同様に、種々に設定してよい。
さらに、ランスパイプ１５から熔体Ｌへ吹き込む可燃物及び／又は酸素富化空気の装入量を、熔体Ｌの温度や廃熱ボイラー７のガス温度に応じて制御してもよい。

また、図２及び図３に示されるように、炉本体１２の天井壁１１におけるランスパイプ１５群とは異なる位置には、横断面が略矩形状をなす開口部１９が設けられており、この開口部１９から上方に向けて、排ガスを排出する立ち上がり煙道２２が延設されている。

また、炉本体１２の側壁２４におけるランスパイプ１５を間に挟んだ開口部１９とは反対側には、熔体排出口（オーバーフロー口）２７が設けられている。図２において、熔体排出口２７は、ランスパイプ１５の下端開口よりも若干下方に位置しており、該熔体排出口２７から熔体Ｌがオーバーフローすることで、該熔体Ｌは樋６Ａから分離炉３へ送られる。

以上説明した本実施形態に係る連続製銅設備１の溶錬炉１０における可燃物の処理方法、溶錬炉１０及び連続製銅設備１によれば、炉本体１２に貯留された熔体Ｌの湯面に向けて、該湯面上のランスパイプ１５から可燃物と酸素富化空気（例えば、酸素含有率４０〜７０％程度の空気）とを吹き込むので、可燃物が熔体Ｌに深く浸入しやすくなって、熔体Ｌとの接触領域が大きく確保される。これにより、可燃物は速やかに加熱されて燃焼・溶融されるとともに、溶け残りにくくなることから、可燃物の処理効率が向上し、処理量を増大できる。

また、可燃物が酸素富化空気とともに熔体Ｌに吹き込まれるので、可燃物に含まれる可燃性成分と酸素とが熔体Ｌ内で反応しやすくなり、可燃物がより燃焼・溶融しやすくなる。さらに、可燃物及び酸素富化空気が熔体Ｌに吹き込まれることで、可燃物を熔体Ｌ内で攪拌するような作用も得られ、前述の効果がより顕著に得られることになる。

また本実施形態によれば、従来のように可燃物の溶け残りが有価金属成分を含んだままスラグＳと一緒に系外に排出されるようなことが抑制されるため、有価金属のスラグロスが低減される。
ここで、本実施形態の連続製銅設備１においては、溶錬炉１０とその下流側の分離炉３とを連結する樋６Ａが設けられており、溶錬炉１０の炉本体１２から排出された（オーバーフローされた）熔体Ｌ（マットＭ及びスラグＳ）は、樋６Ａを通って分離炉３へ流入するようになっている。そして本実施形態によれば、熔体Ｌとともに可燃物の溶け残りがこの樋６Ａを流れるようなことが抑制されるため、該樋６Ａが閉塞されることが防止されるとともに、樋６Ａから熔体Ｌが溢れ出ることを防ぐことができる。

また、可燃物が熔体Ｌ内に吹き込まれて燃焼することで、該可燃物の燃焼熱が熔体Ｌの加熱に効率よく利用される。これにより、熱補償用燃料として熔体Ｌに装入される石炭（コークスや粉炭等の化石燃料）の使用量を低減することが可能になり、操業費用を削減できる。
また本実施形態によれば、可燃物が熔体Ｌの湯面上にとどまって燃焼することが抑制されるので、例えば従来のように、湯面で燃焼する可燃物の燃焼熱によって、炉本体１２のガスゾーン内壁（側壁２４における湯面上方や天井壁１１の内壁）に設けられた煉瓦が損耗したり、廃熱ボイラー７がオーバーヒートしたりする不具合が防止される。

