"Procédé de fusion en présence d'oxygène de sulfures contenant des métaux de base et produits ainsi obtenus" La présente invention est relative à un procédé de fusion spontané ou autogène par l'oxygène de matières de sulfure contenant des métaux de base.
La fusion par oxydation des matières de sulfure contenant des métaux de base, y compris les concentrés, est devenue un procédé intéressant qui a été adopté dans un grand nombre de pays pour le traitement d'une série de matières de sulfure. Les matières de sulfure métalliques qui peuvent être traitées par cette technique contiennent une série de métaux intéressants, tels que le cuivre, le nickel, le cobalt, le plomb, le zinc, etc. Ordinairement, les minerais et concentrés de sulfures métalliques intéressants contiendront également de grandes quantités de sulfures de fer, tels que la pyrite et les pyrrhotites,et peuvent contenir des impuretés indésirables, telles que de l'arsenic, du bismuth, etc. La minéralisation des sulfures se produit fréquemment en mélange, par exemple du cuivre avec du zinc et/ou du plomb, du cuivre avec du nickel, etc.
Les concentrés de sulfure métalliques sont généralement finement divisés.
Dans la fusion par oxydation, la matière de sulfure métallique finement divisée, telle qu'un concentré de sulfure, en mélange avec une matière faisant office de fondant pour l'oxyde de fer, par exemple de la silice, est d'abord séchée pour éliminer l'eau et est ensuite injectée en même temps qu'un gaz contenant
de l'oxygène,qui peut être de l'air enrichi en oxygène ou de l'oxygène du commerce, au moyen d'un dispositif approprié qui peut être un brûleur. Une partie des teneurs en fer et en soufre du concentré brûle avec la combustion, celle-ci étant supportée par l'oxygène dans le gaz injecté, avec le résultat que la combustion est de préférence spontanée ou autogène. Par exemple, dans la fusion instantanée autogène , le mélange de concentré et d'oxygène ou d'air enrichi en oxygène est injecté dans un four réfractaire de telle sorte que l'oxydation du sulfure se produise dans l'espace supérieur du four et que les produits fondus de la combustion tombent dans le coeur du four. Les métaux intéressants ou de valeur sont recueillis dans la phase de matte.
Le fer oxydé est fondu par la silice pour former une scorie, que l'on recueille sur la partie supérieure de la matte fondue. Suivant les nécessités, la matte et la scorie peuvent être écoulées à intervalles. Le procédé offre un moyen de fondre de grandes quantités de sulfures sur une base continue avec la production d'un gaz de dégagement ou résiduel qui peut contenir 80% ou plus en volume de dioxyde de soufre lorsque le gaz d'oxydation se compose entièrement d'oxygène pur du commerce. Le gaz de dégagement riche se prête lui-même aisément à un traitement pour récupérer le dioxyde de soufre liquide et pour la fabrication d'acide sulfurique, en rendant ainsi l'opération extrêmement intéressante au point de vue de l'environnement.
Un autre avantage du procédé est que le combustible utilisé pour le procédé est constitué par du sulfure de fer, qui lui-même n'est pas particulièrement intéressant.
Il existe une technique antérieure bien établie en ce qui concerne la fusion par oxydation et cette technique est utilisée à travers le monde. Comme exemples, on peut mentionner les brevets canadiens n[deg.] 503.446 et n[deg.] 934.968 de même que la publication "The Winning of Nickel" de J.R. Boldt et P. Queneau, Longman's Canada, aux pages 244 à 247, ainsi que divers articles, notamment les publications suivantes: "Oxygen Plash Smelting in a Converter" de M.C. Bell, J.A. Blanco, H. Davies et R.Sridhar, J. of Metals, Vol. 30, n[deg.]. 10, pages 9-14, 1978; "Smelting Nickel Concentrates in Inco's Oxygen Flash Furnace", de M. Solar et coll., 107 ème
1 Réunion Annuelle AIME, Denver, Colorado, 26 février - 2 mars,
1978, "The KIVCET Cyclone Smelting Process for Impure Copper Concentrates" de Melcher, E. Muller et H. Weigel, J. of Metals, juillet 1976, pages 4-8; "Commercial Opération of
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de T. Nagano et T. Suzukii publiés dans Extractive Metallurgy of Copper, édité par J.C. Yannopulas et J.C. Agarwal, the Metallurgical Society of AIME, 1976, Vol. 1, pages 439-457.
