JP7083864B2

JP7083864B2 - 有価金属の溶融方法

Info

Publication number: JP7083864B2
Application number: JP2020078478A
Authority: JP
Inventors: 裕次郎時田; 教正大塚
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2022-06-13
Anticipated expiration: 2040-04-27
Also published as: JP2020183577A

Description

本件は、有価金属の溶融方法に関する。

銅製錬の過程で生じる電解澱物などから回収された粉体の還元銀は、有価金属である銀の他、シリカ（ＳｉＯ_２）を含むため、粉体のソーダ灰と混ぜて酸化炉（分銀酸化炉）に投入することで、スラグを生成させて還元銀を溶融させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－３１６７３６号公報

しかしながら、粉体の還元銀と粉体のソーダ灰とを酸化炉に投入すると、炉内の燃焼ガスの風圧に起因して飛散が生じるため、燃焼ガスによる燃焼量を下げて風圧を低下させて時間をかけて少量ずつ投入せざるを得なくなる。

本件は上記の課題に鑑み、有価金属を含む粉末原料の飛散を抑制することができる、有価金属の溶融方法を提供することを目的とする。

１つの態様では、有価金属の溶融方法は、銅電解澱物に対して所定の処理を行なうことによって得られた塩化銀主体の固体を還元することで得られＳｉＯ _２を含む還元銀と、ソーダ灰とを混合して圧力をかけることによって形成した塊状原料を酸化炉に投入することで、前記塊状原料を溶融することを特徴とする。前記塊状原料を２ｍの高さから床のコンクリートに向けて落下させ、床から塊状物を回収し、４ｍｍの篩の篩上の重量の割合は、５０％以上としてもよい。固形物としては、前記塊状原料のみを前記酸化炉に投入してもよい。前記塊状原料の一部を前記酸化炉に投入して当該一部の前記塊状原料を溶融させた後に、前記塊状原料の残りの少なくとも一部を前記酸化炉に投入してもよい。前記塊状原料を前記酸化炉の炉頂からシュートで投入してもよい。

本発明によれば、熱ロスを抑制することができる。

還元銀を処理する一連の工程を例示するフロー図である。酸化炉を例示する断面図である。塊状化前後の操業時間を示す図である。

以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。なお、以下の実施形態においては、有価金属とＳｉＯ_２を含む粉末原料の一例として還元銀を用いるが、有価金属を含む粉末原料であれば他の粉末原料を用いてもよい。また、融剤粉末の一例としてソーダ灰の粉末を用いるが、他の融剤粉末を用いてもよい。

図１は、一例として、還元銀を処理する一連の工程を例示するフロー図である。還元銀は、銅製錬工程で生じる。具体的には、銅の電解精製において、転炉から粗銅を精製炉において９９．５ｍａｓｓ％程度に精製し、鋳造した陽極（アノード）と陰極としてのＳＵＳ板とを電解槽に交互に吊るし、電解精製を実施する。電解槽の底には、陽極に含まれる不純物が泥状に沈積する。この泥状の沈積物を銅殿物（アノードスライム）と称する。銅殿物には、銅に加えて、金、銀をはじめ、原料中の貴金属が濃縮されている。

まず、銅電解澱物に含まれる銅を銅電解工程の硫酸溶液で浸出除去することによって脱銅する。脱銅後、フィルタープレスで固液分離する。次に、塩酸でリパルプした脱銅殿物スラリーを塩化浸出し、さらに固液分離する。それにより、塩化銀主体の固体が得られる。次に、塩化銀主体の固体のスラリーに鉄粉を添加することで銀を還元する。この還元によって得られた銀が還元銀である。還元銀における銀の品位は２０～６０ｍａｓｓ％であるが、還元銀には、ＳｉＯ_２が、１５～４０ｍａｓｓ％含まれている。

