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JP6135380B2 - 転炉ダストの回収方法 - Google Patents
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JP6135380B2 - 転炉ダストの回収方法 - Google Patents

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Description

本発明は、転炉ダストの回収方法に関する。さらに詳しくは、銅製錬において転炉から排出された排気ガスに含まれる転炉ダストを回収する回収方法に関する。
銅の乾式製錬においては、自溶炉などで銅精鉱中の銅を硫化銅、硫化鉄からなるマットとして分離し、転炉でマット中の硫黄や鉄を除去して粗銅とし、精製炉で粗銅中に残存する微量の酸素や硫黄などを除去した後に銅アノードを鋳造し、銅アノードを用いて電解精製することで電気銅を得る。
転炉では、マットに含有されるビスマス、鉛、亜鉛、カドミウム、アンチモン、砒素等の不純物が高温で酸化されて揮発し、排気ガスとともに転炉から排出される。排気ガスにはこれらの不純物のほか、銅も含まれる。以下、転炉から排出される排気ガスに含まれるビスマス、鉛、亜鉛、カドミウム、アンチモン、砒素等の不純物、および銅等からなるダストを「転炉ダスト」と称する。
一般に、転炉から排出された排気ガスは、廃熱ボイラで熱回収された後、電気集塵機で集塵される。廃熱ボイラでは重力沈降により比較的粒径の大きい転炉ダストが回収され、電気集塵機では比較的粒径の小さい転炉ダストが回収される。
従来、廃熱ボイラで回収された転炉ダストは銅品位が高いため、銅製錬プロセスに繰り返すことで銅を回収していた。一方、電気集塵機で回収された転炉ダストは不純物品位が高いため、銅製錬プロセスに繰り返さずに不純物処理工程に排出していた。しかし、電気集塵機で回収された転炉ダストにも銅が含まれているため、これを銅製錬プロセスの系外へ排出することは、銅の実収率を低下させる要因となっていた。また、不純物処理工程において銅は処理の弊害となるため、その含有量を下げることが望まれていた。
上記問題を解決するため、電気集塵機で回収された転炉ダストを銅製錬プロセスに繰り返すことも考えられる。しかしこの場合、転炉ダストに含まれる銅を回収することはできるが、銅製錬プロセスにおいて不純物が濃縮されてしまう。そうすると、後工程で鋳造される銅アノードの不純物含有量が上昇し、電解精製工程において弊害が生じる。
特許文献1には、電気集塵機の集塵部を排気ガスの流動方向に沿って第1室から第3室に区画し、第3室の転炉ダストをダスト処理系統に搬出し、第1室および第2室の転炉ダストを製錬炉に戻す方法が記載されている。この従来技術によると、不純物の少ない第1室および第2室の転炉ダストを製錬炉に戻すことにより、有価金属を有効に回収するとともに、ダスト処理のための送鉱量を減少させることができる。
しかし、転炉ダストの不純物品位や銅品位は、原料やその他の条件により変動する。すなわち、第3室の転炉ダストの銅品位が高くなったり、第1室および第2室の転炉ダストの不純物品位が高くなったりする場合がある。そのため、上記従来技術のように、第3室の転炉ダストを、第1室および第2室の転炉ダストと常に別系統で処理すると、不純物と銅を効率よく分離できないという問題がある。
特開2000−189847号公報
本発明は上記事情に鑑み、転炉ダストの不純物品位および銅品位の変動に関わらず、転炉ダストに含まれる不純物と銅を効率よく分離できる転炉ダストの回収方法を提供することを目的とする。
第1発明の転炉ダストの回収方法は、転炉から排出された排気ガスに含まれる転炉ダストを電気集塵機で集塵し、前記電気集塵機内において前記排気ガスの流動方向に1または複数の回収領域を定め、該回収領域ごとに集塵された前記転炉ダストを回収するにあたり、前記排気ガスの流動方向における前記転炉ダストの金属品位の分布を繰り返し測定し、測定結果を基に前記回収領域の数および/または境界位置を変更することを特徴とする。
