水曜日、16月2011 20:59

銅、鉛、亜鉛の製錬・精製

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EPA 1995 から適応。

銅は、鉱石の等級と鉱床の性質に応じて、露天掘りと地下鉱山の両方で採掘されます。 銅鉱石には通常、硫化鉱物の形で 1% 未満の銅が含まれています。 鉱石が地上に運ばれると、粉砕されて粉末状に粉砕され、さらに処理するために濃縮されます。 濃縮プロセスでは、粉砕された鉱石を水でスラリーにし、化学試薬を加え、スラリーに空気を吹き込みます。 気泡は銅鉱物に付着し、浮選セルの上部からすくい取られます。 精鉱には 20 ~ 30% の銅が含まれています。 鉱石からの尾鉱、または脈石鉱物はセルの底に落ち、除去され、濃縮剤によって脱水され、廃棄のために尾鉱池にスラリーとして運ばれます。 この操作で使用されるすべての水は、脱水濃縮機と尾鉱池から回収され、プロセスに再利用されます。

銅は、原料として使用される鉱石の種類に応じて、乾式冶金または湿式冶金のいずれかで製造できます。 硫化銅と硫化鉄鉱物を含む鉱石精鉱は、乾式冶金プロセスによって処理され、高純度の銅製品が得られます。 鉱山の他の場所で発生する可能性のある酸化銅鉱物を含む酸化鉱は、他の酸化廃棄物とともに、湿式製錬プロセスによって処理され、高純度の銅製品が生成されます。

鉱石から金属への銅の変換は、製錬によって達成されます。 製錬中、濃縮物は乾燥され、いくつかの異なるタイプの炉の XNUMX つに供給されます。 そこでは、硫化鉱物が部分的に酸化され、溶融してマット層、つまり銅と鉄の硫化物とスラグの混合物、廃棄物の上層が生成されます。

マットは変換によってさらに処理されます。 スラグは炉から取り出され、現場でスラグの山に保管または廃棄されます。 少量のスラグは、鉄道のバラストやサンド ブラスト用に販売されています。 製錬プロセスの XNUMX 番目の生成物は二酸化硫黄です。このガスは収集、精製され、販売または湿式製錬の浸出操作で使用するために硫酸になります。

精錬に続いて、銅マットは転炉に供給されます。 このプロセスでは、パイプの列が取り付けられた水平な円筒形の容器 (約 10×4 m) に銅マットが注がれます。 羽口と呼ばれるパイプはシリンダーに突き出ており、コンバーターに空気を導入するために使用されます。 石灰とシリカが銅マットに加えられ、プロセスで生成された酸化鉄と反応してスラグが形成されます。 スクラップ銅もコンバーターに追加される場合があります。 羽口が水没するように炉を回転させ、溶融マットに空気を吹き込み、残りの硫化鉄を酸素と反応させて、酸化鉄と二酸化硫黄を形成します。 次に転炉を回転させてケイ酸鉄スラグを流し出す。

すべての鉄が除去されたら、転炉を回転させて元に戻し、空気を XNUMX 回吹き込みます。その間に残りの硫黄が酸化され、硫化銅から除去されます。 次に、転炉を回転させて溶融銅を流し出し、この時点で粗銅と呼ばれます (この時点で固化すると、ガス状の酸素と硫黄が存在するために表面がでこぼこになるため、このように呼ばれます)。 転炉からの二酸化硫黄は回収され、精錬炉からの二酸化硫黄とともにガス精製装置に送られ、硫酸になります。 銅分が残っているため、スラグは製錬炉に戻されます。

最低 98.5% の銅を含む粗銅は、XNUMX つのステップで高純度の銅に精製されます。 最初のステップは火精錬で、溶融したブリスター銅が転炉に似た外観の円筒形の炉に注がれ、最初に空気が吹き込まれ、次に天然ガスまたはプロパンが溶融物に吹き込まれ、最後の硫黄と銅からの残留酸素。 次に、溶融銅をキャスティングホイールに注ぎ、電気精錬に十分な純度の陽極を形成します。

