JP6522558B2 - スラッジ状の原料を処理する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、貴金属を含有し水分含有率が高いスラッジ状の原料を処理する方法に関する。
近年、貴金属の製錬に関しては高品位鉱の枯渇が顕著であり、汎用金属製錬の副産物として生産を行っていることが多い。一方で電子部品屑や廃プリント基板等はその貴金属含有量の高さから都市鉱山と呼ばれている程であり、金属の製錬事業においてリサイクル原料の重要性は高まっている。
汎用金属製錬においてリサイクル原料から有価金属を回収するには乾式製錬工程に導入する方法が最も一般的である。現実に貴金属は汎用金属の副産物として生産されるのであるから、その製錬工程には貴金属回収工程とその設備が併設されている。十分に破砕された原料であるならば熔錬炉に精鉱をともに投入すればよい。また銅塊として取り扱える大きさであれば錬銅炉に投入すると高効率で有価金属を回収することが可能である。
しかしながら貴金属を含有する溶液、例えばメッキ廃液や製錬中間排液等は溶液のままでは熔錬炉に投入できない。そのまま湿式製錬プロセスに組み込むことができれば効率よいが、液の性状が多種にわたる排液に適用することは困難である。
原料精鉱に貴金属含有廃液を混合し、乾燥機で乾燥させた後に熔錬炉に投入する方法が最も簡便である。しかしながら、多量の水分を蒸発させるのは回収できる貴金属の価値に対してエネルギーの損失が大きい。そのためｐｈ調整や各種試薬により貴金属を沈殿させて濃縮して乾式工程に投入できる形態にする（例えば特許文献１）。
乾式製錬法自体は完成度が高い製錬方法であり、投入された貴金属は最終的に９５％以上回収することができる。
スラリーなどの高水分を含有した原料は、単純に乾燥させると固結し、もしくはハンドリング時に凝集し、粒径が２０ｍｍを超える塊が形成される場合がある。このような場合に、再度破砕しなければ熔錬炉での反応及び溶解が不十分となり、有価金属の回収率低下や、さらには原料搬送過程での固着、閉塞のトラブル等を引き起こす可能性がある。
さらに固結塊の表面は乾燥して居るものの、内部に水分が残留しており、熔錬炉へ投入した際には水蒸気が発生して、炉内雰囲気の悪化をもたらすおそれがある。このように、単純に高水分を含有した原料を乾燥するだけでは、熔錬炉に投入できる量は大幅に制限されるおそれがある。
また、精鉱に混合して乾燥しても全体の水分量は改善できるが偏析が生じるおそれがある。ともすれば乾燥に必要なエネルギーが過剰となってしまう。以上のように、上記の原料を処理する方法は、熔錬炉へ投入される製錬原料には適していない。
上記課題を鑑み、本発明は、熔錬炉へ投入される製錬原料に適するようにスラッジ状の原料を処理する方法を提供することを目的とする。
本発明は、貴金属を含有し水分含有率が３０ｍａｓｓ％以上のスラッジ状の原料を処理する方法であって、前記原料と非鉄金属精鉱とを混合して乾燥させて熔錬炉に製錬原料として投入する前に、前記原料を解砕しながら乾燥させることにより、前記原料の水分含有率を１０〜２５ｍａｓｓ％に調整して凝集した前記原料の粒径を１０ｍｍ以下に調整する、スラッジ状の原料を処理する方法である。解砕式乾燥機により、前記原料を粉砕しながら乾燥させてもよい。前記解砕式乾燥機は、１２０〜１５０℃の空気を１１０〜１３０ｍ３／ｈで前記原料に供給してもよい。また、前記原料を解砕しながら乾燥させることにより、前記原料の水分含有率を５ｍａｓｓ％以以下に調整して凝集した前記原料の粒径を１０ｍｍ以下に調整した後、前記原料の水分含有率を１０〜２５ｍａｓｓ％に調整してもよい。水分調整をした前記原料と前記非鉄金属精鉱とを混合して、ロータリーキルンにより、前記原料と前記非鉄金属精鉱とを乾燥させてもよい。