On a constaté qu'avec un four de fusion par oxydation particulier quelconque, il était nécessaire d'arriver à un équilibre thermique qui dépend de la proportion du concentré de sulfure brûlé. La chaleur produite par la combustion de l'alimentation
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en oxydes de fer, est égale au contenu calorifique des produits de fusion (matte, scories et gaz de dégagement) plus les pertes calorifiques du four. Ceci signifie que, pour une matière de sulfure donnée et un four donné, une quantité suffisante d'oxygène par unité pondérale de sulfures doit être amenée pour satisfaire au bilan calorifique de l'opération. Lorsque ceci est réalisé,
la qualité de la matte est fixée, et la quantité d'oxygène ne peut pas être modifiée sans produire soit un excès soit un manque de chaleur. En d'autres termes, l'équilibre du four, toutes autres choses étant égales, détermine la qualité de la matte ou le degré global de conversion des matières de sulfure en un produit final. Cette interdépendance rigide de l'équilibre calorifique et du degré de conversion est une limitation importante de ces procédés. La présente invention prévoit un moyen pour contrôler la qualité de la matte dans la fusion par oxydation, par exemple dans la fusion instantanée spontanée ou autogène.
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L'interdépendance susmentionnée de l'équilibre calorifique ou thermique et du degré de conversion du concentré dans
la fusion par oxydation, en particulier dans la fusion instantanée par oxygène, spontanée, fait qu'il est difficile d'obtenir les qualités de matte désirées, en particulier lorsque le concentré présente une faible teneur en cuivre et une teneur élevée en fer. L'interdépendance de l'équilibre calorifique et de la qualité de la matte s'applique à tous les procédés de fusion susmentionnés.
On notera que dans la fusion du cuivre, à titre d'exemple, la matte produite dans le four de fusion doit être soumise à un traitement ultérieur pour obtenir du cuivre à soufflures qui peut
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La qualité de la matte du four de fusion règle ou contrôle les opérations supplémentaires qui doivent être réalisées en aval
de manière à arriver au cuivre à soufflures. C'est ainsi que l'on doit réaliser d'autant moins dans les convertisseurs ou autres appareillages pour former du cuivre à soufflures et que les problèmes pour satisfaire aux normes de l'environnement sont d'au-. tant moins difficiles en ce qui concerne le dégagement de dioxyde de soufre dans de telles opérations en aval que la qualité de la matte de cuivre du four de fusion est plus élevée. Dans certains cas, il peut être souhaitable, par exemple, d'obtenir une matte
à partir du four de fusion ayant la composition du métal blanc,
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Un certain nombre de procédés ont été proposés pour contrôler la qualité de la matte dans la fusion instantanée par oxygène. Parmi ceux-ci, on citera le procédé qui consiste à ajouter au concentré des matières de reconversion, telles que de la poussière, de la matte broyée et des fonds de poche de scorie, etc, à injecter de l'eau dans l'unité de fusion, et à diluer l'oxygène par de l'air. Toutes ces formes de réalisation consistent à introduire un fluide de refroidissement dans l'unité de fusion pour utiliser la chaleur excédentaire produite lorsque l'on désire obtenir une qualité de matte supérieure à celle normalement obtenue dans
la fusion instantanée autogène. Elles constituent un moyen de réaliser le même résultat final que le procédé de la présente invention mais elles ne sont pas aussi attrayantes parce que des additions d'oxygène supérieures sont requises et parce que les procédés entraînent de grandes pertes en matière d'utilisation énergétique.
Sauf indication contraire, toutes les proportions et tous les pourcentages donnés ci-après sont en poids.
L'invention est basée sur le fait que dans la fusion par oxydation, la qualité de la matte produite dans le four de fusion peut être contrôlée ou réglée par un grillage partiel ou total d'une partie de la matière de sulfure métallique qui doit être fondue, en la mélangeant avec de la matière de sulfure métallique non grillée et en amenant le mélange au four de fusion en même temps qu'un fondant de la manière usuelle. Cette technique permet d'obtenir une amélioration de la qualité de la matte, et est applicable en particulier à la fusion instantanée par oxygène.
On notera bien entendu que les métallurgistes impliqués avec le broyage et la fusion des dépôts de sulfure métalliques règleront les dispositifs de broyage et de fusion pour obtenir le procédé le plus efficace qui peut être utilisé pour traiter le produit d'un minerai particulier ou de combinaisons de minerais disponibles. Malgré l'ingéniosité des métallurgistes impliqués dans les récupérations des minéraux valables à partir de minerais, les concentrés que l'on obtient dans le broyeur varieront fortement suivant la nature du minerai. C'est ainsi que des minéraux de cuivre valables, tels que la chalcopyrite, la chalcocite, etc, existent ordinairement dans les minerais où l'on peut trouver également de grandes quantités de sulfures de fer qui peuvent être constitués par de la pyrite, de la pyrrhotite, etc.
