JPH08503740A - 銅またはニッケルのような非鉄金属を酸素富化により転化する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鉄に基づく材料の実質的重量を含有する銅またはニッケルマットを転化する方法。本方法の第１の工程において、実質的にすべての鉄に基づく材料が、酸素含有ガスにより酸化され、酸化鉄が生成する。この酸化鉄は、この後、溶融金属に固体材料を添加することによりスラッグに転換される。次いで、本方法の第２工程において、銅に基づく材料が、上記酸素含有ガスにより酸化され、実質的に純粋な銅、および残渣を生成する。上記酸素含有ガスは、同心的な覆われた羽口の内部インジェクターを通りインジェクトされる。保護作用を有する実質的に不活性なガスは、内部インジェクターと外部インジェクターとの間のガス通路を通りインジェクトされる。

Description

【発明の詳細な説明】 銅またはニッケルのような非鉄金属を 酸素富化により転化する方法 発明の背景 本発明は、銅またはニッケルマット（matte）を、酸素富化空気（oxygen‐enr iched air）を溶融金属浴中に吹込むことにより、実質的に純粋な金属に転化す る方法に関する。このタイプの方法は、通常、ペイルス−スミス（PeirceSmith ）転炉のような、側面吹き込み転炉中で行われる。ペイルス−スミス転炉では、 直径２５ないし５０ｍｍを有し、反応器の軸に沿いおおむね水平位置に配置され た２０ないし５０のシングルパイプ羽口（tuyere）を通して酸素富化空気がイン ジェクトされる。通常、酸素の最大富化レベルが空気中に３０％未満になるまで 、酸素が純粋な空気に添加される。この富化レベルを超えると、羽口ラインの耐 火磨耗が過剰になる。 １９８８年、世界の銅製錬業者を調査した結果、１３４転炉を用いる４１の製 錬業者のうち、１５が酸素富化送風を時折または定期的に用いていることが明ら かになった。報告される、酸素の最大富化レベルは２８％であった。 当業者には、酸素約３０％以上を含有する空気を銅転炉にインジェクトすると 、羽口先端ラインの耐火磨耗が過剰になることが良く知られている。この悪化は 、ペルガモン出版有 限会社発行、カナダ鉱業および冶金学協会編、カナダ冶金季刊誌２７巻、１号、 ７〜２１頁、１９８８年、ブリティッシュ・コロンビア大学、冶金方法工学セン ターのＡ．Ａ．バストス（Bustos）らによる「ペイルス−スミス銅転炉の羽口に おける付着物成長」という題名の記事に説明されている。 この記事の中で、転化中に生成される付着物のサイズおよび形状を予測する数 学的モデルが開示されている。工業的経験と良く適合しているこのモデルから得 られる結果は、上記記事で説明されるように、酸素富化レベル３６％が、羽口の 周辺部固体材料の保護的層の形成と両立するための、最大の理論的限界であるこ とを示している。それ以後は、羽口ラインは保護されず、耐火寿命に有害である 。 しかしながら、耐火ライニングの破壊を回避するために、上記説明のように、 銅の富化転炉を用いる産業では、転炉を介してインジェクトされる空気は、酸素 が２８％を越える富化処理を行っていない。 米国特許第３，９９０，８９９号には、銅、ニッケル、コバルトまたは鉛の硫 化物のような非鉄重金属を、それらの鉱石から抽出するための転化方法が開示さ れている。 上記転化は、工業的に純粋な酸素（空気から極低温で製造された酸素、すなわ ち、少なくとも約９９．９体積％の純度を有することを意味する）を、溶融金属 浴を介してインジェクトすることにより、鉱石から純粋な金属への転化を起こさ せることにより行い、例えば、いくらかのスラグの生成を伴う。羽口出口の付近 の耐火ライニングは、シールド性の炭化 水素あるいは二酸化硫黄または水をインジェクトすることにより保護される。イ ンジェクターおよび耐火ライニングを保護するために、二酸化硫黄のようなシー ルド性流体が、溶融浴内の硫黄含有量が約５％未満になるまで溶融浴中にインジ ェクトされ、そのとき、上記二酸化硫黄は炭化水素ガスにより置き換えられる。 