FI104268B - Menetelmä kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalin puhdistamiseksi - Google Patents

Description

104268

Menetelmä kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalin puhdistamiseksi

Tekniikan alue * 5 Tämä keksintö koskee menetelmää jalostaa kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalia, joka sisältää ainakin yhden aineista Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As, mahdollisesti yhdessä ainakin yhden aineista Sn, Fe, ja Zn kanssa.

Taustataso 10 Hyvän lämmön- ja sähkönjohtavuuden vuoksi kuparia tai kuparilejeerinkiä käytetään suuria määriä korvaamattomana materiaalina sähköisissä ja elektronisissa osissa ja lämmönvaihtimissa ja monissa muissa tuotteissa. Sen rautaa korkeampi hinta ja sen rajoitetut malmivarastot tekevät 15 tehokkaan resurssien käytön kannalta välttämättömäksi sen käytöstä ja työstämisestä syntyvän jätteen talteenoton ja kierrätyksen. Jätekuparia ei kuitenkaan voida kierrättää sellaisenaan, koska se sisältää suuria määriä epäpuhtauksia kuten vieraita metalleja, juotetta, päällystettä ja 20 eristemateriaaleja. Tavallinen tapa epäpuhtauksien poistamiseksi jätekuparista on manuaalinen erotus ja sitä seu-raava magneettinen erotus ennen jätteen sulattamista. Manuaalinen erotus on kapasiteetin rajoittamaa ja magneettinen erotus ei toimi silloin kun epäpuhtaudet ovat juot-25 teen, päällysteen tai lejeerinkikomponenttien (kuten Pb, Ni, Sb, S, Bi, As, Fe, Sn ja Zn) muodossa. Tästä tilanteesta selviämiseksi ehdotettiin jätekuparin jalostamiseksi menetelmää, jossa jätekuparisulalle tehtiin hapetus tai pelkistys tai kuonanmuodostus juoksutteen avulla ja siten 30 poistettiin epäpuhtausalkuaineet. (JP-patenttijulkaisut : nrot 12 409/1979 ja 43 094/1981 ja kuulutetut JP-patentit nrot 133 125/1976, 27 939/1983, 211 541/1984, 226 131/1984 ja 217 538/1986.) Tämän menetelmän parantelu on jatkunut sen ilmestymisestä saakka. Edellä mainituista menetelmistä 35 kuulutetussa JP-patentissa nro 217 538/1986 esitetty vai- 2 104268 kuttaa tehokkaimmalta. Se koostuu siitä, että kuparijäte sulatetaan, pieni määrä fosforia lisätään sulaan, suoritetaan hapetus epäpuhtausalkuaineiden kelluttamiseksi yhdessä osan fosforioksidin kanssa, poistetaan jäännösfosfori 5 hapettamalla samalla kun pidetään sula hyvin hapettuneessa tilassa ja lopulta poistetaan happi pelkistämällä. Tällä menetelmällä on suhteellisen helppoa poistaa Fe, Sn ja Zn, mutta on vaikeaa poistaa Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As. Lisäksi se aiheuttaa ongelman, joka liittyy melko suureen fosfori-10 kontaminaatioon.

Tämä keksintö viimeisteltiin ajatellen edellä esitettyä. Tämän keksinnön tarkoituksena on tarjota menetelmä jätekuparin tai raakakuparin (kutsutaan nimellä blister copper) jalostamiseksi poistamalla tehokkaasti epäpuhtaus-15 alkuaineet, kuten Pb, Ni, Sb, S, Bi, As, Fe, Sn ja Zn sulatuksen aikana, ja tällä tavoin ottaa talteen korkealaatuinen kupari.

Keksinnön kuvaus Tämän keksinnön suoritusmuotona on jalostusmenetel-20 mä kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalille, joka sisältää ainakin yhtä aineista Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As, menetelmän käsittäessä seuraavat peräkkäiset vaiheet (1) kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalin sulattaminen, 25 (2) sulan happikonsentraation kasvattaminen ja ainakin yhden aineen, joka on valittu ryhmästä, joka koostuu aineista Fe, Fe-oksidi, Mn ja Μη-oksidi, lisääminen sulaan, jolloin aiheutetaan sulassa olevien aineiden Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As kuonanmuodostus Fe- ja/tai Mn-yhdisteoksidin 30 muodossa, : (3) siten muodostetun kuonan poisto sulasta, ja (4) sulan pelkistäminen.

Tämän keksinnön suoritusmuoto on myös jalostusmenetelmä kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalille, 35 joka sisältää ainakin yhtä aineista Pb, Ni, Sb, S, Bi ja 104268 3

As yhdessä ainakin yhden aineista, Sn, Fe ja Zn, kanssa, joka menetelmä käsittää seuraavat peräkkäiset vaiheet (1) kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalin sulattaminen, 5 (2a) sulan happikonsentraation kasvattaminen, niin että tina, rauta ja sinkki hapettuvat kuonaksi, (2b) ainakin yhden aineen, joka on valittu ryhmästä, joka koostuu aineista Fe, Fe-oksidi, Mn ja Μη-oksidi, lisääminen sulaan, jolloin aiheutetaan sulassa olevien aineiden 10 Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As kuonanmuodostus Fe- ja/tai Mn-yh-disteoksidin muodossa, (3) siten muodostuneen kuonan poistaminen sulasta, ja (4) sulan pelkistäminen.

Edellä mainittu vaihe (2a) toteutetaan niin, että 15 sulan happikonsentraatio nousee 500 ppm:ään tai yli. Tämä sallii tinan, raudan ja sinkin tehokkaan kuonanmuodostuk-sen niiden erottamiseksi. Edellä mainituissa vaiheissa (2) tai (2b) ainakin yksi aineista Fe, Fe-oksidi, Mn ja Mn-ok-sidi (edullisesti Fe ja/tai Fe-oksidi) lisätään määränä, 20 joka on 10 - 50 000 ppm sulan painosta. Ne levitetään sulan pinnalle ja sekoitetaan sulaan sekoittamalla (inertti-kaasukuplituksella). Saatava kuona yhdisteoksidimuodossa kelluu sulan pinnalla. Tällä tavoin on mahdollista poistaa tehokkaasti Pb, Ni, Sb, S ja As sulasta.

25 Edellä mainitussa vaiheessa (3) on toivottavaa, että yhdisteoksidin muodostumisen jälkeen sulan annetaan seisoa ennen kuonanmuodostusta. Tehokasta kuonanmuodostus-ta varten on suositeltavaa lisätä Si02-Al203 -juoksutetta (koostuu 70 - 90 paino-osasta Si02:ta ja 30 - 10 paino-30 osasta Al203:a) määränä, joka on 0,005 - 0,10 paino-% sulasta.

Edellä mainitussa vaiheessa (4) pelkistys pitäisi toteuttaa lisäämällä kiinteää tai kaasumaista pelkistintä 4 104268 (edellinen on edullinen) ja samalla puhaltamalla inertti-kaasua.

Lyhyt kuvaus piirroksista

Kuvio 1 on piirros, joka esittää sulassa olevien 5 epäpuhtausmetallien konsentraation suhdetta sulan happi-konsentraatioon vaiheen (2a) hapetuksen jälkeen.

Kuvio 2 on piirros, joka esittää vertailua sulan Sn-konsentraatiossa tapauksissa, joissa hapetus vaiheessa (2a) on tehty induktiosulatusuunissa tai lieskauunissa.

10 Kuvio 3 on piirros, joka esittää sulan happikon- sentraation suhdetta sulan Pb-konsentraatioon, joka muuttuu vaiheessa (2a).

Kuvio 4 on piirros, joka esittää Ni-konsentraatiovertailua sellaisessa sulassa, joka on käynyt 15 läpi vain vaiheen (2a) hapetuksen, ja sellaisessa sulassa, joka on käynyt läpi seuraavan vaiheen (2) tai (2b) yhdis-teoksidin muodostamiseksi.

Kuvio 5 on piirros, joka esittää vaiheissa (2) tai (2b) lisätyn Fe-määrän suhdetta sulan Ni-konsentraatioon. 20 Kuvio 6 on piirros, joka esittää sulan happikonsentraation suhdetta sulan Ni-konsentraatioon, joka muuttuu vaiheen (2) tai (2b) seurauksena.

Kuvio 7 on piirros, joka esittää kuinka vaiheessa (2) tai (2b) lisätyn Fe-oksidin lisäystapa vaikuttaa nik- 25 kelin poistumiseen sulasta.

Kuvio 8 on piirros, joka esittää kuinka vaiheessa (2) tai (2b) lisätyn Fe-oksidin lisäystapa vaikuttaa Fe-konsentraatioon sulassa.

Kuvio 9 on piirros, joka esittää kuinka Ar-puhallus 30 vaiheessa (2) tai (2b) vaikuttaa epäpuhtausmetallien pois- • tumiseen.

Kuvio 10 on piirros, joka esittää kuinka vaiheessa (2) tai (2b) levitetyn Fe-oksidin vaihteleva määrä vaikuttaa epäpuhtausmetallien poistumiseen.

5 1G4268

Kuvio 11 on piirros, joka esittää kuinka vaiheessa (2) tai (2b) lisätyn raudan lisäystapa vaikuttaa lyijyn ja nikkelin poistumiseen.

