NO140503B - Kontinuerlig fremgangsmaate til utvinning av raakobber, -nikkel, -kobolt eller -bly fra sulfidkonsentrater og apparat til utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en kontinuerlig fremgangsmåte til utvinning av råkobber, -nikkel, -kobolt eller -bly, hver for seg eller i kombinasjon, eller en matte av disse metaller fra sulfidkonsentrater av metallene ved at der i en langstrakt ovn tilveiebringes et smeltebad inneholdende en metallrik fase og en slaggfase som flyter på den metallrike fase, og at der i ovnen føres inn konsentrater, flussmiddel og en oksygenrik gass med en konsentrasjon på minst 40 volumprosent oksygen i en mengde som er tilstrekkelig til autogen raffinering av konsentratene, samtidig som slaggfasen og den metallrike fase strømmer i motstrøm til hinannen til hver sin ende av ovnen.

Oppfinnelsen angår også et apparat til utførelse av fremgangsmåten.

Kontinuerlig smelting og omdannelse av sulfidmineraler

til matte eller metall er gammelt og velkjent innen metallurgien.

Så langt tilbake som i 1898 ble der i US-PS 596 992 beskrevet en fremgangsmåte med tre soner omfattende smelting, omdannelse og slaggsetling. Patentskriftet beskriver en metode til kontinuerlig produksjon av jernfrie metaller fra sine sulfidmalmer, hvor sulfidene kontinuerlig smeltes i en brensel-forbrennende smelteovn med en lang, smal, svakt skråttstilt bunn. Den resulterende matte strømmer kontinuerlig til en eller flere adskilte, men seriekoblede konvertere som står i forbindelse med hverandre og er anordnet ved den ene ende av smelteovnen, hvor matten gradvis og kontinuerlig blåses til metall som fjernes. Det resulterende rike slagg som strømmer kontinuerlig og i motstrøm i forhold til matten tilbake gjennom smelteovnen, utarmes ved kontakt med den lavverdige matte i ovnen og strømmer inn i en adskilt, men kommuniserende slagg-setlingssone som står i forbindelse med ovnen og er anordnet ved dennes annen ende. Her utsettes det for varme- og reduksjons-virkningen av trekull, samtidig som matte felles ut og strømmer tilbake til smelteovnen, mens det rensede slagg tømmes ut.

Idéen med autogen produksjon av kobber-matte fra sulfidmineraler ble beskrevet i 1915 i US-PS 1 164 653. Den lære som fremgår av dette patentskrift, går ut på å sprøyte tørre, findelte kobbersulfidkonsentrater sammen med forvarmet luft inn i en flamme-ovn. Idéen med slaggrensing ved vaske- og reduksjonsvirkning av jernsulfid ble beskrevet i US-PS 1 416 262 (1922) og 1 544 048

(1925). I disse patentskrifter blir der beskrevet gradvis rensing

av smeltede, kobberholdige slagger ved at disse rystes og blandes grundig med pyritt, lavverdig matte eller jern fulgt av slaggsetling under rolige forhold. I US-PS 2 426 607 (1947) er der beskrevet et apparat til omsetning av slagger for gjenvinning av metaller fra disse ved å utsette slaggene for reduksjon og blanding ved innsprøytning av brensel og luft i slaggmassen gjennom blest-former.

Idéen med en langstrakt, svakt skråttstilt, roterende ovn som er tilstrekkelig lang til å gi hovedsakelig adskilte, kontinuerlige metallsmelte- og raffineringssoner, ble beskrevet i 1970 i US-PS 3 542 350. Mye informasjon som angår jernfri pyro-metallurgi, finnes i flere Reports of Investigation of the U.S. Bureau of Mines, f.eks. i "Autogenous Smelting of Copper Sulfide Concentrate", R.I. 7705 (1973).

I 1954 ble det i US-PS 2 668 107 beskrevet autogen smelting av kobber- og nikkelsulfid-konsentrater ved innsprøytning av tørre sulfider sammen med store mengder oksygen og flussmiddel i et tett lukket kammer. Matte eller metall og slagg produseres kontinuerlig, matte og metall tømmes ut fra den ene ende av ovnen og slagget fra den annen. Det rike slagg fra den ende av ovnen hvor høyverdig matte føres ut, utarmes for sitt metallinnhold ved anvendelse av prinsippet med motstrøm av matte eller metall i forhold til slagget. Etter å ha passert over en opphøyet herd-barriere som tjener til å skille slagg- og mattelagene, og i alle tilfelle før uttømningen fra smelteovnen, blir slagget eventuelt

