JP2006176857A

JP2006176857A - スラグフューミング方法。

Info

Publication number: JP2006176857A
Application number: JP2004373399A
Authority: JP
Inventors: Junichi Takahashi; 純一高橋; Keiji Fujita; 敬二藤田; Toshiro Tan; 敏郎丹
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグから亜鉛と鉛を揮発分離するスラグフューミング方法において、ヒ素及びアンチモン含有量が少ない亜鉛と鉛を含むフュームと安定的に土壌環境基準を満足することができるスラグとを生成させるとともに、該フュームを金属状態で効率的に回収することができるスラグフューミング方法を提供する
【解決手段】前記スラグに銅源を添加した後にスラグのフューミングを行ないうこと、および生成された亜鉛と鉛を含有するフュームを金属状態で熔融鉛中に捕集することを特徴とするスラグフューミング方法などによって提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、スラグフューミング方法に関し、さらに詳しくは、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグから亜鉛と鉛を揮発分離するスラグフューミング方法において、ヒ素及びアンチモン含有量が少ない亜鉛と鉛を含むフュームと安定的に土壌環境基準を満足することができるスラグとを生成させるとともに、該フュームを金属状態で効率的に回収することができるスラグフューミング方法に関する。

亜鉛及び／又は鉛製錬において、ＩｍｐｅｒｉａｌＳｍｅｌｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓと呼ばれる亜鉛と鉛を同時に製錬する熔鉱炉法（以下、ＩＳＰと略称する場合がある。）が広く用いられている。前記ＩＳＰで熔鉱炉で発生するスラグの処理方法は、スラグを熔鉱炉の前床に導いて含銅粗鉛と炉鉄を粗分離した後水砕して、セメント原料用等の製品スラグとされている。また、一般には、前記スラグは、亜鉛含有量が高く、鉛とともに、スパイスの成分であるヒ素、アンチモンその他の金属を含むため、フューミング炉に装入してスラグフューミングを行ったのち水砕して製品化される。

前記スラグフューミングは、熔融状態のスラグを加熱還元することによって、スラグに含まれる亜鉛、鉛、ヒ素、アンチモン等の金属を揮発させるものである。これによって、スラグから亜鉛と鉛を回収するとともに不純物金属を除去することができ、清浄化されたスラグが得られる。ここで、スラグフューミング処理は、ガス吹き込み用のランス又は炉下部に羽口を備えた加熱炉を用いて行われる。例えば、ガス吹き込み用のランスを備えた炉を用いて、該炉内に装入したスラグにランスを浸漬してランス先端から重油、微粉炭等の炭素質燃料と空気を噴出させることにより、スラグ中の金属を還元し揮発させる処理である。処理後のスラグは前記炉底部から抜き出され、揮発された金属からなるフューム（以下、フュームと略称する場合がある。）は前記炉頂部への移動の途中で空気を加えて酸化されて亜鉛と鉛を含むフューミングダストとして回収される。

しかしながら、スラグフューミング処理では、回収の主目的元素である亜鉛と鉛とともに、低沸点で蒸気圧の高いヒ素、アンチモンなどの１５族元素が揮発し、回収した亜鉛と鉛ダスト中に濃縮する。これら１５族元素は、回収した亜鉛と鉛とともに、例えば、前記熔鉱炉法の焼結工程に繰り返されるが、焼結工程で揮発して排ガス処理系統への負荷を増加させること、あるいは焼結塊とともに熔鉱炉内へ装入されると、高融点金属化合物であるスパイスを生成させる原因となって、熔鉱炉操業を困難にさせるという問題があった。
また、フュームを酸化して生成された亜鉛と鉛を含むフューミングダストを焼結工程へ繰り返すことは、再度焼結と熔鉱の工程を経てから回収されることとなるため、コストの上昇につながるという問題があった。
また、スラグフューミング処理のばらつきにより、鉛又はヒ素といった有害元素がスラグ中に残留した場合には、上記清浄化されたスラグの溶出試験において、土壌環境基準を満足することができないという問題がおこるので、安定的に土壌環境基準を満足する方法が望まれていた。

