FI68658C - Foerfarande foer kontinuerlig konvertering av icke-jaernmetallsulfidkoncentrat - Google Patents

Description

|·*ΜΤη ΓΒ1 (11)KUULUTUSJULKAISU

4€§Ηφ W ^ΊΊ' UTLÄG G NI N G SSKRI FT OODOO

¢2¾¾ C Patentit uyoiiuc Ity 10 10 1935

Patent ceddelat ' * ^ (51) Kv.lk.*/lnt.CI.4 C 22 B ^12 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansöknlng 790389 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 06.02.79 (=«) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 06.02.79 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 25.08.79

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm.— 28 06 85

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 2^.02.78

Saksan Li i ttotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 280796¾.3 (71) Metallgesellschaft Aktiengesellschaft, Reuterweg 1*+, 6000 Frankfurt/Main, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Werner Schwartz, Frankfurt/Main, Peter Fischer, Bad Vilbel,

Heinrich Traulsen, Schwalbach, Saksan LiittotasavaIta-Förbundsrepub 1iken Tyskland(DE) (7¾) Oy Kolster Ab (5¾) Menetelmä ei-rautametal1isulf idikonsentraattien jatkuvaa konvertoimista varten - Förfarande för kontinuerlig konvertering av icke-jarn- metal1sulf i dkoncent rat Tämä keksintö koskee menetelmää ei-rautametallisulfidikon-sentraattien jatkuvaa konvertoimista varten juoksevaksi ei-rauta-metallirikkaaksi faasiksi ja kuonafaasiksi pitkänomaisessa makaavassa reaktorissa, vyöhykkeittäin SO^ sisältävässä kaasuatmos-fäärissä, jolloin sulaan syötetään kuparin, nikkelin, antimonin, koboltin ja lyijyn sulfidisia konsentraatteja tai näiden seoksia sekä lisäaineita, sulaan puhalletaan hapettavia ja pelkistäviä kaasuja, ei-rautametallirikas faasi ja ei-rautametalliköyhä kuo-nafaasi poistetaan reaktorin vastakkaisista päistä, jolloin faasit toisiinsa nähden vastavirtaan olennaisesti jatkuvasti, kerros-muotoisissa virtauksissa virtaavat poistopäihin, ainakin osa ha-pesta puhalletaan sulaan useiden, toisistaan riippumattomasti ohjattujen ja reaktorin hapettamisvyöhykkeen pituudelle jaettujen suuttimien kautta alhaalta käsin, kiinteä panos syötetään useiden, toisistaan riippumattomasti ohjattujen ja reaktorin huomat- 2 68658 tavalle pituudelle jaettujen panostuslaitteiden kautta portaittaisesti reaktoriin, happiaktiiviteetin gradientti sulassa säädetään valitsemalla paikallinen syöttö ja säätämällä sisäänviedyn hapen ja kiinteä aineen määriä siten, että hapen määrä maksimista ei-rautametallirikkaan ja rautaköyhän aineen tuottamiseksi tämän aineen poistopäässä jatkuvasti pienenee pelkistysvyöhykkeessä minimiin ei-rautamelliköyhän kuonafaasin tuottamiseksi tämän poistopäässä, hapen mukana sulaan puhalletaan kaasumaisia ja/tai nestemäisiä suoja-aineita säädettyjä määriä suuttimien ja näitä ympäröivän verhouksen suojaamisksi ja prosessilämpötilan säätämisen avuksi ja sulaan puhallettuja kaasumääriä säädetään siten, että kylvyssä syntyy hyvään aineenvaihduntaan riittävä pyörteily ilman että faasien kerroksittainen virtaus ja happiaktiviteetin gradientti olennaisesti häiriintyy.

Julkaisussa DE-AS 2 417 978 on kuvattu johdannon mukainen menetelmä. Tässä menetelmässä johdetaan kaasuatmosfääri reaktoriin samaan virtaussuuntaan kuin kuonafaasi ja poistokaasu johdetaan pois reaktorista ei-rautametallikövhän kuonafaasin poistopääs-tä. Lisäksi toteutetaan menetelmä autogeenisesti.

