KR20110084395A

KR20110084395A - 구리 제련 자용로의 조업 방법

Info

Publication number: KR20110084395A
Application number: KR1020110067497A
Authority: KR
Inventors: 다쯔야 모또무라; 요시아끼 스즈끼; 마사하루 다까하시; 미쯔마사 호시
Original assignee: 판 퍼시픽 카파 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2011-07-22
Also published as: KR20090125680A; US8382879B2; US20090293678A1; KR101411076B1; JP2009293054A; CL2009001325A1; JP4908456B2; CN101597694A

Abstract

본 발명의 과제는 제조 비용을 억제하면서 Fe₃O₄의 생성을 억제할 수 있는 구리의 제련 방법을 제공하는 것이다.
구리의 제련 방법은, 노 내에 코크스재를 공급하지 않고 산소 부화 공기 및 구리 정광을 공급하는 공정과, 노 내에서 발생하는 슬래그에 선철을 공급하는 공정을 포함한다. 다른 구리의 제련 방법은, 노 내에 유황/구리의 중량비가 0.85 내지 1.15인 구리 정광 및 산소 부화 공기를 공급하는 공정과, 노 내에서 발생하는 슬래그에 선철을 공급하는 공정을 포함한다. 다른 구리의 제련 방법은, 노 내에 산소 부화 공기 및 구리 정광을 공급하는 공정과, 노 내에서 발생하는 슬래그에 선철을 공급하는 공급 공정과, 노 내에서 발생하는 매트 중의 구리 품위를 64 중량% 내지 69 중량%로 조정하는 공정을 포함한다.

Description

구리 제련 자용로의 조업 방법 {METHOD FOR OPERATION OF COPPER FLASH SMELTING FURNACE}

본 발명은 구리의 제련 방법에 관한 것이다.

구리의 건식 제련 공정에 있어서는, 노 내에 공급된 구리 정광, 규산광 등의 원료와 산소와의 공급 밸런스가 무너져, 원료에 대해 산소가 과잉으로 되는 경우가 있다. 이 경우, 슬래그 중에 마그네타이트(Fe₃O₄)가 생성된다. Fe₃O₄층 및 Fe₃O₄를 많이 포함하는 층은 주위의 슬래그보다도 높은 융점을 갖기 때문에, 액상이 되지 않고 반용융 상태 그대로 노 내에 잔류하고, 슬래그 탭 구멍을 폐색하여 노 내 용적을 감소시키는 등의 노 조업의 지장이 된다. 또한, Fe₃0₄를 많이 포함하는 층은 높은 점성을 갖고, 슬래그 중에 현수되어 있는 구리 등의 유가 금속의 침강 분리를 저해하여, 유가 금속의 회수율 악화를 초래할 우려가 있다.

따라서, 구리의 건식 제련에 있어서, Fe₃O₄ 생성량을 억제하는 것이 비용 삭감, 유가 금속 회수율 향상 등을 위해 중요하다.

특허문헌 1은, Fe₃O₄의 생성을 억제하기 위해 슬래그 표면에 가루 코크스, 미분탄을 구리 정광과 함께 불어 넣어, 가루 코크스에 의해 Fe₃O₄를 FeO로 환원함으로써, 슬래그의 점도를 저감시키는 기술을 개시하고 있다.

또한, 특허문헌 2는 탄재의 첨가량이 많으면 환원 과잉이 되어 노 내화물의 코팅층이 파손되는 등의 문제점을 지적하면서, 탄재의 입도, 성분 농도 등을 한정하여 Fe₃O₄와 가루 코크스의 반응성의 적절한 조건을 개시하고 있다. 또한, 특허문헌 3은 매트와 슬래그 사이에 생성되는 중간층에 입상의 선철(메탈릭 철)을 첨가하여 Fe₃O₄를 FeO로 환원하는 기술을 개시하고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 출원 공개 소58-221241호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 제3217675호 공보

[특허문헌 3] 일본 특허 제3529317호 공보

그런데, 구리의 건식 제련은 구리 광석의 용해에 구리 광석의 산화열을 이용할 수 있다는 이점을 갖고 있다. 그러나, 상기 각 특허문헌에 관한 기술에 있어서는, 보조 연료로서의 코크스가 필요하다. 따라서, 제조 비용이 높아져 버린다.

