JP2021063278A - 銅製錬装置及び銅製錬方法 - Google Patents

Abstract

【課題】銅製錬工程において硫酸製造工程を利用して水素を製造する。【解決手段】銅製錬装置１は、銅熔錬装置１１と、第一反応装置２１と、第二反応装置３１とを備える。銅熔錬装置１１は、銅精鉱Ｒを熔錬して粗銅ＲＣを生成する。銅熔錬装置１１の排ガス（高温硫黄ガスＨＳ）には二酸化硫黄が含まれている。当該二酸化硫黄は第一反応装置２１に供給される。第一反応装置２１は、水、ヨウ素及び前記二酸化硫黄を反応させてヨウ化水素及び硫酸を生成する。第二反応装置３１は、前記ヨウ化水素を分解してヨウ素及び水素を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、銅製錬装置及び銅製錬方法に関するものである。

銅精鉱には多くの銅と共に他の元素が含まれている。そして、銅精鉱を製錬することにより、銅精鉱から粗銅を回収することができる。ここで、粗銅とは、銅精鉱から他の元素が大部分除去されて生じた精製物である。

下記非特許文献１には、銅精鉱を製錬する方法が記載されている。この方法は、（１）炉設備において銅精鉱を熔錬して粗銅を回収し、（２）炉設備から排出されるSO₂ガスを利用して硫酸を製造するものである。この方法を利用すると、銅熔錬により銅精鉱から銅を効率よく回収することができ、さらに、炉設備の排ガスに含まれる二酸化硫黄を利用して硫酸を製造することができる。また、下記非特許文献２には、水素製造プロセスであるＩＳプロセスが記載されている。

ところで、水素は、エネルギーとして使用されても二酸化炭素を発生させないため、次世代エネルギーとして期待されている。そこで、水素のエネルギー利用を促進するため、水素を低コストで製造することの重要性が高まっている。しかし、水の電気分解からの水素製造では高い電気代のため低コストでの製造は難しい。また、低コストでの生成方法である化石燃料からの水素製造では二酸化炭素の排出を伴ってしまうという問題がある。

柳田 節郎、「大型三菱連続製銅炉の建設と生産統合による直島製錬所の生産性向上」、資源と素材、1993年、Vol.109、p .581-586 寺田 敦彦、小貫 薫、日野 竜太郎、「高温ガス炉を用いた水素製造プロセス」、まてりあ、2005年、第44巻、第3号、p.216-219

そこで、本発明は、銅製錬工程において硫酸製造工程を利用して水素を低コストで製造することを目的とする。

本発明は、下記項目により上記課題を解決する。なお、当該項目の記載においては、当該項目を構成する要素ごとに図面中の符号を付した。なお、これら符号は、下記項目の範囲を何ら限定するものではない。

第一項目は、次のような銅製錬装置（１）に係るものである。銅製錬装置（１、１０１）は、銅熔錬装置（１１）と、第一反応装置（２１）と、第二反応装置（３１）とを備える。前記銅熔錬装置（１１）は、銅精鉱（Ｒ）を熔錬して粗銅（ＲＣ）を生成するものである。前記銅熔錬装置（１１）の排ガス（ＨＳ）には二酸化硫黄が含まれている。当該二酸化硫黄は前記第一反応装置（２１）に供給されるものである。前記第一反応装置（２１）は、水、ヨウ素及び前記二酸化硫黄を反応させてヨウ化水素及び硫酸を生成するものである。前記第二反応装置（３１）は、前記ヨウ化水素を分解してヨウ素及び水素を生成するものである。

第一項目によれば、第一反応装置において銅熔錬装置の排ガスを利用して硫酸及びヨウ化水素を生成し、このヨウ化水素を利用して第二反応装置において水素を生成する。このため、銅製錬工程において硫酸製造工程を利用して水素を低コストで製造することができる。

第二項目は、第一項目において次の内容を含んでいる。前記第二反応装置（３１）は、前記銅熔錬装置（１１）の排ガス（ＨＳ）を前記水素の生成に必要な熱源（熱交換媒体）として利用する熱交換部を有する。

第二項目によれば、銅熔錬装置の排ガスに含まれる多量の熱を、第二反応装置における反応に必要な熱源（熱交換媒体）として利用することができる。これにより、水素の生成に要するコストを低減することができる。