第2発明の転炉ダストの回収方法は、第1発明において、前記電気集塵機は、集塵された前記転炉ダストを前記排気ガスの流動方向に沿って搬送する搬送手段と、前記搬送手段の複数位置に設けられ、該搬送手段から前記転炉ダストを排出する複数の排出口と、を備え、前記排気ガスの流動方向における前記転炉ダストの金属品位の分布を繰り返し測定し、測定結果を基に前記排出口の開閉を切り替えて、前記回収領域の数および/または境界位置を変更することを特徴とする。
第3発明の転炉ダストの回収方法は、第1発明において、前記電気集塵機は、集塵された前記転炉ダストを前記排気ガスの流動方向に沿って搬送する搬送手段と、前記搬送手段の複数位置に設けられ、該搬送手段から前記転炉ダストを排出する複数の排出口と、を備え、前記排気ガスの流動方向における前記転炉ダストの金属品位の分布を繰り返し測定し、測定結果を基に前記排出口から排出された前記転炉ダストの搬送先を切り替えて、前記回収領域の数および/または境界位置を変更することを特徴とする
第1発明によれば、金属品位分布を繰り返し測定し、測定結果を基に回収領域の数および/または境界位置を変更するので、不純物品位および銅品位の変動に従って不純物品位が高い回収領域と銅品位が高い回収領域とを定めることができ、転炉ダストに含まれる不純物と銅を効率よく分離できる。
第2発明によれば、排出口の開閉を切り替えることで回収領域の数および境界位置を変更できるので、回収領域の数および境界位置の変更を、操業中でも容易に行える。
第3発明によれば、転炉ダストの搬送先を切り替えることで回収領域の数および境界位置を変更できるので、回収領域の数および境界位置の変更を、操業中でも容易に行える
本発明の一実施形態に係る転炉ダストの回収設備の側面図である。 同回収設備の平面図である。 同回収設備の正面図である。 同回収設備による転炉ダストの回収方法の説明図である。 転炉および排気ガス処理系の説明図である。
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の一実施形態に係る転炉ダストの回収方法は銅製錬に適用される。まず、銅製錬における転炉、および転炉から排出される排気ガスの処理系について説明する。
図5に示すように、転炉1は、傾転可能な略円筒形の炉体11を備えている。炉体11の上方には、装入口12を覆うようにフード13が設けられている。フード13の終端は廃熱ボイラ2に接続されており、廃熱ボイラ2の終端は煙道を介して電気集塵機3に接続されている。
転炉1では、自溶炉から供給された銅品位が60〜68%程度のマットに空気を吹き込み、マット中の鉄および硫黄を除去して銅品位が約78%の白カワを生成する。つぎに、白カワ中の硫黄を除去して銅品位が約98%の粗銅を生成する。マットに含有されるビスマス、鉛、亜鉛、カドミウム、アンチモン、砒素等の不純物は高温で酸化されて揮発し、排気ガスとともに転炉1から排出される。排気ガスにはこれらの不純物のほか、銅も含まれる。以下、転炉1から排出される排気ガスに含まれるビスマス、鉛、亜鉛、カドミウム、アンチモン、砒素等の不純物、および銅等からなるダストを「転炉ダスト」と称する。
転炉1から排出された排気ガスは、廃熱ボイラ2で熱回収された後、電気集塵機3で集塵される。廃熱ボイラ2では重力沈降により比較的粒径の大きい転炉ダストが回収され、電気集塵機3では比較的粒径の小さい転炉ダストが回収される。廃熱ボイラ2で回収された転炉ダストは銅品位が高いため、銅製錬プロセスに繰り返すことで銅が回収される。排気ガスの主成分は亜硫酸ガスであり、電気集塵機3を通過した後に硫酸製造工程へ送られ硫酸が製造される。硫酸製造工程では、例えば触媒を用いてSO2をSO3に酸化させた後、水に溶かして硫酸を製造する。
なお、排気ガスの処理系は電気集塵機3が含まれる構成であればよく、廃熱ボイラ2と電気集塵機3とからなる構成に限定されない。例えば、廃熱ボイラ2と電気集塵機3に加えて、ダストチャンバーを有する構成でもよい。
