FI61523B - Foerfarande foer behandling av malmer eller koncentrat - Google Patents

Description

E35r*l rBl KUULUTUSJULICAISU Ä1c97 JUa lBJ (11) utlAggningsskrift V · • Ώο (45)r*a 1-.: b i-ί <Jd jilt ^ (S1) Kv.ik.3/in*.a.3 C 22 B 15/02 SUOMI —FINLAND (21) 2U75/73 (22) H«k*«nispUvi — AnaeknkigWaf 07.08.73 ^^ (23) AlkupUv·—Glltlgh«tadag 07-08.73

(41) TolKit (uIMmIcsI — Bllvlt offamllg 09·02.7U

wacssaaeasBs 30·04·62 (32)(33)(31) Pyydetty «uoiltws-B'g·'* priori»* 00 ·08 ·72

Ranska-Frankrike(FR) 72/28618 (71) Compagnie Generale d'Electrolyse du Palais, 20, Rue de la Baume, Paris 8e, Ranska-Frankrike(FR) (72) Maurice Coiffier, Paris, Andre Montaron, Ranska-Frankrike(FR) (7*0 Berggren Oy Ab (5^) Menetelmä malmien tai rikasteiden käsittelemiseksi - Förfarande för behandling av maimer eller koncentrat Tämä keksintö koskee menetelmää malmien tai rikasteiden, jotka sisältävät rautaa ja rautaa vaikeammin hapettuvaa metallia ainakin osaksi oksidin muodossa, käsittelemiseksi ja erityisesti erotuspro-sessissa saatujen kuparirikasteiden käsittelemiseksi, jossa menetelmässä valmistetaan malmia tai rikastetta ja pelkistintä sisältäviä agglomeraatteja, jotka käsitellään kuilu-uunissa kuumien kaasujen läsnäollessa, uunin pohjalle saadaan jonkin verran rautaa sisältävä metallisulate ja jonkin verran tätä metallia sisältävä kuonakerros, ja sulate erotetaan kuonasta.

Kuparin, nikkelin ja muiden metallien, jotka ovat vaikeammin hapettuvia kuin rauta, oksidimalmien yhdistetty lämpö- ja kemiallinen käsittely suoritetaan normaalisti useassa vaiheessa. Ensimmäinen vaihe käsittää pelkistyksen metallin sulamispistettä alemmassa lämpötilassa ja toinen vaihe käsittelyn korkeammassa lämpötilassa, jonka käsittelyn aikana saadaan sula metalli. Niinpä ranskalaisen patentin 1 325 488 mukaisessa menetelmässä nikkelipitoisten malmien käsittelemiseksi valmistus voidaan suorittaa käyttäen koksipölyä pelkistimenä, kun taas seuraava vaihe suoritetaan puhaltamalla mukaan happea, raudan palamisen aikaansaadessa tarvittavan lämpötilani isäyksen.

2 61523 US-patentin 2 879 158 mukainen menetelmä koskee kobolttia sisältävien aineiden käsittelyä, joissa aineissa koboltti on joko metalli- tai ei-metallikomponenttien kanssa.

US-3 473 918 patentin mukaista menetelmää voidaan soveltaa voimakkaasti sulfuroituihin malmeihin, koska sulattamiseen tarvittava lämpö saadaan yksinomaan käsitellyn aineen sisältämän rikin palamisesta. Menetelmä suoritetaan pystyuunissa jossa aine laskeutuu; se kulkee ensin sulatusvyöhykkeen läpi, sitten muutosvyöhyk-keen läpi; uunin alaosaan ruiskutetaan happea joka nousee nestemäisen aineen läpi polttaen sulfidien rikin. Rautaoksidit muodostavat käsitellyn aineen sisältämän sulatteen kanssa sulan kuonan; nestemäinen kupari muodostuu kuparisulfidin hapettumisesta, kerääntyy uunin pohjalle. Menetelmän perusajatus on säädellä hapen syöt-tönopeutta siten, että sulamisnopeus on sama kuin muutosnopeus.

