特許 7393582 銅含有物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-28

(45)【発行日】2023-12-06

(54)【発明の名称】銅含有物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 7/02 20060101AFI20231129BHJP

   F23G 5/00 20060101ALI20231129BHJP

   F23J 1/08 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

C22B7/02 A

F23G5/00 115B

F23J1/08

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023145032

(22)【出願日】2023-09-07

【審査請求日】2023-09-07

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】306013991

【氏名又は名称】中部リサイクル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179578

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 和弘

(74)【代理人】

【識別番号】100195062

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 涼子

(72)【発明者】

【氏名】松島 功明

(72)【発明者】

【氏名】堀田 和明

(72)【発明者】

【氏名】柴山 輝

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０３０６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０５１８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２４９７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９３５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７０９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０８１９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５５９４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｂ ７／０２

Ｆ２３Ｇ ５／００

Ｆ２３Ｊ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

銅含有物の製造方法であって、
有底筒状の溶融炉本体と、前記溶融炉本体の内部において昇降可能に設けられた電極と、を備える還元溶融炉を用い、
前記溶融炉本体は、
炉底に形成された凹部であって、銅の含有量が６５質量％以上である第１の溶融メタル層が溜まる凹部と、
側面部において前記凹部の鉛直上方に設けられた出湯口と、
を有し、
銅を含む焼却灰を還元溶融することにより、前記第１の溶融メタル層と、前記第１の溶融メタル層の上層に生成され銅の含有量が６５質量％未満の第２の溶融メタル層と、前記第２の溶融メタル層の上層に生成されるスラグ層と、に分離させる第１の工程と、
前記出湯口から前記スラグ層と前記第２の溶融メタル層とを取り出す第２の工程と、
前記電極を降下させて前記第１の溶融メタル層に押し込むことにより、前記出湯口から前記第１の溶融メタル層をオーバーフローさせて取り出す第３の工程と、
を含む、銅含有物の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の銅含有物の製造方法において、
前記凹部の容積が、前記溶融炉本体の容積の１０％以上２０％以下である、
銅含有物の製造方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の銅含有物の製造方法において、
前記凹部の深さが、２５０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である、
銅含有物の製造方法。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の銅含有物の製造方法において、
前記出湯口から取り出された前記スラグ層と前記第２の溶融メタル層と前記第１の溶融メタル層とが、傾動可能な取鍋において比重分離される、
銅含有物の製造方法。

【請求項5】

請求項１または請求項２に記載の銅含有物の製造方法において、
前記還元溶融炉が、サブマージドアーク炉である、
銅含有物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、銅含有物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、還元溶融炉を用いて、金属を含む焼却灰から有価金属を回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。還元溶融炉において還元された金属成分は、溶融メタルや溶融飛灰として回収される。特許文献１には、溶融スラグの下方に位置する溶融メタルに、高沸点成分である鉄や銅が含有されることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－２４９７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術は、焼却灰の還元溶融における金属回収方法として優れた技術である一方で、銅の濃度を高濃度にする観点において改善の余地があった。このため、焼却灰の還元溶融において、銅の濃度を高濃度にする製造技術が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することができる。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、銅含有物の製造方法が提供される。この銅含有物の製造方法は、有底筒状の溶融炉本体と、前記溶融炉本体の内部において昇降可能に設けられた電極と、を備える還元溶融炉を用い、前記溶融炉本体は、炉底に形成された凹部であって、銅の含有量が６５質量％以上である第１の溶融メタル層が溜まる凹部と、側面部において前記凹部の鉛直上方に設けられた出湯口と、を有し、銅を含む焼却灰を還元溶融することにより、前記第１の溶融メタル層と、前記第１の溶融メタル層の上層に生成され銅の含有量が６５質量％未満の第２の溶融メタル層と、前記第２の溶融メタル層の上層に生成されるスラグ層と、に分離させる第１の工程と、前記出湯口から前記スラグ層と前記第２の溶融メタル層とを取り出す第２の工程と、前記電極を降下させて前記第１の溶融メタル層に押し込むことにより、前記出湯口から前記第１の溶融メタル層をオーバーフローさせて取り出す第３の工程と、を含む。この形態の銅含有物の製造方法によれば、炉底に形成された凹部に第１の溶融メタル層を溜めて、電極を降下させて第１の溶融メタル層に押し込むことにより、凹部の鉛直上方に設けられた出湯口から第１の溶融メタル層をオーバーフローさせて取り出すので、銅の濃度を高濃度にすることができる。

