FI120157B - Menetelmä kuparirikasteen jalostamiseksi - Google Patents

Description

MENETELMÄ KUPARIRIKASTEEN JALOSTAMISEKSI Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä kuparirikasteen jalostamiseksi.

5 Jalostaessa kuparirikastetta suspensiosulatusuunissa, kuten liekkisulatusuunissa saadaan suspensiosulatusuunista tuotteena kaksi faasia: blisterikuparia (raakakuparia) ja suspensiosulatusuunin kuonaa.

Suspensiosulatusuunista saatava blisterikupari jalostetaan suspensiosulatusuunin jälkeen edelleen anodiuunissa, jonka jälkeen kuparista valetaan kuparianodeja, joita 10 käyttämällä kuparianodien kupari jalostetaan edelleen elektrolyyttisesti elektrolyysi-laitoksessa.

Kaikki kuparirikasteen kupari ei kuitenkaan siirry suspensiosulatusuunissa kuparirikasteesta blisterikupariin, vaan myös suspensiosulatusuunin kuona sisältää suuria määriä kuparia, tavallisesti jopa 20 %, ja tätä kuparia voidaan ottaa talteen erilaisilla 15 kuonanpuhdistusmenetelmillä.

Kuonanpuhdistuksessa on käytössä kaksi menetelmää. Ensimmäinen perustuu suspensiosulatusuunin kuonan osittaispelkistykseen sähköuunissa. Tässä menetelmässä sähköuunista saatava kuparimetalli on niin puhdasta, että se voidaan syöttää yhdessä suspensiosulatusuunista tulevan blisterikuparin kanssa anodiuuniin. Suspensiosulatus-20 uunin kuonan osittaispelkistysprosessissa sähköuunissa saadaan kuparimetallin lisäksi toisena tuotteena sähköuunista ns. osittaispelkistettyä kuonaa, joka myös sisältää kuparia. Sähköuunin osittaispelkistetyssä kuonassa olevan kuparin talteen saamiseksi sähköuunin osittaispelkistetty kuona on kuitenkin käsiteltävä rikastamossa, joka on sekä käyttö- että investointikustannuksiltaan kallista.

25 Toisessa teollisessa käytössä olevassa prosessissa suspensiosulatusuunin kuona pelkistetään sähköuunissa panosprosessina siten, että suspensiosulatusuunin kuonan kuparipitoisuus on pelkistyksen jälkeen niin alhainen, että sähköuunista pohjametallin lisäksi saatavan jätekuonan jatkokäsittely ei ole tarpeen ollen taloudellisesti kannattamatonta. Sähköuuniprosessissa syntyvä pohjametalli (tai lejeerinki) sisältää pitkälle viedyn 30 pelkistysvaiheen jälkeen kuitenkin niin paljon rautaa siten, että sähköuunin pohjametallia ei ole edullista syöttää yhdessä suspensiosulatusuunin blisterikuparin kanssa anodiuuniin vaan rauta joudutaan poistamaan erillisessä konvertoinnissa ns. rautakonvertterissa ennen sähköuunin pohjametallisissa olevan kuparin syöttämistä anodiuuniin.

2

Edellä esitetyt kuonanpuhdistusesimerkit ovat siis molemmat luonteeltaan kaksivaiheisia.

Keksinnön lyhyt selitys

Keksinnön tavoitteena on kehittää parannettu menetelmä kuparirikasteen 5 jalostamiseksi.

Keksinnön tavoite saavutetaan itsenäisen patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä.

Keksinnön mukaisen menetelmän edulliset suoritusmuodot on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

