CA1025669A - Procede d'affinage de mattes contenant du cuivre et dispositif pour le mettre en oeuvre - Google Patents

Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION:
La présente invention a d'abord pour objet un procédé
de conversion de mattes contenant du cuivre et/ou du nickel ca-ractérisé par un soufflage d'air ordinaire, d'air enrichi en oxygène et/ou d'oxygène pur, au-dessous du niveau supérieur de la matte, au moyen de jets doubles immergés. à double alimen-tation séparée, constitues au centre par de l'air ordinaire ou enrichi, ou par de l'oxygène pur, et à la périphérie par un agent refroidissant protecteur, de préférence un agent apportant du carbone, qui peut être avantageusement du fuel-oil. La teneur en oxygène du vent de soufflage est variable d'une phase à l'au-tre de l'affinage. C'est ainsi que, lorsque les tuyères ont ten-dance à se boucher, par des dépôts de métal solidifie, en prove-nance de la matte, l'invention permet de souffler de l'oxygène pur, ou de l'air très enrichi en oxygène, ce qui débouche aussi-tôt le nez des tuyères.

Description

~L~Z5~69 ~a présente inven-tion concerne un procédé d'af:Einagre de mattes de cuivre ou de matte6 contenant du cuivre7 par ~ouf-flage d'air tras enrichi en oxygene ou meme d'oxy~ne pur~ ainsi ~u'un dispositif de soufflage pour la mise en oeuvre de ce procé-dé.
On sait que l'affinage de mat-tes de cuivre s'effectue traditionnellement dans des convertisseurs, dont les uns, les plus anciens, et les plus rares aujourd'hui, son-t en forme de cornues verticales et basculantes~ beaucoup plus trapues que des convertisseurs d'acierie, et dont les autres, d'apparition plus récente, les plus répandus aujourd'hui, sont des cyli ndres horizon-taux tournant autour de leur axe. Ces dernier~ sont dénommés con-vertisseurs PIERCE-SMI~H, des noms de leurs inventeurs. ~eur re-v8tement est essentiellement basique, le plus souvent en magnésie.
~a consommation de magnésie, qui est un produit réfractaire assez cher, est rela-tivement importante, par exemple de 2 à 5 kg. par tonne de cuivre.
~e vent soufflé par les tuyères, qui sont constituées de tubes simples noyés dans le revêt~nent réfractaire, est soit de l'air ordinaire~ soit de l'air enrichi en oxygène, contenant au maximum ~6~ d'oxygène~ car~ au-delà, l'usure des tuyares est beaucoup trop rapide.
I,e but de la présen-te invention est d'améliorer la tenue en service des -tuyères et des revêtements de convertisseurs à
mattes de cuivre, ou de nickel, ou à mattes contenant du cuivre et/ou du nickel, soit sans modifier sensiblement le processus opératoire usuel de ce type de convertisseurs9 ~oit en effectuant la con~ersion d~ns des conditions am61iorC~es ou même -très diff(rerl-tes au point de vue thermique et au point de vue métallurgique.
En effet9 avec les tuyères usuelles, et avec ce~ vents de soufflage conti-tués d'air ordinaire, ou dlair moyennement enri chi, ne csntenant pas plus de 36% d'oxygène~ la conversion de la 10256~g matte de cuivre~ ou contenan-t du cuivre et/ou du nickel9 présen-te selon les méthodes connUes~ plusieurs difficultés. Dans le cas diune mat-te de cuivre, ces difficul~tés sont les ~uivantes:
a) le réglage thermique de la conversion doit etre -tel que la tempé-rature de la matte se maintienne entre 1.220~~. et 1.350~C. Au-dessous de 1.220~C" il n'est pas possible de former un véritable laitier, liquidel e-t donc décrassable. Au-dessus de 10350~C~ le revetement basique s'use trop rapidemen-t. Il nie~t pas aisé de se maintenir constamment dans cet étroit domaine de température dont l'éten~ue n'est que de 1-~0~C.~ d'autant plus qu'à intervalles ré-guliers au cours de l'opération d~affinage, il faut interrompre le soufflage pour décrasser le scorie et enfourner une quantité
supplémentaire de matte.
b) souvent~ la matte, à son enfournement dans le con~ertisseur, est un peu froide, et la chaleur manquante est alors fournie, par la réaction de formation de la magnétite ~e304 obtenue par oxydation du sulfure de fer ~e S. Or la magnétite, en dehor~ du glaçage réalisé par son dép8t sur la paroi réEractaire en magnésie, est une substance nui.sible dans cette opération, c) plus généralement, toute formation de magnétie entraîne un é-paissis~ment de la scorie et un accroîssementde la teneur en cui-vre de cette scorie, et la magnétie se forme d'autant plus facile-ment que la température est plus basse.
d) un autre inconvénient de cette magnétite dans le domaine de tem-pérature usuel inférieur à 1.350~C., specialement au-dessous de 1.250~C.~ est le bouchage progressif des tuyères par la magnétite9 ce qui oblige ~ le~ déboucher periodi~uement par des barres enEi-lce3 dc~ns ces tuy~res, pendc~nt les arrct~ de ~oufflagc.
e) la formation de magnétite est aussi favorisée, en sus des bas-ses températures, par une trop faible teneur en silice du laitier,une trop grande fré~uence du glaçage du revêtement, un enfournement de mattes trop abondant en une seule fois.
~Z~66~9 f) dans le cas de mattes riches en cuivre, par exemple contenant 60~ de cuivre ou davantage, leur teneur en fer est faible, et le bilan thermi~ue ~e l'operation devient ~rès mediocre, favorisant la formation de la magnetite.
g) l'elimination d'elements comme l'arsenic et le bismuth est de-favorisée par les basses températures.