第三項目は、第一項目又は第二項目において、燃焼装置（５１）及び第三反応装置（４１、１４１）をさらに備える。前記燃焼装置（５１）は、「廃棄物（ＷＡ）あるいは燃料」（以下「廃棄物等」という。）を燃焼処理して燃焼ガス（ＧＣ）を排出するものである。前記燃焼ガス（ＧＣ）には二酸化炭素が含まれている。前記第二反応装置（３１）は、前記水素が含まれている生成ガス（Ｇ２）を排出するものである。前記第三反応装置（４１、１４１）には前記二酸化炭素及び前記水素が供給される。前記第三反応装置（４１、１４１）は、前記二酸化炭素と前記水素とを反応させることにより、水、並びに、メタン又はメタノールを生成するものである。

第三項目によれば、次の効果（Ａ）及び（Ｂ）を生じさせることができる。ただし、効果（Ａ）は、第三反応装置においてメタノールを生成する場合にのみ生じる。（Ａ）第三反応装置において水素（有価物）からメタノール（有価物）を生成することができる。ここで、常温においては、水素が気体であるのに対してメタノールは液体であるため、メタノールの体積（単位モル量当たりの体積）は水素の体積（単位モル量当たりの体積）より小さい。このため、「生成した水素」を利用して「多量に容易に輸送可能な有価物」（メタノール）を生成することができる。（Ｂ）燃焼装置において廃棄物等を燃焼処理することができる。ただし、燃焼装置からは二酸化炭素が燃焼ガスとして排出される。しかし、第三反応装置において、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素から水並びに有価物（メタン又はメタノール）が生成される。このため、燃焼装置において大量の廃棄物等を燃焼処理しても、大気中への二酸化炭素放出量増加を抑制することができる。

第四項目は、第三項目において次の内容を含んでいる。前記廃棄物（ＷＡ）には銅が含まれている。前記燃焼装置（５１）は、灰分（Ａ）を前記銅熔錬装置（１１）に供給するものである。当該灰分（Ａ）には前記銅が含まれている。

第四項目によれば、燃焼装置において「銅を含む廃棄物」が処理されて「銅を含む灰分」が生じる。そして、この「銅を含む灰分」が銅熔錬装置において処理され、この灰分に含まれる銅が粗銅として回収される。このため、燃焼装置において大量の廃棄物を燃焼処理し、この廃棄物に含まれる銅も粗銅として回収することができる。

第五項目は、さらに次の内容を含んでいる。前記第二反応装置（３１）は、ヨウ素を前記第一反応装置（２１）に供給するものである。第六項目は、さらに次の内容を含んでいる。前記第一反応装置（２１）は、反応器（２２）と当該反応器（２２）に水（Ｗ１）を供給する水供給装置（２３）とを備える。前記第三反応装置（４１、１４１）は、水（Ｗ３）を前記反応器（２２）に供給するものである。

第六項目によれば、銅熔錬装置において多量の銅精鉱を熔錬することにより、銅熔錬装置から多量の二酸化硫黄を排出し、この二酸化硫黄を利用して第一反応装置において多量の硫酸及びヨウ化水素を生成し、このヨウ化水素を利用して第二反応装置において多量の水素及びヨウ素を生成し、この水素を利用して第三反応装置において多量のメタノール又はメタン（有価物）を生成することができる。また、この水素を利用して第三反応装置において多量の水を生成し、この多量の水を第一反応装置に供給することにより、第一反応装置において、水の使用に伴う運転コストを節水効果により低減することができる。

第七項目は、次のような銅製錬方法に係るものである。（１）銅精鉱を熔錬することにより粗銅を生成して二酸化硫黄を発生させ、（２）水、ヨウ素及び前記二酸化硫黄を反応させてヨウ化水素及び硫酸を生成し、（３）前記ヨウ化水素を分解してヨウ素及び水素を生成する。

第七項目によれば、第一項目と同様、銅製錬工程において硫酸製造工程を利用して水素を低コストで製造することができる。

以上のように、本発明によれば、銅製錬工程において硫酸製造工程を利用して水素を低コストで製造することができる。

本発明に係る銅製錬装置の第一実施形態を示す概略図である。 図１に示す銅製錬装置における銅熔錬装置を示す概略図である。 図１に示す銅製錬装置における第一反応装置を示す概略図である。 図１に示す銅製錬装置における第二反応装置を示す概略図である。 図１に示す銅製錬装置における第三反応装置を示す概略図である。 本発明に係る銅製錬装置の第二実施形態を示す概略図である。 図６に示す銅製錬装置における第三反応装置を示す概略図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る銅製錬装置の第一実施形態を示す概略図である。図１に示すように、銅製錬装置１は、銅熔錬装置１１、第一反応装置２１、第二反応装置３１、第三反応装置４１及び燃焼装置５１を備えている。

