JPS622012B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄とともに銅および／またはニツケル
を含有する硫化物原料のフラツシユスメルテイン
グ方法の改良に関する。製錬および転炉処理を同
一容器中で実施する銅の乾式冶金回収と組合せる
ことに限定的ではないにしても特に適した方法で
ある。

黄銅鉱、磁硫鉄鉱、硫鉄ニツケル鉱等を含有す
る精鉱のような硫化物原料から銅および／または
ニツケルを回収するに際し、必要な最初の乾式冶
金的工程は鉄を酸化してスラグ化するために製錬
することであり、それによりその後酸化性ガスで
吹くことによる転炉処理に供するマツトを残すこ
とである。公知の色々な製錬技術において、最も
興味のあるのは、例えばカナダ特許第503446号明
細書に記載されているように実質的に純粋な酸素
によつてフラツシユスメルテイングするものであ
る。粒状硫化物を酸素流とともに炉チヤンバー
内、すなわち浮遊状態で硫化物が自溶的に燃焼す
る領域内へ注入することを含むこれらの技術は燃
費の明らかな魅力を有する。さらに高純酸素の使
用は一酸化硫黄が濃縮されたオフ―ガスを持ら
し、従つて後者は例えば液化によつて経済的に除
去することができる。このようなフラツシユスメ
ルテイング操作はカナダ、オンタリオのサドバリ
ーで操業した本出願人によつて事実商業的に使用
されている。フラツシユスメルテイングの後、マ
ツトは横吹き（ピエルス―スミス、Pierce―
Smith）または上吹き容器のいずれかで酸素また
は酸素富化空気によつて転炉処理される。フラツ
シユスメルテイング用に一般に使用される炉は外
部的に長さ約24ｍ、幅７ｍそしてそのアーチ天井
の頂部での高さ5.5ｍである。結果として、この
方法は精鉱の千または２千トン／日の処理のよう
な大規模の製造にのみ適するものである。より適
度の規模の製造の場合、フラツシユスメルテイン
グ炉の大容量のものは不適当であり、製錬と転炉
処理容器を分離する必要性が主なるコストを非常
に高くする。理想的には両操業を単一容器中で実
施することが小規模製造にとつて望ましいことで
ある。

種々のアプローチが製錬を転炉中で生じさせる
ことを可能ならしめるために提案されている。こ
れらのアプローチはバツチ工程を含むものと連続
工程を含むものとに分けることができる。前者の
部類には製練されるべき精鉱をそれのみまたは転
炉処理されるべきいくらかのマツトと混合した混
合物として転炉内へ供給し、その転炉は予め入れ
てある溶融マツトのスターテイング浴を有するも
のとするところの工程を含む。スターテイング浴
の必要性は、別の容器中で予め溶解し、もしくは
本質的に不能率の操作である転炉容器中での溶落
サイクルのいずれかを必要とするものであるの
で、明らかに不便である。これ以外の連続的また
は半連続的操作によればスターテイング浴の不便
さを最小とすることができる一方、単一容器での
操業はもはや許されない。すなわちそれは２個の
転炉容器を連続して使用することを含むのであ
る。

溶融マツトのスターテイング浴の必要性は、フ
ラツシユスメルテイングによる場合酸化“燃焼”
反応が溶融浴中ではなく、むしろ“フレームゾー
ン”というべきマツト上部の炉空間で起こるゆえ
に生じない。従つてピエルス―スミス転炉のよう
な容器中でフラツシユスメルテイングをそしてそ
の後に同一容器中で転炉処理を実施することを可
能ならしめることが極めて望ましい。このような
試みがこれまでになされなかつた理由は、フラツ
シユスメルテイング銃（gun）の端部でフレーム
ゾーンがこのような限定的な空間内で適用できる
はずがないという一般的な考えに由来する。すな
わち転炉容器内へのフラツシユスメルテイング銃
の方向は容器の耐火材に突き当るフレームゾーン
を生じさせることが、また極めて短時間のうちに
耐火材の溶損を生じさせることが予期されるので
ある。さらに大量のガスおよび固形物の急速な注
入とともに、このような衝突の効果は容認し得な
いダスト―形成を持らすことが予期される。

