FI85878C - Process for reducing melting of materials containing base metals - Google Patents

Process for reducing melting of materials containing base metals Download PDF

Info

Publication number
FI85878C
FI85878C FI864695A FI864695A FI85878C FI 85878 C FI85878 C FI 85878C FI 864695 A FI864695 A FI 864695A FI 864695 A FI864695 A FI 864695A FI 85878 C FI85878 C FI 85878C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
reduction
flame
fuel
oxygen
coke
Prior art date
Application number
FI864695A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI864695A0 (en
FI864695A (en
FI85878B (en
Inventor
Grigori Semion Victorovich
Charles Edward O'neill
Original Assignee
Inco Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inco Ltd filed Critical Inco Ltd
Publication of FI864695A0 publication Critical patent/FI864695A0/en
Publication of FI864695A publication Critical patent/FI864695A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI85878B publication Critical patent/FI85878B/en
Publication of FI85878C publication Critical patent/FI85878C/en

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

1 858781 85878

Menetelmä perusmetalleja sisältävien materiaalien sulattamiseksi pelkistävästi Tämä keksintö koskee kuparin, nikkelin ja koboltin 5 uuttometallurgian alaa. Tarkemmin sanoen se koskee menetelmää näitä metalleja sisältävien eri raaka-aine- ja väli-tuotemateriaalien sulattamiseksi pelkistävästi.This invention relates to the field of extraction metallurgy of copper, nickel and cobalt. More specifically, it relates to a process for the reductive smelting of various raw material and intermediate materials containing these metals.

Yleisesti perusmetalleja sisältävät raaka-aine- ja välituotemateriaalit voidaan jakaa kahteen pääluokkaan.In general, raw material and intermediate materials containing base metals can be divided into two main categories.

10 Toinen luokka edustaa suurta joukkoa raaka-aine- ja väli-tuotemateriaaleja, jotka sisältävät ei-rautaperusmetalleja ja huomattavia määriä rautaa. Tällaisten materiaalien pelkistyssulatuksen päätavoitteena on erottaa ei-rauta-perusmetallit erittäin väkeväksi nestefaasiksi, joka 15 sisältää näitä metalleja metalli- ja/tai sulfidimuodossa ja poistaa suurin osa raudasta poistokuonan muodossa, joka sisältää niin pieniä väkevyyksiä ei-rautametalleja kuin taloudellisesti on tarkoituksenmukaista.10 The second category represents a large number of raw materials and intermediate products containing non-ferrous base metals and significant amounts of iron. The main purpose of the reduction smelting of such materials is to separate the non-ferrous parent metals into a highly concentrated liquid phase containing these metals in metal and / or sulfide form and removing most of the iron in the form of slag containing as low concentrations of non-ferrous metals as is economically appropriate.

Tällaista metallurgista teknologiaa sovelletaan 20 nykyään prosessoitaessa nikkelilateriittimalmeja, osittain pasutettuja sulfidinikkelirikasteita, parkipasutettuja kuparirikasteita (kalsiineja) ja erilaisia ja monimetallisia raaka- tai välituotemateriaaleja pölyt mukaanluettuna. Lukuunottamatta hyvin harvoja vanhentuneita laitoksia tätä 25 tekniikkaa harjoitetaan nykyään pääasiassa sähköuunissa *·: : pelkistävissä olosuhteissa.Such metallurgical technology is currently used in the processing of nickel laterite ores, partially roasted sulphidin nickel concentrates, tanned roasted copper concentrates (calcines) and various and multi-metallic raw or intermediate materials, including dusts. With the exception of very few obsolete plants, these 25 technologies are now practiced mainly in electric furnaces * ·:: under reducing conditions.

‘ Vaikkakin pelkistävä sähkösulatus osoittautuu erit täin tehokkaaksi mitä tulee ei-rautametallien erottamiseen raudasta, tähän prosessiin liittyy suuria pääomakuluja ja : :: 30 käyttökustannuksia. Sitäpaitsi se useimmissa tapauksissa vaatii hyvin huolellista ja kallista syötön valmistelua. Esimerkiksi nikkelilateriittimalmien on oltava hyvin .·. : esipelkistettyjä ja esi lämmitettyjä; nikkelisulf idirikastei- den on oltava osittain tai tarkoin puhdistettuja rikistä 35 sekä agglomeroituja; kuparikalsiinien on sisällettävä ·«1 • · • · · »» 1 • · · · 2 85878 mahdollisimman pieniä rikkipitoisuuksia jne. Lisäksi ei-rautametallien tuottaja, joka valitsee pelkistävän sähkö-sulatusprosessin käytön, joutuu vastakkain valinnan kanssa ostaako sähköenergia vai rakentaako oman voimalaitoksen. Edel-5 lisessä tapauksessa tuottaja tulee taloudellisesti riippuvaiseksi energian tuottajasta, kun taas jälkimmäisessä tapauksessa kyseessä ovat vieläkin suuremmat pääomakulut.‘Although reductive electric smelting proves to be very effective in separating non-ferrous metals from iron, this process involves high capital costs and: :: 30 operating costs. Besides, in most cases it requires very careful and expensive preparation of the feed. For example, nickel laterite ores must be good. : preheated and preheated; nickel sulphide concentrates must be partially or thoroughly purified from sulfur 35 and agglomerated; copper calcines must contain the lowest possible sulfur content, etc. In addition, a non-ferrous metal producer who chooses to use a reductive electric smelting process is confronted with the choice of whether to buy electricity or build his own power plant. In the former case, the producer becomes financially dependent on the energy producer, while in the latter case, the capital costs are even higher.

Vielä eräs pelkistävän sähkösulatusteknologian puute juontaa juurensa siitä, että paras sähköuunien lämpöhyötysuhde 10 saavutetaan, kun syöttö on tiivis, vähähuokoinen materiaali, esimerkiksi prikettien tai rakeiden muodossa, kun taas sähköuuneihin syötettävät materiaalit ovat useimmiten hienojakoisia. Kun hienojakoista materiaalia pelkistyssulatetaan sähköuunissa, tapahtuu lukuisia epämieluisia ilmiöitä, ku-15 ten huono lämmönsiirto syöttöön, tarpeettoman korkea kuonan ylikuumenemisaste ja lämpövirta uunin tulenkestoisiin seinämiin, ennenaikainen ja hyödytön syöttöön lisätyn kiinteän pelkistysaineen palaminen, rikkiä sisältävien kaasujen kehittyminen jne. Lopuksi sähkösulatuksella, päinvastoin 20 kuin esimerkiksi liekkisulatuksella on rajoitettu kyky käyttää hyväksi energiaa, joka saadaan ei-rautametallien rikasteisiin sisältyvän sulfidirikin hapettumisesta ja tämän vuoksi se ei ole energian kannalta tehokas prosessi. Lisäksi pelkistävä sähkösulatus on joustamaton prosessi, 25 joka on hyvin herkkä syötön ja kuonan koostumuksen vaihte-··' : luille, erityisesti mitä tulee rautaan ja piidioksidiin.Another disadvantage of reducing electric melting technology stems from the fact that the best thermal efficiency 10 of electric furnaces is achieved when the feed is a dense, low-porosity material, for example in the form of briquettes or granules, while the materials fed to electric furnaces are mostly fine. When finely divided material is reduced-melted in an electric furnace, numerous undesirable phenomena occur, such as poor heat transfer to the feed, unnecessarily high slag overheating and heat flow to the refractory walls of the furnace, premature and useless burning of solid reducing agent added to the feed, etc. for example, flame smelting has a limited ability to utilize the energy obtained from the oxidation of sulfide sulfur in non-ferrous metal concentrates and is therefore not an energy efficient process. In addition, reductive electric smelting is an inflexible process that is very sensitive to changes in feed and slag composition, especially with respect to iron and silica.

* Toinen ei-rautaperusmetalleja sisältävien mate- riaalien luokka edustaa suurta joukkoa välituotteista, jot-ka eivät sisällä huomattavia määriä rautaa, jos lainkaan.* The second category of materials containing non-ferrous base metals represents a large number of intermediates that do not contain significant amounts of iron, if any.

: : : 30 Pelkistyssulatuksen päätavoitteena tässä tapauksessa on tuottaa sulate, joka on käytännöllisesti katsoen hapeton ja joka sopii joko lopputuoteeksi tai välituotteeksi jatko-.·. : prosessointiin, esimerkiksi puhdistukseen tai lejeeraukseen -.-.35 muiden metallien kanssa kulloisenkin tapauksen mukaan.::: 30 The main purpose of the reduction smelter in this case is to produce a smelter which is practically oxygen-free and which is suitable as either a final product or an intermediate product. : for processing, for example for cleaning or alloying with other metals, as the case may be.

il 3 85878 Tämän luokan lukuisista materiaaleista voidaan mainita seuraavat: nikkelioksidi, kobolttioksidi, kuparioksidi, kuparisulfidi tai nikkelisulfidi tai NiCu-metalliyhdistei-den seos näiden sulfidien kanssa (esim. rikasteet hitaasti 5 jäähdytettyjen ja sitten jauhettujen nikkeli-kupari kon- vertterimetallikivien erotuksesta), erilaiset hydrometallur-giset rikasteet, kuten osittain hapetettu kuparisementti, nikkelin ja koboltin hydroksidit ja/tai karbonaatit ja monet muut. Nämä materiaalit ovat useimmissa tapauksissa 10 myös melko hienojakoisia. Vaikka niitä voidaan prosessoida monin eri tavoin, useimmiten myös ne pelkistetään ja sulatetaan sähköuuneissa, ellei käytetä vanhaa teknologiaa, ts. esimerkiksi lieskauunisulatusta tai sulatusta konverttereissa. Pasutusoperaatio rikin poistamiseksi vaaditaan toi-15 sinaan ennen pelkistävää sulatusta.il 3 85878 Of the various materials in this class, the following may be mentioned: nickel oxide, cobalt oxide, copper oxide, copper sulphide or nickel sulphide or a mixture of NiCu metal compounds with these sulphides (for example, concentrates from slowly cooled and then ground nickel-copper converter metals) hydrometallurgical concentrates such as partially oxidized copper cement, hydroxides and / or carbonates of nickel and cobalt and many others. These materials are in most cases 10 also quite finely divided. Although they can be processed in many different ways, in most cases they are also reduced and melted in electric ovens, unless the old technology is used, i.e., for example, furnace melting or melting in converters. A roasting operation to remove sulfur is required prior to reductive smelting.

Näin ollen on ilmeistä, että hienojakoisten materiaalien pelkistyssulatuksella on laaja sovellutusala ei-rautaperusmetallien metallurgiassa. Se suoritetaan useimmissa tapauksissa sähköuuneissa ja tälle prosessille on 20 luonteenomaista joukko vakavia puutteita, jotka jo mainittiin yllä.Thus, it is apparent that the reduction smelting of finely divided materials has a wide range of applications in the metallurgy of non-ferrous base metals. It is carried out in most cases in electric furnaces and this process is characterized by a number of serious shortcomings which have already been mentioned above.

Pääyllykkeet kehittäessä uusia prosesseja sellaisten materiaalien pelkistyssulattamiseksi, jotka sisältävät ei-rautaperusmetalleja, koskevat pääomakulujen ja käyttökus-25 tannusten pienentämistä sekä toiminnan joustavuuden *·: : aikaansaamista laajan materiaalivalikoiman prosessoimisek- ".· si ilman, että tarvitsee ryhtyä mihinkään suuriin teknilli- siin tai toiminnan muutoksiin. Uuden prosessin tulee olla '·' energian suhteen tehokas ja saastuttamaton. Niinikään sen : :30 tulee kyetä käyttämään täysin hyväkseen sen, että useimmat käsiteltävistä materiaaleista ovat jo hienojakoisia tai voi- • · daan tarvittaessa helposti jauhaa.The main impetus for the development of new processes for the reduction smelting of materials containing non-ferrous base metals is to reduce capital costs and operating costs and to provide operational flexibility * ·:: to process a wide range of materials without having to take any major technical or operational action. The new process must be energy-efficient and non-polluting, and it must be able to take full advantage of the fact that most of the materials to be treated are already fine-grained or can be easily ground.

: Viime vuosina on kehitetty lukuisia uusia pelkistys- sulatusprosesseja raudan tuottamiseen oksidimalmeista ja ; \ 35 rikasteista. Viittä lupaavinta niistä on tutkittu artik- 1 · . h 4 85878 kelissä J. J. Moore, "An Examination of the New Direct Smelting Process for Iron and Steelmaking"; julkaistu lehdessä Journal of Metals, kesäkuu 1982, sivut 39 - 48. Jokainen niistä on jatkuva kaksivaiheprosessi, jossa on (1) esi-5 lämmitys ja osittainen esipelkistys, mitä seuraa (2) lop- pupelkistys ja sulatus ja saatu tuote on runsashiilinen sula rauta.: In recent years, numerous new reduction smelting processes have been developed to produce iron from oxide ores and; \ 35 concentrates. The five most promising of them have been studied in Article 1 ·. h 4 85878 kelissa J. J. Moore, "An Examination of the New Direct Smelting Process for Iron and Steelmaking"; published in the Journal of Metals, June 1982, pages 39-48. Each is a continuous two-stage process with (1) pre-5 heating and partial pre-reduction followed by (2) final reduction and smelting and the resulting product is a high carbon molten iron .

Näistä viidestä prosessista Inred-prosessi on erityisen mielenkiintoinen, koska sillä on eräitä yhteisiä piir-10 teitä tämän keksinnön kanssa ja sen väitetään soveltuvan oksidimateriaalien prosessointiin, jotka sisältävät myös ei-rautametalleja. Tätä prosessia on aikaisemmin kuvattu yksityiskohtaisesti artikkelissa H. J. Elvander, I. A. Edenwall ja S. C.-J. Hellestan "Boliden Inred Process 15 for Smelting Reduction of Fine-grained Iron Oxides andOf these five processes, the Inred process is of particular interest because it has some features in common with the present invention and is claimed to be suitable for processing oxide materials that also contain non-ferrous metals. This process has been described in detail previously in H. J. Elvander, I. A. Edenwall, and S. C.-J. Hellestan "Boliden Inred Process 15 for Smelting Reduction of Fine-grained Iron Oxides and

Concentrates", julkaistu lehdessä Ironmaking and Steelmaking 1979, Vol. 6, n:o 5, sivut 235 - 244 ja myöhemmin artikkelissa H. I. Elvander "The Inred Process - A Revolutionary Method to Produce Hot Metal"; julkaistu lehdessä Iron and 20 Steel Engineer, huhtikuu 1982, sivut 57 - 80.Concentrates ", published in Ironmaking and Steelmaking 1979, Vol. 6, No. 5, pages 235-244 and later in HI Elvander," The Inred Process - A Revolutionary Method to Produce Hot Metal "; published in Iron and 20 Steel Engineer, April 1982, pages 57 to 80.

Tässä prosessissa liekkisulatusuuni ja sähkösulatus-uuni on yhdistetty yhdeksi reaktoriksi liekkisulatusuunin ollessa asennettu sähköuunin yläpuolelle. Prosessin ensimmäisessä vaiheessa hienojakoiseen rautaoksidiin sekoite-25 taan kivihiilijauhetta ja juoksutteita ja näiden seos ruiskutetaan liekkisulatusuuniin kaasumaisen hapen virrassa.In this process, the flame melting furnace and the electric melting furnace are combined into a single reactor with the flame melting furnace mounted above the electric furnace. In the first step of the process, coal powder and fluxes are mixed with finely divided iron oxide and the mixture is injected into a flame melting furnace in a stream of gaseous oxygen.

* Kivihiili osittain palaa ja osittain hiiltyy koksiksi, kun taas oksidi sulaa ja esipelkistyy wustiitiksi (FeO) .* Coal partially burns and partially carbonizes to coke, while the oxide melts and pregelatinizes to wustite (FeO).

Prosessin toisessa vaiheessa esipelkistetty kuuma :::30 materiaali, joka sisältää muodostuneen koksin, kerätään :Y: sähköuuniin. Sula FeO ja koksinkappaleet putoavat panoksen pinnalle, joka on aikaisemmin kertynyt sähköuuniin ja muo-: dostavat siinä suuren määrän puolisulaa, erittäin viskoosia pastamaista massaa. Johtuen wustiitin endotermisestä pel- *. 35 kistysreaktiosta metalliseksi raudaksi massa jäähtyy • · i 5 85878 nopeasti 1 150°C:een. Sähköuunissa olevan panoksen ylätase koostuu rautasienestä, kaksista, pelkistymättömästä sulasta materiaalista ja poltetusta kalkista. FeO:n lopullinen pelkistys ja rautasienen sulatus suoritetaan alemmalla tasolla 5 elektrodien ympärillä. Kuuma metalli kerääntyy kuonakylvyn alle, joka sisältää koksin osittain upoksissa olevan kerroksen.In the second step of the process, the pre-reduced hot ::: 30 material containing the formed coke is collected in: Y: an electric furnace. Molten FeO and coke bodies fall on the surface of the charge previously accumulated in the electric furnace and form a large amount of semi-molten, highly viscous pasty mass. Due to the endothermic pel- * of wustitis. From 35 shrinkage reactions to metallic iron, the mass cools rapidly to 1,150 ° C. The upper balance of the charge in the electric furnace consists of an iron sponge, two non-reducing molten material, and quicklime. The final reduction of FeO and melting of the iron sponge is performed at a lower level around the 5 electrodes. The hot metal collects under a slag bath containing a partially submerged layer of coke.

Jätekaasu, joka on peräisin kivihiilen osittaisesta poltosta liekkisulatusvyöhykkeessä, ja sähköuunista kohoava 10 hiilimonoksidi poltetaan sekundäärisellä ja tertiäärisellä hapella liekkisulatuskammion yläosassa. Tämän seurauksena liekkisulatuskammiosta poistuvien kaasujen lämpötila on n. 1 900°C. Näiden kaasujen lämpöä käytetään hyväksi kuivan höyryn tuottamisessa, jota vuorostaan käytetään kehittämään 15 sähköenergiaa, jota tarvitaan sähköuunia ja happilaitosta varten. Hyötysuhde muutettaessa höyrystä saatu lämpö sähköenergiaksi on n. 35 %.The waste gas from the partial combustion of coal in the flame smelting zone and the carbon monoxide rising from the electric furnace are burned with secondary and tertiary oxygen at the top of the flame smelting chamber. As a result, the temperature of the gases leaving the flame melting chamber is about 1,900 ° C. The heat from these gases is utilized to produce dry steam, which in turn is used to generate the electrical energy needed for the electric furnace and oxygen plant. The efficiency of converting heat from steam to electrical energy is about 35%.

Koskin ja hapen kokonaiskulutuksen prosessoitaessa 65 %:sta Fe-hematiittirikastetta ovat n. 40 ja 60 p-% 20 rikasteesta samassa järjestyksessä. Näillä arvoilla prosessi voi olla energian suhteen omavarainen.However, when processing the total oxygen consumption, 65% of the Fe hematite concentrate is about 40 and 60% by weight of the 20 concentrates, respectively. At these values, the process can be energy self-sufficient.

Inred-prosessin kaksi tärkeintä piirrettä on mainittava: (a) kivihiilijauhe on ainoa aine, jota käytetään sekä polttoaineena että pelkistimenä ja (b) olosuhteet rikaste-25 kivihiili-happisuihkuissa ovat sellaiset, että kiinteää • : hiiltä on aina ylimäärin läsnä. Vain osa syöttökivihiilestä poltetaan. Näin ollen ilmastussuhde suihkuissa on alle 50 % ja tämän vuoksi suihkun palamiskaasujen on koostuttava lähes yksinomaan hiilimonoksidista. Näissä olosuhteissa poltto on : 30 hyvin tehoton ja suihkun liekin lämpötila on paljon alempi .1♦1· kuin se olisi voinut olla, jos ilmastussuhde olisi ollut kohtuullisen lähellä 100 %:a.The two main features of the inred process should be mentioned: (a) coal powder is the only substance used as both fuel and reducing agent and (b) the conditions in concentrate-25 coal-oxygen jets are such that solid •: carbon is always present in excess. Only part of the feed coal is burned. Thus, the aeration ratio in the showers is less than 50% and therefore the combustion gases of the shower must consist almost exclusively of carbon monoxide. Under these conditions the combustion is: 30 very inefficient and the temperature of the jet flame is much lower .1 ♦ 1 · than it could have been if the aeration ratio had been reasonably close to 100%.

.·. j Kahta muunnosta Inred-prosessista ehdotettiin mene- • »i telmiksi hionojakoisten sulfidimateriaalien prosessoimisek- « 1 · 35 si, jotka sisältävät pyriittiä, pyrrotiittia, kalbopyriittiä, 4···· • · • · · • · * · • · · · • · · • · « m 6 85878 lyijykiHiettä, pentlandiittia jne, kuten on kuvattu US-patenteissa 4 087 274 ja 4 388 110.. ·. j Two variants of the Inred process were proposed as methods for processing abrasive sulfide materials containing pyrite, pyrrotite, Kalbopyrite, 4 ···· • · • · · • · * · · · · · · • · «m 6 85878 leaded sand, pentlandite, etc., as described in U.S. Patents 4,087,274 and 4,388,110.

US-patentin 4 087 274 mukaisesti prosessi koostuu kolmesta peräkkäisestä vaiheesta, jotka suoritetaan kolmessa 5 peräkkäin liitetyssä reaktiovyöhykkeessä, jotka on sijoitettu pysysuoraan toinen toisensa päälle. Ensimmäisessä vyöhykkeessä, joka on ylin osa reaktorista, metallisulfidia sisältävä materiaali saatetaan polttoon (hapetus) hapella ja saatu kuuma metallioksidia sisältävä materiaali putoaa 10 tällöin alaspäin toiseen vyöhykkeeseen.According to U.S. Patent 4,087,274, the process consists of three successive steps performed in three successively connected reaction zones arranged vertically on top of each other. In the first zone, which is the upper part of the reactor, the metal sulphide-containing material is incinerated (oxidized) with oxygen and the resulting hot metal oxide-containing material then falls downwards into the second zone.

Toisessa vyöhykkeessä hienojakoinen kiinteä hiili-pitoinen pelkistysaine syötetään happea sisältävän kaasun virtaan ja sitä poltetaan ilmastussuhteella, joka on riittävän alhainen aikaansaadakseen vain osittaisen pelkistys-15 aineen palamisen samalla, kun se konvertoi osan siitä kok siksi. Metallioksidia sisältävä materiaali pelkistetään osittain siinä samalla, kun se putoaa alaspäin tämän vyöhykkeen läpi ja tulee yhdessä koksatun pelkistysaineen kanssa kolmanteen vyöhykkeeseen, jossa muodostuu oleellisesti kiin-20 teä tuote (sintteri), joka sisältää osittain pelkistynyttä materiaalia ja kiinteää hiiltä.In the second zone, the finely divided solid carbonaceous reducing agent is fed into a stream of oxygen-containing gas and combusted at an aeration rate low enough to cause only partial combustion of the reducing agent while converting part of it to coke. The metal oxide-containing material is partially reduced as it falls downwardly through this zone and enters, together with the coked reducing agent, into a third zone to form a substantially solid product (sinter) containing partially reduced material and solid carbon.

Kolmas vyöhyke on olennaisesti sama sähköuuni kuin yllä kuvatussa Inred-prosessissa. Tässä vyöhykkeessä tapahtuu lopullinen pelkistys ja sintterin sulatus.The third zone is essentially the same electric furnace as in the Inred process described above. In this zone, the final reduction and sinter smelting take place.

25 On ilmeistä, että hapettavat olosuhteet saavutetaan : reaktorin ylimmässä osassa, kun taas vahvasti pelkistävät V : olosuhteet vallitsevat kahdessa alemmassa vyöhykkeessä.25 It is obvious that oxidizing conditions are achieved: in the upper part of the reactor, while strongly reducing V: conditions prevail in the two lower zones.

Mikä tahansa näissä kahdessa vyöhykkeessä muodostunut pelkistävä kaasu poltetaan syöttämällä happea reaktorin ylä-: :30 tasoille, heti ensimmäisen vyöhykkeen alapuolelle ja sen sisään. Tämä modifiointi ei saa aikaan ei-rautametallien selektiivistä talteenottoa ja sitä voidaan käyttää vain : rautasulfidirikasteiden prosessointiin. Lisäksi ensimmäi- • * · !./ sessä vyöhykkeessä on valtava ylimäärä lämpöä, koska sulfi- *. 35 dimineraalien polton lisäksi vyöhykkeessä 2 ja 3 tulevat ’·*** pelkistyskaasut poltetaan myös siinä.Any reducing gas formed in these two zones is combusted by supplying oxygen to the upper levels of the reactor, immediately below and inside the first zone. This modification does not provide for the selective recovery of non-ferrous metals and can only be used for: processing ferrous sulfide concentrates. In addition, there is a huge excess of heat in the first • * ·! ./ zone because of the sulfi- *. In addition to the combustion of 35 dimer minerals, the reduction gases entering in zones 2 and 3 are also combusted there.

