JP2518570B2 - 供給原料の乾式冶金的処理法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、供給原料の乾式冶金
的処理法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高温製錬法は乾式冶金法の例である。こ
のような製錬法は、しばしば２個の容器を用いておこな
われ、一方の容器内では供給原料を加熱して溶融させ、
他方の容器内では溶融した供給原料が酸化される。２個
の容器を使用する方法にはいくつかの欠点がある。例え
ば、一方の容器内の溶融した供給原料を他方の容器へ移
すことは困難である。

【０００３】供給原料を製錬するために、燃料と酸化ガ
スを該供給原料中へ送給することを可能にするランス(l
ance)がオーストラリアにおいて開発されている。この
タイプの典型的なランスは外部管と内部管から成る(オ
ーストラリア国特許第５２０３５１号明細書参照)。液
状燃料は内部管を通過し、ノズルを経て、混合域内へ放
出される。固体状燃料用ランスの場合には、ノズルはな
い。酸化ガスは、内部管と外部管との間に限定される流
路内を通り、混合域内へ流入する。酸化ガスは、外部管
に対しては冷却媒として作用する。外部管上のこの酸化
ガスの冷却効果によって、溶融マスから外部管上へはね
返えるスラグまたはその他の原料は凝固するので、該外
部管は遮断されて保護される。この技術を利用する場合
には、供給原料の溶融および酸化または還元のためには
１個以上のランスが必要である。これらの操作はすべ
て、単一の容器内でおこなわれる。この種のランスの使
用により、燃料と酸化ガスのジェット(jet)が形成され
るので、溶融した供給原料は強く激しく撹拌される。

【０００４】前記特許明細書に記載されたランスを使用
する上記の方法は、「浴中法(in−bathprocess)」であ
り、供給原料は、ランスから高速度で注入される酸化ガ
スによって高度に乱れた状態のスラグ中において、蒸解
され、部分的に酸化される。微粒子状の乾燥供給原料を
垂直シャフト内において、酸素濃度を高めた空気流中で
燃焼させる「空中法(in−flight process)」も知られてい
る。燃焼生成物は下方に配設された溶融浴に落下し、該
溶融浴内において、スラグとマット成分が分離される。
このような空中法は、製造と操作に費用がかかる大型の
溶鉱炉内でおこなわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、供給原料
の従来の乾式冶金法に係わる上記の欠点を改良する、供
給原料の乾式冶金的処理法を提供するためになされたも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ちこの発明は、(i)供
給原料の液状体(liquid body)を製造し、(ii)第１反応
域および該第１反応域と接触し、かつ、該液状体中に存
在する第２反応域を形成させ、(iii)粒状の該供給原料
および酸化ガスを第１反応域へ導入し、(iv)供給原料の
空中酸化を第１反応域内でおこなわせ、(v)該空中酸化
による反応生成物の少なくとも一部を第２反応域へ移動
させ、次いで、(vi)該反応生成物のスルフィド化または
還元を第２反応域内でおこなわせる工程を含む、供給原
料の乾式冶金的処理法に関する。

【０００７】この発明の別の観点によれば、反応成分、
供給原料および／または燃料を容器内へ導入して乾式冶
金法を実施する際に使用する放出端を有するランスであ
って、酸化ガスを送給するための外部流路および該乾式
冶金法に用いる固体状、液体状または気体状の反応成分
および／または供給原料を送給するための内部流路を具
備し、さらに所望により、これらの内外部流路間に配設
され、かつ、端部から放出される燃料が分散流を形成す
るような放出端を有する燃料送給用中間流路を具備する
ことを特徴とするランスが提供される。

【０００８】本発明による前記の方法は、供給原料を空
中酸化処理に付し、この空中酸化による反応生成物の少
なくとも一部を第２反応域内へ送給し、該第２反応域に
おいてスルフィド化または還元反応をおこなう乾式冶金
法である。この第２反応域は、供給原料の液状体中に形
成させる。

【０００９】この方法で処理してもよい供給原料は種々
の組成を有する鉱石類または精鉱類(concentrates)、例
えば、黄銅鉱、磁硫鉄鉱、輝石および長石等の硫化物で
ある。この種の鉱石または精鉱を使用する場合には、ス
ラグ相とマット相が供給原料の液状体中に形成され、ま
た、第１反応域において製造される酸化生成物の再スル
フィド化が第２反応域においておこる。

