JPH021216B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、硫化銅鉱石材料からのブリスタ銅の
製造と関係があり、そして製錬工程から転化工程
を通して、ホワイトメタルのような、銅マシトま
たは類似の硫化物材料の処理に関するものであ
る。 ブリスタ銅を製造する通常の方法は、反射炉の
ような、製錬器から溶融マツトをとりべ内へ放出
して転炉へ輸送することである。マツトはその溶
融状態で転炉に送入され、マツト中に沈没された
羽口から空気が吹き通されるようにする。転炉に
おいて、空気が溶融マツト中に吹き込まれ、鉄と
硫黄を酸化して鉄含有スラグおよび二酸化硫黄ガ
スを生成する。転化工程の最終製品はブリスタ銅
である。とりべに入れた溶融マツトの輸送様、硫
黄酸化物ガスの避け難い損失があり、これはプラ
ントの作業雰囲気を汚染する。このようなとりべ
からの逃亡ガスを制御するための効果的な方法は
まだ見出されていない。別の重大な逃亡放出物源
は転炉自体のまわりからである。転炉は回転炉で
あるから、転炉とガス処理煙道管の接続は機械的
に複雑でありガスが漏れないようにすることが困
難である。転炉のまわりからの放出物は硫黄酸化
物を除去するために収集処理されうるが、それを
行なう手段は機械的に複雑であり、建造費および
操業費が高くなる。 逃亡ガスをできるだけ制御する目的で製錬炉と
転炉の密接結合が採用されてきた。かくして、製
錬炉から溶融マツトを密接結合転炉へ移すための
煙霧捕捉フツドでおおわれた樋（launder）また
はシートコートが使用されてきた。しかしなが
ら、このような密接結合炉の制御は困難であり、
かつシステムのどれかの部分に機械的故障を生じ
た場合には修理中システム全体の操業を停止しな
ければならない。 製錬と転化の両方を単一の連続した操作で実施
するために多くの提案やいくつかの実際の試みが
あつたが、今までのところでは、そのような試み
は商業的観点から実施不可能であることが判明し
または従来の別個の炉における製錬および転化を
置換することを不利にする種々の欠点があつた。 溶融マツトは凝固されかつ後続処理に処理に備
えて紛砕操作を通過させられうることが従来認め
られてきた。歴史的には、後続処理は細分された
マツト固体を焙焼し、ついで焙焼されたマツトを
浸出することを含むものであつた。さらに、硫化
銅マツト固体は焙焼または〓（か）焼されて酸化
銅固体を生成し、この酸化銅固体はついで、小部
分の硫化銅マツト固体の存在または不在におい
て、炉中で溶融されて溶融ブリスタ銅とスラグを
生成した。このような手段は、反射炉またはフラ
ツシユ製錬炉のような、製錬操作からの溶融硫化
銅マツトの、標準転炉における、通常の転化に長
い間取つて代わられている。 いわゆる「酸化―還元法（oxidationreduction
process）」によるフインランドのOutokuinpu
Oyの比較的最近の研究（Nermesらの米国特許第
3892560号および第3948639号）では、粒状硫化銅
マツトおよび／または粒状硫化鉄マツトを利用し
て高温焙焼ガスを生成し、これをフラツシユ製錬
炉の反応ゾーンに送入してフラツシユ製錬法にお
ける酸化容量と製錬容量間の関係を制御した。ブ
リスタ銅は、単一フラツシユ製錬炉において、炉
内の反応を制御して製錬と転化の両方を達成する
ことによる製錬・転化結合手順における、連続操
作の生成物として生成されうることが最近の文献
に主張されているが、ブリスタ銅は該フインラン
ド法の生成物ではない。それはもちろんフラツシ
ユ製錬炉へのフイード材料として硫化銅濃縮物を
意図したものであり単一炉で実行されるすべての
製錬・転化結合法の場合と同様に、炉内に存在す
る金属銅が炉フイードからヒ素、ビスマスおよび
アンチモンのような不純物を優先的に吸収すると
いう欠点を有する。これらの不純物はブリスタ銅
に持ち込まれる。また、多くの場合に、高い銅含
量を有する大量のスラグがあり、このスラツグは
