NO125594B - - Google Patents

Description

Pyrometallurgisk ovn til behandling av smådelt

malm eller malmkonsentrater.

Oppfinnelsen vedrører en pyrometallurgisk ovn til behandling av smådelt malm eller malmkonsentrater av kobber og/eller nikkel ved innsmeltning.

Ved behandling av malmer eller malmkonsentrater er det vanlig å innsmelte utgangsstoffene, eventuelt under tilsetning av brennstoff og å videreforarbeide smeiten. Videreforarbeidelsen kan føre til slagg og til metallsulfid (sten), den kan imidlertid også drives til frembringelse av sluttproduktene, nemlig slagg og metall. Ved forarbeidelse av eksempelvis sulfidiske kobbermalmer oppdeler standardprosessen seg i deltrinnene

1) fjerning av en del av svovelet ved oksydasjon eller termisk

dissosiasjon.

2) Fjerning av jern ved oksydasjon og slaggdannelse.

3) Fjerning av restsvovelet ved oksydasjon.

Den skisserte fremgangsmåte og de for fremgangsmåtens gjennomføring nødvendige apparaturer er forholdsvis omstendelige, således at det ikke har manglet på bestrebelser til å foreta for-enklinger resp. å nedsette innretningenes dimensjoner.

I yngre tid har spesielt den såkalte "WORCRA"-prosess hvormed forarbeidelsen av jern-, tinn-, bly-, nikkel- og kobbermalmer foretas, frembragt oppmerksomhet. Den for prosessens gjennom-føring vanlige innretning har en rettlinjet eller U-formet ovn,

hvis bunn heller mot ovnsenden. Den spesifikt tyngre sten resp. det spesifikt tyngre metall flyter på grunn av bunnens helning inn i den neste behandlingssone resp. til ovnsutløpet. Den spesifikt lette slagg beveger seg i motsatt retning og kommer eventuelt over en bar-riere i adskillelsessonen til slagguttredelsesåpningen ("The Worcra Process" av M.S. Stanford in Copper, mars 1968, side 2).

For prosessens gjennomføring innføres den foroppvarmede malm e& Feir malmkonsentrat sammen med slaggdanner og. brennstoff,, i den omtrent i ovnens midte liggende smeltesone ved hjelp av tangensi-elt anordnede dyser. Ved dysenes anordning frembringes i smeltesonen en viss turbulens, som er tjenelig for prosessens fremgang. Den i smeltesonen dannede sten kommer inn i omsetningssonen, hvor behand-lingen til metall foregår ved innblåsning av luft ved hjelp av lans-er som er ført inn under stenens overflate. De i omsetningssonen dannede ennå utvinnbare kobbermengder inneholdende slagg kommer på grunn av deres spesifikt lavere vekt tilbake i smeltesonen og rea-gerer her med den ved hjelp av innsmeltningsprosessen dannede sten, idet det finner sted en iakttagbar reduksjon av kobberinnholdet. Endelig kommer slaggen inn i en beroligelsessone, hvori det innføres mindre mengder av reduksjonsmidlet, eksempelvis pyrit, således at et eventuelt ennå tilstedeværende kobberinnhold tilbakevinnes.

Enskjønt fremgangsmåten er omtalt med en rekke for-deler, nemlig at bare en ovn finner anvendelse, at produktet ikke er sten men metall, at prosessen forløper kontinuerlig og brennstoff-forbruket er betraktelig redusert, at innholdet av avgassene av svovelforbindelser er høy og dermed fører til en bedre utvinning av. svovlet, hefter det allikevel ved en rekke tungtveiende mangler.

Da prosessen fører til flere smelteflytende faser, kreves det for oppnåelse av den tilstrebede mål spesielle forholds-regler for at det oppnås en tilstrekkelig adskillelse av de for-skjellige faser.

En forholdsregel består i å gi reaksjonsproduktene tilstrekkelig tid til adskillelse. En ytterligere er frembringelse av flere gangers hvirvel inn i smeiten for å aksellerere faseskillingen. Den førstnevnte forholdsregel må nødvendigvis føre til et sammenligningsmessig storrommet avnsanlegg. Annen forholdsregel er forbundet med en betraktelig erosjon av ovnens utforingsmateriale.

