特開 2025-1917 銅製錬の操業方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025001917

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】銅製錬の操業方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 15/00 20060101AFI20241226BHJP

【ＦＩ】

C22B15/00 102

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023101695

(22)【出願日】2023-06-21

(71)【出願人】

【識別番号】502362758

【氏名又は名称】ＪＸ金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】川上 明人

(72)【発明者】

【氏名】本村 竜也

(72)【発明者】

【氏名】佐野 浩行

【テーマコード（参考）】

4K001

【Ｆターム（参考）】

4K001AA09

4K001BA03

4K001BA10

4K001CA01

4K001DA03

4K001FA14

4K001GA04

(57)【要約】

【課題】 メタリックＣｕ相の生成を抑制することができる、銅製錬の操業方法を提供する。
【解決手段】 銅製錬の操業方法は、溶錬炉において、銅精鉱と、メタリックＣｕを含む製錬原料とから生成されるマットに前記メタリックＣｕのメタル相が生成される条件下で、前記製錬原料を溶錬炉に投入し、前記メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相を分散させた状態のマットを得ることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶錬炉において、銅精鉱と、メタリックＣｕを含む製錬原料とから生成されるマットに前記メタリックＣｕのメタル相が生成される条件下で、
前記製錬原料を溶錬炉に投入し、前記メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相を分散させた状態のマットを得ることを特徴とする銅製錬の操業方法。

【請求項2】

前記製錬原料に含まれるメタリックＣｕの最大粒径を、球相当径として１ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項１に記載の銅製錬の操業方法。

【請求項3】

前記マットにおける溶解度を超える量の前記メタリックＣｕが前記製錬原料に含まれる場合に、前記製錬原料を前記溶錬炉に投入する前に前記メタリックＣｕに対して微粉砕処理を行い、前記メタル相が前記マット中で溶融して球体になったときの最大粒径を１ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項１に記載の銅製錬の操業方法。

【請求項4】

前記マットのサンプリングによって、前記メタリックＣｕのメタル相が前記マットに確認された場合に、前記メタリックＣｕに対して微粉砕処理を行ってから前記製錬原料を前記溶錬炉に投入し、前記メタル相が前記マット中で溶融して球体になったときの最大粒径を１ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項１に記載の銅製錬の操業方法。

【請求項5】

前記製錬原料を溶錬炉に投入し、前記メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相の最大粒径を１ｍｍ以下に制御する請求項１に記載の銅製錬の操業方法。

【請求項6】

前記マットの重量を１００とした場合に、前記メタリックＣｕの供給重量は前記マットへの前記メタリックＣｕの溶解度を超過する分を５以下にすることを特徴とする請求項１に記載の銅製錬の操業方法。

【請求項7】

前記メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相を懸濁させた状態の前記マットを得た後に、前記メタル相を懸濁した状態の前記マットを、次の錬銅炉に装入して処理する、請求項１に記載の銅製錬の操業方法。

【請求項8】

前記マットの組成と前記マットに懸濁した前記メタル相の銅量とを分析して、前記錬銅炉の操業条件を決める、請求項７に記載の銅製錬の操業方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、銅製錬の操業方法に関する。

【背景技術】

【0002】

銅製錬自溶炉の反応シャフトでは、精鉱バーナから銅精鉱、溶剤などの製錬原料とともに、反応ガスが投入される。銅精鉱が反応ガスによって酸化反応を起こすことで、反応シャフトの底部でマットおよびスラグが生成する（例えば、特許文献１～３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－３６３６５９号公報

【特許文献2】特開平１１－１４０５５４号公報

【特許文献3】特公平０１－０３６５３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、製錬原料としてリサイクル原料の比率が増加している。しかしながら、リサイクル原料には、メタリックＣｕが含まれていることがある。リサイクル原料の処理量が増加すると、自溶炉などの溶錬炉へ供給されるメタリックＣｕの割合が増加してくる。溶錬炉へのメタリックＣｕ供給量が増加し、メタリックＣｕのマットへの溶解度を超過した場合、炉内にスラグ、マット、およびメタルの３相が共存する。溶錬炉の炉底にメタルが滞留すると、不純物元素のメタル相への濃縮、低融点メタルの炉底レンガ目地への浸透、またレンガ自体への含浸が促進され、炉底部からの湯漏れ等のリスクが増加する。また、メタル量が一定量を超過してマットタップホールレベルに到達した場合、マットホールから突如メタルが排出され、メタル製のマット樋の溶損リスク、また転炉への高不純物メタルが供給されて操業に支障が生じるおそれもある。

