JPH0152454B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 硫化鉱石及び精鉱の酸素製錬は、多くの国で
種々の硫化物処理法として採用されている有効な
プロセスになつている。この技術によつて処理さ
れうる硫化鉱石の金属は、銅、ニツケル、コバル
ト、鉛、亜鉛等をはじめとする様々な価値ある金
属である。通常、価値のある硫化金属の鉱石及び
精鉱は、黄鉄鉱や磁硫鉄鉱のような多量の硫化鉄
も随伴し、そして砒素、ビスマス等のような不純
物を含むこともある。硫化物の鉱化作用は、混合
状態、例えば銅に亜鉛又は鉛、銅にニツケル等を
随伴する場合に起こる。硫化金属の精鉱は、一般
には微細化されている。 硫化物の精鉱のような微細化された硫化鉱石の
酸素製錬は、精鉱を酸化鉄用の溶剤（flux）例え
ばシリカとの混合状態で、最初に水分を除去する
ために乾燥し次に酸素富化空気若しくは市販酸素
のような酸素含有気体を伴なつてバーナーのよう
な適切な装置を用いて装入される。 精鉱の鉄及び硫黄分は装入される気体中の酸素
によつて燃焼するが、燃焼には、自溶が望まし
い。例えば、自溶フラツシユ製錬においては精鉱
と酸素或いは酸素富化空気との混合物は耐火炉へ
装入されるが、硫化物の酸化は炉内にて懸垂状態
中で起こり、燃焼による溶融物は炉の本床にたま
る。種々の金属は、カワ（matte）相に集まる。
酸化された鉄は、シリカによつて溶融されてカワ
の上部にカラミ（slag）を形成する。望むならば
カワとカラミは間を置いて流出されえる。 このプロセスは、酸化気体が完全に純粋な酸素
であつて、二酸化硫黄が80容積％或いはそれ以上
含有する排ガスが連続的に発生する場合は、大量
の硫化物を製錬することができる。この二酸化硫
黄を多く含むガスは、直ちに液状の二酸化硫黄の
回収や、硫酸の製造に使用されるので、環境の点
から非常に有利な操作である。又、このプロセス
の他の長所は、このプロセスの燃料は硫化鉄であ
つて、これ自身それほど高価なものではないこと
である。 酸化製錬に関してはよく確立された従来技術が
あり、その技術は世界中で用いられている。例え
ば、カナダ特許第503，446号明細書及び第934，
968号明細書では、カナダのジエー．アール．ボ
ルトとピー．クエンナウ（J.R.Boldtand P.
Queneau）著の“ニツケルの採掘”（The
Winning of Nickel）、ロングマン（Longman）
の第244頁〜247頁、並びにジエー．オブメタルス
（J.of Metals）の1978年、第30巻、第10号の第９
頁〜14頁記載のエム．シー．ベル、ジエー．エ
ー．ブランコ、エツチ．デイビス及びアール．シ
ユリダー（M.C.Bell，J.A.Blanco，H.Davies
and R.Sridhar）による“転炉における酸素フラ
ツシユ製錬”（Oxygen Flash Smelting in ａ
Converter）や、1978年２月26日〜３月２日にコ
ロラド洲（Colorado）、デンバー市（Denver）
にてエム．ソラー（M.Solar）らによる第107回
エーアイエムイー（AIME）年会議での“インコ
の酸素フラツシユ炉におけるニツケル精鉱の製
錬”（Smelting Nickel Concentrates in Inco′s
Oxygen Flash Furnace）や、ジエー．オブメタ
ルス（J.of Metals）の1976年、第７月号の第４
頁〜８頁記載のメルヒヤー，イー．ミユラー及び
エイツチ．ウエイゲル（Melcher，E.Muller
and H.Weigel）による“キブセツトの不純銅精
鉱のサイクロン製錬法”（The KIVCET
Cyclone Smelting Process for Impure Copper
Concentrates）や、長野と鈴木による“三菱式
連続銅精錬転化プロセスの実用操作”（Mitsu−
Bishi Continuous Copper Smelting and
Converting Process）及びメタラジカルソサエ
テイーオブエーアイエムイー（the
Metallurgical Society of AIME）の1976年、
第１巻の第439頁〜457頁に記載のジエー．シー．
ヤンポーラスとジエー．シー．アガーワル（J.C.
