JP2020183569A

JP2020183569A - 塊状物の製造方法、および塊状物

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Publication number: JP2020183569A
Application number: JP2019088589A
Authority: JP
Inventors: 裕次郎時田; Yujiro Tokita; 大塚　教正; Norimasa Otsuka; 教正大塚
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2039-05-08
Also published as: JP7083784B2

Abstract

【課題】バインダを用いずに、有価金属を含む粉末原料を塊状化することができる、塊状物の製造方法、および塊状物を提供する。【解決手段】塊状物の製造方法は、有価金属およびＳｉＯ２を含む粉末原料と融剤粉末とを混合して圧力をかけることによって、塊状物を形成することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本件は、塊状物の製造方法、および塊状物に関する。

製錬工程において、目的とする金属と不純物が混在する混在物から不純物を分離する場合には、酸やアルカリ等で溶解した後に、中和や酸化還元等の操作によって目的とする金属を含む粉体の沈殿物を溶液から固液分離する湿式技術が多く用いられる。そして、分離された粉体を溶融炉で高温溶融する乾式技術を用いて目的とする金属を回収することができる。

例えば、上記の粉体には、銅製錬の過程で生じる銅電解澱物などから回収された還元銀がある。還元銀は、有価金属として銀を含むとともに、鉄、鉛やシリカ（ＳｉＯ_２）を含んでいる。還元銀とスラグの融点や粘性を調整するための融剤（フラックス）を溶融炉（酸化炉）で高温酸化し、粗銀と鉄、鉛やＳｉＯ_２を含むスラグを形成させ、粗銀とスラグを分離し、粗銀を回収する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３１６７３６号公報

しかしながら、粉体の還元銀を酸化炉に投入すると、炉内の燃焼ガスの風圧に起因して飛散が生じるため、燃焼ガスによる燃焼量を下げて風圧を低下させて時間をかけて少量ずつ投入せざるを得なくなる。そこで、糖蜜、でんぷんなどの天然有機物、石炭抽出物などの合成有機物のバインダを用いて還元銀を塊状化することが考えられる。しかしながら、バインダは高価であり、有機物であるため炉内での燃焼反応によって還元雰囲気となり、スラグ形成に不具合が生じるおそれがある。

本件は上記の課題に鑑み、バインダを用いずに、有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料を塊状化することができる、塊状物の製造方法、および塊状物を提供することを目的とする。

１つの態様では、塊状物の製造方法は、有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料と融剤粉末とを混合して圧縮成形することによって、塊状物を形成することを特徴とする。前記粉末原料は、銀を含んでいてもよい。前記粉末原料は、還元銀であってもよい。前記融剤粉末は、ソーダ灰であってもよい。前記塊状物は、炉に投入して溶融処理するための原料であってもよい。粉末原料の平均粒径は、１０μｍ〜３０μｍであってもよい。前記粉末原料の水分率は、１０ｍａｓｓ％以下であってもよい。前記粉末原料に対して前記融剤粉末が１０ｍａｓｓ％以上４０ｍａｓｓ％以下となるように、前記粉末材料と前記融剤粉末とを混合してもよい。前記粉末原料と前記融剤粉末とにかける圧力を４５ｋＮ以上１５０ｋＮ以下としてもよい。前記塊状物の落下後残存率が４０％以上であるとしてもよい。

他の態様では、塊状物は、有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料と融剤粉末とが混合され、長径が２０ｍｍ以上であることを特徴とする。前記粉末原料は、銀を含んでいてもよい。前記粉末原料は、還元銀であってもよい。前記融剤粉末は、ソーダ灰であってもよい。前記塊状物において、前記粉末原料に対する前記融剤粉末の比率が１０ｍａｓｓ％以上４０ｍａｓｓ％以下であってもよい。前記塊状物の平均見かけ密度は、２．０ｇ／ｃｍ^３〜３．０ｇ／ｃｍ^３であってもよい。

