JP4654171B2 - 銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法に関するものである。銅製錬を行う自溶炉には、銅鉱石もしくは銅精鉱などの鉱石原料とともに主として珪酸鉱からなる溶剤が装入される。

鉱石、石、土砂、セメントクリンカー、固体燃料、溶剤などの粉砕には、ローラーミル、ボールミルなどが主として使用されている。ボールミルは構造が簡単であり、かつ信頼性が高いために、これらの粉砕に多用されている。

特許文献１：特開２００２−１７２３３９号公報は、汚染土壌などをｋｇ単位の比較的少量粉砕するボールミルに関するものであり、その回転機構は、ミルポットが自己の中心軸を中心として自転するとともに、ミルポットが基部回転軸の周りに公転する自転・公転型となっている。すなわち、ミルポット内部は土砂及びボールが充満しているために、自転機構はミルポットの上下に設けられた回転継手を介して行われる。
このボールミルでは、非粉砕物の粉砕に起因する発熱が、非粉砕物自体に悪影響を与えることを防止するために、ミルポット内部を貫通する冷却水流路を形成することを提案している。

特許文献２：特開２００６−１１０４７４号公報も自転・公転型ボールミルに関するものであり、ミルポット内の温度を測定する温度センサーを備えている。

特許文献３：特開平５−１５８０５号公報はセメントクリンカー、高炉スラグなどを二段粉砕する設備に関しており、第１次粉砕装置では、原料貯蔵ビンから原料をコンベヤーを経由して縦型ローラーミルに供給して粉砕し、第２次粉砕としてボールミルにより微粉砕している。

自溶炉、反射炉などの銅製錬炉に供給される珪酸鉱は、銅鉱石中のFeと結合するSiO₂の供給源となるものである。珪酸鉱は、現在わが国では春日鉱山（鹿児島県）、光竜鉱山（北海道）、土畑高山（岩手県）などで産出している。珪酸鉱は微量の金銀などの有価金属を含むので、これらも銅製錬工程で回収されている。

珪酸鉱は山元から銅製錬所に搬送され、野積み後にボールミルで粉砕される。ボールミルには連続操業に適した横型が使用されている。銅製錬用溶剤調製のためのボールミル粉砕では粒度の調整、乾燥及び連続給鉱が必要である。粒度の調整では、溶剤が、自溶炉の精鉱ノズルからスムースに噴射され、製錬炉で溶解されスラグを形成することが必要になる。また珪酸鉱が過度に微粉になると、有価金属（金等）がダストとして失われる。これらの条件を満たすように、一般には平均粒度が20mm程度になるまで粉砕が行われる。

次に、水分の乾燥に関しては、水分は製錬炉内で吸熱分解を起こして炉内の温度を下げ、H₂Sを生成するなどの弊害を起こすので、できるだけ水分を少なくすることが必要である。このためには、粉砕により発生する粉砕熱が利用されている。

最後に、連続給鉱に関しては、鉱石とともに溶剤を自溶炉、反射炉などの製錬炉に所定量で連続供給する必要があるので、珪酸鉱の粉砕速度をほぼ一定にする必要が発生する。例えば、珪酸鉱が銅鉱石原料に対して過剰になると、過剰分の珪酸鉱をストックビンに一旦保存する必要が生じ、この期間中に水分を吸収するおそれある。一方、珪酸鉱が銅鉱石原料に対して不足すると、製錬炉に投入する銅鉱石原料を減らす必要が生じ、生産性が低下する。ところで、粉砕機に投入される原料の水分などは貯蔵状態などにより変動するが、これに応じて粉砕速度を変えることはできないから、粉砕された珪酸鉱の水分は変動することとなる。
特開２００２−１７２３３９号公報 特開２００６−１１０４７４号公報 特開平５−１５８０５号公報

上記した従来技術の特許文献には被粉砕物の水分蒸発の促進に関するものはない。また、従来のボールミル粉砕法では粉砕熱だけを利用していたために、珪酸鉱の水分含有量が多くなると粉砕熱だけで十分に乾燥することができず、ボールミルポット内で結露が発生し、ミル内容物である珪酸鉱粒、粉及びボールなどがポットの内壁に粘着し、鋳付いてしまい、粉砕能率が低下するかあるいは粉砕自体が不能になることがあった。