A l'enumeration de toutes ces dif~icultes, il apparaît clairement qu'il serait tres souhaitable d'operer la conversion de la matte de cuivre dans un domaine de température plus eleve que le domaine usuel. Dans ce sens, il est dejà connu de pratiquer un prechauffage du convertisseur par des brûleurs, utilisant par exemple comme combustible du charbon pulverise, ou encore du fuel-oil, mais prechauffaye et affinage ne sont pas simultanes. On a aussi utilise comme vent d'affinage de l'air enrichi en oxygène, jusqu'à 36~ d'oxygène, mais pas au-delà.
Le but de la présente invention n'est donc pas seule-ment d'améliorer la tenue en service des tuyères et du revêtement réfractaire; il est aussi de rendre possible l'affinage des mattes de cuivre ou de nickel à plus haute température, en éliminant l'obs-tacle constitue par la tenue des refractaires et de benéficier ain-si d'une formation de magnétite excessivement reduite, avec tous les avantages qui en decoulent.
A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé d'a~finage en deux phases de mattes contenant du cuivre dans un convertisseur muni d'un revêtement refractaire et possédant au moins une tuy~re ~ jets doubles et à double alimentation sépa-rée situee au-dessous du niveau supérieur de la matte, caractérisé
en ce qu'il comprend les étapes suivantes: soufflage d'un gaz oxydant dans la matte au moyen de la tuyère à jets doubles alimentée au centre par le gaz oxydant sous une pression comprise entre 6 et 20 bars~ et à la peripherie par un agent refroidissant;
règlage de la teneur en oxygene du gaz oxydant, ce reglage pouvant ~ .' ~L~325i~6~
utiliser toutes les teneurs en oxygène depuis celle de 1' air ordinaire jusqu'à celle de l'oxyg~ne techniquement pu~, et étant realise, durant la premiere phase de l'affinage, de fa~on produire d'abord de la magnetite a une temperature de la matte comprise entre 1220~C et 1280~C en quantité juste suffisante pour glacer le revêtement refractaire d'une couche protectrice de magnetite, et de façon à augmenter ensuite la temperature de la matte jusqu'3 une valeur comprise entre 1280~C et 1420~C et à la maintenir entre ces deux limites, tout en assurant une agitation suffisarlte de la matte par un reglage convenable de l'azote du gaz oxydant, et ce reglage etant réalisé durant la deuxieme phase de 1'affinage pour obtenir uniquement une temperature de la matte comprise entre 1280~C et 1420~C.
~ a teneur en oxygène du vent de soufflage est donc variable selon l'invention d'une phase à l'autre de l'affinage.
C'est ainsi que, lorsque les tuyeres ont tendance à se boucher, par des dépôts de métal solidifié, en prs~venance de la matte, on peut selon l'invention souffler de l'oxygene pur, ou de l'air très enrichi en oxygene, ce qui a pour resultat de deboucher le nez des tuyères.
Suivant une premiere caractéristique particulière de l'invention, l'agent périphérique refroidissant est un agent contenant du carbone. Cette substance est de preférence du fuel oil.
Suivant une autre caractéristique particulière du procédé selon l'invention, le gaz oxydant central est de l'air fortement enrichi, c'est-a-dire contenant plus de 40% d'oxygene, pendant les phases de la conversion qui seraient trop calmes, avec un trop faible brassage, si l'on soufflait alors de l'oxygè-ne pur, et l'on utilise au contraire de l'oxygene techniquement pur pendant les phases où la turbulence naturelle de la matte provo-quee par le dégagement d'anhydride sul~ureux reste suffisante.
De preférence, la teneur en oxygene du gaz oxydant varie ~ - 4 -durant les première et seconde phases du soufflage afin de maintenir la temperature de la matte entre 1350 C et 1400 C.
L'expression "~ortement enrichi" en oxygène telle qu'on utilise ici signifie "ayant une teneur en oxygène supérieure ou égale à 40%".
Le dispositif destine à la mise en oeuvre du procede selon l'invention, est constitue par un convert.isSeur a mattes de ~(~Z56~i~
cuivre ou de nickel de forme et de dimensions usuelles, soit en forme de cornue verticale, soit en forme de cylindre horizontal, dont les tuyeres sont des tuyeres a double alimentation séparée, alimentees au centre en air ordinaire ou enrichies en oxygene, ou en oxygene pur, et ~ sa péripherie en un agent refroidissant protec-teur, de préférence apportant du carbone qui peut être avantageuse-ment du fuel-oil.
Suivant une caracteristique particuliere de ce dispo-sitif les sections de passage de llair ordinaire ou enrichi, ou de l'oxygène pur, dans les tuyères de soufflage, l'epaisseur des tubes et le nombre de ses tuyères sont determines pour un souf~lage sousplus forte pression (par exemple 6 a 12 bars) que dans les modes operatoires usuels, qui utilisent de l'air sous 0,7 a 1 bar.
Suivant une autre caracteristique particulière de ce dispositif, lorsqu'il s'agit d'un convertisseur horizontal de forme cylindrique, le tube central de chaque tuyère est ali-mente en air ordinaire ou enrichi, ou en oxygène pur, par un raccordement flexible en provenance d'un collecteur général qui parcourt toute la longueur du convertisseur, tandis que le tube périphérique de chaque tuyère est alimente en agent refroidissant protecteur par un circuit individuel, propre à chaque tuyere, et comportant une pompe individuelle, ainsi que des instruments individuels de mesure de pression et de débit.
Le revêtement basique du convertisseur, peut être constitué de magnésie ou de chrome-magn~sie mais il peut aussi ~tre constitue de dolomie goudronnée, meilleur marché.
Comme on le comprend, l'un des principaux avantages du procédé selon l'invention est d'améliorer la tenue en service des tuyeres et du revetement des convertisseurs à mattes contenant du cuivre, grâce au flux peripherique d'agent refroidissant ap-portant du carbone.

