JP5467142B2 - 銅精鉱から直接に粗銅を生産する方法 - Google Patents

Description

本発明は非鉄金属溶解の分野に関し、特に、銅精鉱からに直接に粗銅を生産する方法に関する。

銅高温冶金工業においては、硫化銅精鉱から粗銅が一般に二段階で生産され、その第一段階では、硫化銅精鉱を脱硫及び鉄の除去のために溶解して、高純度な銅マットを得るようにして、次いで第二段階では、銅マットが更に脱硫の転換を受けて、鉄を除去して粗銅を得るようにしている。代表的な方法は、伝統的な槽溶解及び「ＰＳ」転換吹き付け、懸濁溶解及び「ＰＳ」転換吹き付け、改良された槽溶解及び槽吹き付け、空間（局所的）フラッシュ溶解＋フラッシュ転換などを含む。空間溶解においては、硫化銅精鉱の酸化の程度が、酸素／供給比を調整することにより制御されて、粗銅が直接に生産される。例えば、オーストラリアのオリンピック・ダム（Ｏｌｙｍｐｉｃ Ｄａｍ）精練所は、１９８８年に銅精鉱から直接に粗銅を生産する方法を適用した。しかしながら、上述の方法は、高いＣｕ含有量と低いＦｅ含有量（高Ｆｅ及び低Ｃｕ）を有する高純度銅精鉱に適するだけである。例えばＣＮ１０１６６５８７７Ａに記載された方法は、高純度銅マットに対処することができるだけである。幾つかの他の方法では、ＣＮ１０１９０３５４３Ａに記載されたように、銅精鉱から粗銅を直接に生産することができるが、スラグが高い量の銅とＦｅ_３Ｏ_４を包含しており、スラグの放出は困難であり、酸素要求量及びスラグの量が比較的に大きい。反応炉内の材料の鉄含有量を低減して、酸素要求量及びスラグの量を低減するために、ＣＮ１１６７８１９Ｃは、更なる冶金炉を採用して銅精鉱を処理してマットを生産し、このマットが銅精鉱と混合されて、反応炉へ加えられ方法を開示している。しかしながら、この方法は更なる投資と操業経費を必要として、炉スラグで過酸化酸化物（例えばＣｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４）を利用せず、その上、スラグの放出及び直接的な回復率を低くすることが難しく、例えばスラグにおける銅及びＦｅ_３Ｏ_４の高含有量の問題を解決することができない。

上述の二段階方法又は直接方法、及び上述の槽溶解又は空間懸濁溶解において、主な処理は、鉄を除去して硫化して、銅精鉱から粗銅を生産することに関する。銅精鉱における硫黄は酸化されてＳＯ_２の形態で除去されて、鉄は酸化されて、スラグの形態で除去される。多量の熱が鉄の酸化とスラグ化処理との両方の間に放出されるので、反応炉内の銅精鉱における鉄の完全な除去は、酸素の消費を増やして、生産コストを増大する。過度の熱は熱平衡を保つことを困難にすることがあり、反応炉は巨大な熱負荷に耐えることもできない。更に、鉄が異なる原子価を持つので、それは反応炉内の強酸化雰囲気の下でＦｅ_３Ｏ_４を形成するために過度に酸化し易くなる傾向にあり、スラグ内の多量の銅とスラグの乏しい流動性をもたらす。ＣＮ１４５６８６７ＡはＦｅ_３Ｏ_４へのスラグの溶解能力を強化するためにカルシウム系材料を用いた方法を開示しているが、この方法はスラグにおける銅の量を減らすことができない上に、他の問題、例えば、銅精鉱内の脈石（ＳｉＯ_２）を利用することができないこと、スラグ化ための経費の増大、炉の内張に対するスラグの腐食などに直面する。

本発明は銅精鉱から直接に粗銅を生産する方法を提供し、これは高Ｆｅ及び低Ｃｕを有する低純度銅精鉱を処理でき、従来技術における上述の問題の少なくとも一つを解決することができ、例えば反応炉における酸素要求量、熱負荷及びスラグの量を低減することができ、炉スラグの特性を改善する。