Kuvio 12 on piirros, joka esittää kuinka sulan epä-5 puhtausmetallien konsentraatio vaihtelee riippuen siitä, onko vai eikö ole sulan annettu seistä yhdisteoksidin muodostumisen jälkeen vaiheessa (2) tai (2b).

Kuvio 13 on piirros, joka esittää vaiheessa (2) tai (2b) tapahtuvan yhdisteoksidin muodostamisen toistokerto- 10 jen suhteen sulan epäpuhtausmetallien määrään.

Kuvio 14 on piirros, joka esittää vaiheen (3) kuonanmuodostuksen aikaisen sulan lämpötilan suhdetta epäpuhtausmetallien konsentraatioon.

Kuvio 15 on faasidiagrammi Cu20:lle ja Si02:lle.

15 Kuvio 16 on faasidiagrammi CuO:lle (ja Cu20:lle) ja A1203: lie.

Kuvio 17 on piirros, joka esittää vaiheen (4) pel-kistysajan pituuden suhdetta kaasukonsentraatioon sulan pinnan yläpuolella.

20 Kuvio 18 on piirros, joka esittää vaiheen (4) pel- kistysajan pituuden suhdetta kaasukonsentraatioon sulan pinnan yläpuolella.

Kuvio 19 on kaavamainen esitys sulan rajapinnan tilasta ennen vaiheen (4) pelkistystä.

.. 25 Kuvio 20 on kaavamainen esitys sulan rajapinnan tilasta vaiheen (4) pelkistyksen aikana.

Kuvio 21 on piirros, joka esittää kuinka Ar-puhal-lus tai Ar-puhalluksen kesto vaiheen (4) pelkistyksessä vaikuttaa sulan happikonsentraatioon.

30 Kuvio 22 on piirros, joka esittää kuinka Ar-puhal- lus tai Ar-puhalluksen kesto vaiheen (4) pelkistyksessä vaikuttaa sulan happikonsentraatioon.

Kuvio 23 on piirros, joka esittää vaiheen (4) pelkistyksen kestoajan suhdetta sulan happimäärään.

6 104268

Kuvio 24 on piirros, joka esittää vaiheen (4) pelkistyksen kestoajan suhdetta sulan happimäärään.

Paras tapa keksinnön toteuttamiseksi Jätekupari kuparin tai kuparilejeeringin raakamate-5 riaalina sisältää epäpuhtausalkuaineita kuten Pb, Ni, Sb, S, Bi, As, Sn, Fe ja Zn. Näistä alkuaineista viimeiset kolme ovat helppoja poistaa, koska kun raakamateriaalisu-laan syötetään kaasumaista happilähdettä (kuten happea tai ilmaa) tai kiinteää happilähdettä (kuten CuO), ne hapettu-10 vat ja muodostavat helposti poistettavia oksideja, jotka kelluvat sulan pinnalla.

Sitä vastoin jäljelle jääneet epäpuhtausalkuaineet ovat vaikeita poistaa pelkällä sulan hapettamisella. Niiden poisto vaatii enemmän muita keinoja kuin edellä mai-15 nittu. Tämän keksinnön mukaisesti tämä toteutetaan kahdessa vaiheessa. Ensimmäinen vaihe on poistaa Sn, Fe ja Zn hapettamalla ja toisessa vaiheessa poistetaan Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As kuonanmuodostuksella Fe- ja/tai Mn-yhdisteok-sideiksi käyttämällä apuna juoksutetta, joka on valittu 20 ryhmästä, joka koostuu aineista Fe, Fe-oksidi, Mn ja Mn-oksidi (tästä eteenpäin viittaukset Fe (Mn) juoksute). Loppuvaiheessa kuonan poiston jälkeen sula pelkistetään hapen poistamiseksi niin että saadaan kuparia, jossa ei ole epäpuhtausalkuaineita. Kun menetelmää sovelletaan raa-.. 25 kamateriaaliin, joka sisältää ainakin yhtä aineista Pb,

Ni, Sb, S, Bi ja As, mutta ei sisällä aineita Fe, Sn ja Zn, tämän keksinnön mukainen menetelmä koostuu neljästä peräkkäisestä vaiheesta (1), (2), (3) ja (4). Kun menetelmää sovelletaan raakamateriaaliin, joka sisältää ainakin 30 yhtä aineista Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As, ja sisältää myös aineita Fe, Sn ja Zn, tämän keksinnön mukainen menetelmä koostuu viidestä peräkkäisestä vaiheesta (1), (2a), (2b), (3) ja (4). yksityiskohtainen kuvaus kustakin vaiheesta annetaan seuraavassa.

104268 7

Vaihe (1) Tämän keksinnön mukainen menetelmä alkaa tällä ensimmäisellä vaiheella, jonka tarkoituksena on sulattaa kuparin raakamateriaali. Raakamateriaali sisältää jäteku-5 paria ja raakakuparia, joista edellinen on otettu talteen kuparisista sähköjohdoista (päällyste poltettu pois), Ni-päällysteisistä kuparijohdoista, lämmönvaihtimesta (rivat, levyt, putket jne.) ja leikkausjätteestä. Raakamateriaali voidaan yhdistää sulaan, joka on jäänyt jäljelle kuparin 10 jalostuksen tai valun jälkeen. Sulatus voidaan toteuttaa käyttäen induktiosulatusuunia tai lieskauunia.

Vaihe (2a) Tätä vaihetta käytetään siinä tapauksessa, että raakamateriaali sisältää ainakin yhtä aineista Fe, Sn ja 15 Zn. Siinä on tarkoituksena syöttää sulaan kiinteää ja/tai kaasumaista happilähdettä siten nostaen hapen konsentraa-tiota sulassa ja muuttaen Sn, Fe ja Zn oksidikuonaksi. Koska Sn, Fe ja Zn ovat helposti hapettuvia, ne muodostavat kelluvan oksidikuonan, joka voidaan helposti poistaa 20 sulasta. Kiinteä happilähde on CuO ja kaasumainen happi tai ilma (useimmissa tapauksissa), joista viimeksi mainittu on edullinen, koska se kykenee hapettamaan kaasumaisen sinkin, jota syntyy sulasta haihtumalla.

Kiinteä happilähde voidaan levittää sulan pinnalle .. 25 tai se voidaan puhaltaa sulaan kantajakaasun avulla, vii meksi mainitun menetelmän ollessa tehokkaampi. Kaasumainen happilähde voidaan puhaltaa kohti sulan pintaa tai edullisesti se voidaan puhaltaa sulaan. Niitä voidaan käyttää erikseen tai yhdessä toistensa kanssa. On esimerkiksi mah-30 dollista levittää kiinteää happilähdettä sulan pinnalle samalla kun puhalletaan kaasumaista happilähdettä sulaan. Vaihtoehtoisesti on myös mahdollista puhaltaa sulaan kaasumainen happilähde yhdessä kiinteän kanssa.

Jotta voitaisiin tehokkaasti poistaa Fe, Sn ja Zn 35 sulasta kuonanmuodostuksella hapettamalla, on tarpeellista „ 104268

O

kontrolloida kiinteän ja/tai kaasumaisen happilähteen määrää siten, että happikonsentraatio sulassa on korkeampi kuin 500 ppm. Tämän voi ymmärtää kuvion 1 perusteella, jossa on esitetty sulan happikonsentraation suhde sulan 5 epäpuhtausmetallikonsentraatioon siinä tilanteessa, että raakamateriaali (Cu, 1 paino-% Fe, 1 paino-% Sn, 1 paino-% Zn, 1 paino-% Pb) sulatettiin ilmakehässä 3 tonnin induk-tiosulatusuunissa ja vaihtelevia määriä ilmaa puhallettiin sulaan.

10 Kuviosta 1 on syytä huomata, että Sn-konsentraatio laskee noin 1 000 ppm:ään, kun happikonsentraatio nousee 600 ppm:ään, mutta edellinen säilyy muuttumattomana vaikka viimeksi mainittu kasvaisi yhä. Oletettavasti tämä johtuu siitä, että hapetuksessa muodostuu Sn-oksideja (SnO ja 15 Sn02) erittäin hienojen partikkelien muodossa (halkaisijaltaan useiden pm:ien luokkaa), jotka jäävät suspendoitunei-na sulaan, mutta eivät kellu, kun sulaan kohdistuu voimakas sekoitus kuten induktiosulatusuunissa tapahtuu. Jotta tällaiset hienot Sn-oksidipartikkelit saadaan kellumaan, 20 on tarpeen antaa sulan seistä jonkin aikaa hapetuksen jälkeen. Tulokset on esitetty kuviossa 2. On huomattava, että tapauksessa, jossa sulan annetaan seistä n. 1 tunti hapetuksen jälkeen (ilman puhallus), Sn-konsentraatio sulassa laski 10 ppm:ään tai pienemmäksi, joka melkein vastaa Fe-.. 25 ja Zn-konsentraatioita.