電解精製では、銅陽極を電解槽に装填し、硫酸銅溶液の槽内で銅の出発シートまたは陰極と間隔をあけて配置します。 セルに直流電流が流れると、銅がアノードから溶解し、電解液を通って移動し、カソードの開始シートに再堆積します。 陰極が十分な厚さまで形成されたら、陰極を電解槽から取り出し、新しい出発シートのセットをその場所に置きます。 アノード内の固体不純物はスラッジとしてセルの底に落ち、そこで最終的に収集され、金や銀などの貴金属を回収するために処理されます。 この物質はアノードスライムとして知られています。

電解セルから取り出されたカソードは、銅生産者の一次製品であり、99.99% の銅を含んでいます。 これらは、カソードとして線材工場に販売されるか、またはロッドと呼ばれる製品にさらに加工されます。 ロッドの製造では、カソードがシャフト炉で溶解され、溶融銅が鋳造ホイールに注がれ、直径 3/8 インチの連続ロッドに圧延するのに適したバーが形成されます。 このロッド製品はワイヤーミルに出荷され、そこでさまざまなサイズの銅線に押し出されます。

湿式製錬プロセスでは、酸化された鉱石と廃棄物が製錬プロセスから硫酸で浸出されます。 浸出が行われる 現場の、または上部全体に酸を分散させ、収集された材料に酸を浸透させることにより、特別に準備されたパイルで。 浸出パッドの下の地面は、浸出液が地下水を汚染するのを防ぐために、耐酸性で不浸透性のプラスチック素材で裏打ちされています。 銅が豊富な溶液が収集されると、セメンテーション プロセスまたは溶媒抽出/電解抽出プロセス (SXEW) の XNUMX つのプロセスのいずれかで処理できます。 セメンテーション プロセス (今日ではめったに使用されません) では、酸性溶液中の銅が鉄と引き換えにスクラップ鉄の表面に堆積します。 十分な量の銅がセメントで固められると、銅に富む鉄は鉱石精鉱と一緒に製錬所に入れられ、乾式冶金ルートを介して銅を回収します。

SXEW プロセスでは、不純物金属 (鉄やその他の不純物) ではなく銅を抽出する溶媒抽出によって、浸出液 (PLS) が濃縮されます。 銅を含んだ有機溶液は、沈降タンクで浸出液から分離されます。 硫酸が有機混合物に加えられ、銅が電解液に取り除かれます。 鉄および他の不純物を含む浸出液は浸出操作に戻され、そこでその酸がさらなる浸出に使用されます。 銅の豊富なストリップ溶液は、電解採取セルとして知られる電解セルに送られます。 電解採取セルは、永久的な不溶性陽極を使用するという点で、電解精製セルとは異なります。 次に、溶液中の銅は、電気精錬セルのカソード上にあるのとほぼ同じ方法で、出発シートカソード上にめっきされる。 銅が枯渇した電解液は溶媒抽出プロセスに戻され、有機溶液からより多くの銅を除去するために使用されます。 電解採取プロセスで製造されたカソードは、その後、電解精製プロセスで製造されたものと同じ方法で販売またはロッドに加工されます。

電解採取セルは、銅をステンレス鋼またはチタンカソードにメッキし、メッキした銅を剥がすことにより、電解精製および電解採取プロセスの両方の開始シートの準備にも使用されます。

危険とその予防

主な危険は、鉱石の処理および製錬中の鉱石粉塵への暴露、製錬中の金属煙霧 (銅、鉛、およびヒ素を含む)、ほとんどの製錬作業中の二酸化硫黄および一酸化炭素、破砕および粉砕作業および炉からの騒音、からの熱ストレスです。電解プロセス中の炉と硫酸と電気の危険。

予防措置には次のものが含まれます。移送操作中の粉塵に対する LEV。 二酸化硫黄および一酸化炭素の局所排気および希釈換気; 騒音制御および聴覚保護プログラム。 熱ストレスのための防護服とシールド、休憩、水分補給。 電解プロセスのLEV、PPE、および電気的注意事項。 呼吸用保護具は、粉塵、煙、二酸化硫黄から保護するために一般的に着用されます。