De plus, certains minerais de sulfures de cuivre contiennent également du fer, comme par exemple la chalcopyrite. Une situation similaire se produit avec le sulfure de nickel et d'autres minerais de sulfures contenant des métaux de base.
Par exemple, si le rapport du sulfure de fer au sulfure de cuivre dans le concentré est élevé, la matière donnera normalement une faible qualité de matte lors d'une fusion spontanée
par oxygène. Dans ce cas, le but de la présente invention consiste à ajuster le rapport du sulfure de fer au sulfure de cuivre dans l'alimentation du four de fusion de manière à obtenir la qualité de matte désirée. On obtient un tel résultat par un grillage partiel ou total d'une portion du concentré. Des considérations similaires s'appliquent au sulfure de nickel ou aux autres concentrés de sulfures contenant des métaux de base.
On notera que l'étape de grillage qui fait partie de l'invention, peut être réalisée dans un appareillage, tel qu'un dispositif de grillage à lit fluide, de manière à obtenir un gaz contenant au moins 10% en volume de dioxyde de soufre, que l'on peut utiliser comme alimentation pour une installation d'acide sulfurique. De cette manière, le soufre séparé de la portion de concentré qui est grillée, peut être récupéré et n'est pas déchargé dans l'atmosphère. Le grillage dans le lit fluide peut être réa-lisé en utilisant de l'air comme oxydant.
Pour minimiser la quantité de matière à manipuler, il est préférable de griller totalement la portion qui doit être grillée. Le mélange de matière grillée et de matière non grillée sèche, mélangé à du fondant siliceux , est injecté dans le four de fusion dans un courant d'oxygène. La composition désirée de la matte à obtenir peut être réglée en ajustant le rapport du produit de calcination à la matière de sulfure non traitée dans l'alimentation. Pour un concentré donné, des calculs d'équilibre calorifique régiront les proportions relatives de produit de calcination et de matière de sulfure non traitée qui doivent être
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Le procédé de la présente invention rend possible la fusion spontanée de concentrés de cuivre d'une composition quelconque pour donner une matte de la qualité désirée. C'est ainsi qu'il est possible, lors d'une opération de fusion à une étape,
de réaliser une fusion directe en métal blanc (Cu2S) ou bien en cuivre brut ou en cuivre à soufflures. Lorsque l'on produit du métal blanc, il peut être converti en cuivre à soufflures lors d'une seconde opération de fusion par oxydation autogène. D'une manière similaire, on peut obtenir une matte à faible teneur en fer (environ 1% de Fe) directement à partir de concentrés de nickel. Puisque l'on atteint une qualité de matte plus riche,
en ce qui concerne la valeur métallique récupérée, une conversion moins poussée est requise en aval du dispositif de fusion instantanée, ce qui entraîne à nouveau des avantages, notamment par la production d'émissions fugitives réduites de dioxyde de soufre. Dans le traitement des concentrés de cuivre ayant des teneurs éle-vées d'autres métaux, tels que le zinc et/ou le plomb, un contrôle de la qualité de la matte peut être utilisé pour favoriser la séparation du cuivre de ces autres métaux.
La présente invention présente une série d'avantages par rapport aux autres méthodes de contrôle de la qualité de la matte par addition de fluides ou matières de refroidissement (produits de reconversion, scories, eau, etc) au four de fusion. Une plus petite quantité d'oxygène est requise dans le four.de fusion instantanée puisque le pouvoir calorifique du concentré est abaissé jusqu'au niveau requis par oxydation d'une portion de sa teneur en fer et en soufre avant les opérations de fusion instantanée . A la suite de cela, il y a une élévation de la capacité spécifique du four et une moindre production de poussières
à cause des exigences en oxygène par unité pondérale de matière d'alimentation, ce qui conduit ainsi à un plus faible volume de gaz produits. Comparativement à un procédé où l'on utilise une dilution dans de l'air pour contrôler la qualité de la matte, la présente invention permet d'obtenir un volume de gaz de dégagement du four inférieur, une production de poussières réduite
et des exigences inférieures en matière de coût pour l'appareil de traitement des gaz de dégagement.