• · · • · • · • · · * · * • · · • · • · i 85878• · · • · • · • · * * • 85878

Toinen US-patentin 4 388 110 mukainen muunnos Inred-prosessista edustaa peruspoikkeamaa edellämainituissa artikkeleissa ja US-patentissa 4 087 274 kuvatusta luonnoksesta, sillä hiiltä sisältävää polttoainetta ja/tai pelkis-5 tysainetta ei enää lisätä Inred-reaktoriin, mitään metalli-oksidien esipelkistystä ja koksia sisältävän sintterin muodostusta ei tapahdu ja reaktorissa muodostuu vain hyvin rajoitettuja määriä, jos lainkaan sulia ei-rautametalleja. Tämä muunnos koostuu yksinkertaisesti sulfidimateriaalien 10 autogeenisesta liekki(leimauhdus)sulatuksesta happiylimäärän ja piidioksidijuoksutteen läsnäollessa silikaattisulatteen muodostamiseksi, jossa on niukasti rikkiä, minkä jälkeen solikaattifaasista erotetaan mahdollinen ei-rautametalli-faasi, jos reaktorissa muodostuu sellaista ja lopuksi ote-15 taan talteen silikaattifaasissa olevat ei-rautametallit sen selektiivisellä pelkistyksellä yhdessä tai useammassa vaiheessa vähintään yhdessä lisäuunissa. Näin ollen vaaditaan vielä ainakin yksi erillinen uuni Inred-reaktorin lisäksi sulan silikaattifaasin selektiivisen pelkistyksen suoritta-20 miseen. On ilmeistä, että tämä muunnos ei ole yksinkertaisesti menetelmä pelkistyssulatusta varten, vaan silikaatti-kuonan valmistusta varten, joka sisältää ei-rautametalleja ja joka kuona on sitten pelkistettävä vanhastaan tunnetulla tavalla näiden metallien talteenottamiseksi selektiivisesti. 25 Metallurgien uteliaisuutta on jo pitkään ylläpitänyt • · · houkuttelevuus kehittää yksivaiheprosessi sulan metallin *.· : tuotteimiseksi suoraan hienojakoisista oksideista pelkistä- ‘.Y vässä liekissä, joka saadaan polttoaineen osittaisesta γ (epätäydellisestä) poltosta. Esimerkkejä tällaisista mielen- : :‘:30 kiintoisista ajatuksista on löydettävissä US-patenteista .γ; 774 930, 817 414, 1 847 527, 4 421 552, CA-patentista 864 451 • 1 ja SU-tekijänoikeuspapereista 86 983 ja 199 397. Erityi- ; sesti US-patentissa 4 421 552 arvioidaan menetelmä, jolla • · · kuparimetallia tuotetaan parkipasutetusta kupari-rauta-·1 35 sulfidirikasteesta (kalsiini) parkipasutetun kalsiinin • · · • · • · · • · • · » · 8 85878 pelkistävällä liekki(leimahdus)sulatuksella käyttäen pulve-roitua koksia, kivihiiltä tai muita pelkistimiä (polttoaine) . Kalsiinia panostetaan pelkistävään liekkisulatus-vyöhykkeeseen yhdessä samojen polttimien läpi hapen ja 5 pelkistimen kanssa syötettyjen hapen ja pelkistimen määrien ollessa riittävät aikaansaamaan kalsilnin kuparisisällön pelkistyksen ja sulatuksen ja tuottamaan sulan rautasili-kaattikuonan. Kuona on saatettava jatkoprosessointiin ennen poislaskemista, koska sen kuparisisältö on n. 5 % ja hidasta 10 jäähdytys-jauhatus-vaahotustekniikkaa kuonan puhdistamisek si on harkittu poistokuonan saamiseksi.Another modification of the Inred process according to U.S. Patent 4,388,110 represents a fundamental deviation from the sketch described in the aforementioned articles and U.S. Patent 4,087,274 in that carbonaceous fuel and / or reducing agent is no longer added to the Inred reactor, no metal oxide preaxiation, and the formation of a coke-containing sinter does not occur and only very limited amounts, if any, of molten non-ferrous metals are formed in the reactor. This modification simply consists of autogenous flame (flash) melting of the sulfide materials 10 in the presence of excess oxygen and silica flux to form a low sulfur silicate melt, followed by separation of any non-ferrous phases from the solicate phase, if any. ferrous metals by its selective reduction in one or more stages in at least one additional furnace. Thus, in addition to the Inred reactor, at least one separate furnace is required to perform selective reduction of the molten silicate phase. It is obvious that this modification is not simply a method for reduction smelting, but for the production of silicate slag containing non-ferrous metals, which slag must then be reduced in a manner known per se in order to selectively recover these metals. 25 The curiosity of metallurgists has long been maintained by the • · · attractiveness of developing a one-step process for the direct production of molten metal *. · In a reducing flame obtained from the partial γ (incomplete) combustion of fuel. Examples of such mental:: ': 30 interesting ideas can be found in U.S. Patents .γ; 774,930, 817,414, 1,847,527, 4,421,552, CA Patent 864,451 • 1 and SU Copyright Papers 86,983 and 199,397. U.S. Pat. No. 4,421,552 discloses a process for producing copper metal from a tanning-baked copper-ferrous metal-calcined (calcine) tanning-calcined calcine by a reducing flame (flash). ) by smelting using pulverized coke, coal or other reducing agents (fuel). Calcine is charged to the reducing flame smelting zone together with oxygen and reducing agent fed through the same burners with sufficient amounts of oxygen and reducing agent to effect reduction and melting of the copper content of the calcine and to produce molten iron silicate slag. The slag must be subjected to further processing before discharge, as it has a copper content of about 5% and a slow cooling-grinding-foaming technique to clean the slag has been considered to obtain the slag.

Valitettavasti mikään näistä pelkistävistä yksivaiheisista liekki(leimahdus)sulatusmenetelmistä ei ole raivannut tietään teolliseen sovellutukseen joko raudan tai ei-15 rautametallien tuottamiseksi. Näihin yksivaiheprosesseihin liittyviin päävaikeuksiin kuuluvat seuraavat seikat. Ei-rautametallien hienojakoisten oksidien suurta pelkistys-astetta on äärimmäisen vaikea saavuttaa edes polttokaasuil-la, joilla on hyvin suuri pelkistyspotentiaali. Toisaalta 20 liekissä olevien polttokaasujen pelkistyspotentiaalin kasvu vaatii, että polttoaineen ilmastussuhdetta laskettiin niin, että saavutetaan vain hyvin alhainen polttoaineen palamis-taso. Kuitenkin mitä epätäydellisempää palaminen on, sitä tehottomampi se on polttoaineen lämpötehon hyväksikäytön 25 kannalta ja sitä alempi on teoreettisen liekin lämpötila.Unfortunately, none of these reducing single-stage flame (flash) smelting methods have paved the way for industrial application to produce either iron or non-ferrous metals. The main difficulties associated with these one-step processes include the following. A high degree of reduction of fine oxides of non-ferrous metals is extremely difficult to achieve, even with combustion gases with a very high reduction potential. On the other hand, the increase in the reduction potential of the flue gases in the flame 20 requires that the aeration ratio of the fuel be calculated so that only a very low level of fuel combustion is achieved. However, the more incomplete the combustion, the less efficient it is in terms of utilizing the thermal power of the fuel 25 and the lower the temperature of the theoretical flame.

*· Tätä riippuvuutta on esitetty kvantitatiivisesti piirroksen ' kuvassa käyttäen metaania ja happea esimerkkinä. Kuviossa 1 polttoaineen ilmastussuhde on hapen todellinen määrä, joka Y syötetään annettua metaanimäärää kohti jaettuna teoreetti- 30 sella hapen määrällä, joka vaaditaan tämän metaanin täydel- Y: lisen polton suorittamiseen kerrottuna 100:11a; nettolämpö- määrä, joka on käytettävissä 1 600°C:ssa ja jotka kuviossa 1 ·. : esittää käyrä B, on lämpömäärä yksiköissä J/g-mol CH., ♦ · 4 λ·* joka on käytettävissä polton seurauksena tässä lämpötilassa;* · This dependence is shown quantitatively in the figure of the drawing using methane and oxygen as an example. In Figure 1, the fuel aeration ratio is the actual amount of oxygen Y is fed per given amount of methane divided by the theoretical amount of oxygen required to perform complete Y combustion of this methane multiplied by 100; the net heat available at 1,600 ° C and shown in Figure 1 ·. : shows curve B, is the amount of heat in J / g-mol CH., ♦ · 4 λ · * available as a result of combustion at this temperature;

35 polttokaasujen pelkistyspotentiaali, jota esittää käyrä A35 flue gas reduction potential shown in curve A

• · · · « · • · · • · · • i · · I · · • I · ( 9 85878 kuviossa 1, on H2 + CO:n ja 1^0 + CC^in välinen tilavuus-väkevyyksien suhde; ja teoreettinen liekin lämpötila, jota kuviossa 1 esittää käyrä C, on lämpötila, joka kehittyy seurauksena metaanin poltosta hapella. Kaikki kuvion 1 5 tiedot on annettu 101 kPa:n absoluuttiselle paineelle ja metaanin ja hapen 20°C:n alkulämpötilalle. Yleensä kuvion 1 riippuvuus pätee myös muille polttoaineille kuin metaanille, esimerkiksi öljylle tai kivihiilelle.• · · · «· • · · • · · i · · I · · I · (9 85878 in Figure 1, is the volume-to-concentration ratio between H2 + CO and 1 ^ 0 + CC ^; and the theoretical the flame temperature shown by curve C in Figure 1 is the temperature that results from the combustion of methane with oxygen.All data in Figure 1 are given for an absolute pressure of 101 kPa and an initial temperature of 20 ° C for methane and oxygen. fuels other than methane, such as oil or coal.

Kuvio 1 osoittaa, että jokaiseen yritykseen parantaa 10 hienojakoisten metallioksidien pelkistystä liekissä vahvis tamalla polttokaasujen pelkistyspotentiaalia, ts. pienentämällä polttoaineen ilmastussuhdetta, liittyy väistämättä polttoaineen lämpötehon suoran hyväksikäytön hyötysuhteen dramaattinen lasku. Esimerkiksi metaanin poltto 50 %:n 15 ilmastussuhteella johtaa vain n. 20 %:iin nettolämmöstä, joka voi olla käytettävissä ilmastussuhteella, joka on lähellä 100 %. Lisäksi teoreettinen liekin lämpötila 50 %:n ilmastussuhteella on n. 2 275°C, joka on n. 500°C yksikköä alempi kuin teoreettinen liekin lämpötila, jonka lähellä 20 100 % oleva ilmastussuhe saa aikaan. Tämä alempi teoreetti nen liekin lämpötila johtaa liekistä säteilemällä siirtyvän lämmön vähenemiseen kertoimella 2,2.Figure 1 shows that any attempt to improve the reduction of fine metal oxides in a flame by enhancing the reduction potential of the combustion gases, i.e., reducing the fuel aeration ratio, inevitably involves a dramatic decrease in the efficiency of direct utilization of the thermal power of the fuel. For example, burning methane at a 50% aeration ratio results in only about 20% of the net heat that may be available at an aeration ratio close to 100%. In addition, the theoretical flame temperature at a 50% aeration ratio is about 2,275 ° C, which is about 500 ° C units lower than the theoretical flame temperature caused by an aeration ratio close to 20%. This lower theoretical flame temperature results in a reduction of the heat transferred by the radiation from the flame by a factor of 2,2.

Näin ollen vaadittaisiin valtavia, epätaloudellisia määriä polttoainetta samoin kuin happea US-patentissa 25 4 421 552 arvioituun prosessiin tai mihin tahansa muuhun prosessiin, jossa hienojakoisten ei-rautametallien oksidien V : pelkistystä yritettäisiin pelkistävässä liekissä, joka on • saatu polttoaineen epätäydellisestä poltosta. Luonnollisesti ·;· poistokaasut, jotka yhä sisältävät huomattavia H2~ ja/tai ; :';30 CO-pitoisuuksia, voidaan jälkipolttaa ja tällöin syntynyt lämpö voidaan osittain ottaa talteen esimerkiksi sähkötehon muodossa, kuten tehdään Inred-prosessin tapauksessa. Kuiten-. . kin tämä parannusreitti polttoaineen lämpökapasiteetin koko- !./ naishyväksikäytössä voi olla taloudellisesti epävarma ei- 35 rautametallien tuottajalle, koska se vaatii huomattavia • · · * · λ 1 m · · • · · • · • · 10 85878 pääomakuluja ja käyttökustannuksia. Sen lisäksi, että on käsiteltävä paljon suurempia poistokaasujen ja niiden jälkipolttokaasujen tilavuuksia, prosessi tuottaa paljon suurempia määriä pölyä, jotka nämä suuret kaasutilavuudet 5 aihettavat. On hyvin kallista tuottaa sähköenergiaa polttamalla polttoainetta hapella hyvin pienellä ilmastussuh-teella ja ottaa sitten poistokaasuihin sisältyvä kemiallinen lämpö talteen jälkipoltolla, vaikkakin tätä sähköenergiaa voidaan käyttää hapen tuottamiseen. Tällainen 10 energian talteenotto ei ole vain termodynaamisesti tehotonta, vaan myös voimakkaasti pääomia kysyvää.Thus, huge, uneconomical amounts of fuel as well as oxygen would be required for the process evaluated in U.S. Patent 25,421,552 or any other process in which reduction of fine non-ferrous metal oxides V: would be attempted in a reducing flame obtained from incomplete fuel combustion. Naturally ·; · exhaust gases which still contain significant H2 and / or; : '; 30 CO concentrations, can be afterburned and the heat thus generated can be partially recovered, for example in the form of electrical power, as is done in the case of the Inred process. However. . even this improvement path in the total! ./ female utilization of the heat capacity of the fuel can be economically uncertain for the non-ferrous metal producer, as it requires considerable capital costs and operating costs. In addition to having to deal with much larger volumes of exhaust gases and their afterburner gases, the process produces much larger amounts of dust, which these large gas volumes 5 generate. It is very expensive to produce electrical energy by burning the fuel with oxygen at a very low aeration ratio and then recovering the chemical heat contained in the exhaust gases by afterburning, although this electrical energy can be used to produce oxygen. Such 10 energy recovery is not only thermodynamically inefficient but also highly capital intensive.

Ei-rautametallien tuottaja hyötyisi suuresti uudesta pelkistyssulatusprosessista, joka vaatisi minimimäärän pääomakuluja ja jossa käytetään minimimääriä polt-15 toainetta ja happea; prosessista, joka synnyttäisi minimimäärät kaasuja pölyä; prosessista, joka olisi joustava mitä tulee sen soveltuvuuteen erilaisten hienojakoisten materiaalien prosessointiin ja minkä tahansa polttoaineen käyttämiseen, jota on saatavissa halvimpaan hintaan; pro-20 sessista, joka suoritettaisiin yhdessä ainoassa yksinkertaisen mallisessa ja mahdollisimman halvassa reaktorissa; prosessista, joka tuottaisi suoraan toivottua kuonaa ilman, että tarvitsee käyttää minkäänlaista kuonanpuhdis-tusoperaatiota; ja prosessista, jota on helppo säätää ja 25 käyttää.A non-ferrous metal producer would greatly benefit from a new reduction smelting process that would require a minimum amount of capital expenditure and use minimum amounts of fuel and oxygen; a process that would generate minimum amounts of gases dust; a process that would be flexible in terms of its suitability for processing a variety of fine-grained materials and the use of any fuel available at the lowest cost; a process to be carried out in a single reactor of a simple design and as inexpensive as possible; a process that would directly produce the desired slag without the need for any slag cleaning operation; and a process that is easy to adjust and use.

Tämä keksintö koskee menetelmää hienojakoisen materiaalin pelkistyssulattamiseksi, joka sisältää vähintään yhtä perusmetallia ryhmästä, johon kuuluvat kupari, nikkeli ja koboltti, joka on ainakin osittain oksidimuo-30 dossa, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että a) materiaalia ruiskutetaan yhdessä polttoaineen ja hapen ja mahdollisen hienojakoisen juoksutteen kanssa rajoitettuun tilaan samalla, kun polttoainetta poltetaan ei-pelkistävän korkean lämpötilan liekin aikaansaamisek-·'. 35 si; » * » * 11 85878 b) ylikuumennetaan olennaisesti ei-pelkistävässä liekissä hienojakoiset hiukkaset, jotka sisältävät perusmetallia, lämpötilaan, joka on valmistettavan pelkistetyn tuotteen korkeimman sulamispisteen yläpuolella; 5 c) ylikuumennetut hiukkaset saatetaan olennaisen tasaisesti hiukkasmaisen koksin ohuelle kerrokselle, joka kelluu pelkistettyjen tuotteiden sulan kylvyn pinnalla, ohuen koksikerroksen ja sen viereisen atmosfäärin muodostaessa pelkistysvyöhykkeen; 10 d) perusmetallien oksidit pelkistetään pelkistys- vyöhykkeessä, jolloin pelkistetyt tuotteet saadaan nestemäisessä tilassa samalla, kun johdetaan kaikki vaadittu lämpö pelkistysvyöhykkeeseen pelkästään ylikuumennettujen hiukkasten vapaan lämmön muodossa ja säteilyllä ei-pel-15 kistävästä liekistä; e) pelkistetyt tuotteet siivilöidään koksikerroksen läpi sulaan kylpyyn; f) pelkistetyt tuotteet poistetaan sulasta kylvystä; ja 20 g) kiinteää, rakeista, hiilipitoista materiaalia syötetään rakeisen koksin ohueen kerrokseen pelkistyksessä kulutetun koksin täydentämiseksi.The present invention relates to a process for the reduction smelting of a finely divided material containing at least one parent metal from the group consisting of copper, nickel and cobalt, at least in part in the oxide form, characterized in that a) the material is injected together with fuel and oxygen and any fines. with the fuel in a confined space while burning the fuel to produce a non-reducing high temperature flame. 35 si; »*» * 11 85878 (b) superheating the finely divided particles containing the parent metal in a substantially non-reducing flame to a temperature above the highest melting point of the reduced product to be manufactured; 5 c) the superheated particles are applied substantially evenly to a thin layer of particulate coke floating on the surface of the molten bath of reduced products, the thin coke layer and the adjacent atmosphere forming a reduction zone; D) the oxides of the parent metals are reduced in the reduction zone, whereby the reduced products are obtained in a liquid state while passing all the required heat to the reduction zone only in the form of free heat of superheated particles and radiation from a non-reducing flame; (e) the reduced products are sieved through a layer of coke into a molten bath; (f) the reduced products are removed from the molten bath; and 20 g) feeding the solid, granular, carbonaceous material to a thin layer of granular coke to replenish the coke consumed in the reduction.

Kun muuta polttoainetta, esim. hiilivetypolttoai-netta kuin hienojakoisen materiaalin rikki- tai rautasi-‘ : : 25 sältöä käytetään prosessin päälämmönlähteenä, polttoai-neella käsitellyn liekin ilmastussuhteen tulee olla lähellä 100 %:a. Kun hienojakoista sulfidimateriaalia on myös läsnä liekissä, se voi aikaansaada osan tarvittavasta lämmöstä, mutta liekki on joka tapauksessa pelkistämä-30 tön tuotettavan metallien oksidin suhteen.When a fuel, e.g., a hydrocarbon fuel other than the sulfur or iron content of the finely divided material, is used as the main heat source for the process, the aeration ratio of the fuel-treated flame should be close to 100%. When a finely divided sulfide material is also present in the flame, it can provide some of the required heat, but the flame is in any case unreduced with respect to the metal oxide to be produced.

' " Kuvio 1 on graafinen esitys, joka kuvaa polttoai neen ilmastussuhteen riippuvuuksia: (A) polttokaasujen · *’- pelkistyspotentiaalista, (B) 1 600°C:ssa käytettävissä : olevasta nettolämmöstä ja (C) teoreettisesta liekin läm- 35 pötilasta.'' Figure 1 is a graph illustrating the dependences of the fuel aeration ratio on: (A) the reduction potential of the combustion gases, * (B) the net heat available at 1600 ° C, and (C) the theoretical flame temperature.

12 8587812 85878

Kuviot 2 A ja 2 B ovat kaavamaisia kuvantoja ihanteellisesta uunista, joka soveltuu tämän keksinnön prosessin toteuttamiseen.Figures 2A and 2B are schematic views of an ideal furnace suitable for carrying out the process of the present invention.

Yksityiskohtaisemmin keksinnön menetelmässä: 5 (a) ruiskutetaan polttimen läpi ainakin yhtä keino- jakoista materiaalia, joka sisältää vähintään yhtä ei-rauta-perusmetallia, polttoainetta ja/tai vähintään yhtä hienojakoista sulfidimateriaalia, joka voi sisältää myös yhtä tai useampia ei-rautaperusmetalleja, hienojakoista juoksutetta 10 raudan kuonittamiseksi, jos sitä on huomattavia määriä sano tuissa materiaaleista, ja kaasumaista happea esilämmitettyyn polttovyöhykkeeseen hapen ja polttoaineen ja/tai hienojakoisen sulfidimateraalin välisen painosuhteen ollessa kohtuullisen lähellä sitä, jota vaaditaan sanotun polttoaineen 15 ja/tai sulfidimateriaalin tehokkaimman polton suorittamiseen; (b) poltetaan polttoaine ja/tai sulfidimateriaali ha-pella oleellisesti pelkistämättömän, korkean lämpötilan liekin tuottamiseksi ja sanottujen materiaalien mahdollisten kondensoituneiden hiukkasten ylikuumentamiseksi lämpötilaan, 20 joka on oleellisesti korkeampi kuin prosessissa tuotetun pelkistetyn tuotteen korkein sulamispiste; (c) ruiskutetaan (tai ehkä sadetetaan tai levitetään) ylikuummennetut, kondensoituneet hiukkaset liekistä alas-päin pelkistysvyöhykkeeseen rakeisen koksin ohuelle kerrok- 25 selle, joka kelluu sanotun pelkistetyn tuotteen jo olemassa olevan sulan kylvyn pinnalla samalla, kun polttokaasut ero-tetaan ylikuumennetuista, kondensoituneista hiukkasista ja suunnataan ylöspäin; (d) pelkistetään ei-rautaperusmetallien oksidit, 30 jotka ovat sanotuissa materiaaleissa ja/tai joita muodostuu liekissä, vastaaviksi metalleiksi rakeisen koksin ohuessa • · 9 • · • kerroksessa, jossa pääosa rautaoksideista, jos niitä on I · · .· * sanotuissa materiaaleissa ja/tai muodostuu liekissä, • :··· pelkistetään vain selektiivisesti siihen pelkistysasteeseen, “·. 35 joka vaaditaan poisheitettävän sulan, rautaa sisältävän • kuonan . muodostamiseen; * · m »♦·* S, • · r 13 85878 (e) siivilöidään sanotut pelkistetyt ei-rautaperus-metallit ja/tai perusmetallien sulfidit rautasulfidi mukaanluettuna, kun sitä vaaditaan, ja rautaa sisältävä kuona, jos sitä on läsnä; koksikerroksen läpi sanottuun sulaan 5 kylpyyn; (f) poistetaan jatkuvalla tai jaksottaisella tavalla osa lopullisesta pelkistetystä sulasta tuotteesta, joka on erittäin väkevää vähintään yhden ei-rautaperusmetallin suhteen, ja rautaa sisältävää kuonaa, kun sanotuissa materi- 10 aaleissa on rautaa; ja (g) syötetään kiinteää rakeista hiilipitoista mate riaalia, jonka hiukkaskoko on vähintään 10 kertaa suurempi kuin sanotuilla hienojakoisilla materiaaleilla, rakeisen koksin täydentämiseksi, jota on kulunut pelkistyksessä.More specifically, in the method of the invention: (a) at least one artificial material containing at least one non-ferrous parent metal, fuel and / or at least one finely divided sulfide material, which may also contain one or more non-ferrous parent metals, finely divided, is injected through the burner 10 for the slagging of iron, if present in significant amounts in said materials, and gaseous oxygen in a preheated combustion zone at a weight ratio of oxygen to fuel and / or finely divided sulfide material reasonably close to that required to perform said fuel 15 and / or sulphide material most efficiently; (b) burning the fuel and / or sulfide material to produce a substantially unreduced high temperature flame and superheat any condensed particles of said materials to a temperature substantially higher than the highest melting point of the reduced product produced in the process; (c) injecting (or perhaps sprinkling or spreading) the superheated condensed particles from the flame down to the reduction zone into a thin layer of granular coke floating on the surface of an already existing molten bath of said reduced product while separating the combustion gases from the superheated and directed upward; (d) reducing the oxides of non-ferrous base metals in said materials and / or formed in a flame to the corresponding metals in a thin layer of granular coke having a predominance of iron oxides, if present in said materials, and / or is formed in a flame, •: ··· is reduced only selectively to the degree of reduction, “·. 35 required for discarded molten, iron-containing • slag. to form; * · M »♦ · * S, • · r 13 85878 (e) sieving said reduced non-ferrous base metals and / or parent metal sulphides, including ferrous sulphide when required, and ferrous slag, if present; through a coke bed to said molten 5 bath; (f) continuously or intermittently removing a portion of the final reduced molten product, which is highly concentrated with respect to at least one non-ferrous parent metal, and iron-containing slag when said materials contain iron; and (g) feeding a solid granular carbonaceous material having a particle size at least 10 times larger than said finely divided materials to replenish the granular coke consumed in the reduction.

