JP4949342B2

JP4949342B2 - 銅の製錬方法

Info

Publication number: JP4949342B2
Application number: JP2008227127A
Authority: JP
Inventors: 研太中門; 真濱本; 聖一渡邊
Original assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Current assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: CL2009001730A1; CN101665878A; US7918917B2; CN101665878B; US20100050811A1; JP2010059500A

Description

本発明は、銅の製錬方法に関する。

ＰＳ転炉を使用しない銅の製錬方法として、フラッシュコンバータ炉を用いる方法（例えば、非特許文献１参照）、ＭＩ連続製銅法（例えば、特許文献１参照）等があげられる。

フラッシュコンバータ炉を用いる方法においては、調合および乾燥した銅精鉱を自溶炉に装入して銅マットおよびスラグに溶解・分離し、得られたマットを一旦冷却した後に粉砕してフラッシュコンバータに装入し、マットの酸化によりブリスタとカルシウムフェライトスラグとに分離し、精製炉においてブリスタを酸化・還元することによって、アノード鋳造が行われる。

ＭＩ連続製銅法においては、調合および乾燥した銅精鉱をＳ炉に装入して銅マットおよびスラグに溶解・分離し、得られたマットをＣ炉に装入し、マットの酸化によってブリスタとカルシウムフェライトスラグとに分離し、ブリスタを精製炉にて酸化・還元することによって、アノード鋳造が行われる。

自溶炉またはＳ炉で生じたスラグを錬かん炉またはＣＬ炉に滞留させることによってマットが回収分離され、分離されたマットはフラッシュコンバータ炉またはＣ炉に装入される。スラグは水砕後に販売される。また、フラッシュコンバータ炉またはＣ炉で生じたカルシウムフェライトスラグは、水砕後に自溶炉またはＳ炉およびＣ炉へと繰り返される。

特許第３８３８１０５号広報 I.V.Kojo, M. Lahtinen, "Outokumpu blister smelting processes, clean technology standards":Cu2007, The proceedings of the Carlos Diaz symposium on Pyrometallurgy, Vol.3, Book 2,(Toronto, Canada, 2007), pp183-190.

ところで、フラッシュコンバータ炉またはＣ炉で生じるカルシウムフェライトスラグは、約２０％の銅を含んでいる。このカルシウムフェライトスラグの銅品位を低減させることができれば、鉄鋼原料として用いることができる。

しかしながら、このカルシウムフェライトスラグは、シリケートスラグと比較して高い電気伝導度を有している。それにより、カルシウムフェライトスラグは、電気抵抗による加熱を利用した従来型の電気炉では、シリケートスラグに比較して溶融状態で安定的に保持することが困難であると考えられていた。したがって、カルシウムフェライトスラグは、水砕後に自溶炉またはＳ炉およびＣ炉へと繰り返されていた。

本発明は、溶錬炉で生じるカルシウムフェライトスラグを繰り返さなくても該カルシウムフェライトスラグから粗銅を得ることができる銅の製錬方法を提供することを目的とする。

本発明に係る銅の製錬方法は、銅マットを溶錬炉に装入し、酸化によって銅マットからブリスタおよびカルシウムフェライトスラグを生成する生成工程と、ブリスタとカルシウムフェライトスラグとを分離する分離工程と、分離工程後において、抵抗加熱式電気炉において電極からカルシウムフェライトスラグに電力を供給することによってカルシウムフェライトスラグを加熱し、１２５０℃〜１３５０℃の温度条件下かつ酸素分圧ｌｏｇＰＯ_２≦−９．３の還元雰囲気下でカルシウムフェライトスラグからブリスタを精製する精製工程と、を含むことを特徴とするものである。本発明に係る銅の製錬方法においては、溶錬炉で生じるカルシウムフェライトスラグを繰り返さなくても該カルシウムフェライトスラグから粗銅を得ることができる。

