JP4426613B2 - 銅を含む原料の処理方法 - Google Patents
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Description
ここで、得られる銅マットは銅製錬の転炉工程にて処理を行っているが、この銅マット中の銅品位が30〜40mass-%と低いため、銅製錬所への輸送コストが高く、また銅製錬工程においては低品位銅原料であるため、銅の生産性を阻害していた。
特開2003-231924「ごみ焼却物から溶融メタルを製造する方法とその適用」(特許文献1)では、ガス化溶融炉にてごみ焼却物を処理した例等が載っており、銅品位が、7.7から30.6mass%となっている。
原料中の銅、貴金属、ニッケル以外の不純物のうち鉄、亜鉛、鉛などは酸素を含有する空気などにより比較的容易に除去できるが、アンチモンの除去が難しく、銅アノード品位なみの粗銅を得ようとすると、ニッケルや貴金属等の有価金属がスラグへ移行率が高くなり、効率的に不純物を除去することが困難であった。
本発明は、上記課題を解決するものであって、(1)銅、貴金属、ニッケル、鉄、アンチモンを少なくとも含有する有価原料を溶剤、及びコークスとともに、竪型炉のコークスベット方式の炉にて溶融還元を行い、銅、鉄を主体とする溶融メタルと、酸化カルシウム、二酸化珪素、アルミナ、酸化鉄を主成分とする溶融スラグとを分離する第一工程と、第一工程にて生成した溶融メタルは次工程の酸化炉へ抜き出した後、酸化炉内の溶融メタルに炭酸カルシウムを添加して、酸素含有ガスを溶融メタル内に吹き込み、鉄などの主要不純物をスラグ化して炉内から抜き出す第二工程を有し、第二工程にて生成した溶融メタルにナトリウム含有剤を添加して、酸素含有ガスを溶融メタル内に吹き込むことにより、溶融メタル中のニッケルや貴金属などの有価金属のロスが少なく、効率的にアンチモンをソーダスラグにして酸化炉内から抜き出す第三工程を少なくとも有する銅を含む原料の処理方法。(2)上記(1)の工程に加えて、前記第三工程にて生成した溶融メタル中に溶存する酸素を還元除去するために、溶融メタル中に還元ガスを吹き込んだ後、銅アノードを鋳造する第四工程を有する銅を含む原料の処理方法。(3)上記(1)から上記(2)の何れかに記載の有価原料であって、非鉄製錬工程や産業廃棄物処理工程から産出する銅含有中間物を篩分け、篩下の原料は団鉱し、篩上は直接竪型炉にて処理するに際して、上記団鉱工程において、原料水分が6〜13mass-%、バインダーを原料重量に対して3〜8mass-%添加して混合し、団鉱機にて団鉱する銅を含む原料の処理方法。(4)上記(1)から上記(3)の何れかに記載の溶融還元工程において、コークス比を20mass-%以上にて溶融還元する銅を含む原料の処理方法。(5)上記(1)から上記(4)の何れかに記載の第一工程において、スラグの主要成分であるCaO−SiO2−Al2O33元系を100mass-%とした場合、酸化カルシウム:30〜50mass-%、二酸化珪素:27〜40mass-%、アルミナ:12〜38mass-%の範囲にて、原料に溶剤(炭酸カルシム、珪酸鉱など)を添加し、溶融還元する銅を含む原料の処理方法。
(6)上記(1)から上記(5)の何れかに記載の第二工程において、スラグ組成が酸化鉄:55〜80mass-%、酸化カルシウム:15〜40mass-%、酸化銅:0〜20mass-%となるように炭酸カルシムを添加する銅を含む原料の処理方法。(7)上記(1)から上記(6)の何れかに記載の第二工程において、溶融メタル相中の鉄品位が0.1重量%以下になるまで、温度1200〜1450℃の範囲にて、空気を0.5〜1L/min/kg-メタルになるように、溶湯内に吹き込む銅を含む原料の処理方法。(8)上記(1)から上記(7)の何れかに記載の第二工程により産出する酸化鉄主体のスラグには銅などの有価金属を含有しているため、第一工程の溶融還元炉に繰返し処理することで銅などの有価金属を回収する銅を含む原料の処理方法。
(9)上記(2)から上記(8)の何れかに記載の第三工程において、溶融メタル中のアンチモン量に対して、水酸化ナトリウムをモル比で7倍以上添加し、温度1,150〜1,250℃の範囲にて、空気または酸素を溶湯内に吹き込むことにより溶融メタル相中のアンチモン品位を0.02mass-%以下になる銅を含む原料の処理方法。