Esillä olevan keksinnön lähtökohtana on tehtävä kuonafaasin metallipitoisuuden edelleen alentamiseksi, reaktorin lämmönkäytön parantamiseksi ja 1isäkuumentamisen mahdollistamiseksi.

Tehtävän ratkaisu tapahtuu keksinnön mukaisesti siten, että kaasuatmosfääri reaktorissa johdetaan vastavirtaan kuonafaasin virtaukseen nähden ja poistokaasu poistetaan reaktorista ei-rauta-metallirikkaan faasin poistopäästä. Poistokaasut voidaan johtaa sekä läpi reaktorin päätysivun että myös lähellä päätysivua ylöspäin tai sivullepäin. Prosessia ohjataan happiaktiiviteetin ja lämpötilan gradienttien ohjaamiseksi sulassa siten kuin on kuvattu julkaisussa DE-AS 2 417 978. Happipotentiaali kaasuatmosfäärissä muutetaan kuitenkin kuonafaasin ja kaasuatmosfäärin vastavirtauk-sella, jolloin erityisesti pelkistysvyöhykkeessä happipotentiaali ja SO^'Pitoisuus pienenevät huomattavasti. Suuttimet voidaan si-joitaa useihin riveihin toistensa viereen, niin että sulan koko leveys tulee hyvin läpipuhalletuksi ilman että on tarpeen reaktorin edestakaisin heiluttaminen sen pituus akselin ympäri.

3 63658

Yksi edullinen suoritusmuoto perustuu siihen, että ainakin pelkistysvyöhykkeessä sulaan puhalletaan polttoaineita, hapen osapaine kaasuatmosfäärissä pelkistysvyöhykkeessä pidetään alle 10 ^ (10^ kPa) baria, edullisesti alle 10 ® baria (10^ kPa) eikä mitään SO^-kaasua puhalleta pelkistysvyöhykkeeseen suojakaasu-na. Polttoaine voi olla nestemäistä, kaasumaista tai kiinteää.

Sen palamista ohjataan siten, että toisaalta tulee tuotetuksi tarpeellinen lämpö ja toisaalta säilytetään tarvittavat pelkistysolo-suhteet sulassa ja kaasufaasissa. Suojakaasuna suuttimia varten voidaan käyttää hiilivetyjä, joita sen jälkeen käytetään polttoaineena tai inerttejä kaasuja, kuten esimerkiksi typpeä. Hapetta-misvyöhykkeessä voidaan suojakaasuna käyttää SO^ kuten on selitetty julkaisussa DE-AS 2 417 978. Kun puhalletaan polttoaine välittömästi sulaan, saavutetaan hyvä lämmönsiirto sulaan aineeseen ja siten polttoaineen korkea hyväksikäyttö reaktorihdvln alhaisilla lämpötiloilla. Lyijykonsentraattien käsittelyssä saavutet- -3 2 tiin hyviä tuloksia jo hapen osapaineella 10 bar (10 kPa) kaasuatmosf äärissä . Tulokset paranevat hapen osapaineen alentuessa.

Kuparikonsentraattien käsittelyä varten tulee hapen osapaineen "8 “3 olla alle 10 baria (10 kPa). Tällä työskentelytavalla onnistuu laajoissa rajoissa fysikaalis-kemiallisesti suotuisten lämpötilojen ja olosuhteiden säätö jokaisessa uunin vyöhykkeessä. Siinä tapauksessa että lisälämpö on tarpeen, erityisesti vähäisen rikkipitoisuuden omaavien konsentraattien kohdalla, voidaan poltin sijoittaa pelkistysvvöhykkeen päätysivulle ja/tai polttoainetta voidaan johtaa hapettamisvyöhykkeeseen suuttimien kautta tai yhdessä kiinteän panoksen kanssa. Polttimia täytyy käyttää siten, että säilytetään tarpeellinen happipotentiaali kaasufaasissa.

