FI105827B - Menetelmä ja laite ei-rautametallisulfidien sulattamiseksi suspensiosulatusuunissa korkean ei-rautametallipitoisuuden omaavan kiven ja poisheitettävän kuonan aikaansaamiseksi - Google Patents

Description

105827 MENETELMÄ JA LAITE EI-RAUTAMETALLISULFIDIEN SULATTAMISEKSI SUSPENSIOSULATUSUUNISSA KORKEAN EI-RAUTAMETALLIPITOI-SUUDEN OMAAVAN KIVEN JA POISHEITETTÄVÄN KUONAN AIKAANSAAMISEKSI 5 Tämä keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteseen, jossa ei-rautametal-lisulfidirikasteesta tuotetaan suspensiosulatusuunissa korkean ei-rauta-metallipitoisuuden omaavaa kiveä sekä poisheitettävää kuonaa samanaikaisesti yhdessä uuniyksikössä. Keksinnön mukaisesti suspensiosulatus-10 uunin alauuniin syötetään hiilipitoista pelkistintä hormien kautta poikkipinta-alaltaan pienennettyyn uunin osaan.

Suspensiosulatukselle on ominaista, että lopullinen faasitasapaino kuonan ' . ja kiven välille syntyy vasta alauunissa kuonareaktioiden kautta, toisin 15 sanoen reaktiokuilussa syntyneet, mahdollisesti epätasapainossa olevat yli-ja alihapettuneet yhdisteet reagoivat keskenään vielä kuonafaasissa, varsinkin reaktiokuilun alla kuilususpension primäärisessä purkautumis-kohdassa siten, että massiivinen kuona- ja kivifaasi ovat lähes termodynaamisen koostumuksen määrittämässä koostumuksessa. Kuonaan jää 20 em. tasapainon määrämän, kuonaan liuenneen kuparin lisäksi myös mekaanisena suspensiona kuonaan liukenematonta kuparirikasta kiveä, I i t joka ei ehdi laskeutua realistisessa ajassa.

• · * · · • · • · «

Ennestään on tunnettua, että suspensiosulatusuunissa kuten liekkisulatus- :V: 25 uunissa voidaan tuottaa kuparipitoisuudeltaan alhaista kuonaa, kun ··« käytetään kiinteää koksia tai muuta hiilipitoista ainetta pelkistämässä kuonaa ja siihen liukenevaa kuparioksiduulia sekä erityisesti magnetiittia, joka lisää kuonan viskositeettia ja hidastaa kuonassa olevien sulien kivipartikkelien erkautumista laskeutumalla.

30 2 105827 US-patentista 5,662,370 tunnetaan menetelmä, jolle on olennaista, että reaktiokuiluun syötettävän hiilipitoisen materiaalin hiilipitoisuus on vähintään 80%, materiaalin partikkeleista vähintään 65% on alle 100 μχχ\ ja vähintään 25% välillä 44 -100/1m. Partikkelikoko määritellään tarkasti, koska patentin 5 mukaan magnetiitin pelkistys palamattoman koksin avulla tapahtuu kahdella mekanismilla ja partikkelikoolla on ratkaiseva merkitys mekanismien suhteen. Kun karkean koksijauheen koko on luokkaa 100 //m tai suurempaa, palamattoman osan partikkelikoko on suuri ja tämän vuoksi koksi jää kuonan pinnalle ja reaktiot ovat hitaita. Kun partikkelikokoa pienennetään, 10 koksijauhe menee kuonan sisään ja siten suoraan kontaktiin pelkistettävän magnetiitin kanssa, mikä lisää reaktionopeutta.

JP-patenttihakemuksessa 58-221241 kuvataan menetelmää, jossa jauhemaista koksia (coke breeze) tai jauhemaista koksia yhdessä jauhemaisen 15 kivihiilen kanssa syötetään liekkisulatusuunin reaktiokuiluun rikastepolt-timen kautta. Koksia syötetään uuniin siten, että alauunin koko sulapinta on tasaisesti peitetty palamattomalla koksilla. Hakemuksen mukaan magnetiitin pelkistysaste laskee, kun partikkelikoko on ultrahieno, joten käytetty • · '··’ partikkelikoko on välillä 44 μπ\ -1 mm. - Kuonan peittäminen palamattomalla 20 koksilla, joka jää kuonasulan päälle, laskee merkittävästi hapen osapainetta.