しかしながら、本発明者らはバーナーおよびそ
の操業方法に適当な修正を施すことにより、フラ
ツシユスメルテイングがより小さくすなわち典型
的な転炉容器内に収容されるに十分な程小さくか
つ充分に限定されたフレームゾーン内にて起こる
ようにすることができることを見い出した。

本発明によれば、硫化物をフラツクス剤ととも
に遊離酸素を含有する酸化性ガス流中に浮遊さ
せ、少くとも１つのバーナーを通して炉チヤンバ
ー内へ注入し、前記バーナーまたは各バーナーは
水または他の適宜の液体で冷却され、その長さは
その内径の少くとも10倍であり、バーナーを通し
ての流れは少くとも25m/secの線速度を有する、
硫化物をフラツシユスメルテイングする方法が提
供される。

“チヤンバー”なる語は本明細書では容器中の
溶融スラグおよびマツトのプールのレベル上の空
間を示すものとして使用し、従つて酸化性ガス中
の精鉱流はこのような自由空間内へ注入しなけれ
ばならず、また供給原料は理想的には容器中のス
ラグおよびマツトのプールと接触する前にガス流
と完全に反応すべきである。

本発明に係るフラツシユスメルテイングと通常
のフラツシユスメルテイングとの最も重要な相違
はバーナーにある。ここで、本発明方法に使用す
るバーナーの一例を第１図に示す。図において、
パイプ１１は硫化物およびフラツクス剤の供給用
として使用され、パイプ１２は酸化性ガスの供給
用として使用される。これらパイプ１１および１
２はフランジ１０にてバーナー本体部をなす金属
チユーブ１３に接続されている。この金属チユー
ブ１３はその外側に冷却室１４が設けられ、入口
１５から水または適当な冷却剤が供給され、出口
１６から排出されるようになつている。このよう
なバーナーにおいて、バーナー長さＬとその内径
Ｄとの比は少くとも10でなければならず、好まし
くはそれ以上、例えば25または30である。比較と
して、この好適な長さ対径の比率は通常のバーナ
ーの対応する比率、すなわちわずか約３〜４より
も極めて大きいものであることに注意すべきであ
る。長く狭い形状のバーナーの使用はフラツシユ
スメルテイングがガス流の縦および横方向ともに
限定されるフレームゾーン内にて起こる密集した
流れを生じさせる。それは通常のバーナー設計で
得られるよりもはるかに多くの集中したフレーム
ゾーンとして述べることができるものであり、先
端近くでわずかに約６゜分散するだけであること
が明らかに観察できるものである。フレームゾー
ンの縦方向の範囲を正確に測定することは困難で
あるが、バーナー前方の多くの位置から採取した
“小滴”の分析結果はゾーンの延展の良好なる微
候を与えるものである。このような分析を行うこ
とにより、本発明者らはバーナーが約30の長さ対
内径比を有する場合にバーナー先端から２ｍまた
はそれ以上離れた位置から採取した原料が完全に
反応していたことを見い出した。このようにフレ
ームゾーンはバーナー先端から２〜３ｍ以上に広
がるとは思えない。

本発明方法の他の重要な特徴はバーナーを通る
流れの線速度である。それは本発明の好適な特徴
に従い製錬が上吹きロータリー転炉で行なわれ、
従つてオフ―ガスが注入される流れと向流的に移
動する場合に特に重要である。流れ速度は少くと
も25m/secであり、好ましくは30m/secまたはそ
れ以上であり、これに対し通常のフラツシユスメ
ルテイングでの流れ速度は普通約20m/secであ
る。より高い速度は点火がバーナーの噴出端内も
しくはそこに極めて接近した位置で起らないこと
を確実にし、そして酸素および固体（オフ―ガス
により偏向されにくい）のより密集した流れを生
じる。このように25m/secまたはそれ以上の流速
において、フレームゾーンはオフ―ガスの向流の
存在にも拘らずバーナー先端から数センチメート
ルの限定的な距離に維持される。

上記の基準に従うことにより、本発明者らは精
鉱をフラツシユスメルテイングするのに小さな転
炉容器を使用することが可能であることを見い出
し、さらに容器の耐火物ライニングの寿命が標準
的な寿命予測、すなわち別の容器で製錬されたマ
ツトを転炉処理するのに使用する場合、に比較で
きることを見い出した。

