JP3747852B2

JP3747852B2 - 廃棄物処理物からの高純度銅の回収方法

Info

Publication number: JP3747852B2
Application number: JP2001398332A
Authority: JP
Inventors: 純悦佐藤; 正治石渡
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003193147A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業廃棄物の溶融処理などによって得られる銅含有溶融物から銅を高品位で回収する処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物は年間数百万トン発生しており、これらは重金属を含有する工場からの廃棄物、澱物（化学工場スラッジ〉、一般家庭ゴミ、家電や自動車のシュレッダーダスト、建設廃材など種々雑多である。これらの廃棄物はそのまま埋め立て処理され、または熔融スラグ化や焼却による減容化処理されて埋め立て処理されている。しかし、この廃棄物には銅などの有価金属がかなり含まれており、これらを回収して再利用することが求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
産業廃棄物を溶融処理して生じた溶融物から銅などを回収する方法として、シリカや石灰などのフラックスを添加し、またはその溶融物に元来含まれているシリカや石灰分を利用して、この溶融物に酸素を吹き込みながら酸化溶融処理を行うことによって、銅や貴金属などのメタル部と、鉄、珪素、カルシウムなどのスラグ部とを分離する方法が従来から知られている（特開平10−237599号など）。しかし、産業廃棄物起源の溶融物には銅などの貴金属以外に鉛や亜鉛、鉄、アンチモンなどの不純物金属が含まれており、高品位の銅を回収するにはこれらの不純物金属を効率よく分離する必要があり、従来の上記方法ではこれら不純物金属の分離除去が十分ではない。
【０００４】
また、銅含有スラグから効率良く銅を回収する方法として、溶銅表面にカルシウムフェライトスラグを形成して溶銅中のニッケルをスラグに移行させ、ニッケルの少ない銅を回収する一方、分離したスラグにカルシウム源を加えた後に還元処理して金属銅を回収する方法が知られている（特開2000-192164）。この方法は銅溶融体に含まれるニッケルを効果的に分離除去できると共に流動性の良いスラグが形成されるので、スラグの除去が容易であると云う利点を有しているが、鉛や亜鉛、鉄、カドミウム、アンチモンなどの不純物金属を分離除去することについては具体的には記載されていない。また、この方法はニッケルが０.１〜０.５wt％（以下、％と略記）程度の比較的高濃度に含有している溶銅を対象としており、鉛や鉄、アンチモンなどの除去に適するスラグ組成などの分離条件は不明である。
【０００５】
以上のように、銅含有溶融体に含まれる不純物金属をスラグ化して分離除去する技術は従来から一般に知られているが、鉛や亜鉛の他に、カドミウム、アンチモンなどの不純物を効果的にスラグ化して分離除去するのは必ずしも容易ではない。本発明は産業廃棄物の処理工程で得られる銅含有溶融体について、この溶融体に含まれるカドミウム、アンチモンなどを鉛および亜鉛と共に効果的に分離除去して高品位の銅を回収する方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）廃棄物の処理によって得られた銅を主体とする溶融体から不純物金属を分離除去して高純度の銅メタルを回収する方法であって、（イ）上記溶融体に鉄源とカルシウム源を添加して溶融体中の酸素濃度を０.