On myös ehdotettu (ranskalainen patentti 2 040 425) nikkeli-malmien käsittelemistä seuraavalla tavalla. Ensimmäisessä vaiheessa valmistetaan agglomeraatteja, jotka sisältävät nikkelioksidista, rautaoksidista ja sivukivestä koostuvaa malmia sekä hiilipitoista polttoainetta. Sitten nämä agglomeraatit kuumennetaan välillä 3 61523 1000-1200°C, ts. niiden sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan, jolloin nikkelioksidi ja mahdollisesti osa rautaoksidista pelkistyy metallitilaan.

"Kalsinoidut" agglomeraatit, joihin valinnaisesti on lisätty hienoksijauhamaton hiilipitoinen polttoaine, viedään sen jälkeen pyörivään sulatusuuniin, jonka polttimet kuumentavat lämpötilaan välillä 11*50-1550°C. Tällöin muodostuu sula rautanikkeliseos sekä samoin sula kuona, joka erotetaan dekantoimalla.

Valitsemalla sopivasti malmiin eli "kalsinoituihin" agglome-raatteihin lisätyt hiilipitoisen pelkistimen määrät, on mahdollista aikaansaada enemmän tai vähemmän pelkistävät olosuhteet.

Tämä menetelmä on monimutkainen, koska sitä varten tarvitaan kaksi erillistä uunia, yksi agglomeraattien "kalsinointia" varten ja toinen sulatusta varten, sulatusuunin ollessa pyörivä sulatteen hämmennyksen helpottamiseksi. Toisaalta on vaikeaa vaikuttaa saadun metallin koostumukseen muulla tavalla kuin agglomeraattien hiilipitoisuuden kautta, koska pyörivässä uunissa vallitsevan atmosfäärin muuttamisella on vähän tai ei ollenkaan vaikutusta, johtuen vähäisestä kosketuksesta tämän atmosfäärin ja sulatteen välillä.

Eräässä toisessa tunnetussa menetelmässä (ranskalainen patentti 2 020 720) malmi agglomeroidaan aluksi hiilen kanssa, jonka jälkeen agglomeraatit saatetaan kulkemaan alaspäin ensin hiillytys-kammion lävitse, jonka kammion seinissä olevien aukkojen kautta muodostuneet haihtuvat aineet poistuvat, ja sen jälkeen kuilu-uunin pääkammion lävitse.

Tämä menetelmä on ilmeisesti edullinen yksinkertaisuutensa vuoksi. Kuitenkin tapauksissa, joissa halutaan säätää metallin ja kuonan koostumuksia tarkasti, on vain mahdollista toimia uunin pohjassa vallitsevan atmosfäärin avulla ahtaissa rajoissa, joiden ulkopuolella esiintyy vaara, että lämpötila alenee liikaa.

Eräs kaikille näille menetelmille yhteinen epäkohta on, että niistä puuttuu joustavuus ja että ne on vaikea suorittaa sillä tavalla, että varmistetaan optimituotos taloudelliselta kannalta. Tämä optimituotos on saavutettavissa ottaen huomioon erikoisesti se tosiasia, että on olemassa yhteys metallisulatteen kokoomuksen ja kuonan kokoomuksen välillä, ja se tosiasia, että metallin puhtautta voidaan parantaa sallimalla suurempia menetyksiä kuonaan.

Ranskalaisissa patenteissa 353 029 ja 586 539 ehdotettiin toimenpiteitä sellaisten metalliseosten suhteen, jotka on saatu , 61523 viemällä rautaa tai rautamalmia sulatteeseen, mutta valitettavasti nämä lisäykset eivät millään tavalla vähentäneet sitä joustavuuden puutetta, joka on tavanmukaisten menetelmien arvosteluperusteena.

Esiintyy kolme erillistä toimintaa, jotka tapahtuvat peräkkäin pelkistyksen aikana, nimittäin valitun metallin kaiken oksidin sekä helpommin hapettuvien haitallisten metallien (esim. raudan) pienten oksidimäärien pelkistyksen, lämmön kehittäminen pelkistetyn metallin sulattamiseksi sekä metallisulatteen ja kuonan sisältöjen säätäminen haluttuihin arvoihin hapettamalla uudelleen haitallinen metalli.

