구리제련에 있어서 용련로의 한 형식. 구리의 황화광석을 연소시켜서 광석 중 철의 일부를 용제와 함께 산화물융체(용재, 슬래그)로 하고, 구리와 나머지 철의 황화물융체와 분리하는 공정에 쓰인다. 핀란드의 오토쿰프사에서 처음으로 개발되고 그 후 일본으로 도입․개량되어, 최근에는 용광로 또는 반사로에 대신하여 구리용련로의 주류를 이루고 있다.

구조는 폭 4～8m, 길이 10～20m 정도인 장방형의 평평한 노(세틀러라고 부름)의 한 끝에 내경 2～4m, 높이 5～10cm 정도의 원통형 공동부(샤프트라고 부름)을 부착한 형태를 하고 있다. 이들의 내벽은 내화물벽돌로 구성되고 있다. 원통의 상부는 돔모양으로 둘러싸이고, 그 정부(頂部)에 광석, 보조연료 및 공기를 불어넣는 버너가 있다. 부유선광 등에 의해 황동석(CuFeS2)을 농축한 구리정광은 실리카(SiO2)를 주성분으로 하는 용제 등과 혼합되고, 공기와 함께 버너에서 샤프트로 흡출된다. 또 열량을 보충하기 위해 미분탄 등의 보조연료도 샤프트로 불어넣어진다. 미분상의 황동석은 샤프트부에서 연소하고 철의 일부가

2CuFeS2＋3O2→Cu2S＋2FeO＋3SO2

 

등의 반응으로 산화철이 된다. 또

 

2CuFeS2＋O2→Cu2S＋2FeS＋SO2

 

의 반응으로 나머지 철은 황화철이 된다.

 

즉 이상의 두 반응식은 종합적인 반응으로서 실제의 미시적인 반응은 무엇보다 복잡하다고 볼 수 있다. FeO는 용제의 SiO2와 결부지어 철규산염 슬래그를 형성한다. 보조연료도 샤프트부에서 연소하고 열량을 보충한다. 세틀러에 낙하한 Cu2S와 FeS는 황화물융체(매트)를 형성하고 철규산염 슬래그와 분리된다. 비중이 무거운 매트가 하부로 슬래그가 상부로 되는데, 슬래그에는 기계적으로 감겨 들어간 매트입자가 남기 때문에 세틀러에서 정치하여 분리를 좋게 한다. 세틀러에서의 융체온도는 1200～1300℃이다. 이 시점에서 매트의 구리품위(함유량)가 50～65mass%가 되도록 조업조건, 예를들면 광석과 공기, 보조연료의 비율 등을 선정한다.

 

구리는 슬래그 속에도 1mass%에서 수mass% 들어있는데, 그 대부분은 매트가 슬래그 속에 현탁하기 때문이다. 그러나 화학적으로도 구리는 슬래그에 용해하고 상기의 구리품위(50～65mass% Cu)의 매트와 공존하는 슬래그에 대한 구리의 용해도는 0.3～0.6mass%이다. 매트의 구리품위를 그 이상 높게 하면 이 구리의 슬래그에 대한 용해도가 상승하고 구리가 손실된다. 또 구리의 품위를 낮게 하면 이 후의 공정인 전로의 조업에 대한 부담이 커진다.

 

자용로는 황화물이 연소할 때의 열량이 매트나 슬래그를 가열하는데 양호한 효율로 이용할 수 있다는 것에 특징이 있는데, 그 정도에서는 아직 열량이 부족하기 때문에 미분탄 등이 보조연료로 이용된다. 그러나 통상의 공기로 연소시키면 공기 중의 질소도 가열되기 때문에 효율이 나쁘다. 여기서 공기에 산소를 부화(富化)하여 가한 방법을 채용하는 프로세스가 많다.

통상 공기 중의 산소농도는 약 21vol%인데, 이것을 30～50vol%로 부화하여 사

용한다. 배가스에는 아황산가스(SO2), 이산화탄소(CO2)가 포함되고 샤프트와 반대측의 세틀러 끝에서 도출되어 폐열보일러로 열을 회수한 후, 황산공장으로 보내져

SO2를 황산으로 하여 회수한다. 산소부화 공기의 이용은 황산공장에서 배가스처리의 부하경감에도 효과가 있다.

 

슬래그와 매트는 각각 세틀러에서 간헐적으로 빼내진다. 슬래그 속에 현탁할 매트가 많은 경우는 슬래그를 연환로(鍊鍰爐)에 들어가고 탄소전극을 이용하여 슬래그 속에 통전함으로써 온도를 상승시키고 슬래그의 점성을 내려서 매트를 침강시킨다.

 

그후 슬래그는 물 속에 넣어 냉각하고 골재 등에 이용된다. 또 연환로를 이용하지 않고 자용로의 세틀러에 직접 탄소전극을 넣어 통전하는 프로세스(자전로(自電爐))도 고안되었다. 매트는 용제와 함께 전로에 넣어서 공기를 불어넣어 우선 FeS를 산화하고, 철규산염슬래그로 제거하고 이어서 남은 Cu2S 공기를 불어넣어 유황을 SO2로 제거하고 조동을 얻는다. 조동은 정제로(精製爐)에서 남은 유황이나 산소 등의 양을 조정한 후 전해정제의 양극에 주조되어 전해공장으로 운반된다.