Oppfinnelsen vedrører altså en pyrometallurgisk ovn til behandling av smådelt malm eller malmkonsentrater av kobber og/ eller nikkel ved innsmelting, som eventuelt finner sted under tilsetning av brennstoff og/eller under samtidig flyktiggjøring av malmkomponentene og/eller kan være forbundet med en delvis avrøsting av malmen eller malmkonsentratene, samt ved samling av videreforarbeidelse av smeiten, hvilken ovn omfatter en innsmeltingsinnretning 11, fortrinnsvis en smeltesyklon, og et til innsmeltingsinnretningen tilliggende rom 24 for oppsamling og videreforarbeidelse av smeiten, karakterisert ved at nevnte rom ved hjelp av minst en praktisk talt loddrett, -over badspeilet anbragt og til nærheten av bunnen strekkende skillevegg 22 er oppdelt i minst to med hverandre kommuniserende kammere 23, 25, således at i det av skilleveggen 22 avgrensede kammer 25 gjennomføres fjerning av slagg, samt videreforarbeidelsen av den metallsulfidholdige smelte.

Fortrinnsvis foregår innsmeltningen av smådelt malm eller malmkonsentrater under anvendelse av oksygenholdige gasser, f.eks. av luft, av med oksygenanriket luft eller i spesiell hensiktsmessig utførelse av gasser i det vesentlige bestående av oksygen og svoveldioksyd. 1

Som innsmeltningsinnretning er den fra fyringsteknik-ken kjente smeltesyklon foretrukket anvendbar. Hensiktsmessig til-bakeføres minst en åel av den ved varmeutveksling utvunne reaksjons-varme til innsmeltningsprosessen.

Videreforarbeidelsen av de metallsulfidholdige smelter inntil ønsket konsentrasjon av metall foregår ved hjelp av oksygenholdige gasser og fordelaktig måte ved påblåsning av en i det vesentlige av oksygen og svoveldioksyd bestående gassblanding.

'Prinsippet ved arbeidsmåten ifølge oppfinnelsen skal

vises med eksempel på kobbermalm under henvisning til fig. 1 som anskueliggjør reaksjonsforløpets enkelte stadier.

Den på fig. 1 gjengitte innretning ifølge oppfinnelsen i sin enkleste utførelse består av en smeltesyklon 11 og en til vid-eref orarbeidelsen av smeiten bestemt anordning som har to ved hjelp av en skillevegg 22 dannede rom 23 og 25. Avgasskanalen er betegnet med 8, det under skilleveggen 22 liggende rom 24, slaggutløpsåpningen med 27, metallutgangsåpningen med 26 og smeltens inntredelsesåpning med 9 •

I første rekke bringes smeltesyklonen 11 ved hjelp av en ved en spiss anbragt brenner 10 til reaksjonstemperatur. Deretter innføres smådelt malm eller malmkonsentrater eventuelt under tilsetning av slaggdannelsesmidler, i retning av sekanter eller tangenter i smeltesyklonen 11. Den dannede smelte bestående av.slagg og kobbersten kommer gjennom åpning 9 i første rekke inn i rommet 24.

I prosessens videreforløp stiger smeiten og når endelig underkanten av skilleveggen 22 (stadium 2).

Deretter deler smeiten seg og kommer inn i rommene 24 og 25, idet slaggen forblir i ro i rom 25 og kan avsette seg. På grunn av dens romlige adskillelse av rom 23 opptar den ingen kobber-holdig smelte. Slaggen kan bare avkobres ved tilsetning av pyrit, idet det dannede lobbersulfid synker og forener seg med kobbersulfid-ets hovedmengde (stadium 3)-

Den nå kobberfrie slagg fjernes gjennom slagguttaksåpning 27 (stadium 4).

Det begynner blåsingen av kobberstenen til metallisk kobber ved hjelp av oksygenholdige gasser. Prosessen fortsetter så lenge inntil den samlede kobbersten i rom 25 og den overveiende del av kobbersten i rom 24 er omsatt til metallisk kobber. Eventuelt en overoksydasjon er uten betydning, da det derved dannede og i det metalliske kobber oppløste kobberoksyd ved hjelp av ved stadig etterkommende kobbersulfid igjen reduseres til metallisk kobber (stadium 5)•

Deretter åpnes metalluttaksåpningen 26 og metallet fjernes inntil sten begynner å tre ut (stadium 6).