図１に示すように、銅熔錬装置１１は、銅精鉱Ｒを熔融させて製錬するために備えられる。銅精鉱Ｒには、銅分、硫黄分及び鉄分などが含まれている。銅熔錬装置１１は、銅精鉱Ｒから銅スラグＳ及び粗銅ＲＣを生成する。銅熔錬装置１１は、高温硫黄ガスＨＳを排出する。高温硫黄ガスＨＳには、多量の二酸化硫黄が硫黄ガスとして含まれている。この二酸化硫黄は、銅熔錬装置１１において、銅精鉱Ｒに含まれる硫黄分から発生したものである。銅熔錬装置１１からは、高温硫黄ガスＨＳが第二反応装置３１に移送され、熱源（熱交換媒体）として利用される。第三反応装置４１においても同様に利用され、最終的に前記第一反応装置２１の内部に供給される。高温硫黄ガスＨＳは銅熔錬装置１１の排ガスである。

図２は、図１に示す銅製錬装置１における銅熔錬装置１１を示す概略図である。図２に示すように、銅熔錬装置１１は、熔錬炉１２、水砕機１３及び精製炉１４を備えている。

図２に示すように、熔錬炉１２は、Ｓ炉１２ａ、ＣＬ炉１２ｂ及びＣ炉１２ｃを有している。Ｓ炉１２ａは、銅精鉱Ｒを溶解して溶解物ＬＹを生成する。ＣＬ炉１２ｂは、溶解物ＬＹを比重選別して高比重物ＤＨと低比重物ＤＬとに分離する。Ｃ炉１２ｃは、高比重物ＤＨをさらに製錬して粗銅ＢＣを生成する。熔錬炉１２において、Ｓ炉１２ａからは高温ガスＨＡが排出され、Ｃ炉１２ｃからは高温ガスＨＢが排出される。高温ガスＨＡ、ＨＢは、熔錬炉１２の排ガスである。高温ガスＨＡ、ＨＢの温度は、１３００℃程度である。

図２に示すように、水砕機１３は、低比重物ＤＬを水冷しながら粉砕して銅スラグＳを生成する。精製炉１４は、粗銅ＢＣを酸化及び還元処理することにより、粗銅ＢＣから不純物を除去して粗銅ＲＣを生成する。粗銅ＲＣの銅含有率は、粗銅ＢＣの銅含有率よりも高い。銅スラグＳには、銅精鉱Ｒに含まれていた鉄分が多く含まれている。精製炉１４は、粗銅ＢＣの精製により発生した高温ガスＨＣを排出する。銅熔錬装置１１は、高温ガスＨＡ、ＨＢ、ＨＣをまとめて高温硫黄ガスＨＳとして排出する。

第一反応装置２１は、水、ヨウ素及び二酸化硫黄を反応させてヨウ化水素及び硫酸を生成するために備えられる。すなわち、第一反応装置２１は、ブンゼン反応を生じさせるために備えられる。ブンゼン反応は、下記反応式（１）により示される。ブンゼン反応の反応温度は120℃程度である。

図１に示すように、第一反応装置２１の内部には、硫黄ガスＳ３、第二生成液Ｌ２及び第三生成水Ｗ３が供給される。第二生成液Ｌ２にはヨウ素が含まれている。第三生成水Ｗ３は水である。さらに、後述するように、第一反応装置２１においては反応水Ｗ１（図３）が使用される。反応水Ｗ１は水である。

図１に示すように、第一反応装置２１の内部において、硫黄ガスＳ３に含まれる二酸化硫黄、第二生成液Ｌ２に含まれるヨウ素、第三生成水Ｗ３（水）及び反応水Ｗ１（水）がそれぞれブンゼン反応の反応物として使用される。第一反応装置２１は、第一生成ガスＧ１及び第一生成液Ｌ１を排出する。第一生成ガスＧ１にはヨウ化水素が含まれており、第一生成液Ｌ１には硫酸が含まれている。これらヨウ化水素及び硫酸は、第一反応装置２１において生じたブンゼン反応の生成物である。

図３は、図１に示す銅製錬装置１における第一反応装置２１を示す概略図である。図３に示すように、第一反応装置２１は、第一反応器２２、水供給装置２３及び熱供給装置２４を備えている。第一反応器２２は、ブンゼン反応を生じさせるために備えられる。水供給装置２３は、反応水Ｗ１を第一反応器２２の内部に供給するために備えられる。熱供給装置２４は、熱Ｈ１を第一反応器２２の熱交換部（不図示）に移送するために備えられる。熱Ｈ１は、第一反応器２２の始動運転時において、ブンゼン反応を発生させるための熱源（熱交換媒体）として使用される。第一反応器２２は、第一生成ガスＧ１及び第一生成液Ｌ１を排出する。

