説明

硫化精製用横型回転炉およびこれを用いた銅ドロスの硫化精製法

【課題】回転炉の局所的過熱を防止しつつ、溶解時間の短縮を図ることが可能な硫化精製用回転炉およびこれを用いた銅ドロスの硫化精製方法を提供する。
【解決手段】銅ドロスから銅を硫化銅として鉛と分離する硫化精製用回転炉であって、炉口において、発生する火炎を炉内に吹き込むようにノズルを設ける高圧バーナと、高圧バーナとは分離して、ノズルの近傍に開口部を有する、純酸素を吹き込むための酸素吹込み管とを有する硫化精製用回転炉を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、銅と鉛を含む銅ドロスから、銅を硫化銅として分離する硫化精製工程に用いられる横型回転炉、および、これを用いた銅ドロスの硫化精製法に関する。
【背景技術】
【0002】
鉛と亜鉛とを含む原料より、鉛と亜鉛とを同時に製錬して、鉛と亜鉛とを回収する方法として、ISP(Imperial Smelting Process)法がある。ISP法では、原料を酸化焙焼して得た焼鉱と、還元剤および熱源としてのコークスとを、交互に溶鉱炉に装入する。装入した焼鉱は、溶鉱炉内に吹き込まれた熱風によるコークス燃焼に伴って、加熱還元され、亜鉛が蒸気として炉ガスとともに上昇して、炉頂から約1000℃で鉛スプラッシュコンデンサに入る。
【0003】
鉛スプラッシュコンデンサには、大量の溶融鉛が溜められており、撹拌機により多量の鉛スプラッシュが発生されている。ガスが、鉛スプラッシュコンデンサの中を通過する際、ガス中の亜鉛蒸気と鉛スプラッシュとが接触して、亜鉛蒸気は急冷凝縮され、鉛中に溶け込む。
【0004】
その後、スプラッシュコンデンサの溶融鉛は、ポンプアップされ、冷却樋へ送り出され、相分離され、亜鉛は回収され、鉛はスプラッシュコンデンサに戻される。
【0005】
一方、原料中の鉛は、溶鉱炉で溶融され、溶鉱炉の炉底よりスラグと共に粗鉛として前床に取り出され、分離される。
【0006】
得られる粗鉛は、銅をはじめとして、金、銀などの有価物を含むため、たとえば、脱銅鍋に入れ、鉛を撹拌機により激しく撹拌して浮き上がってきたドロスを、その都度すくいとることによりスキミングして、銅ドロスと粗鉛とに分離する(特許文献1参照)。
【0007】
これは、溶融している粗鉛を冷却する過程において、銅およびその他の不純物を多く含む相の密度と、鉛の密度との差により分離が起こり、不純物を多く含む相が浮き上がって、ドロスを形成することを利用している。このようにして得られた粗鉛は、電解精製に供される。
【0008】
一方、銅ドロスは、鉛を多く含むため、硫黄およびソーダ灰、鉄、粉コークスなどを添加し、反射炉、横型回転炉などを用いて、溶解し、銅を硫化銅として鉛と分離する硫化精製工程に供される。
【0009】
横型回転炉には種々の構造のものがあるが(たとえば、特許文献2、特許文献3参照)、かかる硫化精製工程に用いられる横型回転炉も基本的には同様の構造である。具体的には、図2に示すように、横型回転炉1は、耐火材を内張りした円筒体からなる炉体2(たとえば、外径:3.3m、長さ4m)からなり、炉体2の一端側には、バーナ口および排気口を兼ねる炉口3が設けられている。また、炉体2の外周の一部に、出湯口(図示せず)が設けられている。炉体2は、図示しない支持ローラにより支持され、所定の回転速度で回転するようになっている。
【0010】
炉口3には、炉体2の内部に向けて高圧バーナ4が配置されている。高圧バーナ4には、重油、ガスなどの燃料および図示しないファンにより二次燃焼に必要な量の二次空気も含めた空気が加圧されて供給され、高圧バーナ4により、火炎、燃料ガスおよび空気が炉内に吹き込まれる。
【0011】
また、炉口3側には、該炉口3を覆うように入口が配された排煙道(図示せず)が設置されている。
【0012】
このような横型回転炉1を利用した銅ドロスの硫化精製工程では、炉体2を回転させつつ、高圧バーナ4の火炎を炉内に吹込み、高圧バーナ4を通じて導入される火炎と燃料ガスと二次空気とにより、炉体レンガおよび炉内の銅ドロスを、均一に850℃〜900℃の範囲に維持している。そして、炉内の銅ドロスの溶解を促進し、銅ドロス中の銅を硫化銅とし、鉛を粗鉛として分離回収している。この間、排ガスは、開口部3から排煙道を通じて排出される。なお、得られた硫化銅は、通常、銅製錬工程で処理される。