~.~25~
Un autre avantage, dont le précédent est la condition necessaire, est de permettre de realiser, l'af~inage dans un do-maine de temperature plus elevee que dans les procedes connus, par exemple 10380~C en moyenne au lieu de 1.280~C, dans le cas des mattes de cuivre. L'une des conséquences avantageuses de cette temperature plus elevée est de reduir~ notablement la quantite de magnétite produite au cours de l'affinage.
~ n autre avantage de l'invention est de rendre possible l'emploi d'air ordinaire ou moyennement enrichi en oxyg~ne (c'est-a-dire jusqu'a 36~ d'oxygène) pendant certaines phases de l~affinage, et de l'air fortement enrichi en oxygène (c'est-à-dire entre 36% et 100% d'oxygène) ou même de l'oxygène pur pendant d'autres phases de l'affinage. C'est ainsi qu'on évite complète-ment le débouchage manuel ou mécanique des tuyeres pendant les arrêts, en utilisant un air plus riche, ou de l'oxyg~ne pur, lorsque les tuyeres ont tendance à se boucher.
Un autre avantage de l'invention est que l'on peut éventuellement garnir tout ou partie du revêtement réfractaire du convertisseur en dolomie goufronnée, au lieu de magnésie, ce qui peut représenter une économie importante.
Un autre avantage de l'invention est que la durée du soufflage se trouve notablement raccourcie.
Un autre avantage de l'invention est que l'emploi d'air fortement enrichi ou même d'oxygene pur, conduit à un bilan ther-mique beaucoup plus favorable que dans les méthodes connues, ce qui permet de refondre davantage de produits solides apportant du cuivre, et/ou du nickel tels que les concentrés, des précipités, des déchets de cuivre ou d'alliages de cuivre et/ou de nickel des minerais contenant du cuivre ou du nickel etc Un autre avantage du procédé selon l'invention est d'accroître notablement la teneur en anh~dride sulfureux (S02) des gaz du convertisseur, ce qui facilite l'extraction ultérieure 56~9 d'acide sulfurique à partir de ~es gaz.
un autre avantage du procede selon l'invention est d'ameliorer le rendement en cuivre et/ou en nickel de l'operation d'affinage.
Bien entendu, le procéd~ selon l'invention ne se limite pas aux seules mattes de cuivre. Il s~applique aussi ~ toutes les mattes contenant, à la fois, du cuivre et d'autres metaux, tels que le nickel par exemple.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décri-re ci-après, à titre non limitatif, un mode de realisation d'un convertisseur selon l'invention, et une operation d'affinage seLon l'invention dans ce convertisseur.
Il s'agit de traiter une matte à 35~ de cuivre, afin d'obtenir 10 tonnes de cuivre en fin d'opération.
Le convertisseur selon ce mode de realisation est un cylindre horizontal de 3 mètres de diametre et de 5,30 mètres de longueur. Il est pourvu, sur l'une de ses génératrices rectilignes horizontales, d'une ligne de 7 tuyères doubles, c'est-à-dire constituées de deux tubes concentriques, de 15 mm. de diamètre intérieur soufflant au centre, sous 10 bars, un vent tr~s enri-chi en oxygene, contenant 90% d'oxygène et 10% d'azote et alimen-tees ~ leur périphérie par du fuel-oil domestique.
La duree du soufflage, par periodes successives interrom-pues par les arrêts pour enfourner diverses quantites de mattes de cuivre, et aussi des additions froides à l'etat solide, est au total de 2h. 15 min. Les temps d'arrêt se montent au total a 2 heures. Le cycle complet est donc de 4h. 15 min., contre une duree totale de 8 heures dans un convertisseur traditionnel, soufflant de l'air ordinaire sous 0,7 bar a 1 bar par 22 tuyères simples de 38 mm. de diamètre.
La comparaison est en effet la suivante:
-Section de passage de chaque tuyère selon l'invention : 7 fois plus petite que la section d'une tuyère usuelle.
Z~6~3 -Nombre de tuy~res selon 1'invention : 3 fois plus petit.
~Pression de sou~flage : 10 fols plus forte.
-Teneur en ~2 du vent : 4,5 fois plus élevée.
Le débit d'oxygene d'affinage est donc 10 x 4,5 2 fois plus élevé dans cet exemple de convertisseur selon l'invention que dans un convertisseur traditionnel.
De plus, les temps morts se trouvent réduits, car d'u-ne part le debouchage des tuyères est supprimé et, d'autre part, le décrassage de la scorie, bien fluide parce que bien chaude et pauvre en magnétite, est accélere.
La consommation d'oxygene se trouve diminue par rap-port aux 1.300 Nm3 d'oxygene, par tonne de cuivre necessaire dans les convertisseurs traditionnels, par suite d'une augmentation de la quantité d'additions solides, dont certaines apportent de l'oxygène.
La consommation de fuel-oil s'établit a 1.050 litres en tout, soit: 105 litres par tonne de cuivre. Le débit instan-tané de fuel-oil est de 1,1 litre/minute/tuyere.
Bien entendu, la consommation de fuel-oil a la tonne de cuivre serait plus faible pour un convertisseur de grosse capacité, tandis que le débit par tuy~ere serait un peu plus fort.
En effet, il s'agirait alors de tuyeres de plus gros diametre.
A nombre égal de tuyeres ~t pour un même temps de soufflage, la consommation de fuel-oil est proportionnel au diam~tre des tuy~res, tandis que le débit dloxygene, et donc le tonnage de cuivre traité, sont approximativement proportionnels au carré
de C2 diametre.
Le soufflage a l'air tres enrichi ou a l'oxygene pur peut aussi n'être utilisé que pendant certaines phases de l'affi-nage de la matte, l~s autres phases utilisant alors de l'air or-dinaire ou de llair faiblement enrichi en oxygene, a teneur infé-rieure a 36~, selon les modes operatoires connus.
,~ - 8-~2~g Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnem~nts de details, de même qu'envisayer l'emploi de moyens equivalents.