Yksi edullinen suoritusmuoto perustuu siihen, että pelkis-tysvyöhykkeen ja hapettamisvyöhykkeen väliin on kytketty stabi-lointivyöhyke, jossa sulaan ei puhalleta mitään kaasua. Täten saavutetaan pelkistysvyöhykkeen ja hapettamisvyöhykkeen kaasuat-mosfäärien hyvä erottaminen, molemmissa portaissa on mahdollista yksilöllinen lämpötilan säätö ja stabilointivyöhykkeessä tapahtuu sulfidirikkaan metallitaasin erottuminen metallirikkaasta kuona-faasista, minkä johdosta saavutetaan alhainen sulfidiaktiviteetti pelkistysvyöhykkeessä.

4 68658

Yksi edullinen suoritusmuoto perustuu siihen, että sulfi-disten lyijy- tai antimonikonsentraattien käsittelyssä lentopöly-nä saatu lyijy- tai antimonisulfidi poistokaasujohdossa ja/tai poistokaasujäähdytyksessä sekoittamalla siihen happipitoisia kaasuja lämpötiloissa 950...450°C voittopuolisesti hapetetaan lyijy-sulfaatiksi tai antimonioksidiksi ja antimonisulfaatiksi ja erotettu lentopöljy sekoitetaan yhteen lyijy- tai antimonikonsentraat-tin kanssa määrin 10...30 painoprosenttia laskettuna panoksesta ja mahdollisesti lisäten muita metallisulfaattipitoisia aineita. Hapetettujen lentopölyjen sekoittaminen aiheuttaa jo suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa reaktion sulfidisten konsentraattien kanssa, ilman että tätä varten täytyy johtaa lisää happea. Nopea reaktio vähentää metallien höyrystymishäviöitä. Tärkeää on tällöin panoksen aineosien tiivis kosketus.

Yksi edullinen suoritusmuoto perustuu siihen, että konsent-raatit sekä mahdolliset lisäaineet tiivistetään ennen reaktoriin vientiä. Täten tulee konsentraattien kosketus lisäaineisiin, kuten kalkkiin, SiC^reen, rautaoksidiin, palautettuun lentopölyyn ja mahdollisiin muihin metallisulfaattipitoisiin aineisiin ja hiileen erityisen tiiviiksi. Tiivistäminen voi tapahtua esimerkiksi jyräämällä, pelletoimalla tai puristamalla. Kosteat tiivistetyt osaset putoavat noepasti läpi kaasuatmosfäärin ja reaktio tapahtuu sulassa. Osasten kosteuden johdosta nousee lämpötila hitaasti, niin että höyrystyshäviöt pysyvät vähäisinä.

Seuraavassa selitetään keksintöä lähemmin esimerkkien ja oheisen piirustuksen valossa.

Piirustus esittää kaaviollisesti leikkausta reaktorista.

Reaktorilla 1 on pitkän uunin muoto, jolla on pyöristetty poikkileikkaus. Vasemmassa päätysivussa on kuonan poisvirtausauk-ko 2 ja lähelle oikeaa päätysivua on sijoitettu laskureikä 3 ei-rautametallirikasta faasia varten. Vasempaan päätysivuun on sijoitettu aukko 4, jota voidaan käyttää työovena tai johon voidaan sijoittaa poltin. Oikeaan päätysivuun on sijoitettu kaasun-poistoaukko 5, joka liittyy poistokaasukanavaan 6, sekä hätälas-kuaukko 7. Reaktori 1 on jaettu työvyöhykkeeseen Δ, pelkistysvyö-hykkeeseen R, stabilointivyöhykkeeseen B, hapettamisvyöhykkeeseen O

li 5 68658 ja lepovyöhykkeeseen M, jolloin siirtymiskohdat vyöhykkeestä toiseen eivät ole terävästi rajattuja vaan juoksevia. Hapetta-tamisvyöhykkeeseen O on sijoitettu syöttöaukot 8 ja suuttimet 9, joista vain muutamia on kaaviollisesti esitetty. Pelkistysvyö-hykkeeseen R on samoin sijoitettu suuttimia 10, joista vain muutamia on kaaviollisesti esitetty. Reaktori 1 on laakeroitu juoksu-renkaille 11 ja sitä voidaan kiertää huoltoa varten. Suoritusesimerkit

