JPS5942736B2 - 銅含有物質の還元法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、銅の融点を越える温度における水素還元によ
り種々の銅塩から銅を回収する方法に関する。

背景技術 金属塩を水素還元して元素状金属を回収するための多数
の方法が教示されている。

例えばエプナ−（Ｅｂｎｅｒ ）の米国特許第２１１１
６１１号には、塩化マグネシウムをマグネシウムに還元
するために、１２００〜１５００℃の温度で、細分され
た溶融塩化マグネシウムを水素ガスの反応室に通すこと
が記載されている。

その後、マグネシウムが凝縮によって回収される。

若干の技術は殊に銅塩に関する。

米国特許第１６７１００３号にバグダサリアン （Ｂａｇｈｄａｓａｒｉａｎ）は、金属硫化物を９００
〜１２００℃の範囲で塩素化して相応する金属塩化物に
し、次いで金属塩化物を水素で還元して元素状金属と塩
化水素をつくることを記載している。

塩化鉛を水素で還元するために記載されているすぐれた
温度は８００℃以上であり、これに反して低い温度が塩
化銅を還元するのに有利であることが教示されている。

付加的に、不純な銅濃縮鉱の溶融法においてはサイクロ
ン反応室が使用された。

１９７６年７月の“ジャーナル・オブ・メタルス“第４
項“不純な銅濃縮鉱用ＫＩＶＣＥＴサイクロン溶融法“
は、サイクロン中での銅の酸化およびスラグ化とともに
沈降炉床中で約１３５０°〜１４００℃の温度で銅の還
元が生起することを教示する。

これらの方法の多くは、還元銅のアグロメレーションお
よび焼結の問題を有する。

ステフェンスおよび協力者（５ｔｅｐｈｅｎｓ、 Ｊｒ
ｅｔ ａｌ ）は、化学的に不活性で一般に球状で比
較的なめらかな非多孔性粒子の存在で流動床中で約り０
０℃〜約１０００℃の温度で銅塩を水素で還元すること
によってこの問題を処理した。

しかしながら、公知技術のどれも、有効な煙霧捕集と連
結せる実質的な瞬間銅還元を生じる条件下での銅の融点
よりも高い温度における銅含有固体物質の水素還元を教
示しない。

発明の開示 塩化銅、酸化銅およびオキシ塩化銅からなる群から選ば
れた銅塩は、銅塩を固体粒形で反応器中へ噴射し、これ
らの塩を銅の融点よりも高い温度で乱流条件下に水素で
還元することによって元素状銅に還元される。