【0007】

（２）上記（１）に記載の銅含有物の製造方法において、前記凹部の容積が、前記溶融炉本体の容積の１０％以上２０％以下であってもよい。この形態の銅含有物の製造方法によれば、銅含有物の回収効率の低下を抑制することができる。

【0008】

（３）上記（１）または上記（２）に記載の銅含有物の製造方法において、前記凹部の深さが、２５０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であってもよい。この形態の銅含有物の製造方法によれば、銅含有物の回収効率の低下を抑制することができる。

【0009】

（４）上記（１）から上記（３）までのいずれか一項に記載の銅含有物の製造方法において、前記出湯口から取り出された前記スラグ層と前記第２の溶融メタル層と前記第１の溶融メタル層とが、傾動可能な取鍋において比重分離されてもよい。この形態の銅含有物の製造方法によれば、出湯口から取り出されたスラグ層と第２の溶融メタル層と第１の溶融メタル層とが比重分離されるので、各層を分離して回収する際の回収効率の低下を抑制できる。

【0010】

（５）上記（１）から上記（４）までのいずれか一項に記載の銅含有物の製造方法において、前記還元溶融炉が、サブマージドアーク炉であってもよい。この形態の銅含有物の製造方法によれば、サブマージドアーク炉を用いた還元溶融において、銅の濃度を高濃度にすることができる。

【0011】

なお、本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、銅含有物の製造装置、焼却灰から銅含有物を回収する方法等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】銅含有物の製造方法において用いられる装置の概略構成を示す模式図

【図2】銅含有物の製造方法を示す工程図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

Ａ．装置構成
図１は、本開示の一実施形態としての銅含有物の製造方法において用いられる還元溶融炉１０の概略構成を示す模式図である。還元溶融炉１０は、鉄や銅等の金属を含む焼却灰を、還元雰囲気下で溶融する。焼却灰は、例えば、焼却施設にて一般ゴミや産業廃棄物等を焼却することによって得られる。

【0014】

還元溶融炉１０は、溶融炉本体２０と、炉蓋３０と、電極４０と、を備える。本実施形態の還元溶融炉１０は、サブマージドアーク炉である。なお、図１では、還元溶融炉１０の構成の一例を示している。また、図１は、あくまで模式図であり、装置の寸法関係等は実際とは異なる。

【0015】

溶融炉本体２０は、有底筒状の外観形状を有し、炉底２２と側面部２４とを有する。本実施形態における側面部２４は、円筒状に形成されている。溶融炉本体２０の内径は、特に限定されないが、２．０ｍ以上５．０ｍ以下であることが好ましく、３．０ｍ以上４．０ｍ以下であることがより好ましい。溶融炉本体２０の深さは、特に限定されないが、１．０ｍ以上４．０ｍ以下であることが好ましく、１．５ｍ以上２．５ｍ以下であることがより好ましい。溶融炉本体２０の容積は、特に限定されないが、５ｍ^３以上３０ｍ^３以下であることが好ましく、１０ｍ^３以上２０ｍ^３以下であることがより好ましい。溶融炉本体２０の構成についての詳細な説明は、後述する。

【0016】

炉蓋３０は、溶融炉本体２０の上部を覆っている。炉蓋３０には、原料投入口３２と、排ガス管３４とが設けられている。原料投入口３２は、スクリューフィーダー１８０によって運ばれた焼却灰７２を溶融炉本体２０の内部へと受け入れる。なお、スクリューフィーダー１８０に限らず、ベルトコンベア等によって焼却灰７２が供給されてもよい。排ガス管３４は、溶融炉本体２０内の排ガスおよび還元溶融によって生じた溶融飛灰を排出する。排出された溶融飛灰は、排ガス管３４に接続された図示しないバグフィルターや電気集塵機等において捕捉されて回収される。