より小さくそしてより限定されたフレームゾー
ンを達成することの重要な効果は製錬が行われる
炉チヤンバーの大きさに拘らずに実現できること
である。

本発明は前述したカナダ特許に記載されている
ような通常のフラツシユスメルテイング炉におい
て適当に高い長さ対径の比率の複数のバーナーを
組合せたものに適用してもよい。フレームゾーン
が短いゆえに、必要とするバーナーはそれらの軸
に水平に配列されないが、それらのいくらかある
いはそれらのすべてを炉蓋を通し炉チヤンバー内
へ突出するように垂直に配置することができる。

しかしながら、フレームゾーンが小さいことに
よる明らかな効果は転炉容器を製錬に使用できる
ことであることはもちろんである。当の容器が横
吹き転炉の場合、適当に高い長さ対内径の比率の
バーナーを端壁の一側または両側に反対端壁に向
うように具えるようにすることからなる必要な修
正を施す。反対端壁に２つのバーナーを使用する
場合には、それらのバーナーは互いに水平に対向
するように、そして容器の側壁に位置して次の転
炉処理に使用される羽口の排出方向と適切な角度
をもつて方向づける。

本発明の好適な態様としては、上吹き転炉を製
錬の実施に使用する。このような容器はその縦軸
のまわりを十分に回動できるように、すなわち回
動時に水平と約15〜20゜の角度をなすように軸支
された一般的に円筒状の容器として示すことがで
きる。容器の底端は密閉され、その上端は装入物
が供給されるとともに酸化性ガスが吹込まれる開
口をなし、その開口には排気フードを具え付け
る。フラツシユスメルテイングに容器を使用する
場合、適当なバーナーを排気フードを貫通して炉
チヤンバー内に突出するように挿入し、転炉処理
サイクルに際して使用されるランスに沿つて位置
せしめる。すなわちこのような配置でバーナーの
縦軸は容器内のマツト（またはスラグ）の表面に
対し浅い角度で向けられる。もちろん十分な空間
がバーナー先端と炉壁または溶体表面との間にフ
レームゾーンを収容するように存在しなければら
ないことから、バーナーはあまり深く炉チヤンバ
ー内に突出してはならない。

かくして、上記のように配置されたバーナーに
おいて、各バーナーはその長さが内径の少くとも
10倍あり、かつバーナーを通しての流れが少くと
も25m/secの線速度を有するため、バーナーによ
るフレームゾーンが短く、また上吹き転炉にあつ
てもオフ―ガスの向流の存在にも拘わらず、限定
的な距離に維持され、このフレームゾーン中にて
フラツシユスメルテイングが生じ、しかもこの反
応がチヤンバー内にて十分に達成することができ
る。従つて、上記したような転炉の如き小さな容
器内でも製錬が可能となり、しかも炉壁をいため
ず、炉の単位容積当りの製錬割合を高くすること
が可能となる。

通常のフラツシユスメルテイングの実際とし
て、処理するべき精鉱は適当なフラツクスととも
にフレームゾーン内へ注入される。使用するフラ
ツクスは転炉の耐火材ライニングへの浸食を最小
にする目的で、若干のマグネシアを含有するもの
であることが好ましい。かくして適当なフラツク
スはシリカとドロマイトとの混合物からなるもの
である。操業中の炉のゆるやかな回動は、この型
の炉では周知のように、ライニングの損耗を最小
にすることを助ける。

精鉱―フラツクス混合物を注入するのに使用す
る流れはオフ―ガスの濃縮と同時に自溶製錬を確
実にするように、例えば少くとも約95％の酸素を
含む商業的に純粋な酸素であることが好ましい。
酸素対精鉱の比率は所望のマツト品位を達成する
ように選択されることは勿論である。特に高品位
のマツトを製造する場合には、冷却効果が転炉内
の過度の温度上昇を避けるために必要とされる。
冷却効果は次に示す(a)、(b)のいずれかの手段によ
り、オフ―ガスの濃縮を害することなく実現し得
る：すなわち (a) 評価できる程度に発熱製錬反応に寄与しない
固体、例えばスクラツプ金属または主に酸化性
状の工程塵（process dust）を、固体装入物
と混合し、または転炉内へ分離して投入する；
または (b) 水を精鉱―フラツクス―酸素流と分離した流
れとして自溶製錬を維持するのに適当な量で転
炉内へ注入し、酸化性ガスを水が存在しない場
合に自溶製錬を維持するのに必要な量よりも大
きな割合で注入する。