６〜１.０％にした酸化熔錬を行うことによって、亜酸化銅：４０〜５０wt％、酸化鉄：４５〜５５wt％、酸化カルシウム：２.５〜５wt％を含む亜酸化銅−酸化鉄系スラグを形成して上記溶融体に含まれる不純物金属をスラグ化し、該スラグを分離する第一工程と、（ロ）第一工程でスラグ化した不純物金属を除去した溶融体にカルシウム源を添加して溶融体中の酸素濃度を０.８〜１.１％にした酸化熔錬を行うことによって、亜酸化銅：５０〜７０wt％、酸化カルシウム：３０〜５０wt％を含む亜酸化銅−酸化カルシウム系スラグを形成して上記溶融体に残留する不純物金属をスラグ化し、該スラグを分離する第二工程とを有することを特徴とする高純度銅の回収方法に関する。
【０００７】
本発明の高純度銅回収方法は、（２）第一工程において、メタル量に対して５〜１５wt％量の亜酸化銅−酸化鉄系スラグを形成させる高純度銅の回収方法、（３）第二工程において、メタル量に対して５〜１０wt％量の亜酸化銅−酸化カルシウム系スラグを形成させる高純度銅の回収方法を含む。
【０００８】
さらに、本発明の高純度銅回収方法は、（４）上記第一工程または/および第二工程によって、銅メタルに含まれる鉛、ニッケル、錫、亜鉛、カドミウム、アンチモン、鉄の残量を何れも１００ppm以下に低減する高純度銅の回収方法を含む。また、本発明は上記(１)〜(４)の何れかの方法によって回収された高純度銅に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法を実施形態に基づいて具体的に説明する。本発明の処理方法の概略を図１に示す。図示するように、本発明の方法は、廃棄物の処理によって得られた銅を主体とする溶融体から不純物金属を分離除去して高純度の銅メタルを回収する方法であって、（イ）上記溶融体に鉄源とカルシウム源を添加して溶融体中の酸素濃度を０.６〜１.０％にした酸化熔錬を行うことによって、亜酸化銅−酸化鉄を主体とする酸化カルシウム含有スラグ（亜酸化銅−酸化鉄系スラグと云う）を形成して上記溶融体に含まれる不純物金属をスラグ化し、該スラグを分離する第一工程と、（ロ）第一工程でスラグ化した不純物金属を除去した溶融体にカルシウム源を添加して溶融体中の酸素濃度を０.８〜１.１％にした酸化熔錬を行うことによって、亜酸化銅−酸化カルシウムを主体とするスラグ（亜酸化銅−酸化カルシウム系スラグと云う）を形成して上記溶融体に残留する不純物金属をスラグ化し、該スラグを分離する第二工程とを有することを特徴とする高純度銅の回収方法である。
【００１０】
本発明の処理対象である廃棄物起源の銅を主体とする溶融体は、各種工場からの廃棄物、スラッジ、一般家庭ゴミ、家電や自動車のシュレッダーダスト、建設廃材など何れの廃棄物起源でも良い。これらの廃棄物の焼却灰を処理し、銅含有量を濃縮することにより、銅を主体とするメタルを回収することができる。このメタル分の銅品位は概ね９９％程度である。本発明の方法はこのメタル分（以下、銅を主体とする溶融体と云う）から高品位の銅を回収する方法である。
【００１１】
〔第一工程〕
上記溶融体に鉄源とカルシウム源を添加し、かつ溶融体中の酸素濃度を０.６〜１.０％に調整し、１２００〜１３００℃下で酸化熔錬を行い、亜酸化銅−酸化鉄を主体とする酸化カルシウム含有スラグを形成して上記溶融体に含まれる不純物金属をスラグ化する。なお、酸化銅(ＣuＯ)は１０５０℃以上では分解して亜酸化銅(Ｃu₂Ｏ)なる。この酸化によって銅溶融体に含まれている鉛、亜鉛、錫、ニッケル、カドミウムなどの不純物金属は酸化されてスラグ化し、銅溶融体から分離される。鉄源としては酸化鉄粉末、カルシウム源としては石灰などを用いれば良い。また、その他に、鉄および/またはＣaを含み、その他の不純物が少ない産業廃棄物を用いてもよい。
