WO2019038866A1

WO2019038866A1 - 銅製錬炉の精鉱バーナ及び銅製錬炉の操業方法

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Publication number: WO2019038866A1
Application number: PCT/JP2017/030193
Authority: WO
Inventors: 本村竜也; 相馬悠紀
Original assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Current assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: US11499781B2; US20210088283A1

Abstract

銅製錬炉の精鉱バーナは、銅製錬炉の反応シャフト上部に装着され、銅精鉱を含む出発原料を銅製錬炉内に投入する銅製錬炉の精鉱バーナであって、前記出発原料を前記銅製錬炉内へ投入する原料投入部と、前記原料投入部と別個に設けられ、前記出発原料に添加する固体添加物を投入する添加物投入部と、を、備えたことを特徴とする。

Description

銅製錬炉の精鉱バーナ及び銅製錬炉の操業方法

　本発明は、銅製錬炉の精鉱バーナ及び銅製錬炉の操業方法に関する。

　近年、銅製錬で処理する原料は、銅精鉱主体の原料構成から高収益原料比率を増した原料構成へシフトしつつある。しかしながら、それに伴う操業悪化（スラグロス悪化）に対応できていなかった。高マージン原料の処理により、炉内でマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）主体の難溶融性物質の生成量が増加する。しかしながら、そのメカニズムについては特定されておらず、炉況悪化が生じた後の事後対応しかできなかった。また、原料調合を変更できない状況においては、他に有効な解決手段がないため、長期にわたる操業悪化を余儀なくされ、収益を大きく悪化させていた。

　従来技術として、反応シャフトでの固気反応悪化により生じる過酸化スラグ（Ｆｅ_３Ｏ_４等）に起因する炉内埋まり、中間層増大などへの対応方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、当該技術は、事後対応の技術であることに加え、高マージン原料が増加した操業条件では効果が薄く、十分な対応策ではなくなっている。

特開２００５－８９６５号公報

　本発明者らの調査により、原料中のＡｌ（アルミニウム）源に起因してスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が上昇した場合、Ａｌ_２Ｏ_３およびＦｅ_３Ｏ_４主体の難融解性の物質が形成されやすくなり、マットとスラグとの分離性が悪化することでスラグロスが上昇することが判明した。しかしながら、この原料中のＡｌ増加に対する有効な手段が得られていなかった。

　このような原料中のＡｌ増加に対処すべく、銅製錬炉内に原料とともに固体添加物を投入することが考えられている。原料とともに固体添加物を銅製錬炉内へ投入しようとする場合、予め原料と固体添加物とを調合し、その後、調合された原料及び固体添加物を、精鉱バーナを通じて反応シャフトへ投入することが考えられる。

　しかしながら、予め原料と固体添加物とを調合しておくと、例えば、炉体に不具合が生じ、固体添加物の投入を中止したい場合であっても、固体添加物の投入を即座に中止することができないという不都合が想定される。すなわち、固体添加物が原料と調合された状態で精鉱バーナの手前で待機した状態となっているため、固体添加物の投入を制御することは困難である。また、原料組成の偏在等が原因で、調合時に推定したスラグ中Ａｌ_２Ｏ_３濃度に対し、実際に生成したスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が高くなった場合等にも、実際に生成したスラグの分析値に応じた、適切なＦｅ添加量への速やかな変更が困難である。

　本発明は上記の課題に鑑み、固体添加物の投入を制御することができる銅製錬炉の精鉱バーナ及び銅製錬炉の操業方法を提供することを目的とする。

　本発明に係る銅製錬炉の精鉱バーナは、銅製錬炉の反応シャフトの上部に装着され、銅精鉱を含む出発原料を銅製錬炉内に投入する銅製錬炉の精鉱バーナであって、前記出発原料を前記反応シャフト内へ投入する原料投入部と、前記原料投入部と別個に設けられ、前記出発原料に添加する固体添加物を投入する添加物投入部と、を、備えたことを特徴とする。前記添加物投入部の添加口は、前記原料投入部以降に形成されていてもよい。前記添加物投入部の添加口は、前記原料投入部の上部に設けられているシュート部に形成されていてもよい。前記添加物投入部の添加口は、前記原料投入部内を通過し、前記出発原料を分散させる分散ガスを前記銅製錬炉内へ吹き込む通路を形成するランスの下端部に設けられた分散コーンに形成されていてもよい。前記固体添加物は、Ｆｅメタル源とすることができる。