gitt en endelig rensing ved at det vaskes i en dusj av smeltede smådråper av lavverdig matte som er rik på jernsulfid. Ovnsavgass

inneholder en høy konsentrasjon av svoveldioksyd. Videre er det i US-PS 3 004 846 (1961) og i senere US-PS 3 030 201, 3 069 254, 3 468 629, 3 516 818, 3 615 361 og 3 615 362 beskrevet omdannelse av kobber-, nikkel- og blysulfid-materialer til metall i hensiktsmessig drevne, roterende oksygenkonvertere med fallblåsing. Disse patentskrifter viser fallblåseteknikk ved bruk av nedoverrettede gasslanser som bringer prosessgasser av behersket sammensetning til å treffe overflaten av badet ved styrte temperaturer. Der forekommer også anvisning på nødvendigheten av "en tilstrekkelig høy grad av omrøring for å skaffe effektiv og virkningsfull kontakt mellom gass, fast stoff og væske gjennom hele badet, noe som frem-mer effektiv eliminasjon av jern, svovel og urenheter", og "den usedvanlige betydning og nødvendighet som er forbundet med sterk, indusert bevirket turbulens i ovnsbadet", understrekes. Anvendel-sen av dette prinsipp om det turbulente bad "øker varmeoverføringen, øker den totale kjemiske reaksjonshastighet, minimaliserer komposi-sjonene gradienter innenfor hver fase og reduserer betydelig diffusjonsbarrierer mellom slagget og sulfidfasen".

I en publikasjon fra 1950 "A Survey of the Thermodynamics of Copper Smelting" (Transactions AIME, Volume 188) er det pre-sentert en analyse av de fysikalske kjemiske forhold som inngår i smelting og omdannelse av blandinger av kobber- og jernsulfider for produksjon av råmetall og avfallsslagg. En hovedforskrift går ut på at "de kjemiske aktiviteter av oksygen og svovel er to av de viktigste termodynamiske målestokker som kan anvendes på kobber-smelteprosesser". Publikasjonen inneholder også kvantitative på-visninger av at produksjonen av råmetall og avfallsslagg fra sulfidkonsentrat bør betraktes som en prosess med "gradvis og behersket oksydasjon" i "etter hverandre følgende trinn". Termodynamiske beregninger skaffer numeriske anslag for de oksygen-

og svovelaktiviteter som er fremherskende ved konvensjonelle prosesstrinn til kobbersmelting, omdannelse og flammeraffinering. Publikasjonen angir at de matte/slagg-systemer som er karakteristiske for disse operasjoner, er utsatt for "voldsomme variasjoner i oksygentrykk" med en faktor på opptil IO<6>. Den lære doseres at disse variasjoner kan ha forbindelse med de praktiske problemer med styringen av matte- og slaggstøkiometri, driftstempera-turer, magnetittdannelse og slaggtap. Senere publikasjoner av den samme forfatter beskriver oksygen- og svovel-aktiviteter i

matter og slagger over det vide spektrum av sammensetninger og temperaturer som man står overfor ved smelting og omdannelse av kobber- og jernholdige sulfider.

I løpet av de senere år har et antall dyktige og frem-synte forskere foreslått en rekke måter og midler til å løse de alvorlige problemer som er forbundet med pyrometallurgisk trans-formasjon av sulfidkonsentrater til metall i en kontinuerlig prosess. Disse forskere innbefatter Worner (US-PS 3 326 671), Themelis og andre (US-PS 3 542 352), Maelzer og andre (US-PS