본 발명은, 제조 비용을 억제하면서 Fe₃O₄의 생성을 억제할 수 있는 구리의 제련 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 구리의 제련 방법은, 노 내에 코크스재를 공급하지 않고 산소 부화(富化) 공기 및 구리 정광을 공급하는 공정과, 노 내에서 발생하는 슬래그에 선철을 공급하는 공정을 포함하고, 구리 정광 중의 유황/구리의 중량비는 0.85 내지 1.15이고, 상기 선철은 입경이 0.3 ㎜ 내지 8 ㎜이고, 상기 산소 부화 공기 중의 산소 농도는 60 체적％ 내지 90 체적％인 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명에 관한 구리의 제련 방법에 있어서는, 선철(銑鐵)의 환원 작용에 의해 Fe₃0₄의 생성이 억제된다. 또한, 선철의 산화 반응에 의해 열량이 확보된다. 따라서, 코크스재의 공급이 불필요해진다. 그 결과, 제조 비용을 억제할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제조 비용을 억제하면서 Fe₃O₄의 생성을 억제할 수 있다.

도1은 구리의 제련 방법의 일 실시 형태에 사용하는 자용로의 개략도.
도2는 자용로를 사용한 구리의 제련 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 반응탑
20 : 세틀러
30 : 업테이크
40 : 정광 버너
50 : 매트
60 : 슬래그
100 : 자용로

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 설명한다.

(실시 형태)

도1은 구리의 제련 방법의 일 실시 형태에 사용하는 자용로(自溶爐)(100)의 개략도이다. 도1에 도시한 바와 같이, 자용로(100)는 반응탑(10), 세틀러(20, settler) 및 업테이크(30, uptake)가 차례로 배치된 구조를 갖는다. 반응탑(10)의 상부에는 정광 버너(40)가 설치되어 있다.

도2는 자용로(100)를 사용한 구리의 제련 공정도이다. 우선, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이, 정광 버너(40)로부터 구리 정광 및 규산광과 산소 부화 공기가 동시에 불어 들어오게 된다. 그에 의해, 하기 반응식(1)에 의해 구리 정광이 산화 반응을 일으키고, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 반응탑(10)의 저부에서 매트(50) 및 슬래그(60)로 분리한다. 또한, 하기 반응식 (1)에서, Cu₂SㆍFeS가 매트의 주성분에 상당하고, FeOㆍSiO₂가 슬래그의 주성분에 상당한다. 규산광은 용제로서 기능하고 있다.

CuFeS₂ + SiO₂ + O₂ → Cu₂SㆍFeS + 2FeOㆍSiO₂ + SO₂ + 반응열 (1)

산소 부화 공기라 함은, 자연의 대기보다도 높은 산소 농도를 갖는 공기의 것이다. 예를 들어, 산소 부화 공기는 60 체적% 내지 90 체적%의 산소 농도를 갖고, 바람직하게는 70 체적% 내지 80 체적%의 산소 농도를 갖는다. 그에 의해, 구리 정광에 충분한 산화 반응을 발생시킬 수 있다. 또한, 산소 부화 공기의 송풍량은, 구리 정광 1t당, 산소 농도 70 체적%로 230.8 N㎥/t, 80 체적%로 202.0 N㎥/t 정도이다.

계속해서, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이, 세틀러(20)에 있어서 선철(메탈릭 철)을 슬래그(60)에 공급한다. 선철 중의 철(Fe), 탄소(C) 등은 환원 작용을 가지므로, 슬래그(60)에 있어서의 Fe₃O₄의 생성을 억제할 수 있다. 또한, 선철 중의 Fe 및 C가 산화할 때에 반응열이 발생하므로, 열량이 확보된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 구리의 제련 방법에 따르면, 열원 및 환원재로서의 코크스재를 첨가하지 않아도 열량이 확보된다. 코크스재 대신에 선철을 이용한 경우, 원재료비는 억제된다. 따라서, 제조 비용을 억제하면서 Fe₃O₄의 생성을 억제할 수 있다.

