JP4478637B2 - 銅転炉ダストの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅転炉ダストの処理方法に関するものであり、より詳しく述べるならば、効率的に銅の転炉ダストから銅を回収する方法に関するものである。

銅製錬工程の鉱石を溶解する溶錬工程の後工程である転炉工程（PS-転炉やMI-C炉、フラッシュコンバーターなど）で排ガスに同伴するダストは、一般的にボイラーやバルーン煙道、電気集塵機(ホットコットレル）などで捕集されて、溶錬工程に繰返されるかあるいは別途湿式処理される。転炉工程で排出される全てのダストを転炉ダストとする。

銅製錬で排出される転炉ダストは、銅が5〜20mass％程度含まれており、酸で浸出後、硫化するなどして、湿式処理の過程で銅を鉛などと分離し、製錬工程へ繰り返すことが行われる。表1に銅転炉ダストの代表的な組成を示す。

しかしながら、転炉ダスト中に銅が含まれたまま湿式処理を行うと、鉛等の回収対象金属に銅が混入し、悪影響を及ぼす。
銅の除去法として希硫酸での溶解除去を行っていたが、銅量の約20mass％が未溶解残渣として鉛、ビスマス等の化合物に混入する。希硫酸濃度、温度、時間等の各条件を選択したが、これ以上に銅を溶解して鉛、ビスマスから分離することは困難であった。

また、銅転炉ダストを水または硫酸により浸出し、銅、カドミウム、砒素の可溶性塩類を溶出し、浸出残渣から鉛、亜鉛を回収する方法が開示されている。（特許第2848003号：特許文献１）
この方法では、銅転炉ダストの成分、粒度との関係を認識していないため単に残渣全てを乾式処理しており、銅分を分離回収する思想がまったく開示されていない。

特許第2848003号「銅転炉ダスト浸出残渣からの鉛、亜鉛の回収方法」

本発明は、銅転炉ダストから銅を効率よく簡易に回収する方法を提案するものである。

：
本発明は、
（１）銅転炉ダスト中に含まれる少なくとも硫化銅を、希硫酸浸出後、分離回収手段を用いて、前記ダストの浸出残渣のスラリーを前記分離回収手段の中央部へ下から上に噴出するように導入し、前記分離回収手段のアンダーフローのろ液を再び、前記分離回収手段のアンダー フローの出口部に投入し、アンダーフローの流速を調整し、前記ダスト中の銅分の 多い10μｍ以上の粗粒をアンダーフローへ分離回収し、前記粗粒を銅製錬炉へ、10μｍより細かい細粒をオーバーフロー側に回収し、他の工程にて処理し、銅を銅製錬炉へ選択的に繰返すことを特徴とする銅転炉ダストの処理方法。（２）上記（１）記載の分離回収手段が、デカンテーション或いは、湿式サイクロン或いは、篩別或いは、沈降分離槽である銅転炉ダストの処理方法。（３）上記（１）から（２）の何れかに記載の銅転炉ダストが、希硫酸浸出後の希硫酸浸出残渣である銅転炉ダストの処理方法。

（４）上記（１）〜（３）何れかに記載の他の工程が、鉛製錬炉である銅転炉ダストの処理方法。
を提供する。

本発明によれば、
（１）銅転炉ダストから選択的に銅を回収できる。
（２）鉛は、平均粒度2.7μｍと粒径が細かく、工業水等に沈降しないことを見出し、銅のみが粒径が、10μｍ以上と大きく選択的に篩別できること或いは沈降することができる。

本発明の処理対象である銅転炉ダストは、希硫酸に溶解しないものとして硫化銅（Cu₂S、CuS）、金属銅、金属鉄、鉄酸化物、硫酸鉛（PbSO₄）、硫酸ビスマス（BiSO₄）等を含有している。
通常銅の転炉ダストは、希硫酸（硫酸濃度：10〜20ｇ/L）に溶解後、主に硫酸鉛を沈殿させた希硫酸浸出残渣を得る。
上記の処理は、予め未溶解な硫酸鉛を銅転炉ダストから回収するためである。しかしながら上記残渣には、鉛以外にも他の金属である銅、ビスマス、アン
チモン等が含まれている。
（粒径差を利用した銅の分離法１）
本発明の対象物は、上記の希硫酸浸出残渣もその対象物のひとつであるが、
デカンテーション（工業用水等における、粒径による沈降速度の差による分離法）による処理においては、銅転炉ダストをそのまま処理する方法もとる。
図２は、転炉ダストからデカンテーションによって粗粒ダストを分離したSEM画像であり、硫化銅、金属銅、鉄酸化物、金属鉄の粒径が大きいことが把握できる。当化合物の同定には、並行してEPMAを用いている。