この解決策として、スラグの改質方法が提案されており、代表的なものとしては、熔鉱炉産出のスラグを前床に導いて含銅粗鉛と炉鉄を粗分離した後、電気炉で加熱して含銅粗鉛と炉鉄を沈降分離して、その後フューミング炉で処理する２段処理（例えば、特許文献１参照。）が挙げられる。しかしながら、この方法では、スラグの亜鉛、鉛及びヒ素の含有量及びスラグの土壌環境基準は満足されるが、ヒ素とアンチモンの揮発については根本的な解決策は得られないという問題、及び揮発回収された亜鉛及び鉛を焼結工程へ繰り返すという効率上の問題があった。

以上の状況から、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのフューミング方法において、ヒ素及びアンチモン含有量が少ない亜鉛と鉛を含むフュームを効率的に回収するとともに、安定的に土壌環境基準（環境庁告示第４６号による溶出試験でのＰｂ、Ａｓ溶出量：各０．０１ｍｇ／Ｌ以下）を満足することができるスラグを得ることができるスラグフューミング方法が求められている。
特開平１１−２６９５６７号公報（第１頁、第２頁）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグ亜鉛と鉛を揮発分離するスラグフューミング方法において、ヒ素及びアンチモン含有量が少ない亜鉛と鉛を含むフュームと安定的に土壌環境基準を満足することができるスラグとを生成させるとともに、該フュームを金属状態で効率的に回収することができるスラグフューミング方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出される亜鉛、鉛及びヒ素を含有するスラグのスラグフューミング方法について、鋭意研究を重ねた結果、前記スラグに銅源を添加した後にスラグのフューミングを行ない、ここで生成するフュームを金属状態のままで熔融鉛中に捕集したところ、ヒ素及びアンチモン含有量が少ない亜鉛と鉛を含むフュームを金属状態で効率的に回収することができること、及び安定的に土壌環境基準を満足することができるスラグとを生成させることができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグから亜鉛と鉛を揮発分離するスラグフューミング方法において、前記スラグに銅源を添加した後にスラグのフューミングを行なうこと、および生成された亜鉛と鉛を含有するフュームを金属状態で熔融鉛中に捕集することを特徴とするスラグフューミング方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記フューミングは、温度を１０７５〜１５００℃に維持するとともに、スラグの酸素分圧を次式に示す範囲に制御しながら行なうことを特徴とするスラグフューミング方法が提供される。
−８＞ｌｏｇＰｏ_２＞−１１．５
（但し、式中、Ｐｏ_２はａｔｍ単位によるスラグ中の酸素分圧を表し、かつ１４００℃の温度基準に換算したものである。）

また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、前記フュームを捕集する際に、鉛スプラッシュコンデンサーを用いることを特徴とするスラグフューミング方法が提供される。

本発明のスラグフューミング方法は、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグから亜鉛と鉛を揮発分離するスラグフューミング方法において、ヒ素及びアンチモン含有量が少ない亜鉛と鉛を含むフュームを得て、これを金属状態のままで熔融鉛中に捕集することによりヒ素とアンチモンの含有量が少ない亜鉛を回収することができるので、亜鉛の回収コストの削減が行なえる。
さらに、前記フュームの捕集に際して、ＩＳＰに用いられている鉛スプラッシュコンデンサー等の既存設備の利用を行なえば、よりコストの削減が行なえる。
また、安定的に土壌環境基準を満足することができるスラグとを生成させることができるので、セメント用材等多岐にわたる用途に用いられる。以上のように、その工業的価値は極めて大きい。

以下、本発明のスラグフューミング方法を詳細に説明する。
本発明のスラグフューミング方法は、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグから亜鉛と鉛を揮発分離するスラグフューミング方法において、前記スラグに銅源を添加した後にスラグのフューミングを行なうこと、および生成された亜鉛と鉛を含有するフュームを金属状態で熔融鉛中に捕集することを特徴とする。

本発明において、前記スラグに銅源を添加した後にスラグのフューミングを行なうことと、生成された亜鉛と鉛を含有するフュームを金属状態のままで熔融鉛中に捕集することとが重要な意義を有する。これによって、ヒ素及びアンチモン含有量が少ない亜鉛と鉛を含むフュームと安定的に土壌環境基準を満足することができるスラグとが得られるとともに、該フュームを金属状態で効率的に回収することができる。