On selvää, ettei ole helppoa saavuttaa korkeaa joustavuuden tasoa, jos nämä kolme toimintaa häiritsevät toisiaan tai jos niitä ohjaavat samat parametrit.

Tavanmukaisissa menetelmissä käytetään hiiltä, jota viedään täytökseen pelkistimeksi ensimmäistä vaihetta varten ja polttoaineeksi toista vaihetta varten. Lisäksi yleensä uunin pohjaan johdetaan happea sisältävää kaasua, joka osallistuu toiseen toimintavaiheeseen palamisen ylläpitäjänä ja kolmanteen vaiheeseen hapettimena. Hiilen ja hapen uuniin vietävät määrät riippuvat olennaisesti saavutettavasta lämpötilasta, ja olosuhteet ovat välttämättä luonteeltaan voimakkaasti pelkistävät ensimmäisessä vaiheessa ja voimakkaasti hapettavat viimeisessä vaiheessa, mikä selittää ne vaikeudet, jotka kohdataan pyrittäessä pitämään metallin ja kuonan seossuhde valituissa rajoissa.

Keksinnön mukainen menetelmä käyttää erilaisia menettelytapoja kutakin toimintavaihetta varten. Ensimmäistä eli pelkistysvaihetta varten käytetään hyväksi sitä havaintoa, että hiiltä ja metallioksi-deja sisältävässä agglomeraatissa hiili pelkistää metallioksidit riippumatta agglomeraatteja ympäröivän atmosfäärin laadusta. Toista toimintavaihetta varten käytetään sellaisia laitteita kuin polttokam-mioita, jotka tuottavat korkean lämpötilan omaavia kaasuja, joiden koostumus lähestyy neutraalisuutta sen vyöhykkeen ulkopuolella, jossa malmi sijaitsee. Kolmatta toimintavaihetta varten käytetään keksinnön mukaisessa menetelmässä happeasisältävän kaasun säädettävää sisään-johtamista.

Tällainen menetelmä omaa paljon korkeamman joustavuustason kuin tavanmukaiset menetelmät johtuen siitä tosiasiasta, että malmiin viedyn hiilen määrä voidaan määrittää pelkästään tämän malmin koostumuksen perusteella, ja se vastaa määrää, joka tarvitaan halutun metallioksidin pelkistämiseen, käyttäen vain pientä ylimäärää, jotta varmistetaan pelkistymisen tapahtuminen kaikissa kohdissa. Poltto-kammioitten syöttöä säädetään mahdollisimman edullisen energiankäytön saavuttamiseksi riippumatta uunissa vallitsevan atmosfäärin koostu- 5 61523 muksesta, ja sen jälkeen viedyn hapen määrät lasketaan pelkästään sen metallin määrän ja puhtauden perusteella, joka halutaan saada.

Keksinnön mukainen menetelmä tunnetaan pääasiallisesti siitä, että agglomeraatit sisältävät hiilimäärän, joka riittää pelkistämään kaiken tavoitemetallin ja osan rautaa metallitilaan, että hiili ja malmi tai rikaste ovat perusteellisesti sekoitettuina keskenään kussakin agglomeraatissa, ja että uunin pohjaosassa vallitsevan atmosfäärin koostumusta säädetään sillä periaatteella, että jos tuotettu metalli osoittautuu liikaa rautaa sisältäväksi, hapen suhteellista määrää lisätään, ja vastaavasti jos kuona sisältää liian paljon tavoitemetallia, vähennetään määrää.

Sideainetta, jonka koostumus on laskettu halutun kuonan koostumuksen perusteella vähentämällä malmissa tai rikasteessa läsnäolevat sivukivet, käytetään sopivimmin agglomeraattien valmistukseen.

