JP2021066912A - 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低コストで製造する。【解決手段】銅製錬装置１は、銅熔錬装置１１と電気分解装置２１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、電気分解装置２１に供給される。電気分解装置２１は、前記二酸化硫黄を水あるいは硫酸に供給して電解質流体を生成し、当該電解質流体に電流を流して陽極から硫酸及び陰極から水素を生成する。【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、二酸化硫黄ガスを水に溶解させて得られる亜硫酸水を電気分解することにより、陽極から硫酸を生成すると共に陰極から水素を生成する水電解水素製造装置が記載されている。

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 中桐 俊男、八巻 徹也、浅野 雅春、堤 泰行、「二酸化硫黄ガスを利用した水電解水素製造装置の開発」、日本原子力学会和文論文誌、2008年、Vol.7、No,1、p.58-65

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ものである。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、１０１）に係るものである。この銅製錬装置（１、１０１）は、銅熔錬装置（１１）と電気分解装置（２１）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、前記電気分解装置（２１）に供給されるものである。前記電気分解装置（２１）は、前記二酸化硫黄を水または硫酸に供給して電解質流体を生成し、当該電解質流体に電流（ｉ）を流して陽極から硫酸及び陰極から水素を生成するものである。

第一項目によれば、電気分解装置において、銅熔錬装置の排ガスを利用して硫酸及び水素を生成することができる。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さらに含んでいる。前記銅熔錬装置（１１）は、熔錬炉（１２）及び廃熱ボイラ（１５、１６）を有している。前記廃熱ボイラ（１５、１６）は、熱エネルギーを発電機を使って電気エネルギーに変換するものである。前記廃熱ボイラ（１５、１６）は、前記熔錬炉（１２）の排ガス（ＨＡ１、ＨＢ１）に含まれる熱を前記熱エネルギーとして利用する。前記廃熱ボイラ（１５、１６）は、前記電気エネルギー（Ｅ１、Ｅ２）を前記電気分解装置（２１）に移送する。

第二項目によれば、銅熔錬装置において発生したガスに含まれる多量の熱を、電気分解装置における反応に必要なエネルギーとして利用することができる。すなわち、このガスに含まれる多量の熱を、硫酸及び水素の生成に利用することができる。これにより、硫酸及び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次の内容をさらに含んでいる。燃焼装置（４１）及び反応装置（３１、１３１）をさらに備える。前記燃焼装置（４１）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。前記電気分解装置（２１）は、前記水素が含まれている電解生成ガス（ＧＨ）を排出するものである。前記反応装置（３１、１３１）には前記二酸化炭素及び前記水素が供給される。前記反応装置（３１、１３１）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、メタンもしく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、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）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、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さらに含んでいる。前記廃棄物（ＷＡ）には銅が含まれている。前記燃焼装置（４１）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、第三項目又は第四項目において次の内容をさらに含んでいる。前記反応装置（３１、１３１）は、水を前記電気分解装置（２１）に供給するものである。

第五項目によれば、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電気分解装置において多量の硫酸（有価物）及び水素を生成し、この水素を利用して反応装置において多量のメタン又はメタノール（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反応装置において多量の水を生成し、この多量の水を電気分解装置に供給することにより、電気分解装置において、水の使用に伴うコストを節水効果により低減することもできる。

第六項目は、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）水または硫酸に前記二酸化硫黄を供給して電解質流体を生成し、（３）当該電解質流体に電流を流して陽極から硫酸及び陰極から水素を生成する。

第六項目によれば、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電気分解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５に示す銅製錬装置における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、電気分解装置２１、反応装置３１及び燃焼装置４１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は、高温硫黄ガスＨＳを反応装置３１に移送し、かつ、電気エネルギーＥ１、Ｅ２を電気分解装置２１に移送する。なお、高温硫黄ガスＨＳは、銅熔錬装置１１の排ガスである。