【0013】
硫化精製工程では、円滑に炉内の内容物を加熱溶解し、炉体2の回転により内容物を撹桴して、内容物を均一に所定温度まで昇温することが重要である。
【0014】
しかしながら、このような横型回転炉1を用いて銅ドロスを処理するため、炉内を所定温度に昇温するには、炉体放散熱、排ガス持去り顕熱のヒートロスにより、約10時間もの長い時間を要するという問題がある。
【0015】
このような問題を解消する手段として、高圧バーナに代わりに純酸素を供給する酸素バーナを使用することにより、排ガスの持ち去り顕熱を低減させることができる。
【0016】
しかしながら、高圧バーナ4に純酸素のみを供給して用いた場合、発生する火炎が1.5m程度の長さと短フレイム化するため、横型回転炉1の炉口3近辺が局所的に加熱され、これにより、炉体2のレンガ熔損が発生し、定期的な補修が必要となるため、却ってコストが嵩むという問題がある。また、かかる局所的な加熱による高融点酸化物の炉内居着きにより、炉体2の炉容積が減少し、結果として、銅ドロスの処理量が減少するという問題がある。
【特許文献1】特開平4−224639号公報
【特許文献2】特開2001−3122号公報
【特許文献3】特開平7−70662号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
本発明の目的は、以上のような問題を解決すべく、横型回転炉の局所的な加熱を防止しつつ、溶解時間の短縮を図ることが可能な硫化精製用回転炉およびこれを用いた銅ドロスの硫化精製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明は、銅ドロスから銅を硫化銅として鉛と分離するための硫化精製用横型回転炉およびこれを用いた銅ドロスの硫化精製方法に係る。
【0019】
特に、本発明に係る硫化精製用横型回転炉は、一端に炉口を有する円筒形の炉体と、該炉口近傍にノズルが設けられ、該ノズルから炉内に向けて火炎と燃料ガスを吹き込む高圧バーナと、該高圧バーナとは分離して、前記ノズルの近傍に吹込み口を有し、該吹込み口から炉内に向けて純酸素を吹き込む酸素吹込み管とを備えることを特徴とする。
【0020】
前記酸素吹込み管の向きおよび位置を調整可能に固定する構造をさらに備えることが好ましい。
【0021】
また、前記酸素吹込み管の外周の全部または一部に保護管が設けられていることが好ましい。なお、該保護管は、ステンレス製であることが好ましい。
【0022】
本発明に係る銅ドロスの硫化精製方法は、上記の硫化精製用横型回転炉を用い、少なくとも銅ドロスを溶解する間、炉内において前記燃料ガスの二次燃焼に必要な量の純酸素を前記酸素吹込み管により、前記高圧バーナのノズルの近傍に供給することを特徴とする。なお、この際、高圧バーナへの大気の供給量を低減させる。
【発明の効果】
【0023】
本発明の硫化精製用横型回転炉により、銅ドロスの硫化精製工程において、銅ドロスを溶解する間、高圧バーナのノズル近傍に二次燃焼用として必要な量の純酸素が吹き込まれ、従来の高圧バーナを用いた横型回転炉と比較して、火炎温度を上昇させることができると同時に、二次空気量を削減することができる。よって、排ガス量を削減することができるため、排ガスの持ち去り顕熱を有意に減少させることができる。
【0024】
一方、本発明に係る横型回転炉では、高圧バーナを用いているため、酸素バーナを用いた横型回転炉とは異なり短フレイム化が認められないため、炉体のレンガ溶損および炉容積の減少などを減少させることができる。
【0025】
この結果、回転炉の局所的な加熱による問題を回避しつつ、溶解時間の短縮を図ることができ、操業時間の短縮、銅ドロス処理量の増加、純酸素の使用による効果的な操業原単位削減、および、炉体のレンガ溶損による補修のための休止損失の低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
図面を参照して、本発明を説明する。図1は、本発明の横型回転炉の一実施態様を斜視図で示す。
【0027】