表 1 に、銅の製錬および精製のさまざまな段階における環境汚染物質を示します。

表 1. 銅の製錬および精製におけるプロセス材料のインプットと汚染のアウトプット

プロセス

材料投入

大気への排出

プロセス廃棄物

その他の廃棄物

銅濃度

銅鉱石、水、化学試薬、増粘剤

 

浮選廃水

石灰石や石英などの廃鉱物を含む尾鉱

銅の浸出

銅精鉱、硫酸

 

制御されていない浸出液

ヒープ浸出廃棄物

銅製錬

銅精鉱、珪質フラックス

二酸化硫黄、砒素、アンチモン、カドミウム、鉛、水銀、亜鉛を含む粒子状物質

 

酸性プラントブロースラリ・汚泥、硫化鉄含有スラグ、シリカ

銅換算

銅マット、スクラップ銅、珪質フラックス

二酸化硫黄、砒素、アンチモン、カドミウム、鉛、水銀、亜鉛を含む粒子状物質

 

酸性プラントブロースラリ・汚泥、硫化鉄含有スラグ、シリカ

電解銅精錬

粗銅、硫酸

   

金、銀、アンチモン、ヒ素、ビスマス、鉄、鉛、ニッケル、セレン、硫黄、亜鉛などの不純物を含むスライム

 

Lead

一次鉛の製造プロセスは、焼結、製錬、脱灰、乾式冶金精錬の 9 つのステップで構成されます。 まず、硫化鉛の形態の鉛精鉱を主成分とする原料を焼結機に投入します。 鉄、シリカ、石灰石フラックス、コークス、ソーダ、灰、黄鉄鉱、亜鉛、苛性アルカリ、および公害防止装置から収集された微粒子など、他の原材料を追加することができます。 焼結機では、鉛原料に熱風が吹き付けられ、硫黄が燃焼して二酸化硫黄が生成されます。 このプロセスの後に存在する酸化鉛材料には、その重量の約 98% の炭素が含まれています。 次に、焼結物は、コークス、さまざまなリサイクルおよびクリーンアップ材料、石灰岩、およびその他のフラックス剤とともに高炉に供給され、還元のために高炉に送られます。そこでは、炭素が燃料として機能し、鉛材料を製錬または溶融します。 溶けた鉛は炉の底に流れ、そこで XNUMX つの層が形成されます。 「マット」(硫化銅およびその他の金属硫化物); 高炉スラグ(主にケイ酸塩); および鉛地金 (重量で XNUMX% の鉛)。 その後、すべての層が排出されます。 シュパイスとマットは、銅と貴金属の回収のために銅製錬所に販売されます。 亜鉛、鉄、シリカ、石灰を含む高炉スラグは、山積みにして一部リサイクルしています。 硫黄酸化​​物の放出は、高炉で、焼結原料中の少量の残留硫化鉛と硫酸鉛から発生します。

溶鉱炉からの粗鉛地金は、通常、精錬作業を行う前に釜で予備処理する必要があります。 ドロス中、地金はドロスケトルでかき混ぜられ、凝固点 (370 ~ 425°C) のすぐ上まで冷却されます。 酸化鉛と銅、アンチモン、その他の元素で構成されるドロスが上部に浮かび、溶融した鉛の上で固化します。

ドロスは除去され、非鉛有用金属の回収のためにドロス炉に供給されます。 銅の回収率を高めるために、銅の含有量を約 0.01% に下げて、硫黄含有材料、亜鉛、および/またはアルミニウムを添加することによって、ドロスした鉛地金を処理します。

