第3版からの改作、 労働安全衛生百科事典.

金属の製造と精製では、一連のさまざまな物理的および化学的反応によって、価値のある成分が価値のない材料から分離されます。 最終製品は、制御された量の不純物を含む金属です。 一次製錬では鉱石精鉱から直接金属を生産し、二次製錬ではスクラップやプロセス廃棄物から金属を生産します。 スクラップには、規格外または使い古された金属部品、バー、ターニング、シート、およびワイヤの小片が含まれますが、リサイクルすることができます (この章の記事「金属の再生利用」を参照してください)。

プロセスの概要

精錬金属の製造には、一般に XNUMX つの金属回収技術が使用されます。 乾式冶金 & 湿式冶金. 乾式冶金プロセスでは、熱を使用して目的の金属を他の材料から分離します。 これらのプロセスは、溶融時の鉱石成分の酸化電位、融点、蒸気圧、密度および/または混和性の違いを使用します。 湿式冶金技術は、水溶液中の構成成分の溶解度および/または電気化学的特性の違いを利用する技術を使用して、目的の金属を他の材料から分離するという点で、乾式冶金プロセスとは異なります。

パイロメタル

 乾式金属処理中の鉱石 受益者 （破砕、粉砕、浮遊および乾燥によって濃縮されます）、バグハウスダストやフラックスなどの他の材料と一緒に焼結または焙焼（焼成）されます。 次に、精鉱は溶鉱炉で製錬または溶融され、目的の金属が不純な溶融地金に融合されます。 次に、この地金は、金属を望ましいレベルの純度に精製するために、4 番目の高温金属プロセスを受けます。 鉱石または地金が加熱されるたびに、廃棄物が生成されます。 換気やプロセス ガスからの粉塵は、バグフィルターに取り込まれ、残留金属含有量に応じて、廃棄されるかプロセスに戻されます。 ガス中の硫黄も捕捉され、濃度が XNUMX% 以上になると硫酸になります。 鉱石の産地とその残留金属含有量に応じて、金や銀などのさまざまな金属が副産物として生成されることもあります。

焙煎は重要な高温冶金プロセスです。 硫酸焙焼は、コバルトと亜鉛の生産に使用されます。 その目的は、金属を分離して、さらなる湿式冶金処理のために水溶性の形態に変換できるようにすることです。

硫化鉱の製錬により、部分的に酸化された金属精鉱 (つや消し) が生成されます。 製錬では、価値のない材料、通常は鉄がフラックス材料と一緒にスラグを形成し、酸化物に変換されます。 有価金属は、変換炉で行われる変換段階で金属の形をとります。 この方法は、銅とニッケルの生産に使用されます。 鉄、フェロクロム、鉛、マグネシウム、および鉄化合物は、鉱石を木炭とフラックス (石灰岩) で還元することによって生成されます。製錬プロセスは通常、電気炉で行われます。 (参照してください 鉄鋼業 アルミニウム製造に使用される溶融塩電解は、乾式冶金プロセスのもう XNUMX つの例です。

金属の乾式冶金処理に必要な高温は、化石燃料を燃焼させるか、鉱石自体の発熱反応を利用して得られます (フラッシュ製錬プロセスなど)。 自溶製錬プロセスは、鉱石精鉱の鉄と硫黄を酸化する省エネ乾式製錬プロセスの一例です。 発熱反応と熱回収システムを組み合わせることで、製錬のためのエネルギーを大幅に節約できます。 このプロセスの高い硫黄回収率は、環境保護にも有益です。 最近建設された銅とニッケルの精錬所のほとんどは、このプロセスを使用しています。

水分冶金

湿式冶金プロセスの例としては、浸出、沈殿、電解還元、イオン交換、膜分離、および溶媒抽出があります。 湿式冶金プロセスの第 XNUMX 段階は、硫酸などを使用して、価値の低い材料から価値のある金属を浸出させることです。 浸出の前に前処理（硫酸塩焙煎など）が行われることがよくあります。 浸出プロセスは、多くの場合、高圧、酸素の添加、または高温を必要とします。 浸出は、電気で行うこともできます。 浸出溶液から、目的の金属またはその化合物が、さまざまな方法を使用した沈殿または還元によって回収されます。 還元は、例えば、ガスを用いたコバルトおよびニッケルの生産で行われます。

