FI104267B - Menetelmä sulfidirikasteiden tavanomaisen vertikaalisen suspensiosulatus- eli liekkisulatusmenetelmän ja sitä vastaavan prosessointilaitteiston sulatuskapasiteetin kohottamiseksi erityisesti arvometallirikkaita kuparin ja/tai nikkelin sulfidikiviä tai raakametallia valmistettaessa - Google Patents

Description

104267

Menetelmä sulfidirikasteiden tavanomaisen vertikaalisen sus-pensiosulatus- eli liekkisulatusmenetelmän ja sitä vastaavan prosessointilaitteiston sulatuskapasiteetin kohottamiseksi erityisesti arvometallirikkaita kuparin ja/tai nikkelin sul-5 fidikiviä tai raakametallia valmistettaessa

Keksinnön mukainen menetelmä sisältää vertikaalisen suspensi-osulatus- eli ns. liekkisulatusprosessin osaprosessina olevi-10 en sulfidirikasteen suspensiohapetusta seuraavien, heterogeenisten konversiosulatusreaktioiden edistämisen, tavanomaista vertikaalimenetelmää modifioiden.

Konversioreaktioista oleellisesti tärkein on suspensiohape-tuksen päätuotteena syntyvän kiinteän magnetiitin ja sulan 15 rautasulfidin välinen reaktio hapetussuspension purkautumis-alueella, hapetusvyöhykkeen alapuolella olevan uunialtaan su-lapinnan transitiokerroksessa. Tämän reaktion tuotteena syntyvä wiistiitti muodostaa syöttöseoksen piihapon kanssa faja-liittisulan, joka puolestaan liuottaa merkittäviä määriä 20 kiinteitä kuonaoksideja sekä magnetiittiä.

Konversioreaktioita edistämällä on mahdollista kohottaa sula-tusprosessin pinta-ala- ja tilavuuskohtaista laitekapasiteettia oleellisesti tavanomaiseen menetelmään verrattuna. Näiden endotermisten konversioreaktioiden edistäminen tapahtuu, 25 jalostettavasta rikasteesta riippuen lähinnä: - oikean sulfidi/oksidi-suhteen palauttamisella sekä määrällisenä että laadullisena suspensiohapetustuotteeseen erityisesti silloin, kun hapetus tapahtuu epäselektiivisenä arvometallin ja raudan suhteen 30 - riittävän lämpömäärän siirtämisellä konversioreaktiokerrok- seen 2 104267 - konversioreaktioiden reaktioviiveajan kohottamisella sekä laskeutumisnopeutta alentamalla että reaktiokerrospaksuutta kohottamalla 5 - tekemällä tavanomaiseen sulatuslaitteistoon mainittujen reaktioiden edistämisen vaatimat tapauskohtaiset, lievät rakennemuutokset .

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu erityisesti kuparin ja 10 nikkelin arvometallirikkaiden sulfidikivien ja raakametallin valmistukseen.

Vertikaalisen suspensiosulatusmenetelmän komplisoidusta mekanismista johtuen tarkastellaan yksityiskohtaisesti siihen 15 liittyviä osaprosesseja ja erityisesti konversioreaktioiden ominaisuuksia sekä samalla osaprosessien tekniikan tasoa lähinnä niihin liittyvien patentti- ym. julkaisujen avulla

Ensimmäisenä prosessointivaiheena sulfidirikaste osittainha-20 petetään suspensiotilaisena sulatusuunin reaktiokuilussa siihen määrään, että seuraavassa prosessointivaiheessa saadusta kuiluhapetustuotteesta muodostuu arvometallien suhteen halu-tunväkevyinen sulfidikivi. Tässä osittainhapetusprosessissa pyritään sulfidirikasteen sisältämä rauta selektiivisesti ha-25 pettämään (kuonausta varten) erilleen arvometallisulfidistä. Rauta hapettuu kuitenkin osittain 3-arvoiseksi, jolloin tavanomaisissa hapetuslämpötiloissa hapetustuotteena on lähinnä : kiinteä magnetiitti (rautarikkaita kiviä valmistettaessa myös kiinteä wiistiitti) . Suspensiohapetuksen tulos on voimakkaas-30 ti riippuvainen hapetettavan arvometallisulfidin sisältävän kompleksimineraalin rakenteesta. Tavanomaisen nikkelimine-raalin, pentlandiitin ((Ni, Fe)9S8), raudan hapettuminen ei 3 104267 ole selektiivinen, vaan nikkeli hapettuu huomattavasti samanaikaisesti raudan kanssa. Nikkelin sulfidirikasteita hapetettaessa nikkelin voimakas kuonautuminen alkaa välittömästi 5 rikasteen raudan hapettumisen edistyttyä pentlandiittia vastaavaan kokoomukseen. Kuparin sulfidirikasteilla esiintyy raudan hapettumisen suhteen epäselektiivisyyttä erityisesti kubaniitti, kalkopyriitti ja borniittimineraaleilla (CuFe2S3, CuFeS2, Cu5FeS4) , mutta stabiliteettiolosuhteista johtuen nik-10 kelimineraaleihin verrattuna paljon lievempänä.

Arvometallilaihojen ja -rikkaiden nikkelin ja kuparin sulfi-dikivien valmistusta vastaavien suspensiohapetustuotteiden muodostuminen ja laatu samoinkuin näistä muodostuvien kivi-ja kuonafaasien rakenteet, analyysi- ja määräsuhteet (tuotan-15 nollisissa suspensiosulatussysteemeissä) on osoitettu useissa julkaisuissa: mm. US 3.754.891, US 4.169.725, US 4.168.157 ym. /1/.

Suspensiohapetuksen reaktionopeudet ovat hyvin suuret /2/, joten myös suspension viiveaika hapetuskuilussa on alhainen, 20 ja siten myös kuilumitat muodostuvat vastaavasti edullisiksi. Sulfidirikasteen osittainhapetus suspensiossa on siten sekä . teknillisesti että ekonomisesti varsin edullinen arvometalli- jalostuksen osaprosessi. 1 2 3 4 5 6

Hapetettu suspensio purkautuu suspensiohapetuskuilun alapuo 2 lella olevan uunialtaan sulapintaan varsin rajoitetulle alu 3 eelle /3/. Tämä purkautuva suspensio muodostuu kiinto- ja 4 : sula-aineita sisältävästä heterogeenisestä seoksesta, jossa 5 kiintoainefaaseina ovat magnetiitti ja kuonaoksidit sekä su- 6 lafaaseina pääosin arvometallit ja osittain raudan sisältävät sulfidifaasit (erillisinä ja seoksina). Erilaisten faasien määrälliset suhteet riippuvat sekä rikasteen kokoomuksesta 4 104267 että halutun arvoraetallipitoisuuden omaavan tuotesulfidikiven vaatimasta rikasteen hapetusasteesta. Tällöin on erityisesti huomattava arvometallirikkaiden ja rautaköyhien sulfidikivien 5 tuottamisen vaatima kompleksimineraalien rakenteellinen yli-hapettaminen, jolloin korkean raudan hapetusasteen omaavien rautaoksidien ohella syntyy hapetusprosessin epäselektiivi-syydestä aiheutuvia arvometallioksideja. Rikastesuspension hapetus- ja purkautumistavasta johtuen ovat hapetustuotteen 10 rikki- ja happisisällöt purkautumishetkellä jo mikromittakaa-vassa varsin tasaisesti jakautuneina.

Purkautuvan suspension muodostamalla transitioalueella tapahtuvat oleelliset sulfidikiven ja kuonan muodostumisreaktiot 15 hapetustuotteiden komponenttien reagoidessa keskenään. Näistä ns. konversioreaktioista on tärkein magnetiitin pelkistymisreaktio ja tähän liittyvä rautasilikaatin muodostuminen /3,1/: 20 3Fe304 (s) + FeS(l) = 10FeO(s) + S02(g) (1) 10FeO(s) + 5Si02 (s) = 5Fe2Si04(l) (2) 3Fe304 (s) + FeS(l) + Si02(s) = 5Fe2Si04(l) + S02(g) (3) Nämä kivi-kuona-muodostukselle oleelliset reaktiot eivät si-25 nänsä ole tasapainosysteemin dominoivia reaktioyhtälöltä. Suspensiotilaisen hapetustuotteen sammutettujen näytteiden analyysit (magneettiset ja röntgen-mikrosondi-mittaukset, : Br-CH3OH-neste-erotusanalyysi ym.) osoittavat kiinteän magne tiitin olevan dominoivan raudan hapetustuotteen arvometallien 30 suhteen keskirikkaita ja rikkaita sulfidikiviä valmistettaessa (myös korkeita hapetusilman happirikastusarvoja käytettäessä) .

5 104267

Hapetustuotteiden määräsuhteista voidaan esimerkkinä todeta, että valmistettaessa (esimerkkiosa) kupari- ja rautapitoisuuksiltaan (p-%) 21.00 ja 36.49 olevasta rikasteesta kupari-5 pitoisuuksiltaan 51 ja 61 olevia sulfidikiviä, syötteen rau-tamäärästä on hapettunut suspension purkautuessa vastaavasti 68 ja 79 % sekä konversioreaktioiden jälkeen vastaavasti 74 ja 86 %. Suspensiotilassa tapahtuvan raudan hapettumisen osuus on siten hyvin korkea eli yhteensä yli 90 % kokonaisha-10 pettumasta.

Erityisesti on huomattava kuilususpension tavanomaisissa purkautumisen lämpötiloissa kiinteinä olevien faasien, magnetiitin (liq 1:1597°C) ja piihapon (tridymiitti, liq 1:1723°C) korkeat pitoisuudet. Edellämainituilla sulfidikivillä (51 ja 15 61 % Cu) on kuiluhapetustuotteen kiintoainefaasin (Fe304 +

Si02) suhde sulafaasiin (Cu2S + FeS) vastaavasti paino-osuutena 1,21 ja 1,63 sekä tilavuusosuutena 1,58 ja 2,20. Sulan rautasulfidin suhteen ovat paino-osuudet vastaavasti 2,97 ja 5,47.

20 Vaikka konversioreaktion (1) osuus radan hapettumisessa on alhainen, se koskettaa valtaosaa raudan kokonaishapettumasta ferri-/ferrorauta-konversion muodossa.

Kiinto- ja sulafaasien määräsuhteet osoittavat toisaalta, että varsin heterogeenisessä suspensiohapetuksen tuotesystee-25 missä eivät tilalliset edellytykset ole konversioprosessille mitenkään edulliset.

: Reaktioiden (1) ja (2) summareaktio eli stökiömetrisen faja- liitin muodostuminen kiinteästä, stökiömetrisestä magnetii-30 tista ja sulasta stökiömetrisestä rautasulfidistä, konversio-reaktioiden lämpötiloissa, on voimakkaasti endoterminen koko « 6 104267 lämpötila-alueella. Todellinen reaktiosysteemi, ei-stökiömetrisillä yhdisteillä ja liuoksilla, ei voi poiketa oleellisesti stökiömetristen komponenttien enthalpia-arvoista /4/. Lämpötila-alueella 1493-1800 K on summareaktion (3) re-5 aktiolämpö yhtälöä (4) vastaava ΔΗ = 53,42 T + 95531 cal/3 moolia Fe304 (4)

Reaktiota (1) vastaava reaktiolämpö on lämpötila-alueilla 1468-1650 K ja 1650-1800 K yhtälöitä (5) ja (6) vastaava ΔΗ = 7,02 T + 72551 cal/3 moolia Fe304 (5) 10 ΔΗ = 16,52 T + 114431 cal/3 moolia Fe304 (6)

Konversioreaktioiden toteuttaminen edellyttää siten huomattavien lämpömäärien siirtoa reaktiotilaan, mikä osaltaan käytännössä vaikeuttaa magnetiitin pelkistymistä.

15 Tavanomaisessa vertikaalisessa suspensiosulatuslaitteistossa (LS-uunilaitteisto) hepetussuspensio purkautuu hapetuskuilun alapuolella hyvin rajoitetulla uunialtaan sulapinnan osalla ja muodostaa horisontaalisesti varsin liikkumattoman reaktio-kerroksen .

20 Sulatussysteemissä tulee konversion reaktioyhtälöltä (1-3) vastaavan sulamuodostuksen nopeuden olla hapetustuotteiden purkautumista vastaavan, koska muussa tapauksessa kuilun alaiselle reaktiovyöhykkeelle muodostuu reagoimattoman kiintoaineksen muodostaman kasauma ja sulatusprosessi keskeytyy.

25 Reaktion (1) nopeutta reaktiovyöhykkeellä voidaan kuvata si-• muloivalla reaktioyhtälöllä d(NS02)dt = k [N0] 2 [Ns] , missä (7) N0 ja Ns ovat kuiluhapetustuotteen reaktiivisen hapen ja rikin mooliosuudet (%) hapetustuotteen siinä osassa, johon kuo- 30 naoksidit (Si02, CaO, MgO, Al203 ym.) eivät sisälly. Simuloiva reaktioyhtälö (7) perustuu useihin kymmeniin tuotantomit- 7 104267 takaavan tuotanto- ja koeajoihin. Yhtälö simuloi tyydyttävästi tarkasteltavan heterogeenisen reaktiosysteemin käyttäytymistä.

Koetuloksia ja yhtälöä (7) vastaava reaktionopeuskerroin ei 5 ole tarkasti vakio, vaan se näyttää lievästi kasvavan kuilu-tuotteen oksidifaasin osuuden funktiona. Tämä näennäinen no-peuskertoimen kasvu aiheutuu kuitenkin reaktioviiveajan kohoamisesta likimäärin lineaarisesti kuiluhapetustuotteen kiintoaine- ja sulfidisulaosuuksien suhteen kasvun funktiona.

10 Tämän suhteen funktiona kasvaa myös heterogeenisen reaktiose-oksen näennäinen viskositeetti, jolloin seoksen sulfidi- ja oksidiosien erottuminen toisistaan hidastuu ja samalla reak-t iovi ive kasvaa.

Mainittakoon, että koti- ja eräillä ulkomaisilla kalkopyriit-15 tirikasteilla {> 20 p-% Cu) saatiin (44 koesarjaa) reaktion (1) nopeuskertoimelle arvo, k = 0,72 s ja vastaavasti reak-tioviiveajalle yhtälö muotoa: t,s = c (l-MeS)/MeS, missä MeS on kuilutuotteen sulfidifaasin paino-osuus. Suspensiohapet-timena käytettiin ilmaa joko sinänsä tai happirikasteisena.

20 Tuotannollisten suspensiokuilujen poikkipinta-alat olivat 11,62, 14,52 ja 19,63 m2.

Suspensiohapetuksesta saatavan kuilutuotteen ferriraudan au-togeeninen tai ohjattu pelkistyminen (siihen liittyvine läm-25 pötarpeineen) on epäilemättä, varsinkin rikkaita sulfidikiviä • i, valmistettaessa, häiriöttömän sulatuksen tärkein prosessoin- tivaihe. Tarkastellaan sentähden yksityiskohtaisesti eräiden sekä koti- että ulkomaisten sulatusmenetelmien tätä proses-sointivaihetta koskevia ratkaisuja.

30 8 104267

Vertikaalisen liekkisulatusmenetelmän (US 2.506.557 /12/) teollisen soveltamisen ensimmäisinä vuosikymmeninä valmistettiin laihoja sulfidikiviä ja näitä lisäksi uunikokoon nähden alhaisilla rikasteen syöttömäärillä, joten ferriraudan ja 5 kiinteän magnetiitin aiheuttamia ongelmia ei mainittavasti esiintynyt. Rikasteen syöttömäärien kasvaessa mm. suspensio-hapetustekniikan kehittyessä ja kivien arvometallipitoisuuk-sien kohotessa (45-65 p-%), kuonien arvometallipitoisuutta kohottavaa, ferriraudan kasvanutta sisältöä alennettiin li-10 säämällä kuonafaasin pintaan jatkuvasti pelkistimiä eli mm. valurautaromua, palamalmia, hiiltä ym.: US 3.790.366 /5/. Kuonapinnan yläpuolen kaasutilassa hapetettu fossiilinen polttoaine tuotti tarvittaessa osan lämpöhäviöiden ja pelkis-tysprosessien tarvitsemista lämpömääristä.

15

Patentin US 3.790.366 /5/ mukaisella menetelmällä valmistetaan rautaköyhää kuparin sulfidikiveä. Syntyvän kuonan ferriraudan määrää alennetaan pelkistämällä sitä kuonapinnan yläpuolella uunitilassa virtaavan kaasufaasin avulla. Kaasu-20 faasin korkea pelkistysaste aiheuttaa siinä jäännössuspensio-na olevien metallien (Cu, Ni, Co, Zn, Pb, Fe ym.) ja näiden yhdisteiden sulfidoitumisen. Sekä suoran kaasupelkistyksen että vielä kuonapintaan laskeutuvan sulfidoituneen suspension vaikutuksesta kuonan ferrirauta- samoinkuin kuparisisältö 25 alenevat. Sulasysteemin käytös voidaan todeta selityksen yk-5 sityiskohtaisista aine- ja lämpötaseista. Kaasufaasin jään- nössuspension sulfidoitumisen vaikutuksesta myös nousukuilun, kattilakurkun sekä magnetiitti- että sulfaattikasvannaiset häviävät.

