JPH0617155A - 自熔製錬炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自熔精錬炉の操業において、熱バランス、反
応性、炉況を好適に維持する装入方法を実現する。 【構成】 精錬原料である精鉱の一部を特定のＳ／Ｃｕ
比で酸素富化空気と混合して、精鉱の残部とは別の経路
から精鉱シュートの出口付近に所定の速度で送り込んで
炉内に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硫化精鉱を原料とする
非鉄金属製錬炉の使用方法に関し、特に銅製錬用自熔製
錬炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】硫化銅精鉱（以下「精鉱」という。）を
原料とする製錬炉の一つに自熔製錬炉がある。図２はい
わゆるオートクンプ式自熔炉と呼ばれているこの種の自
熔製錬炉１０の構成例を示すものであり、図４は該自熔
製錬炉１０の頂部１１に設けられる精鉱バーナーの１例
の断面図を示すものである。図において、自熔製錬炉１
０は、その頂部１１に精鉱バーナー１２を設けた反応塔
１３と、該反応塔１３の下部に一端が接続されたセトラ
ー１７とから基本的に構成されている。セトラー１７の
他端に排煙道１４が接続され、またセトラー１７の側面
にカワ抜き口１５とカラミ抜き口１６とが設けられてい
る。

【０００３】精鉱バーナー１２は、下端にベンチュリー
状の絞り部１８が形成されたバーナー本体１９と、該バ
ーナー本体１９の中央部に垂設された管状の精鉱シュー
ト２０と、該精鉱シュート２０の中心を貫通した酸素吹
込み管２１と、該酸素吹込み管２１の中心を貫通した重
油バーナー２２と、酸素吹込み管２１の下部外側に設け
られた分散コーン２３とから構成されている。精鉱シュ
ート２０の先端が絞り部１８よりやや下方に突出してい
る。酸素吹込管み２１の先端と重油バーナー２２の先端
が反応塔１３の天井内面と同じ高さとなるように設けら
れている。また、重油バーナー２２と酸素吹込み管は同
心円上に形成されている。さらに、ウインドボックス２
４が設けられている。

【０００４】このような自熔製錬炉を用いた操業例で
は、まず、補助燃料が重油バーナー２２より炉内に供給
され、酸素吹込み管２１より工業用酸素の一部が供給さ
れる。そして、精鉱、フラックス等の製錬原料が精鉱シ
ュート２０より装入され、反応用気体の残部がバーナー
本体１９のウインドボックス２４よりより炉内に吹込ま
れる。

【０００５】重油は精鉱バーナー１２の直下で激しく燃
焼し、高温度のフレームを形成し、製錬原料等と反応用
気体とを昇温する。

【０００６】昇温された反応用気体と製錬原料中の可燃
成分である硫黄と鉄とが反応し、熔体粒子を形成し、該
熔体粒子は相互に付着成長し、セトラー１７の表面に落
下し、セトラー１７の内部に溜められる。

【０００７】熔体粒子を除去された高温度の排ガスはセ
トラー１７の上部空間を通り、排煙道１４を経由して排
熱ボイラー２５に至り、該排熱ボイラー２５で冷却され
る。

【０００８】セトラー１７内の熔体は、比重差によりＣ
ｕ₂ ＳおよびＦｅＳを主成分とするカワと２ＦｅＯ・Ｓ
ｉＯ₂ を主成分とするカラミとに分離する。そして、カ
ラミは、カラミ抜き口１６より排出され、電気錬カン炉
２６に導入される。一方、カワは次工程の転炉からの要
求に応じてカワ抜き口１５より適宜排出される。

【０００９】電気錬カン炉２６に入ったカラミは更に電
極３１、３２、３３からの通電により生じた熱により加
熱保持され、必要に応じて投入される塊状鉱石や塊状フ
ラックスと反応せしめられる。そして、電気錬カン炉２
６内で、自熔製錬炉１０よりのカラミと共に排出された
カワや、上記反応により新たに生じたカワは、炉底に沈
降し、必要に応じ排出され、転炉に装入される。カワ成
分を除去されたカラミは電気錬カン炉２６のカラミ抜き
口３４より炉外に排出される。

