JP3750463B2

JP3750463B2 - 製銅設備の操業方法

Info

Publication number: JP3750463B2
Application number: JP2000044994A
Authority: JP
Inventors: 望長谷川; 秀哉佐藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: JP2001234260A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熔錬炉と製銅炉を備え、製銅炉で生成したスラグを熔錬炉に回送して処理する製銅設備の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅の製錬設備として、従来より酸化反応を手段とする連続した複数炉方式による製銅設備が知られている（特開平５−２７１８１８号公報、特開平７−３３１３５１号公報等参照）。この設備は、図１に示すように、酸素富化空気と共に供給された銅精鉱を溶解、酸化し、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とを生成する熔錬炉１と、この熔錬炉１により生成されたマットＭとスラグＳとを比重差を利用して分離する分離炉２と、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を生成する製銅炉３と、この製銅炉３で生成された粗銅Ｃを精製して、より品位の高い銅を生成する精製炉４とより構成されている。
【０００３】
前記熔錬炉１及び製銅炉３には、銅精鉱、酸素富化空気、溶剤、冷剤等を炉内に供給するための複数の管からなるランス５が、これらの炉の天井を挿通して昇降自在に設けられており、また、炉内から発生するガスを排するためのガス排出口６がこれらの炉の天井に設けられている。また、分離炉２は電気炉であり、加熱のための電極１０を備えている。
【０００４】
これら熔錬炉１、分離炉２、製銅炉３、精製炉４は、この順に高低差が付けられており、熔錬炉１→分離炉２→製銅炉３→精製炉４の順に重力で熔体を流せるように樋７Ａ、７Ｂ、７Ｃでつながれている。
【０００５】
上記の設備で銅を製錬するには、乾燥した銅精鉱とフラックス（珪砂、炭酸カルシウム等）とを酸素富化空気と共に熔錬炉１の熔体中にランス５で吹き込む。熔錬炉１では、原料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。このマットＭとスラグＳは樋７Ａにより分離炉２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２のスラグＳはオーバーフローしており液面一定となっている。ここで生成されたスラグには銅分がほとんどないので、そのまま系外に取り出される。
【０００６】
一方、分離炉２で分離されたマットＭは樋７Ｂを介して製銅炉３に送られる。製銅炉３では、さらに酸素富化空気と共にフラックス（炭酸カルシウム等）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％の粗銅Ｃを得る。製銅炉３において連続的に生成された粗銅Ｃは、樋７Ｃを介して精製炉に注入される。また、このプロセスにおいて、製銅炉３における酸化の工程では、銅の一部も酸化してスラグＳの中に取り込まれてしまう。つまり、製銅炉スラグＳには酸化鉄と共にかなりの量の酸化銅（１４〜１６％）が含まれる。このため、通常のプロセスでは、製銅炉スラグＳを水砕により固体粉末化し、乾燥後、熔錬炉１に回送して、銅精鉱と共に再び溶解させて銅の回収を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、製銅炉スラグＳは、水砕により固体粉末化した際にマグネタイトを析出する。マグネタイトは難溶性であり、熔錬炉１で処理した際に溶けきらないと、マグネタイトの一部が未溶解のままスラグＳ中に存在することになり、これが分離炉２に流れ込むことでスラグＳの粘性が上昇し、スラグＳとマットＭの分離性が悪化して、スラグロス（スラグＳ中への銅分の混入）が増える。また、マグネタイトは炉体（炉底・炉壁）に付着することで、炉の有効容積の減少をもたらす。
【０００８】
なお、熔錬炉スラグ中のマグネタイト濃度を測定し、その結果を炉の操業に役立てることは、特開昭６１−２６０１５８号公報において公知であったが、この方法では溶融スラグを凝固させた際に析出し得るマグネタイトの濃度を測定しているのにすぎない。従って、溶融スラグ中で未溶解の固体として存在するマグネタイトについては測定することができなかったので、その技術を用いても製銅炉スラグ中にあったマグネタイトが熔錬炉内で十分に溶解しているか否かまでは判定できなかった。
【０００９】
このため、製銅炉スラグの処理量が多すぎたり、熔体温度が十分高くなかったり、ランス送風による熔体の撹拌不足などの理由で、製銅炉スラグ中のマグネタイトが未溶融のまま分離炉に流入するおそれは避けられず、問題の本質的な解決には至らなかった。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮し、製銅炉スラグ中のマグネタイトの溶解を促進させて、スラグの粘性上昇によるスラグとマットの分離性悪化や、炉底・炉壁へのマグネタイト付着による炉有効容積の減少などの問題を有効に解消することができ、安定した操業を可能にする製銅設備の操業方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、銅精鉱を溶解・酸化しマットとスラグを生成する熔錬炉と、該熔錬炉で生成されたマットをさらに酸化して粗銅とスラグを生成する製銅炉とを備え、製銅炉で生成したスラグを熔錬炉に回送する製銅設備の操業方法において、前記熔錬炉で生成されたスラグをサンプリングし、該スラグの固化した組織中に存在するマグネタイトの各成分のうちＡｌの濃度を分析することにより、当該マグネタイトが製銅炉で生成されたスラグ中に存在したマグネタイトか、熔錬炉で生成されたスラグから析出したマグネタイトかを判別し、製銅炉で生成されたスラグ中にあったマグネタイトと判別した場合には、熔錬炉の操業条件を変化させることを特徴とする。
【００１２】
この発明では、マグネタイトそれ自体の濃度を測定するのではなく、スラグが固化した組織中に存在するマグネタイトの各成分の濃度を分析し、それにより当該マグネタイトが製銅炉で生成されたスラグ中に存在したマグネタイトか、熔錬炉で生成されたスラグから析出したマグネタイトかを判別するものである。つまり、サンプリングの際にはスラグが固化するので、サンプル中には熔錬炉スラグから析出したマグネタイトと、熔錬炉スラグ中で溶けきらずに存在した製銅炉スラグ中のマグネタイトとが混在する場合がある。前記の問題を起こすのは、溶けきらずに存在するマグネタイトであるが、マグネタイトそれ自体の濃度を測定するだけでは、いずれのマグネタイトか判別できない。そこで、析出したマグネタイトの結晶中の各成分の濃度を分析することにより、マグネタイトの出所（製銅炉か熔錬炉か）を明らかにするのである。
【００１３】