• ·

Koksikerroksesta syntyvä, hyvin pelkistävä atmosfääri aiheuttaa uunissa • · esimerkiksi vaurioita uunin vuoraukseen.

• · · i • · · « • · · « · · JP-patentissa 90-24898 on kuvattu menetelmää, jossa jauhemaista koksia 25 tai partikkelikooltaan alle 40 mm olevaa kivihiiltä on syötetty liekkisulatus- uuniin korvaamaan ylimääräisenä polttoaineena käytettävää öljyä ja siten : .·. ylläpitämään uunissa haluttua lämpötilaa.

«· · · • · 1 1 • 1 • · • · · JP-patenttihakemus 9-316562 kohdistuu samanlaiseen menetelmään kuin 30 edellä mainittu US 5,662,370. Erona US-patentin menetelmään on, että hiilipitoinen materiaali syötetään liekkisulatusuunin reaktiokuilun alaosaan, 105827 jolloin ehkäistään hiilipitoisen materiaalin palaminen ennen kuin hiilipitoinen materiaali saavuttaa kuonan ja kuonassa olevan pelkistettävän magnetiitin. Partikkelikooltaan hiilipitoinen materiaali vastaa olennaisesti em. US-patentissa kuvattua jakautumaa.

5

Edelläkuvattujen menetelmien heikkoutena on, että pelkistysalue on sama alue, mihin kuona-aines ja ei-rautametallikivituote tulevat, kun ne laskeutuvat reaktiokuilusta ja alauunissa erkautuvat kaasufaasista. Kuitenkin suspensiosulatusuunissa kulkeutuu hienojakoista materiaalia, esimerkiksi 10 kuparikivihiukkasia, kaasufaasin mukana myös uunin peräosaan ja nousukuiluun. Kun nämä pienimmät partikkelit eroavat kaasuvirrasta uunin perätilassa ja laskeutuvat kuonafaasin pinnalle, on niiden laskeutuminen kuonafaasissa hyvin hidasta juuri pienen partikkelikokonsa vuoksi. Koska kuonan lasku tapahtuu pääsääntöisesti uunin peräosasta tai sivulta, nämä 15 partikkelit eivät ehdi laskeutua kuonafaasin läpi vaan kulkeutuvat kuonan laskun yhteydessä ulos uunista ja lisäävät kuonan kuparipitoisuutta.

Toisena heikkoutena joissakin edelläkuvatuissa menetelmissä on koksin pieni partikkelikoko siten, että pienet koksipartikkelit eivät lainkaan laskeudu 20 kaasufaasista vaan jatkavat kaasufaasin mukana nousukuiluun ja siitä edelleen pelkistinaineena jätelämpökattilaan. Kattilassa koksipartikkelit reagoivat ja tuottavat väärässä paikassa tarpeetonta energiaa, mikä mahdollisesti rajoittaa jopa koko prosessin kapasiteettia jätelämpökattilan • · • ‘ : kapasiteetin pienentyessä.

/': 25 • · · .···. Edellämainittujen menetelmien selvänä haittana on se, että pelkistävän »t ____________... · koksin vaikutus ja siten kuonan minimipitoisuus kohdistuu kontrolloi-~ mattomana koko alauunin alueelle, mukaan lukien etenkin reaktiokuilun alapuoleinen alue, jossa olennaisesti vielä vaikutetaan syntyvän kiven 30 ei-rautametallipitoisuuteen, eli toisin sanoen massiivisen koksikerroksen syntyminen kuonafaasin pinnalle muuttaa prosessin luonteen 4 105827 hallitsemattomaksi. Nyt kehitetyssä menetelmässä on mahdollista pelkistää kuonaa pitemmälle ilman, että olennaisesti vaikutetaan prosessissa tuotteena syntyvän massiivisen ei-rautametallikiven kuten kupari- tai nikkelikiven metallipitoisuuteen kuilususpension kuonareaktioita 5 häiritsemättä.