【００１０】以上の記載からわかるように、このような
自熔製錬炉の操業に関しては、製錬原料を反応塔内で確
実に反応させ、熔体粒子とすることが重要である一方、
反応塔の内壁煉瓦の熔損を最小限にすることが重要であ
る。

【００１１】本来、上記自熔製錬炉を用いる自熔製錬法
は、精鉱自体より得られる酸化反応熱により製錬原料を
熔解することを特徴とするものである。しかし、反応用
気体として空気を用いる従来の方法では、炉体よりの熱
の放散、排ガスによる熱の持ち去り、煙灰等の非自燃物
の昇温、熔解、分解のための熱の使用等の熱ロスより、
精鉱自体より得られる酸化反応熱では製錬原料等を熔体
とするには至らない。このため、重油や微粉炭等の補助
燃料を燃焼して不足熱量を補っている。

【００１２】近年、炉の増設や大幅な改造をすることな
く、製錬原料中の精鉱の処理量を増加させるべく種々の
試みがなされている。この一環として、自熔製錬法では
高カワ品位、すなわち、反応塔内での酸素分圧を相対的
に高くし、カワ中の銅品位を高くすることが指向されて
いる。しかし、これを達成するためには、反応塔内に吹
き込む酸素量を増加させることが必要であり、勢い排ガ
ス量の増加と排熱ボイラーの熱負荷の増加を来すことと
なる。

【００１３】この欠点を解消すべく、反応用気体として
酸素富化空気を用いることが検討され、実施されてきて
いる。この結果、排ガスの持ち去り熱量の割合の大幅な
減少により、例えば、酸素濃度４０％程度の酸素富化空
気を反応用気体として用い、精鉱中のＳ／Ｃｕを１．１
以上とした場合、補助燃料を必要とせずに操業可能とな
るとされている。

【００１４】しかし、精鉱の処理量の増加を高めるため
に酸素濃度４０％以上の酸素富化空気を用い、精鉱中の
Ｓ／Ｃｕを１．１以上とした操業では、製錬原料の酸化
反応による発熱量がしばしば過剰となり、熱バランスを
維持するために相当量の非自燃物を吸熱材として装入す
ることが必要となる。

【００１５】この目的で用いうる非自燃物としては、煙
灰、銅滓（酸化銅を含む粉状のスクラップ）の他、銅電
解精製工程より排出され、ビスマス、ヒソ、アンチモン
を含む脱銅スライムのように、多種多用の不純物を含む
各種殿物等がある。

【００１６】これらの中で銅の実収率を低下させること
無く、かつ炉況への影響の少ない煙灰は当然優先して用
いられる。

【００１７】これに対し、銅滓などの反応性の低い非自
然物の装入量の増加は望ましくない。なぜなら、自熔製
錬法では、自熔製錬炉の反応塔内で製錬原料をより完全
に反応させ、熔体とすることが重要であるので、反応性
の低い非自燃物の装入量の増加は、この目的にとって障
害となるからである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記酸素濃度４０％以
上の酸素富化空気を用いた操業では、発生する煙灰を全
量熱バランス上必要な吸熱材として用いても、なお吸熱
材が不足する。よって、上記着火用重油の燃焼熱用の吸
熱材としては、反応性の悪い銅滓を使用するか、限度内
での炉況の悪化を覚悟して各種殿物を使用せざるを得な
い。この障害を解消するための一方法として、製錬原料
と反応用気体の一部、あるいは酸素富化用酸素の一部と
を混合し、精鉱シュートを介して炉内に供給する方法が
検討され、採用されている。

【００１９】本発明は上記状況に鑑みなされたものであ
り、上記問題点のない自熔製錬炉の操業方法の提供を目
的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の発明における自熔製錬炉の操業方法は、精鉱
バーナーを頂部に設けた反応塔と、該反応塔の下部に一
端が接続されたセトラーと、該セトラーの他端に接続さ
れた排煙道とから基本的に構成され、前記反応塔内に精
鉱を吹き込む精鉱シュートを前記精鉱バーナーに設けて
ある自熔製錬炉に適用され、反応塔の熱バランスに必要
とされる補助燃料の量が重油で４００ｌ／ｈ以下であ
り、全精鉱装入量の内の１〜１０％相当量の精鉱を硫黄
／銅比が１．３以上となるようにして着火用精鉱とし、
該着火用精鉱と、該着火用精鉱中の鉄を四三酸化鉄、硫
黄を二酸化硫黄とするのに必要とされる量以上の酸素を
含む工業用酸素もしくは酸素富化空気とを混合し、該混
合物を前に精鉱シュートと異なる経路により前記精鉱バ
ーナーの出口またはその近傍に、１０ｍ／ｓｅｃ以上の
吹き出し速度で吹き込むことを特徴とする。