99.90 番目のステップでは、高温冶金法を使用して鉛地金を精製し、残りの非鉛販売可能材料 (金、銀、ビスマス、亜鉛、およびアンチモン、ヒ素、スズ、酸化銅などの金属酸化物など) を除去します。 鉛は鋳鉄釜で99.99段階精錬されます。 アンチモン、スズ、砒素が最初に除去されます。 次に亜鉛を加え、亜鉛スラグ中の金と銀を取り除きます。 次に、亜鉛を真空除去(蒸留)して鉛を精製します。 カルシウムとマグネシウムを加えて精製を続けています。 これらの XNUMX つの材料は、ビスマスと結合して不溶性化合物を形成し、ケトルからすくい取られます。 最終ステップでは、苛性ソーダおよび/または硝酸塩を鉛に添加して、残っている微量の金属不純物を除去することができます。 精錬された鉛の純度は XNUMX ~ XNUMX% で、他の金属と混合して合金を形成したり、直接成形したりできます。

危険とその予防

主な危険は、鉱石の処理および製錬中の鉱石粉塵への暴露、製錬中の金属煙霧 (鉛、ヒ素、アンチモンを含む)、ほとんどの製錬作業中の二酸化硫黄および一酸化炭素、粉砕および破砕作業および炉からの騒音、および熱ストレスです。炉から。

予防措置には次のものが含まれます。移送操作中の粉塵に対する LEV。 二酸化硫黄および一酸化炭素の局所排気および希釈換気; 騒音制御および聴覚保護プログラム。 保護服とシールド、休憩時間、熱ストレスのための水分補給。 呼吸保護具は、ほこり、煙、二酸化硫黄から保護するために一般的に着用されています。 鉛の生物学的モニタリングは不可欠です。

表 2 に、鉛の製錬および精製のさまざまな段階における環境汚染物質を示します。

表 2. 鉛の製錬および精製におけるプロセス材料のインプットと汚染のアウトプット

プロセス

材料投入

大気への排出

プロセス廃棄物

その他の廃棄物

鉛焼結

鉛鉱、鉄、シリカ、石灰石フラックス、コークス、ソーダ、灰、黄鉄鉱、亜鉛、苛性アルカリ、バグハウスダスト

二酸化硫黄、カドミウムおよび鉛を含む粒子状物質

   

鉛製錬

鉛焼結、コークス

二酸化硫黄、カドミウムおよび鉛を含む粒子状物質

工場洗浄排水、スラグ造粒水

亜鉛、鉄、シリカ、石灰などの不純物を含むスラグ、表面貯留固形物

鉛のかす

鉛地金、ソーダ灰、硫黄、バグハウスダスト、コークス

   

銅などの不純物を含むスラグ、表面貯留固形物

鉛精製

鉛かす地金

     

 

亜鉛

亜鉛精鉱は、鉱石 (亜鉛を 2% しか含まない場合もあります) を破砕と浮遊選鉱によって廃岩から分離することによって生成されます。このプロセスは通常、採掘現場で行われます。 次に、亜鉛精鉱は 80 つの方法のいずれかで亜鉛金属に還元されます。蒸留による乾式冶金法 (炉内でのレトルト処理) または電解採取による湿式冶金法です。 後者は、亜鉛精錬全体の約 XNUMX% を占めています。

湿式製錬亜鉛精錬では一般に、か焼、浸出、精製、および電解抽出の 700 つの処理段階が使用されます。 焼成または焙煎は、硫化亜鉛濃縮物をカルシンと呼ばれる不純な酸化亜鉛に変換する高温プロセス (1000 ~ XNUMX °C) です。 焙煎機のタイプには、複数炉、サスペンション、または流動床が含まれます。 一般に、か焼は、亜鉛含有材料を石炭と混合することから始まります。 次に、この混合物を加熱または焙焼して、酸化亜鉛を蒸発させ、酸化亜鉛は、結果として得られるガス流とともに反応チャンバーの外に移動します。 ガス流はバグハウス (フィルター) エリアに送られ、そこで酸化亜鉛がバグフィルターのダストに取り込まれます。