【0017】

電極４０は、溶融炉本体２０の内部において昇降可能に設けられている。電極４０は、図示しない電極昇降装置によって昇降される。電極４０の昇降は、溶融電力と電流とを調整するために実施される。また、本実施形態において、電極４０は、後述する第１の溶融メタル層９１を出湯させる際に降下される。本実施形態における電極４０は、カーボン電極によって形成されており、炉蓋３０を貫通して垂れ下がって設けられている。本実施形態の還元溶融炉１０は、３本の電極４０を備える。３本の電極４０は、上面視において互いに正三角形の頂点に位置するように配置されている。本実施形態における電極４０は、三相交流電源１９０に接続されているが、単相の交流電源や直流電源等の任意の電源に接続されていてもよい。なお、電極４０の数は、特に限定されないが、三相交流電源１９０に接続される態様においては、３本や６本等、３の倍数であることが好ましい。また、電極４０の太さ（直径）は、特に限定されないが、第１の溶融メタル層９１へと押し込む電極４０の体積を確保する観点から、１０インチ以上であることが好ましく、２０インチ以上であることがより好ましく、また、同様の観点から、溶融炉本体２０の内径の１／１０以上であることが好ましく、１／８以上であることがより好ましく、１／７以上であることがさらに好ましい。また、電極４０の太さは、還元溶融炉１０における設計上の制約の観点から、４０インチ以下であることが好ましく、３０インチ以下であることがより好ましく、また、同様の観点から、溶融炉本体２０の内径の１／３．５以下であることが好ましく、１／４以下であることがより好ましく、１／４．５以下であることがさらに好ましい。

【0018】

還元溶融炉１０では、電極４０に通電されて加熱されることにより、焼却灰７２が還元溶融される。焼却灰７２の溶融を還元雰囲気で行うために、焼却灰７２とともに還元剤７４が溶融炉本体２０内へと導入されることが好ましい。還元剤７４としては、特に限定されないが、例えばコークス等、主成分としてカーボンを含む物質が好ましい。なお、還元剤７４は、コークスに限らず、例えば可燃ごみから得られたごみ炭化物粉等が混合されたものであってもよく、ごみ炭化物や飛灰等を混合した炭化物内装ペレット等であってもよい。焼却灰７２が還元溶融されると、上層にスラグ層８０が形成され、下層に溶融メタル層９０が形成される。そして、スラグ層８０の上に、まだ溶解していない焼却灰７２や還元剤７４が浮かんだ状態となる。

【0019】

本開示における銅含有物の製造方法では、後述するように、還元溶融によって生じた溶融メタル層９０のうち、銅の含有量の高い第１の溶融メタル層９１と、銅の含有量の低い第２の溶融メタル層９２とを分離して回収する。本開示において、「第１の溶融メタル層９１」とは、銅を主成分とし、銅の含有量が６５質量％以上である溶融メタル層９０を意味する。第１の溶融メタル層９１は、本開示における「銅含有物」に相当する。第１の溶融メタル層９１における銅の含有量は、６６質量％以上であることが好ましく、６８質量％以上であることがより好ましく、７０質量％以上であることがさらに好ましく、７２質量％以上であることがより一層好ましい。本開示において、「第２の溶融メタル層９２」とは、銅の含有量が６５質量％未満である溶融メタル層９０を意味する。第２の溶融メタル層９２は、好ましくは、銅の含有量が５０質量％未満であり、鉄を主成分とする。第２の溶融メタル層９２は、第１の溶融メタル層９１よりも比重が小さいため、第１の溶融メタル層９１の上層に生成される。銅の含有量は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて分析することができる。