銅を回収するために処理されなければならない。 この発明の方法に従つて、硫化銅濃縮物または
他の硫化銅鉱石材料が通常の方法のうちのどれか
で製錬されて、ブリスタ銅の生成用の転炉に通常
直接に送入されるタイプのホワイトメタルのよう
な溶融マツトまたは類似硫化物材料（以後単にマ
ツトという）を生成する。しかしながら、通常の
手段を追従する代りに、本発明に従つて溶融材料
は得られた溶滴の造粒、噴霧および凝固および製
錬炉例えばフラツシユ製錬炉に送入するのに適応
した粒度に粉砕することによつて凝固マツトの微
粒子に成形される。これは転化工程に先立つマツ
トの処理における広い寛容度を可能にしかつ逃亡
ガスに対する通常の懸念を解消する。さらに、そ
れは任意の特定のプラントサイトに存在するすべ
ての環境下でプラントレイアウトが最も有利にな
されることを可能にする。すなわち、空間的観点
または操業的観点からの製錬炉と転炉の密接結合
に対する要件が存在しない。マツトの固体粒子は
硫化銅濃縮物が製錬炉に挿入される方法と類似の
方法で、すなわち、酸素富化キヤリヤーガスによ
つて適切量のフラツクスと共に転炉に挿入され
る。その結果として、マツトの転化が異常に高濃
度のSO₂ガス発生を伴なつて起こり、このSO₂ガ
スは容易に収集されかつ硫酸または元素硫黄の製
造に使用されうる。通常の銅転化で生成されるも
のに実質的に等しい純度の溶融ブリスタ銅が転炉
の生成物として適切量のスラグと共に生成され
る。ある程度の熱が溶融マツトの凝固に失なわれ
るが、凝固マツト中の硫黄と鉄を酸化する間に発
生される熱は凝固材料を再溶融するのに必要な実
質的に全部の熱を与えるのに十分であることが見
出された。さらに、低温マツトは転炉において実
質的に純粋な酸素または高度に酸素富化した空気
の使用を可能にし、しかも通常は過熱の危険性が
ない。これは炉から得られるSO₂ガス濃度を最高
にする。 次に添付図面を参照して本発明の実施態様につ
いて説明する。硫化銅材料、通常は硫化銅浮選濃
縮物の製錬は任意の適当な方法および設備で実施
され、図示のように、硫化銅濃縮物とフラツクス
が製錬炉、典型的には反射炉に導入され、製錬炉
は通常のバーナーを介する燃料および空気およ
び／または酸素の導入によつて点火されかつ製錬
炉からスラグが周期的に取出されかつ発生ガスが
廃棄所へまたは使用のために導かれる。 ホワイトメタルまたは類似物でありうるが、典
型的には硫化銅マツトであるところの、溶融硫化
銅材料が炉から引出されかつ凝固および粉砕のた
めに任意の適宜な方法で処理される。任意の実行
手段が使用されて引出し溶融マツトの細分固体粒
子を生成する。そのような溶融マツトは水中へ放
出して粒状化してもよくまたは微小滴形態に噴霧
して直接に凝固させて微粒子にしてもよく、また
は適当な容器中へまたは適当な表面上へ注いで冷
却し、そして、凝固したとき、その目的のための
標準破砕、粉砕装置を利用して細分粒子形態に破
壊、破砕および粉砕してもよい。 マツトは銅、鉄、硫黄および種々の量の金属お
よび非金属小成分を含有する。細分粒子形態にさ
れたマツトはプロセスにおける次の使用のために
通常貯蔵される。すなわち、適切な供給量を保留
し、ブリスタ銅の生成用転炉へ連続的かつ効率よ
く送入することが望ましい。 図示のように、乾燥工程へ送給するために最初
にマツトの細分粒子を貯蔵することが有利であ
る。乾燥工程は回転乾燥機、流動床乾燥機、フラ
ツシユドライヤー特のような任意の適当な装置で
実施されうる。乾燥材料は、通常３重量％以下、
しばしば0.1〜0.2または以下の範囲内の含水量を
有し、次に、転炉へ純酸素または酸素富化空気お
よびフラツクスと共に直接送給するために第二の
貯蔵設備に貯蔵される。 転炉は固体マツトの溶融および所要の転化反応
が起こるところの任意のタイプのものでよい。固
体マツトおよびフラツクスが純酸素または酸素富
化空気の流れ中に懸濁されかつ最初に予熱された
炉に導入され、転化反応が自生的に継続するとこ
ろの、いわゆる「フラツシユ製錬（flash
smelting）」型の炉を利用することが現在では好
