FI60239C - Saett att raffinera metalliskt koppar pao en pyrometallurgisk vaeg - Google Patents

Description

0αΜ***\ mi iCUULUTUSJULKAISU _ Λ _ „ Ä ® ^ UTLÄGGNINCSSKIIIFT 602 39 5¾¾ C <45> 10 K 17:1 ^ (51) K».ik?/int.a.3 C 22 B 15/14 SUOMI —FINLAND (21) P*t*nttJh*lc#mi*-PMvnttnrfkrfn, 3181+/72 (22) Hakemitptlvl — Amöfcnlnpdtj 1^+.11.72 * * (23) AlkupUvi—Gittlghvtadig lU.11.72 (41) Tullut JulklMluI — Blhrtt olfcntllg 16.03 73

Patentti· ja rekisterihallitus ... ________ , ' (44) NlhtMksIpanon |a kuuLjulkibun pvm. —

Patent- och registerstyrelsen AmMcan utltfd och utUkrlfwn publlccrad 31.08.8l (32)(33)(31) *η*·«Χ amolkma—Baglrd prkxitat 15. H. 71 usa (us) 198981+ (71) The International Nickel Company of Canada, Limited, Copper Cliff, Ontario, Kanada(CA) (72) Malcolm Charles Evert Bell, Port Colborne, Ontario, Kanada(CA)

John Kenneth Pargeter, Varvick, New York, USA(US) (7I+) Oy Kolster Ab (5I+) Tapa puhdistaa metallista kuparia pyrometallurgisesti - Sätt att raffinera metalliskt koppar p& en pyrometallurgisk väg

Keksinnön kohteena on tapa puhdistaa pyrometallurgisesti metallista kuparia, joka sisältää enintään 5 % rautaa, enintään 10 f happea ja enintään 1 % rikkiä ja vähintään yhtä haihtuvaa epäpuhtautta, joka on arseeni, vismutti, lyijy, seleeni, telluri, tina tai sinkki.

Sementtikupari eli kupari, joka on saostettu metallisella raudalla happamista käsittelyliuoksista, erotetaan liuoksesta ja sitä voidaan käsitellä magneettisen erottamisen ja/tai seulontamenetelmän avulla parempilaatuisen sementtikuparin valmistamiseksi. Sementtikupari, olipa se jalostettua tai ei, on katsottu välituotteeksi, joka joko kierrätetään takaisin sulatuskäsittelyyn tai lisätään pienissä määrissä kuparielektrolyytteihin sähköisen puhdistuksen aikana. Sementtikuparin käyttö välituotteena muodostaa taakan sulatus- tai sähköpuhdistuskapasiteetille eikä sen avulla aikaan- 2 60239 saada minkäänlaisia vastaavia etuja.

Metallikuparin saostumia voidaan myös saada hydraamalla pelkistä- o västi kuparipitoisia käsittelyliuoksia korotetussa paineessa 25 kp/cm4- ja lämpötilassa 290°C. Tällaiset jauheet ovat yleensä hienojakoisia ja sisältävät enintään noin 0,1 % rikkiä ja 0,01 % rautaa.

On ehdotettu, että sementtikuparia käsitellään seulomalla ja magneettisen erotustekniikan avulla sellaisen sementtikuparin aikaansaamiseksi, joka on vähintään anodilaatua. Jo tämän tuotteen määritelmä osoittaa, että vaaditaan sähköisen puhdistuksen lisäkäsittelyjä. Sähköisen puhdistamisen jälkeen on materiaalia käsiteltävä edelleen käyttökelpoisessa muodossa olevan kuparin valmistamiseksi. Sen jälkeen kun semnettikupari on rikastettu magneettisen erottamisen ja seulomisen avulla, on se sulatettava anodien muodostamiseksi, jotka puhdistetaan sähkö avulla katodeiksi, jotka mahdollisesti sulatetaan kuparin kaupallisten laatujen valmistamiseksi.

Nyt on todettu, että sementtikuparia voidaan puhdistaa pyrometallur-gisesti erikoisen kaksivaiheisen alipaineessa suoritetun käsittelyn avulla, minkä jälkeen kuparista voidaan vähentää happea ja valaa.