15 Seuraavat määritelmät ovat sovellettavissa tähän patenttimääritykseen ja -vaatimuksiin.15 The following definitions apply to this specification and claims.

"Ruiskutus" tarkoittaa, että kiinteitä, hienojakoisia materiaaleja juoksute mukaanluettuna syötetään koossapysyvä-nä suihkuna esilämmitettyyn polttovyöhykkeeseen hienojen 20 kiinteiden hiukkasten suspensiona kaasufaasissa, joka sisältää kaasumaista happea ja voi myös sisältää kaasumaista polttoainetta ja mitä tahansa muuta kaasua, jota saatetaan käyttää hyödyksi prosessissa; « : "Poltin" tarkoittaa mitä tahansa poltinta tai samaan • · · V :25 tarkoitukseen rakennettua laitetta, joka kykenee syöttämään yllä mainittua suspensiota samoin kuin mitä tahansa yllä *:1 mainitun suspension yhdistelmää minkä tahansa muun kuin : kaasumaisen polttoaineen kanssa esi lämmitettyyn polttovyö- • · · hykkeeseen suurinopeuksisena, koossapysyvänä suihkuna siten, 30 että mitkä tahansa suihkun yllä mainituista aineosista se- . . koittuvat keskenään millä tavalla tahansa. Sekoittuminen • · · • · · I..' voi tapahtua, kun aineosat tulevat polttimeen, itse polt- • · · • · « *. timessa, välittömästi niiden tultua ulos polttimesta tai ninä tahansa näiden yhdistelmänä; • · 1 • · • · • · · · u 85878 "Hienojakoinen materiaali, joka sisältää ainakin yhtä ei-rautaperusmetallia" tarkoittaa pulveroitua materiaalia tai materiaalien seosta, joka sisältää yhtä tai useampia metalleja, kuten kuparia, nikkeliä, ja kobolttia 5 ja joka voi sisältää pienehköjä epäpuhtausmääriä titaania, sinkkiä, arseenia, antimonia, seleeniä, telluuria, lyijyä, vismuttia, tinaa jne. sanotun metallin tai metallien ollessa yhdessä seuraavista kemiallisista muodoista tai niiden yhdistelmänä; oksidit, oksidit ynnä sulfidit, oksidit ynnä 10 metallit, oksidit ynnä metallit ja sulfidit, metallit ynnä sulfidit, sekä sulfaatit, karbonaatit ja hydroksidit. Tämä mateiraali voi sisältää myös rautaa jalometalleja, mitä tahansa yhdistyneitä metalleja, metalloideja ja epämetalle-ja pienehköjä määriä sekä kiveä. Kun rautaa on läsnä, se voi 15 olla rautaoksidien ja/tai ei-rautaperusmetallien ferriittien muodossa."Injection" means that solid, finely divided materials, including flux, are fed as a cohesive jet into a preheated combustion zone as a suspension of fine solid particles in a gas phase containing gaseous oxygen and may also contain gaseous fuel and any other gas that may be used in the process; «:" Burner "means any burner or device constructed for the same purpose · · · V: 25 capable of feeding the above suspension as well as any combination of the above *: 1 suspension with any non-gaseous fuel to a preheated combustion belt. • · · into the zone as a high-speed, cohesive jet so that any of the above-mentioned components of the jet se-. . with each other in any way. Mixing • · · • · · I .. 'can occur when the ingredients enter the burner, the burner itself. immediately after they have come out of the burner or in any combination thereof; "Finely divided material containing at least one non-ferrous parent metal" means a powdered material or mixture of materials containing one or more metals, such as copper, nickel, and cobalt 5, which may contains minor impurities of titanium, zinc, arsenic, antimony, selenium, tellurium, lead, bismuth, tin, etc., said metal or metals in one or a combination of the following chemical forms; oxides, oxides plus sulfides, oxides plus 10 metals, oxides plus metals and sulfides, metals plus sulfides, and sulfates, carbonates and hydroxides. This material may also contain ferrous precious metals, any combined metals, metalloids and non-metals and minor amounts, as well as stone. When iron is present, it may be in the form of ferrites of ferrous oxides and / or non-ferrous parent metals.

"Polttoaine" tarkoittaa mitä tahansa virtauskykyistä polttoainetta, kuten luonnon tai jotakin muuta kaasua, öljyä tai jotakin muuta nestemäistä hiilivetyä, kiinteää, hieno-20 jakoista, pulveroitua hiilipitoista materiaalia tai mitä tahansa näiden yhdistelmää. Joissakin erikoistapauksissa alkuainerikki voi niinikään muodostaa osan polttoaineesta; : "Hienojakoinen sulfidimateriaali" tarkoittaa minkä- » · · : laista sulfidimateriaalia tahansa kuten malmirikasteita ja l '· 25 erilaisia metallikiviä, jotka reagoivat hapen kanssa ja voi- ·;· daan joissakin tapauksissa käyttää polttoaineen korvikkeena; "Hienojakoinen juoksute raudan kuonittamiseksi" tarkoittaa mitä tahansa piipitoista ja/tai kalkkipitoista juoksutetta, jolla muodostetaan joko rautasilikaattia tai 30 raudan kalkkipitoista kuonaa; • · "Tehokkain poltto" tarkoittaa, että polttoaineen • · . * ja/tai sulfidimateriaalin lämpötehoa, kun niitä poltetaan “ϊ hapella, käytetään määrään saakka, joka on kohtuullisen lä- *[: hellä maksimia. Polttoaineen kyseessä ollen tämä saavute- \ 35 taan, kun polttoaineen ilmastussuhde (todellinen syötetty is 85878 happimäärä jaettuna hapen teoreettisella määrällä, joka vaaditaan kaikkien palavien aineiden täydellisen polton aikaansaamiseen kerrottuna 100:11a) on kohtuullisen lähellä 100 %, esim. n. 90 - 130 %. Sulfidimateriaalien ky-5 seessä ollen tämä saavutetaan, kun rikki hapetetaan rikki dioksidiksi ja/tai polttokaasut sisältävät hyvin vähän, jos lainkaan vapaata happea, prosessin lämpötasapainovaa-timusten ollessa täysin tyydytetyt sulfidirikin hapetuksella; 10 "Hienojakoinen" tarkoittaa, että näin kuvatuilla ai neilla on sellainen hienonnustila, että yksittäisten hiukkasten keskimääräinen poikkileikkauksen mitta on alle n."Fuel" means any flowable fuel, such as natural or other gas, oil, or other liquid hydrocarbon, solid, finely divided, pulverized carbonaceous material, or any combination thereof. In some special cases, elemental sulfur may also form part of the fuel; : "Fine sulphide material" means any sulphide material, such as ore concentrates and l '· 25 different metal stones, which react with oxygen and may in some cases be used as a substitute for fuel; "Finely iron slag flux" means any siliceous and / or calcareous flux which forms either iron silicate or 30 iron calcareous slag; "Most efficient combustion" means that the fuel. * and / or the thermal power of the sulphide material when burned with “ϊ oxygen” is used up to a quantity reasonably close to the maximum. In the case of fuel, this is achieved when the aeration ratio of the fuel (actual amount of oxygen supplied 85878 divided by the theoretical amount of oxygen required to achieve complete combustion of all combustible substances multiplied by 100) is reasonably close to 100%, e.g. about 90-130 %. In the case of sulphide materials, this is achieved when the sulfur is oxidized to sulfur dioxide and / or the flue gases contain very little, if any, free oxygen, the thermal equilibrium requirements of the process being fully satisfied by the oxidation of sulphide sulfur; 10 "Fine" means that the substances so described have a state of comminution such that the average cross-sectional dimension of the individual particles is less than n.

500 mikrometriä, esim. 100 % - 10 mesh ja 80 % - 200 mesh (U.S. Standar-seulasarja); 15 "Raemaisen koksin ohut kerros" tarkoittaa kerrosta, joka on n. 1 - 5 cm paksu, koksin maksimi hiukkaskoon ollessa n. 15 - 25 mm ja ko. kerrokseen syötetyn koksin minimi hiukkaskoko on vähintään n. 5 mm; "Rautaoksidien selektiivinen pelkistys pelkistys-20 asteeseen, joka vaaditaan sulan, poisheitettävän, rautaa sisältävän kuonan muodostamiseen" tarkoitaa, että ferri-rautaoksidi, olipa se vapaana tai sitoutuneena ferriittei-hin, pelkistetään pääasassa ferrorautaoksidiksi, joka tun- » : netaan myös wustiittina, eikä kuona vaadi mitään lisäkäsit-500 micrometers, e.g., 100% to 10 mesh and 80% to 200 mesh (U.S. Standard Screen Kit); 15 "A thin layer of granular coke" means a layer that is about 1 to 5 cm thick, with a maximum coke particle size of about 15 to 25 mm, and the minimum particle size of the coke fed to the bed is at least about 5 mm; "Selective reduction of iron oxides to the 20 ° C reduction required to form molten, discarded, iron-containing slag" means that Ferri iron oxide, whether free or bound to ferrites, is reduced primarily to ferro-iron oxide, also known as slag requires no further processing

IMIM

V : 25 telyä, kuten kuonan puhdistetusta ei-rautametallien talteen- 1‘· ottamiseksi ja tämän vuoksi se voidaan suoraan heittää ·· pois; : "Poisheitettäväksi kelpaava, rautaa sisältävä kuona" .·.*. tarkoittaa rautaa sisältävää kuonaa, jossa kuparin, nikke- 30 iin ja/tai koboltin pitoisuudet ovat riittävän pienet, niin . . että taloudellisessa mielessä kuona kelppa poisheitettä- • · · I..* väksi. Kuonan koostumus riippuu osaksi alkuperäisten syöt- • » t | ** * tömateriaalien koostumuksesta ja kuonan kanssa kosketuk- sessa olevasta tuotefaasista. Kuona voi vaatia käsittelyä 35 muista syistä kuin kupari-, nikkeli- tai kobolttisisällöin »· · ! • · · : ·* iA: 25 operations such as slag refining to recover non-ferrous metals and therefore can be directly discarded; : "Discardable slag containing iron". means iron-containing slag in which the concentrations of copper, nickel and / or cobalt are sufficiently low, so. . that, in economic terms, the slag is worth disposing of. The composition of the slag depends in part on the • • t | ** * on the composition of the materials and the product phase in contact with the slag. Slag may require treatment 35 for reasons other than copper, nickel or cobalt content »· ·! • · ·: · * i

····* I···· * I

a * | 16 85878 vuoksi. Esimerkiksi käsiteltäessä kupari-sinkki-tinamate-riaaleja kuonaa voidaan aivan hyvin joutua käsittelemään sinkin ja/tai tinan talteenottamiseksi, ennenkuin se voidaan heittää pois.a * | 16 85878. For example, when treating copper-zinc-tin materials, slag may very well have to be treated to recover zinc and / or tin before it can be discarded.

5 "Kiinteä, raemainen hiilipitoinen materiaali" tar koittaa mitä tahansa koksaantuvaa materiaalia, jonka hiuk-kaskoko on välillä n. 5 - 25 mm.5 "Solid, granular carbonaceous material" means any coking material having a particle size between about 5 and 25 mm.

Tämä keksintö perustuu lukuisiin havaintoihin, jotka on tehty kokeellisen työn kuluessa, jonka tavoitteena oli 10 kehittää yksinkertainen, taloudellinen ja joustava mene telmä tarkoituksena pelkistyssulattaa suurta joukkoa materiaaleja, jotka sisältävät ei-rautaperusmetalleja oksidi-ja/tai sulfidimuodossa samoin kuin toisinaan osittain metal-limuodossa. Mitä arvokkain ja odottamattomin keksintö oli, 15 että kun hienojakoisia ja ylikuumennettuja hiukkasia, jotka sisälsivät ei-rautametalleja oksidimuodossa, ruiskutettiin tai sadetettiin jatkuvasti kuuman rakeisen koksin ohuelle kerrokselle, ne pelkistyivät nopeasti vastaaviksi metalleiksi, metallit sulivat ja siivilöityivät koksiker-20 roksen alle ja koksi pysyi kelluvana sulan kylvyn päällä.The present invention is based on numerous observations made in the course of experimental work aimed at developing a simple, economical and flexible process for the reduction smelting of a large number of materials containing non-ferrous base metals in oxide and / or sulphide form as well as sometimes in partial metal form. What was the most valuable and unexpected invention was that when finely divided and superheated particles containing non-ferrous metals in oxide form were continuously sprayed or precipitated on a thin layer of hot granular coke, they were rapidly reduced to the corresponding metals, the metals melted and sieved. floating on top of a molten bath.

On myös keksitty, että kun rautaoksideja hematiitin, magnetiitin ja/tai ei-rautaperusmetallien ferriittien muodossa oli läsnä hienojakoisten, ylikuumennettujen hiukkas-j.j · ten joukossa ja/tai niiden sisällä ei-rautaperusmetallien •':’:25 kaikkien oksidimuotojen nopea pelkistyminen edistyi hyvin : ja täydellisesti kuin ilman raudan oksidimuoto ja. Sitä- ·;. paitsi, tämä pelkistyminen oli erittäin selektiivistä oksi- . .·. diraudan pelkistyessä pääasiassa vain wustiitin muotoon.It has also been found that when iron oxides in the form of hematite, magnetite and / or non-ferrous parent metal ferrites were present among and / or within the finely divided, superheated particle residues, the rapid reduction of all oxide forms of non-ferrous parent metals progressed well: and completely as without the oxide form of iron and. It- · ;. except, this reduction was highly selective oxy-. . ·. with the iron being reduced mainly to the wustite form only.

Edelleen havaittiin, että kun raudan kuormittamiseen *‘30 tarkoitettuja hienojakoisia ja ylikuumennettuja juoksut- . . teen hiukkasia ruiskutettiin jatkuvasti sopivia määriä • · · ** 1: koksikerroksen päälle yhdessä ylikuumennettujen hiukkasten « 1 ♦ *♦1 1 kanssa, jotka sisälsivät ei-rautametalleja ja rautaoksideja, ···»· ne reagoivat hyvin nopeasti wustiitin kanssa muodostaen .**‘35 sulaa rautasilikaattia tai raudan kalkkipitoista kuonaa.It was further found that when finely divided and superheated runs intended for iron loading * ‘30. . tea particles were continuously sprayed in appropriate amounts • · · ** 1: on top of the coke bed together with superheated particles «1 ♦ * ♦ 1 1 containing non-ferrous metals and iron oxides, ···» · they react very rapidly with wustite to form. ** '35 melts iron silicate or iron calcareous slag.

• · · *· · • 1 1 • · • · · i7 85878• · · * · · • 1 1 • · • · · i7 85878

Kuonan muodostuksen in situ yhdessä pelkistymisen kanssa koksin ohuessa kerroksessa havaittiin antavan hyvin pienen ei-rautametallien pitoisuuden kuonaan ja tämän vuoksi tekevän kuonan suoraan poisheitettäväksi. Kuona siivilöityi 5 koksikerroksen alle hyvin nopeasti ja ei-rautametallifaa- sin ja kuonan erottuminen oli erinomaista, koska käytännössä yhtään ei-rautametallifaasin palasta ei löydetty mekaanisesti kulkeutuneena kuonasta.The formation of slag in situ, together with the reduction in the thin layer of coke, was found to give a very low content of non-ferrous metals to the slag and therefore to make the slag directly discarded. The slag sieved under the 5 coke layers very quickly and the separation of the non-ferrous metal phase and the slag was excellent because practically no piece of non-ferrous metal phase was found to be mechanically migrated from the slag.

Vielä eräs hyvin yllättävä ja arvokas havainto oli, 10 että sen jälkeen kun wustiitti oli saatu rautaoksidin selektiivisellä pelkistyksellä ja sitten kuormitettu pii-pitoisella juoksutteella ja siivilöity koksikerroksen alle sulan kuonan muodossa, se ei enää ollut sopiva lisäpelkis-tykseen kuonan pinnalla kelluvan koksin avulla. Näin tapah-15 tui silloinkin, kun ruiskutus oli keskeytetty. Tämän odot tamattoman ilmiön tarkka mekanismi pysyy tällä hetkellä tuntemattomana, vaikka eräitä siihen todennäköisesti myötävaikuttavia tekijöitä voidaan mainita. Näitä ovat tosiasiat, että käytännössä (a) koksikerroksen alla oleva sula kylpy 20 pysyy suureksi osaksi liikkumattomana (b) vain pieni määrä koksia uppoaa kuonaan, koska koksikerros on ohut ja (c) lämpötila kuonan ja koksin rajapinnalla on suhteellisen matala (vastakohtana esimerkiksi sähkösulatusprosessille).Another very surprising and valuable finding was that after wustite was obtained by selective reduction of iron oxide and then loaded with silicon-containing flux and sieved under a coke bed in the form of molten slag, it was no longer suitable for further reduction by coke floating on the slag surface. This was the case even when the spraying was stopped. The exact mechanism of this unexpected phenomenon remains unknown at present, although some factors that are likely to contribute to it can be mentioned. These are the facts that in practice (a) the molten bath 20 under the coke bed remains largely immobile (b) only a small amount of coke sinks into the slag because the coke layer is thin and (c) the temperature at the slag-coke interface is relatively low (as opposed to e.g. .

!.· : Nämä ja mahdollisesti muut tekijät estävät wustiitin enem- • · · V : 25 män pelkitymisen kuonasta, mikä aikaansaa erinomaisen raudan erottumisen ei-rautametalleista.!. ·: These and possibly other factors prevent more reduction of wustite from the slag, which results in excellent iron separation from non-ferrous metals.

·· Yllä mainittuja havaintoja kuin myös muita prosessin • uusia piirteitä kuvataan jäljempänä tämän keksinnön eri toteutusmuotojen esimerkeissä. Koska tämä keksintö koskee 30 perusmetalleja sisältävien materiaalien suuren valikoiman . . prosessointia, sen kuvaus esitetään erikoisesimerkkien • · · yhteydessä, jotka edustavat ainakin joitakin näistä mate-*** * riaaleista. Prosessin olennaiset periaatteet kuvataan kui- *:·*: tenkin ensin käyttäen ei-rautametallien hienojakoisten 35 oksidien pelkistystä yksinkertaisesti sopivana kuvauksena.The above observations as well as other novel features of the process are described below in the Examples of various embodiments of the present invention. Because the present invention relates to a wide variety of base metal-containing materials. . processing, its description is given in the context of specific examples · · · representing at least some of these materials. However, the essential principles of the process are described first, using the reduction of fine oxides of non-ferrous metals simply as a suitable description.

•» # ie 85878• »# ie 85878

Yleisimmässä ja yksinkertaisimmassa muodossaan tämän keksinnön prosessi koostuu kolmesta jakamattomasta päävaiheesta, jotka tapahtuvat jatkuvasti ja samanaikaisesti samassa uunissa: (a) oksidien hienojakoisten hiukkasten 5 ylikuumentamisesta oleellisesti pelkistämättömässä korkean lämpötilan liekissä, (b) näiden ylikuumennettujen hiukkasten ruiskuttamisesta tai sadettamisesta rakeisen koksin ohuelle kerrokselle, joka kelluu metallien sulan kylvyn pinnalla ja (c) oksidien pelkistämisestä vastaaviksi metalleiksi 10 rakeisen koksin ohuessa kerroksessa.In its most general and simplest form, the process of the present invention consists of three indivisible main steps that take place continuously and simultaneously in the same furnace: metals on the surface of the molten bath; and (c) reduction of oxides to the corresponding metals in a thin layer of 10 granular coke.

Vaihe (a) suoritettiin seuraavalla tavalla viitaten piirroksen kuvioihin 2 A ja 2 B. Oksidien 11, polttoaineen 13 ja hapen 15 syöttö ruiskutetaan polttimen 17 läpi esilämmi-tettyyn uuniin 19. Polttoaineen ilmastussuhde syöttösuih-15 kussa pidetään kohtuullisen lähellä 100 %:a. Tämä aikaansaa kuvion 1 mukaisesti polttoaineen tehokkaimman polton. Liekissä olevien polttokaasujen pelkistyspotentiaali voi olla joko nolla, kun ilmastussuhde on 100 % tai suurempi tai se voi olla pieni arvo, kuten n. 0,05 - 0,10, mikä vas-20 taa lähes 95 %:n ilmastussuhdetta. Yleensä polttokaasujen pelkistyspotentiaali ei kuitenkaan ole suurempi tai pienempi kuin mikä se on metallin ja sen oksidin ja kaasufaasin esim. Ni-NiO-kaasufaasin samanaikaisen esiintymisen tasa- * · ··' : painolle. Näin ollen liekki on oleellisesti pelkistämätön .* : 25 metallioksidin suhteen ja voi pikemminkin olla vastaavaa metallia hapettava.Step (a) was performed as follows with reference to Figures 2A and 2B of the drawing. The feed of oxides 11, fuel 13 and oxygen 15 is injected through burner 17 into a preheated furnace 19. The aeration ratio of fuel in the feed jet 15 is kept reasonably close to 100%. This, according to Figure 1, provides the most efficient fuel combustion. The reduction potential of the flue gases in the flame can be either zero when the aeration ratio is 100% or higher, or it can be a small value, such as about 0.05 to 0.10, which corresponds to an aeration ratio of almost 95%. In general, however, the reduction potential of the combustion gases is not greater or less than what it is for the equilibrium weight of the simultaneous presence of the metal and its oxide and gas phase, e.g. the Ni-NiO gas phase. Thus, the flame is substantially non-reducing with respect to the metal oxide and may rather be oxidizing to the corresponding metal.

Polttoaineen määrän syöttösuihkussa määrää pelkis-tyssulatusprosessin kokonaislämpötasapaino, sillä käsitel-täessä oksidimateriaaleja polttoaineen poltossa syntynyt « » 30 lämpö on ylivoimaisesti tärkein energialähde, jota proses- ·, ; si vaatii. Yleensä polttoaineen määrän on oltava sellainen, • · 1..* että liekissä olevat oksidihiukkaset voidaan kuumentaa » · * · *. lämpötilaan, joka on merkittävästi korkeampi kuin pelkis- tetyn sulan metallin sulamispiste. Esimerkiksi nikkelioksidi 35 din kyseessä ollen polttoaineen määrän on oltava riittävä • · · • · » * >···>· m i: 19 85878 kuumentamaan liekissä olevat nikkelioksidihiukkaset lämpötilaan, joka on selvästi yli 1 450°C ja n. 1 600 - 1 800°C:n lämpötilat täyttävät tämän ehdon. Tällainen lämpötila saavutetaan helposti, sillä teoreettinen liekin lämpötila, joka 5 saadaan esimerkiksi metaanin (luonnonkaasun) poltosta ha- pella lähellä 100 % olevalla ilmastussuhteella (käyrä C kuviossa 1) on n. 1 000°C korkeampi.The amount of fuel in the feed jet is determined by the overall heat balance of the reduction smelting process, as the heat generated in the combustion of fuel materials during the treatment of oxide materials is by far the most important energy source to be processed. si requires. In general, the amount of fuel must be such that • · 1 .. * the oxide particles in the flame can be heated »· * · *. to a temperature significantly higher than the melting point of the reduced molten metal. For example, in the case of nickel oxide 35 din, the amount of fuel must be sufficient to heat the nickel oxide particles in the flame to a temperature well above 1,450 ° C and approx. 1,600 to 1,800 Temperatures of ° C meet this condition. Such a temperature is easily reached, since the theoretical flame temperature obtained, for example, from the combustion of methane (natural gas) with a aeration ratio close to 100% (curve C in Fig. 1) is about 1000 ° C higher.