すなわち、銅源を添加することによって、ヒ素とアンチモンをそれらが安定して含有されるＣｕ−Ｆｅ−Ｐｂ−Ａｓ系銅合金の均一融体中に分配させて、フューミングによる揮発を抑制することができる。したがって、フューミングにより生成された亜鉛と鉛を含むフュームとフューミング後のスラグへのヒ素及びアンチモンの分布を低減することが達成される。また、前記フュームを金属状態のままで熔融鉛中に捕集することによって、該熔融鉛から亜鉛と鉛をコスト上効率的に回収することができる。これに対して、従来のスラグフューミング方法では、フュームを酸化して亜鉛及び鉛を酸化物形態で含むダストとして回収していた。

ここで、前記銅源の添加に伴なうＣｕ−Ｆｅ−Ｐｂ−Ａｓ系銅合金の均一融体の生成について、図面を用いてより詳しく説明する。図１は、銅―鉄二元系状態図を示す。
図１より、例えば、１３５０℃では、銅中に鉄が約１５％まで熔融し均一融体となることが分かる。すなわち、鉄スパイスが金属状の銅と共存した際には、鉄スパイスは銅中に熔融し、一部の鉛とともに銅主体のＣｕ−Ｆｅ−Ｐｂ−Ａｓ系銅合金の均一融体を生成することになる。高銅品位領域では、均一融体を形成する銅に対する鉄の溶解量は温度によって変化し、温度が高いほど溶解量は増加する。したがって、高温度で行うほど、少ない銅量でも処理が可能であるというメリットを有する。

本発明の方法においてフューミングは、以下のように行うことができる。
例えば、ガス吹き込み用のランスを備えたスラグフューミング炉を用いて、炉内に装入したスラグ及び銅の融体にランスを浸漬してランス先端から重油、天然ガス、微粉炭等と酸素含有ガスを噴出するガス吹錬を行い、これらを混合撹拌するとともに、融体内を所定の還元性雰囲気として、亜鉛、鉛、ヒ素、アンチモン等を金属状態へ還元する。ここで、金属化された亜鉛の大部分と鉛の一部を揮発させてフュームを形成する。

一方、金属化されたヒ素とアンチモンは、蒸気圧が高いという性質と、鉄及び銅との親和力が強いという性質を有している。そこで、銅融体が共存するとヒ素とアンチモンは銅と反応する。ここで、銅中のヒ素の活量は、ヒ素濃度が低い場合には著しく小さいので、ヒ素が銅中に溶融あるいは固溶すれば、ヒ素の蒸気圧は十分に小さくなり、揮発することなく銅合金を形成することになる。アンチモンに関しても、ヒ素と同様の挙動を示し、前記銅合金の均一融体に含有される。

上記方法で用いるスラグとしては、特に限定されるものではなく、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出される、亜鉛、鉛のほかにヒ素又はヒ素及びアンチモンを含有する還元性雰囲気で形成されたスラグが用いられる。例えば、上記ＩＳＰによる熔鉱炉内においては、金属に還元された鉄及び銅は、ヒ素及びアンチモンと反応してスパイスと呼ばれる高融点の金属間化合物を形成し、スラグ層とメタル層の間に半溶融状又は固体状で存在する。

すなわち、上記スラグは、スラグ温度として１２００〜１３５０℃で操業することができるように、原料とフラックスの調合によって、例えば、ＦｅＯ−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＺｎＯ−ＰｂＯ系の比較的低融点であるスラグ組成に調製される。したがって、このスラグには、多量の酸化物としての鉄が存在しており、例えば、ＩＳＰの熔鉱炉のような還元性雰囲気においては、局部的な強還元性によって生成された金属鉄と、ヒ素及びアンチモンがスパイスを形成する。

この鉄スパイス中のヒ素とアンチモンは、著しく活量が低下しており、極めて安定化した状態にあることが知られている。そのため、ヒ素とアンチモンは、ＩＳＰの熔鉱炉のスラグ温度がそれらの金属の沸点以上である１２００〜１３５０℃であることにもかかわらず、スパイス相としてスラグ中に混濁した状態で存在する。

