專利名稱：爐渣熏蒸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及爐渣熏蒸(slag fuming)方法，更詳細(xì)地說，涉及加熱還原產(chǎn)自于冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的爐渣，揮發(fā)分離鋅和鉛的爐渣熏蒸方法，該方法可以得到砷以及銻的含有量少、含有鋅和鉛的粉塵和穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)的爐渣，并且處理成本低。
背景技術(shù)：
在冶煉鋅以及鉛時(shí)，稱作帝國熔煉工藝(Imperial Smelting Process)的將鋅以及鉛同時(shí)冶煉的熔礦爐法被廣泛地使用。在前述熔礦爐法中，作為處理在熔礦爐產(chǎn)生的爐渣的方法，使用將該爐渣導(dǎo)入到熔礦爐的前床，將含銅粗鉛和爐鐵粗分離后水碎，得到用作水泥原料等的制品爐渣的方法。此時(shí)，一般在前述爐渣中，由于鋅的含有量高，而且含有鉛以及黃渣成分的砷、銻及其它的金屬，所以將爐渣裝入爐渣熏蒸爐進(jìn)行熏蒸后被水碎。
然而，前述的爐渣熏蒸是通過加熱還原熔融狀態(tài)的爐渣，使得在爐渣中含有的鋅、鉛、砷、銻等的金屬揮發(fā)的方法。由此，由于在從爐渣回收鋅和鉛的同時(shí)可以除去不純物金屬，所以可以得到被清凈化的爐渣。
在此，使用裝備了氣體吹入用的噴槍或者在爐下部裝備了風(fēng)口的加熱爐進(jìn)行爐渣熏蒸處理。例如，使用裝備了氣體吹入用噴槍的爐，噴槍浸沒于裝入該爐內(nèi)的爐渣中，通過從噴槍尖端部噴出重油、微粉碳等的碳質(zhì)燃料和空氣，使得爐渣中的金屬還原、揮發(fā)。在此，處理后爐渣從爐底部脫出，另一方面，被揮發(fā)的金屬在向爐頂部移動(dòng)的途中，加入空氣而被氧化，作為含有鋅和鉛的爐渣熏蒸粉塵被回收。
但是，到目前為止，在爐渣熏蒸處理中，沸點(diǎn)低蒸汽壓高的砷、銻等的15族元素的金屬，與主要回收目的的金屬鋅、鉛同時(shí)被揮發(fā)，在回收的含有鋅和鉛的粉塵中被濃縮。之后，前述的粉塵在例如上述熔礦爐法的燒結(jié)工序中被反復(fù)循環(huán)，在這種情況下，有如下問題這些15族元素在燒結(jié)工序中揮發(fā)，從而使得向排氣處理系統(tǒng)的負(fù)荷增加，或者，包含在燒結(jié)塊中，向熔礦爐內(nèi)反復(fù)循環(huán)，從而成為生成高熔點(diǎn)金屬化合物黃渣的原因，使得熔礦爐的操作運(yùn)轉(zhuǎn)困難。
另外，由于爐渣熏蒸處理的操作運(yùn)轉(zhuǎn)的偏離，所說的有害元素鉛或者砷在爐渣中殘留時(shí)，在上述清凈化的爐渣的熔出試驗(yàn)中，發(fā)生不能滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)的問題。因此，期望得到能夠穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)的爐渣的爐渣熏蒸方法。
作為該問題的解決對(duì)策，提出了爐渣的改質(zhì)方法，作為代表物，可以舉出將產(chǎn)自于熔礦爐的爐渣導(dǎo)入到前床，將含銅粗鉛和爐鐵進(jìn)行粗分離后，用電爐加熱，將含銅粗鉛和爐鐵充分地沉降分離，然后用爐渣熏蒸爐處理的2階段處理法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。但是，在該方法中，雖然爐渣中的鋅、鉛和砷的含有量以及爐渣的土壤環(huán)境基準(zhǔn)都滿足，但另一方面，避免不了砷和銻向爐渣熏蒸粉塵中的揮發(fā)，該粉塵在燒結(jié)工序的反復(fù)處理時(shí)伴有砷和銻產(chǎn)生的問題因?yàn)榈貌坏礁镜慕鉀Q對(duì)策，留下了使其處理成本上升的問題。另外，用2階段處理也是使處理成本上升的原因。
基于以上的狀況，在產(chǎn)自于冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的爐渣的爐渣熏蒸方法中，在能夠得到砷以及銻的含有量少、含有鋅和鉛粉塵的同時(shí)，能夠得到穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)(根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)在溶出試驗(yàn)中，Pb、As的溶出量分別為0.01mg/L或更小)的爐渣的爐渣熏蒸方法正被人們所尋求。