(1)産業廃棄物、銅等の有価物を含有する廃棄物、及び可燃性の銅、貴金属、ニッケル、鉄、アンチモン等を含有する有価原料を焼却し得られた焼却灰や、銅、貴金属、ニッケル、鉄、アンチモン等を含有する有価原料、及び非鉄製錬工程から産出する銅含有中間物を溶融還元することで、溶融メタル中の銅品位を60mass-%以上に濃縮することができる。
(2)第二工程にて、溶融メタル中の鉄を効率的に酸化除去することができ、
溶融メタル中のニッケルや貴金属等の有価金属をスラグへのロスを少なく
して、鉄品位を0.1mass-%以下まで下げることができる。
(3)第二工程より産出する酸化スラグを第一工程に繰り返すことで、第二工程産出の酸化スラグ中にロスした銅等の有価金属の回収率を高めることができる。
(4)第三工程にて、溶融メタル中のアンチモンを過酸化せずに、効率的に除去することができるとともに、アンチモンを含有するソーダスラグはアンチモン回収原料にすることができる。
(5)産業廃棄物や低品位銅含有スクラップから直接、銅アノード品位まで銅品位を高めることができるようになるため、従来、溶融炉から産出していた銅マットを処理する必要が無くなり、銅鉱石出の銅アノード生産能力を高めることができる。
(6)銅製錬所までの銅マットを輸送することが無くなり、輸送コストを低減できる。
本発明の処理対象物は、産業廃棄物、銅等の有価物を含有する廃棄物、可燃性の銅、貴金属、ニッケル、鉄、アンチモン等を含有する有価原料を焼却し得られた焼却灰や、銅、貴金属、ニッケル、鉄、アンチモン等を含有する有価原料、非鉄製錬工程から産出する銅含有中間物の一種以上から成る物である。
この際に、バインダーの添加率、及び水添加率がこの範囲を外れると、団鉱物の成型率が低下し、かつ団鉱物の強度が低下するなどの問題が生じるため、この範囲に調整することが好ましい。
(実施例1−5、比較例1−2)
産業廃棄物の焼却灰180kgにバインダーを原料重量に対して5mass-%添加して混合し、次に、水分が5.2mass-%から14.1mass−%の範囲になるよう水を添加して混合した後、団鉱した。団鉱機より排出される団鉱物は10mmの篩に通して篩い分けし、篩上10mm以上の成型品と、篩下10mm未満の未成型品の重量をそれぞれ秤量し、(1)式を用いて、団鉱時の成型率を求めた。
成型率(mass-%)=[成型品重量]÷[成型品重量+未成型品重量]×100 (1)
また団鉱物の強度を評価するために、団鉱物の落下強度、及び圧壊強度を測定した。落下強度は、落下高さ1mからコンクリート床上に落下させ、落下後のサンプルを10mm目篩で篩い分けし、篩上残分を再度落下高さ1mからコンクリート床上に落下させる操作を3回繰り返し、3回落下したときまでの重量割合(mass-%)で評価した。更に圧壊強度は圧縮試験機を用いての強度測定値を用いた。この結果を表1に示す。
実施例1〜実施例5に示すように、団鉱時の水分を6〜13mass-%の条件では、いずれも成型率は90%以上の高い成型率が得られた。また、団鉱物の強度も落下試験では残存率が99%以上あり、かつ圧壊強度も500N以上の高強度のものが得られた。
比較例2の水分14.1mass-%の条件では、成型率が86.2mass-%と90mass-%以下となり、圧壊強度は556Nとあるものの、落下強度は90mass-%より低い結果となった。
次に、団鉱時の適正なバインダー添加率を把握するために、団鉱時のバインダー添加率の影響について試験した。なお、団鉱時の原料水分は10mass-%となるように混合した後、団鉱した。その結果を表2に示す。
実施例6、実施例7におけるバインダー添加率3mass-%、8mass-%の条件では成型率は90mass-%以上、かつ落下強度及び圧壊強度とも高強度の結果が得られた。
以上の実施例1から実施例7の結果より、原料の団鉱条件は、水分6〜13mass-%、バインダー添加率は3〜8mass-%の範囲が良いことが判明した。
次に、縦型のコークスベット方式の溶融還元炉に、原料37.5kg(団鉱物26.5kg、篩上原料11kg)と炭酸カルシウム12.5kgを同時に投入した後、コークス10kg(団鉱物、篩上原料と炭酸カルシウム合計量に対して、コークス比20mass-%)、及び12.5kg(コークス比25mass-%)のそれぞれの条件にて溶融還元を実施した。第一工程の溶融還元炉内より出湯するスラグの温度は1400℃以上となり、溶融還元炉内においてメタルとスラグとの分離性は良好であった。