また、熔体Ｌの湯面へ向けて開口するランスパイプ１５から可燃物と酸素富化空気とを吹き込むことで、可燃物が炉本体１２のガスゾーンに浮遊しにくくされている。これにより、可燃物として本実施形態のように粉状や粒状など細かく破砕した状態のものを用いることが可能になる。すなわち、従来では、粉状や粒状の可燃物を単純に熔体Ｌの湯面に落下させた場合には、可燃物が排ガスと一緒に排出されやすくなって廃熱ボイラー７等を損傷させるおそれがあったが、本実施形態では、粉状や粒状の可燃物を用いても該可燃物が熔体Ｌの湯面に吹き込まれることで熔体Ｌ内部まで浸入しやすくされて、上記のような不具合が抑制される。
尚、本実施形態で説明したように可燃物として粉状や粒状のものを用いた場合には、該可燃物が熔体Ｌでより速やかに燃焼・溶融するとともに、さらに溶け残りにくくなり、前述の作用効果がより格別顕著なものとなる。ただし、これに限定されるものではなく、例えばランスパイプ１５の内径を大きく確保できる場合には、可燃物はブロック状や塊状、板状等であっても構わない。

以上より、本実施形態によれば、可燃物を熔体Ｌに十分に接触させることができ、可燃物の燃焼熱を熔体Ｌの加熱に効率よく利用できるとともに、可燃物の溶け残りを低減して有価金属のスラグロスを抑え、可燃物の処理量を増大でき、かつ、操業費用を削減でき、炉本体１２のガスゾーン内壁や廃熱ボイラー７の損傷を抑制できるのである。

また本実施形態では、可燃物と酸素富化空気とを熔体Ｌの湯面に吹き込むパイプとして、鉱石と酸素富化空気とを熔体Ｌの湯面に吹き込むランスパイプ１５を用いているので、下記の効果が得られる。
すなわちこの場合、従来の溶錬炉１０に設けられている、鉱石（精鉱）を熔体Ｌに装入するための既存のランスパイプ１５を用いて本発明を実施することが可能になる。これにより、炉本体１２を簡単な構造とすることができ（つまり構造を複雑にすることなく維持でき）、設備費用が削減される。

また本実施形態では、熔体Ｌに装入する可燃物から熔体Ｌに寄与される熱量に応じて、熔体Ｌに装入する石炭の装入量を調整するので、石炭の使用量を確実に低減して操業費用を削減できるとともに、熔体Ｌ温度が所定範囲に安定的に維持されて、熔体Ｌにおける処理が安定する。すなわち、熔体Ｌに装入する可燃物から熔体Ｌに寄与される熱量が増大する（又は増大した）場合には、これに応じて熔体Ｌに装入する石炭の装入量を減少させ、可燃物から熔体Ｌに寄与される熱量が減少する（又は減少した）場合には、これに応じて熔体Ｌに装入する石炭の装入量を増大させることで、熔体Ｌの温度を安定的に維持することが可能である。そして、本実施形態では上述したように、熔体Ｌに対して可燃物から寄与される熱量が十分に確保されやすいことから、熔体Ｌに装入する石炭の装入量を確実に低減でき、操業費用を削減できるのである。
具体的に、従来の方法では、熔体Ｌの湯面に可燃物を落下させるのみであったため、該可燃物が、熔体Ｌの温度を安定的に維持又は上昇可能な程度には熔体Ｌの加熱に有効に使われなかったことから、単純に可燃物の装入量を増やしても、該可燃物から熔体Ｌに寄与される熱量を増大させることは難しく、よって石炭の装入量を減少させることは困難であった。さらに従来の方法では、単純に熔体Ｌへの可燃物の装入量を増大させた場合において、上述した炉本体１２のガスゾーン内壁や廃熱ボイラー７の損傷のおそれがある。

また本実施形態では、炉本体１２が、連続製銅設備１における溶錬炉１０に用いられており、該溶錬炉１０の後工程における製銅炉２０において、可燃物中の有価金属を粗銅Ｃとともに効率よく回収することができる。

