ES2228515T3 - Metodo para reducir el contenido de metal no ferreo de la escoria en la produccion de metales no ferreos que se produce en un horno de fusion en suspension. - Google Patents

Abstract

Método para reducir el contenido de metal no férreo de una escoria generada en la producción de un metal no férreo en un horno de fusión en suspensión alimentando un coque metalúrgico al horno, además de un concentrado, flujo y gas oxigenado, con el fin de reducir la escoria, en el que el coque cargado en el horno es coque metalúrgico que tiene un tamaño de grano del orden de 1 ¿ 25 mm, caracterizado porque se evita el arrastre de pequeñas partículas que contienen metal no férreo hasta la parte posterior del horno y fuera del horno con la escoria colocando deflectores en el horno desde la bóveda hacia abajo.

Description

Método para reducir el contenido de metal no férreo de la escoria en la producción de metales no férreos que se produce en un horno de fusión en suspensión.

La presente invención se refiere a un método, mediante el cual se reduce el contenido de metal no férreo de la escoria generada en la producción de metales no férreos tales como cobre o níquel en un horno de fusión en suspensión alimentando al horno coque metalúrgico, cuyo tamaño oscila desde 1 - 25 mm. Es ventajoso colocar deflectores desde la bóveda del horno hacia abajo, por medio de los cuales se evita que se arrastren las pequeñas partículas que contienen cobre y níquel hasta la parte posterior del horno y salgan junto con la escoria. Los deflectores fuerzan a las pequeñas partículas a que sedimenten en la zona de reducción del horno.

Se sabía antes que puede producirse escoria con bajo contenido de cobre en hornos de fusión en suspensión tales como los hornos de fusión rápida, cuando se utiliza coque fijo o alguna otra sustancia carbonosa en la reducción de la escoria y disolviendo en ella óxido mixto ("oxidule") de cobre y especialmente magnetita, que aumenta la viscosidad de la escoria y ralentiza la separación de las partículas de mata fundida contenidas en la escoria mediante sedimentación.

En la patente de los EE.UU. 5.662.370, se describe un método en el que es esencial que el contenido de carbono del material carbonoso que se va a alimentar a la cuba de reacción sea de al menos el 80%, que al menos el 65% de las partículas del material sean inferiores a 100 \mum y al menos el 25% de entre 44 - 100 \mum. El tamaño de partícula se define con precisión porque, según dicha patente, la reducción de magnetita con coque sin quemar se produce mediante dos mecanismos y el tamaño de partícula es de importancia decisiva con respecto a dichos mecanismos. Si el tamaño de polvo del coque bruto es de aproximadamente 100 \mum o superior, el tamaño de partícula de la parte sin quemar es también grande y, por este motivo, el coque permanece flotando sobre la superficie de la escoria y las reacciones son lentas. Cuando se reduce el tamaño de partícula, el coque en polvo entra en la escoria y luego en contacto directo con la magnetita que se va a reducir, lo que acelera la velocidad de reacción.

En la solicitud de patente japonesa 58-221241 se describe un método en el que se alimentan coque menudo o coque menudo junto con carbón pulverizado a la cuba de reacción de un horno de fusión rápida a través de un quemador de concentrado. El coque se alimenta al horno de modo que se cubra uniformemente la superficie completa de fundido en el horno inferior con el coque en polvo sin quemar. Según la solicitud, el grado de reducción de la magnetita disminuye cuando el tamaño de grano es ultrafino, de modo que el tamaño de grano utilizado es preferiblemente desde 44 \mum hasta 1 mm. La capa de escoria cubierta con coque sin quemar, que permanece sobre el baño de escoria fundida, disminuye considerablemente la presión parcial de oxígeno. La atmósfera sumamente reductora que surge de la capa de coque produce, por ejemplo, daños al revestimiento del horno.

En la patente JP 90-24898 se describe un método en el que se alimenta coque o carbón pulverizado, con un tamaño de partícula inferior a 40 mm, a un horno de fusión rápida para sustituir el aceite utilizado como combustible adicional y mantener la temperatura deseada en el horno.