Keksinnölle on tunnusomaista, että metallinen kupari sulatetaan erillistä kupro-oksidifaasia muodostamatta vapaata happea sisältävässä kaasukehässä raudan muodostamiseksi kuonaksi ja sellaisen kuparikylvyn muodostamiseksi, joka sisältää epäpuhtauksia, jolloin happipitoisuus ylittää ainakin rikkipitoisuuden, kuona erotetaan kuparikylvystä, vapaata happea sisältävää puhdistuskaasua johdetaan kuparikylvyn lävitse samalla kun kylpy pidetään alipaineessa alle 0,01 ilmakehää, kunnes rikkipitoisuus on pienempi kuin 0,001 %, puhdistuskaasun johtaminen lopetetaan ja kuparikylvyn yläpuolella oleva paine alennetaan arvoon alle 0,002 ilmakehää haihtuvien epäpuhtauksien haihduttamiseksi, kuparikylvystä vähennetään happea ja sen jälkeen kupari valetaan.

Rikinpoiston jälkeen yksifaasinen kuparikylpy sisältää vähintään noin 1 % happea. Puhdistuskaasun virta lopetetaan sen jälkeen kun kupari-kylvyn rikkipitoisuus on alentunut arvoon alle noin 0,001 % ja kylpyyn kohdistetaan alipaine vähintään noin 0,002 ilmakehää sen edelleen puhdistamiseksi haihduttamalla kylvystä ainakin yksi epäpuhtaus, joka on valittu ryhmästä, jonka muodostavat arsenikki, vismutti, lyijy, seleeni, telluri, tina ja sinkki. Kuparikylvystä vähennetään tämän jälkeen happea. Ennen valamista voidaan kuparikylpyä mahdollisesti käsitellä fosforilla happi- 3 60239 vapaan kuparin aikaansaamiseksi.

Kuten edellä mainittiin, sementtikupari valmistetaan seostamalla kuparia happamista käsittely-liuoksista metallisen raudan avulla. Jos saos-tusaineena käytetty rauta on karkeata tai massiivista, peittää saostunut kupari mahdollisesti raudan koko pinnan ja saostusreaktio pysähtyy täydellisesti. Kuparin saostukseen käytetyn metallisen raudan osasten koon pienetessä pienenee myös sementtikuparin rautapitoisuus. Käytettäessä karkeita metallisen raudan osasia kuparin saostuksessa voidaan sementtikuparia käsitellä magneettisen erottamisen ja/tai seulomisen avulla kuparin laadun parantamiseksi niin, että se sisältää alle noin 3 % rautaa ja yli noin 90 % kuparia. Täten keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti käsitellään sementtikuparia aluksi magneettisen erottamisen avulla ja/tai seulomalla parempilaatuisen sementtikuparin valmistamiseksi.

Jokaista metallikuparisakkaa, joka sisältää enintään noin 5 % rautaa, enintään noin 1 % rikkiä, enintään noin 10 % happea, enintään noin 0,1 % arseenia, enintään noin 0,1 % vismuttia, enintään noin 0,1 % lyijyä, enintään noin 0,01 % seleeniä, enintään noin 0,01 % telluria, enintään noin 0,1 % tinaa ja enintään noin 0,1 % sinkkiä, voidaan käsitellä keksinnön mukaisella menetelmällä. Kuten edellä mainittiin, voidaan sement-tikuparia helposti parantaa magneettisen erottamisen ja seulomisen avulla. Tällainen jalostettu sementtikupari voi sisältää enintään noin 3 % rautaa, enintään noin 1 % rikkiä, enintään noin 10 % happea, enintään noin 0,1 % arseenia, enintään noin o,l % vismuttia, enintään noin 0,1 % lyijyä, enintään noin 0,01 % seleeniä, enintään noin 0,01 % telluria, enintään noin 0,1 % tinaa ja enintään noin 0,1 % sinkkiä. Kuparijauhe, joka on valmistettu saostamalla veden avulla käsittelyliuoksista ja joka sisältää enintään 0,5 % rikkiä, 0,01 % rautaa ja arseenia, vismuttia, lyijyä, seleeniä, telluria, 60239 tinaa ja sinkkiä edellä mainituilla alueilla, voidaan myös käsitellä keksinnön mukaisella menetelmällä. On huomattava, että ellei muuta ole mainittu, ovat esitetyt nestemäiset seokset laskettu painon perusteella ja kaasumaiset seokset tilavuuden perusteella.