Under skilleveggen 22 trer det nå inn ny slagg i rom-, met 25, til det etter å ha nådd underkanten av skilleveggen 22.sepa-reres fra rom 23 (stadium 7).

I dette øyeblikk begynner fremgangsmåteforløpet fra begynnelsen.

Ved den ovenfor omtalte fremgangsmåte løper det fra innsmeltningsapparatet kontinuerlig en strøm av smeltet materiale inn i den i ro befinnende smeltede slagg, hvorunder det befinner seg en sump av smeltet kobberråsten (Cu2S . PeS) eller kobberfin-sten (Cu2S). Slaggbadet opprøres altså ikke, den eneste bevegelse som foregår heri er smelteinnstrømningen. Malmen eller malmkonsen-tratenes avrøstning, en eventuell flyktiggjøring av malmkomponentene og slaggdannelsen har allerede funnet sted fra smeltens inntreden i badet, således at i første rom av innretningen til opptak og videreforarbeidelse av smeiten må det bare finne sted adskillelse av de smelteflytende faser. Hertil er det tilveiebragt optimale beting-elser for etter Stokes formel som definerer den for faseskillingen avgjørende synkehastighet av metallsulfidpartiklene i slaggen ifølge ligning

er ved foregitt jordakselerasjon g og foregitt spesifikk slaggvekt og sten, d^, d ? bare partikkelradien r og seigheten n av slaggen influerbar. Ved den av fra innsmeltningsinnretningen uttredende lukkede stråle av smelte med maksimal mulig partikkelstørrelse r og ved den lille seighet av slaggen som resulterer av den høye smelte-temperatur, er det tilveiebragt ekstremt gunstig avsetningsbeting-elser.

Ved anordningen av ytterligere praktisk talt loddrette, over badspeilet anbragte, til bun-n-nærhet strekkende skillevegger kan det oppnås at bare den spesifikt tunge kobbersten - fri for slagg - trer over i siste kammer hvori forarbeidelsen foretas til ønsket metallkonsentrasjon.

t

Poretrukkede utformninger ifølge oppfinnelsen er vist på fig. 2 og 3. Fig. 2 viser et loddrett snitt gjennom innretningen ifølge oppfinnelsen, som'har en smeltesyklon som innsmeltningsinnretning og en av tre rom dannet innretning til videreforarbeidelse av smeiten. Fig. 3 viser et loddrett snitt gjennom innretningen ifølge oppfinnelsen, som har en smeltesyklon som innsmeltningsinnretning og en av fire eom dannet innretning til videreforarbeidelse. Fig. 2 viser en smeltesyklon 11 med praktisk talt horisontal akse, hvor det over ledningene 12 og 13 innføres malm-luft-suspensjonen og sekundærluft. Eventuelt kan malm-luft-suspensjonen også tilsettes slaggdannelsesmidler. Den i smeltesyklonen dannede smelte kommer gjennom åpning 9 i første rekke inn i rommene 23 og 24, hvori det foregår separasjon i slagg og sten. Det ved hjelp av skillevegg 22 avdelte rom 25 tjener til befrielse av slagg for kobber og/eller nikkel. I et tredje, likeledes ved hjelp av en skillevegg 22 avdelt rom 28 blåses kobber og/eller nikkelstenen ved hjelp av over lanse 29 tilført oksygenholdige gasser til metallisk kobber eller nikkel. Metallets avstikning foregår over metalluttaksåpning 26, for slaggen over slagguttaksåpning 27. Den i rom 23 anordnede med en fangrist utstyrt anslagsvegg 21 adskiller små smeltedråper som medføres av fra smeltesyklon 11 uttredende gass og bevirker bortførelsen av svovelholdige gasser i en samleledning som ikke er vist. Fig. 3 viser en utførelse av innretningen ifølge oppfinnelsen hvor det ved hjelp av en tredje skillevegg 22 er tilveiebragt et ekstra behandlingsrom 31. Behandlingsrommet 31 muliggjør slaggdannelse av fra det foranliggende rom 25 eventuelt medslepende jernmengder, således at i siste behandlingsrom 28 kan det gjennom-føres blåsing av metallsulfidene uten noen bireaksjon.

