FI73741C - Foerfarande foer kontinuerlig framstaellning av raokoppar. - Google Patents

Description

: 73741

Menetelmä raakakuparin valmistamiseksi jatkuvalla prosessilla Tämä keksintö koskee raakakuparin jatkuvaa tuot-5 tamista ja tarkemmin sanoen menetelmää, jossa raakaku paria tuotetaan autogeenisesti vaiheittain ranta- ja rikkipitoisesta kuparikivestä.

Viime vuosina ympäristön aiheuttamat ja taloudelliset paineet ovat pakottaneet jyrkkään poikkeami-10 seen menetelmistä, joita on käytetty kuparisulatossa useita vuosikymmeniä. Kuten alan asiantuntijat tietävät, ensimmäinen vaihe raakakuparin tuotannossa on tavallisesti rikastamosta tulevan kuparirikasteen sulatus.

Tähän tarkoitukseen käytetään teollisuudessa useita me-15 netelmiä. Tässä yhteydessä tunnustetaan, että autogee- niset menetelmät kuparirikasteiden sulattamiseksi ovat taloudellisimpia energiatarpeen suhteen. Esim. Inco-prosessi, jota kuvataan kirjassa "The Winning of Nickel", tekijöinä Boldt ja Queneau, Longmans Canada Limited, 20 Toronto 1967, sivuilla 245 ja 246, tuottaa kuparikiveä sekä väkevää S02~kaasua, joka otetaan talteen ja muutetaan nestemäiseksi rikkidioksidiksi.. Autogeeninen sulatus-prosessi on siten erittäin edullinen sekä taloudelliselta että ympäristön kannalta. Lisäetuna on se, että 25 Incon autogeenisessa sulatusprosessissa syntyvä kuona voidaan heittää pois aiheuttaen samalla vain hyvin alhaisia kuparihäviöitä, kun tuotetaan metallikiveä, joka sisältää jopa 55-60 % kuparia. Kuitenkin, vaikka tuote-taankin tyydyttävän laatuista metallikiveä, ongelmana 30 on edelleen sen konvertoiminen raakakupariksi . Monien vuosien ajan kuparikonverttereita on käytetty panospe-riaatteella panostaen metallikivi määräajoin konvertteriin ja sulattaen se yhdessä prosessivaiheessa raaka-kupariksi puhaltamalla siihen ilmaa tai runsaasti happea 35 sisältävää ilmaa. Sellaisessa prosessissa raakakupariksi 2 73741 konvertoitavan sulakylvyn koostumus muuttuu jatkuvasti rauta- ja rikkipitoisuuden suhteen, ja osoittautui erittäin vaikeaksi ottaa talteen syntynyt rikkidioksidi, koska täytyi käsitellä valtavia kaasumääriä ja rikki-5 dioksidipitoisuus kaasussa muuttui jatkuvasti.

Kuten Biswasin ja Davenportin arikkelissa, jonka otsikkona on "Continuous Production of Blister Copper -Single Step and Multistep Processes", kirjassa Extractive Metallurgy of Copper, Pergamon Press, 1976, luvussa 11, 10 sivuilla 217-241 kerrotaan, sekä yksi- että monivahei- sia prosesseja kuparikivicn konvertoimiseksi jatkuvalla periaatteella on tutkittu. Tämä keksintö koskee monivaiheista prosessia, jossa kuparirikasteen alkusulatus metallikiven tuottamiseksi suoritetaan erillään raaka-15 kuparin jatkuvasta tuotannosta konvertterissa. Kuten

Biswas ja Davenport korostavat, Mitsubishi-prosessi, jota kuvataan CA-patenttijulkaisuissa 952 319 ja 954 700 samoin kuin T. Naganon ja Γ. Suzukin artikkelissa, jonka otsikkona on "Commercial Operation of Mitsubishi 20 Continuous Copper Smelting and Converting Prosess" ja joka julkaistiin teoksessa Extractive Metallurgy of Copper, osa 1, luku 22, ΑΙΜΕ, 1976, sivuilla 439-457, on kaupallisesti kannattava prosessi raakakuparin tuottamiseksi jatkuvalla periaatteella. Vaikka Mitsubishi-pro-25 sessi onkin tosiaan kaupallisesti kannattava, sillä on kuitenkin haittapuolia. Merkittävimpiin haittoihin kuuluu kaiken kaikki-ferriitti-kuonan kierrättäminen konvertterista sulatusvaiheeseen. Tämä prosessin vaatimus johtaa puolestaan tarpeeseen suorittaa sulatusvaihe runsaasti 30 energiaa vaativalla tavalla. Siten pitkälle hapetettu emäksinen konvertterikuona, joka sisältää noin 15 tai 20 % CU20:a ja noin 10-20 % Ca0:a loppuosan ollessa pääasiassa magnetiittia, palautetaan kylmänä lisäyksenä sulatusuuniin. Lisäksi sulatusuunikiven laatu pidetään 35 korkeana, so. kuparipitoisuus noin 65 %:na, konvertte-

II

3 73741 rissa syntyvän kalkki-ferriitti-kuonan määrän rajoittamiseksi, kalkkia sisältävän sulatusaineen tarpeen rajoittamiseksi sekä sulatuksen polttoainetarpeen rajoittamiseksi. Kalkki-ferriitti -konvertterikuonan palauttaminen 5 sulatusuuniin saa aikaan melko kiinteän riippuvuuden metal- likiven laadun ja tuotetun ja kierrätetyn konvertteri-kuonan määrän välille. Nämä seikat tekevät mahdottomaksi tuottaa pois heitettävää kuonaa suoraan sulatusuunista. Niinpä Mitsubishi-prosessissa käytetään kuonan 10 puhdistusuunia sulatusuunin ja konvertterin välissä.