第二反応装置３１は、ヨウ化水素を分解してヨウ素及び水素を生成するために備えられる。すなわち、第二反応装置３１は、ヨウ化水素分解反応を生じさせるために備えられる。ヨウ化水素分解反応は、下記反応式（２）により示される。ヨウ化水素分解反応の反応温度は400℃程度である。

図４は、図１に示す銅製錬装置１における第二反応装置３１を示す概略図である。図４に示すように、第二反応装置３１は、第二反応器３２、冷却器３３及び気液分離器３４を有している。第二反応器３２は、ヨウ化水素分解反応を発生させるために備えられる。冷却器３３は、第二反応器３２から排出された混合ガスＭＧを冷却するために備えられる。気液分離器３４は、冷却器３３から排出された気液混合物ＧＬを気液分離するために備えられる。

第二反応器３２（第二反応装置３１）の内部には、第一生成ガスＧ１が供給される。第二反応器３２（第二反応装置３１）において、第一生成ガスＧ１に含まれるヨウ化水素が反応物として使用される。第二反応器３２（第二反応装置３１）の熱交換部（不図示）には高温硫黄ガスＨＳが移送され、第二反応器３２（第二反応装置３１）において高温硫黄ガスＨＳがヨウ化水素分解反応の熱源（水素及びヨウ素生成の熱源であって熱交換媒体でもある。）として使用される。高温硫黄ガスＨＳは、第二反応器３２（第二反応装置３１）の熱交換部を直接加熱することにより、「第二反応器３２（第二反応装置３１）の内部に存在するヨウ化水素」を間接加熱する。高温硫黄ガスＨＳは、第二反応器３２（第二反応装置３１）において使用されることで高温硫黄ガスＳ２となる。

混合ガスＭＧは、第二反応器３２におけるヨウ化水素分解反応によって発生したガスである。混合ガスＭＧには、ヨウ化水素分解反応の生成物であるガス状の水素及びヨウ素が含まれている。冷却器３３は、混合ガスＭＧを冷却することにより、混合ガスＭＧに含まれるヨウ素を液化する。このため、気液混合物ＧＬには、ガス状の水素と液状のヨウ素とが含まれている。気液分離器３４は、気液混合物ＧＬを気液分離することにより、ガス状の水素が含まれた第二生成ガスＧ２と液状のヨウ素が含まれた第二生成液Ｌ２とを排出する。

第三反応装置４１（図１）は、水素と二酸化炭素とを反応させて水及びメタノールを生成するために備えられる。すなわち、第三反応装置４１は、メタノール生成反応を生じさせるために備えられる。メタノール生成反応は下記反応式（３）で示される。

図１に示すように、第三反応装置４１には、第二反応装置３１から第二生成ガスＧ２、高温硫黄ガスＳ２が供給され、かつ、燃焼装置５１から燃焼ガスＧＣが供給される。燃焼ガスＧＣには二酸化炭素が含まれている。第三反応装置４１において、第二生成ガスＧ２に含まれる水素と燃焼ガスＧＣに含まれる二酸化炭素とが反応する。すなわち、これら水素及び二酸化炭素がメタノール生成反応の反応物として使用される。第三反応装置４１は、メタノール生成反応によって第三生成有機溶液Ｏ３と第三生成水Ｗ３を排出する。第三生成有機溶液Ｏ３にはメタノールが含まれている。また、高温硫黄ガスＳ２は、第三反応装置４１において蒸溜用熱源（熱交換媒体）に使用されて硫黄ガスＳ３となる。

図５は、図１に示す銅製錬装置１における第三反応装置４１を示す概略図である。図５に示すように、第三反応装置４１は、第三反応器４２及び蒸溜塔４４を有している。第三反応器４２は、メタノール生成反応を生じさせるために備えられる。第三反応器４２（第三反応装置４１）の内部には、第二生成ガスＧ２及び燃焼ガスＧＣが供給される。第三反応器４２は、メタノール生成反応により生じた第三生成液Ｌ３を蒸溜塔４４に排出する。

蒸溜塔４４は、第三生成液Ｌ３に含まれる２種類の液体を互いに分離する。具体的には、図５に示すように、蒸溜塔４４は、第三生成液Ｌ３を第三生成水Ｗ３と第三生成有機溶液Ｏ３とに分離する。第三生成水Ｗ３は水である。第三生成有機溶液Ｏ３にはメタノールが含まれている。高温硫黄ガスＳ２は、蒸溜塔４４における熱交換部（不図示）に移送される。蒸溜塔４４は、蒸溜に必要な熱源（熱交換媒体）として高温硫黄ガスＳ２を使用して硫黄ガスＳ３を排出する。