つぎに、図1、図2および図3に基づき、本実施形態の回収設備Aを説明する。回収設備Aは、転炉1から排出された排気ガスに含まれる転炉ダストを集塵する電気集塵機3と、電気集塵機3から排出された転炉ダストを回収する回収装置4とを備える。なお、図中の白抜き矢印(⇒)は排気ガスの流れを示し、1本線矢印(→)は集塵された転炉ダストの流れを示す。
電気集塵機3は、排気ガスの流動方向と平行に第1系統Iと第2系統IIの2系統を有している。各系統I、IIは、排気ガスが通る集塵室31の下部にホッパ32が設けられた構成を有している。集塵室31およびホッパ32は、排気ガスの流動方向に長尺となっている。なお、本実施形態の電気集塵機3は2系統の構成であるが、1系統の構成でもよいし、3系統以上の構成でもよい。
集塵室31には、図示しない放電極と集塵極が設けられている。放電極と集塵極の間に直流高電圧を加えてコロナ放電を行うと、集塵室31内のガスがイオン化し、集塵極に引き付けられる。その途中でイオン化したガスがダスト粒子に衝突し、ダスト粒子を帯電させる。帯電したダスト粒子は集塵極上に吸引され、そこで電荷を放電しホッパ32に落下する。このようにして、電気集塵機3は、転炉1から排出された排気ガスに含まれる転炉ダストを集塵する。
電気集塵機3は、集塵室31およびホッパ32が排気ガスの流動方向に4つの区3a〜3dに区分けされている。以下、排気ガスの上流側から下流側に向かって第1区3a、第2区3b、第3区3c、第4区3dと称する。なお、第1〜第4区3a〜3dの区分けは、均等であってもよいし、不均等であってもよい。
ところで、本願発明者らは、各区3a〜3dで集塵された転炉ダストを採取して、その金属品位を測定したところ、表1に示す結果を得た。これより、排気ガスの上流側の転炉ダストは銅品位が高く、ビスマス、鉛、亜鉛、カドミウム、アンチモン、砒素といった不純物品位が低いという知見を得た。また、排気ガスの下流側の転炉ダストは銅品位が低く、不純物品位が高いという知見を得た。
そこで、本願発明者らは、電気集塵機3内において、排気ガスの流動方向に複数の領域を定め、その領域ごとに集塵された転炉ダストを回収して、上流側の領域の転炉ダストを銅製錬プロセスに繰り返し、下流側の領域の転炉ダストを不純物処理工程に排出することにより、転炉ダストに含まれる銅を有効に回収できるとともに、銅製錬プロセスにおいて不純物が濃縮されることを防止できることを見出した。以下、この転炉ダストをまとめて回収する領域を「回収領域」と称する。
また、本願発明者らは、転炉ダストの不純物品位や銅品位は、原料やその他の条件により変動するとう知見を得た。すなわち、排気ガスの流動方向における転炉ダストの金属品位の分布は時間的に一定ではなく、条件により変動する。これより、銅製錬プロセスに繰り返す転炉ダストを回収する回収領域と、不純物処理工程に排出する転炉ダストを回収する回収領域との境界位置を、転炉ダストの金属品位の分布を基に変更することで、転炉ダストに含まれる不純物と銅を効率よく分離できることを見出した。
なお、転炉ダストを銅精錬プロセスに繰り返すには、転炉ダストを自溶炉などの製錬炉に装入すればよい。
本実施形態の回収設備Aは、転炉ダストを回収する機構が、上記回収領域の境界位置を変更できる構成となっている。
電気集塵機3のホッパ32の底部には排気ガスの流動方向に沿ってスクリューコンベア33が配置されている。スクリューコンベア33のケーシングは上面が全長に渡って開口しており、ホッパ32のいずれの位置からでも転炉ダストをスクリューコンベア33に装入できるようになっている。スクリューコンベア33の駆動により、集塵されてホッパ32に落下した転炉ダストを排気ガスの流動方向に沿って逆方向に搬送できる。なお、スクリューコンベア33が特許請求の範囲に記載の「搬送手段」に相当する。搬送手段としては、スクリューコンベアのほか、チェーンコンベアなど他の種類のコンベアを用いてもよい。また、スクリューコンベア33は転炉ダストを排気ガスの流動方向に沿って順方向に搬送するように構成してもよい。