Lisäksi Mitsubishi-prosessi ei sovellu kuparikivilie, jotka sisältävät suhteellisen korkeita nikkelipitoisuuk-sia, koska siinä ei ole nikkelin erotusta. Tästä syystä suurin osa tällä menetelmällä käsitellyn, nikkelipitoi-15 sen kuparikiven sisältämästä nikkelistä hapettuisi ja häviäisi pois heitettävän kuonan mukana, tai raakakuparin nikkelipitoisuus olisi epätoivottavan korkea, tai tapahtuisi molemmat. Esiintyisi myös nikkelioksidi-massan kerääntymistä konvertteriin, joka johtaisi ilmei-20 siin käyttövaikeuksiin.

Alan asiantuntijat tietävät, että jatkuvassa konvertoinnissa metallikiveä syötetään konvertteriin vakio-nopeudella ja siihen puhalletaan happea sisältävää kaasua sen sisältämän raudan ja rikin hapettamiseksi. Tämä 25 jatkuvan konvertterin ominaisuus merkitsee sitä, että rikkidioksidia syntyy vakionopeudella, joka riippuu suoraan metallikiven lisäysnopeudesta. Näin ollen muodostuu vakiokoostumuksista kaasua, ja kaasun rikkidioksidipitoisuus voidaan säätää sellaiseksi, että rikkidioksidin ta-30 loudellinen talteenotto rikkihappona on helppoa.

Keksinnön mukaan raakakuparia tuotetaan kupariki-vestä jatkuvalla periaatteella käyttäen kalkki-ferriitti -kuonaa, joka liuottaa metallikivessä olevan raudan hapetuksessa syntyvät rautaoksidit ja joka jäähdytetään 35 hitaasti ja erotetaan ferromagneettiseksi jakeeksi, joka sisältää suuren osan hapettuneesta raudasta, ja epämag- < 73741 neettiseksi jakeeksi, joka sisältää suurimman osan kalkki-ferriitti-kuonan sisältämästä kalkista ja kuparista ja voidaan palauttaa prosessiin. Käsi.teltävä metallikivi voi olla peräisin mistä tahansa lähteestä, mutta edullisesti, 5 energiahäviön välttämiseksi, sitä tuotetaan sulattamalla autogeenisesti sulfidipitoisia materiaaleja, esim. sulfidi-kupari-rikasteita. Tuotettaessa kuona konvertterissa epä-mangeettinen jae voidaan kierrättää konvertterin sisältävässä suljetussa piirissä, eikä ole välttämätöntä palauttaa 10 kuonaa sulatusuuniin. Vaihtoehtoisesti raakakupariksi konvertoitava metallikivi voidaan liekkisu.Lattaa autogeenisesti, edullisesti käyttäen happea ja kuonaa muodostavia aineita, jotka on tarkoitettu tuottamaan kalkki-ferriitti-kuonaa sulatuksessa. Menetelmävaiheet on kuvattu yksityis-15 kohtaisesti patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukaan kuparikiveä syötetään säädetyllä nopeudella konvertterin sulakylpyyn, joka sisältää raaka-kuparimassan ja sen päällä kalkki-ferriitti-kuonakerroksen. Syötettävän metallikiven sisältämän raudan ja rikin hapet-20 tamiseen tarvittava määrä happea syötetään myös rautasi-sällön muuttamiseksi raudan oksideiksi ja rikkisisällön muuttamiseksi rikkidioksidiksi säädetyssä ajassa. Muodostuvat rautaoksidit liukenevat kuonaan, ja kalkkia, sisältävää sulatusainetta lisätään kuonan hyvän juoksevuuden säi-25 lyttämiseksi, joka kuona sisältää rauta- ja kalsiumoksidin lisäksi myös kupari (I)oksi dia Cu^O. Kuonaa ja raakakuparia poistetaan jatkuvasti tai määräajoin konvertterista, ja kuona otetaan talteen esim. suuriin muotteihin ja jäähdytetään hitaasti. Hitaasti jäähdytetty kuona jauhetaan ja 30 erotetaan magneettisesti, jolloin saadaan ferromagneettinen jae, joka sisältää suuren osan raudasta ja jonka kupari-ja kalsiumpitoisuus on alhainen, ja epämagneettinen jae, joka sisältää suurimman osan kalkista (CaO) ja kuparista sekä osan kuonan sisältämästä raudasta. Ferromagneettinen 5 73741 jae sisältää vähintään noin 40 % ja tavallisesti noin 50-70 % kuonan sisältämästä raudasta, ja se heitetään pois raudan erottamiseksi ilman mitään merkittävää tappiota kupari- tai kalkkihäviöiden vuoksi. Epämagneettinen jae voidaan koko-5 naisuudessaan palauttaa konvertteriin, jossa tapaukses sa tarvitaan ainoastaan pieniä kalkin (CaO) tai kalkkikiven (CaCO^) ylläpitolisäyksiä magneettisen jakeen mukana poistuneen pienen kalkkimäärän korvaamiseksi. Tarvittaessa voidaan käyttää magneett isen erotuksen ja vaah-10 dotuksen yhdistelmää magneettisen ja epämagneettisen ja keen erottamisen parantamiseksi. Tässä käytettynä ilmaus "hidas jäähdytys" tarkoittaa sitä, että kuona jäähdytetään noin 1250°C:n lämpötilasta noin 1000°C:n lämpötilaan suunnilleen nopeudella 0,5-5°C/min. Edullisesti 15 jäähdytysnopeus on alle 2 tai 3°C/min.

