JPH108156A - 銅製錬用自溶炉、製銅装置及び廃熱回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅製錬用自溶炉の廃熱回収ボイラーを従来の
横型から縦型に変更し、かつ縦型においてもダスト付着
物によるトラブルが起こらずかつ従来の横型よりもボイ
ラーのトラブルを少なくする。また自溶炉での連続製銅
を可能にするように自溶炉を改造し、さらに連続製銅に
際してボイラートラブルによる休止をできるだけ少なく
する。 【解決手段】 断面積を部分的に絞ったアップテーク３
の上部に廃熱回収ボイラー４を設置するとともに廃熱回
収ボイラー４に連通するサイクロン５を設ける。サイク
ロン５とアップテーク３を断面積絞り部３ａより上方で
連通するダスト添加管６を設けて排ガスを冷却する。さ
らに、アップテーク３とシャフト１を近接させることに
より自溶炉２０に滞留するマット、スラグを少なくし、
自溶炉２０で生成するスラグを保持してスラグ中に混入
したマットをスラグから分離する錬▲かん▼炉１５と、
製銅炉１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅製錬用自溶炉、
製銅装置及び廃熱回収方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、銅の連続製錬法の一例としては、
銅精鉱を酸素富化空気とともに溶錬炉に吹込み生成した
マットとスラグが混合した溶体を、電力を熱源とした保
持炉で処理してスラグとマットを分離し、マットは更に
酸素富化空気を吹込み酸化して粗銅を得、スラグは水砕
後溶錬炉に繰り返す方法が行われている（「資源と素
材」Ｖｏｌ．１０９，Ｎｏ．１２、非鉄製錬号、ｐ９５
９〜９６３，特にｐ９６１，図４）。この方法は上吹強
撹拌機能をもつインジェクション溶錬法であると言われ
ている。

【０００３】一方、本出願人が銅製錬を行う自溶炉はシ
ャフト、セットラー及びアップテークを有しており、そ
の寸法は図３に示すとおりである。図において、１はシ
ャフト、２はセトラー、３はアップテークであり、セッ
トラーの内容積は約６０ｍ³である。なお、本出願人が
行っている製錬条件は前掲非鉄製錬号、第９７３頁表５
に示されている。

【０００４】銅製錬における自溶炉法は低公害・省エネ
ルギー型製錬法として優れたプロセスであるが、シャフ
トを落下する銅精鉱を燃焼するところに特長があるため
に、溶体に銅精鉱を直接吹き込みそれにより反応させる
プロセス（例えば三菱Ｓ炉）に比べ、排ガス中に随伴す
るダスト量が多いことは避けられない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ダストを含む銅製錬自
溶炉排ガスは上向に流れそして水平方向に方向転換され
るが、方向転換されるときにアップテーク天井部にダス
トが溶着し、あるいはボイラー放射伝熱部の天井部に配
置された水冷管壁にダストが溶着して、ボイラーの運転
効率を妨げていた。

【０００６】公知の連続製銅法と比較した場合の自溶炉
製錬の特徴は、インジェクション製錬でないために精鉱
を炉内に装入するためのエネルギーが少ないこと、及び
炉内の撹拌作用がそれほど強くなく、自溶炉がマットと
スラグを分離する機能をもっていることにある。かかる
機能を利用した連続銅製錬を開発すると、従来の連続製
錬法よりエネルギー的に有利な製錬法が提供できる。