Mikäli metallikuparieakka sisältää enemmän kuin noin 2 % happea, käsitellään sementtikuparia pelkistävällä aineella sulattamisen aikana happipitoisuuden pienentämiseksi ja sekoittumattoman kupro-oksidifaasin muodostumisen estämiseksi, joka on erittäin voimakkaasti uunia syövyttävä, ja kuparihäviöiden pienentämiseksi rautapitoisesta kuonasta. Kuparisakka, olipa sitä jalostettu tai ei, sekoitetaan edullisesti hiilipitoisen pelkistysaineen kanssa, jonka määrä säädetään kuparisakan rauta- ja rikkipitoisuuksien suhteen niin, että kuparikylvyn lopullinen happipitoisuus sulatuksen jälkeen ylittää ainakin rikkipitoisuuden ja on pienempi kuin se, joka aikaansaa erillisen sekoittumattoman kupro-oksidifaasin. Hiilipitoinen pelkistysaine voi olla joko neste tai kiinteä aine. Metallikupari-sakkaan lisätyn hiilipitoisen pelkistysaineen määrä riippuu kuparisakan raataja happipitoisuuksista. Hiilipitoisen pelkistysaineen lisättyjä määriä säädetään siten, että hiilipitoinen pelkistysaine, rikki ja rauta aikaansaavat tehokkaasti sulaa kuparia, jonka happipitoisuus on alle noin 1,5 %- Useimmissa tapauksissa on kuparisakkaan lisätyn hiilipitoisen pelkistysaineen määrä välillä noin 0,5 ja 5 % sementtikuparin painosta laskettuna sen seikan takaamiseksi, että sulan kuparin happipitoisuus on alle noin 1,5 %· Happipitoisuutta voidaan luonnollisesti säätää sulattamalla sellaisessa kaasukehässä, joka pelkistää kupro-oksidiksi.

Kuparisakoissa esiintyy yleensä huomattava sellaisten osasten määrä, jotka ovat hienompia kuin 0,0U3 mm ja jotka kuumennettaessa voivat aiheuttaa pölyämistä, josta seuraa myös metallihäviöitä. Hienojakoiset kuparisakat voivat myös aiheuttaa materiaalien käsittelyprobleemeja ja voivat tehdä sulatuskäsittelyn vähemmän tehokkaaksi induktiouuneja käytettäessä. Tämän johdosta on edullista muodostaa kuparisakkojen ja hiilipitoisen pelkistysaineen seoksen aglomeraatte-ja tavanomaisella tavalla. Kuparisakkojen ja hiilipitoisen pelkistysaineen seos muodostetaan pallosiksi tavanomaisella tavalla tai briketeiksi tavanomaisia pu-ristuskäsittelyjä käyttäen. Katsomatta siihen tapaan, jolla sementtikuparin ja hiilipitoisen pelkistysaineen seos on aglomeroitu, tulee aglomeraattien osasten suuruuden olla vähintään noin 0,1 mm ja edullisesti vähintään noin 20 mm tarkoituksella pienentää niitä vaikeuksia, jotka liittyvät pölyämiseen, materiaalien käsittelyyn ja vähemmän tehokkaaseen sulattamiseen.

5 60239

Kuparisakka, olipa se agloraeroitu tai ei, sulatetaan kuparikylvyn ja kelluvan kuonan muodostamiseksi, joka sisältää rautaoksidia. Tarkoituksella mahdollistaa rautaoksidikuonan nopea poistaminen ja epäpuhtauksien tätä seuraavan poiston edistämiseksi kuumennetaan sementtikuparin ja hiilipitoisen pelkistysaineen seos lämpötilaan vähintään noin 1200°C ja edullisesti lämpötilaan välille noin 1250 ja 1U00°C. Edellä mainitulla alueella olevissa lämpötiloissa on sula kupari riittävän nestemäistä sallimaan kupariin muodostuneen rautaoksidin nopean nousun kylvyn pinnalle, josta rautaoksidi poistetaan kiinteänä kuonana. Rautaoksidikuonan tehokas ja pääasiallisesti täydellinen poistaminen kylvystä on keksinnön eräs edullinen toteuttamismuoto, koska rautaoksidikuonan poistaminen edistää seuraavaa alipaineessa tapahtuvaa rikin poisto- ja puhdistuskäsittelyä. Korkeat lämpötilat ovat myös tehokkaat lisäämään seuraavan rikin poiston ja muiden puhdistusreakti-oiden nopeutta.