Raakakuparin pinnalla oleva kalkki-ferriitti -kuona sisältää pääasiassa kalkkia (CaO), rauta (III)oksidia (Fe20^), rauta(II)oksidia (FeO) ja Cu20:a. Kokonais-raudan (FeT) ja kalsiumoksidin painosuhde on noin 2/l:stä 20 noin 3/l:een ja saattaa olla jopa niinkin korkea kuin 4/1. Kolmiarvoisen ja kaksiarvoisen raudan painosuhteen tulee olla suunnilleen välillä 3-10, kun taas kuonan ku-parioksidipitoisuus voi olla 10 paino-%:tin ja noin 30 paino-%:tin välillä. Tyypillisesti kuonan koostumus 25 paino-%:eina voi olla 12-22 % Ca0:a, 45-55 % Fe203:a, 5-15 % Fe0:a ja 10-25 % Cu20:a. Tietyssä lämpötilassa korkea Cu20-pitoisuus vastaa yleensä korkeata kolmiarvoisen ja kaksiarvoisen raudan suhdetta.

Konvertterikuonan kiteytymis- ja jähmettymistapah-30 tuma on monimutkainen, eikä sitä tunneta täysin, mutta on havaittu, että hitaan jäähdytyksen ja jähmettymisen aikana kuonasta syntyy kolmeen eri pääfaasiin kuuluvia kiteitä, jotka sopivat erotukseen tavanomaisin mineraalien rikastusmenetelmin. Faasit ovat ferromagneettinen 35 oksidi spinellityyppisinc kidehiloincen, dikalsium- ___ -· !l .

6 73741 ferriitti (Ca2Fe20,-) ja kupriitti. On osoittautunut, että käytännöllisesti katsoen kaikki rauta(II)oksidi on sitoutunut rauta(III)oksidiin Fe2®3 mu°dostaen hyvin selviä spinellikiteitä, jotka ovat koostumukseltaan lä-5 hellä magnetiittia Fe^O^. Tämän spinellin kiteytymisen seurauksena jäljelle jäävän nesteen kalkkipitoisuus (CaO-pitoisuus) kasvaa. Tämä puolestaan panee alkuun dikalsiumferriitin kiteytymisen, ja sitten kiteytyy kupriitti. Spinellin havaitaan sisältävän hyvin vähän 10 kuparia tai kalsiumia, tavallisesti alle 1 % ja 2 %, vas taavasti, kun siihen sen sijaan kerääntyy suunnilleen 50-70 % kaikesta kuonan sisältämästä raudasta. Havaitaan myös, että hitaan jäähdytyksen aikana spinelliki-teet kasvavat suurikokoisiksi, mikä edistää spinellin 15 erottumista epämagneettisista faaseista. Tämä seikka mah dollistaa raudan poistamisen kuonasta ilman merkittävien kalsium- tai kuparimäärien menettämistä. Käytännössä voidaan kohdata monenlaisia poikkeamia edellä esitetystä ideaalisesta kiteytymistapahtumasta, pääasiassa kuonan 20 koostumuksessa, erityisesti suhteissa Fe20.j/Fe0 ja

Fe^/CaO, tapahtuvien vaihteluiden vuoksi samoin kuin joidenkin muiden aineosien, kuten Si02in, esiintymisen vuoksi. Esimerkiksi, kun kuonan FeO-pitoisuus on pienempi kuin yksinomaan magnetiitin, dikalsiumferriitin ja kupariitin 25 saamiseksi vaadittu, kiinteistä faaseista voidaan löytää spinellin, dikalsiumferriitin ja kupriitin lisäksi joitakin muita kalsiumferriittejä, ja samoin voi käydä, jos FeT/CaO-suhde on liian korkea. Kun FeO-pitoisuus on liian alhainen ja erityisesti kun FeT/CaO-suhde on liian kor-30 kea, muodostuu kupariferriittiä CuFe02 sekä kompleksista ferriittiä, joka sisältää sekä CaO:a ja C^Ota. Pieniä määriä metallista kuparia voidaan myös todeta hitaasti jäähdytetyistä kuonista. On todettu, että kalkkikuonan piidioksidipitoisuutta tulisi säädellä huolellisesti 35 ja pitää se edullisesti niin alhaisena kuin käytännössä 7 73741 mahdollista. Joka tapauksessa kuonan piidioksidipitoi-suuden on oltava alle 5 puino-% ja edullisesti alle 2,5 %. Syynä kuonan sisältämän piidioksidin rajoittamiseen on se, että piidioksidi, jopa pieninä määrinä esiintyessään-5 kin, kiteytyy dikalsiumsiLikaattina Ca2SiO^, joka si likaatin muodostus on etusijalla Ca2Fe20j-:n muodostumiseen ja kiteytymiseen nähden. Ca2SiO^:n ensisijaisen muodostumisen tuloksena dikalsiumferriittiä ei ehkä saada ollenkaan, koska yksi painoyksikkö piidioksidia 10 liittyy lähes kahteen painoyksikköön kalkkia, ja siksi

Ca2SiO^:n kiteytyminen johtaa kuonamatriisin huomattavaan kulumiseen kalkin osalta tehden siten Ca2Fe20,-:n kiteytymisen mahdottomaksi. Kuluminen merkitsee myös kuonan FcT/CaO -painosuhteen nousua, joka vuorostaan johtaa 15 rautaa, kalsiumia ja kuparia sisältävien epämagneettis- ten faasien, muiden kuin edellä kerrottujen dikalsium-ferriitin ja kupriitin, muodostumiseen. Kuonan sisältämä alumiinioksidi ei kuitenkaan muuta hitaasti jäähdytetyn kuonan faasikoostumusta, niin kauan kun alumiinioksidi-20 pitoisuus pysyy alle 5 paino-%:n, koska se kiteytyy spinelliksi sekä muiksi ferriiteiksi isomorfisesti Fe202:n kanssa.