【０００７】したがって、本発明はダストの溶着トラブ
ルを解消することができる銅製錬自溶炉及び廃熱回収方
法を提供することを第一の目的とする。さらに、本発明
はダストの溶着トラブルがなくかつエネルギ−的に有利
な製銅装置を提供することを第二の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の目的を達
成する銅製錬用自溶炉は、シャフト、セトラー、アップ
テークを含んでなり、さらに廃熱回収ボイラーを付設し
た銅製錬用自溶炉において、断面積を部分的に絞った前
記アップテークの上部に垂直型廃熱回収ボイラーを設置
するとともに該廃熱回収ボイラーに連通するサイクロン
を設け、サイクロン底部と前記アップテークを前記断面
積絞り部より上方で連通するダスト添加管を設けたこと
を特徴とするものである。本発明の第一の目的を達成す
る銅製錬用自溶炉の排ガスからの廃熱回収方法は、シャ
フト、セトラー、アップテークを含んでなる銅製錬用自
溶炉からの排ガス中の廃熱をボイラーにより回収する方
法において、前記アップテークの断面積を部分的に絞り
流速を高めた高速排ガスを上向きに流して廃熱回収ボイ
ラーに導くとともに、該廃熱回収ボイラーからの排ガス
をサイクロンに導いてその底部にて沈降回収したダスト
を、該廃熱回収ボイラーに入る前の高速排ガスに添加す
ることを特徴とするものである。

【０００９】本発明者は、銅精鉱をシャフトとアップテ
ークを近接させた自溶炉に吹き込み、生成するマットを
連続的に製銅炉に供給して粗銅を生成させかつ該粗銅を
連続的に出湯し、かつ前記自溶炉で生成するスラグを錬
▲かん▼炉に供給してスラグ中に混入したマットをスラ
グから分離し、分離後のマットを前記製銅炉に供給し、
かつ前記製銅炉で生成するスラグを前記自溶炉に繰り返
すとエネルギ−が大幅に節減されることを見出した。し
たがって、本発明の第二の目的を達成する製銅装置は、
部分的に断面積を絞ったアップテークとシャフトを近接
させた自溶炉と、前記アップテークの上部に設置された
廃熱回収ボイラーと、該廃熱回収ボイラーに連通すると
ともに前記アップテークと前記断面積絞り部より上方で
ダスト添加管を介して連通するサイクロンと、前記自溶
炉で生成するスラグを保持してスラグ中に混入したマッ
トをスラグから分離する錬▲かん▼炉と、製銅炉とを含
んでなるとともに、マットが溜る前記自溶炉内のレベル
に開口したマット出湯口、該出湯口と前記製銅炉とを常
時連通させる出湯樋、スラグが溜る前記自溶炉内のレベ
ルに開口したスラグ出湯口、前記製銅炉で生成した溶融
スラグを水砕する装置、及び該水砕スラグを前記自溶炉
に搬送する手段を有することを特徴とする。なお水砕装
置及び水砕スラグ搬送手段に代えて溶融スラグを溶融状
態のまま自溶炉に搬送する取鍋運搬車などの装置を設置
することができる。

【００１０】以下、本発明の銅製錬自溶炉及び廃熱回収
方法に共通する事項を詳細に説明する。

【００１１】従来自溶炉において水平型廃熱回収ボイラ
ーが使用され垂直型廃熱回収ボイラーが使用されなかっ
た理由は、自溶炉ダストが低温で粘着性があるために、
垂直ボイラの管壁に付着して厚く成長するが天井部の水
平管壁に付着したダストは落下し易くボイラーのトラブ
ルを招き難いというところにあった。本発明においては
垂直ボイラーを自溶炉の廃熱回収に使用するに当たって
は、ボイラーとサイクロンを連通させ、サイクロンで回
収され粗粒に成長したダストを自溶炉のアップテークに
戻すことにより、排ガス及びこれに随伴するダストの温
度を大幅に下げて粘着性を著しく低下させている。な
お、ダストに含まれる硫酸化物が最も粘着性を有するた
めに珪酸鉱、炭酸カルシウム、水砕スラグなどを冷材と
してダストとは別にアップテーク内チャンバ−に添加し
てもよい。

【００１２】加えて、アップテークの断面積を好ましく
は２０〜５０％の範囲で部分的に絞ることによりアップ
テークにおける排ガスの流速を高め、高速排ガス廃熱回
収ボイラーに供給することにより微流ダストが管壁に付
着しないようにしている。以上の手段により垂直型廃熱
回収ボイラーを自溶炉に適用することが可能になった。