La solicitud de patente JP 9-316562 aplica el mismo método que el documento US 5.662.370 mencionado anteriormente. La diferencia con el método de la patente de los EE.UU. es que el material carbonoso se alimenta a la parte inferior de la cuba de reacción del horno de fusión rápida, para evitar que dicho material carbonoso se queme antes de que alcance la escoria y la magnetita que se va a reducir contenida en ella. El tamaño de partícula del material carbonoso es esencialmente el mismo que la distribución descrita en la patente de los EE.UU.

Además, el documento US-A-4.857.104 describe un procedimiento para la fusión y reducción de un metal no férreo, procedimiento mediante el cual se aplica un método para reducir el metal no férreo de la escoria, alimentando coque metalúrgico al horno. Dicho coque cargado en el horno es coque metalúrgico, que tiene un tamaño de grano del orden de 1 - 25 mm.

En algunos de los métodos descritos anteriormente, el pequeño tamaño de partícula del coque presenta una debilidad, porque las pequeñas partículas de coque no sedimentan en absoluto desde la fase gaseosa sino que continúan con la fase gaseosa hasta el conducto de subida y adelante hasta la caldera de calor residual como agente reductor. En la caldera, las partículas de coque reaccionan y generan una energía innecesaria en el sitio equivocado, que incluso puede limitar la capacidad de tratamiento total según disminuye la capacidad de la caldera de calor residual.

En un horno de fusión en suspensión, no sólo se arrastra material pulverizado, tal como óxidos cuprosos, con la fase gaseosa hasta la parte posterior del horno y el conducto de subida sino también partículas de mata de cobre. Cuando se separan estas pequeñas partículas del flujo de gas en la parte posterior del horno y sedimentan en la superficie de la fase de escoria, este fenómeno es muy lento debido precisamente al pequeño tamaño de partícula. Debido a que la escoria se sangra principalmente desde la parte posterior o lateral del horno, estas partículas no logran sedimentar a través de la fase de escoria sino que en su lugar, se arrastran en relación con la escoria que se sangra fuera del horno y se añaden al contenido de cobre de la escoria.

Con el fin de solucionar el problema descrito anteriormente, se ha desarrollado ahora un método según se define en la reivindicación 1, con el que pueden evitarse los inconvenientes de los métodos anteriores. En el método recién desarrollado, el objetivo es disminuir el contenido de metal no férreo de la escoria generada en la producción de metales no férreos, tales como cobre o níquel, en un horno de fusión en suspensión, de modo que la escoria fuese escoria desechable que no requeriría tratamiento adicional. En este método, se utiliza coque metalúrgico, cuyo tamaño oscila desde 1 - 25 mm, para reducir la escoria, en el que la mayor parte del coque que se va a alimentar a través de la cuba de reacción se separa de la fase gaseosa en el horno inferior del horno de fusión en suspensión y sedimenta sobre la superficie de la fase de escoria, en el que se produce la reducción de la escoria en una zona en la que la mayoría del producto obtenido como mata y escoria se separan entre sí. Las características esenciales de la invención resultarán evidentes en las reivindicaciones de patente adjuntas.

En este método, es preferible utilizar coque metalúrgico, ya que la cantidad de sustancias volátiles contenidas en él es pequeña. Por tanto, la mayor parte del potencial de reducción de los materiales de partida en cuestión puede utilizarse en la reducción, sin generar energía térmica adicional superflua cuando se queman las sustancias volátiles del material reductor. Al mismo tiempo, disminuye el número de reacciones de unión con oxígeno que experimenta el coque en la cuba de reacción, lo que permite un mejor control de la calidad de la mata resultante. Tradicionalmente, se ha conseguido este control ajustando el coeficiente de aire (oxígeno / cantidad de concentrado Nm^{3}/t).