本発明によれば、熔錬炉へ投入される製錬原料に適するようにスラッジ状の原料を処理する方法を提供できる。
図１は、スラッジ状の原料を処理する方法の説明図である。本発明で対象となる、高水分及び貴金属を含有したスラッジ状の原料は、３０ｍａｓｓ％以上の水分を含有する原料である。例えば、メッキ工場の排液の中和沈殿泥、貴金属製錬工場の排液の硫化泥や中和泥である。これらの原料は、フィルタープレス等により力学的に脱水しても４５ｍａｓｓ％以上の水分を含むので、本発明は、これらの場合により有効である。
貴金属は、典型的には金を含むが、パラジウムや銀、白金等の貴金属を含んでもよい。これらの貴金属含有量はおよそ１０〜５００ｍａｓｓｐｐｍであり、一般的な金含有銅精鉱が１〜８０ｍａｓｓｐｐｍであることを考えれば高品質な原料である。但し、本発明で対象となるスラッジ状の原料の貴金属含有量は、１〜８０ｍａｓｓｐｐｍであってもよい。
原料には、そのほかに、銅、鉄、アルミ、ニッケル等の汎用金属成分を含有してもよい。本発明を適用するに当たり特に問題とはならない。
フィルタープレス等により脱水した後のスラッジ状の原料は、粒径Ｄ５０＝１０〜３０μｍの粒子が最大径５０〜２００ｍｍの塊に凝集する。自熔炉７等の熔錬炉に投入するには、乾燥と塊の解砕が必要となる。スラッジ状の原料に多くの水分が含まれていると、炉内での水分蒸発に時間を要し、有価金属を含むマットとその他成分を含むスラグ生成の反応速度の低下を招く可能性がある。これによりスラグへの有価金属ロス増加等の操業異常を発生する。また蒸発した水分が排ガス中に含まれることで、排ガス処理設備の腐食やガス道のダスト閉塞等のトラブルを招くおそれがある。
製錬原料精鉱とこの塊を混合すれば見かけの水分含有量は減るが、偏析が大きい。そのため一般的にはロータリーキルン５で乾燥させるが、この塊が固結して表面のみ乾燥してしまい内部の乾燥は不十分となるおそれがある。
この現象を防止するために、予めスラッジの塊のみを固結しない程度に解砕しながら乾燥させる。具体的には、解砕式乾燥機３により、スラッジ状の原料の水分含有率が１０〜２５ｍａｓｓ％となり、凝集したスラッジの粒径が１０ｍｍ以下となるまで、解砕しながら乾燥させる。ここで、水分量が減りすぎると発塵し多すぎると乾燥が不十分となるが、上記のように水分含有率を１０〜２５ｍａｓｓ％に、より好ましくは、１０〜２０ｍａｓｓ％に調整することにより、発塵を抑制しつつスラッジを乾燥させることができる。また、解砕と乾燥とを同時に行うことができるため、処理の工程数を削減できる。
解砕式乾燥機３での乾燥は熱源を使用し、さらにはキャリアーエアーとして１２０〜１５０℃の空気を１１０〜１３０ｍ３／ｈで原料に供給すれば、およそ６０〜１２０分という比較的短期間で製錬原料として扱える状態となる。熱源としては飽和蒸気、電気ヒーター等が使用されるが装置や処理量の規模に応じて選択することが可能である。
しかしながら、スラッジ状の原料が含有する水分量が大きく異なる場合があり、乾燥状態を規定の範囲内に制御するために、上記の操業条件を頻繁に変更するなどの調整が煩雑となる場合がある。
そこで、一旦、原料の水分量を１〜５ｍａｓｓ％まで乾燥させたのち、水分を加えて１０〜２５ｍａｓｓ％に調整してもよい。具体的には、解砕式乾燥機３の後に加湿機を設置し、通過させることで、いかなる水分を含む原料であっても、容易に１０〜２５ｍａｓｓ％に調整可能である。加湿機は、工業用で、粉体を乾燥できるようなものであればよく、たとえば、ワムジャパン株式会社製のダストフィックス20等があげられる。
解砕式乾燥機は特に制限はないが蒸気式であればランニングコストが低く、詰まりや発火等のトラブルの発生も抑制される。