Ved den foretrukkede utførelse ifølge oppfinnelsen som vist på fig. 2 og 3, står anordningens rom til matning av smelte og videreforarbeidelse i forbindelse med hverandre som kommuniserende rør, idet den flytende metallsten tjener som sperrevæske og således hindrer overgang av slagg fra rommene 23 og 25 (tilsvarende fig. 2) resp. 23, 25 og 31 (tilsvarende fig. 3) i rommet 28. Det vil si i rom 28, hvor det sikres blåsbarheten av metallstenen,- stiger bare flytende metallsten, nemlig i en mengde som tilsvarer den spesifikke vekt av slagg og sten.

Så lenge den i likevekt med slagghøyden stående søyle av metallsten eller metall utøver et metallostatisk trykk, som er lik trykket av slaggsøylen til slagguttaksåpning 27, trer slagget ut på dette sted.

Opptas imidlertid av rom 28 så meget metall at sten-metallsøylens trykk blir mindre enn slaggsøylen, så faller slaggens nivå under høyden av slagguttaksåpning 27. Det renner ikke mer sla.gg av og fra kobberstensumpen trer kobbersten over i rommet 28, inntil den ved det metallostatiske trykk betingede likevekt igjen er dannet. Herved kommer ingen slagg inn i rom 28.

I videre prosessforløp er slaggavløpet avbrudt så lenge inntil på grunn av trykket av metall-/metallsulfidsøylen i rom 28 slaggens nivå er under slagguttaksåpningen 27. Herved inntrer ingen innvirkning på sedimentasjon av kobbersten resp. tilløp av kobbersten.

Innretningen ifølge oppfinnelsen i foretrukket utfør-elsesform muliggjør ved kontinuerlig tilførsel av smelte å fjerne slaggen kontinuerlig eller diskontinuerlig. Likeledes kan svoveldioksyd og det ved blåsing dannede flytende metall fjernes kontinuerlig eller diskontinuerlig. Dermed er det mulig med en optimal tilpasning av innretningen ifølge oppfinnelsen til kravene for de apparater som tjener videreforarbeidelsen.

En annen form for tilpasning av innretningen ifølge oppfinnelsen til videreforarbeidende apparater er gitt ved at for de enkelte behandlingsrom, spesielt for rom 28, er det foreskrevet egnede tverrsnitt og dermed bestemte opptaksevner for metallsten, dannet metall og eventuelt svoveldioksyd. Pausene mellom de enkelte blåseprosesser og mellom avgivning av dannet metall kan følgelig i praksis velges ønskelig korte eller lange.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og arbeidsmåten for innretningen ifølge oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av noen eksempler.

Eksempel 1. (med referanse til fig. 2)

Til forarbeidelse kommer et kobberkonsentrat med sammensetning

30 vekt% Cu

30 vekt# Fe

34 vekU S

resten gangart.

4.160 kg av dette "konsentrat blandes med 900 kg kisel-syre og etter tørkning til en restfuktighet på ca. 1% has pr. time i en suspensjon,av 300 Nm^ oksygenholdig gass (med 705? oksygen) over ledning 13 i retning av en sekant til smeltesyklonen 11. Malm-kiselsyre-gass-suspensjonen trer inn med en hastighet på 20 m/sek. og en temperatur på 200°C.

Over ledning 12 innblåses samtidig oksygenholdig gass (70$? oksygen) i en mengde på 1250 Nm^ og med en hastighet på 100-150 m/sek i retning av tangentene. Temperaturen av de surstoff-holdige gasser utgjør 350°C.

I smeltesyklonen 11 danner det seg en smelte bestående av 1,57 tonn kobbersten (Cu„S) og 2,75 tonn slagg med ca. 58% FeO. Dessuten oppstår 1,385 Nm gasser som omtrent har sammensetningen

56S5 S02, 35,8$ N2 og 8,2% 02.