図２は、銅熔錬装置１１の概略図を示している。図２に示すように、銅熔錬装置１１は、熔錬炉１２、水砕機１３、精製炉１４及び第１廃熱ボイラ１５及び第２廃熱ボイラ１６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からは高温硫黄ガスＨＡ１が排出され、Ｃ炉１２ｃからは高温硫黄ガスＨＢ１が排出される。高温硫黄ガスＨＡ１、ＨＢ２は、熔錬炉１２の排ガスである。

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。

第１廃熱ボイラ１５及び第２廃熱ボイラ１６は、発電機（不図示）を使って熱エネルギーを電気エネルギーＥ１、Ｅ２に変換するものである。第１廃熱ボイラ１５は、発電機を使って高温硫黄ガスＨＡ１に含まれる熱から電気エネルギーＥ１を発生させる。同様に、第２廃熱ボイラ１６は、発電機を使って高温ガス硫黄ＨＢ１に含まれる熱から電気エネルギーＥ２を発生させる。さらに、第１廃熱ボイラ１５は高温硫黄ガスＨＡ２を排出し、第２廃熱ボイラ１６は高温硫黄ガスＨＢ２を排出する。なお、高温硫黄ガスＨＡ１、ＨＢ１の温度は１３００℃程度である。そして、銅熔錬装置１１は、高温硫黄ガスＨＡ２、ＨＢ２及び高温ガスＨＣをまとめて高温硫黄ガスＨＳとして排出する。

図１に示すように、電気分解装置２１には、硫黄ガスＳＧ及び反応生成水Ｗが供給され、かつ、電気エネルギーＥ１、Ｅ２が移送される。電気分解装置２１は、電解生成ガスＧＨと電解生成液ＬＳとを生成する。硫黄ガスＳＧには二酸化硫黄が含まれており、電解生成ガスＧＨには水素が含まれており、電解生成液ＬＳには硫酸が含まれている。反応生成水Ｗは水である。電気分解装置２１は、反応装置３１に電解生成ガスＧＨを供給する。

図３は、電気分解装置２１を示す概略図である。電気分解装置２１は、二酸化硫黄を水に供給して電解質流体を生成し、この電解質流体に電流ｉを流して陽極から硫酸及び陰極から水素を生成するものである。すなわち、電気分解装置２１は、「電気分解による硫酸及び水素の生成反応」を生じさせるものである。この反応は、下記反応式（１）により示される。なお、この反応は、１００℃以下の環境においても進行する。また、この反応における理論電解電圧は0.17Vである。

図３に示すように、電気分解装置２１は、電解槽２２、第一電極２３、第二電極２４及び電源２５を備えている。電解槽２２には、第一ガス供給部２２ａ、第二ガス供給部２２ｂ、生成液排出部２２ｃ及び生成ガス排出部２２ｄが形成されている。

図３に示すように、第一ガス供給部２２ａには、後述する蒸溜塔３３（図４）から硫黄ガスＳＧが供給される。また、第二ガス供給部２２ｂには、ポンプ（不図示）から搬送ガスＣＧが供給される。さらに、生成液排出部２２ｃからは電解生成液ＬＳが排出され、生成ガス排出部２２ｄからは電解生成ガスＧＨが排出される。

電解槽２２の第一室Ｒ１の内部には水が充填されており、この水に「硫黄ガスＳＧに含まれる二酸化硫黄」が供給されて電解質流体が生成する。この電解質流体には、反応生成水Ｗ（図１）が加えられる。また、この水には、「水供給装置（不図示）から供給される水」も追加される。

図３に示すように、第一電極２３及び第二電極２４は、共に電解槽２２の内部に配置されている。また、電源２５には、電気エネルギーＥ１、Ｅ２がそれぞれ第１廃熱ボイラ１５及び第２廃熱ボイラ１６（図２）の発電機から供給される。第一電極２３は陽極、第二電極２４は陰極とされている。なお、第一電極２３及び第二電極２４には、触媒として例えば、白金(Pt)が使用される。