図１に示すように、燃焼装置５１は、廃棄物ＷＡを燃焼させるために備えられる。この廃棄物ＷＡとしては、例えば、シュレッダーダストや廃基板が挙げられる。このシュレッダーダストには、自動車や廃家電のシュレッダーダストが挙げられる。この廃棄物ＷＡには銅（有価金属）が含まれている。燃焼装置５１は、廃棄物ＷＡを燃焼させて燃焼ガスＧＣを発生させる。

燃焼装置５１は、灰分ＡをＳ炉１２ａ（図２）に供給する。灰分Ａは、「燃焼装置５１において廃棄物ＷＡが燃焼処理された後に残る残留物」である。灰分Ａには、廃棄物ＷＡに含まれていた銅が含まれている。

次に、図１に示す銅製錬装置１を使用して銅製錬を行う方法について説明する。なお、以下においては、銅製錬装置１を始動運転してから通常運転する場合について説明する。

〔始動運転〕
まず、図２に示すように、銅精鉱ＲをＳ炉１２ａに供給し、Ｓ炉１２ａにおいて銅精鉱Ｒを溶解して溶解物ＬＹを生じさせる。次に、溶解物ＬＹをＣＬ炉１２ｂに供給し、ＣＬ炉１２ｂにおいて溶解物ＬＹを高比重物ＤＨと低比重物ＤＬとに分離する。さらに、高比重物ＤＨをＣ炉１２ｃに供給し、Ｃ炉１２ｃにおいて高比重物ＤＨから粗銅ＢＣを生じさせる。その一方で、高温ガスＨＡをＳ炉１２ａから熔錬炉１２の外部に排出し、高温ガスＨＢをＣ炉１２ｃから熔錬炉１２の外部に排出する。

さらに、図２に示すように、低比重物ＤＬを水砕機１３に供給し、水砕機１３において低比重物ＤＬを水洗しながら粉砕する。これにより、水砕機１３において銅スラグＳを生成する。その一方で、粗銅ＢＣを精製炉１４において酸化及び還元処理することで、粗銅ＢＣから不純物を除去して粗銅ＲＣを生成する。さらに、高温ガスＨＣを精製炉１４の内部から外部へ排出する。

そして、図２に示すように、高温ガスＨＡ、ＨＢ、ＨＣをまとめて高温硫黄ガスＨＳとして銅熔錬装置１１の外部に排出する。さらに、図１及び図４に示すように、高温硫黄ガスＨＳを第二反応装置３１において第二反応器３２の外壁に供給することにより、第二反応器３２を予熱する。

次に、図３に示すように、第二反応器３２（図４）から硫黄ガスＳ２を第一反応器２２の内部に供給し（始動運転時においては、図５に示す蒸溜塔４４への移送は省略）、水供給装置２３から反応水Ｗ１を第一反応器２２の内部に供給し、さらに、熱供給装置２４から熱Ｈ１を第一反応器２２の熱交換部に移送する。また、ヨウ素供給装置（不図示）から第一反応器２２にヨウ素を供給する。これにより、第一反応器２２においてブンゼン反応を起こさせる。そして、第一反応器２２から第一生成ガスＧ１及び第一生成液Ｌ１を排出する。

さらに、図４に示すように、第一生成ガスＧ１を第一反応器２２（図３）から第二反応器３２の内部に供給し、かつ、第二反応器３２の温度が十分に高くない場合には熱供給装置（不図示）から熱（不図示）を第二反応器３２の熱交換部に移送することにより、第二反応器３２においてヨウ化水素分解反応を生じさせる。そして、第二反応器３２の内部から混合ガスＭＧを排出する。さらに、混合ガスＭＧを冷却器３３に供給して冷却し、冷却器３３から排出した気液混合物ＧＬを気液分離器３４に導入し、気液分離器３４において気液混合物ＧＬを第二生成液Ｌ２と第二生成ガスＧ２とに分離する。

一方、図１に示すように、廃棄物ＷＡを燃焼装置５１に供給し、燃焼装置５１において廃棄物ＷＡを燃焼させる。さらに、図５に示すように、第二生成ガスＧ２を気液分離器３４（図４）から第三反応器４２に供給し、かつ、燃焼ガスＧＣを燃焼装置５１（図１）から第三反応器４２に供給する。さらに、熱供給装置（不図示）から熱（不図示）を第三反応器４２の熱交換部に移送する。これらにより、第三反応器４２においてメタノール生成反応を発生させる。さらに、第三反応器４２から第三生成液Ｌ３を蒸溜塔４４の内部に供給し、かつ、熱供給装置（不図示）から熱（不図示）を蒸溜塔４４の熱交換部に移送することにより、蒸溜塔４４において第三生成液Ｌ３を蒸溜して第三生成水Ｗ３と第三有機溶液Ｏ３とに分離する。