【００１３】本発明により垂直型廃熱回収ボイラーを付
設した自溶炉ではガス流の水平方向への方向転換がない
から、ダストが方向転換部に相当するアップテーク及び
ボイラーの天井に付着することは解消される。またサイ
クロンで粗粒として回収されたダストは、ボイラ−通過
時の熱交換効果及びサイクロン内での放熱により、温度
が低下しているから、アップテークに戻されたときは排
ガス及びその随伴ダストの冷材として作用する。この冷
却程度は、従来のボイラー入口の温度との比較で５００
℃以上の温度降下であり、これに対応してボイラーに入
るガスの温度は６５０℃以下となるので、ダストの粘着
の問題を解消することができる。

【００１４】自溶炉の面から見た本発明の特長は、ボイ
ラーにおける溶着トラブルがないために自溶炉の休止率
が低下し、稼働率が向上するところにある。また、アッ
プテークに戻されたダストのうち比較的微細なものは再
び排ガス中に随伴するが、残りの粗大のものは自溶炉ス
ラグ中に入り、通常のもしくは後述のスラグ処理工程で
処理される。

【００１５】一方、廃熱回収の面から見ると、自溶炉か
ら発生する排ガスの量は本発明を実施することにより増
減しないが、サイクロン回収ダストが排ガスを冷却して
ボイラーの入口温度が著しく低下するので、ボイラーを
通過するガス量（体積）が減少する点に廃熱回収から見
た本発明の特長がある。したがって、本発明法による廃
熱回収法は従来法と比べて低温・少量の排ガスから廃熱
を回収する方法であり、廃熱回収ボイラーを小型化する
ことができる利点がある。

【００１６】また、サイクロンにおけるダスト沈降特性
を調節することによりボイラー入口における排ガス温度
を５５０〜６５０℃の範囲で調節することができる。こ
の温度が低いとダストの吸着が少ないなどの面で望まし
く、一方ある程度高い温度はボイラーの熱効率が高くな
る面で望ましいので、これらの両面を比較検討して排ガ
ス温度を適宜定める。

【００１７】続いて、シャフトとアップテークを近接さ
せかつ垂直型廃熱回収ボイラーを設置した製銅装置の特
徴を説明する。自溶炉 従来の連続製銅法では、インジェクション製錬のための
高圧ブロワーが必要であり、このために電力消費量が多
いという問題があるが、自溶炉製錬法ではこのような問
題はないため、本発明においては銅精鉱よりマットとス
ラグを作りだすために自溶炉を使用する。自溶炉では、
溶体の撹拌が穏やかでありスラグとマットがよく分離さ
れているので、保持炉を介さないでほとんどのマットを
製銅炉に供給することができる。

【００１８】また、本発明においては、自溶炉のシャフ
トとアップテークを、これらの築炉が許される範囲で近
接することにより、自溶炉の容積を小さくしている。こ
のために従来の自溶炉と比較すると同一の銅精鉱投入量
の場合炉内に滞留するマット及びスラグの量が少なくな
る。本発明における自溶炉製錬の一つの特徴は従来のバ
ッチ製錬ではなくマットあるいはマットとスラグの両方
を連続的に流出させるところにある。これを可能にする
ためには炉内の溶体の滞留量を少なくしなければなら
ず、上記した自溶炉のシャフト・アップテーク近接構造
はこのために必要な構造である。

【００１９】錬▲かん▼炉 しかしながら、シャフト・アップテークを近接構造とす
ると、スラグの保持容量及び時間が不足し、スラグ中へ
のマットの混合割合が多くなることになるので、この対
策としてスラグ専用保持炉として錬▲かん▼炉を設け
る。錬▲かん▼炉はスラグを保持するとともにスラグ中
に一部混合されているマットを分離する機能をもつ炉で
ある。この機能を実現するために、錬▲かん▼炉は電弧
加熱などの電力を熱源として溶体を溶融状態で保持かつ
静置するように構成することができる。

【００２０】錬▲かん▼炉でスラグから分離されたマッ
トは連続製銅炉に供給される。この量は自溶炉で生成さ
れるマットよりは少量であり、連続供給には不足するた
めに十分な量になったときに適時供給を行う。一方、マ
ットを分離したスラグは銅品位が無視できる程度であ
り、水砕等で細粒化後銅以外の資源として再利用する。
本発明は電力を熱源とする保持炉を使用する点では従来
の連続製銅法と共通しているが、保持対象が従来のよう
に溶体全体ではなくスラグ（一部マットを混合）のみ、
すなわち溶体に対して約５０％であるために、電力消費
は非常に少ない。