スクリューコンベア33のケーシングには、その搬送方向に沿って4位置に4つの排出口34a〜34dが設けられており、これらの排出口34a〜34dを通じてスクリューコンベア33から転炉ダストを排出できるよう構成されている。第1排出口34aは、スクリューコンベア33の終端であって、第1区3aの搬送方向終端に配置されている。第2排出口34bは第1区3aと第2区3bの境、第3排出口34cは第2区3bと第3区3cの境、第4排出口34dは第3区3cと第4区3dの境にそれぞれ配置されている。このように、第1〜第4排出口33a〜33dは、それぞれ第1〜第4区3a〜3dの搬送方向終端位置に設けられている。換言すれば、第2〜第4排出口34b〜34dの位置により、第1〜第4区3a〜3dが区分けされている。
回収装置4は、4本のチェーンコンベア41a〜41dからなる。排出口34a〜34dは、それぞれロータリーバルブ35a〜35dを介してチェーンコンベア41a〜41dに接続されている。そのため、第1排出口34aから排出された転炉ダストは第1チェーンコンベア41aに装入され、第1チェーンコンベア41aから回収できる。同様に、第2〜第4排出口34b〜34dから排出された転炉ダストは、それぞれ第2〜第4チェーンコンベア41b〜41dから回収できる。なお、チェーンコンベア41a〜41dに代えて、スクリューコンベアなど他の種類のコンベアを用いてもよい。
本実施形態の電気集塵機3は、第1系統Iと第2系統IIの2系統有しており、それぞれにスクリューコンベア33、排出口34a〜34d、およびロータリーバルブ35a〜35dが設けられている。しかし、チェーンコンベア41a〜41dは第1系統Iと第2系統IIで共通となっている。そのため、第1系統Iの第1排出口34aから排出された転炉ダストと、第2系統IIの第1排出口34aから排出された転炉ダストは、ともに共通の第1チェーンコンベア41aに装入される(図3参照)。他の第2〜第4チェーンコンベア41b〜41dについても同様である。ただし、第1系統Iと第2系統IIで、別々にチェーンコンベア41a〜41dを設けてもよい。
排出口34a〜34dにはロータリーバルブ35a〜35dが接続されているため、ロータリーバルブ35a〜35dにより排出口34a〜34dの開閉を切り替えることができる。具体的には、ロータリーバルブ35a〜35dを動作させることで排出口34a〜34dを開いた状態にでき、転炉ダストを排出できる。ロータリーバルブ35a〜35dを停止させることで排出口34a〜34dを閉じた状態にでき、転炉ダストを排出しないようにできる。
ロータリーバルブ35a〜35dはそれぞれ独立して動作、停止を制御でき、排出口34a〜34dの開閉をそれぞれ独立して切り替えることができる。したがって、転炉ダストを排出する位置を排出口34a〜34dの中から選択的に切り替えることができる。排出口34a〜34dのいずれかを閉じた状態にすると、スクリューコンベア33で搬送されている転炉ダストは、閉じた状態の排出口34a〜34dからは排出されず、それより下流に位置する開いた状態の排出口34a〜34dから排出される。したがって、排出口34a〜34dの開閉を切り替えることで、回収領域を第1〜第4区3a〜3dの組み合わせとして定めることができる。
例えば、図4(1)に示すように、第1排出口34aおよび第4排出口34dを開き、第2排出口34bおよび第3排出口34cを閉じると、第1〜第3区3a〜3cを第1回収領域として、この領域の転炉ダストはまとめて第1排出口34aから排出される。また、第4区3dを第2回収領域として、この領域の転炉ダストは第4排出口34dから排出される。
図4(2)に示すように、第1排出口34aおよび第3排出口34cを開き、第2排出口34bおよび第4排出口34dを閉じると、第1、第2区3a、3bを第1回収領域として、この領域の転炉ダストはまとめて第1排出口34aから排出される。また、第3、第4区3c、3dを第2回収領域として、この領域の転炉ダストはまとめて第3排出口34cから排出される。
図4(3)に示すように、第1排出口34a、第3排出口34cおよび第4排出口34dを開き、第2排出口34bを閉じると、第1、第2区3a、3bを第1回収領域として、この領域の転炉ダストはまとめて第1排出口34aから排出される。また、第3区3cを第2回収領域として、この領域の転炉ダストは第3排出口34cから排出される。また、第4区3dを第3回収領域として、この領域の転炉ダストは第4排出口34dから排出される。