電気炉の精製工程において、還元度の調整により、カルシウムフェライトスラグの銅品位を０．８重量％以下まで低減させることができる。この場合、得られたカルシウムフェライトスラグを鉄鋼原料として使用することができる。

電気炉の精製工程において、還元度の調整により、カルシウムフェライトスラグ中の鉄品位を５５重量％以上に上昇させてもよい。この場合、得られたカルシウムフェライトスラグを鉄鋼原料として使用することができる。

溶錬炉に装入される銅マットの銅品位は、６５重量％〜７５重量％であってもよい。溶錬炉の生成工程において、銅品位が１０重量％〜２５重量％、酸化カルシウム含有量が１０重量％〜２０重量％のカルシウムフェライトスラグを生成してもよい。

電気炉は、抵抗加熱式電気炉であってもよい。抵抗加熱式電気炉においてはスラグに所定の固有抵抗が必要であるが、還元によってカルシウムフェライトスラグに所定の固有抵抗が得られる。したがって、カルシウムフェライトスラグの還元用に、シリケートスラグ用の電気炉を転用することができる。

電気炉の精製工程において、電気炉への還元剤の添加によってカルシウムフェライトスラグを還元してもよい。還元剤は、コークス、鉄粒および銑鉄粒の少なくともいずれかを含んでいてもよい。

溶錬炉は、フラッシュコンバータ炉または連続製銅炉であってもよい。この場合、既存の溶錬炉を用いることができる。それにより、コストを抑制することができる。

自溶炉の錬かん炉を電気炉として使用してもよい。この場合、既存の錬かん炉を用いることができる。それにより、コストを抑制することができる。

本発明によれば、カルシウムフェライトスラグの銅品位を低減させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

（実施の形態）
図１は、スラグ処理方法の一実施形態を説明するための模式図である。まず、図１（ａ）に示すように、フラッシュコンバータ炉１００に、銅マット１０を導入するとともにエアまたは酸素富化空気を吹き込む。銅マット１０は、酸化カルシウムを溶剤として含有するマットである。銅マット１０の銅品位は、特に限定されるものではないが、好ましくは６５重量％〜７５重量％程度である。銅品位が７５重量％を超えると銅マット中の鉄濃度が低くなって充分な反応熱が得られずスラグを生成できなくなるためであり、銅品位が６５重量％より少ないとスラグ量が多くなり経済的に適さないためである。６５重量％〜７５重量％の範囲においては、フラッシュコンバータ炉およびＭＩ炉の熱バランスの効率がよい範囲であるといえる。

図１（ｂ）に示すように、銅マット１０の溶融酸化によって、カルシウムフェライト（ＦｅＯ_ｘ−ＣａＯ）スラグ２０とブリスタ３０とが分離生成される。カルシウムフェライトスラグ２０の銅品位は、特に限定されるものではないが、好ましくは１０重量％〜２５重量％程度である。スラグ中銅品位が２５重量％を超えると、スラグの体積が増え繰返し量が多くなり経済的に適さないためであり、１０重量％より低いと、適切なスラグの溶融範囲が得られず操業に適さないためである。

カルシウムフェライトスラグ２０の酸化カルシウム含有量は、特に限定されるものではないが、好ましくは１０重量％〜２０重量％程度である。この範囲においては比較的良好なスラグの溶融範囲として適切な炉操業を維持できるからである。ブリスタ３０の銅品位は、特に限定されるものではないが、好ましくは９８重量％以上である。次ぎの精製炉でのスラグ発生量が増え、その処理が困難になるためである。なお、カルシウムフェライトスラグ２０の成分およびブリスタ３０の銅品位は、フラッシュコンバータ炉１００内に吹き込む酸素量とマット量の比率等によって調整することができる。