Edellä mainitun kanssa samankaltainen koe tehtiin, jotta nähtäisiin sulan happikonsentraation (joka vaihtelee hapetuksen mukaan) suhde sulan Pb-konsentraatioon. Tulokset on esitetty kuviossa 3. Huomataan, että on vaikeaa 30 poistaa Pb sulasta pelkästään hapettamalla, mutta on tar-. peellista syöttää sulaan suuri määrä happilähdettä. Tämä on totta myös nikkelin osalta. (Havaittiin, että Ni on vaikeammin poistettavissa kuin Pb.) 104268 9

Koska hapetusvaiheen tarkoituksena on poistaa Fe,

Sn ja Zn sulasta, se voidaan jättää pois, jos raakamate-riaali ei sisällä tällaisia epäpuhtausmetalleja.

Tässä vaiheessa muodostunut kuona voidaan poistaa 5 ennen seuraavaa vaihetta tai se voidaan jättää poistamatta kunnes seuraava vaihe on suoritettu loppuun ja poistaa se vaiheessa (3).

Vaihe (2) tai (2b) Tässä vaiheessa on tarkoituksena poistaa Pb, Ni, 10 Sb, S, Bi ja As sulasta lisäämällä sulaan ainakin yhtä ainetta, joka on valittu ryhmästä, joka koostuu aineista Fe, Fe-oksidi, Mn ja Μη-oksidi. Tämän keksinnön tekijöiden tutkimustulokset viittaavat siihen, että näitä epäpuhtaus-alkuaineita ei voida poistaa pelkällä sulan hapetuksella, 15 koska niillä on heikompi taipumus hapettumiseen kuin raudalla, tinalla ja sinkillä. Ilmeni kuitenkin, että kun sulaan syötetään ainakin yhtä aineista Fe, Fe-oksidi, Mn ja Μη-oksidi, ne muodostavat Fe- ja/tai Mn-yhdisteokside-ja, jotka kelluvat sulan pinnalla ja jotka voidaan helpos-20 ti poistaa. Kuten kuvio 4 esittää, tämä on selvää niiden kokeiden perusteella, joita on tehty nikkelin poistamiseksi lisäämällä tai lisäämättä rautaa jätekuparisulaan, joka sisältää 1 000 ppm Ni ilmapuhalluksen jälkeen, jolla on nostettu sulan happikonsentraatio 10 000 ppm:ään. On huo-.. 25 mättävä, että nikkelin poistaminen on lähes mahdotonta pelkällä ilmapuhalluksella sulaan, mutta nikkelin poisto on tehokasta, jos ilmapuhallus edeltää raudan lisäämistä sulaan.

Sulan Ni-konsentraatio riippuu sulaan lisätyn rau-30 dan määrästä kuten on esitetty kuviossa 5 (kun sulan lämpötila on pidetty 1 200 °C:ssa ja happikonsentraatio kiinnitetty 10 000 ppm:ään). On huomattava, että nikkelin tehokas poistaminen edellyttää sitä, että sulaan lisätään kaksi kertaa suurempi määrä rautaa kuin mitä nikkeliä on 35 sulassa.

104268 10

Sulan Ni-konsentraatio riippuu myös sulan happikon-sentraatiosta kuten on esitetty kuviossa 6 (sulan lämpötila pidetty 1 200 °C:ssa, Fe-määräksi asetettu neljä kertaa sulan Ni-konsentraatio, ja happikonsentraatiota säädetty 5 puhalletun ilman määrällä). On huomattava, että tehokas nikkelin poisto sulasta edellyttää, että happikonsentraa-tio sulassa on kaksi kertaa korkeampi kuin Ni-konsentraatio.

Melkein samat tulokset kuin on esitetty kuvioissa 10 4-6 saatiin jopa silloin kun Fe korvattiin Mn:llä ja menetelmää sovellettiin lyijyn poistamiseen sulasta. Kuona-analyysit viittaavat siihen, että Ni (tai Pb) erottuu ja kelluu sulan päällä yhdisteoksidin muodossa, joka koostuu Fe-oksidista (tai Mn-oksidista) ja nikkelistä (tai 15 lyijystä), joka on liittynyt tai liuennut siihen.

Edellä esitetty koskee nikkelin (tai lyijyn) poistoa Fe(tai Mn)yhdisteoksidin muodossa lisäämällä rautaa (tai mangaania), mitä on edeltänyt ilmapuhallus. Yllä esitettyjen kanssa samat tulokset saatiin jopa kun Fe (tai 20 Mn) korvattiin oksideillaan. Lisäksi yllä esitetyn kanssa samaa menetelmää voidaan käyttää, kun poistetaan Sb, S, Bi ja As.

On olemassa seuraavat neljä tapaa käyttää Fe-oksi-dia (tai Mn-oksidia).

.. 25 (1) Fe-oksidin (tai Mn-oksidin) levittäminen sulan pinnal le, (2) Fe-oksidin (tai Mn-oksidin) levittäminen sulan pinnalle ja sulan sekoittaminen induktiokuumennuksella tai inerttiä kaasua kuplittamalla (kuten argonia), 30 (3) osan Fe-oksidin (tai Mn-oksidin) levittäminen sulan pinnalle ja lopun puhaltaminen sulaan yhdessä inerttikaa-sun kanssa, (4) kaiken Fe-oksidin (tai Mn-oksidin) puhaltaminen sulaan yhdessä inerttikaasun kanssa.

104268 11

Kolmas menetelmä on toivottavin ja toinen menetelmä seuraavaksi toivottavin nikkelin (tai lyijyn, antimonin, rikin, vismutin ja arseenin) tehokkaaksi poistamiseksi. Neljäs menetelmä ei ole tehokas nikkelin (tai lyijyn, an-5 timonin, rikin, vismutin ja arseenin) poistamiseksi. Ensimmäinen menetelmä on kohtuullisen tehokas nikkelin (tai lyijyn, antimonin, rikin, vismutin ja arseenin) poistamiseksi. Toisessa ja kolmannessa menetelmässä on kuitenkin se haitta, että osa Fe-oksidista (tai Mn-oksidista) liuke-10 nee sulaan ja haittaa jalostusta. Siksi ensimmäinen menetelmä on toivottavin. Kokeet vahvistivat näitä tuloksia kuten jäljempänä on esitetty.

Sulaan lisättävän Fe203:n lisäystavan vaikutusta nikkelin poistumiseen tutkittiin käyttäen kuparin raaka-15 materiaalisulaa (1 200 °C:ssa), joka sisälsi 100 ppm Ni. Tulokset on esitetty kuviossa 7. Neljä käytettyä tapaa on pantu paremmuusjärjestykseem nikkelin poistotehokkuuden mukaan.

(1) Suoritetaan yhtäaikaisesti osan Fe203:n levittäminen ja 20 lopun puhaltaminen argonin kanssa yhdessä, (2) Suoritetaan yhtäaikaisesti Fe203:n levittäminen ja argonin puhaltaminen, (3) Fe203:n levittäminen yhdistettynä sulan sekoittamiseen induktiokuumennuksella tai Ar-kuplituksella, .. 25 (3) Argonin puhaltaminen yhdessä Fe203:n kanssa.

Tutkittiin, kuinka sulaan lisätty Fe203-määrä vaikuttaa sulan Fe-konsentraatioon riippuen Fe203:n lisäystavasta sulaan. Tulokset on esitetty kuviossa 8. Huomataan, että Fe203:n puhaltaminen sulaan kasvatti merkittävästi Fe-30 konsentraatiota sulassa aiheuttaen haitallisen vaikutuksen jalostukseen. Sitä vastoin Fe203:n levittäminen sulan pinnalle lisäsi tuskin lainkaan Fe-konsentraatiota sulassa riippumatta lisätystä määrästä.

Käsittelyn kestoajan vaikutusta Ni- ja Pb-konsent-35 raatioihin tutkittiin käyttäen kuparilejeerinkisulaa, joka 104268 12 sisälsi 100 ppm sekä lyijyä että nikkeliä, ja Fe203 vain levitettiin tai levitettiin yhdessä Ar-puhalluksen kanssa (1 200 °C). Tulokset on esitetty kuviossa 9. Huomataan, että Ar-puhallus tuskin tuottaa sulan sekoitusvaikutusta 5 ja pelkkä Fe203:n levittäminen on riittävä poistamaan tarpeeksi nikkeliä ja lyijyä sulasta.

Levitetyn Fe203-määrän vaikutusta Ni-, Pb-, Fe- ja happikonsentraatioihin sulassa (3 minuuttia käsittelyn jälkeen 1 200 °C:ssa ilmakehässä) tutkittiin käyttämällä 10 kuparin raakamateriaalisulaa, joka sisälsi 1O0 ppm sekä nikkeliä että lyijyä. Tulokset on esitetty kuviossa 10. Huomataan, että Fe203:n levittäminen vähentää suuresti Ni-ja Pb-konsentraatioita lisäämättä Fe-konsentraatiota sulassa.

15 Sulan päälle levitetyn Fe:n (2 000 ppm), Fe203:n (2 paino-%) tai Fe304:n (2 paino-%) vaikutus nikkelin ja lyijyn poistumiseen sulasta (3 minuuttia käsittelyn jälkeen ilmakehässä) tutkittiin käyttäen kuparin raakamateriaalisulaa, joka sisälsi 100 ppm sekä nikkeliä että lyi-20 jyä. Tulokset on esitetty kuviossa 11. Huomataan, että Fe203 on tehokkain, mutta Fe304 ja Fe ovat myös huomattavan tehokkaita nikkelin (tai lyijyn) poistamisessa.