La production directe de mattes de cuivre de très haute qualité, c'est-à-dire des mattes présentant plus de 60% de cuivre, dans l'unité de fusion conduira à des scories dans le four, qui devront être traitées pour récupérer les métaux de base avant d'être écartées. Dans le cas d'une fusion instantanée par oxygène de concentrés de cuivre, le nettoyage des scories peut être réalisé suivant un certain nombre de procédés connus, par exemple en traitant la scorie dans un four électrique séparé, comme décrit par Brick et coll. dans l'article "Flash Smelting of Copper Concentrate", J. of Metals, vol. 10(6), 1958, pages 395-400, dans un four de fusi-on instantanée séparé avec une qualité de matte inférieure, comme décrit dans le brevet canadien n[deg.] 503 446, ou bien par un refroidissement lent, comme décrit par Subramanian et Themelis
dans J. of Metals, vol. 24(4), 1972, pages 33-38. La matte ou le concentré de faible qualité obtenu à partir de l'opération de nettoyage des scories peut être recyclé jusqu'à l'unité de fusion primaire. Dans le cas du nickel, les scories provenant du four de fusion primaire peuvent être nettoyées dans un four électrique, comme décrit dans "The latest development in nickel flash
smelting at the Harjavalta Smelter" de T. Niemela et S. Harkki, Joint Meeting MMIJ-AIME 1972, Tokyo. Etant donné que les concentrés de nickel contiennent ordinairement une quantité importante
de cobalt, qui se retrouvent principalement dans les scories de l'unité de fusion primaire, l'opération de nettoyage des scories
du four électrique donnera une matte secondaire enrichie en cobalt, qui peut être traitée séparément par des méthodes traditionnelles pour récupérer ce métal ainsi que le nickel et d'autres valeurs métalliques.
On donne ci-après certains exemples qui ne limitent en aucun cas l'invention.
Exemple 1
Un concentré de cuivre du type chalcopyrite présentant
la composition suivante (pourcentage en poids): 29,7% de Cu, 1,0% de Ni, 30,7% de Fe, et 35,2% de S, est grillé avec de l'air à
une température de 800[deg.]C pour donner un produit de calcination répondant à la composition suivante (pourcentage en poids): 35,0% <EMI ID=6.1>
de Cu; 1,2% de Ni, 37,8% de Fe, et 0,8% de S. Le Cu et le Fe dans le produit de calcination se retrouvent principalement sous
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sont également présentes. Des mélanges de ce produit de calcination et de concentré non traité sont soumis à une fusion instantanée avec de l'oxygène dans un four de fusion instantanée miniindustriel avec une quantité suffisante d'oxygène pour similer une opération autogène du commerce. La quantité d'oxygène requise à cet effet est calculée à partir d'équilibres calorifique et de masse qui régissent les qualités de matte qui doivent être obtenues dans le four du commerce aux différents rapports expérimentaux de produit de calcination/concentré non traité. Les mélanges de produit de calcination et de concentré non traité sont amenés dans le four miniindustriel à raison de 8-9 kg/heure. La température de l'espace de fusion instantanée est de l'ordre de
1400[deg.]C. Le Tableau suivant résume les résultats obtenus.
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Les résultats montrent clairement que la qualité de la matte est régie suivant les principes de l'invention, où l'on soumet une portion du concentré à un prégrillage avant la fusion.
Les scories sont fluides dans tous les essais susmentionnés. On observe une excellente séparation des mattes à partir des scories.
Exemple 2
Un concentré et un produit de calcination à base de cuivre répondant aux mêmes compositions que celles de l'Exemple 1, sont mélangés dans une proportion de 100/30, et soumis à une fusion instantanée avec de l'oxygène dans le four de fusion instantanée miniindustriel . D'après les calculs d'équilibres calorifique et de masse, effectués pour l'opération autogène du commerce, on s'attend à ce que les proportions d'oxygène, de concentré et de produit de calcination dans cet exemple donnent un produit de cuivre final dont la composition est proche du cuivre métallique. Après une fusion sous des conditions similaires à celles de l'Exemple 1, on obtient les produits suivants:
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Les scories sont lentement refroidies, broyées et soumises à un moussage par flottation, ce qui permet d'obtenir un concentré de cuivre et de scories contenant 70,4% de Cu et des résidus ou produits de queue de flottation à base de scories ne contenant que 0,53% de Cu.
Cet exemple illustre comment la présente invention permet d'obtenir directement un produit d'une qualité aussi élevée que le cuivre brut, dans un procédé de fusion par oxydation à un seul stade sous des conditions autogènes et avec une extraction de cuivre très élevée.