專利文獻(xiàn)1特開平11-269567號(hào)公報(bào)(第1頁，第2頁)發(fā)明內(nèi)容借鑒上述的目前技術(shù)的問題點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供關(guān)于加熱還原產(chǎn)自冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的爐渣，揮發(fā)分離鋅和鉛的爐渣熏蒸方法，該方法可以得到砷以及銻的含有量少、含有鋅和鉛的粉塵和穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)的爐渣，并且處理成本低。
本發(fā)明者為了完成上述目的，對(duì)于產(chǎn)自冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的、含有鋅、鉛以及砷的爐渣的爐渣熏蒸方法，進(jìn)行了反復(fù)的專心致志地研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在特定條件下，在使?fàn)t渣和銅的熔融體共存地進(jìn)行爐渣熏蒸時(shí)，在能夠得到砷以及銻的含有量少、含有鋅和鉛的粉塵的同時(shí)，可以得到穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)的爐渣，完成了本發(fā)明。
即，根據(jù)本發(fā)明的第1發(fā)明，提供將產(chǎn)自于冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的、含有鋅和鉛、同時(shí)又含有砷或者砷和銻的爐渣在爐渣熏蒸爐內(nèi)加熱還原，揮發(fā)分離鋅和鉛的爐渣熏蒸方法，該爐渣熏蒸方法的特征為，在1075～1500℃的溫度下，使銅熔融體共存于前述爐渣的熔融體中，并使其與爐渣中含有的砷或者砷和銻反應(yīng)形成Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體，所述銅熔融體中含有的銅量相對(duì)于裝入前述爐中的爐渣量而言為5～100重量％且相對(duì)于前述爐內(nèi)的裝入物中的鉛量而言為100重量％或更多。
還有，根據(jù)本發(fā)明的第2發(fā)明，提供爐渣熏蒸方法，其特征在于，在第1發(fā)明中，前述熔融體溫度為1200～1500℃。
還有，根據(jù)本發(fā)明的第3發(fā)明，提供爐渣熏蒸方法，其特征在于，在第1發(fā)明中，相對(duì)于前述Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體中的Cu，F(xiàn)e的含有比率為0.01～50重量％。
還有，根據(jù)本發(fā)明的第4發(fā)明，提供爐渣熏蒸方法，其特征在于，在第1發(fā)明中，前述爐渣熔融體的氧分壓被控制在下式表示的范圍。
-8＞logPo2＞-11.5(式中，Po2是以atm單位表示的爐渣中的氧分壓，而且是在1400℃的溫度基準(zhǔn)下?lián)Q算后的值)還有，根據(jù)本發(fā)明的第5發(fā)明，提供爐渣熏蒸方法，其特征在于，在第1發(fā)明中，作為銅熔體，反復(fù)使用Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體。
就本發(fā)明的爐渣熏蒸方法而言，在產(chǎn)自于冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的爐渣的爐渣熏蒸方法中，因?yàn)槟軌虻玫缴橐约颁R的含有量少、含有鋅和鉛粉塵，所以，粉塵在向熔煉爐反復(fù)循環(huán)時(shí)，砷以及銻的負(fù)荷減輕，對(duì)削減成本有貢獻(xiàn)。另外，因?yàn)榭梢允沟脿t渣中的鉛和砷減少，而且能夠得到穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)的爐渣，所以其工業(yè)價(jià)值非常大。


圖1是銅-鐵二元系相圖。
圖2是在1200℃時(shí)的銅-鉛-砷三元系相圖。
圖3是在實(shí)施例中使用的爐渣熏蒸裝置的概念圖。
符號(hào)說明1氣氛擔(dān)保用氮?dú)獯等牍?粉塵回收用陶瓷管3攪拌氮?dú)庥么等牍?測溫用熱電偶5陶瓷外部坩堝6溫度控制用熱電偶7氧化鋁坩堝8支撐坩堝用磚9電爐具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)地說明本發(fā)明的爐渣熏蒸方法。