本発明の硫化精製用の横型回転炉1は、耐火レンガなどの耐火材を内張りした円筒体からなる炉体2からなり、炉体2の一端側には、バーナ口および排気口を兼ねる炉口3が設けられている。銅ドロスの硫化精製に用いられる横型回転炉1は、一般的に、外径3.3m、長さ4mで、鉄製の炉体を有する。
【0028】
従来と同様に、炉体2の外周部に図示しない出湯口が設けられ、また、図示しない支持ローラにより支持され、所定の回転速度で回転するようになっている。
【0029】
炉口3には、炉体2の内部に向けて高圧バーナ4が配置されている。高圧バーナ4には、重油、ガスなどの燃料および図示しないファンにより二次燃焼に必要な量の二次空気が加圧されて供給され、炉口3の近傍に設けられたノズルから、火炎、燃料ガスおよび二次空気が炉内に吹き込まれる。ただし、供給される空気については、バルブなどの調節機構により、その流量を制限することが可能となっている。
【0030】
また、炉口3側には、該炉口3を覆うように入口が配された排煙道(図示せず)が設置されている。
【0031】
本発明の横型回転炉1では、高圧バーナ4とは分離して、高圧バーナ4のノズルの近傍に開口部を有する、純酸素を吹き込むための酸素吹込み管5を備えることを特徴とする。
【0032】
この酸素吹込み管5は、ステンレス製の管材であり、供給側において、汎用の酸素ボンベ、酸素プラントなどの酸素供給源に接続される。ここで、「純酸素」とは、工業用酸素およびこれに準ずるものをいう。
【0033】
この酸素吹込み管5は、図1に示すように、高圧バーナ4のノズルの近傍に設けられる。また、酸素吹込み管5の向きおよび位置を調整可能に固定する構造を備えることが好ましい。この構造としては、機械部品による取付け手段など、公知の技術のいずれでもよい。かかる構造により、酸素の吹込み角度および吹込み位置を任意に調整することができる。
【0034】
操業においては、少なくとも銅ドロスの溶解開始から完全に溶解するまでの間、高圧バーナ4から炉内への二次空気の供給量を低減させ、その代わりに、かかる酸素吹込み管5により、純酸素を供給する。
【0035】
かかる酸素吹込み管5からの純酸素の吹込みにより、供給時における火炎温度の上昇が可能となる。また、高圧バーナから発生する火炎の長さを適切に調整することが可能となり、炉内における熱分布を均一にすることができる。よって、火炎の短フレイム化が抑制され、回転炉の炉口近辺の局所的な過熱による炉体のレンガ熔損を抑制することができる。
【0036】
さらに、二次燃焼に必要とされる酸素量は、それに必要とされる二次空気としての大気の供給量より低減されるため、排ガス量が削減できる。よって、排ガスの持ち去り顕熱を減少させることが可能となる。
【0037】
本発明の横型回転炉1においては、酸素吹込み管5の外周の全部または一部に、保護管6が設けられる。この保護管6は、酸素吹込み管5の損傷を防止するように機能する。保護管6の材質は、耐熱性および耐食性を考慮して、SUS等のステンレスや耐火物などが好ましい。
【0038】
なお、酸素吹込み管5による酸素吹込み位置を高圧バーナ4の火炎近傍とするのは、横型回転炉1に保護管6を設ける際に、炉体2を貫通させる必要が生ずることを回避するためである。
【0039】
また、銅ドロスを溶解する間、横型回転炉1を静止させておき、銅ドロスが溶解した後、横型回転炉1を回転させて、銅の硫化反応を促進させるような操業を行うことがあるため、酸素吹込み管5の先端を、炉本体の軸方向に伸長可能とするように、保護管の先端を、高圧バーナのノズルの近傍に位置させることが好ましい。このような操業を必要としない場合は、保護管の先端を任意の位置としてもよい。
【実施例】
【0040】
(実施例1)
本発明に係る横型回転炉を試験的に操業し、操業時間、銅ドロスの処理量、操業原単位および補修による休止損失の影響について調べた。
【0041】
耐火レンガにより内張りされた炉体からなる横型回転炉(外径3.3m、長さ4m)の炉内に、銅ドロス9.5トンおよび溶剤を装入した。なお、溶剤の量は、銅ドロスの銅品位と、精製される硫化マット品位とにより調整され、本実施例では2.4トンとした。
【0042】
