説明

亜鉛残留物からの非鉄金属の回収

【課題】亜鉛残留物からの非鉄金属の回収を提供する。
【解決手段】本発明は亜鉛含有残留物、特に亜鉛製造産業により生成された残留物からの非鉄金属の分離及び回収のための方法に関する。該方法はZn−、Fe−及びPb−含有残留物中の金属分の維持を可能とする方法であって以下の工程を含む:
−前記残留物を直接還元工程に付し、それによって金属性のFe−含有相とZn−及びPb−含有の第一ヒュームを生成する;
−前記Zn−及びPb−含有の第一ヒュームを抽出し、Zn及びPbを維持する;
−前記金属性のFe−含有相を酸化精錬工程に付し、それによりFe−含有スラグと第二の金属−含有ヒュームを生成する;
−前記第二の金属−含有ヒュームを抽出し、少なくともその金属含有量の一部を維持する。この方法の主な利点は、Feのための環境保護的に許容される産出物が得られることである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は亜鉛含有残留物、特に亜鉛製造産業により生成された残留物からの非鉄金属の回収に関する。
【背景技術】
【0002】
不純物を含むZnS鉱石である閃亜鉛鉱がZnの生成のための主な出発物質である。典型的な工業的な実施は、不純物の硫酸塩又は酸化物と共にZnOを生成する酸化的焙焼工程を含む。それに続く工程において、焙焼された閃亜鉛鉱における該ZnOは、中性条件又は弱酸性条件において浸出することにより溶液中に持ち込まれ、それにより、本明細書中でそれぞれ中性浸出残留物及び弱酸浸出残留物として言及されるZn−減損残留物が生成される。しかし焙焼の間に、Znの一部は、閃亜鉛鉱中に存在する典型的な不純物であるFeと反応し、比較的不溶性の亜鉛フェライトを形成する。該浸出残留物は従って、硫酸鉛、硫酸カルシウム及び他の不純物に加えて、フェライトの形態におけるZnのかなりの画分を含む。現在の実施に従うと、フェライトからのZnの回収は、H2SO4の50ないし200g/Lの高酸濃度を用いる特定の水素−治金学的残留物処理を必要とする。米国特許第4415540号明細書中に、このタイプの方法が示されている。
【0003】
この酸処理の欠点は、Znに加えて、Fe及びAs、Cu、Cd、Ni、Co、Tl、Sbのような他の不純物の殆ど全てを溶解することである。これらの元素の低い濃度でさえ、それに続くZnの電解採取を妨害するため、それらは硫酸亜鉛溶液から除去する必要がある。Cu、Cd、Co、Ni及びTlはZn粉末の添加により沈殿させられるのに対して、Feは一般的に、加水分解を通じてヘマタイト、鉄ミョウバン石又は針鉄鋼として除去される。重金属の流出の危険性のために、これらのFe含有残留物は、十分に管理されている埋立地中に廃棄しなければならない。このような残留物の埋め立ては、しかしながら、深刻な環境的な外圧にさらされ、該方法の持続可能性を問題の多いものにしている。上記処理のもう一つの欠点は、Fe含有残留物中のIn、Ge、Ag及びZnのような金属の損失である。
【0004】
フェライト含有残留物のもう一つの処理が幾つかの工場で適用されているが、それはウエルツキルン(Waels kilns)を用い、スラグとZn及びPb含有ヒュームを生成する。同様に、ドルシェル(Dorschel)タイプの回転式炎−燃焼炉が回分法で使用されうる。もう一つのアプローチとして該浸出残留物は、燃料としてコークスを用い、ハーフシャフト溶鉱炉中で処理され、Zn及びPb含有ヒューム、マット並びにスラグが生成される。これらの熱−治金学的処理は一般に優れたZn及びPbの回収をもたらし、また、それらの幾つかは、Ag、Ge及びInのかなりの回収をもたらす。
【0005】
これらの方法は、しかしながら、大きな単一容器における操作へのスケールアップができないため、現代の亜鉛精錬業者にとっては不適当である。この事実により、これらは今日の精錬業者のための費用効率の高い解決策ではない。
【0006】
溶融反応器法はエルツメタル(Erzmetall)53巻(2000年)第6号373−384頁の‘工業的低亜鉛含有残留物から亜鉛回収のための溶融反応器’(Smelting Reactor for Recovering Zinc from Industrial Low Zinc Bearing Residues)中に記載されている。この方法において、還元剤として及び燃料として残留物中に含まれる炭素を用いて、亜鉛と鉛が急速蒸発させられる。酸化鉄、シリカ及びアルミナのような構成物質はスラグを形成するが、それらはその表面上に吹き付けられる天然ガスと酸素の混合物を用