10 Tässä innovaatiossa esitetään ratkaisu, joka edelleen on luonteeltaan kaksi vaiheinen, mutta on sekä investointi- että varsinkin käyttökustannuksiltaan edellä mainittuja ratkaisuja edullisempi: Suspensiosulatusuunissa syntyvä kuona käsitellään edelleen sähköuunissa, joko jatkuvatoimisesti tai panosprosessina toimivassa erillisessä yksikössä. Suspensiosulatusuunin kuonan pelkistys sähköuunissa on joko osittainen tai niin pitkälle 15 viety, että sähköuunissa syntyvä kuona on ns. poisheitettävää jätekuonaa eli kuparipitoisuudeltaan niin alhainen, että jäljelle jääneen kuparin talteenottaminen erillisessä prosessissa ei ole taloudellisesti kannattavaa. Sähköuunista saatava metallilejeerinki eli pohjametalli granuloidaan esimerkiksi veden avulla. Syntyneet lejeerinkigranulit syötetään yhdessä kuparirikasteen, kuonanmuodostajan ja reaktiokaasun kanssa suspensio-20 sulatuuunin reaktiokuiluun, jolloin lejeerinkigranulit sulavat ja saavuttavat suspensio-sulatusuunin alauunissa kuonan läpi kulkeutuessaan samanlaisen termodynaamisen tasapainon kuonan kanssa kuin rikasteestakin syntyvä blisterikupari. Tuolloin granulissa oleva rauta hapettuu ja kuonautuu siten, että suspensiosulatusuunista tuotteena saatava blisterikupari on edullista käsitellä suoraan anodiuunissa. Koska kysymyksessä olevan 25 granulikuparin kuonaa muodostavien komponenttien, pääosin raudan määrä on pieni, ei kuonamäärä olennaisesti kasva ja näin ei aiheudu ylimääräistä kuparikiertoa takaisin sähköuuniin, vaan pääosa granulissa olevasta kuparista menee suoraan suspensiosulatus-tuotteena olevaan blisterikupariin.

Menetelmän etuina voidaan mainita alentuneiden käyttö- ja investointi -30 kustannusten lisäksi mm. seuraavat seikat: • pienentynyt kuparinkierto olemassa oleviin kaksivaiheisiin prosesseihin verrattuna • anodiuuniin syötetään vain yhtä blisterilaatua, jolloin anodiuunin operointi on helpompaa 3 • usein blisterisuorasulatuksessa syntyy niin paljon lämpöä, että happirikastusta on rajoitettava. Koska tämä lämpö tässä käytetään prosessissa hyväksi lejeerinki-rakeiden sulattamisessa, on mahdollista operoida uunia korkeammalla happi-rikastuksella, mistä seurauksena uunin kapasiteetti on suurempi (tai uuni, varsin-5 kin reaktiokuilu voivat olla pienemmät) ja kaasulinja voi olla kapasiteetiltaan pienempi.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa käytetään kahta peräkkäistä sähköuunia. Ensimmäisessä sähköuunissa suspensiosulatusuunin kuonan pelkistys viedään vain noin 4 % Cu tasolle eli tasolle, jossa jäljelle jäävä osittaispelkistetty kuona sisältää noin 4 % 10 kuparia, jolloin suspensiosulatusuunin kuonan rauta ei vielä pelkisty ja siirry ensimmäisessä sähköuunissa pohjametallifaasiin vaan pysyy ensimmäisessä sähköuunissa ns. osittaispelkistetyssä kuonassa. Tuotteena ensimmäisestä sähköuunista saadaan sellaista blisterikuparia, joka kelpaa suoraan anodiuuniin jatkokäsiteltäväksi ja jota voidaan syöttää anodiuuniin, koska ensimmäisen sähköuunin blisterkupari ei sisällä rautaa. Toi-15 sessa sähköuunissa ensimmäisen sähköuunin osittaispelkistetyn kuonan pelkistystä jatketaan kuonan lopun kuparin talteen ottamiseksi, jolloin blisterin mukaan pelkistyy myös rautaa ja tämä rautapitoinen pohjametalli granuloidaan ja syötetään takaisin suspensiosulatusuunin reaktiokuiluun, jossa rauta sitten hapettuu edellä kuvatulla tavalla.

Kuvioluettelo 20 Seuraavassa keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja esitetään tarkemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joista kuvio 1 on kuvaus menetelmän eräästä ensimmäisestä suoritusmuodosta, ja kuvio 2 on kuvaus menetelmän eräästä toisesta suoritusmuodosta.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus 25 Kuviossa 1 on esitetty menetelmä kuparirikasteen 1 jalostamiseksi.

Menetelmässä syötetään yhdessä kuparirikastetta 1, kuonanmuodostajaa 2 ja reaktiokaasua 3 kuten happirikastettua ilmaa suspensiosulatusuunin 4 reaktiokuiluun 5, kuten liekkisulatusuunin reaktiokuiluun.

Suspensiosulatusuunin 4 reaktiokuiluun 5 voidaan lisäksi syöttää suspensio-30 sulatusuunin 4 nousukuilun 6 kautta poisjohdettavien poistokaasujen 7 jäähdytyksestä jätelämpökattilasta 8 saatavaa lentopölyä 9 ja/tai jätelämpökattilan 8 jälkeen järjestetystä sähkösuodattimesta 10 saatavaa lentopölyä 9.

