FI66198B - Metallurgisk foerfarande med anvaendning av syre och anordningtill utfoerande av foerfarande - Google Patents

Description

IJ-—-rn r_. KU U LUTUSJ ULKAISU

W ^ UTLÄGGNINGSSKIUFT 6619 8 ^ T ^ (51) K*.lk?/Im-Ct3 C 22 B 9/00, 15/00 SUOMI—FINLAND (21) 865/74 (¾¾) Hifc«»hptM — AmOtotapdn 21.03.74 ' ' (23) Aft*·*·—GMgteicadag 21.03.74 (41) TribeJiHUmM—MMto*a««g 04.11.74

Patentti- ja rekUtnlhtBUw ΝηκΜΜΜΜΜ h kMtMkaiM pi__

PitMt· och iegl«tT«tyrd—n * ' nmittur mti --rt-j--**nr r**·**—·* 31.05.84 (32)(33)(31) Pyyteey nail lute »Hortft 03.05.73 USA(US) 357012 (71) Q-S Oxygen Processes, Inc., Island Falls, Maine 04747, USA(US) (72) Paul E. Queneau, Cornish, New Hampshire,

Reinhardt Schuhmann, Jr., West Lafayette, Indiana, USA(US) (74) Oy Kolster Ab (54) Happea käyttävä metallurginen menetelmä ja menetelmän soveltamisessa käytettävä laite - Metallurgisk förfarande med användning av syre och anordning tili utförande av förfarande Tämä keksintö koskee jatkuvatoimista menetelmää raakakuparin, -nikkelin, -koboltin tai -lyijyn talteen ottamiseksi sellaisenaan tai näiden metallien seoksena tai metallikivenä ei-rauta-metallisulfidirikasteista, jolloin pitkänomaisessa konvertterissa yllä pidetään sulatekylpyä, jossa on runsaasti metallia sisältävä faasi sekä kuonafaasi, joka virtaa runsaasti metallia sisältävän faasin päällä, ja jolloin konvertteriin johdetaan rikasteita, sulatusaineita sekä runsaasti happea sisältävää kaasua, jonka happipitoisuus on vähintään 40 tilavuus-% ja jonka määrä on riittävä rikasteiden autogeeniseen jalostamiseen, samalla kun kuona-faasi ja runsaasti metallia sisältävä faasi virtaavat vastavirtaan toisiinsa nähden konvertterin eri päissä olevia poisto-aukko jaan kohti.

Lisäksi keksintö koskee keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseen käytettävää laitetta, joka käsittää pitkänomaisen säiliön, jossa on tulenkestävä vuoraus, kuonan poistoaukko toi- 2 66198 sessa päässä ja runsaasti metallia sisältävän faasin poistoaukko vastakkaisessa päässä sekä poistokaasujen poistoaukko sekä suuttimet rikasteiden ja sulatusaineiden syöttämiseksi sekä suuttimet runsaasti happea sisältävän kaasun syöttämiseksi.

Sulfidimineraalien jatkuvatoiminen sulattaminen ja konvertoiminen metallikiveksi tai metalliksi on vanha ja hyvin tunnettu menetelmä. Jo vuonna 1898 Garretson esitti yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisussa 596 992 kolmivyöhykkeisen sulatus-, konvertoimis- ja kuonan laskeuttamismenetelmän. Hän kuvasi menetelmän ei-rautametallien jatkuvatoimiseksi valmistamiseksi sul-fidimalmeistaan. Tällöin sulfideja jatkuvatoimisesti sulatetaan polttoaineen avulla uunissa, jonka pohja on pitkä, kapea ja hieman kalteva. Muodostunut metallikivi virtaa jatkuvasti yhteen tai useampaan erilliseen, mutta keskenään yhteydessä olevaan konvertteriin, jotka sijaitsevat sarjassa uunin toisessa päässä. Täällä metallikivi asteittain ja jatkuvasti sulatetaan metalliksi, joka poistetaan. Muodostunut runsaasti metallia sisältävä kuona valuu jatkuvasti takaisin metallikiveen nähden vastakkaiseen suuntaan sulatusuunin läpi, jossa sen metallipitoisuus pienenee sen joutuessa kosketukseen vähän kyseistä metallia sisältävän metalli-kiven kanssa ja virtaa erilliseen, mutta siihen yhteydessä olevaan kuonan laskeuttamisvyöhykkeeseen uunin toisessa päässä, jossa sitä kuumennetaan ja pelkistetään puuhiilellä. Tällöin metallikivi saostuu ja virtaa takaisin uuniin ja uutettu kuona heitetään pois.

Kuparin autogeenisen valmistusmenetelmän sulfidimineraa-leista esittivät Klepinger et ai. vuonna 1915 yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisussa US 1 164 653. He kuvaavat kuivien, hienojakoisten kuparisulfidirikasteiden ja esikuumennetun ilman ruiskuttamista lieskauuniin. Menetelmän kuonan puhdistamiseksi ja pelkistämiseksi rautasulfidillä esitti Stout yhdysvaltalaisissa patenttijulkaisuissa US 1 416 262 (1922) ja 1 544 048 (1925). Tällöin sulia, kuparipitoisia kuonia puhdistetaan sekoittamalla ne perusteellisesti pyriittiin, niukkapitoiseen metallikiveen tai rautaan, jonka jälkeen kuona laskeutuu staattisissa olosuhteissa. Gronningsaeter esitti yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisussa US 2 426 607 (1947) laitteen metallien erottamiseksi kuonista pelkistämällä ja sekoittamalla niitä ruiskuttamalla polttoainetta ja ilmaa hormien kautta kuonamassaan.

3 661 98

Sherwood esitti vuonna 1970 yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisussa US 3 542 350 pitkän, hieman kallistuvan, pyörivän uunin, jonka pituus riitti muodostamaan lähes erilliset metallin jatkuvatoimiset sulatus- ja puhdistusvyöhykkeet. Paljon ei-rauta-pyrometallurgiaa koskevaa informaatiota löytyy monista U.S. Bureau of Minesin tutkimusraporteista, esim. "Autogenous Smelting of Copper Sulfide Concentrate", R.I. 7705 (1973).

Toinen patentin hakijoista esitti vuonna 1954 yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisussa US 2 668 107 kupari- ja nikkelisul-fidirikasteiden autogeenisen sulattamisen ruiskuttamalla kuivia sulfideja, kaupallista happea ja sulatusainetta läpäisemättömästi suljettuun kammioon. Muodostuu jatkuvasti metallikiveä tai metallia sekä kuonaa ja metallikivi tai metalli poistetaan uunin toisesta päästä ja kuona toisesta. Uunin paljon metallia tai metallikiveä sisältävästä päästä saatavasta, runsaasti arvometalleja sisältävästä kuonasta poistetaan arvometallit antamalla me-tallikiven tai metallien ja kuonan virrata vastakkaissuuntiin.

Kun metallikivi- ja kuonakerrokset ovat erottuneet virrattuaan uunin pohjalla olevan kynnyksen yli voidaan kuona haluttaessa ja joka tapauksessa ennen sen poistumista uunista lopuksi puhdistaa pesemällä se suihkulla, jossa on vähän metallikiveä ja runsaasti rikkidioksidia sisältäviä pisaroita. Uunin poistokaasut sisältävät runsaasti rikkidioksidia. Lisäksi hän esitti vuonna 1961 yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisussa US 3 004 846 sekä sitä seuraa-vissa yhdysvaltalaisissa patenttijulkaisuissa 3 030 201, 3 069 254, 3 468 629, 3 516 818, 3 615 361 ja 3 615 362 kupari-, nikkeli- ja lyijysulfidiainesten konvertoimisen metalliksi asianmukaisesti toimivissa, pyörivissä yläpuhallushappikonverttereissä. Hän esittää alaspäin suunnattujen kaasusuihkujen käyttöä siten, että koostumukseltaan kontrolloidut prosessikaasut iskeytyvät kylvyn pintaan tai sen läpi kontrolloidussa lämpötilassa. Hänen mukaansa "tarvitaan riittävän voimakas sekoitus, jotta koko kylvystä muodostuisi tehokas kaasu-kiintoaine-nestekosketus, mikä on välttämätöntä jotta rauta, rikki ja epäpuhtaudet voitaisiin poistaa tehokkaasti" ja hän korostaa, "että on erittäin tärkeää ja välttämätöntä, että uunin kylvyssä synnytetään voimakas pyörreliike. Tämän kylpyperi-aatteen soveltaminen merkitsee "että lämmönsiirto paranee, kemiallisten reaktioiden kokonaisnopeus lisääntyy, kunkin faasin koos- 4 66198 tumuserot pienenevät ja kuona- ja sulfidifaasin väliset diffuu-siorajat vähenevät tuntuvasti".