구리 정광 중의 유황 농도가 높으면 유황의 산화 반응열을 많이 얻을 수 있다. 따라서, 유황 농도는 높은 쪽이 바람직하다. 예를 들어, 구리 정광 중에 있어서 구리에 대한 유황의 중량비 S/Cu는 0.85 내지 1.15인 것이 바람직하고, 0.90 내지 1.15인 것이 보다 바람직하고, 1.00 내지 1.15인 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 열원으로서의 코크스재를 사용하지 않아도 열량이 확보된다. 그에 의해, 제조 비용이 억제된다. 또한, 노 내의 매트(50) 및 슬래그(60)의 온도가 지나치게 올라간 경우 및 지나치게 내려간 경우에는, 산소 부화 공기 중의 산소 농도를 높이거나 낮추어 매트(50) 및 슬래그(60)의 온도를 조절할 수 있다.

또한, 매트(50) 중의 유황을 산화함으로써 많은 열량을 얻을 수 있다. 따라서, 매트(50) 중의 구리 품위를 높게 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 구리 품위를, 64 중량% 내지 69 중량% 정도로 조정하는 것이 바람직하고, 66 중량% 내지 69 중량% 정도로 더욱 높게 조정하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 슬래그(60) 중의 구리 품위를 0.65 중량% 내지 0.95 중량% 정도로 조정하는 것이 바람직하다. 이들의 경우, 매트(50) 및 슬래그(60)의 온도가 적절하게 조정된다. 그에 의해, 열원으로서의 코크스재를 첨가하지 않아도 열량이 확보된다.

또한, 본 실시 형태에 사용할 수 있는 선철은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 선철은 폐기물 처리로, 리사이클로 등으로부터 산출되어, 메탈릭 철을 80 중량% 이상(예를 들어, Fe 90 중량% 내지 97 중량%) 함유하고, 진비중 3 내지 8이며, 입경 O.3 ㎜ 내지 8 ㎜ 정도의 철 함유물이다. 선철은 탄소를 1 중량% 내지 6 중량% 함유하고, 구리를 1 중량% 내지 30 중량% 함유하는 것이 바람직하다. 선철은 상기한 입경이면 반응성이 매우 높아, 환원 반응이 진행되기 쉬운 특징이 있다.

본 실시 형태에 있어서는 자용로를 사용하였지만, 그에 한정되지 않는다. 본 발명은 그 밖의 건식 제련에도 적용할 수 있다.

이하, 상기 실시 형태에 따라서 구리 제련을 실시하였다.

(제1 실시예 내지 제4 실시예)

제1 실시예 내지 제4 실시예에 있어서는, 열원으로서의 코크스재를 공급하지 않고, 선철을 슬래그에 공급하였다. 선철로서, Fe를 90 중량% 내지 96 중량% 함유하고, C를 2 중량% 내지 6 중량% 함유하고, 구리를 1 중량% 내지 5 중량% 함유하고, 진비중 3 내지 8이며, 입경 0.3 ㎜ 내지 8 ㎜ 정도의 것을 사용하였다. 선철의 첨가량, 구리 정광 중의 S/Cu 중량비, 산소 부화 공기 중의 산소 농도, 매트 중 구리 품위 및 슬래그 중 구리 품위를 표1에 나타낸다. 또한, 표1에 있어서, 선철 첨가량은 자용로(1)의 구리 정광, 규산광 및 제련소내 회수물의 혼합물 등의 총량 1t당의 선철 첨가량으로서 나타내어지고 있다.

(비교예)

비교예에 있어서는, 선철을 첨가하지 않고, 코크스재를 첨가하였다. 다른 조건을 표1에 나타낸다.

	코크스 첨가량 (㎏/t)	선철 첨가량 (㎏/t)	S/Cu (중량비)	산소 농도 (체적%)	매트 중 구리 품위 (중량%)	슬래그 중 구리 품위 (중량%)
제1 실시예	0	1.2	0.90	70	67.5	1.10
제2 실시예	0	1.1	1.00	75	68.0	0.90
제3 실시예	0	1.6	1.05	70	67.5	0.90
제4 실시예	0	1.7	1.13	75	65.0	0.80
비교예	13	0	0.83	62	65.0	0.80

(분석)

제1 실시예 내지 제4 실시예 및 비교예에 관한 매트 온도, 슬래그 온도 및 슬래그 중의 Fe₃O₄ 농도를 측정하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다.