上記方法で用いる銅源としては、特に限定されるものではなく、スラグフューミングに際して、還元性雰囲気下１０７５〜１５００℃の温度で鉄と均一融体を形成することができる銅含有物が用いられるが、例えば、銅スクラップ、及び銅製錬工程から得られる粗銅（銅品位９８〜９９重量％）等の中間物を用いることができる。

上記方法で用いるスラグに対する銅の使用量は、特に限定されるものではなく、スラグに含まれるスパイスと反応して、１０７５〜１５００℃の温度範囲においてＣｕ−Ｆｅ−Ｐｂ−Ａｓ系銅合金の均一融体を形成する条件が選ばれるが、例えば、この温度範囲において均一融体中への鉄の溶解量は銅に対して５〜５０重量％であり、用いる温度とスラグに含まれるスパイス中の鉄量に応じて、銅に対する鉄の溶解量から求められる銅量以上の使用量にすることが望ましい。

具体的には、スラグに含まれるスパイス中の鉄量に応じて銅量を変化させるか、あるいは銅量を一定にして処理するスラグ量を変化させることによって、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐｂ−Ａｓ系銅合金の均一融体を安定的に形成することができる。
また、前記均一融体の形成において、銅スパイス相の生成が懸念されるが、上記鉄の溶解量に基づいて選ばれる過剰の銅量の添加条件では、銅スパイス相の生成はおきないので、事実上は上記鉄の溶解量に基づいて調製される。

ここで、スパイスと鉛リッチ相の生成について、図面を用いて、より詳しく説明する。図２は１２００℃における銅−鉛−ヒ素三元系の状態図である（例えば、「資源と素材」１９９８年、第４号、ｐ．２１８、第７図を参照。）。図２において、楕円形の領域の組成内で、スパイス相と鉛リッチ相の２液相分離範囲を形成することを示している。この領域以外では、均一相を形成し、たとえば、鉛が約１０重量％含有する場合には、ヒ素が約２０重量％含有する組成までスパイス相は生成しない。鉛量がそれ以下であれば、銅メタル近傍ではスパイスが生成しないことがわかる。

上記方法においてフューミングでのスラグの温度は、１０７５〜１５００℃が好ましく、１２００〜１４００℃がより好ましい。スラグ中の亜鉛と鉛を十分に揮発させ、かつ銅とスパイスとを反応させて銅合金の均一融体を形成するためには、上記温度範囲が用いられる。すなわち、スラグの温度が１０７５℃未満では、Ｚｎ−ＺｎＯ平衡から亜鉛蒸気の形成が不十分なためスラグから亜鉛の揮発効率が悪化したり、又はＦｅ−ＦｅＯ平衡からＦｅＯを含む安定したスラグの形成が不十分であるので、スラグの粘性が高すぎたりあるいは固化するといった問題が生じる。一方、スラグの温度が１５００℃を超えると、耐火物の損傷量が多くなり、あるいは必要とする熱エネルギーが大きくなるという問題が生ずる。

上記方法においてフューミングの雰囲気としては、特に限定されるものではなく、亜鉛、鉛、ヒ素及びアンチモンを金属状態に還元できる雰囲気を用いるが、この中で、特に、−８＞ｌｏｇＰｏ_２＞−１１．５（但し、式中、Ｐｏ_２はａｔｍ単位によるスラグ中の酸素分圧を表し、かつ１４００℃の温度基準に換算したものである。）で示す範囲の酸素分圧に制御することが好ましい。

すなわち、Ｐｏ_２が１０^−８ａｔｍを超えると、還元性が弱まるので、金属亜鉛の揮発が起りにくくなる。また、ＦｅＯ−Ｆｅ_３Ｏ_４平衡のＰｏ_２依存性によって高融点であるＦｅ_３Ｏ_４がスラグ中に増加してスラグの流動性が悪化することによって、安定したスラグフューミング操業が困難になる。一方、Ｐｏ_２が１０^{−１１．５}ａｔｍ未満では、Ｆｅ−ＦｅＯ平衡のＰｏ_２依存性によって鉄が金属状態で安定になり、炉鉄の生成が起り操業を阻害するので好ましくない。