また本実施形態では、溶錬炉１０のランスパイプ１５内に、可燃物及び酸素富化空気を混合する混合領域が設けられているので、該ランスパイプ１５を通して熔体Ｌの湯面に吹き込まれる可燃物と酸素富化空気とが、このランスパイプ１５内で混合された状態で噴出されることになる。従って、熔体Ｌに吹き込まれた可燃物がより燃焼・溶融しやすくなり、上述した作用効果がさらに顕著なものとなる。
また、ランスパイプ１５の内筒１５ｂ内を、熔体Ｌへ向けて搬送させられる酸素富化空気以外の材料Ｘ（可燃物と、銅鉱石、副原料及び石炭の少なくともいずれかとを含む材料Ｘ）が、熔体Ｌの湯面に吹き込まれる前に該内筒１５ｂ内で十分に混合されていることから、これら材料Ｘが熔体Ｌ内で迅速に、かつ安定的に処理されやすくなる。

尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前述の実施形態では、可燃物と酸素富化空気とを熔体Ｌの湯面に吹き込むパイプとして、鉱石と酸素富化空気とを熔体Ｌの湯面に吹き込むランスパイプ１５を用いることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、ランスパイプ１５を用いる代わりに、可燃物と酸素富化空気とを吹き込むための専用のパイプを設けてもよい。この場合、前記パイプは、炉本体１２に貯留された熔体Ｌの湯面の上方に、該湯面へ向けて開口して設けられる。尚、このような専用のパイプを設ける場合には、熔体Ｌに吹き込む可燃物の性状（形状や大きさ等）に応じて、該パイプの内径や長さ、下端開口位置（湯面までの距離）などを種々に設定してよい。

また前述の実施形態では、図３に示される炉本体１２の上面視で、複数のランスパイプ１５が直線状の列をなしているとともに、該列が複数配列されているが、ランスパイプ１５の配置や数は、前述した実施形態のものに限定されない。すなわち、ランスパイプ１５は前記上面視において、例えば円形状（単一円形状、多重同心円形状）、多角形状（単一多角形状、多重同心多角形状）、マトリクス状（格子形状）、ドット状（規則配置、不規則配置）等に配列していてもよい。

また、前述の実施形態で説明したランスパイプ１５は、二重筒構造を有しているが、これに限定されるものではなく、それ以外の例えば単一の筒構造、三重以上の筒構造とされていてもよい。
また、ランスパイプ１５内に混合領域が設けられていなくてもよく、この場合、例えばランスパイプ１５における外筒１５ａの下端開口と、内筒１５ｂの下端開口とが、同じ位置（鉛直方向に沿う位置が同一）とされていてもよい。

また、前述の実施形態では、連続製銅設備１の溶錬炉１０に本発明を適用した例を説明したが、これに限定されるものではなく、それ以外の溶錬炉や製錬炉にも本発明を適用可能である。
また、連続製銅設備１は、少なくとも溶錬炉１０、分離炉３及び製銅炉２０を備えていればよく、それ以外の精製炉５等については、他の処理装置に適宜代替したり省略してよい。

その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例及び尚書き等で説明した各構成（構成要素）を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。

[実施例]
まず、本発明の実施例として、有価金属を含有するスクラップ（可燃物）を粉砕して、三菱連続製銅法のＳ炉（溶錬炉１０）の熔体Ｌの湯面に、ランスパイプ１５から酸素富化空気とともに吹き込んで装入する操業を実施した。
スクラップは主に基板屑で構成されており、主成分である可燃性の樹脂材料と、Ｃｕ、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３及び微量のＡｕ、Ａｇを含んでいる。尚、スクラップは粒度が１０ｍｍ以下となるように破砕機により破砕した。

破砕したスクラップを銅鉱石と混合し、ロータリードライヤーを用いて乾燥した後、Ｓ炉の天井壁１１に設置された１０本のランスパイプ１５から炉内に装入した。尚、鉱石及びスクラップの装入量は、鉱石：１０１Ｔ、スクラップ：６．４Ｔとした。
また、スクラップと銅鉱石との混合物をランスパイプ１５から熔体Ｌに装入する試験を開始するまでの間、熔体Ｌの不足する熱源を補う目的で、粉炭を３００ｋｇ／ｈｒ程度添加して熔体Ｌの温度を維持した。そして試験開始以降は、粉炭の添加を停止した。