〔通常運転〕
このように、銅熔錬装置１１、第一反応装置２１、第二反応装置３１、第三反応装置４１及び燃焼装置５１を始動させたら、以降においては次の（１）〜（４）の方法それぞれを行う。なお、これら（１）〜（４）の方法は、順次行われるのではなく並行して行われる。

（１）図１に示すように、「廃棄物ＷＡの燃焼後に燃焼装置５１の内部に残留した灰分Ａ」をＳ炉１２ａ（図２）に供給する。これにより、Ｓ炉１２ａ（銅熔錬装置１１）において銅精鉱Ｒと共に灰分Ａも熔錬する。ここで、廃棄物ＷＡには銅が含まれているため、この銅が灰分Ａにも含まれている。このため、灰分Ａに含まれる銅を粗銅ＢＣ、ＲＣ（図２）として回収する。

（２）図３に示すように、第二生成液Ｌ２を気液分離器３４（図４）から第一反応器２２の内部に供給する。これにより、第二生成液Ｌ２に含まれるヨウ素を、第一反応器２２においてブンゼン反応の反応物として利用する。

（３）図３に示すように、第三生成水Ｗ３を蒸溜塔４４（図５）から第一反応器２２の内部に供給する。これにより、第三生成水Ｗ３（水）を、第一反応器２２においてブンゼン反応の反応物として利用する。

（４）第二反応器３２（図４）から蒸溜塔４４（図５）の熱交換部に高温硫黄ガスＳ２を移送することにより、高温硫黄ガスＳ２を蒸溜塔４４における蒸溜に使用する。さらに、蒸溜塔４４から硫黄ガスＳ３を第一反応器２２（図３）に供給し、硫黄ガスＳ３に含まれる二酸化硫黄を第一反応器２２においてブンゼン反応の反応物として使用する。

以上のように、上記第一実施形態によれば、図１に示すように、第一反応装置２１において銅熔錬装置１１の排ガス（高温硫黄ガスＨＳ）を利用して硫酸及びヨウ化水素を生成し、このヨウ化水素を利用して第二反応装置３１において水素を生成する。このため、銅製錬工程において硫酸製造工程を利用して水素を低コストで製造することができる。

また、上記第一実施形態によれば、図１に示すように、銅熔錬装置１１の排ガス（高温硫黄ガスＨＳ）に含まれる多量の熱を、第二反応装置３１における反応及び第三反応装置４１における蒸溜に必要な熱源（熱交換媒体）として利用することができる。これにより、水素の生成に要するコスト及びメタノールの回収に要するコストを低減することができる。

さらに、上記第一実施形態によれば、次の効果（Ａ）及び（Ｂ）を生じさせることができる。（Ａ）第三反応装置４１において水素（有価物）からメタノール（有価物）を生成することができる。ここで、常温においては、水素が気体であるのに対してメタノールは液体であるため、メタノールの体積（単位モル量当たりの体積）は水素の体積（単位モル量当たりの体積）より小さい。このため、「生成した水素」を利用して「多量に容易に輸送可能な有価物」（メタノール）を生成することができる。（Ｂ）図１に示すように、燃焼装置５１において廃棄物ＷＡを燃焼処理することができる。ただし、燃焼装置５１からは二酸化炭素が燃焼ガスＧＣとして排出される。しかし、第三反応装置４１において、燃焼ガスＧＣに含まれる二酸化炭素から水及びメタノール（有価物）が生成される。このため、燃焼装置５１において大量の廃棄物ＷＡを燃焼処理しても、大気中への二酸化炭素放出量増加を抑制することができる。

また、上記第一実施形態によれば、図１に示すように、燃焼装置５１において「銅を含む廃棄物ＷＡ」が処理されて「銅を含む灰分Ａ」が生じる。そして、この「銅を含む灰分Ａ」が銅熔錬装置１１において処理され、この灰分Ａに含まれる銅が粗銅ＢＣ、ＲＣ（図２）として回収される。このため、燃焼装置５１において大量の廃棄物ＷＡを燃焼処理し、この廃棄物ＷＡに含まれる銅も粗銅ＢＣ、ＲＣとして回収することができる。