重油使用量が110〜140L/hrである高圧重油バーナで加熱する際に、酸素吹込み管の向きおよび位置を調整しつつ、昇温開始から銅ドロスが完全に溶解するまで、酸素吹込み管から、純酸素としてボンベ入りの工業用酸素を500リットル/分、導入した。なお、この間、高圧重油バーナに対する大気の供給量を低減させた。銅ドロスの完全な溶解は炉内検尺により確認した。昇温開始から銅ドロスの溶解までの時間は、3時間であった。
【0043】
その後、工業用酸素の供給を停止すると共に、高圧重油バーナに、二次空気として空気ファンで昇圧した大気を供給して、高圧重油バーナによる加熱を継続し、炉内の銅を硫化銅とした。
【0044】
1回の操業に必要とされた時間は、昇温開始から硫化精製の終了までで10時間であった。この結果、硫化銅を4トン、および、粗鉛を5トン得た。
【0045】
以上の横型回転炉の操業を3ヶ月間続けたところ、本発明の横型回転炉を用いた方法では、二次空気として大気を用いる従来の場合と比較して、溶解時間の短縮により全体の操業時間を1時間程度短縮することができた。また、銅ドロスの月当たりの処理量は、従来方法より多い400トンであった。
【0046】
(比較例1)
高圧重油バーナの代わりに純酸素バーナを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、3ヶ月間試験的に横型回転炉の操業を行った。
【0047】
実施例1と比較して、最大で溶解時間が2時間程度短縮されたが、局所的過熱が生じ、回転炉の炉体のレンガ溶損と高融点酸化物の炉内居着きにより、炉容積が減少し、装入可能な銅ドロスおよび溶剤の合計が7トン前後になった。このため、銅ドロスの月当りの処理量は350トンにまで減少した。
【0048】
これに対して、本発明の横型回転炉を用いた実施例1では、炉内における熱分布が均一となり、局所的過熱に伴う、高融点酸化物の炉内居着きが発生および炉容積の減少の発生が共に防止されることで、銅ドロスの処理量を向上させうることが理解される。
【0049】
また、使用した純酸素の量は、純酸素バーナを使用した比較例1と比較して、約30%程度であった。これにより、操業原単位の削減も達成できることが理解される。さらには、炉体のレンガ溶損による補修による休止損失および補修費の削減も可能となることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】図1は、本発明の横型回転炉の一実施態様を示す斜視図である。
【図2】図2は、従来の横型回転炉の従来例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【0051】
1 横型回転炉
2 炉体
3 炉口
4 高圧バーナ
5 酸素吹込み管
6 保護管

【特許請求の範囲】
【請求項1】
銅ドロスから銅を硫化銅として鉛と分離するための硫化精製用横型回転炉であって、
一端に炉口を有する円筒形の炉体と、該炉口近傍にノズルが設けられ、該ノズルから炉内に向けて火炎と燃料とを吹き込む高圧バーナと、該高圧バーナとは分離して、前記ノズルの近傍に吹込み口を有し、該吹込み口から炉内に向けて純酸素を吹き込む酸素吹込み管とを備える、硫化精製用横型回転炉。
【請求項2】
前記酸素吹込み管の向きおよび位置を調整可能に固定する構造を備える、請求項1に記載の硫化精製用横型回転炉。
【請求項3】
前記酸素吹込み管の外周の全部または一部に保護管が設けられている、請求項1または2記載の硫化精製用横型回転炉。
【請求項4】
前記保護管がステンレス製である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の硫化精製用横型回転炉。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか一項に記載の硫化精製用横型回転炉を用いた銅ドロスの硫化精製方法であって、
少なくとも銅ドロスを溶解する間、炉内に送られる二次空気に代えて、炉内において前記燃料ガスの二次燃焼に必要な量の純酸素を前記酸素吹込み管により、前記高圧バーナのノズルの近傍に供給する、銅ドロスの硫化精製方法。

【図1】
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【図2】
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