Yannopoulas and J.C.Agarwal）による“銅の
抽出治金学”（Extractive Metallurg of
Copper）等の種々の論文と共に言及されている。 典型的な酸化溶解炉では、燃焼する硫化物濃度
分に依存している熱平衡に倒達する必要があるこ
とが判る。実質的にＳとFeSは、各々、SO₂及び
酸化鉄に変化しやすく、炉への給鉱の燃焼によつ
て発生する熱は、溶融による生産物（カワ、カラ
ミ、排ガス）の潜熱と炉の熱損失との和に等し
い。これは、硫化物質若しくは炉に対して、硫化
物の単位体積当り十分な酸素を操作上の熱収支を
満足するように供給する必要がある。これがなさ
れる場合には、カワの品位は、固定され、酸素量
は、熱の損失又は過剰のいずれも生じず、変えら
れることはない。言いかえると、炉での収支は、
他の全ては同じとして、カワの品位又は硫化物質
が最後の生産物への転換度合を決定づける。この
熱収支と転換度合の相互依存性はこれらのプロセ
スの重要な条件である。本発明は、酸素製錬にて
カワの品位を制御する方法、即ち自溶フラツシユ
製錬法に関する。 前記の酸素製錬、特に自溶酸素フラツシユ製錬
での熱収支と精鉱の転換割合との相互依存性はと
りわけ精鉱中の銅分が低く、鉄分が高い場合は目
的とするカワの品位を得ることを困難にする。熱
収支とカワの品位との相互依存性は、前記した全
ての製錬方法に当てはまる。 例として銅の製錬においては、溶解炉中にて生
成するカワは、更に高純度の銅生成物となる粗銅
を得る処理を要する必要があることが認められよ
う。溶解炉からのカワの品位は、粗銅になるよう
次工程で付加的処理を行つて制御される。このよ
うに、溶解炉中の銅のカワの品位が高いほど、転
炉や他の装置にて粗銅を得る操作を軽減すること
ができ、次工程にて発生する二酸化イオウに関す
る環境基準問題が軽減される。 場合によつては、例えば炉内のカワは大部分が
Cu₂Sである（いわゆる白カワ）ことが望ましい。 ほとんどの方法は、酸素フラツシユ製錬にてカ
ワの品位を制御する方法を提案してきた。これら
には、精鉱にダスト、堆積したカワ及びカラミ塊
等の添加、溶解装置に水の注入及び酸素の空気に
よる希釈がある。これら全ては、自溶フラツシユ
製錬にて通常得られるカワ品位よりも高いものを
望む場合は、発生した過剰な熱を使いきつてしま
うために溶解装置に冷却物を導いている。それら
は、本発明の方法と同様の成果をもたらすもので
あるが、酸素の添加量が多く、エネルギー利用の
点で不経済であるため好ましくない。 特にことわりのない限り、この明細書及び特許
請求範囲中の百分率及び割合は、重量基準であ
る。 本発明は、酸素製錬において溶解炉中に生成す
るカワの品位は、製錬すべき硫化鉱の一部を局部
焙焼又は完全焙焼によつて制御され、このカワは
未焙焼の硫化鉱と混合させ、従来通り、その混合
物を溶剤（flux）と伴に溶解炉へ送り込むことを
基本としている。この技術は、生成したカワの品
位を高め、そしてとりわけ酸素フラツシユ製錬に
用いられるものである。これらの方法では、硫化
金属鉱床の粉砕や製錬に関与している治金学者
が、ミルと溶解炉を制御してどんな鉱石でも処理
を行つて最も効率の優れたプロセスを与えること
が理解されよう。鉱石から価値ある鉱物を回収す
ることに関与している治金学者の手腕にかかわら
ず、ミル中で生成する精鉱は、大部分は鉱石の性
質に依存している。このように、黄銅鉱、輝銅鉱