いて亜鉛と鉛を更に消耗させられる。酸化鉄はしかしながら決して金属状態まで還元されない。該溶融反応器は高温で操作され、結果として純粋な酸素を使用し、この方法の経済性を問題の多いものにしている。
【0007】
多くのZn蒸発方法が記載されてきたものの、最近の文献は、EAFダストのようなZn−含有Fe−ベースの第二残留物の処理に集中している。この観点において、直接還元法によるDRI(直接還元鉄)の生成は固相における金属の還元を可能にし、それにより融解物を生成するために必要な極端な温度を避ける。Feが豊富な残留物の処理は、通常、純粋な金属性Feの回収を目的とする。この方法はEAFダストのようなFeが豊富な供給物の処理によく適しているが、しかし本発明の対象である、低−Feの非常に汚染された残留物から高品質DRIを生成することはできない。そのような場合、生成されたDRIは実際Cu、Ag及びGeのような金属を固定し、そしてそのため鉄鋼工業による更なる処理のために不適当である。
【0008】
Feが豊富な残留物の処理のための方法の1例は、アイアンスチールメーカーI及びSM(Iron Steelmaker I and SM)30巻、第4号、55−60頁における‘プリマス(登録商標:Primus)法を用いる亜鉛含有残留物の再利用’(Recycling of Zinc−Bearing Residues with
the Primus(登録商標) process)中に記載されているようなプリマス(登録商標:Primus)法である。この2段階の方法は、鋳造銑鉄のような鉄工業において使用可能な形態に該還元鉄を転換させるために多段炉床DRI炉と電気炉を組み合わせる。この方法の第二工程において、該DRIは、最終還元、脱硫及び炭化に付される。鉄が再酸化されてスラグになることは意図的に避けられる。
【特許文献1】米国特許第4415540号明細書
【非特許文献1】エルツメタル(Erzmetall)53巻(2000年)第6号373−384頁、‘工業的低亜鉛含有残留物から亜鉛回収のための溶融反応器’(Smelting Reactor for Recovering Zinc from Industrial Low Zinc Bearing Residues)
【非特許文献2】アイアンスチールメーカーI及びSM(Iron Steelmaker I and SM)30巻、第4号、55−60頁、‘プリマス(登録商標:Primus)法を用いる亜鉛含有残留物の再利用’(Recycling of Zinc−Bearing Residues with the Primus(登録商標) process)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の第一の目的は、Zn製造工業の残留物からのCu、Ag、Ge及びZnのような非鉄金属の広範な分離及び回収のための方法を提供することであり、更に、該方法はFeのための環境的に許容される生産を保障する必要がある。しかしながら、現実のFeの維持は、意図された残留物中おけるその比較的に低い濃度により及びどちらかというと低いその本質的価値により重要でない。
【課題を解決するための手段】
【0010】
これらの目的は、Zn−、Fe−及びPb−含有残留物中の金属分を維持するための方法により達成されるものであり、該方法は:
−前記残留物を直接還元工程に付し、それによって金属性のFe−含有相とZn−及びPb−含有の第一ヒュームを生成し;
−前記Zn−及びPb−含有の第一ヒュームを抽出し、Zn及びPbを維持し;
−前記金属性のFe−含有相を酸化精錬工程に付し、それによりFe−含有スラグと第二の金属−含有ヒュームを生成し;
−前記第二の金属−含有ヒュームを抽出し、少なくともその金属含有量の一部を維持する工程を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明の一つの実施態様において、前記直接還元工程において、Zn−、Fe−及びPb−含有残留物中に含まれるFeの少なくとも50%、好ましくは少なくとも90%を含有する金属性のFe−含有相が得られ;もう一つの実施態様において、前記酸化工程の間に、前記金属性のFe−含有相中のFeは、スラグ中で主にFeOに酸化され、好ましくは前記金属性のFe−含有相中のFeの少なくとも50%、好ましくは少なくとも90%がFeOに酸化される。