Vaiheen (b) mukaisesti ylikuumennetut oksidihiukka-set ruiskutetaan tai sadetetaan liekistä 21 rakeisen koksin 10 23 ohuelle kerrokselle, joka kelluu sulan kylvyn 25 pinnal la. Ruiskutus on tämän keksinnön olennainen piirre. On toivottavaa, että ruiskutus peittää rakeisen koksin 23 ohuen kerroksen pinnasta 27 niin paljon kuin käytännössä on mahdollista ja että ylikuumennetut hiukkaset jakautuvat pin-15 nalle mahdollisimman tasaisesti. Toisaalta on suositeltavaa, että uunin 19 seinämät 29 ovat puhtaat ruiskusta. Tällä tavoin vältetään vaara, että joko muodostetaan tulenkestoi-sen materiaalin, kuten nikkelioksidin kerrostuma seinämille tai liuotetaan uunin seinämän tulenkestoisia osia alhaisen 20 sulamispisteen ja syövyttävällä materiaalilla, kuten kupari-oksidilla.According to step (b), the superheated oxide particles are sprayed or sprinkled from the flame 21 onto a thin layer of granular coke 10 23 floating on the surface 1a of the molten bath. Injection is an essential feature of this invention. It is desirable that the injection cover the surface 27 of the thin layer of granular coke 23 as much as practicable and that the superheated particles be distributed to the pin-15 as evenly as possible. On the other hand, it is recommended that the walls 29 of the furnace 19 be clean of the syringe. In this way, the risk of either forming a layer of refractory material such as nickel oxide on the walls or dissolving the refractory portions of the furnace wall with a low melting point and corrosive material such as copper oxide is avoided.

Kuvion 2 B yksinkertaistettu kaavio esittää laitteistoa, joka sisältää kaksi poltinta 17, jotka on sijoitettu • · ···* : suunnilleen vaakasuoraan sillä tavoin, etteivät polttimien : 25 liekit 21 häiritse toisiaan. Ylikuumennetut hiukkaset pu- toavat pois liekeistä 21 koksikerrokselle 23 painovoimasta johtuen, kun taas polttokaasut erotetaan hiukkasista ja : : : suunnataan ylöspäin.The simplified diagram of Fig. 2B shows an apparatus comprising two burners 17 arranged • • approximately horizontally in such a way that the flames 21 of the burners: 25 do not interfere with each other. The superheated particles fall out of the flames 21 onto the coke layer 23 due to gravity, while the combustion gases are separated from the particles and directed upwards.

:Y: On olemassa lukuisia tapoja aikaansaada ylikuumennet- 30 tujen hiukkasten tasainen ruiskutus ja jakaminen koskiker- : rokselle 23. Polttimia 17 voidaan esimerkiksi heiluttaa * »♦ pystytasossa ja/tai vaakatasossa tai ne voivat suorittaa mitä tahansa muunlaisia liikkeitä, joilla on ennalta määrät-ty liikerata ja joista on hyötyä prosessille. Edelleen ne 35 voidaan asentaa uunin kattoon 31 päätyseinämien 29 tai sivu- 2o 85878 seinämien 28 sijasta ja ne voivat olla kiinteitä tai liikkuvia liikkuen pitkin seinämiä 29 tai kattoa 31. Itse uunilla 1 9 voi olla mikä tahansa konfiguraatio, esimerkiksi pyöreä polttimien 17 ollessa sijoitettu synnyttämään saman-5 lainen pyörre kuin Inred-prosessissa käytetty tai uuni 19 voi pyöriä samalla tavoin kuin ylhäältä puhaltava pyörivä konvertteri. Muutkin konfiguraatiot ovat mahdollisia.: Y: There are numerous ways to achieve uniform spraying and distribution of the superheated particles on the contact layer 23. For example, the burners 17 can be rocked * »♦ vertically and / or horizontally or they can perform any other type of movement with predetermined work and which are useful for the process. Furthermore, they 35 may be mounted on the furnace ceiling 31 instead of the end walls 29 or side walls 28878 28 and may be fixed or movable moving along the walls 29 or the roof 31. The furnace 19 itself may have any configuration, for example a circular burners 17 arranged to produce a vortex of the same type as that used in the Inred process or oven 19 can rotate in the same manner as a top-blowing rotary converter. Other configurations are possible.

Kaikkien näiden ja muiden mahdollisten uuni- ja poltin-konfiguraatioiden katsotaan olevan tämän keksinnön piirissä 10 edellyttäen, että tämän keksinnön prosessi suoritetaan siinä.All of these and other possible furnace and burner configurations are considered to be within the scope of this invention, provided that the process of this invention is performed therein.

Oksidien 11 pelkistys, vaihe (c) tapahtuu rekaisen koksin 23 ohuessa kerroksessa, joka kelluu sulan kylvyn 25 pinnalla. Tämän vaiheen onnistuminen riippuu tasapainosuh-15 teen aikaansaamisesta pelkistysnopeuden, koksikerrokseen tapahtuvan lämmönsiirron nopeuden ja pelkistyksen metallien koksikerroksen läpi tapahtuvan siivilöitymisen nopeuden välillä.The reduction of the oxides 11, step (c) takes place in a thin layer of slag coke 23 floating on the surface of the molten bath 25. The success of this step depends on achieving an equilibrium relationship between the rate of reduction, the rate of heat transfer to the coke bed, and the rate of sieving of the reduction metals through the coke bed.

Pelkistysnopeus riippuu ei-rautametallioksidien 11 20 luonteesta ja niiden koksikerrokselle 23 ruiskutettujen hiukkasten koosta. Esimerkiksi nikkelioksidia on vaikeampi pelkistää kuin kuparioksidia, koska nikkelioksidilla ja nikkelimetallilla on hyvin korkeat sulamispisteet (n. 1 960 * * * Λ ···* : ja n. 1 450°C samassa järjestyksessä) , sulalla nikkelillä • · · • · · .* 25 on suhteellisen pieni Huokoisuus happeen (ja hiileen) jaThe reduction rate depends on the nature of the non-ferrous metal oxides 11 20 and the size of the particles injected onto their coke layer 23. For example, nickel oxide is more difficult to reduce than copper oxide because nickel oxide and nickel metal have very high melting points (about 1,960 * * * Λ ··· *: and about 1,450 ° C in the same order), molten nickel • · · • · ·. * 25 has a relatively low porosity for oxygen (and carbon) and

Ni-NiO-kaasufaasitasapainon pelkistyspotentiaali on huo- ..*·* mattavasti suurempi kuin kuparilla. Lisäksi sulan nikkelin *.j|: siivilöitymisnopeus koksikerroksen läpi on pienempi kuin :*:*· kuparimetallilla, koska nikkelin pintajännitys on paljon • · _ 30 suurempi kuin kuparin (n. 19 mN/cm 1 550°C:ssa ja .·, · 13 mN/cm 1 100°C:ssa samassa järjestyksessä.The reduction potential of the Ni-NiO gas phase equilibrium is considerably higher than that of copper. In addition, the sieving rate of molten nickel * .j |: through the coke bed is lower than: *: * · for copper metal, because the surface tension of nickel is much higher than that of copper (approx. 19 mN / cm at 1 550 ° C and. ·, · 13 mN / cm at 1 100 ° C in the same order.

• ··• ··

Ihannetapauksessa yllä mainittu tasapainosuhde • · · *. merkitsee, että annetulla pelkistysnopeudella lämmönsiirron *:**· ja siivilöitymisnopeuden on oltava riittävän suuret niin, ··· :>#^35 että pelkistetty metalli saadaan sulassa tilassa ja se ; ·· · f' • · · t- • · • · m » ^Ideally, the above equilibrium ratio • · · *. means that at the given reduction rate the heat transfer *: ** · and the sieving rate must be high enough so that ···:> # ^ 35 that the reduced metal is obtained in the molten state and it; ·· · f '• · · t- • · • · m »^

HB

i il 21 85878 siivilöityy nopeasti koksikerroksen 23 alapuolelle. Ellei tämä suhde ole tasapainossa, rakeinen hiili joutuu kiinteän oksidin ja kiinteän metallin seoksen ympäröimäksi, mikä johtaa sintterin muodostumiseen, joka on luonteenomainen 5 Inred-prosessille eikä tämän keksinnön prosessille. Koska sintteri on este lämmönsiirrolle, sen muodostuminen kaataa tämän prosessin: sintterikerroksesta tulee vähitellen paksumpi, sula kylpy jähmettyy ja tämän seurauksena koko prosessi pysähtyy täydellisesti.i il 21 85878 rapidly sieves below the coke layer 23. If this ratio is not in equilibrium, the granular carbon will be surrounded by a mixture of solid oxide and solid metal, resulting in the formation of a sinter that is characteristic of the Inred process and not of the process of this invention. As sinter is an obstacle to heat transfer, its formation overturns this process: the sinter layer gradually becomes thicker, the molten bath solidifies and as a result the whole process stops completely.

10 Tässä prosessissa lämpö siirtyy koksikerrokseen 23 pääasiassa ylikuumennettujen, kondensoituneiden hiukkaisten avulla, joita sen päälle ruiskutetaan, ja säteilyllä liekistä ja uunin seinämistä. Jos yllä esitetyssä nikkeli-oksidia koskevassa esimerkissä koksikerrosta 23 pidetään 15 n. 1 500°C:ssa ja nikkelioksidihiukkaset kuumennetaan liekissä 1 600-1 800°C:n lämpötilaan, lämmön osuus, joka siirretään pelkistysvyöhykkeeseen ylikuumennettujen kiinteiden nikkelioksidihiukkasten mukana, on n. 60 - 70 %. Loppuosa lämmöstä, joka vaaditaan NiO:n pelkistyksen endotermi-20 seen prosessiin ja pelkistetyn nikkelimetallin sulatukseen sekä pelkistyksen kaasumaisten tuotteiden kuumentamiseen, tulee koksikerrokseen säteilynä. Tämän keksinnön mukaisesti ei ole toivottavaa, että polttokaasujen konvektio näyttelee · tärkeää osaa lämmönsiirrossa pelkistysvyöhykkeeseen, koska '25 tämä johtaa koksikerroksen 23 liialliseen kaasuntumiseen ja : huonontaa pelkistysprosessin olosuhteita. Tästä syystä .:. kaasut erotetaan vyöhykkeestä. Prosessin suorittamisella . lähellä 100 % olevalla ilmastussuhteella liekissä aikaan- saadaan paras polttoainehyötysuhde korkeimmalla teoreetti-30 sella liekin lämpötilalla, mikä puolestaan edistää parasta mahdollista lämmönsiirtoa säteilemällä.In this process, heat is transferred to the coke layer 23 mainly by means of superheated, condensed particles which are sprayed on it and by radiation from the flame and the walls of the furnace. If, in the nickel oxide example above, the coke layer 23 is maintained at about 1,500 ° C and the nickel oxide particles are heated in a flame to 1,600-1,800 ° C, the proportion of heat transferred to the reduction zone with the superheated solid nickel oxide particles is 60. - 70%. The remainder of the heat required for the endothermic process of the reduction of NiO and the smelting of the reduced nickel metal, as well as for the heating of the gaseous products of the reduction, enters the coke bed as radiation. According to the present invention, it is not desirable for the convection of the flue gases to play an important role in the heat transfer to the reduction zone, since this leads to excessive gasification of the coke bed 23 and worsens the conditions of the reduction process. For this reason .:. the gases are separated from the zone. By completing the process. with an aeration ratio close to 100% in the flame, the best fuel efficiency is obtained at the highest theoretical flame temperature, which in turn promotes the best possible heat transfer by radiation.

• · · *· *· Pelkistysnopeus luonnollisesti kasvaa suoritettaes- • · · i * · V* sa prosessi korkeammassa lämpötilassa. Toisaalta pelkistys- ··**: nopeutta voidaan myös parantaa kun pelkistyssulatettavat .**’.35 materiaalit koostuvat hiukkasista, joilla on kohtuullisen * * · Λ » 22 85378 pieni koko. Pelkistysnopeus on suurin, kun koksikerok-selle 23 ruiskutettavat ylikuumennetut kondensoituneet hiukkaset ovat sulia, kuten asianlaita on esimerkiksi kuparioksidilla (päinvastoin kuin nikkelioksidilla).• · · * · * · The reduction rate naturally increases as the process is performed at a higher temperature. On the other hand, the reduction · · ** **: the speed can also be improved when the reduction smelters. ** ’. 35 materials consist of particles with a reasonably small size * * · Λ» 22 85378. The reduction rate is highest when the superheated condensed particles injected into the coke layer 23 are molten, as is the case, for example, with copper oxide (as opposed to nickel oxide).

5 Niinikään lämmön osuus, joka siirretään pelkistysvyöhykkee seen ylikuumennettujen hiukkasten mukana, kun ne ovat sulia, kasvaa jopa n. 80 - 95 %:iin riippuen liekin lämpötilasta.5 Likewise, the proportion of heat transferred to the reduction zone with the superheated particles when they are molten increases up to about 80-95% depending on the flame temperature.

Kun lämmönsiirto on riittävä, pelkistys- ja sulamis-nopeus voi tulla suuremmaksi kuin siivilöitymisnopeus.When the heat transfer is sufficient, the reduction and melting rate may become higher than the sieving rate.

10 Tässä tapauksessa siivilöitymisestä voi tulla koko prosessin rajoittava tekijä. Havaittiin, että siivilöitymisnopeus kiihtyy pinta-aktiivisten aineiden läsnäollessa, niiden joukossa rikki ja happi. Hyvin pienet pitoisuudet näitä aineita laskevat dramaattisesti ei-rautametallien ja 15 -lejeerinkien pintajännitystä ja tämän vuoksi ne myötävai kuttavat siivilöitymisnopeuden paranemiseen.10 In this case, sieving can become a limiting factor in the whole process. It was found that the sieving rate is accelerated in the presence of surfactants, including sulfur and oxygen. Very low concentrations of these substances dramatically reduce the surface tension of non-ferrous metals and 15 alloys and therefore contribute to an improvement in the sieving rate.

Ei-rautametallioksidien pelkistyksen seurauksena (vaihe (c) yllä) kuluu jonkin verran koksia ja kaasufaasi, joka koostuu CC^sta ja CO:sta, purkautuu koksikerroksesta. 20 Pelkistysreaktioiden kuluttaman rakeisen koksin täydentä miseksi kiinteää raemaista hiilipitoista materiaalia syötetään pelkistysvyöhykkeeseen. Tämä voidaan tehdä lukuisilla tavoilla ja kaksi mahdollista vaihtoehtoa on kuvattu kuviossa 2.As a result of the reduction of the non-ferrous metal oxides (step (c) above), some coke is consumed and the gas phase consisting of CCl 4 and CO is discharged from the coke bed. To replenish the granular coke consumed by the reduction reactions, solid granular carbonaceous material is fed to the reduction zone. This can be done in a number of ways and two possible alternatives are illustrated in Figure 2.

":25 Toinen vaihtoehdoista on syöttää hiilipitoista . materiaalia 33 uunin katon 31 läpi syöttösuihkuihin (lie kit 21). Toinen tapa on syöttää tämä materiaali syöttö-seoksen kanssa polttimien 17 läpi. Molemmissa tapauksissa .1 hiilipitoinen materiaali 33 jakautuu melko tasaisesti koksi- • 30 kerrokselle 23. Koska tällä materiaalilla on tämän keksin nön mukaisesti hiukkaskoko välillä n. 5 - 25 mm, vain pieni v osa siitä palaa kulkiessaan liekin 21 läpi ja pudotessaan · koksikerrokselle 23. Tämä koskin palamismäärä voidaan ottaa —: huomioon säätämällä hapen 15 ja polttoaineen 13 määrää niin, .-35 että ilmastussuhde liekissä pysyy prosessin vaatimalla ta solla.": 25 One of the alternatives is to feed carbonaceous material 33 through the furnace roof 31 to the feed jets (lie kit 21). Another way is to feed this material with the feed mixture through the burners 17. In both cases .1 the carbonaceous material 33 is fairly evenly distributed. Since this material has a particle size between about 5 and 25 mm according to the present invention, only a small portion of it burns as it passes through the flame 21 and falls into the coke layer 23. This amount of combustion can be taken into account by adjusting the oxygen 15 and fuel 13. dictates that the aeration ratio in the flame remains at the level required by the process.

i, 23 85878i, 23 85878

Koksikerroksesta 23 purkautuva hiilimonoksidi voidaan jälkipolttaa uunissa 19. Tämä voidaan suorittaa joko syöttämällä sekundäärihappea 3 ja/tai ilmaa kuviossa 2 esitetyllä tavalla tai säätämällä polttoaineen ilmastussuhde yli 5 100 %:iin sen mukaan, mitä vaaditaan hiilimonoksidin jälki- polttamisen loppuunsaattamiseen. Jälkipoltto myötävaikuttaa kokonaislämpötasapainoon, mikä johtaa polttoaineen kulutuksen pienenemiseen edelleen.The carbon monoxide discharged from the coke bed 23 can be post-combusted in the furnace 19. This can be done either by supplying secondary oxygen 3 and / or air as shown in Figure 2 or by adjusting the fuel aeration ratio to more than 100% as required to complete carbon monoxide post-combustion. Afterburning contributes to the overall heat balance, leading to a further reduction in fuel consumption.

Esimerkki 1 10 Valmistettiin nikkeli-kuparilejeerinki käyttäen nikkelin ja kuparin teollisesti tuotettujen oksidien seosta. Seos sisälsi p-%:ina: 35,1 Ni, 39,3 Cu, 3,9 Fe ja 0,5 Co. Seoksen hiukkaskokojakautuma oli seuraava: koko, mm +212 -212+150 -150+75 -75+38 -38 15 p-% ' 0 26 T6 38 20 Tätä seosta ruiskutettiin jatkuvasti luonnonkaasun ja hapen kanssa vesijäähdytteisen polttimen läpi uuniin, joka oli esilämmitetty haluttuun lämpötilaan. Kokeiden aikana uuni toimi autogeenisesti. Tämän saavuttamiseksi sitä kuumennet-20 tiin ulkoapäin, mutta vain siinä määrin kuin oli tarpeen lämpöhäviöiden estämiseksi (kompensoimiseksi) uunista sen seinämien, pohjan ja katon läpi. Näin ollen uuni oli olennaisesti adiabaattinen ja tämän vuoksi lämpö, jota vaadit-tiin siinä suoritettavaan pelkistyssulatusprosessiin, ke-25 hitettiin kokonaan uunin sisällä polttamalla polttoaineen ja hapen seosta, jonka kanssa oksidiseosta ruiskutettiin.Example 1 A nickel-copper alloy was prepared using a mixture of industrially produced oxides of nickel and copper. The mixture contained 35% by weight: 35.1 Ni, 39.3 Cu, 3.9 Fe and 0.5 Co. The particle size distribution of the mixture was as follows: size, mm +212 -212 + 150 -150 + 75 -75 + 38 -38 15 wt% '0 26 T6 38 20 This mixture was continuously injected with natural gas and oxygen through a water-cooled burner into a preheated furnace to the desired temperature. During the experiments, the oven operated autogenously. To achieve this, it was heated externally, but only to the extent necessary to prevent (compensate) for heat loss from the furnace through its walls, bottom and roof. Thus, the furnace was substantially adiabatic and therefore the heat required for the reduction-smelting process performed therein was completely quenched inside the furnace by burning the mixture of fuel and oxygen with which the oxide mixture was injected.

Syöttö suihkutettiin uunitilan yläosaan, joka toimi polttovyöhykkeenä. Uunin alaosa polttovyöhykkeen alapuolella sisälsi vastaanottoupokkaan. Oksidisyötön kuumat hiukka-30 set putosivat syöttösuihkusta (liekki) alaspäin kerättä väksi talteen vastaanottoupokkaan, kun taas kuumat poltto-kaasut (jäte) poistettiin uunitilasta uunin katossa olevan pystykanavan läpi.The feed was sprayed onto the top of the furnace chamber, which served as a combustion zone. The lower part of the furnace below the combustion zone contained a receiving crucible. The hot particles from the oxide feed fell downwards from the feed jet (flame) to collect in the receiving crucible, while the hot combustion gases (waste) were removed from the furnace space through a vertical duct in the furnace roof.

Nikkeli-kuparilejeeringin valmistus suoritettiin '35 95 %:sella polttoaineen ilmastussuhteella, mikä vastaa 24 85878 polttokaasujen pelkistyspotentiaalia n. 0,07 (kts. piirroksen sivu 1). Tämä pelkistyspotentiaali on alempi kuin mitä nikkelioksidin pelkistyksellä vaaditaan lämpötiloissa, joita tässä kokeessa käytettiin (kts. alla) ja tämän vuoksi 5 nikkelioksidin pelkistys ei ollut termodynaamisesta mahdol linen liekissä. Toisaalta kuprikuparioksidi, jota oli n.The production of the nickel-copper alloy was carried out with a '35 95% fuel aeration ratio, which corresponds to a reduction potential of 24 85878 flue gases of about 0.07 (see page 1 of the drawing). This reduction potential is lower than that required for nickel oxide reduction at the temperatures used in this experiment (see below) and therefore nickel oxide reduction was not thermodynamically possible in the flame. On the other hand, copper-copper oxide, which was approx.

4 9 p-% oksidiseoksesta, on termodynaamisesta epästabiili korkeassa lämpötilassa. Se dissosioituu ilma-atmorfäärissä n. 1 020°C:ssa seuraavasti: 10 2 CuO CU2O + 0,5 C>24 9% by weight of the oxide mixture, is thermodynamic unstable at high temperature. It dissociates in the air atmosphere at about 1 020 ° C as follows: 10 2 CuO CU2O + 0.5 C> 2

Dissosioitumishapen paine selvästi yli 1 400°C:n liekin lämpötiloissa on useata kertaluokkia suurempi kuin 100 kPa. Yhdessä esitetystä dissosioitumisreaktiosta saadun hapen, 15 joka reaktio tapahtuu korkeassa lämpötilassa käytännössä nolla-ajassa, on katsottava osallistuvan suoraan poltto-prosessiin ja tämän vuoksi tämä happi lisätiin kaasumaiseen happeen laskettaessa ja asetettaessa yllä mainittua 95 %:n ilmastusta.The pressure of the dissociating oxygen at flame temperatures well above 1,400 ° C is several orders of magnitude higher than 100 kPa. Oxygen from one of the dissociation reactions shown, which takes place at a high temperature in virtually zero time, is considered to be directly involved in the combustion process and therefore this oxygen was added to the gaseous oxygen when calculating and setting the above 95% aeration.

20 Näin ollen tässä operaatiossa luonnonkaasun ja kaasumaisen hapen syötöt asetettiin n. 7,0 ja 20 p-%:iin kiinteästä syötöstä samassa järjestyksessä ja kiinteän aineen syöttönopeus oli 9,7 kg/h.Thus, in this operation, the feeds of natural gas and gaseous oxygen were set to about 7.0 and 20% by weight of the solid feed, respectively, and the solids feed rate was 9.7 kg / h.

Ennen kuin ajo aloitettiin 4,6 kg:n nikkeli-kupari-25 lejeerinkipohjaseos esisulatettiin vastaanottoupokkaasta käyttäen n. 3 cm paksua hiilimurskakerrosta (pelkistin) sen pinnalla. Kokeen aikana koksikerroksen paksuutta pidettiin n. 2 - 4 emissä lisäämällä koksia uunin katon kautta.Before starting the run, a 4.6 kg nickel-copper-25 alloy base alloy was pre-melted from the receiving crucible using an approximately 3 cm thick layer of crushed coal (reducing agent) on its surface. During the experiment, the thickness of the coke layer was kept at about 2 to 4 feet by adding coke through the furnace roof.