3 687 656) og Morisaki og andre i Mitsubishi Metal Corporation. Til tross for disse anstrengelser har ingen på en tilfredsstillende måte overvunnet alle de sentrale hindringer som er involvert. Ifølge det første av de ovenfor nevnte patentskrifter foreligger der driftskomplikasjoner og begrensninger på grunn av tresone-idéen ved den type apparat som benyttes, og på grunn av at man er avhengig av fallblåseteknikker som benytter nedoverrettede gasslanser. Den annen fremgangsmåte benytter medstrøm av matte og slagg. Blåseseksjonen for kobberrik skjærstein - hvor høye oksygen- og lave jernsulfid-aktiviteter er essensielle - grenser til slaggreduksjonsseksjonen - hvor lave oksygen- og høye jern-sulf idaktiviteter er vesentlige. Prosessen er beheftet med noen av de restriksjoner som karakteriserer nåværende industrielle driftsmåter, på grunn av likheten av det benyttede apparat med en vanlig konverter av Pierce-Smith-typen. Det tredje patentskrift beskriver en halv-kontinuerlig serie med innviklede operasjoner i et flerkammerapparat, inkludert fallblåseteknikker med bruk av nedoverrettede gasslanser. Den fjerde fremgangsmåte benytter tre adskilte, men kommuniserende individuelle smelteovner til kontinuerlig smelting, omdannelse og slaggrensing. Også den benytter seg av fallblåseteknikker med bruk av nedoverrettede gasslanser. Denne prosess inneholder mange av ulempene ved den kjente teknikk. - En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe midler til å unngå de ulemper som fremgangsmåtene ifølge den kjente teknikk er beheftet med, og å skaffe virkelige økonomiske og miljømessige fordeler, slik det vil bli beskrevet i det følgende.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er karakterisert

ved

a) at i det minste en del av den oksygenrike gass

sammen med et beskyttende fluidum blåses oppover inn i smeltebadet gjennom en rekke uavhengig regulerte injektorer som befinner seg under smelteoverflaten og står på avstand fra hverandre i ovnens lengderetning,

b) at konsentratene føres inn gjennom en rekke uavhengig regulerte tilførselsorganer som står på avstand fra hverandre i

ovnens lengderetning, og

c) at injektorene og tilførselsorganene anbringes og mengden av oksygen og konsentrat gjennom de respektive injektorer

og tilførselsorganer avpasses slik at der i smeltebadet fås en oksygenaktivitets-gradient, idet aktiviteten avtar fra et maksimum som er tilstrekkelig til ved utløpsenden for metallrik fase å gi et materiale som er rikt på det ønskede metall og har et lavt jerninnhold, til et minimum som er tilstrekkelig til ved utløps-enden for slagg å gi et slagg med lavt innhold av det ønskede metall.

En vesentlig del av oksygenet blåses således inn i smelteovnen gjennom injektorer som strekker seg gjennom den ildfaste foring i smelteovnen og har åpninger som står i forbindelse med det indre av smelteovnen under væskens overflate. Injektordysene og det ildfaste materiale er under innføringen av oksygenet i smeltebadet beskyttet ved at der sammen med oksygenet også injiseres beskyttende fluider enten blandet med oksygenet eller rundt oksygen-strømmene. Innsprøytingen av gassbeskyttet konverteroksygen som er rettet oppover i det smeltede mattebad gjennom den ildfaste vegg og under væskeflaten, reduserer vanskeligheter med slagg,

støv og ildfast belegg og andre vanskeligheter, f.eks. de som forårsakes av fallblåseteknikker med nedoverrettede gasslanser,

og skaffer enestående muligheter til i praksis å oppnå en fler-trinns, progressiv konverterprosess. Den foretrukne beholder som er konstruert for å utnytte disse muligheter, skaffer meget til-pasningsdyktige midler til styring av det kjemiske og fysiske miljø som er nødvendig for en effektiv oppdeling av driften i apparatets lengderetning.

Oscillasjon av konverteren gjør at de innsprøytede gasser sveiper frem og tilbake gjennom smeltebadet, eliminerer stille-stående soner (bakevjer) og fordeler sulfidkonsentratene og flussmidlene over badets overflate. På denne måte fås den beherskede badomrøring og intime kontakt mellom fasene som er nødvendig for at man-effektivt skal nærme seg separasjon ved likevektstilstand. Oscillasjonen av smelteovnen stimulerer også en sikker mattestrøm, reduserer nedbrytning av det ildfaste materiale og øker levetiden av innsprøytningsdysene.

Styring av temperatur-, oksygenaktivitets- og metall-sulfidaktivitets-gradientene over konverterens lengde kan utføres lett og liketil ved innstilling av strømningshastigheten av sulfidkonsentrater, oksygen, svoveldioksyd, vann, kull og andre til-før selsmaterialer , f.eks. hydrokarbongass, i forhold til hverandre ved de forskjellige tilførselspunkter for disse materialer. Ingen brenselfyrt smeltesone med alle dens tilhørende ulemper er nød-vendig, idet smeltingen av sulfidkonsentratene og flussmidlene oppnås som en følge av omdannelsen under anvendelse av den varme som frembringes ved de kjemiske reaksjoner. Smelting av sulfidkonsentratene og flussmidlene kan for en stor del utføres ved delvis sjokk-oksydasjon (flash oxidation) av sulfidene i atmosfæren over smeltebadet. Der kreves ingen raffineringssone, idet hensikten er å fremstille bare råmetall eller jernfattig matte som egner seg som råmateriale for raffinerings- eller andre be-handlingstrinn. Oppfinnelsen utvider de områder for oksygen- og metallsulfidaktiviteter som er karakteristiske for den kjente teknikk, og innbefatter vanligvis en styrt reversering av kon-verterreaksjonene for å bevirke "dekonvertering" i den grad det er nødvendig til lutring av slagg.