Smeiten trer ut av smeltesyklon 11 gjennom åpning 9

med en temperatur på ca. 1.400°C og kommer i første rekke inn i rommene 23, 24 og 25. Det inntrer en separering i slagg med et Cu-innhold på 0,4/5 og kobbersten. I rommet 25 tilsettes pr. time 20 kg pyrit (FeS2), hvorved slaggens kobberinnhold omsettes i kobbersulfid, som forener seg med kobbersten.

I løpet av prosessen trer det over slagguttaksåpning

27 ut kontinuerlig slagg med en temperatur på 1300°C. Samtidig kommer kobbersten inn i rom 28, hvori blåsearbeidet foretas med en over lanse 29 tilført gass. Gassmengden utgjør 330 Nm^ og består av 70% oksygen og 305? svoveldioksyd. Det oppstår tilsammen 309 Nm<3 >svoveldioksyd, hvorav 99 Nm^ stammer fra den over lanse 29 tilførte gass. Ved blåsearbeidet dannes pr. time I.256 kg kobber som har en temperatur på 1250°C og fjernes i perioder på 15 min. over metalluttaksåpning 26.

Eksempel 2. (med referanse til fig. 2) .

Det forarbeides en nikkel-kobber-konsentrat som har sammensetning

5,5$ Ni

2,05? Cu

43,05? Fe

28 , 05? S

21,55? gangart.

II tonn av nevnte konsentrat sammenblandes med 22 tonn sand, oppmales til en kornfinhet på maksimalt 150 ' ,u og ify3lles i en mengde på 5,1 tonn/time 1 form av en suspensjon med 350 Nm oksygenanriket luft (705? 0^) til en smeltesyklon 11 over ledning 13 i retning av en sekant. Suspensjonen trer inn med en hastighet på 20 m/sek og en temperatur på 200°C.

Over ledning 12 innblåses samtidig oksygenholdig gass (705? 02) i en mengde på 1400 Nm^ og med en hastighet på 100 m/sek.

i retning av en tangent. De oksygenholdige gassers temperatur utgjør 350°C.

I smeltesyklon 11 danner det seg en smelte bestående av 4,1 tonn/time slagg med sammensetning 56% FeO, 20% Si02, 24% gangart og 430 kg/time nikkel-kobbersten av sammensetning 54% Ni,

20% Cu, 26% S. I smeltesyklon 11 oppstår dessuten 2,1 tonn/time svoveldioksyd, som unnviker i form av en gass i mengder på 1380 Nm^ med 53,4% S<0>2, 30% N2 og 8,6% 02.

Smeltet trer ut med» en temperatur på 450 C av åpning

9 av smeltesyklonen 11 og skiller seg i rommene 23, 24 og 25 i slag-ger med et kobber-nikkelinnhold på ca. 0,5% og kobbernikkelsten.

Ved tilsetning av 30 kg/time pyrit i rom 25 foregår den videre befrielse av slaggen for kobber og nikkel, som forener seg med hoved-mengden av nikkel-kobber-stenen. Slaggen trer ut over slagguttaksåpning 27 kontinuerlig med en temperatur på 1350°C, mens kobber-nikkelstenen kommer under skilleveggen 22 inn i rom 28.

Omsetningen til en kobbernikkel-legering foregår herved ved blåsning med 103 Nm^ oksygenholdig gass (80% 0„, 20% S0„). Derved oppstår tilsammen 100 Nm 3 S02, hvorav 20 Nm 3 ble tilført

over røstgassen. Den samtidige mengde på 318 kg/time dannede kobbernikkel-legering med 73% nikkel og 27% kobber has ut periodisk hvert 30. minutt med en temperatur på l400°C over metalluttaksåpning 26.

Eksempel 3- (med referanse til fig. 3)

Til fremstilling av nikkeImetall tjener en nikkel-jernsilikat (Garnierit) med sammensetning

5,5% Ni

0,2% Co

0,4% Cr

45,0% Si02

12,0% Fe

25,0% MgO.

100 deler av malmen blandes med'

24 deler kalsiumsulfat

7 deler kalsiumkarbonat og

25 deler koks

og oppmales til en finhet på 90% under 200 ^,u.

Av ovennevnte blanding has pr. time 6,5 tonn til den med olje foroppvarmede smeltesyklon-11 i form av en suspensjon med oksygenanriket luft (70% 0 d „) over ledning 13 i retning av e3n sekant. Tilsammen tilføres til smeltesyklonen 11 pr. time 2.170 Nm oksygenholdige gasser, hvis oppdeling foregår over tilførselsledninger 12

og 13 i forholdet 1:4.