DIVULGATION SUPPLEMENTAIRE
Dans la divulgation principale, il a été décrit un procé
dé d'affinage de mattes contenant du cuivre permettant de remédier a un certain nombre d'inconvénients rencontrés dans les divers procédés d'affinage connus.
La présente divulgation supplémentaire a pour objet d'apporter certaines précisions quant a la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et aux divers avantages qui en résultent.
En injectant un agent de refroidissement a la peripherie de l'alimentation en gaz oxydant du systeme a a~finer et en soufflant le gaz oxydant a des pressions supérieures a celles utilisées jusqu'~ présent dans les procédés connus,on a constaté qu'il est possible de largement augmenter la teneur en oxyg~ne dudit gaz oxydant au~delà des limites jusqu'à présent imposées dans les procédés connus de conversion de mattes contenant du cuivre, sans que ceci n~ conduise à une usure exagérée des tuyeres et des revêtements réfractaires du convertisseur.
La présente invention, de par l'introduction d'unfluide de refroidissement, qui est de préférence du fuel-oil permet donc de protéger les tuyeres et rev~tements réfractaires des phénomè-nes d'usure provoquée par l'oxygene et par les divers produits qu'il forme lorsque le gaz oxydant est introduit dans le systeme.
La présente invention permet aussi de faire varier la teneur en oxygène du gaz oxydant jusqu'au point de pouvoir introduire de l'oxygène pur dans la matte contenant du cuivre.
I1 résulte de cette dernière particularite plusieurs avantages que l'on ne pouvait obtenir jusqu'à présent.
(1) Etant donné que les réactions d'oxydation qui se produisent dans la matte sont exothermiques et que de plus fortes quantités d'oxygene sont disponibles pour effectuer les réactions, la température à laquelle la matte est affinée peut ~k ;2566~
peut être augmentee et maintenue au-dessus de 1280~C, c'est-~-dire au-dessus de la température à laquelle la formation d'o~yde ferreux (FeO) l'emporte sur la formation de magnetit~ et a laquelle l'oxyde ferreux forme passe en solution dans la scorie.