Exemple 3
On mélange une partie d'un produit de calcination d'un concentré de nickel répondant à la composition suivante (pourcentage en poids): 10,0% de Ni, 2,9% de Cu, 41,7% de Fe, 0,33% de Co,
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traité répondant à la composition suivante (pourcentage en poids):
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et 32,0% de S. Le mélange est soumis à une fusion instantanée avec oxygène dans un four de fusion instantanée miniindustriel
à raison de 8 kg/heure et à une température dans l'espace de fusion instantanée d'environ 1400[deg.]C. La quantité d'oxygène est également déterminée à partir de; calculs d'équilibres calorifique et de masse pour simuler une opération autogène du commerce. La matte obtenue répond à la composition suivante (pourcentage en poids): 54,8% de Ni, 9,9% de Cu, 0,79% de Co, 8,4% de Fe, et
23,7% de S, et la scorie obtenue répond à la composition suivante
(pourcentage en poids): 0,54% de Cu, 2,8% de Ni, 0,3% de Co, 33,1%
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La scorie à base de fer et de silice est fluide et se sépare bien de la matte. Les résultats de cet essai montrent que la fusion instantanée avec oxygène de mélanges de concentré de nickel non traité et de produit de-calcination de nickel est techniquement réalisable.
Exemple 4
On mélange une partie du même produit de calcination de nickel avec 2,33 parties du même concentré de nickel et on soumet le mélange à une fusion instantanée avec oxygène sous des conditions attendues pour obtenir une matte ne contenant qu'environ 1,5% de Fe. Les produits suivants sont obtenus:
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Le silicate de fer est fluide et se sépare bien de la matte.
Les résultats de ces essais montrent clairement que la fusion par oxydation de mélanges de concentré non traité de nickel/ produit de calcination de nickel peut être effectuée d'une façon spontanée jusqu'à l'obtention d'une qualité de matte très élevée, en fait, jusqu'à l'obtention de la matte qui est connue comme matte au convertisseur de nickel.
Bien que la présente invention ait été décrite conjointement à des formes de réalisation préférées, on notera qu'elle n'est pas limitée à celles-ci. A titre d'exemple, bien que la fusion de concentrés de sulfure ait été décrite en détail, d'autres matières de sulfure présentant des caractéristiques métallur�ques générales équivalentes aux concentrés de sulfure, par exemple les mattes de four, peuvent être traitées suivant les principes de l'invention. Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, pour une matière de sulfure donnée et un four donné, une quantité suffisante d'oxygène par unité pondérale de sulfures doit être fournie pour amener l'équilibre calorifique ou thermique de l'opératio n.
C'est ainsi que pour une matière de sulfure donnée, des calculs d'équilibre calorifique établiront les proportions relatives de matière calcinée et de matière non calcinée à utiliser, la qualité de la matte, ou bien si la matière de sulfure donnée peut être traitée au moyen d'une fusion par oxydation. On notera d'après ce qui pré-
"Process for the Fusion in the Presence of Oxides of Sulphides Containing Base Metals and Products Obtained in This Way" The present invention relates to a process for spontaneous or autogenic fusion with oxygen of sulphide materials containing base metals.
The oxidative melting of sulfide materials containing base metals, including concentrates, has become an attractive process which has been adopted in a large number of countries for the treatment of a variety of sulfide materials. The metal sulfide materials which can be treated by this technique contain a series of interesting metals, such as copper, nickel, cobalt, lead, zinc, etc. Ordinarily, the metallic sulphide ores and concentrates of interest will also contain large amounts of iron sulphides, such as pyrite and pyrrhotites, and may contain undesirable impurities, such as arsenic, bismuth, etc. Sulphide mineralization frequently occurs as a mixture, for example copper with zinc and / or lead, copper with nickel, etc.
Metallic sulfide concentrates are generally finely divided.
In oxidative melting, the finely divided metallic sulfide material, such as a sulfide concentrate, in admixture with a fluxing material for iron oxide, for example silica, is first dried to remove the water and is then injected together with a gas containing
oxygen, which can be oxygen-enriched air or commercial oxygen, by means of a suitable device which can be a burner. Part of the iron and sulfur contents of the concentrate burn with combustion, which is supported by oxygen in the injected gas, with the result that the combustion is preferably spontaneous or autogenic. For example, in autogenous instant melting, the mixture of concentrate and oxygen or oxygen-enriched air is injected into a refractory furnace such that oxidation of sulfide occurs in the upper space of the furnace and the molten products of combustion fall into the heart of the oven. The interesting or valuable metals are collected in the matte phase.
The oxidized iron is melted by silica to form a slag, which is collected on the upper part of the molten matte. If necessary, the matte and the slag can be disposed of at intervals. The process provides a means of melting large quantities of sulfides on a continuous basis with the production of a release or residual gas which may contain 80% or more by volume of sulfur dioxide when the oxidation gas consists entirely of pure commercial oxygen. The rich offgas readily lends itself easily to treatment for recovering liquid sulfur dioxide and for the manufacture of sulfuric acid, thereby making the operation extremely attractive from an environmental point of view.