図３は、銅転炉ダストをデカンテーションによって得られた細粒のSEM画像であり、不純物である鉛、ビスマス等は、粒径が非常に小さいものであった。上記事項の知見が、本発明を生み出した重要な点である。
粗粒は、銅転炉のスプラッシュによって運ばれた銅、鉄化合物であり、細粒は一旦揮発した鉛やビスマス化合物が、温度の低下に伴い固化したものである。

転炉ダスト中の希硫酸に未溶解な銅は、硫化物及び金属状などで存在しており、図２に示されるように硫化銅などは、粒径の大きいものが多く、工業用水等に沈降しやすい。
該性質を利用して、図１に示すように、デカンテーションや湿式サイクロンを用いて粒径の大きい粒子を回収することにより、銅と、同じく粒径の大きい鉄のみが濃縮されたダストを得ることができる。
因みに銅に関しては、粒径の大きい粒径分離回収物中に、原料の銅転炉ダストに比べて、２から３倍に濃縮され、銅品位は、20から30mass%高品位の原料となった。
これら得られた粒径分離した回収物は、銅の製錬工程に繰り返し有効に処理が成される。その中に含有する金属鉄は酸化し、発熱し熱源となる。

その他の金属類は、粒径の小さいダストとして分離される。ただ鉛は比重が大きいが、粒度が幸いなことに細かいことを知見し、意外にも浮遊し、容易に分離できることを把握した。
得られた銅、鉄以外の成分を多く含む粒径分離後のダストは、銅含有量が、きわめて少なく後処理工程等において、効率よく処理が成される。

又硫酸銅や酸化銅は、希硫酸浸出液中に溶解するが、該溶解した銅は、別に液処理で処理回収する。

（粒径差を利用した銅の分離法２）
図３に示すごとく、銅転炉ダスト中の銅化合物及びメタル銅は10〜200μmであるのに対して、その他の不純物の粒径は1〜10μmであることを知見した。
この粒径の差を用いて、図１に示すように、篩分けを行い、粒径の大きい銅、硫化銅、鉄を回収する。鉄は、比重と粒径ともに銅と近く、銅と鉄を粒径の大きいダストとして回収できる。

銅転炉ダストは、篩目が10μmのものを使用した場合に最大の分離効果が得られるが、分離効率を考え37μmのものを使用した。
篩の振動回数は、80〜120回で行う。
篩別時間は、約10〜20分である。
篩は、例えば東京スクリーン社製のものを使用した。

この操作により得られた篩上のダストは、上記粒径差を利用した銅の分離法１により得たものと同様に銅の製錬工程において、効率よく製錬される。
篩下は、銅が含有していないため後工程等において、上記粒径差を利用した銅の分離法１による方法と同様に効率よく処理が成される。
（粒径差を利用した銅の分離法３）

図４に示すごとく、上向きに希硫酸浸出残渣のスラリーを導入し、沈降速度の差を利用して10μｍ以上の粗粒を下側に抜き出して銅を分離し、10μｍ以下の細粒をオーバーフロー（ＯＦ）で上側から抜き出す沈降分離槽を利用する。
スラリーを導入する給液の流速は40〜250L/min.
オーバーフローの流速は40〜200L/min.
アンダーフロー(ＵＦ、底抜き)の流速は40〜100L/min.
さらにアンダーフローのろ液を図4のＡから40〜100L/min.の流速で、ＵＦの流量と合わせる。