Kiinteä syöttö sisälsi rikkiä sisältävän materiaalin 30 lisäyksen, jonka määrä oli 7,5 p-% oksidiseoksesta, jotta taattaisiin hyvä metallituotteen siivilöitymisnopeus koksin läpi. Rikkiä sisältävän materiaalin koostumus oli painoprosenteissa:The solid feed contained the addition of sulfur-containing material 30 in an amount of 7.5% by weight of the oxide mixture to ensure a good rate of sieving of the metal product through the coke. The composition of the sulfur-containing material was by weight:

Cu Ri Co Fe S SO^ •35 15,6 56,2 0,98 2,6 16,0 1,76 25 85878Cu Ri Co Fe S SO 2 • 35 15.6 56.2 0.98 2.6 16.0 1.76 25 85878

Hiilimurskalla, jota käytettiin ajossa, oli seuraava koostumus painoprosenteissa:The coal crush used in the run had the following composition in weight percent:

C CC C

kokonais sidottu S Haihtuvat Tuhka H20 89,3 89,2 0,47 2,42 8,11 0,28 5 Hiukkasjakauma oli seuraava: koko, mm -13.5+4,75 -4,75+2,36 -2,36+1,7 -1,7 p—% 28,9 48,6 12,3 10,2total bound S Volatile Ash H 2 O 89.3 89.2 0.47 2.42 8.11 0.28 5 The particle size distribution was as follows: size, mm -13.5 + 4.75 -4.75 + 2.36 -2.36 +1.7 -1.7 wt% 28.9 48.6 12.3 10.2

Koksituhka sisälsi painoprosenteissa:Coke ash contained, by weight:

Fe Si02 AI2®3 MgO CaOFe SiO2 Al2®3 MgO CaO

10 7,4 54,5 25,6 5,1 1,9 Tämä tuhka on erittäin tulenkestoista materiaalia, joka on tehtävä juoksevaksi, jotta vältettäisiin sen kertyminen ja siihen liittyvä metallin siivilöitymisen hidastuminen kok-15 sin läpi. Tämä saavutettiin muodostamalla helposti sulava, pieniviskoosinen kuona. Näin ollen juoksutetta, joka sisälsi painoprosenteissa 75 % CaO ja 25 % CaF2 lisättiin kiinteään syöttöön määrä, joka vastasi 65 p-% tuhkasta Si02 + A^2°3 + + Ca0 ^P“% pelkisteyksen kuluessa käyte- 20 tystä koksista. Tuloksena olevalla lietteellä arveltiin olevan seuraava koostumus painoprosenteissa: 34 % CaO +10 7.4 54.5 25.6 5.1 1.9 This ash is a highly refractory material that must be made flowable to avoid its accumulation and the associated slowing of the sieving of the metal through the coke. This was achieved by forming an easily digestible, low viscosity slag. Thus, a flux containing 75% by weight of CaO and 25% of CaF2 by weight was added to the solid feed in an amount corresponding to 65% by weight of ash SiO 2 + A 2 ° 3 + + CaO 2 P% of the coke used during the reduction. The resulting slurry was estimated to have the following composition in weight percent: 34% CaO +

MgO, 3,8 % Si02, 18 % ja 10 % CaF,,. Tällä kuonalla on nesteytymislämpötila alle 1 250°C ja viskositeetti alle -·- 0,2 Pa . s 1 400°C:ssa. Tämän kuonan nesteytymislämpötila .25 ja viskositeetti laskevat oleellisesti, kun kuonan rauta- sisältö FeO:n muodossa kasvaa.MgO, 3.8% SiO 2, 18% and 10% CaF 2. This slag has a liquefaction temperature below 1,250 ° C and a viscosity below - · - 0.2 Pa. s at 1,400 ° C. The liquefaction temperature and viscosity of this slag decrease substantially as the iron content of the slag in the form of FeO increases.

Yllä kuvattua kiinteää syöttöä syötettiin uuniin 1,5 tunnin ajan. Yllä mainittu 9,7 kg/h:n syöttönopeus 2 vastasi n. 20 t/m päivässä laskettuna koksikerroksen poik-30 kileikkauksen pinta-alasta vastaanottoupokkaan sisällä.The solid feed described above was fed into the oven for 1.5 hours. The above-mentioned feed rate 2 of 9.7 kg / h corresponded to about 20 t / m per day, calculated from the cross-sectional area of the coke layer inside the receiving crucible.

Kokeen aikana jätekaasun lämpötila oli 1 470 - 1 480°C, lämpötila vastaanottoupokkaan yläpuolella oli 1 480 -1 500°C ja lämpötila upokkaan pohjan sisäpuolella oli n.During the experiment, the temperature of the waste gas was 1,470 to 1,480 ° C, the temperature above the receiving crucible was 1,480 to 1,500 ° C, and the temperature inside the bottom of the crucible was n.

1 440°C.1440 ° C.

26 8587826 85878

Ajon päätyttyä nestemäisestä pelkistetystä metallista otettiin tappinäytteitä. Metalli sisälsi painoprosenteissa :At the end of the run, pin samples were taken from the liquid reduced metal. The metal contained by weight:

Cu Ni Co Fe S O CCu Ni Co Fe S O C

5 46,9 49,0 0,078 2,67 0,67 0,03 0,02 Näin ollen osoitettiin, että olennaisesti täydellinen pelkistys saavutettiin käyttäen tämän keksinnön menetelmää. Tässä kokeessa koksin kulutus oli n. 9 p-% oksidi-syötöstä. Tämä kulutus merkitsee suunnilleen 25 %:n 10 ylimäärää verrattuna määrään,joka vaadittiin stökiömetri- sesti oksidien pelkistykseen. Jätekaasut sisälsivät pieniä H2~ ja CO-pitoisuuksia pelkistyspotentiaalin ollessa välillä vain 0,10 - 0,15.5 46.9 49.0 0.078 2.67 0.67 0.03 0.02 Thus, it was shown that substantially complete reduction was achieved using the method of this invention. In this experiment, the consumption of coke was about 9% by weight of the oxide feed. This consumption represents an excess of approximately 25% 10 compared to the amount required stoichiometrically for the reduction of the oxides. The waste gases contained low concentrations of H2 and CO with a reduction potential between only 0.10 and 0.15.

Esimerkki 2 15 Tämä esimerkki osoittaa, että tämän keksinnön pro sessi voidaan menestyksellä suorittaa polttoaineen ilmas-tussuhteella, joka on hieman yli 100 %.Example 2 This example demonstrates that the process of this invention can be successfully performed with a fuel aeration ratio of just over 100%.

Tässä operaatiossa kiinteällä syötöllä oli tarkalleen sama koostumus kuin esimerkissä 1, mutta polttoaineen 20 ilmastussuhde oli 118 %, ts. enempää nikkeli- kuin kupari- metalliakaan ei voinut muodostua itse liekissä, koska se sisälsi vapaata happea. Luonnonkaasun ja kaasumaisen hapen syötöt asetettiin n. 7 ja 26 p-%:iin kiinteästä syötöstä samassa järjestyksessä ja kiinteän aineen syöttönopeus oli 25 10 kg/h tai 21 t/m päivässä. Samaa hiilimurskaa käytettiin pelkistimenä ja koksikerroksen paksuutta pidettiin n.In this operation, the solid feed had exactly the same composition as in Example 1, but the aeration ratio of the fuel 20 was 118%, i.e. neither nickel nor copper metal could be formed in the flame itself because it contained free oxygen. The feeds of natural gas and gaseous oxygen were set to about 7 and 26% by weight of the solid feed, respectively, and the feed rate of the solid was 25 10 kg / h or 21 t / m per day. The same coal crush was used as a reducing agent and the thickness of the coke bed was kept at n.

3-5 emissä samalla tavoin kuin esimerkissä 1. Kokeen aikana jätekaasun lämpötila oli n. 1 500°C, lämpötila vastaan-ottoupokkaan yläpuolella oli n. 1 510°C ja lämpötila upok-30 kaan pohjan sisäpuolella oli n. 1 425°C.3-5 in the same manner as in Example 1. During the experiment, the temperature of the waste gas was about 1,500 ° C, the temperature above the receiving crucible was about 1,510 ° C and the temperature inside the bottom of the crucible was about 1,425 ° C.

. . Ajon päätyttyä nestemäisestä pelkistetystä metallis- ta otettiin tappinäyte. Metalli sisälsi painoprosenteissa:. . At the end of the run, a pin sample was taken from the liquid reduced metal. The metal contained by weight:

Cu Ni Fe S O CCu Ni Fe S O C

44,3 50,2 3,95 0,73 0,04 0,07 i: '35 27 8 5 8 78 Tässä kokeessa koksin kulutus oli n. 11 p-% oksidisyötöstä ja jätekaasun pelkistyspotentiaali oli välillä 0,01 - 0,05. On ilmeistä, että tässä kokeessa tapahtui huomattavaa koksi-kerroksesta kohoavan CO:n jälkipolttoa, mikä johti paljon 5 pienempään jätekaasujen pelkistyspotentiaaliin sekä vähäi seen jätekaasuun lämpötilan (polttovyöhyke) ja heti vas-taanottoupokkaan yläpuolella olevan lämpötilan (pelkistys-vyöhyke) nousuun verrattuna vastaaviin arvoihin esimerkissä 1 .44.3 50.2 3.95 0.73 0.04 0.07 i: '35 27 8 5 8 78 In this experiment, the consumption of coke was about 11% by weight of the oxide feed and the reduction potential of the waste gas was between 0.01 and 0, 05. It is evident that in this experiment there was a significant post-combustion of CO rising from the coke bed, which resulted in a much lower waste gas reduction potential as well as a low waste gas temperature (combustion zone) and a temperature immediately above the receiving crucible (reduction zone). 1.

10 Vertailukokeet10 Comparative experiments

Vastakohtana esimerkeissä 1 ja 2 saaduille hyville tuloksille erittäin huonot tulokset saatiin, kun yritettiin liekkipelkistystä käyttäen n. 65 %:n ja 55 %:n polttoaineen ilmastussuhteita. 65 %:n polttoaineen ilmastuksella saatiin 15 ei-juokseva tuote, vaikka tuotteen pintalämpötila oli 1 440 - 1 450°C. Pöly- ja upotustuotteet otettiin talteen seuraavin analyysein painoprosentteina:In contrast to the good results obtained in Examples 1 and 2, very poor results were obtained when flame reduction was attempted using aeration ratios of about 65% and 55% fuel. Aeration of 65% fuel gave 15 non-flowable products, although the surface temperature of the product was 1,440-1,450 ° C. Dust and immersion products were recovered by the following analyzes as weight percentages:

Ni Cu Co Fe ONi Cu Co Fe O

Upokastuote 45,9 42,0 0,59 2,36 9,51 20 Pöly 9,07 76,8 0,13 8,70 4,32 XRD-analyysi osoitti, että upokastuote oli pääasiassa : kupari-nikkelilejeeringin ja nikkelioksidin seos, kun taas pöly oli kupari-nikkelilejeeringin, kuprokuparioksidin ja ferriitin seos. Sekoitetun oksididyötön kokonaispelkistys-. 25 aste oli vain 66 %.Crucible product 45.9 42.0 0.59 2.36 9.51 20 Dust 9.07 76.8 0.13 8.70 4.32 XRD analysis showed that the crucible product was mainly: a mixture of copper-nickel alloy and nickel oxide; while the dust was a mixture of copper-nickel alloy, copper-copper oxide, and ferrite. Total reduction of the mixed oxide feed. The 25 degree was only 66%.

Toinen liekkipelkistyskoe suoritettiin sitten n.A second flame reduction experiment was then performed n.

55 %:n polttoaineen ilmastussuhteella. Vaaditun polttoaineen kulutuksen tällä ilmastuksella laskettiin olevan 22 % metaania kiinteän syötön painosta. Kiinteän aineen syöttönopeus 30 oli 8,8 kg/h samalla, kun kaikki muut olennaiset parametrit pysyivät olennaisesti samoina kuin aikaisemmassa liekki-pelkistyskokeessa.With a fuel aeration ratio of 55%. The required fuel consumption with this aeration was calculated to be 22% methane by weight of the solid feed. The solids feed rate 30 was 8.8 kg / h while all other essential parameters remained essentially the same as in the previous flame reduction experiment.

Tämän kokeen päätyttyä imutappinäytteitä ei voitu saada, koska upokkaan sisältö ei taaskaan ollut juokseva.At the end of this experiment, suction pin samples could not be obtained because the contents of the crucible were again not flowable.

35 Upokastuote, josta näyte otettiin poraamalla ja pöly 28 85878 sisälsivät 5,0 ja 4,5 % happea samassa järjestyksessä. Kokonaispelkistysaste oli 75 %. XRD-analyysi osoitti, että kupari-nikkelilejeeringin lisäksi upokastuote sisälsi nikkelioksidia ja pöly sisälsi kuprokuparioksidia ja fer-5 riittiä, ts. toisessa kokeessa saatujen lopullisten materi aalien faasikoostumus oli sama kuin ensimmäisessä.35 Crucible product sampled by drilling and dust 28 85878 contained 5.0 and 4.5% oxygen, respectively. The overall reduction rate was 75%. XRD analysis showed that in addition to the copper-nickel alloy, the crucible product contained nickel oxide and the dust contained copper-copper oxide and fer-5 rite, i.e., the phase composition of the final materials obtained in the second experiment was the same as in the first.

Näin ollen kokeellisesti osoitettiin, että jopa vain 55 %:n ilmastussuhteella nikkeli- ja kuparioksidin pelkistystä ei kyetty saattamaan lopouun liekissä. Lisäksi 10 65 %:n ja 55 %:n ilmastussuhteilla polttoaineen kulutukset, joita vaaditaan riittävän prosessilämpötilan ylläpitämiseen, ovat samassa järjestyksessä 2,3 ja 3,7 kertaa suuremmat kuin polttoaineen kulutus 100 %:n ilmastussuhteella. Voitaisiin ehkä sanoa, että paljon hienommalla oksidin hiukkaskoolla 15 ja noin 45 %:n ilmastussuhteella voitaisiin saavuttaa pal jon parempi liekkipelkistysaste, koska pelkistyspotentiaali tällä ilmastuksella olisi lähes kaksinkertainen verrattuna potentiaaliin 55 %:n ilmastuksella (kuvio 1). Polttoaineen kulutus oli tällöin kuitenkin n. 9 kertaa polttoaineen 20 kulutus 100 %:n ilmastusuhteella, ts. n. 56 p-% yllä ole vassa esimerkissä käytetystä oksidisyötöstä. Lisäki tuotettaisiin valtava tilavuusmäärä jätekaasuja painoyksikköä kohti kiinteää syöttöä, mikä johtaa hyvin suureen pölymäärään. Lopuksi poistokaasuihin jäisi määräävä osa käytetyn poltto-25 aineen kemiallisesta energiasta ja tämä tekisi välttämättömäksi käyttää jotakin systeemiä jälkipolttoon ja jätekaasun lämmön talteenottoon. Tässä tapauksessa liekkipelkistyssula-tusprosessista tulisi taloudellisesti vieläkin vähemmän houkutteleva ei-rautametallien tuotantoon.Thus, it was experimentally shown that even with an aeration ratio of only 55%, the reduction of nickel and copper oxide could not be completed in the flame. In addition, at a 65% and 55% aeration ratios, the fuel consumption required to maintain a sufficient process temperature is 2.3 and 3.7 times higher, respectively, than the fuel consumption at a 100% aeration ratio. It could perhaps be said that with a much finer oxide particle size of 15 and an aeration ratio of about 45%, a much better degree of flame reduction could be achieved, as the reduction potential with this aeration would be almost double that with 55% aeration (Figure 1). However, the fuel consumption was then about 9 times the consumption of fuel 20 at a 100% aeration ratio, i.e. about 56% by weight of the oxide feed used in the example above. In addition, a huge volume of waste gases per unit weight of solid feed would be produced, resulting in a very large amount of dust. Finally, the exhaust gases would retain a predominant part of the chemical energy of the spent fuel 25 and this would make it necessary to use some system for afterburning and waste heat recovery. In this case, the flame reduction smelting process would become even less economically attractive for the production of non-ferrous metals.

30 Tämän keksinnön toinen toteutusmuoto koostuu pelkis- tyssulatusprosessin soveltamisesta materiaaliin, joka sisältää ei-rautaperusmetalleja ja rautaa - kaikki pääasiassa oksidimuodossa. Tällaisen prosessin päätavoitteena on pelkistää ja ottaa talteen ei-rautametallit sulaan faasiin, 35 joka on erittäin rikastunut näiden metallien suhteen, kun il 29 85878 taas rautaoksidit pelkistetään selektiivisesti siihen pelkistysasteeseen, jota vaaditaan poisheittämiskelpoisen sulan, rautaa sisältävän kuonan muodostamiseen. Eräs esimerkki tällaisesta materiaalista on kuparikalsiini - sulfi-5 dikuparirikasteen hapetuspasutuksen tuote. Tässä tapaukses sa epäpuhdas kupari- ja rautasilikaattikuona (tai raudan kalkkipitoinen kuona) ovat prosessin lopputuotteita.Another embodiment of the present invention consists in applying a reduction smelting process to a material containing non-ferrous parent metals and iron - all primarily in the oxide form. The main goal of such a process is to reduce and recover non-ferrous metals to a molten phase that is highly enriched for these metals, while iron oxides are selectively reduced to the degree of reduction required to form a discardable molten iron-containing slag. One example of such a material is the product of the oxidation roasting of copper calcine - sulfine-5 dicopper concentrate. In this case, impure copper and iron silicate slag (or iron calcareous slag) are the end products of the process.

Uuttometallurgian alaan perehtyneet ovat hyvin perillä dramaattisesta erosta termodynaamisten olosuhteiden, joi-10 ta vaaditaan vapaan kuparioksidin pelkistykseen, ja olosuh teiden välillä, joita vaaditaan rautasilikaattikuonista peräisin olevien kuparioksidien pelkistämiseen kuonien takaamiseksi poisheittämiskelpoisiksi. Vapaa kuparioksidi pelkistetään kuparimetalliksi CO-CO^- tai ^“^Ö-seoksilla, 15 jotka sisältävät hyvin pieniä CO- tai H2~pitoisuuksia. Esi merkiksi kaasufaasi tasapainossa Cu20-Cu-seoksen kanssa 1 250°C:ssa sisältää vain n. 0,005 til.-% CO. Toisaalta jotta saataisiin 25 % Si02 sisältävä rautasilikaattikuona, joka sisältää 2,5 % Cu, vaaditaan, että kuona tasapainoite-20 taan C0-C02~seoksen kanssa, joka sisältää n. 9,5 til.-% CO, mikä vastaa C0/C02~suhdetta n. 0,1. Sama kuona samassa lämpötilassa sisältää 1 % Cu C0/C02-suhteella n. 0,75 ja · C0/C02~suhteen lisänosto aina arvoon n. 2,0 laskee kuonan kuparisisällön vain n. 0,6 %:iin.Those skilled in the art of extraction metallurgy are well aware of the dramatic difference between the thermodynamic conditions required for the reduction of free copper oxide and the conditions required for the reduction of copper oxides from iron silicate slags to ensure that the slags can be discarded. The free copper oxide is reduced to the copper metal with CO-CO 2 or H 2 O alloys containing very low concentrations of CO or H 2. For example, the gas phase in equilibrium with the Cu 2 O-Cu mixture at 1,250 ° C contains only about 0.005% v / v CO. On the other hand, in order to obtain an iron silicate slag containing 25% SiO 2 and containing 2.5% Cu, it is required that the slag be equilibrated with a mixture of CO 2 -CO 2 containing about 9.5% by volume of CO, which corresponds to CO 2 / CO 2. ~ ratio of about 0.1. The same slag at the same temperature contains 1% Cu with a C0 / CO2 ratio of about 0.75 and an additional increase in the · C0 / CO2 ratio of up to about 2.0 reduces the copper content of the slag to only about 0.6%.

. .‘.25 Yllä esitetty riippuvuus kuonan kuparisisällön ja kaasufaasin pelkistyspotentiaalin (C0/C02~suhde) välillä on avain pelkistyssulatusprosessiin, joka saa aikaan kupari-metallin suoran tuotannon samanaikaisesti poisheittämiskelpoisen kuonan tuotannon kanssa samassa uunissa. Kuviossa 1 30 esitetystä riippuvuudesta ja edellä olevasta tämän riippu vuuden selostuksesta sovellettuna aikaisempaan tekniikkaan samoin kuin edellisissä esimerkeissä eistetyistä koetuloksista käy ilmi, että raakakuparin ja poistokuonan samanaikainen tuotanto ei ole taloudellisesti ja teknisesti jär-35 kevä prosessissa, jossa on ajateltu suoritettavaksi samanai- 30 85878 nen kuumennus ja pelkistys liekissä. Erityisesti ei ole lainkaan järkevää tuottaa raakakuparia ja poisheittämiseen kelvollista kuonaa, joka sisältää esimerkiksi 0,6 % Cu, samantapaisessa prosessissa kuin US-patentissa 4 421 552 5 on tarkasteltu.. The dependence shown above between the copper content of the slag and the reduction potential (C0 / CO2 ~ ratio) of the gas phase is key to the reduction smelting process which results in the direct production of copper metal simultaneously with the production of discardable slag in the same furnace. The dependence shown in Fig. 1 30 and the above description of this dependence applied to the prior art as well as the experimental results presented in the previous examples show that the simultaneous production of crude copper and slag is not economically and technically feasible in a process designed to be carried out simultaneously. heating and reduction in flame. In particular, it makes no sense at all to produce crude copper and discardable slag containing, for example, 0.6% Cu, in a process similar to that discussed in U.S. Patent 4,421,552.

Sitävastoin tämän keksinnön prosessissa, jossa kuumennus ja pelkistys on erotettu sekä ajan että paikan suhteen, tavoite tuottaa raakakuparia ja poisheittämiseen kelvollista kuonaa samassa uunissa, saavutetaan yksinkertisel-10 la ja taloudellisella tavalla, koska sekä kuumennus ttä pelkistys suoritetaan olosuhteissa, jotka soveltuvat parhaiten kummallekin näistä tämän keksinnön ehdotetun prosessin kahdesta vaiheesta. Tarkemmin sanoen kuumennus suoritetaan oleellisesti ei-pelkistävässä korkean lämpötilan liekissä, 15 kun taas pelkistys suoritetaan rakeisen koksin ohuessa kerroksessa. Tätä kuvataan seuraavassa esimerkissä.In contrast, in the process of the present invention, in which heating and reduction are separated in both time and place, the goal of producing crude copper and discardable slag in the same furnace is achieved in a simple and economical manner because both heating is performed under conditions best suited to each of these conditions. two steps of the proposed process of the invention. More specifically, the heating is performed in a substantially non-reducing high temperature flame, while the reduction is performed in a thin layer of granular coke. This is illustrated in the following example.

Esimerkki 3Example 3

Kuparikalsiinin ja piipitoisen juoksutteen seosta ruiskutettiin jatkuvasti luonnonkkasun ja hapen kanssa 20 samalla tavoin ja samanlaiseen uuniin kuin edellisissä esi merkeissä. Näiden materiaalien koostumukset olivat painoprosenteissa seuraavat:The mixture of copper calcine and silicon-containing flux was continuously injected with natural gas and oxygen in the same manner and in a similar furnace as in the previous examples. The compositions by weight of these materials were as follows:

Cu Ni Fe S Si02 Al2-3 £a0Cu Ni Fe S SiO2 Al2-3 £ a0

Kalsiini 33,0 1,11 34,3 0,35 2,50 0,94 0,94 0,50 V'25 Juoksute - - 0,07 - 99,2 0,43 0,01 0,01Calcine 33.0 1.11 34.3 0.35 2.50 0.94 0.94 0.50 V'25 Fluxes - - 0.07 - 99.2 0.43 0.01 0.01

Juoksutteen lisäysmäärä oli 15 p-% kalsiinista.The amount of flux added was 15% by weight of calcine.

Tämä ajo suoritettiin 100 %:sella polttoaineen ilmas-tussuhteella. Tämän vuoksi luonnonkaasun ja hapen syöttö 30 asetettiin 6,2 ja 23,2 p-%:iin sekoitetusta kiinteästä syö töstä. Kiinteän aineen syöttönopeus oli 9,9 kg/h tai 2 21 t/m päivässä. Samaa koksimurskaa käytettiin ja sitä syötettiin uuniin samalla tavoin kuin esimerkissä 1 ja 2 • kuvattiin. Mitään erityistä juoksutetta ei käytetty koksin .. .35 tuhkan kuonittamiseen.This run was performed with a 100% fuel aeration ratio. Therefore, the natural gas and oxygen feed 30 was set to 6.2 and 23.2 wt% of the mixed solid feed. The solids feed rate was 9.9 kg / h or 2 21 t / m per day. The same coke breeze was used and fed to the furnace in the same manner as described in Examples 1 and 2. No special flux was used to slag the coke ... .35 ash.

tl 31 85878tl 31 85878

Ajon aikana jätekaasun lämpötila oli 1 430 - 1440°C, lämpötila vastaanottoupokkaan yläpuolella oli 1 440 - 1450°C ja lämpötila upokkaan pohjan sisäpuolella oli n. 1 200°C.During the run, the temperature of the waste gas was 1,430 to 1440 ° C, the temperature above the receiving crucible was 1,440 to 1,450 ° C and the temperature inside the bottom of the crucible was about 1,200 ° C.