　本発明に係る銅製錬炉の操業方法は、出発原料を反応シャフト内へ投入する原料投入部と、前記原料投入部と別個に設けられ、前記出発原料に添加する固体添加物を投入する添加物投入部と、を備え、前記反応シャフトの上部に装着された精鉱バーナを備えた銅製錬炉の操業方法であって、前記固体添加物は、前記添加物投入部を通じて、前記原料投入部以降の位置に前記出発原料とは別個に投入することを特徴する。前記固体添加物は、Ｆｅメタル源とすることができる。

　本発明に係る銅製錬炉の精鉱バーナ及び銅製錬炉の操業方法によれば、固体添加物の投入を制御することができる。

銅の製錬方法の一実施形態に使用する自溶炉の概略図である。実施形態の精鉱バーナを模式的に示す説明図である。図２におけるＡ側から観た分散コーンを示す説明図である。実施形態の精鉱バーナにより、出発原料及びＦｅメタル源を投入する様子を模式的に示す説明図である。他の実施形態の精鉱バーナを模式的に示す説明図である。他の実施形態の精鉱バーナにより、出発原料及びＦｅメタル源を投入する様子を模式的に示す説明図である。

　以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

　（実施の形態）
　図１は、銅の製錬方法の一実施形態に使用する自溶製錬炉（以下、「自溶炉」という）１の概略図である。図１に示すように、自溶炉１は、炉体２を備える。炉体２は、反応シャフト３、セットラ４およびアップテイク５が順に配置された構造を有する。反応シャフト３の上部３ａには、精鉱バーナ１０が設けられている。本実施形態における自溶炉１は、銅製錬炉である。

　自溶炉１を用いた銅製錬では、精鉱バーナ１０から銅精鉱等の銅製錬用原料、溶剤、リサイクル原料等（以下、これらの固体原料を出発原料と称する）とともに、酸素を含む反応ガスが反応シャフト３内に投入される。それにより、下記反応式（１）などにより銅製錬用原料が酸化反応を起こし、図１で例示するように、反応シャフト３の底部でマット５０およびスラグ６０に分離する。なお、下記反応式（１）で、Ｃｕ_２Ｓ・ＦｅＳがマットの主成分に相当し、ＦｅＯ・ＳｉＯ_２がスラグの主成分に相当する。溶剤として、珪酸鉱が用いられている。
　ＣｕＦｅＳ_２＋ＳｉＯ_２＋Ｏ_２→Ｃｕ_２Ｓ・ＦｅＳ＋２ＦｅＯ・ＳｉＯ_２＋ＳＯ_２　＋　反応熱　（１）

　反応ガスとして、例えば酸素富化空気を用いることができる。酸素富化空気とは、自然の大気よりも高い酸素濃度を有する空気のことである。例えば、酸素富化空気は、６０体積％～９０体積％の酸素濃度を有する。それにより、銅製錬用原料に十分な酸化反応を生じさせることができる。本実施形態の反応ガスは、後に詳説するように、反応用主送風ガス及び反応用補助ガスとして反応シャフト３内に導入される。

　銅製錬用原料の成分は、例えば、Ｃｕ：２６ｍａｓｓ％～３２ｍａｓｓ％、Ｆｅ：２５ｍａｓｓ％～２９ｍａｓｓ％、Ｓ：２９ｍａｓｓ％～３５ｍａｓｓ％、ＳｉＯ_２：５ｍａｓｓ％～１０ｍａｓｓ％、Ａｌ_２Ｏ_３：１ｍａｓｓ％～３ｍａｓｓ％である。Ａｌ含有量が多い銅精鉱の成分は、例えば、Ｃｕ：２４ｍａｓｓ％～３０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：２３ｍａｓｓ％～２８ｍａｓｓ％、Ｓ：２９ｍａｓｓ％～３５ｍａｓｓ％、ＳｉＯ_２：７ｍａｓｓ％～１２ｍａｓｓ％、Ａｌ_２Ｏ_３：３ｍａｓｓ％～７ｍａｓｓ％である。