したがって、上記フューミングに際して、スラグの温度は１０７５〜１５００℃であり、かつスラグの酸素分圧は上記の要件を満たすことが好ましい。これによって、炉鉄の生成を抑えて、なおかつ亜鉛の大部分を揮発回収することができる。

次いで、フューミング炉から得られた亜鉛と鉛を含有するフュームの回収方法について説明する。
上記方法においてフューミング炉から得られたフューム中の亜鉛と鉛を酸化させずに金属状態のままで熔融鉛中に捕集する。上記捕集の手段としては、特に限定されるものではなく、フューム中の亜鉛と鉛を金属状態のままで熔融鉛中に捕集する手段が用いられるが、例えば、ＩＳＰで用いられている鉛スプラッシュコンデンサーを効率的に適用することができる。

上記コンデンサーは、一端がフューミング炉からのフューム導入口に結合され他端に排煙道が設けられ、その内部の中央部に鉛スプラッシュローターを備えたコンデンサー本体部と、フュームを吸収する熔融鉛（循環鉛）の循環部からなる。前記循環部は、熔融鉛を冷却する冷却樋、循環鉛に塩化アンモニウムを添加するフラックス炉、循環鉛から亜鉛を分離する分離炉、循環鉛をコンデンサー本体部に戻すためのリターン炉から構成されている。また、分離された亜鉛の温度を一定に維持するための加熱炉が付設される。

上記コンデンサーの操業に際しては、コンデンサー本体部にフューム導入口よりフューミング炉からの排ガス（フューミング生成ガス）を導入し、鉛スプラッシュローターを用いて該排ガスの温度より低温で循環している循環鉛をスプラッシュさせ、循環鉛と該排ガスとを接触させる。それにより、前記排ガス中の亜鉛フュームを冷却し循環鉛中に溶解させる。続いて、亜鉛を溶解した循環鉛を冷却樋で冷却して、循環鉛中に溶解していた亜鉛を析出させる。その後、分離炉で循環鉛から亜鉛を分離させ、亜鉛は加熱炉に導入して所定温度とした後に粗亜鉛として鋳造される。そして、循環鉛はリターン炉を介してコンデンサー本体部に戻される。

上記コンデンサーの操業において、フューミング生成ガス中の亜鉛フュームを循環鉛中へ移行させる効率（コンデンサー効率）を良好に維持することが重要である。なお、高コンデンサ効率を得るためには、鉛スプラッシュの状況等の機械的及び設備的な要因のほかに、フューミング生成ガスの温度、酸素分圧（ＣＯ_２／ＣＯ比）などの化学的要因を制御することが求められる。

すなわち、亜鉛は同一酸素分圧でもガス温度が低下することによって酸化物となる。したがって、熔鉱炉法の熔鉱炉頂上部のような、亜鉛が酸化しない酸素分圧と温度を保持することが必要である。例えば、フューミング生成ガスの温度としては、１０００〜１４００℃、ＣＯ_２／ＣＯ比としては、０．５〜０．８程度が好ましい。

また、本発明に基づいて生成されたフュームはヒ素及びアンチモンの含有量が非常に少ないので、コンデンサーで循環使用される鉛の汚染が少ない。これに対して、フューム中にヒ素やアンチモンが同伴する場合には、ヒ素やアンチモンが循環鉛中に蓄積されるので亜鉛の捕集能力を著しく低下させる。また、前記分離炉から得られる製品亜鉛中に混入するヒ素及びアンチモン量が増加するため、製品スペックを満足することができなくなる。

続いて、上記方法においてフューミング炉から得られた銅合金とスラグについて説明する。
上記方法においてフューミング炉から得られた銅合金の均一融体の繰り返しは、ヒ素あるいは鉄が銅中へ固溶しなくなる、あるいは均一融体を形成できなくなるまで行うことができる。この際、ヒ素量に関しては、スラグ中の含有率が、通常、０．ｎ重量％以下と低いので、事実上は鉄量によって制限される。また、銅合金中の鉄が飽和した場合でも、銅を継ぎ足すことで、その銅合金を継続して用いることができる。