Koereaktorissa, jonka pituus oli 4,8 m ja halkaisija 1,8 m (ulkomitat), käsiteltiin lyijykonsentraatteja. Reaktorin rajoitettu pituus ei salli jatkuvaa käyttöä lyijyn, kuonan ja poistokaasun vastavirtaan. Tämä vuoksi toteutettiin peräkkäin molemmat olennaiset menetelmävaiheet: 1) lisäaineilla ja lentopölyllä sekoitetun ja pelletoidun konsentraatin osittainen hapettaminen metalliseksi lyijyksi ja PbO-rikkaaksi kuonaksi puhaltamalla hapeea sulaan ja 2) kuonan PbO:n pelkistäminen viemällä mukaan pelkistämisai-neita.

1) Reaktori kuumennettiin happi-propaani-polttimella sisälämpötilaan 1100°C. Sitten vietiin poltinoven kautta sisään 2200 t lyijyä harkkoina ja nämä sulatettiin. Tähän kylpyyn, jonka lämpötila oli 1100°C, syötettiin nyt 2,04 t/h jatkuvasti kuivattamat-tomia konsentraattipellettejä, jotka koostuivat 70 %:ista lyijy-konsentraattia, 20 %:ista palautuslentopölyä ja 10 %:ista fluns-siaineita ja hapetettiin hapella. Pelleteissä oli 8 % kosteuden lisäksi seuraava kuiva-analyysi painoprosentteina.

59,1 Pb; 2,4 Zn; 0,96 Cu; 12,45 S; 6,8 FeO; 0,6 Alo0_; 2,4 CaO; 0,6 MgO ja 11,4 SiC>2.

Kokeen loputtua poistettiin kuona, jonka Pb-pitoisuus oli 40,7 painoprosenttia. Poistettu raakalyijy sisälsi 1,05 paino-% rikkiä. Saatiin seuraava jakaantuminen pelletteihin sisältyvälle lyijylle (kaikkiaan 1 546 kg): raakalyijy 58,6 % kuona 24,0 % lentopöly 17,4 % Täten poistettu lyijymäärä oli yhteensä 3 093 t mukaanluet tuna aluksi sisäänsijoitettu harkkolyijy.

6 68658 a) 100 g edellä mainittua kuonaa, jonka lyijypitoisuus oli 40,7 painoprosenttia, sulatettiin Tamman-uunissa grafiittiupok-kaassa. Sitten säädettiin, puhaltamalla kaasuseosta, jossa oli 20 tilavuusprosenttia SC>2 ja 80 tilavuusprosenttia N2 , 2,0 1/rnin, (Vn) sulan yläpinnalle, kaasuatmosfäärin 30_-osapaine arvoon 5 ^ noin 0,2 baria, (0,2 x 10 kPa), samalla kun kuonaa pelkistettiin johtamalla hienoksijauhettua hiiltä 1,5-kertainen stökiömetrinen ylimäärä. Pelkistyslämpötila oli 1150°C. 1 tunnin jatkuvan sekoituksen jälkeen grafiittisauvalla saatiin seuraavat tuotteet: 588 g kuonaa, jossa oli 4,2 paino-% Pb 282 g lyijyä, jossa oli 3,4 paino-% S.

Täten saadaan lasketuksi lyijyhäviö 110 g, joka vastaa 27,0 % ensijakeesta.

b) analoginen koe, jossa sulan yläpinnalle puhallettiin vain 2 1/min (Vn) kaikkien muiden olosuhteiden ollessa samat, antoi 589 g kuonaa, jossa oli 4,05 paino-% Pb 363 g lyijyä, jossa oli 99,7 paino-% Pb.

Täten saadaan lasketuksi vain 21 g lyijyhäviö, mikä vastaa 5,25 % ensijakeesta.

Havaitaan helposti, että S02~vapaassa kaasuatmosfäärissä voidaan kuonan Pb-pitoisuus laskea samaan arvoon kuin kaasuat-mosfäärin sisältäessä 20 tilavuus % S02 ja lyijyn haihtuminen on 5 kertaa vähäisempää.