　Ａｌ_２Ｏ_３は、ＦｅＯと複合酸化物（ＦｅＡｌ_２Ｏ_４）を形成し、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）に溶ける。この場合、Ａｌ_２Ｏ_３の存在により、マグネタイトスピネルが生成され、Ｆｅ_３Ｏ_４が安定化する。その結果、溶湯において固体Ｆｅ_３Ｏ_４の量が増え、スラグの流動性が悪化し、スラグとマットの分離性が悪化することに起因してスラグロスが大きくなる傾向がある。溶湯とＦｅメタルとを共存させることで酸素ポテンシャルが低下すると、ＦｅＯの酸化が抑制され、スラグ６０中のＡｌ_２Ｏ_３許容濃度が大きくなる。その結果、複合酸化物（ＦｅＡｌ_２Ｏ_４）およびＦｅ_３Ｏ_４の生成が抑制される。

　以上の知見に基づけば、スラグロスの低下のためには、銅製錬用原料中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が高くなった場合にスラグ６０中のＡｌ_２Ｏ_３許容濃度を大きくする必要がある。一方で、マット５０とスラグ６０とが生成された後にＦｅメタルをスラグ６０に投入しても、複合酸化物（ＦｅＡｌ_２Ｏ_４）の生成を抑制することが困難である。また、投入位置等の調整が必要となってくる。そこで、本実施形態においては、反応シャフト３に投入する段階の出発原料に、Ｆｅメタルを含む固体添加物としてのＦｅメタル源を投入する。

　ここで、図２乃至図４を参照しつつ、反応シャフト３に投入する段階の出発原料に、Ｆｅメタル源を投入することができる精鉱バーナ１０について、説明する。図２は、実施形態の精鉱バーナを模式的に示す説明図である。図３は、図２におけるＡ側から観た分散コーンを示す説明図である。図４は、実施形態の精鉱バーナにより、出発原料及びＦｅメタル源を投入する様子を模式的に示す説明図である。精鉱バーナ１０は、上述のように、反応シャフト３の上部３ａに設けられており、出発原料及びＦｅメタル源の他に、反応用主送風ガス、反応用補助ガス、及び分散用ガス（反応にも寄与する）を炉体２内に供給する。

　図２を参照すると、精鉱バーナ１０は、空気導入部１１を備える。空気導入部１１は、空気取入口１１ａ１が形成された漏斗状部１１ａを有している。空気取入口１１ａ１には、空気配管１２が接続されており、図４において、矢示３２で示すように漏斗状部１１ａに反応用主送風ガスが導入される。空気導入部１１に導入された反応用主送風ガスは、矢示３３及び矢示３４で示すように、吹き出し口１１ｂを通じて、反応シャフト３内に導入される。

　精鉱バーナ１０は、原料投入部１３を備える。原料投入部１３は、その上部に１以上の傾斜した流路を形成しているシュート部１３ａを備えている。シュート部１３ａには、精鉱バーナ１０の上方に設置されているホッパー７内に貯留されている出発原料が投入される。原料投入部１３の下端部は、円筒状となっており、空気導入部１１内を通過するように配置されている。原料投入部１３の下端部における外周壁面は、空気導入部１１の内周壁面とともに第１通路１４を形成している。この第１通路１４は、反応用主送風ガスが流通する通路となる。原料投入部１３内の出発原料は、下端に設けられている排出口１３ｂを通じて反応シャフト３内へ投入される。

　精鉱バーナ１０は、ランス１５を備える。ランス１５の先端部には、分散コーン１６が形成されている。ランス１５は、筒状の部材によって形成されており、原料投入部１３の内側に配置されている。ランス１５の外周壁面は、原料投入部１３の内周壁面とともに、第２通路１７を形成している。この第２通路１７は、出発原料が流下する通路となる。

　ランス１５の内側には、筒状の補助空気導入部１８が配置されている。補助空気導入部１８の外周壁面は、ランス１５の内周壁面とともに、第３通路１９を形成している。第３通路１９には、分散用ガスが流通する。なお、筒状の補助空気導入部１８は、第４通路２０を形成しており、第４通路２０は、図４において、矢示３５で示すように反応用補助ガスが流通する通路となっている。