30 Patentin mukainen menetelmä on erinomainen jäännössuspension sulfidoinnissa (ja siten prosessin käyttöhäiriöiden eli- 9 104267 minoinnissa), mutta suurilla syöttömäärillä toimittaessa se on riittämätön ferriraudan alentajana, johtuen pelkistyksen tarvitsemasta pitkästä viiveajasta. Uunialtaan kuonan ja 5 kiven sivuille sekä uunin pohjalle erkautuviin magnetiittiag-gregaatteihin pelkistysteho ei voi riittää. Alauunin kaasu-faasin kokonaispelkistys rikin talteensaantia varten kohottaa kaasufaasin pelkistystehoa voimakkaasti sekä parantaa samalla menetelmän ekonomiaa.

10

Patentin US 3.754.891 /6/ mukaisessa menetelmässä suoritetaan rautaköyhän nikkeli-kupari-sulfidikiven valmistus pentlan-diitti-pyrrotiitti-pohjaisesta rikasteesta suspensiosulatusta käyttäen.

15 Menetelmässä /6,1/ osoitetaan nikkelin hapettuvan ja siirtyvän kuonafaasiin rikasteen raudan hapettumisen edistyessä pentlandiittiä vastaavan rautamäärän alapuolelle, eli siten rautaköyhää nikkelin sulfidikiveä ei voida valmistaa pentlan-diittistä rautaa hapettamatta. Sekä kuiluhapetustuotteen 20 magnetiitin ja nikkeliferriitin pelkistystä varten menetelmässä on kehitetty vertikaalinen vyöhykkeellinen kuilususpen-sion pelkistysmenetelmä, jonka tuloksena kuilutuotteesta vai-mistetaan tarvittava pieni määrä aktiivista rautasulfidia alauunissa tapahtuvaa pelkistysprosessia varten. Pelkistys -25 menetelmässä kapea vertikaalinen pelkistysvyöhyke muodostetaan osaan hapetussuspensiota ruiskuttamalla tähän suspen-siokorkeuden puolivälistä (hapetusreaktioiden jälkeen) raakaa . fossiilista polttoainetta. Menetelmäselityksessä on hapetus- pelkistysprosessi kuvattu yksityiskohtaisesti aine- ja lämpö-30 taseineen. Menetelmä toimii hyvin, jos hapetuksen ja osapel-kistyksen määräsuhteita valvotaan riittävästi. On huomattava, että pelkistysmenetelmässä nikkelin oksidit ja ferriitit pel- 10 104267 kistyvät ennen vaikeasti pelkistyvien silikaattikuonien (mm. garnieriittiset sulat) muodostumista.

Patentin US 3.900.310 /7/ mukaisessa menetelmässä suoritetaan 5 hienojakoisten sekä oksidisten että sulfidisten kupari- ja nikkelirikasteiden suspensiosulatus vastaaviksi sulfidikivik-si. Menetelmässä osoitetaan, että myös oksidisten rikasteiden lämpötila kyetään teknillisesti kohottamaan suspensiokui-lun yläosassa niin korkealle, että endotermiset pelkistys- ja 10 sulfidointiprosessit voidaan suspensiotilassa toteuttaa vyö-kykepelkistystä käyttäen (elementti- tai oksidirikkilisäys). Menetelmän oleellisin tehtävä on kuitenkin osoittaa hapetus-tuotteen suspensiosta purkautumisen asema, laatu ja määrä sekä osoittaa suspension purkautumista vastaavaa, alauunin 15 transitiovyöhykkeellä tapahtuvaa, magnetiitti-ruatasulfidi-reaktiota simuloivan, reaktionopeusyhtälön merkitys suspen-siouunin kapasiteetille ja tätä vastaavalle mitoitukselle. Menetelmäselitys sisältää hyvin yksityiskohtaisen mekanismi-tarkastelun aine- ja lämpötaseineen sekä oksidisten (mala-20 kiitti-, garnieriitti-) että sulfidisten (kalkopyriitti-, pentlandiitti-) rikasteiden jalostuksesta.

Patentin US 4.169.725 /8/ mukaisessa menetelmässä suoritetaan kuparivaltaisten polymetallisten kompleksirikasteiden suspen-25 siosulatus ja -haihdutus. Suspensiohapetuskuilun yläosassa t suoritetaan kompleksimineraalien hajoitus- ja irroitushapetus rikastematriisista sekä kuilun alaosassa suspension vyöhyk-keellinen pelkistys, jolloin suspension hapetuksessa haihtuneet oksidi- tai metallitilaan hapettuneet, jähmeät tai sulat 30 epäpuhtauskomponentit muuntuvat jälleen sulfideiksi ja siten niiden siirtyminen kuonafaasiin suspension purkautuessa este- 104267 tään. Syöterikasteen kompleksimineraalien hajotessa hapetus-vaiheessa, sen kupari- ja rautasulfidit hapettuvat tavanomaisesti. Ferriraudan pelkistämiseksi sekä pienien kuparioksi-duulimäärien sulfidoimiseksi tuotetaan vyöhykepelkistystä 5 hyödyntäen aktiivista rautasulfidia, ja konversioreaktioiden jälkeen muodostuu rikas kuparin sulfidikivi.

Patentin US 4.139.371 /9/ mukaisessa menetelmässä valmistetaan yhdessä uuniyksikössä kuparirikasteista raakametallia ja 10 nikkelirikasteista hyvin rautaköyhää, metallisoitunutta sul-fidikiveä. Menetelmässä pelkistetään suspensiohapetustuot-teen magnetiitti vyöhykepelkistystä käyttäen aktiivisella rautasulfidillä, jolloin uunialtaaseen saadaan rautaköyhä kupari- tai nikkelikivi sekä tätä vastaava kuonafaasi. Bliste-15 rikuparin tai metallisoidun, rikkiköyhän nikkelikiven valmistus on sijoitettu suspension purkautumisalueen (konversio-reaktioalueen) alapuolella olevaan uunialtaan sulfidikivi-tai raakametallikerrokseen, johon hormien tai flanssien kautta puhalletaan riittävällä nopeudella happea. Menetelmässä 20 estetään tällä tavoin magnetiitin segregoituminen alauunin seinille ja pohjaan kokonaisuudessaan. Menetelmässä käytetään raakametallin puhalluksessa syntyvä lämpömäärä konversio- ja sulaenthalpioiden sekä lämpöhäviöiden aiheuttaman alauunin lämpövajauksen täyttöön. Raakakuparin valmistukses-25 sa voidaan hyödyntää mm. patentin US 4.308.058 /30/ mukaista, f nopeata konversioprosessia, missä hapen puhallus suoritetaan raakametallikerrokseen ja siten syntyvä oksidi-sulfidi-konversio tuottaa hallitussa alhaisessa happipaineessa raaka-metallia .

30 Alauunin konversiovyöhykkeen jatkeena on kuonanpelkistysvyö-hyke, missä hylkykuona muodostuu sähkölämmön ja sopivan pel- 12 104267 kistimen avulla, saatavan kuonakiven yhtyessä paluuvirtaukse-na suspensiosulatuksen sulfidikiveen.

Menetelmän US 4.139.371 mukainen prosessointi on energeetti-5 sesti ja prosessiteknillisesti varsin edullinen, mutta se on osaprosessien suhteen huolella suoritettava. Menetelmän haittana on puhallustavasta johtuva sekä kuparin että nikkelin sulfidien (ja metallin) vaahdottuminen kuonakerrokseen /9/, jolloin kuonankäsittelytarve kasvaa.

10 Blisterikuparin valmistuksessa lievällä kuonatappioiden kasvulla ei ole suurta merkitystä, koska kuonien jäähdytyspel-kistys on edullista suorittaa (sähköuunipelkistyksen sijasta) esimerkiksi menetelmän US 4.304.596 /16/ mukaisesti.

15 Tarkastellaan vielä eräitä kotimaisia sekä vanhoja että uusia ehdotuksia vertikaalisen suspensiosulatusprosessin toteuttamiseksi .

Patentin FI 56397 /10/ mukaisessa menetelmässä kohotetaan 20 suspensiohapetustuotteen lämpötilaa niin paljon, että sen lämpösisältö riittää kompensoimaan uunialtaan endotermisten . reaktioiden, sulien enthalpioiden sekä lämpöhäviöiden tarvit semat lämpömäärät. Tämä sulatustapa on hyvin ennestään tunnettu, koska se muodostaa autogeenisulatusprosessien perus-25 tan.

Vertikaalisen suspensiosulatuksen tuotannollisen perusmenetelmän FI 22694 /12/ selityksessä todetaan, että pasuttamalla : sulfidirikastetta vertikaalisessa suspensiossa (myötävirtaan, laskevassa hapenpaineessa ja kohoavassa lämpötilassa) pelkäs-30 tään esilämmitetyn ilman avulla, käyttämättä polttoainetta, saadaan raaka-aine sulaan tilaan kiveksi ja kuonaksi tai metalliksi ja kuonaksi sekä uunilaitteen säteilyhäviö korva- 13 104267 tuksi, poistokaasujen lämpömäärän riittäessä vielä sekä rikasteen että ilman esilämmitykseen.

Patentin FI 56397 selityksessä käsitelty kuilukorkeus ja ns. fokuksen asema on funktio rikasteen ja tuotteiden laadusta 5 (mm. Fe-, S- ja O-sisällöt) sekä suspension valmistuksen ja hapetuksen teknillisen toteutuksen onnistumisesta. Varsinaiset hapetusreaktiot ovat hyvin nopeat /2/. Tarkasteltavaa iältään vanhemmissa menetelmissä FI 47380 /6/ ja FI 48202 /7/ on käytetty selityksessä (FI 56397) mainitulle analogista uu-10 nikonstruktiota (kuilukorkeus 8 m + sulaetäisyys 1,4 m) arvo-metallirikkaiden kupari- ja nikkelikivien valmistuksessa. Mainituissa menetelmissä on rikaste hapetettu rikasta sulfi-dikiveä vastaavaan hapetusasteeseen jo ennen kuilun hol-vi/sulapinta-etäisyyden puoliväliä (0,46*kokonaismatka) eli 15 siten varsin lähellä patentin FI 56397 vaatimusten 5. ja 6. suhteita. Siten pelkässä suspensioprosessissa voisi, käytetyllä laitteistolla, em. menetelmissä hapetuskorkeus olla alle 4,3 m:ä (käytetyn 9,4 m:n sijasta). Kuilun lyhentämisestä ei ole esitetty vaatimusta kummassakaan menetelmässä, koska 20 asia on yleisesti tunnettu.

Menetelmää FI 56397 arvioitaessa on tärkeätä huomata, että kuilutuote-enthalpian kohottaminen lämpötilaa kohottamalla, valmistettaessa runsaasti rautaa sisältävistä sulfidirikas-teista rautaköyhiä sulfidikiviä, ei ole tavanomaisen teknii-25 kan sallimilla lämpötiloilla (vrt. DE 1.758.084 /17/, FI

85506 /31/, FI 54809 /15/) riittävä peittämään alauunialtaan endotermisten reaktioiden ja häviöiden lämpötarvetta. Tämä voidaan todeta riittävän yksityiskohtaisesti tehdyistä aine-ja lämpötaseista (mm. /6/, /7/, /9/). On myös tärkeätä huo-30 mata, että menetelmässä ei ole lainkaan käsitelty suspensio- 14 104267 hapetustuotteen magnetiitin pelkistysreaktioiden uunikapasi-teettiä ja -mitoitusta määräävää kinetiikkaa (/1/, /6/, /7/) .

Patentin FI 52358 /11/ mukaisessa menetelmässä valmistetaan 5 epäpuhtaista (mm. Pb, As, Sb, Bi, Zn) kuparirikasteista raa-kametallia suoraan suspensiohapetuksen tuotteena. Suspensio-reaktiovyöhykkeen alapuolelle muodostuu siten sula, jossa ovat vain raakakupari- ja kuonakerrokset. Menetelmässä kuparirikaste hapetetaan niin pitkälle reaktiokuilussa, että ha-10 petustuote (ennen alauunin sulatteeseen törmäämistään) sisältää rikkiä enintään yhden prosentin ja sen rautasisällöstä on hapettunut ferriasteelle 60 %:a. Menetelmä soveltuu hyvin niukasti rautaa sisältäville, lähinnä kovelliini-kalkosiitti-pohjaisille rikasteille.

15 Rautaköyhistä rikasteista johtuen on magnetiitin ja ferrirau-dan pelkistyksellä menetelmässä varsin vähäinen merkitys, mutta menetelmää on sen prosessointiperusteiden takia aihetta tarkastella.

Patentin FI 52358 mukaista menetelmää on vaikea arvioida me-20 netelmäselityksen puutteiden johdosta. Näistä mainittakoon puutteelliset syöte- ja tuoteanalyysit (mm. kuonakomponen-tit), prosessointilämpötilat ja -lämpötaseet. Menetelmän toiminta-aluetta kuvaavasta potentiaalipiirroksesta, kuva 7, puuttuvat sekä prosessointilämpötilat että prosessoinnin kan-25 naita tärkeiden rikkidioksidi-isobaarien asemat. Voidaan to-J deta, että termodynaamisista arvoista (/4/: Janaf-Kellogg) saadaan Cu-S-O-systeemissä piirroksen happi- ja rikkiakselien lämpötiloiksi arvot 1465 ja 1279°C (Pb-S-O: 1348 ja 1191°C). Potentiaalipiirroksen poikkeamat isotermisyydestä ovat siten 30 niin suuret, että se on liian epätarkka kuvaamaan menetelmän toimintarajoja.

15 104267

Teoreettisesti tarkasteltuna metallista kuparia syntyy esimerkiksi isobaarilla, PS02 = 1.0 atm, isobaarin ja Cu/Cu2S-tasapainon leikkauspisteestä lähtien tasapainoa Cu20/Cu vastaavan happipaineen alapuolella. Menetelmän kuvaa 7 vastaa-5 vissa olosuhteissa toimitaan tasapainotilassa niin alhaisilla osapaineilla, että kaasufaasilla ei ole potentiaalista kykyä tarvittaviin ainesiirtoihin käytettävänä olevina viiveaikoi-na. Tuotanto-olosuhteissa toimitaan kuitenkin niin korkeilla hapen osapaineilla, että kysymykseen tulevissa prosessointi-10 lämpötiloissa kuparisulfidin hapettumista oksidiasteelle ei voida välttää. Siten metallisen kuparin syntyminen menetelmää vastaavalla tavalla, aivan tavanomaista sulatustekniikka käyttäen, ei ole mahdollista. Ilmeinen kuparin syntymisen reaktiopolku on Cu20/Cu2S-reaktion kautta. Siten selityksen 15 esimerkkiä (taulukko 2.) vastaavassa tapauksessa olisi kuilu-tuotteen rikkimäärä noin 3,7 p-%. Kuparin muodostumisreakti-on paikalla ja tavalla on "patenttiteknillisen" merkityksen ohella tärkeä merkitys uunikonstruktioita suunniteltaessa, koska, jos metalli syntyy vasta uunialtaassa konversioreakti-20 oiden tuloksena, uunialtaaseen suspensiosta purkautuva runsas kuparioksiduulimäärä ja happipitoinen kostuttava metalli pilaavat tavanomaisen liekkisulatusuunin muuraukset.

Patentin FI 52358 mukainen menetelmä palautuu konversiomene-telmänä siten tavanomaisiin, tunnettuihin raakakuparin val-25 mistusmenetelmiin, joista mainittakoon pioneerityöt /12/ US I' 2.209.331/SE 96977 ja US 2.506.557/FI 22694 sekä osaltaan analoginen menetelmä US 3.674.463 /27/. Mainittakoon, että T.R. Haglundin keksintöä SE 96977 /12/ on pidetty vertikaalisen suspensiosulatuksen tunnettuna pioneerimenetelmänä myös 30 Petri Brykin tuotannollisessa pioneerimenetelmässä FI 22694 16 104267 samoinkuin monissa muissa kotimaisissa suspensiomenetelmissä: FI 47380 /6/, FI 48202 /7/, FI 54809 /15/, FI 52112 /9/. Mainittakoon lopuksi, että epäpuhtausmetallien karkoittamisen termodynamiikka kuparin valmistusprosessin eri vaiheissa oli 5 varsin hyvin hallittu (myös tekniikan taso) /13/ jo ennen menetelmän FI 52358 keksimistä.

Viime vuosien kotimaisista suspensiosulatusmenetelmän sovellutuksista mainittakoon kuulutusjulkaisujen FI-B 84363, FI-B 10 84368, FI-B 94538, FI-B 91238 ja patentin FI 92151 mukaiset menetelmät.