1/5 tunnin syötön jälkeen ajo keskeytettiin ja su-5 lista tuotteista otettiin näytteitä. Ne sisälsivät analyysin mukaan painoprosenteissa:After 1/5 hour of feeding, the run was stopped and the su-5 list of products was sampled. According to the analysis, they contained in weight percentages:

Cu Ni Fe S SiC>2 AI O3 MgO Fe-^O^Cu Ni Fe S SiO 2 O 2 O 3 MgO Fe 2 O 2

Raakakumi 95,7 2,67 0,82 0,22Crude rubber 95.7 2.67 0.82 0.22

Poistokuona 0,47 0,03 49,3 0,06 28,0 2,65 3,81 6,2 10Depreciation slag 0.47 0.03 49.3 0.06 28.0 2.65 3.81 6.2 10

Suoritettiin lukuisia muita ajoja samantapaisissa olosuhteissa käyttäen eri rakeisia hiilipitoisia materiaaleja, kuten maaöljykoksia, kivihiiltä, antrasiittikoksia ja vaihdellen piipitoisen juoksutteen osuutta sekä käyttäen 15 kalkkipitoista juoksutetta. Niinikään käytettiin kuparikal-siinia, jossa oli jopa 1,9 p-% S. Kaikissa näissä ajoissa saatiin huomattavan yhdenmukaisia tuloksia poistokuonan kuparisisällön ollessa välillä 0,4 - 0,9 %. Hiilipitoisten materiaalien kulutus (koksimurska mukaanluettuna) li vä-20 Iillä 5,6 - 8,0 p-% kalsiinista ja jätekaasujen pelkistys- potentiaali oli välillä 0,07 - 0,22. Jälkimmäiset arvot ovat monta kertaa alemmat kuin tasapainosuhde CO/CO^ n. 2, jota • vaaditaan kuonan kuparipitoisuuden laskemiseen arvoon n.Numerous other runs were performed under similar conditions using different granular carbonaceous materials such as petroleum coke, coal, anthracite coke and varying the proportion of siliceous flux, as well as using 15 calcareous fluxes. Copper calcine with up to 1.9 wt% S was also used. At all these times, remarkably uniform results were obtained with a copper content of 0.4 to 0.9% in the slag. Consumption of carbonaceous materials (including coke breeze) increased from 5.6 to 8.0% by weight of calcine and the reduction potential of the waste gases ranged from 0.07 to 0.22. The latter values are many times lower than the equilibrium ratio CO / CO 2 n. 2, which is • required to calculate the copper content of the slag to n.

0,6 %. Tämä tosiseikka varmistaa, että tämän keksinnön 25 prosessissa olosuhteet pelkistysvyöhykkeessä (ohut koksi- kerros) ja uunin varalaidalla (polttovyöhyke) eroavat tolistaan hyvin oleellisesti ja suotuisasti niin, että pelkistys ja poltto voivat tapahtuu tehokkaimmilla tavoilla.0.6%. This fact ensures that in the process of the present invention, the conditions in the reduction zone (thin coke bed) and on the back edge of the furnace (combustion zone) differ very substantially and favorably from that, so that the reduction and combustion can take place in the most efficient ways.

Seuraava esimerkki kuvaa tämän keksinnön sovelta-.·. 30 mistä nikkelikalsiinin pelkistyssulatukseen, joka on sulfi-dinikkelirikasteen osittaisen hapetuspasutuksen rautaa sisältävä tuote. Toisin kuin kuparikalsiini nikkelikalsiini sisältää merkittäviä määriä rikkiä, tavallisesti n.The following example illustrates the application of this invention. 30 to the reduction smelting of nickel calcine, which is a product containing a partial oxidation roasting of a sulfide-dinickel concentrate. Unlike copper calcine, nickel calcine contains significant amounts of sulfur, usually n.

5-15 p-%. Suurin osa tästä rikistä on sulfidista, mutta 35 pieniä määriä sulfaattirikkiä voi myös olla läsnä kalsii- 32 8 5 878 nissa. Valtaosa kalsiinin raudasta on hematiitin ja mag-netiitti-trevoriitin kiinteän liuoksen muodossa, kun taas oleellinen osa nikkelistä säilyy yhä sitoutuneena sulfidi-rikkiin. Nikkelikalsiiniin sovelletun pelkistyssulatus-5 prosessin päätavoitteena on pelkistää ja rikastaa nikkeli ja muut ei-rautametallit, kuten kupari ja erityisesti me-tallikivessä oleva koboltti ja pelkistää rautaoksidit wustiitiksi, kuten vaaditaan poisheitettäväksi kelpaavan rautasilikaattikuonan tuottamiseen. Tämä tavoite saavute-10 taan parhaiten tuottamalla sulfidi-metallilejeerinki, joka sisältää nikkeliä, kuparia ja rautaa (niukkarikkinen metalli-kivi) kuten suositeltiin SU-tekijänoikeustodistuksessa nro 383 753 ja US-patentissa nro 4 344 792.5-15 wt%. Most of this sulfur is from sulfide, but 35 small amounts of sulfate sulfur may also be present in calcine. The majority of calcine iron is in the form of a solid solution of hematite and magnetite-trevorite, while a substantial portion of nickel still remains bound to sulfide-sulfur. The main goal of the reduction smelting-5 process applied to nickel calcine is to reduce and enrich nickel and other non-ferrous metals such as copper and especially cobalt in metal rock and to reduce iron oxides to wustite as required to produce discardable ferrous silicate slag. This object is best achieved by producing a sulfide-metal alloy containing nickel, copper, and iron (a low-sulfur metal rock) as recommended in SU Patent No. 383,753 and U.S. Patent No. 4,344,792.

Esimerkki 4 15 Nikkelikalsiinin ja piipitoisen juoksutteen seosta sulatettiin jatkuvasti luonnonkaasulla ja hapella käyttäen samaa laitteistoa ja menettelyä kuin edellisissä esimerkeissä kuvattiin. Kalsiinilla oli seuraava koostumus painoprosenteissa :Example 4 A mixture of nickel calcine and silicon-containing flux was continuously melted with natural gas and oxygen using the same equipment and procedure as described in the previous examples. Calcine had the following composition in weight percent:

20 Cu Ni Co Fe Stokona.sS042- S102 Al203 CaO MaO20 Cu Ni Co Fe Stokona.sS042- S102 Al203 CaO MaO

3,10 15,8 0,51 40,6 12,2 1,16 6,0 1,5 0,97 0,993.10 15.8 0.51 40.6 12.2 1.16 6.0 1.5 0.97 0.99

Noin 75 % kalsiinin raudasta oli kolmiarvoisessa hapetus-: tilassa. Juoksutteen koostumus oli sama kuin esimerkissä 3 ' :25 esitetty ja sen lisäysmäärä oli 10,5 p-% kalsiinista. Kal- siinirikin suojaamiseksi hapettumiselta koe suoritettiin n. 98 %:sella polttoaineen ilmastussuhteella käyttäen luon-. . nonkaasun ja hapen syöttömääriä, jotka olivat 9 ja 33 p-% kalsiinista samassa järjestyksessä. Kiinteän aineen syöttö- 2 . .30 nopeus oli 8,9 kg/h tai 19 t/m päivässä. Käytettiin samaa kiinteää pelkistysainetta kuin edellisissä esimerkeissä ja sen kerros pidettiin 2 - 3 cm paksuna.About 75% of the iron in the calcine was in the trivalent oxidation state. The composition of the flux was the same as shown in Example 3 ': 25 and the addition amount was 10.5% by weight of calcine. To protect calcine sulfur from oxidation, the experiment was performed at a fuel aeration ratio of about 98% using natural. . non-gas and oxygen feed rates of 9 and 33 wt% calcine, respectively. Solid supply 2. .30 speed was 8.9 kg / h or 19 t / m per day. The same solid reducing agent as in the previous examples was used and its layer was kept 2-3 cm thick.

Ajon aikana jätekaasun lämpötila oli n. 1 360°C, lämpötila vastaanottoupokkaan yläpuolella oli n. 1 375°C ja . ’*.35 lämpötila upokkaan pohjan sisäpuolella oli n. 1 200°C.During operation, the temperature of the waste gas was about 1 360 ° C, the temperature above the receiving crucible was about 1 375 ° C and. ‘* .35 the temperature inside the bottom of the crucible was about 1,200 ° C.

( 33 85878 1.5 tunnin syötön jälkeen ajo keskeytettiin ja sulasta metallikivestä ja kuonasta otettiin näytteet. Ne sisälsivät analyysin mukaan painoprosenteissa:(33 85878 After 1.5 hours of feeding, the run was stopped and the molten metal rock and slag were sampled. According to the analysis, they contained in weight percent:

Cu Ni Co Fe S SiO- Al-,0·, Mgo Fe,0. 5 Metalli- ^ kivi 7,77 42,1 1,0 25,3 22,9 -Cu Ni Co Fe S SiO- Al-, 0 ·, Mgo Fe, 0. 5 Metal stone 7.77 42.1 1.0 25.3 22.9 -

Kuona 0,17 0,19 0,10 45,0 1,47 28,7 3,78 3,65 6,5 Nämä analyysit osoittavat ei-rautametallien erinomaista pelkistystä, rikastusta ja talteenottoa hyvin korkealuok-10 kaisessa vähärikkisessä metallikivessä (Cu + Ni + Co = 51 p-%). Koksin kulutus oli vain 2,4 p-% kiinteästä syötöstä ja jätekaasun pelkistyspotentiaali oli vain 0,19.Slag 0.17 0.19 0.10 45.0 1.47 28.7 3.78 3.65 6.5 These analyzes show excellent reduction, enrichment and recovery of non-ferrous metals in very high grade low sulfur metal (Cu + Ni + Co = 51 wt%). Coke consumption was only 2.4 wt% of the solid feed and the waste gas reduction potential was only 0.19.

Vertailumielessä suoritettiin koe nikkelikalsiinin liekkipelkistyssulatuksella aikaisemman tekniikan mukaises-15 ti. Tätä testiä kuvataan seuraavasti.For comparison, the experiment was performed by flame reduction melting of nickel calcine according to the prior art. This test is described as follows.

VertailukoeComparative Test

Samaa nikkelikalsiinin ja piipitoisen juoksutteen seosta kuin esimerkissä 4 sulatettiin luonnonkaasulla ja hapella käyttäen samaa laitteistoa kuin edellisissä esi-20 mrekeissä, mutta käyttämättä koksikerrosta. Koe suoritettiin 62 %:sella polttoaineen ilmastussuhteella käyttäen luonnonkaasun ja hapen syöttöjä, jotka olivat 20 ja 45 p-% kalsiinista samassa järjestyksessä eikä mitään kiinteää pelkistysainetta käytetty.The same mixture of nickel calcine and silicon-containing flux as in Example 4 was melted with natural gas and oxygen using the same equipment as in the previous pre-20 fractions, but without using a coke bed. The experiment was performed at a fuel aeration ratio of 62% using natural gas and oxygen feeds of 20 and 45 wt% calcine, respectively, and no solid reducing agent was used.

25 Kiinteän aineen syöttönopeus ja lämpötilat olivat samanlaiset kuin esimerkissä 4 ilmoitetut.The solids feed rate and temperatures were similar to those reported in Example 4.

1.5 tunnin syötön jälkeen ajo keskeytettiin ja sulasta metallikivesta ja kuonasta otettiin näytteet. Ne sisälsivät analyysin mukaan painoprosenteissa: · · : 30After 1.5 hours of feeding, the run was stopped and the molten metal rock and slag were sampled. According to the analysis, they contained in weight percentages: · ·: 30

Cu Ni Co Fe S Si°2 -2-3 Mg0 Fe3°4Cu Ni Co Fe S Si ° 2 -2-3 Mg0 Fe3 ° 4

Metalli- kivi 9,65 42,5 1,1 22,9 22,4 - -Metal stone 9.65 42.5 1.1 22.9 22.4 - -

Kuona 0,25 0,4 0,2 47,7 1,35 27,0 4,0 3,31 9,9 Tässä kokeessa plttoaineen ja hapen syötöt olivat 35 2,2 ja 1,4 kertaa suuremmat kuin esimerkissä 4. Tästä 34 85878 johtuen jätekaasun pelkistyspotentiaali oli 0,77, ts. 4 kertaa suurempi kuin esimerkissä 4. Joka tapauksessa ei-rautametallien pelkistys ja talteenotto olivat merkittävästi huonompia, koska kuonan nikkeli- ja kobolttisisällöt olivat 5 2 kertaa suuremmat kuin esimerkissä 4.Slag 0.25 0.4 0.2 47.7 1.35 27.0 4.0 3.31 9.9 In this experiment, the fuel and oxygen feeds were 35 2.2 and 1.4 times higher than in Example 4. 34 85878, the reduction potential of the waste gas was 0.77, i.e. 4 times higher than in Example 4. In any case, the reduction and recovery of non-ferrous metals were significantly worse because the nickel and cobalt contents of the slag were 5 2 times higher than in Example 4.

Tätä keksintöä on toistaiseksi kuvattu tässä hakemuksessa materiaalien suhteen, jotka sisältävät ei-rauta-perusmetalleja oksidien (kupari- ja nikkelioksidien ja ku-parikalsiinin seos) tai oksidien ynnä sulfidien (nikkeli-10 kalsiini) kemiallisessa muodossa, raudan, kun sitä on läsnä, ollessa pääasiassa oksidimuodossa (kupari- ja nikkelikalsii-nit). Näiden materiaalityyppien pelkistyssulatus voidaan suorittaa vain käyttäen ulkopuolista polttoainetta.The present invention has so far been described in this application with respect to materials containing non-ferrous parent metals in the chemical form of oxides (a mixture of copper and nickel oxides and copper paricalcine) or oxides plus sulfides (nickel-10 calcine) in the presence of iron. mainly in oxide form (copper and nickel calcins). Reduction smelting of these types of materials can only be performed using external fuel.

Tämän keksinnön suojapiirin vastakkaisella puolella 15 pelkistyssulatusprosessia sovelletaan hienojakoisiin sulfi- dimateriaaleihin, kuten sulfidimalmeihin, rikaisteisiin, metallikiviin jne, jtoka voidaan sulattaa hapella auto-geenisesti, ts. käyttämättä lainkaan ulkopuolista polttoainetta. Näillä materiaaleilla metallioksidien muodostus, 20 jotka on määrä pelkistää rakeisen koksin ohuessa kerrokses sa pelkistysvyöhykkeessä, tapahtuu tuloksena sulfidimateri-aalien hapetuksesta (poltto) hapella. Sulfidien erittäin eksoterminen hapetus polttovyöhykkeessä synnyttää käytän-ν' : nöllisesti katsoen kaiken sen lämmön, joka vaaditaan koko ' ‘ 25 sulatusprosessiin. Jonkin verran lisälämpöä saatetaan tar vittaessa kehittää jälkipolttamalla pelkistysvyöhykkeestä kohoavaa hiilimonoksidia. Polttoaineen ilmastussuhteen käsitettä ei ole enää sopivaa käyttää sulfidien polttoon, sillä saavutettava rikinpoiston metallurgisesti toivottu . 30 aste ja hapen hyväksikäytön hyötysuhde määräävät käytettävän hapen paino-osuuden suhteessa annetun mineraaliseoksen sul-fidimateriaalien painoon.On the opposite side of the scope of the present invention, the reduction smelting process is applied to finely divided sulfide materials, such as sulfide ores, tailings, metal rocks, etc., which can be autogenously smelted with oxygen, i.e. without using any external fuel. With these materials, the formation of metal oxides, which are to be reduced in the thin layer of granular coke in the reduction zone, results from the oxidation (combustion) of sulfide materials with oxygen. The highly exothermic oxidation of the sulfides in the combustion zone generates virtually all the heat required for the entire melting process. If necessary, some additional heat may be generated by post-combustion of carbon monoxide rising from the reduction zone. The concept of fuel aeration ratio is no longer suitable for use in the combustion of sulphides, as the desulphurisation metallurgically desired is to be achieved. 30 degrees and oxygen utilization efficiency determine the weight fraction of oxygen used relative to the weight of sulfide materials in a given mineral mixture.

Uuttometallurgian alaan perehtyneet tiedostavat, että haluttu rikinpoistoaste riippuu sulatettavien sulfidimateri-..'.35 aalien luonteesta ja lopullisten pelkistettyjen tuotteiden 35 85878 koostumusvaatimuksia. Erityisesti kuparisulfidirikasteiden, metallikivien ja valkometallin (Cv^S) tapauksessa on me-tallurgisesti mahdollista ja toivottavaa hapettaa ja eliminoida SC^n muodossa käytännöllisesti katsoen kaikki mate-5 riaalien rikki niin, että ainoa tämän jälkeen pelkistys- vyöhykkeessä saatava kuparituote on kuparimetalli. Suuri rikinpoistoaste on myös metallurgisesti mahdollinen ja toivottava tämän keksinnön mukaisesti tapauksessa, jossa prosessoidaan sulfidinikkelirikastetta, jota saadaan kupari-10 nikkelikonvertterimetallikiven erotuksesta hitaalla jääh- dytys- ja vaahdotustekniikalla, samoin kuin nikkeli- tai nikkelikobolttisulfidirikasteita, joita saostetaan suolojen vesiliuoksista.Those skilled in the art of extraction metallurgy are aware that the desired degree of desulfurization depends on the nature of the sulphide materials to be smelted and the compositional requirements of the final reduced products. Particularly in the case of copper sulphide concentrates, metal stones and white metal (Cv 2 S), it is metallurgically possible and desirable to oxidize and eliminate virtually all sulfur in the form of SC 1 so that the only copper product subsequently obtained in the reduction zone is copper metal. A high degree of desulfurization is also metallurgically possible and desirable in accordance with this invention in the case of processing a sulfidine-nickel concentrate obtained from the separation of copper-10 nickel converter metal by slow cooling and flotation techniques, as well as nickel or nickel cobalt sulfide concentrates precipitated from aqueous salts.

Toisaalta kun kyseessä on nikkelisulfidirikasta, joka 15 sisältää huomattavia määriä rautaa, on toivottavaa tuottaa metallikiveä ja hylätä mahdollisimman paljon rautaa. Tämän vuoksi hapettavan ja poistettavan sulfidirikin osuutta hallitsee haluttu metallikiven laatu ja haluttu metalli-kiven rikkisisältö. Metallikiven laatu ja rikkisisältö ovat 20 tärkeimpiä parametreja, jotka vaikuttavat ei-rautametallien, erityisesti koboltin häviöihin pelkistysvyöhykkeessä syntyvien poistokuonien mukana sekä metallikiven nesteytymis-lämpötiloihin. Lisäksi saattaa esiintyä lukuisia metallurgisia tilanteita, jotka liittyvät monimutkaisten polymetallis-:':25 ten sulfidimateriaalien tai monometallisten materiaalien prosessointiin, jotka sisältävät kuparia ja nikkeliä tai kuparia ja lyijyä tai kuparia, lyijyä ja sinkkiä jne, joissa tilanteissa saatetaan vaatia joko täydellistä tai osittaista rikinpoistoa riippuen autogeenisen prosessin . 30 tavoitteista. Esimerkiksi kupari-nikkelilejeerinki saattaa olla toivottu ainoana pelkistyssulatuksen ei-rautametalli-tuotteena.On the other hand, in the case of nickel sulfide-rich, which contains significant amounts of iron, it is desirable to produce a metal rock and discard as much iron as possible. Therefore, the proportion of sulfide sulfur to be oxidized and removed is controlled by the desired metal rock quality and the desired metal-rock sulfur content. The quality and sulfur content of the metal rock are the 20 most important parameters that affect the losses of non-ferrous metals, especially cobalt, with the effluent slags generated in the reduction zone, as well as the liquefaction temperatures of the metal rock. In addition, there may be a number of metallurgical situations involving the processing of complex polymetallic sulphide materials or monometallic materials containing copper and nickel or copper and lead or copper, lead and zinc, etc., which situations may require either complete or partial desulphurisation. autogenic process. 30 goals. For example, a copper-nickel alloy may be desired as the only non-ferrous metal product in the reduction smelting.

Hapen hyväksikäytön hyötysuhde (ei happihyötysuhde) on sen happimäärän suhde, joka stökiömetrisesti vaaditaan ..'.35 halutun rikinpoistoasteen saavuttamiseen, siihen määrään, 36 85878 jota käytännössä käytetään tämän rikinpoiston saavuttamiseen. Tavallisesti happihyötysuhde on melko lähellä 100 %:a, kun tuotetaan suhteellisen heikkolaatuista metallikiveä, ts. kun haluttu rikinpoisto on selvästi alle 100 %:n. Tässä 5 tapauksessa polttokaasut koostuvat lähes yksinomaan seasta eivätkä sisällä huomattavia pitoisuuksia vapaata happea.Oxygen utilization efficiency (not oxygen efficiency) is the ratio of the amount of oxygen required stoichiometrically to achieve the desired degree of desulfurization, 35 to the amount actually used to achieve this desulfurization. Usually, the oxygen efficiency is quite close to 100% when producing a relatively low quality metal rock, i.e. when the desired desulfurization is well below 100%. In this case, the fuel gases consist almost exclusively of pigs and do not contain significant concentrations of free oxygen.

Kun haluttu rikinpoistoaste lähestyy 100 %:a, happihyöty-suhteen voidaan odottaa olevan alle 100 % ja tämän vuoksi polttokaasut voivat sisältää jonkinlaisen vapaan hapen 10 väkevyyken.When the desired degree of desulfurization approaches 100%, the oxygen efficiency ratio can be expected to be less than 100% and therefore the combustion gases may contain some concentration of free oxygen.

Tällöin on ilmeistä, että lämpömäärä, joka kehittyy polttovyöhykkeessä poltettaessa annettua sulfidimateriaalia, riippuu rikinpoistoasteesta ja tämän vuoksi on olemassa kiinteä riippuvuus kehittyneen lämmön ja saavutetun rikin-15 piston välillä. Lisäksi annetulla rikinpoistoasteella ke hittynyt lämpömäärä riippuu myös poltettavien sulfidima-teriaalien luonteesta ja tuotettavien metallien sisältävän polttotuotteiden luonteesta.In this case, it is obvious that the amount of heat generated in the combustion zone during the combustion of the given sulfide material depends on the degree of desulfurization and therefore there is a fixed dependence between the heat generated and the sulfur-15 injection achieved. In addition, the amount of heat generated at a given degree of desulfurization also depends on the nature of the sulfide materials to be combusted and the nature of the combustion products containing the metals produced.

Kun käsitellään sulfidimateriaaleja, jotka ovat 20 oleellisesti vapaita raudasta, polttoprosessia säädetään sillä tavoin, että liekissä tuotettuja, metallia sisältäviä polttotuotteita edustavat pääasiassa metallit, joista esimerkkinä ovat seuraavat kemialliset yhtälöt:When treating sulfide materials that are substantially free of iron, the combustion process is controlled in such a way that the metal-containing combustion products produced in the flame are mainly represented by metals, exemplified by the following chemical equations:

Cu2S + 02 —> 2 Cu + S02......(1) ;; 25 Ni3S2 + 2 °2 -> 3 Ni + 2 S02......(2)Cu2S + O2 -> 2 Cu + SO2 ...... (1) ;; 25 Ni3S2 + 2 ° 2 -> 3 Ni + 2 SO2 ...... (2)

Havaittiin kuitenkin, että stökiömetristen happimää-rien käyttö näiden reaktioiden mukaisesti ei välttämättä johda metallien saamiseen, joilla on riittävän pieni rikki-·. : 30 sisältö.However, it was found that the use of stoichiometric amounts of oxygen according to these reactions does not necessarily lead to the obtaining of metals with a sufficiently low sulfur content. : 30 contents.

--- Jotta saataisiin riittävän pieni rikkisisältö metal- leihin, jotka saadaan sulfidimateriaalien poltosta hapella, "’ · on tämän keksinnön mukaisesti edullista käyttää happea mää rät, jotka ovat hieman stökiömetristen vaatimusten ylä-·.·, 35 puolella, kuten niiden, jotka vastaavat yhtälöitä 1 ja 2.--- In order to obtain a sufficiently low sulfur content in metals obtained from the combustion of sulphide materials with oxygen, it is preferred in accordance with the present invention to use oxygen in quantities slightly above the stoichiometric requirements, such as those corresponding to equations 1 and 2.