【００１０】供給原料は酸化亜鉛や酸化鉛等の酸化物で
あってもよい。この種の酸化物は鉱石、煙道ダスト(flu
e dust)または精鉱であってもよい。このような供給原
料に含まれる一部の成分の酸化は第１反応域においてお
こなわれ、得られる酸化生成物の一部およびその他の酸
化物の還元は第２反応域においておこなわれる。供給原
料の液状体中にはスラグ相とマット相が形成される。

【００１１】溶融浴がスラグ相とマット相を含む場合に
は、第２反応域はスラグ相のみに形成させてもよい。従
って、本発明のこの態様においては、第２反応域でおこ
る反応は、実質的にはスラグ内反応(in−slag reactio
n)である。

【００１２】供給原料が通過する内部流路および該流路
を包囲し、かつ、酸化ガスを送給する外部流路を有する
ランスの放出端を通すことによって、該供給原料と酸化
ガスを第１反応域へ誘導するのが好ましい。内部流路と
その放出端は、粒状の供給原料を通過させるような断面
を有していなければならない。一般的には、供給原料の
粒径は１００ミクロンを越えないが、これよりも大きな
粒径を有する供給原料も使用できる。このような粒状供
給原料には粒状の固形燃料、例えば、石炭または無煙炭
を混合してもよく、また、融剤を配合してもよい。内部
流路の断面を円形にし、これを包囲する外部流路を環状
形態にするのが好ましい。

【００１３】ランスの放出端は溶融浴の上方または溶融
浴中に配設してもよい。ランスの放出端を溶融浴中に配
設する場合には、酸化ガスが、第１反応域の境界の少な
くとも一部を制限する凹部(depression)を浴中に形成さ
せる。このためには、ランスからの酸化ガスの放出速度
を一般的には１００m／秒の値を越えないようにし、好
ましくは５０〜７０m／秒にする。

【００１４】図１は、本発明に使用できるランスの放出
端の一態様を示す模式的断面図である。図１には、直径
が相互に異なる３本の同軸管(１０)、(１２)および(１
４)を含むランスの放出端が示される。即ち、管(１２)
は管(１０)の内側に配設され、管(１４)は管(１２)の内
側に配設される。これらの管の材質は、一般的には軟鋼
であるが、溶融浴中に一般的には浸漬される管(１０)の
先端部(３２)はステンレス鋼製であってもよい。

【００１５】３つの流路はこれらの管の間に限定され
る。即ち、外部流路(１６)は管(１０)および(１２)によ
って限定され、内部流路(１８)は管(１４)の内部に限定
され、中間流路(２０)は管(１２)と(１４)によって限定
される。

【００１６】ガス流に乱れを形成させる渦巻管(２２)は
流路(１６)の内部に配設され、管(１２)の外部表面に固
定される。

【００１７】流路(１６)、(１８)および(２０)はそれぞ
れ放出端(２４)、(２６)および(２８)を有しており、こ
れらの放出端は混合域(３０)内へ開口する。

【００１８】図１に示すランスは、製錬またはその他の
乾式冶金処理用の容器へ供給原料、燃料および酸化ガス
を導入するのに使用してもよい。酸化ガスは流路(１６)
を通過し、酸化ガスと混合した供給原料は流路(１８)を
通過し、燃料は流路(２０)を流通する。流路(２０)の放
出端(２８)は非常に狭いので(一般的には、幅約０.５m
m)、燃料が流路(２０)内へ適当な圧力で送給されると、
該燃料は、点線で図示するように、放出端(２８)を経
て、発散円錐状に放出される。この狭い流路を経て放出
される燃料には迅速な流動性が付与されるので、燃料の
過熱とクラッキングは防止される。従って、該放出端
は、放出端(２４)から放出される酸化ガスと燃料との完
全な混合物を調製する環状ノズルとして機能するので、
燃料効率が高められる。