なお、コークス比は下式に示す式にて定義する。
コークス比=[コークス投入量]÷[原料量+溶剤量]×100(%)
実施例8,9において、コークス9kg(コークス比18mass-%)に下げた条件にて溶融還元した結果、スラグ温度は1320℃以下となり、スラグの流動性が悪化し、スラグ中へのメタルの懸濁量が多くなった。
以上の結果より、コークス比は第一工程の溶融還元炉では、コークス比20mass-%以上が良いことが判明した。
コークスベット方式の溶融還元炉に、原料と溶剤(炭酸カルシウム)とを適当な混合比率で、両者を合せて1回当りに50kgを投入した後、コークス10kg/回(コークス比20mass-%)を投入して、溶融還元処理を3時間以上継続した。
なお、溶剤の混合比率は原料組成によって異なり、スラグの塩基度(=[CaOmass-%]/[SiO2mass-%])を調整しながら実施した。
その結果、スラグの主要成分であるCaO−SiO2−Al2O33元系の合計を100mass-%とした場合、酸化カルシウム:30〜50mass-%、二酸化珪素:27〜40mass-%、アルミナ:12〜38mass-%の範囲が良く、好ましくはCaO/SiO2=0.85〜1.2のスラグ組成のとき、流動性の良いスラグが得られた。
次に、溶融還元炉より産出した溶融メタル約300kgを酸化炉に抜出した後、酸化炉内の溶融メタルに適当なスラグ組成になるように、炭酸カルシウムを添加して、酸化炉の羽口より空気を吹き込んだ。炭酸カルシムの添加量は、溶融還元炉より得られるメタル組成によって異なるが、メタル中の鉄品位が0.1mass-%以下になった際の生成スラグの組成は、酸化鉄55〜80mass-%、酸化カルシウム17〜40mass-%、酸化銅0〜20mass-%の範囲であり、この範囲のスラグ組成では流動性の良いスラグが得られた。
実施例11において、炭酸カルシムの添加量を少なくした条件で、スラグ中の酸化カルシウム品位が17mass-%以下、酸化鉄品位80mass-%以上のスラグ組成では、スラグの融点が1350℃以上になるとともに、スラグの流動性が悪化した。
また、スラグ中の酸化カルシウム品位を高めると、スラグの融点が高くなり、炉内に半溶融物が生成して、メタルとスラグとの分離が悪化した。
以上の結果より、第二工程のスラグ組成は、酸化鉄55〜80mass-%、酸化カルシウム17〜40mass-%、酸化銅0〜20mass-%の範囲にすることで、スラグへのメタルの懸濁ロスが抑制された。
実施例11において、炉内温度を1200から1450℃の範囲になるように制御しながら、溶湯内に空気を0.5〜1L/min/kg-メタルの流量で吹き込み、各時間に溶湯メタルをサンプリングし、メタル中の鉄、銅、ニッケルを分析した。その結果を図3に示す。
従って、酸化処理は、60分経過する前に止めることが望ましい。
また、その際の溶湯温度は1200℃より低い温度では、溶融スラグの流動性が低下し、また1450℃を超えると、銅の酸化が急激に進み、かつ羽口レンガの溶損が著しくなった。
従って、第二の酸化工程においては、処理温度が1200℃から1450℃の範囲が良く、またメタル中の鉄品位が0.1mass-%以下になった時点で酸化を終了されせることで、スラグへのニッケルのロスは低減される。酸化後スラグは酸化鉄(Fe2O3換算)品位57mass-%、酸化カルシウム品位19mass-%、銅品位7.5mass-%であった。
次に、第一工程における竪型炉のコークスベット方式の溶融還元炉に、第二の酸化工程から産出した銅品位3.8mass-%の酸化スラグ5kg/回、平均銅品位16mass-%の原料34kg(=団鉱物24kg、篩上原料10kg)/回と炭酸カルシウム11kg/回を同時に投入した後、コークス10kg/回を投入する条件にて、1時間に5〜7回の投入頻度にて連続3時間以上溶融還元処理を継続した。その際の銅の物量バランスを表3に示す。
従って、溶融還元炉に酸化スラグを繰り返すことで、酸化スラグから銅を回収できる。
最後に、第二の酸化工程より産出した酸化メタルからアンチモンを効率的に除去するために、溶融した酸化メタル(アンチモン品位0.12mass-%,ニッケル品位0.82mass-%、銀品位0.19mass-%)約250kgに、酸化メタル中のアンチモン量に対して、水酸化ナトリウムをモル比で7倍、8倍添加した。温度は1150〜1250℃の範囲にて、溶湯内に空気を0.8L/min/metal-kgの流量にて30分吹き込んで酸化精製を行った。その結果を表4に示す。