【００２１】また、第２の発明にかかる精鉱バーナー
は、下端にベンチュリー状の絞り部が形成され、反応塔
の天井面に出口を有する精鉱バーナー本体と、該バーナ
ー本体の中央部に垂設され、先端が前記絞り部よりやや
下方に突出する管状の精鉱シュートと、該精鉱シュート
を貫通し、先端が反応塔の天井面とほぼ同一面にあるよ
うに設けられた酸素吹込み管と、該酸素吹込み管を貫通
し、先端が反応塔の天井面とほぼ同一面にあるように設
けられた着火用精鉱吹込み管とからなることを特徴とす
る。

【００２２】また、第３の発明は、上記第２の発明の精
鉱バーナーを備えた自熔製練炉に上記第１の発明の操業
方法を適用するものである。

【００２３】なお、本発明の操業方法において、全精鉱
処理量の残部の９０〜９９％相当量は、精鉱シュートを
介して炉内に吹き込む。

【００２４】

【作用】本発明の本質は、着火源として重油の代わりに
精鉱を用いることにある。よって、原理的には重油と同
程度の着火温度（５３０〜５８０℃）を持つ精鉱が得ら
れれば良い。

【００２５】ある鉱物が激しく酸化を始める反応用空気
の最低温度を着火温度と定義すると、精鉱を構成する主
な鉱物と、着火温度と、組成中の硫黄量と銅量の比（以
下「Ｓ／Ｃｕ」と記す。）との関係は、以下のようにな
る。

【００２６】

【表１】

【００２７】この関係を用いて、表２に示されるような
組成を有する各種の精鉱（Ａ〜Ｐ）の着火温度を鉱物ご
との加重平均で試算すると表３のようになる。むろんこ
の値は、対応する精鉱の着火温度を正確に示すものでは
ないが、かなりの目安になることは確かである。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】なお、表２のその他で示される成分は鉛、
亜鉛等の硫化物と思われるが、これらは、着火温度の計
算に際しては無視した。

【００３１】表３に示されるように、重油と同程度の着
火温度を得るためにはＳ／Ｃｕは１．６７以上とするこ
とが必要と思われる。

【００３２】しかし、精鉱を自熔炉内へ吹き込んだ時、
精鉱が着火するかどうかは精鉱と反応用気体との相互関
係で異なり、必ずしも精鉱の着火温度が重油の着火温度
（５３０〜５８０℃）と同程度でなければならないとい
うことは言えない。よって本発明者らは、着火用として
用いるために必要とされる精鉱の着火温度の下限は実際
には不明であると判断した。

【００３３】さらに、本発明者らは、厳密な組成に基づ
き着火温度を計算することは正確な組成分析を必要と
し、現実的に困難であり、かつ迅速性を要する操業管理
に適さないことを考慮し、表２〜表３より着火温度の代
りにＳ／Ｃｕを用いることが可能であると判断した。そ
して、各種のＳ／Ｃｕの精鉱を用いて着火用として使用
できるＳ／Ｃｕの領域を求めた結果、Ｓ／Ｃｕを１．３
以上とすることにより精鉱を良好な着火源として用いう
ることを初めて見出した。

【００３４】ところで、着火源として使用する精鉱の量
（以下「着火用精鉱」と示す。」が少ないと、発生熱量
が不足し、精鉱シュートより供給される精鉱やウインド
ボックスより炉内に吹き込まれる反応用気体を十分昇温
し、製錬原料の熔解反応を起こすことはできない。

【００３５】また、反対に着火用精鉱の量が多すぎる
と、精鉱シュート内より供給される精鉱のＳ／Ｃｕを低
くせざるを得ず、該精鉱の反応性が低下し、全体として
未反応分が増加することになる。さらに、着火用精鉱の
装入装置を大きくしなければならなくなる。