ＳＯ₂および炭化水素ガスの両者をインジェクトすることにより、高温でＣＯが 発生することがあり、これら２つのガスが酸素と反応性を有するため、現在、環 境問題となっている。 米国特許第３，９９０，８９０号は、溶融銅マットを富化された酸素の吹込み により精錬することに関する。この方法は、２つの段階を有する。すなわち、精 錬の第一段階では、６ないし２０バールの範囲の圧力の酸化性（oxidizing）ガ スの酸素含有量を、必要に応じて純粋酸素まで変化させ、マットの温度を１２８ ０℃ないし１４２０℃の範囲に維持させる。精錬の第２段階では、酸素が高く富 化された、インジェクトされた酸化性ガスにより、溶融浴の十分な撹拌をさらに 促進させ、酸化性ガスの酸素含有量を調整することにより、温度を前記範囲内に 維持する。従来用いられた圧力よりもはるかに高い圧力の酸化性ガスを吹き込む 一方で、炭素含有材料である冷却剤をインジェクトすることにより、酸化性ガス の酸素含有量を、銅マット転化方法に従来課せられていた限界をはるかに上回り 上昇させることができる。この高圧の酸素含有ガスは、高圧のため羽口内で膨張 し、羽口を冷却する効果を発生させる。しかしながら、この冷却効果は、時とし てあまりに強く、また閉塞効果（マッシュルームの発生）を増強することがあり 、この方法は減少すると思われる。 米国特許第４，０２３，７８１には、３つの同心的パイプから構成される羽口 であって、中央の羽口に酸素がインジェクトされる一方で、外部の羽口に保護性 媒体がインジェクトされることにより、溶融状態の金属を精錬する羽口が開示さ れている。これらの羽口は、それらが時期尚早に取替えられることを回避するた めに、容器の縦方向にそれぞれ可動式になっている。 米国特許第４，６５７，５８６号には、同心的羽口への酸素および燃料（fuel ）の浸された（submerged）インジェクトによる銅の精錬が開示されている。こ の精錬は、インジェクトされた燃料の転化を完了するために必要とされる酸素の 少なくとも１００％を越え、１５０％未満の酸素（上記燃料の燃焼を完了するた めに必要な酸素の化学量論的量に対して、６６％ないし１００％の燃料を意味す る）がインジェクトされる。従って、ほとんどの酸素は、燃料を燃焼させ、酸素 含有不純物を含んでいる溶融浴中の熱を発生させるためのものである。酸素の量 が、燃料の燃焼を完了するのに必要とされる量より少ないことがあり得る方法も 開示されている。このことは、この特許に開示されている方法は、銅の精錬を目 的とする酸素のインジェクトを必要としないことを意味している。 米国特許第３，８４４，７６８号は、合金鋼の精錬に関するものであり、銅ま たはニッケルの精錬に関するものではな い。鋼製造産業において、上記特許に開示されるように、銑鉄の脱炭素のために （いわゆるＡＯＤ方法において）、アルゴンを使用することが知られている。こ のアルゴン使用には、酸素およびアルゴンの混合物またはアルゴンを、内部羽口 を有する覆われた（shrouding）羽口にインジェクトし、酸素が溶融金属中にイ ンジェクトされることが含まれている。このアルゴン−酸素インジェクションを 有する二重羽口のタイプは、この特許の中で非効率であると開示され、炭素補給 液体の周辺流れを有する二重または三重の供給羽口を用いることを強く示唆して いる。 米国特許第３，２８１，２３６号には、銅の精錬方法が開示されている。この 方法は、硫化銅を含有する材料、融剤および酸素含有ガスが溶融された銅、マッ トおよびスラグの塊または静止液体（pool）の表面下に導入され、反応に供され 、金属銅、スラグおよびガス状副生成物が得られる。反応により生じる正味の熱 は、この方法で必要とされる熱の少なくとも大部分を生じさせるのに十分である といわれている。付加的な熱が、空気あるいは充填された鉱石、または両者をあ らかじめ加熱することにより、空気を酸素で富化することにより、または適切な 量のガス状、液体あるいは固体の燃料を反応器内で連続的に燃焼させることによ り（例えば、溶融物中の浸された燃焼により）供給され得る。