【0012】
前記Zn−、Fe−及びPb−含有残留物は中性浸出残留物又は弱酸浸出残留物でありえる。スラグの流動性はFe23の大量の形成を回避することにより増大することができ、そのため、酸化は主にFeOの形成に限定される。砂のような酸性流動物の、及び好ましくは石灰、石灰石又は苦灰石のような酸性及び塩基性流動物の混合物の好適な量の存在もスラグの流動性を増大し、そのため、より低い作業温度が可能となる。
【0013】
もし存在すれば、金属性Fe含有相からのCu及びAgの大部分は、酸化精錬工程の間に、分離されたCu含有相中に集められ得る。
【0014】
Zn−、Fe−及びPb−含有残留物がまたGeを含む場合、直接還元工程において生成される第一ヒューム中に存在するGeの画分が、分離されそして酸化精錬工程に転送され得る。このGeの分離は好ましくは、Fe水酸化物との共沈殿又はタンニン酸の添加により達成される。同様の原理がInのために適用される。
【0015】
第一ヒュームは、有利には、直接還元工程のために使用される反応器中で酸化される。
【0016】
直接還元工程に使用する反応器は、多段炉床炉であり得る;酸化精錬工程のための反応器は、サブマージランス炉(submerged lance furnace)であり得る。
【0017】
本発明の詳細はここで議論される。天然ガス、石炭又はコークスのような還元剤、及び可能であれば該装填物の焼結を避けるために石灰石(CaCO3)のような流動物の添加
の後、第一工程は残留物の還元よりなり、それにより、Zn−及びPb−含有ヒュームと、Feの他にCu及びAgのような価値ある金属を含有するDRI含有相が生成される。これらのヒュームの浸出を通して、Zn及びPbは、Pb含有残留物及びZn含有浸出液中に分離することができる。Geは、もし存在するならば、同様に浸出液中に溶解され、Ge含有残留物として沈殿し、酸化炉へ供給し、広範なGe回収を更に増強することができる。
【0018】
上記DRI含有相は、好ましくは石灰石及び砂の添加の後に、第二炉中で溶解及び酸化される。FeからFeOへの、及びおそらくはFe23への前記酸化は、特に発熱性であり全ての必要とされるエンタルピーをもたらす。該工程は、例えば総供給物の10%が約25%の水分含有率を有するGe含有残留物からなる場合においても依然自己発熱性である。しかしながら、50%以上のFeが、FeOへの代わりにFe23へ酸化される場合、該スラグの液相線温度の上昇は内面摩損及び高エネルギー要求の増大のような不都合を引き起こす。金属として回収される代わりにFeがスラグ化されることは、優れた非鉄金属の分離及び回収を達成するために支払われる代償としては小さい。該スラグは環境保護的に許容されると考えられ、コンクリート中の砂利代用品として品位向上することさえできる。このスラグの次に2つの他の流体がこの操作において回収される:典型的にはGe
及びInを含むヒューム及びAgのような貴金属を含むCu含有相。この相は、Cu豊富な流れ及びAg豊富な流れにCu及びAgを分離する、古典的なCuの又は貴金属のフローシートにおいて精製することができる。該ヒュームは浸出させることができ、また、Geの生成のための原料として使用することができる。
【0019】
多段炉床炉及びサブマージランス炉(submerged lance furnace)のような有用な反応器のタイプは、本発明で記載の大きな単一容器における操作に適している。プロセス全体がエネルギー効率に優れ、低い作業費用を負担し、高い金属分の回収を保証する。
本発明は、従って、水素−治金学的Zn残留物処理と経済的に匹敵し得る基本的に廃棄物の出ない製法を提供する。
【実施例】
【0020】
以下の実施例は、焙焼され、その後、浸出された閃亜鉛鉱中に含まれる、異なった非鉄金属の分離を示す。異なった供給物及び生成物の分析を、物質バランスと伴に表1に示した。
【0021】
主に、亜鉛フェライト(ZnO.Fe23)、硫酸鉛(PbSO4)、硫酸カルシウム