本發(fā)明的爐渣熏蒸方法，是將產(chǎn)自于冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的、含有鋅和鉛、同時(shí)又含有砷或者砷和銻的爐渣在爐渣熏蒸爐內(nèi)加熱還原，揮發(fā)分離鋅和鉛的爐渣熏蒸方法，該方法的特征為，在1075～1500℃的溫度下，使銅熔融體共存于前述爐渣的熔融體中，并使其與爐渣中含有的砷或者砷和銻反應(yīng)形成Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體，所述銅熔融體中含有的銅量相對(duì)于裝入前述爐中的爐渣量而言為5～100重量％且相對(duì)于前述爐內(nèi)的裝入物中的鉛量而言為100重量％或更多。
在本發(fā)明中，具有重要意義的是，在爐渣熏蒸時(shí)，使?fàn)t渣熔融體和所規(guī)定量的銅熔融體共存并保持在所規(guī)定的溫度，使該銅熔融體與爐渣中含有的砷或者砷和銻發(fā)生反應(yīng)，形成Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體(有時(shí)稱作“銅合金的均勻熔融體”)。因?yàn)?，可以得到砷以及銻的含有量少、含有鋅和鉛的粉塵和穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)的爐渣。即，通過抑制砷和銻的揮發(fā)、使它們被穩(wěn)定地含有且被分散于銅合金的均勻熔融體中，達(dá)到降低砷和銻向含有揮發(fā)生成的鋅和鉛的粉塵和被清凈化的爐渣這兩者的分布。
在此，關(guān)于前述的銅合金的均勻熔融體的生成，用圖進(jìn)行更詳細(xì)地說明。
圖1是銅-鐵二元系的相圖。
由圖1得知，例如，在1350℃時(shí)，鐵在銅中大約熔融到15％，成為均勻的熔融體。即，鐵黃渣與金屬狀的銅共存時(shí)，鐵黃渣熔融于銅中，生成一部分為鉛的同時(shí)、主體為銅的Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體。另外，在高銅品位區(qū)域中，相對(duì)于形成均勻熔融體的銅，鐵的熔解量隨溫度而變化，溫度越高熔解量增加。因此，在高溫進(jìn)行的情況下，具有即使用少量的銅處理也是可能的這一優(yōu)點(diǎn)。
作為本發(fā)明的爐渣熏蒸方法，可以使用以下的還原吹煉方法進(jìn)行。
例如，使用裝備有氣體吹入用噴槍的爐渣熏蒸爐，噴槍浸泡于裝入爐內(nèi)的爐渣熔融體和銅熔體的混合物中，從噴槍的尖端噴出含有重油，天然氣，微粉炭等和氧的氣體進(jìn)行氣體吹煉，將其混合攪拌的同時(shí)，將熔融體內(nèi)置于還原性的氣氛下，將鋅、鉛、砷、銻等還原成金屬狀態(tài)。在此，使得大部分被金屬化的鋅和一部分鉛揮發(fā)，作為粉塵回收。
被金屬化的砷和銻，一方面具有蒸汽壓高這一性質(zhì)，另一面具有與鐵和銅的親和力強(qiáng)的性質(zhì)。在此，如果與銅熔融體共存，則砷和銻與銅發(fā)生反應(yīng)。如果砷經(jīng)由該反應(yīng)而在銅中熔融或者固熔，則銅中砷的活度在砷濃度低的情況下顯著的小，所以其蒸汽壓降低。因此，砷不揮發(fā)而是形成銅合金而含有在Cu-Fe-Pb-As系的均勻熔融體中。關(guān)于銻，顯示出與砷有相同的行為，含有在銅合金的均勻的熔融體中。
作為在本發(fā)明中使用的含有砷或者砷和銻的爐渣，沒有特別的限制，可以使用除了含有鋅、鉛以外還含有砷或者砷和銻的、產(chǎn)自冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐出來的、在熔煉爐中的還原性氣氛下形成的爐渣。
上述熔煉爐的爐渣，根據(jù)原料和助熔劑的調(diào)合來調(diào)制，例如，調(diào)制成FeO-SiO2-Al2O3-CaO-ZnO-PbO系的熔點(diǎn)比較低的爐渣組成。因此，爐渣溫度在1200～1350℃下操作運(yùn)行。在該爐渣中，存在大量的氧化物形式的鐵，例如，在像上述熔礦爐法中的熔礦爐內(nèi)那樣的還原性氣氛下，因局部的強(qiáng)還原性而生成的金屬鐵與砷及銻形成黃渣。形成的黃渣，主要是在爐渣層和金屬層之間以半熔融狀或者是固體狀存在。因此，在產(chǎn)自于熔煉爐的爐渣中，黃渣以在爐渣中混濁的狀態(tài)存在。
已知在該鐵黃渣中的砷和銻，其活度顯著低下，呈現(xiàn)非常穩(wěn)定的狀態(tài)。由此，盡管熔礦爐內(nèi)的爐渣溫度為1200～1350℃這樣的不低于這些金屬的沸點(diǎn)的溫度，砷和銻卻不揮發(fā)而作為黃渣相存在。