次に、図１（ｃ）に示すように、ブリスタ３０を精製炉２００に導入するとともに、カルシウムフェライトスラグ２０を電気炉３００に導入する。電気炉３００として、例えば抵抗加熱式の電気炉を用いることができる。次に、電極からカルシウムフェライトスラグ２０に電力を供給することによってカルシウムフェライトスラグ２０を加熱するとともに、電気炉３００内の還元度を調整する。本実施形態においては、１２５０℃〜１３５０℃の温度条件下で電気炉内の酸素分圧ｌｏｇＰＯ_２を−９．３以下に調整することによって、上記カルシウムフェライトスラグ２０からブリスタを精製する。例えば、内径９ｍ、電極間距離３．４ｍの電気炉を使用した場合、タップ電圧９０Ｖ〜１１０Ｖをカルシウムフェライトスラグ２０に４時間〜５時間程度印加する。また、電気炉３００へのエア供給量、コークス、鉄粒、銑鉄粒等の添加等によって、電気炉３００内の還元度を調整することができる。

ここで、カルシウムフェライトスラグの固有抵抗は比較的低いため、タップ電圧を上げると電極浸漬深さが少なくなって熔体の保持が困難になる。そこで、実用的な電圧範囲の中でタップ電圧を９０Ｖ程度に設定することによって、電極浸漬深さを最も稼ぐことができる。したがって、タップ電圧は、９０Ｖ程度であることが好ましい。

カルシウムフェライトスラグ２０の還元によって、銅分が沈降して分離する。それにより、図１（ｄ）に示すように、カルシウムフェライトスラグ２０からブリスタ４０が精製されてスラグ５０が生成される。なお、カルシウムフェライトスラグ２０の還元によって、スラグ５０の不純物（例えば、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｎｉ，Ｐｂ等）が低減される。また、ブリスタ４０の鉛含有量を増大させることができる。

次いで、図１（ｅ）に示すように、ブリスタ４０を精製炉２００に導入する。次に、精製炉２００において、ブリスタ３０およびブリスタ４０から粗銅を精製する。以上の工程により、銅マット１０から粗銅を得ることができる。なお、粗銅を電解精製する際に粗銅中のＢｉを共沈させるために、精製炉でＰｂを添加することが好ましいが、ブリスタ４０の鉛含有量が多いことから、精製炉２００における鉛添加を不要とすることができる。

本実施形態によれば、還元によってカルシウムフェライトスラグの銅品位を低減させることができる。ここで、カルシウムフェライトスラグの固有抵抗は比較的低いことから、抵抗加熱式電気炉を用いた場合にはカルシウムフェライトスラグを加熱溶融させにくいと考えられる。しかしながら、本実施形態のように還元によってカルシウムフェライトスラグの銅品位が低下することによって、電気伝導度も低下すると考えられる。したがって、電気炉内においてはカルシウムフェライトスラグの固有抵抗が増大すると考えられる。以上のことから、抵抗加熱式電気炉を用いてカルシウムフェライトスラグの銅品位を低下させることができる。

また、還元度の調整によって、カルシウムフェライトスラグの銅品位を所望の値まで低減させることができる。例えば、銅品位を０．８重量％以下に低減させることによって、カルシウムフェライトスラグを鉄鋼原料として用いることができる。また、還元度の調整によって、カルシウムフェライトスラグの鉄品位を５５重量％以上に上昇させることができる。それにより、カルシウムフェライトスラグの鉄鋼原料としての品質を向上させることができる。

また、自溶炉を本実施形態に係るフラッシュコンバータ炉１００として用いれば、自溶炉に付随するシリケート（ＦｅＯ_ｘ−ＳｉＯ_２）スラグ用の錬かん炉を本実施形態に係る電気炉３００として用いることができる。したがって、新たな設備を設けることなく、本実施形態に係るスラグ処理方法を実施することができる。

なお、本実施形態においては溶錬炉としてフラッシュコンバータを用いたが、それに限られない。ＭＩ連続製銅炉を溶錬炉として用いてもよい。本実施形態においては、図１（ａ）および図１（ｂ）の工程が生成工程に相当し、図１（ｄ）の工程が還元工程に相当する。