Sen jälkeen kun kuparikylvyn rautapitoisuus on alennettu arvoon, joka on alle noin 0,01 % ja rautaoksidikuona on poistettu kylvystä, kohdistetaan kylpyyn alipaine alle noin 0,01 ik Hg ja edullisesti välille noin 0,001-0,0002 ik Hg, samalla kun huuhtomiskaasua, joka voi sisältää vapaata happea, johdetaan kylvyn lävitse sen rikkipitoisuuden pienentämiseksi arvoon alle noin 0,001 #, edullisesti arvoon alle noin 0,0005 %· Rikin poisto on sangen nopea ilmakehän alittavissa paineissa, mutta rikin poistonopeus kasvaa yllättäen johdettaessa huuhtomiskaasua sulatteen lävitse samalla kun sulatetta pidetään alipaineessa. Oletetaan, vaikkakaan keksintö ei ole rajoitettu tähän olettamukseen, että inertisen kaasun kuplat, jotka kulkevat sulatteen lävitse, luovuttavat sen energiatarpeen, joka tarvitaan rikkidioksidi-kaasukuplien alkioiden aikaansaamiseksi, aikaansaavat suuren eron kemiallisessa potentiaalissa kuplina olevan rikkidioksidin ja kylpyyn liuenneen rikkidioksidin välillä ja sekoittavat kylpyä voimakkaasti väkevyyserojen pienentämiseksi siinä. Huuhtomiskaasun muodostaa jokin ryhmän typpi, argon, ilma, hiilidioksidi ja happi muodostamista kaasuista. Useimmissa tapauksissa käytetään sellaisia kaasunvirtausnopeuksia, jotka ovat välillä noin 0»3 ja 6,1 kuutiometriä tunnissa per neliömetri kylvyn pintaa, tarkoituksella aikaansaada kaikki ne edut, jotka ovat seurauksena kaasun avulla tapahtuvasta huuhtomisesta ja sekoittamisesta samalla kun pienennetään laitteiston tarvetta.

Mikäli kuparikylpy ei sisällä riittävästi happea rikin eliminoimiseksi rikkidioksidin- ja happipitoisuuden aikaansaamiseksi välille noin 0,1 ja 1,5 % rikin poiston jälkeen, on kylpyyn lisättävä lisää happea. Tämä voidaan toteuttaa johtamalla kylpyyn ilmaa tai happea tai lisäämällä siihen hapetettua kuparijauhet-ta.

6 60239

Rikin poisto suoritetaan edullisesti alipaineessa, joka on alle noin 0,01 ilmakehää ja edullisesti välillä noin 0,001 ja 0,0002 ilmakehää. Tällä alueella rikin poisto tapahtuu asettamatta liian suuria vaatimuksia tyhjölaitteis-tolle. Korkeissa alipaineissa rikin poistonopeus rikkipitoisuuden ollessa alle noin 0,001 % ei ole kaupallisesti edullista, koska alempien paineiden käyttö aiheuttaa tehokkaamman, monimutkaisemman ja kalliimman laitteiston käytön tällaisen alhaisen paineen ylläpitämiseksi erikoisesti inertistä kaasua huuhtomises-sa käytettäessä.

Kun rikkipitoisuus on alennettu määrätylle tasolle, esim. arvoon alle noin 0,001 % tai vieläpä alle noin 0,0005 %, lopetetaan kaasun johtaminen ja aloitetaan lopullinen puhdistaminen ainakin yhden epäpuhtauden määrän alentamiseksi, joka on valittu ryhmästä jonka muodostavat arsenikki, vismutti, lyijy, seleeni, telluri, tina ja sinkki. Kylvyn happitoisuus säädetään arvoon välille noin 0,1 ja 1,5 %t ja kuparikylpyyn kohdistetaan alipaine, joka on pienempi kuin noin 0,0002 ilmakehää, edullisesti alle noin 0,0001 ilmakehää, kylvyn puhdistamiseksi edelleen haihduttamalla vähintään yksi sellainen epäpuhtaus, joka on valittu ryhmästä, jonka muodostavat arsenikki, vismutti, lyijy, seleeni, telluri, tina ja sinkki. Kuparisulate pidetään mekaanisesti tai induktiivisesti tässä vaiheessa pyörteilevässä tileissä jonkin edellä mainitun epäpuhtauden haihtumisen edistämiseksi . Vaikkakin voimakas sekoittaminen voidaan aikaansaada johtamalla inertistä kessua sulatteen lävitse, on todettu, että alemmat alipaineet, jotka aikaansaadaan ilman inertistä kaasua, ovat tehokkaampia eliminoimaan mainitut epäpuhtaudet kuin mitä aikaansaadaan sulatteen lävitse kulkevan inertisen kaasun avulla. Tämä puhdistuskäsittely on tehokas alentamaan arsenikin, vismutin, lyijyn, tinan ja sinkin pitoisuuksia arvoon alle noin 0,001 % samalla kun seleenin ja tellurin pitoisuudet vähintään puoliintuvat.