Melkein sama vaikutus nikkelin (tai lyijyn) poistamisessa kuin on esitetty Fe-oksidien osalta kuvioissa 4 -*: 25 11 saadaan aikaan jopa kun Fe-oksidit korvataan Mn-oksi- deilla. Näin tapahtuu poistettaessa Sb, S, Bi tai As kuparin raakamateriaalin sulasta.

Sillä välin epäpuhtausmetallien poistaminen sulasta hienojakoisten partikkelimaisten oksidien tai yhdisteoksi-30 dien muodossa saadaan tehokkaasti aikaan, jos käsitellyn sulan annetaan seistä, kunnes ne kelluvat sulan päällä kuten on selitetty viitaten kuvioon 2. Tämä vahvistettiin kokein, joissa käytettiin kuparin raakamateriaalin sulaa, joka sisälsi 100 ppm sekä rautaa, tinaa, sinkkiä, nikke-35 liä että lyijyä. Tämä sula kävi läpi vaiheen (2a), jossa 104268 13 ilmaa kuplittamalla nostettiin happikonsentraatio 10 000 ppm:ään. Saatu oksidi jätettiin poistamatta ja sula kävi läpi vaiheen (2b), jossa levitettiin Fe203 (määränä, joka oli 2 paino-% sulasta). Epäpuhtausmetallien konsentraatiot 5 määritettiin heti 15 minuutin induktiokuumennussekoituksen jälkeen, joka seurasi vaihetta (2b). Vaihtoehtoisesti, epäpuhtausmetallien konsentraatiot määritettiin vaihetta (2b) seuranneen 15 minuutin induktiokuumennussekoituksen ja sitä seuranneen 1 tunnin seisomisen jälkeen. Tulokset 10 on esitetty kuviossa 12. Huomataan, että se, että annetaan sulan seistä jonkin aikaa peräkkäisten vaiheiden (2a) ja (2b) jälkeen, on tehokasta ja vähentää suuresti sulan Fe-,

Sn- ja Zn-pitoisuuksia, koska hienojakoiset partikkelimai-set Fe-, Sn ja Zn-oksidit, jotka ovat muodostuneet vaiheen 15 (2a) hapetuksessa nousevat kellumaan sulan pinnalle vaik kakin osa niistä kulkeutuu sulaan dispergoituneena vaiheeseen (3). Se ei kuitenkaan juuri lainkaan vaikuta Pb- ja Ni-konsentraatioihin. Oletettavasti tämä johtuu siitä, että Pb- ja Ni-kaksoisoksidit nousevat nopeasti sulan pin-20 nalle kellumaan.

Raudan ja mangaanin ja niiden oksidien määrä, joka lisätään vaiheessa (2b) pitäisi edullisesti olla 10 -50 000 ppm sulasta. Vaihe (2b) voidaan toteuttaa kerran, jos poistettavien epäpuhtausmetallien määrä on pieni; muu-25 toin se pitäisi toistaa useita kertoja. Jälkimmäisessä tapauksessa edellä mainittu määrä pitäisi lisätä kullakin toistokerralla.

Vaiheen (2b) toiston vaikutusta Ni- ja Pb-konsent-raatioiden laskuun tutkittiin käyttäen kuparisulaa, joka 30 sisälsi 1 000 ppm sekä nikkeliä että lyijyä. Tulokset on esitetty kuviossa 13. Huomataan, että epäpuhtausalkuainei-den määrä laskee toistokertojen lisääntyessä.

Vaihe (a) tai (2b) pitäisi muuten suorittaa pitäen sula 1 200 - 1 230 °C:ssa, edullisesti 1 100 35 1 200 °C:ssa, niin että saadaan aikaan kuona, joka on tah- 104268 14 maisen kiintoaineen tai puolikiinteän aineen muodossa. Tällainen kuona tarttuu hyvin kiinni oksideihin ja yhdisteoksideihin, jotka kelluvat sulan pinnalla.

Vaihe (3) 5 Tämä vaihe on suunniteltu poistamaan kuona, joka kelluu sulan pinnalla vaiheen (2) tai (2b) tuloksena. Kuonan poisto voidaan suorittaa tavallisella tavalla. Seuraa-vaa menetelmää suositellaan tehokkaan kuonan poiston ja korkeiden kuparisaantojen kannalta.

10 Kun vaiheet (2) ja (2b) on saatu suoritettua lop puun, kuona kelluu sulan pinnalla. Se sisältää epäpuhtaus-alkuaineiden oksideja ja raudan ja mangaanin kaksoisoksi-deja (kuten edellä on mainittu) samoin kuin suuren määrän kuparioksideja (erityisesti Cu20), jotka on muodostuneet 15 hapetusvaiheessa, edellisten ollessa dispergoituneena jälkimmäiseen. Siksi pelkkä kuonan poisto johtaa merkittävään kuparihäviöön. Tämä voidaan välttää kuumentamalla sula lämpötilaan 1 225 - 1 400 °C ennen kuonan poistoa, niin että osa kuparioksideista palaa sulaan. Kuumennuksen vai-20 kutus todistettiin kokeellisesti sulattamalla kuparilejee-rinki, joka sisälsi 100 ppm sekä rautaa, tinaa, nikkeliä että lyijyä ilmakehässä, puhaltamalla ilmaa sulaan happipitoisuuden nostamiseksi 10 000 ppm:ään vaiheessa (2a), levittämällä Fe203 (määränä 2 paino-% sulasta) sulan ·; 25 pinnalle ja sekoittamalla sulaa induktiokuumennuksella vaiheessa (2b) ja nostamalla sulan lämpötila 1 200 -1 400 °C:seen ennen kuonan poistoa. Sulan lämpötila on verrannollinen poistetun kuonan määrään (ajatellen suhteena poistetun kuonan määrään, kun sulan lämpötila on 30 1 200 °C) ja sulan epäpuhtausmetallien konsentraatioihin • kuten on esitetty kuviossa 14. Huomataan, että poistetun kuonan määrä pienenee noin yhteen kymmenenteen osaan, jos sulalämpötila on korkeampi kuin 1 225 °C, kun kuona poistetaan. Mitä pienempi on poistetun kuonan määrä, sitä pie-35 nempi on epäpuhtausmetallioksidien mukana poistetun kupa- 104268 15 rin määrä. Jos sulalämpötila on matalampi kuin 1 400 °C, erityisesti, jos se on alhaisempi kuin 1 370 °C, ei epä-puhtausmetalleilla ole mahdollisuutta palata sulaan. Sulalämpötilan tulisi edullisesti olla välillä 1 275 -5 1 370 °C; 1 400 °C:ssa tai sen yli Ni ja Fe ovat taipuvai sia palaamaan sulaan.

Tehokkaan kuonan poiston vuoksi, on toivottavaa levittää Si02-Al203 -juoksutetta sulan pinnalle, niin että se yhdistyy kuonaan, joka kelluu sulan pinnalla. Tämä 10 juoksute ei kostuta kuparisulaa, mutta se kostuttaa hyvin kuonan, joka kelluu sulan pinnalla. Juoksutteen osa-aineet (Si02 ja A1203 ) toimivat seuraavasti. Si02 ei kostuta kuparisulaa, mutta kostuttaa hyvin kuonan ja yhdistyy kuonan kanssa, joka kelluu sulan pinnalla. Se reagoi Cu20:n kanssa 15 (kuonan pääasiallisena komponenttina) kuten on esitetty kuviossa 15 (faasidiagrammi). Huomataan, että koska Cu20:n sulamispiste on 1 230 °C, se jää puolisulaan tilaan lämpö-tilavälillä 1 100 - 1 200 °C, jossa kuparin raakamateriaa-li sulaa. Toisaalta, kun Si02:lla on sulamispiste 1 700 °C, 20 se jää kiinteään olomuotoon lämpötiloissa, joissa kupari sulaa. Cu20-Si02-systeemillä on eutektinen piste, kun Si02-pitoisuus on 8 %. Kun Si02-pitoisuus ylittää 8 %, tapahtuu seuraava reaktio, jolloin kiinteä Si02 ja nestemäinen Cu20 ovat olemassa yhtäaikaa.

25

Cu20 + Si02 -* Si02 (kiinteä) + Cu20 (neste) Käytännön toiminnassa kelluvan kuonan lämpötila on kuitenkin jonkin verran matalampi kuin sulan lämpötila, 30 koska sulan pinta on altistunut ilmakehälle. Tämä tilanne suosii reaktiota puolisulan Cu20:n ja kiinteän Si02:n välillä ja kuonan poistoa sulan pinnalta, koska Si02 kostuttaa hyvin Cu20:n, mutta ei kostuta kuparisulaa.