2) Edellä kuvattuun koereaktoriin 2351 t lyijykylpyyn kon-sentraattipellettejä, jotka sisälsivät kuiva-analyysissä 53,2 paino-% Pb ja 7,61 paino-% kosteutta, syötön ollessa 2,85 t/h, puhallettiin jatkuvasti happea lämpötilassa 1080°C, jolloin saatiin primäärikuona, jossa oli 65,2 paino-% Pb. Lyijysula sisälsi 0,3 paino-% S.

Kun oli syötetty kaikkiaan 4820 t pellettejä, lyijysisäl-löltään 2369 t, oli uuni täynnä kuonaa ja lyijyä.

Nyt katkaistiin hapen syöttö ja 2 putken kautta puhallettiin kuonakerrokseen 1 kg/min hiiltä, jolloin käytettiin 1,5 kertaisesti stökiömetrisesti tarpeellinen hiilimäärä. Pelkistyksen aikana oli lämpötila 1160°C.

li 7 68658

Kokeen jälkeen saatiin seuraavat tuotteet: 1 448 kg kuonaa, jossa oli 2,2 paino-% Pb 4 198 kg lyijyä, jossa oli 0,2 paino-% S.

Täten voidaan laskea lyijyhäviö 498 kg eli 21,0 % pellettien ensijakeesta.

Nähdään, että tällä työskentelytavalla voidaan saada rik-kiköyhää lyijyä ja lyijyn haihtuminen, mikäli sulassa vallitsevat alhaiset rikkiaktiviteetit, voidaan rajoittaa vähäiseen määrään.

3) Edellä kuvattuun koereaktoriin 2420 t lyijykylpyyn kon-sentraattipellettejä, joissa kuiva-analyysin mukaan oli 52,2 painoprosenttia Pb ja 7,61 paino-% kosteutta, syötön ollessa 2,65 t/h, puhallettiin jatkuvasti happea lämpötilassa 1050°C. Tällöin saatiin kuona, jonka lyijypitoisuus oli 63,2 paino-% samalla kun lyijysula sisälsi 0,4 paino-% S. Sen jälkeen kun uuni oli täyttynyt lyijyllä ja kuonalla, katkaistiin hapen syöttö ja suutti- mien avulla puhallettiin alhaalta päin sulaan vetykaasua. Tällöin 2 olivat uunin yläsivulla sijaitsevat syöttöaukot 2 x 100 x 100 mm auki samalla kun uuni oli alipaineessa vain 2 x 10 3 baria (2 x 102 kPa).

3

Huolimatta siitä, että puhallettiin sisään 150 m /h (Vn) H^-kaasua ja 2-kertainen stökiömetrinen ylimäärä, ei onnistuttu laskemaan kuonan lyijymäärää alle 55,7 painoprosentin, koska uuniin imetty sivuilma heti jälleen hapetti ja kuonautti aluksi pelkistetyn lyijyn.

Keksinnön edut perustuvat siihen, että kuonafaasin metallipitoisuus kaasufaasin koostumuksen ja pelkistysvyöhykkeen lämpötilan säädöllä alenee olennaisesti ja syntyneiden metallien sulfi-doituminen tulee estetyksi. Metalleilla, joiden sulfideilla on vähäinen haihtuvuus, on tosin samoin ehdottoman välttämätöntä ylläpitää pelkistysvyöhykkeessä alhainen happipotentiaali, mutta voi olla edullista säätää niin korkea SC^n osapaine, että pelkistyksessä syntyy metallisulfideja, joilla on kuonaan huomattavasti vähäisempi liukenevuus kuin metallilla. Lämmön hyväksikäyttö paranee olennaisesti, koska hapettamisvvöhykkeessä pitkälti voidaan käyttää hyväksi kaasujen lämpösisältöä pelkistysvyöhyk- 8 68658 keestä, jolla metallurgisista syistä tulee olla mahdollisimman korkea lämpötila ja johon täytyy lisätä ylimäärä pelkistysaineita. On mahdollista, erityisesti rikki- ja rautaköyhillä konsentraateil-la, taloudellisella tavalla tuoda tarpeellinen lämpö ilman että pelkistyksessä häiriintyy tarpeellinen alhainen happipotentiaali.