本發(fā)明使用的爐渣熏蒸的溫度為1075～1500℃，優(yōu)選1200～1500℃，更優(yōu)選1200～1400℃。即，為了使銅熔融體和爐渣中所含的黃渣反應(yīng)而形成Cu-Fe-Pb-As系均勻的熔融體，使用上述的溫度范圍。溫度在不滿1075℃時(shí)，產(chǎn)生爐渣的粘性過高，或者固化的問題。另一方面，溫度在超過1500℃時(shí)，產(chǎn)生耐火物的損傷量多，而且因加熱而使所需要的熱能變大的問題。
作為在本發(fā)明中使用的銅熔融體，沒有特別的限定，使用在爐渣熏蒸時(shí)，能夠在爐渣熏蒸爐內(nèi)的還原性氣氛下、1075～1500℃的溫度下與鐵形成均勻熔融體的含銅物質(zhì)，例如，除了金屬銅，可以將銅渣、以及從冶煉銅工序中得到的粗銅(銅品質(zhì)98～99重量％)等的中間物熔融后使用。
在本發(fā)明中使用的銅熔融體中的銅量，通過控制使其滿足下述的2個(gè)必要條件。
(a)相對(duì)于裝入前述爐中的爐渣量而言為5～100重量％(b)相對(duì)于前述爐中裝入物中的鉛量而言為100重量％或更高即，在(a)的必要條件中，銅熔融體中的銅量相對(duì)于裝入前述爐中的爐渣量而言不足5重量％時(shí)，因?yàn)闋t渣中的砷及銻與銅的接觸不充分，所以砷及銻在銅合金的均勻熔融體中不能充分地固定。另一方面，銅熔融體中的銅量相對(duì)于裝入前述爐中的爐渣量而言超過100重量％時(shí)，在爐內(nèi)一次能處理的爐渣量少，所以處理效率降低。
另外，在形成銅合金的均勻熔融體中，有生成銅黃渣相的危險(xiǎn)，但是，像上述那樣在添加過剩銅量的條件下，沒有生成銅黃渣相。
在(b)的必要條件中，銅融體的銅量相對(duì)于前述爐中的裝入物中的鉛量而言不滿100重量％時(shí)，生成富鉛相。即，在上述熔礦爐的實(shí)際操作運(yùn)轉(zhuǎn)中，通常，從熔礦爐的底部有一部分鉛與爐渣一起排出，在稱作為前床的保持容器等內(nèi)進(jìn)行分離鉛的操作。但是，在得到的爐渣中，含有鉛。因此，在使銅融體共存而進(jìn)行爐渣熏蒸處理的條件下，形成的銅合金中的鉛量在某一定的比例或者更高時(shí)，分離成富銅-砷相(銅黃渣相)和富鉛相。
在此，用圖面對(duì)上述富鉛相的生成條件進(jìn)行更詳細(xì)的說明。圖2表示在1200℃下的銅-鉛-砷三元系的相圖(例如，參照“資源和素材”1998年，第4號(hào)，P.218，第7圖)。
圖2中示出，在橢圓形區(qū)域的組成內(nèi)，形成黃渣相和富鉛相的2液相分離范圍。如果該鉛相被形成后，在爐內(nèi)成為另外的一層而存在，則在爐底部積蓄，使?fàn)t內(nèi)體積減小。另外，由于鉛層增加，導(dǎo)致層間界面部的耐火物質(zhì)的侵蝕變大。因此，在實(shí)際的操作運(yùn)轉(zhuǎn)上不優(yōu)選生成鉛層。
在該區(qū)域以外表示出，即使是鉛的比例最小地2相分離的、不含有砷的銅-鉛合金的情況下，只要銅量不低于鉛量而存在，就會(huì)成為均勻熔融體。另外，得知在含鉛大約10重量％的情況下，即使是砷的含量為約20重量％的組成，也不生成黃渣相。另外還得知，只要鉛的品位在10重量％或更小，在銅金屬的附近不生成黃渣。
進(jìn)一步，上述銅熔融體中的銅量，沒有特別的限定，相對(duì)于前述爐中的裝入物質(zhì)中的砷以及銻量而言優(yōu)選為100重量％或更大。即，相對(duì)于砷以及銻而言，如果銅量過少，產(chǎn)生不能充分固定的問題。但是，通常，銅熔融體中的銅量在滿足上述(a)(b)的必要條件時(shí)，該必要條件也滿足。
作為在本發(fā)明中使用爐渣熏蒸的氣氛，沒有特別的限定，可以使用能將鋅、鉛、砷、以及銻還原成金屬狀態(tài)的氣氛，其中，特別優(yōu)選將氧分壓控制在-8＞logPo2＞-11.5(式中，Po2是以atm單位表示的爐渣中的氧分壓，而且是在1400℃的溫度基準(zhǔn)下?lián)Q算后的值)所表示的范圍。