Valitettavasti Si02:n levittäminen kuparisulan pin-35 nalle nostaa merkittävästi sulamispistettä systeemissä 104268 16 [Si02 + Cu20 (neste)] ja johtaa levymäisen, kovan kuonan muodostumiseen sulan pinnalle. Tällaista kuonaa on vaikeaa poistaa, kun se on päässyt tarttumaan uunin seinämään. Tämän tilanteen välttämiseksi, on toivottavaa käyttää li-5 säkomponenttia. Ilmeni, että A1203 saa aikaan vaikutuksen, kun sitä levitetään sulan pinnalle. Kuten kuvio 16 (faasi-diagrammi) esittää, Cu20 ja A1203 reagoivat toistensa kanssa n. 1 200 °C:ssa muodostaakseen stabiilimman yhdisteen Cu20 A1203, joka helposti hajoaa. Lisäksi A1203, joka jää 10 kiinteäksi, adsorboi kuonaa, mutta erottuu helposti kupa-risulasta. Tämä edesauttaa suuresti kuonan helppoa ja tehokasta poistamista. Siten Si02-Al203-juoksute sallii kuonan poistamisen hyvin helposti sulan pinnalta, koska sillä on kyky adsorboida kuonaa ja muodostaa yhdisteoksideja, 15 jotka hajoavat helposti, mutta eivät kostuta kuparisulaa.

Si02-Al203-juoksutteen edullinen koostumus on 70 -90 % SiOj ja 10 - 30 % Al203 perustuen kokeellisiin tuloksiin, jotka on esitetty seuraavassa taulukossa 1.

Taulukko 1 20

SiOj (%) AIjO, (%) Kuonanmuodostus Arvio

Vertailu 10 90 Vaikea poistaa kor- Huono -----kean viskositeetin 20 BO_ ja suuren hajoamis- „ vastuksen takia 2 5 30 70 ____ < · * * 40 60 Vaikea poistaa kor- Huono -- kean viskositeetin 50 50 takia 60 40____

Normaali 70 30 Helppo poistaa riit- Hyvä

30 - -1 I tävän viskositeetin I I

80 20 ja hajoamisvastuksen ‘ takia 90 10___

Vertailu 100 o I Vaikea poistaa korkean Huono viskositeetin takia

Sulaan lisätyn juoksutteen määrä: 0,2 paino-% sulasta.

17 104268

Juoksutteen määrän pitäisi olla alueella 0,005 -0,10 paino-% sulasta seuraavassa taulukossa 2 esitettyjen kokeellisten tulosten mukaisesti.

Taulukko 2 5 _ ,____,_ gaygS7stf Kuonanmuodostus Arvio

Vertailu 0 Vertailuolosuhde Huono

Normaali 0,005 Helppo poistaa Hyvä (poistetun kuo- _-nan määrä on 0,020 50 paino-% pie- 10 Q03Q nempi kuin ilmarj -'-juoksutetta) 0,050 __tylO_

Vertailu 0,20 Vaikea poistaa Huono ~ kuonan liialli- 0,40 --- sen juoksuteti- 15 _ V°° | lavuuden vuoksi|_

Juoksute: SiO^-Al^O^SO/^O %

Juoksutteen määrä: paino-%:a sulasta (1210°C:ssa)

Juoksutetta ei muuten ole pakko valmistaa puhtaista 20 aineista Si02 ja A1203 esitetyssä suhteessa, vaan se voidaan valmistaa myös luonnon mineraaleista, jotka sisältävät näitä aineita kuten CaAl2Si02 (anortiitti), NaAlSi308 (albiitti) ja KA12( Si3Al )O10( OH F)2 (muskoriitti ).

Si02-Al203-juoksutteen lisäyksen vaikutus vahvistet-25 tiin jäljempänä esitetyillä kokeilla. Ymmärretään, että parannettu kuonanmuodostus on mahdollista minimaalisella kuparihäviöllä, jos Si02-Al203-juoksutetta, jolla on riittävä koostumus lisätään sopivassa määrässä.

Koe-esimerkki 1 30 Raakamateriaali: elektrolyyttinen kupari (80 %) ja kaupal linen jätekupari (20 %)

Sulatusolosuhteet:

Sulatusuuni: 5 tonnin öljyllä lämmitetty lieskauuni Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C 35 Sulatusilmakehä: ilma ie 104268

Sulan happikonsentraatio: 50 000 ppm Kuonanmuodostusolosuhteet:

Juoksute: Si02 70 %, Al203 30 %

Si02 90 %, A1203 10 % 5 Lisätyn juoksutteen määrä: 0,1 paino-% sulasta (juoksutteen lisäyksen jälkeen sekoitus)

Seuraavassa taulukossa 3 on esitetty kuonanmuodostuksesta johtuva kuparihäviö ja kuonanmuodostusominaisuudet.

Taulukko 3 10 Juoksute Kuparihäviö Kuonanmuodostus— Arvio (paino-%) (paino-%) kuo- ominaisuus nanmuodostuksen takia __ A120j (30) 4 hyvä hyvä

SiQ? (70)____ 1K A1203 (10) 4 hyvä hyvä 15 SiO, (90)____ ilman juoksutetta 10 huono huono

Koe-esimerkki 2 20 Raakamateriaali: kaupallinen jätekupari (100 %) Sulatusolosuhteet:

Sulatusuuni: 3 tonnin kanavatyyppinen induktiouuni Sulatuslämpötila: 1 200 ± 15 °C Sulatusilmakehä: ilma 25 Sulan happikonsentraatio: 10 000 ppm

Kuonanmuodostusolosuhteet:

Juoksute: Si02 70 %, A1203 30 %

Si02 90 %, A1203 10 %

Lisätyn juoksutteen määrä: 0,005 paino-% sulasta (juoksut-30 teen lisäyksen jälkeen sekoitus) .· Seuraavassa taulukossa 4 on esitetty kokeen tulokset.

104268 19

Taulukko 4

Juoksute Kuparihäviö Kuonanmuodostus- Arvio (paino-%) (paino-.%) kuo- ominaisuus nanmuodostuksen _ takia __ 5 A1203 (30) 3 hyvä hyvä 5102 (70)____

AljOj (10) 3 hyvä hyvä 5103 (90)____ ilman juoksutetta 8 huono huono 10

Taulukoista 3 ja 4 huomataan, että Si02-Al203-juoksutteen lisäys sopivassa koostumuksessa sopivassa määrässä parantaa kuonanmuodostusominaisuuksia ja vähentää suuresti kuparihäviötä kuonanmuodostuksen aikana.

15 Vaihe (4), pelkistys

Kuparisula, joka on läpikäynyt vaiheen (3) kuonanmuodostuksen, sisältää suuren määrän happea (yleensä yli 1 000 ppm), joka johtuu hapen (tai ilman) puhaltamisesta tai oksidin lisäämisestä epäpuhtausalkuaineiden poista-20 miseksi hapetuksella vaiheessa (2) tai vaiheissa (2a) ja (2b). Siten on tarpeellista poistaa happi sulasta tällä vaiheella (4).

Hapen konsentraation kuparilejeeringissä pitäisi olla alle 200 ppm. Tämä tavoite saavutetaan pelkistämällä 25 tavallisella tavalla tai erityismenetelmällä, joka on pel-kistimen lisäys sulan pinnalle ja inerttikaasun puhaltaminen sulaan tai kohti sulan pintaa.

Pelkistimen lisäys sulan pinnalle tuo mukaan pelkistysreaktion, jossa syntyy C02:ta ja C0:ta. Nämä kaasut 30 osittain haihtuvat ja osittain liukenevat sulaan. Liuennut . osa kaasuista diffundoituu osapaine-erosta johtuen sulassa läsnä olevan hapen kanssa inerttikaasukupliin, joita puhalletaan sulaan. Lopulta ne karkaavat sulasta. Näin vapautunut happi ei liukene uudelleen sulaan, jos inertti-35 kaasua puhalletaan kohti sulan pintaa. Tämä mahdollistaa 104268 20 sulan happimäärän tehokkaan vähentämisen tai poiston. Pelkistin voi olla pulverimaisen kiinteän aineen (esim. puu-hiili) tai kaasun (esim. vety ja hiilimonoksidi) muodossa, edellisen ollessa edullinen.

5 Konventionaalisella menetelmällä tehdyn pelkistyk sen jälkeen sula sisältää happea oksidimuodossa (Cu20) tai liuenneena happena. Sulaan lisätty puuhiili (pelkistimenä) reagoi oksidin tai liuenneen hapen kanssa seuraavasti.

10 C + Cu20 -* 2Cu + cot 2C + 0? -» 2COt

Toisin sanoen, hiili pelkistää sulassa olevat Cu20:n ja 02:n CO:ksi, joka pakenee sulasta. Tämä ei kuitenkaan 15 tapahdu sulassa, joka on käynyt läpi tämän keksinnön mukaiset vaiheet (1) - (3). Ilmeni, että ennen pelkistystä sula sisältää happea vain oksidimuodossa (CuO, Cu20), mutta ei liuenneen hapen muodossa, kuten on osoitettu analyysi-tuloksilla, jotka on saatu osapainetasapainomenetelmällä 20 (kuulutettu JP-patentti nro 272 380/1987 (patenttijulkaisu nro 113 625/1989)). Tämä viittaa siihen, että pelkistysreaktio etenee seuraavasti.