一つの観点においては、銅精鉱から直接に粗銅を生産する方法が提供され、これは以下のステップを含む。即ち、
ａ)銅精鉱、銅マット、スラッギング材料、酸素富化空気、吸熱材料を反応炉の上部部分から一緒に反応炉へ供給し、
b)反応炉の下部にて反応炉へ還元剤を供給し、炉ガス、固体相の高温コーク層、液相のスラグ層、及び液相の粗銅層を反応炉の底部における溶解槽にて形成し、
c)液相の高温コーク及びスラグを電気炉へ導き、同時に、硫化剤を電気炉へ供給して反応を実行させて、電気炉スラグと銅マットを生成し、
d)銅マットを粒状にして、反応炉の上部からそれを反応炉へ再供給する。

好ましくは、ステップａ）で供給された銅精鉱の銅マット、スラッギング材料に対する質量比は、７〜９：１から２：１であり、酸素富化空気の量は、銅精鉱及び銅マットに関して３００Ｎｍ^３／ｔ〜７００Ｎｍ^３／ｔであり、酸素富化空気における酸素の体積における濃度は≧４５％である。

好ましくは、反応炉は、空間懸濁反応炉である。

好ましくは、吸熱性材料は煤塵であり、これは反応炉から放出された炉ガスから集められる。

好ましくは、ステップｂ）における還元剤は、２ｍｍ〜２５ｍｍの粒径を有する粒状コークである。

好ましくは、ステップｂ）で形成される粗銅は、精製を経るためにアノード精製炉へ導かれる。

好ましくは、ステップｃ）における硫化剤は４重量％乃至１０重量％の含水量を有する硫化物銅精鉱であり、その硫化物銅精鉱の液相におけるスラグに対する質量比は４〜６：1である。

好ましくは、ステップｃ）における電気炉スラグは、粒状化の後に他の工業原料として使用することができる。

好ましくは、酸素富化空気は、反応炉で発生するＣＯを燃焼させるために、反応炉の取り込みシャフトへ導かれる。

本発明は銅精鉱から直接に粗銅を生産する方法を提供し、これは反応炉の無酸素下部区画へ還元剤を加えることを含む。還元剤は燃焼することができないので、反応炉の熱負荷を増大させず、過酸化Ｃｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４は反応炉内で低減され、これは銅の直接的な回復率を改善して、スラグにおけるＣｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４の量を減少させて、スラグの特性を改善する。より有利なことに、スラグに包含されるＣｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４の量は、高温コーク層の厚さを調節することにより制御することができる。スラグ及び高温コークは電気炉へ導かれ、硫化剤、好ましくは硫化銅精鉱の添加との組み合わせで、電気炉内の銅精鉱からＦｅの一部を除去して、高い銅と低い鉄を有する銅マットを得るようにする。銅マットは反応炉へ返されて、反応炉内でＦｅの量が低減されることにより、反応炉内の酸素要求量、反応の熱生成、及びスラグの量を減らして、空間炉の炉ガス量及び熱負荷を低減するので、高Ｆｅと低Ｃｕを有する低純度銅精鉱を処理することができる。

図１は本発明の実施例により粗銅を抽出する方法の概略的なグラフである。

更に本発明を理解するために、本発明の好ましい実施例は、以下の例示と共に詳細に説明される。しかしながら、これらの説明は本発明の特徴と利点を更に例示するためのみであり、本発明を制限するものではないことを理解されたい。

本発明は銅精鉱から直接に粗銅を生産する方法を提供し、そのステップは図１により示される。図１は、本発明の実施例によって粗銅を抽出する方法の概略的なグラフである。

ａ）本発明の反応炉は、空間懸濁炉１を採用する。銅精鉱、銅マット、スラッギング材料、酸素富化空気、吸熱性材料は、空間懸濁炉１の上部から渦ノズルを通じて空間懸濁炉１へ一緒に加えられる。銅精鉱及び銅マット、スラッギング材料及び吸熱性材料の質量比は、７〜９：１〜２：１である。スラッギング材料は、当該技術では公知であり、例えばＳｉＯ_２である。酸素富化空気の量は銅精鉱及び銅マットに関して３００Ｎｍ^３／ｔ〜７００Ｎｍ^３／ｔであり、酸素富化空気における酸素の体積の濃度は４５％未満である。吸熱性材料は、空間懸濁炉1から放出される炉ガスから集められた塵とすることができる。