Pieni määrä kaasuuntuvia aineita voidaan valinnaisesti lisätä uunin täytökseen laajoina annoksina kaasujen kiertoa edistävien onteloiden aikaansaamiseksi massaan. Hienontamatonta hiilipitoista polttoainetta voidaan käyttää tätä tarkoitusta varten, käyttäen sitä pienissä suhteellisissa määrissä koko täytökseen verrattuna.

Kuumat kaasut kehitetään edullisesti polttokammioissa, jotka on varustettu polttimilla ja jotka on sijoitettu uunin ulkopuolelle, happipitoisuuden ollessa säädettynä paineilman tai -happea puhaltavien suuttimien avulla, näiden suuttimien avautuessa joko poltto-kammioon tai sen uuninkuiluun yhdistävään kanavaan tahi suoraan uuniin.

Agglomeraatit kuumennetaan uunin yläosassa, ja kun lämpötila on riittävän korkea (noin 800°C tai korkeampi tahi alempi metalleista riippuen), reaktio hiilen ja oksidien välillä alkaa. Kaikki metalli ja jonkin verran rautaa pelkistyy metallitilaan riippumatta uunin tässä osassa vallitsevasta atmosfääristä. Tämä johtuu siitä, että jokaisessa agglomeraatissa hiilen reagointi oksidien kanssa aikaansaa CO- ja C02~kaasujen kehittymisen, joka ulospäin suuntautuneena eristää sisäosan ympäröivästä atmosfääristä.

Alimmissa vyöhykkeissä, joissa lämpötila on korkeampi, sulaminen alkaa, ja siihen liittyy erikoisesti rautaa sisältävien sula-metallipisaroitten muodostuminen. Riippuen tässä vyöhykkeessä vallitsevan atmosfäärin laadusta, rauta joutuu tällöin selektiivisen hape- 6 61523 tuksen alaiseksi palautuen oksidimuotoon suuremmassa tai pienemmässä määrässä. Mainittujen pisaroitten rajoitetusta koosta johtuen kemiallinen tasapaino saavutetaan ennen kuin pisarat ehtivät pudota uunin pohjalle. Tällä tavalla on mahdollista erittäin helposti säätää toimintaa joko tuottamaan erittäin puhdasta metallia tai aikaansaamaan mahdollisimman pienet kuonahäviöt tahi muodostamaan edellisten välillä oleva tulos, joka vastaa taloudellista optimia.

Keksinnön eräs erittäin edullinen sovellutus on sellainen, jossa pelkistettävänä malmina on erotusprosessin avulla saatu rikaste. Tämä johtuu siitä, että tällaiset rikasteet käsittävät normaalisti hiiltä ja rautaoksidia sisältävän ytimen sekä sitä ympäröivän kerroksen enemmän tai vähemmän hapettunutta tavoitemetallia. Agglomeraat-tien valmistus käsittää pelkästään kasautumien muodostamisen näistä rikasteista, jotka ovat erittäin hienojakoisten hiukkasten (60 ^um) muodossa, sideaineen kanssa.

Kuparipitöisten ns. ,,TORCO”-rikasteiden, joiden koostumus on seuraava: - 55-80 % kuparia, josta osa esiintyy joskus oksidina, jäännöksen ollessa metallista, - 2-15 * hiiltä, - 2-20 % rautaoksidia, pääasiassa oksidia Fe^O^, - jäännös; erilaisia sivukivilajeja, ollessa kyseessä prosessi voidaan suorittaa seuraavasti: 1) Rikasteet agglomeroidaan sideaineen kanssa, sideaineen koostumuksen ja määrän ollessa laskettu siten, että agglomeraattien sulatus tuottaa 100 kuparikiloa kohti 10-60 kg kuonaa, joka sisältää: 15-iJ5 % Si02, 10-35 % CaO + MgO, 0-30 % Al^ ja 20-60 % FeO; 2) Agglomeraatit käsitellään pystyuunissa kuparin sulamispistettä korkeammassa lämpötilassa ja kuumien kaasujen läsnäollessa, kaasujen virtausnopeuden ja koostumuksen ollessa laskettuna siten, että täytöksen sisältämän hiilen polton jälkeen ylimäärähappi jättää 0,2-2 % kuparista oksidin muotoon sekä metalliseen muotoon rauta-määrän, joka on 1-5 % kuparin painosta; 3) Sula metalli ja sula kuona erotetaan toisistaan.

