NO130813B - - Google Patents

Description

Apparat for kontinuerlig elektrotermisk oppvarming

av et fast, partikkelformet og strømbart utgangs-raateriale, spesielt malmer.

Man kjenner mange fremgangsmåter til utvinning av metaller fra malmer, og en del av dem er av pyrometallurgisk natur. Noen metaller utvinnes relativt lett fra sine malmer, f.eks. kobber og jern,

mens andre utvinnes med ytterste vanskelighet, f.eks. titan og zir-

konium. Vanskelighetsgraden ved utvinningen gjenspeiler seg natur-

ligvis i metallets tilgjengelighet og pris. Ettersom teknologien skrider frem, vokser behovet for slike metaller som niob, tantal, zixkonium og titan, og det gjøres derfor mange anstrengelser for å få

ut disse metallene på mer økonomisk vis.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å skaffe et

apparat for kontinuerlig elektrotermisk oppvarming av et fast, partikkelformet og strømbart utgangsmateriale, spesielt malmer, hvor

utgangsmaterialet i suspendert tilstand i en bæregass kan utsettes for en høy-intensiv lysbue og haleflamme mellom kullelektroder i kontrollert atmosfære. Den oppvarming som oppnås ved hjelp av apparatet ifølge oppfinnelsen, kan tjene til gjennomføring av kjemiske reaksjoner, spesielt reaksjoner som omfatter en metallforbindelse,

er/

gjerne forbindelser av metaller som vanskelige å utvinne fra malmer. Eksempelvis kan apparatet med fordel anvendes til selektiv klorering av platina og andre edle metaller i en malm.

Britisk patent nr. 1 033 391 beskriver et plasmadannende apparat av induksjonstypen. Det anvendes imidlertid ikke kullelektroder, og heller ikke fremskaffes en høy-intensiv lysbue.

Britisk patent nr.. 1 035 191 omhandler en prosess hvor halogenider omdannes.; idet en forvarmet gass ledes inn i en lysbue-sone mellom elektrodene 4 og 8 ifølge patentskriftet. Elektrodene er ikke av grafitt, og det tilveiebringes heller ikke en høyintensiv lysbue, og hvis partikkelformet materiale skal fordampes, blir det inført gjennom passasjen 20.

"Industrial and Engineering Chemistry", 1963, sider 16-23, omfatter en oversiktsartikkel som diskuterer flere plasmadannende apparater. Høyintensive lysbuer nevnes på side 22, og det angis at denne lysbuetype har., vært brukt, som en kilde for høy- intensivt lys og som varmekilde for kjemiske prosesser vedrørende høyt-smeltende materialer. Hvilken type av kjemiske prosesser det dreier seg om,

er ikke angitt .Artikkelai nevner to forskjellige typer plasmageneratorer så som apparater av induksjonstypen.

"Chemical Engineering News", 42 (1964), nr. 51, sider 44-45, beskriver bruken av en plasmaflamme i forbindelse med et flui-disert sjikt av elektrisk ledende partikler. Grafittelektroder er ikke nevnt, heller ikke behandling av partikkelformet materiale som suspendert i en bæregass ledes langs lysbué-og haleflamme-sonen.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved et reaksjohskammer .(;2) .og en tilførselsanardning (29) for :dét partikkelformede materiale suspendert i 'en bæregass -for passasje langs sonen . for den ;mellomto r avstand fra hverandre .-.anordnede graf ittelektroder (9) opprettholdte lysbue (15) og haleflamme (16) med. høy entalpi. En foretrukken utførelsesform av apparatet går. ut på at tilførsels-anordningen (29). omfatter en. første pas-sasje; ( 31 ,i 32} f or tilførsel av det partikkelformede materiale og en.annen passasje (33) for-tilførsel av en bæregass. I henhold til en annen foretrukken ut-førelsesf orm omfatter apparatet en for-ioniseringsinnretning (14) anordnet i tilførselsonen for det i bæregass suspenderte partikkelformede materiale ovér passasjen mellom elektrodene (9).