空間懸濁反応炉において、銅精鉱からの粗銅の生産の間、Ｃｕ_２Ｓから粗銅への直接的な酸化は少ない割合（１０重量％未満）の粗銅を実際に生み出し、粗銅は主に、過酸化Ｃｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４と過小酸化Ｃｕ_２Ｓとの相互反応によって生産されるので、過酸化材料と過小酸化材料との衝突及び結合可能性を強化することは重要である。酸素富化空気内の酸素は、空間懸濁炉の上部区画空間１１における銅精鉱内の硫黄及び鉄と反応して酸素を消尽し、粗銅の一部、過酸化酸化物、及び過小酸化酸化物を生成する。空間懸濁反応炉の連続した中央区間空間１２では、過酸化酸化物と過小酸化酸化物は、衝突、重合及び内部反応を受けて、過小酸化酸化物から硫黄を除去し、その一方で、大部分の粗銅を生産する。

ｂ）ステップａ）の後、未だ大量のＣｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４が存在する。より詳しくは、一般に、スラグ内のＣｕ_２Ｏは２０重量％以上であり、Ｆｅ_３Ｏ_４は３０重量％以上である。これらの二つの物質の悪影響を除くために、本発明は粒状の還元剤を空間懸濁反応炉の下部区画空間１３に導入することを提案し、その還元剤は好ましくは粒状コークであり、２ｍｍ〜２５ｍｍの粒径を有する。コークは、空間懸濁反応炉の下部区画空間１３へ単純な供給チューブ又はランセット（ｌａｎｃｅ）によって添加することができる。下部区画空間１３内では、上部から加えられた酸素富化空気の酸素が消尽するので、炉へ添加された粒状コーク還元剤は燃焼することができず、反応炉の熱負荷を低減するが、それ自体を加熱するように熱を吸収して、特定の冷却効果をもたらす。熱を吸収した後に、コーク自体の温度は増加する。コークは、その大きな粒径に起因して空気には同伴しないが、空間懸濁反応炉１の下部における溶解槽１４へ沈殿する。その比較的に小さな比重のために、固体相における灼熱コーク層２１は、溶解槽１４の上層に形成される。Ｃｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４が高温コーク層２１を通じて落ちるとき、Ｃｕ_２ＯはＣにより減少されて粗銅になり、Ｆｅ_３Ｏ_４はＣにより減少されてＦｅＯになり、これはスラグ特性を改善するのみならず、粗銅の直接的な回復率も改善する。最終的に、別々の相が溶解槽に形成され、即ちＳＯ_２含有炉ガス、固体相における高温コーク層２１、液相におけるスラグ層２２、及び液相における粗銅層２３である。液体粗銅は、銅精鉱及び銅マットにおけるＣｕ_２Ｓの直接酸化、Ｃｕ_２Ｓと過酸化酸化物との相互作用、及び過酸化Ｃｕ_２Ｏの灼熱コークによる低減により獲得される。

空間懸濁反応炉1で発生したＳＯ_２含有ガスは、取り込みシャフト１５を通じて排出されて、冷却及び塵除去の後に酸を生産するためにプラントへ導入することができる。特定量のＣＯは反応中に形成されて炉ガスにおいて混合され、反応炉から放出された炉ガスにＣＯが含有されないことを保証し、且つ後続の酸生産システムへの悪影響を避けるために、酸素富化空気を取り込みシャフト１５へ供給してＣＯ燃焼を可能にして、取り込みシャフトの出口における付着を解消することが好ましい。