【００１９】使用に際しては、粒状の供給原料は製錬容
器内へ導入される。ランスは、端部(３２)が供給原料の
すぐ上に位置するように、該容器内に配設される。燃料
は流路(２０)を通って送給され、酸化ガスは流路(１６)
を通って送給される。混合は域(３０)内でおこなわれ、
ガス混合物に点火される。発生する熱によって粒状供給
原料は溶融され、容器内には供給原料の液状体または溶
融浴(molten bath)の量が漸進的に増加する。溶融原料
の一部はランスにはね返る。この溶融原料は、流路(１
６)を流通する酸化ガスによって冷却される管(１０)の
外部表面上で凝固する。冷却効果は、酸化ガス流中の渦
巻管の作用によって高められる。この凝固原料は絶縁材
として作用し、管(１０)を保護する。

【００２０】十分な量の溶融浴が調製されたならば、ラ
ンスを、その端部(３２)が溶融浴中に浸漬するまで低下
させる。この状態は図２に示す。反応容器(４０)は、反
応空間(４２)を有する耐火性の裏付け溶鉱炉である。ラ
ンス(４４)は容器(４０)のトップ(４６)を経て該反応空
間内へ延び、放出端(４８)(図１の(３２)に対応する)は
供給原料の溶融浴(５０)まで延びる。溶融浴(５０)は２
つの相、即ち、スラグ相(５２)とマット相(５４)から成
る。供給原料および酸化ガスはそれぞれ(５６）および
（５８)からランス内へ導入される。供給原料および酸
化ガスは、図１に関して先に説明したようにして、それ
ぞれランスの内部流路および外部流路を下方へ向かって
流通する。特定の硫化物の精鉱を精錬する場合には、こ
の段階で燃料を使用する必要はない。何故ならば、必要
な温度を維持するのに十分な熱が酸化反応によって発生
するからである。

【００２１】酸化ガスはランスの放出端(４８)から放出
され、その放出速度は、スラグ相(５２)内に凹部(５８)
が形成されるように調整される。この凹部(５８)は第１
反応域を限定し、該反応域においては、ランスの放出端
(４８)から放出される供給原料が空中酸化される。この
反応域においては、優れた酸化速度が達成される。点線
で示される領域(６０)がスラグ相(５２)の内部に形成さ
れる。この領域は乱れのある領域であって、第２反応域
を限定する。この第２反応域においては、第１反応域
(５８)からの酸化反応生成物およびその他の酸化物が、
供給原料の特性に応じて、再スルフィド化反応または還
元反応に付される。従って、域(５８)内においては空中
酸化がおこなわれ、域(６０)内の溶融浴中ではスラグ内
再スルフィド化または還元がおこなわれる。

【００２２】再スルフィド化または還元による生成物
は、スラグ相(５２)を通過してマット相(５４)内へ移動
する。スラグ相とマット相は時々、排出口(６２)から流
出させてもよい。排出口(６４)は、製錬工程で発生する
二酸化硫黄等のガスを排出させるのに用いられる。

【００２３】図２に示す態様においては、ランスの放出
端は溶融浴のスラグ相中に配置されるが、上記の工程
は、該放出端を溶融浴のすぐ上方に配置させた状態で操
作することもできる。この場合には、第１反応域は、ラ
ンスの放出端(４８)およびスラグ相中に形成される凹部
の表面との間に限定されるが、このような条件下では、
ダスト(dust)の消失量が増大する。

【００２４】異なる反応がおこなわれる２種の反応域
は、先の特許明細書に開示されたタイプのランスを用い
て製錬をおこなう場合には、形成されないことに留意す
べきである。この種のランスを使用する場合には、ガス
および／または燃料は、溶融浴中に高度の乱れを生じさ
せるガスおよび／または燃料のジェット流がランスから
放出される。供給原料はランスを通して送給されないの
で、空中酸化はおこらない。本発明の場合には、より高
い反応速度が達成されるので、製錬がより効率的におこ
なわれ、また、微粒状の供給原料を使用するので、未蒸
解原料がスラグ中に懸濁することはない。さらに、域
(６０)中のみに有意な乱れが発生するので、耐火材の摩
耗速度を低減させることができる。さらにまた、ランス
の放出端を、前記の特許明細書に記載されたランスを用
いる場合に可能な距離よりも、より離れてマット相の上
方に配置させることができるので、酸化ガスのマット相
への透過をより良く調整することができる。