Näin ollen edellä esitetystä seuraa, että epämag-neettinen jae sisältää huoneen lämpötilassa pääasiassa 25 dikalsiumferriittiä, kupriittia ja pieniä määriä metal lista kuparia. Kun tämä jae palautetaan konvertteriin, dikalsiumferriitti toimii pääasiallisena kalkkia sisältävänä sulatusaineena, joka tarvitaan konversiota varten. Epämagneettisen jakeen sisältämä kupari, joka on pääasi-30 assa kupriittina, palautetaan myös suoraan takaisin kon vertteriin, jolloin käy tarpeettomaksi tuottaa tätä kuparioksidia, yhtenä kalkki-ferriitti-kuonan pääaine-osana, konvertteriin syötettävästä metallikivestä.

Koska suurin osa kalkista ja kuparista otetaan talteen 35 hitaasti jäähdytetyistä kuonista ja palautetaan takaisin 8 73741 konvertointiuuniin, sulatusuunin toiminta tulee riippumattomaksi konvertointivaiheesta,sulatusuunikuonan kokonaismäärä laskee, konvertointivaiheen samoin kuin sulatus-vaiheen tarvitsemien sulatusaineiden kulutus laskee 5 myös, ja pois heitettävä kuona saadaan suoraan sulatus uunista .

Kuten alan asiantuntijat tietävät, kuonan hitaan jäähdytyksen aikana muodostuvaa spinellimäärää säädellään pääasiassa kuonan FeO-pitoisuuden avulla.

10 On todettu, että spinelliksi muutettavan raudan määrää voidaan lisäksi säädellä lisäämällä nestemäiseen kuonaan pieniä määriä MgO:a. MgO:n liukoisuus kuparioksidia sisältävään kalkki-forriitti-kuonaan on todettu selvästi alle 1 painoprosentiksi konvertointilämpötilas-15 sa. Lisättäessä magnesiumoksidia nestemäiseen kuonaan muodostuu magnesiumferriitin ja rautaferriitin jähmeästä liuoksesta MgFe20^-Fe20^ primäärisiä spinellikiteitä.

Nämä kiteet saattavat pyrkiä erottumaan kuonasta ja laskeutumaan, ja niinpä kuonan hyvä sekoittaminen on 20 toivottavaa spinellisaostuman pitämiseksi suspendoitu- neena. Lisäämällä Mg0:a noin 1-3 %:n määrinä kuonan painosta saavutetaan toivotut tulokset. Dolomiitti on sopivin lisättävän Mg0:n lähde. Konvertterissa MgO-lisäyk-sellä saadut spinellikiteet voivat sisältää jopa 10-30 % 25 kuonan sisältämästä kokonaisraudasta. Kalkki-ferriitti -kuona on siihen suspendoituneista kiinteistä hiukkasista huolimatta riittävän juoksevaa.

Kuten tiedetään, kuparikivi saattaa joissakin tapauksissa sisältää nikkeliä enemmän kuin noin 0,5 30 tai 1 paino-%. On toivottavaa, että tämä nikkeli otetaan talteen myyntikelpoisessa muodossa ja erotetaan raakakuparista, koska sillä saattaa olla epätoivottavia vaikutuksia anodiuunissa ja sen jälkeisessä elektrolyyttisessä puhdistuksessa. On todettu, että konvertoinnissa muodos-35 tuvan nikkelioksidin liukoisuus kalsiumferriittikuoniin 9 73741 on niukka. Esimerkiksi 1250°C:ssa NiO:n liukoisuus nestemäiseen kuonaan (primaarisen spinellin puuttuessa on ehkä 1 paino-% mainitusta kuonasta. Tätä suurempina pitoisuuksina nikkelioksidi muodostaa samantyyppisiä nes-5 temäiseen kuonaan suspendoituneita, ferromagneettisia, primaarisia spinellikiteitä kuin MgO. Kun sekä MgO:a ja NiO:a on läsnä, ferromagneettinen spinelli on pääasiassa kolmen komponentin, rauta-, nikkeli- ja magnesium-ferriitin (Fe^O^, NiFe204 ja MgFe-^O^), jähmeä liuos.

10 Jäähdytettäessä kuona hitaasti nikkeli kerääntyy kasva vassa määrin spinellifaasiin, jossa sitä voi olla läsnä noin 5-15 %, kun taas nikkelipitoisuudet epämagneetti-sissa faaseissa ovat paljon alempia. Esimerkiksi dikal-siumsilikaatti ja dikalsiumferriitti sisältävät tavalli-15 sesti alle 0,1 % ja 0,5 % nikkeliä, vastaavasti, kun sen sijaan monokalsiumferriitti ja jotkut muut ferriitit saattavat sisältää jopa 0,5-1,0 % nikkeliä.

Keksinnön suuri hyöty on seurausta siitä, että konvertterissa käytettävä kalkki-ferriitti-kuona voidaan 20 kierrättää suljetusti konvertterin sisältävässä piiris sä. Kalkki-ferriitti-kuona muodostaa tien raudan ja nikkelin erottamiselle konvertteriin syötettävästä metalli-kivestä. Lisäksi raudan ja nikkelin kerääntyminen massiiviseen magneettiseen faasiin, jonka kalkkipitoisuus on 25 alhainen, mahdollistaa jokseenkin kaiken konvertterista poistuvassa kuonassa olevan kalkin takaisin saannin epä-magneettisessa faasissa. Tämä myötävaikuttaa prosessin taloudellisuuteen, sillä tarvitaan ainoastaan täydentäviä kalkki- tai dolomiittimääriä palautettaessa hitaasti 30 jäähdytetyn kuonan epämagneettinen jae konvertteriin.