En el método de la presente invención, el coque metalúrgico utilizado es de un tamaño de grano determinado, de modo que la mayor parte del coque que se va a alimentar a la cuba de reacción se separa de la fase gaseosa en el horno inferior del horno de fusión en suspensión y sedimenta sobre la superficie de la fase de escoria, en la que tiene lugar la reducción de la escoria en una zona en la que se separan la mata y la escoria, que también son parte principal de los productos, de la fase gaseosa. La reducción tiene lugar en la zona óptima desde el punto de la economía calorífica: el calor requerido para la reducción proviene del contenido calorífico de los productos que provienen de la cuba de reacción, sin que se requiera ninguna energía adicional en la reducción.

El tamaño de grano del coque metalúrgico es de
1 - 25 mm. Un coque de mayor tamaño tiene un área específica tan pequeña que no reaccionará eficazmente con la escoria. Si se utiliza un tamaño de grano menor, tal como el de 1 - 25 mm mencionado anteriormente, el coque reaccionará activamente ya en la cuba de reacción y más coque se arrastrará con la fase gaseosa hasta el conducto de subida y el contacto con la escoria y el efecto de reducción deseados serán pobres. Cuando un coque de grano fino se arrastra con la fase gaseosa hasta el conducto de subida y/o la caldera de calor residual, produce energía en una fase en la que no es necesaria y así reducirá la capacidad de la caldera. La alimentación de coque se controla de tal manera que no se acumule una cantidad considerable de coque en el horno, como mucho sólo unos cuantos centímetros, sino que en su lugar se consuma todo el coque en las reacciones de reducción.

También en el método de la presente invención, la sedimentación del material de mata pulverizado sobre la superficie de la fase de escoria produce todavía el mismo problema en cierta medida que el descrito anteriormente: las pequeñas partículas que contiene cobre o níquel no logran sedimentar a través de la fase de escoria pero permanecen en la escoria, aumentando así el contenido de cobre y níquel de la escoria que se está sangrando. En el método, este problema se soluciona de la manera descrita: colocando deflectores desde la bóveda del horno de la sección de horno inferior del horno de fusión en suspensión. Éstos impedirán el arrastre de las partículas de grano fino con la fase gaseosa hasta la parte posterior del horno, cerca de los agujeros de sangría. Los deflectores se sitúan desde la bóveda del horno hacia debajo de modo que en su parte inferior lleguen al baño de escoria fundida o cerca de su superficie. Los deflectores se construyen preferiblemente a partir de elementos de cobre refrigerados con agua, que están protegidos con un material ignífugo tal como ladrillo o masas refractarias.

Gracias a los deflectores, la materia que contiene la mayor parte del cobre o níquel de grano fino se hace sedimentar en la zona de reducción. De esta manera, la escoria en la zona de sangría ya no contiene sustancias que se forman de partículas de metal no férreo que sedimentan lentamente y aumentan el contenido de cobre de la escoria. La escoria que se sangra desde el agujero de sangría tiene un contenido más bajo de cobre o níquel que cuando se opera sin la reducción del coque y los deflectores.

La construcción del horno de la presente invención se describe con más detalle en los diagramas adjuntos, en los que

la figura 1 es una sección transversal de un horno de fusión en suspensión y

la figura 2 muestra el efecto de la cantidad de alimentación de coque sobre los productos finales procedentes del horno de fusión en suspensión.

En la figura 1, un horno 1 de fusión en suspensión consiste en una cuba 2 de reacción, un horno 3 inferior y un conducto 4 de subida. El coque metalúrgico se alimenta a través de un quemador 5 de concentrado localizado en la parte superior de la cuba 2 de reacción hasta el horno con concentrado de cobre, un flujo de gas que contiene oxígeno. En la cuba de reacción, los materiales alimentados reaccionan entre sí, con la excepción del coque, y forman una capa 6 de mata sobre el fondo del horno inferior, sobre la que está una capa 7 de escoria. Las reacciones que se producen en la cuba de reacción entre el coque metalúrgico y otros materiales alimentados en la misma son minoritarias debido al tamaño de grano seleccionado, y el coque sedimenta como una capa 8 sobre la parte superior de la capa de escoria, en la que se producen las reacciones de reducción deseadas.