出所が明らかになれば、対策を打つことができる。即ち、製銅炉スラグ中のマグネタイトであることが分かった場合は、その量等に応じて、熔錬炉において製銅炉スラグ中のマグネタイトがどれくらい溶けきれない状態にあるかが分かる。従って、十分にマグネタイトが溶けるような対策を講じることができる。その対策として熔錬炉の操業条件を変化させるのである。
【００１４】
この場合、変化させる操業条件としては、製銅炉から熔錬炉に回送する製銅炉スラグの量、製銅炉スラグの粒度、熔錬炉の熔体温度、熔錬炉の熔体の撹拌程度の少なくとも一つを選択することができる（請求項３）。
【００１５】
そして、熔錬炉スラグ中のマグネタイトか、製銅炉スラグ中のマグネタイトかを区別するためのマグネタイト組織中の成分としては、第１にＡｌが挙げられる（請求項１）。主に銅精鉱中に含まれるＡｌは、その大部分が熔錬炉で生成するスラグ中に移行するため、熔錬炉スラグと製銅炉スラグとではＡｌ濃度に大きな違いがある。熔錬炉スラグから析出したマグネタイトと製銅炉スラグから析出したマグネタイトにもＡｌ濃度の違いがあるので、Ａｌ濃度を測定することで大まかな区別がつけられる。
【００１６】
しかし、もっと精度良く判別するためには、マグネタイトの各成分のうちＡｌとＣａとＳｉの濃度を分析することにより判別する（請求項２）。具体的には、各成分であるＡｌとＣａとＳｉの分析値が以下の条件を全て満たすものを製銅炉スラグ中にあったマグネタイトと判定するのがよい。
Ｃａ≧０．５ｗｔ％
Ａｌ≦０．４ｗｔ％
Ｓｉ≦０．１ｗｔ％
【００１７】
ＣａはＣａＣＯ₃（炭酸カルシウム）の形で製銅炉においてフラックスとして投入される。また、ＳｉはＳｉＯ₂ の形で熔錬炉においてフラックスとして投入される。このため、Ａｌの含有量が少なく、Ｃａの含有量が多く、Ｓｉの含有量の少ないものを製銅炉スラグ中のマグネタイトと判別する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
この方法を実施するための連続製銅設備は従来例と同様に図１に示すものであり、銅精鉱を溶解・酸化しマットＭとスラグＳを生成する熔錬炉１と、熔錬炉１で生成されたマットＭとスラグＳを分離する分離炉２と、分離炉２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を生成する製銅炉３と、粗銅Ｃを精製してより品位の高い銅を生成する精製炉４とを備えている。各炉は樋７Ａ、７Ｂ、７Ｃでつながれている。
【００１９】
この設備で銅を製錬するには、乾燥した銅精鉱とフラックス（珪砂、炭酸カルシウム等）とを酸素富化空気と共に熔錬炉１の熔体中にランス５で吹き込む。熔錬炉１では、原料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。このマットＭとスラグＳは樋７Ａにより分離炉２に送られ、ここで比重差によりマットＭとスラグＳとに分離される。
【００２０】
一方、分離炉２で分離されたマットＭは樋７Ｂを介して製銅炉３に送られ、製銅炉３では、さらに酸素富化空気と共にフラックス（炭酸カルシウム等）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％の粗銅Ｃを得る。製銅炉３において連続的に生成された粗銅Ｃは、樋７Ｃを介して精製炉４に注入される。また、製銅炉３で生成されたスラグＳは、水砕により固体粉末化され、乾燥させた後、熔錬炉１に回送される。
【００２１】
このプロセスにおいて、熔錬炉１から取り出されるスラグＳをサンプリングし、該スラグＳの固化した組織中に存在するマグネタイトの各成分の濃度を分析することにより、当該マグネタイトが製銅炉３で生成されたスラグＳ中に存在したマグネタイトか、熔錬炉１で生成されたスラグＳから析出したマグネタイトかを判別する。
【００２２】
なお、マグネタイトの理想化学組成はＦｅ₃Ｏ₄であるが、ここでいうマグネタイトとは、スラグ中に含まれている各成分を一部含有する広義のマグネタイトを意味するものとする。
【００２３】
判別は、サンプリングしたマグネタイトの各成分のうちＡｌとＣａとＳｉの濃度を分析することにより行う。具体的には、各成分であるＡｌとＣａとＳｉの分析値が以下の条件を全て満たすものを製銅炉スラグ中にあったマグネタイトと判定する。
Ｃａ≧０．５ｗｔ％
Ａｌ≦０．４ｗｔ％
Ｓｉ≦０．１ｗｔ％
場合によっては、ここで次の条件を加えてもよい。
Ｚｎ≧０．６ｗｔ％
【００２４】
製銅炉３で生成されたスラグ中にあったマグネタイトであると判別した場合には、熔錬炉１において製銅炉スラグＳの溶解が十分ではないことが分かるので、熔錬炉１の操業条件を、製銅炉スラグＳ中のマグネタイトが溶解しやすくなる方向に変化させる。
【００２５】
例えば、熔錬炉１に供給する製銅炉スラグＳの処理量を少なくしたり、製銅炉スラグＳを粉砕して粒度を細かくする。また、熔錬炉１中の熔体の温度を高くするように原料配分や酸素富化空気の酸素濃度を考慮する。あるいは、ランス送風による撹拌の度合いを強める。このようにすることで、熔錬炉１中での製銅炉スラグのマグネタイトの溶解を促進する。それにより、熔錬炉１から分離炉２へマグネタイトの結晶が流れ込むのを抑制することができ、マグネタイトが原因による分離炉２内における諸問題を解消することができる。
【００２６】
なお、以上において説明した熔錬炉の概念には自熔炉や反射炉等が含まれる。同様に、分離炉には錬カン炉が含まれ、製銅炉にはバッチ式のＰＳ転炉やフラッシュコンバーター等が含まれる。すなわち、上記実施形態においては、熔錬炉から分離炉を経て製銅炉までが連続している連続製銅設備について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、熔錬炉と分離炉を別々の炉としているが、これに限定されるものではない。例えば、自熔炉とよばれる熔錬炉の一種は、熔錬炉と分離炉の作用を一体としたものであり、この自熔炉内で銅精鉱を溶解・酸化してマットとスラグを生成し、且つ、同炉内で各々の分離も行っている。本発明の趣旨は、こうした自熔炉等を排除するものではない。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない限りであれば、如何なる構成を採用しても差し支えない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熔錬炉スラグ中のマグネタイトの判別により、熔錬炉における製銅炉スラグの溶解状況を把握し、熔錬炉スラグ中で製銅炉由来マグネタイトが観察される場合には、製銅炉スラグ処理量の減少、熔体温度上昇、ランス送風による熔体撹拌の強化などの対策により、溶解を促進させることができるので、スラグの粘性上昇によるスラグとマットの分離性悪化や、炉底・炉壁へのマグネタイト付着による炉有効体積の減少などの問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製銅設備の一般的な構成を示す系統図である。
【符号の説明】
１熔錬炉
２分離炉
３製銅炉
４精製炉
５ランス
６ガス排出口
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ樋
１０電極
Ｍマット
Ｓスラグ