上記方法においてフューミング炉で得られる銅合金の均一融体は、比重差でスラグと分離し、炉の傾転あるいはタッピングにより銅合金として容易に回収できる。また、回収された銅合金は、例えば酸化雰囲気である銅製錬の転炉工程に投入することで、銅を回収するとともに、鉄をスラグとして除去し、鉛、ヒ素及びアンチモンをダストとして処理することが可能である。このように、既存プロセス工程での処理が可能であることから、回収された銅処理におけるコストの上昇も非常に少なくてすむ。

上記方法において得られるスラグは、安定的に土壌環境基準を満足することができるスラグであり、セメント原料等へ使用することができる。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた金属の分析方法は、ＩＣＰ発光分析法で行った。
また、実施例で用いた原料スラグは、熔鉱炉から産出したスラグを用いた。表１にその化学組成を示す。

また、実施例及び比較例で用いたスラグフューミング方法は、下記の通りである。
［スラグフューミング方法］
図３のスラグフューミング装置を用いた。スラグフューミング装置は、スラグのフューミングを行なう電気抵抗式るつぼ炉９（フューミング部）とその上に載せられたフュームを吸収する電気抵抗式管状炉１０（コンデンサー部）からなる。両者の間には、断熱材１７が設置されている。
フューミング部は、電気抵抗式るつぼ炉９によって加熱され、温度制御用熱電対６と雰囲気担保用窒素吹き込み管１によって温度と電気炉内雰囲気が制御される。まず、反応に用いるアルミナるつぼ７に原料調合物を装入し、るつぼ保持用レンガ８の上に設置したセラミック外るつぼ５の中にアルミナるつぼ７を装入する。次に、加熱されて熔融状態の融体に撹拌窒素用吹き込み管３により窒素を吹きこみ、測温用熱電対４で反応温度を測定しながらスラグフューミングを行う。なお、発生するフュームは、フューム回収用セラミック管２を通じてコンデンサー部に送られる。

コンデンサー部は、電気抵抗式管状炉１０によって加熱され、温度制御用熱電対６によって温度が制御される。前記発生フュームは、ガスとともに、フューム回収用セラミック管２を通じて、雰囲気担保用セラミック管１４内に設置されたアルミナ製タンマン管１５内部に装入されている熔融鉛中に吹込まれる。なお、雰囲気担保用セラミック管１４は上部をゴム栓１２及び下部を高純度黒鉛製シールキャップでシールされたいる。また、フューム回収用セラミック管２の中間部（Ｕ字型曲がり部）には、高純度黒鉛管が用いられている。
まず、雰囲気担保用セラミック管１４内部を、排気用セラミック管１３を通じてポンプで吸引排気しながら、管内が減圧にならないように雰囲気担保用窒素吹き込み管１から流量を調整しながら窒素ガスが吹込まれる。また、測温用熱電対４で反応温度を測定する。なお、タンマン管位置は、フューミング部からのガス温度が１０００℃以上になるように、また、鉛融体は８００℃になるように調整されている。

（実施例１）
まず、第１回目のスラグフューミング操作を行なった。アルミナるつぼ内に、上記スラグ５００ｇ、金属銅（銅品位９９．９９重量％）１００ｇ、及びコークス（全炭素８７．５重量％）１２ｇからなる原料調合物を入れた。また、アルミナ製タンマン管内に、金属鉛（鉛品位９９．９重量％）１５００ｇを入れた。次に、上記スラグフューミング方法にしたがって、窒素雰囲気下において、電気抵抗式るつぼ炉内部を１４００℃に、及び電気抵抗式管状炉内部を８００℃まで昇温した。アルミナるつぼ内のスラグが熔融した後３０分管保持し、その後、アルミナるつぼ内の融体を窒素ガスで５０分撹拌して、スラグのフューミングを行ない、かつフュームの吸収を行なった。撹拌終了後３０分間保持した後、冷却し、その後、アルミナるつぼ内のスラグと銅合金、ならびにアルミナ製タンマン管内の亜鉛回収用鉛を分離し回収した。