本発明によると、上記した問題点を解決するために、次の銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法が提供される。
（１） 横型ボールミルの回転軸と交差する何れかのポット壁面に形成された開口部からボールミルポットの内部に珪酸鉱を給鉱し、反対側の開口部から粉砕された珪酸鉱を排出する銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法において、前記ボールミルポットの回転を可能にするように、前記開口部に装着された筒体に、前記珪酸鉱を給鉱するシュートを、その先端がミルポット内部に面するように、突入させるとともに、ミルポットの回転中に、前記開口部の何れかを通して前記ボールミルポット内部に、前記筒体に設けられた押込みファンによりボールミル内に熱風を圧送することにより、前記珪酸鉱の乾燥を促進することを特徴とする銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法。
（２） 前記ボールミルの粉砕鉱排出側に設けられた吸引ファンによりミルポット内の熱風を吸引することを特徴とする（１）記載の銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法。
（３） 接触式硫酸製造装置の転化器によりSO₂からSO₃へ転化されたSO₃を、熱交換器を経て吸収塔に導く方法による接触式硫酸の製造方法において、前記熱交換器から前記吸収塔へのガス通路から、バイパスするガス通路に流量制御弁及びSO₃クーラーを並列配置するとともに、該並列配置したSO₃クーラー中のガス温度が160℃以上となるようにガス流量を調節し、このSO₃クーラーにより回収されたガスを前記熱風として使用することを特徴とする（１）又は（２）記載の銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法。
（４） ボールミルとその排出側に設けられた集塵機との間のガス流路に、空気を送入して排ガスの温度を低下させることを特徴とする（１）から（３）までの何れか１項記載の銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法。
以下、本発明を詳しく説明する。

珪酸鉱粉砕用ボールミルポットは一般に約10〜100rpmで回転している。ミルポットの回転軸と交差する何れかの面に開口部が形成され、珪酸鉱投入シュートが開口部に突入しており、反対側の開口部から粉砕された珪酸鉱が排出される。これらの開口部はボールミルの回転中に位置が変化しないように回転軸に対して対称的形状に形成され、回転中に鉱石シュートなどとミルポットの壁面が干渉しないように形成されている。

本発明は上記した開口部の何れかから、ボールミル回転中に熱風を吹込むことにより、溶剤の粉砕熱のみでは水分蒸発に不足する熱量分を補償するものである。
熱風は鉱石供給側あるいは排出側の何れから吹込んでもよいが、鉱石供給側から吹込むと、粉砕熱が発生していず冷えた状態の珪酸鉱を乾燥することができるので、好ましい。

溶剤の粉砕熱は、ボールミルの処理能力により異なるが、本出願人の製錬所で使用されている粉砕速度が約20〜30t/hのミルでは珪酸鉱を50〜100℃に昇温する熱量に相当する。したがって、本発明法では、上記粉砕熱がもたらす温度以上の熱風を吹込んで、乾燥熱を補償する必要が生じる。本発明法により、熱風を吹込む方法には、パイプ、ホース、ノズルなど各種供給手段を採用することができる。なお、かかるパイプなどと開口部の間には間隙があってもよいが、次に説明するように構成することができる。

本発明によると、ボールミルポットの回転を可能にするように、前記開口部に装着された筒体に、珪酸鉱給鉱用シュートを突入させるとともに、該筒体を介して熱風を吹込む。上記した筒体はボールミルに、適切なシールを介して気密に突入しているために、熱風が開口部から外気に逃れず、乾燥効率を高めることができ、また作業環境を快適に保つことができる。

本発明によると、ボールミルの粉砕鉱排出側に設けたファンによりミルポット内部を吸気することにより、鉱石粉末が、吹込み熱風により珪酸鉱投入シュートから吹き上げられることを防止するとともに、熱風がミルポット内を均一に流れるようにする。吸気ファンは集塵機の下流に設置すると、一旦ダストを除いたガスを吸引することになるから、ダストによりファンが摩滅することはほとんどなくなる。
図１には、差圧計を給鉱側に設ける本発明の好ましい実施態様を図解しており、給鉱シュート内の圧力が外気に対して好ましくは−30mm,aqの負圧となるように、バグフィルターを介してボールミル内の空気をファンにより吸引する。ストックビンは粉砕された珪酸鉱を一旦貯蔵する容器である。
続いて、本出願人が平成１８年３月３１日に出願した特願２００６−０９３７５２号（以下「先願」という）を引用して好ましい熱風発生源を以下の段落００１７〜００２０で説明する。

本出願人の製錬所における従来の転化器群フローシートを図２に示す。
硫酸転化器群の設備は、SO₂ガスタンク（DT）、亜硫酸（SO₂）ガスを硫酸（SO₃）ガスに酸化する転化器(Cv)及び原料ガスと熱交換し所定の反応温度とするための熱交換器(1HE)、SO₃ガスを吸収するための吸収塔(Abt) 及び転化器各層からのガスの温度調整を行うための熱交換器（2HE,3HE, 4HE）で構成されるのが一般的である。ダブルコンタクト方式の転化器第2層出口SO₃ガスは高温熱交換器4HE(A)と低温熱交器4HE(Ｂ)を通って、中間吸収塔(Abt)においてSO₃を硫酸中に吸収させる。さらに、吸収塔における酸化熱や希釈熱など定常状態で発生する熱を連続的に除去するための酸クーラー（図示せず）も常設されている。
製錬所によっては、一般的な熱交換器や酸クーラーの代わりにSO₂クーラーやSO₃クーラー、廃熱ボイラ、エコノマイザをフローに組み入れて、熱回収を行い、あるいは増産による熱過剰の解消を図っている。