【0005】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、溶融炉の炉底にメタリックＣｕ相が生成することを軽減することができる、銅製錬の操業方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る銅製錬の操業方法は、溶錬炉において、銅精鉱と、メタリックＣｕを含む製錬原料とから生成されるマットに前記メタリックＣｕのメタル相が生成される条件下で、前記製錬原料を溶錬炉に投入し、前記メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相を分散させた状態のマットを得ることを特徴とする。前記製錬原料に含まれるメタリックＣｕの最大粒径を、球相当径として１ｍｍ以下にしてもよい。前記マットにおける溶解度を超える量の前記メタリックＣｕが前記製錬原料に含まれる場合に、前記製錬原料を前記溶錬炉に投入する前に前記メタリックＣｕに対して微粉砕処理を行い、前記メタル相が前記マット中で溶融して球体になったときの最大粒径を１ｍｍ以下にしてもよい。前記マットのサンプリングによって、前記メタリックＣｕのメタル相が前記マットに確認された場合に、前記メタリックＣｕに対して微粉砕処理を行ってから前記製錬原料を前記溶錬炉に投入し、前記メタル相が前記マット中で溶融して球体になったときの最大粒径を１ｍｍ以下にしてもよい。前記製錬原料を溶錬炉に投入し、前記メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相の最大粒径を１ｍｍ以下に制御してもよい。前記マットの重量を１００とした場合に、前記メタリックＣｕの供給重量は前記マットへの前記メタリックＣｕの溶解度を超過する分を５以下にしてもよい。前記メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相を懸濁させた状態の前記マットを得た後に、前記メタル相を懸濁した状態の前記マットを、次の錬銅炉に装入して処理してもよい。前記マットの組成と前記マットに懸濁した前記メタル相の銅量とを分析して、前記錬銅炉の操業条件を決めてもよい。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、溶融炉の炉底にメタリックＣｕ相が生成することを軽減することができる、銅製錬の操業方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る銅製錬用の自溶炉の構成を概略的に示す図である。

【図2】精鉱バーナ４の詳細を例示する図である。

【図3】マットに対するＣｕの溶解度を表す状態図である。

【図4】実験装置を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施形態）
図１は、実施形態に係る銅製錬用の自溶炉１００の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、自溶炉１００は、精鉱と反応用ガスとが混合する反応シャフト１、セットラ２、アップテイク３を備える。反応シャフト１の天井部には、精鉱バーナ４が備わっている。精鉱バーナ４は、銅精鉱、溶剤、リサイクル原料等（以下、これらの固体原料を製錬原料と称する）とともに、反応用主送風ガス、反応用補助ガス、及び分散用ガス（反応にも寄与する）を反応シャフト１内に供給する。例えば、反応用主送風ガス及び反応用補助ガスは、酸素富化空気であり、分散用ガスは、空気または酸素富化空気である。

【0010】

図２は、精鉱バーナ４の詳細を例示する図であって、製錬原料、反応用主送風ガス、反応用補助ガス、および分散用ガスを反応シャフト１側へ投入する投入部１０を示した説明図である。

【0011】

精鉱バーナ４の投入部１０は、ランス１６を備え、ランス１６内には分散用ガスの通る第１通路１１、反応用補助ガスが通過する第４通路１４が形成されている。第４通路１４は、ランス１６の中心部分に設けられており、第１通路１１は、第４通路１４の周囲に設けられている。また、投入部１０は、ランス１６の外側、より具体的にランス１６の外周に設けられた原料流路としての第２通路１２を備えている。投入部１０は、さらに、第２通路１２の外側、より具体的には第２通路１２の外周に設けられ、反応用主送風ガスが通過する第３通路１３を備えている。第３通路１３は、第２通路１２を囲むように設けられた管状部分によって形成されており、その上方に設けられた漏斗状のエアチャンバー１７と通じている。第２通路１２と、第３通路１３は、円筒状の仕切り壁２１により、仕切られた状態となっている。

