平成 29 年度第 5 回 JOGMEC 金属資源セミナー 0 銅製錬技術動向金属資源技術部生産技術課滝口浩之平成 29 年 10 月 6 日 ( 金 )

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1 平成 29 年度第 5 回 JOGMEC 金属資源セミナー 0 銅製錬技術動向金属資源技術部生産技術課滝口浩之平成 29 年 10 月 6 日 ( 金 )

2 開発生産技術 < 非鉄金属の生産から消費まで ( 銅の例 )> 1 手法開発生産消費乾式製錬法作業所作業工程製品名湿式製錬法作業所作業工程製品名 ( 主として硫化物鉱石 ) 鉱山選鉱場製錬所採掘選鉱熔錬精製鉱石銅精鉱粗銅電気銅 %Cu 20-40%Cu %Cu 99.99%Cu リーチングプラントリーチング SX-EW ( 酸による溶解 ) 鉱石溶解液数 g/l Cu 電気銅 99.99%Cu ( 主として酸化鉱 : 二次硫化鉱も一部実施 ) ( 溶媒抽出 - 電解採取法 ) 全銅生産量の約 2 割を占める電線伸銅品

3 目的背景 2 JOGMEC の金属資源技術部生産技術課では製錬分野における技術開発業務に携わっており世界の製錬技術の動向に関して調査をおこなっている銅資源を取り巻く環境は鉱石中の銅品位の低下 As 等の不純物増加リサイクル原料処理量増加など大きく変わろうとしているこのため製錬分野でも技術開発が進められている今回収集した情報の中から主に中国の新型炉として底吹炉 (SKS プロセス ) について及び電解精製について不純物 (As,Sb,Bi,Pb 等 ) の影響に関して報告する

4 製錬フローの例 ( 自溶炉 ) 3 参照 : 平成 21 年度 ( 第 7 回 ) 金属資源関連成果発表会資源経済シンポジウム ( 国内銅 ) 製錬技術の現状と今後 / パンパシフィックカッパー代表取締役専務佐藤啓一

5 世界の Pyrometallugy の概要 4 区分 Flash Smelting Bath Smelting Smelting technology Outotec flash smelting ( 自溶炉 ) Inco flash furnace smelting( インコ炉 ) 1949 年 1952 年 Reverberating furnace ( 反射炉 ) Mitsubishi process smelting( 三菱 S 炉 ) 年 Top Submerged Lance (TSL,Ausmelt/Isamelt) - Teniente smelting /Noranda smelting 1978 年 Converting technology Flash converter Outotec Direct-toblister flash smelting Bottom blown smelting ( 底吹炉 ) 1995 年 Peirce-Smith converter (P.S. 転炉 ) 2004 年 1909 年 Mitsubishi converter ( 三菱 C 炉 ) Bottom blown converting &refining furnace ( 底吹炉 ) 1974 年 2004 年

6 世界の Pyrometallugy の概要 5 表 2016 年の Smelting technologies ( 種類別 ) (Rio Tinto Kennecott Utah Copper の Shijie Wang 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) Smelting technology 熔錬技術中の割合 (%) Outotec flash smelting 40 Outotec direct-to-blister flash smelting 5 Isasmelt smelting 10 Ausmelt smelting 5 Bottom blown smelting 5 Inco flash furnace smelting 5 Side blown smelting 5 Mitsubishi process smelting 5 Others 20 自溶炉 45% TSL15% 熔錬技術のうち自溶炉を使用している割合は 45% を占めている次いで TSL も全体の 15% を占めている

7 世界の Pyrometallugy の概要 6 図主な熔錬炉の写真

8 熔錬炉の特徴 7 プロセスの種類世界での使用割合 (%) 熔錬規模 ( 千 t-cu/ 年 ) 酸素濃度 (%O 2 ) 例その他自溶炉 Flash Smelting Guixi(China) 佐賀関東予脱硫率を任意に制御でき燃料消費が少なく SO 2 濃度が高く硫酸製造にも好適でガス漏れも少ない三菱炉 Isasmelt, Ausmelt Bath Smelting Side blown 直島 Gresik 小名浜小坂 Sterlite(India) Yunnan(China) Horne(Canada) Caletones (El Teniente) (Chile) 銅精鉱から粗銅を直接作れる連続プロセス三菱プロセスとしては FeO X -CaO 系スラグを用いているリサイクル原料に特化した操業も可能 Noranda や Teniente は送風等を横から行うため横吹炉と呼ばれることもがある底吹炉 (SKS) Dongying Fangyuan(China) 反応性が良く不純物除去能力に優れているコンパクトで建設費が安い

9 世界の Pyrometallugy の概要 8 表マット品位について (mass% Cu) (Rio Tinto Kennecott Utah Copper の Shijie Wang 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) Matte grade, mass% Cu 製錬所の割合 (%) ~60%Cu の品位が全体の 48% を占めており最も割合が大きいが多くの製錬所でマット品位を 60% としている