Kuonan määrän ja laadun rajoituksena on ehto, että ne ovat sopusoinnussa toisaalta sen vaatimuksen kanssa, että kuonan pitää olla riittävän helposti sulavaa sopivan erotuksen mahdollistamiseksi dekantoimalla, sekä toisaalta sen tavoitteen kanssa, että saadaan mahdollisimman pieni määrä kuonaa.

7 61 523

Laskelmat osoittavat, että tasapainotilassa metallin Cu- ja Fe-pitoisuudet (Cu)m ja (Fe)m sekä kuonan vastaavat pitoisuudet (Cu) ja (Pe) ovat seuraavassa yhteydessä toisiinsa lämpötilassa T: s s (CU)S · (Fe)m --- = K(T), (CU)2 · (Fe)s jossa K on yksinomaan lämpötilasta T riippuva vakio ja (Cu) on likimain 1. Saadaan

Fe/Cu (Pe) = -

s L

jossa Pe/Cu on pitoisuuksien suhde rikasteessa ja L on kuonan määrä tuotetun kuparin painoon verrattuna.

Kuonaan menetetyn kuparin määrä PCu suhteessa tuotetun metallin määrään on yhtä kuin (Cu) -L.

v ® Tästä seuraa, että PCu * (Fe)_ = K Pe/Cu. m

Kokemus on itse asiassa osoittanut, että käytettäessä rikastetta, jonka Pe/Cu-arvo on 0,17, arvot ovat seuraavat: (Fe)m % (Cu) % PCu % 5 0,5 0,16 3,5 0,7 0,23 3 0,8 0,27 1 2,5 0,8 0,5 5 1,6

Niinpä käytettäessä mitä tahansa tiettyä rikastetta, on olemassa alue uunin toimintaolosuhteita, joiden vallitessa on mahdollista saavuttaa halutut tulokset. Luonteeltaan liian hapettavat tai liian pelkistävät olosuhteet johtavat siirtymiseen pois edulliselta alueelta seurauksena joko liian suuri kuparihäviö tai liiallinen rautapitoisuus metallissa.

Alueen laajuuden ja tulon (Fe)m ' PCu arvon määrää kerroin K, joka vaihtelee lämpötilan funktiona. On edullista säilyttää alin mahdollinen lämpötila, vaikka tosin kuonan viskositeetti asettaa rajan tässä suhteessa, koska viskositeetin on oltava riittävän pieni uunista poistuvan metallin tehokkaan erotuksen varmistamiseksi.

Käytännössä aikaisemmin mainittuja koostumuksia omaavat kuonat mahdollistavat edullisten tulosten saavuttamisen tavallisilla ”TORCO,,-rikasteilla.

8 61523

Esimerkiksi käsiteltiin ,?TORCO,'-rikastetta, jolla oli seuraava prosentteina ilmaistu koostumus:

Cu Fe C 0 As Mn Si02 CaO

69,8 12 4 6,5 1 0,2 4,5 0,5 A1205 MgO S Cl 0,8 0,1 o,5 0,1 Tätä rikastetta agglomeroitiin lisäämällä 100 rikastekiloa kohti 2,5 kg bentoniittia, joka sisälsi 60 % Si02 ja l8 % sekä 5 kg hydraulista kalkkia, joka sisälsi 23 % Si02 ja 60 % CaO.

Agglomeraatit, läpimitaltaan 10-25 mm, kuivattiin ja vietiin pystyuunin yläosaan.

Tämä uuni (katso piirustusta) käsittää syöttösuppilon (1)*, suorakulmaisen kuilun (2), joka on 3,75 m korkea ja poikkileikkaukseltaan 5 m x 1 m, ja jonka seinäminä ovat vesikiertotankit (3); pohjaosan (4), jota telineet kannattavat ja jonka päällä tankit lepäävät uunin ollessa toiminnassa (pohjaosassa on kromimagnesia-vuoraus); kymmenen polttokammiota (5), jotka avautuvat uuniin ja jotka on varustettu, paitsi polttimella 6, poikittaisesti sijoitetulla sisääntuloputkeila (7) lisäilmaa varten.

