JP3529317B2 - 銅製錬炉の操業方法 - Google Patents
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Description
る銅製錬炉セットリング部分で比重分離されるスラグ
(真比重3.5〜4.0)、及びスラグとマットの間に存在する
中間層(真比重4〜5)中のFe3O4を減少させる技術に関す
る。
しての珪酸鉱等を加えた微粉の銅原料を補助燃料、酸素
富化空気と共に炉内反応部に吹き込み、気−固相あるい
は気−液−固相中で酸化反応させる。この酸化反応の生
成物として銅等の有価金属を濃縮したマットと、鉄分が
酸素と反応したFeOとSiO2が造カン反応して生成ずるス
ラグが融体として得られ、保持容器内でセットリングす
ることで、これらを比重差で分離する。この際、保持容
器内では比重の小さいスラグ層が上に、マット層は下に
滞留する。
原料に対して過剰に供給されるか、あるいはその逆の不
均一な反応状態が生じることがある。前者のケースでは、
原料中の鉄の酸化が進行し一部のFeは、FeOからFe3O4
に過剰に酸化(Fe2+→Fe3+)される。Fe3O4は融点が高い
為、スラグ中での濃度が上昇すると、スラグの粘度を増
加させる。
にスラグと懸濁した層を形成する。この層のFe3O4含有
率が高くなるとスラグ層と明確に区別できるようにな
る。この層は、マット層とスラグ層との間に存在するこ
とになるのでこの層を中間層と呼ぶ。前記のように不均
一反応の為Fe3O4の生成が増加すると、中間層の厚さも
増大し、スラグ中に懸垂している有価金属の沈降分離を
阻害する。
粉のダストとなって、反応排ガスの流れに乗って飛散す
ると、排煙口周辺に炉内付着物を生成させ、これが一部
滞留して保持容器内底部に達してビルドアップを生じせ
しめ、保持容器の有効容積を減少させる。
は、スラグ中への有価金属ロスやマット、スラグタップ
孔の閉塞トラブルを惹起させるとともに、溶湯温度、マッ
ト中の有価金属品位の変動などの要因となり後工程への
操業にも悪影響を与える。
ラグ及び中間層中のFe3O4を何らかの方法でFeOに直接還
元し、スラグの粘度低下、中間層中Fe3O4を減少可能な
方法を検討する必要があった。従来は、保持容器底部の
Fe3O4を主成分とした付着物は、還元材として銑鉄のブ
ロック(概型280mmL×80mmW×50mmH,重量5kgのインコ゛ット,真
比重7.0〜7.8)を保持容器上部から投入し、底部まで沈
降させて還元して減少させる手段を用いてきた。しか
し、この方法では銑鉄ブロックがスラグ/中間層で留ま
らず底部まで沈んでしまう為、これらを直接還元するこ
とが出来なかった。本発明者等は、スラグ層、中間層で
留まるような比重と粒径の関係を見出せば、これらの直
接還元が可能と考えた。
0質量%以上含有する物であって、真比重3〜8、かつ
粒径0.3〜15mmである鉄含有物を、Fe3+を含有するスラ
グとマットが並流する自溶炉で発生する、銅製錬スラグ
及び中間層に添加し、スラグおよび中間層中のFe3O4をF
eOに還元することを特徴とする自溶炉及びその錬カン炉
の操業方法。
錬炉のスラグ-マット間に生成する中間層内に捕捉せし
め、前記中間層を減少することを特徴とする請求項1記
載の自溶炉及びその錬カン炉の操業方法。
1は銅製錬炉の一例として、当社佐賀関製錬所のオート
クンプ式自溶炉と錬カン炉の側面図である。 自溶炉は頂部中心に精鉱バーナ(9)1本を設置した反
応塔(1)と、セットラ(2)、および排煙口(3)の
3つで構成される。セットラから抜き出されるスラグは
樋を介して錬カン炉に導かれ、ゼーダーベルグ式電極を
使用してスラグを抵抗加熱によって保温する。セットラ
および錬カン炉は保持容器として機能し、マット及びス
ラグを比重差によって分離する。いずれの炉において
も、マットは炉内底部に設置したマット用タップ孔か
ら、スラグは炉内上部に設置したスラグ用タッフ゜孔から、
それぞれ炉外に抜き出される。尚、銅製錬炉の種類、方
式は上記のような自溶炉処理後錬カン炉においてカラミ
を更に処理する以外にも多数ある。基本的には銅原料を
酸化反応させる反応部と、生成物をセットリングしてマ
ット、スラグを比重分離する保持容器の組合せである
が、保持容器内で反応させる方式も存在する。しかし、
本発明の内容は、マット、スラグを比重分離する保持容
器と認められるすべての銅製錬炉に対応するものであ
る。
料と酸素富化空気が吹き込まれ、反応塔(1)内を反応
しながら落下していき、この間に硫化物である銅原料は
反応塔(1)下部に位置に達するまでにマット、スラ
グ、及び排ガスの一部を形成する。この反応において、
生成物の一部が排ガスの流れに排煙口(3)に向かって
飛散するが、これをダストと呼ぶ。
はセットラ(2)において比重差で分離される。スラグ
は、自溶炉スラグ樋(6)を通りセットラ(2)で更に