【００２１】連続製銅炉 連続製銅炉は自溶炉及び錬▲かん▼炉のマットを受け入
れ、連続的に生成する。この製錬は従来の連続製銅法の
最終段階と基本的には同じである。製銅炉で生成するス
ラグ中の銅品位は高いので、従来の連続製錬法と同様
に、スラグを水砕スラグとしてあるいは溶融スラグのま
ま自溶炉に繰り返して、残存する銅分の回収を行う。こ
こで、熱バランスを良好にする観点からは溶融スラグ
が、またスラグの取り扱い便宜の観点からは水砕スラグ
が、好ましい。何れのスラグを繰返すにせよ自溶炉が従
来のようなセットラーを有する構造であると、セットラ
ーからの放熱が大きいためにスラグの繰り返しには適し
ていない。よって本発明ではスラグの繰り返しに適する
構造とするためにもシャフト・アップテーク近接構造と
している。また銅品位が高いスラグを選鉱処理を経ない
で自溶炉に繰返すために工程省略の効果がある。

【００２２】廃熱回収ボイラー・サイクロン この役割は基本的には上記のとおりであるが、セトラー
からの放熱が少ない分だけ廃熱回収ボイラー入口の温度
が高まる。これはダストの粘着の面からは不利であり、
逆にサイクロン回収ダスト添加による容態の冷却が緩和
されること及びボイラーの効率が高まる面で有利であ
る。前者の対策としては炭酸カルシウムなどの追加冷材
を挿入することが好ましい。

【００２３】シャフト・アップテーク近接自溶炉による
製銅法では製錬開始後、炉容積に相当する一定量のマッ
ト及びスラグが自溶炉に溜った後は自溶炉から連続製銅
炉へは溶体は連続的に供給され、また連続製銅炉からは
粗銅が連続的に出湯される。但し、従来の連続製銅法で
は保持炉も連続処理であるが、本発明法では自溶炉でほ
とんどのマットを作るために、保持炉（錬▲かん▼炉）
の処理は連続式にする必要はない。即ち、錬▲かん▼炉
の操業はマットとスラグが十分に分離された時点でマッ
トを製銅炉に移すように構成することができる。続い
て、本発明に係るボイラーを付設した自溶炉の具体例を
図面を参照して説明する。

【００２４】図１は本発明に係る自溶炉の具体例を示す
概念図であって、図中、１はシャフト、２はセトラー、
３はアップテークであり、いずれも公知の炉各部であ
る。４はそれ自体は公知のコンベクションタイプのボイ
ラーであって、排ガスを上向きに導き廃熱回収が完了す
るまでは一切ガス流の方向転換をしないように、アップ
テーク３の上部に設けられている点が従来の自溶炉では
なかった特長である。したがって排ガスはボイラー４内
に垂直方向もしくは水平方向に多数設けられた水冷管
（図示せず）と熱交換する。ボイラーとしてはFoster W
heeler社で製造・販売されているフラックスフロウ（商
標）型のものを使用することができよう。

【００２５】５は２基（図示しない２基も含む）のサイ
クロンであって、その沈降特性は平均粒径が５〜１０μ
ｍのダストをほぼ全量を沈降させ、これより微細なダス
トは１重量％以下は排ガスに随伴させて上部から排出す
ることが好ましい。但し、循環するダストは数千ｇ／ｍ
³ であり、自溶炉から新に排出されるダストは１００ｇ
／ｍ³ 前後であり、サイクロンで沈降しないダストは数
１０ｇ／ｍ³ である。沈降したダストはある程度の量サ
イクロン５内に貯めて、その後ダスト添加管６から電磁
弁７を開放することによりアップテーク３に添加する。
なお、サイクロン５は１基もしくは３基以上でもよい。
サイクロンからの排ガスは従来から行われている硫酸製
造処理工程に送り、公知の処理を行う。