Ｓ炉内の熔体Ｌは、炉本体１２の熔体排出口２７から流出し、樋６Ａを通りＣＬ炉（分離炉３）に送られ、該ＣＬ炉において、銅と鉄の硫化物を主成分とするマットＭと、酸化物を主成分とするスラグＳｇとに分離される。このスラグＳｇ中に含まれる有価金属は、回収されずに有価金属のスラグロスとなる。また、スラグＳｇ中の有価金属の濃度は、Ｓ炉における処理に応じて変化する。そこで、Ｓ炉における処理状況を確認する目的で、スラグＳｇ中の銅濃度（％）について、試験開始の前後の値を測定した。尚、スラグ中銅濃度は、蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定した。結果を図５に示す。

また、Ｓ炉における処理状況を確認する目的で、熔体Ｌの温度（℃）と、廃熱ボイラー７のガス温度（℃）について、試験開始の前後の値を測定した。具体的には、例えばスクラップが熔体Ｌ中で十分に燃焼しなかった場合や、炉本体１２のガスゾーンで燃焼した場合には、熔体Ｌの温度が低下したり、廃熱ボイラー７のガス温度が上昇したりする等の問題の発生が予想される。尚、温度は、Ｋ型熱電対及びＮ型熱電対を用いて測定した。結果を図６に示す。

[評価]
図５に示される試験結果より、試験開始後（図５のグラフ横軸に示される０（ｈｒ）の右側領域）におけるスラグ中銅濃度（％）は、試験開始前（図５のグラフ横軸に示される０（ｈｒ）の左側領域）のスラグ中銅濃度（％）と同程度か又はそれ以下であり、本実施例においてランスパイプ１５からスクラップを装入したことによる悪影響は見受けられなかった。

また、図６に示される試験結果より、試験開始後（図６のグラフ横軸に示される０（ｈｒ）の右側領域）における熔体Ｌの温度（℃）は、試験開始前（図６のグラフ横軸に示される０（ｈｒ）の左側領域）の熔体Ｌの温度（℃）と同程度であった。つまり、本実施例による熔体Ｌへのスクラップの吹き込みによって、粉炭の熱量を補償可能であることが確認された。
また、廃熱ボイラー７のガス温度（℃）についても、試験開始の前後で同程度であり、これにより本実施例において、破砕されたスクラップを用いた場合であっても、該スクラップが熔体Ｌ内に深く浸入して良好に処理されていることが確認された。

[比較例]
次に、従来の比較例として、炉本体の天井壁に装入口（投入口）が形成されたＳ炉（溶錬炉）を用い、有価金属を含有するスクラップ（可燃物）を、前記装入口から熔体の湯面に落下させて装入する操業を実施した。
この比較例においては、熔体への鉱石及びスクラップの装入量は、鉱石：９９Ｔ、スクラップ：試験開始前０．９Ｔ、試験開始後２．０Ｔとした。尚、熔体への粉炭の添加量は、試験開始の前後で変更無しとした。それ以外は上述した実施例と同様の条件として、スラグＳｇ中の銅濃度（％）と、熔体の温度（℃）及び廃熱ボイラーのガス温度（℃）とを測定した。結果を図７及び図８に示す。

[評価]
図７に示される試験結果より、試験開始後（図７のグラフ横軸に示される０（ｈｒ）の右側領域）におけるスラグ中銅濃度（％）は、試験開始前（図７のグラフ横軸に示される０（ｈｒ）の左側領域）のスラグ中銅濃度（％）に比べて明らかに増大しており、かつその値も不安定になっていた。これは、未溶解のスクラップに随伴するなどしてスラグＳｇに移行する有価金属の量が増大しているものと考えられる。