Fra syklonåpningen 9 trer det ut 4 tonn/time slagg med sammensetning 12% FeO, 48% Si02, 26% MgO og 14% CaO samt 0,42 tonn råsten med sammensetning 50% Ni + Co, 30% Fe + 20% S. Smeltens tem-

peratur utgjør 1500°C. I rommene 23, 24 og 25 inntrer en separering i råsten og slagg som forløper kontinuerlig over uttredelsesåpning 27 med en temperatur på 1450°C.

Den under skillevegg 22 inn i rommet 31 overtredende

råsten blandes med 75 kS SiO„ og med over lanse 32 tilført 100%-ig oksygen i mengder på 133 Nm . Derved oppstår 246 kg jernsilikat med 65% FeO og 35% Si02 samt 308 kg nikkelsten (ni^S2) av sammensetning 74% Ni og 26% S.

Det dannede jernsilikat- fjernes over slagguttaksåpning

33- Nikkelstenen kommer under skillevegg 22 inn i rom 28, hvor blåsearbeidet sikres med praktisk talt 100%-ig oksygen i mengder på

58,3 Nm 3 . Det oppstår 53»7 Nm 3 S02, som med 5 Nm 3 ikke omsatt oksy-

gen bortføres til videreforarbeidelsen.

Den pr. time i en mengde på 233 kg dannede nikkel-

legering bestående av 97% Ni og 3% kobolt, samler seg i herden av rom 28 og avstikkes her omtrent hvert 30. min. Nikkellegeringens temperatur i herden ligger ved ca. 1550°C.

Claims (3)

1. Pyrometallurgisk ovn til behandling av smådelt malm eller malmkonsentrater av kobber og/eller nikkel ved innsmelting, som eventuelt finner sted under tilsetning av brennstoff og/eller under samtidig flyktiggjøring av malmkomponentene og/eller kan være forbundet med en delvis avrøsting av malmen eller malmkonsentratene, samt ved samling av videreforarbeidelse av smeiten, hvilken ovn omfatter en innsmeltningsinnretning (11), fortrinnsvis en smeltesyklon, og et til innsmeltningsinnretningen tilliggende rom (24) for oppsamling og videreforarbeidelse av smeiten, karakterisert ved at nevnte rom ved hjelp av minst en praktisk talt loddrett, over badspeilet anbragt og til nærheten av bunnen strekkende skillevegg (22) er oppdelt i minst to med hverandre kommuniserende kammere(23, 25), således at i det av skilleveggen (22) avgrensede kammer (25) gjennom-føres fjerning av slagg, samt videreforarbeidelsen av den metall-sulf idholdige smelte.

2. Ovn ifølge krav 1, karakterisert ved en av tre rom (23, 25, 28) bestående innretning til videreforarbeidelse av den fra innsmeltningsinnretningen uttredende smelte hvor det i det til innsmeltningsinnretningen (11) nærmest plasserte rom (23) foregår den gravimetriske adskillelse i metallfattig slagg og metallsten, i rom (25) utskillelsen av små mengder i slaggen inneholdte metallrester samt slagguttak over slagguttaksåpning (27) og i det tredje rom (28) ved tilførsel av oksygenholdige gasser over lanse (29) forarbeidelsen av metallsten til metall.

3. Ovn ifølge krav 1, karakterisert ved en av fire rom (23, 25, 31, 28) bestående innretning til videreforarbeidelsen av den fra innsmeltningsinnretning (11) uttredende smelte, hvor det til innsmeltningsinnretning (11) nærmest plasserte rom (23) foregår den gravimetriske adskillelse i metallfattig slagg og metallsten, i annet rom (25) utskillelsen av små mengder i slaggen inneholdte metallrester, samt slagguttak over slagguttaksåpning (27), i det tredje rom (31) slaggdannelse av resterende fremmed-metaller samt fjerning av den dannede slagg over en ytterligere slagguttaksåpning (33) og i fjerde rom (28) ved tilførsel av oksygenholdige gasser over lanse (29) forarbeidelsen av metallsten til metall.