Med et miljø med høy entalpi menes et miljø hvor det opp-rettholdes en høy gjennomsnittstemperatur, f.eks. i en-høy-intensiv plasmabue eller en kjernereaktor, i motsetning til en glødeutladning eller en stille bueutladning (i alminnelighet omtalt som an ikke over-ført bue), eller en " kol tom"-reaktor. En høyintensiv plasmabue defineres som en elektrisk buetilstand som består mellom minst to ele-kroder, hvilken buetilstand har en positiv elektrisk motstands karak-teristikk. Dette vil si at en økning i strømstyrken ledsagas av en øket spenning over buen. Ved en spesiell utforming fås denne høyinten-sive plasmabue ved at det slås en bue mellom to grafittelektroder som overbelastes slik at elektrodene i det minste delvis fordamper og tæ-res opp. En "haleflamme" (plasma-jet) er karakteristisk for an slik høyintensiv bue, og en slik bue i en to-atomisk gass vil skape tem-peraturer av størrelsesorden 4000-8500°C med relativt lave gasshastigheter i sammenligning med gasshastigheter som forekommer i buer av "ikke overført" type.' Den høyintensive buetilstand kan cgså fås ved andre arrangementer, f.eks. en anordning hvor en anode er porøs cg en gass tilføres bueregionen gjennom porene i anoden.

Ved en særskilt fremgangsmåte etableres en elektrisk bue mellom karbonholdige elektrodematerialer, og elektrodematerialet overbelastes så det etableres en buetilstand med en positiv elektrisk motstandskarakteristikk, hvorved man får en- langstrakt sone med høy entalpi fra hovedbuen langs haleflammen. Malm i partikkelform innføres ved et punkt foran buesonen og strømmer gjennom denne og haleflammen langs aksen for sonen med høy entalpi, og produktene samlas så i et samlesystem slik at de holder.seg i en form som passer for den videre behandling. I alminnelighet rives malmen,med av en transportgass for innføring og passasje gjennom høyentalpisonen.

Ved en spesiell fremgangsmåte etableras det termiske miljø med høy energi i en halogan-eller halogenidholdig atmosfære, og malm i partikkelform innføres gjennom lysbuen, hvorved malmens innhold av platina danner forbindelser som lettere kan separeres ved kjente tekniske prosesser.

Høyentalpi-miljøet kan også tilveiebringes i an reduserende atmosfære. Malm som inneholder nikkel og kobolt og som føras gjennom lysbuen i høyentalpisonen, reagerer kjemisk slik at metallene lettere blir tilgjengelige for utvinning ved vanlig teknikk.

Man har tidligere gjort forsøk på å smelte malmer med ikke overførte plåsmaflammer, dvs. hvor lysbuen ender inne i plasmaflammen, og plasmadannende gasser blåses gjennom lysbueregionen så at de kommer ut fra denne som fritt plasma, men man har hatt lite hell, fordi det tidligere har vært vanskelig å tilføre faste eller flytende partikler til den termiske høyenergisone uten at reaksjonssonen kveles eller tilstoppes eller at elektrodene foru-renses, eller det har vært vanskelig å holde reaktantene i høyenergi-sonen lenge nok til å oppnå den ønskede reaksjon. Tidligere reaksjonssysterner med plasmabuer som har vært gjennomført med hell, har normalt begrenset seg til gassformige reaktanter i høyenergi-sonen for den ikke overførte lysbue.

For første gang er det'mulig økonomisk å bruke faste eller flytende reaktanter i høyenergisohen for en plasmabue og få realistiske gjennomløp og utbytter, slik som skal beskrives i det følgende. Den heldige gjennomføring av denne prosess kan henføres til den kjennsgjerning at det brukes et miljø med høy entalpi, typisk i den høyintensive bue, hvor elektrodematerialet fordampes. Fordampningen av elektrodene synes å fremkalle en selvvasking, og dette eliminerer de kvelnings- og tilstoppings-problemer som man tidligere har møtt. Selv om Shear og Korman i U.S. patenter nr. 2 616 843 og 3 099 614 forstod at en høyenergi-form kunne brukes, så mente de at malmen måtte innesluttes i elektroden for å få passende kontakt mellom malmen og buesonen.

Apparatet ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å oppnå forbedret utnyttelse av malmer, konsentrater og rester som inneholder verdifulle metaller. Apparatet kan anvendes til utførelse av en rekke reaksjoner, hvorav følgende er typiske:

Metalloksyder til metall

Metalloksyder til metallhalogenidér

Metallhalogenider til metaller

Dissosiasjon av komplekse mineraler til enkle forbindelser.

Når malmer eller konsentrater normalt bearbeides for utvinning av innholdet av primærmetall, får man ut gangarten, som gjerne består av oksyder og silikater av slike metaller som jern, aluminium og magnesium, bg som kan utgjøre en høy prosentdel av . totalvekten, som en metallurgisk slagg eller i.form av et avfalls-residuum. Ved" hjelp av apparatet ifølge oppfinnelsen kan økede mengder av mineralske forbindelser, metallverdier og gangart-mineraler forandres og omdannes til rene forbindelser av teknisk verdi, for eksempel A^O.^, MgO, amorft Si02 eller metallisk Al og Mg i tillegg til primærmetallet.