Kuulutusjulkaisun FI-B 84363 mukaisessa menetelmässä /14/ suoritetaan pyriitti-pyrrotiittirikasteen, rautapasutteen ja 15 fluksiaineen suspensiosulatus happirikasteista ilmaa käyttäen. Sulatustuotteena menetelmässä saadaan rikkidioksi ja/tai elementtirikki, rikitön fajaliittikuona sekä ajoittain arvo-metallisulfidikivi.

Menetelmäselityksestä puuttuvat monipuolisen tekniikan tason 20 kuvaus kokonaan sekä menetelmän arviointiin tarvittavat aine-ja lämpötaseet. Menetelmäselityksen perusteella arvioiden menetelmä palautuu kokonaisuudessaan ennestään tunnettuihin koti- ja ulkomaisiin pyriitin ja arvometallisulfidien suspen-siosulatusmenetelmiin (mm. FI 22694 /12/, FI 32465 /14/, FI 25 44797 /14/, FI 45948 /14/, FI 47380 /6/, FI 48202 /7/, FI

52112 /9/, FI 54147 /8/, FI 54809 /15/, FI 58946 /16/, SE 96977 /12/) .

Kuonafaasin ferrirautapelkistystä menetelmässä ei lähemmin tarkastella.

30 Π 104267

Kuulutusjulkaisujen FI-B 84368 ja FI-B 94538 mukaisissa menetelmissä valmistetaan suspensiosulatusta käyttäen nikkeliri-kasteista rautaköyhiä nikkeli-kupari-sulfidikiviä.

5 Menetelmässä FI-B 84368 /17/ valmistetaan tavanomaista sus-pensiosulatustekniikkaa käyttäen nikkelirikasteesta rautaköy-hä nikkeli-kupari-sulfidikivi sekä noin kolme prosenttia nikkeliä sisältävä kuona. Kuona pelkistetään sähköuunissa tavanomaisesti hylkykuonaksi ja metallisoituneeksi nikkeli-10 kuparikiveksi. Kuonakivi syötetään joko sulana tai granuloituna takaisin liekkiuuniin pelkistämään osaltaan sulatuskuonaa. Menetelmää koskevat yksityiskohtaiset aine- ja lämpöta-seet puuttuvat selityksestä samoinkuin tekniikan tason tarkastelu. Menetelmä palautuu kuitenkin ennestään tunnettuihin 15 koti- ja ulkomaisiin menetelmiin (mm. FI 47380 /6/, FI 48202 /7/, FI 52112 /9/, US 4.036.636 /28/, US 3.674.463 /27/, US 1.758.084 /17/, FI 22694 /12/, julkaisut /17/).

Menetelmässä FI-B 94538 /18/ valmistetaan tavanomaisella tek-20 nilkalla liekkisulatusuunissa rautaköyhä nikkeli-kupari- sulf idikivi sekä nikkelirikas kuona. Kuona pelkistetään sähköuunissa hylkykuonaksi ja kuonakiveksi. Sekä liekkisulatus-että kuonakivi soveltuvat sinänsä liuotukseen arvometallien jatkojalostusta varten. Menetelmäselityksessä mainitaan tek-25 niikan tasona vain kuulutusjulkaisun FI-B 84368 mukainen me-' netelmä.

Menetelmän FI-B 94538 arviointiin tarvittavat aine- ja lämpö-taseet puuttuvat menetelmäselityksestä. Menetelmässä ei sus-pensiohapetustuotteena saatavaa ferrirautaa pelkistetä sus-30 pensiosulatusyksikössä.

18 104267

Uutuuden suhteen menetelmä palautuu täysin tunnettuun suspen-siosulatus- ja kuonanpuhdistustekniikkaan ja näitä vastaaviin menetelmiin (mm. FI 35938 /18/, FI 47380 /6/, FI 50638 /19/, FI 52112 /9/, FI 56398 /20/, FI 58946 /16/).

5

Kuulutusjulkaisun FI-B 91283 mukaisessa menetelmässä /21/ suspensiossa olevien, pääosin palamattomien kiintoainepartik-kelien lämpötila ja sekoittumistehokkuus kohotetaan niin korkeiksi, että haluttu sulaminen ja haihtuminen saavutetaan.

10 Menetelmässä kiintoaine syötetään hajoittimen kautta liekki-sulatusuunin reaktiokuilun holvin keskeltä vähintään kolmen polttimen avulla aikaansaatuun polttovyöhykkeeseen suspension muodostusta ja kiintoaineiden kuumennusta varten. Reaktio-kuilun yläosaan on sijoitettu ainakin yksi symmetrinen pol-15 tinsarja suspension kiintoaineiden sulatusta varten. Esimerkkinä olevan jarosiitin hajoamistuloksena saatavan magnetiitin käyttäytymistä uunialtaassa ei käsitellä selostuksessa. Menetelmään liittyy läheisesti myös hakemuksen FI-A 910692 mukainen menetelmä.

20 Menetelmää FI-B ei voida tarkoin arvioida aine- ja lämpötase-esimerkkien puuttumisen takia, mutta sekä selityksen että vaatimusten suhteen arvioituna se palautuu ennestään tunnettuihin menetelmiin (mm. DE 1.052.692 /29/, FI 24574 /21/, FI 54147 /8/, FI 48202 /7/, FI 52112 /9/, FI 32465 /14/, FI 25 47380 /6/, FI 91285 /21/) .

»

Patentin FI 92151 /22/ mukaisessa menetelmässä suoritetaan kipsin ja rautapitoisen materiaalin (sulfaatit, sulfidit, oksidit) sulatus liekkisulatusuunissa, jolloin tuotteena saa-30 daan kalsiumsulfaatin hajotessa rikkidioksidi (kaasufaasi: 4-92 % S02) ja alle prosentin rikkiä sisältävä kuona (oliivi- 19 104267 ja kalsiumferriittikuonat). Menetelmän mukaan syötettävä materiaali hapetetaan tai pelkistetään liekkisulatusuunin reak-tiokuilussa, jolloin prosessin hapetus-pelkistys-potentiaali säädetään polttoaineen happikertoimen avulla sellaiseksi, et-5 tä tuotekuonan ferro-ferrirautasuhde edellyttää kuonan sulamista halutulla lämpötila-alueella. Sekä syöte- että tuotevalikoimaltaan erittäin laajan menetelmän toiminta-alueeksi osoitetaan lämpötila-alue 1150-1400°C ja kuonakokoomusalue: 10-45 % CaO ja Fe+2/Fe+3-suhdealue 0.4-3.0.

10 Patentin FI 92151 mukaista menetelmää on vaikea arvioida, koska prosessia koskevat ainetaseet ovat liian puutteelliset ja lämpötaseet puuttuvat kokonaan. Annetut esimerkit koskevat vain kalsiumferriittikuonia, mutta eivät komplisoituja oliivikuonia.

15 Menetelmän mukainen kipsin (samoin rautasulfaatin) käyttö sulfidointiin, hapetukseen ja rikin talteenottoon sekä samanaikaisesti silikaattisten ja ferriittisten kuonien muodostamiseen on hyvin tunnettu kuparin, nikkelin, lyijyn ym. metallien metallurgiassa, vanhoissa metallurgian oppikirjoissa ja 20 muissa julkaisuissa /22/.

Menetelmäselityksen esimerkkien ferriittikuonien rakenteelliset happiaineet tunnetaan varsin tarkoin /23/. Esimerkkiä 1. vastaavan kuonan tasapainotilaa vastaava happipaine (atm.) lämpötilassa 1400°C on, P02 = 1.27*10 9. Esimerkissä annettu-25 jen analyysi- ja syötetietojen perusteella olisi analyysiä vastaavan kuonafaasin kanssa tasapainossa olevan kaasufaasin /4/ analyysi (til-%): 15.38 H2, 6.39 H2S, 35.63 H20, 21.29 CO, 0.39 COS, 14.54 C02, 5.36 S2 ja 1.01 S02. Kaasufaasin olosuhteissa olisivat stabiileina kalsiumin ja raudan sulfidit, jo-30 ten prosessointi ei voi tapahtua esimerkissä ja menetelmäse-lityksessä ilmoitetulla tavalla.

20 104267

Esimerkkiä 2. vastaavien kuonien tasapainohappipaineet ovat samaa suuruusluokkaa kuin esimerkissä 1. Pyriittiprosessia vastaavan loppukuonan happipaine on, P02 = 9.04*10’10. Koska menetelmäselityksen mukaisesti Fe+2/Fe+3-suhteen säätö tapah-5 tuu suspensiokuilussa, ovat olosuhteet siten reaktiokuilussa esimerkkiä 1. vastaavasti erittäin pelkistävät ja siten rau-tasulfidin stabiliteettiä vastaavat. Pyriitin suspensiosula-tusta ja suspensiosulfidointia koskevia kaasutaasitasapainoja on useiden patenttien selityksissä ja esimerkeissä /14, 16, 10 5-9/. Jo ennen rautamonosulfidiasteen hapettumista voidaan kuitenkin osoittaa ferriraudan läsnäolo sekä hapetuksen edistyessä runsas magneettimuodostus tuotteissa /24/. T.R. Haglundin menetelmässä US 2.209.331 /12/ osoitetaan pyriitti-pyrrotiitti-rikasteen suspensiohapetus magnetiittiasteelle 15 rautamalmin, rikkidioksidin ja/tai elementtirikin tuottamiseksi. Jos rautamalmia ei haluta, voidaan menetelmän mukaan rautaoksidit kuonata (CaO, Si02-lisäys).

Magnetiitin ja rautasulfidin samanaikainen läsnäolo kuilu-tuotteessa edellyttää konversioreaktioiden tapahtumista ala-20 uunissa, mitä ei menetelmän FI 92151 mukaisessa prosessissa edellytetä. Menetelmäselityksessä ei kuitenkaan anneta kuilun aine- ja lämpötasetta, vaan ainoastaan lopputuote- ja ko-konaisprosessitietoja. On kuitenkin ilmeistä, että pyriitin sulatus ei onnistu menetelmäselityksen osoittamalla tavalla. 25 : Tarkastellaan vielä joitakin ulkomaisia suspensiomenetelmiä erityisesti ferrirautapelkistyksen sekä konversioreaktioiden vaatimien lisälämpömäärien suhteen.

104267

Patentin US 2.668.107 /25/ mukaisessa menetelmässä suspensi-osulatetaan nikkeli- ja kuparisulfidimalmeja horisontaalista suspensiosulatusmenetelmää käyttäen.

Horisontaalisessa suspensiomenetelmässä ei käytetä hapetus-5 kuilua, vaan suspension hapettaminen suoritetaan uunitilassa kivi- ja kuonakerrosten yläpuolella. Hapetettu suspensio purkautuu myös lähes koko uunialtaan alueella, joten syntyvän laaja-alaisen transitiokerroksen pelkistyskapasiteetti on vertikaalimenetelmiä suurempi. Pelkistysreaktioiden lämmön-10 tarve on tällöin myös vertikaalimenetelmiin verrattuna näitä helpommin täytettävissä. Horisontaalimenetelmässä prosessin autogeenisyys toteutetaan teknillisen hapen tai happirikas-teisen ilman käytöllä hapetuksessa.

Patentin mukaisessa menetelmässä tuotetaan hylkykuona pelkis-15 tämällä sulatuskuona samassa uuniyksikössä suihkuttamalla su-lapintaan periodisesti pyriitti-pyrrotiitti-rikasteen suspen-siohapetustuotteena saatavaa sulaa rautasulfidia.

Saatava rautarikas kuonakivi edellyttää alhaisia hylkykuonan arvometallipitoisuuksia.

20

Patentin CA 751854 /26/ mukainen menetelmä ja laite kehitetty tavanomaisesta Harjavalta-tyyppisestä vertikaalisesta suspen-siosulatusprosessista. Menetelmällä valmistetaan kuparimal-meista tai -rikasteista raakakuparia yhdessä yksikössä. Me-25 netelmässä on tavanomaisen suspensiohapetuskuilun (I) lisäksi toinen suspensiohapetuakuilu (II), nousukuilun sijaitessa näiden kuilujen välissä. Toisessa kuilussa (I) hapetetaan kuparirikastetta siten, että uunialtaaseen muodostuu rikas kuparikivi sekä arvometalli- ja ferrirautarikas kuonafaasi.

22 104267

Toisessa kuilussa (II) hapetetaan pyriitti-pyrrotiitti-rikastetta rautasulfidikiveksi, jonka avulla em. kuona pelkistetään ja sulfidoidaan hylkykuonaksi ja kuonakiveksi. Kuonakivi virtaa kaltevalla uunipohjalla (vastavirtaan kuona-5 faasiin nähden) kuilun (I) alapuolelle, missä kivikerrokseen sijoitetulla hormistolla puhaltaen kuonataan kuparikiven vielä sisältämä pieni rautamäärä. Tuotekivi virtaa Arutzin si-fonin kautta suspensiouunin ulkopuoliseen tilaan, missä siitä puhalletaan raakakuparia. Menetelmässä kuonapelkistys koh-10 distuu jo valmiiseen kuonafaasiin kokonaisuudessaan eikä fer-riraudan purkautumiskohdan kiinto- ja sulafaaseihin, ennen varsinaista kuonanmuodostusta.

Patentin US 3.674.463 /27/ mukaisessa menetelmässä suorite-15 taan kuparirikasteen sulatus ja konvertointi raakametalliksi sekä lisäksi ferriraudan syntymisen säätö suspensiotilaisena vertikaalikuilussa lähes tavanomaisessa suspensiosulatusuu-niyksikössä.

Menetelmässä sovitetaan hapen ja syöttösulfidien suhde siten, 20 että suspensiossa 35-75 % syöttöseoksen kuparista konvertoituu metalliksi. Tämä metalli muodostuu lähinnä rikkaan kier-tokiven hapetuksen tuloksena. Rikasteen hapetus tuottaa rikasta kiveä, mikä syötetään takaisin suspensiokuiluun rikas-tehajoittimen kautta. Kupari samoinkuin kivi- ja kuonafaasit 25 poistetaan uunista jatkuvasti. Suspensiokuilun alaosaan syö-' tetään menetelmän mukaan rikastetta tai rautasulfideja. Se- lityksen mukaan suihkutettu lisärikaste toimii suojana korkeata hapen osapainetta vastaan, mikä muuten aiheuttaisi magnetiitin muodostusta. Kuilun alaisen kuonakerroksen edellyte-30 tään liuottavan kaiken muodostuneen magnetiitin, joka ei aivan kuonakerroksen yläpuolella olevan alhaisen happipaineen 23 104267 vyöhykkeen vaikutuksesta ole jo pelkistynyt. Menetelmäseli-tyksessä on annettu vain yksi prosessointiin liittyvä lämpötila, 1200°C, mikä on reaktiokuilun kaasufaasin likimääräinen lämpötila.

5 Voidaan todeta, että raakakuparin valmistukselle suspensiti-lassa reaktiokuilussa, menetelmäselityksen kuvaamissa olosuhteissa ei ole edellytyksiä. Tätä asiaa on tarkasteltu menetelmän FI 52358 /11/ yhteydessä. Mainittakoon, että tasapai-nohappipaineiden erotus lämpötilassa 1227°C on kalkosiitti-10 kupriitti-kupari- ja kalkosiitti-happi-kupari-tasapainoissa vain 4.44*10"6 atm, joten kupriittireaktiota on vaikea välttää. Kuilutuotteen magnetiitilla ei ole mainitulla pelkis-tysvyöhykkeellä edellytyksiä suspensiotilassa pelkistyä kuo-naliukoisuusrajalle äärimmäisen lyhyen viiveajan takia.

15

Patentin US 4.036.636 /28/ mukaisessa menetelmässä otetaan talteen pitkälle hapetettujen kuonien tai vastaavien mineraalien arvometallisisältö, pelkistämällä nämä kuonat yksi- tai moniportaisessa sähköuunireaktoriossa. Kuonat ovat arvome-20 tallirikkaita nikkeli- ja nikkeli-kupari-kiviä tai raakame-tallia vastaavia, korkean hapetusasteen (7-30 % Fe304) omaa-via, suspensio- ja kuilu-uuniprosessien sekä konvertointipro-sessien kuonia ja välituotteita. Kuonat pelkistetään metallilla, silisideillä, karbideilla, sulfideilla, hiilellä jne. 25 Pelkistysaine ja kuonasula sekoitetaan pelkistysreaktorissa (sähkölämpö) mekaanisella sekoittimella, jolloin magnetiitin pelkistymisnopeus kiihtyy voimakkaasti. Reaktorista saadaan hylkykuonan ohella arvometallit sisältävä sulfidikivi, joka syötetään takaisin suspensio- ym. sulatusuuniin (esimerkki-30 taseita selityksessä). Kuonan lämpötila pelkistyssekoituk-sessa on alueella 1200-1250°C.