また、図８に示される試験結果より、Ｓ炉の熔体温度が試験開始の前後でほとんど変化していないのに対して、試験開始後（図８のグラフ横軸に示される０（ｈｒ）の右側領域）における廃熱ボイラー内のガス温度には顕著な上昇が見受けられた。これは、Ｓ炉に装入されたスクラップの一部が炉本体のガスゾーンや廃熱ボイラー内で燃焼しているものと考えられる。またこの結果より、比較例においてスクラップの装入量を増大しても、熔体へ寄与される熱量をさほど増大できるものではなく、よって粉炭の添加量を削減できるわけではないことがわかった。さらに、比較例の試験中において、廃熱ボイラーの水管へのダスト異常付着など、該廃熱ボイラー内のガス温度上昇に起因するトラブルが確認された。

１ 連続製銅設備
３ 分離炉
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 樋
１０ 溶錬炉
１２ 炉本体
１５ ランスパイプ（パイプ）
２０ 製銅炉
Ｃ 粗銅
Ｌ 熔体
Ｍ マット
Ｓ（Ｓａ、Ｓｇ） スラグ
Ｘ 材料（可燃物）
Ｙ 材料（酸素富化空気）

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係る可燃物の処理方法は、非鉄金属を製錬する炉本体に貯留された熔体の湯面の上方に、該湯面へ向けて開口するパイプを設け、前記パイプを二重筒構造とし、該パイプの内筒内に有価金属を含有する可燃性スクラップである可燃物を通し、該パイプの外筒と前記内筒との間に酸素富化空気を通して、前記可燃物と前記酸素富化空気とを、前記熔体の湯面に吹き付けることで前記可燃物を前記熔体内に浸入させて、前記可燃物を前記熔体内で攪拌させつつ燃焼・溶融させ、前記熔体をその後工程で処理して、前記非鉄金属とともに前記有価金属を回収することを特徴とする。
また本発明は、前述した可燃物の処理方法の実施に使用する溶錬炉であって、前記炉本体に貯留された熔体の湯面の上方に、該湯面へ向けて開口するパイプが設けられ、前記パイプは二重筒構造を有し、該パイプの内筒内に有価金属を含有する可燃性スクラップである可燃物を通し、該パイプの外筒と前記内筒との間に酸素富化空気を通して、前記熔体の湯面に、前記可燃物と前記酸素富化空気とを吹き付け可能に構成したことを特徴とする。

また、本発明の可燃物の処理方法において、前記パイプとして、非鉄金属を含有する鉱石と酸素富化空気とを前記熔体の湯面に吹き付けるランスパイプを用いることとしてもよい。
また、本発明の溶錬炉において、前記パイプは、前記熔体の湯面に、非鉄金属を含有する鉱石と酸素富化空気とを吹き付け可能に構成されたランスパイプであることとしてもよい。

また、本発明の可燃物の処理方法において、互いに樋で連結された溶錬炉、分離炉及び製銅炉を備えた連続製銅設備を用い、前記溶錬炉では、銅鉱石を加熱溶融してマットとスラグとを含む熔体を生成し、前記分離炉では、前記溶錬炉で生成されたマットとスラグとを分離し、前記製銅炉では、前記分離炉で分離されたマットを酸化して粗銅とスラグとを生成し、前記溶錬炉において、前記パイプから、前記可燃物と前記酸素富化空気とを、前記熔体の湯面に吹き付けることとしてもよい。
また本発明は、銅鉱石を加熱溶融してマットとスラグとを含む熔体を生成する溶錬炉と、前記溶錬炉で生成されたマットとスラグとを分離する分離炉と、前記分離炉で分離されたマットを酸化して粗銅とスラグとを生成する製銅炉と、前記溶錬炉、前記分離炉及び前記製銅炉を互いに連結する樋と、を備えた連続製銅設備であって、前記溶錬炉として、前述した溶錬炉を用いたことを特徴とする。

