JPS63255327A - 乾式冶金的銅精錬 - Google Patents

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】 発明の技術分野 本発明は、硫化鉱、精鉱、および／または二次源からブ
リスターおよび／または精錬鍋の乾式冶金的製造の分野
に関する。より詳細には、本発明は、有意量の硫黄、例
えば約２０％までの硫黄を含有する銅を、硫黄含量的０
．１％未満または０．０１％未満および酸化を受けやす
い低含量の不純物を有する銅金属に効率良く転化する方
法に関する。

従来技術および課題の説明 一次銅製錬ユニットで製造される銅マット（本質上可変
量のＣｕ　２　ＳおよびＦｅＳおよび微量の酸素および
他の元素を含有する溶液）の通常のバッチ転化において
は、ブリスターへの仕上げは、通常同じ容器中で行われ
る数個の転化段階の最後である〔側部吹込転炉（ピアー
ス・スミス、ホボーケン等）または上部吹込回転転炉（
ＴＢＲＣ））。これらの段階は、下記のように同定でき
る： １）転炉に残る溶湯が本質上ホワイトメタル（主として
Ｃｕ　２　Ｓ　）からなるまで、フラックスで造滓され
る酸化鉄として鉄の排除を包含する造滓、２）ホワイト
メタルの完全な消失までホワイトメタルのセミブリスタ
ーへの転化（ホワイトメタルおよびセミブリスターは不
混和性である）、および ３）陽極炉中での銅の更に他の加工に許容可能な水準ま
でセミブリスター溶湯中の硫黄の排除によるブリスター
の製造。成る場合には、最後の転化段階は、陽極炉で望
ましくない残留不純物の排除を伴う。これは、鋼中のニ
ッケル含量が約１％の量を超える場合である。

すべてのスラグを転炉から完全に除滓することは困難で
あるので、ホワイトメタルを吹込処理してセミブリスタ
ー、結局ブリスターにすることは、造滓操作から転炉に
残るスラグの存在下で行われる。転化の最後の段階にお
いては、即ち、セミブリスターからの硫黄の排除におい
ては、スラグ層の漸次剛化を生ずる系の酸素ポテンシャ
ルの急増がある。この現象は、シリカ質スラグの存在下
でのニッケル汚染銅の転化において悪化する。その理由
は、シリカ質スラグがニッケル排除時に生成される高融
点酸化ニッケルに対して低い溶解度を有するからである
。更に、標準吹込圧力、即ち、約２気圧（絶対）でＴＢ
ＲＣ中で操作される側部吹込転炉中での浴の攪拌は、最
適にはほど遠い。

従って、浴は、通゛常、平衡ではなく、硫黄標的を達成
しかつ／または望ましくない元素、例えば、ニッケルを
排除しようとする際に過度の銅酸化が生ずる。酸化銅は
、カニ状スラグに同伴されるようになり、このように依
然として仕上げられていない溶湯と逆反応（ｂａｃｋ−
ｒｅａｃｔ）できる可能性を激しく限定する。ブリスタ
ーを最後に鋳造する時には、主として酸化鉄、酸化鋼お
よび他の酸化物、例えば、酸化ニッケルからなる多量の
「カニ」が、転炉に残る。このカニは、次の転化サイク
ルの開始時に炉マットによって消化されなければならず
、このことは製造できる炉マットの品質に限定を課す。

更に、「カニ」が充填された転炉への炉マットの添加は
、実質量のＳ　Ｏ２の発生を生じさせ、重大な作業場の
環境問題が生ずる。

約１％よりも多いニッケルを含有する銅の転化は、特殊
な問題を提示する。ブリスター中のニッケル含量は、許
容可能な陽極品位鋼を生成するためには１％未満に低下
させなければならない。銅から排除されたニッケルは、
カニ中で濃縮される。

このカニの周期的処分は、転化容器中のニッケルの蓄積
を回避するために必要とされる。カニに伝わる転化の最
終段階で生成される酸化銅の量を最小限にすることは、
胴回収率を最大限にするのに特に重要である。