Sitä paitsi se seikkä, että konvertterista saatava emäksinen kuona voidaan käsitellä konvertterin sisältävässä suljetussa piirissä, merkitsee sitä, että sulatusuuni voi olla riippumaton itse konvertterin vaatimuksista. Koska 35 kuonaa ei tarvitse palauttaa konvertterista sulatusuuniin, 10 73741 olosuhteita sulatusuunissa voidaan säädellä konvertterista riippumattomina. Tämä merkitsee sitä, että yleensä sulatusuunissa syntyy pienempiä määriä kuonaa ja su-latusvaihe voi olla autogeeninen, mikä johtaa nergiatar-5 peen huomattavaan pienenemiseen koko raakakuparin tuotan toprosessissa. Joissakin tapauksissa saatetaan havaita edulliseksi kierrättää osa epämagneettisesta jakeesta tai jopa koko jae takaisin sulatusuuniin, erityisesti sen ollessa autogeeninen. Sulatusuunin ja konvertterin teho-10 kas erottaminen on merkittävä käytännön etu, koska häi riöt toisessa vaiheessa eivät välttämättä johda häiriöihin toisessa.

Seuraavana ovat esimerkit.

Esimerkki 1 15 Syötettiin 1400 tonnia päivässä sulfidimateri- aalia, joka sisälsi 32,4 paino-% Cu, 1,35 paino-% Ni, 30,1 paino-% Fe ja 33,4 paino-?; S, happiliekkisulatus-uuniin ja suoritettiin autogeeninen liekkisulatus lisäten 285 tonnia päivässä kvarts i jauhetta samoin kuin 112 20 tonnia päivässä epämagneettistu jaetta, joka sisäl si 31,0 paino-" Cu, 0,5 paino-?’. Ni, 29,0 paino-% Fe , 23,5 paino-% CaO ja 2,2 paino-?? Si0.; .

Rikasteen sulatuksen lopulliset sulat tuotteet ovat: 740 tonnia pois heitettävää silikaattikuonaa 25 ja 875 tonnia päivässä metallikiveä, joiden koostumus on seuraava, painoprosentteina:

Cu Ni Fe s Si02 CaO

metallikivi 54,8 2,1 18,4 23,4 0,35 30 kuona 078 0,13 39,5 1,4 32,0 4,0

Sula metallikivi konvertoidaan sitten jatkuvalla periaatteella ja autogeenisesti käyttäen runsaasti happea sisältävää ilmaa (30 % 02) ja lisäämällä 208 tonnia päivässä epämagneettista jaetta, jonka koostumus on edel-35 lä esitetty, sekä lisäämällä 40 tonnia päivässä täyden- 11 73741 nyskalkkia, joka on tarpeen rikasteen liekkisulatus-uuniin kierrätettävän epämagneettisen jakeen sisältämän CaO:n sekä magneettisen jakeen sisältämän CaO:n korvaamiseksi. Jatkuvan konvertoinnin tuloksena saadaan raaka-5 kuparia 436 tonnia päivässä ja kalkkiferriitti -kuonaa 550 tonnia päivässä, ja niiden koostumukset, painoprosentteina ovat seuraavat:

Cu Ni Fe S CaO Si0~, MgO

raakakupari 98,1 0,5 0,02 0,2 10 kalkki-fer- riitti-kuona 20,0 3,0 40,0 - 15,5 0,55 2,3

Kalkki-ferriitti kuona jäähdytetään hitaasti suurissa muoteissa ja sen jälkeen murskataan, jauhetaan ja erotetaan magneettisesti. Magneettisen erotuksen tulok-15 sena saadaan 320 tonnia päivässä edellä mainittua epä- magneettista jaetta ja 230 tonnia päivässä magneettista jaetta, jonka koostumus, painoprosentteina, on:

Cu_ Nj _ Fe CaO MgO Si02 4,5 6,5 55,0 3,5 5,0 0,20 20 xMagneettinen jae sisältää noin 78 % siitä raudas ta ja 81 s siitä nikkelistä, joka alunperin on metalli-kivessä, ja muodostaa siten erittäin hyvän tien näiden metallien poistamiselle kuparin tuotantosyklistä. Sitä paitsi epämagneettisen jakeen määrätyn osan kierrättämi-25 sestä takaisin rikasteen happiliekkisulatusuuniin on suur ta etua, koska se mahdollistaa autogeenisen metallikiven laadun nostamisen halutulle tasolle ja vähentää tästä syystä konvertointityön ja kalkki-ferriittikuonan käsit-telytyön kokonaismäärää. Jos epämagneettista jaetta ei 30 kierrätetä sulatusuuniin, edellä mainittu rikaste voidaan tosin liekkisulattaa autogeenisesti sellaiseksi metalli-kiveksi, jonka kuparipitoisuus on korkeintaan noin 40 -45 %. Tämän metallikiven jatkuva konversio yhdistettynä konvertterikuonan epämagneettisen jakeen 100 %-iseen 35 kierrätykseen, takaisin konvertteriin tuottaa noin 1100 - ___ Τι .....

12 73741 1200 tonnia päivässä kalkki-ferriitti-konvertterikuonaa. Kierrätettäessä päiväsiä 112 tonnia epämagneettisesta iakeesta (so, 35 % kokojakeesta) takaisin konvertteriin tuloksena on k aIkk i- fe rr1i 11 i-konvertterikuonan tuotan-5 to, jonka suuruus on ainoastaan 550 tonnia päivässä.

Lisäksi epämagn^ettisen jakeen määrätyn osan kierrättäminen takaisin rikasteen happiliekkisulatusuuniin tarjoaa tarpeellisen tien SiOn:n erottamiseksi, jota muussa tapauksessa kerääntyy konvertterikuonaan yli 10 edellä määriteltyjen ylärajojen.

Edellä esitetyssä esimerkissä osoitettiin, että magneettisten jakeiden nikkelipLtoisuus voi olla melko korkea, ja siitä syystä ne voidaan käsitellä sopivasti nikkelin taiteer.saamiseksi . Seuraava esimerkki osoittaa, 15 että magneettisen jakeen nikkelipitoisuutta voidaan vie läkin nostaa.

