銅のプロセスフローを詳しく解説

乾式冶金製錬

直火精錬は今日の銅生産の主要な方法であり、主に硫化鉱石の処理のために銅生産量の 80% ～ 90% を占めています。乾式冶金銅製錬の利点は、原料の高い適応性、低エネルギー消費、高効率、および高い金属回収率です。火による銅の製錬は 2 つのカテゴリに分類できます。1 つは高炉製錬、反射炉製錬、電気炉製錬などの従来のプロセスです。 2 つ目は、自溶炉製錬やメルトプール製錬などの最新の強化プロセスです。

20世紀半ば以降の世界的なエネルギー・環境問題の顕著化により、エネルギー不足はますます進み、環境保護規制はますます厳しくなり、人件費は徐々に上昇してきました。これにより、1980 年代以降、銅の製錬技術が急速に発展し、伝統的な方法は新しい強化方法に置き換えられ、伝統的な製錬方法は段階的に廃止されてきました。その後、フラッシュ製錬やメルトプール製錬などの高度な技術が登場し、最も重要な進歩は酸素または濃縮酸素の広範な応用でした。数十年にわたる努力の結果、フラッシュ製錬とメルトプール製錬は基本的に従来の乾式冶金プロセスに取って代わりました。

1. 火災製錬プロセス フロー

乾式冶金プロセスには、主にマット精錬、銅マット（マット）吹き込み、粗銅乾式冶金精錬、陽極銅電解精錬の 4 つの主要なステップが含まれます。

硫黄製錬（銅精鉱マット）: 主に銅精鉱を使用してマット製錬を行い、銅精鉱中の一部の鉄を酸化し、スラグを除去し、銅含有量の高いマットを製造することを目的としています。

マットブロー（マット粗銅）: マットをさらに酸化およびスラグ化して鉄と硫黄を除去し、粗銅を製造します。

火精製（粗銅アノード銅）：粗銅は、酸化およびスラグ化によってさらに不純物が除去され、アノード銅が生成されます。

電解精錬（陽極銅陰極銅）：直流電流を流すことにより陽極銅が溶解し、陰極に純銅が析出します。不純物がアノード泥または電解液に入り、それによって銅と不純物が分離され、カソード銅が生成されます。

2. 乾式冶金プロセスの分類

(1) フラッシュ製錬

自溶炉には、インコ自溶炉、オウトクンプ自溶炉、コントップ自溶炉の 3 種類があります。フラッシュ製錬は、細かく粉砕された材料の巨大な活性表面を最大限に利用して、製錬反応プロセスを強化する製錬方法です。濃縮物を徹底的に乾燥させた後、フラックスとともに酸素富化空気を反応塔に噴霧します。精鉱粒子は1～3秒間宇宙に浮遊し、高温の酸化気流により硫化鉱物の酸化反応が急速に進行し、多量の熱を放出し、マットの生成過程である製錬反応が完了します。反応生成物は自溶炉の沈降槽に落ちて沈降し、銅マットとスラグがさらに分離されます。この方法は主に銅やニッケルなどの硫化鉱石のマット精錬に使用されます。

自溶製錬は 1950 年代後半に生産が開始され、継続的な改善による省エネルギーと環境保護における大きな成果により、40 社以上の企業で推進および適用されてきました。このプロセス技術には、大規模な生産能力、低エネルギー消費、低汚染という利点があります。単一システムの最大銅鉱石生産能力は40万t/a以上に達し、20万t/a以上の規模の工場に適しています。ただし、原料は含水率0.3％以下まで深く乾燥し、濃縮粒径は1mm以下、原料中の鉛や亜鉛などの不純物は6％以下であることが必要です。このプロセスの欠点は、装置が複雑であること、煙や粉塵の発生率が高いこと、スラグ中の銅含有量が高く、希釈処理が必要なことです。

2) 溶融池の融解

メルトプール製錬には、テエンテ銅製錬法、三菱法、オスメット法、バヌコフ銅製錬法、イサ製錬法、ノランダ法、上吹き回転転炉法（TBRC）、銀銅製錬法、水口山銅が含まれる精錬法と東営底吹き酸素富精錬法があります。溶融池製錬は、溶融物に空気または工業用酸素を吹き込みながら微細な硫化物精鉱を溶融物に添加し、激しく撹拌される溶融池中で製錬プロセスを強化するプロセスです。空気の吹き込みによって溶融池にかかる圧力により、気泡が溶融池中を上昇し、「溶融柱」が移動し、溶融物に大きな入力が加えられます。炉の形式には横型、竪型、回転式、固定式があり、吹き出し方式には横吹き、上吹き、下吹きの3種類があります。

プール溶解は 1970 年代に産業界に適用されました。溶融池の溶解プロセスにおける良好な熱および物質移動効果により、冶金プロセスを大幅に強化することができ、装置の生産性を向上させ、製錬プロセスにおけるエネルギー消費量を削減するという目標を達成できます。さらに、炉の材料に対する要件はそれほど高くありません。乾燥、湿潤、大型、粉末など、さまざまなタイプの濃縮物が適しています。炉は体積が小さく、熱損失が少なく、省エネと環境保護に優れています。特に、自溶精錬に比べて煙や粉塵の発生率が大幅に低くなります。