この還元銀の溶融を促進するために、融剤を用いる。例えば、還元銀に対して、融剤としてソーダ灰（炭酸ナトリウム）を用いる。本実施形態においては、熱ロスを抑制するために、還元銀およびソーダ灰に対して塊状化処理を行う。具体的には、還元銀とソーダ灰とを混合して圧力をかけることによって、これらの粉末よりも大きい粒径の塊状原料を形成する。具体的には、各塊状物は、４ｍｍの篩上率７０％以上とする。例えば、塊状化前の還元銀の平均粒径は、１０μｍ～３０μｍであり、一例として２０μｍ程度である。平均粒径は、Ｄ５０％粒子径に相当する。なお、還元銀とソーダ灰とを混合する際に、混練することが好ましい。

次に、この塊状原料を酸化炉内に投入し、溶解する。図２は、酸化炉１００を例示する断面図である。酸化炉１００は、断熱レンガ１０と耐熱レンガ２０とからなる炉壁を有する。断熱レンガ１０が炉壁の外壁を構成し、耐熱レンガ２０が炉壁の内壁を構成する。なお、図２では、断熱レンガ１０および耐熱レンガ２０のハッチを省略してある。酸化炉１００の上部には、投入装置として例えばシュート４０が設けられている。

塊状原料は、このシュート４０から酸化炉１００内に投入されるが、炉のトップである高い位置から炉底に向かって投入されるため、落下で粉砕されない硬さである必要がある。硬さについては後段で述べる。また、酸化炉１００の上部には、バーナが設けられている。塊状原料に含まれるソーダ灰が融剤として機能するため、還元銀の溶融を促進することができる。溶融により不純物を含むスラグとメタル相に分離した後、スラグは除去する。残ったメタル相に空気を吹き込むことで、酸化雰囲気となり、メタル相に含まれる鉛等の不純物が酸化除去される。不純物が除去された溶融物を鋳造することによって、銀アノードが得られる。分銀酸化炉で得られる銀アノードに対して電解精製を実施することによって、高純度の製品銀が得られる。

本実施形態においては、粉末を塊状化することで、粉末の際の粒径と比較して各塊状物の粒径が大きくなる。この場合、酸化炉１００に投入する際の飛散を抑制することができる。飛散を抑制することができれば、燃焼ガスの風圧の影響を受けず、原料の投入に時間をかける必要がなくなる。例えば、シュート４０などから自由落下によって酸化炉１００内に原料を投入できるようになり、一度に多くの原料を酸化炉１００内に投入することができるようになる。それにより、投入時のバーナの燃焼量を下げる時間が減少し、熱ロスを抑制することができる。また、酸化炉１００内に投入される原料を塊状物としたことで、含有空気量が低減される。それにより、伝熱効率が向上し、熱ロスを抑制することができる。

有価金属とＳｉＯ_２を含む粉末原料と融剤粉末とを混合して圧力をかけることによって、塊状原料を形成することが好ましい。塊状原料は、炉の高い位置から投入して壊れて粉状化してしまわない硬さを有していることが好ましい。そこで、本実施形態においては、硬さを「落下後残存率」で評価することとした。落下後残存率は、対象の塊状物を２ｍの高さから床のコンクリートに向けて落下させ、床から塊状物を回収し、４ｍｍの篩の篩上の重量の割合と定義する。その落下後残存率が５０％以上であることが好ましく、６０％以上がより好ましい。５０％未満では粉体物が多くなり、投入の際に飛散をするおそれがある。また、塊状化処理をすれば、投入物の嵩密度が高いと、各塊状物に含まれる空気量が少なくなることにより、熱伝導率が向上し、熱ロスを抑制することができる。例えば、各塊状物の密度を２．１ｇ／ｃｍ^３～３．２ｇ／ｃｍ^３とすることが好ましい。また、塊状化によって各塊状物に含まれる空気量が少なくなることから、塊状原料全体の嵩密度が向上する。それにより、熱伝導率が向上し、熱ロスを抑制することができる。例えば、塊状原料全体の嵩密度を１．２ｇ／ｃｍ^３～１．９ｇ／ｃｍ^３とすることが好ましい。

十分な密度が得られるまで塊状化を行うためには、粉末原料と融剤粉末とにかける圧力に下限を設けることが好ましい。一方、圧力が高すぎると、塊状化の割れや機器の損耗といった不具合が生じるおそれがあるため、粉末原料と融剤粉末とにかける圧力に上限を設けることが好ましい。そこで、例えば、塊状化の際に粉末原料および融剤粉末にかける圧力を４５ＫＮ以上１５０ＫＮ以下とすることが好ましい。

