JPH0288726A

JPH0288726A - 有価金属含有スラグからの金属の製造方法

Info

Publication number: JPH0288726A
Application number: JP63236570A
Authority: JP
Inventors: Shiro Yoshimatsu; 吉松　史朗; Masaya Ozawa; 尾沢　正也; Akira Oba; 大場　章
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Research Institute for Metals
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1990-03-28
Also published as: JPH0433857B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、有価金属スラグからの金属の製造方法に関
するものである。さらに詳しくは、この発明は、複雑鉱
やスクラップの乾式製錬において生成したスラグ中に微
細に分散し、かつ低濃度で存在する有価金属を高純度で
高効率で取り出すことのできる新しい金属の製造方法に
関するものである。

（従来の技術）資源として有限な金属鉱物については、全世界的な規模
で新しい時代への対応が求められており、新資源の探索
はもとより、低品位鉱の利用や製品スクラップからの有
価金属の回収などが精力的に検討されてきている。

たとえば、有価金属の代表例の一つとしてＮｂ（ニオブ
）についてみると、その資源の９０％が南米ブラジルに
埋蔵されており、資源生産の独占化が著しい状況にある
。この通常生産されているＮｂ鉱物は酸化物の形態で存
在し、これを選鉱によって富化し、この精鉱から弗酸処
理−溶媒抽出法によってＮｂ２Ｏ５を製造するか、さら
に炭素熱還元法あるいはアルミニウムを還元剤として用
いて金属Ｎｂを製造することが行われている。

一方、近年になって中国にはＮｂ等の希少有価金属元素
を含有する大規模な鉄鉱床が見出されており、この鉄鉱
床からＮｂ等を生産するための方策が検討されてもいる
。すなわち、この中国の鉄鉱床のＮｂの品位は、通常の
Ｎｂ鉱石の０．３〜３％のレベルに対して０．１％Ｎｂ
２Ｏ５とかなり低いが、製鋼とＮｂの回収とを同時に行
うプロセスによって、高効率にＮｂを生産することが可
能となってきている。このＮｂの回収方法は、この出願
の出願人と中国との協力によって検討されてきたもので
ある。

このように、Ｎｂに限られることなく、従来はあまり利
用されてこなかった低品位資源の活用について検討が進
んでおり、このことは、他の有価金属、たとえば、Ｔ’
ａ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｆ　、レアアース等の金属元素を含む
複雑鉄鉱石や製品スクラップからの再資源化利用と歩を
合わせて新しい資源時代を象徴してもいる。

通常、これらの有価金属元素の多くは、複雑鉄鉱石やス
クラップの再資源化のための製鋼工程においてスラグ中
に酸化除去され、この際に選択酸化を行うことにより、
特定の元素を富化させたスラグを得ることができる。こ
のため、この酸化処理を中心として現在の研究開発が進
められている。

今後の発展が大いに期待されているところである。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような期待にもかかわらず、解決し
なければならない技術課題が残されていることも否定で
きない。

たとえば、Ｎｂ等の有価金属元素を含有する銑鉄の選択
酸化法により得られる含Ｎｂスラグの場合にはＭｎ（マ
ンガン）、Ｓｉ　（硅素）やＦｅ（鉄）の酸化物を主体
としたスラグ中に１０％程度の含有量のＮ　ｂ　２０　
ｓが微細に均一に分散し、しかも低濃度な状態で存在し
ている。このため、天然鉱石とは異なる物理的、化学的
性質を有しているので、従来の天然鉱石の取り扱い方法
をそのまま適用することはできない。たとえば、これま
でに知られている選鉱法はもちろんのこと、スラグをそ
のまま従来の湿式法、あるいはアルミニウムを還元剤と
するテルミット法で処理することも経済的に全く採用で
きないことである。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、従来の方法によっては不可能なスラグからの有価
金属の回収を新しい方法によって実現することを目的と
している。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記の課題を解決するために、有価金属含
有スラグに炭素質還元剤を混合してスラグの融点以上に
加熱し、冷却後に選鉱処理し、次いで酸素プラズマ処理
により高純度有価金属を製造することを特徴とする有価
金属含有スラグからの金属の製造方法を提供する。

また、この発明の方法においては、上記の酸素プラズマ
処理後に、さらに水素プラズマ処理することもその態様
として含んでいる。

さらにまた、この発明は、上記の選鉱処理の後に、有価
金属炭化物に有価金属の酸化物を添加し、不活性または
還元性プラズマにより反応処理して有価金属を製造する
方法も提供するものである。

第１図は、この発明の方法を工程順に示したブロック図
である。この第１図に示したように、有価金属の酸化物
を含有するスラグ（Ａ＞は、選択酸化法によって得られ
たものであり、これは、次の工程において炭素質還元剤
を混合しての加熱により炭化物に変換処理する。次いで
選鉱処理した後に酸素プラズマによって脱炭処理し、さ
らに所望により水素プラズマ処理して所望の有価金属を
得る。