(2) La duree complete du soufflage est notablement raccourcie.
(3~ La temperature plus élevee de la matte permet un meilleur travail et une manipulation plus aisee de la scorie.
(4) Enfin, on evite le aébouchage mecanique ou manuel des tuyeres necessitant l'arret des operations, comme c'est le cas jusqu'a présent en utilisant un air moins riche en oxygène.
Les divers autres avantages et caractéristiques de l'invention qui ont déja été largement décrits dans la divulga-tion principale seront mieux compris a la lecture de la divulga-tion qui va suivre faite en référence a des dessins dans lesquels:
la figure 1 est une vue en perspective d'un convertisseur ayant plusieurs tuyeres à double alimentation séparée, la figure 2 est une vue en coupe de l'une de ces tuy8res; et la figure 3 est un diagramme en trois parties montrant un diagramme de programmation caractéristique du soufflage pour mettre en oeuvre la présente invention.
On sait que l'affinage d'une matte contenant du cuivre dans un convertisseur s'effectue habituellement en deux phases distinctes: une premiere phase durant laquelle le fer contenu dans la matte est oxydé et éliminé de celle-ci sous forme d'une scorie; et une seconde phase durant laquelle le sulfure contenu dans la matte est oxydé en anhydride sulfureux (SO2) qui s'échappe sous forme de gaz~
Durant la phase de l'affinage correspondant à l'oxydation du ~er~ on interrompt le soufflage a diverses intervalles pour éliminer la scorie et pour compléter le chargement du convertisseur en introduisant de nouveau de la matte de cuivre et des agents de refroidissement tels que des scories, des alliages, des concentres ou des miner~is de cuivre.
Pendant ces arrêts, des substances formant de la scorie telles que la silice peuvent egalement être ajoutees.
Durant cette phase d'oxydation du fer, il est souhaita-ble de glacer le revêtement refractaire basique du convertisseur avec une couche protectrice de magnetite n Ceci s'effectue généralement au début de l'af~inage, par soufflage d'air ordinaire dans la matte de façon à amener la température de celle-ci à une ~empérature basse favorable à la ~ormation de magnétite, c'est-à-dire à une température comprise entre 1220~C
et 128~~C environ. Lorsque le soufflage d'air ordinaire est arrêté, le convertisseur est renverse pour permettre à la magné-tite liquide de se deposer sur le revêtement et ainsi de pouvoir le glacer. La suite normale des opérations de soufflage est alors reprise, mais un reglaçage peut être nécessaire durant la phase de l'affinage correspondant à l'oxydation du fer. Ceci s'effectue de ~açon avantageuse durant les arrêts régul~ers des opérations de soufflage, destinés à permettre d'eliminer la scorie.
A la fin de la phase d'oxydation du fer, la matte ne co~tient prati~uement plus de fer mais contient encore du soufre. On la designe alors habituellement sous le nom de "matte b~lanche" (Cu25).
La seconde phase de l'affinage, ou désulfurisation, s'accomplit an une seule étape par soufflage d'un gaz oxydant for~ement enrichi en oxygène, qui peut meme être de l'oxygene pur tel qu'on le trouve sur le marché (oxygene techniquemen~ pur ayant une. teneur de 99% ou plus). Ce gaz oxydant sert ~ oxyder le soufre en suivant le schéma réactionnel connu consistant à
faire réagir l'oxygène sur le cuivre pour former de l'oxyde de cuivre que l'on fait ensuite réagir avec le sulfure de cuivre -~2~66~
contenu dans la matte pour laisser d~ager SO2 sous forme d~
gaz. Le produit que l'on recueille dans le fond du convertisseur apres la désulfurisation est du cuivre impur, ou blister.
On a représenté sur la figure 1 un modèle de conver~
tisseur 10 servant a mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention. Ce convertisseur est recouvert d'une substance réfrac-taire basique qui peut être de la magnésie, de la chrome-magnésle ou encore de préférence de la dolomie goudronnée moins chere que les revêtements réfractaires en magnésie. Habituellement, le con-vertisseur a la forme d'un cylindre disposé dans le sens horizontaLPour obtenir 10 tonnes de cuivre impur, le convertisseur cylindri-que que l'on utilise a un diametre de 3 metres et une longueur de 5,50 metres. Le cylindre est pourvu ~ur l'une de ses génératrices rectilignes horizontales d'une série de 7 tuyeres 11 disposees de façon ~ être en-dessous du niveau supérieur de la matte de cuivre fondu durant les opérations de soufflage. Chaque tuyere 11 est une tuyère double, c'est-a-dire une tuyere constituée de deux tubes concentxiques tels que montrés sur la figure 2. Le tube central 12 est alimenté en gaz oxydant par un raccordement flexible 13 mon-té sur un conduit d'alimentation principal. Le tube extérieur 14est alimenté en agent refroidissant par un raccordement flexible 15 monté sur un conduit individuel d'alimentation. Chaque circuit individuel d'alimentation du tube extérieur 14 comporte u~e pompe, et des instruments de mesure de pression et de débit servant ~
controler de façon indépendante l'alimentation du tube 14 en agent refroidissant. D'autres détails sur la construction et le fonction-nement des tuy~res doubles utilisés dans le procédé selon la pré-sente invention sont donnés dans le brevet des Etats-Unis no