	매트 온도 (℃)	슬래그 온도 (℃)	Fe₃O₄ 농도 (중량%)
제1 실시예	1230	1240	12.0
제2 실시예	1250	1267	10.0
제3 실시예	1240	1273	8.0
제4 실시예	1230	1260	9.0
비교예	1250	1270	11.0

표2에 나타낸 바와 같이, 비교예에 있어서는 Fe₃O₄ 농도가 비교적 낮게 억제되었다. 이는, 코크스재의 환원 작용에 의해 Fe₃O₄의 생성이 억제되었기 때문이라고 생각할 수 있다.

제1 실시예 내지 제4 실시예에 있어서는, 코크스재를 사용하고 있지 않음에도 불구하고, Fe₃O₄ 농도가 낮게 억제되었다. 이는, 선철이 갖는 환원 작용에 의해 Fe₃O₄의 생성이 억제되었기 때문이라 생각된다. 또한, 제2 실시예 내지 제4 실시예에 있어서는, 매트 온도 및 슬래그 온도가 비교예와 동일 정도로 되었다.

당해 자용로에 있어서는 매트 및 슬래그의 온도는 융점 이상에서 액체 상태로 유동성을 적절하게 확보할 수 있고, 또한 노체의 내화물의 용손을 고려한 관리 온도 범위 1240 ± 10 ℃가 되도록 조절한다. 열량이 부족한 경우에는 열 보상을 행한다. 종래는 이 부분을 코크스재의 연소열로 행하고 있었지만, 구리 정광 중의 유황분의 증가에 따른 산소 부화 공기와의 산화 반응열의 증가와, 산소 부화 공기 중의 산소 농도의 적절한 조정에 의해, 열량이 적절한 레벨로 확보되었기 때문이라고 생각할 수 있다.

이상의 것으로부터, 코크스재를 공급하지 않아도 선철의 환원 작용에 의해 Fe₃O₄의 생성이 억제되었다. 또한, 산소 부화 가스 및 선철의 공급에 의해 열을 얻을 수 있었다. 또한, 구리 정광 중의 유황 농도를 증가시킴으로써 열을 얻을 수 있었다. 또한, 매트 중 구리 품위 및 슬래그 중 구리 품위를 증가시킴으로써 열을 얻을 수 있었다.

Claims

구리 제련 자용로의 반응탑 내에, 코크스재를 공급하지 않고 산소 부화 공기, 용제 및 구리 정광을 공급하는 공정과,
상기 구리 제련 자용로의 세틀러에 존재하는 슬래그에, 환원재로서 선철을 공급하는 공정을 포함하고,
상기 구리 정광 중의 유황/구리의 중량비는 0.9 내지 1.13이고,
상기 선철은 입경이 0.3 ㎜ 내지 ８㎜이고,
상기 산소 부화 공기 중의 산소 농도는 60 체적% 내지 90 체적%인 것을 특징으로 하는 구리 제련 자용로의 조업 방법.
제1항에 있어서, 상기 자용로 내에서 발생하는 매트 중의 구리 품위를 64 중량％ 내지 69 중량％로 조정하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 제련 자용로의 조업 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자용로 내에서 발생하는 매트 중의 구리 품위를 66 중량％ 내지 69 중량％로 조정하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 제련 자용로의 조업 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬래그 중의 구리 품위를 0.65 중량％ 내지 0.95 중량％로 조정하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 제련 자용로의 조업 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산소 부화 공기 중의 산소 농도는 70 체적％ 내지 80 체적％인 것을 특징으로 하는 구리 제련 자용로의 조업 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선철은 탄소를 1 중량％ 내지 6 중량％ 함유하고, 구리를 1 중량％ 내지 30 중량％ 함유하는 것을 특징으로 하는 구리 제련 자용로의 조업 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 산소 부화 공기 중의 산소 농도를 상하시켜 상기 자용로 내의 매트 및 슬래그의 온도를 조절하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 제련 자용로의 조업 방법.