　分散コーン１６は、中空円錐台の形状を有しており、図３を参照すると、側面下部１６１には第３通路１９を通過した分散用ガスを反応シャフト３内へ吐出する複数の供給孔１６２が形成されている。図３を参照すると、供給孔１６２は、分散コーン１６に放射状に設けられており、図４において、矢示３６で示すように分散コーン１６の底面の半径方向外側へ向かって分散用ガスを吐出するように形成されている。さらに、供給孔１６２は、分散コーン１６の底面の法線方向と交差するように分散用ガスを吐出する構成となっている。これにより、精鉱と反応用ガスとの反応を早期に完了するとともに、反応を均一化し、反応進行速度が一定になるようにしている。

　精鉱バーナ１０は、添加物投入部２１を備える。添加物投入部２１は、原料投入部１３と別個に設けられており、出発原料に添加する固体添加物であるＦｅメタル源を投入する。添加物投入部２１は、その上方に設置されているホッパー８と接続されており、ホッパー８内に貯留されているＦｅメタル源が供給されるようになっている。添加物投入部２１の添加口２１ａは、原料投入部１３以降に形成されていればよい。本実施形態の精鉱バーナ１０における添加物投入部２１の添加口２１ａは、原料投入部１３の上部に設けられているシュート部１３ａに形成されている。これにより、Ｆｅメタル源は、原料投入部１３以降において初めて出発原料と混合された状態となる。

　図４を参照すると、シュート部１３ａよりも上流側では、出発原料３０は、単独で存在する状態となっている。一方、Ｆｅメタル源３１も、添加物投入部２１内では、単独で存在する状態となっている。そして、Ｆｅメタル源は、原料投入部１３に含まれる、すなわち、精鉱バーナ１０に含まれるシュート部１３ａに形成されている添加口２１ａを通じて出発原料の流れに合流し、混合される。

　このように、固体添加物であるＦｅメタル源３１を、精鉱バーナ１０以降の位置に出発原料３０とは別個に投入することで、以下の効果を得ることができる。

　例えば、炉体２に不具合が生じ、Ｆｅメタル源の反応シャフト３への投入を中止したい場合に、即座にＦｅメタル源３１の投入を中止することができる。出発原料３０とともにＦｅメタル源を反応シャフト３内へ投入しようとする場合、予め出発原料３０とＦｅメタル源３１とを調合し、調合された出発原料及びＦｅメタル源を、コンベア等で精鉱バーナへ移送し、反応シャフト３へ投入することが考えられる。しかしながら、予め出発原料３０とＦｅメタル源３１とを調合しておくと、出発原料３０と調合された状態のＦｅメタル源３１がコンベア等に搭載され、精鉱バーナの手前で待機した状態となっている。このため、Ｆｅメタル源３１の投入を制御することは困難である。本実施形態の精鉱バーナ１０であれば、Ｆｅメタル源３１の投入を制御し、例えば、即座にＦｅメタル源３１の投入を中断し、出発原料３０の投入のみを継続することができる。この結果、炉体熱負荷の上昇等が生じたときに、炉体破損を回避しつつ、安定操業を継続することができる。そして、炉体２の熱負荷上昇等が落ち着いたら、Ｆｅメタル源３１の投入を再開することができる。また、調合時に推定したスラグ中Ａｌ_２Ｏ_３濃度に対し、実際に生成したスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が高くなった場合等にも、実際に生成したスラグの分析値に応じた、速やかに適切なＦｅ添加量の調整が可能である。

　また、本実施形態の精鉱バーナ１０によれば、Ｆｅメタル源３１の添加量を頻繁に調整することができる。例えば、出発原料中や、あるいは実際に生成したスラグ中の、Ａｌ_２Ｏ_３濃度や炉体２の操業状況を加味してＦｅメタル源３１の添加量を調整することができる。

　また、本実施形態の精鉱バーナ１０によれば、スラグロスの低減、溶湯タップ性維持及び操業の安定継続を図ることができる。

　なお、添加物投入部２１の添加口２１ａは、出発原料３０の流れ方向に着目したときに、精鉱バーナ１０内に設けられた原料投入部１３以降に形成されていればよい。このため、例えば、図５及び図６に示すように、分散コーン１６の先端部に設けられた添加口２５ａとすることもできる。