ましいと認められている。しかしながら、懸濁流
は固体粒子を受入れるように改変された従来の酸
素吹入れ器（lance）によつてマツトの溶融浴中
へ導入されうる。 ブリスタ銅は転炉からプロセスの最終製品とし
て引出され、かつ異常に高い濃度のSO₂ガスが通
常の方法で硫酸に転化するためにまたは必要に応
じた他の処理のために連続的に引出される。スラ
グは従来の方法で引出されかつ所望ならば再循環
させられる。 本質的に純粋の酸素ガスが利用されるときに
は、プロセスの熱要件、すなわち、団体マツトの
溶融、スラグおよびブリスタ銅の形成および炉の
操作温度を維持しかつ炉からの熱損失を実質的に
補うのに十分な熱の供給を満たすのに十分な熱が
発生される。プロセスのある適用においては、熱
要件を満たすのに必要な熱よりも多量の熱が発生
される。フイードマツトの銅含量が低いほど、上
記の正常熱要件を超過する熱量が大きくなること
が見出された。同様に、転炉の処理容量が増大す
るにしたがつて、炉の壁、頂部および底部を通し
て失なわれる熱量は処理されるマツトのトン当り
発生される熱の比較的により小さい量になる。し
たがつて、同一のマツト組成および酸化体ガス組
成が与えられているならば、大容量の炉は小容量
の炉よりもプロセスで要求される熱を超過する多
量の熱を持つことになる。 フイードマツトの品質等級および酸化体ガスの
酸素含量を制御することにより、いわゆる「不活
性（inert）」銅含有材料の実質的により大きい量
がフイードマツトに加えて処理されうることが見
出された。これらの「不活性」冷却材料はマツト
の酸化からの過剰熱を効果的に利用してそれらを
溶解する。これらの「不活性」冷却材料を選択す
る規準は、該材料中に酸化形態で存在する硫黄、
鉄その他の元素の酸化から発生される熱よりも、
該材料が多量の熱を要求してそれらを溶解しかつ
それらのスラグ形成成分からスラグを形成しなけ
ればならないことである。この規準を満たす「不
活性」材料の例としては、沈殿またはセメント
銅、銅富化、煙じん、銅含有スラグの処理から得
られる銅含有濃縮物、湿式冶金プロセスからの銅
残留物、銅富化酸化物スラグ等がある。 正常熱要件を超過する熱を発生するマツトを処
理する間、炉を過熱しないでプロセスの操作を可
能にするために使用されうる他の技術がある。１
つの有効な技術は炉に水の微細な噴霧を導入する
ことである。水噴射速度は水を蒸発するために要
求される熱が転炉内で発生される過剰熱に等しく
なるように選択される。水蒸気は転化操作で発生
された二酸化硫黄ガスと共に炉から排出される。
あるいは、気体または液体形態の二酸化硫黄は転
化操作中転化器に導入されかつ操作温度に加熱さ
れてから転化器から排出される。 転炉内の過剰熱を制御する別の有効な技術は転
炉スラグを冷却してその一部分を転炉に戻すこと
である。スラグは再溶融し、過剰熱の一部を消費
して不活性冷却材の役割をする。 任意の特定プラントにおける製錬炉から得られ
たマツトの処理を可能にし、しかもこれらのマツ
トは異なる組成を有しうるものである。異なる製
錬炉からの細分された固体マツトは配合されて単
一の転炉フイードを生成し、このフイードはプロ
セスへの単一組成インプツトとして処理される。
これは転炉の配置および操作に大幅の自由さを可
能にする。遠隔場所にある１つまたはそれ以上の
製錬炉からマツトを供給される中央転化プラント
を持つこともまたはじめての可能である。これは
銅製錬・転化設備の理想的配置によつて従来得ら
れなかつた経済的利点を与える。 プロセスの操作性を指示するデータを得るため
に多数の小規模試験が行なわれた。これらは下記
の実施例に要約されている。 実施例 １ 76％Cu、2.6％Fe、20.4％Ｓを含有する固体銅
マツトが、全粒子が325メツシユサイズの標準タ
イラー（Tyler）スクリーンを通過する粒度に破
砕かつ粉砕された。マツトは制御速度で送給する
ために使用される装置内に置かれた。この装置は
可変速度スクリユーフイーダーを備えた耐圧ホツ
パーからなるものであつた。スクリユーフイーダ
