JPS624456B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、望ましくは長手状の水平型反応室内
で非鉄金属硫化物（例えば精鉱）を非鉄金属高含
有液体相及びスラグ相に（SO₂含有帯域を含むガ
ス雰囲気下で）望ましくは連続的に転化するに際
し；銅、ニツケル、アンチモン、コバルト及び鉛
等の硫化物（例えば精鉱）又はこれらの混合物と
融剤とを熔融物に供給し；酸化ガス及び還元ガス
を前記熔融物に吹込み；非鉄金属高含有相と非鉄
金属低含有スラグ相とを前記反応室の対向端から
夫々排出し、かつこれら両相を互いに向流的に実
質的に連続層流として夫々の排出端側へ流動さ
せ；望ましくは、前記反応室の酸化帯域の全長に
亘つて分配されかつ互いに独立して操作される多
数のノズルを通じて、酸化ガス（例えば酸素）の
少なくとも一部分を前記熔融物に特に下方から吹
込み；望ましくは、前記反応室のかなりの長さに
亘つて分配されかつ互いに独立して操作される多
数の供給装置を通じて、固体材料を例えば段階的
に前記反応室に供給し；前記熔融物中の酸素活性
の勾配を酸素の導入量及び導入位置と固体材料の
導入量及び導入位置との選定により調節して、前
記酸素の活性を非鉄金属高含有で鉄低含有の物質
の生成のためにその排出端で最高値とし、かつ還
元帯域にて（漸次）低減させて非鉄金属低含有ス
ラグ相の生成のためにその排出端で最低値となる
ようにし；望ましくは、前記ノズル及びこれを覆
うライニングの保護及びプロセス温度制御の補助
のために、前記酸化ガスと共にガス状及び／又は
液状の保護媒体を導入量の制御下で前記熔融物に
吹込み；この熔融物に吹込むガス量を調節して、
良好な物質交換を十分に行わせるが各相の層流及
び酸素活性の勾配をほとんど妨げることのないよ
うな乱流を前記熔融物中に生じさせる非鉄金属硫
化物（例々えば精鉱）の転化方法に関するもので
ある。

ドイツ連邦共和国特許出願公告第2417978号明
細書には、上記のような方法の一例が開示されて
いる。ここでは、反応炉中でガス雰囲気をスラグ
相の流動方向に対して順流的に導びき、そして廃
ガスを非鉄金属低含有スラグ相の排出端側で反応
炉から排出するもので、その操作は自動制御で行
つている。

本発明の目的は、スラグ相の金属含有量を一層
低減し、反応炉における熱利用率を改善し、さら
に追加の加熱を可能にすることにある。

この目的は本発明により次のようにして達成さ
れる。即ち、冒頭に述べた方法において、前記反
応室内のガス雰囲気を前記スラグ相の流動方向に
対して向流的に導びき、廃ガスを非鉄金属高含有
相の排出端側で前記反応室から排出することを特
徴とする方法によつて達成される。廃ガスは反応
室の前面側からも排出できるし、前面付近で上方
又は側方にも排出できる。この方法では、熔融物
中の酸素活性度の勾配と温度との制御はドイツ連
邦共和国特許出願公告第2417978号明細書に述べ
られているように行つてよい。しかしながら、ガ
ス雰囲気中の酸素ポテンシヤル（分圧）はスラグ
相とガス雰囲気とが互いに向流的に流動するため
に変化し、この際に、特に還元帯域の酸素ポテン
シヤル（分圧）とSO₂含有量とが非常に低減す
る。かくして、多数のノズルを多数列に並べて配
置できるので、熔融物の全幅に亘つて良好に、し
かも反応室を長軸の回りで往復回動（Hin−und
Herschwenken）させる必要なしに、ガス吹込み
を行える。