37 8 5 8 7 8 Tässä tapauksessa muodostuu suhteellisen pienet määrät metallioksideja. Ihannetapauksessa nämä määrät olisivat lähellä niitä tai hieman niiden yläpuolella, jotka vastaavat annetun metallin oksidin (happi) liukoisuusrajoja.37 8 5 8 7 8 In this case, relatively small amounts of metal oxides are formed. Ideally, these amounts would be close to or slightly above those corresponding to the solubility limits of the given metal oxide (oxygen).

5 Näissä olosuhteissa sulfidimateriaalien poltosta hapella saadut metallit ovat joko kyllästettyjä tai hieman yli-kyllästettyjä hapella ja tämän vuoksi ne sisältävät vain vähän rikkiä. Käytännössä on kuitenkin vaikea kontrolloida prosessia siten, että metallin happisisältö on tarkalleen 10 se, joka vastaa hapen kyllästystä. Lisäksi metallien happi- kyllästys korkeissa polttoliekin lämpötiloissa vastaa oleellisesti korkeampaa metallien happisisältöä kuin matalammissa lämpötiloissa pelkistysvyöhykkeessä ja tämä johtaa hapen erkanemiseen metalleista metallioksidien muodossa. 15 Tämän vuoksi on melko edullista käyttää sellaista hapen ylimäärää reaktidoiden (1-2) stökiömetrisiin vaatimuksiin nähden, että liekissä tuotetut metallit ovat hapella kyllästettyjä ja pieni osa niistä saadaan metallioksidien muodossa. Lisäksi sulfidimateriaalien poltossa oksidia on aina 20 läsnä uuniin tulevassa materiaalissa, koska on taloudellinen ja ympäristöllinen vaatimus, että oksidipitoiset savupölyt kierrätetään uuniin. Liuennut happi ja metallioksidien hap-pi eliminoidaan sitten pelkistysvyöhykkeessä, mikä johtaa lopullisiin metalleihin, joilla on sekä rikin että hapen : -'25 alhaiset pitoisuudet. Tämä tämän keksinnön sovellutus on erityisen edullinen, kun kuparisulfidimateriaalissa on merkittävä määrä nikkeliä, sillä nikkeli pyrkii hapettumaan ensisijaisesti ja tuottamaan nikkelioksidin pehmeää massaa.5 Under these conditions, the metals obtained from the combustion of sulphide materials with oxygen are either saturated or slightly over-saturated with oxygen and therefore contain little sulfur. In practice, however, it is difficult to control the process so that the oxygen content of the metal is exactly 10, which corresponds to the oxygen saturation. In addition, the oxygen saturation of the metals at high flame temperatures corresponds to a substantially higher oxygen content of the metals than at lower temperatures in the reduction zone, and this results in the separation of oxygen from the metals in the form of metal oxides. Therefore, it is quite advantageous to use such an excess of oxygen over the stoichiometric requirements of the reactants (1-2) that the metals produced in the flame are saturated with oxygen and a small part of them is obtained in the form of metal oxides. In addition, in the combustion of sulfide materials, oxide is always present in the material entering the furnace because of the economic and environmental requirement that oxide-containing smoke dust be recycled to the furnace. Dissolved oxygen and oxygen from metal oxides are then eliminated in the reduction zone, resulting in final metals with low concentrations of both sulfur and oxygen: -'25. This application of the present invention is particularly advantageous when the copper sulfide material contains a significant amount of nickel, as nickel tends to oxidize primarily to produce a soft mass of nickel oxide.

Kun käsitellään sulfidimateriaaleja, jotka sisältä-. ?0 vät ei-rautaperusmetalleja ja rautaa, lämpömäärä, joka voidaan kehittää polttamalla hapella metallurgisesti halutun rikinpoistoasteen saavuttamiseksi, ylittää tavallisesti suuresti prosessilämmön tasapainovaatimukset ja lämpöyli-määrä voi tulla vieläkin suuremmaksi johtuen hiilimonoksidin ...35 jälkipoltosta, joka sisältyy pelkistysvyöhykkeestä kohoaviin 38 8 5 8 7 8 kaasuihin. Näin ollen lämpötasapainovaatimukset ovat ristiriidassa metallurgisten tavoitteiden kanssa tuottaa lopullisia pelkistettyjä tuotteita, joilla on haluttu koostumus .When treating sulfide materials containing-. Non-ferrous base metals and iron, the amount of heat that can be generated by oxygen combustion to achieve the desired degree of metallurgical desulphurisation usually far exceeds the process heat balance requirements and the excess heat can become even higher due to the afterburning of carbon monoxide ... 35 in the reduction zone. 7 8 gases. Thus, the thermal equilibrium requirements conflict with the metallurgical objectives of producing final reduced products with the desired composition.

5 Tämä lämpöylimäärän ongelma ratkaistaan yksinkertai sesti ja tehokkaasti pasuttamalla osa tällaisista sulfidi-materiaaleista ja sekoittamalla tällöin muodostuneita vähärikkisiä kalsiineja pasuttamattomiin sulfidimateriaaleihin sekoitetun syötön saamiseksi autogeenista sulatusta varten, 10 kun aikaisemmin on kuvattu US-patentissa nro 4 415 356.This problem of excess heat is solved simply and efficiently by roasting some of such sulfide materials and mixing the resulting low-sulfur calcines with unroasted sulfide materials to obtain a mixed feed for autogenous smelting, as previously described in U.S. Patent No. 4,415,356.

Tämä koettu tekniikka aikaansaa sekoitetun syötön lämpö-tehon säädön mihin tahansa vaadittuun arvoon autogeeni-sella lämpötasapainolla ja tekee tämän vuoksi minkä tahansa rikinpoiston saavutettavaksi. Tämän tekniikan käyttä tämän 15 keksinnön suojapiirin puitteissa antaa autogeeniselle prosessille eräitä suotuisia lisäominaisuuksia, koska se parantaa lämmönsiirtoa polttovyöhykkeestä pelkistysvyöhyk-keeseen ja vähentää suoritettavan pelkistystyön määrää.This experienced technique provides for the control of the thermal power of the mixed feed to any required value by autogenous thermal equilibrium and therefore makes any desulfurization achievable. The use of this technique within the scope of this invention provides the autogenic process with some additional benefits, as it improves heat transfer from the combustion zone to the reduction zone and reduces the amount of reduction work to be performed.

Lämmönsiirron paraneminen aikaansaa pääasiassa se 20 seikka, että ylikuumennetut kondensoidut hiukkaset, jotka muodostuvat liekeissä sekoitetun syötön sulfidiosan polton seurauksena sekä sekoitettujen kalsiinien hiukkaset, jotka kuumennetaan liekissä, ovat kaikki sulia poikkeuksena eräät harvinaiset nikkeliä ja kobolttia sisältävät, hyvin tulen-25 kestoiset oksidiyhdisteet. Kaikki nämä sulat hiukkaset ylikuumennettaessa niitä liekissä n. 200 - 400°C yli lopullisten tuotteiden vaaditun lämpötilan voivat kuljettaa kaiken sen lämmön, joka on saatava käyttöön pelkistysvyöhyk-keessä ja tämän vuoksi lämmönsiirron tarvi säteilemällä . 30 pienenee minimiin. Pelkistysvyöhykkeessä tehtävän pelkistystyön määrän vähenemistä verrattuna esimerkiksi kupari-kalsiinin pelkistyssulatuksen tapaukseen (esimerkki 3 yllä) *···: tapahtuu pääasiassa kahdesta tekijästä johtuen. Toinen • niistä on se, että pääosa sekoitetun syötön sulfidiosan ku- ...35 parista muuttuu polton aikana kuparimetalliksi takaisin 39 85878 liekissä. Toinen tekijä aiheutuu siitä, että korkean lämpötilan ja selvästi alle 10 kPa:n hapen osapaineen olosuhteissa liekissä muodostuu rautaoksideja, joilla on alempi hapetustila, sekoitetun syötön sulfidiosassa, kun taas syö-5 tön kalsiiniosan ferrirauta ja kuprikuparioksidit dissosioi-tuvat osittain, koska ne eivät ole termodynaamisesti stabiileja näissä olosuhteissa. Tämän seurauksena pelkistysvyöhyk-keeseen tulee vähemmän happea polttoprosessin tuotteiden ylikuumennettujen hiukkasten mukana ja tämän vuoksi pelkis-10 tysvyöhykkeessä on vähemmän pelkistystyötä tehtävänä raaka- kuparin ja poitokuonan tuottamiseksi. Samantapaiset seikat soveltuvat yhtä hyvin nikkeli-, kupari-nikkeli- ja muille sulfidimateriaaleille.The improvement in heat transfer is mainly due to the fact that the superheated condensed particles formed in the flames as a result of the combustion of the sulfide portion of the mixed feed and the mixed calcine particles heated in the flame are all rare excipients of some rare nickel- and cobalt-containing oxides. All of these molten particles, when superheated in a flame of about 200 to 400 ° C above the required temperature of the final products, can carry all the heat that must be made available in the reduction zone and therefore the need for heat transfer by radiation. 30 decreases to a minimum. The reduction in the amount of reduction work carried out in the reduction zone compared to, for example, the case of copper-calcine reduction smelting (Example 3 above) * ···: occurs mainly due to two factors. Another of them is that the majority of the pairs of the sulphide part of the mixed feed ... 35 are converted to copper metal back in the flame during combustion. Another factor is that under high temperature and well below 10 kPa oxygen partial pressure, iron oxides with a lower oxidation state are formed in the sulphide part of the mixed feed, while the ferric iron and copper copper oxides of the uncharged calcine part are partially dissociated because they are not thermodynamically stable under these conditions. As a result, less oxygen enters the reduction zone with the superheated particles of the products of the combustion process, and therefore less reduction work is required in the reduction zone to produce crude copper and slag. Similar considerations apply equally to nickel, copper-nickel, and other sulfide materials.

Kuten aikaisemmin osoitettiin polttokaasujen konvek-15 tio pelkistysvyöhykkeeseen ei ole toivottava, koska se johtaisi koksin liialliseen kaasuuntumiseen ja huonontaisia pelkistysprosessin olosuhteita. Kun kyeessä on tämän keksinnön autogeeninen prosessi, tämä vaatimus estää polttokaasu-ja tunkeutumasta pelkistysvyöhykkeeseen tulee yhä tärkeäm-20 mäkais, koska S02:ta sisältävien kaasujen tunkeutuminen ei johda vain koksin liialliseen kaasuuntumiseen, vaan myös ei-rautametallien samoin kuin raudan sulfidoitumiseen takaisin. Olosuhteet pelkitysvyöhykkeessä ovat todellakin termodynaamisesti ja kineettisesti erittäin suotuisat ta-- -25 kaisin sulfidoitumisen tapahtumiselle S02:n ollessa rikki- lähteenä. Tätä kuvaa seuraa esimerkki.As previously shown, convection of flue gases into the reduction zone is undesirable because it would lead to excessive gasification of the coke and poor conditions of the reduction process. When the autogenous process of the present invention is present, this requirement to prevent flue gas and intrusion into the reduction zone becomes increasingly important because the infiltration of SO 2 -containing gases leads not only to excessive gasification of coke but also to sulfidation of non-ferrous metals as well as iron. Indeed, the conditions in the reduction zone are thermodynamically and kinetically very favorable for the occurrence of sulfidation with SO 2 as the sulfur source. This image is followed by an example.

Esimerkki 5Example 5

Kuparisulfidirikasteella ja kuparikalsiinilla, joita käytettiin tässä kokeessa, oli seuraavat koostumukset paino-30 prosenteissa:The copper sulfide concentrate and copper calcine used in this experiment had the following compositions at 30% by weight:

Cu Ni Fe S. . , SiO_ — — — —total -2Cu Ni Fe S.. , SiO_ - - - —total -2

Rikaste 28,1 0,66 31,4 33,4 1,45The rich 28.1 0.66 31.4 33.4 1.45

Kalsiini 34,3 1,14 35,0 0,45 2,70 ίο 85878Calcine 34.3 1.14 35.0 0.45 2.70 ίο 85878

Rikaste ja kalsiini sekoitettiin yhteen ja piipitoi-seen juoksutteeseen painosuhteissa 100:20:15 samassa järjestyksessä ja seosta ruiskutettiin jatkuvasti hapen kanssa samaan yllä esitettyyn adiabaattiseen uuniin, jota käytet-5 tiin edellisissä esimerkeissä. Kiinteän aineen syöttönopeus oli 3,5 kg/h ja hapen syöttö oli 46,7 p-% syötöstä.The concentrate and calcine were mixed together and the siliceous flux in a weight ratio of 100:20: 15 in the same order, and the mixture was continuously injected with oxygen into the same adiabatic furnace used above as used in the previous examples. The solids feed rate was 3.5 kg / h and the oxygen feed was 46.7 wt% feed.

Ajon aikana jätekaasun lämpötila oli n. 1 420°C ja lämpötila vastaanottoupokkaan yläpuolella oli n. 1 480°C.During the run, the temperature of the waste gas was about 1,420 ° C and the temperature above the receiving crucible was about 1,480 ° C.

Antrasiittihiiltä panostettiin vastaanottoupokkaa-10 seen 11 p-%:n määrä kuparisyötöstä (kuparirikaste ynnä kalsiini). Noin 64 % tästä määrästä kului kokeen aikana loppuosan kerääntyessä vastaanottoupokkaassa sulan kylvyn pinnalle. Huolimatta pelkistysaineen läsnäolosta jätekaasu sisälsi 5-7 til.-% vapaata happea rikki- ja hiilidioksi-15 din lisäksi.Anthracite carbon was charged to the receiving crucible in an amount of 11% by weight of the copper feed (copper concentrate plus calcine). About 64% of this amount was consumed during the experiment, with the remainder accumulating in the receiving crucible on the surface of the molten bath. Despite the presence of a reducing agent, the waste gas contained 5-7% by volume of free oxygen in addition to sulfur and carbon dioxide-15.

Sen jälkeen kun ajo oli keskeytetty upokkaasta löydettiin seuraavia sulia tuotteita: metallia, metallikiveä ja kuonaa. Ne sisälsivät analyysin mukaan painoprosenteissa:After the run was stopped, the following molten products were found in the crucible: metal, metal rock, and slag. According to the analysis, they contained in weight percentages:

Cu Ni Fe S SiO^ —3—4 20 Metalli 80,2 3,3 10,9 3,9Cu Ni Fe S SiO 2 -3-4 20 Metal 80.2 3.3 10.9 3.9

Metallikivi 51,5 1,7 23,0 20,5Metal stone 51.5 1.7 23.0 20.5

Kuona 1,1 0,1 34,5 0,65 32,0 4,1Slag 1.1 0.1 34.5 0.65 32.0 4.1

Kuparikomposiittimateriaali, joka sisälsi metallin :':25 ynnä metallikiven, sisälsi painoprosenteissa: 6,20 Cu, 2,3 Ni, 18,6 Fe ja 14,4 S. Noin 25 % syötön rikistä ilmestyi tähän komposiittiin ja tämän vuoksi rikinpoistoaste oli n. 75 %. Kuitenkin täysin samoissa olosuhteissa, mutta käyttämättä pelkistysainetta vain raakakuparia ja runsaasti . ,30 kuparia ja rautaa sisältävää silikaattikuonaa, joka oli ;magneetin kyllästämä, tuotettiin rutiinimaisesti samassa - ’ uunissa rikinpoistoasteen ollessa lähellä 100 %:a.The copper composite material containing metal: 25 plus metal rock contained in weight percentages: 6.20 Cu, 2.3 Ni, 18.6 Fe and 14.4 S. Approximately 25% of the sulfur in the feed appeared in this composite and therefore the degree of desulfurization was n. 75%. However, under exactly the same conditions, but without the use of a reducing agent only crude copper and in abundance. , 30 silicate slags containing copper and iron, impregnated with a magnet, were routinely produced in the same furnace with a degree of desulfurization close to 100%.

*·*·: Näin ollen on ilmeistä, että yllä esitetyssä auto- ; geenisessä sulatusajossa käyttäen pelkistysainetta n. 25 % 35 syötetystä rikistä tunkeutui rikkidioksidin muodossa alas- 41 85878 päin polttovyöhykkeestä pelkistysvyöhykkeeseen. Tämä rikkidioksidi pelkistyi hiilimonoksidin ja hiilen vaiktuuksesta alkuainerikiksi, joka puolestaan reagoi kuparimetallin kanssa, jota muodostui polttovyöhykkeessä. Näiden sivureakgioi-5 den kokonaistulos on kuparisulfidin muodostuminen, ts.* · * ·: It is therefore obvious that the above car; in a genetic smelting run using a reducing agent, about 25% of the 35 sulfur fed penetrated downstream from the combustion zone into the reduction zone in the form of sulfur dioxide. This sulfur dioxide was reduced by the action of carbon monoxide and carbon to elemental sulfur, which in turn reacted with the copper metal formed in the combustion zone. The overall result of these side reactions is the formation of copper sulfide, i.

takaisin sulfidoituminen. Lisäksi- ja/tai sulfidirikin läsnäolo koksikerroksessa paransi raudan pelkistystä ja takai-sinsulfidoitumista. Tämän seurauksena tuotettiin pelkän raakakuparin sijasta rikkikyllästeistä metallia ja metalli-10 kiveä, kuten viimeisessä edellä olevassa taulukossa esitettiin .back sulfidation. In addition, the presence of sulfur and / or sulfide sulfur in the coke bed improved iron reduction and back sulfation. As a result, sulfur-saturated metal and metal-10 stone were produced instead of crude copper alone, as shown in the last table above.

Toisaalta esimerkki 5 osoittaa selvästi, että jopa käytetyssä uunissa, joka ei soveltunut erityisesti tämän keksinnön autogeenisen prosessin suorittamiseen, tapahtui 15 erinomainen rautaoksidien pelkistys, mikä johti rautasili-kaattikuonan saamiseen, jossa oli hyvin pieni magnetiitti-ja kuparisisältö huolimatta siitä, että jätekaasu sisälsi vapaata happea. Samanaikaisesti hiilen kulutus oli oleellisesti suurempi kuin mitä stökiömetrisesti vaaditaan erit-20 täin hyvin pelkistetyn kuonan tuottamiseen, jolla on yllä esitetty koostumus. Kaikki nämä seikat osoittavat, että n.On the other hand, Example 5 clearly shows that even in the used furnace, which was not particularly suitable for carrying out the autogenous process of this invention, excellent reduction of iron oxides occurred, resulting in iron silicate slag with very low magnetite and copper content despite free oxygen in the waste gas. . At the same time, the carbon consumption was substantially higher than what is stoichiometrically required to produce a highly reduced slag having the above composition. All these facts show that n.

25 % polttokaasujen tilavuudesta tunkeutui pelkistysvyöhyk-keeseen aiheuttaen takaisin sulf idoitumista ja hiilen liial- - lista kulumista (kaasuuntuminen) .25% of the volume of combustion gases penetrated the reduction zone, causing back sulphation and excessive wear of the carbon (Gasification).

- . 25 Tämän keksinnön autogeenisessa prosessissa pelkis- tysvyöhykkeestä kohoavien reaktiokaasujen tilavuus on pieni. Kun kyseessä on esimerkiksi sulfidikauparirikaste, se on vain n. 10 % polttokaasujen tilavuudesta vastakohtana n. 30 ja 60 %:lle, kun kyseessä on kuparikalsiinin ja ei-30 rautametallioksidien pelkistyssulatus samassa järjestyk- ‘ sessä käyttäen ulkopuolista polttoainetta. Reaktiokaasujen V ; suhteellisen pieni tilavuus on tärkeä syy rikki sisältävien —t polttokaasujen tunkeutumiseen pelkistysvyöhykkeeseen, mutta .···. on käsiteltävä reaktiokaasujen suhteellisen pienen tila- .‘35 vuuden, uunin kulloisenkin geometrisen muodon ja syöttö- 42 85878 suihkujen (liekkien) lentoradan yhdistelmää/ jotta estettäisiin ei-rautametallien ja mahdollisen raudan takaisin sulfidoituminen samoin kuin liiallinen hiilen kaasuuntuminen.-. In the autogenous process of the present invention, the volume of reaction gases rising from the reduction zone is small. For example, in the case of a sulfide-copper concentrate, it is only about 10% of the volume of the combustion gases as opposed to about 30 and 60% in the case of the reduction smelting of copper calcine and non-ferrous metal oxides in the same order using external fuel. Reaction gases V; the relatively small volume is an important reason for the penetration of sulfur-containing combustion gases into the reduction zone, but. ···. the combination of the relatively small volume of reaction gases, the current geometric shape of the furnace and the trajectory of the feed jets (flames) must be addressed / to prevent re-sulphidation of non-ferrous metals and possible iron as well as excessive carbonification of the carbon.

5 Tämä saavutetaan tämän keksinnön mukaisesti aikaan saamalla pelkistämätön ja oleellisesti rikitön välivyöhyke pelkistysvyöhykkeen ja polttovyöhykkeen väliin. Alapuolelta tämä välivyöhyke muuttuu vähitellen pelkistysvyöhykkeek-si, kun taas yläpuolelta se liittyy polttovyöhykkeeseen.This is achieved in accordance with the present invention by providing a non-reducing and substantially sulfur-free intermediate zone between the reduction zone and the combustion zone. From below, this intermediate zone gradually changes to a reduction zone, while from above it joins the combustion zone.

10 Tällä tavoin toteutetaan uunin atmosfäärinen pelkistys/ha- petuspotentiaalin jakautuminen uunin korkeuden suunnassa.In this way, the atmospheric reduction / oxidation potential distribution of the furnace in the direction of the furnace height is realized.

Kun välivyöhyke asteittain muuttuu pelkistysvyöhyk-keeksi, pelkistyspotentiaali muuttuu vähitellen lähelle nollaa olevasta arvosta arvoon, joka lähestyy yhtä (kuvio 1).As the intermediate zone gradually changes to a reduction zone, the reduction potential gradually changes from a value close to zero to a value approaching one (Fig. 1).

15 Toisaalta kun välivyöhyke muuttuu vähitellen polttovyöhyk-keeksi, käytännöllisesti katsoen mitään kaasumaista pel-kistysainetta ei ole läsnä. Sen sijaan vapaata happea voi olla käytettävissä uunin atmosfäärissä rikki- ja hiilidioksidien lisäksi, kuten oli asianlaita esimerkissä 5.On the other hand, as the intermediate zone gradually becomes a combustion zone, virtually no gaseous reducing agent is present. Instead, free oxygen may be available in the furnace atmosphere in addition to sulfur and carbon dioxide, as was the case in Example 5.

20 Yhtä useista käytännön keinoista tai niiden yhdis telmää voidaan käyttää välivyöhykkeen muodostumiseen. Ensinnäkin happea sisältävää kaasua, kuten ilmaa tai happi- : rikasteista ilmaa kylmänä tai esilämmitettynä voidaan ruis- •’ · kuttaa tähän välivyöhykkeeseen pelkistysvyöhykkeestä *••25 kohoavan hiilimonoksidin jälkipolttamiseksi samoin kuin reaktiokaasujen tilavuuden suurentamiseksi jälkimmäisen . ·. edistäessä polttokaasujen pelkistysvyöhykkeen tunkeutumisen estämistä. Lisäksi kiinteää rakeista hiilipitoista materiaalia, joka on tarkoitettu korvaamaan pelkistyksessä kulutet-. .30 tu raemainen koksi, voidaan ruiskuttaa yhdessä happea sisäl-tävän kaasun kanssa. Tässä tapauksessa vain pienellä osalla karkeasta hiilipitoisesta materiaalista on aikaa palaa pois *··*: hapen kanssa, ennenkuin se putoaa pelkistysvyöhykkeeseen.20 One or more combinations of practical means may be used to form an intermediate zone. First, an oxygen-containing gas such as air or oxygen-enriched air, cold or preheated, can be injected into this intermediate zone to burn off carbon monoxide rising from the reduction zone * •• 25 as well as to increase the volume of the reaction gases. ·. promoting the prevention of intrusion into the flue gas reduction zone. In addition, a solid granular carbonaceous material intended to replace that consumed in the reduction. .30 tu coke, can be injected together with an oxygen-containing gas. In this case, only a small portion of the coarse carbonaceous material has time to burn off * ·· *: with oxygen before it falls into the reduction zone.