　具体的に、図２等に示す添加物投入部２１に代えて、図５及び図６に示す補助空気導入部１８内に筒状の添加物投入部２５を装備してもよい。このような添加物投入部２５を備えた場合、Ｆｅメタル源３１が落下する過程で、反応シャフト３で生成したばかりの高温のマット５０およびスラグ６０の液滴と接触し、溶湯に取り込まれる。すなわち、分散コーン１６の先端部に設けられた添加口２５ａから投入されたＦｅメタル源３１が分散コーン１６の直下において、生成されている溶湯と接触することになる。このような添加物投入部２５であっても、Ｆｅメタル源３１の投入を制御することができる。なお、添加口２１ａと添加口２５ａの双方を備えるようにしてもよい。

　Ｆｅメタル源として、４０ｍａｓｓ％～１００ｍａｓｓ％のＦｅメタルを含むものを用いる。Ｆｅメタルとして、銑鉄などを用いることができる。リサイクル原料のようにＦｅ成分の少ないものを用いる場合と比較して、Ｆｅメタルによる高い還元効果が得られる。なお、Ｆｅメタル源として、５０ｍａｓｓ％～６０ｍａｓｓ％のＦｅメタルを含むものを用いてもよい。

　Ｆｅメタル源におけるＦｅメタルの粒子径が小さすぎると、反応シャフト３でＦｅメタルが反応ガスの酸素によって酸化燃焼し、還元効果が低下するおそれがある。一方で、Ｆｅメタルの粒子径が大きすぎると、還元効果を発揮する前に炉底に沈降し、炉底還元に特化した現象が生じるおそれがある。そこで、Ｆｅメタル源におけるＦｅメタルの粒子径を所定の範囲に収めることが好ましい。例えば、Ｆｅメタル源におけるＦｅメタルの粒子径は、例えば、１ｍｍ～１０ｍｍであることが好ましい。

　Ｆｅメタル源におけるＦｅメタルとして、粒子径が異なるものを混合して用いてもよい。例えば、炉内のスラグ６０中Ａｌ_２Ｏ_３が４．５ｍａｓｓ％を超過しており、さらに上昇が見込まれる出発原料を処理するケースでは、５～１０ｍｍの粒度分布のＦｅメタルを４０ｍａｓｓ％、１～５ｍｍの粒度分布のＦｅメタルを６０ｍａｓｓ％混合し、添加量を１２０ｋｇ／ｈとしてもよい。生成する溶湯の酸素ポテンシャルを低く維持できるとともに、炉内に既に存在するスラグ６０に対して比較的大きめのＦｅメタルを懸垂させることで、高Ａｌ_２Ｏ_３スラグを還元できるからである。炉内のスラグ６０中のＡｌ_２Ｏ_３が４ｍａｓｓ％未満であるが、生成するスラグ中Ａｌ_２Ｏ_３が４．５ｍａｓｓ％を超過すると考えられるケースでは、５～１０ｍｍの粒度分布のＦｅメタルを２０ｍａｓｓ％、１～５ｍｍの粒度分布のＦｅメタルを８０ｍａｓｓ％混合し、添加量を６０ｋｇ／ｈとしてもよい。生成した直後の溶湯の酸素ポテンシャルを低く維持することができることが主な理由である。

　または、粒子径が１ｍｍ～１０ｍｍ以外のものを混合してもよい。例えば、粒子径が１ｍｍ～１０ｍｍのものをＦｅメタル源全体に対する８０ｍａｓｓ％とし、粒子径が１０ｍｍ～１５ｍｍのものを２０ｍａｓｓ％として両者を混合してもよい。

　ここで、Ｆｅメタルの代わりに、カーボン紛を用いることについて検討する。カーボン粉を用いると、反応シャフト３にて、銅精鉱よりも早く燃焼し、熱補償原料としての寄与率が高くなり、スラグ中のＦｅ_３Ｏ_４の生成を抑制する目的では効果が低い。多量のカーボン紛を用いて還元効果を得ることも考えられるが、その場合には無駄な反応熱量が生じるため、熱負荷が増大してしまう。また、無駄に酸素を消費させ銅精鉱処理量が減少し減産につながる。さらに、後工程でのガス導入量の制約から銅精鉱処理量が減少し減産につながる。また、還元に寄与せず、燃焼してしまうコークスの燃焼熱により炉体の熱負荷が上昇し、炉体冷却のための水冷ジャケット等の溶損トラブル原因となる。