また、前述の実施形態で説明したランスパイプ１５は、二重筒構造を有しているが、本発明の参考例ではこれに限定されるものではなく、それ以外の例えば単一の筒構造、三重以上の筒構造とされていてもよい。
また、ランスパイプ１５内に混合領域が設けられていなくてもよく、この場合、例えばランスパイプ１５における外筒１５ａの下端開口と、内筒１５ｂの下端開口とが、同じ位置（鉛直方向に沿う位置が同一）とされていてもよい。

[実施例]
まず、本発明の実施例として、有価金属を含有する可燃性スクラップ（以下、単にスクラップという）（可燃物）を粉砕して、三菱連続製銅法のＳ炉（溶錬炉１０）の熔体Ｌの湯面に、ランスパイプ１５から酸素富化空気とともに吹き込んで装入する操業を実施した。
スクラップは主に基板屑で構成されており、主成分である可燃性の樹脂材料と、Ｃｕ、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３及び微量のＡｕ、Ａｇを含んでいる。尚、スクラップは粒度が１０ｍｍ以下となるように破砕機により破砕した。

Claims (9)

1. 非鉄金属を製錬する炉本体に貯留された熔体の湯面の上方に、該湯面へ向けて開口するパイプを設け、
   前記パイプから、有価金属を含有する可燃物と酸素富化空気とを、前記熔体の湯面に吹き込むことを特徴とする可燃物の処理方法。
2. 請求項１に記載の可燃物の処理方法であって、
   前記パイプとして、非鉄金属を含有する鉱石と酸素富化空気とを前記熔体の湯面に吹き込むランスパイプを用いることを特徴とする可燃物の処理方法。
3. 請求項１又は２に記載の可燃物の処理方法であって、
   互いに樋で連結された溶錬炉、分離炉及び製銅炉を備えた連続製銅設備を用い、
   前記溶錬炉では、銅鉱石を加熱溶融してマットとスラグとを含む熔体を生成し、
   前記分離炉では、前記溶錬炉で生成されたマットとスラグとを分離し、
   前記製銅炉では、前記分離炉で分離されたマットを酸化して粗銅とスラグとを生成し、
   前記溶錬炉において、前記パイプから、前記可燃物と前記酸素富化空気とを、前記熔体の湯面に吹き込むことを特徴とする可燃物の処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の可燃物の処理方法であって、
   前記熔体に装入する前記可燃物から該熔体に寄与される熱量に応じて、前記熔体に装入する石炭の装入量を調整することを特徴とする可燃物の処理方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の可燃物の処理方法であって、
   前記炉本体は、銅製錬に用いられるものであり、
   前記熔体をその後工程で処理して、前記有価金属を粗銅に含ませて回収することを特徴とする可燃物の処理方法。
6. 請求項１に記載の可燃物の処理方法の実施に使用する溶錬炉であって、
   前記炉本体に貯留された熔体の湯面の上方に、該湯面へ向けて開口するパイプが設けられ、
   前記パイプ内を通して、前記熔体の湯面に、有価金属を含有する可燃物と酸素富化空気とを吹き込み可能に構成したことを特徴とする溶錬炉。
7. 請求項６に記載の溶錬炉であって、
   前記パイプは、前記熔体の湯面に、非鉄金属を含有する鉱石と酸素富化空気とを吹き込み可能に構成されたランスパイプであることを特徴とする溶錬炉。
8. 請求項６又は７に記載の溶錬炉であって、
   前記パイプ内に、前記可燃物及び前記酸素富化空気を混合する混合領域が設けられることを特徴とする溶錬炉。
9. 銅鉱石を加熱溶融してマットとスラグとを含む熔体を生成する溶錬炉と、
   前記溶錬炉で生成されたマットとスラグとを分離する分離炉と、
   前記分離炉で分離されたマットを酸化して粗銅とスラグとを生成する製銅炉と、
   前記溶錬炉、前記分離炉及び前記製銅炉を互いに連結する樋と、を備えた連続製銅設備であって、
   前記溶錬炉として、請求項６〜８のいずれか一項に記載の溶錬炉を用いたことを特徴とする連続製銅設備。

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