本発明における好ましい構成によれば、少なく
とも還元帯域において燃料を熔融物中に吹込み、
ガス雰囲気中の酸素分圧を還元帯域では10^-3バー
ル以下、好ましくは10^-8バール以下に保持する
が、他方SO₂を保護ガスとして還元帯域に吹込ま
ないようにする。燃料としては、液体、ガス状又
は固体のものを用い得る。第１には必要な熱量を
得るために、第２には熔融物中及びガス相に必要
な還元条件を保持できるように、燃料の燃焼を制
御する。ノズル群の保護ガスとしては、後に燃料
としても役立つ炭化水素、或いは不活性ガス（例
えば窒素）を用い得る。酸化帯域では、ドイツ連
邦共和国特許出願公告第2417978号明細書に述べ
られているように、SO₂を保護ガスとして用い得
る。燃料を熔融物へ直接吹込むことによつて、反
応炉の円天井の温度が低い場合に、熔解すべき物
質への良好な伝熱、従つて高い燃料利用率が得ら
れる。鉛精鉱を処理する場合、ガス雰囲気中の酸
素分圧が10^-3バールのときに良い結果が得られ
る。この結果は更に低い酸素分圧において改善さ
れる。銅精鉱の処理では酸素分圧を10^-8バール以
下としなければならない。この条件では、一層広
い範囲内で、炉の各帯域での物理化学的に最良の
温度及び条件に調節することが可能である。熱量
を更に必要とする場合、特に硫黄含有量の低い精
鉱の場合には、還元帯域の前面側にバーナを配置
することと、燃料をノズルを通じて或いは固体材
料と共に酸化帯域に供給することの少なくとも一
方を行うことができる。バーナは、ガス相で必要
な酸素分圧が保持されるように操作しなければな
らない。

本発明における好ましい構成によれば、還元帯
域と酸化帯域との間に、熔融物中にガスを全く吹
込まない中間（静的）帯域を設ける。これによ
り、還元帯域のガス雰囲気と酸化帯域ガスの雰囲
気との隔離が良好となり、それら両段階での温度
制御を個々に行うことができる。また、上記中間
帯域では、硫化物高含有金属相が金属高含有スラ
グ相から分離され、この結果、還元帯域において
硫化物活性を低下させることができる。

本発明における好ましい構成によれば、硫化物
の形をなす鉛又はアンチモン精鉱を処理する場合
に、微粉塵に含まれる硫化鉛又は硫化アンチモン
を廃ガス導管及び／又は廃ガス冷却器にて酸素含
有ガスの混合により950℃〜450℃の温度で主とし
て硫酸鉛又は酸化アンチモン及び硫酸アンチモン
に酸化し、次いで分離された微粉塵を鉛精鉱又は
アンチモン精鉱に対し固体材料導入量の10〜30重
量％の割合で（必要ならばさらに金属硫酸塩含有
物質の添加の下に）混合する。この酸化性微粉塵
の混和によつて、硫化物含有精鉱との反応が、酸
素の追加供給を必要とすることなしに比較的低温
度で生じることになる。この迅速な反応によつて
金属の気化損失は減少するが、この場合、導入す
る諸成分を互いに密に接触させることが重要であ
る。

本発明における好ましい構成によれば、精鉱及
び適当な添加物（主として融剤）を反応室へ投入
する前に圧縮（緊密化）する。これにより、精鉱
と添加剤（例えば石灰、SiO₂、酸化鉄類、還流
させる微粉塵、その他の適当な金属硫酸塩含有物
質や炭素）との接触が特に密になる。この圧縮
は、例えばタンブリング、ペレツタイジング、又
はプレスによつて行ない得る。圧縮された湿つた
粒子はガス雰囲気中を速かに落下し、次いで熔融
物中で反応が行なわれる。粒子を加湿することに
よつて温度の上昇は緩やかとなるので、気化損失
を低く抑えることができる。