Nyt kehitetyn keksinnön mukaisesti ei-rautametallien valmistuksessa suspensiosuulatusuunin alauuniin muodostuvaan kuonaan injektoidaan hienojakoista koksia tai muuta hiilipitoista pelkistintä hormien kautta 10 alueelle, jossa ei häiritä luonnollisia reaktiokuilusta purkautuvan suspension kuonareaktioita ja kiven syntymistä. Siten hormi-injektio tehdään joko reaktiokuilun tai nousukuilun välisellä alueella, nousukuilun alla tai erillisessä, nousukuilun jälkeen sijoitetussa alauunin jatkeessa.

Hormi-injektion vaikeutena metallurgisissa prosesseissa on, että sen vaiku- 15 tusalue jää syvyyssuunnassa lyhyeksi eikä tavanomaisessa suspensiosula- tusuunissa tehokas vaikutus olisi mahdollista uunin leveyden vuoksi. Tämän vuoksi uuniin tehdään nyt keksinnön mukaisesti olennaisesti poikkipinta-alaltaan pienennetty kuristusosa, johon hormit on sijoitettu.

Oleellista on, että kuonan laskuaukko sijoitetaan siten, että koko sulamäärä ' 20 joutuu virtaamaan tämän hormialueen läpi ja kuona tulee näin pelkistetyksi.

... Pelkistysaluetta seuraa rauhoitusalue, jossa kuonasta pelkistyksen avulla • « ..... erkautuneet kivi- ja metallipartikkelit pääsevät laskeutumaan. Keksinnön « · · olennaiset piirteet käyvät esille oheisista patenttivaatimuksista.

• · · 25 Ennestään on myös tunnettua, että kuonanpelkistyksessä kuonan » viskositeetti laskee viskositeettia nostavan ferrirautapitoisuuden laskiessa, : X jolloin pelkistyksessä erkautuneiden partikkelien laskeutuminen on • · · • · · · .···. nopeampaa kuin normaalissa suspensiosulatuksessa. Tämän lisäksi r

IM

\. keksinnön mukaisessa menetelmässä injektion aiheuttamat virtaukset 30 aikaansaavat sulassa toivottua turbulenssia, jolloin sulassa olevien pienten, hitaasti laskeutuvien partikkelien mahdollisuudet liittyä toisiinsa tai suoraan s 105827 kivifaasiin kasvavat, jolloin kuonan puhdistuminen metallista edelleen tehostuu.

Keksintöä kuvataan vielä oheisten kuvien avulla, jolloin 5 kuvat 1 ja 2 esittävät kaavallisesti suspensiosulatusuunin poikkileikkauksia, joihin keksinnön mukaista vaihtoehtoa on sovellettu sijoittamalla hormit reaktiokuilun ja nousukuilun väliselle alauunin alueelle, kuvat 3, 4, 5, 6 ja 7 esittävät samoin suspensiosulatusuunin poikkileikkauksia, ja näissä hormit on sijoitettu nousukuilun jälkeen ja alauuniin on 10 muodostettu oma laskeutusalueensa.

Kuvassa 1 on esitettu kaaviollisesti suspensiosulatusuunin 1 poikkileikkaus, jossa nähdään reaktiokuilu 2, alauuni 3 ja nousukuilu 4. Alauuniin on reaktiokuilun ja nousukuilun väliselle alueelle muodostettu olennaisen 15 suorakulmainen kuristuskohta 5, jossa uunin poikkipinta-ala on pienennetty. Pelkistävä aine kuten koksi syötetään hormien 6 kautta tähän kavennukseen.

“ Kuvan 2 mukainen vaihtoehto on muuten samanlainen kuin kuvassa 1 4 I < ‘ 20 esitetty, mutta kavennuskohta 5 on muodostettu juoheammin kuin _ , edellisessä tapauksessa. Sekä kuvan 1 että 2 tapauksessa kiven ja kuonan laskuaukot sijaitsevat normaalisti alauunin peräosassa (ei tarkemmin • · · kuvassa). Kuristuskohdan jälkeinen alauunin rauhoitusosa on molemmissa • · · tapauksissa alauunin alkuosan levyinen.