この方法による水の注入については本出願人
の出願に係るカナダ特許出願第247491号に記載
されている。

さらにオフ―ガスの若干の希釈が許容されるな
らば、酸素流に空気を添加することにより所望の
冷却が達成できる。他方、当の精鉱が発火性では
あるが完全に自溶的に製錬するのに十分な熱を与
えないならば、容器内へ石炭塵のような燃料を注
入することによつて補助熱を供給し得る。このよ
うな燃料の別のバーナーを通して導入してもよ
く、あるいは製錬される精鉱―液体混合物と混合
してもよい。

上述したところから、通常のバーナーに使用さ
れる比率よりも著しく大きな長さ対径の比を有す
るバーナーの使用により生ずるフレームゾーンの
大きさを小さくすることにより以下の如き利点が
得られる：すなわち (a) 本発明は他の通常の炉で実施でき、それによ
りバーナーの位置および方向において広い適応
性が得られ、長い耐火寿命が得られる；または (b) 本発明は通常のフラツシユスメルテイングが
実施できない小さな容器で実施できる。本方法
の実施に小さな容器を使用することは操業の単
なる規模縮小という以上の結果が得られること
が強調されるべきである。実際、本方法は炉空
間の単位容量当りの製錬割合をより高めること
を可能にする。すなわち前記した大型炉では炉
空間の単位立方メートル当り毎日約2.4トンの
精鉱を製錬するような方法で操業されるのに対
し、本発明者らは小型転炉を使用して炉空間の
単位立方メートル当り毎日４トンもしくは16ト
ンもの精鉱を製錬し得た。

本発明の態様である銅回収方法は、硫化物精鉱
を純酸素を用いてフラツシユスメルテイングし、
生じるスラグをタツプ口から排出し、その後同一
容器内において空気または酸素でマツトを吹精す
ることからなる。タツプ口から排出したスラグは
徐々に冷却し、微粉砕し、スラグ中に存在する銅
の多少を含有するフラクシヨン（fraction）を回
収するために浮選に供するようにしてもよい。こ
のフラクシヨンはその後製錬される別の精鉱と混
合することによつて再使用することができる。

硫化ニツケル精鉱の処理の場合においては、ス
ラグ処理が、破砕されそして製錬される別の精鉱
と混合される低品位マツトを回収するために電気
炉で還元することからなること以外は上記と同様
の操作が使用される。

反応容器中で発生しオフ―ガスによつて運ばれ
るダストは通常の静電沈降で集塵することができ
る。このダストは高品位マツトを目指す場合、精
鉱と混合して冷却剤として作用される。驚くべき
ことには、反応容器内におけるダスト発生の程度
は精鉱と混合されるダストの直接供給によつてそ
れ程増加しない。

以下に上吹き転炉で銅精鉱をフラツシユスメル
テイングする実施例を示す。

実施例 １ 使用する容器は公称10トン容量の試験的規模の
上吹き転炉とした。そしてそのフードを貫通して
バーナーを標準のランスに沿つて配設した。使用
したバーナーは水冷した長さ183cmで内径5.8cmの
チユーブ、すなわちその長さ対内径比は31を越え
るものとした。装入物は29.8％の銅および33.1％
の硫黄を含有する銅精鉱、96％シリカフラツクス
および静電沈降機で集塵したダストで構成され
る。（本明細書中におけける百分率はすべて重量
百分率である。）精鉱、フラツクスおよびダスト
の関係量は100：12.8：10.7の重量比をなすもの
であつた。固体混合物は商業的に純粋な酸素によ
つてバーナーから注入した。酸素は精鉱の38重量
％に相当する量で使用した。浮遊状態はバーナー
を通して、38m/secの線速度に相当する速度でま
た時間当り1200Kgの精鉱供給速度で作用された。
この供給速度において、炉空間の利用効率は立方
メートル当り１日につき約４トンの精鉱を製錬す
ることができるものとして示すことができるもの
であつた。