10 世界の Pyrometallugy の概要 9 表熔錬スラグへの銅ロスについて ( スラグクリーニング前 ) (Rio Tinto Kennecott Utah Copper の Shijie Wang 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) スラグ中のCu, mass% 製錬所の割合 (%) < >1.7 6 スラグ中の銅濃度 1.0% 以上が製錬所の割合において 80% 以上となっている表熔錬スラグからの銅の回収工程について (Rio Tinto Kennecott Utah Copper の Shijie Wang 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) 破砕 - 磨鉱 - 浮選錬鍰炉両者 69% 25% 6% 浮遊選鉱を使用する割合は 69% 高温で電気炉を使用する割合は 25% 両方を使用する割合は 6% となっている

11 世界の Pyrometallugy の概要 10 表銅製錬における製銅プロセス技術に関する報告 (2016 年 ) (Rio Tinto Kennecott Utah Copper の Shijie Wang 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) Converting technology 製銅プロセス技術中の割合 (%) Peirce-Smith converter 69 Flash converter 21 Mitsubishi converter 5 Bottom blown converting & refining furnace 5 銅製錬における製銅プロセス技術は Peirce Smith converter が 69% 次いで Flash converter が 21% の割合で使用されている

12 中国の Pyrometallugy について 11 このように現在の世界の銅熔錬における生産量は中国が中心となっており中国の銅熔錬技術に注目する必要がある参照 : ICSG 2016 STATISTICAL YEARBOOK WORLD COPPER SMELTER PRODUCTION, 2015 より作成中国は銅熔錬により 650 万トン以上の銅を生産しておりこれは中国が世界の約 1/3 の銅を生産していることとなる

と比べると小さい (China ENFI Engineering Corporation の Liang ShuaiBiao 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) 底吹炉は 1990 年初期に開発され全て 2004

13 底吹炉 (Bottom blown smelting) 12 Dongying Fangyuan における底吹炉の写真 (SKS(Shuikoushan) プロセス炉 ) (Central South University の X. Guo 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) 底吹炉の概略図 (Dongying Fangyuan) 底吹炉の平均熔錬能力は 120kt/Cu であり Flash smelting( 自溶炉 ) の約 500kt/Cu と比べると小さい (China ENFI Engineering Corporation の Liang ShuaiBiao 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) 底吹炉は 1990 年初期に開発され全て 2004 年以降に新たに増設されており中国国内に 9 つ導入されていると報告があり現在までに廃止されたものはない開発の際には従来より銅熔錬で用いられている Noranda や Teniente といった横吹き型の炉を参考としていると考えられる

14 中国の Pyrometallugy について 13 建設は終えており現在試運転中図 Double 底吹炉の写真 ( SKS プロセス炉 ) (Central South University の X. Guo 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) 熔錬能力 300kt/Cu の大型な Double 底吹炉であり 1 基目で Smelting 2 基目で Converting とアノード精製を行う

15 中国の Pyrometallugy について 14 図 Fangyuan プロセスのフロー (Dongying Fangyuan Nonferrous Metals Co., Ltd の By Zhixiang Cui 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) Fangyuan プロセスでは Double 底吹炉を用いている 1 基目では Smelting により White metal(>73%cu) まで銅品位を高めるさらに 2 基目では Anodic copper(>99%) となるまで Converting とアノード精製を行う

16 中国の Pyrometallugy について 15 表銅アノード組成 (Dongying Fangyuan Nonferrous Metals Co., Ltd の By Zhixiang Cui 氏の Copper2016 報告資料より抜粋 ) Cu Fe S O As Zn Sb Pb Ni Bi くくくく0.001 銅アノードは最終的に TANK HOUSE で電解精錬することで電気銅として製品化される

17 16 Sb もスラグ中に 65% ガス中に 20% が分配するため合計 85% の Sb を除去することができると考えられる底吹炉 (SKS) は不純物の除去に優れており As を多く含む精鉱を処理することも可能である等の特徴を持つ図 SKS 溶錬プロセスにおける As Pb Sb Bi の分配比 (China ENFI Engineering Corporation の LiBing 氏の Copper2016 報告資料より作成 ) SKS smelting プロセスにおいて As は 93% がガス中に分配するためほとんどの As を除去することが可能であることが分かる

18 製錬フローの例 ( 自溶炉 ) 17 参照 : 平成 21 年度 ( 第 7 回 ) 金属資源関連成果発表会資源経済シンポジウム ( 国内銅 ) 製錬技術の現状と今後 / パンパシフィックカッパー代表取締役専務佐藤啓一

19 アノードの組成 18 元素品位 % 元素品位 % Cu Ni Ag Pb As <0.25 S Au <0.03 Sb <0.13 Bi <0.06 Se Fe Te O 出典 :Copper 2007, Vol. V: Copper electrorefining and electrowinning (pp )