等のような貴重な銅鉱物は、大部分は黄鉄鉱、磁
硫鉄鉱等の酸化鉄からなる鉱石中に見い出され
る。更に、ある硫化銅鉱物、例えば黄銅鉱は鉄分
を含有している。硫化ニツケルや他の金属硫化鉱
物質においても同様である。 例えば、精鉱中の硫化銅に対する硫化鉄の比が
高いと、自溶酸素製錬においては通常低い品位の
カワを生み出すことになる。この場合、本発明の
目的は所望のカワの品位を得るように溶解炉中の
硫化銅に対する硫化鉄の比を調整することにあ
る。これは、精鉱の一部を局部焙焼又は完全焙焼
することによつて達成される。硫化ニツケルや他
の硫化金属精鉱においても同様である。 本発明の一部をなす焙焼段階では流動焙焼炉の
ような装置にて少なくとも二酸化硫黄10容積％を
含有するガスを生じさせ、硫酸工場へ送り込まれ
ることになる。この方法では、焙焼される精鉱の
一部から除去された硫黄は、再利用され、大気中
に放出されることはない。流動焙焼では、酸化源
として空気を用いることができる。 扱う物質の量を最少限にする場合には、焙焼す
べき部分には完全焙焼の方を取るのがよい。焙焼
物質及び乾燥した未焙焼物質を混合したものは、
珪酸を含む溶剤と伴に酸素流にのつて溶解炉へ送
り込まれる。所望のカワの組成は、給鉱中の焼鉱
と未焙焼硫化金属（green sulphide material）
との割合を調整することによつて支配される。精
鉱に対して、熱収支計算によつて自溶製錬にて所
望の生産物を得るのに送り込まれなければならな
い焼鉱と未焙焼硫化金属との相対的な量が示され
る。 本発明のプロセスは、どの成分の銅精鉱も自溶
製錬することができ所望の品位のカワを得ること
ができる。このように、一次の製錬操作で直接、
白カワ（Cu₂S）、粗銅（blister，crude copper）
に製錬することができる。同様に、鉄分の少ない
（〜１％Fe）カワは、直接、ニツケル精鉱から生
成されえる。品位の高いカワが得られるので、回
収される金属価値の点で、溶解炉の後の次工程で
必要となる燃焼（硫化物の）を軽減することがで
き次工程での二酸化硫黄の発散を押さえることも
できる。亜鉛又は鉛のような他の金属が多く含ま
れている銅精鉱の処理においては、カワの品位の
制御は他の金属から銅の分離を優先させるのが普
通である。 この発明は、溶解炉に冷却物（返還物質、故
銅、水等）を添加することでカワの品位を制御す
る従来の方法より優れた方法である。精鉱の燃料
的品位は、前のフラツシユ製錬操作で精銅の鉄分
及び硫黄分の一部の酸化によつて必要なレベルに
押さえられるのでフラツシユ炉で必要な酸素は少
なくてすむ。結果として、生成ガスの容積が低い
ために炉の実質的な容量は増加し、結鉱の単位重
量当りの酸素必要量が少ないゆえダストの生成量
が少ない。カワの品位の制御に空気希釈を用いる
方法との比較で本発明の方法は炉からの排ガスの
容積は低く、ダストの発生量が少なく、そして排
ガスの処理装置が簡素化できるものである。 溶解装置にて非常に高い品位のカワ即ち、銅分
が60％以上のカワを直接生成するには、炉中のカ
ラミを廃棄する前に卑金属の回収処理が必要とな
る。銅精鉱の酸素フラツシユ製錬の場合、カラミ
を製錬するには種々の公知の方法があり、例えば
ジエー．オブメタルス（J.of Metals）の1958年、
第10巻、第６号の第395頁〜400頁のブリツク
（Brick）らによる“銅精鉱のフラツシユ製錬”
（Flash Smelting of Copper Concentrate）中