製造する有価金属の種類に応じて、上記の工程の操作条
件を選択することができる。

上記の処理工程をより詳しく次に説明する。

く炭化物変換熱処理〉選択酸化法によって生成したスラグは銑鉄の組成、製鋼
時の選択酸化条件、湯面に生成したスラりの量、スラグ
の回収時の条件等によりスラグの物理的性状は変化し、
非晶質スラグの発生も起こり得る。

このように、スラグの生成時の条件によってその中に存
在する有価金属元素も安定な平衡状態に達する以前に冷
却固化するため、天然の地殻内マグマからの金属鉱床の
鉱化作用と異なり、結晶化作用が十分でなく、微細でし
かも低濃度均一分散の状態にある。

このような状態にある有価金属元素を炭化物に変換する
のに充分な炭素質還元剤を加え、スラグの温度をスラグ
の融点以上に保って有価金属炭化物の粒子を析出させる
。この変換は、有価金属元素（Ｍ）の酸化物（ＭＯ）を
、炭化物（ＭＣ）に変化させることよりなり、有価金属
元素（Ｍ＞の種類によって生成自由エネルギーは相違し
ている。

このため、スラグの組成に応じて温度を選択し、主目的
とする有価金属元素（Ｍ）が充分に炭化物（ＭＣ’）に
変換し、かつ他の元素は酸化物のままに留めることが望
ましい。

析出した有価金属炭化物（ＭＣ）は有価金属の濃度が非
常に高く、しかも粗粒化が図られているため、次の選鉱
工程が容易となる。

なお、この工程においては、酸化製錬時の熱（スラグの
顕然）を利用することができる。

このため、熱効率、経済性に優れた工程となる。

く選鉱処理〉炭化物変換熱処理後、冷却して、さらに粉砕ず゛る。こ
うすることにより通常の選鉱法、たとえば、−選、浮選
、静電選別、比重選別、あるいはこれらの組合わせによ
って酸化物系スラグから有価金［属炭化物（ＭＣ）を濃
縮・富化することができる。

選鉱法は、スラグの組成、主目的とする有価金属炭化物
（ＭＣ）の種類に応じて適宜に選べればよい。

く酸素プラズマ処理〉選鉱分離した有価金属炭化物（ＭＣ）精鉱は、次いで酸
素プラズマ炎で処理して脱炭し、有価金属（Ｍ）に変換
する。この際に、精鉱中に随伴する不純物を揮発除去す
る。

この場合、使用するプラズマ処理装置に特に限定はない
が、たとえば第２図に示したリングプラズマ反応炉を用
いることができる。この装置は、たとえば円筒状のＷ−
Ｔｈカソード（１）、その内部を貫通し、酸素ガ７スを
供給し得るノズル（２）、水冷銅製アノード（３）、お
よび磁界発生用コイル（４）からなるリングプラズマト
ーチと水冷銅るつぼ（５）とから構成されており、有価
金属つぼ（５）に入れ、酸素−アルゴンガスプラズマ−
等によって処理するものである。

このリングプラズマトーチのほか、通常の軸型トーチを
用い、酸素の導入は、トーチの先端部としてもよい。あ
るいは、第３図に示したように、カソード（１０）の材
質をＺｒ（ジルコニウム）のように耐酸化性の強いもの
に変えた水冷銅アノード（１１）、水冷鋼るつぼ（１２
）等を有する軸型のトーチを用いることもできる。

く水素プラズマ処理〉以上の酸素プラズマによる酸化脱炭処理を行った有価金
属中には、ごくわずかの酸素、炭素が含まれており、ま
た精鉱中の不純分のうちの揮発除去率のやや低い金属が
残存している場合がある。

このため、必要に応じて、後処理としての水素プラズマ
処理を行うことも有効である。

く炭化物／酸化物反応処理〉また、第１図に示したように、選鉱処理により得られた
有価金属炭化物（ＭＣ）に、同種の有価金属酸化物（Ｍ
Ｏ）を添加し、不活性または還元性ガスプラズマを用い
て反応させ、ａＭＣ＋ｂＭＯ−−ｘＭ＋ｙｃ。

の反応によって有価金属を製造してもよい。この場合、
有価金属酸化物（ＭＯ）は、スラグ（Ａ）から化学的抽
出法等によって抽出したものを用いてもよい。

次に実施例を示してさらに詳しくこの発明の方法につい
て説明する。なお、以下の実施例においては、Ｎｂの製
造について説明しているが、他の有価金属にもこの発明
の方法が適用されることはいうまでもない。