図３に示すように、電解槽２２の内部には、第一室Ｒ１、第二室Ｒ２及び第三室Ｒ３が形成されている。そして、第一室Ｒ１及び第三室Ｒ３には水が充填されている。第二室Ｒ２については高分子膜等のプロトン導電体が充填されている。さらに、硫黄ガスＳＧが第一ガス供給部２２ａから第一室Ｒ１に供給されると、第一室Ｒ１において「硫黄ガスＳＧに含まれる二酸化硫黄」が水に供給される。これにより、第一室Ｒ１において電解質流体（水に二酸化硫黄が供給されて生成した流体）が生成される。

電流ｉが第一電極２３及び第二電極２４に流れると、第一室Ｒ１において硫酸及び水素イオンが生成し、この水素イオンが第一室Ｒ１から第二室Ｒ２を通過して第三室Ｒ３に移動し、第三室Ｒ３において水素イオンと電子とが反応して水素が生成する。

第一室Ｒ１において生成した硫酸は、生成液排出部２２ｃから電解生成液ＬＳとして排出される。また、第三室Ｒ３において生成した水素は、第三室Ｒ３において搬送ガスＣＧにより搬送され、生成ガス排出部２２ｄから電解生成ガスＧＨとして排出される。

反応装置３１（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、反応装置３１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（２）で表される。

図１に示すように、反応装置３１には、銅熔錬装置１１から高温硫黄ガスＨＳが移送され、電気分解装置２１から電解生成ガスＧＨが供給され、かつ、燃焼装置４１から燃焼ガスＧＣが供給される。電解生成ガスＧＨには水素が含まれており、燃焼ガスＧＣには二酸化炭素が含まれている。反応装置３１において、電解生成ガスＧＨ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。反応装置３１は、メタノール生成反応によって反応生成有機溶液ＭＮ及び反応生成水Ｗを生じさせる。反応生成有機溶液ＭＮにはメタノールが含まれている。反応生成水Ｗは、電気分解装置２１に供給されて電解質流体として使用される。

図４は、図１に示す銅製錬装置１における反応装置３１を示す概略図である。図４に示すように、反応装置３１は、反応器３２及び蒸溜塔３３を有している。反応器３２は、メタノール生成反応を生じさせるために備えられる。反応器３２（反応装置３１）の内部には、電解生成ガスＧＨと燃焼ガスＧＣとが供給される。反応器３２（反応装置３１）は、メタノール生成反応により生じた反応生成液ＧＬを蒸溜塔３３に供給する。反応生成液ＧＬには、水及びメタノールが含まれている。

蒸溜塔３３は、反応生成液ＧＬに含まれる２種類の液を互いに分離する。具体的には、図４に示すように、蒸溜塔３３は、反応生成液ＧＬを反応生成水Ｗと反応生成有機溶液ＭＮとに分離する。蒸溜塔３３の熱交換部（不図示）において、蒸溜に必要な熱源（熱交換媒体）には高温硫黄ガスＨＳが使用される。

図１に示すように、燃焼装置４１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４１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４１は、灰分ＡをＳ炉１２ａ（図２）に供給する。灰分Ａは、「燃焼装置４１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から溶解物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、高温硫黄ガスＨＡ１をＳ炉１２ａから熔錬炉１２の外部に排出し、高温硫黄ガスＨＢ１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、高温硫黄ガスＨＡ１を第１廃熱ボイラ１５に供給し、かつ、高温硫黄ガスＨＢ１を第２廃熱ボイラ１６に供給する。第１廃熱ボイラ１５及び第２廃熱ボイラ１６において、それぞれ高温硫黄ガスＨＡ１、ＨＢ１に含まれている熱を利用して発電機を使い電気エネルギーＥ１、Ｅ２を発生させる。さらに、第１廃熱ボイラ１５及び第２廃熱ボイラ１６から高温硫黄ガスＨＡ１、ＨＢ１をそれぞれ排出し、高温硫黄ガスＨＡ２、ＨＢ２及び高温ガスＨＣをまとめて高温硫黄ガスＨＳとする。高温硫黄ガスＨＳを銅熔錬装置１１から蒸溜塔３３（図４）の熱交換部（不図示）に移送し、高温硫黄ガスＨＳを蒸溜塔３３（図４）の予熱に使用する。