水溶液中の金属の電気分解も、湿式冶金プロセスであると考えられています。 電気分解の過程で、金属イオンは金属に還元されます。 金属は弱酸溶液中にあり、そこから電流の影響下で陰極に沈殿します。 ほとんどの非鉄金属は、電気分解によって精製することもできます。

多くの場合、冶金プロセスは、処理する鉱石精鉱と精製する金属の種類に応じて、乾式冶金プロセスと湿式冶金プロセスの組み合わせです。 その一例がニッケルの生産です。

危険とその防止

冶金産業における健康リスクと事故の防止は、主に教育的および技術的な問題です。 健康診断は二次的なものであり、健康リスクの予防において補完的な役割しかありません。 社内の企画、ライン、安全、労働衛生の各部門間の情報交換と協力は、健康リスクの防止において最も効率的な結果をもたらします。

最善かつ最も費用のかからない予防措置は、新しいプラントまたはプロセスの計画段階で取られるものです。 新しい生産施設の計画では、少なくとも次の側面を考慮する必要があります。

• 空気汚染物質の潜在的な発生源は、密閉して隔離する必要があります。
• プロセス機器の設計と配置は、メンテナンス目的で簡単にアクセスできるようにする必要があります。
• 突然の予期しない危険が発生する可能性のあるエリアは、継続的に監視する必要があります。 適切な警告通知を含める必要があります。 たとえば、アルシンやシアン化水素にさらされる可能性があるエリアは、継続的に監視する必要があります。
• 手作業による取り扱いを避けることができるように、有毒なプロセス化学物質の追加と取り扱いを計画する必要があります。
• 個々の労働者の実際の被ばくを評価するために、可能な限り個人の職業衛生サンプリング装置を使用する必要があります。 ガス、粉塵、および騒音の定期的な固定モニタリングは、被ばくの概要を示しますが、被ばく線量の評価には補完的な役割しかありません。
• スペース計画では、プラントの労働衛生基準が悪化しないように、プロセスの将来の変更または拡張の要件を考慮する必要があります。
• 職長や労働者だけでなく、安全衛生要員のための継続的な訓練と教育システムが必要です。 特に新しい労働者は、潜在的な健康リスクと、自分の職場環境でそれらを防ぐ方法について十分に知らされるべきです. さらに、新しいプロセスが導入されるたびにトレーニングを行う必要があります。
• 仕事のやり方は重要です。 例えば、職場での飲食による個人の衛生状態の悪さは、個人のばく露を大幅に増加させる可能性があります。
• 管理者は、技術的および経済的な意思決定に十分なデータを生成する健康と安全の監視システムを備えている必要があります。

以下は、製錬および精製で見られる特定の危険性と注意事項の一部です。

けが

製錬および精製業界では、他のほとんどの業界よりも負傷率が高くなっています。 これらの負傷の原因には次のものが含まれます。 ガス爆発および溶融金属と水との接触による爆発; 移動中の機関車、貨車、走行クレーン、その他の移動機器との衝突。 重い物の落下; 高所からの落下 (例: クレーン キャブにアクセス中)。 床や通路の障害物による滑りやつまずきの怪我。

予防措置には次のものが含まれます。 適切な保管、ハウスキーピング、および機器のメンテナンス。 機器を移動するための交通ルール (定義されたルートと効果的な信号および警告システムを含む); 落下保護プログラム。

ヒート

熱射病などの熱ストレス疾患は、主に炉や溶融金属からの赤外線放射による一般的な危険です。 これは、暑い環境で激しい作業を行う必要がある場合に特に問題になります。

熱中症の予防には、炉の前のウォータースクリーンまたはエアカーテン、スポット冷却、密閉された空調ブース、熱保護服および空冷スーツが含まれ、順応のための十分な時間、涼しい場所での作業休憩、および十分な供給が含まれます。頻繁に飲むための飲み物。

化学的危険

製錬および精製作業中に、さまざまな危険な粉塵、煙、ガス、およびその他の化学物質にさらされる可能性があります。 特に鉱石の破砕と粉砕は、シリカや有毒な金属粉塵 (鉛、ヒ素、カドミウムを含むものなど) にさらされる可能性が高くなります。 炉のメンテナンス作業中に粉塵にさらされることもあります。 製錬作業中、金属煙が大きな問題になる可能性があります。

粉塵と煙の排出は、エンクロージャー、プロセスの自動化、局所および希釈排気換気、材料の湿潤、材料の取り扱いの削減、およびその他のプロセス変更によって制御できます。 これらが十分でない場合は、呼吸保護が必要になります。