に記載されている電気炉におけるカラミの分離処
理や、カナダ特許第503446号明細書に記載されて
いるフラツシユ炉における低品位のカワの分離、
或いはジエー．オブメタルス（J.of Metal）の
1972年、第24巻、第４号の第33頁〜38頁に記載さ
れているサブラマニアンとセメリス
（Subramanian and Themelis）による徐冷によ
つて分離する方法等である。カラミの製錬操作に
より得られた低品位のカワや精鉱は、最初の製錬
装置に戻されよう。ニツケルの場合には、最初の
製錬炉から生じるカラミは、東京での1972年のエ
ムエムアイジエー−エーアイエムイー（MMIJ−
AIME）の合同会議のテイー．ニーメラとエス．
ハーキ（T.Niemela and S.Harkki）による
“ハージヤバルタ溶解炉でのニツケルのフラツシ
ユ製錬の最新技術”（The latest development
in nickel flash smelting at the Harjavalta
Smelter）に記載されているような電気炉で製錬
されうる。なぜならば、ニツケル精鉱は、通常コ
バルトを随判しており、主に最初の溶解装置のカ
ラミ中に存在するが、カラミを製錬する電気炉で
はコバルトを多く含有するカワが得られ、コバル
トはニツケルや他の金属と同様に適切な方法によ
つて分離回収される。 ここで実施例を示す。 実施例 黄銅鉱タイプの銅精鉱（Cu29.7，Ni1.0，
Fe30.7，S35.2（wt％））を800℃にて空気で焙焼
した所、組成がCu35.0，Ni1.2，Fe37.8，S0.8（wt
％）である焼鉱が得られた。この焼鉱中のCu及
びFeは、主にCuFe₂O₄の形で存在し、他に少量
ながらCuO及びFe₂O₃も存在していた。この焼鉱
と未焙焼精鉱とを混合したものを、実験用のフラ
ツシユ炉にて酸素フラツシユ製錬して、これは実
用自溶操作に相当する。このために必要な酸素量
は、カワの品位を予測する熱及び物質収支から計
算され、実用炉におけるカワの品位は焼鉱と未焙
焼精鉱との種々の実験比によつて得られた。 焼鉱と未焙焼精鉱との混合物は、８〜９Kg／hr
の速度で実験炉へ送り込まれた。フラツシング温
度は、約1400℃であつた。結果を次表に示す。 【表】 ＊＊ 自溶操作での熱及び物質収支計算によ
る予測値
この結果は、カワの品位が本発明の主旨に従つ
て、精鉱の一部を製錬前に焙焼することで、制御
されることをよく示している。カラミは、前記の
どのケースも液状であつた。又カラミからカワの
優れた分離性が判明した。 実施例 実施例で示したものと同じ成分の銅精鉱と焼
鉱とを100：30の割合で混合し、実験炉にて酸素
でフラツシユ製錬を行つた。実用自溶操作につい
ては熱及び物質収支計算によつて、この例で用い
られた酸素、精鉱及び焼鉱の割合は、最後の銅生
成物である金属銅を得るために要求されたもので
ある。実施例と同様の条件にて製錬した後、次
表の生成物が得られた。 【表】 カラミは、徐冷、粉砕及び泡沫浮遊選鉱させた
所、カラミからの銅精鉱には70.4％のCuを含有
し、カラミからの浮遊残物にはCuは0.5％しか含
有していなかつた。 この実施例は、本発明がいかに自溶状態で非常
に銅の抽出量が高いために一次の酸素製錬プロセ
スにて粗銅と同程度の品位の高い生産物を直接得
ることができることを示している。 実施例 Ni10.0，Cu2.9，Fe41.7，Co0.33，SiO₂9.5，