Vuonna 1950 julkaistussa "A Survey of the Thermodynamics of Copper Smelting" (Transactions ΑΙΜΕ, Volume 188) toinen patentin hakijoista esitti analyysin fysikokemiasta, joka liittyy kupari- ja rautasulfidien sulattamiseen ja konvertoimiseen raaka-metalliksi ja jätekuonaksi. Eräänä pääkohtana on, että "hapen ja rikin kemialliset aktiivisuudet ovat kuparin sulatusmenetelmissä kaksi tärkeintä termodynaamista mittapuuta". Julkaisussa esitetään myös, että raakametallin ja jätekuonan valmistusta sulfidi-konsentraatista olisi kutsuttava "kasvavan ja kontrolloidun hapetuksen" ja "vaiheittain tapahtuvaksi" menetelmäksi. Termodynaamisten laskelmien avulla saatiin numeerinen arvio hapen ja rikin aktiivisuudelle, joka vallitsee kuparin tavanomaisessa sulatuksessa, konvertoimisessa ja tulella puhdistuksessa. Julkaisusta käy ilmi, että näille vaiheille ominaisissa metallikivi-kuonasysteemeissä tapahtuu "erittäin voimakkaita happipaineen vaihteluja", jotka voivat olla jopa 10^-kertaisia. Kirjoittajan mukaan nämä vaihtelut liittyvät metallikivi- ja kuonastokiomet-rien, käyttölämpötilojen, magneettimuodostuksen ja kuonahukan aiheuttamiin käytännön ongelmiin. Myöhemmissä julkaisuissa on esitetty metallikivien ja kuonien happi- ja rikkiaktiivisuuksia laajalla koostumus- ja lämpötila-alueella, joka esiintyy kupari- ja rautapitoisten sulfidien sulatuksessa ja konvertoimisessa.

Muutaman viime vuoden aikana eräät etevät ja kaukokatseiset tutkijat ovat ehdottaneet useita menetelmiä niiden vaikeiden ongelmien ratkaisemiseksi, jotka liittyvät sulfidirikasteiden pyro-metallurgiseen muuttamiseen metalliksi jatkuvatoimisessa prosessissa. Näihin kuuluvat Worner, yhdysvaltalainen patenttijulkaisu US 3 326 671 (1967), Themelis et ai., yhdysvaltalainen patenttijulkaisu US 3 542 352 (1970), Maelzer et ai., yhdysvaltalainen patenttijulkaisu US 3 687 656 (1972) ja Morisaki et ai., yhtiöstä Mitsubishi Metal Corp. Ponnisteluistaan huolimatta kukaan ei ole pystynyt ratkaisemaan kaikkia kriittisiä ongelmia. Ensimmäisessä näistä patenttijulkaisuista käyttövaikeudet ja -rajoitukset johtuvat käytetyn laitteiston kolmivyöhykeratkaisusta ja yläpuhal-luksesta, jossa käytetään alaspäin suunnattuja kaasusuihkuja.

5 66198

Toisessa menetelmässä käytetään metallikiven ja kuonan samansuuntaista virtausta. Valkometallin sulatusosa, jossa hapen suuri ja rautasulfidin pieni aktiivisuus on välttämätön, on lähellä kuonan pelkistysosaa, jossa hapen pieni ja rautasulfidin suuri aktiivisuus on välttämätön. Menetelmään liittyy samoja rajoituksia kuin käytössä oleviin prosesseihin, koska käytetty laite muistuttaa tavanomaista Pierce-Smith-konvertteriä. Kolmannessa patenttijulkaisussa kuvataan puolijatkuvaa sarjaa monimutkaisia vaiheita monikammiolaitteessa. Lisäksi käytetään yläpuhallusta alaspäin suunnattujen kaasusuihkujen muodossa. Neljännessä menetelmässä käytetään kolmea erillistä, mutta toisiinsa liitettyä uunia, joissa jatkuvatoimisesti sulatetaan, konvertoidaan ja puhdistetaan kuonaa. Myös tässä menetelmässä käytetään yläpuhallusta alaspäin suunnattujen kaasusuihkujen muodossa. Tähän menetelmään liittyy useita alan tunnettuun tekniikaan liittyviä haittoja.

Käsiteltävänä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä ja sen soveltamiseen käytettävällä laitteella voidaan välttää alan aikaisempien menetelmien haittoja sekä saavuttaa positiivisia taloudellisia ja ympäristöllisiä etuja.

Keksinnön mukaiselle jatkuvatoimiselle menetelmälle metallien talteen ottamiseksi sulfidirikasteista on tunnusomaista, a) että ainakin osa runsaasti happea sisältävästä kaasusta puhalletaan yhdessä suojaavan nestemäisen aineen kanssa ylöspäin sulatekylpyyn useiden suuttimien avulla, joita voidaan säätää riippumattomasti, joiden päät sijaitsevat sulatteen pinnan alapuolella ja jotka sijaitsevat erillään toisistaan konvertterin pituussuunnassa, b) että rikasteet johdetaan konvertteriin lukuisten syöttö-aukkojen kautta, joita voidaan säätää riippumattomasti ja jotka sijaitsevat erillään toisistaan konvertterin pituussuunnassa, ja c) että suuttimien ja syöttöaukkojen sijainti ja vastaavasti niiden läpi johdettavat happi- ja rikastemäärät säädetään niin, että sulatekylpyyn syntyy happiaktiivisuuden gradientti, joka alenee suurimmasta arvostaan, joka on riittävä aikaansaamaan runsaasti metallia sisältävän faasin ulostulokohdalla materiaalia, joka sisältää runsaasti talteen otettavaa metallia ja jonka rautapitoisuus on vähäinen, pienimpään arvoonsa, joka on riittävä aikaan- 6 66198 saamaan kuonafaasin ulostulokohdalla kuonaa, jonka talteen otettavan metallin pitoisuus on vähäinen.

Keksinnön mukaisen menet&män edullisessa suoritusmuodossa konvertoimisreaktiot tapahtuvat vaiheittain pituussuuntaisesti hitaasti heilahtelevassa, pitkänomaisessa, hieman kallistetussa, poikkileikkaukseltaan pyöristetyssä, suljetussa konvertterissa, jonka muoto on yksinkertainen ja symmetrinen. Raakametalli tai vähän rautaa sisältävä metallikivi poistuu toisesta päästä ja vähän arvometalleja sisältävä silikaattikuona ja runsaasti rikkidioksidia sisältävä kaasu toisesta päästä. Asteittain syötetään eri kohdin pituussuunnassa sulfidirikasteita, sulatusaineita, kaupallista happea, rikkidioksidia, vettä, hiilipitoista pelkistintä ja rautasulfidia. Ainesten syöttö asteittain mahdollistaa kasvavan hapetuksen konvertterin pituussuunnassa. Lähellä raakametallin tai vähän rautaa sisältävän metallikiven poistopäätä hapen aktiivisuus sulassa hauteessa saavuttaa maksimiarvonsa, joka riittää pitämään jäännösrautapitoisuuden tyydyttävän pienenä arvometallituotteessa. Lähellä kuonan poistokohtaa hapen aktiivisuus saatetaan minimiarvoonsa syöttämällä rikkidioksidia ja hiilipitoista ainesta, jotka reagoivat kuonassa ferro-oksidin kanssa konvertoimisreaktion muuttamiseksi päinvastaiseksi, jolloin muodostuu puhdistava, ei-rauta-metallia sisältävä rautasulfidi.

Huomattava osa kaupallisesta hapesta puhalletaan konvertteriin suuttimien kautta, jotka ulottuvat konvertterin tulenkestävän vuorauksen läpi ja joiden aukot ulottuvat konvertterin sulatekylvyn pinnan alapuolelle.Kun happea syötetään sulaan metalliin, suuttimia ja tulenkestävää vuorausta suojellaan ruiskuttamalla hapen mukana suojanesteitä joko happeen sekoitettuina tai happisuihkuja ympäröiden. Kaasulla suojatun konvertointihapen ruiskuttaminen ylöspäin sulaan metallikivikylpyyn tulenkestävän vuorauksen läpi nesteen pinnan alapuolelle vähentää kuonaa, pölyä ja tulenkestävään vuoraukseen liittyviä ja muita vaikeuksia, jollaisia esiintyy yläpuhalluk-sessa, jossa käytetään alaspäin suunnattuja kaasusuihkuja sekä suo ainutlaatuiset mahdollisuudet toteuttaa käytännössä monivaiheinen, kasvavasti konvertoiva menetelmä. Lisäksi edullinen laite tämän menetelmän toteuttamiseksi tarjoaa erittäin monipuoliset välineet kemiallisten ja fysikaalisten olosuhteiden kontrolloimiseksi, jotka ovat välttämättömiä toiminnan tehokkaaksi vaiheittamiseksi laitteen pituudelta.

66198

Konvertterin heilahtelu saa ruiskutetut kaasut virtaamaan edestakaisin sulassa kylvyssä, poistaa seisovat vyöhykkeet ja levittää sulfidirikasteet ja sulatusaineet kylvyn pinnalle edistäen siten kylvyn kontrolloitua pyörreliikettä ja faasien tehokasta kosketusta, mikä on välttämätöntä tasapainoerotuksen saavuttamiseksi. Konvertterin heilahtelu edistää myös metallikiven positiivista virtausta, vähentää tulenkestävän vuorauksen kulumista ja lisää suuttimien käyttöikää.