【００２５】供給原料の流速、圧力および粒径は、使用
する原料の特性に応じて適宜選定すればよいが、一般的
な流速、圧力および粒径を以下に示す: (i)融剤と石炭を含有する供給原料の質量流速:５０〜２
００kg／時(空気圧:２００kＰa(ゲージ)まで) (ii)ランス内を流通する高濃度酸素含有空気の体積流
速:５０〜２００Ｎm³／時(圧力:２００kＰa(ゲージ)ま
で) (iii)上記(i)の固体を輸送する空気の体積流速:２０〜
５０Ｎm³／時 (iv)ディーゼル油の体積流速:５〜１５リットル／時(温
度:２０℃;圧力:７００kＰaまで) (v)粒径: 硫化物精鉱 ７４ミクロン以下(７０〜８０％) 融剤(シリカまたは生石灰) ７４ミクロン以下(７０〜
８０％) 石炭または無煙炭 ７４ミクロン以下(８０〜９０％)

【００２６】

【実施例】以下、前述の図１および図２に示したランス
と溶鉱炉を用いる製錬法に関する実施例によって本発明
をさらに説明する。実施例１ 硫化ニッケル／銅の典型的な製錬処理 溶鉱炉の加熱は燃焼によっておこなった。溶鉱炉を予備
加熱するために、少量のＬＰＧガスをランスを通して炉
内へ注入した。炉床の温度が７００℃になったときに、
該ガスをディーゼル油で置き換え、酸素を高濃度で含有
する空気を用い、炉を作動温度(１３５０℃)まで加熱し
た。予備加熱サイクル中の酸素の平均流量は１０Ｎm³／
時とした。作動温度に達したとき、圧搾空気式供給系を
作動させ、調整された量の粒状精鉱と融剤を、可撓性ホ
ースを介し、ランスの流路(１８)を経由して炉内へ圧送
した。圧搾空気式供給系は、融剤と精鉱との混合物の性
状に応じて、空気圧１５０kＰaおよび空気流速２０〜４
０Ｎm³／時の条件下で作動させた。溶融浴中に凹部また
は第１反応域(５８)を形成させた。この反応域において
は、精鉱中に含まれる硫化物の空中酸化がおこなわれ
た。この反応の生成物、即ち、卑金属酸化物と硫化物の
混合物はスラグ相(６０)内へ移動し、卑金属酸化物と微
細に分散されたマットの溶融滴との間の反応がおこなわ
れた。反応域(６０)を強撹拌することによって、この反
応は迅速におこなわれ、すみやかに平衡に達するので、
保持時間は非常に短くなる。排気ガス中のＳＯ₂の量は
酸の生成量によって監視した。冷却空気を導入した後の
ＳＯ₂の濃度は５〜１５％に維持された。

【００２７】鉄を約２０％含有する液状マットおよび脈
石(gangue material)と融剤を含有する液状スラグが形
成された。マット中の鉄の濃度は所望の値まで低減させ
ることができ、これによって、その後の転化操作の必要
性を最小にすることができる。

【００２８】湯出し(tapping)に先立ち、精鉱の供給を
中止し、ランスを炉床から０.５〜１mの位置まで引き上
げることによって溶融浴を静置させ、スラグ中へのマッ
トの浮遊連行を最少限にした。炉からの湯出しは、湯出
し口を酸素槍で開放することによっておこない、マット
とスラグは鋳鉄ボギー(bogey)内へ流出させ、冷却後、
分離し、秤量し、次いで、化学分析用の試料を採取し
た。

【００２９】この実施例においては、種々の硫化物粒子
の表面上において空中酸化がおこなわれ、下記の反応式
に従って、種々の酸化物が生成する: ３ＦeＳ ＋ ５Ｏ₂ → Ｆe₃Ｏ₄ ＋ ３ＳＯ₂ 0.5(Ｎi,Ｆe)₉Ｓ₂＋6.87Ｏ₂ → 1.125ＮiＦe₂Ｏ₄＋1.12
5ＮiＯ＋４ＳＯ₂ ＣuＦeＳ₂ ＋ ３Ｏ₂ → ０.５Ｃu₂ＯＦe₂Ｏ₃ ＋ ２ＳＯ
₂