4

Suspensiosulatusuunin 4 reaktiokuiluun 5 syötettävät aineet reagoivat keskenään ja suspensiosulatusuunin 4 alauunin 11 pohjalle 12 muodostuu erilliset faasit, blisteri-kupari 13 ja blisterikuparin 13 päälle kuona 14.

Suspensiosulatusuunissa muodostuneet poistokaasut 7 poistetaan nousukuilun 6 5 kautta jätelämpökattilaan 8, jossa poistokaasujen 7 lämpöenergia otetaan talteen. Jäte-lämpökattilasta 8 jäähdytetyt poistokaasut 7 johdetaan sähkösuodattimeen 10, jossa poistokaasusta 7 erotetaan lentopöly 9 ja lentopöly 9 kierrätetään takasin suspensio-sulatusuunin 4 reaktiokuiluun 5. Sähkösuodattimesta 10 poistokaasut 7 johdetaan edelleen käsiteltäväksi esimerkiksi happotehtaalle (ei esitetty kuvissa) rikkidioksidin talteen-10 ottamiseksi.

Suspensiosulatusuunin blisterikupari 13 johdetaan anodiuuniin 15 pyro-metallurgista raffinointia varten. Anodiuunissa 15 poistetaan ensin blisterikuparin 13 sisältämä pieni määrä rikkiä hapettamalla ja poistetaan sitten blisterikuparin 13 sisältämää happea pelkistämällä. Anodiuunin 15 jälkeen kuparista valetaan anodivalulaitoksessa (ei 15 esitetty kuvissa) kuparianodeja, joita käyttämällä kuparianodien kupari eli kuparianodit jalostetaan edelleen elektrolyyttisesti elektrolyysilaitoksessa (ei esitetty kuvissa) kupari-katodeiksi.

Suspensiosulatusuunin kuona 14 johdetaan edullisesti, mutta ei välttämättä, sulassa muodossa sähköuuniin 16, jolloin säästetään energiaa, koska suspensiosulatus-20 uunin kuona 14 on valmiiksi sulassa muodossa saapuessaan sähköuuniin 16.

Suspensiosulatusuunin kuona 14 käsitellään pelkistysuunissa, kuten sähköuuni 16 pelkistimen, kuten koksi, kanssa siten, että sähköuunissa 16 muodostuu erilliset faasit pohjametalli 17 ja jätekuona 18. Suspensiosulatusuunin kuona 14 pelkistetään edullisesti, mutta ei välttämättä sähköuunissa 16 koksin avulla, jota syötetään sähköuuniin 16.

25 Sähköuuniin 16 syötetään edullisesti, mutta ei välttämättä, myös anodiuunin kuonaa 19 anodiuunista 15.

Suspensionsulatusuunin kuona 14 pelkistetään edullisesti, mutta ei välttämättä sähköuunissa 16 siten, että sähköuunin jätekuonan 18 kuparipitoisuus on alle 2 %, edullisemmin alle 1 %.

5 Sähköuunin pohjametalli 17 poistetaan sähköuunista 16 ja sähköuunin pohja-metalli 17 granuloidaan esimerkiksi veden 20 avulla granulointilaitoksessa 21. Sähköuunin pohjametalli 17 sisältää kuparin lisäksi erityisesti rautaa.

Granuloitu sähköuunin pohjametalli 22 syötetään yhdessä kuparirikasteen 1, 5 kuonanmuodostajan 2 ja reaktiokaasun 3 kanssa suspensiosulatusuunin 4 reaktiokuiluun 5.

Kuviossa 2 on esitetty menetelmän eräs toinen suoritusmuoto, jossa käytetään kuviossa 1 esitetyn yhden sähköuunin 16 sijaan kahta sähköuunia, eli ensimmäistä sähköuunia 23 ja toista sähköuunia 24.

10 Kuviossa 2 johdetaan suspensiosulatusuunin kuona 14 ensin ensimmäiseen sähköuuniin 23. Suspensiosulatusuunin kuonaa 14 johdetaan edullisesti, mutta ei välttämättä, suspensiosulatusuunista 4 ensimmäiseen sähköuunin 23 sulassa muodossa.