Oppfinnelsen skal nå. beskrives mer detaljert med hen-visning til tegningen hvor;

Fig. 1 viser typiske bueutladningsområder.

Fig. 2 er en skjematisk.fremstilling av en utforming av apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er en fremstilling av et system som omfatter det apparat som er vist på fig. 2.

Fig. 4 er et skjematisk flytskjema .

Fig. 5 er et skjematisk flytskjema med visse nødvendige elektriske installasjoner, forøvrig i samsvar med fig. 4.

Som nevnt angår oppfinnelsen termiske miljøer med høy entalpi, og den vil bli beskrevet spesielt i forbindelse, med høy-energi -lysbuer . Disse lysbuer kan skilles fra andre former for bueutladninger som tidligere er blitt anvendt, og de forskjellige former er oppsummert på fig. 1, som skjematisk viser typiske ut-ladnings områder i relasjon til strømtetthet og trykk/feltstyrke og bygger på publikasjonen "Chemical Kinetics of Gas Reactions" av V.N. Kondrafev, utgitt av Addison og Wesley 1964. Slike høyintensive lysbuer frembringes ved meget høye strømtettheter i motsetning til f.eks. stille utladning, som fremkommer ved lave strømtettheter.

I figurene 2 og 3 vises en ovn i henhold til den foreliggende oppfinnelse, sammen med noe av det tilleggsutstyr som er knyttet til aen.

Ovnen, som generelt er angitt med 1, omfatter et reaksjonskammer 2 av korrosjorisresistent materiale som rustfritt stål, og inn i dette raker elektrodeholdere 3 °S 4 gjennom gasslukke-ringer 5 og keramiske isoleringsskiver 6 anbragt i lokket 12. Elektrodeholderne 3 og 4 er fortrinnsvis væskekjolet gjennom inn-løpene 7 og utlop 8, og avhengig av den krafttilførsel man vil bruke kan de lages av enhver god elektrisk leder som wolfram, kobber-tellur, kobber, aluminium eller forskjellige kombinasjoner av disse. Elektrodeholderne 3 og 4 er innrettet til regulering både vertikalt og horisontalt for å holde elektrodeavstanden under drift. Grafitelektroder 9 holdes i holderne 3 °S 4 på

kjent måte som ved'fastspenning eller skruer, og under driften fordamper endene av nevnte elektroder i en selvrensende operasjon, og de skaffer-også karbon som kan virke som reduksjonsmiddel for tilforselsmaterialene eller bare unnslippe sorn et oksyd av karbon. Grafitelektoder er mest passende til dette bruk, men under visse forhold kan andre elektrodematerialer som ikke forurenser eller forstyrrer de beskrevne reaksjoner også brukes. Kraften tilfores til elektrodeholderne via ledninger 10 og 11 fra en kraftkilde (ikke vist). Oppfinnelsen omfatter både vekseistrom og likestrom, avhengig av arten av det materiale som skal behandles, elektrodeutformningen og den tilgjengelige kraftkilde.

I den utformning sorn er vist i fig. 2 fant man vekseistrom hensiktsmessig, og dan ble passende satt omkring 55 volt og 1100 ampere ved 4°° Hz. Med denne kraftkilde fant man at de vanskeligheter man motte med å opprettholde en stabil bue kunne i det minste delvis overvinnes ved passende elektrodeavstand ved å skyte inn en hdyspent,. hoyf rekvent strom med lavt- amperetall på hovedkraftkilden. Typisk kan brukes en 6 kw 5 mHZ strom. Alternativt, eller i tillegg, kan i det minste en del av bære-.gassen forioniseres for den passerer hovedelektrodene 9> hvorved sikres en kontinuerlig ledende bane for hovedkrafttilforselen. Nevnte bæregass kan lettvint for-ioniseres i en for-ioniserings-, enhet som også er montert i lokket 12. I fig. 2 er denne-enhet vist over elektrodene 9 for lettvinthe-t.s skyld-, men man vil innse, at denne ovn kan såvel drives i horisontalplan som i vertikalplan..