スラグとマットに分離される。ここでのスラグは、錬カ
ン炉スラグ樋を通り錬カン炉から排出される。ちなみに
真比重は、マットが5.0〜5.5、スラグが3.6〜4.0、中間
層はその間の4.0〜5.0である。
間層内に捕捉される比重、粒径を有する還元用物質、即
ちメタリック鉄80%質量以上を含有する物であって、
真比重3〜8、かつ粒径0.3〜15mmである鉄含有物、さ
らに組成を限定するのであれば、Fe90〜97質量%,C3〜6
質量%を含有するものであって、真比重3〜8,粒径0.3〜
15mmである鉄含有物、例えば銑鉄を添加する。還元材添
加口(5)はセットラ各所、錬カン炉(4)各所に設けて
あり、スラグ層、中間層の状態や炉内の状況に応じて変
更する。
好ましい。真比重は3より小さいと中間層に充分到達せ
ず、スラグ層のみの還元となり好ましくなく、8より大
きいとマット層あるいは炉底まで達してしまい炉底レン
ガの損耗を助長する恐れがあるため好ましくない。また
粒径は0.3〜15mmとすることでスラグ中に滞留し、中間
層に捕捉され、マット層に達することなくスラグ層中Fe
3O4、中間層中Fe3O4を還元する。この還元反応でスラグ
層、中間層内のFe3O4が減少し、スラグの粘度を低下さ
せ、中間層を減少させることが可能である。
解し、その表面に銑鉄粒を添加して行った還元試験につ
いて述べる。試験は図2に示すような装置を用いた。ル
ツボ(13)内にはスラグ(12)を800g入れ、自溶炉
セットラ内を想定した窒素雰囲気中でスラグ(12)を
溶解し、温度が1270℃に達した後30分間保持してから銑
鉄粒(比重6.5〜7.0)を16g添加し、経時的にルツ
ボ内中層部からサンプルを採取して、還元状態を調査し
た。ルツボ(13)内のスラグ(12)は、銑鉄粒添加
後全く撹拌せずに温度1270℃で60分間保持した。この試
験は銑鉄粒の粒径を変えたいくつかの条件で実施した。
その代表例として、粒径1mm以下と1〜3.36mmの2条件の
結果を図3に示す。いずれの粒径でも、スラグ中Fe3O4
含有率は添加後20分で70〜80質量%の減少を示し、銑鉄
粒による還元効果は明白でり、粒径1mm以下のものの
方がより高い効果を示している。また鉄1ショットmm
径のものは、銑鉄の1〜3.36mm径のものと同等程
度の効果を示した。
た。この試験は、セットラ(2)の天井におけるスラグ
進行方向の中心部の図示しない検尺孔より銑鉄粒50kgを
スラグ層の上面に添加した。マット層、中間層、スラグ
層の判別は、炉内検尺により行った。検尺は、直径30m
m、必要長さ以上のスチール製の検尺棒を保持容器上部
から、保持容器内の融体中に挿入し、一定時間後抜き出
し、鉄棒への各層の付着状態を観察して、各層の層別を
行う方法である。この方法は、銅製錬炉のマット層、ス
ラグ層の判別には古くから一般的に用いられている方法
である。検尺棒の付着状態の変化を図4に示す。検尺で
は、粘度の高い中間層は、検尺棒に太く付着し、表面に
は皺や半溶融物のようなボタボタした状態となる。これ
に対しマット層は流動性が良好で検尺棒には薄く、表面
も滑らかな状態である。スラグ層は比較的太めに付着す
るが、表面は滑らかである。銑鉄添加試験は2回実施し
たが、図4に示すように、銑鉄粒添加前には、中間層が
夫々200mm、170mmであったのに対し、銑鉄粒投入15〜20
分後はそれぞれ100mm,80mmへとほぼ半減し、中間層上部
だった部分はスラグ層と区別できる層に変化していたこ
とから、中間層の減少は明白であった。
ン3mm以下径のものは、比重が1.8と小さいためか
高い還元効果を示さなかった。 比較例2 従来の銑鉄ブロック投入法では、スラグ層、中間層に銑
鉄が捕捉されない為、上記のような効果は認められてい
ない。
添加という簡易な方法でスラグ層及び中間層中のFe3O4
を還元によって減少することが出来る。これによりスラ
グ中に懸垂している銅をはじめとする有価金属が沈降し
やすくなり、これらの回収率が上昇する。また、中間層
によって引き起こされてきたさまざまなトラブルが減少
し、銅製錬炉のさらなる効率操業が可能である。
Claims (2)
- 【請求項1】メタリック鉄を80質量%以上含有する物
であって、真比重3〜8、かつ粒径0.3〜15mmである鉄
含有物を、Fe3+を含有するスラグとマットが並流する自
溶炉で発生する、銅製錬スラグ及び中間層に添加し、ス
ラグおよび中間層中のFe3O4をFeOに還元することを特徴
とする自溶炉及びその錬カン炉の操業方法。 - 【請求項2】請求項1記載の鉄含有物を銅製錬炉のスラ
グ-マット間に生成する中間層内に捕捉せしめ、前記中
間層を減少することを特徴とする請求項1記載の自溶炉
及びその錬カン炉の操業方法。
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