図4(4)に示すように、第1排出口34aを開き、第2〜第4排出口34b〜34dを閉じると、全ての区3a〜3dを一つの回収領域として、電気集塵機3で集塵された全ての転炉ダストを第1排出口34aから排出できる。
なお、スクリューコンベア33の終端に配置されている第1排出口34aは、転炉ダストが電気集塵機3の内部に蓄積しないように、常に開いた状態とする。
以上のように、排出口34a〜34dの開閉を切り替えることで回収領域の数および境界位置を変更できる。それゆえ、回収領域の数および境界位置の変更を、操業中でも容易に行える。
つぎに、転炉ダストの回収方法を説明する。
(1)金属品位分布の測定
まず、排気ガスの流動方向における転炉ダストの金属品位の分布を測定する。本実施形態では、各区3a〜3dで集塵された転炉ダストを採取して、その金属品位を測定すればよい。すなわち、表1に示すような測定結果が「排気ガスの流動方向における転炉ダストの金属品位の分布」(以下、単に「金属品位分布」と称する。)に相当する。このように、金属品位分布の測定位置は、連続的でなくてよく、離散的でよい。また、測定位置の数は特に限定されず、必要な精度に合わせて決定すればよい。本実施形態の場合、回収領域は4つの区3a〜3dの組み合わせとして定められるので、測定位置は第1〜第4区3a〜3dで1位置ずつ、計4位置で十分である。
(2)回収領域の設定
つぎに、測定結果を基に排出口34a〜34dの開閉を切り替えて回収領域を定める。
表1に示すように、ビスマス品位は第4区3dが第1〜第3区3a〜3cに比べて高い。そこで、図4(1)に示すように、第1〜第3区3a〜3cを第1回収領域として、この領域の転炉ダストを第1排出口34aから排出し、銅精錬プロセスに繰り返す。また、第4区3dを第2回収領域として、この領域の転炉ダストを第4排出口34dから排出し、不純物処理工程に排出するようにする。このように回収領域を定めることで、転炉ダストに含まれる銅を有効に回収できるとともに、銅製錬プロセスにおいてビスマスが濃縮されることを防止できる。
また、表1に示すように、鉛品位は第3、第4区3c、3dが第1、第2区3a、3bに比べて高い。そこで、図4(2)に示すように、第1、第2区3a、3bを第1回収領域として、この領域の転炉ダストを第1排出口34aから排出し、銅精錬プロセスに繰り返す。また、第3、第4区3c、3dを第2回収領域として、この領域の転炉ダストを第3排出口34cから排出し、不純物処理工程に排出するようにする。このように回収領域を定めることで、転炉ダストに含まれる銅を有効に回収できるとともに、銅製錬プロセスにおいて鉛およびビスマスが濃縮されることを防止できる。また、このように回収領域の境界位置を任意に設定できる。
図4(3)に示すように、第1、2区3a、3bを第1回収領域として、この領域の転炉ダストを第1排出口34aから排出し、銅精錬プロセスに繰り返すとともに、第3区3cを第2回収領域として、この領域の転炉ダストを第3排出口34cから排出し、第4区3d第3回収領域として、この領域の転炉ダストを第4排出口34dから排出してもよい。このように回収領域を定めることで、鉛とビスマスを分離して回収することもできる。第2回収領域から回収された転炉ダストを鉛処理工程に排出し、第3回収領域から回収された転炉ダストをビスマス処理工程に排出すればよい。このように、不純物を金属ごとに分離することで、その不純物に適した方法で処理できる。また、このように回収領域の数は任意に設定できる。
さらに、金属品位分布を測定した結果、電気集塵機3の全体に渡って銅品位が高い場合は、図4(4)に示すように、全ての区3a〜3dを一つの回収領域として、この領域の転炉ダストを第1排出口34aから排出し、銅精錬プロセスに繰り返してもよい。このように回収領域を定めることで、銅を効率よく回収できる。また、電気集塵機3の全体に渡って不純物品位が高い場合は、全ての区3a〜3dを一つの回収領域として、この領域の転炉ダストを第1排出口34aから排出し、不純物処理工程に排出してもよい。このように、回収領域の数は複数に限られず、1つとしてもよい。