【００３０】これらの反応における発熱量は大きいの
で、粒状体の温度を１５００℃よりも十分に高くするこ
とが可能となる。この結果、酸化反応がおこなわれる粒
子表面下に存在する硫化物は、例えば、次式で示される
ように、解離して溶融する:ＣuＦeＳ_2(S) → ０.５Ｃu₂
Ｓ_(l)＋ＦeＳ_(l)＋０.２５Ｓ_2(g)式中、下付きの括弧内
の文字s、lおよびgはそれぞれ固体、液体および気体を
示す。このようにして、Ｃu−Ｆe−Ｓの溶融ブレブ(ble
b)が形成される。同様にして、硫化物精鉱中に存在する
他のタイプの硫化物の場合には、Ｆe−ＳやＮi−Ｆe−
Ｓの溶融ブレブが形成される。

【００３１】空中反応域でおこなわれる反応の生成物は
種々の酸化物と溶融硫化物である。これらの反応生成物
がスラグ中へ入ると、スラグ中でさらに反応がおこなわ
れ、溶融硫化物ブレブのＦeＳ成分は鉄酸化物、ニッケ
ル酸化物および銅酸化物と反応する。この結果、３価の
鉄イオンが２価イオンになる還元およびニッケル酸化物
と銅酸化物の再スルフィド化がおこなわれる。このよう
な反応例を以下に示す: ＦeＳ ＋ ３Ｆe₃Ｏ₄ → １０ＦeＯ ＋ ＳＯ₂ ＦeＳ ＋ Ｃu₂Ｏ → Ｃu₂Ｓ ＋ ＦeＯ

【００３２】これらの反応は、硫化物精鉱中に含まれる
シリカの存在によって促進される。シリカは次の反応を
優先的におこなうので、スラグ内反応は促進されること
になる: ２ＦeＯ ＋ ＳiＯ₂ → Ｆe₂ＳiＯ₄ (鉄かんらん石）

【００３３】実施例２ 輝安鉱精鉱および砒素中間原料の処理におけるランスの
使用例 安全性と炉の始動効率を高めるため、ランスを通して供
給されるディーゼル燃料をブタン（ＬＰガス)によって
一時的に代替させた。ガスに点火した後、ランスを炉底
部のコークス床まで下げた。コークスが赤熱された段階
でディーゼル燃料でＬＰガスを置換した後、酸素濃度を
高めた空気とディーゼル燃料を用いて炉を約１２００℃
まで加熱した。この場合、ランスの外部流路(１６)内
に、冷却空気を流通させることが重要である。空気の流
速は、１２０kＰaの圧力下で、１００〜１３０Ｎm³／時
とした。流路(２０)内のディーゼル燃料の流速は、６８
０kＰaの圧力下で、５〜１５リットル／時とした。

【００３４】炉の温度が１２００℃になったときに、供
給装置の容器を１５０kＰaまで加圧した後、回転翼式供
給装置を始動させ、原料の圧送を開始する。輝安鉱精鉱
を処理する場合には、輝安鉱を流路(１８)を通してラン
スの先端部の加熱炉内へ導入して酸素と直ちに反応させ
ることによって揮発性の粗製酸化アンチモンを生成さ
せ、該酸化アンチモンを取出し、濃縮後、バグハウス(b
aghouse)内に捕集した。精鉱中の不純物(約１５％)は溶
解してスラグ浴を形成した。少量のアンチモンは、溶融
スラグ中に酸化アンチモンとして溶解する。供給原料の
約８５％が揮発性のために、炉容器内を充満させるには
かなりの時間を必要とする。供給原料が約０.５mの高さ
まで炉内に堆積した段階で、コークス約２０kgを２０分
間かけて添加することによって、酸化アンチモンを金属
に還元する還元反応をおこなった。

【００３５】湯出し前に、ランスを約５分間上方へ移動
させることによって浴を静置させ、生成した金属がスラ
グ相へ連行されるのを防止すべきである。酸素槍によっ
て湯出し口を開放させることによって、湯出しをおこな
った。スラグと金属塊を鋳鉄ボギー内へ排出させ、冷却
し、分離させ、秤量後に試料を採取して化学分析に供し
た。