次に、本発明を実施例につき添付図面を参照し
て更に詳細に説明する。

図面において、反応炉１は円形断面の細長い形
状を有し、左端にはスラグ取出口２が、右端近傍
には非鉄金属高含有相のタツプ３が配設されてい
る。左端にはまた、作業口として利用し得る、或
いはバーナを設置し得る開口４が設けられてい
る。右端にはまた、排気導管６と連絡する排出口
５、更に非常用タツプ７が設けられている。反応
炉１は作業帯域Ａ、還元帯域Ｒ、中間帯域Ｂ、酸
化帯域Ｏ及び非鉄金属取出し帯域Ｍに分割されて
いるが、これらの帯域間の境界は明確には限定さ
れておらず、流動的である。酸化帯域Ｏには投入
口８及びノズル９が配設されているが、図面では
それらの一部分だけを略示した。還元帯域Ｒには
同様にノズル１０が配設されているが、図面では
やはり一部分だけを略示した。反応炉１は軸受リ
ング１１により支承され、保守作業のために回転
し得るようになつている。

以下に、本実施例を具体例により具体的に説明
する。

具体例 長さ4.8ｍ、外径1.8ｍの実験反応炉で鉛精鉱を
処理した。限られた長さの反応炉のみでは、鉛、
スラグ及び廃ガスの向流的な連続操作は不可能で
ある。それ故、次のように２つの主要ステツプを
順次行なつた。即ち、(1)融剤及び微粉塵と混合さ
れかつペレツト化された精鉱を熔融物中への酸素
の吹込みによつて金属鉛及びPbO高含有スラグに
部分酸化すること。(2)、スラグのPbOを還元剤の
投入によつて還元すること。

(1) 反応炉は、酸素−プロパンのバーナによつて
その内部温度が1100℃となるように予熱した。
次いで、2200tの棒状鉛をバーナ口を通じて投
入し、溶融させた。この1100℃の鉛浴に、鉛精
鉱70％、返送される微粉塵20％及び融剤10％か
らなる末乾燥の精鉱ペレツトを2.04t／ｈの割
合で連続的に投入し、酸素で酸化した。このペ
レツトの湿分は８重量％であり、乾燥状態で次
の組成（重量％）を有していた。

即ち、Pb59.1；Zn2.4；Cu0.96；S12.45；
FeO6.8；Al₂O₃0.6；CaO2.4；MgO0.6；及び
SiO₂11.4であつた。

実験終了後、スラグをタツプを通して取出し
た。このPb含有量は40.7重量％であつた。タツ
プから取出された粗鉛の硫黄含有量は1.05重量
％であつた。ペレツト中に含まれていた鉛（合
計1546Kg）の分布は次の通りであつた。

粗鉛 58.6％ スラグ 24.0％ 微粉塵 17.4％ かくして、予め投入された棒状鉛を含めてタ
ツプから排出された鉛の合計量は3.098tとなつ
た。

(a) Pb含有量が40.7重量％の上述のスラグ1000
ｇをタンマン炉のグラフアイトるつぼで溶融
させた。次いで、SO₂20溶量％及びN₂80容量
％からなる混合ガスを2.0N／分の割合で
熔融物の表面に吹込むことによつて、ガス雰
囲気のSO₂分圧を約0.2バールに調節する。
他方、微粉砕した石炭を化学量論的必要量の
1.5倍の量でスラグに撹拌混入してスラグを
還元した。この還元温度は1150℃であつた。
グラフアイト棒によつて１時間連続撹拌した
後、次の製品を得た。

スラグ 588ｇ（但し、Pb含有量は4.2重量
％） 鉛 282ｇ（但し、Ｓ含有量は3.4重量％） 従つて、鉛の損失は110ｇであり、これは
出発材料の鉛含有量の27.0％に当る。

(b) 類似の実験で、N₂ガスのみを2N／分の
割合で熔融物表面に吹込み、他のすべての条
件を同じにすると、次の結果が得られた。

スラグ 589ｇ（但し、Pb含有量は4.05重
量％） 鉛 363ｇ（但し、Pb含有量は99.7重量
％） 従つて、鉛の損失は21ｇのみで、これは出
発材料の鉛含有量の5.2％に当る。

以上から、SO₂ガスのない雰囲気の下では、
スラグのPb含有量が、SO₂含有量が20容量％で
あるガス雰囲気下におけると同程度の値にまで
低減し、しかも蒸発による鉛の損失が1/5に低
下することが容易に分る。