以下、上記実施形態に係るスラグ処理方法に従って、粗銅を得た。

（実施例１）
実施例１においては、電気炉に還元剤としてコークスを添加してカルシウムフェライトスラグを溶解した。電気炉に導入する前のカルシウムフェライトスラグの組成比を表１に示す。また、電気炉内の温度を１３４３℃とした。電気炉内の酸素分圧ｌｏｇＰＯ_２を−９．３５とし、還元雰囲気下とした。実験に使用した電気炉の内径は６６０ｍｍであり、電極には黒鉛を用い、電極間距離を２００ｍｍとした。また、タップ電圧を４０Ｖとし、保持時間を４時間とした。

（分析）
電気炉における溶解後のカルシウムフェライトスラグの組成を分析した。その結果を表１に示す。また、電気炉における溶解後のブリスタの組成を分析した。その結果を、酸素分圧とともに表２に示す。表２の酸素分圧に示すように、実施例１において、電気炉内が還元雰囲気になったことが確認された。

表１に示すように、実施例１において、カルシウムフェライトスラグの銅品位が低下した。したがって、還元によってカルシウムフェライトスラグの銅品位が低下することが確認された。また、酸素分圧ｌｏｇＰＯ_２を−９．３以下にすることによって、カルシウムフェライトスラグの銅品位を０．８重量％まで低減させることができた。したがって、カルシウムフェライトスラグを溶錬炉に繰り返さなくても該カルシウムフェライトスラグを鉄鋼原料として用いることができることが確認された。

また、表２に示すように、還元によってカルシウムフェライトスラグから粗銅が得られることが確認された。さらに、コークスを添加した場合には、鉛が多く含まれた。したがって、還元度を調整することによって、精製炉における鉛添加を不要とできることが確認された。

スラグ処理方法の一実施形態を説明するための模式図である。

符号の説明

１０銅マット
２０カルシウムフェライトスラグ
３０ブリスタ
４０ブリスタ
５０スラグ
１００フラッシュコンバータ炉
２００精製炉
３００電気炉

Claims

銅マットを溶錬炉に装入し、酸化によって前記銅マットからブリスタおよびカルシウムフェライトスラグを生成する生成工程と、
前記ブリスタと前記カルシウムフェライトスラグとを分離する分離工程と、
前記分離工程後において、抵抗加熱式電気炉において電極から前記カルシウムフェライトスラグに電力を供給することによって前記カルシウムフェライトスラグを加熱し、１２５０℃〜１３５０℃の温度条件下かつ酸素分圧ｌｏｇＰＯ_２≦−９．３の還元雰囲気下で、前記カルシウムフェライトスラグからブリスタを精製する精製工程と、を含むことを特徴とする銅の製錬方法。
前記電気炉の精製工程において、還元度の調整により、前記カルシウムフェライトスラグの銅品位を０．８重量％以下まで低減させることを特徴とする請求項１記載の銅の製錬方法。
前記電気炉の精製工程において、還元度の調整により、前記カルシウムフェライトスラグの鉄品位を５５重量％以上に上昇させることを特徴とする請求項１または２記載の銅の製錬方法。
前記溶錬炉に装入される前記銅マットの銅品位は、６５重量％〜７５重量％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の銅の製錬方法。
前記溶錬炉の生成工程において、銅品位が１０重量％〜２５重量％、酸化カルシウム含有量が１０重量％〜２０重量％のカルシウムフェライトスラグを生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の銅の製錬方法。
前記電気炉の精製工程において、前記電気炉への還元剤の添加によって前記カルシウムフェライトスラグを還元することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の銅の精錬方法。
前記還元剤は、コークス、鉄粒および銑鉄粒の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項６記載の銅の製錬方法。
前記溶錬炉は、フラッシュコンバータ炉または連続製銅炉であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の銅の製錬方法。
自溶炉の錬かん炉を前記電気炉として使用することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の銅の製錬方法。