反応条件は、銅含有物質が、反応器中へ供給される瞬間
に水素ガスと緊密に接触して水素ガスとの実質的な瞬間
反応を惹起しうるようなものでなければならない。

この方法の温度において、酸化銅は、それが反応器中へ
噴射された際実際に瞬間的に固体として還元される。

得られる元素状銅は液体として集められ、回収される。

塩化銅は固体で反応器中へ噴射され、反応器温度は、こ
れらの塩化物が直接にフラッシュ蒸発するような温度で
ある。

この蒸気を直接に水素と接触させて瞬間反応を生起させ
、次いで還元された煙霧を集めるため処理する。

これは有利に、反応器中にサイクロン効果をつ（ること
によって行なわれ、これによって煙霧は液体元素状鋼と
して集合する。

他の煙霧捕集技術は、このサイクロン技術の代りにもし
くはこれと組合せて使用することができる。

発明の最良の実施態様 本発明方法は、酸化銅、塩化銅およびオキシ塩化銅を包
含する種々の銅塩からの元素状銅の回収に有用である。

本発明方法はと（に、公知技術に教示された還元条件下
でアグロメレーションもしくは焼結する傾向のある銅有
価物の還元に有用である。

これらの銅有価物は、ある程度まで酸化銅を包含し、と
くに塩化第二銅および塩化第一銅を包含する。

銅含有物質は、細分された固体として反応室中へ導入し
なげればならない。

酸化銅の融点は２０００℃以上であり、従ってこの化合
物を処理する場合および反応温度がその融点よりも低い
場合には、酸化銅は容易に固体で導入される。

塩化第二銅は必要な反応温度で塩化第ゴ銅に還元される
。

塩化第一銅は約４３０℃の融点を有し、反応温度で比較
的高い蒸気圧を有する。

従ってこの化合物は、１０８３℃以上の温度を有する反
応器中へ噴射した場合、直ちにフラッシュ蒸発する。

オキシ塩化銅の場合の機構は多少複雑であり、多分それ
が酸化銅に分解する結果酸化銅として挙動するか、もし
くは直接蒸発の結果塩化銅として挙動するであろう。

反応温度よりも低い融点を有する装入成分を処理する場
合には、装入物を、それが反応器中へ噴射されるまで固
体に維持することが必要である。

これは、例えば装入物を水冷もしくは断熱噴射ノズルを
通して噴射することによって行なうことができる。

必要な場合には、噴射ノズルは反応器中へ延びていても
よい。

装入物を、それが反応器に入るまで固体に維持する他の
技術を使用することもできる。

下記に詳述するように、実質的瞬間還元反応を保証する
ための本発明の必須要件は、装入物を比較的小さい粒度
で反応器中へ導入することである。

最大粒度範囲は、反応器設計、装入物の組成、反応温度
および他の可変条件に依存する。

有利に装入物は、約５００μよりも小さく、と（に約１
００μよりも小さい粒度に定められる。

使用される水素ガスの量は、化学量論的要件に従う。

普通水素の過剰量が使用されるが、有利な反応条件下で
反応は完全に有効であり、従って一般に過剰は過大であ
る必要はない。

銅含有物質の実際の還元は、２００℃のような低い温度
で生起する。

しかしながら、本方法においては、還元反応は最低的１
０８３℃、有利に約１４００℃よりも高くない温度で実
施しなげればならない。

有利に、反応温度は約り１００℃〜約１３００℃、とく
に有利には約り１００℃〜約１２００℃に維持される。

本発明の要旨は、鋼装入物を反応器中へ導入する際に実
質的に瞬時に高度の銅還元を行なうことである。

銅製入物および得られる還元銅の反応器中での有利な滞
留時間は、約１０秒以下、より有利には約３秒以下、最
も有利には約１秒以下である。

反応器容量は必要な反応温度を維持する能力によって制
限される。

反応は吸熱反応であるので、必要な熱の多くは反応器器
壁を通して、内壁の表面における対流および輻射によっ
て供給しなければならない。

従って、容量は反応器設計によって制御され、有利な設
計は反応器の容積あたりの壁表面積を最大にする。

かかる瞬間反応を実施するためには、鋼装入物に直接に
水素を作用させねばならない。

従って、鋼装入物および水素のそれぞれの入口は、銅塩
が反応器に入ったら直ちに２つの反応物を接触させるよ
うなものであるべきである。

適当に制御された噴射技術下に、水素を固体鋼装入物用
のキャリヤガスとして用いることもできるが、噴射管の
閉塞を阻止するために反応器に入る前の銅の過度の還元
を避ける注意を払わねばならない。

水素を鋼装入物と別個に噴射する場合、鋼装入物を不活
性ガスキャリヤーにより噴射するのが有利である。

かかるガスの例は天然の燃焼ガス、窒素、アルゴンおよ
びヘリウムを包含する。

反応が瞬間的であるため、反応器中での流動条件は銅含
有物質（固形であれ、蒸気形であれ）と水素との間の迅
速かつ緊密な接触を可能にするため、完全な乱流でなけ
ればならない。

かかる乱流条件は、必要な反応温度を維持するため必要
な熱伝達を助ける。

反応から直接に得られる還元銅粒子は一般にほとんどサ
ブミクロンサイズのものであり、反応温度により粒子は
液状である。

かかる粒子の捕集は有利にできるだけ多く反応器内で行
なわれる。

有利な技術は、反応器内でのサイクロンフローパターン
の利用である。

かかるパターンは、銅回収を容易にするため、小さい粒
子を集めかつ十分に大きい液状粒子に合することができ
る。

かかるサイクロンは有利に、ガスを接線方向に円筒形の
反応器中へ噴射することによってつくられる。

入口ガス速度は反応器設計に依存し・一般に約９〜約２
７ ｍ ／ ｓｅｃ、有利には約１７〜約２２ ｍ／
ｓｅｅである。

ガスは水素、もしくは系に対し不活性のガスであっても
よい。

このサイクロン技術を使用する場合には、鋼装入物は有
利にサイクロイの渦流中もしくはそれに対して平行に噴
射される。

他の捕集技術は、このサイクロン技術の代りにモジ（は
サイクロンと組合せて使用することができる。

かかる技術は、大きい室中での重力沈降・湿式ガス洗浄
、パウダーケーキとしての銅の捕集、乾式沢布沢過およ
び他の公知微粒子捕集技術を包含する。

例 すヘテの例は、約６．２５に７７１（２１／２インチ）
の直径を有する円筒形の黒鉛反応器中で実施された。

例Ｉ 窒素ガスを０．６ ｍ３／ ｈｒ （２０ｆｔ３／ ｈ
ｒ ）の割合で、酸化第一銅４５４１および酸化第二銅
２６５グをサイクロン反応器の渦流中へ、それぞれ０．
６ ｋｇ／ ｈｒおよび０．５ｋｇ／ｈｒの割合で導入
した。