この方法の範囲内 でリサイクルのために、あるいは他の目的のために、それらガス中の固体ばかり でなくオフガスもまた回収することができる。 本質的に、このメイッスナー（Meissner）文献は、嵩高、高温装置を必要とし 、重大なメインテナンス問題を有している、従来の２または３工程の方法の代替 えとして、１９６０年代に提案された１工程の方法を記載しているにすぎない。 この文献は、高い酸素濃度を取り込むところの、ガスインジェクターまたは転炉 の耐火ライニングの許容できない磨耗を回避しながら、酸化され得る材料との反 応に用いることのできる酸素を増加させることを目的としていない。 その再発行特Ｒｅ第３２２３４号を含む米国特許第４，２３８，２２８号には 、複数のシールドされていない羽口内の、４０％までの酸素を含む酸素含有ガス を、約５０から１５０ｐｓｉｇの圧力で吹込むことにより、非鉄金属マットを転 化させる方法が開示されている。発明の概要 現在、非鉄転炉において酸素富化空気を用いる動機があるが、その目的のため の、市場で入手可能な有効かつ経済的な方法は現在ない。これらの動機には、冷 たい材料を溶融させるためのチャージ中の熱転化、転炉の能力および生産性の増 加、およびオフガスの強さの増加がある。 本発明の目的は、約３０体積％を越える酸素ガスを含む酸素含有ガスを用いる ことができ、容認できないガスインジェクター、およびそのインジェクターを取 り囲んでいる、転炉の耐火ライニングの磨耗が生じない、銅およびニッケルを含 む非鉄材料転化のための新規な方法を提供することである。 本発明によれば、銅またはニッケルマットを転換する方法 が提供される。このマットは、少なくとも３０重量％の銅またはニッケルに基づ く材料、および転炉中で酸化されることによりマットから除去されるべき不純物 の１として、実質的重量の鉄に基づく材料を含有する。本発明の方法は、その第 １工程中に、実質的にすべての鉄に基づく材料が、酸素含有ガスにより酸化され 、酸化鉄を生成させ、その後、酸化鉄は、該溶融金属に固体材料を添加すること によりスラグに転換され、本方法の第２工程中に、実質的に純粋な銅および残渣 を発生させるために、該銅に基づく材料が該酸素含有ガスにより酸化され、該残 渣が本質的にガスの形態であり、該酸素含有ガスが、内部インジェクター、該内 部インジェクターの周辺に、同心的に配置された外部インジェクター、およびそ の間にガス通路を有する構造の同心的な覆われた（shrouded）羽口の該内部イン ジェクターを通りインジェクトされ、保護作用を有する（shrouding）実質的に 不活性なガスが、実質的に該方法の全過程における該銅マットと該酸素との発熱 反応により発生した熱の約５ないし約２５％が、該ガス通路を流れる該不活性ガ スにより吸収されるような流量および圧力で該ガス通路を通りインジェクトされ る方法である。 酸素および窒素含有ガスは、いかなる源、または現場の発生器あるいはプラン トにより、液体またはガス状で提供することができ、非常に大きい装置へのパイ プラインによる輸送も含まれる。 本発明の他の目的は、溶融金属（合金を含む）の精錬方法 を提供することである。この精錬方法では、溶融金属が少なくとも１の酸化され 得る不純物を含有し、酸素含有ガスが、中央（あるいは内部）の羽口にインジェ クトされ、および窒素含有ガスが、該中央羽口の周辺に同心的に配置された周辺 （あるいは外部）羽口にインジェクトされ、該酸素含有ガスの少なくとも一部分 および該窒素含有ガスの少なくとも一部分が、膜型発生器、またはＰＳＡもしく はＶＳＡ発生器、あるいは極低温ユニット（シングルまたはダブルカラム、しか しながらこれら極低温ユニットの排気ガスを用いることにより、それらの組成が 適切であるときは、必要に応じて再圧縮後に、１または２の生成物を生成する） のような同じ発生器から送られる。 本発明の本質は、同心的羽口を通して、約３０体積％ないし６０体積％の酸素 を含有する酸素富化空気をインジェクトすること、および同時に、付加的な酸素 により発生した付加的な熱のいくらかを吸収するために、しかしながら、該羽口 の周辺のみで、羽口の過熱および該羽口の周囲の耐火ライニングの時期尚早の破 壊を回避するために、シールドガスとして不活性ガスをインジェクトすることに ある。