【００１２】
酸化熔錬において溶融体中の酸素濃度は０.６〜１.０％が適当であり、０.７〜０.９％が好ましい。酸素濃度が０.６％より少ないと鉛などの不純物金属が十分にスラグ化されずに残留する量が多くなる。一方、酸素濃度が１.０％より高いと溶融体の銅が酸化される割合が多くなり銅の収率が低下する。溶融体中の酸素濃度を上記範囲に制御するには溶融体に相当量の空気を吹き込めば良い。
【００１３】
上記第一工程の酸化熔錬において、亜酸化銅−酸化鉄系スラグ（亜酸化銅−酸化鉄を主体とする酸化カルシウム含有スラグ）を形成させる。鉄源およびカルシウム源は上記組成のスラグが形成される量を添加する。具体的には、形成されるスラグは、例えば、亜酸化銅(Cu₂O)４０〜５０％−酸化鉄(Fe₂O₃)４５〜５５％−酸化カルシウム(CaO)２.５〜５％の組成が好ましく、かつ、メタル量に対して５〜１５％のスラグが形成される量が好ましい。
【００１４】
上記スラグの組成中、酸化カルシウム量が上記範囲より少ないとスラグの流動性が失われ、メタルから分離除去するのが困難になる。また、スラグ中の亜酸化銅の量が上記範囲より多いと銅の回収率が低下すると共に不純物金属の除去効果が低下するので好ましくない。スラグ量が上記範囲より少ない銅溶融体中の不純物金属の残量が多くなる。スラグ量が多いほど不純物金属の除去には有利であるが、溶解に時間がかかり銅回収率も低下するので、スラグ量は上記範囲が適当である。
【００１５】
〔第二工程〕
上記第一工程において生成したスラグを分離した銅溶融体について、カルシウム源を添加し、酸素を吹き込んで酸素濃度を０.８〜１.１％とし、１２００〜１３００℃に加熱して酸化熔錬を行い、銅溶融体の表面に亜酸化銅−酸化カルシウム系スラグを形成し、銅溶融体に残留している鉛、鉄、アンチモンなどの不純物金属をスラグ化してメタルの銅品位を高める。ここで、酸素濃度が０.８％より少ないと不純物金属が十分にスラグ化せず、酸素濃度が１.２％より高いと銅がスラグ化する割合が多く、銅の回収率が低下する。
【００１６】
上記酸化熔錬において、カルシウム源は上記組成のスラグが形成される量を添加する。具体的には、形成されるスラグは、例えば、亜酸化銅(Cu₂O)５０〜７０％)−酸化カルシウム(CaO)３０〜５０％の組成が好ましく、かつメタル量に対して５〜１０％のスラグが形成される量が好ましい。具体的には、例えば、銅メタル１kgに対してＣａＯとして２〜５％程度添加すれば良い。なおカルシウム源の添加量が上記範囲より多くても不純物金属の除去効果は殆ど変わらない。一方、この添加量が上記範囲よりも少ないと不純物金属の除去効果が低下する。また、第一工程と同様に、スラグ量が上記範囲より少ないと銅溶融体中の不純物金属の残量が多くなる。スラグ量が多いと溶解に時間がかかり銅回収率も低下するので、スラグ量は上記範囲が適当である。
【００１７】
第一工程で十分にスラグ化せずに銅メタル中に残留したアンチモンおよび微量の鉛は第二工程の酸化熔錬によってスラグ化し、銅メタルから分離される。さらに、第一工程で残留した微量の鉄もスラグ化して銅メタルから除去される。必要に応じて第一工程および第二工程を繰返し、スラグを分離して銅メタル中の鉄、鉛、亜鉛、アンチモン、ニッケル、カドミウム、クロムの各含有量が少ない高品位の銅を回収することができる。具体的には、例えば、数千ppmの不純物金属を含む廃棄物起源銅溶融体から、鉄、鉛、亜鉛、クロム、アンチモン、ニッケル、クロム、カドミウムの含有量が何れも１００ppm以下の高品位の銅メタルを回収することができる。なお、最初の銅溶融体中の不純物が高い場合には、第一工程と第二工程の何れかを繰り返すことによって不純物を１００ppm以下に低減することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に示す。