Ensimmäisessä sähköuunissa 23 suoritetaan suspensiosulatusuunin kuonalle 14 pelkistimen kanssa osittaispelkistys siten, että ensimmäisessä sähköuunissa 23 muodostuu 15 erilliset faasit blisterikupari 13 ja osittaispelkistetty kuona 25, jossa on noin 4 % kuparia.

Ensimmäisen sähköuunin blisterikupari 13 syötetään ensimmäisestä sähköuunista 23 anodiuuniin 15. Ensimmäisen sähköuunin blisterikupari 13 syötetään edullisesti, mutta ei välttämättä, sulassa muodossa ensimmäisestä sähköuunista 23 anodiuuniin 15. Tuotteena ensimmäisestä sähköuunista 23 saadaan sellaista blisterikuparia 13, joka 20 kelpaa anodiuuniin 15 jatkokäsiteltäväksi ja jota voidaan syöttää anodiuuniin 15, koska ensimmäisen sähköuunin blisterikupari ei sisällä rautaa, koska suspensiosulatusuunin kuonalle 14 on suoritettu ainoastaan osittaispelkistys ensimmäisessä sähköuunissa 23.

Ensimmäisen sähköuunin osittaispelkistetty kuona 25 syötetään edullisesti, mutta ei välttämättä, sulassa muodossa ensimmäisestä sähköuunista 23 toiseen sähköuuniin 24. 25 Toisessa sähköuunissa 24 suoritetaan ensimmäisen sähköuunin osittaispelkiste- tylle kuonalle 25 pelkistimen kanssa pelkistys siten, että toisessa sähköuunissa 24 muodostuu erilliset faasit pohjametalli 17 ja jätekuona 18, jossa on alle 2 % kuparia, edullisemmin alle 1 % kuparia.

Toisen sähköuunin pohjametalli 17 sisältää kuparin lisäksi erityisesti rautaa. Tämä 30 pohjametalli 17 granuloidaan ja syötetään yhdessä kuparirikasteen 1, kuonanmuodostajan 2 ja reaktiokaasun 3 kanssa suspensiosulatusuunin 4 reaktiokuiluun 5.

Esimerkki

Suspensiosulatusuuniin syötetään:

Kuparirikastetta (Concentrate) 111.0 t/h 35 6

Lentopölyä (DBF dust) 19.6 t/h

Fluksia eli kuonanmuodostajaa (Silica Flux) 9.9 t/h

Granuloitua pohiametallia (Electric Furnace metal)_16,6 t/h yhteensä 157.2 t/h 5

Kuparirikasteen analyysi:

Kuparia Cu 34.8 %

Rautaa Fe 26.0 % 10 Rikkiä S 29.1% piioksidia S1O2 5.0 %

Lisäksi suspensiosulatusuuniin syötetään happirikastettua ilmaa 60 680 Nm3 happirikastuksen ollessa 46.2 %.

15 Suspensiosulatuksessa käytetään happirikastettua ilmaa, koska rikasteen rikin ja raudan hapen kanssa tapahtuvissa reaktioissa syntyvä lämpö riittää sulattamaan sekä rikasteen (tuotteet blister ja kuona) sekä uuniin syötetyt pienipartikkelikokoiset blisterigranulit. Suhteellisen korkean happirikastuksen ansiosta syntyy kaasu, jossa on korkea rikkidioksidipitoisuus (n. 36 % SO2) ja jonka kokonaismäärä on näin ollen pieni 20 verrattuna tilanteeseen, jossa happirikastus olisi alhaisempi. Kaasua poistetaan uunista noin 66 900 Nm3/h lämpötilassa 1320 °C. Kaasusta otetaan pääosa sen lämpösisällöstä talteen jätelämpökattilassa ennen kaasun johtamista kuumasähkösuodattimeen ja edelleen happotehtaalle rikkidioksidin talteenottamiseksi.

Suspensiosulatusuunista saadaan tuotteena blisterikuparia 39 tonnia tunnissa, 25 lämpötila noin 1280 °C sekä kuonaa noin 77 tonnia tunnissa.