水素ガスを、０．２ ｍ’／ ｈｒ （７ｆｔ ３／
ｈｒ ）の割合でサイクロン反応器中へ接線方向に供給
した。

還元反応（約１１３０℃の温度で反応室中に０．９秒と
どまるガスを用いて実施した）で、装入物中に存在して
いた銅の９４．９％が還元される。

例■ ０．６ ｔｒｉ：／ｈｒ （２１ｆｔ３／ｈｒ ）の割
合の窒素ガスおよび０．１７７１’／ ｈｒ （３ｆｔ
”／ ｈｒ ）の割合のアルゴンガスによって担持され
た、粒度１００μの塩化第一銅２８５グを、水冷ガンを
通してサイクロン反応器中へ軸方向に供給した。

水素ガスを、サイクロン反応器中へ０．２ ｍ”／ ｈ
ｒ （８ｆｔ３／ ｈｒ）の割合で接線方向に供給した
。

還元反応は約１１００℃の温度で生起し、ガスは反応室
中で０．７秒の滞留時間を有していた。

塩化銅は０．４ｋｇ／ｈｒ の割合で反応器中へ供給し
、装入物質中の銅の９２．８％が還元される。

例■ それぞれ１．１ ｍ”／ ｈｒ （４０ｆｔ ３／ ｈ
ｒ ）および０、１７７１”／ ｈｒ （３ｆｔ３／
ｈｒ ）の量で窒素ガスおよびアルゴンガスを粒度１０
０μの塩化第一銅３３５′？を水冷ガン中へ搬入するた
めに使用し、塩化第一銅を０．２ ｋｇ／ ｈｒ の割
合でサイクロン反応器中へ供給した。

水素ガスを０．２ ｍ”／ ｈｒ （８ｆｔ３／ｈｒ）
の割合でサイクロン反応器中へ接線方向に供給した。

還元反応温度は約１０９３℃であり、反応器中での滞留
時間は０，５秒であった。

これにより、装入物質中の銅の９８．６％が還元される
。

例■ 再結晶した塩化第一銅を１００μの粒度にし、］、、
０５ ｋｇを水冷供給ガスにより０．７ ｋｇ／ ｈｒ
の割合でサイクロン反応器中へ軸方向に供給した。

塩化第一銅を、それぞれ１．１ ｍ３／ ｈｒ （４０
ｆｔ ３／ｈｒ）および０．１ ｍ’／ ｈｒ （３ｆ
ｔ ３／ ｈｒ ）の量の窒素およびアルゴンからなる
不活性ガスによって担持させた。

水素は、０．２ ｒｎ”／ ｈｒ （８ｆｔ”／ ｈｒ
）の割合でサイクロン反応器中へ接線方向に供給した
。

還元反応は１０８５℃の温度で実施し、ガスは反応室中
に０．５秒滞留した。

これにより、銅の８９．９％が装入物質から還元される
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅含有物質を水素で元素状鋼に還元する方法におい
   て、銅含有物質が酸化銅、塩化銅またはオキシ塩化銅で
   あって、これら銅含有物質を細分された固形で反応器中
   へ噴射するとともに、温度を少なくとも１０８３℃に維
   持し、同時に粒子を該反応室内で水素と接触させ、これ
   により反応生成物、即ち液状元素鋼への実質的瞬間還元
   を行なうことを特徴とする銅含有物質の還元法。 ２ 銅含有物質が塩化銅である、特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３′塩化銅を、塩化第一銅と塩化第二銅からなる群から
   選択する、特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 塩化銅が塩化第一銅である、特許請求の範囲第３項
   記載の方法。 ５ 塩化銅を直接に、反応器に入る際に蒸発させる、特
   許請求の範囲第３項もしくは第４項記載の方法。 ６ 銅含有物質を、反応器中へ噴射するに先立ち、５０
   ０μ以下の粒度に細分する、特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ７ 還元反応が、銅含有物質を反応器中へ噴射する１秒
   以内に生起する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８ 反応がサイクロン中で生起する、特許請求の範囲第
   １項記載の方法。