li

Claims (5)

9 68658

1. Menetelmä ei-rautametallisulfidikonsentraattien jatkuvaa konvertoimista varten juoksevaksi ei-rautametallirikkaaksi faasiksi ja kuonafaasiksi pitkänomaisessa makaavassa reaktorissa vyöhykkeittäin SC^ta sisältävässä kaasuatmosfäärissä, jolloin sulaan syötetään kuparin, nikkelin, antimonin, koboltin ja lyijyn sulfidisia konsentraatteja tai näiden seoksia ja lisäaineita, sulaan puhalletaan hapettavia ja pelkistäviä kaasuja, ei-rautametal-lirikas faasi ja ei-rautamctalliköyhä kuonafaasi poistetaan reaktorin vastakkaisista päistä, jolloin faasit virtaavat kohti pois-topäitä toisiinsa nähden vastavirtaan olennaisesti jatkuvina ker-rosmaisina virtauksina, ainakin osa hapesta puhalletaan altapäin sulaan useiden toisistaan riippumattomasti ohjattujen ja reaktorin hapettamisvyöhykkeen pituudelle jaettujen suuttimien kautta, kiinteä panos syötetään portaittaisesti reaktoriin useiden, toisistaan riippumattomasti ohjattujen ja reaktorin olennaiselle pituudelle jaettujen syöttölaitteiden kautta, happiaktiviteetin gradientti sulassa paikallisen syötön valinnalla ja sisäänviedyn hapen ja kiinteän aineen määrien säädöllä säädetään siten, että se ei-rautametallirikkaan ja rautaköyhän aineen tuottamiseksi tämän poistopäässä tarpeellisesta maksimista jatkuvalla tavalla pienenee pelkistysvyöhykkeessä minimiin ei-rautametalliköyhän kuonafaasin tuottamiseksi tämän poistopäässä, hapen kanssa sulaan puhalletaan kaasumaisia ja/tai nestemäisiä suoja-aineita säädettyjä määriä suuttimien ja näitä ympäröivän vuorauksen suojaamiseksi ja prosessilämpötilan säätämisen avuksi ja sulaan puhallettuja kaasumääriä säädellään siten, että kylvyssä syntyy hyvään aineenvaihtoon riittävä pyörteily ilman että faasien ker-rosmainen virtaus ja happiaktiviteetin gradientti olennaisesti häiriintyy, tunnettu siitä, että kaasuatmosfääri reaktorissa johdetaan vastavirtaan kuonafaasin virtaukseen nähden ja poistokaasu poistetaan reaktorista ei-rautametallirikkaan faasin poistopäästä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että ainakin pelkistysvyöhykkeessä sulaan puhalletaan 10 6 865 8 p’olttoaineita, hapen osapaine kaasuatmosfäärissä pelkistysvyöhyk- “ 3 -s keen päällä pidetään alle 10 baria, edullisesti alle 10 baria ja pelkistysvyöhykkeeseen ei puhalleta SO^-kaasua suojakaasuna.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistysvyöhykkeen ja hapettamisvyöhykkeen väliin on kytketty stabilointivyöhyke, jossa sulaan ei puhalleta mitään kaasua.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1...3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsiteltäessä sulfidisia lyijy- tai antimonikonsentraatteja lentopölyyn sisältyvä lyijy- tai anti-monisulfidi poistokaasujohdossa ja/tai poistokaasujäähdytyksessä sekoittamalla mukaan happipitoisia kaasuja lämpötiloissa 950...450°C voittopuolisesti hapetetaan lyijysulfaatiksi tai antimonioksidiksi ja antimonisulfaatiksi ja erotettu lentopöly sekoitetaan lyijy- tai antimonikonsentraattiin määrin 10...30 paino-% laskettuna panoksesta ja mahdollisesti lisäten muita metallisulfaattipitoi-sia aineita.

5. Jonkin patenttivaatimusten 1...4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että konsentraatit sekä mahdolliset lisäaineet tiivistetään ennen panostusta reaktoriin. li 68658 11