For-ioniseringsenheten 14 omfatter et jordet kontroll-hode 17 montert gjennom den keramiske skive. 6 og utstyrt med utvendige vannkjolespiraler 18. En ringformig vannkjolt elektrode 19> fortrinnsvis av wolfram, utgjor den nedre"ende av 17. En elektrode 20, fortrinnsvis også av wolfram, er montert i en holder 21 vertikalt over ringen i nevnte elektrode 19, og utstyrt med en knott for hoyderegulering 22 som dreier holderen 21 i den gjengede del 23 for å regulere stillingen av elektroden 20. Kraften tilfores elektroden 20 gjennom e;: ledning 24 fra en kraftkilde som ikke er vist. En bue slås mellom elektrodene 19 og 20, og en gass, fortrinnsvis men ikke nodvendigvis en inert gass, sendes gjennorn buesonen 25 fra innlopet 26 og danner et lav-intensivt plasma 30* Argon eller nitrogen er særlig passende gasser i denne for-ioniseringsenhet. Væske-kjoling tilfores elektroden 19 via innlop 27 og utlop 28. Når buesonen 25 er stabilisert innfores en bæregass for hovedplasmaet mellom elektrodene 9 til det for-ioniserende plasma via innlopene 29* Den for-ioniserte gasstrom 30 innstilles over hovedelektrodene, og de delvis ioniserte gasser fores inn i hoyinten-sitetsbuen 15 som dannes mellom elektrodespissene 9* Når den forrioniserende gasstrom JO, hovedbuen 15 og haleflammen l6 er stabilisert kan malmtilforselen startes og innfores i ovnen gjennom innlopene 29 blandet med bæregassen for det hoyintense plasma. Denne gass kan være inert, men mere vanlig er reaktantgass som naturgass, luft eller hydrogen. Malm, eller andre faste eller flytende reaktanter, lagres i en vanlig matebeholder som har en vanlig matemekanisme for å trekke tilforselsmaterialet fra beholderen med jevn, regulert og forutbestemt hastighet.

Efter at de har passert gjennom lavintensitets-plasmaet 30, hovedbuen 15 og haleflammen lo, kjoles reaktanlene i reaksjonskammeret 2. Kammeret 2 omfatter en del med parallelle, sider 35 og en avskåret konisk hellende del 36, og det kan inneholde ytre og indre kontrollerte kjolemidler som vanndusjer eller gass-kjolestråler (ikke vist) for å regulere temperaturen i forskjellige nivåer i reaksjonskammeret. Det er nodvendig at reaksjonskammeret er stort nok til å rumme plasmaflammen lb og gi tilstrekkelig oppholdstid til å avslutte reaksjonene, same gi en tilstrekkelig grad av avkjoling. En vanlig, hoyeffektiv våt-skrubber 3& (fig. 3) kan forbindes direkte med utlSpet 37 i re ak-sjonskammeret. Denne skrubber-: har den'tredobbelte hensikt å fjerne varme fra avlopet, såvel fast som gassformig, samle opp faste produkter og opplose opploselige produkter av de kjemiske reaksjoner. Hvis man vil kan en ekstra oppsamlingskrets omfattende en magnetisk separator (som skjematisk er angitt'ved 40) og et filterhus 42 brukes.

I den utformning som er vist i figurene 2 og 3 brukes et enkelt par elektroder, men fagfolk vil innse at det kan brukes flere elektroder. I prinsippet er driften av slike utformninger denXsamme som i fig. 2 og 3, og den kan gjennomfores ved veksel-strom eller likestrom.

^^Under driften prepareres tilforselsmaterialet, såsom malm, ved at partikkelstorrelsen reduseres til ca. 100$ gjennom 30 mesh, ved enhver standard malmberedningsmetode, fulgt av fullstendig torring.

Den preparerte tilforsel lagres i en matebeholder 31 med jevn og regulert utlopshastighet, den måles gjennom et system av roterende ventiler 32 eller lignende innretninger som tjener som gasslukkere for å hindre tilbakeslag av ovnsgassen, og så sendes den til en blandeinnretning 34 hvor den blandes med en bæregass som kommer inn gjennom innlopet 33* Bæregassen kan være relativt inert, for eksempel nitrogen eller argon, eller den kan være en av reaktantene, for eksempel klor, karbonmonaksyd, luft eller oksygen, avhengig av hvilke reaksjoner som onskes. I de former av apparatet som er vist i fig. 2 og 3 sproytes tilforselsmaterialet og bæregassen via innlopene 29 inn i den gassflamme 30 som er dannet i for-ioniseringsenheten 14 som bekvemt kan være en vanlig vekselstroms plasmafakkel. Denne produserer typisk en flamme omtrent 6 mm i diameter og 2,5 cm lang med 10 kw krafttil-førsel.