次に、図３に示すように、水供給装置（不図示）から電解槽２２の内部に水を供給し、この水を第一室Ｒ１に供給する。さらに、蒸溜塔３３（図４）から第一ガス供給部２２ａ経由で第一室Ｒ１に硫黄ガスＳＧを供給する。これにより、第一室Ｒ１において、硫黄ガスＳＧに含まれる二酸化硫黄を水に供給して電解質流体を生成する。また、ポンプ（不図示）を使用し、第二ガス供給部２２ｂから第三室Ｒ３に搬送ガスＣＧを供給する。

そして、図３に示すように、廃熱ボイラ１５および１６の発電機（図２）から電源２５に電気エネルギーＥ１、Ｅ２を供給し、第一室Ｒ１において電源２５から電解質流体に電流ｉを流す。これにより、第一室Ｒ１において硫酸及び水素イオンを生成する。さらに、水素イオンを、第一室Ｒ１から第二室Ｒ２経由で第三室Ｒ３に移行させる。そして、第三室Ｒ３において水素イオンから水素を製造する。そして、硫酸を電解生成液ＬＳとして生成液排出部２２ｃから排出する。また、第三室Ｒ３において水素を搬送ガスＣＧにより搬送し、この水素を生成ガス排出部２２ｄから電解生成ガスＧＨとして排出する。

一方、図１に示すように、廃棄物ＷＡを燃焼装置４１に供給し、燃焼装置４１において廃棄物ＷＡを燃焼させる。さらに、図４に示すように、電解生成ガスＧＨを電気分解装置２１（図１）から反応器３２に供給し、かつ、燃焼装置４１から燃焼ガスＧＣを反応器３２に供給する。さらに、熱供給装置（不図示）から熱（不図示）を反応器３２に移送する。これらにより、反応器３２においてメタノール生成反応を起こさせる。そして、反応器３２から蒸溜塔３３に反応生成液ＧＬを供給し、蒸溜塔３３において反応生成液ＧＬを蒸溜して反応生成有機溶液ＭＮと反応生成水Ｗとに分離する。

このように、銅熔錬装置１１、電気分解装置２１、反応装置３１及び燃焼装置４１を始動させたら、以降においては次の（１）〜（２）の方法をそれぞれ行う。なお、これら（１）〜（２）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４１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に含まれている銅を粗銅ＢＣ、ＲＣ（図２）として回収する。

（２）図１及び図４に示すように、反応生成水Ｗを蒸溜塔３３から電気分解装置２１の内部に供給する。これにより、反応生成水Ｗを電気分解装置２１において電解質流体として利用する。なお、上述した水供給装置（不図示）も使用する。

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、電気分解装置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水素を生成することができる。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及び図２に示すように、銅熔錬装置１１において発生した高温ガス（ＨＡ１、ＨＢ１）に含まれる多量の熱を、電気分解装置２１における反応に必要なエネルギーとして利用することができる。すなわち、この高温硫黄ガスＨＡ１、ＨＢ１に含まれる多量の熱を、硫酸及び水素の生成に利用することができる。これにより、硫酸及び水素の生成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）反応装置３１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４１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４１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、反応装置３１において、燃焼ガスＧＣに含まれる二酸化炭素から水及び有価物（メタノール）が生成される。このため、燃焼装置４１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４１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４１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電気分解装置２１において多量の硫酸（有価物）及び水素を生成し、この水素を利用して反応装置３１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反応装置３１において多量の水を生成し、この多量の水を電気分解装置２１に供給することにより、電気分解装置２１において、水の使用に伴うコストを節水効果により低減することができる。