3,817,744 et dans le brevet canadien no 979.661 délivré le 16 décembre 1975.
Le diamètre du tube inférieur de chaque tuyère, l'épaisseur de ce tube intérieur et du tube exterieur, et le nombre ~e tuy~res utilisées sont choisis de façon a obtenir des - ~ - 13 -pressions comprises entre 6 et 20 bars et de préférence entre 6 et 12 bars. Ces pressions sont beaucoup plus grandes que les pressions comprises entre 0,7 et 1 bar que l'on utilise habituel-lement dans les autres procedes de conversion de matte contenant du cuivre. Cette augmentation de la pression de soufflage est une caracteristique essentielle de la presente invention permet-tant une efficacit~ maximale de fonctionnement, comme il apparaî-tra plus en detail ci-dessous. En effectuant le soufflage à des pressions 10 fois plus grandes que celles utilisees dans les procedés conventionnels, la sur~ace occupée sur la paroi du convertisseur par les embouchures des -tuyères a un flux de gaz oxydant donne peut être reduite. Cette reduction de la surface occupee par les embouchures des tuyères peut être effectuee en réduisant le diamètre du tube axial de chaque tuyère et/ou en reduisant le nombre total de tuyeres. Etant donne que les tu~eres utilisees se~lon la présente invention sont des tuyères doubles il est important du point de vue prix de construction d'avoir un nombre de tuyères et de circuits d'alimentation le plus bas possible. Le nombre de tuyères utilisées devra être in~erieur a 15 et de preference compris entre 5 et 12.
Le soufflage du gaz oxydant aux pressio~ que l'on utili-se selon là présente invention provoque une expansion rapide du gaz a sa sortie des tuyeres, qui augmentent sa vélocite. Le gaz expansé produit un effet de re~roidissement sur la tuyère qui complète l'action de refroidissement de l'agent de refroidissement injecté à la periphérie de chaque tuyere. Ces actions de refroi-dissement combinees permettent de mettre en oeuvre le procede selon l'invention dans un domaine de temperature plus elevee, compris entre 1280~C et 1420~C, sans que se produise de façon concomitante une usure rapide des tuyeres et des materiaux re~ractaires entourant ces tuyères, comme c'est le cas lorsque l'on utilise les procedes conventionnels dont les pressions de