【0012】

第１通路１１は、分散用ガスを反応シャフト１内へ供給する。第２通路１２は、精鉱を反応シャフト１内へ供給する。第３通路１３は、反応用主送風ガスをエアチャンバー１７から反応シャフト１内へ供給する。また、第４通路１４は、反応用補助ガスを反応シャフト１内へ供給する。

【0013】

なお、ランス１６の先端部（下端部）には、中空円錐台状の分散コーン１５が形成されている。分散コーン１５の側面下部１５１には第１通路１１を通過した分散用ガスを反応シャフト１内へ吐出する複数の供給孔１５２が形成されている。供給孔１５２は、ガスの吐出方向が分散コーン１５の底面円の法線方向となるように設けられている。

【0014】

精鉱バーナ４から製錬原料が反応シャフト１内に投入されると、下記反応式（１）などにより、硫化物を含む銅精鉱が酸化反応を起こし、図１で例示するように、反応シャフト１の底部でマット５およびスラグ６に分離する。なお、下記反応式（１）で、Ｃｕ_２Ｓ・ＦｅＳがマット５の主成分に相当し、ＦｅＯ・ＳｉＯ_２がスラグ６の主成分に相当する。溶剤として、珪酸鉱が用いられている。
ＣｕＦｅＳ_２＋ＳｉＯ_２＋Ｏ_２→Ｃｕ_２Ｓ・ＦｅＳ＋ＦｅＯ・ＳｉＯ_２＋ＳＯ_２ ＋ 反応熱 （１）

【0015】

リサイクル原料にはメタリックＣｕが含まれていることがある。メタリックＣｕの量が少なければ、精鉱バーナ４からの落下の過程でメタリックＣｕが硫化してマット５となる。したがって、メタル相は生成されない。

【0016】

しかしながら、リサイクル原料の処理量が増えてくると、製錬原料におけるメタリックＣｕの割合が高くなる傾向にある。近年では、製錬原料におけるＣｕ成分中のメタリックＣｕの割合が、９．０ｍａｓｓ％以上３０．０ｍａｓｓ％以下、または１２．０ｍａｓｓ％以上２７．０ｍａｓｓ％以下、または１８．０ｍａｓｓ％以上２０．０ｍａｓｓ％以下となることがある。

【0017】

製錬原料におけるメタリックＣｕの割合が高くなってくると、精鉱バーナ４からの落下の過程で、メタリックＣｕが硫化しきれず、メタリックＣｕのまま落下する。マット５において、ある程度まではメタリックＣｕがマット５に溶解するものの、溶解限度がある。図３は、１２５０℃における、マットに対するＣｕの溶解度を表す状態図である。図３において、「ｍａｔｔｅ（ｌ）」は、メタリックＣｕがマットに溶解可能な範囲を示している。「ｍａｔｔｅ（ｌ）＋Ｃｕ（ｌ）」は、メタリックＣｕがマットに溶解できずにメタル相が生成される範囲を示している。なお、図３の状態図は、「高在越、矢沢彬 1983年 選研彙報」を出展としている。

【0018】

本実施形態においては、自溶炉１００において、銅精鉱と、メタリックＣｕを含む製錬原料とから生成されるマット５にメタリックＣｕのメタル相が生成される条件下で、製錬原料を自溶炉１００に投入し、メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相を懸濁させた状態のマット５を得る。このようにマット５にメタリックＣｕが分散して懸濁することで、マット５と別にメタル相が炉底部に生成することを抑制することができる。