上述のようにSO₂濃度が10％以上になると転化率が低下する問題が起こるので、これに対処するためにはSO₃クーラーが有効であることは分かっていた。
SO₃クーラーについては、温度の低い状態で使用するとSO₃が凝縮して管内が閉塞したり、ガス中に水分が混在する場合は硫酸となって管壁の腐食を招いたりするため、一般的には160℃以上で運転することが多い。
このため、省エネルギー等を目的に、図1に示される転化器群内にSO₃クーラー等を設置する場合は、この温度の制約により、既存の熱交換器（図２のHE）を廃止して新たに新設備を組み込む必要があり一般的ではない。

先願の発明は、転化ガスの温度を監視しながら適切なガスの振り分けを行うことにより、既存の転化器システムを大幅に変更することなく、SO₃クーラーを併設して効率的な熱回収や増産を図ることを骨子としており、接触式硫酸製造装置の転化器によりSO₂からSO₃へ転化されたSO₃を、熱交換器を経て吸収塔に導く方法に接触式硫酸の製造方法において、前記熱交換器から前記吸収塔へのガス通路から、バイパスするガス通路に流量制御弁及びSO₃クーラーを並列配置するとともに、該並列配置したSO₃クーラー中のガス温度が160℃以上となるようにガス流量を調節し、この方法により余剰の熱風を溶剤である珪酸鉱の乾燥用に使用する。

続いて、先願発明の実施態様に関して、図３を基にして説明する。図３は、図２のフローシートに示したもののうち転化器以降に関するフローを示した図面である。
このフローが最も特徴とするところは、高温熱交4HE(A)と低温熱交4HE(B)をバイパスするようSO₃クーラー(SC)を設置する。SO₃クーラー(SC)の入口又は出口側にガス流量調節弁(VG)を配し、SO₃クーラーを通過させるガス量を任意に変更できるようにしたところである。
Fは外気をクーラー(SC)内に圧送するファンである。このような設備構成により、転化ガスの温度が高くなった場合には、ガス流量調整弁(VG)を開放して、SO₃ガスをバイパスさせることにより、高い転化率を維持するとともにクーラー(SC)の回収熱を珪酸鉱の乾燥に利用する。
この回収熱は温度が280〜300℃である。また、ガスクーラーからボールミルまでの搬送中の温度低下は70℃程度である。かかる回収熱は、空気そのもののクリーンなガスであるから、多少ボールミル外に漏出たとしても、大気汚染の心配はまったくなく、さらにロータリーキルンに付設されたバグフィルターに過剰のダスト除去負荷を加えない。なお、ガス流量調製弁(VG)が閉じられている場合は、低温熱交換器4HE(B)の回収熱を珪酸鉱の乾燥に使用することが好ましい。

さらに、本発明によると熱風吹込みによりボールミルからの排ガスの温度が高くなり、排気側に設けられた集塵機、例えばバグフィルターが熱損傷を受けるおそれある。この対策として、ボールミルの排出側と集塵機の間の配管に空気を吹込むと排ガスの温度が下がり、熱損傷を防止することができる。この場合、排ガスの温度を測定して、必要なときのみ外気から空気、即ち冷風を送入してもよい。

本発明においては、粉砕プロセスを監視するために、各所に温度計を設置することができる。例えば、給鉱シュートに設置された温度計は吹上げ熱風を検知することができる。また、熱風吹込み口に設置された温度計は、珪酸鉱が熱風吹込み口を塞ぐと温度が上昇するから、給鉱口の詰まりを検知することができる。

以上、バイパスガスクーラーでの回収熱による珪酸鉱乾燥法を説明したが、本発明においては、製錬所で回収されるその他の余剰熱を乾燥に使用することができるのはいうまでもない。さらに、溶剤としては珪酸鉱のみを挙げたが、製錬方法や銅鉱石原料事情によっては石灰も珪酸鉱とともに粉砕することができる。また、その他の原料として蜜蛇などのリサイクル原料も粉砕乾燥することができる。