24 104267

Tarkastellaan vielä lyhyesti syklonihapetukseen ja sulatukseen perustuvia suspensiomenetelmiä. Näissä menetelmissä tavallisesti polymetallisten sulfidirikasteiden hapetus suori-5 tetaan teknisellä hapella hyvin korkeissa lämpötiloissa horisontaalisessa tai vertikaalisessa syklonilaitteissa /29/. Syklonissa suspensiohapetustuote ohjautuu syklonin seinämälle, missä tapahtuu suuri osa pelkistys- ja muista konversio-reaktioista. Tuotekomponentit joutuvat syklonissa tiiviin 10 keskeisen kontaktin ja sekoituksen alaisiksi, jolloin konver-sioreaktiot tapahtuvat tehokkaasti, ja prosessointia ja laitekapasiteettia rajoittavaa transitiokerrosta ei muodostu. Sykloni sijaitsee vaaka- ja pystyasennossa kuilullisen ja kuiluttoman uunialtaan huipulla, jolloin osittain jo reagoi -15 nut hapetustuote virtaa kivi-kuona-erotukseen syklonia vasten olevan patoseinän kautta (patoseinän edistäessä konversion jäännösreaktioiden tapahtumista). Sykloniprosesseja ja laitteistoja seuraavat tavanomaiset selkeyttämis-, kuonanpuhdis-tus- ja sivumetallien talteenottoprosessit ja -laitteistot.

20 Syklonisulatusprosessit ovat olleet voimakkaan kehityksen alaisia, ja suuri määrä sovellutuksia on syntynyt. Lähes kaikissa sovellutuksissa tarvitaan syklonia seuraavien osaprosessien lämmöntarvetta varten sähköuunilaitteistot.

Sykloni- ja sykloni- ja vapaavirtaus-suspensiomenetelmien vä-25 limuodoista mainittakoon esimerkkeinä /29/ patenttien DE 1.052.692, US 3.555.164, US 3.687.656, US 3.759.501, US 4.247.087 ja FI 91285 mukaiset menetelmät.

Suspensiosulatusprosessien konversioreaktioihin sekä raakame-30 tallin valmistusmenetelmiin /6, 7, 9, 30/ on eräitä liittymäkohtia patentin US 4.252.560 /31/ mukaisessa arvometallien 25 104267 jalostusmenetelmässä. Patentin mukainen menetelmä ei ole suspensiomenetelmä, vaan sulfidimalmien hapetus ja sulatus suoritetaan hapetetun kuonafaasin avulla ("by smelting in melt"), pidennettyä kuilu-uunia muistuttavassa, hormitasolla 5 varustetussa laitteistossa.

Menetelmäselityksen ja esimerkin 1. mukaan ovat patentin US 4.252.560 menetelmälle ominaisia piirteitä mm.: - Uunilaitteen mitat ovat: poikkileikkaus 2,5*8,0 m2 ja korkeus 7,0 m. Uuni on jaettu päätyseinämien ja sifonien avulla 10 osastoihin sulfidikivien, arvometallihaitumien ja raakametal-lin erotusta ja käsittelyä varten.

- Uunin kapasiteetti: Syöttöseoksen (20 % Cu) määrällä 66,6 t/h (80 t/m2*24 h) tuotetaan kiveä (50 % Cu, 1200°C) 26,5 t/h, kuonaa (0,4 % Cu, 5,0 % Fe304, 32 % Si02, 1250-1300°C) 15 26,7 t/h sekä kaasuja (40 til-% S02, 1300°C) 18000 Nm3/h.

Happirikasteisen prosessi-ilman (60 til-% 02) määrä on 21000 Nm3/h ja hormi-ilman suutinnopeus on 230 m/s. Lisäpolttoai-neen (luonnonkaasu) määrä on 2100 Nm3/h.

- Sulien pinnankorkeudet ovat: kivisula 0,75 m, kuonasula 2,5 20 (2,0) m; hormitaso on 0,4 m (tyynen) kuonakerroksen pinnan alapuolella.

- Prosessointi: Palamalmi, rikaste ja tarvittaessa koksi syötetään uunin kattoholvin kautta "kuohuvan", kaasukyllästeisen heterogeenisen sulan pintaan (korkeus 1,5-2,2 m hormitasosta, 25 1350°C), missä se hapettuu ja sulaa. Sulassa on n. 10-30 til-% sulfideja ja loput kuonaa. Reaktiokaasut aiheuttavat reaktiokomponenttien tehokkaan sekoittumisen hienojakoisten sulfidipisaroiden yhtymisen suuremmiksi, nopeasti laskeutuviksi pisaroiksi. Systeemin lämpötalouden toteuttamiseen 30 mahdollisesti tarvittava lisäpolttoaine (hiilipöly, luonnon- 26 104267 kaasu ym.) syötetään rikasteen hapetushormien kautta heterogeeniseen sulaan.

Patentin US 4.252.560 mukaisen menetelmän arviointia haittaa 5 erityisesti selityksen kivi- ja kuona-analyysien puutteellisuus mm. raudan ja rikin pitoisuuksien suhteen. Esimerkkiä 1. vastaavissa olosuhteissa voidaan loppukuonan (5 % Fe304) , 32 % Si02) hapetuksessa (1350°C, rautasilikaattikuona, Fe304-ja Si02-kyllästys: 41,9 Fe304 (28,9 % Fe203, 30,4 % Si02) saada 10 hapetuskuona, jossa hapetukseen käytettävissä oleva happimää-rä on maksimaalisesti (kuonassa on rautaoksidien ja piihapon ohella myös muita kuonakomponentteja) kuonatonnia kohden 25,9 kg. Tarvittava happimäärä on syöttöseostonnia kohden noin 178 kg, ja siten hapetukseen tarvittava kuonamärä on erittäin 15 suuri eli 6,9 t kuonaa/syötetonni. On kuitenkin ilmeistä, että huomattava osa sulfidien hapetuksesta tapahtuu kaasufaa-sin avulla. Patentin mukaista sulfidien kuonahapetusmenetel-mää käytettäessä voidaan kuitenkin, konversioreaktioiden alhaisesta efektiivisestä happipaineesta johtuen, välttää suu-20 relta osin suspensiohapetusmenetelmille ominaiset epäselek-tiivisen hapettumisen aiheuttamat arvometallihapettumat sekä aikaansaada merkittävän tehokas sekoitus sulfidien sulatus-hapetus -vyöhykkeeseen . 1 30

Suoritetusta tekniikan tason tarkastelusta voidaan todeta, : että hakemuksen mukaista transitiokerrosta ja siihen liitty viä konversioreaktoita on joitakin kotimaisia menetelmiä lukuunottamatta käsitelty erittäin niukasti suspensiomenetelmi-en yhteydessä.

27 104267

Patenttihakemuksen mukaiselle uudelle menetelmäkombinaatiolle ominaisia piirteitä ovat: 5 Nikkelin ja kuparin sulfidirikasteet hapetetaan suspensioti-lassa vertikaalisen menetelmän reaktiokuilussa (kuva 3A) tavanomaista tekniikkaa soveltaen. Rikasta sulfidikiveä vastaavan hapetustuotteen valmistamiseksi on erityisesti nikke-lirikasteita jalostettaessa tuloksena magnetiitin ohella huo-10 mättävä nikkelin oksidin ja ferriittien muodostuminen rauta-sulfidin hapettumisen edistyessä ja samalla sen aktiviteetin alentuessa sulassa sulfidiseoksessa.

Suspensiohapetustuote purkautuu reaktiokuilun alaiseen sula-15 pintaan varsin rajoitetulla alueella tätä sulapintaa ja muodostaa siinä heterogeenisen sulan (kuva 3A, /7, 9/), jota karakterisoi erityisesti arvometalliköyhiä nikkelirikasteita jalostettaessa runsas jähmeiden komponenttien (Fe304, Si02/ MgO, CaO ym.) määrä. Hapetus- ja purkautumistavasta johtuen 20 ovat hapetustuotteen sulfidiset ja oksidiset komponentit ainakin makroskaalassa hyvin keskenään sekoittuneet.

Purkautumisen jälkeen alkavat hapetustuotteessa ko. olosuhteissa epätasapainossa olevien komponenttien väliset reaktiot 25 sekä kuonan ja kiven muodostumisreaktiot. Kiinteän magnetii-: tin ja sulan rautasulfidin reagoidessa keskenään saadaan tuotteena wiistiitti, joka reagoi kiinteän piihapon kanssa ja fajaliittisula muodostuu. Tämä sula liuottaa sekä magnetiit-tiä ja rautasulfidia että kuonakomponenttejä. Myös fajaliit-30 tisulassa ferrirauta alkaa pelkistyä ja ottaa tasapainotilaa ympäristönsä suhteen. Näiden endotermisten konversioreakti- 28 1 0 4 2 6 7 oiden nopeus ja lämmöntarve määräävät sulamuodostusta ja samalla koko sulatussysteemin kapasiteettia.

5 Erityisesti pentlandiittisiä nikkelirikasteita, mutta myös monia kuparirikasteita jalostettaessa, tapahtuu hapetuksen epäselektiivisyydestä johtuen, kompleksimineraaleihin sitoutunutta rautaa suspensiossa hapetettaessa, samanaikainen arvometallin hapettuminen. Tästä johtuen, arvometallirikkaita 10 sulfidikiviä valmistettaessa, varsin huomattava osa rikasteen sisältämästä arvometallista siirtyy kuonataasiin. Tämän epäkohdan poistamiseksi, valmistetaan vyöhykepelkistysmenetelmää /6, 9/ käyttäen, suspensiotilassa kuiluhapetustuotteesta tarvittava määrä korkea-aktiivista rautasulfidia, arvometallin 15 ylihapettuman ja/tai ferriraudan pelkistämiseksi ja käytetyn tekniikan edellyttämän, edullisen kivi-kuona-määräsuhteen tuottamiseksi systeemiin reaktiokerroksen konversioreaktioi-den avulla, suspension purkauduttua. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Hapetussuspension purkauduttua hapetustuotteessa tapahtuvia 2 konversioreaktioita rajoittavat näiden sekä nopeus että endo- 3 termisyydestä johtuva huomattava lämmön tarve. Tavanomaista 4 sulatustekniikkaa käytettäessä on korkeaviskoosinen konver- 5 sioreaktiokerros horisontaalisesti lähes liikkumaton ja ver- 6 tikaalisesti (painovoimavaikutuksesta) liikkuva vain syntyvän 7 kivi-kuona-määrän funktiona. Sekoittumisolosuhteet sekä ker 8 roksessa että kerroksen ja sen alaisen kuonafaasin välillä 9 : ovat siten varsin epäedulliset.

10

Syöttöseoksen rauta- ja kuonakomponenttimäärien ollessa suu- 11 ret sekä valmistettavan sulfidikiven ollessa arvometalliri-kas, on konversioreaktiokerrokseen tuotava suurehkoja lämpö- 29 104267 määriä, endotermisten reaktioiden ja kuonakomponenttien sulamisen ja liukenemisen vaatimien lämmöntarpeiden kattamiseksi. Riittävän lämpömäärän tuominen konversioreaktiokerrokseen 5 kuiluhapetustuotteen lämpötilaa kohottamalla, ei ole uunitek-niikan sallimia lämpötiloja käyttäen mahdollista (tavanomaisia rautarikkaita rikasteita suurella kapasiteetilla jalostettaessa) . Toisaalta suspension kaasufaasin lämpösisällöstä ei sen lyhyenä viiveaikana alauunitilassa ehdi siirtyä riit-10 tävää lämpömäärää, kohtuullista lämpötilagradienttia käytettäessä. Suspensiouunin alauunialtaaseen tavallisesti kuona-pelkistystä varten sijoitetussa sähköuunissa voidaan kuonan ohmista vastusta hyväksikäyttäen saada hyvin korkeita paikallisia lämpötilapisteitä (sekä sekoittavia materiaalivirtauk-15 siä), joiden avulla prosessoinnin vaatimia lämpötarpeita voidaan kattaa. Konversioreaktiokerrokseen ei tarvittavaa lämpö-tehoa tällä tavoin kuitenkaan saada siirrettyä, ellei elektrodien sijaintipaikkaa muuteta konversioreaktiokerrokseen tai aivan tämän läheisyyteen.

20 Lämmönsiirto-ongelman ratkaisua lähellä on epäilemättä em. raakametallin valmistusmenetelmän /9/ mukainen tapa, missä konversiokerroksen sekoittuminen alapuolella olevan kuo- « nasulan kanssa sekä lämmönsiirto on toteutettu johtamalla kivikonvertoinnin kuumat reaktiokaasut (kivi-)kuonasulan läpi 25 konversioreaktiokerrokseen. Menetelmässä sekoitus ja lämmönsiirto osuvat kuitenkin vain osaan reaktiokerrosta. Menetelmän tuotekaasufaasi on myös suurilla kapasiteeteillä niin :* . suuri, että sulfidikiven vaahdottumista hyvin hienojakoisena kuonafaasiin tapahtuu huomattavasti ja kuonaongelmia syntyy. 30 Menetelmässä reaktiokaasufaasi joutuu kontaktiin sulfidikiven kanssa, jolloin sen hapetusaste alenee ja siirtyy kohden tasapainotilaa /33/, Ps02 = 1 atm., T = 1573 K, P02 = 2,23*10'® 30 104267 atm/O % Cu-kivi-, 3,31*10'8/50, 6,17*10'8/70), jolloin kuonan hapettuminen estyy.

Vertikaalisen suspensiosulatusmenetelmän sulakapasiteettiä 5 rajoittavan toisen tekijän eli magnetiitti-rautasulfidi- konversioreaktion nopeuden vaikutusta systeemissä on jo tarkasteltu tämän menetelmäselityksen alkuosassa. Heterogeenisen konversioreaktion nopeutta voidaan simuloida empiirisellä nopeusyhtälöllä /7/. Tavanomaista vertikaalista suspensiosu-10 latusta vastaavalla laminaarisella konversioreaktiokerroksen liikkeellä saadaan kuparirikasteiden sulatuskapasiteetin mak-simialueen konversionopeudeksi arvo AFe304 = 125-135 g/m2*s. Ylitettäessä tätä konversionopeutta vastaavat rikasteen syöt-tönopeuden arvot, kuonien ferrirautapitoisuudet kohoavat no-15 peasti ja samanaikaisesti alkaa reagoimatonta hapetustuotetta kertyä mm. suspensiokuilun alaiseen uunialtaan osaan.

Uutta menetelmää koskevien havaintojen perusteella voidaan konversionopeus kohottaa 2-3-kertaiseksi saattamalla konver-siokerros hajoamaan ja sekoittumaan sen alapuolella olevan 20 kuonasulan kanssa. Samanaikaisesti voidaan kuonakomponentti-en sulamista ja liukenemista kiihdyttää riittävästi vastaamaan kohonnutta konversionopeutta.

Tämän menetelmäselityksen esimerkin I (A, B) ainetaseista 25 voidaan todeta, että valmistettaessa rautaköyhää (2,5/2,6 % Fe) nikkelin sulfidikiveä tavanomaista suspension hapetusta (hapetusta + vyöhykepelkistystä) käyttäen on rikasteen raudasta ja rikistä hapettunut vastaavasti 92,6 (90.5) ja 90.0 (84,2) %. Suspensiohapetustuotteen kiintoaineen (metallioksi- 30 dit + kuonaoksidit) määrä on 88,2 (83,1) %. Konversioreakti-oissa konvertoituu hapetustuotteesta magnetiittiä 69,3 (81.5) 104267 %. Vyöhykepelkistyksessä hapetetun kuilutuotteen magnetiit-timäärä alenee 2,2 % ja rautasulfidimäärä kasvaa 29,8 %. Voidaan todeta, että arvometallirikasta nikkelikiveä valmistettaessa vyöhykepelkistyksen aiheuttamat ainetaseen kompo-5 nenttien muutokset ovat varsin alhaiset, mutta merkitykseltään suuret sekä kuonatappioiden alentajina että nikkelin saannin parantajana sulfidikivessä. Sekä suspension hapetuksessa että hapetus-pelkistyksessä ovat muodostuneen kuilutuo-teen kiintoainepitoisuudet hyvin suuret. Vaikka reagoivan 10 hapen ja rikin määrät ovat, hapetustavasta johtuen, purkautuneessa suspensiossa suhteellisen tasaisesti jakautuneina, on sekä määrältään pienen rautasulfidifaasin ja suuren magne-tiittifaasin välisten puutteellisten kontaktien ja erittäin suuren kiintoainefaasin liuottamisen takia kuilutuotekerros 15 "rikottava" ja sekoitettava kerroksen alapuolella olevan sulan kuonakerroksen kanssa (erityisesti suuria kapasiteetteja käytettäessä).