♦"*· Välivyöhykkeeseen syötettävän hapen kokonaismäärän tulee * · # 35 olla vähintään yhtä suuri kuin mitä vaaditaan mahdollisen Λ • · * · · i! 43 85878 hiilimonoksidin jälkipolttoon kohosipa se pelkistysvyö-hykkeestä tai olipa se seurausta karkean hiilipitoisen materiaalin osittaisesta poispalamisesta.♦ "* · The total amount of oxygen fed to the intermediate zone must be * · # 35 at least equal to that required for any Λ • · * · · i! 43 85878 carbon monoxide afterburning whether it rises from the reduction zone or is the result of partial combustion of coarse carbonaceous material.

Yllä esitetyt toimenpiteet paranevat, jos uunin 5 geometria on pystysuunnassa jonkin verran venytetty, mikä aikaansaa paremmat olosuhteet uunin atmosfäärin pelkistys/ hapetuspotentiaalin jakautumiselle uunin korkeuden suhteen. Lisäksi apupolttimet happea sisältävän kaasun ruiskutta-miseksi välivyöhykkeeseen on sijoitettu kallistettuna hie-10 man ylöspäin, noin 10 - 15° vaakatasosta ja pääpolttimet, kuten kuviossa 2 esitetyt on sijoitettu siten, että suihkun liikemäärä tulee mitättömän pieneksi, ennenkuin suihkut saavuttavat välivyöhykkeen.The above measures are improved if the geometry of the furnace 5 is somewhat stretched vertically, which provides better conditions for the distribution of the reduction / oxidation potential of the furnace atmosphere with respect to the height of the furnace. In addition, the auxiliary burners for injecting oxygen-containing gas into the intermediate zone are inclined upwardly, about 10 to 15 ° from the horizontal, and the main burners, as shown in Fig. 2, are positioned so that the jet momentum becomes negligible before the jets reach the intermediate zone.

Tästä keksinnöstä on esitetty esimerkkinä kaksi sen 15 sovellutusalueen vastakkaista ääritapausta, nimittäin tapaus, jossa prosessin kaikki lämpövaatimukset tyydytetään ulkopuolista polttoainetta käyttäen, ja autogeeninen prosessi, jossa ulkoista polttoainetta ei tarvita. Näiden kahden ääritapauksen välillä on lukuisia teknologisia 20 tilanteita.The present invention is exemplified by two opposite extreme cases in its field of application, namely the case where all the thermal requirements of the process are met using external fuel and the autogenic process where no external fuel is required. There are numerous technological 20 situations between these two extreme cases.

Eräs esimerkki tällaisesta tilanteesta koskee korkealuokkaista kuparirikastetta, joka sisältää vallitsevan osan kuparista kalkosiitin (C^S) muodossa ja sisältää myös huomattavan osan tulenkestoista kivimateriaalia, joka 25 voi sisältää vaihtelevia pitoisuuksia piidioksidia, alu-;· miinioksidia, kaliumoksidia, magnesiumoksidia ja rauta oksideja jne. erilaisissa mineralogisissa muodoissa. Eräs tavoite tällaisen rikasteen prosessoimiseksi on tuottaa raakakuparia ja poistokuonaa. Tavallisesti tämä vaatii . .30 juoksutteen lisäämistä, koska on harvinainen tapaus, että kivimateriaali voidaan muuttaa kuonaksi, jolla on hyväksyttävät fysikaaliset ominaisuudet ilman, että sitä sopivasti käsitellään juoksutteella. Näissä olosuhteissa edes täydellinen rikasteen rikinpoisto hapella polttamalla ei ehkä 35 kykene synnyttämään niin paljon lämpöä kuin vaaditaan.An example of such a situation concerns a high grade copper concentrate containing the predominant proportion of copper in the form of chalcosite (C ^ S) and also containing a significant proportion of refractory rock material which may contain varying concentrations of silica, alumina, potassium oxide, magnesium oxide and iron oxides. in various mineralogical forms. One goal for processing such a concentrate is to produce crude copper and slag. Usually this requires. .30 addition of flux, as it is rare for a rock material to be converted to slag with acceptable physical properties without being properly treated with flux. Under these conditions, even complete desulfurization of the concentrate by oxygen combustion may not be able to generate as much heat as required.

44 85878 Tämän keksinnön mukaisesti on olemassa kaksi vaihtoehtoista tapaa saavuttaa tavoite tuottaa raakakuparia ja poistokuonaan rikasteesta, jolla on yllä mainitut ominaisuudet. Toinen tapa on sekoittaa tätä rikastetta toiseen 5 sulfidimateriaaliin niin, että seos voidaan sulattaa auto- geenisesti, kuten edellä esimerkein osoitettiin. Vaihtoehtoinen tapa on täydentää sulfideja hapettamalla (poltto) kehitettyä lämpöä syöttöön lisätyn polttoaineen palamis-lämmöllä. Tässä jälkimmäisessä tapauksessa hapen määrä suh-10 teessä lisättyyn polttoaineeseen on aina paljon suurempi kuin se, joka vastaa 100 %:sta polttoaineen ilmastussuh-detta ja ylimäärästiä happea käytetään sulfidien polttoon.44 85878 According to the present invention, there are two alternative ways to achieve the goal of producing crude copper and slag from a concentrate having the above properties. Another way is to mix this concentrate with another sulfide material so that the mixture can be melted autogenously, as shown by the examples above. An alternative way is to supplement the sulphides by oxidizing the heat generated by (combustion) with the heat of combustion of the fuel added to the feed. In the latter case, the amount of oxygen relative to the added fuel is always much higher than that corresponding to 100% of the fuel aeration ratio and the excess oxygen is used to burn the sulfides.

Toinen esimerkki tilanteesta, jossa kaikkea vaadittua lämpöä ei voida kehittää vain polttamalla metallisulfi-15 deja, koskee materiaalien prosessointia, jotka koostuvat hienojakoisten ei-rautametallien alkuaine- ja sulfidi-muotojen seoksesta ynnä kierrätetystä pölystä, kun halutaan vain osittaista rikinpoistoa. Tällainen on tilanne välierotustuotteella, joka on saatu kupari-nikkelikonvert-20 terimetallikiven hitaalla jäähdytyksellä, jauhatuksella, vaahdotuksella ja magneettisella erotuksella. Tämä välituote sisältää tyypillisesti painoprosenteissa: 10 - 20 Cu, 55 - 65 Ni, 1 - 3 Co, 1 - 3 Fe, 14 - 18 S, ja huomattavia - määriä jalometalleja. Mineralogisesti tätä materiaalia :‘:25 edustavat pääasiassa nikkeli-kuparilejeerinkimetallit ja kuparin ja nikkelin sulfidit. Tämän välituotteen prosessoin-. .·. nin metallurgisena tavoitteena on muuttaa se syötöksi, joka on sopivin karbonylointiin. Syöttö on sopivin karbonyloin-tiin, kun se sisältää merkittävästi vähemmän rikkiä ja .30 sulatetaan ja sein jälkeen nopeasti sammutetaan rakeistamal- ’ la. Karbonyloinnin aikana suurin osa syötön nikkelistä ero tetaan kuparista, koboltista, rikistä ja jalometalleista. Nykyään tämä syöttö valmistetaan ylhäältä puhaltavassa kier-tokonvertterissa useissa peräkkäisissä vaiheissa, kuten .35 sulatuksessa, osittaisessa rikinpoistossa (ylhäältäAnother example of a situation where not all of the required heat can be generated by burning metal sulfides alone is in the processing of materials consisting of a mixture of finely divided non-ferrous elemental and sulfide forms plus recycled dust when only partial desulfurization is desired. This is the case with the intermediate separation product obtained by slow cooling, grinding, flotation and magnetic separation of a copper-nickel converter-20 termetal stone. This intermediate typically contains by weight: 10 to 20 Cu, 55 to 65 Ni, 1 to 3 Co, 1 to 3 Fe, 14 to 18 S, and significant amounts of noble metals. Mineralogically, this material: ‘: 25 is mainly represented by nickel-copper alloy metals and copper and nickel sulfides. The processing of this intermediate. . ·. metallurgical goal is to convert it into the feed most suitable for carbonylation. The feed is most suitable for carbonylation when it contains significantly less sulfur and .30 is melted and then quickly quenched by granulation. During carbonylation, most of the nickel in the feed is separated from copper, cobalt, sulfur and precious metals. Today, this feed is produced in a top-blown rotary converter in several successive stages, such as .35 smelting, partial desulphurisation (top-down

IIII

45 85878 puhaltava hapetus) rikinpoiston aikana muodostuvan nikkelioksidin takaisinpelkistyksessä ja lopuksi rakeistuksessa.45 85878 blown oxidation) in the reduction of nickel oxide formed during desulphurisation and finally in granulation.

Tämän keksinnön mukaisesti yllä esitetty välituote ja polttoainelisäys ruiskutetaan polttimen läpi hapen kanssa 5 esilämmitettyyn polttovyöhykkeeseen hapen ja polttoaineen välisen painosuhteen ollessa oleellisesti suurempi kuin se, joka vastaa 100 %:sta ilmastusta säätäen ylimääräisen hapen riittäväksi aikaansaamaan halutun rikinpoistoasteen. Polttoprosessi sisältää tässä tapauksessa kolme pääpiir-10 rettä: (a) polttoaineen täydellinen poltto, (b) osittainen rikinpoisto ja (c) nikkeli-kuparilejeerinkimetallin osittaishapetus.According to the present invention, the above intermediate and fuel additive are injected through the burner into the preheated combustion zone 5 with oxygen at a weight ratio of oxygen to fuel substantially greater than that corresponding to 100% aeration, adjusting the excess oxygen sufficient to provide the desired degree of desulfurization. The combustion process in this case involves three main features: (a) complete combustion of the fuel, (b) partial desulfurization, and (c) partial oxidation of the nickel-copper alloy metal.

Polttoprosessin ylikuumennetut kondensoidut tuotteet 15 erotetaan polttokaasuista ja ne putoavat alaspäin pelkistys-vyöhykkeeseen rakeisen koksin ohuelle kerrokselle, joka kelluu tuotetun tai aikaisemmin esilulatetun lopuollisen tuotteen sulan kylvyn pinnalla. Kaikkia pelkistysvyöhykkees-sä tapahtuvia ilmiöitä on kuvattu jo aikaisemmin. Lopullinen 20 sula tuote rakeistetaan sen jälkeen. Tässä tämän keksinnön muunnoksessa kiinteä rakeinen hiilipitoinen materiaali syötetään pelkistysvyöhykkeeseen erikseen, ts. ei syöttöpoltti-men läpi.The superheated condensed products 15 from the combustion process are separated from the combustion gases and fall down into the reduction zone to a thin layer of granular coke floating on the surface of the molten bath of the final product produced or previously preloaded. All phenomena occurring in the reduction zone have been described previously. The final 20 molten product is then granulated. In this variation of the present invention, the solid granular carbonaceous material is fed to the reduction zone separately, i.e., not through a feed burner.

Lukuisissa yllä esitetyn koostumuksen omaavalla välikö tuotteella suoritetuissa kokeissa havaittiin, että rikin- poistoastetta voidaan helposti säätää happiylimäärän arvolla polttokaasuissa. Esimerkiksi kun vapaan hapen pitoisuutta polttokaasuissa (vaaditun polttoainelisäyksen täydellisen polton jälkeen) nostettiin 9 til.-%:sta 35 til.-%:iin, :30 rikinpoistoaste kasvoi 33 %:sta 62 %:iin. Havaitiin myös, että kun kiinteää pelkistintä ei käytetty, ei ollut mahdollista saavuttaa sekä haluttua rikinpoistoastetta että homogeenista sulatetta, koska muodostui huomattavia määriä pehmeää massaa. Tämä pehmeä massa sisälsi tyypillisesti 35 painoprosenteissa: 7 - 16 Cu, 50 - 65 Ni, 1 - 3 Co, 3 - 10 Fe, 4 - 6 S ja 8 - 15 happea.In numerous experiments with an intermediate product having the above composition, it was found that the degree of desulfurization can be easily adjusted by the value of the excess oxygen in the combustion gases. For example, when the free oxygen content of the combustion gases (after complete combustion of the required fuel addition) was increased from 9% to 35% by volume, the desulfurization rate increased from 33% to 62%. It was also found that when a solid reducing agent was not used, it was not possible to achieve both the desired degree of desulfurization and a homogeneous melt due to the formation of significant amounts of soft pulp. This soft pulp typically contained 35 weight percent: 7 to 16 Cu, 50 to 65 Ni, 1 to 3 Co, 3 to 10 Fe, 4 to 6 S, and 8 to 15 oxygen.

46 8587846 85878

Vaihtoehtoinen tapa valmistaa syöttö karbonylointia varten on sekoittaa yllä esitettyyn välituotteeseen nikkelioksidia/ jota on kupari-nikkelikonvertterimetallikiveä käsittelevälle tuottajalle helposti saatavissa ja sulattaa 5 seos samalla tavoin kuin nikkelikalsiinin pelkistyssula- tuksessa, kuten sitä on kuvattu esimerkissä 4. Jos vaaditaan yhä jonkin verran rikinpoistoa, polttoaineen ilmas-tussuhdetta voidaan säätää vastaavasti.An alternative way to prepare the feed for carbonylation is to mix nickel oxide / readily available to a copper-nickel converter metal producer with the above intermediate and melt the mixture in the same manner as in the nickel calcine reduction smelting as described in Example 4. If some desulfurization is still required, ratio can be adjusted accordingly.

Vaikka tässä on asetusten ehtojen mukaisesti kuvat-10 tu ja esitetty keksinnön erikoistoteutusmuoto ja, alaan pereh tyneet ymmärtävät, että patenttivaatimusten kattaman keksinnön muotoon voidaan tehdä muutoksia ja että tiettyjä keksinnön piirteitä voidaan toisinaan käyttää hyväksi käyttämättä vastaavasti muita piirteitä.Although a specific embodiment of the invention has been illustrated and illustrated herein in accordance with the terms of the Regulations, those skilled in the art will appreciate that changes may be made to the form of the invention covered by the claims and that certain features of the invention may sometimes be utilized without others.

• I t il• I t il

Claims (10)

1. Förfarande för reduktionssmältning av finförde-lat material, som innehäller ätminstone en grundmetall ur 5 gruppen, som bestär av koppar, nickel och kobolt, ätminstone delvis i oxidform, kännetecknat därav, att man a) sprutar materialet tillsammans med bränsle och syre och eventuell fluss in i ett begränsat utrymme, me- 10 dan bränslet förbränns för att ästadkomma en icke-reduce-rande flamma med hög temperatur; b) överhettar finfördelade partiklar, som innehäller grundmetall, i den väsentligen icke-reducerande flam-man tili en temperatur, som är högre än den högsta 15 smältpunkten hos den reducerade produkten, som skall framställas; c) bringar de överhettade partiklarna väsentligen jämnt pä ett tunnt skikt av partikelformig koks, som fly-ter pä ytan av ett smält bad av de reducerade produkter- 20 na, varvid det tunna koksskiktet och den närliggande at-mosfären bildar en reduktionszon; d) reducerar oxider av grundmetallerna i reduk-tionszonen, varvid de reducerade produkterna erhälls i vätskeform, medan ali erforderlig värme leds tili reduk- 25 tionszonen enbart i form av fri värme hos de överhettade partiklarna och genom strälning frän den icke-reducerande flamman; e) filtrerar de reducerade produkterna genom koksskiktet tili det smälta badet; 30 f) avlägsnar de reducerade produkterna frän det smälta badet, och g) matar fast, kolhaltigt material i granulfrom tili det tunna granulformiga koksskiktet för att komplet-tera koksen, som förbrukats i reduktionen. 35A process for reducing melting of finely divided material containing at least one base metal from the group consisting of copper, nickel and cobalt, at least partially in oxide form, characterized in that a) the material is sprayed together with fuel and oxygen and possibly flux into a confined space while the fuel is combusted to produce a high temperature non-reducing flame; b) superheating finely divided particles containing base metal in the substantially non-reducing flame to a temperature higher than the highest melting point of the reduced product to be produced; c) bringing the superheated particles substantially uniformly onto a thin layer of particulate coke flowing on the surface of a molten bath of the reduced products, the thin coke layer and the nearby atmosphere forming a reduction zone; d) reduces oxides of the base metals in the reduction zone, whereby the reduced products are obtained in liquid form, while all required heat is conducted into the reduction zone only in the form of free heat of the superheated particles and by radiation from the non-reducing flame; e) filtering the reduced products through the coking layer into the molten bath; F) removing the reduced products from the molten bath, and g) feeding solid carbonaceous granular material to the thin granular coke layer to complete the coke consumed in the reduction. 35 2. Förfarande enligt patentkravet 1, känne tecknat därav, att bränslet ätminstone delvis ut- *· si 85878 görs av finfördelat sulfidmaterial och en av de reducera-de produkterna utgörs av metall eller skärsten.2. A process according to claim 1, characterized in that the fuel is at least partly made up of finely divided sulphide material and one of the reduced products is metal or pebble. 3. Förfarande enligt patentkravet 2, känne-t e c k n a t därav, att sulfidmaterialet innehäller en 5 grundmetall ur gruppen, som bestär av koppar, nickel och kobolt.3. Process according to claim 2, characterized in that the sulphide material contains a base metal from the group consisting of copper, nickel and cobalt. 4. Förfarande enligt patentkravet 1, känne-t e c k n a t därav, att grundmetallen i det finfördela-de materialet är väsentligen i oxidform, kolhaltigt 10 bränsle används för att ästadkomma den icke-reducerande flamman med ett luftningsförhällande närä tili 100 % och den reducerade produkten är väsentligen metallisk.4. A process according to claim 1, characterized in that the base metal of the finely divided material is essentially in oxide form, carbonaceous fuel is used to provide the non-reducing flame with an aeration ratio close to 100% and the reduced product is essentially metallic. 5. Förfarande enligt patentkravet 1, känne-t e c k n a t därav, att det finfördelade materialet in- 15 nehäller en väsentlig mängd av ett material, som skall behandlas med flussen, flussen uppvärms i flamman och ett smält slaggskikt, som kan kastas bort, är mellan det tun-na skiktet av partikelformig koks och den smälta reducerade produkten. 20Process according to claim 1, characterized in that the finely divided material contains a substantial amount of a material to be treated with the flux, the flux is heated in the flame and a molten slag layer which can be discarded is between the thin layer of particulate coke and the molten reduced product. 20 6. Förfarande enligt patentkravet 1, känne- t e c k n a t därav, att bränslet är ett flytande ämne, som valts ur gruppen bestäende av kolvätegaser, väte, kolvätevätskor, fint pulveriserat kolhaltigt fast material och grundämnessvavel. 256. A process according to claim 1, characterized in that the fuel is a liquid substance selected from the group consisting of hydrocarbon gases, hydrogen, hydrocarbon liquids, finely powdered carbonaceous solids and elemental sulfur. 25 7. Förfarande enligt patentkravet 1, känne- t e c k n a t därav, att finfördelat skärsten är närvar-ande i det finfördelade materialet förutom oxiden.7. A process according to claim 1, characterized in that finely divided pebbles are present in the finely divided material except the oxide. 8. Förfarande enligt patentkravet 1, känne-t e c k n a t därav, att finfördelat material, bränsle, 30 syre och fluss sprutas in i det begränsade utrymmet, där flamman upprätthälls med ätminstone en brännare.8. A method according to claim 1, characterized in that atomized material, fuel, oxygen and flux are injected into the confined space, where the flame is maintained with at least one burner. 9. Förfarande enligt patentkravet 8, känne-t e c k n a t därav, att minst en brännare placerats för att ästadkomma ätminstone en flamma, som sträcker sig i 35 allmänhet i vägplan över det begränsade utrymmet, varvid 52 85878 gasformiga produkter och icke-gasformiga produkter hos mlnst en f lamina separaras genom tyngdkraft, varvid de icke-gasformiga produkterna faller pä och genom det tunna skiktet av partikelformig koks, vilket befinner sig pä 5 nedre sidan av flamman.9. A method according to claim 8, characterized in that at least one burner is disposed to provide at least one flame which generally extends in road planes over the limited space, wherein 52 85878 gaseous products and non-gaseous products of at least a flame is separated by gravity, the non-gaseous products falling on and through the thin layer of particulate coke, which is on the lower side of the flame. 10. Förfarande enligt patentkravet 2, känne-t e c k n a t därav, att flamman och skiktet av partikelformig koks separeras av en icke-reducerande, väsent-ligen svavelfri gas mellan dessa. 1.10. A process according to claim 2, characterized in that the flame and the layer of particulate coke are separated by a non-reducing, substantially sulfur-free gas between them. 1st
FI864695A 1985-11-18 1986-11-18 Process for reducing melting of materials containing base metals FI85878C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA495510 1985-11-18
CA000495510A CA1294131C (en) 1985-11-18 1985-11-18 Process for reduction smelting of materials containing base metals

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI864695A0 FI864695A0 (en) 1986-11-18
FI864695A FI864695A (en) 1987-05-19
FI85878B FI85878B (en) 1992-02-28
FI85878C true FI85878C (en) 1992-06-10

Family

ID=4131908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI864695A FI85878C (en) 1985-11-18 1986-11-18 Process for reducing melting of materials containing base metals

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPS62182230A (en)
AU (1) AU583434B2 (en)
CA (1) CA1294131C (en)
FI (1) FI85878C (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001049890A1 (en) * 1998-12-30 2001-07-12 Outokumpu Oyj Method for the production of blister copper in suspension reactor
CN108138260B (en) 2015-08-24 2020-08-07 伍恩加有限公司 Process for producing metals and derivatives thereof from copper-and sulfur-containing materials
CN109906128A (en) 2016-08-24 2019-06-18 伍恩加有限公司 Low-melting-point metal or alloy powder are atomized production technology
CA3090714C (en) 2018-02-15 2021-07-20 5N Plus Inc. High melting point metal or alloy powders atomization manufacturing processes

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4337086A (en) * 1978-12-21 1982-06-29 Queneau Paul Etienne Method for decreasing metal losses in nonferrous smelting operations
IN164687B (en) * 1984-08-16 1989-05-13 Voest Alpine Ag

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62182230A (en) 1987-08-10
FI864695A0 (en) 1986-11-18
AU6532086A (en) 1987-05-21
FI864695A (en) 1987-05-19
AU583434B2 (en) 1989-04-27
CA1294131C (en) 1992-01-14
JPS6411697B2 (en) 1989-02-27
FI85878B (en) 1992-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI66433C (en) SAETT ATT FRAMSTAELLA EN FOERREDUCERAD PRODUKT
EP2839045B1 (en) Method for processing slags of non-ferrous metallurgy
KR20100017909A (en) Method for the valorisation of zinc-and sulphate-rich residue
CN108350523A (en) With direct-reduction process from the method for the sulphide concentrate extraction metal containing metal and regeneration and recycling reducing agent iron and fluxing agent sodium carbonate
US4006010A (en) Production of blister copper directly from dead roasted-copper-iron concentrates using a shallow bed reactor
FI71339B (en) SAETT ATT UTVINNA METALLER UR FLYTANDE SLAGG
US4857104A (en) Process for reduction smelting of materials containing base metals
FI68657C (en) REFERENCE TO A VEHICLE BRAENNING AV BASMETALLSULFIDMATERIAL MED EN SYREHALTIG GAS
FI84367B (en) FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV KOPPARMETALL.
Hammerschmidt et al. Roasting of gold ore in the circulating fluidized-bed technology
FI84365B (en) FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV EN JAERNFRI METALLISK KOPPARPRODUKT.
AU739426B2 (en) Process for reducing the electric steelworks dusts and facility for implementing it
RU2401873C1 (en) Procedure for processing oxidated nickel ore
CA2137714C (en) Method for producing high-grade nickel matte from at least partly pyrometallurgically refined nickel-bearing raw materials
FI85878C (en) Process for reducing melting of materials containing base metals
CA2095436A1 (en) Direct sulphidization fuming of zinc
Khasanov et al. Technology for the Reduction of Iron Oxides in Fluidized Bed Furnaces
CA2031029A1 (en) Method for producing zinc by means of iron melt reduction
MX2008002934A (en) Method for reprocessing lead-containing materials.
RU2055922C1 (en) Method for reprocessing sulfide noble metal-containing antimonial raw material
RU2244028C1 (en) Method of depleting slags from smelting of oxidized nickel ores
RU2359047C2 (en) Processing method of copper-cobalt oxidised raw materials with receiving of blister copper and alloy on basis of cobalt
Opic et al. Dead Roasting and Blast-Furnace Smelting of Chalcopyrite Concentrate
FI66434B (en) FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV SMAELT METALL UR FINFOERDELADE MATERIAL
RU2009204C1 (en) Method of extracting metals during combustion of solid fuel in melt

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Owner name: INCO LIMITED

MA Patent expired