塊状化前において、有価金属とＳｉＯ_２を含む粉末原料の水分率が高すぎると、塊状化の際に圧力を粉末原料および融剤粉末にかける際に粉末原料から水分が絞り出されてしまうおそれがある。それにより、所望の圧力を粉末原料および融剤粉末にかけることが困難となる。そこで、塊状化前において、有価金属を含む粉末原料の水分率は、１０ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。

融剤粉末は、塊状物の繋ぎとしての機能を有する。したがって、塊状化後の各塊状物が所望の強度を有するためには、塊状原料における融剤粉末の比率が高い方が好ましい。そこで、塊状原料における融剤粉末の比率に下限を設けることが好ましい。一方で、塊状原料における融剤粉末の比率が高すぎると、塊状原料の溶融によって生じるスラグ量が増えてしまうことから、塊状原料における融剤粉末の比率に上限を設けることが好ましい。そこで、例えば、有価金属を含む粉末原料に対して融剤粉末が１０ｍａｓｓ％以上４０ｍａｓｓ％以下となるように、粉末原料と融剤粉末とを混合することが好ましい。

なお、溶融対象の塊状原料が多い場合には、塊状原料の一部を酸化炉に投入し、投入物の一部または全部が溶解した後に、塊状原料の残りの少なくとも一部を酸化炉に投入することが好ましい。

実施形態に従って団鉱物を作製し、酸化炉で溶融した。有価金属を含む粉末原料として、平均粒径が２０μｍで、水分率が４ｍａｓｓ％～９ｍａｓｓ％の還元銀を用いた。融剤粉末として、平均粒径が３００μｍのソーダ灰を用いた。粉末原料に対して、融剤粉末の比率を３０ｍａｓｓ％とした。粉末原料と融剤粉末とにかける圧力を１２０ＫＮとした。得られた塊状原料の落下後残存率は７１％であった。

団鉱前においては、有価金属を含む粉末原料の嵩密度は０．７９ｇ／ｃｍ^３であったのに対して、団鉱後の塊状原料の嵩密度は１．７５ｇ／ｃｍ^３となった。また、団鉱前においては、有価金属を含む粉末原料の熱伝導率は０．１１９Ｗ／ｍ・Ｋであったのに対して、団鉱後の塊状原料の熱伝導率は０．６０１Ｗ／ｍ・Ｋであった。団鉱後の各塊状物の平均密度は、２．８７ｇ／ｃｍ^３であった。

得られた塊状原料を１ｔ～２．３ｔの幅で、溶解速度に合わせて６～７回投入した。

原料の炉への投入について、塊状化前の投入時間を１００％とした場合に、図３に示すように、塊状化後の投入時間は２２％まで減少した。また、溶解時間を、原料の投入開始から６～７回投入後にスラグを除去し終えるまでとすると、塊状化前の溶解時間を１００％とした場合に、塊状化後の溶解時間は７４％となった。

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。

Claims

銅電解澱物に対して所定の処理を行なうことによって得られた塩化銀主体の固体を還元することで得られＳｉＯ _２を含む還元銀と、ソーダ灰とを混合して圧力をかけることによって形成した塊状原料を酸化炉に投入することで、前記塊状原料を溶融することを特徴とする有価金属の溶融方法。
前記塊状原料を２ｍの高さから床のコンクリートに向けて落下させ、床から塊状物を回収した場合に、４ｍｍの篩の篩上の重量の割合は、５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の有価金属の溶融方法。
固形物としては、前記塊状原料のみを前記酸化炉に投入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有価金属の溶融方法。
前記塊状原料の一部を前記酸化炉に投入して当該一部の前記塊状原料を溶融させた後に、前記塊状原料の残りの少なくとも一部を前記酸化炉に投入することを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の有価金属の溶融方法。
前記塊状原料を前記酸化炉の炉頂からシュートで投入することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の有価金属の溶融方法。