コークスや石炭粉末などの炭素質還元剤を添加する主な機能は、銅製錬スラグの化学的および物理的状態を根本的に変化させることです。これらの剤は、高原子価のマグネタイト（Fe3O4）を低原子価の酸化第一鉄（FeO）に化学的に還元し、この変換によりスラグの粘度と密度が大幅に低下し、閉じ込められた金属が放出されます。
製錬スラグ中のマグネタイトの存在は、貴重な銅を閉じ込める厚く粘性のある環境を作り出します。炭素を使用してこのマグネタイトを酸化第一鉄に変換することにより、銅滴が沈降して効率的に回収される流動的なスラグが作成されます。
スラグ還元の化学
マグネタイトを標的とする
炭素添加の主な目的は、マグネタイト（Fe3O4）の蓄積に対処することです。銅製錬では、この高原子価の鉄酸化物は副産物であり、溶融物の流動性に悪影響を与えます。
還元プロセス
炭素質剤は化学的スカベンジャーとして機能します。それらはマグネタイトから酸素を剥ぎ取り、それを酸化第一鉄（FeO）に変換します。この高原子価状態から低原子価状態への還元は、スラグの最適化における最初の重要なステップです。
物理的特性の改善
粘度の低下
固体または複雑なマグネタイト構造の存在は、溶融スラグを厚く、動きにくくします。これを酸化第一鉄に変換すると、粘度が大幅に低下し、スラグがはるかに流動的になります。
密度の低下
化学的変換は、スラグ相全体の密度も低下させます。これにより、廃棄スラグと貴重な銅との密度の差が増加し、重力ベースの分離に不可欠です。
銅回収のメカニズム
カプセル化の破壊
高粘度のスラグは、銅マットまたは金属銅滴を物理的に閉じ込めるカプセル化構造を形成する傾向があります。還元プロセスはこれらの構造を破壊し、閉じ込められた金属を効果的に解放します。
沈降の促進
スラグが流動的になり、密度が低下すると、重力が作用します。以前は浮遊していた金属銅滴は、最小限の抵抗で溶融層を沈降できるようになります。この沈降は、全体的な銅回収率を向上させる主な要因です。
未処理のマグネタイトの落とし穴
粘度の罠
炭素質剤が使用されないか、誤って投与された場合、マグネタイトレベルは高くなります。これにより、スラグは液体というよりは厚いペーストのように振る舞うほど粘性が高くなり、物理的な分離を防ぎます。
機械的閉じ込め
酸化第一鉄への還元がない場合、銅滴はスラグ中に機械的に浮遊したままになります。これにより、貴重な金属が廃棄スラグと一緒に廃棄されるため、収率の大幅な損失が発生します。
プロセスのための正しい選択
スラグの化学と物理的挙動の関係を理解することは、高い回収率の鍵となります。
- 流動性の最大化が主な焦点の場合：還元プロセスがFe3O4からFeOへの変換を積極的にターゲットにし、粘度を最小限に抑えるようにしてください。
- 銅損失の最小化が主な焦点の場合：カプセル化構造を破壊することを優先し、閉じ込められた銅滴の重力沈降を可能にします。
鉄酸化物の化学を制御すれば、銅の物理的分離もそれに続きます。
概要表：
| メカニズム | 化学変化 | 物理的効果 | 結果 |
|---|---|---|---|
| 還元 | Fe3O4 → FeO | 粘度低下 | 流動的なスラグにより金属が移動 |
| 相変化 | 高原子価から低原子価へ | 密度低下 | 重力分離の向上 |
| 回収 | カプセル化の破壊 | 流動性の向上 | 閉じ込められた銅滴の沈降 |
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参考文献
- Jiaxing Liu, Baisui Han. The Utilization of the Copper Smelting Slag: A Critical Review. DOI: 10.3390/min15090926
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