【００３６】これらの問題点を生じさせないようにする
ためには、着火用精鉱の割合は、全精鉱装入量の１〜１
０％相当量とすることが必要である。

【００３７】本発明では、反応用空気と着火用精鉱との
混合物を精鉱バーナー出口近傍の炉内に１０ｍ／ｓｅｃ
以上の吹出し速度で吹込む。

【００３８】精鉱バーナー出口近傍に該混合物を吹き込
むことは、精鉱を着火用として使用するためには当然で
あり、異なる位置に吹き込めば何等初期の効果は得られ
ない。また、吹き込み速度を１０ｍ／ｓｅｃ以上とする
のは、逆火を防止し、かつ着火用精鉱と反応用気体との
混合を良好にするためである。

【００３９】

【実施例】以下実施例を用いて従来例と比較しつつ本発
明をさらに説明する。

【００４０】図１に示される本発明にかかる精鉱バーナ
ー１２は、精鉱シュート２０とウインドボックス２４と
からなり、精鉱シュート２０の中心に、着火用精鉱の吹
込み管２８と、該吹込み管２８と同心円状の酸素吹込み
管２１が設けられている。精鉱シュート２０の下端が精
鉱バーナー本体１９のベンチュリー状絞り部１８よりわ
ずかに下方となり、精鉱吹込み管２８と酸素吹込み管２
１の下端と、反応塔１３の天井内面とが同じ高さとな
る。また、酸素吹込み管２１の下部外側に分散コーン２
３を設けている。

【００４１】（従来例）以下に着火用重油を使用するこ
との効果を示す。

【００４２】図２の自熔炉の反応塔１３の頂部１１に図
４の従来の精鉱バーナー１２を４本設けて、表４〜表５
に示した条件で試験操業を行った。

【００４３】この炉を用いた試験操業に際して、酸素吹
込み管２１より工業用酸素を所定量の割合で吹込み、残
部の反応用気体として所定量の工業用酸素と空気とをウ
インドボックス２４より吹込んだ。なお、用いた工業用
酸素の純度は９０％である。

【００４４】表４〜表５の各欄の値は、マット中の銅品
位（ＭＧ）が従来例１と２では６２％、従来例３と４で
は６０％となり、廃熱ボイラーの熱負荷が一定になるよ
うな条件で、ヒートバランスとマスバランスとを用いて
得た計算値である。

【００４５】従来例１と３とは着火用の重油は使用して
いない。しかし、従来例２と従来例４とは着火用の重油
を２００ｌ／Ｈの割合で燃焼しており、従来例２では吸
熱材として３．０ｔ／Ｈの銅滓を用いた。

【００４６】本試験操業において、精鉱と銅滓と微粉炭
の全量を精鉱シュート２０より炉内に装入し、補助燃料
としての重油は重油バーナー２２より炉内に吹込んだ。
得られた結果を表６に示した。

【００４７】着火用重油を使用しない従来例１と重油を
燃焼している従来例２とを比較すると、従来例２の方が
酸素効率は高く、煙灰発生率は低くなっている。このこ
とは、重油が着火源として働き、より早く高温度のフレ
ームが形成されたことを示している。

【００４８】補助燃料として微粉炭を用いている従来例
３と、微粉炭の一部を重油で置き換えている従来例４と
を比較してみても、補助燃料としての重油が着火源とし
て作用し、より早く高温度のフレームが形成され、結果
的に酸素利用効率が高くなり、煙灰発生率が低下してい
ることがわかる。

【００４９】

【表４】

【００５０】

【表５】

【００５１】

【表６】

【００５２】（実施例）着火用に精鉱を使用することの
効果を以下に示す。

【００５３】図２の自熔炉の反応塔の頂部に図１の精鉱
バーナーを４本設けた表７〜表８に示した条件で試験操
業を行った。

【００５４】図１の精鉱バーナー１２は、図４の精鉱バ
ーナー１２の重油バーナー２２の代りに着火用精鉱の吹
込み管２８を備えたものである。よって、着火用重油は
当然のことながら使用されていない。