即，如果Po2超過10-8atm，則因還原性弱，不易發(fā)生金屬鋅的揮發(fā)。另外，根據(jù)FeO-Fe3O4平衡對(duì)Po2的依賴性，高熔點(diǎn)的Fe3O4在爐渣增加，爐渣的流動(dòng)性惡化，因此，穩(wěn)定的爐渣熏蒸操作運(yùn)轉(zhuǎn)變得困難。另一方面，如果Po2不足10-11.5atm，根據(jù)Fe-FeO平衡對(duì)Po2的依賴性，鐵以金屬狀態(tài)穩(wěn)定存在，引起爐鐵的生成，阻礙了操作運(yùn)轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的爐渣熏蒸時(shí)，更優(yōu)選熔融體溫度為1075～1500℃，而且爐渣熔融體的氧分壓滿足-8＞logPo2＞-11.5(式中，Po2是以atm單位表示的爐渣中的氧分壓，而且是在1400℃的溫度基準(zhǔn)下?lián)Q算后的值)。由此，在形成含有砷和銻的銅合金的均勻熔融體的同時(shí)，抑制爐鐵的生成，而且能夠揮發(fā)回收大部分的鋅。
在以上的條件下形成了Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體，其中，特別是相對(duì)于該均勻熔融體中的Cu，F(xiàn)e的含有比率優(yōu)選是0.01～50重量％，更優(yōu)選是能減低銅的添加量的5～50重量％。即，就銅相對(duì)于爐渣的使用量而言，如前述所述，選擇與爐渣中含有的黃渣反應(yīng)，在1075～1500℃的溫度范圍內(nèi)形成Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體的條件，例如，在1200～1500℃的溫度范圍下，鐵向該均勻熔融體的溶解量相對(duì)于銅而言為5～50重量％。
作為在本發(fā)明得到的銅合金的均勻熔融體的回收法，在爐渣熏蒸爐內(nèi)由比重差與爐渣分離，通過該爐的傾轉(zhuǎn)或者出渣進(jìn)行。另外，回收的銅合金，例如可以投入到為氧化氣氛的冶煉銅的轉(zhuǎn)爐工序中，在回收銅的同時(shí)，可以將鐵作為爐渣除去，鉛、砷以及銻作為粉塵處理。這樣，因?yàn)榭梢栽诂F(xiàn)存的流程工序中處理，所以在處理回收的銅合金上成本的提高非常少而完成。
但是，如果大量使用銅，由于會(huì)引起成本的提高，所以優(yōu)選將所生成的銅合金的均勻熔融體對(duì)于新的處理爐渣反復(fù)使用，使使用銅量最少化。另外，因?yàn)榕c爐渣中黃渣的反應(yīng)依賴于爐渣熔融體和銅熔融體的接觸情況，所以，每1批次中相對(duì)于爐渣量的銅量越多越優(yōu)選。
但是，就每1批次中相對(duì)于爐渣量的銅量而言，優(yōu)選使用不低于從上述的相對(duì)于銅的鐵的溶解量來求出的每1批次的銅量，相對(duì)于銅的鐵的溶解量為5～50重量％，進(jìn)一步優(yōu)選為5～35重量％，優(yōu)選直到飽和為止將新爐渣的多個(gè)批次反復(fù)使用的方法。對(duì)上述銅融體的反復(fù)使用可以一直進(jìn)行到砷或者鐵不向銅熔融體中固溶、或者不能形成均勻融體為止。此時(shí)，關(guān)于砷量，因?yàn)槠湓跔t渣中的含有率通常在0.n重量％或更低，所以事實(shí)上由鐵量來控制。另外，即使在銅熔融體中的鐵飽和的情況下，通過補(bǔ)充銅，可以繼續(xù)使用銅熔融體。
在本發(fā)明中得到的爐渣，是在根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)的溶出試驗(yàn)中，滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)(Pb、As的溶出量分別為0.01mg/L或更小)的爐渣，可以優(yōu)選用于水泥原料等。
實(shí)施例下面通過本發(fā)明的實(shí)施例以及比較例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，本發(fā)明不因?yàn)檫@些實(shí)施例而有任何限定。另外，在實(shí)施例以及比較例中使用的金屬分析方法是ICP發(fā)光分析法。
另外，在實(shí)施例以及比較例中使用的原料爐渣，是使用產(chǎn)自熔礦爐的爐渣。其化學(xué)組成表示在表1。


另外，在實(shí)施例以及比較例中使用的爐渣熏蒸方法如下。
使用圖3的爐渣熏蒸裝置。如圖3所示，爐渣熏蒸裝置，通過外熱式的電爐9被加熱，由溫度控制用的熱電偶6和氣氛擔(dān)保用氮?dú)獯等牍?控制溫度和電爐內(nèi)的氣氛。
在此，首先，將原料調(diào)合物裝入用于反應(yīng)的氧化鋁坩堝7，將氧化鋁坩堝7設(shè)置于放在坩堝保持用的磚8上的陶瓷外坩堝5中。然后通過攪拌氮用的吹入管3將氮吹入到被加熱的熔融狀態(tài)的熔融體中，用測溫用熱電偶4一邊測定反應(yīng)溫度一邊進(jìn)行爐渣熏蒸。另外，產(chǎn)生的粉塵通過粉塵回收用陶瓷管2在電爐外部被回收。