Matematerialene suspenderes således i en delvis ionisert gasstrom som så rettes mot det termiske hoyentalpi-miljo i hovedbuen 15 og haleflammen 16, som frembringes ved krafttilførsel til grafitelektrodene 9 som er forbundet med en 4°0 perioders veksel-stromkrets (ikke vist). Man har funnet at den for-ioniserte gass-strom er onskelig for å vedlikeholde en elektrisk bane mellom grafitelektrodene, men at hvis elektrodeavstanden okes, for eksempel for å oke tilførselen, kan kretsen bli brutt og buen slukket. For å hindre dette og for å sikre kontinuerlig drift av buen kan man slutte en strom på fem-megacykler fra en oscillator over elektrodene 9» Denne hoyspente strom med lav stromstyrke gir en alltid tilstedeværende ionisert bane langs elektrodene for den 4°0 perioders strom. Alternativt kan en relativt lav-spent likestrom tilfores over elektrodene 9> og i dette til-

felle er den overlagte hoyfrekvente strom unodvendig for å

hindre at buen slukker. Andre metoder til å stabilisere buen vil lett frembu seg for fagfolk. Krafttilførselen til elektrodene 9 kan variere over et bredt område, og elektrodediameteren kan også variere med krafttilforselen for å opprettholde en hoy stromtetthet ved elektrodeflaten, tilstrekkelig til å fremkalle en positiv motstandskarakteristikk på hovedbuen 15. Hvis det brukes flere elektroder behoves for-ioniseringen av bæregassen og forvarmningen av mategodset ikke nodvendigvis, og derfor kan i noen tilfeller den for-ioniserende enhet sloyfes. Tilsvarende behover det ikke å være nodvendig å legge en strom over hoved-buestrommen for å stabilisere buen.

Som fagfolk på plasmaområdet vil innse, kan den haleflamme som skapes i en hoyintens plasmafakkel med elektroder som forbrukes være opp til l8 tommer eller 45 cm lang ved 50 kw eller endog lenger, avhengig av den tilgjengelige kraft, og den kan være så varm som 8000-10000°C ved basis. Flammen har relativt lav hastighet, og det er derfor mulig å oppnå særdeles lange oppholdstider for materialer som sendes gjennom flammen. Videre kan ioniseringsgraden i haleflammen til et hoyintensivt plasma være så hoy som 10-^.0$, i motsetning til den lavintense bue hvor ionisasjonen sjelden overstiger 5$« I denne hoyenergetiske tilstand gjenforener de frie ioner seg efter de normale kinetiske lover og termodynamikken slik at de soker den laveste energitil-stand. Noen reaksjoner kan skje i plasmasonens hoyeste temperatur-område, men andre kan skje når reaktantene avkjoles til under dissosiasjonstemperaturen for det onskede produkt når de kommer ut av hoyentalpi-sonen. I mange tilfelle kan det fri metall fremstilles,, mens det i andre dannes enkle metallforbindelser fra komplekse utgangsmaterialer som så kan ekstraheres ved vanlige pyrometallurgiske eller hydrometallurgiske fremgangsmåter. Igjen i andre tilfeller kan det dannes en metallforbindelse som er tilgjengelig for videre behandling gjennom plasma-sonen under andre prosessbetingelser for å fremstille det frie metall i en totrinns prosess.

Plåsma-haleflammen fra den hoyintense bue rettes inn i reaksjons- og kjolekammeret 2, hvor regulert kjoling kan oppnås ved ytre eller indre vanndusjer (ikke vist), stråler av kjole-gass eller andre midler. Man har funnet at mange onskede reaksjoner skjer når reaktantene er avkjolt til ca. 1080°C., men denne temperatur er helt avhengig av reaktantene som brukes, og som for nevnt er avkjoling ikke avgjorende i alle tilfeller. Ovnsproduktene, både faste og gassformige, går direkte fra reaksjonskammeret, og som det klarere er angitt i figurene 4 og 5 som er flytediagrammer for prosessen, kan de samles i en rekke våtskrubbere og annet vanlig oppsamlingsutstyr for stov. De opplosninger og faste stoffer som utvinnes fra gassystemet bearbeides til utvinning av metallverdier i form av raffinerte metaller eller salgbare produkter med vanlig metallurgisk teknikk.

Eksempel 1.