上記同心的羽口システムは、例えば、フランス特許第１，４５８，７１８ 号（サバードおよびリー（Savard & Lee））に開示されており、ここに引用によ り記載に代える。 本発明の好ましい態様によれば、例えば、窒素ガスのような不活性ガスは、酸 素富化空気の圧力より高い圧力でインジェクトされる。 酸素富化空気より高い圧力の不活性ガス、および好ましくは、酸化性ガスの圧 力より０．５バール（以上）高い圧力を有する不活性ガスを用いることにより、 酸素と非鉄溶融材料中の酸化され得る化学種との（発熱）反応が、羽口の先端か らかなり離れた場所で起こり、羽口および羽口の周囲の耐火ライニングの過熱が 回避され得る。 本発明の好ましい態様によれば、不活性ガスの流量および圧力は、Ｏ₂の発熱 反応により発生した熱の約５％ないし約１５％、より好ましくは、約１０％が実 質的に不活性なガスにより吸収されるようなものである。 上記不活性ガスは、好ましくは、廉価で、適切な熱収容力を有する窒素である 。しかしながら、不活性ガスは、時折ＣＯ₂であってもよく、より一般的には、 Ｎ₂、ＣＯ₂、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノンまたはそのいかなる混合 物からなる群から選択することができる。 しかしながら、上記不活性ガスは、必ずしも純粋な不活性ガスでなくてもよく 、一般に、他のガスと混合された不活性ガスを包含する。しかしながら、窒素の 場合は、約７９体積％の窒素を含有する空気は、一般に適切ではなく（残りの酸 素含有量が高すぎるため）、通常、約９０％の窒素などのような不活性ガスを含 有するガス混合物が適切である。この不活性ガス（混合物）は、極低温的に蒸留 された空気（工業的に純粋なガス、すなわち、９９．９９体積％を越えるＮ₂を 含有するガスを意味する）から入手することができ、そのまま（好ましくは、ガ スの形態で、および好ましくは少なくと も周囲の温度で）、または上記の限界を達成するために、ある量の圧縮された空 気と混合し、インジェクトされる。窒素を約９０％を越えて含有するこの窒素ガ ス（「不純な」窒素）は、例えば、窒素膜型発生器または適切な圧力の窒素圧力 スイング吸着（PSA）システムあるいは窒素真空スイング吸着（VSA）システムか らもまた入手可能である。 液体窒素を用いる場合は通常、むろん、羽口を通してのインジェクション前に 蒸発させるべきであり、また付着物の問題（羽口の閉塞）を増大させず、しかし ながら窒素ガスの冷却効果を維持する温度で予備過熱さえもするべきである。 この蒸発および／または予備加熱は、好ましくは、溶融金属により発生した熱 が、ガスを加熱するために容易に用いられ得るプラントのいずれかの場所におい て、溶融金属との熱交換により行われる。 不活性ガスと酸素含有ガスとの圧力差は、通常、少なくとも約０．５バールで あり、不活性ガスの圧力が、絶対圧力で、約３バールないし約６．５バールであ ることが好ましい。例えば、窒素である不活性ガスの圧力は、酸素圧力より実質 的に高いことが時々あり、これは、上述のように、羽口および耐火ライニングの 磨耗を低減させるためばかりではなく、いわゆる「ジェッテイング（jetting） 」状況（regime）にある不活性ガスを提供するためでもある。ジェッティング状 況により、羽口の閉塞は実質的に減少し、羽口中のいかなる打抜き（punching） 操作も回避することができる（この問題は、ブリマコーム（Brimacombe）ら著、 １９８５年２月、 ＡＩＭＥ冶金学会編、「銅転換におけるインジェクションの基礎的理解のために 」という題名の記事に開示されている。）。 本発明の他の態様によれば、酸素含有ガスは、約３０体積％を越える酸素ガス 、好ましくは、約４０体積％ないし約６０体積％のＯ₂を含有する。 本発明の他の好ましい態様によれば、酸素含有ガスの圧力は、約３ないし６バ ールである。 