Kuparikylpy sisältää puhdistamisen jälkeen noin 0,1-1,5 % happea ja se deoksidoidaan edullisesti ennen valamista. Ainakin osittainen deoksidoiminen voidaan aikaansaada johtamalla kuparikylvyn lävitse pelkistävää kaasua, kuten vetyä, hiilimonoksidia, luonnonkaasua tai propaania. Pelkistävän kaasun johtaminen kuparikylvyn lävitse toimii suhteellisen hyvin, mutta on yllättäen todettu, että happipitoisuuden lähetessä arvoa noin 0,05 % on kiinteä pelkistysaine, kuten kiinteä hiili tai koksi, kineettisesti tehokkaampaa alentamaan happipitoisuuden.

Tämän johdosta lisätään kiinteätä pelkistysainetta kuparikylpyyn joko koko deok-sidoiraiskäsittelyn aikana tai sen viimeisten vaiheiden aikana, so. kun kylvyn 7 60239 happipitoisuus on alentunut arvoon noin 0,05 % tai sen alapuolelle, happipitoisuuden pienentämiseksi arvoon noin 0,01 %, edullisesti noin 0,005 %· Happivapaata kuparia haluttaessa voidaan kuparisulate edullisesti deoksidoida täydellisesti lisäämällä fosforia. Deoksidoimiskäsittely kiinteätä hiiltä käyttäen suoritetaan edullisesti alipaineessa alle noin 0,01 ilmakehää, esim. välillä noin 0,005 ja 0,0005 ilmakehää. Deoksidoimisen aikana pidetään kylpy pyörteilevässä tilassa huuhtomalla sitä ei-hapettavalla kaasulla, so. inertisellä tai pelkistävällä kaasulla. Inertisiä kaasuja, kuten typpeä tai argonia, käytetään edullisesti huuhto-miskaasuna niiden vaikeuksien pienentämiseksi, jotka liittyvät liuenneeseen vetyyn alhaisissa happipitoisuuksissa. Suoritettaessa deoksidoiminen alipaineessa käytetään kaasun virtausnopeuksia välillä noin 0,3 ja 6,1 kuutiometriä tunnissa 1 neliömetriä kohden kylvyn pinta-alaa vaadittavan pyörteilyn aikaansaamiseksi kohdistamatta silti liian suuria rasituksia tyhjölaitteistoon. Voidaan käyttää hyvin erilaisia huuhtomiskaasun virtausnopeuksia suoritettaessa deoksidoiminen ympäristön paineessa mikäli kuparikylpyä sekoitetaan riittävästi. Deoksidoimisen jälkeen valetaan kuparisulate tavanomaisiksi kappaleiksi.

Kuparikylvystä poistetaan rikki, se puhdistetaan ja deoksidoidaan lämpötilassa vähintään noin 1200°C ja edullisesti lämpötilassa välillä noin 1250° ja ll*00°C nopean ja oleellisesti täydellisen rikin poiston, puhdistamisen ja deoksi-doitumisen takaamiseksi. Eri käsittelyt voidaan suorittaa minkälaisessa uunissa hyvänsä, mutta on todettu edulliseksi käyttää induktiouuneja, jolloin voidaan käyttää hyväksi näiden uunien sekoitusvaikutusta. Induktiouuneilla on njyös se lisäetu, että ne eliminoivat täydellisesti kuparin likaantumismahdollisuuden polttoaineen palamistuotteiden johdosta. Induktiouunien eräänä lisäetuna on se, että ne voidaan varustaa helposti sopivalla tyhjölaitteella.

Seuraavat esimerkit kuvaavat niitä tuloksia, jotka voidaan aikaansaada keksintöä toteutettaessa.