【0019】

マット５においてメタリックＣｕをより分散させるためには、メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相の粒径は小さいことが好ましい。各メタリックＣｕは、マット５において溶融すると、略球形状のメタル相になる傾向がある。そこで、製錬原料に含まれるメタリックＣｕの粒径を、球相当径で規定することができ、本実施形態においては、製錬原料に含まれるメタリックＣｕの最大粒径は、球相当径として１ｍｍ以下であることが好ましい。製錬原料に含まれるメタリックＣｕの球相当径は、アルキメデスの原理を利用した方法で体積を測定した後に球相当径を計算してもよい。あるいは、レーザー回折式の粒度分布計のように、体積基準で粒度を測定する装置を使用して、複数のメタリック銅の粒径を測定することもできる。

【0020】

マット５における溶解度を超える量のメタリックＣｕが製錬原料に含まれる場合に、製錬原料を自溶炉１００に投入する前にメタリックＣｕに対して微粉砕処理を行い、投入するメタリックＣｕの最大粒径を、球相当径として１ｍｍ以下にすることが好ましい。

【0021】

マット５のサンプリングによって、メタリックＣｕのメタル相がマット５に確認された場合に、メタリックＣｕに対して微粉砕処理を行ってから製錬原料を自溶炉１００に投入し、その際のメタリックＣｕの最大粒径を、球相当径として１ｍｍ以下にすることが好ましい。

【0022】

マット５においてメタル相をより分散させるためには、メタル相がマット５中で溶融して球体になったときの平均粒径は小さいことが好ましい。本実施形態においては、製錬原料に含まれるメタリックＣｕの平均粒径は、体積平均径として４１μｍ以下であることが好ましく、３５μｍ以下であることがより好ましい。

【0023】

なお、メタリックＣｕにおいて、一部に過度に大きい粒子が含まれていると、当該大きい粒子をマット５内に懸濁させられないおそれがある。そこで、メタリックＣｕは、シャープな粒度分布を有していることが好ましい。本実施形態においては、製錬原料に含まれるメタリックＣｕの粒度分布を測定した場合に、粒径の標準偏差が１７μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましく、１３μｍ以下であることがさらに好ましい。製錬原料に含まれるメタリックＣｕを粒度分布測定する場合、製錬原料と混合する前のメタリックＣｕのみの状態で縮分したサンプルを採取し、レーザー回折式粒度分布計を用いて粒度分布を測定することができる。

【0024】

また、メタリックＣｕ、または、マット５内におけるメタル相において、最大径を設けておくことで、大きい粒子の混入を抑制することができる。そこで、メタリックＣｕ、または、マット５内におけるメタル相に最大径を設けておくことが好ましい。本実施形態においては、製錬原料に含まれるメタリックＣｕの最大径は、球相当径として、１ｍｍ以下であることが好ましく、１７０μｍ以下であることがより好ましく、１５０μｍ以下であることがさらに好ましい。マット５内におけるメタル相の最大粒径は、１ｍｍ以下であることが好ましく、１７０μｍ以下であることがより好ましく、１５０μｍ以下であることがさらに好ましい。

【0025】

マット５で懸濁したメタル相は、マット５が自溶炉１００から排出される際に随伴して排出されるため、次工程の錬銅炉に装入して処理する。この場合、メタル相を懸濁させた状態のマット５を次の錬銅炉にそのまま装入する。次の錬銅炉では、マット５中のＣｕ成分とメタル相のＣｕとを合わせた全溶湯中のＣｕ、Ｆｅ、Ｓの濃度を基準とし、送風条件を含む操業条件を調整して処理すればよい。なお、ここでの次の錬銅炉とは、転炉等のマットから粗銅を生成する製錬炉などが挙げられる。

【0026】

なお、製錬原料に含まれるメタリックＣｕの量がマット５への溶解度以下である場合には、メタリックＣｕを微粉砕しなくてもマット５へ溶解するため、メタル相の生成は抑制される。この場合においては、メタル相の生成に起因する操業上の支障は生じない。そこで、製錬原料に含まれるメタリックＣｕの量がマット５への溶解度以下である場合には、リサイクル原料の微粉砕処理を省略してもよい。