La bóveda 9 del horno inferior se dota con uno o varios deflectores 10A y 10B, que se suspenden desde la bóveda hacia abajo para llegar cada uno al interior de la capa 7 de escoria fundida (10B) o cerca de la superficie de la escoria fundida (10A). También puede observarse en el diagrama que los deflectores se sitúan preferiblemente delante o detrás del conducto de subida, antes del agujero de sangría de la escoria. Los gases generados por las reacciones en la cuba de reacción se eliminan a través del conducto 4 de subida hasta una caldera 11 de calor residual. La escoria y la mata de cobre en el horno inferior se sangran a través de agujeros 12 y 13 de sangría que se localizan en la parte posterior del horno.

Ejemplo

Se demostró el efecto del coque metalúrgico en un horno de fusión rápida a escala mini (MFSF) alimentando una dosificación exacta de 100 - 150 kg/h de concentrado al horno. El análisis del concentrado fue de promedio un 25,7% de Cu, un 29,4% de Fe y un 33,9% de S junto con una escoria de convertidor y el flujo necesario de sílice. Las cantidades de flujo y escoria de convertidor cargadas correspondían al 26 - 33% de la cantidad de concentrado. El contenido de cobre de la mata producida fue del 63 - 76% de Cu. En los puntos de prueba en los que la materia prima también incluyó coque, la carga de coque fue de 2 - 6 kg/h o de entre el 1,0 y el 3,1% de la alimentación de concentrado. Se utilizó un 80% de coque de C_{fijo}, con un contenido de ceniza del 16,3% y cantidades de productos volátiles del 3,3%. En las pruebas, se utilizaron dos fracciones de coque diferentes y sus compuestos, una fracción de 1 - 3 mm y una fracción de 3 - 8 mm.

En la campaña, una prueba duró entre 3 y 5 horas, tras lo cual se sangró el producto del horno. En algunas de las realizaciones de la prueba, no se utilizó coque de reducción en absoluto, para fines de comparación. Los resultados de la campaña se presentan en la figura 2, que muestra la distribución de cobre que queda en la escoria con respecto al cobre alimentado total como función del porcentaje de cobre en la mata de cobre. El diagrama muestra que incluso una pequeña adición de coque dio como resultado una mejora considerable del contenido de cobre en la escoria en dicho horno: en una carga inferior a 3 kg/h de coque, aproximadamente el 77,5% del cobre permaneció en la escoria comparado con las realizaciones de la prueba sin el uso de coque. Cuando se utilizaron cantidades de coque mayores, la cantidad de cobre en la escoria fue de sólo el 54,7% comparado con las pruebas sin coque. Por tanto, la eficacia del método es obvia. Se consiguió un mejor resultado de reducción con la fracción más gruesa que utilizando sólo la más fina, en la que hasta un tercio del coque ya había reaccionado en la cuba de reacción del MFSF, y no se consiguió una reducción eficaz de la escoria.

Claims (7)

1. Método para reducir el contenido de metal no férreo de una escoria generada en la producción de un metal no férreo en un horno de fusión en suspensión alimentando un coque metalúrgico al horno, además de un concentrado, flujo y gas oxigenado, con el fin de reducir la escoria, en el que el coque cargado en el horno es coque metalúrgico que tiene un tamaño de grano del orden de 1 - 25 mm, caracterizado porque se evita el arrastre de pequeñas partículas que contienen metal no férreo hasta la parte posterior del horno y fuera del horno con la escoria colocando deflectores en el horno desde la bóveda hacia abajo.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el coque se alimenta a través de un quemador de concentrado.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque los deflectores (10) se extienden en el interior del baño (7) de escoria fundida.

4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque los deflectores (10) se extienden cerca de la superficie de la capa (7) de escoria.

5. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque los deflectores (10) se fabrican a partir de elementos de cobre refrigerados con agua, que están protegidos con un material ignífugo.

6. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el metal no férreo es cobre.

7. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el metal no férreo es níquel.