本発明によれば、バインダを用いずに、有価金属を含む粉末原料を塊状化することができる。

還元銀を処理する一連の工程を例示するフロー図である。酸化炉を例示する断面図である。落下後残存率を示す図である。

以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。なお、以下の実施形態においては、有価金属を含む粉末原料の一例として還元銀を用いるが、有価金属を含む粉末原料であれば他の粉末原料を用いてもよい。また、融剤粉末の一例としてソーダ灰の粉末を用いるが、他の融剤粉末を用いてもよい。

図１は、一例として、還元銀を処理する一連の工程を例示するフロー図である。還元銀は、銅製錬工程で生じる。具体的には、銅の電解精製において、転炉から粗銅を精製炉において９９．５ｍａｓｓ％程度に精製し、鋳造した陽極（アノード）と陰極としてのＳＵＳ板とを電解槽に交互に吊るし、電解精製を実施する。電解槽の底には、陽極に含まれる不純物が泥上に沈積する。この泥上の沈積物を銅電解澱物（アノードスライム）と称する。銅電解澱物には、銅に加えて、金、銀をはじめ、原料中の貴金属が濃縮されている。

まず、銅電解澱物に含まれる銅を銅電解工程の硫酸溶液で浸出除去することによって脱銅する。脱銅後、フィルタープレスで固液分離する。次に、塩酸でリパルプした脱銅殿物スラリーを塩化浸出し、さらに固液分離する。それにより、塩化銀主体の固体が得られる。次に、塩化銀主体の固体のスラリーに鉄粉を添加することで銀を還元する。この還元によって得られた銀が還元銀である。還元銀における銀の品位は２０〜４５ｍａｓｓ％であるが、還元銀には、ＳｉＯ_２が、１５〜４０ｍａｓｓ％含まれている。

この還元銀を溶融させてＳｉＯ_２をスラグ化することで、銀を分離することができる。この場合において、ＳｉＯ_２は融点が高く、２，０００℃の高温で融解しても流動しにくく銀と分離が容易でない。そこで、一般的にナトリウム塩、カルシウム塩などスラグの融点を下げ、粘性を下げるための融剤を用いる。例えば、還元銀に対して、融剤としてソーダ灰（炭酸ナトリウム）を用いる。

粉体の還元銀を酸化炉に投入すると、酸化炉内の燃焼ガスの風圧に起因して飛散が生じるため、燃焼ガスによる燃焼量を下げて風圧を低下させて時間をかけて少量ずつ投入せざるを得なくなる。そこで、粉体の還元銀を塊状化することが考えられる。しかしながら、粉体の還元銀に圧力をかけても、粉体の還元銀を塊状化することは困難である。そこで、糖蜜、でんぷんなどの天然有機物、石炭抽出物などの合成有機物のバインダを用いて還元銀を塊状化することが考えられる。しかしながら、バインダは高価であり、有機物であるため炉内での燃焼反応によって還元雰囲気となり、スラグ形成に不具合が生じるおそれがある。

そこで、本実施形態においては、還元銀およびソーダ灰に対して塊状化処理を行う。具体的には、還元銀とソーダ灰とを混合して圧縮成形する。圧縮成形は、ロールブリケットマシン、タブレッティングマシン、押し出し造粒機、ローラーコンパクター、圧縮減容機等を用いてもよい。還元銀単独では塊状化が困難であるが、ソーダ灰と混合することによって、還元銀を塊状化することができる。例えば、塊状化前の還元銀の平均粒径は、１０μｍ〜３０μｍであり、一例として２０μｍ程度である。平均粒径は、Ｄ５０％粒子径に相当する。なお、還元銀とソーダ灰とを混合する際に、混練することが好ましい。一般的に、微粉の原料は嵩密度が小さく空隙が多いため、強度を持った塊状物を製造しがたい。塊状物の強度が低ければ、外圧により崩壊するおそれがあるために大量に貯蔵することはできず、搬送中に割れ等が発生する。使用したソーダ灰(トクヤマ製デンス灰)は平均粒度３００μｍであり、粒子径の異なる還元銀とソーダ灰とを混ぜ合わせて塊状化することで、空隙率を下げ塊状化することができる。