實(shí)施例1將原料調(diào)合物放入到氧化鋁坩堝內(nèi)，所述原料調(diào)合物中添加了上述500g原料爐渣和100g金屬銅(銅品位99.99重量％)以及考慮到因混入到爐內(nèi)的氧而氧化的部分的焦炭(全碳品位87.5重量％)28g。添加的銅量，相當(dāng)于原料爐渣重量的20重量％，以及裝入物中的鉛量的1667重量％。然后，根據(jù)上述爐渣熏蒸方法，在氮?dú)鈿夥障?，加熱?350℃，熔融后保持30分鐘以后，用氮?dú)鈱⒃?nèi)攪拌50分鐘。攪拌終了后保持30分鐘，之后爐渣和銅合金取樣分析。另外，回收揮發(fā)的粉塵。
該爐渣熏蒸處理操作之后，將氧化鋁坩堝冷卻，分離回收爐渣和銅合金。然后，將該銅合金以及500g新原料爐渣和28g焦炭放入氧化鋁坩堝內(nèi)，重復(fù)進(jìn)行同樣的熏蒸操作。該操作合計(jì)進(jìn)行3次。之后，分析在各操作中得到的爐渣、銅合金以及粉塵的化學(xué)組成。結(jié)果表示在表2。另外，根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)，對(duì)各個(gè)爐渣進(jìn)行了溶出試驗(yàn)，測定了鉛和砷的溶出量。結(jié)果表示在表3。



由表2得知，因?yàn)?次操作的每一次都是基于本發(fā)明而進(jìn)行的，所以砷和銻在銅合金中濃縮，爐渣中鉛和砷減少，而且砷和銻在粉塵中不分布。另外，即使重復(fù)循環(huán)得到的銅合金也沒有發(fā)現(xiàn)惡化。
由表3得知，因?yàn)?次操作的每一次都是基于本發(fā)明而進(jìn)行的，所以鉛和砷的溶出量減少，能夠穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)(Pb、As的溶出量分別為0.01mg/L或更小)。
在爐渣熏蒸處理操作中，從第2次以后對(duì)銅合金層不進(jìn)行取樣分析而是熔融體的狀態(tài)，以全部量循環(huán)至下一次的操作以及操作的反復(fù)次數(shù)為5次，除此以外與實(shí)施例1同樣進(jìn)行，分析了在各個(gè)操作中得到的爐渣及粉塵的化學(xué)組成。結(jié)果表示在表4。


由表4得知，因?yàn)?次操作的每一次都是基于本發(fā)明而進(jìn)行的，所以爐渣中鉛和砷減少，而且砷和銻沒有分配在粉塵中。進(jìn)一步，也知道即使在熔融體狀態(tài)連續(xù)重復(fù)使用銅合金，也保持了分離性能。
在調(diào)和原料時(shí)使用42g焦炭，以及在爐渣熏蒸處理操作中，加熱到1400℃，除此以外與實(shí)施例1相同進(jìn)行，分析了在操作中得到的爐渣、銅合金以及粉塵的化學(xué)組成。另外，沒有進(jìn)行反復(fù)操作。結(jié)果表示在表5。還有，根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)，對(duì)爐渣進(jìn)行了溶出試驗(yàn)，測定了鉛和砷的溶出量。結(jié)果表示在表6。
在爐渣熏蒸處理操作中，加熱到1250℃，除此以外與實(shí)施例1相同進(jìn)行，分析了在操作中得到的爐渣、銅合金以及粉塵的化學(xué)組成。另外，沒有進(jìn)行反復(fù)操作。結(jié)果表示在表5。還有，根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)，對(duì)爐渣進(jìn)行了溶出試驗(yàn)，測定了鉛和砷的溶出量。結(jié)果表示在表6。
在調(diào)和原料時(shí)使用250g(添加的銅量相當(dāng)于原料爐渣重量的50重量％)金屬銅(銅品位99.99重量％)量，除此以外與實(shí)施例1相同進(jìn)行，分析了在操作中得到的爐渣、銅合金以及粉塵的化學(xué)組成。另外，沒有進(jìn)行反復(fù)操作。結(jié)果表示在表5。還有，根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)，對(duì)爐渣進(jìn)行了溶出試驗(yàn)，測定了鉛和砷的溶出量。結(jié)果表示在表6。



由表5得知，在實(shí)施例3～5中，因?yàn)槭腔诒景l(fā)明而進(jìn)行的，所以砷和銻在銅合金中濃縮，爐渣中鉛和砷減少，而且砷和銻在粉塵中不分布。
由表6得知，因?yàn)閷?shí)施例3～5都是基于本發(fā)明而進(jìn)行的，所以鉛和砷的溶出量減少，能夠穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)(Pb、As的溶出量分別為0.01mg/L或更小)。