(2) 上述の実験反応炉にて、乾燥状態でPb含有
量が53.2重量％、水分が7.61重量％の精鉱ペレ
ツトを2.85t／ｈの割合で2.351tの鉛浴に投入
し、この鉛浴に連続的に1080℃の酸素を吹込
み、これによりPb含有量が65.2重量％の一次ス
ラグを生成させた。鉛熔融物のＳ含有量は0.3
重量％であつた。

鉛を2.369t含む合計4820tのペレツトを投入
すると、炉はスラグと鉛で充満された。

そして酸素の供給を停止し、石炭塵−窒素混
合物を石炭について１Kg／分の割合で２つのラ
ンスを通じてスラグ層に吹込んだ。この場合、
石炭の使用量は化学量論的必要量の1.5倍、還
元中の温度は1160℃であつた。

実験後、次の製品を得た。

スラグ 1448Kg（Pb含有量は2.2重量％） 鉛 4198Kg（Ｓ含有量は0.2重量％） 従つて、鉛の損失量は498Kgであり、これは
ペレツト（出発材料）の鉛含有量の21％に当
る。

かくして、この方法により、得られた鉛中の
硫黄含有量は低く保たれ、かつ熔融物の硫黄活
性を低くする限り鉛の蒸発（損失）を僅かな程
度に抑え得ることが分る。

(3) 上述の実験反応炉にて、Pb含有量が乾燥状
態で53.2重量％、水分が7.61重量％の精鉱ペレ
ツト2.420tの鉛浴に対して2.65t／ｈの割合で
1050℃の酸素を連続的に吹込んだ。これによ
り、鉛含有量が63.2重量％のスラグが生成し、
他方、熔融鉛のＳ含有量は0.4重量％となつ
た。炉が鉛とスラグで充填された後、酸素の供
給を停止し、ノズルを通じて水素ガスを熔融物
中に下方から、吹込んだ。この場合、炉の上側
にある２×100×100mm²の大きさの供給口を開く
と共に、他方、炉内の圧力を僅か２×10^-3バー
ルの減圧に保つた。

化学量論的に必要な量の２倍に相当する
150Nm³／ｈの割合でH₂ガスを吹込んだが、ス
ラグの鉛含有量を55.7重量％以下に低減するこ
とに失敗した。この理由は、一旦は還元された
鉛が炉中に吹込まれた空気によつて直ちに再酸
化し、スラグ化したためである。