Konversiokerroksen sekoittamista ja tarvittavan lämpömäärän siirtoa varten on käytettävissä useita, sinänsä tunnettuja 20 menetelmiä. Näiden valinta on riippuvainen rikasteiden, väli- ja lopputuotteiden laadusta, sulatuskapasiteetista, laitetekniikasta jne.

Menetelmäselityksessä on jo aikaisemmin tarkasteltu kuilusus-pension (hapetustuote + kaasufaasi) lämpötilan kohottamista 25 alauunin lämpötarpeen kattamiseksi sekä sivuttu sähkölämpöi-^ siä ja mekaanisia lämmitys- ja pelkistysaineen sekoitusmene telmiä /9, 10, 11, 28, 29, 17, 18/.

Halvin tapa lämmönsiirron ja sekoituksen toteuttamiseksi kon-versiokerroksessa on fossiilisen polttoaineen hapetus ja kuu-30 mien polttokaasujen (tai polttoaineen ja hapen) puhaltaminen riittävällä nopeudella (pintapuhalluksena) konversiokerrok- 32 104267 seen tai sen alapuolella olevaan kuonakerrokseen. Vastaavissa reaktiopuhalluksissa sulakerroksiin on käytetty suurilla sulakorkeuksilla korkeita puhallusnopeuden arvoja (vähintään äänen nopeutta ilmassa eli > 338 m/s /9, 30/, mutta käsitel-5 tävässä tapauksessa riittävät kuonasulan alhaisesta tiheydestä sekä pienestä kerroskorkeudesta johtuen em. alhaisemmat puhallusnopeudet.

On huomattava, että erityisesti kuonafaasiin, konversioker-roksen alapuolelle puhallettaessa, voidaan hyvällä hyötysuh-10 teella hapettaa myös kuonafaasin ferrorautaa ja käyttää hapetettua kuonafaasia sulfidikiven jäännösraudan hapettamiseen /9, 30, 31/.

Käytettäessä energian siirrossa sähkölämpöä (upotettavat elektrodit ja ohminen lämpö) voidaan konversiokerroksen se-15 koitus suorittaa myös inerteillä kaasuilla sekä pinta- että läpipuhalluksena (sivuhormit, kuluvat flanssit ym.). Tyhjön-oste- ja tyhjönostekiertovirtausmenetelmiä /34/ voidaan menestyksellä käyttää erityisesti konversiokerroksen alapuolisen kuonakerroksen lämmönsiirtoon ja sekoitukseen. Tällöin 20 vastus-, valokaari- tai grafiittisäteilijä-laitteistot sijoitetaan nostekammioon.

Sekä lämmönsiirtoon että tehokkaaseen sekoitukseen konversio-kerroksessa (pintapuhallusanalogia) voidaan käyttää alhaisten lämpötilojen (5000-8000°C) plasmatronilaitteistoja (N2, CH4, 25 02 ym. /34/, jotka ovat vastus- ja valokaarilaitteistoja huo- 1 mattavasti tehokkaampia sekä käyttöpaikan suhteen helpommin sovitettavia.

Eräässä tarkasteltavan menetelmän toteuttamiseen käytettäväs-30 sä kuvan 3A mukaisessa laitteistokombinaatiossa on uunialtaa-seen sovitettu sifoniseinä (7), joka erottaa suspension pur- 33 104267 kautumisen ja konversioreaktioiden alueen (31) kuonanpuhdis-tusosasta (4). Menetelmässä faasien pinnankorkeudet pidetään vakioina, ja siten sulatustuotteiden ulosotto on jatkuva. Käytännön olosuhteissa suspension purkautumisen alue on noin 5 1-2 kertaa vertikaalisen suspensiovirtauksen poikkipinta, ja oleellisin osa siitä sijaitsee suspensiokuilun ja kuona-sifoniseinän välissä.

Konversioreaktioiden tuloksena muodostunut kuonasula sekoittuu uunialtaan kuonakerrokseen, ja kuonasta erottunut sulfi-10 disula, konversioreaktioiden ja tasapainoittumisen yhä jatkuessa, vajoaa kuonasulan (32) lävitse ja yhtyy kivisulaan (33). Konversiokerroksen (31) tehokas sekoittaminen edistää, oksidi-sulfidi-kontaktien lukumäärän kohoamisen ohella hienojakoisen sulfidipisarajakautuman yhtymistä vajoamiskykyisik-15 si, suuriksi pisaroiksi. Valmis sulfidikivi voidaan laskea uunista sifoniseinän erottaman uunitilan (5) kautta ja hapettaa raakametalliksi joko pintapuhallusmenetelmällä tai raaka-metallin kautta puhaltamalla /30/ uunitilassa (5) ja laskea uunista sifoniseinän jälkeen uunitilan (6) kautta.

20 Kuvaa 3 vastaavassa menetelmän sovellutustapauksessa (syöttö-määrä 60-90 t/h) ovat sulien pinnankorkeudet uunin pohjasta mitattuina: kuonapinta 3,0 m, kivipinta 1,2 m ja metallipinta 0,4 m. Sifoniseinän kanavaosan korkeudet ovat: kivikanava 0,35 m ja metallikanava 0,10 m. Kuvaan on merkitty joitakin 25 graniittielektrodien (8) ja lämmitys-sekoitus-hormien (9) f asemia, joita voidaan tarpeen vaatiessa muuttaa. Hormit voi vat olla myös uunin holvin kautta sulaan upotettavia, tehokkaita patentin US 4.413.816 /35/ mukaisia sivupuhallusflans-seja. Kuvaan 3 on merkitty myös vyöhykepelkistysprosessin 30 polttoaineen syöttöputkien (10) asemat. Mainittakoon, että laitteiston suspensiokuilun minimimitat ovat: läpimitta 4,2 m 34 104267 ja korkeus 8,5 m ja holvi-sulapinta etäisyyden minimi on 1,9 m. Uunilaitteisto on, pieniä modifiointeja lukuunottamatta, tavanomaista, sinänsä tunnettua tekniikkaa. Uunilaitteistos-ta voidaan tarvittaessa poistaa osia: Nikkelirikasteen jalos-5 tuksessa uunin raaka-metalliosa (6) on tarpeeton, jos nikke-likivi liuotetaan jatkojalostuksessa. Kiven jäännösrauta voidaan hapettaa kuonan avulla lämmitys-sekoitus-hormeja hyödyntäen. Kuparirikasteen jalostuksessa saattaa sähköinen kuonanpuhdistusosa (4) olla tarpeeton, jos kuona erkaumajääh-10 dytetään ohjelmoidusti ja arvometalli erotetaan vaahdottamalla /16/.

Kuparin ja nikkelin sulfidisten ja oksidisten rikasteiden jalostusmenetelmien selventämiseksi, tarkastellaan lyhyesti 15 näiden metallien ja raudan suhdetta rikkiin ja happeen. Kuparin metallurgiaa hallitsee suuri liukoisuuusaukko systeemissä Cu-Fe-S. Sula raakametalli on tasapainossa vielä runsaasti rautaa sisältävän kuparisulfidisulan kanssa, mutta on tähän lähes liukenematon (erottuu, kerrostuu). Systeemistä 20 Ni-Fe-S tällainen liukoisuusaukko puuttuu (myös kuparisisäl-töisillä systeemeillä teknillisesti tärkeällä kupariköyhällä sivulla), joten raakametallin valmistus on kupariin verrattuna varsin komplisoitu.

Sulan Cu-Fe-S-0-Si02-systeemin stabiliteettialueet /13, 36, 25 8, 9, 30/ lämpötilassa 1250°C hapen ja rikin paineiden funk- ·'_ tiona ovat kuvassa 1. Kuvaan on merkitty S02-isobaareja, ku- parikiven eräitä kuparin isokonsentraatioita sekä Si02-kyllästeisten fajaliittikuonien magnetiittiaktiviteettien rajat. Kuparirikasteiden metallurgisen käsittelyn rajat voi-30 daan suoraan havaita piirroksesta.

35 104267

Kuvaan 2. on laskettu Ni-S-O-systeemin stabiliteettialueet rikki- ja happipaineiden funktiona lämpötiloissa 1727°C, 1477°C ja 1227°C. Kuvaan on merkitty eräiden sulakokoomusten rikin isokonsentraatiot sekä tarkastelulämpötiloja vastaavat 5 S02-isobaarit. Kuvasta voidaan todeta, että tavanomaisia liekkisulatuslämpötiloja (< 1455°C) sovellettaessa, on varsin vaikeata yhden atmosfäärin S02-paineessa päätyä alhaisiin rikin konsentraatioihin.

10 Keksinnön mukaista uutta vertikaalisen suspensiosulatusmene-telmän kapasiteetin säätömenetelmää kuvaa myös ensimmäinen patenttivaatimus, jonka sisältö on myös tässä suoritetussa tarkastelussa.

15 Uuden vertikaalisen suspensiosulatuksen kapasiteetin säätömenetelmän yksityiskohtiin tutustutaan oheisissa nikkeli- ja kuparirikasteiden jalostusta koskevissa esimerkeissä. 1

Esimerkit

Uuden menetelmän selventämiseksi tarkastellaan sen toteutumista eräissä nikkelin ja kuparin sulfidirikasteiden jalostusta koskevissa esimerkeissä. Esimerkkejä vastaavat aine- 25 ja lämpötaseet on koottu taulukoihin 2-5. Numeroituja tase-komponentteja vastaavat analyysit sekä kokonaisenthalpian arvot ovat taulukossa 1. Termodynaamisista taulukoista /4/ suoraan saatavat kaasufaasien enthalpia-arvot on jätetty taulukkoon merkitsemättä. Lämpötilan muutosten vaikutusta esi- 30 merkkien taseisiin on siten helppo tarvittaessa arvioida taseissa annettujen lämpötilojen lähialueilla. Tämä on tarpeen 36 104267 mm. osaprosessien laitekohtaisten ja jäähdytysjärjestelmiä säätäen aikaansaatavien lämpöhäviöiden muutosten vaikutusten arviointia varten. Kiertävän lentopölyn lämpötasevaikutus on tarkasteltavissa esimerkkitapauksissa alhainen, joten lento-5 pölymäärien ja -kokoomusten muutosten vaikutusta taseissa ei ole arvioitu.

Esimerkki I A ja B

10 Esimerkin I osoittamassa, keksinnön mukaisen menetelmän sovellutuksessa suoritetaan rautaköyhän nikkelikiven valmistus tavanomaisia nikkelirikasteen suspensiohapetus- (A), suspen-siohapetus-pelkistys- (B)prosesseja hyödyntäen. Suspension purkauduttua suoritetaan syntyneen konversiokerroksen hajoi-15 tus ja sekoitus kerroksen alapuolella olevaan kuonafaasiin mm. polttokaasujen pintapuhallusta käyttäen. Esimerkin I A osoittamassa menetelmämuodossa valmistetaan rautaköyhää nik-kelikiveä tavanomaista suspension hapetustekniikkaa käyttäen. Rautaköyhän kiven valmistamiseksi, on rikasteen sulfidistä 20 rautaa hapetettava kuitenkin niin paljon, että myös (laskennallisesti) osa pentlandiittimineraalin raudasta joutuu hapetustuotteeseen. Sulfidisulan aktiviteettiolosuhteis-ta johtuen hapettuu tällöin myös runsaasti nikkeliä, jolloin lopputuotteena konversioreaktioista saadaan vähäisen rauta-25 köyhän kivimäärän ohella varsin nikkelirikas kuonafaasi. Ai-netaseesta ja analyyseistä voidaan todeta, että sulfidikiveen saadaan vain noin 45 % syötteen nikkelistä, kuonan nikkelipi-toisuuden ollessa 3,4 %. Hapetustuotteen oksidi- ja sulfidi-määrien painosuhde on 9,7, mikä arvo ei ole edullinen konver-30 sioreaktioille. Mainittakoon, että hapetusilman happipitoisuus oli 23,7 p-% 02 sekä kaasufaaasin rikkidioksidipitoisuus 104267 28,1 p-%. Kuona-kivisysteemin tasapainoinen hapen paine oli, P02 = 1.63*10 7 atm (1250°C) .

Nikkelin saannin parantamiseksi ja kuonan nikkelipitoisuuden alentamiseksi, on hapetussysteemiin tuotava lisää aktiivista 5 rautasulfidia konversioreaktioita varten. Esimerkin I B mukaisesti rautasulfidin valmistamiseen käytetään hapetussus-pension osittaista pelkistys-sulfidointimenetelmää, missä ha-petusreaktioiden jälkeen suspensioon suihkutetaan, tavallisesti kolmesta suutinasemasta, raakaa polttoainetta (tässä 10 kevytbensiiniä: 84 % C ja 16 % H), jolloin suspensioon muodostuu kolme vertikaalista pelkistys-sulfidointivyöhykettä. Ainetaseen mukaan nikkelin saanti sulfidikiveen kohoaa pel-kistys-konversioreaktioiden jälkeen arvoon 85 %, ja vastaavasti kivimäärän kasvu on esimerkin I A hapetusprosessiin 15 verrattuna 95 %. Kuiluhapetustuotteen oksidi- ja sulfidimää-rien suhde alenee arvoon 5,9. Kuilutuoteanalyysien mukaan pelkistyksen vaikutuksesta kasvaa magnetiittikonversioon käytettävä rautasulfidimäärä (hapetukseen verrattuna) vain 6,9 kg (rikastetonnia kohden), eli muutos on alhainen. Hapettu-20 neiden nikkelin ja kuparin oksidien ja ferriittien sekä suoran pelkistyksen että konversion johdosta on suspensiopelkis-tystuote syntymistliassaan annettuja kuitutuotteen ja kaasu-faasin analyysiarvoja pelkistävämpi. Suspensiopelkistyksen jälkeen on kaasufaasin keskianalyysi (til-%, 1350°C): 0,76 25 CO, 0,01 COS, 2,71 C02, 0,31 H2, 0,09 H2S, 3,55 H20, 1,64 S2, '·' 9,74 S02 ja 81,20 N2. Tuotekuonafaasin nikkelipitoisuus ja happipaine ovat 0,91 % Ni ja P02 = 2,62*10"8 atm (1300°C) . Lämpötaseista voidaan todeta, että osamenetelmien I A ja I B konversioprosesseissa on huomattava tasevajaus (139 Mcal ri-30 kastetonnia kohden). Konversiokerrokseen on siten tuotava tasevajausta vastaava lämpömäärä, kerroksen ja sen alapuolel- 38 104267 la olevan kuonamatriisin osan sekoittamisen lisäksi. Nämä molemmat toiminnat voidaan suorittaa samanaikaisesti nopeiden, kuumien (lisäpolttoaineen) polttokaasujen avulla. Polt-tokaasut suihkutetaan joko kuonasulan sisään tai konversio-5 kerroksen pintaan hormien tai upotettavien vertikaaliflanssi-en avulla. Sulan pintapuhallusmenetelmä on alhaisen lämmönsiirron hyötysuhteen sekä suhteellisen vaatimattoman sekoi-tustehon takia läpipuhallusmenetelmää heikompi. Koska kuona-sulan kanssa sekoitettava konversiokerros on ohut, voidaan 10 pintapuhallusmenetelmää kuitenkin käyttää. Vaikka puuttuva lämpömäärä tuotaisiin kuonan ohmista vastusta hyödyntäen, on sulaa kuitenkin termaalivirtausten ohella lisäsekoitettava kaasuilla (tai mekaanisesti). Taulukon 2. taseisiin on otettu sekoitus ja lämmönsiirto polttokaasujen avulla. Tällöin 15 rikasteen syöttömäärällä 40 t/h on konversioalueella sekoi- 3 2 tukseen käytettävissä oleva kaasumäärä 616 Nm /m h hyvin riittävä.

Kummankin hapetus-konversiomenetelmän (A ja B) tuotteena saa-20 tava sulfidikivi on sinänsä jalostus- (liuotus-)kelpoinen, mutta sulatuskuonat puhdistetaan tavanomaisin menetelmin pelkistäen uunilaitteeseen kuuluvassa tai erillisessä sähköuunissa.

25 Esimerkki II A, B ja C

Esimerkin II mukaisessa menetelmäsovellutuksessa valmistetaan aluksi arvometalliköyhää nikkelikiveä ja tätä vastaavaa kuonaa edeltävä suspensiohapetustuote tavanomaista nikkelirikas-30 teiden sulatustekniikkaa käyttäen (A). Saadun suspensiohape-tustuotteen jatkojalostus arvometallirikkaaksi sulfidikiveksi 39 104267 suoritetaan ylihapettumisen estämiseksi, esihapetetun kuonan (B) avulla alauunialtaassa, suspension pääosan purkautumis-alueella (konversioreaktioalueella). Kivi-kuona-erotuksen jälkeen suoritetaan saadun sulfidikiven hapetus alhaisen rik-5 kimäärän omaavaksi nikkelihienokiveksi (C). Sulatuskuonafaasit pelkistetään tavanomaista sähköuunitekniikkaa käyttäen hylkykuonaksi ja kuonakiveksi.