(CaSO4)、硫酸亜鉛(ZnSO4)及びCaO、SiO2、MgO、Al23、Cu2O、SnO等の不純物からなる弱酸浸出残留物の10.000gを乾燥し、>85% Cの純度を有するコークス3.000gと十分に混合した。該コークスの量は、供給組成物における変動に対処するために約5%の過剰分を伴って、DRI中のFe及び他の金属を還元し並びにヒューム中のZn及び他の金属を蒸発するために計算された。該浸出残留物の金属含有量は表1に示され、該表において“その他”は上記で加算された不純物を、及び結合した酸素及び硫黄を指す。コークスについては“その他”は、その灰の含有量を指す。この実験において、何の流動物も添加しなかった。
【0022】
該混合物を、それから内径が454mmで高さが470mmの直接還元炉中に装填した。2本のアームを中心シャフトに垂直に取り付けた。該シャフトは2rpmで回転させた。各アームには該装填物を連続的に撹拌する4つの歯を設置した。該歯は、1本のアームが中心シャフトに向かって該装填物を押し、一方他のアームが反対方向に押すように配置され、結果として、炉の周辺に堆積することなく該装填物が連続撹拌された。該炉中の雰囲気は空気と天然ガスの混合物が燃焼される、分離された燃焼室を用いることにより調節した。基準のガス流量は、天然ガス6Nm3/hr及び空気47Nm3/hrであり、ラムダ値1を導いた。2時間の間に、炉の雰囲気の温度が1100℃に到達するまで該混合物が徐々に加熱された。;この温度は約4時間維持された。ヒュームは毎時間空にされるカートリッジフィルターを用いて集めた。表1に示された該ヒュームの分析は、毎時集められたサンプルの平均分析である。これらのヒュームはZn及びPbにおいて豊富であり、ZnO及びPbO/PbSO4として存在した。表1の“その他”は主にヒューム金属と
結合した酸素及び硫黄と、幾らかの繰越分からなる。
【0023】
還元工程の終わりにおいて、DRIは炉から取り除かれ、分析のためにサンプリングされた。得られたDRIは、供給物に対して、Agの88%、Cuの99%、Geの70%、Znの7%及びFeの98%を含んでいた。DRIにおける低いFeの含有量(41.9%)がコークス残部及び残留物からのCaO、SiO2、Al23及びMgOのような
軽金属酸化物で希釈されることにより引き起こされた。このことは、得られたDRIを典型的にFeを80ないし90%含有する古典的なDRI´sから識別する。
【0024】
第二工程において、該DRIに砂と石灰石が添加され、結果として得られた混合物は酸化炉に装填された。溶融浴を通して空気を泡立てながら、溶鉱炉中、N2雰囲気下で溶融
され、1200℃で3時間維持され、コークスからの残存Cの燃焼及びFeからFeOへの酸化が結果として起きた。FeからFeOへの酸化のために必要な空気の量は、表1に示されたDRIの分析に基づいて計算された。可能な限り低い液相線温度のスラグが得られるようにFe23の生成は避けられた。コークスの燃焼及びFeからFeOへの転換は、O2の濃縮なしに炉を操作するために十分なエネルギーを発生した。
【0025】
前記酸化精錬工程の後、三つの分離された相が回収された:ヒューム、スラグ及びCu−含有相。該ヒュームはカートリッジフィルター内に集められた。表1はこれらのヒュームが再びZn及びPbにおいて豊富であることを示した。ヒュームの低い総量のおかげで、Ge及びIn等の元素、同様にAs、Sn、Bi及びSb等の不純物は、供給物に対してかなり濃縮される。
【0026】
スラグの環境保護的な安定性は、スラグそのまま及びスラグ30%及びセメント10%を含有するコンクリートの形成後において試験した。試験は、材料が4mmより小さなSPDに破壊され、酸性水に浸漬される欧州標準NEN7343に従って行われた。浸出性は非鉄の治金学的スラグのためのVLAREA(“Vlaams reglement voor afvalvoorkoming”)標準に従って評価された。スラグ及びスラグ含有コンクリートの両方の浸出性は、建設業を対象とする製造物に適用できる限度に対して、十分に低いことが証明された。
【0027】
Cu−含有相及びスラグはデカンテーションにより分離され、サンプリングされ、分析された。該スラグ分析は浸出可能なPbのような重金属の最小量を示し、環境保護的にきれいなスラグが得られることが確認された。スラグ中の“その他”の高いパーセンテージは、CaO、SiO2、MgO及びAl23に起因する。