〔実施例１〕
産業廃棄物の焼却灰を溶融処理して得た銅溶融体(銅品位９９.５％)を用い、この銅溶融体３０kgに、鉄源として酸化鉄を１.４kg、カルシウム源として石灰０.１kgを加え、約１２００℃に加熱し、ランスを通じて溶融体内部に空気を吹き込んで溶融体の酸素濃度を０.８％に調整して酸化熔錬を半時間行った。その後、溶融体表面のスラグを掻き出した。さらに、スラグを除去した銅溶融体に上記組成のフラックス（酸化鉄−石灰）を上記と同量添加し、同様の処理を３回繰り返した（第一工程）。
【００１９】
次に、回収した銅溶融体２５kgに石灰０.７５kgを添加し、ランスを通じて銅溶融体内部に空気を吹き込んで酸素濃度を１％に調整し、酸化熔錬を半時間行った。その後、スラグを掻き出して銅メタルを回収した（第二工程）。この処理結果を表１に示した。表１に示すように本処理方法によれば、第一工程と第二工程を一回ないし複数回実施すれば、鉄、鉛、亜鉛、ニッケル、クロム、アンチモン、カドミウムの含有量が何れも１００ppm以下に低減した４Ｎ水準の高品位銅メタルを回収できることが確認された。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【発明の効果】
銅溶融体にフラックスを加え、溶融体に含まれる不純物金属をスラグ化して銅品位を高める一般的な方法は既に知られているが、不純物金属を極低濃度（１００ppm以下）まで低減するのは通常の熔錬処理では困難である。本発明の処理方法はスラグ組成を調整し、かつ銅溶融体の酸素濃度を一定範囲に調整することによって、従来の熔錬では分離できなかった極微量の鉛、亜鉛、アンチモン、ニッケル、クロム、カドミウムなどを効果的に銅溶融体から分離できるようにした。本発明の方法によれば、、数千ppmの不純物金属を含む廃棄物起源の銅溶融体から鉄、鉛、亜鉛、ニッケル、クロム、アンチモン、カドミウムの含有量が何れも１００ppm以下の高品位の銅メタルを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法の概略を示す工程図

Claims

廃棄物の処理によって得られた銅を主体とする溶融体から不純物金属を分離除去して高純度の銅メタルを回収する方法であって、（イ）上記溶融体に鉄源とカルシウム源を添加して溶融体中の酸素濃度を０.６〜１.０％にした酸化熔錬を行うことによって、亜酸化銅：４０〜５０ wt ％、酸化鉄：４５〜５５ wt ％、酸化カルシウム：２ . ５〜５ wt ％を含む亜酸化銅−酸化鉄系スラグを形成して上記溶融体に含まれる不純物金属をスラグ化し、該スラグを分離する第一工程と、（ロ）第一工程でスラグ化した不純物金属を除去した溶融体にカルシウム源を添加して溶融体中の酸素濃度を０.８〜１.１％にした酸化熔錬を行うことによって、亜酸化銅：５０〜７０ wt ％、酸化カルシウム：３０〜５０ wt ％を含む亜酸化銅−酸化カルシウム系スラグを形成して上記溶融体に残留する不純物金属をスラグ化し、該スラグを分離する第二工程とを有することを特徴とする高純度銅の回収方法。
第一工程において、メタル量に対して５〜１５wt％量の亜酸化銅−酸化鉄系スラグを形成させる請求項１に記載する高純度銅の回収方法。
第二工程において、メタル量に対して５〜１０wt％量の亜酸化銅−酸化カルシウム系スラグを形成させる請求項１または２に記載する高純度銅の回収方法。
上記第一工程または/および第二工程によって、銅メタルに含まれる鉛、ニッケル、錫、亜鉛、カドミウム、アンチモン、鉄の残量を何れも１００ppm以下に低減する請求項１〜３の何れかに記載する高純度銅の回収方法。
請求項１〜４の何れかの方法によって回収された高純度銅。