20 電解精製に関する元素の分類 19 回収のターゲットとなる元素 :Cu Ag Au Cu と化合物を形成する元素 :O S Se Te 電解精製に悪影響を及ぼす可能性がある元素 :As Sb Bi 電解液に溶け出すもしくは化合物を形成する元素 :Ni Zn Fe Pb 表電解精製に関する元素の分類 (M.Moats 氏 /Missouri University の COM2016 報告資料より作成 ) Elmements Cu,Ag,Au O,S,Se,Te As,Sb,Bi Ni,Zn,Fe,Pb Phase Cu,Ag,Au, (Cu,Ag)Se, Ag 2 Se, Au 2 Te,Ag 2 Te Cu 2 O,CuO, Cu 2 S,CuS, Cu 2 Se, Cu 2 Te As,As 2 O 3, Cu 3 As,Sb, Sb 2 O 3,Bi, Bi 2 O 3 Ni,NiO, ZnO, Fe,Fe 2 O 3, Pb,PbO, Pb-(As,Sb,Bi)- oxides

21 電解精製における元素の挙動 20 Cu は 99.8% 以上が電解液中に溶け出す Au は 100% Ag は 99% 以上がスライムとなる Se Te Pb も 98% はスライムとなるが 2% は電解液中に溶け出す Bi Sb As はアノードの組成によってスライムになる場合と電解液中に溶け出す場合がある Ni もアノードの品位や形成される相によって挙動が変わってくる表電解精製における元素の挙動 (M.Moats 氏 /Missouri University の COM2016 報告資料より抜粋 ) Element % to slimes % to electrolyte Cu <0.2 >99.8 Au Ag >99 <1 Se, Te, Pb 98 2 Bi, Sb* As* Ni** Depends on anode concentration and phases formed

アノード中の不純物の影響 21 不純物の挙動において近年特に注目を集めているのは As Sb Bi である As Sb Bi は単独の形態で存在する他に次の化合物を形成 As:As 2 O 3,Cu 3 As Sb:Sb 2 O 3 Bi:Bi 2 O 3 日本の学会では様々な As Sb Bi の化合物 (

22 アノード中の不純物の影響 21 不純物の挙動において近年特に注目を集めているのは As Sb Bi である As Sb Bi は単独の形態で存在する他に次の化合物を形成 As:As 2 O 3,Cu 3 As Sb:Sb 2 O 3 Bi:Bi 2 O 3 日本の学会では様々な As Sb Bi の化合物 ( ヒ酸化物 ) について報告されている Cu と化合物を形成する元素 :O S Se Te Cu の価数が変化する等して Cu 2 O CuO Cu 2 S CuS Cu 2 Se Cu 2 Te を形成その他 Pb は Pb-(As,Sb,Bi)-oxides を形成 As Sb Bi の挙動を考える際に参考となる知見

23 アノード中の不純物の動向 1990~2010 年においてアノード中の As や Pb が約 300~400ppm 増加傾向にあり Bi も約 100ppm 増加傾向にあるこれらの元素は電解精製において電流効率の低下など悪影響を及ぼす可能性があるこれらの不純物はアノードに含有され銅の回収率を下げずに除去することは難しいという知見がある Sb については増加傾向は見られないが精鉱以外の原料が増えると増加する可能性がある 22 図アノード中の不純物の動向 (M.Moats 氏 /Missouri University の COM2016 報告資料より抜粋 )

24 まとめ 23 世界の銅製錬所における生産量の 1/3 を占めている中国は独自の技術として底吹炉を開発しており近年の中国の銅生産量増加への影響が大きいと考えられる底吹炉は生産規模は小さいものの Double 底吹炉として連続化することや As をガス中に除去することで As を多く含んだ精鉱を処理することで中国における銅生産量の向上に寄与している可能性が高い銅製錬を取り巻く環境は鉱石中の銅品位の低下 As 等の不純物増加リサイクル原料処理量増加など大きく変わろうとしているしたがって日本は自溶炉を商業的に普及させたことや三菱連続製銅法を確立したことなど世界でも優れた乾式製錬技術を持つものの銅製錬を取り巻く環境が著しく変わっていく中で今後は世界の乾式製錬技術にも注目することは重要である電解精製の分野では不純物の影響に関する報告があり発表内容は日本国内の学会の動向と大きな違いは無かったが各国からの報告では不純物の挙動に関して様々な考え方があった

資料３－３　既存のレアメタル回収システムの使用済小型家電への適用可能性

資料３－３　既存のレアメタル回収システムの使用済小型家電への適用可能性資料 3-3 既存のレアメタル回収システムの使用済小型家電への適用可能性 1) 既存回収システムでの受入条件と使用済小型家電への適用可能性の検討既存のレアメタル回収システムは既存の原料の組成等に最適化され対象とするリサイクル原料について技術的な受入条件があると考えられる使用済小型家電 1 中間処理原料組成主たる回収対象回収可能随伴物阻害忌避夾雑物回収資源次工程へ適正処理 2 受入条件

平成 29 年度第 5 回 JOGMEC 金属資源セミナー 0 銅製錬技術動向 金属資源技術部生産技術課 滝口浩之 平成 29 年 10 月 6 日 ( 金 )

平成 29 年度第 5 回 JOGMEC 金属資源セミナー 0 銅製錬技術動向金属資源技術部生産技術課滝口浩之平成 29 年 10 月 6 日 ( 金 )