このように乾燥された原料と、銅精鉱などの、非鉄金属精鉱の一例である製錬原料精鉱とを混合して、ロータリーキルン５により乾燥することで、均質な高貴金属を含有した製錬原料を製造でき、この製錬原料を熔錬炉で処理することが可能となる。一般に熔錬炉、特に銅の乾式製錬における自熔炉７では、原料の水分含有率が１．０ｍａｓｓ％以下になっていることが好ましい。
熔錬炉において、特に銅製錬の自熔炉７では原料精鉱が均質であることは重要である。投入から湯面に達するまでに原料が燃焼−溶解している必要があり、不均一で粒度の大きな原料は貴金属類のスラグロスにつながるおそれがあるからである。
以下に本発明の実施例を示すが、以下の実施例に本発明が限定されることを意図するものではない。
（実施例１）
スラッジ状の原料として、メッキ工場排液中和泥をフィルタープレスしたものを用いた（Ａｕ２００ｇ／ｔ、Ｃｕ２０ｍａｓｓ％、水分量６０ｍａｓｓ％、塊状、最大径２０ｃｍ）。解砕式乾燥機３として、回転伝熱型乾燥機（大和三光製作所製：型式ウェッジスタイルドライヤーＷＳＤ‐０３）を用い、この中和泥を８０ｋｇ/ｈで投入し、１３５℃の空気を２１６Ｎｍ３／ｈで供給しながら回転伝熱翼を１４ｒｐｍで回転させて乾燥させた。乾燥機の容積は０．２２ｍ３、乾燥機の熱源は飽和蒸気（蒸気圧力０．１〜０．１５ＭＰａＧ）であり、伝熱面積は３ｍ２であった。１００分後乾燥を停止し、水分量を測定したところ２０ｍａｓｓ％、粒径（塊の最大径）は８０ｍａｓｓ％以上が１．４ｍｍ以下であった。操作中は発塵やつまりは発生しなかった。その後、この原料を銅製錬硫化精鉱と混合しさらにロータリーキルン５で水分量が１０ｍａｓｓ％以下になるまで乾燥し、自熔炉７に投入し銅の乾式製錬プロセスに乗せて各有価金属を回収した。
スラッジ状の原料として、メッキ工場排液中和泥をフィルタープレスしたものを用いた（Ａｕ２００ｇ／ｔ、Ｃｕ２０ｍａｓｓ％、水分量６０ｍａｓｓ％、塊状、最大径２０ｃｍ）。解砕式乾燥機３として、回転伝熱型乾燥機（大和三光製作所製：型式ウェッジスタイルドライヤーＷＳＤ‐０３）を用い、この中和泥を８０ｋｇ/ｈで投入し、１３５℃の空気を２１６Ｎｍ３／ｈで供給しながら回転伝熱翼を１４ｒｐｍで回転させて乾燥させた。乾燥機の容積は０．２２ｍ３、乾燥機の熱源は飽和蒸気（蒸気圧力０．１〜０．１５ＭＰａＧ）であり、伝熱面積は３ｍ２であった。１００分後乾燥を停止し、水分量を測定したところ２０ｍａｓｓ％、粒径（塊の最大径）は８０ｍａｓｓ％以上が１．４ｍｍ以下であった。操作中は発塵やつまりは発生しなかった。その後、この原料を銅製錬硫化精鉱と混合しさらにロータリーキルン５で水分量が１０ｍａｓｓ％以下になるまで乾燥し、自熔炉７に投入し銅の乾式製錬プロセスに乗せて各有価金属を回収した。
（比較例１）
実施例１と同様なメッキ工場排液中和泥を、回転伝熱型乾燥機で乾燥させることなく銅製錬硫化精鉱と混合して、その後にドライヤーであるロータリーキルンで水分量が９ｍａｓｓ％以下になるまで乾燥した。自熔炉７に投入し銅の乾式製錬プロセスに乗せて各有価金属を回収した。
実施例１と同様なメッキ工場排液中和泥を、回転伝熱型乾燥機で乾燥させることなく銅製錬硫化精鉱と混合して、その後にドライヤーであるロータリーキルンで水分量が９ｍａｓｓ％以下になるまで乾燥した。自熔炉７に投入し銅の乾式製錬プロセスに乗せて各有価金属を回収した。
実施例１でと比較例１の結果を表１に示す。実施例１では比較例１と比較して、貴金属原料の処理量が増え、ドライヤーであるロータリーキルンの重油の使用量も低下している。また、実施例１では比較例１と比較して、銅のスラグロスが０．０３％程度改善されているため、貴金属についても同様に０．０３％程度改善されているものと考えられる。
また比較例１においては水分量が１０ｍａｓｓ％以下としたため発塵が見られた。発塵により作業環境は悪化するので、同様の操作で作業を継続するには集塵装置を設置することが望まれる。