多くの製錬作業では、硫化鉱から大量の二酸化硫黄が生成され、燃焼プロセスから一酸化炭素が生成されます。 希釈と局所排気換気 (LEV) が不可欠です。

硫酸は、製錬作業の副産物として生成され、金属の電解精製および浸出に使用されます。 暴露は、液体と硫酸ミストの両方に発生する可能性があります。 皮膚と目の保護とLEVが必要です。

一部の金属の製錬および精製には、特別な危険が伴う可能性があります。 例としては、ニッケル精錬におけるニッケルカルボニル、アルミニウム精錬におけるフッ化物、銅および鉛の精錬および精錬におけるヒ素、金精錬中の水銀およびシアン化物への曝露が挙げられます。 これらのプロセスには、独自の特別な注意が必要です。

その他の危険

炉や溶融金属からのまぶしさと赤外線放射は、白内障を含む目の損傷を引き起こす可能性があります。 適切なゴーグルとフェイス シールドを着用する必要があります。 高レベルの赤外線放射は、防護服を着用しない限り、皮膚のやけどを引き起こす可能性もあります。

鉱石の破砕や粉砕、ガス放電ブロワー、高出力電気炉からの高い騒音レベルは、難聴を引き起こす可能性があります。 騒音源を密閉または隔離できない場合は、聴覚保護具を着用する必要があります。 聴力検査とトレーニングを含む聴力保護プログラムを開始する必要があります。

電気的危険は、電解プロセス中に発生する可能性があります。 注意事項には、ロックアウト/タグアウト手順による適切な電気的メンテナンスが含まれます。 絶縁手袋、衣服、およびツール。 必要に応じて地絡回路遮断器。

物を手で持ち上げたり扱ったりすると、背中や上肢にけがをする可能性があります。 機械的な持ち上げ補助具と持ち上げ方法の適切なトレーニングにより、この問題を軽減できます。

汚染と環境保護

二酸化硫黄、硫化水素、塩化水素などの刺激性および腐食性ガスの放出は、大気汚染の一因となり、工場内および周辺環境で金属やコンクリートの腐食を引き起こす可能性があります。 二酸化硫黄に対する植生の耐性は、森林や土壌の種類によって異なります。 一般に、常緑樹は落葉樹よりも低濃度の二酸化硫黄を許容します。 粒子状物質の排出には、非特異的な粒子、フッ化物、鉛、ヒ素、カドミウム、その他多くの有毒金属が含まれている可能性があります。 排水には、さまざまな有毒金属、硫酸、その他の不純物が含まれている場合があります。 固形廃棄物は、ヒ素、鉛、硫化鉄、シリカ、その他の汚染物質で汚染されている可能性があります。

製錬所の管理には、プラントからの排出の評価と管理が含まれる必要があります。 これは、プラント プロセスから排出される物質の化学的性質と毒性を熟知している担当者のみが実行できる専門的な作業です。 大気汚染を制御するための対策を計画する際には、物質の物理的状態、プロセスを離れる温度、ガス流内の他の物質、およびその他の要因をすべて考慮する必要があります。 また、気象観測所を維持し、気象記録を保持し、気象条件が煙突排出物の分散に不利な場合には生産量を削減できるようにしておくことが望ましい。 住宅地や農地への大気汚染の影響を観察するには、フィールドトリップが必要です。

主な汚染物質の XNUMX つである二酸化硫黄は、十分な量が存在する場合、硫酸として回収されます。 それ以外の場合は、排出基準を満たすために、二酸化硫黄やその他の有害ガス廃棄物を洗浄して管理しています。 粒子状物質の排出は、布フィルターと電気集塵機によって一般的に制御されます。

銅濃縮などの浮選工程では大量の水が使用されます。 この水のほとんどはプロセスに再循環されます。 浮遊選鉱プロセスからの尾鉱は、沈殿池にスラリーとしてポンプで送られます。 その過程で水が再利用されます。 金属を含むプロセス水と雨水は、排水またはリサイクルの前に水処理プラントで浄化されます。

固相廃棄物には、精錬からのスラグ、二酸化硫黄の硫酸への変換からのブローダウン スラリー、および地表の貯水池 (例えば、沈降池) からのスラッジが含まれます。 一部のスラグは再濃縮して製錬所に戻し、再処理または存在する他の金属を回収することができます。 これらの固相廃棄物の多くは有害廃棄物であり、環境規制に従って保管する必要があります。

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EPA 1995 から適応。

銅

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

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

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

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