2Cu20 + C -» 4Cu + 02t + C

25 C + 02 -> C02T

Toisin sanoen, oletetaan, että puuhiili (pelkistimenä), joka on levitetty sulan pinnalle reagoi sulan CuO:n ja Cu20:n niin että syntyy 02:ta, ja että se edelleen rea-30 goi 02:n kanssa niin että syntyy C02:ta, joka jää sulaan. Suositun käsityksen vastaisesti kaasuanalyysissä havaittiin, että sula sisältää hyvin vähän CO:ta, mutta jonkin verran 02:ta ja C02:ta. Tämä on totta sulan pinnan osalta.

Edellä esitetty viittaa siihen, että kuparisulan 35 pelkistys ei ole tyydyttävää kuten oletettiin, koska reak- 104268 21 tiossa syntyvä 02 jää sulaan tai aivan sulan pinnan yläpuolelle, aivan kuin se peittäisi sulan ja estäisi 02:ta sisältävän kaasun pakenemisen.

Edellä esitetty päättely on selitetty jäljempänä 5 viitaten kuvioihin 17 - 20. Kuvio 17 esittää, kuinka kaa-sukonsentraatio (mitattu kaasukromatografialla) aivan sulan pinnan yläpuolella muuttuu ajan mukana. Huomataan, että 02 ja C02 kehittyvät heti, kun puuhiili on lisätty sulan pinnalle, ja niiden syntymismäärä pysyy melkein 10 muuttumattoman ajan kuluessa. Sitä vastoin, huomataan myös, että CO:ta ei synny heti puuhiilen lisäämisen jälkeen eikä paljon myöhemminkään. Kuvio 18 esittää, kuinka sulan kaasukonsentraatio (mitattu osapainetasapainomene-telmällä) muuttuu ajan mukana. Huomataan, että 02 ja C02 15 kehittyvät heti, kun puuhiili (C) on lisätty sulaan, ja niiden konsentraatiot pysyvät lähes muuttumattomina ajan mukana. Sitä vastoin huomataan myös, että CO:ta ei kehity heti puuhiilen lisäyksen jälkeen eikä paljon myöhemminkään. Kuvio 19 esittää kaavamaisesti mitä tapahtuu sulan 20 pinnan läheisyydessä, ennen kuin puuhiiltä levitetään sulan pinnalle. Huomataan, että sulan pinnan yläpuolella on 02:ta ja N2:ta ja sulassa on suuria määriä oksideja (Cu20 jne.). Kuvio 20 esittää kaavamaisesti mitä tapahtuu sulan pinnan läheisyydessä heti, kun puuhiiltä on lisätty sulan 25 pinnalle. Huomataan, että 02 ja C02 ovat läsnä suurina kon-sentraatioina ilmakehässä lähellä sulan pintaa ja 02:ta ja C02:ta on myös liuenneena suurena konsentraationa sulassa lähellä sen pintaa. On arvioitu, että sulassa on pienempi määrä oksidia (Cu20 jne.).

30 Edellä mainituista syistä, on tarpeellista, että : kuparisulan pelkistys vaiheessa (4) toteutetaan siten, että pelkistyksessä syntyvät 02 ja C02 vapautuvat nopeasti sulasta ja sulan pinnan yläpuolelta. Tämä tavoite saadaan aikaan puhaltamalla inerttikaasua sulaan ja/tai kohti su-35 lan pintaa siten poistaen 02 ja C02, jotka peittävät sulan 104268 22 pintaa, ja aiheuttaen sen, että inerttikaasu nappaa mukaansa sulasta 02:ta johtuen niiden osapaine-erosta ja vapauttaen 02:ta systeemistä inerttikaasun mukana. Sulaan tai sulan pintaa kohti puhalletun inerttikaasun vaikutusta 5 selitetään jäljempänä viitaten koe-esimerkkeihin.

Koe toteutettiin elektrolyyttisellä kuparilla (100 %), joka sulatettiin 1 200 ± 20 °C:ssa 1 tonnin sulatusuunissa. Puuhiiltä, määränä 1 paino-% kuparisulasta, levitettiin kuparisulan pinnalle ja sitten argonia puhal-10 lettiin sulaan tai kohti sulan pintaa sauvan läpi (halkaisijaltaan 3 mm) virtausnopeudella 30 N 1/min. Rekisteröitiin, kuinka happikonsentraatio (02 + oksidi) sulassa muuttui ajan mukana. Tulokset on esitetty kuviossa 21. Huomataan, että ilman argonpuhallusta happikonsentraatio muut-15 tuu hyvin vähän ajan mukana. Sitä vastoin kun argonia puhalletaan sulaan tai kohti sulan pintaa, happikonsentraatio laskee nopeasti ajan mukana. Kun argonia puhalletaan sekä sulaan että kohti sulan pintaa, happikonsentraatio laskee paljon nopeammin ajan mukana.

20 Koe tehtiin myös Cu-Fe-lejeerinkijätteellä, KLF- 194, (100 %), joka sulatettiin 1 200 ± 20 °C:ssa 1 tonnin sulatusuunissa. Puuhiiltä, määränä 1 paino-% kuparisulasta, levitettiin sulan pinnalle ja sitten argonia puhallettiin sulaan tai kohti sulan pintaa sauvan läpi (halkaisi-25 jaltaan 3 mm) virtausnopeudella 30 N 1/min. Rekisteröitiin, kuinka happikonsentraatio muuttui ajan mukana. Tulokset on esitetty kuviossa 22. Huomataan, että ilman argonpuhallusta happikonsentraatio muuttuu hyvin vähän ajan mukana. Sitä vastoin kun argonia puhalletaan sulaan tai 30 kohti sulan pintaa, happikonsentraatio laskee nopeasti : ajan mukana. Kun argonia puhalletaan sekä sulaan että koh ti sulan pintaa, happikonsentraatio laskee paljon nopeammin ajan mukana.

Kuten edellä on mainittu on mahdollista pienentää 35 suuresti happikonsentraatiota sulassa lyhyessä ajassa, jos 104268 23 sulaan lisätään pelkistintä ja inerttikaasua puhalletaan sulaan ja/tai kohti sulan pintaa vaiheessa (4). Pelkistyksen vaikutuksen varmistamiseksi, suoritettiin koe seuraavasti. Tulokset on esitetty kuviossa 23.

5 [Koeolosuhteet]

Kuparisulan määrä: 250 kg Sulatuslämpötila: 1 250 °C Puuhiilen määrä: 5 kg

Inerttikaasu (argon): 10 - 13 1/min (kuplittamalla) 10 Sulan happikonsentraatiota kontrolloitiin sulattamalla ilmakehässä ja lisäämällä CuO:ta.

Kuviosta 23 huomataan, että sulan happikonsentraa-tio laskee nopeasti ajan mukana. Tämä tarkoittaa, että se laskee 5 200 ppm:stä 155 ppm:ään (nopeudella 252 ppm/min) 15 20 minuutin pelkistyksen tuloksena ja 19 ppm:ään 40 minuu tin kuluttua. Se nousee hieman 20 ppm:ään 60 minuutin kuluttua ja 27 ppm:ään 90 minuutin kuluttua. Todellisessa tilanteessa on toivottavaa lopettaa pelkistys, kun happi-konsentraatio saavuttaa minimin.

20 Suoritettiin edellä esitetyn kanssa samanlai nen koe, josta saatiin kuviossa 24 esitetyt tulokset. Huomataan, että happikonsentraatio laskee 8 000 ppm:stä 250 ppm:ään 20 minuutissa ja lähestyy nollaa 40 minuutin jälkeen.

25 Keksinnön lisähavainnollistamiseksi, eikä millään tavoin rajoittaen, esitetään seuraavat esimerkit. Niiden variaatioita voivat alan asiantuntijat tehdä poikkeamatta keksinnön hengestä ja laajuusalasta.

Esimerkki 1 30 Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa : JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus 35 Sulatusuuni: 5 tonnin öljylämmitteinen lieskauuni 104268 24

Sulan määrä: 4 tonnia Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20°C Sulatusilmakehä: ilma Vaihe (2a), hapetus 5 Hapetusmenetelmä: ilman puhallus kohti sulan pintaa

Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 4 000 ppm Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe

Lisätty Fe-määrä: 0,1 paino-% sulasta 10 Inerttikaasupuhallus: ei puhallusta

Vaihe (3), kuonanmuodostus Juoksute: ei juoksutetta Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) su-15 lan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausno peudella 10 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista ("isolite, MP-70", valmistanut Isolite Kogyo Co., Ltd., halkaisijaltaan 20 mm).