底部における液体粗銅は桶を通じてアノード精製炉へ供給して、粗銅精製を行うことができる。

ｃ）液体スラグと、灼熱コークの一部とは、桶３を通じて電気炉４へ導入することができる。硫化剤、例えば低銅による硫化銅精鉱は、同時に電気炉４へ添加される。硫化剤は空間懸濁反応炉１へ加えられた銅精鉱とすることができるが、乾燥を伴わず、即ち含水量で４重量％〜１０重量％である。硫化銅精鉱の液体スラグに対する質量比は４〜６：１とすることができる。スラグに包含されるＣｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４は銅精鉱内でＦｅＳと内部反応して、Ｃｕ_２Ｓ及びＦｅＯを生成する。生成されたＦｅＳはスラグに包含されるＳｉＯ_２によりスラグ化され、且つ生成されたＣｕ_２Ｓは銅精鉱内で硫化銅と結合されて、電気炉４内に沈殿して別々の相を形成し、即ち、低銅による上部電気炉スラグ４１と高銅による底部銅マット４２である。

この処理では、スラグ内に運び込まれる銅合成物はＣｕ_２ＯからＣｕ_２Ｓへ転換されて、最終的に銅マット４２を形成し、スラグ内へ運び込まれる鉄合成物は、高溶融点を有するＦｅ_３Ｏ_４から低溶融点を有するＦｅＯへ転換され、ＦｅＯは、スラグ内に運び込まれたＳｉＯ_２と一緒に更にスラグ化されて、低溶融点を有する２ＦｅＯ・ＳｉＯ_２を形成し、これはスラグの特性を変化させ、粘性を減少させて、銅マット４２及び電気炉スラグ４１の沈殿及び分離を促進する。更に、スラグ化反応は、電気炉４内の反応に熱エネルギーを供給するのみならず、炉４のエネルギー消費を減らすが、空間懸濁反応炉１内で発生した反応熱も転移させて、空間懸濁反応炉１の熱負荷を更に低減させる。上述の処理は、炉スラグ４１内の銅を０．４重量％まで低下させて、銅精鉱内の鉄の一部も除去する。

ｄ）ミル５による粒状化及び細挽きの後に、銅マット４２は、空間懸濁反応炉１の上部から原料として、空間懸濁反応炉１内に帰流する。銅精鉱における鉄は電気炉４で除去されているので、空間懸濁反応炉１への銅精鉱の特性は大いに改善され、即ち高Ｆｅ及び低Ｃｕを有する銅精鉱は、高Ｃｕ及び低Ｆｅを有する銅精鉱に変えられている。空間懸濁反応炉１への銅精鉱における鉄を減少は、銅濃縮反応の酸素要求量及び炉ガスの減少を引き起こし、反応熱及びスラグを低減させ、高ｅ及びＳ並びに低Ｃｕを有する銅精鉱からの粗銅の直接生産における重要な問題、例えば大規模な投資、低い生産性と過度の熱負荷を解決する。

電気炉スラグ４１は、粒状化処理を用いた粒状化の後に、他の工業原料のために使用することができる。粒状化処理は、従来の水粒状化処理、改善された原子化処理及び乾燥粒状化処理、好ましくは乾燥粒状化処理を指す。ミル５は、乾燥機能を有するミルであり、例えば、レイモンド（Ｒａｙｍｏｎｄ）ミルである。

更に、実際には、銅精鉱の成分が一定というわけではなく、主要成分Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓの含有量は通常変化する。本発明の方法によれば、灼熱コーク層２１の厚さは、空間懸濁反応炉への粒状コークの給送速度を制御することにより調節することができる。次に、灼熱コーク層２１の厚さの調節によって、空間懸濁反応炉におけるＣｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４の転換率を制御することができ、即ち、本発明の空間懸濁反応炉の直接回復率及びスラグに包含されたＣｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４の量を制御することができる。スラグに包含されたＣｕ_２Ｏ及びＦｅ_３Ｏ_４の量は電気炉４内で処理されるべき銅精鉱の量を決定し、ひいては電気炉４内で除去されるべき銅精鉱内の鉄の量を決定する。本発明においては、空間懸濁反応炉へのＦｅは低減される。本発明の好ましい実施形態によれば、銅精鉱内のＦｅは、空間懸濁炉１と電気炉４との両方において除去されるので、空間懸濁反応炉１へ供給された材料は銅精鉱及び銅マットであり、従って、従来技術における高Ｆｅ及び低Ｃｕを有する銅精鉱からの粗銅直接生産の重要な問題が解決される。

