Oxygen probes were applied to a PS converter in copper-making operation, and the oxygen pressures of white metal and blister copper in the converter were measured through the converter's mouth and through a tuyere, respectively. Based on the obtained results, the following reaction mechanism has been deduced. (1) The copper-making stage of a PS converter may be classified into three stages, i.e. the early substage where the tuyeres are completely in white metal, the intermediate substage where

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... oth phases of white metal and blister copper coexist in the converter and the tuyeres are in the blister copper, and the final substage where the white metal has disappeared from the converter. (2) In the early stage, direct oxidation of white metal by oxygen gas contained in the reaction air progresses in the vicinity of the tuyeres. Cu 2 S(l) + O 2 (g) = 2Cu(l) + SO 2 (g) ............................................................... (1) (3) In the intermediate substage, the following three reactions proceed near the tuyeres, at the interface of blister copper and white metal phases, and in the bulk of the blister copper, respectively. (4) Here the most important factor is that reaction(4) progresses under the condition of P SO 2 1atm. It is not dependent on how high the SO 2 pressure of the waste gas from the converter is. Because the condense phases, i.e. the white metal and blister copper phases, are not in equilibrium with the gas phase. (4) In the final substage, reactions (2) and (4) only proceed because the white metal is no longer in the converter. Some of the blister copper can be excessively oxidized to the extent that Cu 2 O(s) is formed according to equation(5). However the final degree of oxidation of the whole blister copper does not reach this level. KEY WORDS : PS Converter, Copper-making, Oxygen Pressure, Reaction Mechanism 1.緒 言 自溶製錬技術の進歩により,銅精鉱中の銅品位が高い,あるい は鉄品位が低いといった制限条件が付くものの,転炉を持たない 二三の銅製錬所 1) が稼働を開始してから久しい。また,近年におけ る SO 2 ガス放出に伴う環境問題への対応や,生産性および投資採 算性の向上を目的として,フラッシュ転炉を採用する銅製錬所 2) も出現した。しかしながら,従来から転炉の排ガスを硫酸製造工 程で処理し, 99.9% 以上の固定率を誇る国内製錬所はもとより, 世 界の銅製錬所におけるPeirce Smith(PS)転炉の重要性は今も変わら ない。これは,PS 転炉自身は今から約 100 年前に開発された古い 炉であるが,操作性が非常に良いばかりでなく,多くの欠点が生 産に従事する技術者によって改善されてきたからである。その結 果,Outokumpu 型自溶炉と PS 転炉の組み合わせは,今でも乾式 銅製錬プロセスの主流となっている。 PS 転炉が 20 世紀初頭に銅製錬に導入され,すでに 100 年近く が経過したとはいえ,PS 転炉内の速度論的現象に関しては,ま だ十分に解明されていない点が多くある。そのため,Brimacombe ら 3) は羽口から吹き込まれた反応用空気の挙動,いわゆるイン ジェクション現象に着目し,ガスの排出,炉内各相の混合,溶体 の飛散,ガス・液・固相間の反応速度等について,一連の研究を 報告した。 筆者らは,このように高度に複雑化した現象のみならず,PS 転 炉内の製錬反応そのものについても,いくつか不明な点があると 考えている。例えば, 「非鉄金属製錬」 4) においては,転炉の造銅 反応を溶融白鈹から粗銅への空気による直接転化反応 (Cu 2 S(l) + O 2 (g) = 2Cu(l) + SO 2 (g)) と考え,従来の考え方の一つである酸化第 一銅の生成の可能性を否定し, また造銅反応の進行については Cu-Cu 2 S 系状態図の上でおよそ説明できると述べている。しかし PS 転炉の造銅期においては,反応用空気は羽口を介して常に白鈹の ≒ .................................................................................... (5) 2 2 1 2Cu( ) O ( ) Cu O( ) 2 l g s + = * 2002 年 9 月 18 日受付 2003 年 1 月 22 日受理 1. 普通会員 住友金属鉱山 (株) 金属事業本部 銅・貴金属事業部 東予工場副 工場長