Esimerkin II A osoittamassa osamenetelmässä valmistetaan ta-10 vanomaista suspensiohapetusmenetelmää hyödyntäen nikkeliri-kasteesta rautarikasta sulfidikiveä ja tätä vastaavaa arvome-talliköyhää kuonaa. Taulukoiden 1. ja 3. taseista voidaan havaita, että nikkelin saanti sulfidikiveen on 91 % syöttö-määrästä. Kuonan nikkelipitoisuus on 0,6 % ja vastaava hap-15 pipaine P02 = 4,52*10"B atm (1250°C) . Syöte ja tuotekaasujen pitoisuudet olivat 25,5 p-% 02 ja 30,4 p-% S02. On huomattava, että magnetiitin osuus kuilutuotteesta on varsin suuri eli 42 % (esimerkki I B: 48 %), ja vastaavasti konversio-reaktion magnetiittimäärä on 33 % (IB: 39 %). Suspensiohape-20 tuksessa hapettuu syötteen rautamäärästä valtaosa eli 80 %, vaikka tuotekiven rautapitoisuus on korkea eli 29,5 % (esimerkissä I B vastaavasti: 90,5 % ja 2,6 % Fe) .

Esimerkin II B mukaisessa osamenetelmässä suoritetaan esi-25 merkkiä II A vastaavan sulfidikiven (osittain myös sitä vas-taavan suspensiohapetustuotteen) jäännösraudan hapetus sulalla esihapetetulla kuonafaasilla, ferri-ferro-rautakonversion avulla. Esimerkkien IA, B ja II A mukaisissa konversiomene-telmissä haluttu määrä suspensiohapetustuotteen sulfidiin si-30 dotusta raudasta hapetetaan kiinteällä magnetiitillä, siten myös feri-ferro-rautakonversioita hyödyntäen. Menetelmä on 40 104267 lähes täysin valikoiva raudan suhteen, eli kuparin ja nikkelin sulfidit jäävät hapettumatta. Magnetiitti-konversio-menetelmissä tuotetaan jatkuvasti fajaliittiä, joka liuottaa mm. osan konversiomagneetista, joten osa sulfidiraudasta ha-5 pettuu syntyvässä kuonasulassa, silloinkin ferri-ferro-rauta-reduktion avulla. Valikoiva hapetusmenetelmä on siten sama sekä sulassa että kiinteässä faasissa toimittaessa. Osamenetelmää II B vastaavassa tapauksessa kuonafaasin esihapetus, liukoisuutta vastaavaan ferrirautasisältöön, suoritetaan kuo-10 nafaasin sisäistä (konversiokerroksen alaista) happi-ilma- puhallusta käyttäen. Kuonan ja mahdollisen lisäpolttoaineen hapetuksen tuotekaasuilla sekoitetaan hapettava kuona suspen-siohapetustuotteen (ja/tai konversiokiven) kanssa, tehokkaan reaktiokomponenttien välisen kontaktin tuottamiseksi. Kivi-, 15 metalli- ja kuonasuliin suoritettavan puhalluksen tekniikka on selvitetty ja riittävästi kokeiltu: puhallusnopeudet yli- äänen nopeusalueella, kuplakoko ja -lukumäärä, sekoitusteho jne.: mm. /9, 30, 35/.

Esimerkin II B osoittamaa hapetusmenetelmää koskevat analyy-20 sit sekä aine- ja lämpötaseet ovat taulukoissa 1. ja 4. Mat-riisikuona (32) hapetetaan happirikasteisella ilmalla lämpö-tilaväliä 1350-1400°C vastaavaan magnetiittikyllästykseen (puhdas rautasilikaattikuona, 1400°C, teoreettisesti: 36,0 Fe01 5 + 36,2 % FeO + 27,8 % Si02) . Konversioreaktiokerroksen 25 (30) ja hapetuskuonan (32) sekoittamiseen käytettävien hape tuksen tuotekaasufaasien määräksi saadaan rikasteen syöttöka-pasiteettia 40 t/h vastaavasti: 107 ja 528 Nm3/m2 h eli yh teensä 635 NmVm2 h. Sekoituskaasufaasin määrää voidaan tarvittaessa alentaa hapetusilman happirikastusta kohottamalla. 30 Kuonan ja lisäpolttoaineen hapetus suoritetaan sivulle sulaan aukeavilla vaaka- tai pystyhormeilla (esim. 2*4 kpl, suutin- 104267 nopeus 250-300 m/s) noin 30 cm sulan pinnan alapuolella (korkeuden ollessa funktio tekniikasta sekä tarvittavan hapetuksen määrästä). Lämpötaseeseen (taulukko 4.) on merkitty myös sen efektiivisen matriisikuonan (37) määrä, joka sähköi-5 sesti ohmisena lämpönä tuottaa tasevajauksen lämpömäärän (II B: 118 Mcal rikastetonnia kohden. Tällöin on systeemiin tuotava kuitenkin, kuonahapetuksen tuotekaasumäärän lisäksi se-koituskaasuja, joiden minimimäärä on noin 250 Nm3/m2 h.

10 Esimerkin II C osoittamaa nikkelin hienokivipuhallusta koskevaa osamenetelmää vastaavat analyysit sekä aine- ja lämpöta-seet ovat taulukoissa l. ja 5.

Nikkelirikasteen syöttökapasiteettia (40 t/h) vastaavan rau-taköyhän sulfidikiven (Ib, II B) rikkimäärän alentaminen 15 raakametalliasteeseen tai lähelle sitä tapahtuu tavanomaista tekniikkaa soveltaen joko kivisulan pintaan tai sisään suunnatuilla hapetuskaasun (happirikasteinen ilma) suihkuilla. Samoinkuin raakakuparin valmistuksessa voidaan myös käyttää nopeata metallifaasiin ohjattua hapetusta, missä hapetettu 20 metalli kohoaa kivikerrokseen /30, 9/. Hapetus suoritetaan uunilaitteen sulatustilasta sifoniseinälle erotetussa kiviti-lassa tai täysin erillisessä laitteistossa. Esimerkissä nik-kelikiven rikkimäärä alennetaan arvoon 5,5 % hapella puhaltaen tuotelämpötilassa 1450°C (Ps02 = 1-0 atm). Käytettäessä 25 korkeampaa tuotelämpötilaa tai alhaisempaa S02-isobaaria, voidaan stabiliteettipiirroksen (kuva 2.) mukaan alentaa sulan rikkimäärä haluttuun arvoon. Lämpötaseesta voidaan todeta prosessin tuottamat huomattavat lämpömäärät, joita kuitenkin voidaan säätää sulatteen lämpötilaa kohottamalla, lämpö-30 häviöitä kohottamalla (jäähdytysjärjestelmällä) ja hapen osa-painesäädöllä hapetuksessa.

42 104267

Osaesimerkkien "kivi-kuona-tasapainojen" asemapisteitä on merkitty kuvan 1. stabiliteettipiirrokseen.

5 Esimerkit III, IV A, B, C ja V

Esimerkeissä III, IV ja V tarkastellaan kalkopyriittirikas-teen suspensiohapetus- ja konversioprosesseja pitoisuuksiltaan 51, 61 ja 72 % kuparia sisältävien sulfidikivien valmis-10 tuksessa.

Varsinaisena tarkastelukohteena on pitoisuudeltaan 61 % kuparia sisältävän sulfidikiven valmistus suspensiohapetus- ja konversioprosesseja hyödyntäen (IV). Sulatusprosessista saatava suspensiohapetustuote (ja/tai konversiokivi) hapetetaan 15 edelleen esihapetettua kuonasulaa ja ferri-ferrorauta-konversiota käyttäen rautaköyhäksi kuparikiveksi (IV B).

Saatu arvometallirikas, rautaköyhä sulfidikivi hapetetaan kaasuhapetusta käyttäen edelleen raakakupariksi (IV C). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tavanomaisessa vertikaalisessa liekkisulatusprosessissa on 2 suspensiosta purkautuvan hapetustuotteen muodostama, runsaas 3 ti kiintoaineita (Si02, Fe304, CaO, MgO ym.) sisältävä konver- 4 sioreaktiokerros sekä vertikaalisesti että horisontaalisesti 5 lähes liikkumaton sen alapuolella olevaan kuonasulaan nähden.

6

Kerroksen tyyneyttä häiritsee vain konversioreaktioiden tuot 7 taman pienen rikkidioksidimäärän kupliminen sekä arvometalli- 8 sulfidien hidas vajoaminen kuonasulakerroksen läpi tämän ala 9 puolella olevaan kivisulakerrokseen. Menetelmäselityksessä 10 on jo todettu, että konversiokerroksen heterogeenisten reak- 11 tioiden nopeutta voidaan riittävällä tarkkuudella simuloida yksinkertaisella kolmannen kertaluvun nopeusyhtälöllä, 43 104267 d(S02)/dt = k [N0] 2 [Ns] . Sulatuslaitteen syöttökapasiteetin kohotessa liian korkeaksi konversioreaktioiden nopeuteen nähden, purkautuvan puolijähmeän suspensiohapetustuotteen kasautuminen konversioreaktiokerroksen pinnalle, suoraan suspensi-5 okuilun alapuoliselle alueelle, pysäyttää sulatusprosessin. Rajakapasiteetti on keskirikkaita sulfidikiviä valmistettaessa (n. 20 % kuparia sisältävistä rautarikkaista rikasteista), konversiokerroksen pinta-alaa kohden, konvertoituvan magnetiitin määrän avulla lausuttuna, noin 130-140 g Fe304/m2 s.

10

Tarkasteltavan säätömenetelmän mukaan voidaan konvertoituvan magnetiitin määrä kohottaa moninkertaiseksi, rikkomalla konversiokerroksen jäykkä rakenne ja sekoittamalla kerros sen alapuolella olevan kuonasulakerroksen yläosan kanssa. Mene-15 telmäparannus perustuu mm. sulfidin ja hapettimen keskeiseen parempaan kontaktiin, kontaktipinnan kasvuun, konversioreaktioiden reaktioviiveajan kohoamiseen, kiinteiden komponenttien liukoisuusnopeuden kasvuun ja lämmönsiirron nopeutumiseen. Konversioreaktioiden, reaktiokomponenttien sulamisen ja liu-20 kenemisen lämmöntarpeiden kattaminen, mikä on em. parannusten ehdoton edellytys, suoritetaan esimerkiksi kuumentamalla ha-petustuote-kuonasula-seossysteemiä sähköisesti ja/tai yhdistämällä lisäpolttoaineen hapetus sekoituskaasuihin. Sekoitus voidaan suorittaa puhaltamalla sekoituskaasut suurella nopeu-25 della (suutin: 250-330 m/s) konversiokerroksen pintaan tai . *'· noin 200-500 mm kuonasulan pinnan alapuolelle. Esimerkin IV

B osoittamassa menetelmäsovellutuksessa käytetään jälkimmäistä menetelmää, koska suspensiohapetustuotetta (ja/tai konver-siokiveä) lisähapetetaan esihapetetulla kuonasulalla, joka 30 samalla on konversiokerroksen sekoitussula. Esihapetuksessa em. seossulaan syntyneen lämpömäärän lisäksi tuodaan systee- 44 104267 miin lisälämpöä myös lisäpolttoaineen hapetuksella. Sekoi-tuskaasu muodostuu siten kuonan esihapetuksen ja polttoaineen hapetuksen tuotekaasujen summasta.

5 Rikasta sulfidikiveä vastaava kuonafaasi (IV B) pelkistetään sähköuunissa tavanomaista tekniikkaa käyttäen hylkykuonaksi ja kuonakiveksi tai käsitellään patentin FI 58946 mukaista tai vastaavaa jäähdytys-pelkistys-sulfidointi-vaahdotus-menetelmää soveltaen. Sekä kuonakivet että raakakupariproses-10 sin kuona syötetään kiertävänä kuormana takaisin sulatusyk-sikköön.

Esimerkin IV osamenetelmiä vastaavat aine- ja lämpötaseet sekä komponenttianalyysit ovat taulukoissa 4., 5. ja 1. Esi-15 merkkejä III ja V vastaavat suspensiohapetustuote-, kivi- ja kuona-analyysit ovat taulukossa 1. (numerot: 50-52).

Oheiseen taulukkoon on kerätty joitakin suspensiohapetukseen ja sitä seuraavaan konversioprosessiin liittyviä, oleellisia 20 aine- ja lämpötaseita vastaavia arvoja esimerkeistä IV A, III ja V.

Esimerkki IV A III V

Konversiokivi: Cu, p-% 61 51 72 25 Hapetuskaasu: O, p-% 26,9 29,8 25,4

Tuotekaasu: S02, p-% 33,9 37,5 32,0

Kokonaisraudan hapettuma, % suspensiohapetus 79 68 88 konversio 86 74 95 30 Konversio nopeusvakio: 103k, s 1 0,73 0,62 0,99 104267 määrä: Fe304, g/m2s 131 133 145

Kuonan happipaine: 108Po2/ atm (1250°C) 2,93 0,895 4,56 5 Esimerkkitaulukon arvoista voidaan todeta suspensiohapetuksen erittäin suuri osuus kokonaisraudan hapettumisessa. On myös huomattava, että kivipitoisuuden kohottaminen alentaa jo tavanomaista kuilutekniikkaa (muurattu kuilu, vesikalvojäähdy-tys uunivaipan ulkopinnalla) käytettäessä voimakkaasti hape-10 tusilman happirikastusta. Tämä on kuitenkin tarvittaessa korjattavissa suspensiokuilun jäähdytysjärjestelmän valinnalla. Taulukko osoittaa myös selvästi, että rikkaiden sulfidikivien valmistaminen, pelkästään vertikaalista suspensiohapetusta käyttäen, ei ole erityisen edullista kasvavien kuonaongeImien 15 sekä epäedullisten lämpöteknillisten syiden johdosta. Keski-rikkaita sulfidikiviä vastaavien kuiluhapetustuotteiden jatkojalostus kiinteässä ja sulassa tilassa tapahtuvan ferri-ferrorautakonversioon perustuvan selektiivisen hapetusmene-telmän edullisuus on ilmeinen.

20

Esimerkin IV osoittamassa menetelmävariaatiossa rikasteen syöttökapasiteetti on 17,95-18,32 t/h. Oheiseen taulukkoon on osittain laskettu rikasteen syöttömäärän (18-33 t/h) vaikutusta prosessiin tapauksissa, missä hapetusta seuraavan 25 konversioprosessin konversiokerros on luonteeltaan laminaari-nen, jäykkä ja sekoittamaton.

Tase A40 - A41 - A42 - A43 - A44

Rikastesyöttö: t/h 18,3 20,7 23,8 27,8 32,9 30 Sulfidikivi: Cu, % 61,0 60,4 59,7 59,2 58,6 46 104267

Happipaine: 108PO2, atm (1250°C) 2,93 16,4 69,2 258 892

Kuona: Cu, % 1,7 2,6 3,8 5,3 7,2 5 Fe304, % 13,3 17,6 21,7 25,8 30,0

Taulukosta voidaan todeta, että kapasiteetin kasvua laminaa-risessa konversiokerroksessa seuraa varsin nopea kuonien fer-riraudan ja vastaavasti niiden rakenteellisten happipaineiden 10 sekä kuparipitoisuuksien kohoaminen. Taulukon arvot perustuvat vain muutamiin yksittäistapahtumiin, mutta ne ovat varsin hyvin suuntaa antavat. Alauunialtaan oikeaan kohtaan eli konversiokerroksen alueelle ohjattu kerrossekoitus ja lämmönsiirto palauttavat hallittavat tuotearvot systeemiin suuria-15 kin rikastesyötön arvoja käytettäessä. Esimerkkiä IV vastaavan selektiivisen suspensiohapetustuotteen jatkohapetus esi-hapetetulla kuonataasilla antaa, rikasteen syöttökapasiteet-tia 60 t/h käytettäessä, lisäpolttoaineen määrät (konversio-ja sulahapetusvyöhykkeen lämpöhäviömäärällä 1800 Mcal/h) ja 20 sekä polttokaasuja että kuonafaasin esihapetuksen tuotekaasu-ja vastaavat konversiokerroksen sekoituskaasufaasien määrät: Hapetusilma:0, p-% 23,18 50,0 99,0

Lisäpolttoaine: kg/t 19,0 9,4 5,6

Sekoituskaasu: Nm3/m2h 947 246 54 25 Taulukon arvoista voidaan todeta, että suurinopeuksisen kaa-* susuihkun määrä on myös säädettävissä menetelmään kulloinkin sopivaksi hapetuskaasufaasien happirikastuksen säädöllä.

Kuvaan 1. on merkitty esimerkkien III, IV ja V konversiopro-30 sessien kivi-kuona-systeemien asemat stabiliteettikentässä lämpötilassa 1250°C.