【0028】
Cu−合金は、主にFe、As、Sb、Snである不純物を伴って、供給物中のAgの89%及びCuの80%を含む。
【表1】

【表2】

【表3】

【表4】

【表5】

【0029】
本発明の方法は従って、以下に示す金属の分離を達成する:
−異なった残留物におけるPb及びGeの分離のための公知の手法により処理することができる第一ヒューム中のZn、Pb及び少量のGe、及び浸出液中のZn;
−古典的なCu及び貴金属のフローシートを用いて精製することができる合金中のCu及びAg;
−非常にGe−濃縮され、高い費用効率でGeを精製することができる第二ヒューム中のGe;
−例えばコンクリートにおける砂利の代用品として再利用可能な、不活性で環境保護的にきれいなスラグ中のFe。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
Zn−、Fe−及びPb−含有残留物中の金属分を維持するための方法であって:
−前記残留物を直接還元工程に付し、それによって金属性のFe−含有相とZn−及びPb−含有の第一ヒュームを生成し;
−前記Zn−及びPb−含有の第一ヒュームを抽出し、Zn及びPbを維持し;
−前記金属性のFe−含有相を酸化精錬工程に付し、それによりFe−含有スラグと第二の金属−含有ヒュームを生成し;
−前記第二の金属−含有ヒュームを抽出し、少なくともその金属含有量の一部を維持する工程を含む方法。
【請求項2】
前記直接還元工程において、前記Zn−、Fe−及びPb−含有残留物中に含まれるFeの少なくとも50%、好ましくは少なくとも90%を含有する金属性のFe−含有相が得られる請求項1記載の方法。
【請求項3】
前記酸化工程の間、前記金属性のFe−含有相中のFeが、スラグ中で主にFeOに酸化されることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
【請求項4】
前記酸化精錬工程において、前記金属性のFe−含有相中のFeの少なくとも50%、好ましくは少なくとも90%がFeOに酸化される請求項3記載の方法。
【請求項5】
前記Zn−、Fe−及びPb−含有残留物が中性浸出残留物又は弱酸浸出残留物である請求項1ないし4の何れか1項に記載の方法。
【請求項6】
前記酸化精錬工程において、酸性流動物、好ましくは酸性及び塩基性の流動物の混合物が存在することを特徴とする請求項3又は4記載の方法。
【請求項7】
前記Zn−、Fe−及びPb−含有残留物がCu及びAgを含有し、そして、前記酸化精錬工程の間、Cu及びAgの大部分を含む分離されたCu−合金相が生成されることを特徴とする請求項1ないし6の何れか1項に記載の方法。
【請求項8】
前記Zn−、Fe−及びPb−含有残留物がGeを含有し、そして、前記直接還元工程後に、前記第一ヒューム中に存在するGeの画分が分離されそして前記酸化精錬工程へ転送されることを特徴とする請求項1ないし7の何れか1項に記載の方法。
【請求項9】
Geの分離がFe水酸化物との共沈殿又はタンニン酸の添加により行われる請求項8記載の方法。
【請求項10】
前記第一ヒュームが前記直接還元工程のために使用された反応器中で酸化される請求項1ないし9の何れか1項に記載の方法。
【請求項11】
前記接還元工程のために使用される反応器が多段炉床炉である請求項1ないし10の何れか1項に記載の方法。
【請求項12】
前記酸化精錬工程のために使用される反応器がサブマージランス炉(submerged
lance furnace)である請求項1ないし11の何れか1項に記載の方法。


【公表番号】特表2007−506860(P2007−506860A)
【公表日】平成19年3月22日(2007.3.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−518000(P2006−518000)
【出願日】平成16年6月8日(2004.6.8)
【国際出願番号】PCT/EP2004/006238
【国際公開番号】WO2005/005674
【国際公開日】平成17年1月20日(2005.1.20)
【出願人】(502270497)
【Fターム(参考)】