將原料調(diào)合物放入到氧化鋁坩堝內(nèi)，所述原料調(diào)合物中添加了上述2000g原料爐渣和400g金屬銅(銅品位99.99重量％)以及考慮到因混入到爐內(nèi)的氧而氧化的部分的40g焦炭(全碳品位87.5重量％)。添加的銅量，相當(dāng)于原料爐渣重量的20重量％，以及裝入物中的鉛量的1667重量％。然后，根據(jù)上述爐渣熏蒸方法，在氮?dú)鈿夥障?，加熱?400℃，熔融后保持30分鐘以后，用氮?dú)鈱?duì)浴內(nèi)攪拌120分鐘。攪拌終了后將消耗型的氧測定用探針浸沒于爐渣中測定了氧的分壓。此時(shí)的爐渣的氧分壓(atm)logPo2為-9.6(1400℃換算值)。然后，保持60分鐘，穩(wěn)定后冷卻。
接著，對(duì)爐渣和銅合金取樣分析了化學(xué)組成。另外，將揮發(fā)的粉塵回收后，分析了化學(xué)組成。結(jié)果表示在表7。另外，根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)，對(duì)得到的爐渣進(jìn)行了溶出試驗(yàn)測定了鉛和砷的溶出量。結(jié)果表示在表8。另外，爐渣以及銅合金的生成量分別是1780g和290g。
將上述2000g原料爐渣、在實(shí)施例6中得到的270g銅合金、一定量的金屬銅(銅品位99.99重量％)以及考慮到因混入到爐內(nèi)的氧而氧化的部分的40g焦炭作為原料調(diào)合物放入到氧化鋁坩堝內(nèi)。在與實(shí)施例6同樣的條件下，進(jìn)行爐渣熏蒸，形成粉塵、爐渣以及銅合金。另外，將全部裝入的銅量調(diào)整到400g。然后，反復(fù)進(jìn)行了7次同樣操作。在8次的每一次操作中，爐渣的氧分壓(atm)logPo2為-9.4～10.1(1400℃換算值)。
接著，對(duì)在第8次操作中得到的爐渣和銅合金取樣分析了化學(xué)組成。另外，將揮發(fā)的粉塵次收后分析了化學(xué)組成。結(jié)果表示在表7。另外，根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)，對(duì)在第8次操作中得到的爐渣進(jìn)行了溶出試驗(yàn)測定了鉛和砷的溶出量。結(jié)果表示在表8。另外，在第8次操作中得到的爐渣以及銅合金的生成量分別是1785g和295g。
除了原料調(diào)和物的焦炭的添加量為60g以外，其它條件與實(shí)施例6相同進(jìn)行了還原吹煉操作。爐渣的氧分壓(atm)logPo2為-11.8(1400℃換算值)。然后，對(duì)爐渣、銅合金和以及粉塵取樣分析了化學(xué)組成。另外爐渣的粘性高。結(jié)果表示在表7。


由表7得知，在實(shí)施例6～8中，因?yàn)槭腔诒景l(fā)明而進(jìn)行的，所以砷和銻在銅合金中濃縮，鉛、砷以及銻向爐渣中的分配和砷以及銻向粉塵中的分配少。另外，在實(shí)施例7中，銅合金中的鐵十分地少，可以反復(fù)使用銅合金。進(jìn)一步知道，在實(shí)施例8中，隨著爐渣的氧分壓的低下和銅合金中的鐵品位的上升，爐渣中的鐵品位降低。與之相伴，發(fā)現(xiàn)粘性上升。


由表8得知，在實(shí)施例6或者7中，因?yàn)槭腔诒景l(fā)明而進(jìn)行的，所以鉛和砷的溶出量降低，能夠穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)。
作為原料調(diào)合物只使用上述原料爐渣500g，除此以外與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，分析了在操作中得到的爐渣以及粉塵的化學(xué)組成。結(jié)果表示在表9。另外，根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)，對(duì)爐渣進(jìn)行了溶出試驗(yàn)測定了鉛和砷的溶出量。結(jié)果表示在表10。



由表9、10得知，因?yàn)樘砑拥娜廴隗w與本發(fā)明的條件相異，砷和鉛向爐渣和粉塵中的分布大，另外，爐渣中砷和鉛的溶出量也比土壤環(huán)境基準(zhǔn)(Pb、As的溶出量分別為0.01mg/L或更小)高，得不到應(yīng)滿足的結(jié)果。
除了金屬銅的添加量為80g(相當(dāng)于原料爐渣重量的4重量％)以外，其它的與實(shí)施例6條件相同進(jìn)行了爐渣熏蒸處理操作。之后，觀察冷卻后的試料的狀態(tài)，銅合金的均勻熔融體的形成不充分，鐵黃渣被銅吸收后的銅合金在爐渣中呈分散狀態(tài)。