S6.8（wt％）からなるニツケル精鉱の焼鉱一重量
部にNi15.1，Cu1.9，Co0.5，Fe38.5，SiO₂6.75，
S32.0（wt％）からなる未焙焼ニツケル精鉱を四
重量部混合した。この混合物は、実験炉へ８Kg／
hrの速度で送り込まれ、フラツシング温度1400℃
にて酸素フラツシユ製錬を行つた。実用自溶操作
に相当するだけの酸素の量も熱及び物質収支計算
から決められた。得られたカワは、Ni54.8，
Cu9.9，Co0.79，Fe8.4，S23.7（wt％）であり、
カラミはCu0.54，Ni2.8，Co0.3，Fe33.1，S0.15，
SiO₂38，Al₂O₃6.8，Fe₃O₄10（wt％）であつた。
鉄−シリカ系のカラミは液状であつてカワからよ
く分離される。この結果は、ニツケル焼鉱−未焙
焼ニツケル精鉱の混合物にも酸素フラツシユ製錬
が技術的に可能であることを示している。 実施例 実施例と同じニツケル焼鉱の一重量部に、実
施例と同じ未焙焼ニツケル精鉱の2.33重量部を
混合し、カワ中のFeがほんの約1.5％となるよう
に酸素フラツシユ製錬を行つた。得られたカワ及
びカラミは次の通りである。 【表】 鉄−シリカ系のカラミは液状であつてカワとの
分離性はよい。 これらの結果、、ニツケル焼鉱と未焙焼ニツケ
ル精鉱との混合物の酸素製錬も自溶することで非
常に高い品位のカワ、事実、ニツケル転炉中での
カワの品位に及ぶほど効果があることをよく示し
ている。 本発明は、実施態様に関連して述べてきたが、
それらに限定されるものではないことを理解され
たい。例えば、硫化物精鉱の精錬を詳細に述べた
きたが、一般に治金学的特性が硫化物精鉱に相当
する他の硫化物、例えば炉カワも本発明の主旨に
基づいて取り扱うことができる。前述したよう
に、硫化物質や炉に対して硫化物の単位重量当り
の酸素量は、操作上の熱収支を満足していなけれ
ばならない。このように硫化物質にとつて熱収支
計算は、焼鉱若しくは未焙焼鉱の相対的な割合や
カワの品位、一方では硫化物が酸素製錬によつて
処理できるかどうかを明確にする。前述から明ら
かなように酸素製錬即ち自溶酸素フラツシユ製錬
で約55％の品位のカワと放棄されるカラミとな
り、カワは、二番目のフラツシユ溶解炉にて造
粒、堆積、製錬されて白カワ又は粗銅となる。但
し、二番目のフラツシユ溶解炉で生じたカラミは
最初の溶解操作工程へ戻され更に処理される。他
に二番目の操作工程で生じたカラミは徐冷、濃縮
してその濃縮したものを最初の工程へ戻される。
焼鉱は、必要な熱収支に基づいて硫化給鉱と伴に
フラツシユ製錬工程へ送られるか又は前記工程で
生じる生産物の品位を制御する。 このような変化や融通性は、本発明の本文又は
特許請求の範囲内に考慮されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 製錬すべき硫化金属の一部を酸化焙焼し、さ
   らに、この酸化焙焼された物質と未焙焼の硫化金
   属を混合し、炉中で酸化鉄溶剤の存在下で酸素含
   有気体で焙焼物質及び未焙焼物質の混合物を自溶
   製錬を行い、純度の高い生産物、液状の珪質カラ
   ミ及び二酸化硫黄を多く含有する排ガスを得るこ
   とを特徴とする卑金属含有硫化物の自溶酸素製錬
   法。 ２ 硫化金属が銅及びニツケルからなる群から選
   ばれた少なくとも１つの金属精鉱である特許請求
   の範囲第１項記載の方法。