Esimerkki 2

Sulaan metallikiveen, joka sisälsi 63,7 paino-%

Cu, 2,2 7 paino-"·. Ni, 11,6 paino-% Fe ja 20,8 paino-% S, 20 puhallettiin ylhäältä happea ja lisättiin epämagneetti- nen jae, jonka koostumus oli 7] paino-% Cu, 27 paino-%

Fe ja 27 paino-% CaC. Tuloksena syntyi raakakuparia ja kalkki-ferriitti-kuonaa suunnilleen painosuhteessa 1:1.

Tuotteiden koostumus, paino-%:eina, oli seuraava:

2 5 C u_ Ni Fe S CaO MgO

raakakupari ()9,0 0,41 0,02 - - - ka 1kk i-forri it11 — kuona 34,4 3,20 27,0 0,10 12,4 1,38

Nikkeli jakaantui siten, että noin 88 % siitä oli 30 kuonassa ja 12 % raakakuparissa. Kuona jäähdytettiin hitaasti, nopeuden ollessa noin 0,5°C/min, 1250°C:sta HC0°C:een ja noin nopeudella l°C/min 1100°C:sta 1000°C:een.

Sen jälkeen se jauhettiin, ja sille suoritettiin magneettinen erotus, jonka tuloksena saatiin tuotteet, joiden 35 koostumus, painoprosentteina, oli: 13 73741

Cu Mi Fe CaO MgO Si02

Epämagneettinen jae 43,0 0,81 22,3 15,3 0,36 1,56 magneettinen jae 8,82 11,6 44,4 2,71 5,14 0,28

Sen jälkeen magneettinen jae jauhettiin uudelleen 5 ja puhdistettiin magneettisesti, ja siten saatu epämag- neettisen jakeen lisäerä yhdistettiin aikaisempaan epä-magneettiseen jakeeseen. Magneettisen ja epämagneetti-sen jakeen lopullinen painosuhde oli 18,2:81,8, vastaavasti. Näiden lopullisten jakeiden koostumus, paino-%:eina, 10 oli seuraava:

Cu Ni_ Fe CaO MgO Si02 epämagneettinen jae 42,7 0,84 22,4 15,1 0,37 1,52 magneettinen jae 3,82 13,0 47,9 1,85 5,70

Aineosien jakaantuminen kuonan erotuksessa saatu-15 jen lopullisten jakeiden kesken oli seuraava (o):

Cu Ni Fe CaO MgO Si02 epämagneettinen jae 98,0 22,5 67,7 97,3 22,6 94,7 magneettinen jae 2,0 77,5 32,3 2,7 77,4 5,3

Happiliekkisulatusprosess i__ 20 Edellä keksittiöä on kuvattu jatkuvan konvertoin- tiprosessi n avulla, osua kuparikiven, jota voidaan tuottaa happiliekkisula tusta käyttäen, sisältämä rikki ja rauta hapetetaan sulan raakakuparin ja juoksevan kalkki-ferriitti-kuonan läsnäollessa. On myös havaittu, että 25 raakakuparin jatkuva tuotanto voidaan toteuttaa happi- liekkisulattamalla kiinteä hienojakoinen kuparikivi kalk-ki-ferrii tt r-kuon muo’i' c,tavj a aineita käyttäen. Happi-liekkisuratusprosessissa raudan ja rikin hapetus, jolloin muodostuu niiden oksideja ja raakakuparia, tapahtuu hyvin 30 nopeasti liekissä, jonka lämpötila on korkea. Raakaku parin ja kalkki-ferriitti-kuonan erottuminen tapahtuu liekkisulatusuunin pohjalla olevassa kylvyssä. Kuonaa ja raakakuparia voidaan poistaa jatkuvasti tai määrärajoin, k u t. e n h α1 u t a a n .

35 Raakakuparista erottunut kalkki-ferriitti-kuona 14 73741 jäähdytetään hitaasti, murskataan, jauhetaan ja erotetaan sitten käyttäen mineraalien rikastusmenetelmiä, kuten magneettista erotusta, jolloin saadaan magneettinen ja epänagneettinen jae, kuten edellä kuvattu raakakupa-5 rin konvertterissa tapahtuvan jatkuvan tuotannon yhtey dessä.

Kuparirikasteen muutosprosessi raakakupariksi toteutetaan edullisesti vähintään kahdessa erillisessä autogeenisessa sulatusuunissa käyttäen happea palamisen 10 aikaansaamiseen. Ensimmäisessä autogeenisessa reaktoris sa kuparirikaste liekkisulatetaan kvartsijauheen kanssa, jolloin syntyy sellaista metallikiveä, jonka kuparipitoisuus tekee mahdolliseksi kuonan pois heittämisen. Metal-likivi rakeistetaan sitten autogeenisen liekkisulatuksen 15 vaatimusten täyttämiseksi tavallisesti 100 %:sesti hiuk kasiksi, jotka ovat pienempiä kuin 0,15 mm. Jauhettu metallikivi sulatetaan sitten autogeenisesti käyttäen happea ja kuonaa muodostavia aineita toisessa uunissa, jolloin syntyy raakakuparia ja kalkki-ferriitti-kuonaa.

20 Koska ensimmäisessä uunissa tuotetun metallikiven määrä voi olla melko pieni suhteessa vastaavaan käsiteltävään rikastomäärään, ainoastaan yksi metallikiven liekkisula-tusuuni saattaa olla tarpeen kahta tai jopa kolmea rikasteen liekkisulatusuunia kohden.