　これに対して、粒状のＦｅメタルを用いることで、粒状Ｆｅメタルが反応シャフト内を落下する過程で、反応シャフト３で生成したばかりの高温のマット５０およびスラグ６０の液滴と接触し、溶湯に取り込まれ、Ａｌ_２Ｏ_３の影響によるＦｅ_３Ｏ_４の生成の抑制が可能となる。生成したばかりの高温溶湯とＦｅメタルとを共存させて還元度を増すことで、Ａｌ_２Ｏ_３の影響よりも還元の影響が強くなり、Ｆｅ_３Ｏ_４の生成を抑制していると考えられる。

　また、粒状あるいは塊状カーボンを使用する場合、比表面積低下により反応シャフト３でのカーボン燃焼効率が低下し、炉内で着湯することが予想される。しかしながら、比重差に起因して粒状あるいは塊状カーボンは溶湯の表層に浮上し、スラグ６０の表層だけが還元されるにとどまり、スラグ６０全体への寄与度が低く、Ａｌ_２Ｏ_３の影響を軽減する効果は低くなる。これに対して、粒子径を調整したＦｅメタルを用いることで、反応ガスによるＦｅメタルの酸化燃焼が抑制され、炉底への沈降も抑制される。それにより、ＦｅメタルによるＦｅ_３Ｏ_４抑制効果がより高まることになる。

　Ｆｅメタル源の投入量は、スラグ６０で生成されるＡｌ_２Ｏ_３量に応じて決定することが好ましい。スラグ６０で生成されるＡｌ_２Ｏ_３量は、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３の量から推定することができる。なお、出発原料中のリサイクル原料にもＡｌやＡｌ_２Ｏ_３が含まれているため、当該Ａｌ_２Ｏ_３量（Ａｌ量）も考慮する。以下、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３濃度（ｍａｓｓ％）は、出発原料（例えばリサイクル原料）に含まれるＡｌをＡｌ_２Ｏ_３に換算したうえで合算した濃度である。

　スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度は、出発原料の調合比率により変動はするものの、出発原料のＡｌ_２Ｏ_３濃度の約１．７～２．０倍となる。例えば、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が２．２ｍａｓｓ％である場合に、スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が４．３ｍａｓｓ％程度となる。このことを考慮すると、例えば、出発原料（繰り返しダストを除く）の投入量が１３０ｔ／ｈ～２３０ｔ／ｈ（例えば２０８ｔ／ｈ）であって反応ガスとして酸素濃度７０体積％～８２体積％の酸素富化空気を６４０Ｎｍ^３／ｍｉｎ～７００Ｎｍ^３／ｍｉｎとした場合に、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３が２．２ｍａｓｓ％以下で生成するスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３が４．２ｍａｓｓ以下となることが予測される場合は、Ｆｅメタル源の投入量を０ｋｇ／ｈ以上２０ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましく、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３が２．２ｍａｓｓ％以上２．４ｍａｓｓ％以下で、生成するスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３が４．２ｍａｓｓ％以上４．５ｍａｓｓ％以下となることが出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３量から計算により予想される場合は、Ｆｅメタル源の投入量を２０ｋｇ／ｈ以上４２ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましく、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３が２．４ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下で、生成するスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３が４．５ｍａｓｓ％以上４．７ｍａｓｓ％以下となることが予想される場合は、Ｆｅメタル源の投入量を４２ｋｇ／ｈ以上１０５ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましく、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３が２．５ｍａｓｓ％以上２．６ｍａｓｓ％以下で、生成するスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３が４．７ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下になることが予想される場合はＦｅメタル源の投入量を１０５ｋｇ／ｈ以上１４７ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましく、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３が２．６ｍａｓｓ％以上２．７ｍａｓｓ％以下で、生成するスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３が５．０ｍａｓｓ％以上５．２ｍａｓｓ％以下となることが予想されればＦｅメタル源の投入量を１４７ｋｇ／ｈ以上１６０ｋｇ／ｈ以下とすることが好ましい。

　なお、生成するスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｃｕ等の濃度は、自溶炉１から抜き出したスラグまたは錬カン炉から抜き出したスラグを分析することによって確認してもよい。例えば、生成しているスラグを1時間ごとにサンプリングして、ＸＲＦ等による迅速分析によりスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度をリアルタイムに確認し、生成しているスラグに対する適量のＦｅメタル添加量を、Ｆｅメタル添加設備の設定にフィードバックすることで、より精度の高い操業調整が可能となる。