酸素含有ガスをより高い圧力にすることは、羽口の閉塞を低減させるのに時と して役立つかもしれないが（ジェッティング条件の下でのインジェクション）、 通常は必要ない。なぜならば、通常、窒素を高圧力でインジェクトすることが、 羽口の打抜きを低減させるかまたは回避するのに十分だからである。 酸素ガスは、熱交換機内で（好ましくは、ガスが加熱されたときあるいは予備 加熱されたときの、溶融金属との熱交換により）蒸発させられたおよび加熱さえ された液体酸素、または（予備加熱されていてもよい）ガス状酸素である。ガス 状酸素は、例えば、酸素ＰＳＡあるいはＶＳＡ発生器から提供され得る。また、 ある条件下では、膜型発生器、またはＰＳＡあるいはＶＳＡ発生器の生成物およ び残留ガスの両者を同時に用いることもできる。例えば、内部羽口に圧縮されイ ンジェクトされた空気を富化するために、Ｏ₂ＰＳＡ（あるいはＶＳＡ）発生器 が用いられるとき（ガスは、もしＯ₂圧力が低すぎる場合は空気の圧縮前に、ま たはもしＯ₂圧力が十分高い場合は圧縮後に混合される）、発生器の残留ガスは （通常排出されるが）、通常、そのまま外部羽口の不活性ガスとして（場合によ って圧縮後に）インジェクトされるために、または外部羽口にインジェクトされ るべき他の窒素源と混合され、インジェクトされるために十分高い窒素濃度を有 する。同様に、窒素膜型発生器または窒素ＰＳＡあるいはＶＳＡを外部羽口の窒 素源として（空気と混合されるかまたは混合されずに）用いることができる一方 、Ｏ₂で富化されたこの発生器の残留ガスは、内部羽口に供給するために、その まま（通常は再圧縮の後に）、または他の酸素源と混合されて用いられる。 極低温空気分離ユニットにより生成された酸素含有ガスおよび窒素含有ガスを 用いることもまた可能である。このユニットは、液体補助供給（liquid assist feeding）を有しているかもしくは有していない、高純度窒素ユニット（ＨＰＮ ）のような単純なカラムシステム、または生成物として窒素および酸素の両者を 生成するダブルカラムシステムのいずれかであってもよいし、または、極低温ユ ニットの通常は排気されるところのそれぞれの副生成物を、必要に応じて圧縮手 段により再圧縮された後に用いることさえ可能である。 本発明の方法の利点には、転炉からのオフガスを回収できることがあり、転化 されたマット（特に銅マット）が硫黄に富んでいる場合、硫酸を製造することが できる。 例えば、２８〜３０体積％までのＯ₂を含有する空気が、（硫黄を含有する） 銅マットと共にペイルス−スミス転炉で用いられる場合、オフガスは、通常、約 ３体積％のＳＯ₂を 含有する。これは汚染源であり、これらオフガスは、排気される前に、処理され る必要があることを意味する一方、これらオフガス中には、それらを低い生産コ ストで硫酸に転換するのに十分なＳＯ₂がない。硫酸生成物は、通常、少なくと も８％のＳＯ₂を含有するガスを用いる。酸素富化空気を用いる場合、溶融浴中 の硫黄含有量に依存して、８体積％のＳＯ₂を上回る、好ましくは、８体積％な いし１２体積％のＳＯ₂を含有するオフガスを得ることができる。 また、本発明は、より多くのスクラップ材料を用いることを可能にする。なぜ ならば、酸素濃度が高いために、より多くの入手可能な熱が存在するからである 。これに対して、転炉の羽口の数を減少させ、従って、コストを低下させること もできる。（羽口の材料は、腐食、時期尚早の破壊または磨耗を回避するために 、むろんスラグ組成に適応していなければならない。）空気をインジェクトする 場合と比較して、同じ数の羽口を用いる場合（または場合によって少ない場合で も）溶融金属の温度は、特に熱の末端において高い（例えば、１１００℃に比較 して、１２００℃）。従って、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉなどを含む金属不純物のような さらなる不純物を排気ガス中に除去することができる。よって、本発明の方法に 従って得られた金属は、より純粋である。