Lämpötilan, happipotentiaalin ja metallisulfidin aktiivi-suusgradienttien kontrolloiminen konvertterin pituudelta on helposti ja suoraan saavutettavissa säätämällä ja suhteuttamalla sulfidirikasteiden, hapen, rikkidioksidin, veden, hiilen ja muiden syötteiden, esim. hiilivetykaasun virtausnopeuksia monissa tulokohdissa. Mitään polttoaineella kuumennettavaa sulatusvyöhy-kettä ei tarvita kaikkine siihen liittyvine haittoineen, koska sulfidirikasteiden ja sulatusaineiden sulatus tapahtuu konvertoimisen ohella kemiallisissa reaktioissa syntyneen lämmön avulla. Sulfidirikasteiden ja sulatusaineiden sulatus voi suuressa määrin tapahtua hapettamalla nopeasti sulfidit sulan kylvyn yläpuolella. Mitään puhdistusvyöhykettä ei tarvita, koska tarkoituksena on valmistaa vain raakametallia tai vähän rautaa sisältävää metallikiveä, joka sopii syötteeksi puhdistus- tai muihin prosessivaiheisiin. Keksintö laajentaa ko. alalle aikaisemmin tunnusomaista hapen ja metallisulfidin aktiivisuusaluetta. Normaalisti siihen kuuluu kon-vertoimisreaktioiden kontrolloitu kääntäminen, jolloin tapahtuu kuonan uuttumisen edellyttämää dekonvertoitumista.

Erään tämän keksinnön mukaisen menetelmän edullisen suoritusmuodon erikoispiirteenä on uudelleen kierrätetyn rikkidioksidin, edullisesti uudelleen kierrätetyn konvertterin poistokaasun käyttö suojaamaan happisuuttiroia ja tulenkestävää vuorausta, kontrolloimaan uunin lämpötilaa, ottamaan talteen lämpöä, kontrolloimaan kemiallisia reaktioita kylvyssä ja fysikaalisesti sekoittamaan sitä sekä dekonvertoimaan. Kaikki tämä tapahtuu konvertterin poistokaasun rikkidioksidipitoisuuden säilyessä korkeana. Rikkidioksidilla on selvästi suurempi lämpökapasiteetti ja tiheys kuin typellä eikä se saastuta konvertterin poistokaasua.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, että runsaasti happea sisältävän kaasun syöttösuuttimet on varustettu toisistaan riippumattomasti säädeltävillä syöttölaitteilla, jotka ulot- 8 66198 tuvat tulenkestävän vuorauksen läpi ja jotka ovat jakaantuneina konvertterin sen osan pituudelle, joka muodostaa jalostusvyöhyk-keen, ja että toisistaan riippumattomasti säädeltävät rikasteiden syöttösuuttimet ovat jakautuneina jalostusvyöhykkeen pituudelle ja ne on sijoitettu siten, että ne johtavat rikasteet suoraan konvertterin sulatekylvyn yläpuolella olevaan kaasutilaan.

Edulliseen keksinnön mukaiseen laitteeseen kuuluu pitkänomainen, hieman kalteva, heilahteleva, poikkileikkaukseltaan pyöristetty, suljettu konvertteri, jonka toisessa päässä on runsaasti ei-rautametallia sisältävän faasin poistoaukko ja toisessa päässä kuonan ja poistokaasujen poistoaukot. Konvertterin tiiveys on tärkeää, jotta ilman sisäänpääsy ja/tai rikkidioksidin vuoto estyisivät. Konvertteri kallistuu vähemmän kuin 5° runsaasti talteen otettavaa metallia sisältävän tuotteen poistoaukkoa kohti ja sen pohja on porrastettu, jolloin toiseen päähän muodostuu runsaasti talteen otettavaa metallia sisältävä allas eli säiliö tuotetta varten ja toiseen päähän kuonan poistoa varten. Laitteessa on välineet rikasteiden, sulatusaineiden ja mahdollisesti hapen syöttämiseksi ylhäältä kylvyn pinnalle. Suuttimet ulottuvat tulenkestävän vuorauksen läpi konvertterin sulatekylvyn pinnan alapuolella. Suuttimien kautta sulaan metalliin puhalletaan hapen ohella suoja-kaasua suojaamaan suuttimia sekä tulenkestävää vuorausta. Laitteessa on elimet konvertterin saattamiseksi hitaaseen heilahteluun pituusakselinsa suhteen, jolloin konvertteri kallistuu esim. 20 - 40° ja jolloin tällaisia edestakaisia heilahteluja tapahtuu minuutin aikana 1-6, ja sitä voidaan kallistaa esim. 75° suuttimien huoltoa varten. Kaikki syöttö- ja poistoliitännät mahdollistavat tällaisen heilahteluliikkeen ja kallistamisen. Laitteessa on sopivat välineet syötteiden ja tuotteiden annostelemiseksi, säätämiseksi ja analysoimiseksi tässä kuvatun, asianmukaisen kontrollin saavuttamiseksi.

Keksinnön muut erikoispiirteet ilmenevät seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta, jossa keksinnön edullisia suoritusmuotoja kuvataan lähemmin piirustukseen viitaten.

Kuviossa 1 on esitetty kaavamaisesti muodoltaan edullinen, pitkänomainen, hehkutusuunityyppinen säiliö, jossa keksinnön mukainen menetelmä voidaan suorittaa.

Kuviossa 2 on esitetty pystypoikkileikkaus kuvion 1 viivaa 2-2 pitkin.

9 66198

Kuviossa 3 on esitetty tasapainokaavio, josta ilmenee keksinnön edullisen vaihekonvertoimismenetelmän fysikokemiallisten muuttujien haluttuja riippuvuussuhteita.

Kuviossa 1 edullinen käsittelysäiliö on esitetty pitkänomaisena, hieman kaltevana, poikkileikkaukseltaan pyöristettynä suljettuna konvertterina A, joka toimii sulan kylvyn kaukalona. Säiliö on vuorattu tulenkestävällä aineella ja siinä on korotus 13 sisäänpäin ja lisäksi kohdassa 4 säiliö on porrastettu ulospäin. Haluttaessa voidaan käyttää vielä väliporrasta. Konvertterin seinämissä voi olla lämmönvaihtimia, esim. höyryputkia, ilma-jäähdytyshöyrystysputkia ja vesivaippoja sopivien prosessiolosuh-teiden aikaansaamiseksi. Mukana on sopivat välineet esim. sulfi-diainesten ja nesteiden syöttämiseksi. Syöttämällä sulfidiainek-set sulan kylvyn pinnan yläpuolelle estetään tulenkestävän vuorauksen kulumista ja muita vaikeuksia, jotka johtuvat niiden syöttämisestä pinnan alapuolelle.

Säiliö A on asennettu heilahtelemaan pituusakselinsa ympäri, esim. n. 30° ja sitä voidaan kallistaa esim. n. 75° mm. suu-tinhuoltoa varten.

Prosessin ollessa käynnissä sula kylpy muodostuu metalliki-vestä M, kuonasta S ja raakakuparin sulasta lammikosta C.

Kuparisulfidirikasteet ja happi sekoitetaan ja syötetään vaiheittaissuhteissa useiden syöttöaukkojen, esim. kierukkaruiskut-timien kautta kohdassa 6, jolloin lähinnä kuonan puhdistuskohtaa olevassa tuloaukossa happimäärä on minimaalinen ja sulatusainetta syötetään syöttöaukkojen kautta kohdassa 7 sulan kylvyn yläpuolelle. Rikkidioksidilla suojattua happea puhalletaan konvertteriin A me-tallikivi-kuonakosketuspinnan alapuolelle useiden kohdassa 8 olevien suuttimien kautta. Suuttimet ulottuvat säiliön tulenkestävän vuorauksen läpi. Hapen asteittainen ruiskutus kohdassa 8 hapettaa kasvavasti metallikiveä sen virratessa kuparin poistokohtaa kohti, jolloin muodostuu yhä enemmän kuparia sisältävää metallikiveä ja lopuksi raakakuparia. Samalla muodostunut rautasilikaattikuona virtaa vastakkaissuuntaisesti kuonan poistopäätä kohti. Muodostunut, runsaasti rikkidioksidia sisältävä kaasu virtaa kuonan yläpuolella sen kanssa saman suuntaisesti sokkelotiivisteellä varustettuun kaasunpoistoon 9.