Kupari ja kuona kerääntyvät samalla kertaa katettuun lämpö-eristettyyn esikammioon, jossa ne asettuvat päällekkäisiksi kerroksiksi.

/

Kuona kootaan juoksuttamalla sitä jatkuvasti pois ylivirtaus-ta käyttäen, ja metalli poistetaan valuttamalla muutamien tuntien välein.

Uuhia syötetään agglomeraateilla syöttönopeuden ollessa 8 t/tunti, ja sekaan lisätään koksinkappaleita, joiden läpimitta on 70-80 mm, nopeudella 0,4 t/tunti.

Kukin polttokammio käyttää 50 kg polttoainetta tunnissa ja jokaiseen niistä johdetaan 800 nr5 ilmaa tunnissa, mikä vastaa 60 %in ilmaylimäärää.

Pois valutettu metalli sisältää olennaisesti 96 % kuparia, 3 % rautaa ja 1 K arseenia. Sillä on raakakuparin ominaisuudet, ja se syötetään anodisulatusuuniin.

Kuonalla, jota muodostuu 40 kg 100 metallikiloa kohti, on seuraava koostumus: FeO 53,5 %» Si02 27,5 %» CaO 13,5 %» A12®3 MgO 0,5 %, Cu 0,7 %.

Claims (3)

61523 9

1. Menetelmä malmien tai rikasteiden, jotka sisältävät rautaa ja rautaa vaikeammin hapettuvaa metallia ainakin osaksi oksidin muodossa, käsittelemiseksi ja erityisesti erotusprosessissa saatujen kuparirikasteiden käsittelemiseksi, jossa menetelmässä valmistetaan malmia tai rikastetta ja pelkistintä sisältäviä agglomeraatteja, jotka käsitellään kuilu-uunissa kuumien kaasujen läsnäollessa, uunin pohjalle saadaan jonkin verran rautaa sisältävä metallisulate ja jonkin verran tätä metallia sisältävä kuonakerros, ja sulate erotetaan kuonasta, tunnettu siitä, että agglomeraatit sisältävät hiili-määrän, joka riittää pelkistämään kaiken tavoitemetallin ja osan rautaa metallitilaan, että hiili ja malmi tai rikaste ovat perusteellisesti sekoitettuna keskenään kussakin agglomeraatissa, ja että uunin pohjaosassa vallitsevan atmosfäärin koostumusta säädetään sillä periaatteella, että jos tuotettu metalli osoittautuu liikaa rautaa sisältäväksi, hapen suhteellista määrää lisätään, ja vastaavasti jos kuona sisältää liian paljon tavoitemetallia, vähennetään määrää.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että uunin pohjaosassa vallitseva atmosfääri aikaansaadaan johtamalla siihen samanaikaisesti ulkopuolisista polttokammioista lähteviä kuumia raakakaasuja sekä ilmaa ja/tai happea.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikasteet agglomeroidaan sellaisen sideaineen kanssa, jonka koostumus ja määrä on laskettu siten, että agglomeraattien sulatus tuottaa 10-60 kg kuonaa 100 kuparikiloa kohti, kuonan sisältäessä 15-45 % Si02, 10-35 % CaO + MgO, 0-30 % AlgO^ ja 20-60 % FeO, agglomeraatit käsitellään kuilu-uunissa kuparin sulamispistettä korkeammassa lämpötilassa kuumien kaasujen läsnäollessa, kaasujen virtausnopeuden ja koostumuksen ollessa laskettuna sillä tavalla, että täytöksessä olevan hiilen pölton jälkeen hapen ylimäärä jättää 0,2-2 % kuparista oksidin muotoon ja rautamäärän, joka on välillä 1-10 % kuparin painosta, metallin muotoon, ja että sula metalli ja sula kuona erotetaan toisistaan.