25 Esimerkki 3

Copper Cliff:n kuparirikaste liekkisulatettiin autogeenisesti käyttäen happea ja kvartsi jauhetta, jolloin saatiin pois heitettävää rautasilikaatti-kuonaa ja metalli kiveä, joka sisälsi 43,7 paino-% Cu, 3,54 paino-% 20 Ni, 25,6 paino-% Fe, 24,4 paino-% S ja 0,94 paino-%

Si02- Tämä metallikivi märkärakeistettiin, kuivattiin ja jauhettiin sitten 100 %-isesti hiukkasiksi, jotka olivat kooltaan alle 0,15 mm (alle 100 mesh). Jauhettu metallikivi, johon oli sekoitettu lisätty, aikaisemmin 25 saatu ja takaisin kierretty epämagneettinen jae, liekki-

II

15 73741 sulatettiin sitten happea käyttäen. Takaisin kierrätetty aine sisälsi 17,8 paino-% Cu, 32,1 paino-% CaO, 31,0 paino-% Fe ja 0,41 paino-% MgO, ja röntgendiffrak-tioanalyysin mukaan sen pääfaasina oli Ca2Fe20^ ja 5 sivufaasina C^O. Tätä takaisin kierrätettyä ainetta lisättiin määrä, joka oli 57,8 paino-% metallikivestä. Metallikiven liekkisulatus suoritettiin pienoistehdas-laitoksessa pitäen liekkitilan lämpötila noin 1350 -1450°C:ssa. Kokeen päätyttyä ainoat sulat tuotteet mag-10 nesiumoksidista valmistetussa keräyskuupassa olivat raakakupari ja kalkki-ferriitti-kuona, joilla oli seu-raava koostumus, painoprosentteina:

Cu Ni Fe S_ CaO Si02 MgO

raakakupari 97,13 1,39 0,02 0,89 - - - 15 kalkki-fer- riitti-kuona 13,4 2,24 41,6 0,059 16,5 2,13 2,72 Käytännöllisesti katsoen kaikki metallikivessä alunperin esiintynyt rikki, lukuunottamatta raakakuparin ja kuonan sisältämää rikkiä, poistui S02:na ja ke-20 rättiin pesemällä liekkitilasta poistetut kaasut emäk sisellä liuoksella.

Nikkelistä jakaantui noin 75 % kuonaan ja 25 % raakakupariin. Kuona jäähdytettiin sitten valvotulla nopeudella, joka oli noin l°C/min. Jäähdytetyn kuonan 25 tutkiminen osoitti, että sen sisältämät kolme pääfaasia olivat nikkeli-magnesium-rauta-spinelli, dikalsiumfer-riitti (Ca2Fe20) ja kalsiumrautaferriitti (Ca^e^O^) ja sivufaaseina esiintyivät kupriitti (Cu20), metallinen kupari ja dikalsiumsilikaatti (Ca2Si04). Kuona jau-30 hettiin ja erotettiin magneettisesti, jonka seurauksena saatiin epämagneettinen jae ja magneettinen jae, joiden painosuhde oli 50,6:49,4, vastaavasti. Näiden jakeiden koostumus oli seuraava (paino-%): ___- ΤΓ^ 16 73741

Cu Ni Fe CaO Mc[0 Si02 epämagneettinen jae 24,2 0,17 27,1 26,7 0,24 3,82 magneettinen jae 3,05 4,17 56,4 5,17 5,45 0,46 Jätettäessä huomioimatta raakakupari olennaisten 5 aineosien jakaantuminen kuonan erotuksessa saatujen ja- keiden kesken oli seuraava (%):

Cu Ni Fe CaO MgO SiO^ epämagneettinen jae 88,7 4,7 33,5 84,1 4,5 89,3 magneettinen jae 11,3 95,3 66,5 15,9 95,5 10,7 10 Esimerkki 4

Esimerkin 3 mukainen prosessi toistettiin muuten samoissa olosuhteissa, paitsi että hapen syöttönopeutta lisättiin 13 % esimerkissä 3 käytetystä. Raakakuparin ja kalkki-ferriitti-kuonan koostumus, painoprosentteina, 15 oli seuraava:

Cu Ni_ Fe S_ CaO Si02 MgO raakakupari 98,4 0,83 0,02 0,16 kalkki-ferriitti -kuona 24,0 2,10 36,5 0,08 15,1 1,65 2,74 00 Hitaasti jäähdytetyn kuonan tutkimus osoitti, että sen sisältämät kolme pääfaasia olivat nikkeli-mag-nesium-rauta-spinelli, dikalsium-ferriitti ja kupriitti, kun taas sivufaaseina esiintyivät metallinen kupari, di-kalsiumsilikaatti ja samoin kuin esimerkissä 3, kalsium-25 rautaferriitti. Epämagneettisen ja magneettisen jakeen painosuhde oli 64,5:35,4, vastaavasti, ja niiden koostumus, painoprosentteina, oli seuraava:

Cu Ni Fe CaO MgO SiO2 epämagneettinen jae 29,0 0,20 28,8 20,5 0,27 2,14 30 magneettinen jae 4,20 5,99 51,6 2,99 7,66 0,26

Jakaantuminen, raakakuparia lukuunottamatta, oli seuraava (%):