1° 66198

Suuttimen 10 kautta syötetään kuonapinnan alapuolelle hiiltä, rikkidioksidia ja happea sellaisia määriä, että kylvyssä tapahtuu voimakasta pelkistymistä ja pyörreliikettä. Seurauksena oleva dekonvertoimisreaktio uuttaa kuonaa kupriferrorautasulfi-din muodostuessa. Samalla kuonaa mahdollisesti pestään hienojakoisella, tulokohdasta 11, edullisesti ryöpyn muodossa syötetyllä rautasulfidillä, joka poistaa kuonasta lisää kuparia. Lopuksi kuona virtaa hitaasti seisotusaltaan kautta kuonanpoistoon 12. Kuonasta saostuva,niukasti kuparia sisältävä metallikivi virtaa vastakkaissuuntaisesti kuparin poistokohtaa kohti.

Keksinnön mukaisen prosessin ollessa käynnissä konvertteri saatetaan hitaasti heilahtelemaan (kallistus 30°),kolme edestakaista heilahdusta minuutissa. Heilahtelu lisää kaasun, nesteen ja kiintoaineen kosketusta ja siten lämmön- ja massansiirto tehostuu.

Kun kaupallista happea, rikkidioksidia ja muita kaasuja puhalletaan heilahtelevaan konvertteriin, nämä kaasut joutuvat sulaan kylpyyn jatkuvasti muuttuvin kulmin pinnan suhteen ja siten ne joutuvat kylvyssä jatkuvasti muuttuviin osiin ja seurauksena on sekä kemiallista että fysikaalista pyörreliikettä. Samalla runsaasti kuparia sisältävä metallikivi virtaa kuparin poistopäätä kohti ja runsaasti rautasilikaattia sisältävä kuona kuonan poisto-päätä kohti, joten pituussuunnassa uutta kylpyä joutuu jatkuvasti edulliseen kaasu-neste- ja neste-neste-kosketukseen.

Konvertterin heilahdellessa edestakaisin myös rikasteita ja sulatusainetta syötetään kylvyn pinnan yläpuolelle. Koska syöttö-aukkojen asento muuttuu jatkuvasti kylvyn pinnan suhteen, kiintoaineet jakautuvat kylvyn pinnalle. Koska kylvyn yläpuolella oleva ilmatila virtaa kuonan poistopäätä kohti, rikaste- ja sulatusaine-syötteet liikkuvat ilmatilassa poikkisuunnassa, jolloin muodostuu edullinen kaasu-kiintoaine-kosketus. Kaiken kaikkiaan saavutetaan välipintojen läheinen kosketus, jolloin rikasteet konvertoituvat tehokkaasti raakakupariksi, vähän kuparia sisältäväksi kuonaksi ja runsaasti rikkidioksidia sisältäväksi kaasuksi.

Prosessi voidaan käynnistää kuumentamalla ensin hitaasti tulenkestävää vuorausta n. 1300°C:een polttoainepolttimella aukosta 3. Rikasteet voidaan syöttää esim. sinä aikana osittain pika-konvertoituneina, joka tarvitaan matalan kylvyn muodostumiseksi, 11 66198 kun samalla yllä pidetään kaasun, esim. rikkidioksidin riittävää virtausta suuttimien läpi niiden suojaamiseksi, jonka jälkeen konvertteri alkaa toimia normaalisti. Vaihtoehtoisesti voidaan tulenkestävän vuorauksen kuumentamisen jälkeen kaataa malmikiveä uuniin, jonka jälkeen toiminta on normaali.

Reaktio on autogeeninen ja eksoterminen reaktio yllä pitää käyttölämpötilaa alueella, jolla metalli ja kuona ovat riittävän nestemäisiä ja reaktionopeudet ovat suuret eli lämpötila voi esim. olla n. 1000 - 1650°C. Sopivimmin hapetusolosuhteet vaihte-levat konvertoimisvyöhykkeessä kasvavasti ja peräkkäisesti.

Jatkuvatoimisen konvertterin metallurgisen kontrollin eräät kvalitatiiviset näkökohdat ovat selviä niille, jotka ovat perehtyneet vakiokertakonvertoimiseen. Kuitenkin tämän keksinnön jatkuvatoimiseen menetelmään kuuluu lisäksi joukko erittäin monipuolisia käyttökontrolleja, joita käytetään yhdessä muuttumattoman vaiheit-taiskonvertoimisen aikaan saamiseksi ja yllä pitämiseksi, jolloin metallurginen suorituskyky on optimaalinen sulfidirikasteiden ja konvertiotuotteiden laajalla koostumusalueella. Ensisijainen sto-kiometrinen kontrolli perustuu sulfidirikasteiden, sulatusaineiden ja hapen kokonaissyötemäärien annosteluun ja suhteisiin, jotta voitaisiin jatkuvasti tuottaa raakametallia tai vähän rautaa sisältävää metallikiveä, jätekuonaa, joka sisältää lähes kaiken raudan ja riittävästi piioksidia ja muita sulatusoksideja haluttujen kuonaominaisuuksien saavuttamiseksi ja runsaasti rikkidioksidia ja lievästi ylimäärin happea sisältävää poistokaasua. Kemiallisten koostumusten ja kiinteän syötteen konvertoitumiskäyttäytymisen lyhytaikaiset vaihtelut tai muut poikkeamat kokonaissyöteaineksen halutuista vakiosuhteista tasoittuvat konvertterin metallikiven ja/tai metallikerrosten rikastuessa tai köyhtyessä, joten nämä kerrokset toimivat uunissa stabiloivana varastona.

Siten hapen kokonaissyötön ja sulfidirikasteiden kokonais-syötön suhteen stökiometrinen säätö tapahtuu säätelemällä asianmukaisesti laitteessa olevan metallikivikerroksen paksuutta.

Hapen syötön ja sulfidirikasteen syötön jakautumista vastaavissa syöttökohdissa konvertterin pituussuunnassa säädetään kuten jo mainittiin kemiallisten olosuhteiden sopivien gradient-tien yllä pitämiseksi konvertterissa. Erityisesti hapen ja sulfid-ien suhde on minimiarvossaan lähellä kuonan puhdistusosaa, joi- 12 66198 loin syötetään paljon vähemmän happea kuin tarvittaisiin tähän osaan syötettävien sulfidien konvertoimiseksi täydellisesti.

Näitä säätöjä tehtäessä mukavana käytännön kriteeriona on kuonassa olevan ferriraudan suhde kokonaisrautaan, mikä määritetään ottamalla kuonanäytteitä ja analysoimalla ne. Määrätyn käytön optimialue saavutetaan kokeilemalla, mutta tyypillinen alue konvertoitaessa kuparisulfidirikasteita 1300°C:ssa on ferriraudan ja kokonaisraudan suhde 0,2 tai suurempi metallin poistopäässä ja 0,06reen saakka jätekuonan poistopäässä.

Kuonan puhdistusosassa rautasulfidin, hiilen, rikkidioksidin ja hapen määrä säädetään siten, että kuonakerroksessa muodostuu jatkuvasti vähän talteen otettavaa metallia sisältävää me-tallikiveä, joka sisältää esim. vähemmän kuin 20 % kuparia ja joka laskeutuu kuonan läpi alentaen samalla kuonan arvometalli-pitoisuuden alhaiselle tasolle ennenkuonan poistamista konvertterista. Hiilen mukana ruiskutettu happi polttaa hiilen osittain, jolloin muodostuu kuumaa, voimakkaasti pelkistävää kaasua ja tapahtuu paikallista kuumentumista dekonvertoimisreaktioiden lämmöntarpeeseen. Kuten jo huomautettiin ferriraudan ja kokonaisraudan suhde on käyttökelpoinen käyttökriteerio säädettäessä syöteainek-sia kuonan puhdistusvaiheeseen ja säädettäessä tämä suhde saatetaan edullisesti lähes minimiarvoonsa.

Käyttäjän on mahdollista käyttää lämpötilan laajaa säätö-aluetta hapen ja sulfidin suhteesta riippumatta säätelemällä uudelleen kierrätetyn rikkidioksidin määrää. Tarvittaessa saadaan lisää monipuolisuutta käyttämällä vettä tai korvaamalla rikkidioksidi hiilivetysuojanesteillä tai muuttamalla rikkidioksidin lämpötilaa. Kaikkien näiden toimenpiteiden avulla käyttäjä pystyy helposti ja tarkasti säätelemään lämpötilaa koko konvertterissa so., saadaan nopeaan reagoimiseen ja puhtaaseen erotukseen tarvittava, runsaasti nestettä sisältävä piidioksidikuona ilman paikallista ylikuumenemista ja tästä johtuvaa suuttimien ja tulenkestävän vuorauksen kulumista.

Eri tuotevirtauksia ohjaillaan jatkuvasti käyttäen "onstream"- tai pika-analyysi-instrumentointia. Samaten mitataan lämpötilat jatkuvasti konvertterin pituudelta.