Another advantage of the process is that the fuel used for the process consists of iron sulphide, which itself is not particularly advantageous.
There is a well-established prior art with regard to oxidative fusion and this technique is used throughout the world. As examples, we can mention the Canadian patents n [deg.] 503,446 and n [deg.] 934,968 as well as the publication "The Winning of Nickel" by JR Boldt and P. Queneau, Longman's Canada, at pages 244 to 247, as well as various articles, including the following publications: "Oxygen Plash Smelting in a Converter" by MC Bell, JA Blanco, H. Davies and R.Sridhar, J. of Metals, Vol. 30, n [deg.]. 10, pages 9-14, 1978; "Smelting Nickel Concentrates in Inco's Oxygen Flash Furnace", by M. Solar et al., 107 th
1 AIME Annual Meeting, Denver, Colorado, February 26 - March 2,
1978, "The KIVCET Cyclone Smelting Process for Impure Copper Concentrates" by Melcher, E. Muller and H. Weigel, J. of Metals, July 1976, pages 4-8; "Commercial Operation of
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by T. Nagano and T. Suzukii published in Extractive Metallurgy of Copper, edited by J.C. Yannopulas and J.C. Agarwal, the Metallurgical Society of AIME, 1976, Vol. 1, pages 439-457.
It has been found that with any particular oxidation melting furnace, it was necessary to reach a thermal equilibrium which depended on the proportion of the concentrated sulphide burnt. The heat produced by the combustion of food
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in iron oxides, is equal to the heat content of the fusion products (matte, slag and release gas) plus the heat losses from the furnace. This means that, for a given sulphide material and a given furnace, a sufficient quantity of oxygen per weight unit of sulphides must be supplied to satisfy the heat balance of the operation. When this is done,
the quality of the matte is fixed, and the quantity of oxygen cannot be modified without producing either an excess or a lack of heat. In other words, the equilibrium of the furnace, all other things being equal, determines the quality of the matte or the overall degree of conversion of the sulfide materials to a final product. This rigid interdependence of the heat balance and the degree of conversion is an important limitation of these processes. The present invention provides a means for controlling the quality of the matte in oxidation fusion, for example in spontaneous or autogenous instant fusion.
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The aforementioned interdependence of the heat or thermal balance and the degree of conversion of the concentrate into
oxidation fusion, in particular in spontaneous instantaneous oxygen fusion, makes it difficult to obtain the qualities of matte desired, in particular when the concentrate has a low copper content and a high iron content. The interdependence of the heat balance and the quality of the matte applies to all of the above-mentioned melting processes.
It will be noted that in the smelting of copper, for example, the matte produced in the smelting furnace must be subjected to a subsequent treatment in order to obtain copper with blast which can
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The quality of the melting furnace matte regulates or controls the additional operations which must be carried out downstream
so as to reach the blown copper. This is how much less must be done in converters or other apparatus to form blown copper and the problems to meet environmental standards are greater. so much less difficult as regards the release of sulfur dioxide in such downstream operations that the quality of the copper mat from the melting furnace is higher. In some cases it may be desirable, for example, to obtain a matte
from the melting furnace having the composition of the white metal,
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A number of methods have been proposed for controlling the quality of the matte in instantaneous oxygen melting. Among these are the process which consists in adding reconversion materials to the concentrate, such as dust, crushed matte and slag ladle bottoms, etc., to inject water into the unit and dilute the oxygen with air. All these embodiments consist in introducing a cooling fluid into the melting unit to use the excess heat produced when it is desired to obtain a quality of matte higher than that normally obtained in
autogenic instant fusion. They are a means of achieving the same end result as the process of the present invention, but they are not as attractive because higher oxygen additions are required and because the processes cause great losses in energy use.
Unless otherwise indicated, all the proportions and percentages given below are by weight.
The invention is based on the fact that in oxidative melting, the quality of the matte produced in the melting furnace can be controlled or regulated by a partial or total roasting of part of the metal sulfide material which must be melted, by mixing it with non-roasted metal sulfide material and bringing the mixture to the melting furnace together with a fondant in the usual manner. This technique makes it possible to obtain an improvement in the quality of the matte, and is applicable in particular to instantaneous fusion by oxygen.
It will of course be noted that the metallurgists involved with the grinding and smelting of metallic sulfide deposits will adjust the grinding and smelting devices to obtain the most efficient process which can be used to process the product of a particular ore or combinations ores available. Despite the ingenuity of the metallurgists involved in recovering valuable minerals from ores, the concentrates obtained in the mill will vary greatly depending on the nature of the ore. This is how valuable copper minerals, such as chalcopyrite, chalcocite, etc., usually exist in ores where large quantities of iron sulphides can also be found, which may consist of pyrite, pyrrhotite, etc.