Andre fordelaktige trekk ved denne foretrukne utførelses-form av oppfinnelsen er bruken av resirkulert svoveldioksyd - fortrinnsvis resirkulert avgass fra smelteovnen - til beskyttelse av oksygeninjektorene og det ildfaste materiale, til styring av smelteovnstemperaturen og varmegjenvinning, til styring av den kjemiske reaksjon i badet og fysisk omrøring av dette og til dekonvertering, alt mens der vedlikeholdes et høyt svoveldioksyd-innhold i ovnsavgassen. Svoveldioksyd har en betydelig større varmekapasitet og massetetthet enn nitrogen og forurenser ikke ovnsavgassen.

Oppfinnelsen angår også et apparat til utførelse av prosessen. Dette apparat omfatter en langstrakt beholder

med ildfast fSring, et utløp for slagg ved

den ene ende, et utløp for metallrik fase ved den andre ende og et utløp for avgassen samt forsynt med organer for tilførsel av konsentrater og flussmiddel og organer for tilførsel av oksygenrik gass, og er karakterisert ved at tilførselsorganene for oksygenrik gass omfatter uavhengig regulerbare injektorer som strekker seg gjennom den ildfaste foring og er fordelt over lengden av et parti av ovnen som danner en raffineringssone, og at tilførselsorganene for konsentrater er fordelt over lengden av raffineringssonen og også er uavhengig regulerbare samt er anbragt slik at de fører konsentrat direkte inn i atmosfæren i ovnen over badet. Avtetning av konverteren er viktig for å hindre inntrengning av luft og/ eller lekkasje av svoveldioksyd. Beholderen skråner fortrinnsvis i en vinkel på mindre enn 5° nedover mot utløpsenden for den metallrike fase, idet bunnen er avtrappet for å skaffe et forråd eller reservoar ved den ene ende for det metallrike produkt, og nedover mot den annen ende for slaggseparasjon. Injektorene er innrettet til under innføringen av oksygenet i det smeltede metall å blåse en beskyttende gass sammen med oksygenet for å beskytte injektorene og det omgivende ildfaste materiale. Der finnes også organer som tjener til langsom oscillasjon av ovnen, f .eks. over 20-4 0° med 1-6 frem- og tilbakegående bevegelser pr. minutt, og til vipping av ovnen, f.eks. en vinkel på 75° for betjening av injektorene. Alle innmatnings- og tømmeforbindelser er utformet for å tillate en slik oscillasjon og vipping. Passende organer er anordnet for måling, regulering og analysering av tilførsels-og produktmaterialene for å utøve en hensiktsmessig styring som beskrevet.

Andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etter-følgende detaljerte beskrivelse.

Tegningen viser en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen . Fig. 1 er et skjematisk diagram som viser en langstrakt, kalsineringsovn-lignende beholder av den form som foretrekkes, i hvilken oppfinnelsen kan utføres. Fig. 2 er et vertikalsnitt etter linjen 2-2 på fig. 1. Fig. 3 er et likevektsdiagram som viser ønskelige forhold mellom fysiske og kjemiske variable i den foretrukne trinnvise konverterprosess ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 er der vist en foretrukket prosessbeholder i form av en langstrakt, svakt skrånende, lukket smelteovn A som har rundt tverrsnitt, og som tjener som et trau for et smeltebad. Beholderen er innvendig forsynt med en ildfast f6ring som er avtrappet innover ved 13, og beholderen er avtrappet utover ved 4. Et mellomliggende trinn eller avsats kan foreligge hvis det er nødvendig. Ovnsveggene kan ha varmevekslere, f.eks. damprør, luftkjølingsrør med fordampning eller vannkapper passende til prosessforholdene. Passende mekanismer er anordnet for å føre inn tilførselsmaterialer, f.eks. sulfidmaterialer og fluider. Ved innføring av sulfidmaterialene over smeltebadets overflate unngås den ødeleggelse av det ildfaste materiale og de andre vanskeligheter som skyldes deres innføring under overflaten.