Esimerkki I

Sementtikupari, joka saatiin seostettaessa kuparia sulfaattiuuttoliuoksista käytettäessä revittyjä, tinasta vapautettuja säilykepurkkeja, ja jotka sisälsivät 0,7 % rikkiä, 6 % happea, 1,2 % rautaa, 0,029 % arsenikkiä, 0,038 % lyijyä, 0,0023 % seleeniä, 0,0007 % telluria ja pienempiä määriä kalsiumoksidia, piioksidia ja alumiinioksidia, sulatettiin ilmassa induktiouunissa, joka oli varustettu tyhjöyksiköllä, raudan, kalsiumoksidin, piioksidin ja alumiinioksidin muodostamiseksi kuonaksi ja sellaisen kuparikylvyn muodostamiseksi, joka sisälsi 0,01 % rautaa, 0,30 % rikkiä ja 1,1*9 % happea. Kuona poistettiin kylvyn pinnalta ja paine 8 60239 alennettiin tyhjölaitteen avulla sitten arvoon 0,0003 ilmakehää samalla kun kylvyn lävitse johdettiin typpeä nopeudella *+»57 kuutiometriä tunnissa 1 neliömetriä kohden kylvyn pintaa rikkipitoisuuden alentamiseksi arvoon 0,0005 1· Kylvyn huuhtominen typellä lopetettiin sitten ja uunin paine alennettiin arvoon 0,0001 ilmakehää kylvyn edelleen puhdistamiseksi. Puhdistuskäsittelyn tässä vaiheessa olivat arsenikin, lyijyn, seleenin ja tellurin määrät pienentyneet vastaavasti arvoihin 0,01 #,alle 0,002 %t 0,001 % ja 0,0003 %. Kylpyyn lisättiin sitten hiiltä ja kylpy huuhdottiin jälleen typellä nopeudella 3,66 kuutiometriä neliömetriä kohden sulatteen pintaa tunnissa kylvyn happitoisuuden alentamiseksi arvoon 0,02 %. Kylpy valettiin sitten.

Esimerkki II

Tämä esimerkki vahvistaa sen, että sula kupari voidaan helpommin vapauttaa rikistä käyttämällä samanaikaista huuhtomista inertisellä kaasulla ja tyhjökä-sittelyllä pelkästään tyhjökäsittelyyn verrattuna, vaikkakin käytettäisiin paineita, jotka ovat 1/10 tai pienempiä niistä, joita käytetään inertistä kaasua käytettäessä. Muodostettiin kaksi kuparikylpyä, joista toinen sisälsi 1,2 λ happea ja 120 miljoonasosaa (mo) rikkiä, ja toinen sisälsi 0,95 % happea ja 100 mo rikkiä, kuumentamalla sementtikupari lämpötilaan 1260°C. Se sisälsi 120 mo rikkiä ja siihen kohdistettiin samanaikaisesti alipaine ja huuhtominen typellä, jota johdettiin nopeudella noin ^,6 kuutiometriä 1 neliömetriä kohden sulatteen pintaa tunnissa. Tasapaino-paine, joka oli välillä noin 200 ja 250 mikronia aikaansaatiin nopeasti kylvyn pinnalle, ja rikkipitoisuus aleni arvoon alle 1 mo noin 1 tunnin kuluessa. Rikkipitoisuus ja kylvyn paine eri ajankohtina on esitetty taulukossa IA. Kuparikylpyyn, joka sisälsi 100 mo rikkiä, kohdistettiin tällaiset alipaineet, jotka olivat välillä noin 15 ja 32 mikronia, ja kylvyn rikkipitoisuus mitattiin eri ajankohtina ja saadut tulokset on esitetty taulukossa IB. Typpeä johdettaessa tarvittiin melkein 2 tuntia rikkipitoisuuden alentamiseksi arvoon 1 mo vaikka paineet olivat pienemmät kuin 1/10 niistä paineista, joita käytettiin typen avulla huuhdottaessa.

Taulukko IA

Aika min. Paine mmHg S-pitoisuus mo 0 300 120 12 0,2U 9 22 0,25 b 33 0,2U 1 U6 0,20 1 63 0,21 <a 9 60239

Taulukko IB

Aika min. Paine mm^g S-pitoisuus mo 0 300 100 20 0,032 20

50 0,025 U

80 0,018 3 110 0,016 1 lUO 0,015 1

Vertailtaessa toisiinsa taulukossa IA ja IB saatuja tuloksia, on ilmeistä, että huuhtomisen ja alipaineen samanaikainen käyttö parantaa huomattavasti rikin poistamista alipaineessa.