I en rekke forsok som her skal gjengis ble brukt et eks-traksjonsresiduum fra Sherritt-Gordon Mines Ltd. som råmateriale. Dette residuum er et relativt komplekst avfallsprodukt fra trykk-ekstrahering av et Ni-Co-konsentrat, og som ennu inneholder nikkel og kobolt i en form som man tidligere ikke anså for ut-nyttbar..

For hvert forsok ble ovnen (som vist i fig. 2), stov-samlere og alle indre flater omhyggelig renset for å hindre foru-rensning og sikre ensartede betingelser. Tilforselsmaterialet ble veiet inn i matebéholderen.400-cyklers -generatoren for for-ioniserings- og hovedkretsene ble startet og synkronisert. For-ioniseringsenheten ble- så startet, idet man vanligvis brukte tre 400 eyklers motorgeneratorer og argongass som piasmamedium. Når driften vai*, blitt stabil bie hoved-ioniseringsenheten startet, i alminnelighet med syv 400 eyklers motorgeneratcrer og med luft, nitrogen eller hydrogen som plasma- og reaktantgass. Så snart driften var stabilisert ble materen satt i gang og drevet med forutbestemt hastighet til beholderen var tom. Da forsoket var ferdig, ble alle torre materialer samlet fra hele apparatet, analysert -og veiet, og skrubberens opp-losningsvolurn ble målt. Opplosningen fikk bunnfellws over natten og fast stoff ble fraskilt ved filtrering.

De faste ovnsprodukter som ble oppsamlet i posefiltret ble omhyggelig analysert og 50 gram ble utlutet i 16 timer ved værelsestemperatur i åpen kolbe med 100 ml ammoniumhydroksyd (2o^NH^) og 25 gram ammoniumkarbonat. Denne behandling viste at 66,6$ av den nikkel som fantes i utgangsmaterialet kunne eks- " traheres fra det bearbeidede stoff ved en enkel utiucning (intet trykk)- Man vil huske at utgangsmaterialet er en rest efter nik-kelutlutning under trykk. Ovennevnte resultat er derfor meget gunstig, og det angir at passasjen gjennom høy-entaipi-sonen har medført at en stor del av nikkelinnholdet i residuet efter trykk-ekstraksjonen er gjort oppløselig. Som en dobbeltprøve på effek-tiviteten av behandlingen ble det gjort lignende forsøk med ekstraksjon av trykkutlutningsresten, og under de beste laboratorie-betingelser fant man at bare 23,7 % av nikkelet kunne gjøres opp-løselig.

Det ble gjort nye forsøk for å bestemme virkningene av andre reaktanter, slik som nedenfor anført:

FORSØK 2

Dette forsøk ble gjort for å få visshet for om nikkelinnholdet kunne kloreres, og heller enn å bruke klor i plasmaso-nen ble natriumklorid tilsatt til mategodset.

FORSØK H- 8

ARBEIDSDATA

Ovnsproduktene ble sendt direkte til skrubberen. Resultatene er vist i tabell 3.

Av disse resultater fremgår at ca. 75 % av mategodset ble oppfanget enten som fast stoff i skrubberen eller som støv på bunnen av reaksjonskammeret.

Det ble tatt prøver av hvert av produktene, og som før utlutet med ammoniumhydroksyd. En nikkelbalanse viser virkningen av plasmabehandlingen på utlutningsegenskapene.

Gått i oppløsning .15 %. I oppløsning ved ammoniumhydroksydutluting av ubehandlet grunnsubstans H-8- 26 %.

I dette tilfelle har den spesielle behandling med Nacl ikke gjort nikkelinnholdet i residuet merkbart mere ekstraher-bart ved enkel utlutingsteknikk.

FORSØK 3

Ennu et forsøk ble gjort med hydrogen som reaktantgass i hovedbuen. Det ble ikke satt klor til atmosfæren i dette tilfelle.

ARBEIDSDATA

Resultatene er gjengitt i tabell 4.