ここで、塊状化のできばえを、以下の２つの手法で評価することができる。評価の一つは、圧壊強度がある。圧壊強度は、造粒物の圧縮による破壊に対する抵抗を示す強度で、山積み時、つぶれないための強度として、最低限の条件である。山積み時につぶれて粉状になってしまっては、塊状化の意味がない。そこで、一例として、得られた塊状物の圧壊強度は、１．５ｋｇｆ以上であることが好ましい。その値は、鉄缶で横持した時に壊れない強度を計算で求め、安全率を３倍かけた値とした。なお、圧壊強度の測定についてはＪＩＳＺ８８４１：１９９３造粒物-強度試験方法に従って行えばよい。

次に、もう一つの評価は、「落下後残存率」である。本実施形態の塊状原料は、下記に説明するような炉の高い位置から投入される場合もある。そのような場合でも、壊れて粉状化してしまわない硬さを有していることが好ましい。そこで、硬さを「落下後残存率」で評価してもよい。落下後残存率は、対象の塊状物を２ｍの高さから床のコンクリートに向けて落下させ、床から塊状物を回収し、４ｍｍの篩の篩上の重量の割合と定義する。その落下後残存率が４０％以上であることが好ましく、５０％以上がより好ましい。４０％未満では粉体物が多くなり、投入の際に飛散をするおそれがある。

その他にも、評価できる項目がある。有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料と融剤粉末とを混合して圧縮成形することによって、塊状物を形成することでそのほかにも効果がある。例えば、塊状物としたことで見かけ密度が大きくなり、粉状物を積層した積層体よりも含有空気量が低減される。それにより、包含する空気の層が断熱層となる影響を低減することができるので、伝熱効率が向上し、溶解に必要とする時間を短縮することができる。具体的には、塊状物の見かけ密度を２．０ｇ／ｃｍ^３〜３．０ｇ／ｃｍ^３とすることが好ましい。これは、粉状物を積層した積層体の嵩比重と比較すると、２．１倍から３．１倍である。

十分に硬さや密度の高い塊状物を得るためには、有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料と融剤粉末の混合物を圧縮成形する圧力に下限を設けることが好ましい。一方、圧力が高すぎると、塊状物の割れや機器の損耗といった不具合が生じるおそれがあるため、粉末原料と融剤粉末の混合物にかける圧力に上限を設けることが好ましい。そこで、例えば、圧縮成形の際に粉末原料および融剤粉末の混合物にかける圧力を４５ｋＮ以上１５０ｋＮ以下とすることが好ましい。

圧縮成形する前において、有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料と融剤粉末の混合物の水分率が高すぎると、水分が絞り出されてしまうおそれがある。それにより、所定の圧力を粉末原料および融剤粉末の混合物にかけることが困難となる。そこで、圧縮成形する前において、有価金属を含む粉末原料の混合物の水分率は、１０ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。

融剤粉末は、塊状物のバインダとしての機能を有するが、塊状物の強度などをもとに添加量を定めるものではない。有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料に含まれるＳｉＯ_２の融点を下げ、流動性を高くするためのスラグ組成を調整するために適切な量を添加する。そこで、例えば、有価金属を含む粉末原料に対して融剤粉末が１０ｍａｓｓ％以上４０ｍａｓｓ％以下となるように、粉末原料と融剤粉末とを混合することが好ましい。

このように塊状化された原料は、溶融炉等に投入し、熔融する場合に用いられる。以下に還元銀を酸化炉で熔融する例を示す。還元銀は、図２のような酸化炉１００を用いて熔融される。原料の還元銀には、ＳｉＯ_２が含まれるため、熔融した場合、スラグとして分離する必要があるため、熔融剤としてソーダ灰も投入される。酸化炉１００で還元銀は、熔融されたのち、酸化炉１００内を酸化雰囲気として、還元銀に含まれる鉛等の不純物を酸化除去し、不純物が除去された溶融物の粗銀が得られる。