【0020】

溶融炉本体２０は、凹部２６と、出湯口２８とを有する。凹部２６は、炉底２２に形成されている。凹部２６には、第１の溶融メタル層９１が溜まる。凹部２６の深さは、特に限定されないが、沈降距離を確保して第１の溶融メタル層９１と第２の溶融メタル層９２との分離効率を高める観点から、２００ｍｍ以上であることが好ましく、２５０ｍｍ以上であることがより好ましく、３００ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、凹部２６の深さは、還元溶融炉１０の荷重が過度に大きくなることを抑制する観点から、５００ｍｍ以下であることが好ましく、４５０ｍｍ以下であることがより好ましく、４００ｍｍ以下であることがさらに好ましい。凹部２６の深さは、例えば、２５０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であってもよい。凹部２６の容積は、特に限定されないが、第１の溶融メタル層９１の回収効率の低下を抑制する観点から、溶融炉本体２０の容積の５％以上２５％以下であることが好ましく、１０％以上２０％以下であることがより好ましい。なお、凹部２６の深さ方向に垂直な方向における大きさ（断面積や内径）は、溶融炉本体２０と同じであってもよく、溶融炉本体２０よりも小さくてもよい。

【0021】

出湯口２８は、側面部２４において炉底２２に近い側に設けられている。出湯口２８は、凹部２６の鉛直上方に設けられている。出湯口２８は、開閉可能に構成されており、通常閉じられている。所定期間ごとに出湯口２８が開かれることにより、還元溶融によって生じたスラグ層８０と第１の溶融メタル層９１と第２の溶融メタル層９２とが、溶融炉本体２０の外部へと排出される。

【0022】

本実施形態では、出湯口２８の出口に、傾動可能な取鍋５０が設置されている。取鍋５０は、例えば鉄製の鍋によって構成されており、上部に注ぎ口５２が形成されている。出湯口２８から排出されたスラグ層８０と第１の溶融メタル層９１と第２の溶融メタル層９２は、取鍋５０において比重分離される。比重分離によって、鉛直下方から順に、第１の溶融メタル層９１、第２の溶融メタル層９２、スラグ層８０に分離される。スラグ層８０は、第２の溶融メタル層９２の上に液状となって浮かぶため、容易に回収される。第２の溶融メタル層９２および第１の溶融メタル層９１は、取鍋５０が傾けられることにより、注ぎ口５２を介して別々の鉄鍋６０等に分けて回収される。

【0023】

Ｂ．銅含有物の製造方法
図２は、銅含有物の製造方法を示す工程図である。銅含有物の製造に先立ち、銅を含む焼却灰７２が用意される。原料としての焼却灰７２は、塩基度や塩素分等が必要に応じて調整されたものであってもよい。焼却灰７２が溶融炉本体２０の内部へと投入される（工程Ｐ１００）。工程Ｐ１００では、焼却灰７２とともに還元剤７４も、溶融炉本体２０の内部へと投入される。なお、投入される焼却灰７２の量に対する還元剤７４の量の割合は、適宜調整されてもよい。

【0024】

銅を含む焼却灰７２を還元溶融することにより、第１の溶融メタル層９１と、第１の溶融メタル層の上層に生成される第２の溶融メタル層９２と、第２の溶融メタル層９２の上層に生成されるスラグ層８０と、に分離させる（工程Ｐ１１０）。工程Ｐ１１０を、便宜上「第１の工程」とも呼ぶ。第１の工程では、電極４０への通電によって電気アークと電気抵抗ジュール熱とが発生する。還元溶融が進むにつれて、各層８０、９１、９２の液位が上昇する。第１の工程において、出湯口２８は、閉じられている。第１の工程は、所定時間継続される。かかる時間は、溶融炉本体２０の容積や溶融温度等に応じて設定されてもよい。かかる時間としては、特に限定されないが、重金属を還元してスラグを無害化させる観点および経済性の観点から、４．５時間以上１０時間未満であることが好ましく、５時間以上６時間未満であることがより好ましい。

【0025】

出湯口２８からスラグ層８０と第２の溶融メタル層９２とを取り出す（工程Ｐ１２０）。工程Ｐ１２０を、便宜上「第２の工程」とも呼ぶ。第２の工程では、出湯口２８が開かれることにより、鉛直方向において出湯口２８と同じまたは上方に位置する第２の溶融メタル層９２と、スラグ層８０とが、溶融炉本体２０内から外部へと排出される。なお、第１の溶融メタル層９１が溜まる凹部２６の鉛直上方に出湯口２８が設けられているため、第２の工程では、第１の溶融メタル層９１が出湯口２８から流れ出ることが抑制されている。