Man ser at igjen er en betraktelig del av mategodset så sterkt påvirket av passasjen gjennom buen at det ble overført til en gass eller så fine partikler at det ikke ble tilbakeholdt i utvinningssystemet. Søkeren anser dette som et meget overrasken-de og viktig trekk. Etter passasjen gjennom buesonen ble de en-kelte produkter utvunnet fra . forskjellige deler av utstyret og underkastet en ammoniakk-ekstraksjon med følgende resultater:

Siden utgangsprøven viser at bare 26,19 % av nikkelinnholdet kan utvinnes med ammoniakkekstråksjon, og opp til 34,26 % kan utvinnes efter behandlingen, så kan buebehandlirigen fremkalle øket oppløselighet av nikkelet i residuet efter trykkutlutingen. Et slikt resuTtat bygger naturligvis på den forutsetning at den del som det ikke er redegjort for, foreligger som en gass som lett kunne behandles i et mere utviklet gjenvinningssystem, byg-get til å fange opp gasser.

jEksempel 2

I det forsøk som her er gjengitt ble det brukt en lignende fremgangsmåte som i eksempel 1 med Tulameen-sand som utgangsmateriale sammen med en tilsetning av NaCl som et alternativ til

å bruke klorgass som bærer.

Tulameen-sanden stammer fra en elveavleiring som i stør-relse varierer fra grus til fin sand og leire. Nye arbeider hvor atomabsorpsjonsteknikk ble brukt, har vist at dette stoff inneholder gull, sølv, platina og andre metaller av platinagruppen.

Disse edle metaller opptrer delvis som meget findelt fritt metall, dels som fritt metall utfelt i en masse av magnetitt og/eller kromitt, og man antar, dels i form av mineralkomp-lekser.

Det er også beviser for at slik sand inneholder verdier

i form av andre "tunge" metaller som euxenitt, columbitt, monasitt, rutil, ilmenitt, kromitt, magnetitt, etc. Ved kjente metoder til behandling av malm kan utvinnes et komplekst, tungt konsentrat. Det ville være meget vanskelig, besværlig og kostbart å behandle -dette komplekse konsentrat med vanlig metallurgisk ekstraksjons-teknikk for optimal teknisk utvinning av metallverdiene. Disso-siering av de komplekse mineraler i det høyenergimiljø som er karakteristisk for et plasma og omdannelse til enklere forbindelser på kontinuerlig måte byr metallurgen en enklere vei til utvinning av mere av det metall som finnes.

Den sandprøve som ble bearbeidet hadde en mesh-størrelse på ca. 100 % gjennom 30 mesh og en tilnærmet utgangsanalyse på:

Denne prøven ble fylt i matebeholderen sammen med en 10 % tilsetning av NaCl som skulle gi tilstrekkelig kloridioner til de ønskede reaksjoner. Alternativt kunne klor brukes som bæregass.

For-ioniserings-plasmaet ble igangsatt ved å slå en bue mellom elektrodene 19 og 20 med en kraftkilde på ca. 10 kw veksel-strøm fra tre motorgeneratorsett 53. Argon ble innført under trykk gjennom innløpet 26 som for-ioniseringsgass. Da for-ioniserings-plasmabuen var stabilisert, ble luft sluppet inn gjennom innløpet 33 og innløpene 29, og hovedbuen 15 ble slått mellom elektrodene

9 med en kraftkilde på 55 volt, 1150 amp. og 400 Hz fra .7 motorgeneratorsett 54 via en isolerende transformator 55. Over hovedkraftkilden ble spent en høyfrekvent vekselstrøm med høy spenning, lavt amperetall og 5 MHz fra en oscillator 56 for å stabilisere bu-en. Da hele systemet var stabilisert ble materen 57 på beholderen 31 startet, og det stoff som inneholder de edle metaller ble ført

gjennom de roterende ventiler 32 til blandeinnretningen 34, hvor det ble intimt blandet med den' suspenderende bæregass (luft), fra innløpet 33, og ført til innløpene 29 og således injisert, i buesonen 30, hvor det faste mategods og bæregassen, i dette tilfelle

luft, ble bragt opp på et høyenerginivå. Strømmen av gass og fast stoff ble så sendt mellom elektrodespissene 9, som var innstilt så de tillot maksimal stoffpassasje uten å slukke buen. Man fant at en tilførselshastighet på 330 g/min. kunne fåes med en elektrodeavstand på 6,4 mm og en krafttilførsel på 60 kVA/400 Hz når en 6 kw 5 mHz overlagt strøm ble brukt. De faste stoffer som var suspendert i bæregassen, ble i det minste delvis dissosiert under passasjen gjennom den høyintense sone og haleflammens plas-mastrøm 16, og de fikk kjøles i reaksjonskammeret 2 for å la de kjemiske reaksjoner skje. Det ble innført noe kjølegass i reaksjonskammeret for å kontrollere temperaturen i kammeret. Reak-sjonsproduktene ble utvunnet i den vanlige skrubber 38, og disse ble bestemt som følger:

eller, uttrykt som gram- produkt utvunnet i hver seksjon:

(se tabell 5)

Det fremgår av resultatene av dette forsøk at det har. skjedd viktige forandringer under passasjen gjennom den høyinten-se sone. Det fremkommer en liten mengde slagg hvorfra alt flyk-tig klor er blitt fjernet, sammen med en viss mengde støv som re-presenterer materiale som ikke passerte den høyintense sone eller i hvert fall ikke ble merkbart påvirket. På grunn av utstyrets form ble det igjen en viss mengde støv av materiale som støtes av fra elektrodene og ikke falt gjennom den høyintense sone. Massen i skrubberen består av materiale som er uoppløselig, men som er grovt nok til å fanges opp i skrubberen, det er først og fremst rester av silikatsand fra tilførselsgodset. Oppløsningen fra skrubberen er materiale som har gått gjennom buen og er blitt gjort oppløselig. Man ser at en meget stor del av det tilførte klor opptrer i skrubberoppløsningen, og man kan følgelig si at det har skjedd en betydelig klorering av sanden. Man vil også se at de edle metaller, gull og platina, opptrer i skrubberoppløsnin-gen. Gull finnes faktisk i en mengde på mer enn 100 % av analysen av utgangsmaterialet, en uoverensstemmelse som kan forklares ved unøyaktigheter i analysemetodikken. Platina finnes i en mengde på 65 % av platinaet i utgangsstoffet, og søkeren ser på dette som et viktig bevis for at det har skjedd en selektiv klorering av de edle metaller ved passasjen gjennom buen. Det ble dannet et betydelig gassvolum ved reaksjonene, og man legger merke til at det er adskillig ubalanse mellom uttak og innløp. Denne ubalanse er enten en gass eller meget findelte partikler som er frem-kommet i buen, men som ikke fanges i skrubberen og tapes med av-løpssystemet. Dette kan ha betydning når man tenker på at de relativt grove tilførte partikler er blitt redusert til en dimen-sjon som er for liten til å bli fanget opp i et relativt effektivt gass-skrubbersystem. Det er klart at det har skjedd store forandringer.

Det viktigste resultat av ovenstående forsøk er tegnet på at de edle metaller i den prøvede alluviale sand, som tidligere var vanskelige å utvinne, er blitt overført fra uoppløselig til opplø-selig form i nærvær av store mengder jern og andre metaller i malmen ved passasje gjennom det nevnte apparat.

I betraktning av alle forsøksresultater i de ovennevnte forsøk innser man at det er blitt utviklet et nytt og meget nyt-tig apparat til behandling av malmer- På denne måte er nikkel

i økonomisk tiltrekkende mengder gjenvunnet fra residuer som på forhånd var blitt behandlet med de mest effektive midler som for

tiden er kjent av metallurger, nemlig trykkutluting til ekstraksjon av nikkel. På lignende måte er edle metaller (gull og platina) ved å sende utgangsmaterialet gjennom et miljø med høy entalpi, med NaCl som utvalgt reaktant, blitt overført til en form (vannoppløselig) som er mere tilgjengelig for utvinning ved vanlige midler enn om man skulle ha bearbeidet det samme materiale med vanlig metallurgisk teknikk. På samme tid er andre metaller som finnes i utgangsmaterialet som komplekse tunge mineraler, også påvirket så de kan utvinnes. I tillegg til disse former for utvinning kan det foreliggende apparat brukes til mange andre metall-urgiske reaksjoner, slik som de som er nevnt på side 5 i denne be-skrivelse .

Claims (3)

1. Apparat for kontinuerlig elektrotermisk oppvarming av et fast, partikkelformet og strømbart utgangsmateriale, spesielt malmer, omfattende et kammer hvor utgangsmaterialet i suspendert tilstand i en bæregass kan utsettes for en høyintensiv lysbue og haleflamme mellom kullelektroder i kontrollert atmosfære, karakterisert ved et reaksjonskammer (2) og en tilførselsanordning (29) for det partikkelformede materiale suspendert i en bæregass for passasje langs sonen for den mellom to i avstand fra hverandre an-ordnede grafittelektroder (9) opprettholdte lysbue (15)og haleflamme (16) med høy entalpi.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at tilførselsanordningen (29) omfatter en første passasje (31,32) for tilførsel av det partikkelformede materiale og en annen passasje (33) for tilførsel av en bæregass.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det videre omfatter en for-ioniseringsinnretning (14) anordnet i tilførselssonen for det i bæregass suspenderte partikkelformede materiale over passasjen mellom elektrodene (9).