Koska konvertterin poistokaasussa olevan kokonaisrikin, esim. alkuainerikin muodossa olevan rikin sitominen ei ole mah- 13 661 98 dollista, suositellaan kaasun käsittelyä, josta käytetään nimitystä "dekonvertoiminen". Tässä erillislaitteessa suoritettavassa toimenpiteessä runsaasti rikkidioksidia sisältävä poistokaasu, hiilipitoinen pelkistin ja kaupallinen happi ruiskutetaan konvertterista saatuun sulaan jäterautasilikaattikuonaan, jolloin suurin osa kaasun rikistä sitoutuu nestemäisen rautasulfidin muodossa. Tämä voidaan valaa ja varastoida kaasun rikin ja kuonan raudan vastaista käyttöä varten. Osa nestemäisestä rautasulfidistä voidaan raestaa vedessä ja kierrättää uudelleen konvertteriin käytettäväksi kuonan puhdistukseen. On toivottavaa sitoa lähes kaikki rikki tähän muotoon ja tarvittava lisärauta saadaan syöttämällä dekon-vertoimisuuniin mitä tahansa sopivaa rautalähdettä, esim. romu-rautaa, kuten romuautoja tai muita kuonia. Kohtuullisia määriä kalkkia voidaan tietenkin lisätä kuonan pitämiseksi juoksevana.

Tällainen rikin sitominen merkitsee jatkuvatoimisessa hap-pikonvertterissä käytetyn kuonan puhdistusmenetelmän laajentamista ja siten se voidaan suorittaa varsin saman tyyppisessä, jatkuvatoimisessa uunissa, johon asianmukaisesti ruiskutetaan happea, rikkidioksidia ja hiilipitoista pelkistintä. Asiantuntijat huomaavat, että runsaasti rikkidioksidia sisältävällä kaasulla suoritettu dekonvertoiminen voi tapahtua muussakin laitteessa, joka on täysin samanlainen kuin tavallisesti kuonien käsittelyssä, vesi-vaipalla varustetut kuonasavu-uunit, joissa muuhun tarkoitukseen, esim. sinkin talteen ottoon käytetään hiilijauheen ja ilman seoksia.

Kuvion 3 tasapainokaavio kuvaa eräiden tärkeimpien fysiko-kemiallisten muuttujien riippuvuussuhdetta keksijöiden kuparin peräkkäiskonvertoimismenetelmän eri vaiheissa. Kemiallisen metallurgian yhteydessä omaksutun tavan mukaisesti hapen aktiivisuus on mitattu suureena log (Pqq /PCq) ia lämpötila mitataan absoluuttisen lämpötilan käänteisarvona. Hapen minimiaktiivisuus, joka tarvitaan kuparimetallin muodostumiseksi valkometallikuparisulfidistä määrätyssä lämpötilassa ilmenee kuvan yläosassa olevasta suorasta. Jos rautasilikaattikuonan FeO-aktiivisuus on 0,35, on toi saalta määrätyssä lämpötilassa hapen aktiivisuus pidettävä suoran alapuolella vastaten kiinteän magnetiitin muodostumista. Rautasul-fidiaktiivisuuden arvojen peräkkäiset suorat vastaavat peräkkäisiä konvertoimisvaiheita, koska metallikiven kuparipitoisuus kasvaa 14 6 619 8 rautasulfidin aktiivisuuden laskiessa. Olosuhteet, jotka vastaavat vähän arvometallia sisältäviä metallikiviä ja vähän metallia sisältäviä jätekuonia sijaitsee juuri suoran aFeS = 1,0 yläpuolella.

Kuvio 3 osoittaa myös pääkonvertoimisreaktion käänteisyyden:

FeS (metallikivi) + 3/2 02 (kaasu)-> FeO (kuona) + S02 (kaasu)

Jos hapen aktiivisuus pidetään suoran alapuolella, jossa aFeS = ^ käyttäen sopivaa pelkistintä, normaalipaineessa oleva rik-kidioksidikaasu reagoi kuonassa olevan ferro-, kupari-, nikkeli- ja kobolttioksidin kanssa muodostaen ei-rautametallipitoisen rautasul-fidin, mikä on päinvastainen reaktio kuin normaali konvertoimis-reaktio. Siksi tässä julkaisussa on katsottu sopivaksi kutsua näitä reaktioita "dekonvertoitumiseksi".

Esimerkkejä dekonvertoimisreaktioista, joissa käytetään hiilipitoisia pelkistimiä ja rikkidioksidia ovat:

S02+Fe0 (kuona) + 3 C -> FeS (metallikivi) + 3 CO

S02+Fe0 (kuona) + 3 CO -> FeS (metallikivi) + 3 C02

S02+Cu20(kuona) + 3 C -» Cu2S(metallikivi) + 3 CO

Jotta saavutettaisiin dekonvertoitumisessa tarvittava kuonan happiaktiivisuuden alhainen taso, on välttämätöntä alentaa kuonan ferrioksidipitoisuutta melko alhaiselle tasolle käyttämällä pelkistintä. Jos esim. lämpötilassa 1350°C halutaan happiaktiivisuus, joka vastaa log (PCQ /PCQ) = 3otta se olisi alle suoran apeS = 1 kuviossa 3, on mukina olevan ferriraudan osuuden oltava alle 6 % kuonan raudan kokonaispitoisuudesta.

Niinpä esillä olevan keksinnön eräänä päätavoitteena on tarjota menetelmää, jossa hapen aktiivisuus ja muut aktiivisuudet kasvavat kontrolloidusti ja systemaattisesti alueella, joka ulottuu suuresta happiaktiivisuudesta, joka tarvitaan hapettamaan syötteen raudan ja rikin pääosan, jolloin konvertterin toisesta päästä poistuu runsaasti arvometallia sisältävää tuotetta alhaiseen happiak-tiivisuuteen, joka tarvitaan laitteen toisessa päässä vähän arvo-metallia sisältävän kuonan poistamiseksi.

Kuvion 3 erikoisolosuhteissa ja käyttölämpötilassa n 1600 K (1327°C) happiaktiivisuuden yllä pidettävä ja kontrolloitava yleis-alue on C02/C0-suhteesta n. 100:1 C02/CO-suhteeseen n. 5:1, mikä vastaa happiaktiivisuuden neljäsatakertaista aluetta. Jotta jatkuvatoimisessa, lähes vakiotoimisessa reaktorissa voitaisiin saavuttaa 15 661 98 tällainen happiaktiivisuusalue, on välttämätöntä, että happisyöt-teen paine ylittää C02/C0 = 100 ja että käytetään pelkistintä, joka alentaa CC^/CO-suhteen alle 5. Niinpä otettaessa huomioon kaikki prosessivaatimukset kuparirikastekäsittelyssä, termodynaamisen prosessimallin täydellinen toteuttaminen edellyttää happi-aktiivisuuden positiivista ja tehokasta kontrollia jopa yli tuhatkertaisella alueella.

Joskin tärkeänä tasapainomallin termodynaaminen toteutettavuus ei tietenkään riitä osoittamaan laajamittaisen, jatkuvatoimisen pyrometallurgisen menetelmän toteutettavuutta. Keksijöiden malli perustuukin systeemin läpi virtaavien ja toisiinsa vaikuttavien kiintoaineiden, nesteiden ja kaasujen stökiometrisiin ja termodynaamisiin laskelmiin. Tällöin on otettu huomioon asianmukaiset viipymisajat ja nestevirtausolosuhteet välttämättömän lämmön- ja massansiirron saavuttamiseksi. Keksinnön mukaisella laitteella on myös fysikaalinen muoto ja fysikaaliset mahdollisuudet prosessitar-peiden tyydyttämiseksi, joihin kuuluu käytön päämuuttujien tehokas kontrolli. Niinpä konvertteri voidaan suunnitella erittäin suurta tehoa varten, mikä sopii useiden tuhansien kiintopanostonnien ker-takäsittelyyn päivittäin. Näihin tarkasteluihin liittyvää tärkeätä informaatiota löytyy teknisistä kirjoista, joita keksijät ovat kirjoittaneet tai toimittaneet kahden viimeisen vuosikymmenen aikana. Keksijöiden arviot nykyisen pyrometallurgisen käytännön vaikeuksista ja haitoista ja heidän tutkimuksensa, jotka koskevat muiden yrityksiä näiden ongelmien ratkaisemiseksi ovat johtaneet tässä julkaisussa yksityiskohtaisesti kuvattuihin parannuksiin alan aikaisempiin saavutuksiin verrattuina.

Käsitellyissä rikasteissa on riittävästi rautaa ja rikkiä, joten reaktio on lähes autogeeninen annettaessa niiden reagoida happea sisältävän kaasun kanssa. Seuraavissa esimerkeissä on tyypillisiä ja suositeltavia analyysejä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä sulfidisyöte voi osaksi tai kokonaan olla pelletoituna, kosteana rikasteena sisältäen esim. 8 % vapaata kosteutta tai jopa rikasteen vesilietteenä sisältäen esim. 75 % kiintoainesta.