【0026】

本実施形態では、第２工程の後に、第２の工程において取り出された第２の溶融メタル層９２が計量される（工程Ｐ１２２）。そして、取り出された第２の溶融メタル層９２の累計排出量が、予め設定された設定量を超えたか否かについて確認される（工程Ｐ１２４）。第２の溶融メタル層９２の累計排出量が、予め設定された設定量に満たない場合（工程Ｐ１２４：ＮＯ）、工程Ｐ１００に戻る。他方、第２の溶融メタル層９２の累計排出量が、予め設定された設定量を超えた場合（工程Ｐ１２４：ＹＥＳ）、工程Ｐ１３０に進む。なお、上記の「累計排出量」とは、複数回繰り返された工程Ｐ１００から工程Ｐ１２０までにおいて取り出された第２の溶融メタル層９２の総量を意味する。設定量は、特に限定されないが、第１の溶融メタル層９１と第２の溶融メタル層９２との分離効率を高める観点から、凹部２６の容積に相当する第２の溶融メタル層９２の質量の０．８倍以上であることが好ましく、１．０倍以上であることがより好ましく、１．２倍以上であることがさらに好ましい。また、設定量は、第１の溶融メタル層９１の回収効率の低下を抑制する観点から、凹部２６の容積に相当する第２の溶融メタル層９２の質量の２．５倍以下であることが好ましく、２．０倍以下であることがより好ましく、１．７倍以下であることがさらに好ましい。

【0027】

電極４０を降下させて第１の溶融メタル層９１に押し込むことにより、出湯口２８から第１の溶融メタル層９１をオーバーフローさせて取り出す（工程Ｐ１３０）。工程Ｐ１３０を、便宜上、「第３の工程」とも呼ぶ。上述のとおり、電極４０は、昇降可能に構成されている。第１の工程および第２の工程において、電極４０の先端部は、第１の溶融メタル層９１に到達していない。第３の工程では、電極４０を降下させて、第１の溶融メタル層９１に電極４０の先端部を押し込むことにより、第１の溶融メタル層９１の液位を上昇させることによって、第１の溶融メタル層９１を出湯口２８からオーバーフローさせる。なお、第３の工程は、電極４０への通電が止められた状態で実行される。第３の工程は、第２の工程において出湯口２８が開かれた状態から連続的に実行されてもよい。出湯口２８から取り出される溶融メタル層９１は、銅の含有量が６５質量％以上であり、品位の高い銅含有物である。

【0028】

本実施形態では、第２の工程において取り出されたスラグ層８０および第２の溶融メタル層９２と、第３の工程において取り出された第１の溶融メタル層９１とが、取鍋５０において比重分離される。取鍋５０において比重分離することにより、各層８０、９１、９２を分離して回収する際の回収効率の低下を抑制できる。第３の工程（工程Ｐ１３０）の完了により、銅含有物の製造が完了する。なお、工程Ｐ１３０の完了後、工程Ｐ１００に戻って連続的に銅含有物の製造が行われてもよい。

【0029】

以上説明した本実施形態の銅含有物の製造方法によれば、炉底２２に形成された凹部２６に、銅の含有量が高い第１の溶融メタル層９１を生成させ、その後、電極４０を降下させて第１の溶融メタル層９１に押し込むことにより、出湯口２８から第１の溶融メタル層９１をオーバーフローさせて取り出す。このため、分離した第１の溶融メタル層９１と第２の溶融メタル層９２とが混ざり合うことを抑制することができ、この結果として、品位の高い銅含有物を回収することができる。

【0030】

また、本実施形態の製造方法では、スラグ層８０および第２の溶融メタル層９２を排出する出湯口２８から、第１の溶融メタル層９１を排出する。このため、出湯口２８を兼用でき、第１の溶融メタル層９１を回収するための回収口を炉底２２の近傍等に別途設けることを省略できる。ここで、第１の溶融メタル層９１を回収するための回収口を別途設けた場合には、第１の溶融メタル層９１の出湯頻度が低い場合に、かかる回収口が詰まって出湯できなくなるおそれがある。しかしながら、本実施形態の製造方法では、スラグ層８０および第２の溶融メタル層９２を排出する度に開閉させる出湯口２８を利用して、第１の溶融メタル層９１を出湯させるので、第１の溶融メタル層９１の出湯頻度が低い場合においても、出湯口２８が詰まることを抑制できる。