（１）本発明によると、摩擦熱による自然乾燥に加えて熱風により珪酸鉱が強制的に乾燥されるので、ミルポット内で鉱石の粘着しなくなり、粉砕速度が高まる。また、熱風がボールミル外にほとんど漏れないようにすることにより、乾燥熱効率が向上する。さらに、熱風がボールミル外に漏れないようにすると、ミルポット内の圧力制御が可能になる。この方法としては、排気ファンを使用して差圧を発生させることにより給鉱ベルトへの鉱石吹上げを阻止することができる。加えて、熱風押込みファンにより乾燥能力を上げ、これにより粉砕能力も上げることができる(請求項１)。
（２）また、先願で提案されたバイパスガスクーラーで回収した余剰熱を熱風として利用することにより、製錬所全体での使用熱エネルギーが少なくなる（請求項３）。
（３）集塵機の損傷を予防し、バグフィルターの集塵クロスを保護することができる（請求項４）。
以下、本出願人の製錬所における操業例を実施例及び比較例として説明する。

本出願人の製錬所で珪酸鉱の粉砕に使用されているボールミルは直径3.6m、長さ10.5mであり、ボール量は65ｔ（21,700個）である。回転速度は16rpmで一定である。
使用したボールミルの給鉱側の縦断面図を図４に示す。
ボールミル１のミルポット内にはボール２と珪酸鉱粒３が混合されており、回転軸X−Xの周りにミルポットが回転すると珪酸鉱粒３は粉砕される。ミルポット１の回転軸X-Xと交差する面１aには円形開口部１ｂが形成されており、この開口部１ｂから鉱石シュート４により珪酸鉱粒３が投入される。一方、ボールミル１は図面で右下がりに傾斜しているか、あるいは内壁にガイド山がスパイラル状に形成されているので、回転に伴って内容物は右方向に移動せしめられる。

筒体５が開口部１ｂに対して、ボールミル１の回転を可能にするように装着されており、またこれらの間隙からガスが漏れないように排出側に吸気ファンを設けて、ミルポット内を負圧に保つなどのシール手段が採用されている。本発明が特徴とする熱風は矢印で示すように筒体５からミルポット内に送られる。
図６には半円形状案内部４aと蓋４bからなる鉱石シュート４を示している。図７に示す、筒体５の左正面図に示すように押込みファン6a,６bを筒体に配設して、熱風を押し込み送風する。
操業実績を表１に示す。

表１における比較例は熱風を使用しない従来の操業法による１日の操業実績である。
実施例１及び２はそれぞれ熱風を表に示す条件で吹込んだ操業を１日行ったときの操業実績である。これらの操業実績では、粉砕鉱水分はほとんど同じであるが、給鉱量に関し、実施例は1.4〜10t/h比較例より多くなり、粉砕速度が高くなっていることが分かる。

以上説明したように、本発明によると銅製錬に溶剤として使用する珪酸鉱のボールミル粉砕において、珪酸鉱の水分含有量が高い場合でも粉砕効率を高くすることができる。

本発明に係る方法を説明する模式図である。 本出願人の精錬所における硫酸転化系統図である。 図３を改良した系統図である。 本発明に係る方法を実施するボールミルの部分断面図である。 鉱石投入シュートの断面図である。 図４に示された筒体の左正面図である。

符号の説明

１ ボールミル
４ 鉱石投入シュート
５ 筒体

Claims (4)

1. 横型ボールミルの回転軸と交差する何れかのポット壁面に形成された開口部からボールミルポットの内部に珪酸鉱を給鉱し、反対側の開口部から粉砕された珪酸鉱を排出する銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法において、前記ボールミルポットの回転を可能にするように、前記開口部に装着された筒体に、前記珪酸鉱を給鉱するシュートを、その先端がミルポット内部に面するように、突入させるとともに、ミルポットの回転中に、前記開口部の何れかを通して前記ボールミルポット内部に、前記筒体に設けられた押込みファンによりボールミル内に熱風を圧送することにより、前記珪酸鉱の乾燥を促進することを特徴とする銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法。
2. 前記ボールミルの粉砕鉱排出側に設けられた吸引ファンによりミルポット内の熱風を吸引することを特徴とする請求項１記載の銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法。
3. 接触式硫酸製造装置の転化器によりSO₂からSO₃へ転化されたSO₃を、熱交換器を経て吸収塔に導く方法による接触式硫酸の製造方法において、前記熱交換器から前記吸収塔へのガス通路から、バイパスするガス通路に流量制御弁及びSO₃クーラーを並列配置するとともに、該並列配置したSO₃クーラー中のガス温度が160℃以上となるようにガス流量を調節し、このSO₃クーラーにより回収されたガスを前記熱風として使用することを特徴とする請求項１又は２記載の銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法。
4. ボールミルとその排出側に設けられた集塵機との間のガス流路に、空気を送入して排ガスの温度を低下させることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項記載の銅製錬用溶剤のボールミル粉砕方法。