図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法の実施に適する膜型発生器を用いた特定の装置の概要図 である。好ましい態様の説明 図１は、内部インジェクター３、およびこの内部インジェクターの周辺に同心 的に配置された外部インジェクター１２を包含し、それらの間にガス通路２が規 定された羽口１である。 このガス通路２は、窒素含有空気を供給され、窒素含有空気は、その出口５が 膜ユニット４と流体接続（fluid connection）されているところの窒素膜型発生 器により生成される。膜ユニット４には、圧縮空気１１が供給される。膜ユニッ ト４は、当技術分野において既知であり、当技術分野において既知の材料を含む 、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホンなどから製造されるポリマー 性中空繊維膜のようないかなるタイプのものでもよい。 この膜ユニット４の浸透物（permeate）側で、内部インジクター３に供給する ために用いられる酸素富化混合物６が回収される。 内部インジェクター３に到達する前に、混合物６は、圧縮手段９（例えば、圧 縮機またはベンチュリでもよい）を用いて再圧縮される（膜の浸透物側は、比較 的低圧力で得られる）。通常、膜の浸透物側から流出する透過ガスは、有用では ないため（低圧力、低酸素濃度）廃棄される。本発明によれば、この浸透物は、 内部羽口にインジェクトされる酸素含有ガスの少なくとも一部分として用いられ る。図１は、実施可能な１態様を説明するものである。この態様において、浸透 物が、再圧縮後に液体タンク７から来る酸素と混合され、内部羽口に供給するた めに必要な酸素濃度に到達する。図１に示すよ うに、空気圧縮機８から来る圧縮空気を添加することは、（必要ではないが）有 用であり得る。 圧縮手段としてベンチュリが用いられる場合は、圧縮手段９におけるベンチュ リ効果を発生させると同時に、浸透物の残留酸素濃度を調整するために、Ｏ₂− 空気の付加的混合物が有利に用いられる。 図１は、単に本発明の実施可能な態様の１つであり、ガスの消費が精錬装置に より変化し得るすべての状況における最良の態様では必ずしもない。他の態様（ 例えば、ＰＳＡ、ＶＳＡ、極低温ユニット、パイプライン連結）は示されていな い。なぜならば、通常、発生器、プラントまたは液体貯蔵と羽口との連結は、場 合によって圧縮手段および／またはガス混合物の圧力および組成を適応させる混 合手段を有する単純な連結であるからである。例１ 本例を実施するために、約４５％のＣｕ、１６％のＳ、８％のＦｅ、高含有量 のＰｂ、および微量のＮｉ、ＺｎおよびＡｓを含有するマット組成物を用いた。 酸素富化空気（５０％のＯ₂を含有する）を酸化性ガスとして用い、内部羽口に 約４バールの圧力でインジェクトする一方、圧力約５バールの窒素を外部羽口に インジェクトした。 窒素（および酸素もまた）の圧力は、ジェッティングインジェクション状況を 発生させるのに十分であった。すべての転化過程を通して（約１時間）、羽口の 閉塞はみられなかった。溶融金属の温度は、急激に約１２００℃に達し、これは 、 空気吹込みよる場合より約１００℃高い。 数回（５回を越える）吹込んだ後、窒素で冷却された羽口（インジェクター） は、完全な状態に保たれた（腐食は認められず、耐火ライニングは、損害を受け なかった）。打抜きの必要はなかった。 シングルインジェクターに空気（約２５％のＯ₂）をインジェクトしたこと以 外は同じ条件で比較すると、それぞれのインジェクターは、各々転化サイクルの 終了時に交換しなければならず、時々打抜き（通常手で）が必要である。 本発明の吹込み速度もまた著しく減少（約５０％）する。これは、省エネルギ ーおよびはね（splashing）の危険が低いことを意味する。（空気をインジェク トする場合は、インジェクトされたガスの７５％、すなわち空気中のＮ₂が有用 ではないのに対して、本発明の場合は、内部羽口にインジェクトされたガスのわ ずか約５０％が窒素である。なお、周辺部の窒素のインジェクトは、この差より 顕著に少ない。）