【0031】

また、本実施形態の製造方法では、溶融電力や電流を調整するために昇降可能に構成された電極４０を利用して、第１の溶融メタル層９１の液位を上昇させる。このため、第１の溶融メタル層９１の液位を上昇させて出湯口２８からオーバーフローさせるための構成を、電極４０に兼用させることができ、第１の溶融メタル層９１の液位を上昇させるための構成を別途設けることを省略できる。この結果として、装置の構成が複雑化することを抑制できるので、装置の製造コストやメンテナンスに要する工数が増大することを抑制できる。

【0032】

また、本実施形態の銅含有物の製造方法では、第２の溶融メタル層９２の累計排出量が予め設定された設定量を超えた場合にのみ、電極４０を降下させて第１の溶融メタル層９１を出湯口２８からオーバーフローさせる。このようにすることによって、第１の溶融メタル層９１と第２の溶融メタル層９２とが分離して、所定量の第１の溶融メタル層９１が凹部２６に溜まった後に、第１の溶融メタル層９１を出湯させることができるので、第１の溶融メタル層９１の回収効率の低下を抑制できる。

【0033】

Ｃ．変形例：
上記実施形態の銅含有物の製造方法において用いられる装置の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、還元溶融炉１０は、サブマージドアーク炉に限らず、電気エネルギーによって溶融する電気式溶融炉（交流アーク式溶融炉、交流電気抵抗式溶融炉、直流電気抵抗式溶融炉等）であってもよい。また、例えば、取鍋５０が省略されていてもよい。

【0034】

また、上記実施形態の銅含有物の製造方法における各工程についても、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、工程Ｐ１２２および工程Ｐ１２４が省略されてもよい。また、例えば、工程Ｐ１２２および工程Ｐ１２４に代えて、予め定められた期間が経過したか否か等、予め設定された任意の条件が成立した場合に工程Ｐ１３０後に進み、成立しない場合に工程Ｐ１００に戻ってもよい。

【実施例】

【0035】

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下の説明において、「高品位メタル」は、銅の含有量が６５質量％以上であり、上記実施形態における第１の溶融メタル層９１に相当し、「溶融メタル」は、上記実施形態における第２の溶融メタル層９２に相当する。

【0036】

還元溶融炉として、直径３．３ｍ、深さ１．８ｍ、容積１５．４ｍ^３の交流サブマージ式電気炉を用いて実験を行った。還元溶融炉は、昇降可能な電極として、上面視において互いに正三角形の頂点に位置するように配置された３本のカーボン電極を備えていた。３本の電極は、三相交流電源に接続された。また、実施例１、２の還元溶融炉として、炉底に深さ３００ｍｍの凹部が形成され、凹部の鉛直上方に出湯口が設けられた還元溶融炉を用いた。比較例の還元溶融炉として、炉底の凹部が省略されて炉底付近に出湯口が設けられた還元溶融炉を用いた。

【0037】

原料の焼却灰として、スラグの塩基度が０．７～１．０となるように調整したごみ焼却灰を用いた。焼却灰に対するコークスの割合は、１～４％に制御した。塩素分は、２～３０％に制御した。溶融温度は、１３００℃～１５００℃とした。溶融メタルの出湯から次の溶融メタル出湯までの精錬時間（溶融時間）は、４．５時間以上とし、溶融メタルの出湯の度に原料を新たに投入した。電圧は最大２７５Ｖとし、電流は１０，０００Ａとした。