除了用在1250℃熔融后急冷作成的銅-鉛合金(銅品質(zhì)40重量％，鉛品質(zhì)60重量％)400g代替金屬銅以外，其它的與實(shí)施例6條件相同進(jìn)行了還原吹煉操作。添加的銅量相當(dāng)于原料爐渣重量的8重量％，另外，相當(dāng)于裝入物中的鉛量(銅-鉛合金中240g+原料爐渣中24g)的60重量％。之后，觀察冷卻后的試料的狀態(tài)，除了形成爐渣和銅合金之外，在坩堝底部形成鉛層。另外，根據(jù)環(huán)境廳布告第46號(hào)，對(duì)得到的爐渣進(jìn)行了溶出試驗(yàn)，測定了鉛和砷的溶出量。結(jié)果表示在表11。


由表11得知，因?yàn)樘砑拥娜廴隗w與本發(fā)明的條件相異，爐渣中砷和鉛的溶出量也比土壤環(huán)境基準(zhǔn)(Pb、As的溶出量分別為0.01mg/L或更小)高，得不到應(yīng)滿足的結(jié)果。
由以上所述已經(jīng)明確，本發(fā)明的爐渣熏蒸方法是將產(chǎn)自于冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的爐渣，例如，將由熔礦爐法從熔礦爐產(chǎn)出的爐渣加熱還原，揮發(fā)回收鋅和鉛的爐渣熏蒸方法，由于能夠得到砷和銻的含量少、含有鋅和鉛的粉塵，因此，粉塵在向熔煉爐循環(huán)時(shí)，作為對(duì)減輕砷和銻的負(fù)荷，削減成本有貢獻(xiàn)的方法是有用的，另外，適于作為能降低爐渣中的砷和銻的爐渣改質(zhì)方法。改質(zhì)后爐渣的用途，遍及水泥用材料等多方面。
權(quán)利要求
1.爐渣熏蒸方法，其中，將產(chǎn)自于冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的、含有鋅和鉛、同時(shí)又含有砷或者砷和銻的爐渣在爐渣熏蒸爐內(nèi)加熱還原，揮發(fā)分離鋅和鉛，該方法的特征為在1075～1500℃的溫度下，使銅熔融體共存于前述爐渣的熔融體中，并使其與爐渣中含有的砷或者砷和銻反應(yīng)形成Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體，所述銅熔融體中含有的銅量相對(duì)于裝入前述爐中的爐渣量而言為5～100重量％且相對(duì)于前述爐內(nèi)的裝入物中的鉛量而言為100重量％或更多。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐渣熏蒸方法，其特征為所述的熔融體溫度為1200～1500℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐渣熏蒸方法，其特征為相對(duì)于所述Cu-Fe-Pb-As系均勻熔融體中的Cu，F(xiàn)e的含有比率為0.01～50重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐渣熏蒸方法，其特征為所述爐渣熔融體的氧分壓被控制在下式表示的范圍-8＞logPo2＞-11.5(式中，Po2是以atm單位表示的爐渣中的氧分壓，而且是在1400℃的溫度基準(zhǔn)下?lián)Q算后的值)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐渣熏蒸方法，其特征為作為銅熔融體，反復(fù)使用Cu-Fe-Pb-As系的均勻熔融體。
全文摘要
提供產(chǎn)自于冶煉鋅以及/或者鉛的熔煉爐的爐渣的爐渣熏蒸方法，該方法能夠得到砷以及銻的含有量少、含有鋅和鉛的粉塵和穩(wěn)定地滿足土壤環(huán)境基準(zhǔn)的爐渣，而且處理成本低。提供將含有鋅和鉛、同時(shí)又含有砷或者砷和銻的爐渣在爐渣熏蒸爐內(nèi)加熱還原，揮發(fā)分離鋅和鉛的爐渣熏蒸方法等，其特征為在1075～1500℃的溫度下，使銅熔融體共存于前述爐渣的熔融體中，并使其與爐渣中含有的砷或者銻反應(yīng)形成Cu－Fe－Pb－As系均勻熔融體，所述銅熔融體中含有的銅量相對(duì)于裝入前述爐中的爐渣量而言為5～100重量％且相對(duì)于前述爐內(nèi)的裝入物中的鉛量而言為100重量％或更多。
文檔編號(hào)C22B13/02GK1906315SQ20058000180
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月19日
發(fā)明者高橋純一, 藤田敬二, 丹敏郎 申請(qǐng)人:住友金屬礦山株式會(huì)社