20 [Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 190 ppm 25 Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 3 %

Arvio: hyvä

Esimerkki 2

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

30 Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä v [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 5 tonnin öljylämmitteinen lieskauuni Sulan määrä: 4 tonnia 35 Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20°C

104268 25

Sulatusilmakehä: ilma Vaihe (2a), hapetus

Hapetusmenetelmä: ilman puhallus kohti sulan pintaa Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 4 000 ppm 5 Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe

Lisätty Fe-määrä: 0,1 paino-% sulasta Inerttikaasupuhallus: ei puhallusta Vaihe (3), kuonanmuodostus 10 Juoksute: Si02: 80 %, A1203: 20 %, 0,1 paino-% sulasta Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 10 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan 15 kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

[Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuu-20 det: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 190 ppm Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 %

Arvio: hyvä

Esimerkki 3 25 Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus 30 Sulatusuuni: 5 tonnin öljylämmitteinen lieskauuni : Sulan määrä: 4 tonnia

Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20°C Sulatusilmakehä: ilma Vaihe (2a), hapetus 35 Hapetusmenetelmä: ilman puhallus kohti sulan pintaa ,, 104268

ZD

Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 4 000 ppm Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe

Lisätty Fe-määrä: 0,1 paino-% sulasta 5 Inerttikaasupuhallus: argonia virtausnopeudella 15 1/min 10 minuutin ajan 4 mm:n sauvan läpi Vaihe (3), kuonanmuodostus Juoksute: ei juoksutetta Vaihe (4), pelkistys 10 Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) su lan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 10 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

15 [Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 190 ppm 20 Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 %

Arvio: hyvä

Esimerkki 4

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

25 Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 5 tonnin öljylämmitteinen lieskauuni Sulan määrä: 4 tonnia 30 Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20°C

: Sulatusilmakehä: ilma

Vaihe (2a), hapetus Hapetusmenetelmä: CuO-lisäys

Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 4 000 ppm 104268 27

Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe

Lisätty Fe-määrä: 0,1 paino-% sulasta

Inerttikaasupuhallus: argonia virtausnopeudella 15 1/min 5 10 minuutin ajan 4 mm:n sauvan kautta

Vaihe (3), kuonanmuodostus

Juoksute: Si02: 80 %, A1203: 20 %, 0,1 paino-% sulasta Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulo lan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeu della 10 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

[Kokeen tulokset] 15 Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 200 ppm Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 % 20 Arvio: hyvä

Sama menetelmä kuin kussakin esimerkeistä 1-4 toistettiin, paitsi että Fe korvattiin Mn:llä vaiheessa (2b). Tulokset olivat lähes identtiset edellä esitettyjen kanssa.

25 Esimerkki 5

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi] 30 Vaihe (1), sulatus : Sulatusuuni: 5 tonnin öljylämmitteinen lieskauuni

Sulan määrä: 4 tonnia

Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C Sulatusilmakehä: ilma 35 Vaihe (2a), hapetus 104268 28

Hapetusmenetelmä: ilman puhallus sulaan Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 4 000 ppm Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe203 (teollisuuslaatu) 5 Lisätty Fe203-määrä: 2 paino-% sulasta Inerttikaasupuhallus: ei puhallusta Vaihe (3), kuonanmuodostus Juoksute: ei juoksutetta Vaihe (4), pelkistys 10 Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) su lan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 10 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

15 [Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 200 ppm 20 Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 %

Arvio: hyvä

Esimerkki 6

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS no.2 kuparijohtojätettä.

25 Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 5 tonnin öljylämmitteinen lieskauuni Sulan määrä: 4 tonnia 30 Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C

: Sulatusilmakehä: ilma

Vaihe (2a ), hapetus

Hapetusmenetelmä: ilman puhallus sulaan Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 4 000 ppm 35 Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi 104268 29

Aine: Fe203 (teollisuuslaatu)

Lisätty Fe203-määrä: 2 paino-% sulasta Inerttikaasupuhallus: ei puhallusta Vaihe (3), kuonanmuodostus 5 Juoksute: Si02: 80 %, A1203: 20 %, 0,1 paino-% sulasta Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 10 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan 10 kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista -(samat kuin edellä).

[Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuu-15 det: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 200 ppm Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 %

Arvio: hyvä

Esimerkki 7 20 Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus 25 Sulatusuuni: 5 tonnin öljylämmitteinen lieskauuni Sulan määrä: 4 tonnia Sulatuslämpötila: 1 200 ±20 °C Sulatusilmakehä: ilma Vaihe (2a), hapetus 30 Hapetusmenetelmä: ilman puhallus kohti sulan pintaa

Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 4 000 ppm «

Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe203 (teollisuuslaatu)

Lisätty Fe203-määrä: 2 paino-% sulasta 104268 30

Inerttikaasupuhallus: argonia virtausnopeudella 10 1/min 10 minuutin ajan 4 mm:n sauvan kautta Vaihe (3), kuonanmuodostus Juoksute: ei juoksutetta 5 Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 10 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin 10 edellä).

[Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin 15 Happikonsentraatio: 180 ppm

Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 3 %

Arvio: hyvä

Esimerkki 8

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa 20 JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 5 tonnin öljylämmitteinen lieskauuni 25 Sulan määrä: 4 tonnia

Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C Sulatusilmakehä: ilma Vaihe (2a), hapetus Hapetusmenetelmä: CuO-lisäys 30 Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 4 000 ppm : Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi

Aine: Fe203 (teollisuuslaatu)

Lisätty Fe203-määrä: 2 paino-% sulasta

Inerttikaasupuhallus: argonia virtausnopeudella 15 1/min 35 10 minuutin ajan 4 mm:n sauvan kautta 104268 31

Vaihe (3), kuonanmuodostus

Juoksute: Si02: 80 %, A1203: 20 %, 0,1 paino-% sulasta Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) su-5 lan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeu della 10 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

[Kokeen tulokset] 10 Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 180 ppm Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 % 15 Arvio: hyvä

Samaa menetelmää kuin kussakin esimerkeistä 5-8 toistettiin paitsi että Fe203 korvattiin aineilla Fe30«, FeO, Mn02 tai MnO vaiheessa (2b). Tulokset olivat lähes identtiset edellä esitettyjen kanssa.

20 Esimerkki 9

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi] 25 Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 3 tonnin kanavatyyppinen induktiouuni Sulan määrä: 2 tonnia Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C Sulatusilmakehä: ilma 30 Vaihe (2a), hapetus : Hapetusmenetelmä: ilman puhallus sulaan ja kohti sulan pintaa

Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 8 000 ppm Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi 35 Aine: Fe 104268 32

Lisätty Fe-määrä: 0,1 paino-% sulasta Inerttikaasupuhallus: ei puhallusta Vaihe (3), kuonanmuodostus Juoksute: ei juoksutetta 5 Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 8 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin 10 edellä).

[Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin 15 Happikonsentraatio: 190 ppm

Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 %

Arvio: hyvä

Esimerkki 10

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa 20 JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 3 tonnin kanavatyyppinen induktiouuni 25 Sulan määrä: 2 tonnia

Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C Sulatusilmakehä: ilma Vaihe (2a), hapetus

Hapetusmenetelmä: hapen puhallus kohti sulan pintaa ja 30 CuO-lisäys :* Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 8 000 ppm

Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe

Lisätty Fe-määrä: 0,1 paino-% sulasta 35 Inerttikaasupuhallus: ei puhallusta 104268 33

Vaihe (3), kuonanmuodostus

Juoksute: Si02 : 80 %, A1203: 20 %, 0,1 paino-% sulasta Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) su-5 lan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 8 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

[Kokeen tulokset] 10 Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 190 ppm Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 1,5 % 15 Arvio: hyvä

Esimerkki 11

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä 20 [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 3 tonnin kanavatyyppinen induktiouuni Sulan määrä: 2 tonnia Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C 25 Sulatusilmakehä: ilma

Vaihe (2a ), hapetus

Hapetusmenetelmä: ilman puhallus sulaan yhdessä Cu0:n kanssa

Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 8 000 ppm 30 Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi

Aine: Fe

Lisätty Fe-määrä: 0,1 paino-% sulasta

Inerttikaasupuhallus: argonpuhallus 4 mm: n sauvan läpi virtausnopeudella 10 1/min 10 minuutin ajan 35 Vaihe (3), kuonanmuodostus 104268 34

Juoksute: ei juoksutetta Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeu-5 della 8 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

[Kokeen tulokset]

Sulan laatu: 10 Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuu det: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 200 ppm Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 %

Arvio: hyvä 15 Esimerkki 12

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi] 20 Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 3 tonnin kanavatyyppinen induktiouuni Sulan määrä: 2 tonnia Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C Sulatusilmakehä: ilma 25 Vaihe (2a), hapetus

• I

Hapetusmenetelmä: hapen puhallus sulaan Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 8 000 ppm Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe 30 Lisätty Fe-määrä: 0,1 paino-% sulasta : Inerttikaasupuhallus: argonin puhallus 4 mm:n sauvan läpi virtausnopeudella 10 1/min 10 minuutin ajan Vaihe (3), kuonanmuodostus

Juoksute: Si02: 80 %, A1203: 20 %, 0,1 paino-% sulasta 35 Vaihe (4), pelkistys 104268 35

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 8 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin 5 edellä).

[Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin 10 Happikonsentraatio: 200 ppm

Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 1,5 %

Arvio: hyvä

Sama menetelmä kuin kussakin esimerkissä 9-12 toistettiin paitsi että Fe korvattiin Mn:llä vaiheessa 2b.