【0038】

精錬操業（溶融処理）を１か月間継続して行なった。溶融メタルの出湯ごとに、溶融メタルを計量するとともに溶融メタルの組成分析を行った。これにより、各出湯において溶融メタルに含まれる銅の含有量を求めた。組成分析には、ＥＤＸ７０００蛍光Ｘ線分析装置（島津製作所製）を用いた。実施例１、２では、溶融メタルの累計排出量が３０トン前後となるタイミングごとに、電極を降下させて、炉底の凹部に溜まった高品位メタルを強制的に出湯させた。実施例１、２において、電極降下による高品位メタルの出湯回数は、１か月間の精錬操業においてそれぞれ２回であった。比較例では、高品位メタルを出湯させるための電極降下を実施しなかった。

【0039】

得られた高品位メタルの割合を求めた。高品位メタルの割合（％）は、１か月間の精錬操業において排出された高品位メタルの総質量を、１か月間の精錬操業において投入された焼却灰の総質量（焼却灰処理量）で除して１００を乗ずることにより算出した。結果を表１に示す。表１において、「溶融メタル排出間隔（ｔ）」とは、電極降下から次の電極降下までに排出された溶融メタルの累計排出量を意味し、「最大Ｃｕ含有量（％）」とは、溶融メタルの複数回の出湯のうち、最も銅含有量が高かった出湯における銅含有量（溶融メタル中の銅含有量の最大値）を意味し、「平均Ｃｕ含有量（％）」とは、溶融メタルの複数回の出湯において、溶融メタルに含まれていた銅含有量の平均値を意味する。なお、比較例では、出湯された溶融メタルのうち、銅の含有量が６５質量％以上であったものを「高品位メタル」とした。

【0040】

【表1】

【0041】

表１に示す結果から、以下のことがわかった。凹部が省略されて電極降下を実施しなかった比較例では、焼却灰処理量に対する高品位メタルの排出割合が極めて低く、０．０７％であった。さらに、比較例では、平均Ｃｕ含有量（％）が実施例よりも高い傾向にあり、また、最大Ｃｕ含有量（％）が非常に高く、２２．６％であった。これらのことから、比較例では、銅の濃縮が進まずに、銅が溶融メタルに流出していることが示唆された。

【0042】

これに対し、実施例１、２では、焼却灰処理量に対する高品位メタルの排出割合が高く、０．２８％～０．３５％であった。実施例１、２では、高品位メタルと溶融メタルとを分離させて、還元溶融炉の凹部に高品位メタルを溜めておいた後に、電極の降下によって高品位メタルをオーバーフローさせて出湯口から出湯させている。このようにすることによって、二層に分離した高品位メタルと溶融メタルとが混ざり合うことを抑制することができ、この結果として、高品位メタルを多く回収できたと考えられる。

【0043】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0044】

１０…還元溶融炉、２０…溶融炉本体、２２…炉底、２４…側面部、２６…凹部、２８…出湯口、３０…炉蓋、３２…原料投入口、３４…排ガス管、４０…電極、５０…取鍋、５２…注ぎ口、６０…鉄鍋、７２…焼却灰、７４…還元剤、８０…スラグ層、９０…溶融メタル層、９１…第１の溶融メタル層、９２…第２の溶融メタル層、１８０…スクリューフィーダー、１９０…三相交流電源

【要約】

【課題】焼却灰の還元溶融において、銅の濃度を高濃度にできる技術を提供する。
【解決手段】銅含有物の製造方法は、有底筒状の溶融炉本体と、溶融炉本体の内部において昇降可能に設けられた電極と、を備える還元溶融炉を用い、溶融炉本体は、炉底に形成された凹部であって、銅の含有量が６５質量％以上である第１の溶融メタル層が溜まる凹部と、側面部において凹部の鉛直上方に設けられた出湯口と、を有し、銅を含む焼却灰を還元溶融することにより、第１の溶融メタル層と、第１の溶融メタル層の上層に生成され銅の含有量が６５質量％未満の第２の溶融メタル層と、第２の溶融メタル層の上層に生成されるスラグ層と、に分離させる第１の工程と、出湯口からスラグ層と第２の溶融メタル層とを取り出す第２の工程と、電極を降下させて第１の溶融メタル層に押し込むことにより出湯口から第１の溶融メタル層をオーバーフローさせて取り出す第３の工程と、を含む。
【選択図】図２

【図1】

【図2】