【００２６】３ａはアップテーク３の炉体全体を細くす
ることにより形成した断面積絞り部である。この図示の
方法以外に炉体外形は従来と同様にしてチャンバー内部
の煉瓦を厚くするなどの方法により絞り部３ａを形成す
ることもできる。

【００２７】さらに、本発明の装置的特徴を図２を参照
して説明する。シャフトをアップテークを近接させた参
照符号の意味及び寸法表示の方法は図１と同様である。
シャフト１及びアップテーク３のそれぞれの中心軸間距
離（Ｃ）は従来炉では約１５ｍであるが、本発明炉では
セットラーを小さくした長さの分だけ炉の長さが短くな
り、間隔（Ｃ）は約７．５ｍと大幅に短縮されている。
このために上述したように溶体の保持のためのスペース
及び時間が少なくなるために錬▲かん▼炉の容量を大き
くする必要が生ずる。

【００２８】自溶炉２０には１個もしくは２個のマット
出湯口２１を設け、出湯樋２２を介してマットを製銅炉
１０に直接かつ連続的に供給する。また自溶炉２０には
スラグ出湯口２３を１個設け溶融スラグを出湯樋１１を
介して錬▲かん▼炉１５に供給する。錬▲かん▼炉１５
はゼーダーベルグ電極１６を３本備えることにより溶体
を適当な温度に保ち、スラグとマットが分離された状態
に到達した時点でスラグはスラグ出湯口１７からマット
はマット出湯口１８からそれぞれ出湯する。溶融マット
は樋で直接又は取鍋で受けてクレーンにより製銅炉１０
まで搬送する。廃熱回収は図１で説明したように且つ連
続的に行われる。以下、操業例を説明する。

【００２９】先ず、図３に示す従来の自溶炉及び図１に
示す本発明の自溶炉の代表的操業例を示す。 従 来 本 発 明 炉ガス量（Ｎｍ³ ／ｈｒ） ４５，０００ ４５，０００ ボイラー内ガス量（Ｎｍ³ ／ｈｒ）９６，０００ ４５，０００ ボイラー入口温度（℃） １，３００ ５００ ボイラー入口含塵率（ｇ／Ｎｍ³ ） ８０ ５，２００ ボイラー出口温度（℃） ３５０ ３００ ボイラー出口含塵率（ｇ／Ｎｍ³ ） ２５ ５，２００ ガス成分 ＳＯ₂ （％） １７．４ １８．２ ＣＯ₂ （％） ３．２ ３．４ Ｎ₂ （％） ７４．９ ７８．３ 伝熱面積 （ｍ² ） ３，４００ ６２４ この操業例に見られるように本発明によると廃熱回収ボ
イラー入口温度が大幅に低下しかつボイラー内ガス量も
半分以下となっている。このためボイラーを伝熱面積で
約１／５に小型化することができる。

【００３０】続いて、図２の製銅設備の好ましい操業例
を数値を挙げて説明する。図２に示した改造自溶炉（内
容積４０ｍ³ ）によるとマットの生産量は、約２６００
０トン／月となり、またスラグの生産量は約２８０００
トン／月となる。この場合溶体が自溶炉内に滞留する時
間は約５時間である。自溶炉で精製するスラグを保持す
る錬▲かん▼炉は内容積を６０ｍ³ とし、スラグ滞留時
間を約７．５時間とすると、スラグ中のマットを十分に
分離することができる。この結果８００トン／月のマッ
トが得られる。電力消費は８３００ＭＷｈ／月である。
製銅炉に酸素富化空気を吹込むことにより自溶炉及び錬
▲かん▼炉から供給されるマットを過不足なく粗銅まで
酸化することができる。

【００３１】

【発明の効果】

（１）ボイラーにおけるダストの溶着を防止し、自溶炉
の休止率を下げることができる。この点は自溶炉による
連続製銅に有利である。 （２）ボイラーを小型化することができる。 （３）従来の自溶炉に比べ炉の大きさを小さくすること
ができる。 （４）製銅炉で発生するスラグの選鉱を省略することが
でき、しかも高い銅回収率が達成される。 （５）製銅炉のスラグを溶融状態のまま自溶炉に戻すと
熱バランスが確保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法で使用する垂直型廃熱回収ボイラーを
付設した自溶炉の一実施態様を示し、主要構造及び寸法
を示す図である。