47 104267

Menetelmäselityksessä on osoitettu uuden, vertikaalisen sus-pensiosulatuksen syöttökapasiteetin säätömenetelmän toteutumista vain oleellisilta osilta. On huomattava, että keksin-5 nön mukaista, erittäin komplikoitua ja monivaiheista säätömenetelmää voidaan varioida hyvin monella tavalla ja kuitenkin samalla pysytellä menetelmäselityksen, annettujen esimerkkien sekä patenttivaatimusten osoittamalla toiminta-alueella. On myös huomattava, että aivan tavanomaistakin tekniikka sovel-10 tavan vertikaalisen suspensiosulaton kapasiteettiarvoja voidaan tuntuvasti parantaa varsin pienillä mm. konversiokerrok-sen sekoitukseen liittyvillä toimilla. Säätömenetelmään liittyviä ilmiöitä on yritetty selityksen ja esimerkkien yhteydessä teoretisoida selvän luonnontieteellisen kuvan anta-15 miseksi uuden keksinnön mukaisesta menetelmästä. On kuitenkin itsestään selvää, että kaikkia menetelmään liittyviä ilmiöitä ei ole pyritty selittämään joko niiden tuntemattoman luonteen tai niitä koskevien riittävien teknillis-tieteellisten mittaustulosten puuttuessa, joten uuden menetelmän seli-20 tyksessä annettuihin perusteisiin ei yksinomaan voida tukeutua .

Keksintökuvauksen sekä annettujen esimerkkien perusteella esitetään seuraavat patenttivaatimukset: 48 1 0 4 2 6 7 tMCMLMnOtM^r^r^CNCN^ftMCMCN^itUJn^Ln rt Γ'ΐηωΦ^ΝποοΝ'ίιηωωσιΐηωοοιηΐίΐ^

|nownco(nmorooin(N^>iin(N^mi/iy)<f 3 u> n H Hvco^critNr^LncricNt^^vriHH

rt <M O O H σ σ LO O O n H on CO oi

rt rHCNCN H H H H CN H (N H HrH

-H_____________________ R* uiin^oococou^ocotNio^^Niiiiimmo 'Jjj οαοιοοηνοΗΐηοηιπ'χισλι-ιο'χίσιΟηίΝ·^ R„]jHnncNr'LncriocrioorH,^^'CNr-i'<i<cr\cn'^i> ti HVOtMnr^LMOHHinOCN^^r-

g M (N (N CN (N H H CN CN CN (N O] H

U ---------------------- O ^ροο^οοιιοΓ-^ισιιοοισιιιι^ι > cn o o σ t-~ o cn σ σ σ co U - - - - ......

rt 5 m en ro cm σ [— n γ~~ σι

Oh h a a H _____________________ J^4 nnincNncNCMoniMr^^cN^jtr^^jtiMiM-o Γ! ^(ΝΗ'ΜθΗη>Μ·^<['-σ^'Μοσ^'Η lm o •R 0·^<Γ'Γ'^Ηοσο·^<Μ'ΜΗ'^ηοΗο cn n β ^CNCNCNH CNnCNHCNCNHCNCNCN nn 0)

CD

•H --------------------- rt nmmcDuiocHnc\]ir--n'MC''jr-'ncMono G HncNinnnC'-cMH cochcnhcdcmhooh O ...................

,¾ Oo^ninoonno hocnhhohhcn-φ

O H H H Hr-1 HHHHHH HH

M

rt _____________________ _ΓΊ (NLDrOOHcOCOOJCN^^CNmO^CNLnOt^Lr) JJ r-e^r^CDCNVDC^^DC^O^^COO^^^C^OCN)

"Jl! ^^OJ^^^inOO^Oli)Cri^Olli)(?iCO(NHH

? CN CN CN (N CO (N CN

δ *

Ή I

<0 Q.--------------------- Ö ocMCHnLnr'r'n'M^cHocM'xicMocMooo

rt *, HHHHLMr*~HHHHHCNHHHCNCMCNHCN

G mOoooooooooooooooooooo •H fc”

*> H

R Λ--------------------- 5 Cj ootMinocMiicM^iitM^oonn g CM H n UI CO h O CO OCMO^CN^t o fm n n h oc^h o cm o cm cn h lm vd

β (N CN CN CN H CN H

o A! 0) --------------------- cd onnHOH<MσoncHσn¾^(Mσnonn rt ίηίΜηηΐΜ'ΜησίΜΗΟίηοοοίΜίΜίησίΜ U ...........-........

<l>^ίιcMcMσcNCNH(N^ί|HcMLnn'MCMLnσHOΓ'

G fennnn rjtrfnnnnNtnnncNHHH

CD

Η A! _____________________ 'R HOOOOHCNCMHHOCMritnOOOHOCMn jj σο^£>οοΜοηοσσ,ΜΝ<οΜ,Μ'νθΝ,Γ'θοσ

§ 0OOOHt^(^OOOt^OOOCMOOnHOO

., ” O H CN H CN CD

. M

nnooocNHon i co in* i co ilo icn i ΗΓ-^ΗΐηίΠΗσΗ cd r~ co h cd HLDLDLncMHnnoLn lti o ld o o Ϊ2 cd cd n

rH

o

Ui

Ui <<C<;i<<C<Cfii<C<il<C<Ci<! {3 (D <CcQ<Ccqm>h>h>h>h>h>

J 4-1 ti CQ rfl H I—Il—Il—IHI—IHI—il—Il—Il—Il—IMI—IHH

tD I—IHI—L I—I l 1 I )[ I I I I I I 1 I I I I

rij :rt 0 1 i i iHHcNtNCMcMnnoonniMLncMO

H Z GHCNnrfHHHHHHHHCNCNCNCNCNCNCNCN

..............49, 10 4 2 6 7 mcNUJ^^Hooot^inr^ooooo ioc^>ioincNtncorHioiommo cn ro ro H ro cn cn cn oo <}< co cn CO Cn ·ΨΗ CN CN Lfl Cn ΓΟ

CO CN H H H H

ujoiiOhciooooon^ohVD

^t^roiDCNO'incocoocNrocncn CDUl^l/lh^^OhrOCNffiCOOl O' cn ro o cn cn *}< cn h co co cn

ro CN ΓΟ H CN H rH

00 I I I I I I I I I I I I I

co oo <<cNir-i I o o cn cn i ι o o* cncN en o o o r~ o O' cncN cn o in cn n ro ro cn ro ro ro cn h cn ro ro loiooniDomaicniflininwn r'lHfNcNHHcnc^'^coi-i^Lnm ^coo^ooinocnHrHom^ H rl rH rH CN rH Η rl oororooro^rocot^t^cNinO' cccNncNiiiaj^inoo^ncnnin

OHcnHinoooHr'^oHo rH H CN CN

ci'finH'iniii^mocniiionn

rHCNOCNCnO^inCNHCNiHiHCN

oooooooooooooo

H

mot'tfi inocNcorH^rHcn com cncnmcNor-cocn ^ ' ' - ~ - ' - ' ~ - - υ οι n r^oocoocNOinco 5-

rl CN rH CN

m

______________ I

O'CDO^int^NiCOCNN'COOOVD H

orom^rooco^cNcor'cncno 7 cNcooo'Ooc^coco'^cNmcor^ h

Ν' ^^rrorncN

<

______________ II

corHOroO'cnroc^'^rooomm ocncocncNcncocooocnoooco ^ oocoocnr-o^ocnHCNHO • t" cn cn h m o- "

cC

ε co ______________ ^ 0 CO I I I rH I CO I I l I I i I 0) ^ oo O' co ro t: ή ra Ο Γ0 s}< Q.

-ΓΊ oo M

CO

_j JC

^ 4-1 1 < < < ω 5 mmmcQUUuuM m m to m>>>m>m>m<;m<;i-h<c rH I—II—II—It-HI—II—IMI—II—l>l—l>t—1> 2

Jzj I I I I I I I I I I I I I I O

5 (NCNCOt^CDCOOrOrOOrHrHCNCN D

rorororore^^'i'mmmmmm tC

^^_104267 ooco'xjr^ooot-'co cocNHcocoorooot^co 'j ΗΓ'ΗΓ'ΟΟΟιηΓ' r-'mror^roincriooLnr' ® Γ'-^σϊΗ ^cnioroinroinoo^^ ” m i—I ΙΟ m 1 C"- VO 40 in Hi i h U)

Γ; -11 flJ HH HHHH HH

> 7 u β a o Λ! m - -1-> coLDOLnLnHooc^'st1 ιο ο η ιο σ\ ro σι οοιη CD ................

•H Hr'OrocnvDH^fii/i o ro in co t-·- ^ m Γ'Γ'Γ-'σιοίίΝοο'Όοο c^ oo in ro h o id oo O ι-l .Jj tj> oo co ro ο -<φ ο σι cn^ o<^ •Η ® X HHH CO Η Η Η ΓΟΗ CD ft « U o s <|) Ή > ® d C - 0 0) ο οι o o i/ι in m σ ooo o χ ft <d in o in in n n m o o in m in

o CQH Γ0Γ0Γ0Γ0 ΓΟ IN OJ CN CO

4J d i—I (—1 i—I H H i—f I—I i—I i—I

S "|.u 4J "ft « 6 id :™

n H tJ

oo co σ o ooi^oo ooinrocTiot^Hoo[^i> t! 0 ° H^o o o in h ΗΗπιιησ^σοοιηΗ .H _i oo Γ'Η σιΓ' hm I ooiHroinromh ‘Π CD®n) 10 ιο h in id ιο in ι η ι i id id

I ^ ^ y Η i—^ HHH i—I HH

<u ® 1 a ” x _ C-1 _ CN CO O O' ΟΓΜΓΟΟ (O O ID SI in Ο ΓΟΗ fl) ™ .. . . .. . . . . ....... . .

ft 2 r~ Hot^ m h in oi h o m in ro ro r- in in

Jd m -m σι r~ > ιο cm co ro O' i^i^^ciorocrio o o h z •F1 h o r' roo^o trioon o^r

0 g4 EP Η Η Η ΓΟ Η Η Η HH

•H <0 :(0 λ; DJ X :(d a os

Q) -H

ft 10 n n 0 0) _ m 94 in oinm in m oooooo J td cm in cm cm cm cm inininooin 5 ,Λ Η ΓΟ ΓΟΓΟΓΜΓΟΓΟΓΟ

® 03 ·Η H HHHHHH

® -Hr, J-> '1 :0 ^ CQ < ft ° cd g m h .g t •H ^

rH

<D -H Hf^n^LillDhCO ^Ori^n^^lDh *i>4 4-) c-1 i—5 i—l t—1 T—1 c—1 e—1 i—1 M 4-> Η ΰ a <d a o 04 -K 1 + -k -k 1 -K -k -K 1 e

0 4J

X -Η -H =0

CD CD -H

• -H 0) (U -H 03 05 -U > cn in ω a) 4-) -h a; c cn <u m ·η ιϊ =o ^ ω Ο4-)Ο>ι10£ΗΠ3 4J >i MH CD 4H -H ,£ o (1) (1) O 3 I—icC-HirSrd m OH (li O m O > A 03

DJ --1333340=0 030304-1 E 33 =0 -H C U3 03 C/3 =05 ft E

W 0 C=0 4-i33ftH04Jd E -Uft>Od3M-id5X3E E

d) M =iiu3HO34Ji)ll)il!3'-30-H3ie3il!=0=Hrt3 ij ft =KiJH-HiJ[i)UHo3EraffiHiJ3i;xMffl!i:oiJEw

Jd id cn=OHOC03HO0SE O h G 05 E E

<c CQ -Η>,3^ί1)η30Λ^3ΐ 1—1 33 CU 03 = 03 33

En O cqcq^j^Qj cnD^iJ

5i 104267 CNOrJtO ID O OOt^Cnt^C'-OOCh O ...............

-H cn cn cn o -tfcg (Nnminnmo^m o ro ^(''trocNouoro·^

μ kh rH OO HO O eri I H CJN

φ rt H H H H H H

> 7 o

ö ' S

o

Af ra a Γί m (N o m h (N n o in vd ui oh 0 ® ..............

-H Ο,-ιβ cn in o h «iin in o cn o Γ- o h r·» n {e'iU r^cNt^o o m cn r-· m o cn o o cn h h .2 tn ho ro oo o m o in oo

0) q J4 H H H CN H H H CN H

ö 'H 'S

S ra 2 Ö Λ m Q) q. - 4J fr in o in in oooooo 0 Ϊ rt m in in in inininooin ä rn1-1 m ro ro CN ro ro ro

40 erf H i—li—I H H H i—I

rt " :0 U

.* « | °

ra h "'I

40__

00 O CO O OO OH^rOOOOI^OO

5 0 o<tfino o·^ ^ηΗΟΓΝΓ'Ηοοο O 'H_rH 00 H C" LD H HOlrOCNroOinin y ® K »« ld o ooo io^j*

m JlJ ^ rj rH rH H H rH rH H H

§ g ' s 0) ti ft o ra xj a - ω m cn o in r- t" r-omooo m h 2 ..............

R -u r'^oro o -3< ^o^roocMo h^j< ra Φ·π« cn co in r- in co co in in σι n co cn co

1,3 ft’Shn HO ro OO O H CO sf OO

rt.ijH1 HH H OI H H H CN H

(1) (H -(o «£ς t? o 2j m -h s rt (q * c φ u - r· ra LD O LD LO oooooo " art o) in (N cn in in m o o m ™ Ο H ro ro ro CN ro ro ro

ti* _r^ i—I '—I '—I i—I r—I r—I H

a .. 40 r, * «t ·

•ö H S

•o H :S

•H 1

H 00 O H CN

0) -H H H CN CN CN n rf UI O h C» O

Af -U (N CN CN CN CN CN (N

Ai 4J

H Ö

£ <D

14 0

' P4 -K * -K -K -tr -K

• 6

O

Af CU -H

j-) cn

• -HO CO H

ro ra CO a -H (D Cl) (0 -h =0 m o n >, m c o-> >1 h ra -h O ra 0) 3 H Ιΐ -H rt O 1—1 rt a rt > ro

t*5 m ·· tn -h =o rt rt E a =0 h a ra ro =rt E

Ui O a :0 -h Or h O E tl a > O rt >W Λ E

to R =rtjjaoa-urta ·· a o -h a rt a =0 rt a j ft ιΛυΧυκυειηοίΗυ^^ΐίιιιαΕω

to rt ra :0 C rt h E O h a (O E E

C ra -h >, cutooa nacu co =cc a H o tn cn D ^ ai x j cn 52 104267 or^t^cTiooo^ i/i'ihcocriaio^^ cni/icocnoo^ixi rorocom^cNoaico ί< π οι oo οο h HocnmvoLnmLnc^ w O H H t'' OI n IHHC0 I Η Γ0

J iö H rH (NON VO Γ0 H (N OI U) rO

[J <1 rt J I ° •H 5< CO S rt rt MH rt Ö -

O (NOJOl^kOrimO H ro U) h h H OI

P - - v - ~ ^ ^ ^ ....._ .. > ^4:(lj ιηοοΓΝοιησουοΗ οο ω h o ^ ‘c, cm ro co r- rHCTiLfi m co cm cm m m [5 :(j Ui o in m in in oi h n m ui co

P -fjJ rH rH i—I CM i—I H ("M

« a a n) a - o m h1 o in m oooooo ·· ™ m cm r·· in cm cm o in ui n ui ui (0 1-1 m in ro οι οι οι οι oi oi

rH rH i—I rHrH(—IrHrHrH

K S? « 1 <0 j

rH

rH --

H ffl I OJ ID O O ^ (O HOOO^rHHO^CO

m - - - - ~ - .........

(d ro CD O O CO rH rOC^t^^^mOCOrH

rt hni-H 1-1 C^CTi ω σι lOCMrHt^corooocri 4H ιί K Λ cd oo oi r- ^ ui ω rt H <J n rH oh ro n- m1 h cm ro S H 1 s O -rl 3 m X rt rt _ ^ ^ co ι o σ> o ^ h ίο h σι oi co , H ** v *· v s s s s ^ 3 £ ^ H m ex] m o oi tn h ro in ^ o 7j 00 n io oj cn] h id co m id co ^ r- ko fl) ° COH ro O (M oi h H ro o cm _J3 :rtji HHCN1 rnro h oi ui m d) ra :rt ft P g

rt -U

Λ O) •h ft ra rt _ ® ® o in m o m m oooooo

„ rt LO CM ^ UI OI OI UI UI UI UI UI UI

S m1-1 r05j<^fi CM CM CM CM ro ro

, . βρ^ 1—I Ή* 1—I 1—I 1—I rH I—I 1—I rH

4-1 i) ,, 0) H :q o 3 ft H ft ° ^ rt g Λ :rt

P

<1) -*-

•H

73 o h oi ro H· ui in o co σι o h cm rl -H ro ro ro ro O ro m ro ro oi rf H* H1 ΉΗ 4-> rH 4-1

P P

en ra | ************* o

X m (I) -rl Cö -H

rt p p ω rt P m h po -h m pomp xj* ra <υ o 3 rt rt o P -h ro =o

m -u 0 x o hh p^cnuH-H

O rt o ,Y ra hj 3 ro X m n 3 > rt

« m ·· 0 ω >, -u ω E ra>irtcn=rt E

(xi O pj-irtP-UrHrt E 3 -u hh rt -P E

|d M :iij 3 ϋ n h o m m 3 m j-> -h d rt =o rt 3 pj ft irtrH^rtEfti^Ecom-HpcuEcniPftEcn

£o rt co -h cd ft g g O > O ft E rt EE

»a! ra -h 0 -h rt =rt 0 i—i -h p ro =rt rt =rt 3 H o miPKXft ω d γ; γ sc pi γ p co _,_“_, 104267 o Oi-ivos^r

Hi-I O CTiHOHO

- - ~ - ro «

O OJ CO ^ CO

H <N CO h U) U) OI 00

W H CTlH

!Ρι rt i i o) m co i *S ' ? m s 3 4-> Q) ft - 5 tn ^ m h tn h h Λ - ..