Keksinnön mukainen menetelmä ja siinä käytettävä laite ovat erityisen käyttökelpoisia otettaessa nikkeli ja koboltti talteen pentlandiittirikasteista. Rikasteita käsitellään keksijöiden jatkuvatoimisessa happikonvertterissä metallikiven valmistamiseksi, 16 661 98 joka sisältää suuren osan rikasteen nikkelistä ja koboltista ja kuonan valmistamiseksi, joka sisältää suuren osan rautaa ja runsaasti rikkidioksidia sisältävää kaasua. Koboltti erotetaan poistetusta, sulasta metallikivestä erillistalteenottoa varten. Tämä voi tapahtua muuttamalla se kloridiksi antamalla nestemäisten sul-fidien reagoida kloorikaasun kanssa tai liuotinuuttamalla käyttäen natrium- ja nikkelikloridin sulaa suolaseosta. Sitten näin puhdistettua, sulaa raetallikiveä voidaan puhdistaa tulella nikkeli-metalliksi alhaalta päin puhalletussa, pyörimättömässä konvertterissa, joka on suljettu ja kallistettavissa käyttäen kaasu-suojattuja suuttimia kaupallisen hapen puhaltamiseksi metallikiven tai metallin läpi nestepinnan alapuolelle ja suojaten puhalluksen loppuvaiheessa happea hiilivetykaasulla.

Keksintöä voidaan menestyksellisesti käyttää käsiteltäessä keksinnön mukaisesti kupari-nikkeli- tai kupro-nikkelirikasteita, jolloin metallifaasina on kupari-nikkelimetalliseos. Seos voidaan liuottaa klooraamalla vedessä ja liuenneita metalliklorideja voidaan liuotinuuttaa kuparin ja nikkelin erottamiseksi. Puhdasta kuparia ja nikkeliä voidaan saada elektrolysoimalla vesiuutteita.

Muutettaessa keksinnön mukaisesti lyijysulfidirikasteita lyijyksi voidaan käyttää seuraavaa menetelmää. Lyijyrikasteita tiputetaan jatkuvasti kuonan peittämälle sulan lyijykylvyn pinnalle keksinnön mukaisessa suljetussa konvertterissa, johon puhalletaan jatkuvasti kaupallista happea käyttäen pinnan alle johtavia, nestesuojattuja suuttimia. Siten muodostuu jatkuvasti lähes sinki-tön uute ja runsaasti rikkidioksidia sisältävä kaasu. Muodostunutta kuonaa haihdutetaan konvertterissa jatkuvasti ruiskuttamalla hiilipitoista ainesta vähän lyijyä ja sinkkiä sisältävän kuonan muodostamiseksi. Konvertterikaasussa oleva lyijy voidaan jatkuvasti kierrättää uudelleen.

Keksinnön määrättyjä periaatteita voidaan soveltaa valmistettaessa kuparia, nikkeliä tai kupronikkeliä lähes raudattomista sul-fideistaan. Voidaan esim. syöttää sulan sulfidikylvyn pinnan alapuolelle kallistettavassa, suljetussa, alapäästä puhallettavassa pyörimättömässä konvertterissa runsaasti happea sisältävää kaasua, jonka happipitoisuus riittää autogeenisesti konvertoimaan sulfidit metalliksi. Keksinnön mukaisesti kaasu puhalletaan kylvyn läpi sopivasti asennetuilla, nestesuojatuilla suuttimilla, jotka ulottuvat 17 661 98 tulenkestävän vuorauksen läpi ja joiden aukot päätyvät alaosaan kylvyn pinnan alapuolelle. Siten kylvyssä syntyy pneumaattinen pyörre, mikä tehostaa välipintojen kosketusta- Kaasun virtausnopeus säädetään sellaiseksi, että hauteen lämpötila säilyy tasaisesti säädettävällä tasolla, jolloin hapen ja rikin reaktionopeus on suuri ja niin, että reagoivan hapen määrä on vain noin stökiomet-rinen määrä, joka tarvitaan lähes kaiken kylvyssä olevan rikin konvertoimiseksi rikkidioksidiksi. Edullisesti happisuuttimien suoja-nesteenä on rikkidioksidi tai vesi tai molemmat, kunnes kylvyn rikkipitoisuus on alle n. 5 %, jolloin hiilivetykaasua voidaan käyttää suojanesteenä puhalluksen loppuajan.

Sanonnalla "kaupallinen happi" tarkoitetaan kaasua, jonka normaali happipitoisuus on yli 90 % vapaata happea ja on suositeltavaa käyttää kaupallista happea. Tällaisen hapen käyttö mahdollistaa runsaasti rikkidioksidia sisältävän kaasun valmistuksen ohella konvertterin käytön tavallista korkeammassa lämpötilassa, mikä merkitsee kineettisiä ja käyttöetuja suurten reaktionopeuksien ja me-tallikiven ja kuonan nestemäisyyden kontrollin muodossa edellyttäen, että metallisuuttimia ja tulenkestävää vuorausta suojataan tässä kuvatulla tavalla kohonneelta lämpötilalta. Eräillä rikasteilla voidaan käyttää autogeenista menetelmää ja runsashappista ilmaa, joka sisältää niinkin vähän happea kuin 40 %, joskin näin suuren typpi-määrän johtaminen systeemiin saattaa olla ei-toivottavaa ympäristöjä muista syistä. Tämä on suurempi happipitoisuus kuin voidaan käyttää Pierce-Smith-vakiokonvertterissä, jonka haittana on ylihapettu-minen ja ylikuumeneminen hormien lähellä ja suhteellisen huono välipintojen kosketus, huono lämpötilan jakautuminen ja happiaktii-visuuden rajoittunut kontrolli.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä konvertterin poistokaasun rikkidioksidipitoisuus on normaalisti yli 70 % kuivapainosta laskettuna ja todennäköisesti yli 80 % eikä siinä ole juuri lainkaan typpioksideja. Konvertterin poistokaasu johdetaan höyrynkehitys-kattiloihin energian talteen ottamiseksi. Tämän jälkeen siinä ei ole juuri lainkaan enää alkuperäisiä aineksia ja suurin osa kuparista, nikkelistä tai lyijystä palautetaan prosessiin. Normaalisti konvertoimisprosessiin ruiskutettuna rikkidioksidina käytetään konvertterin uudelleen kierrätettyä poistokaasua.

Suojanesteenä tai muista syistä lisätyn rikkidioksidin määrä on n. 0 - n. 150 % hapen tilavuudesta mitattuna normaalilämpötilassa 18 661 98 o 5 ja -paineessa, so. 0 C ja 1 x 10 Pa (1 atm). Vettä voidaan lisätä atomisoituna sumuna määrän ollessa 0-25 % hapen painosta. Vesi voidaan lisätä happivirtaan, suojakaasuvirtaan tai molempiin.

Keksinnön mukaisen, monipuolisilla kontrolleilla varustetun menetelmän ja laitteen eräänä lisäetuna on kyky tarvittaessa helposti valmistaa ferrosilikaattikuonia normaalia korkeammissa lämpötiloissa, esim. yli 1300°C piidioksidipitoisuuden ollessa normaalia suurempi, esim. yli 39 % piidioksidia ja siten kuparin, nikkelin ja koboltin hukka on tavallista pienempi, koska kuonien juoksevuus on hyvä, tiheys on alhainen ja ferrirautapitoisuus on pieni.

Kuparisulfidirikasteista saatavana lopputuotteena voi olla raakametalli, jonka kuparipitoisuus on yli 95 %, rautapitoisuus alle 0,2 % ja rikkipitoisuus alle 2 % kuparisaannon ollessa yli 98 % tai menetelmällä voidaan tuottaa metallikiveä, jonka kupari-pitoisuus on yli 75 %, rautapitoisuus alle 1 % lopun ollessa rikkiä ja epäpuhtauksia kuparisaannon ollessa jälleen yli 98 %.

Nikkelin kohdalla lopputuotteena voi olla raakametalli, joka sisältää nikkeliä yli 90 %, rautaa alle 1 %, rikkiä alle 5 % nikkeli-saannon ollessa yli 95 % tai metallikivi, jossa nikkeliä on yli 65 %, rautaa alle 5% kobolttisaannon ollessa yli 75 %. Kummassakin tapauksessa nikkelisaanto on yli 95 %. Lyijyn tapauksessa lopputuotteena voi olla uute, jossa lyijyä on yli 95 %, rautaa alle 1 %, rikkiä alle 1 % lyijysaannon ollessa yli 95 %.

Keksijöiden konvertointiin käyttämä hapen ruiskutus kylvyn pinnan alle muodostuu nestesuojatun, runsashappisen kaasun ruiskut-tamisesta sulaan kylpyyn konvertterin tulenkestävän seinämän läpi nestepinnan alapuolelle. Esillä olevan keksinnön eräissä sovellutuksissa tämä nestesuojaus voi olla samanlainen kuin ranskalaisessa patenttijulkaisussa FR 1 450 718 (1966) esitetty yleinen Savard-suojaus. Tässä menetelmässä metalli puhdistetaan kerta-annoksina puhaltamalla kaupallista happea sulaan kylpyyn vakiokonvertterin tulenkestävän vuorauksen läpi ulottuvien suuttimien kautta, joiden aukot ovat yhteydessä astian alaosaan metallipinnan alapuolella. Suulakkeita ja tulenkestävää vuorausta suojataan ympäröimällä happi-virta suojahiilivedyllä.