ＵＦの流速を一定にし、ＯＦの流速を変化させることで、沈降する粒子を制御することができ、１０μｍ以上の粒子のみを沈降させることができる装置である。

（実施例1）
デカンテーションの条件は、転炉ダスト49.88gを200mlの水に溶かし、撹拌30秒後に上澄みを取る操作を10回程度行い、残渣を粗粒として得る。
デカンテーションの操作後の、銅、鉛、ビスマスの分配を表２に示す。
粗粒には、鉛、ビスマスが少なく銅の製錬工程に戻した場合であっても平画の無いものであった。
細粒は、鉛やビスマスが高濃度で維持され、銅が少なく鉛製錬においても弊害の無いものと成った。
また硫酸塩となっていた銅は、デカンテーションの液中に溶解したが、これは、他の工程で容易に処理が出来た。

(実施例２)
湿式サイクロンの条件は、所定の水圧で下部から水を流し、上部から転炉ダストの希硫酸浸出残渣83.45gを水で溶かしたものを流し、残渣を粗粒として得る。
湿式サイクロンの効果として、銅、鉛、ビスマスの分配を表３に示す。
粗粒は、鉛、ビスマスが少なく銅製錬工程に戻しても弊害がなかった。
細粒は、鉛やビスマスが高く維持され、銅が低く抑えられているため鉛製錬においても好適に処理が成された。
対象は、希硫酸浸出残渣であったが、溶解した銅、鉛、ビスマスが少しあったが、問題なく後工程で処理が成された。

（実施例３）
篩分けの条件は、転炉ダストの希硫酸浸出残渣444.95gを篩目が37μmの篩を用いて粒径の大小で分離した。
篩分けの効果として、銅、鉛、ビスマスの分配を表４に示す。
この場合も、希硫酸浸出残渣を処理したが、2Lの水にリパルプ後、湿式篩にて行ったため銅が一部溶解したが、問題となる量でなく、後工程で容易に処理が出来た。
特に細粒では、鉛が高品位で維持されているため鉛製錬において、良好に処理が成された。
また粗粒も、他の不純物が殆ど無かったため銅製錬工程において、良好に処理された。

銅が濃縮され不純物の少ないダストを得ることができ、銅の製錬工程に繰り返すことができる。 また鉄も含有されるが、銅製錬炉では、金属鉄は、還元剤、発熱源となり有効利用される。
更に、不純物の多い製錬ダストは、鉛製錬において銅が含まれないため有効に処理された。

(実施例４)
沈降分離槽の流速の条件は、給液47.1L/min.、OF48.2L/min.、UF48.9L/min.、Ａ50.0L/min.で、1日運転した。
沈降分離槽の効果として、銅、鉛、ビスマスの分配を表５に示す。
特にOFでは、鉛が高品位で維持されているため鉛製錬において、良好に処理が成された。
またUFも、銅の品位が高く、他の不純物が少なかったため、銅製錬工程において、良好に処理された。

銅転炉ダストの希硫酸浸出残渣の粒度分布を示す。 銅転炉ダスト中の粗粒のSEM画像を示す。 銅転炉ダスト中の細粒のSEM画像を示す。 沈降分離槽の装置図を示す。

Claims (4)

1. 
   銅転炉ダスト中に含まれる少なくとも硫化銅を、希硫酸浸出後、分離回収手段を用いて、前記ダストの浸出残渣のスラリーを前記分離回収手段の中央部へ下から上に噴出するように導入し、前記分離回収手段のアンダーフローのろ液を再び、前記分離回収手段のアンダー フローの出口部に投入し、アンダーフローの流速を調整し、前記ダスト中の銅分の 多い10μｍ以上の粗粒をアンダーフローへ分離回収し、前記粗粒を銅製錬炉へ、10μｍより細かい細粒をオーバーフロー側に回収し、他の工程にて処理し、銅を銅製錬炉へ選択的に繰返すことを特徴とする銅転炉ダストの処理方法。
2. 請求項１記載の分離回収手段が、デカンテーション或いは、湿式サイクロン或いは、篩別或いは、沈降分離槽であることを特徴とする銅転炉ダストの処理方法。
3. 請求項１から２の何れかに記載の銅転炉ダストが、希硫酸浸出後の希硫酸浸出残渣であることを特徴とする銅転炉ダストの処理方法。
   
4. 
   請求項１〜３何れかに記載の他の工程が、鉛製錬炉であることを特徴とする銅転炉ダストの処理方法。