ーからの放出物はアスピレーター内へ落下し、こ
こで酸素とマツトが混合された。この混合物は内
径が3/8インチのフレキシプルホースを通して試
験炉へ輸送され、ついで試験炉の頂部を通して挿
入された直径２インチ、長さ10インチのアキシア
ルバーナーを通して試験炉に導入された。試験炉
は24インチの内径および35インチの内高を有す
る、耐火内張りされた、円筒形容器であつた。炉
は６インチ厚の酸化クロム一酸化マグネシウムで
内張りされたものであつた。 試験は最初に酸素―燃料バーナーを使用して冷
炉を2300〜2500〓（1260〜1371℃）の操作温度に
加熱することによつて行なわれた。このバーナー
は炉を予熱した後に除去され、ついで酸素バーナ
ーで置換され、この中へ細分固体マツトが送給さ
れた。マツトは毎分2.0の標準立方フイートで流
れる純酸素の流れの中へ毎時45.6ポンドの割合で
送給された。マツト―酸素の混合物が炉に入つた
とき、燃焼するマツト寧安定火炎が設定された。 ガス試料が火炎から抽出され、それらは酸素の
本質的に100％の利用を示した。典型的な火炎生
成物ガスはSO₂、O₂、N₂、CO₂を含有した。ガス
試料中の窒素は炉ガスの避け難い希釈によるもの
であり、小型試験炉の典型的なものである。 火炎温度は使用測定装置の限界である2800〓
（1538℃）を超えた。 火炎からの生成物は冷却試料採取器上に収集さ
れ、顕微鏡で検査された。生成物は主として銅金
属と小量の酸化銅および硫化銅とからなるもので
あつた。 実施例 ２ 例示の目的で特定の材料および熱収支を利用す
る、商業的実施における本プロセスの典型的な適
用は下記のように具体化されるが、プロセスの適
用性を制限するものとみなされるべきではない。 団体マツトからのブリスタ銅は硫化銅濃縮物を
通常の方法で製錬することによつて得られた硫化
銅マツトから本発明に従つて連続的に生成され
る。この実施例のために、製錬炉は、ノランダ
（Noranda）マツト法により、26.4％の銅、26.7
％の鉄、31.0％の硫黄および14％の他の成分を含
有する銅濃縮物を日当り1420米トン処理する商業
的１ランダ反応器であるとみなされる。 マツトはノランダ反応器から通常の方法でほぼ
2150〓（1177℃）の液体として出湯される。通常
行なわれるように、加熱金属とりべによつて通常
のPeirce―Smith転炉へ輸送される代りに、マツ
トはそれを水流中で粒状化することによつて冷却
される。湿式冶金処理に備えて、溶融マツトを粒
状化することは周知技術であることが認められる
べきである。この実施例において、冷却粒状マツ
トはボールミルへ運搬されそこでそのサイズが縮
小されてその全部がタイラースクリーンサイズシ
ステムで65メツシユよりも小さくなるようにされ
る。細分されたマツトはついで乾燥されて実質的
に全部の遊離水分を除去し、残留水分含量が自然
重量基準で前記の0.1〜0.2％の範囲内になる。 乾燥マツトは１つまたはそれ以上のドライフイ
ードピンへ輸送され、固体マツト一酸素転炉の前
方へ貯蔵される。 転化プロセスは最初に通常の燃料バーナーを使
用して転炉を2100〜2500〓（1149〜1371℃）のそ
の正規操作温度に加熱することによつて開始され
る。炉がその操作温度に到達すると、通常バーナ
ーは除去され、マツト―酸素バーナーがその代り
に設置される。 マツトはフイードピンから精密に制御された速
度で引出される。転炉用のフラツクス好適には乾
燥した、粉砕石灰石がマツトの鉄および他の小成
分含量によつて指定される割合でマツトに添加さ
れる。この実施例でマツトに添加される。この実
施例では、マツトのトン当り0.025トンの52％の
CaO含有石灰石フラツクスを必要とする。マツト
とフラツクスの混合物はマツト―酸素バーナーま
で運搬され、そこで本質的に純粋の酸素がフイー
ドと混合される。得られる酸素とマツトの混合物
は炉に吹込まれ、そこで点火する。マツトは燃焼
して銅金属、スラグおよび二酸化硫黄ガスを形成
する。銅およびスラグの溶融滴は炉の底にある溶