上記(1)金属品位分布の測定と、(2)回収領域の設定は、繰り返し行われる。すなわち、金属品位分布を繰り返し測定し、その測定の結果必要があれば、測定結果を基に排出口34a〜34dの開閉を切り替えて、回収領域の数および/または境界位置を変更する。ここで、測定の頻度は特に限定されず、1日毎でもよいし、数日ごとでもよい。また、定期的に測定してもよいし、不定期で測定してもよい。
以上のように、金属品位分布を繰り返し測定し、測定結果を基に回収領域の数および/または境界位置を変更するので、不純物品位および銅品位の変動に従って不純物品位が高い回収領域と銅品位が高い回収領域とを定めることができる。そのため、転炉ダストの不純物品位および銅品位の変動に関わらず、転炉ダストに含まれる不純物と銅を効率よく分離できる。その結果、転炉ダストに含まれる銅を有効に回収でき、実収率を向上させることができるとともに、銅製錬プロセスにおいて不純物が濃縮されることを防止できる。また、不純物処理工程に送られる銅を低減でき、処理の弊害を防止できる。
(その他の実施形態)
上記実施形態において、排出口34a〜34dの数は2つ以上であればよく、4つに限定されない。排出口34a〜34dの数が多いほうが、電気集塵機3を細かく区分けでき、回収領域の数および境界位置の設定を細かくできる。その結果、転炉ダストに含まれる不純物と銅を効率よく分離できる。
また、回収領域の数および境界位置の設定方法は、排出口34a〜34dの開閉による方法のほか、種々の方法を採用できる。例えば、常に全ての排出口34a〜34dを開いた状態にして、各チェーンコンベア41a〜41dから転炉ダストを排出し、チェーンコンベア41a〜41dの搬送先において、同一領域の転炉ダストを混ぜるようにしてもよい。すなわち、上記実施形態では、電気集塵機3の内部で同一領域の転炉ダストを混ぜているところを、電気集塵機3の外部で同一領域の転炉ダストを混ぜるようにしてもよい。このような構成でも、転炉ダストの搬送先を切り替えることで回収領域の数および境界位置を変更できるので、回収領域の数および境界位置の変更を、操業中でも容易に行える。
A 回収設備
1 転炉
2 廃熱ボイラ
3 電気集塵機
31 集塵室
32 ホッパ
33 スクリューコンベア
34a〜34d 排出口
35a〜35d ロータリーバルブ
3a〜3d 区
4 回収装置
41a〜41d チェーンコンベア

Claims (3)

  1. 転炉から排出された排気ガスに含まれる転炉ダストを電気集塵機で集塵し、
    前記電気集塵機内において前記排気ガスの流動方向に1または複数の回収領域を定め、該回収領域ごとに集塵された前記転炉ダストを回収するにあたり、
    前記排気ガスの流動方向における前記転炉ダストの金属品位の分布を繰り返し測定し、測定結果を基に前記回収領域の数および/または境界位置を変更する
    ことを特徴とする転炉ダストの回収方法。
  2. 前記電気集塵機は、
    集塵された前記転炉ダストを前記排気ガスの流動方向に沿って搬送する搬送手段と、
    前記搬送手段の複数位置に設けられ、該搬送手段から前記転炉ダストを排出する複数の排出口と、を備え、
    前記排気ガスの流動方向における前記転炉ダストの金属品位の分布を繰り返し測定し、測定結果を基に前記排出口の開閉を切り替えて、前記回収領域の数および/または境界位置を変更する
    ことを特徴とする請求項1記載の転炉ダストの回収方法。
  3. 前記電気集塵機は、
    集塵された前記転炉ダストを前記排気ガスの流動方向に沿って搬送する搬送手段と、
    前記搬送手段の複数位置に設けられ、該搬送手段から前記転炉ダストを排出する複数の排出口と、を備え、
    前記排気ガスの流動方向における前記転炉ダストの金属品位の分布を繰り返し測定し、測定結果を基に前記排出口から排出された前記転炉ダストの搬送先を切り替えて、前記回収領域の数および/または境界位置を変更する
    ことを特徴とする請求項1記載の転炉ダストの回収方法。
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