【００５５】この炉を用いた試験操業に際して、Ｓ／Ｃ
ｕ １．３１の精鉱を全処理精鉱量の３％となる量で着
火用として着火用精鉱吹込み管２８より炉内に吹込み、
残部の精鉱を精鉱シュート２０より炉内に装入した。得
られた結果を表９に示した。

【００５６】実施例と各従来例とを比較すると、本願実
施例１でも従来例２と同程度の成績がえられ、実施例２
においても従来例４と同程度の成績が得られており、本
発明の初期の目的が達成されていることがわかる。

【００５７】

【表７】

【００５８】

【表８】

【００５９】

【表９】

【００６０】なお、図３は、本発明の実施を可能とする
自熔製練炉１０の他の一例を示し、精鉱バーナー１２の
近傍に着火用精鉱吹込み管２８を設けたものである。す
なわち、図１の精鉱バーナー１２では、精鉱吹込み管２
８を酸素吹込み管２１と同心円状に配置したのに対し、
図３では精鉱吹込み管２８を酸素吹込み管２１と別個に
設けてある。

【００６１】

【発明の効果】本発明の方法によれば、不要な着火用重
油を削減できるので、これに必要とされる反応性が悪
く、処理しづらい冷材の使用量を削除でき、炉況を悪化
させることなく炉内の熱負荷の限度まで精鉱処理量を増
加でき、より一層の低コスト化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の実施例に用いた精鉱バーナーの概略断面
図である。

【図２】本願発明が適用される自熔炉の概念図である。

【図３】本発明の実施を可能とする自熔製練炉の他の例
を示す概略断面図である。

【図４】従来より使用されている精鉱バーナーの概略断
面図である。

【符号の説明】

１０ 自熔製練炉 １１ 頂部 １２ 精鉱バーナー １３ 反応塔 １４ 排煙道 １５ カワ抜き口 １６ カラミ抜き口 １７ セトラー １８ 絞り部 １９ バーナー本体 ２０ 精鉱シュート ２１ 酸素吹込み管 ２２ 重油バーナー ２３ 分散コーン ２４ ウインドボックス ２５ 排熱ボイラー ２６ 電気錬カン炉 ２８ 着火用精鉱の吹込み管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 精鉱バーナーを頂部に設けた反応塔と、
   該反応塔の下部に一端が接続されたセトラーと、該セト
   ラーの他端に接続された排煙道とから基本的に構成さ
   れ、前記反応塔内に精鉱を吹込む精鉱シュートを前記精
   鉱バーナーに設けてある自熔製錬炉に適用され、反応塔
   の熱バランスに必要とされる補助燃料の量が重油で４０
   ０ｌ／ｈ以下である自熔製練炉の操業方法において、全
   精鉱装入量の内の１〜１０％相当量の精鉱を硫黄／銅比
   が１．３以上となるようにして着火用精鉱とし、該着火
   用精鉱と、該着火用精鉱中の鉄を四三酸化鉄そして硫黄
   を二酸化硫黄とするのに必要とされる量以上の酸素を含
   む工業用酸素もしくは酸素富化空気とを混合し、該混合
   物を前記精鉱シュートと異なる経路により前記精鉱バー
   ナーの出口またはその近傍に、１０ｍ／ｓｅｃ以上の吹
   き出し速度で吹き込むことを特徴とする自熔製練炉の操
   業方法。
2. 【請求項２】 下端にベンチュリー状の絞り部が形成さ
   れ、反応塔の天井面に出口を有する精鉱バーナー本体
   と、該バーナー本体の中央部に垂設され、先端が前記絞
   り部よりやや下方に突出する管状の精鉱シュートと、該
   精鉱シュートを貫通し、先端が反応塔の天井面とほぼ同
   一面にあるように設けられた酸素吹込み管と、該酸素吹
   込み管を貫通し、先端が反応塔の天井面とほぼ同一面に
   あるように設けられた着火用精鉱吹込み管とからなるこ
   とを特徴とする精鉱バーナー。
3. 【請求項３】 請求項１記載の自熔精錬炉の操業方法に
   おいて、反応塔頂部に設けられた精鉱バーナーが請求項
   ２記載の精鉱バーナーであることを特徴とする自熔精錬
   炉の操業方法。