還元銀（有価金属およびシリカＳｉＯ_２を含む粉末原料）とソーダ灰とを塊状化の前段で均一に混合させ、塊状化した状態で、酸化炉１００に投入する際の飛散を抑制することができる。飛散を抑制することができれば、燃焼ガスの風圧の影響を受けず、原料の投入に時間をかける必要がなくなる。また、各塊状物について、例えば、長径が２０ｍｍ以上となるような大きさを有していれば、シュート４０などから自由落下によって酸化炉１００内に原料を投入できるようになり、一度に多くの原料を酸化炉１００内に投入することができるようになる。ただし、図２のようなシュート４０は炉底からは高い位置にあるので、自然落下で投入する場合には、塊状物の落下後残存率が４０％以上あることが望ましい。

実施形態に従って塊状物を作製した。有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料として、平均粒径が２０μｍで、水分率が４ｍａｓｓ％〜９ｍａｓｓ％の還元銀を用いた。融剤粉末として、平均粒径が３００μｍのソーダ灰を用いた。粉末原料に対して、融剤粉末の比率を３０ｍａｓｓ％とした。粉末原料と融剤粉末とにかける圧力を４５ｋＮ以上１５０ｋＮ以下とした。

圧力を開放したところ、長径が２０ｍｍ以上で、粉末原料と融剤粉末とが塊状に形成された塊状物を得ることができた。このように、有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料と融剤とを混合して圧力をかけることによって、バインダを用いずに塊状化できることがわかった。塊状原料の圧壊強度は、表１に示すように成形圧力と関係を示すが、４５ｋＮ以上１５０ｋＮ以下の成形圧力で成形すれば、十分な圧壊強度が得られることがわかった。

さらに、塊状原料の落下後残存率は、表２および図３に示すように、成形圧力と関係を示すが、成形圧力を４５ｋＮ以上１５０ｋＮ以下とすることで、５０％以上であった。なお、参考例として、成型圧力を２９ｋＮとした場合に落下後残存率が３９％となった例を記載してある。

なお、塊状化前においては、有価金属を含む粉末原料の嵩密度は１．３０ｇ／ｃｍ^３であったのに対して、塊状化後の塊状物の見かけ密度は２．５８ｇ／ｃｍ^３となった。また、塊状化前においては、有価金属を含む粉末原料の熱伝導率は０．１１９Ｗ／ｍ・Ｋであったのに対して、塊状化後の塊状物の熱伝導率は０．６０１Ｗ／ｍ・Ｋであった。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims

有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料と融剤粉末とを混合して圧縮成形することによって、塊状物を形成することを特徴とする塊状物の製造方法。
前記粉末原料は、銀を含むことを特徴とする請求項１記載の塊状物の製造方法。
前記粉末原料は、還元銀であることを特徴とする請求項１記載の塊状物の製造方法。
前記融剤粉末は、ソーダ灰であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の塊状物の製造方法。
前記塊状物は、炉に投入して溶融処理するための原料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の塊状物の製造方法。
粉末原料の平均粒径は、１０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の塊状物の製造方法。
前記粉末原料の水分率は、１０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の塊状物の製造方法。
前記粉末原料に対して前記融剤粉末が１０ｍａｓｓ％以上４０ｍａｓｓ％以下となるように、前記粉末材料と前記融剤粉末とを混合することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の塊状物の製造方法。
前記塊状物の圧壊強度が１．５ｋｇｆ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の塊状物の製造方法。
前記塊状物の落下後残存率が４０％以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の塊状物の製造方法。
前記粉末原料と前記融剤粉末とにかける圧力を４５ｋＮ以上１５０ｋＮ以下とすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の塊状物の製造方法。
有価金属およびＳｉＯ_２を含む粉末原料と融剤粉末とが混合され、長径が２０ｍｍ以上であることを特徴とする塊状物。
前記粉末原料は、銀を含むことを特徴とする請求項１２記載の塊状物。
前記粉末原料は、還元銀であることを特徴とする請求項１３記載の塊状物。
前記融剤粉末は、ソーダ灰であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の塊状物。
前記塊状物において、前記粉末原料に対する前記融剤粉末の比率が１０ｍａｓｓ％以上４０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の塊状物。
前記塊状物の落下後残存率が４０％以上であることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の塊状物。