例
空間反応炉へ供給された材料は総計２８４ｔ／ｈであり、各々は以下の通りである。即ち、銅精鉱１７８ｔ／ｈ、電気炉銅マット４８．４ｔ／ｈ、スラッギング材料（ＳｉＯ_２）２９．８ｔ／ｈ、及び吸熱性材料（煤塵）２７．８ｔ／ｈである。

銅精鉱含有物：銅（Ｃｕ）２７．０９％、鉄（Ｆｅ）２５．０２％、硫黄（Ｓ）３０．２５％、酸素富化空気：１２０３３９Ｎｍ^３／ｈ（酸素濃度４８．２８％）。空間反応炉へ供給された銅マットは実際には鉄の除去の後の銅精鉱からの材料であるので、銅精鉱の実際に処理された量は２１０ｔ／ｈよりも多い。

本発明により与えられた銅精鉱から直接に粗銅を生産するための方法を詳細に上述した。特定の例が本明細書に用いられて、本発明の原理及び好ましい実施形態を図示した。上述の例の説明は本発明の方法及び主要な概念の理解を容易にするためのみに用いられている。当業者には、様々な変形例及び変更例を、本発明の要旨から逸脱すること無く、本発明に対してなすことができ、そのような変形例及び変更例も請求項に記載されたように本発明により主張された目的の範囲内にあることに留意されたい。

１ 空間懸濁炉
３ 桶
４ 電気炉
５ ミル
１１ 上部区画空間
１２ 中央区間空間
１３ 下部区画空間
１４ 溶解槽
１５ 空気取り込みシャフト
２１ 灼熱コーク層
２２ スラグ層
２３ 粗銅層
４１ 電気炉スラグ
４２ 銅マット

Claims (9)

1. 銅精鉱から直接に粗銅を生産する方法であって、
   ａ）銅精鉱、銅マット、スラッギング材料、酸素富化空気、及び吸熱性材料を一緒に反応炉の上部区画において前記反応炉へ供給するステップと、
   ｂ）前記反応炉の下部区画において還元剤を前記反応炉へ供給し、ここで炉ガス、固体相の高温コーク層、液体相のスラグ層、及び液相の粗銅層が前記反応炉の底部における溶解槽に形成されるステップと、
   ｃ）高温コーク及び液相のスラグを電気炉へ導きながら、硫化剤を前記電気炉へ供給して、前記電気炉内で電気炉スラグ及び銅マットを生産するようにするステップと、
   ｄ)銅マットを粒状にして、これを前記反応炉の上部区画において前記反応炉へ再供給するステップと、を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１の方法において、ステップａ）で加えられた銅精鉱の銅マット、スラッギング材料及び吸熱性材料に対する質量比が７〜９：１乃至２：１の範囲であり、酸素富化空気の量が銅精鉱及び銅マットに関して３００Ｎｍ^３／ｔ〜７００Ｎｍ^３／ｔであり、及び酸素富化空気の酸素の体積の濃度は≧４５％であることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２の方法において、前記反応炉が空間懸濁反応炉であることを特徴とする方法。
4. 請求項１又は２の方法において、前記吸熱性材料が前記反応炉から放出される炉ガスから集められる煤塵であることを特徴とする方法。
5. 請求項１又は２の方法において、ステップｂ）における還元剤が２ｍｍ〜２５ｍｍの粒径を有する粒状コークであることを特徴とする方法。
6. 請求項１又は２の方法において、ステップｂ）から得られる粗銅がアノード精製炉へ導かれて精製処理を受けることを特徴とする方法。
7. 請求項１又は２の方法において、ステップｃ）における硫化剤が、４重量％乃至１０重量％の含水量を有する硫化物銅精鉱であり、その硫化物銅精鉱の液相におけるスラグに対する質量比は４〜６：1であることを特徴とする方法。
8. 請求項１又は２の方法において、ステップｃ）における電気炉スラグは、粒状化の後に他の工業原料として使用されることを特徴とする方法。
9. 請求項１又は２の方法において、酸素富化空気は、前記反応炉で発生するＣＯを燃焼させるために、前記反応炉の取り込みシャフトへ導かれることを特徴とする方法。

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