•H ·*!< ΓΟ Γ0 m >«. contnc^ rH ro o ^ η .j) ui <a< σ>^< ^ h to K ΐ ιΐ in m co m in co

«g H H H rH

U

> -- H. omin ooo <0 in n oi ooo •“1 (N m ro co

rH rH i—I i—I

r j m m o ro h m vo s ro - «. .. . «· - - ^ «^moH m m o -h

w r-ι in Γ" CN ^ H OO CO OI

►5 «e hh m m h m

< o I I H CO

' a (0 3 _ 4_> Φ oi h oi h ^ Ο ΓJ? ro o ro t" m ro r" jH.rt m m ro o h ω oi -H MO) 00

> =rt M " ^ O) H

•H :f0 « a m 3

u U

ra _ S w-w omm ooo J3 rt mmm mmm m '“j m ^ ^ ^

S rH rH rH rH

.0 u Ö ft ° 2 w

rH :«J

1-1 J

(0 •U -- <u β ro m inmooco (0 -H ^

Λ -U

rt jj rt ö p$ ra a o : t o Λί

-H

• "H r—I 4-1 m ra rH -h =o ra ns en --h O O) jj ns >

Ui ra Hl li :|J

Ui O e rt E HJ JH

D M =rt Λ! -h ns ·· ie n) 3 =o (fl

J ft :rt-H^ftEto^CcflftE

D rt cn>(i)ftEOrtOrtEE

<! ra -h -h -h ns 3 h ns 3 ns :ns ^ eh o MttsaacaDns^^jtn » 104267

Referoidut julkaisut: /1/ Proceedings of the First International Flash

Smelting Congress: 23.-27.10.1972 (Ed. R. Seeste, T. Tuominen): Satakunnan Kirjateollisuus Oy, 228-234, 245-250, Fig. 3, 7, 12, 17 /6/: 6-11, /8/: 5-18, /15/: 7-10 /2/ F.R.A. Jorgensen, E.R. Segnit:

Proc. Australas. Inst. Min. Metall., no 261, 1977, 39-46, no 271, 1979, 21-25, no 288, 1983, 37-46 F.R.A. Jorgensen:

Trans. Inst. Min. Metall., 90, 1981, C 1-9, C 10-16 Z. Asaki, F. Ajersch, J.M. Toguri:

Met. Trans., 5, 1974, 1753-1759, 3, 1972, 2187-2193 Z. Asaki, S. Mori, M. Ikeda, Y. Kondo:

Met. Trans., 16 B, 1985, 627-638 /3/ /1/ Proceedings., 222-228 /7/ US 3.900.310, US 4.088.310 /4/ I. Barin, O. Knacke, O. Kubaschewski:

Thermochemical properties of inorganic substances, Springer, 1973, Supplem. 1977, 246-249, 292-294, 251, 256, 304, 584, 656

Bureau of Mines: Bull, no 584, 1960, 160, 182, 95 Janaf Thermochemical Tables, PB 168370-2, 1960 H.H. Kellogg:

Can. Met. Quart., 8, 1969, 3-23 /5/ US 3.790.366, 14.01.69, FI 45866: 2, 8-21 /6/ US 3.754.891, 29.03.71, FI 47380 /7/ US 3.900.310, 4.088.310, 19.09.71, FI 48202 /8/ US 4.169.725, 08.11.74, FI 54147 /9/ US 4.139.371, 4.236.700, 27.06.74, FI 52112 J.F. Elliott, M. Mounier:

Can. Met. Quart., 21, 1982, 415-428 A. I . Belyaev :

Surface Phenomena in Metallurgical Processes, Consultant Bureau, New York 1965: S.E. Vaisburd: 138-145 /30/, /16/ 104267 /10/ FI 56397, 05.07.74, US 4.113.470 /11/ FI 52358, 11.11.74 /12/ FI 22694, 03.04.47, US 2.506.557 SE 96977, 12.11.36, US 2.209.331 /13/ A. Yazawa, T. Azakami:

Can. Met. Quart., 8, 1969, 257-261 G. Fischer (A. Lange-J. Barthel:

Freiberger Foschungshefte, Akademie V. , Berlin 1958, B 29, 69-149 /29/ A. Lange et al.

I.A. Onajew:

Neue Hutte, 10, 1965, 210-216 /19/, /8/ FI 54148, 11.10.74, FI 55357, 12.08.75, (tekn. taso) /14/ FI-B 84363, 23.02.89 FI 32465, 01.10.59, US 3.306.708 FI 44797, 22.02.67, FI 45037, 23.01.67, FI 45948, 20.02.68 /15/ FI 54809, 06.04.77, US 4.168.157 /16/ FI 58946, 22.08.79, US 4.304.596 /17/ FI-B 84368, 27.01.89 US 1.758.084, 31.03.67 A. Yazawa:

Erzmetall, 30, 1977, 512

Extractive Metallurgy, Mining Ann. Rew., 1982, 291 /18/ FI-B 94538, 18.06.92 FI 35938, 21.07.58 /19/ FI 50638, 22.12.72 /20/ FI 56398, 31.10.75 /21/ FI-B 91238, 13.02.91 FI 91285, 31.03.88 FI 24574, 26.10.48 56 104267 /22/ FI 92151, 13.02.91

Victor Tafel:

Lehrbuch der Metallhuttenkunde, S. Hirzel, Leipzig: B 1, 1951, 258-264, 279; B 2, 1953, 41-43; B 3, 1954, 78-85 US 3.533.779, 28.05.68 FI 46263, 24.09.69, FI 49186, 07.01.72 (sulfaatti-stabiliteetit) T. Rosenqvist:

Met. Trans., 9 B, 1978, 346-350 /23/ G.R. St.Pierre:

Physical Chemistry of Process Metallurgy, P 1, Interscience 1961, 216-218, 227-232, 165-205 Sovellutukset suspensiosulatukseen: S. Mäkipirtti: Menetelmä atmosfääriherkkien rautapitoisten silikaattikuonasulien käyttäytymisen arvioimiseksi. Metalli-sulfidikivi-kuona-kaasufaasitasapainot liekkisulatusprosessissa: HTTK, Dosentuuriluento-moniste 1973, 1-73 M. Timucin, A.E. Morris:

Met. Trans., 1970, 3193-3201 Y. Takeda, S. Nakazawa, A. Yazawa:

Can. Met. Quart., 19, 1980, 297-305 A. Yazawa, Y. Takeda, Y. Waseda:

Can. Met. Quart., 20, 1981, 129-134 /16/: FI 58946, /15/: FI 54809 /24/ E.D. Dewig, F.D. Richardson: J. Iron Steel Inst., 1960, 446 S. Mäkipirtti:

Rikkirikasteen sulatus: osa B, 1961, 12-16, L12B: /1/, Proceedings, ref. 266 Z. Asaki, F. Ajersch, J.M. Toguri:

Met. Trans., 5, 1974, 1753-1759 /25/ US 2.668.107, 13.05.49 ·; /26/ US 3.460.817, 30.09.63 (AU), CA 751.854 /27/ US 3.674.463, 04.08.70 /28/ US 4.036.636, 22.12.75, US 3.857.700, 05.03.73 104267 /29/ I.M. Rafalovich, V.L. Russo:

Tsvetnye Metally, 9, 1964, 30-39 A. Lange:

Metallurgie u. Giessereitechnik, 4, 1954, 538-547 Advances in Extractive Metallurgy, Elsevier, 1968, 206-223 DE 1.052.692, 30.03.55 US 3.555.164, 17.02.67, FI 47112, US 3.687.561, 25.04.69, US 3.759.501, 31.12.71, US 4.247.087, 25.08.76, FI 91285, 25.05.88 /30/ US 4.308.058, 20.08.79, FI 64190 /31/ US 4.252.560, 21.11.78 /32/ FI 85506, 04.09.86 /33/ A. Yazawa: Can. Met. Quart., 13, 1974, 443-453 /34/ US 4.226.406, 08.12.78, FI 64651, 26.09.80 /35/ US 4.304.596, 04.08.80 /36/ H. Jalkanen: Skand. J. Metallurgy, 10, 1981, 177-184 /37/ G.A. Meyer, J.S. Warner, Y.K. Rao, H.H. Kellogg:

Met. Trans., &B, 1975, 229-235

Claims (10)

58 104267

1. Menetelmä hienojakoisten oksidi- ja/tai sulfidimalmien sekä -rikasteiden, erityisesti rautarikkaiden kupari- ja nik-5 kelirikasteiden vertikaalisen suspensiosulatuksen sulatuska-pasiteetin säätämiseksi, missä säätömenetelmässä, sinänsä tunnettuja osamenetelmiä yhdistäen ja hyödyntäen, esilämmitetyssä ja/tai happirikasteisessa ilmassa olevaa 10 syöttöseoksen suspensiovirtaa johdetaan reaktiolämpötilassa tai sen yläpuolella vertikaalisesti alaspäin suspensiohapetusvyöhykkeeseen suspensiotilaisen materiaalin hapettamiseksi ja osasulattamiseksi ja sen jälkeen hapetus-15 vyöhykkeen alapuolella olevaan suspensiopelkistysvyöhykkeeseen, tarvittaessa suspensiotilaisen hapetetun materiaalin osasulfidoimiseksi ja vyöhykkeen alaosassa suspensiovirran kulkusuunnan muuttamiseksi verti-20 kaalisesta horisontaaliseksi, jolloin pääosa suspensiovirran sisältämästä materiaalista purkautuu ja törmää virtaa vastassa olevan, suoraan pelkistysvyöhykkeen alapuolella sijaitsevan, horisontaalisen sulakerroksen ylä-25 pintaan, muodostaen siinä puolijähmeän, heterogeenisen kon-versioreaktiokerroksen ja jäännössuspensiovirta johdetaan nousuvirtausvyöhykkeeseen, jossa se mahdollisesti jälkisulfidoidaan, jäähdytetään ja 30 siitä erotetaan kiintoaineet mahdollisesti suspensiohapetusvyöhykkeeseen palautusta varten 104267 tunnettu siitä, että a. menetelmän avulla säädetään vertikaalisen suspensiosula-5 tuksen sulatuskapasiteettiä, käytettäessä suuria, rautasisäl-löltään 45-30 % olevia nikkelin ja/tai kuparin sulfidirikas-teiden syöttömääriä, valmistettaessa arvometallirikkaita, rautaköyhiä sulfidikiviä ja/tai raakametallia; 10 b. heterogeenisen suspensiosulatustuotteen kulloinkin haluttu kokoomus pidetään kokoomusvälillä, joka vastaa suspensio-tilassa suoritetun, rikasteen sisältämän rautamäärän hapetuksen astetta 70-90 % eli samalla hapetustuotteen konversiosta saatavan sulfidikiven kokoomusaluetta rautarikkaista rauta-15 köyhiin sulfidikiviin; c. heterogeenisen suspensiohapetustuotteen käsittävä, sulia ja kiinteitä faaseja sisältävä konversiokerros sekoitetaan, nopeudeltaan alueella 200-330 Nm/s olevilla kaasusuihkuilla, 20 jatkuvasti kerroksen alapuolella olevan, tarvittaessa esiha-petetun kuonakerroksen kanssa, hapetustuotteessa vielä olevan rautasulfidin selektiivistä hapetusta varten, seoksessa tapahtuvan ferri- ferro-rautakonversion avulla; 1 2 3 4 5 6 d. laminaarisen, sekoittamattoman konversioreaktiokerroksen, 2 : tavanomaisen sulatusprosessin syöttökapasiteetin maksimia 3 vastaava, konvertoituvan magnetiittimäärän suuruus, konver- 4 siokerroksen pinta-alaa kohden, on maksimaalisesta 120-140 5 g/m s, mikä määrä vastaa samalla säätömenetelmän sulatuspro- 6 sessin syöttökapasiteetin minimiarvoa; 60 104267 e. samanaikaisesti sekoituksen kanssa heterogeeniseen sus-pensiohapetustuote-kuonasula-seokseen siirretään heterogeenisten hapetus-pelkistysreaktioiden, liukenemisen ja sula-5 misen tarvitsemat lämpömäärät, kuonan esihapetuksen tuottaman lämpömäärän, sähkölämmön ja/tai samanaikaisesti sekoitukseen käytettävien, fossiilisen polttoaineen hapetuskaasujen avulla; 10 f. sulakerrosten korkeudet horisontaalisessa uunialtaassa pidetään vakioina ja siten, että kuonafaasin kokonaiskorkeus konversiokerrosalueella on 5-8 kertaa syöttökapasiteettiä vastaava kuonamäärä, sekä kivi (+ metalli-)faasin kokonaiskorkeus on 3-4 kertaa syöttökapasiteettia vastaava kivimäärä; 15 g. suspensiohapetustuote-kuonasula-seoksen tuottamiseen ja sekoittamiseen käytettävän kuonakerroksen yläosan korkeus konversiokerrosalueella on 0,75-1,25 kertaa syöttökapasiteettiä vastaava kuonamäärä; 20 h. suspensio- ja heterogeenisen magnetiitti- ja/tai sulakon-versiohapetuksen tuotteena saatava sulfidikivi ja/tai raaka-metalli sekä kuona lasketaan sulatussysteemistä jatkuvasti, sifoniseinillä toisistaan erotettujen uuniosien kautta. 25

2. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulatuskapasiteetin säätö suoritetaan syöttömäärän ollessa alueella 10-80 t/h. 1 • ·

3. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että konversiokerros-kuonasula-systeemiä sekoitetaan kaa- 61 104267 sulia, jonka määrä on sekoitettavaa kerrospinta-alaa kohden vähintään 200 Nm3/m2h.

4. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu sii-5 tä, että konversiokerros-kuonasula-systeemiä sekoitetaan kaasulla, jonka nopeus on alhaisempi kuin äänen nopeus ilmassa.

5. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetuksen jälkeistä suspensiota pelkistetään ja 10 sulfidoidaan suspensiohapetustuotteen rikkiin sidotun rauta-määrän alentuessa rikasteen arvometallin sisältävän komplek-simineraalin rautamäärän alapuolelle tai vastaavien metallien aktiviteettiolosuhteiden syntyessä sulfidisulaan.

6. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että konversiokerroksen suspensiohapetustuotetta hapetetaan esihapetetulla kuonalla, jonka hapetusasteen maksimimäärä vastaa kuonasulan kyllästystä magnetiitillä ja piihapolla eli likimäärin lämpötilan (T, K) funktiona yhtälön log P02 = 20 2,259*10'ZT - 41,176 osoittamia happipaineita (P02, atm) ja, jonka sulfidihapetuksen jälkeisen happipaineen minimiarvo on, P02 = 10'9 atm referenssilämpötilassa 1250°C.

7. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että konversiokerros-kuonasula-systeemiä sekoitetaan lämpötila-alueella 1500-1300°C, sekä kuona- ja kivituotteiden lasku- n lämpötila pidetään vastaavasti lämpötila-alueilla 1350-1200°C ja 1300-1150°C. 62 104267

8. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulfidikiveä hapetetaan raakametallifaasien alle 1,5 % oleviin happi- ja rikkipitoisuuksiin.

9. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että konversioreaktiokerrokseen siirretään lämpöä sinänsä tavanomaisten menetelmien avulla, joihin menetelmiin kuuluvat kuonasulan sähköistä vastusta ja/tai erilaisten fossiilisten ja synteettisten polttoaineiden hapetusta hyödyntävät mene-10 telmät sekä tyhjönoste- ja tyhjökiertomenetelmät näihin liittyvine sähkövastus- ja polttoaineensyöttölaitteineen.

10. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetussuspension purkautumis- eli konversioreaktio-15 alueella kiinto- ja sula-ainevirtaus on vertikaalinen, jolloin horisontaalinen ainevirtaus kuonanpelkistykseen tai ulos sulatuslaitteesta tapahtuu sifoniesteen kautta. 63 104267