Tähän verrattuna konvertoitaessa sulfidirikasteita erikois-knovertterissään keksijät normaalisti suosivat palamattoman kaasun 19 661 98 eli rikkidioksidin käyttöä suojanesteenä. Tarvitessaan lisäjääh-dytystä keksijät saattavat käyttää myös atomisoitua vettä hapen päävirtauksessa ja atomisoitua vettä voidaan myös lisätä suojanes-teeseen. Sopivissa olosuhteissa rikkidioksidia tai atomisoitua vettä tai molempia lisätään happivirtaukseen vaihtoehtona tai lisäyksenä niiden käytölle ympäröivässä suojanesteessä. Happi voidaan puhaltaa suunnassa, joka on lähes vaakatasosta pystysuoraan ylöspäin.

Keksinnön suositeltavaa menetelmää on kuvattu jatkuvatoimisena prosessina, joka muodostuu toisistaan riippuvista vaiheista ja kontrollierikoispiirteistä, jotka mahdollistavat kuvatut erikoistulokset. Tällaiseen yhdistelmään kuuluu esim. jatkuvatoiminen prosessi, jossa runsasmetallinen faasi ja kuonafaasi virtaavat vastakkaissuuntiin, kuona- ja kaasufaasi virtaavat samaan suuntaan ja mukana on peräkkäisiä konvertoimis- ja kuonan puhdistusvaiheita ja konvertteri on saatettu heilahtelemaan. Muutamat näistä ja eräät muut keinot ovat edullisessa menetelmässä sinänsä uusia ja niitä voidaan käyttää muista riippumatta. Niinpä esim. pinnan alle suunnattua happiruiskutusta voidaan käyttää jatkuvatoimisen kuonan puhdistuksen muiden keinojen ohella. Samoin kuvattua puhdistus- eli dekonvertoimisvaihetta voitaisiin soveltaa sulaan kuonaan, joka on muodostunut muistakin kuin keksinnön mukaisesta konvertoimisvaiheesta. Joskin konvertterin saattaminen heilahtelemaan, johtaa haluttuihin tuloksiin, voidaan hyväksyttäviä tuloksia saavuttaa myös ilman konvertterin heilahtelua.

Keksinnön mukaista laitetta voidaan muuntaa käytettäväksi kupari- tai nikkelimetallikiven kertakonvertoinnissa tai tulella puhdistuksessa esim. alhaalta puhallettavassa, pyörimättömässä, kallistettavassa suljetussa konvertterissa käyttäen nestesuojattuja suuttimia kaupallisen hapen puhaltamiseksi ylöspäin tai lähes vaakasuoraan, esim. vähemmän kuin 10° vaakatason alapuolelle metalli-kiven tai metallin läpi nestepinnan alapuolelle. Keksijöiden laite voidaan myös muuntaa käytettäväksi jatkuvatoimiseen raudan valmistukseen ja harkkoraudan jatkuvatoimiseen happikonvertomiseen teräkseksi.

Käsiteltävänä oleva keksintö täyttää yksinkertaisen, monipuolisen ja taloudellisen jatkuvatoimisen konvertoimismenetelmän tarpeen. Menetelmällä on erinomainen kyky suojata ympäristöä, mikä 20 66198 puuttuu alan aikaisemmilta ehdotuksilta. Käytettäessä uutta, jatkuvatoimista yksittäisuunia arvometallihukka on alle puolet tavanomaisiin pyrometallurgisiin menetelmiin verrattuna. Myös prosessin poistokaasun rikinsitomiskustannukset, jolloin rikki sidotaan joko rautasulfidiksi tai alkuainerikiksi, ovat alle puolet tavanomaisiin sitomismenetelmiin verrattuna.

Seuraavassa suositeltavien toteuttamismuotojen erityisesi-merkit selventävät yksityiskohtaisemmin keksintöä.

Esimerkki 1

Tuhat tonnia kuparisulfidirikastetta, jossa on 28 % Cu, 28 % Fe, 30 % S, 7 % Si02 (kuivapainosta) sekä 1 % vettä, vaihe-syötetään jatkuvatoimisesti päivittäin kooltaan 6 x 36 m olevaan konvertteriin, jonka rakenne ja käyttö on sama kuin kuviossa 1.

Tämä määrä pikakonvertoidaan n. 1330°C:ssa lisäämällä päivittäin 320 tn sulatusainetta, jossa on 78 % SiC>2 (kuivapainosta) ja 5 % vettä ja 280 tn kaupallista happea, jossa on 98 % 02 ja 2 % Ar.

Sekä happi- että rikaste syötteen määriä kontrolloidaan tarkoin useissa kierukkaruiskutussyöttökohdissa. Tällöin rikaste syötteeseen sekoitettavan hapen osuus kasvaa asteittain minimiarvosta lähinnä kuonan puhdistusainetta olevassa syöttöaukossa maksimiarvoon lähinnä kuparimetallin valmistusaluetta olevassa syötteen syöttö-kohdassa. Lisäksi konvertterin ilmatilaan lisätään päivittäin 50 tn vettä lämpötilan säätämiseksi. Näin syntynyt sula metallikivi sulatetaan n. 1330°C:ssa kontrolloiduissa vaiheissa ruiskuttamalla päivittäin 135 tn kaupallista happea ja 320 tn rikkidioksidia ympäröivänä suojakaasuna ja kontrolloiduissa vaiheissa metallikivi hapettuu asteittain kuparimetalliksi. Konvertteristä poistetaan jatkuvatoimisesti päivittäin kuvion 1 osoittamalla tavalla 284 tn raakakuparia, jossa on 98 % Cu, 0,1 % Fe ja 1 % S. Tämä tuote sisälsi n. 99 % konvertterin sulfidirikaste syötteen kuparista. Näissä vaiheissa muodostunutta sulaa kuonaa puhdistetaan n. 1330°C:ssa ruiskuttamalla päivittäin 50 tn seosta, jossa on ruskohiiltä, rikkidioksidia ja happea painosuhteessa n. 5:3:1. Tämän jälkeen kuonaa pestään päivittäin ryöpyllä, jossa on 25 tn rautasulfidia. Sitten kuona laskeutuu liikkumattomassa altaassa ja poistetaan jatkuvasti päivittäin 800 tn:n virtauksena, jossa on 0,2 % Cu, 35 % Fe ja 40 %

SiC>2. Tämä tuote sisältää lähes kaiken konvertterin sulf idirikaste syötteessä olleen raudan. Konvertoimiskaasu poistetaan jatkuvasti 21 66198 lämpötilassa n. 1330°C ja nopeudella 645 tn/päivä virtauksena, jossa on 88 % S02, 9 % CC>2, 2 % Ar ja 1 % 02 (kuivapainosta) .

Tämä tuote sisältää yli 90 % konvertterin sulfidirikastesyötteen rikistä eikä siinä ole typpioksideja. Kuuma kaasu virtaa höyryn-kehityskattiloihin energian talteen ottamiseksi ja niistä elek-trostaattisiin kuivaerottimiin, märkäpesureihin ja/tai pussisuo-dattimiin pölyn talteenottamiseksi. Kontrolloitu osa saadusta aineksesta ja puhdistetusta kaasusta otetaan talteen asianmukaista käsittelyä ja hyödyntämistä varten ja loput kierrätetään uudelleen konvertteriin.

Esimerkki 2

Pentlandiittirikastetta, jossa on 15 % Ni, 0,6 % Co, 40 %

Fe, 30 % S ja 10 % Si02, käsitellään keksinnön mukaisessa jatkuvatoimisessa happikonvertterissä metallikiven valmistamiseksi, jossa on yli 65 % Ni ja yli 95 % rikasteen nikkelistä ja yli 75 % rikasteen koboltista, kuonan valmistamiseksi, jossa on yli 95 % rikasteen raudasta ja kaasun valmistamiseksi, jossa on yli 75 % SC>2 (kuivapainosta) ja yli 75 % rikasteen rikistä. Koboltti otetaan talteen käsitellystä, sulasta metallikivestä erillistalteenotolla, jolloin se tunnetuin keinoin konvertoidaan kloridiksi esim. antamalla nestemäisten sulfidien reagoida kloorikaasun kanssa tai liuotinuuttamalla käyttäen natrium- ja nikkelikloridin sulaa suo-laseosta. Haluttaessa näin puhdistettu sula metallikivi puhdistetaan tulella nikkelimetalliksi alhaalta puhallettavassa, pyörimättömässä, suljetussa ja kallistettavassa konvertterissa käyttäen kaasusuojattuja suulakkeita kaupallisen hapen puhaltamiseksi ylöspäin metallikiven tai metallin läpi pinnan alapuolelta ja käyttäen hiilivetyä hapen suojakaasuna puhalluksen loppuvaiheissa.