In addition, some copper sulfide ores also contain iron, such as chalcopyrite. A similar situation occurs with nickel sulfide and other sulfide ores containing base metals.
For example, if the ratio of iron sulfide to copper sulfide in the concentrate is high, the material will normally give a low quality of matte upon spontaneous melting
by oxygen. In this case, the object of the present invention is to adjust the ratio of iron sulfide to copper sulfide in the feed to the melting furnace so as to obtain the desired quality of matte. Such a result is obtained by partial or total roasting of a portion of the concentrate. Similar considerations apply to nickel sulfide or other sulfide concentrates containing base metals.
It will be noted that the roasting step which forms part of the invention can be carried out in an apparatus, such as a roasting device with a fluid bed, so as to obtain a gas containing at least 10% by volume of dioxide of sulfur, which can be used as a feed for a sulfuric acid installation. In this way, the sulfur separated from the portion of concentrate which is roasted, can be recovered and is not discharged into the atmosphere. The mesh in the fluid bed can be made using air as an oxidant.
To minimize the amount of material to be handled, it is preferable to completely grill the portion that needs to be grilled. The mixture of grilled material and dry non-grilled material, mixed with siliceous flux, is injected into the melting furnace in a stream of oxygen. The desired composition of the matte to be obtained can be adjusted by adjusting the ratio of the calcination product to the untreated sulfide material in the feed. For a given concentrate, heat balance calculations will govern the relative proportions of calcination product and untreated sulfide material that must be
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The process of the present invention makes possible the spontaneous fusion of copper concentrates of any composition to give a matte of the desired quality. This is how it is possible, during a one-step merger operation,
to carry out a direct melting in white metal (Cu2S) or in raw copper or in blown copper. When white metal is produced, it can be converted to blown copper in a second autogenous oxidation smelting operation. Similarly, a low iron (about 1% Fe) matte can be obtained directly from nickel concentrates. Since we reach a richer quality of matte,
with regard to the recovered metallic value, a less advanced conversion is required downstream of the instant melting device, which again brings advantages, in particular by the production of reduced fugitive emissions of sulfur dioxide. In the treatment of copper concentrates with high contents of other metals, such as zinc and / or lead, quality control of the mat can be used to promote the separation of copper from these other metals.
The present invention has a series of advantages over other methods of controlling the quality of the matte by adding fluids or cooling materials (conversion products, slag, water, etc.) to the melting furnace. A smaller amount of oxygen is required in the instant melting furnace since the calorific value of the concentrate is lowered to the level required by oxidation of a portion of its iron and sulfur content before the instant melting operations. As a result, there is an increase in the specific capacity of the oven and less dust production
because of the oxygen requirements per unit weight of feed material, which thus leads to a lower volume of gases produced. Compared to a process in which dilution in air is used to control the quality of the mat, the present invention makes it possible to obtain a lower volume of gas from the furnace, a reduced production of dust.
and lower cost requirements for the off-gas treatment apparatus.
The direct production of very high quality copper mattes, i.e. mattes with more than 60% copper, in the melting unit will lead to slag in the furnace, which will have to be treated to recover the base metals before being discarded. In the case of instantaneous oxygen smelting of copper concentrates, the slag cleaning can be carried out according to a number of known methods, for example by treating the slag in a separate electric furnace, as described by Brick et al. in the article "Flash Smelting of Copper Concentrate", J. of Metals, vol. 10 (6), 1958, pages 395-400, in a separate instantaneous fuser with lower matte quality, as described in Canadian Patent No. [deg.] 503,446, or by slow cooling, as described by Subramanian and Themelis
in J. of Metals, vol. 24 (4), 1972, pages 33-38. The low quality matte or concentrate obtained from the slag cleaning operation can be recycled to the primary melter. In the case of nickel, the slag from the primary melting furnace can be cleaned in an electric furnace, as described in "The latest development in nickel flash
smelting at the Harjavalta Smelter "by T. Niemela and S. Harkki, Joint Meeting MMIJ-AIME 1972, Tokyo. Since nickel concentrates usually contain a large amount
of cobalt, which is mainly found in the slag from the primary melter, the slag cleaning operation
from the electric oven will give a secondary matte enriched in cobalt, which can be treated separately by traditional methods to recover this metal as well as nickel and other metallic values.
Some examples are given below which in no way limit the invention.