Esimerkki III

Vaikkakin inertisen kaasun johtaminen parantaa huomattavasti alipaineessa suoritettua rikin poistoa, vahvistaa tämä esimerkki sen, että inertisen kaasun käyttäminen vaikuttaa myös muihin puhdistusreaktioihin ilman, että on tarpeellista käyttää liian alhaisia paineita ja että kaksivaiheinen alipainekäsittely on edullinen hyvälaatuisen puhdistustuloksen aikaansaamiseksi. Muodostettiin kaksi kupari-kylpyä, joista toinen sisälsi 19 mo seleeniä ja 13 mo telluria ja toinen sisälsi 29 mo seleeniä ja 11,5 mo telluria, kuumentamalla sementtikuparia lämpötilaan 1260°C. Molemmat kylvyt hapetettiin siten, että happea oli läsnä enemmän kuin 1 %. Kylpyä, joka sisälsi 19 mo seleeniä, huuhdottiin samanaikaisesti typellä nopeudella U,57 kuutiometriä 1 neliömetriä kohden kylvyn pinta-alaa tunnissa ja se saatettiin alipaineeseen välille 200 ja 250 mikronia, näytteitä otettiin eri ajankohtina ja ne analysoitiin seleeni- ja telluripitoisuuksien suhteen, jolloin saatiin taulukossa 2A esitetyt tulokset. Kylpy, joka sisälsi aluksi 29 mo seleeniä, saatettiin alipaineeseen välille 15 ja 32 mikronia, ifyös tässä tapauksessa otettiin näytteitä määrättyjen ajanjaksojen jälkeen ja niiden seleeni- ja telluripitoisuus analysoitiin ja tulokset on esitetty taulukossa 2B.

Taulukko 2A

Aika min Paine mmHg Se, mo Te, mo 12 0,2U 21 23 22 0,25 23 15 33 0,2U 18 2b b6 0,20 19 23 63 0,21 23 2b 10 60239

Taulukko 2B

Aika min. Paine mmHg Se, mo Te, mo.

20 0,032 29 11,1 50 0,025 28 7,6 80 0,018 21 7,3 110 0,016 17 5,8 lfcO 0,015 12 8,7

Taulukoissa 2A ja 2B esitetyt tulokset osoittavat, että alemmat alipaineet ovat tehokkaampia puhdistamaan kuparin seleenistä ja tellurista, ja erikoisesti tellurista.

Esimerkki IV

Tämä esimerkki vahvistaa sen, että sula kupari voidaan deoksidoida tehokkaammin hiilen avulla alipaineessa, johtamalla samanaikaisesti inertistä kaasua, verrattuna sulan kuparin lävitse johdettuihin vetykupliin. Muodostettiin kupari-kylpy> joka sisälsi 0,26 % happea, ja vety-typpikaasuseosta, joka sisälsi 75 % vetyä, johdettiin kuplina tämän kylvyn lävitse nopeudella 0,20 kuutiometriä tunnissa, joka vastasi 30 kuutiometriä 1 neliömetriä kohden sulatteen pinta-alaa tunnissa, joka virtausnopeus takasi kylvyn nopean sekoittamisen. Kylvyn happipitoisuus määrättiin määrättyjen ajanjaksojen kuluttua ja saadut tulokset on esitetty taulukossa 3A. Muodostettiin myös toinen kuparikylpy, joka sisälsi 0,27 % happea, ja rakeista grafiittia, jonka ekvivalenttiraäärä oli 1 % kylvystä, saatettiin kellumaan kylvyn pinnalla. Kylpyyn kohdistettiin alipaine 1+00-500 mikronia samalla kun kylpyä huuhdotettiin typellä nopeudella 0,023 kuutiometriä tunnissa, joka vastasi 3,35 kuutiometriä 1 neliömetriä kohden kylvyn pinta-alaa.Kylvyn happipitoisuus määrättiin määrättyjen ajanjaksojen jälkeen ja tulokset on esitetty taulukossa 3B.

Taulukko 3A

Aika min. Happipitoisuus paino-$ 0 0,26

13 0,lU

22 0,066 30 0,0*5 1*0 0,021 50 0,017 60 0,0105 11 60239

Taulukko 3B

Aika min. Happipitoisuus paino-$ 0 0,27 10 0,13 20 0,0Hä

30 0,0lU

1+0 0,0068 50 0,0025

Taulukoissa 3A ja 3B saadut tulokset vahvistavat sen, että kuparin deok-sidoituminen hiiltä käytettäessä alipaineessa, vaikkakin se käsittää kineettisesti hitaammat neste-kiinteäaine-reaktiot, tapahtuu todellisuudessa nopeammin kuin de-oksidoiminen vedyn avulla, jonka on ajateltu olevan kineettisesti reaktiokykyisemmän.

Vertailutarkoituksissa suoritettiin erillinen deoksidoimiskoe ilmakehän paineessa käyttäen rakeista grafiittia ja huuhtelemista inertisellä kaasulla.

50 minuutin kuluttua oli kylvyn happipitoisuus 0,01 %t joka oli nelinkertainen sellaisen kaasun happipitoisuuteen verrattuna, jota oli deoksidoitu 50 minuuttia hiilen avulla ja johtamalla inertistä kaasua alipaineessa. 65 minuutin kuluessa happipitoisuus oli alentanut arvoon 0,0032 %t mikä osoitti, että deoksidoiminen käyttäen rakeista hiiltä ja inertisellä kaasulla huuhtomista voidaan myös aikaansaada ilman alipainetta.