側部吹込容器中での転化の最終段階、即ち、セミブリス
ターのブリスターへの仕上げは、酸素効率の実質的損失
によっても特徴づけられる。このことは、最適の攪拌か
らほど遠いためだけではなく、浴の表面に関して羽口の
通常より浅い位置のためである。この段階での酸素効率
は、約５０％にすぎない。

これらの問題の大部分は、ホワイトメタルまたはホワイ
トメタルを含むか含まないセミブリスターを、転化の最
終段階を平衡近〈実施して酸化銅の生成および／または
成る場合にはカニ状酸化物沈殿の生成を最小限にするこ
とができる別の容器に、移すことによって解決できる。

この可能性は、セミブリスターおよび／またはホワイト
メタルが得られる１段製錬法および／または連続転化容
器の製品において特に開かれている。

出願人は、米国特許第４，４６９．５１３号明細書には
、銅溶湯の上部吹込が溶湯を底からスパージングする（
ｓｐａｒｇｅ）ことを随伴することができることが開示
されていることを知っている。

発明の目的および概要 本発明の目的は、溶融塊を本質上不活性の（非反応性の
）ガスで底部スパージングしながら酸素含有ガスによっ
て上部または側部吹込みを行ない、酸素含有ガスでの吹
込を停止した後にスパージングを続けることによって溶
融ホワイトメタルまたはセミブリスター鋼を吹込んでブ
リスターとする改良法を提供することにある。スパージ
ングは、浴を攪拌して硫黄および望ましくない微量元素
の排除を高め、酸素効率を増大させ、過剰量の酸化銅の
生成を防止する。

発明の詳細な説明 本発明は、Ｃｕ　２　Ｓの硫黄含量に等価までの量の硫
黄含量、約５％までの量のニッケルを含有する溶融銅塊
（残部は本質上胴および関連不純物である）から硫黄を
除去する方法であって、（ａ）銅塊が製品の硫黄仕様を
満たすのに十分な酸素を含有するまで、前記溶融銅塊を
前記溶融銅塊の深さのほぼ中点またはそれよりも高い点
で酸素含有ガスと接触させるとともに、（ｂ）前記溶融
銅塊を前記溶融銅塊の瀾さの中点よりも有意に低い点か
らガスでスパージングし、（Ｃ）前記溶融銅塊と酸素含
何ガスとの接触が止んだ後、不活性ガスでの前記スパー
ジングを続けることを特徴とする溶融銅塊から硫黄を除
去する方法を意図する。

前記溶融銅塊は、通常、−火源（鉱石または精鉱）から
得られるホワイトメタルまたはセミブリスター鋼または
両者の混合物であるが、いかなる源からの銅も含むこと
ができ、または包含できる。

溶融銅塊は、好適な容器に閉じ込められる。有利には、
溶融銅塊と酸素含有ガスとの接触は、溶融塊に空気、酸
素に富んだ空気または酸素を上部から吹込むことによっ
て達成され、仝スパージングは、溶融銅塊の底の点また
はそれに近い点からの不活性ガス、例えば、窒素または
アルゴンで達成される。

本発明のより有利な態様によれば、同時に不活性ガスで
スパージングしながら酸化ガスを溶湯上に上部から吹込
み、上部吹込が止んだ後にスパージングを続けることに
よって、セミブリスター、ホワイトメタルまたは２つの
混合物からなる溶湯を９１００ｐｐｍ未満を含有する銅
に転化する。

スパージングは、浴を攪拌して、硫黄の排除並びに不純
物の排除の増大、酸素効率の増大および過剰量の酸化銅
の生成の防止をもたらす。

本発明は、ニッケル約５％まで汚染されたセミブリスタ
ーおよび／またはホワイトメタルのブリスターへの仕上
げで特に有用である。この場合には、少量への脱硫は、
酸化ニッケルー酸化銅カニの過度の生成を回避しながら
達成できる。最初に、不活性ガスでスパージングするこ
とによって攪拌しながら、溶融銅を酸素含有ガスと接触
させる。