25 • · ·

Kuvien 3, 4, 5, 6 ja 7 mukaisissa vaihtoehdoissa kavennuskohta on : ’·. muodostettu alauunin nousukuilun jälkeiselle alueelle. Kuvan 3 tapauksessa • t · «·« » .···. alauuni on kuristettu vastakkaisilta puolilta ja hormit 6 sijoitettu kuristus- 11« \ kohtaan 5. Kuristuskohdan jälkeen on muodostettu laajennusosa 7, joka 30 toimii rauhoitusalueena, kuten edellä on kuvattu. Kuvan 4 uunirakenne on muuten kuvan 3 tapainen, mutta uunia on kuristettu vain toiselta puolelta.

• · 6 105827

Kuvan 5 mukaisessa ratkaisussa alauunissa ei ole laajennettua rauhoitusosaa, vaan uunin loppuosa on poikkileikkaukseltaan olennaisesti kuristuskohdan kokoinen. Kuvien 6 ja 7 mukaisesti rauhoitusosa voidaan muodostaa myös muun kuin suorakaiteen muotoiseksi. Kuvien 1 - 6 5 mukaisesti hormit on sijoitettu kohtisuoraan sulaa kohti, mutta kuvassa 7 hormit on sijoitettu sulavirtaukseen nähden vinosti vastasuuntaan. Kuvien 3 - 7 mukaisissa ratkaisuissa kiven ja kuonan laskuaukot on sijoitettu rauhoitusalueen 7 peräpäähän, vaikka niitä ei ole tarkemmin kuvattu.

10

« I I 4 I

i < 4 « 4 4 • < I I 4 4 4 • · · • · · • · · • · · • · · « · # « · · « · « 4 · · • · * • 44 • · · • t • · · • ·

• 4 4 I

«44 » € 4 4 · «44 4 « 4 · • • « 4 4 4 4

Claims (12)

1. Menetelmä ei-rautametallisulfidien sulattamiseksi suspensiosulatus-uunissa siten, että muodostetaan korkean ei-rautametallipitoisuuden i — 5 omaava kivi ja kuona, jota alauunissa pelkistämällä hiilipitoisen aineen avulla saadaan poisheitettävä kuona, tunnettu siitä, että kuonaa pelkistetään alauuniin muodostetussa kuristuskohdassa (5), jossa uunin poikkipinta-alaa on pienennetty, ja johon pelkistävä aine syötetään hormien (6) kautta kuonakerroksen päälle. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koko sulamäärä virtaa kuristuskohdan kautta.

3. Patenttivaatimuksen T mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 pelkistyskohta on alauunissa reaktiokuilun ja nousukuilun välisellä alueella.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistyskohta on alauunissa nousukuilun jälkeisellä alueella. 20

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että * * pelkistetty kuona johdetaan rauhoitusalueelle (7) ennen sen poistamista • · · • · · *·' ’ uunista. • · # • ♦ · « · · φ

6. Laitteisto ei-rautametallisulfidien sulattamiseksi suspensiosulatus- • · · m · · , uunissa, jossa muodostetaan korkean ei-rautametallipitoisuuden omaava • · · kivi ja ja kuona, joka pelkistetään poisheitettäväksi, tunnettu siitä, että alauuni on varustettu kuristuskohdalla (5) ja siihen sijoitetuilla pelkistävän aineen syöttöhormeilla (6). ····’ 30 • * 8 105827

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuristuskohta on muodostettu alauuniin reaktiokuilun ja nousukuilun väliselle alueelle.

7 105827

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuristuskohta on muodostettu alauuniin nousukuilun jälkeiselle alueelle.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että alauuni on kuristuskohdan jälkeen varustettu rauhoitusalueella (7). 10

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuonanlaskuaukko sijaitsee rauhoitusalueella.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että rauhoi-15 tusalueen leveys on sama kuin alauunin leveys.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että rauhoitusalueen leveys on sama kuin kuristusalueen. 20 »«»1· • » • « · • · · • · 1 • · · • 1 · * · 1 m m · · i » i • · · • · · • · · • · » « 1 « \ ' W « · 105827