さらに、上記第一実施形態によれば、図１に示すように、銅熔錬装置１１において多量の銅精鉱Ｒを熔錬することにより、銅熔錬装置１１から多量の二酸化硫黄を排出し、この二酸化硫黄を利用して第一反応装置２１において多量の硫酸及びヨウ化水素を生成し、このヨウ化水素を利用して第二反応装置３１において多量の水素及びヨウ素を生成し、この水素を利用して第三反応装置４１において多量のメタノール（有価物）を生成することができる。また、この水素を利用して第三反応装置４１において多量の水を生成し、この多量の水を第一反応装置２１に供給することにより、第一反応装置２１において、水の使用に伴う運転コストを節水効果により低減することができる。

なお、上記第一実施形態において、銅電解装置（不図示）をさらに備えることもできる。この銅電解装置は、鋳造機（不図示）及び銅電解槽（不図示）により構成される。この鋳造機は、粗銅ＲＣ（図１）を成型して銅アノード（不図示）を生成する。そして、この銅電解槽は、この銅アノードを陽極として利用して電気分解を行うものである。これにより、この銅電解槽においてカソードに電気銅を回収することができる。なお、この電気銅の銅含有率は、粗銅ＲＣの銅含有率よりも高い。

また、上記第一実施形態において、廃棄物ＷＡ（図１）として、銅以外の有価金属を含むものを使用してもよい。さらに、上記第一実施形態において、廃棄物ＷＡ（図１）に代えて燃料を燃焼装置５１に供給してもよい。また、上記第一実施形態において、高温硫黄ガスＨＳを蒸溜塔４４（図５）の熱交換部に直接供給してもよい。

さらに、上記第一実施形態において、高温硫黄ガスＨＳ（図１）を廃熱ボイラ（不図示）に供給し、この廃熱ボイラの排ガスを第二反応器３２（図４）及び蒸溜塔４４（図５）の熱交換部に移送してもよい。この廃熱ボイラにおいては、高温硫黄ガスＨＳの温度を１３００℃程度から所定範囲まで低下させる。この所定範囲は、例えば、"ヨウ化水素分解反応温度である４００℃まで第二反応器３２（図４）を加熱可能な範囲"である。

さらに、上記第一実施形態において、ヨウ素供給装置（不図示）を銅製錬装置１（図１）に設け、銅製錬装置１の通常運転時においてもヨウ素供給装置から第一反応器２２（図３）の内部にヨウ素を供給してもよい。また、上記第一実施形態において、銅製錬装置１（図１）において熱供給装置（不図示）をさらに設け、銅製錬装置１の通常運転時において、この熱供給装置から第二反応器３２（図４）及び蒸溜塔４４（図５）の熱交換部に熱（不図示）を移送してもよい。

さらに、上記第一実施形態において、熔錬炉１２（図２）には単一の転炉のみが備えられていてもよい。また、上記第一実施形態において、二酸化炭素の濃化装置（不図示）を備え、この濃化装置に燃焼ガスＧＣ（図５）を導入し、かつ、この濃化装置から排出されたガス（不図示）を第三反応器４２（図５）に導入してもよい。

なお、上記第一実施形態において、第一反応装置２１（図３）にヨウ化水素精製・蒸溜装置（不図示）をさらに備えてもよい。このヨウ化水素精製・蒸溜装置は、第一反応器２２（図３）において未反応であったヨウ素を回収するために備えられる。このヨウ化水素精製・蒸溜装置は、回収したヨウ素を再度第一反応器２２に戻すものであってもよい。この場合、第二反応装置３１（図１）には、第一生成ガスＧ１（図１）から未反応のヨウ素が取り除かれたガスが供給される。また、上記第一実施形態において、高温硫黄ガスＨＳ、Ｓ２あるいは硫黄ガスＳ３から不純物を除去する精製装置（不図示）を備えてもよい。

次に、本発明に係る銅製錬装置の第二実施形態について説明する。なお、以下において、上記第二実施形態の構成のうち上記第一実施形態と共通する構成については、上記第一実施形態の構成と同様の符号を付して説明を省略する。

図６は、本発明に係る銅製錬装置の第二実施形態を示す概略図である。図６に示す銅製錬装置１０１は、図１に示す第三反応装置４１に代えて第三反応装置１４１を備えている。また、銅製錬装置１０１において、高温硫黄ガスＳ２は第二反応器３２（図４）から第一反応器（図３）に供給される。

第三反応装置１４１（図６）は、水素と二酸化炭素とを反応させて水及びメタンを生成するために備えられる。すなわち、第三反応装置１４１は、メタン生成反応を生じさせるために備えられる。メタン生成反応は下記反応式（４）で示される。