Suspensiosulatusuunin kuonan kuparipitoisuus on 20 % Cu, jonka talteenottamiseksi kuona syötetään sulana sähköuuniin, jossa siis käsitellään 1830 tonnia päivässä. Lisäksi sähköuuniin syötetään pieni määrä anodiuunikuonaa (20 tonnia päivässä) sekä pelkistykseen tarvittavaa koksia noin 91 tonnia päivässä. Pelkistyksen 30 tuloksena syntyy jätekuona, jonka kuparipitoisuus on riittävän pieni, jotta sitä ei enää ole taloudellisesti kannattavaa prosessoida edelleen (1365 tonnia päivässä, rautaa (Fe) noin 51 %, piioksidia (Si02) noin 26 %). Tuotteena syntyy pohjametallia noin 400 tonnia päivässä siten, että pohjametallin rautapitoisuus on noin 8 %, loput pääasiassa kuparia. 1240 °C lämpöinen pohjametalli granuloidaan ja granulit kuivataan ja syötetään yhdessä 35 rikasteen kanssa takaisin liekkisulatusuuniin.

7 Näin ollen prosessissa syntyy edellä mainittua blisterikuparia, joka on edullisesti jatkokäsiteltävissä anodikupariksi anodiuunissa.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintöjä sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä 5 kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (10)

1. Menetelmä kuparirikasteen jalostamiseksi, jossa menetelmässä syötetään yhdessä kuparirikastetta (1), kuonanmuodostajaa (2) ja reaktiokaasua 5 (3) suspensiosulatusuunin (4) reaktiokuiluun (5), kuten liekkisulatusuunin reaktiokuiluun (5), ja suspensiosulatusuunissa (4) muodostuu erilliset faasit, blisterikupari (13) ja kuona (14), tunnettu siitä, 10 että johdetaan suspensiosulatusuunin kuona (14) sähköuuniin (16), että käsitellään suspensiosulatusuunin kuona (14) sähköuunissa (16) pelkistimen kanssa siten, että sähköuunissa (16) muodostuu erilliset faasit pohjametalli (17) ja jätekuona (18), että poistetaan sähköuunin pohjametalli (17) sähköuunista (16), 15 että granuloidaan sähköuunin pohjametalli (17) ja saadaan granuloitua sähköuunin pohjametallia (22), ja että syötetään granuloitua sähköuunin pohjametallia (22) suspensiosulatusuunin (4) reaktiokuiluun (5).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että johdetaan suspensiosulatusuunin kuona (14) sähköuuniin (16) sulassa muodossa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköuunin pohjametalli (17) granuloidaan veden (20) avulla. 25

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistetään suspensiosulatusuunin kuona (14) sähköuunissa (16) koksin avulla, jota syötetään sähköuuniin (16).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköuuniin (16) syötetään anodiuunin kuonaa (19) anodiuunista (15).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistetään suspensionsulatusuunin kuona (14) sähköuunissa (16) siten, että sähköuunin 35 jätekuonan (18) kuparipitoisuus on alle 2 %, edullisesti alle 1 %.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään kahta sähköuunia, ensimmäistä sähköuunia (23) ja toista sähköuunia (24), että johdetaan suspensiosulatusuunin kuona (14) ensin ensimmäiseen sähköuuniin 5 (23), että suoritetaan suspensiosulatusuunin kuonalle (14) ensimmäisessä sähköuunissa (23) pelkistimen kanssa osittaispelkistys siten, että ensimmäisessä sähköuunissa (23) muodostuu erilliset faasit blisterikupari (13) ja osittaispelkistetty kuona (25), jossa on noin 4 % kuparia, 10 että syötetään ensimmäisen sähköuunin osittaispelkistetty kuona (25) ensim mäisestä sähköuunista (23) toiseen sähköuuniin (24), että suoritetaan toisessa sähköuunissa (24) ensimmäisen sähköuunin osittais-pelkistetylle kuonalle (25) pelkistimen kanssa pelkistys siten, että toisessa sähköuunissa (24) muodostuu erilliset faasit pohjametalli (17) ja jätekuona (18), jossa on alle 2 % 15 kuparia, edullisemmin alle 1 % kuparia, että poistetaan toisen sähköuunin pohjametalli (17) toisesta sähköuunista (24), että granuloidaan toisen sähköuunin pohjametalli (17) ja saadaan granuloitua sähköuunin pohjametallia (22), ja että syötetään granuloitua sähköuunin pohjametallia (22) suspensiosulatusuunin 20 (4) reaktiokuiluun (5).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syötetään ensimmäisen sähköuunin blisterikupari (13) anodiuuniin (15).

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suspensiosulatusuunin kuona (14) johdetaan suspensiosulatusuunista (4) ensimmäiseen sähköuuniin (23) sulassa muodossa.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 30 suspensiosulatusuunin (4) reaktiokuiluun (5) syötettävä reaktiokaasu (3) käsittää happi-rikastettua ilmaa. 11