【図２】本発明に係る連続製錬装置の概略を示す図であ
る。

【図３】従来の自溶炉製錬法で使用する自溶炉の一実施
態様を示し、主要構造及び寸法を示す図である。

【符号の説明】

１ シャフト ２ セトラー ３ アップテーク ４ ボイラー ５ サイクロン ８ スラグ出湯口 １０ 製銅炉 １１ 出湯樋 １５ 錬▲かん▼炉 ２０ 自溶炉

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフト、セトラー及びアップテークを
   含んでなり、さらに廃熱回収ボイラーを付設した銅製錬
   用自溶炉において、 断面積を部分的に絞った前記アップテークの上部に前記
   廃熱回収ボイラーを設置するとともに該廃熱回収ボイラ
   ーに連通するサイクロンを設け、サイクロン底部と前記
   アップテークを前記断面積絞り部より上方で連通するダ
   スト添加管を設けたことを特徴とする銅製錬用自溶炉。
2. 【請求項２】 部分的に断面積を絞ったアップテークと
   シャフトを近接させた自溶炉と、前記アップテークの上
   部に設置された廃熱回収ボイラーと、該廃熱回収ボイラ
   ーに連通されるとともに、前記アップテークと前記断面
   積絞り部より上方でダスト添加管を介して連通されるサ
   イクロンと、前記自溶炉で生成するスラグを保持してス
   ラグ中に混入したマットをスラグから分離する錬▲かん
   ▼炉と、製銅炉とを含んでなるとともに、マットが溜る
   前記自溶炉内のレベルに開口したマット出湯口、該出湯
   口と前記製銅炉とを常時連通させる出湯樋、スラグが溜
   る前記自溶炉内のレベルに開口したスラグ出湯口、前記
   製銅炉で生成する溶融スラグを水砕する装置、及び該水
   砕スラグを前記自溶炉に搬送する手段を有することを特
   徴とする製銅装置。
3. 【請求項３】 部分的に断面積を絞ったアップテークと
   シャフトを近接させた自溶炉と、前記アップテークの上
   部に設置された廃熱回収ボイラーと、該廃熱回収ボイラ
   ーに連通されるとともに前記アップテークと前記断面積
   絞り部より上方でダスト添加管を介して連通されるサイ
   クロンと、前記自溶炉で生成するスラグを保持してスラ
   グ中に混入したマットをスラグから分離する錬▲かん▼
   炉と、製銅炉とを含んでなるとともに、マットが溜る前
   記自溶炉内のレベルに開口したマット出湯口、該出湯口
   と前記製銅炉とを常時連通させる出湯樋、スラグが溜る
   前記自溶炉内のレベルに開口したスラグ出湯口、前記製
   銅炉で生成する溶融スラグを溶融状態のまま前記自溶炉
   に搬送する手段を有することを特徴とする製銅装置。
4. 【請求項４】 前記錬▲かん▼炉が電熱式加熱手段を有
   することを特徴とする請求項２又は３記載の製銅装置。
5. 【請求項５】 シャフト、セトラー及びアップテークを
   含んでなる銅製錬用自溶炉からの排ガス中の廃熱をボイ
   ラーにより回収する方法において、 前記アップテークの断面積を部分的に絞り流速を高めた
   排ガスを上向きに流して廃熱回収ボイラーに導くととも
   に、該廃熱回収ボイラーからの排ガスをサイクロンに導
   いてその底部にて沈降回収したダストを、該廃熱回収ボ
   イラーに入る前の排ガスに添加することを特徴とする銅
   製錬自溶炉の廃熱回収方法。
6. 【請求項６】 シャフトとアップテークを近接させた自
   溶炉の廃熱を回収することを特徴とする請求項５記載の
   銅製錬自溶炉の廃熱回収方法。