【００３６】並みの砒素原料の処理法は、輝安鉱精鉱の
場合とほとんど同様である。唯一の相違点は、脈石の含
有量が多いので、スラグの生成量がより多くなることで
ある。

【００３７】

【発明の効果】この発明によれば、供給原料の従来の乾
式冶金法の欠点が改良され、低コストで高純度の乾式冶
金的処理生成物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に使用できるランスの放出端の一態様
を示す模式的断面図である。

【図２】 本発明による乾式冶金法を実施する溶鉱炉の
一態様を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１０ 管 １２ 管 １４ 管 １６ 外部流路 １８ 内部流路 ２０ 中間流路 ２２ 渦巻管 ３０ 混合域 ４０ 反応容器 ４２ 反応空間 ４４ ランス ５０ 溶融浴 ５２ スラグ相 ５４ マット相 ５８ 凹部 ６２ 排出口(湯出し口）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス・ルートヴィッヒ・エーラーズ 南アフリカ、トランスバール州ヨハネス ブルク、ムルバートン、ノルウィック51 番 (72)発明者 ケビン・フィリップ・ダニエル・ペリー 南アフリカ、トランスバール州ランドブ ルク、ウィンザー・ウエスト、アリス・ ストリート20番

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (i)供給原料の液状体を製造し、(ii)第
   １反応域および該第１反応域と接触し、かつ、該液状体
   中に存在する第２反応域を形成させ、(iii)粒状の該供
   給原料および酸化ガスを第１反応域へ導入し、(iv)供給
   原料の空中酸化を第１反応域内でおこなわせ、(v)該空
   中酸化による反応生成物の少なくとも一部を第２反応域
   へ移動させ、次いで、(vi)該反応生成物のスルフィド化
   または還元を第２反応域内でおこなわせる工程を含む、
   供給原料の乾式冶金的処理法。
2. 【請求項２】 供給原料が硫化物の鉱石または精鉱であ
   る請求項１記載の処理法。
3. 【請求項３】 供給原料が酸化物または酸化物混合物を
   含有する請求項１記載の処理法。
4. 【請求項４】 第２反応域内の液状体が乱れた状態にあ
   る請求項１〜３いずれかに記載の処理法。
5. 【請求項５】 粒状供給原料が、１００ミクロンを越え
   ない平均粒径を有する請求項１〜４いずれかに記載の処
   理法。
6. 【請求項６】 酸化ガスが酸素、酸素濃度の高い空気ま
   たは空気である請求項１〜５いずれかに記載の処理法。
7. 【請求項７】 溶融浴がスラグ相とマット相を含み、第
   ２反応域をスラグ相のみに形成させる請求項１〜６いず
   れかに記載の処理法。
8. 【請求項８】 供給原料が通過する内部流路および該内
   部流路を包囲し、かつ、酸化ガスを通過させる外部流路
   を有するランスの放出端を通して、該供給原料と酸化ガ
   スを第１反応域へ導入する請求項１〜７いずれかに記載
   の処理法。
9. 【請求項９】 内部流路が円形断面を有し、外部流路が
   該内部流路を包囲する環を形成する請求項８記載の処理
   法。
10. 【請求項１０】 ランスの放出端を溶融浴内に配置さ
    せ、酸化ガスによって、第１反応域の境界部の少なくと
    も一部を制限する凹部を該浴中に形成させる請求項１〜
    ９いずれかに記載の処理法。
11. 【請求項１１】 ランスからの酸化ガスの放出速度を１
    ００m／秒を越えないようにする請求項８〜１０いずれ
    かに記載の処理法。
12. 【請求項１２】 ランスからの酸化ガスの放出速度を５
    ０〜７０m／秒とする請求項８〜１０いずれかに記載の
    処理法。
13. 【請求項１３】 内部流路と外部流路との間に中間流路
    を配設し、該中間流路を用いて燃料を送給し、該中間流
    路の放出端を、該端部から放出される燃料が発散流を形
    成するようにする請求項８〜１２いずれかに記載の処理
    法。
14. 【請求項１４】 外部流路が、該流路に沿って通過する
    ガス流に乱れを発生させるのに適合した形態を有した請
    求項８〜１３いずれかに記載の処理法。