か焼プロセスのすべてで二酸化硫黄が生成されますが、これは制御され、市場性のあるプロセス副産物として硫酸に変換されます。

脱硫カルシンの電解処理は、浸出、精製、電解の XNUMX つの基本的なステップで構成されます。 浸出とは、捕捉されたカルシンを硫酸溶液に溶解して硫酸亜鉛溶液を形成することを指します。 カルシンは、1回または2回浸出することができる。 二重浸出法では、カルシンをわずかに酸性の溶液に溶解して硫酸塩を除去します。 次にカルシンは、亜鉛を溶解するより強力な溶液で XNUMX 回浸出されます。 この XNUMX 番目の浸出ステップは、実際には精製の XNUMX 番目のステップの始まりです。これは、鉄不純物の多くが亜鉛と同様に溶液から脱落するためです。

浸出後、溶液は亜鉛末を添加することにより40段階以上で精製されます。 溶液は、粉塵が有害な要素を強制的に沈殿させてろ過できるようになるため、浄化されます。 精製は通常大型の攪拌槽で行います。 このプロセスは、85 ~ 2.4°C の範囲の温度と、大気圧~ XNUMX 気圧の範囲の圧力で行われます。 精製中に回収される元素には、ケークとしての銅と金属としてのカドミウムが含まれます。 精製後、溶液は最終ステップである電解採取の準備が整います。

亜鉛の電解採取は、電解槽で行われ、鉛-銀合金陽極から亜鉛水溶液に電流を流します。 このプロセスは、懸濁した亜鉛を充電し、溶液に浸されたアルミニウム陰極に強制的に堆積させます。 24 ~ 48 時間ごとに、各セルをシャットダウンし、亜鉛コーティングされたカソードを取り外してすすぎ、亜鉛をアルミニウム プレートから機械的に剥がします。 亜鉛精鉱はその後、溶解されてインゴットに鋳造され、多くの場合、純度は 99.995% に達します。

電解亜鉛製錬所には、数百ものセルが含まれています。 電気エネルギーの一部が熱に変換され、電解液の温度が上昇します。 電解セルは、大気圧で 30 ~ 35°C の温度範囲で動作します。 電解抽出中、電解液の一部は冷却塔を通過して温度を下げ、プロセス中に収集した水を蒸発させます。

危険とその予防

主な危険は、鉱石の処理および製錬中の鉱石粉塵への暴露、精製および焙焼中の金属煙霧 (亜鉛および鉛を含む)、ほとんどの製錬作業中の二酸化硫黄および一酸化炭素、破砕および粉砕作業および炉からの騒音、からの熱ストレスです。電解プロセス中の炉と硫酸と電気の危険。

予防措置には次のものが含まれます。移送操作中の粉塵に対する LEV。 二酸化硫黄および一酸化炭素の局所排気および希釈換気; 騒音制御および聴覚保護プログラム。 熱ストレスのための防護服とシールド、休憩、水分補給。 電解プロセスのLEV、PPE、および電気的注意事項。 呼吸保護具は、ほこり、煙、二酸化硫黄から保護するために一般的に着用されています。

表 3 に、亜鉛の製錬および精製のさまざまな段階における環境汚染物質を示します。

表 3. 亜鉛の製錬および精製におけるプロセス材料のインプットと汚染のアウトプット

プロセス

材料投入

大気への排出

プロセス廃棄物

その他の廃棄物

亜鉛焼成

亜鉛鉱、コークス

二酸化硫黄、亜鉛および鉛を含む粒子状物質

 

酸性プラントブローダウンスラリー

亜鉛浸出

カルシン亜鉛、硫酸、石灰石、廃電解液

 

硫酸含有排水

 

亜鉛精製

亜鉛酸溶液、亜鉛末

 

硫酸、鉄を含む排水

銅ケーキ、カドミウム

亜鉛電解採取

硫酸/水溶液中の亜鉛、鉛銀合金陽極、アルミニウム陰極、炭酸バリウムまたはストロンチウム、コロイド添加剤

 

希硫酸

電解セルスライム/スラッジ

 

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読む 21517 <font style="vertical-align: inherit;">回数</font> 最終更新日: 10 年 2011 月 23 日水曜日 11:XNUMX

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