Cu Ni Fe CaO MgO Si02 epämagneettinen jae 92,6 5,8 50,5 92,6 6,0 93,8 3'5 magneettinen jae 7,4 94,2 49,5 7,4 94,0 6,2 17 73741 Nämä esimerkit osoittavat, että tämän keksinnön mukaisesti, hidas jäähdytys ja kalkki-ferriitti-kuonien magneettinen erotus tekevät mahdolliseksi epämagneetti-sen jakeen sisältämän kuparin ja kalkin hyvän talteen-5 oton, kun sen sijaan huomattava osa raudasta samoin kuin suurin osa nikkelistä ja magnesiumoksidista kerääntyy magneettiseen jakeeseen. Epämagneettinen jae soveltuu kalkkipitoiseksi sulatusaineeksi, joka sisältää myös yhtä kalkki-ferriitti-kuonien pääaineosaa, kuparioksidia, jo-10 ten sitä ei tarvitse tuottaa syötettävän sulfidimateri- aalin sisältämästä kuparista. Nämä esimerkit osoittavat myös, että raakakuparia voidaan tuottaa tehokkaasti hienojakoisen kiinteän metallikiven liekkisulatuksella, jolloin saavutetaan monia teknisiä, taloudellisia ja ym-15 päristöetuja. Toisaalta esimerkkien 3 ja 4 tulokset osoittavat, että nikkeli ja rikki poistuvat paremmin raakakuparista sellaisen kalkki-ferriitti-kuonan avulla, jonka kuparioksidipitoisuus on korkeampi, ja että metallikiven alunperin sisältämä piidioksidi kerääntyy suurim-20 maksiosaksi epämagneettiseen jakeeseen.

Alan asiantuntijat käsittävät, että tätä keksintöä voidaan käyttää monella tavalla yhdistettynä joihinkin muihin prosesseihin. Sulatusuunista ensiksi saatava metallikivi voidaan esimerkiksi konvertoida ensin osit-25 tain kvartsijauheella, ja siten tuotettu rautasilikaat- tikuona voidaan kierrättää takaisin sulatusuuniin. Runsaasti kuparia ja nikkeliä sisältävä sekundaarinen metallikivi voidaan sitten käsitellä tämän keksinnön mukaisesti, kuten edellä esimerkissä 2 kuvattiin. Tässä ta-30 pauksessa primaarinen rikasteen sulatusvaihe voi olla myös autogeeninen, jonka jälkeen metallikivi konvertoidaan kvartsijauhetta käyttäen skundaariseksi metalliki-veksi, joka konvertoidaan jatkuvalla periaatteella tämän keksinnön mukaisesti, kun taas konvertoinnin rautasili-35 kaattikuona voidaan kierrättää takaisin kuumana tai kyl- 18 73741 mänä (rakeistettuna), mikä auttaa edelleen parantamaan metallikiven laatua primaarisessa rikasteen sulatuksessa .

il

Claims (8)

1. Menetelmä raakakuparin valmistamiseksi jatkuvalla periaatteella rauta- ja rikkipitoisesta kuparikivestä, 5 tunnettu siitä, että menetelmään kuuluu seuraavat vaiheet: a) konvertoidaan metallikiven sisältämä kupari, rikki ja rauta hapen avulla raakakupariksi, rikkidioksidiksi ja rautaoksidiksi; 10 b) syötetään flussia, joka on seos, joka koostuu pääasiassa palautetusta dikalsiumferriitistä ja kuparioksidista ja joka sisältää myös täydennyksenä kalsiumpitoista sulatusta edistävää ainetta, jolloin flussiseoksessa raudan ja kalsiumoksidin kokonaispainosuhde (FetCaO) on olennaisesti alle 7; ^5 c) muutetaan rautaoksidit flussiseoksen avulla kuparioksidi-pitoiseksi kalkki-ferriitti-pohjäiseksi kuonaksi, jolloin kuonassa raudan ja kalsiumoksidin kokonaispainosuhde (Fe:CaO) on enemmän kuin noin 2, mutta alle 3; d) erotetaan kuona raakakuparista; 2q e) valetaan ja hitaasti jäähdytetään ainakin osa kuonasta, jolloin saadaan kiteytymään: (1) ferromagneettinen oksidi, joka sisältää runsaasti rautaa ja niukasti kalsiumia ja kuparia, ja (2) ei-magneettiset oksidit, mukaan lukien dikalsium-ferriitti ja kuparioksidi ja muut ei-magneettiset faasit; 25 f) hiennonnetaan kiteytynyt kuona ja erotetaan se (1) magneettiseksi fraktioksi, joka koostuu pääasiassa ferromagneettisesta oksidista, ja (2) ei-magneettiseksi fraktioksi, joka sisältää suurimman osan kalkki-ferriitti-pohjaisen kuonan kalsiumista ja kuparista; ja 2Q g) palautetaan ainakin osa ei-magneettisesta fraktiosta käy tettäväksi flussiseoksessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että konvertointi ja kuonan muodostus suoritetaan syöttämällä metallikivi, happi ja flussiseos sulatettuun raaka- 25 kupariin. 73741

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen konvertointia metallikivi ensin muutetaan kiinteäksi osasmaiseksi aineeksi ja sen jälkeen konvertointi suoritetaan injektoimalla kiinteää osasmaista 5 metallikiveä esilämmitettyyn liekkisulatusvyöhykkeeseen kon vertointiin tarvittavassa happivirrassa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kiinteä osasmainen metallikivi sekoitetaan ensin flussiseokseen ja sen jälkeen näin saatu seos injektoi- 10 daan hapen kanssa esikuumennettuun liekkisulatusvyöhykkeeseen.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuonan muodostus rautaoksideista ja kuonan erotus raakakuparista suoritetaan sulakylvyssä joka sijaitsee liekkisulatusvyöhykkeen alapuolella.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osa ei-magneettisesta fraktiosta, joka ei ole palautettu flussiseokseen, palautetaan sulatusoperaatioon, jossa metallikivi muodostetaan.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnet- 20. u siitä, että sulatusoperaatio on autogeeninen liekkisula-tusoperaatio. B. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallikivi sisältää myös nikkeliä, jolloin nikkeli otetaan talteen kuonan magneettisesta fraktiosta.

9. Patenttivaatimuksen 1 tai 6 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että sulatusoperaatiosta saatu primäärinen metallikivi konvertoidaan ensiksi osittain piipitoisella flussilla, jolloin näin muodostunut rautasilikaatti palautetaan sulatusoperaatioon. 30 21 73741