続いて、回収された鉛を繰り返し使用して、上記スラグフューミング操作と同様の操作をさらに４回繰返した。なお、５回の操作後、亜鉛回収用鉛の重量は８０ｇ増加した。この増加分は、スラグのフューミングを行なうことにより回収された亜鉛と鉛の重量を表す。すなわち、鉛を吸収材としたコンデンサー部で亜鉛を金属状態のままで回収することができることが分かる。

その後、得られたスラグ、銅合金、及び亜鉛回収用鉛の化学組成を分析した。結果を表２に示す。なお、得られたスラグ及び銅合金の分析値は、５回の操作の平均値を表す。また、スラグに対し、環境庁告示第４６号による溶出試験を行い鉛とヒ素の溶出量を測定した。結果を表３に示す。

表２より、実施例１は、本発明に基づいて行われたので、ヒ素とアンチモンが銅合金中に濃縮し、スラグ中の鉛とヒ素が低減し、かつヒ素とアンチモンは亜鉛回収用鉛に分布しないことが分かる。すなわち、ヒ素とアンチモンが低い亜鉛を回収することができる。
表３より、実施例１は、銅源として銅含有滓を使用して、本発明に基づいて行われたので、鉛とヒ素の溶出量が低減し、安定的に土壌環境基準（Ｐｂ、Ａｓ溶出量：各０．０１ｍｇ／Ｌ以下）を満足できることが分かる。

（比較例１）
原料調合物として、金属銅の添加を行なわなかったこと以外は実施例１と同様に行ない、その後、得られた亜鉛回収用鉛の化学組成を分析した。その結果、得られた亜鉛回収用鉛中のヒ素は０．２１％と高い値を示した。すなわち、比較例１では、銅の添加が行なわないでスラグのフューミングを行なったので、亜鉛回収用鉛中のヒ素において満足すべき結果が得られない。

以上より明らかなように、本発明のスラグフューミング方法は、亜鉛及び／又は鉛製錬における熔錬炉から産出されるスラグ、例えば熔鉱炉法により熔鉱炉から産出されるスラグから亜鉛と鉛を揮発分離回収するスラグフューミング方法において、ヒ素とアンチモンの含有量が少ない亜鉛を直接的に回収する方法として有用であり、また、鉛とヒ素を含有するスラグ中の鉛とヒ素を低減するスラグ改質方法として好適である。なお、改質されたスラグの用途はセメント用材等多岐に渡るものである。

銅−鉄二元系状態図である。１２００℃における銅−鉛−ヒ素三元系の状態図である。実施例及び比較例に用いたスラグフューミング装置の概念図である。

符号の説明

１雰囲気担保用窒素吹き込み管
２フューム回収用セラミック管
３撹拌窒素用吹き込み管
４測温用熱電対
５黒鉛るつぼ
６温度制御用熱電対
７アルミナるつぼ
８るつぼ保持用レンガ
９電気抵抗式るつぼ炉
１０電気抵抗式管状炉
１１高純度黒鉛間
１２ゴム栓
１３排気用セラミック管
１４雰囲気担保用セラミック管
１５アルミナ製タンマン管
１６高純度黒鉛製シールキャップ
１７断熱材

Claims

亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグから亜鉛と鉛を揮発分離するスラグフューミング方法において、
前記スラグに銅源を添加した後にスラグのフューミングを行なうこと、および生成された亜鉛と鉛を含有するフュームを金属状態で熔融鉛中に捕集することを特徴とするスラグフューミング方法。
前記フューミングは、温度を１０７５〜１５００℃に維持するとともに、スラグの酸素分圧を次式に示す範囲に制御しながら行なうことを特徴とする請求項１に記載のスラグフューミング方法。
−８＞ｌｏｇＰｏ_２＞−１１．５
（但し、式中、Ｐｏ_２はａｔｍ単位によるスラグ中の酸素分圧を表し、かつ１４００℃の温度基準に換算したものである。）
前記フュームを捕集する際に、鉛スプラッシュコンデンサーを用いることを特徴とする請求項１に記載のスラグフューミング方法。