Voidaan todeta, että esillä olevan keksinnön avulla aikaansaadaan pyrome-tallurginen menetelmä vesipitoisista liuoksista saostetun kuparimetallin puhdistamiseksi. Vaikkakin keksintöä on kuvattu sementtikuparin käsittelyn yhteydessä, on asiantuntevalle henkilölle selvää, että menetelmää voidaan myös käyttää sähkön avulla puhdistetun tai sen avulla saadun kuparin puhdistamiseksi, jossa on epäpuhtautena rikkiä sulamiskäsittelyn aikana, tai joka sisältää haitallisen suuria määriä arsenikkia, vismuttia, lyijyä, seleeniä, telluria, tinaa ja sinkkiä.

Vaikkakin keksintöä on edellä kuvattu selostaen sen edullisia toteuttamismuotoja, on ymmärrettävä, että siihen voidaan tehdä erilaisia muutoksia joutumatta silti pois keksinnön piiristä, kuten asiantuntijalle on selvää. Esim. kuparisu-latteita, jotka sisältävät sellaisia happimääriä, jotka ovat korkeita verrattuna rikkipitoisuuteen, voidaan rikin poiston myöhäisemmässä vaiheessa samanaikaisesti käsitellä rikin poistamiseksi ja osittaiseksi deoksidoimiseksi jatkamalla samalla huuhtomista ei hapettavalla kaasulla ja käyttämällä toisen vaiheen käsittelyä muiden epäpuhtauksien eliminoimiseksi. Tällaiset muunnokset kuuluvat myös keksinnön piiriin.

Claims (11)

12 60239

1. Tapa puhdistaa pyrometallurgisesti metallista kuparia, joka sisältää enintään 5 % rautaa, enintään 10 % happea ja enintään 1 % rikkiä ja vähintään yhtä haihtuvaa epäpuhtautta, joka on arseeni, vismutti, lyijy, seleeni, telluri, tina tai sinkki, tunnettu siitä, että metallinen kupari sulatetaan erillistä kupro-oksidifaasia muodostamatta vapaata happea sisältävässä kaasukehässä raudan muodostamiseksi kuonaksi ja sellaisen kuparikylvyn muodostamiseksi, joka sisältää epäpuhtauksia, jolloin happipitoisuus ylittää ainakin rikkipitoisuuden, kuona erotetaan kuparikylvystä, vapaata happea sisältävää puhdistuskaasua johdetaan kupari-kylvyn lävitse samalla kun kylpy pidetään alipaineessa alle 0,01 ilmakehää, kunnes rikkipitoisuus on pienempi kuin 0,001 %, puhdistuskaasun johtaminen lopetetaan ja kuparikylvyn yläpuolella oleva paine alennetaan arvoon alle 0,002 ilmakehää haihtuvien epäpuhtauksien haihduttamiseksi, kuparikylvystä vähennetään happea ja sen jälkeen kupari valetaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että metallinen kupari on sementtikuparia, jota on jalostettu ennen sulattamista joko seulomisen tai magneettisen erottamisen tai näiden molempien avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuparikylpy pidetään lämpötilassa 1250-11+00°C rikin poiston ja epäpuhtauksien haihduttamisen aikana. k. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että puhdistuskaasu on typpi, argon, ilma tai happi.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu 3 2 siitä, että puhdistuskaasua johdetaan kylvyn lävitse 0,3-6 m Vn tunnissa yhtä m kohden kylvyn pintaa.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuparikylpy sisältää rikin poiston jälkeen 0,1-1,5 % happea.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että kylpyyn lisätään happea rikin poiston jälkeen kylvyn happipitoisuuden säätämiseksi arvoon 0,1-1,5 %· ö. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuparikylvystä vähennetään happea lisäämällä rakeista hiiltä ja puhdistamalla ei-hapettavalla kaasulla.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että hapen vähentäminen suoritetaan alipaineessa alle 0,01 ilmakehää. 13 60239

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen tapa, tunnetta siitä, että ei-hapettava puhdistuskaasu johdetaan kuparikylvyn lävitse nopeudella 0,3-3-2

6. Vn tunnissa yhtä m kohden kylvyn pintaa.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuparikylvystä poistetaan rikki alipaineessa alle 0,001 ilmakehää. li+ 60239