　本実施形態によれば、Ａｌを含む銅精鉱と溶剤とを含む出発原料とともに、Ｆｅメタル含有量が４０ｍａｓｓ％～１００ｍａｓｓ％のＦｅメタル源を銅製錬炉内に投入することで、ＦｅＯの酸化が抑制され、スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３許容濃度が大きくなる。その結果、スラグロスを抑制することができる。例えば、銅製錬炉内に投入することで得られるスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が４．０ｍａｓｓ％を上回ると想定される出発原料とともに、上記Ｆｅメタル源を銅製錬炉内に投入することが好ましい。または、精鉱バーナ１０から出発原料を投入したことで得られたスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が４．０ｍａｓｓ％を上回った場合に、その後に投入する出発原料とともに上記Ｆｅメタル源を銅製錬炉内に投入してもよい。また、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が２．０ｍａｓｓ％を上回る場合に、当該出発原料とともに上記Ｆｅメタル源を銅製錬炉内に投入することが好ましい。

（実施例）
　上記実施形態に従って、銅製錬炉の操業を行った。操業条件および結果を表１に示す。１３日目までは、出発原料の平均投入量を２００ｔ／ｈとし、Ｆｅメタル源を投入しなかった。１４日目からは、出発原料の平均投入量を２０８ｔ／ｈとし、Ｆｅメタル源の平均投入量を４２ｋｇ／ｈとした。なお、Ｆｅメタル源は、出発原料に予め混合してから精鉱バーナから投入した。Ｆｅメタル源として、５５ｍａｓｓ％～６５ｍａｓｓ％のＦｅメタルを含むものを用いた。酸素富化空気の送風量を、６５０Ｎｍ^３／ｍｉｎ～６９０Ｎｍ^３／ｍｉｎとした。

　１３日目までの範囲では、出発原料中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が上昇した場合に、スラグ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度が４．５ｍａｓｓ％を超過した。その結果、スラグロスが１％以上となった。これは、スラグに対する高いＡｌ_２Ｏ_３許容濃度が得られず、Ａｌ_２Ｏ_３の存在によりＦｅ_３Ｏ_４が安定化したからであると考えられる。これに対して、１４日目以降においてはスラグ中のＡｌ_２Ｏ_３が４．３ｍａｓｓ％以上の高い値で推移（最大４．７ｍａｓｓ％）したが、スラグロスを０．８程度の低い値に維持することができた。これは、Ｆｅメタル源の投入により、Ｆｅ_３Ｏ_４の生成が抑制され、スラグ中へのＡｌ_２Ｏ_３の許容濃度が高くなったからであると考えられる。また、１４日目以降においては、自溶炉中間層および錬カン炉中間層の増大も抑制することができた。

　以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims

　銅製錬炉の反応シャフトの上部に装着され、銅精鉱を含む出発原料を銅製錬炉内に投入する銅製錬炉の精鉱バーナであって、
　前記出発原料を前記反応シャフト内へ投入する原料投入部と、
　前記原料投入部と別個に設けられ、前記出発原料に添加する固体添加物を投入する添加物投入部と、
を、備えたことを特徴とする銅製錬炉の精鉱バーナ。
　前記添加物投入部の添加口は、前記原料投入部以降に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の銅製錬炉の精鉱バーナ。
　前記添加物投入部の添加口は、前記原料投入部の上部に設けられているシュート部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅製錬炉の精鉱バーナ。
　前記添加物投入部の添加口は、前記原料投入部内を通過し、前記出発原料を分散させる分散ガスを前記銅製錬炉内へ吹き込む通路を形成するランスの下端部に設けられた分散コーンに形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の銅製錬炉の精鉱バーナ。
　前記固体添加物は、Ｆｅメタル源であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の銅製錬炉の精鉱バーナ。
　出発原料を反応シャフト内へ投入する原料投入部と、前記原料投入部と別個に設けられ、前記出発原料に添加する固体添加物を投入する添加物投入部と、を備え、前記反応シャフトの上部に装着された精鉱バーナを備えた銅製錬炉の操業方法であって、
　前記固体添加物は、前記添加物投入部を通じて、前記原料投入部以降の位置に前記出発原料とは別個に投入することを特徴する銅製錬炉の操業方法。
　前記固体添加物は、Ｆｅメタル源であることを特徴とする請求項６に記載の銅製錬炉の操業方法。