比較例7では、水酸化ナトリウム添加量をアンチモン量に対して、モル比で6倍にした以外は、実施例14と同一の条件にて酸化精製したが、粗銅中のアンチモン品位は0.04mass-%までしか低下しなかった。
比較例8では、水酸化ナトリウムを添加しないことと、溶湯内への空気吹き込み時間を72分にした以外は、実施例14と同一の条件にて酸化精製した。その結果、粗銅中のアンチモン品位は0.08mass-%までしか低下せず、逆にニッケル品位が0.14mass-%、銀品位が0.14mass-%まで低下し、ニッケル、銀など有価物のスラグロスが高くなった。
Claims (9)
- 銅、貴金属、ニッケル、鉄、アンチモンを少なくとも含有する有価原料を溶剤、及びコークスとともに、竪型炉のコークスベット方式の炉にて溶融還元を行い、銅、鉄を主体とする溶融メタルと、酸化カルシウム、二酸化珪素、アルミナ、酸化鉄を主成分とする溶融スラグとを分離する第一工程と、第一工程にて生成した溶融メタルは次工程の酸化炉へ抜き出した後、酸化炉内の溶融メタルに炭酸カルシウムを添加して、酸素含有ガスを溶融メタル内に吹き込み、鉄などの主要不純物をスラグ化して炉内から抜き出す第二工程を有し、第二工程にて生成した溶融メタルにナトリウム含有剤を添加して、酸素含有ガスを溶融メタル内に吹き込むことにより、溶融メタル中のニッケルや貴金属などの有価金属のロスが少なく、効率的にアンチモンをソーダスラグにして酸化炉内から抜き出す第三工程を少なくとも有し、得られるメタル中の銅を90mass%以上とすることを特徴とする銅を含む原料の処理方法。
- 請求項1の工程に加えて、前記第三工程にて生成した溶融メタル中に溶存する酸素を還元除去するために、溶融メタル中に還元ガスを吹き込んだ後、銅アノードを鋳造する第四工程を有することを特徴とする銅を含む原料の処理方法。
- 請求項1から請求項2の何れかに記載の有価原料であって、非鉄製錬工程や産業廃棄物処理工程から産出する銅含有中間物を篩分け、篩下の原料は団鉱し、篩上は直接竪型炉にて処理するに際して、上記団鉱工程において、原料水分が6〜13mass-%、バインダーを原料重量に対して3〜8mass-%添加して混合し、団鉱機にて団鉱することを特徴とする銅を含む原料の処理方法。
- 請求項1から請求項3の何れかに記載の溶融還元工程において、コークス比を20mass-%以上にて溶融還元することを特徴とする銅を含む原料の処理方法。
- 請求項1から請求項4の何れかに記載の第一工程において、スラグの主要成分であるCaO−SiO2−Al2O33元系を100mass-%とした場合、酸化カルシウム:30〜50mass-%、二酸化珪素:27〜40mass-%、アルミナ:12〜38mass-%の範囲にて、原料に溶剤(炭酸カルシム、珪酸鉱など)を添加し、溶融還元することを特徴とする銅を含む原料の処理方法。
- 請求項1から請求項5の何れかに記載の第二工程において、スラグ組成が酸化鉄:55〜80mass-%、酸化カルシウム:15〜40mass-%、酸化銅:0〜20mass-%となるように炭酸カルシムを添加することを特徴とする銅を含む原料の処理方法。
- 請求項1から請求項6の何れかに記載の第二工程において、溶融メタル相中の鉄品位が0.1重量%以下になるまで、温度1200〜1450℃の範囲にて、空気を0.5〜1L/min/kg-メタルになるように、溶湯内に吹き込むことを特徴とする銅を含む原料の処理方法。
- 請求項1から請求項7の何れかに記載の第二工程により産出する酸化鉄主体のスラグには銅などの有価金属を含有しているため、第一工程の溶融還元炉に繰返し処理することで銅などの有価金属を回収することを特徴とする銅を含む原料の処理方法。
- 請求項2から請求項8の何れかに記載の第三工程において、溶融メタル中のアンチモン量に対して、水酸化ナトリウムをモル比で7倍以上添加し、温度1,150〜1,250℃の範囲にて、空気または酸素を溶湯内に吹き込むことにより溶融メタル相中のアンチモン品位を0.02mass-%以下になることを特徴とする銅を含む原料の処理方法。
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