【0027】

マット５におけるメタル相の平均粒径を小さくしても、製錬原料のメタリックＣｕの量が多すぎると、粒径の小さいメタリックＣｕ同士が接触して粗大化し、マット５にメタリックＣｕを十分に懸濁させられないおそれがある。そこで、メタリックＣｕの供給量に上限を設けることが好ましい。本実施形態においては、マット５の重量を１００とした場合に、メタリックＣｕの供給重量は、マット５へのメタリックＣｕの溶解度を超過する分を５以下にすることが好ましく、４以下にすることがより好ましく、３以下にすることがさらに好ましい。

【0028】

メタリックＣｕの供給量がマット５への溶解度を超過するか否かは、製錬原料に対するサンプリングを行って組成比率を測定することによって、判断することができる。または、反応シャフト１のマット５に対するサンプリングを行なってメタル相が確認された場合に、メタリックＣｕの供給量がマット５への溶解度を超過すると判断してもよい。

【0029】

なお、上記実施形態においては、溶錬炉の一例として自溶炉について説明したが、それに限られない。銅精鉱と、メタリックＣｕを含む原料とを含む製錬原料から銅の硫化物を主体とするマットを生成する溶錬炉であれば、溶錬炉において、銅精鉱と、メタリックＣｕを含む製錬原料とから生成されるマットに前記メタリックＣｕのメタル相が生成される条件下で、前記製錬原料を溶錬炉に投入し、前記メタリックＣｕが溶融することで生成されるメタル相を懸濁させた状態のマットを得ることができる。

【実施例0030】

（実施例）
事前に石英タンマン管５１内にマットを充填して純度９９．６％以上のＣｕ粉を混合し、石英タンマン管５１をアルミナ坩堝に固定した。Ｃｕ粉の平均粒径は体積平均径として４１μｍとした。Ｃｕ粉の添加量は、溶融させたマットに状態図上で溶解度を超過した量とした。具体的には、マットの重量を１００とした場合に、Ｃｕ粉の重量を５とした。次に、アルミナ坩堝ごと電気炉にセットし、溶湯温度１２５０℃まで昇温した。電気炉における保持時間を２時間～１０時間の範囲で変更して、複数回の実験を行った。このとき、図４で例示するように、石英タンマン管５１内の溶体は、マット５２にＣｕ相５３が懸濁したマット－Ｃｕの２液相共存組成となった。次に、冷却過程でのＣｕ析出を回避するため、電気炉からアルミナ坩堝を取り出し、石英タンマン管５１ごと氷水に浸けて急冷した。

【0031】

なお、試験に用いたマットおよびＣｕ粉の組成を表１に示す。

【表1】

【0032】

（分析）
実施例の試料について、急冷後の試料内の残存Ｃｕ相（メタリックＣｕ）の有無を確認した。残存Ｃｕ相は、ＣＴスキャン及び試料断面の顕微鏡観察（観察倍率は１００～２０００倍で行った）により評価した。試料断面の観察は直径１７．０ｍｍの試料に対して０．５ｍｍ単位で研磨し、観察を繰り返し、Ｃｕ相の有無を確認した。ＣＴと併用することで評価精度を高めた。

【0033】

実施例の試料においては、メタリックＣｕがマット中で分相状態になっていることが確認された。すなわち、メタリックＣｕが炉底に沈降せずに分散安定性を保つことが確認された。なお、マット中で分散していたＣｕ粒の中で最大のものは略円形の状態で観察され、その直径は５００μｍ程度であった。

【0034】

これらの結果から、マットが自溶炉内で７０ｔ／ｈ生成する操業条件において、追加でメタリックＣｕを７．３ｔ／ｈ供給する場合、マットに対して５．４ｔ／ｈのメタリックＣｕがマット中で分相状態になると考えられる。このとき、分相状態のメタリックＣｕは、炉底に沈降せずに、分散安定性を保つことが明らかとなった。

【0035】

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

【符号の説明】

【0036】

１ 反応シャフト
２ セットラ
３ アップテイク
４ 精鉱バーナ
５ マット
６ スラグ
１０ 投入部
１１ 第１通路
１２ 第２通路
１３ 第３通路
１４ 第４通路
１６ ランス
５１ 石英タンマン管
５２ マット
５３ メタリックＣｕ
１００ 自溶炉

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】