硫黄仕様を満たすことができるのに十分な酸素が系内に
蓄積した時に、利点は、吹込を停止し追加の期間スパー
ジングすることによって浴を単純に攪拌することによっ
て生じる。溶湯が鋳造および別の容器への移送に十分な
過熱を有する液相線よりもかなり高い温度に、攪拌溶湯
を冷却する時に、系内の酸素は、酸化ニッケルとしての
ニッケルの大部分の溶離を生じさせる。これらの連続的
段階、即ち、攪拌下の酸化、次いで攪拌のみの実施は、
Ｓ約１１００ｐｐおよびＮｉ約１％を含有するブリスタ
ー銅を生成できる。

上部吹込によって転化しながらの溶湯の不活性ガススパ
ージングは、平衡への接近を高め、酸素効率を改良する
。更に、攪拌は、吹込と無関係に行う。それゆえ、過度
の銅酸化が観察されるならば、単純な攪拌によって系を
平衡にすることが可能になる。

より詳細には、Ｃｕ−Ｎｉ−３系での熱力学的測定、概
算および計算は、通常の転化温度においては、硫黄酸化
がニッケル酸化と銅酸化との両方に関してよりも容品で
あることを示した。このことは、平衡条件からの大きい
偏差が回避できるならば、有意量のニッケルまたは銅を
酸化せずに、ブリスター銅をＳ量１ｏｏｐｐｍに転化す
ることが可能であることを意味する。このように、ニッ
ケル含有セミブリスターおよび／またはホワイトメタル
の転化冶金の有意な改良は、本発明の方法を使用するこ
とによって可能となる。

、　　従来技術の銅精錬法と比較して、下記の利点が、
現在開示した方法で達成される。

１、浴の攪拌は、ガスと溶湯との反応を促進して、平衡
に近い系を保つ。このことは、有意量の銅およびニッケ
ル（もし存在するならば）が酸化される前に、硫黄酸化
を進行させる。

２、最も有利には、本発明の好ましい態様においては、
酸化ガスは潜り羽口を通して吹込まず、その代わりに上
部から吹込む。その結果、酸化ガスの酸素含量は、羽口
摩耗によって課される制限に無関係である。

３、酸化ガスの吹込みと同時の非反応性ガスのスパージ
ングは、上部吹込ガスの酸素効率を増大させる。

４、本法は、酸化吹込および攪拌の別個の制御を可能に
する。このように、十分な酸素が浴中に蓄積した時には
、上部吹込を停止し、スパージングを続けて、酸化銅生
成を最小限にしながら、所定量への硫黄除去および不純
物の排除を行う。

５、本法は、多数の転化操作で使用されるような潜りラ
ンス、通常の羽目、鋼工業で常用されるような多孔プラ
グ、現在開発されている高圧無パンチインジェクターな
どの好適なガススパージング装置の利点を得ることがで
きる。

本発明は、−火源または二次源のいずれかからの銅の処
理に応用でき、銅転化における最終段階として使用でき
る。また、本発明は、通常陽極炉操作を特徴づける乾式
精錬ブリスター銅の酸化（第一）段階に応用できる。

例■ 底に多孔セラミックプラグが設置されたとりべ中で酸素
燃料バーナーを使用して、ニッケル３．１％および硫黄
１．２％と検定される銅３トンを溶融した。溶湯の温度
を１３００℃に調節した。窒素を溶は落ち時および吹込
時にプラグを通して４０１／分で吹込んだ。転化を行う
ために、空気を窒素スパージングによって調製された浴
中で目よりも５１ｃｍ上に吊るされた泣径３．８ｃｍの
スケジュール４０パイプを通して１０１１ｉ／分で吹込
んだ。燃料消費速度を調節して熱損失を相殺し、浴温約
１３００℃を維持した。吹込３０分後、浴を検定したと
ころ、重量％でＳｏ、０２３、Ｎｉ１．２４．００．６
７であった。吹込を再開し、１分後、温度を約１３００
℃に維持しながら、窒素攪拌を６０分間続けた。この期
間の終わりに、浴を検定したところ、重量％でＳｏ、０
０８、Ｎｉ１．１３．００．９２であった。次いで、バ
ーナーを消した。窒素速度を１０ＩＩＺ分に調節し、溶
湯を冷却させた。４５分後、ブリスタ一温度は１２１５
℃であり、検定したところ、重量％でＳＯ，００５、Ｎ
ｔＯ，５５、ＯＸ、０２であった。