図６に示すように、第三反応装置１４１の内部には、気液分離器３４（図４）から第二生成ガスＧ２が供給され、かつ、燃焼装置５１から燃焼ガスＧＣが供給される。第三反応装置１４１において、第二生成ガスＧ２に含まれる水素と燃焼ガスＧＣに含まれる二酸化炭素とが反応する。すなわち、これら水素及び二酸化炭素がメタン生成反応の反応物として使用される。第三反応装置１４１は、メタン生成反応によって第三生成ガスＧ３と第三生成水Ｗ３とを排出する。第三生成ガスＧ３にはメタンが含まれている。なお、第三反応装置１４１は、図１に示す第三反応装置４１とは異なる触媒及び反応条件で水素と二酸化炭素とを反応させることにより、メタノールではなくメタンを生成する。

図７は、図６に示す銅製錬装置１０１における第三反応装置１４１を示す概略図である。図７に示すように、第三反応装置１４１は、第三反応器１４２、冷却器１４３及び気液分離器１４４を有している。第三反応器１４２は、メタン生成反応を生じさせるために備えられる。第三反応器１４２の内部には、第二生成ガスＧ２及び燃焼ガスＧＣが供給される。第三反応器１４２は、メタン生成反応により生じた気液混合物ＨＭを冷却器１４３に供給する。冷却器１４３は、気液混合物ＨＭを冷却して気液混合物ＬＭを気液分離器１４４に供給する。気液混合物ＬＭは気液混合物ＨＭと同一の混合物であるが、気液混合物ＬＭの温度は気液混合物ＨＭの温度よりも低い。気液分離器１４４は、気液混合物ＬＭを第三生成水Ｗ３と第三生成ガスＧ３とに分離する。

１、１０１ 銅製錬装置
１１ 銅熔錬装置
１２ 熔錬炉
１３ 水砕機
１４ 精製炉
２１ 第一反応装置
２２ 第一反応器
２３ 水供給装置
２４ 熱供給装置
３１ 第二反応装置
３２ 第二反応器
３３ 冷却器
３４ 気液分離器
４１、１４１ 第三反応装置
４２、１４２ 第三反応器
４４ 蒸溜塔
５１ 燃焼装置
１４３ 冷却器
１４４ 気液分離器

Claims (7)

1. 銅熔錬装置と、
   第一反応装置と、
   第二反応装置とを備え、
   前記銅熔錬装置は、銅精鉱を熔錬して粗銅を生成するものであり、
   前記銅熔錬装置の排ガスには二酸化硫黄が含まれており、
   当該二酸化硫黄は前記第一反応装置に供給されるものであり、
   前記第一反応装置は、水、ヨウ素及び前記二酸化硫黄を反応させてヨウ化水素及び硫酸を生成するものであり、
   前記第二反応装置は、前記ヨウ化水素を分解してヨウ素及び水素を生成するものであることを特徴とする銅製錬装置。
2. 前記第二反応装置は、前記銅熔錬装置の排ガスを前記水素の生成に必要な熱源として利用する熱交換部を有することを特徴とする請求項１に記載の銅製錬装置。
3. 燃焼装置及び第三反応装置をさらに備え、
   前記燃焼装置は、廃棄物あるいは燃料を燃焼処理して燃焼ガスを排出するものであり、
   前記燃焼ガスには二酸化炭素が含まれており、
   前記第二反応装置は、前記水素が含まれている生成ガスを排出するものであり、
   前記第三反応装置には前記二酸化炭素及び前記水素が供給され、
   前記第三反応装置は、
   前記二酸化炭素と前記水素とを反応させることにより、
   水、並びに、メタン又はメタノールを生成するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅製錬装置。
4. 前記廃棄物には銅が含まれており、
   前記燃焼装置は、灰分を前記銅熔錬装置に供給するものであり、
   当該灰分には前記銅が含まれていることを特徴とする請求項３に記載の銅製錬装置。
5. 前記第二反応装置は、ヨウ素を前記第一反応装置に供給するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の銅製錬装置。
6. 前記第一反応装置は、反応器と当該反応器に水を供給する水供給装置とを備え、
   前記第三反応装置は、水を前記反応器に供給するものであることを特徴とする請求項３又は４に記載の銅製錬装置。
7. 銅精鉱を熔錬することにより粗銅を生成して二酸化硫黄を発生させ、
   水、ヨウ素及び前記二酸化硫黄を反応させてヨウ化水素及び硫酸を生成し、
   前記ヨウ化水素を分解してヨウ素及び水素を生成することを特徴とする銅製錬方法。

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