さらに、上記第一実施形態において、電気分解装置２１（図３）における電解質流体として水に代えて硫酸を使用することができる。また、第二ガス供給部２２ｂからは搬送ガスＣＧに代えて硫酸を供給することもできる。また、上記第一実施形態において、電解質流体には、水または硫酸に二酸化硫黄が溶解した流体、あるいは、水または硫酸に二酸化硫黄がガス状で存在する流体のいずれを使用することもできる。

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。また、上記第一実施形態において、廃棄物ＷＡに代えて燃料を燃焼装置４１に供給してもよい。

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４）を導入し、かつ、この濃化装置から排出されたガス（不図示）を反応器３２（図４）に導入してもよい。また、硫黄ガスＳＧを電気分解装置２１に導入する前に、高温硫黄ガスＨＳあるいは硫黄ガスＳＧから二酸化硫黄を精製する工程があってもよい。

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５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５に示す銅製錬装置１０１は、図１に示す反応装置３１に代えて反応装置１３１を備えている。

反応装置１３１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、反応装置１３１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（３）で示される。

図５に示すように、反応装置１３１の内部には、電気分解装置２１（図３）から電解生成ガスＧＨが供給され、かつ、燃焼装置４１から燃焼ガスＧＣが供給される。反応装置１３１において、電解生成ガスＧＨ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。反応装置１３１は、メタン生成反応によって反応生成ガスＭＧと反応生成水Ｗとを排出する。反応生成ガスＭＧにはメタンが含まれている。なお、反応装置１３１は、図１に示す反応装置３１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６は、図５に示す銅製錬装置１０１における反応装置１３１を示す概略図である。図６に示すように、反応装置１３１は、反応器１３２、冷却器１３３及び気液分離器１３４を有している。反応器１３２は、メタン生成反応を生じさせるために備えられる。反応器１３２の内部には、電解生成ガスＧＨ及び燃焼ガスＧＣが供給される。反応器１３２は、メタン生成反応により生じた気液混合物ＨＭを冷却器１３３に供給する。冷却器１３３は、気液混合物ＨＭを冷却して気液混合物ＬＭを気液分離器１３４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１３４は、気液混合物ＬＭを反応生成水Ｗ３と反応生成ガスＭＧ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
１５ 第１廃熱ボイラ
１６ 第２廃熱ボイラ
２１ 電気分解装置
２２ 電解槽
２３ 第一電極
２４ 第二電極
２５ 電源
３１、１３１ 反応装置
３２、１３２ 反応器
３３ 蒸溜塔
４１ 燃焼装置
１３３ 冷却器
１３４ 気液分離器

Claims (6)

1. 銅熔錬装置と、
   電気分解装置とを備え、
   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電気分解装置に供給されるものであり、
   前記電気分解装置は、
   前記二酸化硫黄を水または硫酸に供給して電解質流体を生成し、
   当該電解質流体に電流を流して陽極から硫酸及び陰極から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. 前記銅熔錬装置は、熔錬炉及び廃熱ボイラを有しており、
   前記廃熱ボイラは、
   熱エネルギーを発電機を使って電気エネルギーに変換するものであり、
   前記熔錬炉の排ガスに含まれる熱を前記熱エネルギーとして利用し、
   前記電気エネルギーを前記電気分解装置に移送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、
   前記電気分解装置は、前記水素が含まれている電解生成ガスを排出するものであり、
   前記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、メタンもしく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. 前記反応装置は、水を前記電気分解装置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。
6. 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、
   水または硫酸に前記二酸化硫黄を供給して電解質流体を生成し、
   当該電解質流体に電流を流して陽極から硫酸及び陰極から水素を生成すること特徴とする銅製錬方法。

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