フレームの可視部分はバーナーの先端近くで約
６゜の発散を示した。フレーム内の温度測定を行
つたところ、先端から0.9ｍ離れた位置で1455℃
に達しており、急速な反応が起つていることを示
した。鉄製スプーンを使用してバーナー先端から
0.3ｍおよび2.1ｍ離れたフレームゾーンから試料
を採取した。0.3ｍのところで採取された試料は
銅32％および硫黄20％に分析されたが、一方先端
から2.1ｍのところでスプーンに付着したのは銅
6.7％、鉄40％、わずか硫黄0.8％のシリカ30％を
含有する基本的にスラグであつた。

製錬は8.6時間継続され、その期間を通して自
溶的に進行した。得られた浴は1410℃であつた。
スラグおよびマツトを分離し分析した。スラグは
銅７％およびシリカ28％を含有し、マツトは銅75
％、鉄0.6％および硫黄18.5％に分析されるもの
であつた。製錬に際し転炉から集塵されたダスト
は製錬される精鉱重量の4.6％であつた。

実施例 ２ 実施例１において使用したような容器を使用
し、そのバーナーは長さ：径の比が23である多少
広めのものとした。同一の固体混合物をこのバー
ナーを通して時間当り2000Kgの速度でかつ32.9
m/secの線速度で注入した。この供給速度は非常
に高い炉空間利用効率、すなわち立方メートル当
り１日で約７トンの精鉱を処理できるものであ
り、この供給速度では熱損失が比較的低いため、
水冷を施した。このため精鉱重量の10％に当る水
量を製錬操業中に転炉内へ別に注入した。

製錬終了時に浴は1305℃であつた。銅6.5％お
よびシリカ31％を含有するスラグを除去し、銅
78.9％および硫黄17％に分析されるマツトをその
後同一容器内で粗銅に転炉処理した。

上吹き転炉における本発明の実施について説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく
横吹き転炉で実施しても独自の効果が得られるこ
とに留意すべきである。このことはこのような容
器に関してもし製錬が羽口を通してガスを注入す
ることによつて行われる場合、後者の電位腐食の
ために自溶性を達成するに十分高いレベルの富化
酸素の使用ができず、従つて特別の燃料を必要と
する。このに反し、このような転炉におけるフラ
ツシユスメルテイングの能力は自溶性について必
要な酸素富化の高いレベルでの使用を許す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に使用するバーナーの一例
を示す説明図である。 １０…フランジ、１１，１２…パイプ、１３…
金属チユーブ、１４…冷却室、１５…入口、１６
…出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硫化物を、フラツクス剤とともに遊離酸素を
   含有する酸化性ガス流中に浮遊させ、外側が液体
   冷却された少くとも１つのバーナーを通して炉チ
   ヤンバー内へ注入する硫化物のフラツシユスメル
   テイング方法において、前記バーナーがその内径
   の少くとも10倍の長さを有し、且つバーナーを通
   しての流れが少くとも25m/secの線速度を有する
   ことを特徴とするフラツシユスメルテイング方
   法。 ２ バーナーがその内径の少くとも25倍の長さを
   有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ そのバーナーまたは各バーナーを通しての流
   れの線速度が少くとも30m/secである特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の方法。 ４ 炉が横吹き転炉であり、バーナーが炉の端壁
   の一方に位置し他端に向いている特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれかに記載の方法。 ５ 炉が２つのバーナーを互いに対向するように
   端壁に具えている特許請求の範囲第４項記載の方
   法。 ６ 炉が上吹き転炉であり、バーナーがその上部
   開口に向いている特許請求の範囲第１項乃至第３
   項のいずれかに記載の方法。 ７ 酸化性ガス流が商業的に純粋な酸素または酸
   素富化空気からなる特許請求の範囲第１項乃至第
   ６項のいずれかに記載の方法。 ８ 水が反応混合物を冷却するために炉内へ分離
   して注入される特許請求の範囲第１項乃至第７項
   のいずれかに記載の方法。