4 i 1 ~
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soufflage sont plus basses et les tuyères sont a tube simple.
L'augmentation de la pr~ssion de soufflage du gaz oxydant entraîne aussi une augmentation correspondante de la force du courant gazeux agissant sur la bain fondu quel que soit le débit. L'agitation mécanique du bain provoquée par le courant gazeux contribue grandement a la cinetique des reactions entrant en jeu pour l'affinage, specialement durant la phase d'oxydation du fer quand peu de gaz se dégage du bain. Il en résulte que les pressions relativement élevées de soufflage utilisées selon la presente invention conduisent en partie a une r~duction sensibla de la duree requise pour achever la totalite des operations d'affinage.
Une autre caractéristique importante du procéde selon la presente invention est la possibilite de modifier la quantite d'oxygene contenu dans le gaz oxydant, depuis une teneur de 21~ (air ordinaire) jusqu'à des teneurs (oxygène pur)~ En pratique, la teneur en oxygène varie en fonction des conditions opératoires. Durant la phase du procédé corres-pondant à l'oxydation du fer, chaque periode de soufflage peut commencer par exemple par le sou~flage d'air ordinaire, afin de former la magnétite servant à glacer le re~êtement réfractaire. On souffle juste après, de l'oxygène pur pour remonter aussi rapidement que possible la température de la matte à une température comprise entre 1280~C et 1420~C
et de préférence entre 1350~C et 1400~C, c'est-à-dire à une température ~ laquelle la formation ulterieure de magnetite est stoppee. La tendance qu'a la magnetite initialement formee à
boucher les tuy~res, est diminuee par ce soufflage d'oxygène pur car la chaleur produite dans la zone des tuyères par la réaction exothermique de l'oxygène sur le metal elimine tous les depôts solidifiés qui peuvent se produire dans ces zones. Ceci permet d'éliminer la necessite d'un debouchage mecanique des tuyères .~ ~
-~O~Z5~
que l'on rencontre souvent dans les procédés de l'art antérieur, avec le gain de temps qui peut en résulter. Il est à signaler que ces tuyeres peuvent être debouchees a m'importe quel moment pendant l'affinage par soufflage d'oxygene pur.
A la suite de la période initiale de souf~lage d'oxygene pur ou d'air fortement enrichi, la teneur en oxygène du gaz oxydant est réduite à une teneur comprise entre 40 et 90%, jus-qu'à ce qu'une interruption du sou~flage soit requise. La raison de cette diminution de la teneur en oxygène est d'oxyder le fer de préférence au soufre durant cette phase du procédé et de diminuer la formation de gaz à l'intérieur du bain. Le bain est donc alors relativement calme si ce n'est l'agitation due au passage de l'azote de l'air.
Durant la phase de désulfurisation, il se produit un violent dégagement de So2 dans le bain qui crée de fortes turbulences. On peut donc à ce moment souffler de l'air fortement enrichi en oxygène ou, de préférence, de l'oxygène pur, la teneur en oxygène dépendant de la quantité d'agent de refroidissement ajoutée. La figure 3 illustre graphiquement un programme de soufflage propre au procédé selon l'invention. Le diagramme apparaissant au milieu de cette figure montre les variations de la teneur en oxygene du gaz oxydant que l'on peut effectu~r lorsqu'~on met en oeuvre le procédé.
Le réglage de la température de la matte contenant du cuivre durant chaque période de conversion est obtenu en faisant varier le débit du gaz oxydant et sa teneur en oxygène et en ajoutant les substances refroidissantes. On peut, en utilisant ces variables, maintenir la température de la matte entre 12~0~C et 1420 C, tel ~ue désiré7 La température de la matte décroit de fa~on naturelle durant les interruptions de soufflage mais, comme il a eté explique ci-dessus, peut etre rapidement ramené a une tempe-~' ~L~256~i~
ture comprise dans le domaine préferentiel en reprenant le soufflage. Le diagramme en bas de la figure 3 montre un profil de température caractéristique pour le revêtement refractaire lorsqu'on utilise le procédé selon l'invention.
De nombreux avantages ~jà mentionnés dans la divul-gation principale résultent de la mise en oeuvre du proc~dé
selon l'invention.
La durée totale des opérations d'affinage est notable-ment reduite si on la compare aux durees des procédés convention-nels; l'ordre de grandeur de cette diminution du temps requispeut atteindre 50%.
L'utilisation d'oxygène pur ou d'air fortement enrichi conduit a un bilan thermique beaucoup plus favorable que dans les méthodes connues, ce qui permet de refondre davantage des produits solides apportant du cuivre, tels que des concentrés, des précipitées, des déchets de cuivre ou d'alliage de cuivre et des minerais contenant du cuivre.
Le procede selon l'invention permet d'accroître notablement la teneur en anhydride sulfureux des gaz du conver-tisseur, ce qui facilite les fractions ultérieures d'acidesulfurique à par- tir de ces gaz.
En outre, le procéde permet d'améliorer le rendement en cuivre de l'opération d'affinage. Bien entendu, le procédé
; selon l'invention ne se limite pas aux seules mattes de cuivre.
Il s'applique aussi à toutes les mattes contenant a la fois du cuivre et d'autres métaux récupérables.
La description qui va suivre vient en complément à
la description de l'exemple donné a titre non limitatif dans la divulgation principale.
Dans cet exemple, il s'agit de traiter une matte à 35%
de cuivre afin d'obtenir 10 tonnes de sulfure de cuivre en fin d'opération. On utilise pour ce faire un convertisseur tel que 1~2~i6~3 represente sur la figure 1, ayant des dimensions indiquees précédemment. Il est pourvu, sur l'une de ces génératrices rectilignes horizontales, d'une ligne de 7 tuyères double.
Chaque tuyère est constituee ae deux tubes concentriques. Le tube central a un diametre interieur de 15 mm. Les tuyeres sont reliées à des alimentations en gaz oxydant et en fuel-oil tels que décrits ci-dessus.
15 tonnes de matte de cuivre sont introduites dans le convertisseur avec une quantité donnee d'addition froide cuivreuse et avec une quantité également donnée de silice pour former la scorie. La silice, broyée en particules dont la taille est comprise entre 70 et 80 mm, est introduite dans le convertisseur au moyen d'un pistolet a air. Si le rev~tement réfractaire necessite un gla~age avec de la magnetite, ceci peut s'effectuer de la façon décrite précédemment. Dans ce cas, l'addition du silice ne se fera seulement qu'après la fin du glaçage. On commence alors le soufflage du gaz oxydant. De l'oxygene pur est tout d'abord soufflé sous une pression de 10 bars pendant plusieurs minutes afin d'élever la température de la matte au-dessus de 1280~C, jusqu'a une zone optimale comprise entre 1350 C et 1400 C. La quantite d'oxygene contenue dans le gaz oxydant est alors abaiss e à une teneur de 85~ et on continue le soufflage pendant 15 à 40 minutes en fonction des conditions de fusion. On stoppe le soufflage et on decrasse la scorie de silice et de ~er hors du convertisseur par l'intermediaire d'une poche.
L'ouverture du convertisseur est nettoyee et de la matte liquide est réajoutee avec la quantité nécessaire d'addition froide et de silice. Le soufflage est alors recommencé en répétant les étapes décrites ci-dessus autant qu'il est nécessaire. A la suite de la seconde période de soufflage ci-dessus mentionnée, une troisieme p~riode de soufflage est nécessaire dans le cas de l'exemple décrit pour achever l'oxydation du fer.