冷却の終わりに採取されたカニの試料は、この材料が酸
化物としての銅対酸化物としてのニッケルの比率が１よ
りもはるかに小さいように酸化銅をほとんど含有しない
ことを示した。１００％に近い酸素効率が、最終浴の組
成に基づいて計算された。

一例■ 例１と同様のランにおいて、重量％で５Ｏ０７、Ｎｉ２
．９．０Ｏ１１と検定される銅３トンを２０分間吹込ん
で、重量％でＳｏ、０４６、Ｎｉ１．４７．００．７３
と検定される浴を調製した。試料採取後、吹込を追加の
２分間続け、浴の攪拌は別の６０分間進行させた。この
時点で、浴を検定したところ、重量％でＮｉ１．２７．
５Ｏ６００５，０１，２２であった。吹込時および攪拌
時の温度を約１３００℃に保持した。次いで、浴を１１
９０℃に冷却して、Ｓｏ、００４、ＮｉＯ，５５および
００．９７を含有するブリスター銅およびカニを調製し
た。カニの分析は、酸化銅対酸化ニッケルの比率が約１
：３であることを示した。酸素効率は、約１００％であ
ると計算された。

前記例においては、空気が酸化ガスであり、上部吹込に
よって溶融銅浴に導入された。当業者は、空気を酸素に
取り替えるか酸素に富ますことができ、好適な装置が入
手できるならば、溶融銅の表面以下に導入できることを
認識するであろう。スパージングガスは、有利的には溶
融銅金属を含有する容器の底または正にその付近で導入
する。しかしながら、本発明の利点は、多分減少された
程度で、スパージングガス用入口が含有容器の底から離
間されるが容器中の溶融銅の高さの中点以下であるなら
ば、依然として得られるであろう。スパージングガスは
、好ましくは商業上純粋な窒素であるが、若干の酸素お
よび他の浴精錬材料、またはガス状不純物を含有するこ
とができる。また、酸化ガスと溶融銅との接触停止後、
および溶融銅浴が合理的に平衡した後に、窒素を含むか
含まない還元ガスを使用することが可能であるが、必ず
しも望ましくはない。他の修正および変形は、本明細書
に徴して当業者に明らかになるであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃｕ＿２Ｓの硫黄含量までの量の硫黄、ニッケル約
   ５％までを含有する溶融銅塊（残部は本質上銅および関
   連不純物である）から硫黄を除去する方法であって、 （ａ）前記溶融銅塊が製品の硫黄仕様を満たすのに十分
   な酸素を含有するまで、前記溶融銅塊を前記溶融銅塊の
   深さのほぼ中点またはそれよりも高い点で酸素含有ガス
   と接触させるとともに、（ｂ）前記溶融銅塊を前記溶融
   銅塊の深さの中点よりも有意に低い点からガスでスパー
   ジングし、（ｃ）前記溶融銅塊と酸素含有ガスとの接触
   が止んだ後、不活性ガスでのスパージングを続けること
   を特徴とする溶融銅塊から硫黄を除去する方法。 ２、工程（ｂ）における前記スパージングガスが、不活
   性ガスである、請求項１に記載の方法。 ３、不活性ガスでのスパージングの後半において溶融銅
   塊を冷却し、それによってニッケルを前記溶融銅塊から
   酸化ニッケルとして溶離する、請求項１に記載の方法。