実施例１選択酸化により得られた次の組成品位Ｎｂ２Ｏ５１０％ＭｎＯ４１Ｓ　１０２　　　　　　２２ＡＩ２０３　　　　１０ＦｅＯ１０Ｔ　ｊ０２　　　　　１．４からなる原スラグに、コークス粉を７％の割合で添加混
合し、１３００℃の温度で６０分間加熱した。

この加熱処理によりＮｂＣが析出しな。

このスラグを、磁場強度１４にｇａｕｓｓ、パルプ流速
６ｍ／分の条件で磁気選別し、次の品位からなるＮｂＣ
精鉱を得た。

ＮｂＣ４０％ＭｎＯ２０Ｓ　ｉ　Ｏ２１４Ａ　Ｉ　２０３　　　　７ＴｉＯ２０，９Ｔ、　　Ｆｅ　　　　　　　　１この精鉱のブリケット３０ｇを用いて、第２図に示した
リングプラズマトーチによって酸素プラズマ処理した。

この時の条件は、表１に示した通りとした。

また、続いて、水素グラズマ処理を行った。この条件も
表１に示した通りである。

その結果、次の成績を得た。Ｎｂの歩留は極めて高く、
Ｍｎ、Ａ１等の除去率は９９％以上で、他の不純分の除
去率も極めて良好の結果を得た。

Ｎｂ歩留　　　約９８％Ｍｎ除去率　　　９９％以上ＡＩ除去率　　　９９％以上Ｓ１除去率　　　９７％Ｆｅ除去率　　　９９％Ｔ１除去率　　　９８％表　　１実施例２実施例１と同様の原スラグを用いて、カーボンるつぼに
より加熱処理した。加熱温度は１２００〜１４００℃と
した。熱処理時間は６０分とした。

この時のＮｂＣの析出におよぼす塩基度の影響を示した
ものが第４図である。ＮｂＣ析出に効果的な塩基度はお
よそ０．１４〜０．５の領域である。

実施例３〜５ＮｂＣにＮｂ２Ｏ，を加えてプラズマ炭素熱還元を行っ
た場合（実施例３）、酸素プラズマ処理に加えて水素プ
ラズマ処理を行った場合（実施例４〜５）について、Ｍ
ｎ、ＡＩ、Ｓｔ、Ｆｅ。

Ｔｉの除去率を示したものが第５図である。なお、第５
図の但し書に記載しなＸＯとは精鉱中の不純分を示すも
のである。

酸素プラズマ処理を行わずに、炭化物と酸化物との反応
処理においても（実施例３）、Ｍｎは９９％以上、ＡＩ
は６０〜８０％、Ｓｉは５０〜９０％が除去されること
がこの図よりわかる。

また、酸素および水素プラズマ処理により、除去率は著
しく向上している。

実施例６実施例１において、後処理としての水素プラズマ処理を
行わずにＮｂを製造した。この場合、不純分の除去率を
示すと次の通りであった。

Ｍｎ　　除去率　９９％以上ＡＩ　　除去率　８０％Ｓｉ　　除去率　６０％Ｆｅ　　除去率　５５％Ｔ１　除去率　４０％（発明の効果）この発明により、以上詳しく説明した通り、高純度の有
価金属を、高効率でスラグ中より製造することができる
。

極めて低濃度である微細分散有価金属元素を、公害問題
への対応から複雑な工程となっている湿式処理法を用い
ることなく、乾式製錬によって取得可能としている。

また、この発明の方法においては、酸化製錬時のスラグ
の顕熱の利用が可能であるため、炭化処理の経済性は良
好であり、通常の選鉱法が採用でき、しかも炭化物から
直接金属が得られるため、グロセス効率、経済性に優れ
てもいる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法を示した工程ブロック図であ
る。第２図および第３図は、この発明のプラズマ処理装
置の例を示した断面図である。第４図は、ＮｂＣ変換処理の塩基度とスラグ中ＮｂＣの
析出指数を示した相関図である。第５図は、この方法による不純分の除去率を示したプロ
セスと除去率の相関図である。 ■・・・Ｗ−Ｔｈカソード２・・・内　　ノ　　ズ　　ル３・・・水冷銅製アノード４・・・磁界発生用コイル５・・・水冷銅るつぼ６・・・ブリケラ　ト１０・・・カ　ソ　−　ド１１・・・水冷銅アノード１２・・・水冷銅るつぼ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）有価金属含有スラグに炭素質還元剤を混合してス
ラグの融点以上に加熱し、冷却後に選鉱処理し、次いで
酸素プラズマ処理により高純度有価金属を製造すること
を特徴とする有価金属スラグからの金属の製造方法。
（２）請求項（１）記載の酸素プラズマ処理後に水素プ
ラズマ処理する有価金属スラグからの金属の製造方法。
（３）請求項（１）記載の選鉱処理の後に、有価金属炭
化物に同種の有価金属の酸化物を添加し、不活性または
還元性プラズマにより反応処理して有価金属を製造する
有価金属スラグからの金属の製造方法。