Claims

銅精鉱を溶解・酸化しマットとスラグを生成する熔錬炉と、該熔錬炉で生成されたマットをさらに酸化して粗銅とスラグを生成する製銅炉とを備え、製銅炉で生成したスラグを熔錬炉に回送する製銅設備の操業方法において、前記熔錬炉で生成されたスラグをサンプリングし、該スラグの固化した組織中に存在するマグネタイトの各成分のうちＡｌの濃度を分析することにより、当該マグネタイトが製銅炉で生成されたスラグ中に存在したマグネタイトか、熔錬炉で生成されたスラグから析出したマグネタイトかを判別し、製銅炉で生成されたスラグ中にあったマグネタイトと判別した場合には、熔錬炉の操業条件を変化させることを特徴とする製銅設備の操業方法。
前記マグネタイトの各成分のうちＡｌに加えてＣａとＳｉの濃度を分析することにより、当該マグネタイトが製銅炉で生成されたスラグ中に存在したマグネタイトか、熔錬炉で生成されたスラグから析出したマグネタイトかを判別することを特徴とする請求項１記載の製銅設備の操業方法。
前記変化させる操業条件が、製銅炉から熔錬炉に回送する製銅炉スラグの量、製銅炉スラグの粒度、熔錬炉の熔体温度、熔錬炉の熔体の撹拌程度の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の製銅設備の操業方法。