15 Tulokset olivat lähes identtiset edellä esitettyjen kans sa.

Esimerkki 13

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

20 Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 3 tonnin kanavatyyppinen induktiouuni Sulan määrä: 2 tonnia 25 Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C

Sulatusilmakehä: ilma Vaihe (2a), hapetus

Hapetusmenetelmä: ilman puhallus sulaan Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 8 000 ppm 30 Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi : Aine: Fe203 (teollisuuslaatu)

Lisätty Fe-määrä: 2 paino-% sulasta Inerttikaasupuhallus: ei puhallusta Vaihe (3), kuonanmuodostus 35 Juoksute: ei juoksutetta 104268 36

Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 8 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan 5 kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

[Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuu-10 det: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 200 ppm Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 %

Arvio: hyvä

Esimerkki 14 15 Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus 20 Sulatusuuni: 3 tonnin kanavatyyppinen induktiouuni

Sulan määrä: 2 tonnia Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C Sulatusilmakehä: ilma Vaihe (2a), hapetus 25 Hapetusmenetelmä: hapen puhallus sulaan • ·

Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 8 000 ppm Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe203 (teollisuuslaatu)

Lisätty Fe-määrä: 2 paino-% sulasta 30 Inerttikaasupuhallus: ei puhallusta

Vaihe (3), kuonanmuodostus

Juoksute: Si02: 80 %, A1203: 20 %, 0,1 paino-% sulasta Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) 35 sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausno- 104268 37 peudella 8 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

[Kokeen tulokset] 5 Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 200 ppm Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 1,5 % 10 Arvio: hyvä

Esimerkki 15

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä 15 [Jalostusprosessi]

Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 3 tonnin kanavatyyppinen induktiouuni Sulan määrä: 2 tonnia Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C 20 Sulatusilmakehä: ilma

Vaihe (2a), hapetus

Hapetusmenetelmä: hapen puhallus sulaan Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 8 000 ppm Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi 25 Aine: Fe203 (teollisuuslaatu)

Lisätty Fe-määrä: 2 paino-% sulasta

Inerttikaasupuhallus: argonpuhallus 4 mm: n sauvan läpi virtausnopeudella 10 1/min 10 minuutin ajan Vaihe (3), kuonanmuodostus 30 Juoksute: ei juoksutetta : Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 8 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan 104268 38 kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin edellä).

[Kokeen tulokset]

Sulan laatu: 5 Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuu det: vähemmän kuin 20 ppm kutakin Happikonsentraatio: 190 ppm Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 2 %

Arvio: hyvä 10 Esimerkki 16

Raakamateriaali: kaupallinen kuparijäte (100 %), vastaa JIS nro. 2 kuparijohtojätettä.

Raakamateriaalin esikäsittely: ei esikäsittelyä [Jalostusprosessi] 15 Vaihe (1), sulatus

Sulatusuuni: 3 tonnin kanavatyyppinen induktiouuni Sulan määrä: 2 tonnia Sulatuslämpötila: 1 200 ± 20 °C Sulatusilmakehä: ilma 20 Vaihe (2a), hapetus

Hapetusmenetelmä: hapen puhallus sulaan Sulan happikonsentraatio hapetuksen jälkeen: 8 000 ppm Vaihe (2b), hapetus yhdisteoksidin muodostamiseksi Aine: Fe203 (teollisuuslaatu) 25 Lisätty Fe-määrä: 2 paino-% sulasta

Inerttikaasupuhallus: argonin puhallus 4 mm:n sauvan läpi virtausnopeudella 10 1/min 10 minuutin ajan Vaihe (3), kuonanmuodostus

Juoksute: Si02: 80 %, A1203: 20 %, 0,1 paino-% sulasta 30 Vaihe (4), pelkistys

Toteutettu levittämällä puuhiiltä (1 paino-% sulasta) sulan pinnalle ja puhaltamalla argonia sulaan virtausnopeudella 8 1/min 30 minuutin ajan kolmen huokoisen tulpan kautta, jotka oli tehty alumiinioksidista (samat kuin 35 edellä).

104268 39 [Kokeen tulokset]

Sulan laatu:

Epäpuhtausmetallien (Fe, Sn, Zn, Pb, Ni) pitoisuudet: vähemmän kuin 20 ppm kutakin 5 Happikonsentraatio: 190 ppm

Kuonanmuodostusominaisuudet: kuparihäviö: 1,5 %

Arvio: hyvä

Sama menetelmä kuin kussakin esimerkeistä 13-16 toistettiin paitsi että Fe203 korvattiin aineilla Fe304, 10 FeO, Mn02 ja MnO vaiheessa (2b). Tulokset olivat lähes identtiset edellä esitettyjen kanssa.

Hyväksikäyttö teollisuudessa

Kuten edellä on mainittu tämän keksinnön menetelmä, joka käsittää vaiheet (1) - (4) sallii epäpuhtausalkuai-15 neiden (Pb, Ni, Sb, S, Bi, As, Fe, Sn ja Zn) tehokkaan poistamisen kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaa-lista, minkä jälkeen seuraa lopullinen pelkistys. Siksi tämä keksintö edesauttaa kupariin tai kuparilejeerinkiin tarkoitetun raakamateriaalin tehokasta teollista kierrä-20 tystä.

«

Claims (15)

104268 40

1. Menetelmä jalostaa kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalia, joka sisältää ainakin yhden aineista Pb,

2. Menetelmä jalostaa kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalia, joka sisältää ainakin yhden aineista Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As yhdessä ainakin yhden aineista Sn, Fe 20 ja Zn kanssa, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat peräkkäiset vaiheet (1) kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalin sulattaminen, (2a) sulan happikonsentraation kasvattaminen, niin että 25 tina, rauta ja sinkki hapettuvat kuonaksi, (2b) ainakin yhden aineen, joka on valittu ryhmästä, joka koostuu aineista Fe, Fe-oksidi, Mn ja Μη-oksidi, lisääminen sulaan, jolloin aiheutetaan sulassa olevien aineiden Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As kuonanmuodostus Fe- ja/tai Mn-yh-30 disteoksidin muodossa, (3) siten muodostetun kuonan poisto sulasta, ja (4) sulan pelkistäminen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jalostusmenetelmä, tunnettu siitä, että vaihe (2) tai vaihe 4i 104268 (2a) tai (2b) toteutetaan siten, että sulan happikonsent-raatio nousee 500 ppmrään tai yli.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jalostusmenetelmä, tunnettu siitä, että vaiheeseen (2) 5 tai (2b) kuuluu se, että sulaan lisätään ainakin yhtä aineista Fe, Fe-oksidi, Mn tai Μη-oksidi määränä, joka on 10 - 50 000 ppm sulan painosta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jalostusmenetelmä, tunnettu siitä, että vaiheeseen (2) tai (2b) 10 kuuluu se, että lisätään ainakin yhtä aineista Fe, Fe-oksidi, Mn tai Μη-oksidi sulan pinnalle.

5 Ni, Sb, S, Bi ja As, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat peräkkäiset vaiheet (1) kuparin tai kuparilejeeringin raakamateriaalin sulattaminen, (2) sulan happikonsentraation kasvattaminen ja ainakin 10 yhden aineen, joka on valittu ryhmästä, joka koostuu aineista Fe, Fe-oksidi, Mn ja Μη-oksidi, lisääminen sulaan, jolloin aiheutetaan sulassa olevien aineiden, Pb, Ni, Sb, S, Bi ja As, kuonanmuodostus Fe- ja/tai Mn-yhdisteoksidin muodossa 15 (3) siten muodostetun kuonan poisto sulasta, ja (4) sulan pelkistäminen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen jalostusmenetelmä, tunnettu siitä, että vaiheeseen (2) tai (2b) kuuluu sulan sekoittaminen.

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jalostusmenetel mä, tunnettu siitä, että vaiheeseen (2) tai (2b) kuuluu se, että ainakin yhtä aineista Fe, Fe-oksidi, Mn ja Μη-oksidi puhalletaan sulaan.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 4-7 mukainen jalos- 20 tusmenetelmä, tunnettu siitä, että vaihe (2) tai (2b) muodostaa kuonan kiinteän tai puolisulan kaksoisoksi-din muodossa, joka kelluu sulan pinnalla.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen jalostusmenetelmä, tunnettu siitä, että vaiheeseen (2) 25 tai (2b) kuuluu se, että yhdisteoksidin muodostuksen jälkeen sula seisoo ennen vaiheen (3) kuonan poistoa.

10. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jalostusmenetelmä, tunnettu siitä, että vaiheeseen (3) kuuluu kuonan kuumentaminen Cu20:n sulamispistettä korkeam- 30 malle, niin että Cu20 kuonassa muuttuu kupariksi, joka palaa sulaan ennen kuonan poistoa.

11. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jalostusmenetelmä, tunnettu siitä, että vaiheeseen (3) kuuluu Si02-Al203-juoksutteen lisääminen, joka juoksute ve- 35 tää puoleensa kuonaa helpottaen kuonan poistoa. 104268 42

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen jalostusmenetelmä, tunnettu siitä, että Si02-Al203-juoksute koostuu 70 - 90 paino-osasta Si02:ta ja 30 - 10 paino-osasta Al203:a niiden kokonaismäärän ollessa 100 paino-osaa.

13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen jalos tusmenetelmä, tunnettu siitä, että Si02-Al203-juoksutetta lisätään määränä 0,005 - 0,10 paino-% sulan kokonaispainosta .

14. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jalostus-10 menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistysvaihee- seen (4) kuuluu pelkistimen lisääminen sulan pinnalle ja inerttikaasun puhaltaminen sulaan ja/tai kohti sulan pintaa.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen jalostusmene-15 telmä, tunnettu siitä, että pelkistin on kiinteä. 104268 43