Example 1
A chalcopyrite-type copper concentrate with
the following composition (percentage by weight): 29.7% Cu, 1.0% Ni, 30.7% Fe, and 35.2% S, is roasted with air at
a temperature of 800 [deg.] C to give a calcination product corresponding to the following composition (percentage by weight): 35.0% <EMI ID = 6.1>
Cu; 1.2% Ni, 37.8% Fe, and 0.8% S. Cu and Fe in the calcination product are mainly found under
<EMI ID = 7.1>
are also present. Mixtures of this calcination product and untreated concentrate are subjected to instant melting with oxygen in a mini-industrial instant melting furnace with a sufficient amount of oxygen to resemble an autogenous commercial operation. The quantity of oxygen required for this purpose is calculated from calorific and mass balances which govern the qualities of matte which must be obtained in the commercial oven at the various experimental reports of calcination product / untreated concentrate. The mixtures of calcination product and untreated concentrate are brought into the mini-industrial oven at the rate of 8-9 kg / hour. The temperature of the instant melting space is of the order of
1400 [deg.] C. The following table summarizes the results obtained.
<EMI ID = 8.1>
The results clearly show that the quality of the matte is governed according to the principles of the invention, where a portion of the concentrate is subjected to a pre-screening before melting.
The slag is fluid in all of the above tests. Excellent separation of the mattes from the slag is observed.
Example 2
A concentrate and a copper-based calcination product corresponding to the same compositions as those of Example 1, are mixed in a proportion of 100/30, and subjected to instant melting with oxygen in the instant melting furnace. mini-industrial. According to the calorific and mass balance calculations, carried out for the autogenic trade operation, it is expected that the proportions of oxygen, concentrate and calcination product in this example give a copper product. final whose composition is close to metallic copper. After melting under conditions similar to those of Example 1, the following products are obtained:
<EMI ID = 9.1>
The slag is slowly cooled, crushed and subjected to flotation foaming, which makes it possible to obtain a concentrate of copper and slag containing 70.4% of Cu and tailings or tail products of flotation based on slag not containing than 0.53% Cu.
This example illustrates how the present invention makes it possible to directly obtain a product of a quality as high as raw copper, in a single stage oxidation smelting process under autogenous conditions and with very high copper extraction.
Example 3
A part of a calcination product of a nickel concentrate corresponding to the following composition (percentage by weight) is mixed: 10.0% of Ni, 2.9% of Cu, 41.7% of Fe, 0, 33% of Co,
<EMI ID = 10.1>
treated corresponding to the following composition (percentage by weight):
<EMI ID = 11.1>
and 32.0% of S. The mixture is subjected to instant melting with oxygen in a mini-industrial instant melting furnace
at a rate of 8 kg / hour and at a temperature in the instantaneous melting space of about 1400 [deg.] C. The amount of oxygen is also determined from; calorific and mass balance calculations to simulate an autogenous trade operation. The matte obtained corresponds to the following composition (percentage by weight): 54.8% of Ni, 9.9% of Cu, 0.79% of Co, 8.4% of Fe, and
23.7% of S, and the slag obtained corresponds to the following composition
(percentage by weight): 0.54% Cu, 2.8% Ni, 0.3% Co, 33.1%
<EMI ID = 12.1>
The slag based on iron and silica is fluid and separates well from the mat. The results of this test show that instantaneous fusion with oxygen of mixtures of untreated nickel concentrate and nickel calcination product is technically feasible.
Example 4
One part of the same nickel calcination is mixed with 2.33 parts of the same nickel concentrate and the mixture is subjected to an instantaneous melting with oxygen under expected conditions to obtain a matte containing only about 1.5% of The following products are obtained:
<EMI ID = 13.1>
The iron silicate is fluid and separates well from the mat.
The results of these tests clearly show that the oxidation melting of mixtures of untreated nickel concentrate / nickel calcination product can be carried out spontaneously until a very high quality of matte is obtained, fact, until obtaining the matte which is known as matte to the nickel converter.
Although the present invention has been described in conjunction with preferred embodiments, it will be appreciated that it is not limited thereto. By way of example, although the melting of sulphide concentrates has been described in detail, other sulphide materials having metallurgical characteristics equivalent to sulphide concentrates, for example oven mats, may be treated according to the principles of the invention. As mentioned above, for a given sulfide material and a given oven, a sufficient amount of oxygen per weight unit of sulfides must be supplied to bring about the calorific or thermal equilibrium of the operation.
Thus for a given sulphide material, calorific equilibrium calculations will establish the relative proportions of calcined material and non-calcined material to be used, the quality of the matte, or else if the given sulphide material can be treated by means of an oxidative fusion. It will be noted from what pre-