Nikkelin kohdalla voidaan valmistaa mitä tahansa pitoisuuksia, joiden rajoina ovat runsaasti nikkeliä sisältävä metallikivi, esim. nikkelisulfidi, jossa on yli 65 % nikkeliä ja vähemmän kuin 5 % rautaa ja jossa suurin osa uunisyötteen koboltista saadaan talteen, sekä raakanikkelimetalii, jossa on vähemmän kuin 5 % rikkiä ja vähemmän kuin 1 % rautaa.

Esimerkki 3 Käsitellään kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa jatkuvatoimisessa happikonvertterissä kupari-nikkelirikastetta, jossa on 16 % kuparia, 4 % nikkeliä, 32 % rautaa, 27 % rikkiä ja 10 % piidioksidia.

22 6 6 1 9 8

Saadaan a) kupari-nikkelimetalliseos, jossa on yli 98 % kuparia ja nikkeliä yhteensä ja vähemmän kuin 2 % rautaa ja rikkiä yhteensä 98 % sulfidirikastenesteen yhteisestä kuparista ja nikkelistä, b) kuona, jossa on yli 98 % sulfidirikasteen raudasta ja c) kaasu, jossa on yli 80 % rikkidioksidia (kuivapainosta) ja yli 90 % konvertterin sulfidirikastesyötteen rikistä. Vain, jos kuparin määrä rikasteessa on yli n. 70 % kuparin ja nikkelin yhteisestä määrästä, konvertoimisen aikana erottuu metallifaasi, joka laskeutuu metallikiven alapuolelle.

Kupari-nikkelimetalliseos liuotetaan klooraamalla vedessä ja kupari ja nikkeli otetaan talteen liuosuuttamalla liuenneita metalliklorideja ja puhdasta kuparia ja nikkeliä saadaan elektro-lysoimalla vesiuutteita.

Esimerkki 4

Lyijyrikastetta, jossa on 72 % lyijyä, 3 % sinkkiä ja 17 % rikkiä sekä sulatusaineita syötetään jatkuvatoimisesti konvertteriin lyijykiillerakeina joiden läpimitta on yli 4,7 mm (yli 4 mesh), lyijysulfidia sisältävän aineksen kaasu- tai kuonasuspension estämiseksi ja tiputetaan kuonan peittämään lyijykylpyyn, johon pohjan kautta puhalletaan happea nestesuojattujen suulakkeiden kautta, jolloin saadaan lähes sinkitön lyijyuute, jossa on yli 95 % lyijyä ja vähemmän kuin 1 % rikkiä ja yli 95 % rikasteen lyijystä, sekä kaasu, jossa on yli 70 % rikkidioksidia (kuivapainosta) ja yli 90 % rikasteen rikistä. Muodostunutta kuonaa haihdutetaan jatkuvatoimisesti konvertterissa ruiskuttamalla hiiltä lyijyn ja sinkin talteen ottamiseksi ja konvertterikaasun lyijy kierrätetään uudelleen.

Claims (14)

23 66198

1. Jatkuvatoiminen menetelmä raakakuparin, -nikkelin, -koboltin tai -lyijyn talteen ottamiseksi sellaisenaan tai näiden metallien seoksena tai metallikivenä ei-rautametallisulfidirikas-teista, jolloin pitkänomaisessa konvertterissa yllä pidetään su-latekylpyä, jossa on runsaasti metallia sisältävä faasi sekä kuo-nafaasi, joka virtaa runsaasti metallia sisältävän faasin päällä, ja jolloin konvertteriin johdetaan rikasteita, sulatusaineita sekä runsaasti happea sisältävää kaasua, jonka happipitoisuus on vähintään 40 tilavuus-% ja jonka määrä on riittävä rikasteiden autogeeniseen jalostamiseen, samalla kun kuonafaasi ja runsaasti metallia sisältävä faasi virtaavat vastavirtaan toisiinsa nähden konvertterin eri päissä olevia poistoaukkojaan kohti, tunnet-t u siitä, että a) ainakin osa runsaasti happea sisältävästä kaasusta puhalletaan yhdessä suojaavan nestemäisen aineen kanssa ylöspäin sulatekylpyyn useiden suuttimien avulla, joita voidaan säätää riippumattomasti, joiden päät sijaitsevat sulatteen pinnan alapuolella ja jotka sijaitsevat erillään toisistaan konvertterin pituussuunnassa, b) että rikasteet johdetaan konvertteriin lukuisten syöttö-aukkojen kautta, joita voidaan säätää riippumattomasti ja jotka sijaitsevat erillään toisistaan konvertterin pituussuunnassa, ja c) että suuttimien ja syöttöaukkojen sijainti ja vastaavasti niiden läpi johdettavat happi- ja rikastemäärät säädetään niin, että sulatekylpyyn syntyy happiaktiivisuuden gradientti, joka alenee suurimmasta arvostaan, joka on riittävä aikaansaamaan runsaasti metallia sisältävän faasin ulostulokohdalla materiaalia, joka sisältää runsaasti talteen otettavaa metallia ja jonka rautapitoisuus on vähäinen, pienimpään arvoonsa, joka on riittävä aikaansaamaan kuonafaasin ulostulokohdalla kuonaa, jonka talteen otettavan metallin pitoisuus on vähäinen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että osa konvertteriin syötettävästä hapesta sekoitetaan kuiviin, hienojakoisiin rikasteisiin määrinä, jotka sus-pensiohapettavat ainakin osan rikasteista, ja että seos puhalletaan konvertterin kaasutilaan sulatekylvyn pinnan yläpuolelle. 24 66198

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vähintään 2/3 konvertteriin syötettävästä hapes-ta sekoitetaan rikasteisiin.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään suljettua konvertteria, joka on hieman kalteva siten, että se pää, jossa on runsaasti talteen otettavaa metallia sisältävän materiaalin poistoaukko, on alempana, ja että konvertteri heilahtelee hitaasti ja jatkuvasti pituusakselinsa suhteen.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikkidioksidia käytetään suo j aavana nestemäisenä aineena, joka puhalletaan yhdessä runsaasti happea sisältävän kaasun kanssa suuttimien läpi sulatekylvyn pinnan alapuolelle .

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suojaava nestemäinen aine ympäröi injektoitavat happivirrat ja että suojaavana nestemäisenä aineena käytetään rikkidioksidia, vettä ja/tai hiilivetyä.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessissa syntynyt rikkidioksidi johdetaan takaisin prosessiin ja sitä käytetään suojaavana nestemäisenä aineena.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä kupari-, nikkeli- ja/tai kobolttirikasteiden jalostamiseksi, tunnettu siitä, että rikasteita ja sulatusaineita syötetään konvertteriin määrinä, jotka synnyttävät kuonan, jonka pii-dioksidipitoisuus on yli 39 paino-%, ja että kuonan lämpötila pidetään yli 1300°C:ssa.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisää talteen otettavaa metallia erotetaan kuonasta puhaltamalla kuonan läpi ylöspäin hapen, hiili-pelkistimen ja rikkidioksidin seosta ennen kuonan poistamista konvertterista.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että prosessissa syntyvä rikkidioksidi palautetaan prosessiin ja sitä käytetään kuonan käsittelyyn.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän soveltamiseen käytettävä laite, joka käsittää pitkänomaisen säiliön (A), 25 66198 jossa on tulenkestävä vuoraus, kuonan poistoaukko (12) toisessa päässä ja runsaasti metallia sisältävän faasin poistoaukko (5) vastakkaisessa päässä sekä poistokaasujen poistoaukko (9) sekä suuttimet (6,7) rikasteiden ja sulatusaineiden syöttämiseksi sekä suuttimet (8) runsaasti happea sisältävän kaasun syöttämiseksi, tunnettu siitä, että runsaasti happea sisältävän kaasun syöttösuuttimet on varustettu toisistaan riippumattomasti säädeltävillä syöttölaitteilla (8), jotka ulottuvat tulenkestävän vuorauksen läpi ja jotka ovat jakaantuneina konvertterin sen osan pituudelle, joka muodostaa jalostusvyöhykkeen (M), ja että toisistaan riippumattomasti säädeltävät rikasteiden syöttösuuttimet (6) ovat jakautuneina jalostusvyöhykkeen (M) pituudelle ja ne on sijoitettu siten, että ne johtavat rikasteet suoraan konvertterin sulatekylvyn yläpuolella olevaan kaasutilaan.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on varustettu elimillä, joiden avulla säiliö voi heilahdella pituusakselinsa suhteen.

13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen laite, jossa säiliön pohjalla on korotus (13), joka estää runsaasti metallia sisältävän faasin virtauksen kuonan poistoaukolle (12), tunnettu siitä, että kuonavyöhykkeeseen (S) korotuksen (13) ja kuonan poistoaukon (12) välille on sijoitettu ainakin yksi suutin (10), jonka läpi puhalletaan kaasua ylöspäin.

14. Jonkin patenttivaatimuksista 11-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että kuonan poistoaukko (12) ja poisto-kaasujen poistoaukko (9) on sijoitettu konvertterin samaan päähän. 66198 26