（比較例２）
実施例１と同様なメッキ工場の排液中和泥（別ロット、水分率５６ｍａｓｓ％）を用いてスチームチューブドライヤー（多管式間接加熱回転乾燥機、ケーシング・チューブ同時回転式）を用いて乾燥させた。乾燥機の容積は０．７９ｍ３、熱源は蒸気圧０．５ＭＰａＧで伝熱面積７．５ｍ２であった。原料の投入速度は１２５ｋｇ／ｈとした。乾燥の結果、固結が見られ塊の最大径は２０〜４０ｍｍであった。処置後の水分量も４０〜４５ｍａｓｓ％で乾燥は不十分であった。
実施例１と同様なメッキ工場の排液中和泥（別ロット、水分率５６ｍａｓｓ％）を用いてスチームチューブドライヤー（多管式間接加熱回転乾燥機、ケーシング・チューブ同時回転式）を用いて乾燥させた。乾燥機の容積は０．７９ｍ３、熱源は蒸気圧０．５ＭＰａＧで伝熱面積７．５ｍ２であった。原料の投入速度は１２５ｋｇ／ｈとした。乾燥の結果、固結が見られ塊の最大径は２０〜４０ｍｍであった。処置後の水分量も４０〜４５ｍａｓｓ％で乾燥は不十分であった。
以上の結果から、貴金属を含有し水分含有率が３０ｍａｓｓ％以上のスラッジ状の原料を回転伝熱型乾燥機で解砕しながら乾燥させて、原料の水分含有率を１５〜２５ｍａｓｓ％に調整して凝集した原料の粒径を１０ｍｍ以下に調整し、その後に原料と非鉄金属精鉱と混合した後にロータリーキルン５で乾燥することにより、熔錬工程に投入して有価物が効果的に回収できる。
実施例１と同様なメッキ工場の排液中和泥（別ロット、水分率５６ｍａｓｓ％）を用いて実施例1にて用いた回転伝熱型乾燥機を用い、水分量が、５ｍａｓｓ％以下になるまで、乾燥させた。なお、粒径（塊の最大径）は８０ｍａｓｓ％以上が１．４ｍｍ以下であった。その後、加湿機（ワムジャパン株式会社製ダストフィックス20）を用いて水分量を１０〜２５ｍａｓｓ％になるように調整し、銅製錬硫化精鉱と混合しさらにロータリーキルン５で水分量が１０ｍａｓｓ％以下になるまで乾燥し、自熔炉７に投入し銅の乾式製錬プロセスに乗せて各有価金属を回収した。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
３ 解砕式乾燥機
５ ロータリーキルン
７ 自熔炉
５ ロータリーキルン
７ 自熔炉
Claims (5)
- 貴金属を含有し水分含有率が３０ｍａｓｓ％以上のスラッジ状の原料を処理する方法であって、
前記原料と非鉄金属精鉱とを混合して乾燥させて熔錬炉に製錬原料として投入する前に、前記原料を解砕しながら乾燥させることにより、前記原料の水分含有率を１０〜２５ｍａｓｓ％に調整して凝集した前記原料の粒径を１０ｍｍ以下に調整する、スラッジ状の原料を処理する方法。 - 解砕式乾燥機により、前記原料を解砕しながら乾燥させる、請求項１のスラッジ状の原料を処理する方法。
- 前記解砕式乾燥機は、１２０〜１５０℃の空気を１１０〜１３０ｍ３／ｈで前記原料に供給する、請求項２のスラッジ状の原料を処理する方法。
- 貴金属を含有し水分含有率が３０ｍａｓｓ％以上のスラッジ状の原料を処理する方法であって、
前記原料と非鉄金属精鉱とを混合して乾燥させて熔錬炉に製錬原料として投入する前に、前記原料を解砕しながら乾燥させることにより、前記原料の水分含有率を１５ｍａｓｓ％以下に調整して凝集した前記原料の粒径を１０ｍｍ以下に調整したのち、前記原料に水分を加え、水分含有率を１０〜２５ｍａｓｓ％に調整する、スラッジ状の原料を処理する方法。 - 前記原料と前記非鉄金属精鉱とを混合して、ロータリーキルンにより、前記原料と前記非鉄金属精鉱とを乾燥させる、請求項１乃至４の何れかのスラッジ状の原料を処理する方法。
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