融浴中へ落下しかつ２つの相に分離する。 酸素の流量はマツトフイード速度とその組成の
関数として制御され、所望の硫架および酸素含量
の銅を与える。 石灰石フラツクスはマツト中の鉄および小量の
銅と結合して流動スラグを形成する。マツトの燃
焼から放出される熱はフイードの固体マツト粒子
を溶融するのに十分であつて、スラグを形成しか
つ炉耐火物から通常の熱損失を補う。 この実施例の物質収支は下記の通りである。

【表】 より通常の単位で表現されたオフガスの体積お
よび組成は毎分1651標準立方フイートであり、
94.8％SO₂、0.4％N₂、1.6％H₂Oおよび3.2％CO₂
を含有する。この実施例におけるプロセスは自主
的であるが、熱条件の広い範囲にわたつて操作さ
れうる。 プロセスは、ここでは本発明を実施する最良態
様と現在みなされる特定手順に関して説明された
が、本文中で開示されかつ特許請求の範囲に規定
された発明概念から離脱することなしに、種々の
変化がなされかつ他の手順が採用されうることが
理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の好適実施態様を示すフローシー
トである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硫化銅鉱石材料からブリスタ銅を製造する方
   法において、鉱石材料を製錬して溶融銅マツトを
   形成すること； マツトの細分された固体粒子を形成すること；
   マツトの固体粒子を酸素または酸素富化空気およ
   び流動スラグを形成するための適当量のフラツク
   スと共に転化反応器内へ送給すること；転化反応
   を開始するのに十分な熱を反応器内へ最初に供給
   すること；マツトの転化の結果として生成された
   前記反応器内の溶融ブリスタ銅を収集すること；
   前記ブリスタ銅を反応器から引出すこと；反応器
   からスラグを引出すこと；転化反応から実質的に
   希釈されない形態で発生されたSO₂ガスを反応器
   から引出して収集すること；からなることを特徴
   とする前記方法。 ２ 転化器の場所から遠隔の場所において鉱石材
   料が製錬されかつ溶融マツトが細分された固体粒
   子に形成される特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 製錬が複数の場所において行なわれかつ得ら
   れるマツトがそれぞれ異なる組成を有する特許請
   求の範囲第２項記載の方法。 ４ 転化操作中転化器から過剰熱を除去する追加
   工程を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 過剰熱が、転化操作中液体形態のH₂Oを転
   化器に導入し、前記H₂Oが蒸発して水蒸気を形
   成し、水蒸気を転化器から排出することによつて
   除去される特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６ 過剰熱が、転化操作中二酸化硫黄を転化器に
   導入し、二酸化硫黄が前記転化器の操作温度まで
   加熱された後、前記二酸化硫黄を転化器から排出
   することによつて除去される特許請求の範囲第４
   項記載の方法。 ７ 過剰熱が、転化器から引出されたスラグを冷
   却し、前記スラグを前記転化器に再導入すること
   によつて除去される特許請求の範囲第４項記載の
   方法。 ８ 転化操作中転化器内の超過温度が、熱消費材
   料を酸素およびマツトのフイードと共に前記転化
   器に導入することによつて防止される特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ９ 熱消費材料が銅含有材料である特許請求の範
   囲第８項記載の方法。 １０ 転化器内の熱が必要に応じて燃料および燃
   焼支持酸素をフイードと共に転化器に導入するこ
   とによつて増加される特許請求の範囲第１項記載
   の方法。