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i6~9 On recommence ensuite le soufflage pour la phase de désulfurisation. La pression de soufflage est, encore de 10 bars.
Le gaz oxydant soufflé est de l'oxygene pur puisque suffisamment d'additions froides sont presentes dans le mélange pour éviter que la temperature de la matte devienne trop importante. Dans le cas o~ effectivement la temperature de la matte devient trop importante, il faut souffler de l'air moins enrichi. La duree totale du soufflage pour la désulfurisation est environ 75 minutes.
On a introduit au total 28 tonnes de matte de cuivre et 18 tonnes d'additions froides durant l'affinage et on a obtenu 10 tonnes de cuivre impur ou blister. On a obtenu au total durant l'affinage 20 tonnes de scorie. La durée totale de l'affinage a eté de 4 heures et 15 minutes contre une durée totale de 8 heures dans un convertisseur traditionnel, soufflant de l'air ordinaire sous une pression comprise entre 0,7 bar à 1 bar, par 22 tuyères simples de 38 mm de diametre. La durée du soufflage par périodes successives interrompues est au total de 2 heures et lS minutes. Les temps d'arrêts se montent au total à 2 heures. Le programme de soufflage utilisé pour cet exemple est representé par le diagramme de la figure 3.

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Claims (8)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué
sont définies comme il suit:

1. Procédé d'affinage en deux phases, l'une de défer-rage, l'autre de désulfurisation, de mattes contenant du cuivre dans un convertisseur muni d'un revêtement réfractaire et possédant au moins une tuyère à jets doubles et à double alimentation séparée, située au-dessous du niveau supérieur de la matte, caractérise en ce qu'il comporte les étapes suivantes: soufflage d'un gaz oxydant dans la matte au moyen .
de la tuyère à jets doubles alimentée au centre par le gaz oxydant sous une pression comprise entre 6 et 20 bars, et à la périphérie par un agent refroidissant; réglage de la teneur en oxygène du gaz oxydant, ce réglage pouvant utiliser toutes les teneurs en oxygène depuis celle de l'air ordinaire jusqu'à celle de l'oxygène techniquement pur, et étant réalisé, durant la première phase de l'affinage, de façon à produire d'abord de la magnétite à une température de la matte comprise entre 1220°C et 1280°C en quanti-te juste suffisante pour glacer le revêtement réfractaire d'une couche protectrice de magnétite, et de façon à augmenter ensuite la température de la matte jusqu'à une valeur comprise entre 1280°C et 1420°C et à la maintenir entre ces deux limites, tout en assurant une agitation suffisante de la matte par un réglage convenable de l'azote du gaz oxydant, et ce réglage étant réalisé
durant la deuxième phase de l'affinage pour obtenir uniquement une température de la matte comprise entre 1280°C et 1420 C.

2. Procédé d'affinage selon la revendication 1, carac-térisé en ce que l'agent périphérique refroidissant est un agent apportant du carbone.

3. Procédé d'affinage selon la revendication 2, carac-térisé en ce que l'agent périphérique protecteur apportant du carbone est du fuel-oil.

4. Procede d'affinage selon la revendication 3, carac-terise en ce que le gaz oxydant est souffle dans la matte sous une pression comprise entre 6 et 10 bars.

5. Procédé d'affinage selon la revendication 3, carac-térisé en ce que la température de la matte est maintenue entre 1350°C et 1400°C pendant la première et la seconde phases de l'affinage.

6. Procede d'affinage selon la revendication 3, carac-térisé en ce que la première phase de l'affinage comprend plusieurs périodes de soufflage et en ce que les interruptions entre ces périodes sont utilisées pour eliminer la scorie ou ajouter diverses charges.

7. Procédé d'affinage selon la revendication 6, carac-térisé en ce que chacune de ces périodes de soufflage commence par le souf~1age d'oxygène pur comme gaz oxydant, et se poursuit en diminuant la teneur en oxygène du gaz oxydant pour le restant de la période.

8. Procedé d'affinage selon la revendication 7, carac-térisé en ce que le gaz oxydant souffle pendant le restant de la periode est constitue par de l'air fortement enrichi en oxygene.