例２ 例１に報告された結果は、図１に記載されるような装置を用いて異なる方法で も得られる。すなわち、膜型発生器の浸透物を内部羽口に供給するために用いる こと、および外部羽口に供給するために膜の出口側を用いることとの組み合わせ である。 以下のデータは、組成物の特徴およびそれぞれのガス混合物流量を示している 。それぞれの場合において、流量範囲は、２の典型的な転炉サイズを斟酌するた めに示している。 ・分離器の出口：７％の残留酸素を含有する窒素 １７〜６１Ｎｍ³／ｍｎ ・分離器の浸透物側：３８ないし４０％の残留酸素を含有する窒素 １７〜６ ０Ｎｍ³／ｍｎ ・液体タンクは、２５ないし９０Ｎｍ³／ｍｎの純粋酸素を輸送する。 ・圧縮機は、１１ないし３９Ｎｍ³／ｍｎの空気を輸送する。 従って、外部羽口には、分離器の出口側の混合物を供給し、内部羽口には、５ ３〜１８９Ｎｍ³／ｍｎの流量で５０％Ｎ₂−５０％Ｏ₂の包括的（global）混合 物を供給する。 この解決（solution）により、窒素が豊化された外部羽口の（annular）混合 物を供給するために膜を用いるので、技術と経済との興味深い妥協を達成するこ とが可能になり、また包括的なＯ₂が富化された内部羽口の混合物の一部分とし てこの分離器のパーミエーターを用いている液体酸素を節約することができる。 むろん、これらデータは、１の羽口（インジェクター）のみに対して得られた もので、ここに説明される小型転炉は６インジェクターを有し、大型転炉は１３ インジェクターを有する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも３０重量％の銅またはニッケルに基づく材料を含有し、および鉄 に基づく材料の不純物量をさらに含有する銅またはニッケルマットを転化する方 法であって、実質的にすべての該鉄に基づく材料を、溶融金属を含有する酸化鉄 を生成させるための酸素含有ガスを用いて酸化し、および該溶融金属にスラグを 形成するのに有効な固体材料を添加することにより、該鉄に基づく材料を該スラ グに転換する工程、並びに内部インジェクター、該内部インジェクターの周辺に 同心的に配置された外部インジェクター、およびそれらの間にガス通路を有する 、同心的な覆われた羽口の該内部インジェクターを通して該酸素含有ガスをイン ジェクトし、該方法の実質的に全過程の酸素と該銅またはニッケルに基づく材料 との発熱反応により発生した熱の約５％から約２５％を吸収するのに有効な流量 および圧力で、保護作用を有する実質的に不活性なガスを該ガス通路に通過させ ることにより、該銅またはニッケルに基づく材料を、該酸素含有ガスを用いて酸 化し、実質的に純粋な銅またはニッケルおよび残渣を発生させる工程を含む方法 。 ２．酸化され得る不純物をある量含有する溶融金属を、酸素との発熱反応により 精錬する方法であって、酸素含有ガスを用いて溶融金属を含有する酸化物を生成 させることにより、実質的にすべての該不純物を酸化し、並びに該溶融金属に、 スラッグを形成するのに有効な固体材料を添加することにより該酸化され得る不 純物を該スラッグに転換する工程、並び に内部インジェクター、該内部インジェクターの周辺に同心的に配置された外部 インジェクター、およびそれらの間にガス通路を有する、同心的な覆われた羽口 の該内部インジェクターを通して該酸素含有ガスをインジェクトし、該方法の実 質的に全過程の酸素と該溶融金属との発熱反応により発生した熱の約５％から約 ２５％を吸収するのに有効な流量および圧力で、保護作用を有する実質的に不活 性な窒素含有ガスを該ガス通路に通過させることにより、該溶融金属を、酸素含 有ガスを用いて酸化し、実質的に純粋な金属および残渣を発生させる工程を含む 方法。 ３．該不活性ガスが、Ｏ₂の該銅またはニッケルに基づく材料との発熱反応によ り発生した熱の約５％ないし約１５％、好ましくは約１０％を吸収するのに有効 な流量および圧力で通過する請求項１または２記載の方法。 ４．該不活性ガスが、Ｎ₂、ＣＯ₂、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノンま たはそのいかなる混合物からなる群から選ばれる請求項１ないし３のいずれか１ 項記載の方法。 ５．該酸素含有ガスが、約３０体積％の酸素ガス、好ましくは、約４０体積％な いし約６０体積％の酸素ガスを含有する請求項１ないし４のいずれか１項記載の 方法。 ６．該ガス通路の入り口にインジェクトされる該実質的に不活性なガスの温度が 、周囲の温度より低いかまたは実質的に周囲の温度である請求項１ないし５のい ずれか１項に記載の方法。 ７．該実質的に不活性なガスが、該ガス通路に入る前に予備 加熱される請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。 ８．該ガス通路にインジェクトされる該不活性ガスが、圧縮された空気を含有す る請求項１ないし７のいずれか１項記載の方法。 ９．該実質的に不活性なガスが、少なくとも９０体積％の不活性ガスを含有する 請求項１ないし８のいずれか１項記載の方法。 １０．該不活性ガスの圧力が、該ガスを該溶融金属にジェッティング状況下にイ ンジェクトするのに有効であり、従って、該羽口内のいかなる打抜き操作をも実 質的に回避する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。 １１．該酸素含有ガスが、膜型発生器、圧力スイング吸着（PSA）発生器、また は真空スイング吸着（VSA）発生装置により空気から生成される請求項１ないし １０のいずれか１項記載の方法。 １２．該不活性ガスが、少なくとも９０％のＮ₂を含有するガス混合物を輸送す る窒素膜型発生器、または窒素ＰＳＡあるいは窒素ＶＳＡから生成する請求項１ ないし１１のいずれか１項記載の方法。 １３．該不活性ガスが、容器内に液体として貯蔵され、該ガス通路にインジェク トされる前に蒸発させられる請求項１ないし１１のいずれか１項記載の方法。 １４．該液体不活性ガスが、転炉内の溶融金属との熱交換により蒸発させられる 請求項１３記載の方法。 １５．該不活性ガスが、窒素含有ガスであり、並びに該酸素 含有ガスの少なくとも一部分および該窒素含有ガスの少なくとも一部が、窒素富 化生成物および酸素富化残渣を生成する同じ窒素発生器、または酸素富化生成物 および窒素に富んだ残渣を生成する同じ酸素発生器から生成される請求項１ない し１４のいずれか１項記載の方法。 １６．該発生器が、酸素ＰＳＡあるいはＶＳＡであり、その酸素流が、少なくと も部分的に該内部羽口にインジェクトされ、およびその排気ガスが、少なくとも 部分的に該外部羽口にインジェクトされる請求項１５記載の方法。 １７．該発生器が、窒素ＰＳＡあるいはＶＳＡであり、その窒素流が、少なくと も部分的に該外部羽口にインジェクトされ、およびその排気ガスが、少なくとも 部分的に該内部羽口にインジェクトされる請求項１５記載の方法。 １８．該発生器が、窒素膜型発生器であり、その窒素流が、少なくとも部分的に 該外部羽口にインジェクトされ、およびその浸透物流が、少なくとも部分的に該 内部羽口にインジェクトされる請求項１５記載の方法。 １９．該不活性ガスと該酸素含有ガスとの圧力差が、絶対圧力で少なくとも約０ ．５バール、好ましくは約３バールないし約６．５バールである請求項１ないし １８のいずれか１項記載の方法。 ２０．該酸素含有ガスの圧力が、約３ないし６バールである請求項１ないし１９ のいずれか１項記載の方法。 ２１．該転炉からのオフガスが、回収され、および硫酸に転換されるＳＯ₂を含 有する請求項１ないし２０のいずれか１ 項記載の方法。 ２２．該オフガスが、約８体積％ないし約１２体積％のＳＯ₂を含有する請求項 ２１記載の方法。 ２３．スクラップ材料が、該転炉の該溶融金属に添加される請求項１ないし２２ のいずれか１項記載の方法。 ２４．該酸素含有ガスの酸素濃度が、吹込みの末端での溶融金属の温度が、Ａｓ 、ＳｂまたはＢｉを含む群から選ばれる少なくとも１の金属（ただし、これら金 属の少なくとも１が該溶融金属中に存在する）の実質的にすべてを排気ガス中に 排除するために十分高いようなものである請求項１ないし２３のいずれか１項記 載の方法。