以上説明したことから明らかなように、本発明
の利点は、ガス相の組成及び還元帯域の温度を制
御することによりスラグ相の金属含有量を著しく
低下させ得ること、並びに生成金属が硫化物にな
ることを防止できることである。硫化物の蒸発性
が低い金属の場合も同様に還元帯域において酸素
分圧を低く保持することが必要であるが、SO₂分
圧を高く調節して、還元時にスラグへの溶解度が
金属よりも著しく低い金属硫化物が生成するよう
することが有利である。また熱効率が著しく改善
されるが、これは還元帯域からのガスの熱含量を
酸化帯域にて十分に利用できるからである。但、
冶金学的な理由からそのガスはできるだけ高い温
度を有する必要があり、また還元帯域で還元剤を
過剰に存在させなければならない。特に硫黄及び
鉄の含有量が低い精鉱の処理において、還元時に
必要とされる低い酸素分圧を維持しながら、必要
な熱量を経済的に供給することが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明による方法を実施するための反
応炉の一例の概略横断面図である。 なお図面に用いられている符号において、１…
反応炉、２…スラグ取出口、３…タツプ、５…ガ
ス排出口、６…廃ガス導管、８…投入口、Ａ…作
業帯域、Ｒ…還元帯域、Ｂ…中間帯域、Ｏ…酸化
帯域、Ｍ…非鉄金属取出し帯域である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応室内で非鉄金属硫化物をSO₂含有帯域を
   含むガス雰囲気下で非鉄金属高含有液体相及びス
   ラグ相に連続転化するに際し；硫化物と添加剤
   （主として融剤）とを熔融物に供給し；酸化ガス
   及び還元ガスを前記熔融物に吹込み；非鉄金属高
   含有相と非鉄金属低含有スラグ相とを前記反応室
   の対向端から夫々排出し、かつこれら両相を互い
   に向流的に実質的に連続層流として夫々の排出端
   側へ流動させ；前記熔融物中の酸素活性の勾配を
   酸素の導入量及び導入位置と固体材料の導入量及
   び導入位置との選定により調節して、前記酸素活
   性を非鉄金属高含有で鉄低含有の物質の生成のた
   めにその排出端で最高値とし、かつ還元帯域にて
   低減させて非鉄金属低含有スラグ相の生成のため
   にその排出端で最低値となるようにし；前記熔融
   物に吹込むガス量を調節して、良好な物質交換を
   十分に行わせるが各相の層流及び酸素活性の勾配
   をほとんど妨げることのないような乱流を前記熔
   融物中に生じさせる非鉄金属硫化物の転化方法に
   おいて、前記反応室内のガス雰囲気を前記スラグ
   相の流動方向に対して向流的に導き、廃ガスを前
   記非鉄金属高含有相の排出端側で前記反応室から
   排出することを特徴とする方法。 ２ 長手状の水平型反応室内で非鉄金属硫化物精
   鉱をSO₂含有帯域を含むガス雰囲気下で連続転化
   するに際し；銅、ニツケル、アンチモン、コバル
   ト及び鉛の硫化物精鉱又はこれらの混合物と融剤
   とを熔融物に供給し；前記反応室の酸化帯域の全
   長に亘つて分配されかつ互いに独立して操作され
   る多数のノズルを通じて、酸素の少なくとも一部
   分を前記熔融物に下方から吹込み；前記反応室の
   かなりの長さに亘つて分配されかつ互いに独立し
   て操作される多数の供給装置を通じて、固体材料
   を段階的に前記反応室に供給し；前記ノズル及び
   これを覆うライニングの保護及びプロセス温度制
   御の補助のために、前記酸化ガスと共にガス状及
   び／又は液状の保護媒体を導入量の制御下で前記
   熔融物に吹込む、特許請求の範囲の第１項に記載
   の方法。 ３ 少なくとも還元帯域において燃料を熔融物中
   に吹込み、ガス雰囲気中の酸素分圧を還元帯域で
   は10^-3バール以下に保持し、SO₂を保護ガスとし
   て還元帯域に吹込まないようにした、特許請求の
   範囲の第１項又は第２項に記載の方法。 ４ ガス雰囲気中の酸素分圧を還元帯域では10^-8
   バール以下に保持するようにした、特許請求の範
   囲の第３項に記載の方法。 ５ 還元帯域と酸化帯域との間に、熔融物中にガ
   スを全く吹込まない中間（静的）帯域を設けた、
   特許請求の範囲の第１項〜第４項のいずれか一項
   に記載の方法。 ６ 硫化鉛又硫化アンチモン精鉱の処理におい
   て、微粉塵に含まれる硫化鉛又は硫化アンチモン
   を廃ガス導管及び／又は廃ガス冷却器にて酸素含
   有ガスの混合により950℃〜450℃の温度で主とし
   て硫酸鉛又は酸化アンチモン及び硫酸アンチモン
   に酸化し、次いで分離された微粉塵を鉛精鉱又は
   アンチモン精鉱に対し固体材料導入量の10〜30重
   量％の割合で混合する、特許請求の範囲の第１項
   〜第５項のいずれか一項に記載の方法。 ７ 分離された微粉塵を金属硫酸塩含有物質の添
   加の下に混合する、特許請求の範囲の第６項に記
   載の方法。 ８ 精鉱を反応室への導入前に圧縮する、特許請
   求の範囲の第１項〜第７項のいずれか一項に記載
   の方法。 ９ 精鉱を添加剤（主として融剤）と共に反応室
   への導入前に圧縮する、特許請求の範囲の第１項
   〜第７項のいずれか一項に記載の方法。