Beholderen A er montert for oscillasjon om sin lengdeakse, f.eks. over ca. 30° og er vippbar, f.eks. ca. 75° for å tillate for eksempel vedlikehold av injektorene.

Når prosessen går, vil smeltebadet fordele seg lagvis i et lag av matte M, et lag av slagg S og et forråd av smeltet råkobber C.

Kobbersulfidkonsentrater og oksygen blir blandet og innført i trinnvis varierende mengdeforhold gjennom flere innløp, f.eks. virvel- eller spiralspredere, som vist ved 6, med minimal oksygeninnføring ved innløpet nærmest slagglutringsoperasjonen,

og flussmiddel blir gjennom innløp 7 ført inn i atmosfæren over smeltebadet. Oksygen som er skjermet av svoveldioksyd, blåses ved 8 inn i konverteren A under matte/slagg-grense-sjiktet gjennom flere injektorer som strekker seg gjennom den ildfaste foring i beholderen. Den trinnvis varierende innsprøyting av oksygen ved 8 oksyderer matten gradvis mens denne strømmer mot utløpsenden for kobberet, idet der dannes en stadig kobberrikere matte og sluttelig råkobber. Samtidig strømmer det jernsilikatslagg som har dannet seg, i motsatt retning mot slaggutløpsenden. Den ut-viklede svoveldioksyd-rike gass passerer i medstrøm over slagget på sin vei til et gassuttak 9 som er utstyrt med en labyrint-tetning.

Gjennom injektoren 10 blir der under overflaten av slagget innført kull, svoveldioksyd og oksygen i mengder som er tilstrekkelig til å skaffe sterkt reduserende betingelser og badturbulens. Den resulterende "dekonverteringsreaksjon" lutrer slagget ved dannelse av kobberholdig jernsulfid in situ. Samtidig blir slagget eventuelt vasket med findelt jernsulfid som føres inn, fortrinnsvis i form av en dusj, gjennom et innløp 11, og som ytterligere berøver slagget dets kobberinnhold. Til slutt flyter slagget langsomt gjennom en rolig sump til et slaggutløp 12. Den lavverdige matte som felles ut av slagget, flyter i motstrøm mot kobberutløps-enden.

Mens den beskrevne prosess finner sted, oscilleres reaktoren langsomt over 30° med tre frem- og tilbakegående bevegelser pr. minutt. Oscillasjonene øker gass/væske/faststoff-kontakten for effektiv varme- og masseoverføring.

Innføringen av oksygen av handelskvalitet, svoveldioksyd og andre gasser mens reaktoren svinges gjør at disse gasser kommer inn i smeltebadet under stadig vekslende vinkler i forhold til badets overflate og således kommer i forbindelse med stadig vekslende partier av badet med resulterende turbulens av både kjemisk og fysisk opprinnelse. Samtidig strømmer den kobberrike mattedel mot kobberutløpsenden og den jernsilikatrike slaggdel mot slagg-utløpsenden, slik at friskt bad i lengderetningen blir vedvarende utsatt for fordelaktig gass/væske- og væske/væske-kontakt.

Mens reaktoren føres frem og tilbake, blir også konsentrater og flussmiddel matet inn i atmosfæren over badets overflate. Fordi stillingen av innmatningsorganene endres kontinuerlig i forhold til badets overflate, vil de faste stoffer fordeles over denne overflate. Siden atmosfæren over badet strømmer mot slaggutløpsenden, beveger også de tilførte konsentrater og flussmidler seg gjennom atmosfæren på tvers av dennes strømning, noe som skaffer fordelaktig gass/faststoff-kontakt. Tilsammen oppnås der intim berøring mellom fasene, så der fås effektiv omforming av konsentratene til råkobber, slagg som inneholder lite kobber,

og svoveldioksyd-rik gass.

Prosessen kan startes ved at de ildfaste materialer

først langsomt gjennomvarmes til ca. 1300°C ved bruk av en brenn-stoff brenner ved en åpning 3. Så kan der tilføres konsentrater, f.eks. delvis hurtigomdanne^e konsentrater, i det tidsrom som er nødvendig for å bygge opp et grunt bad, idet der vedlikeholdes en tilstrekkelig strøm av gass, f.eks. svoveldioksyd, gjennom injektorene til å beskytte disse, fulgt av normal konverterdrift. Alternativt kan matte etter gjennomvarming av de ildfaste materialer helles inn i smelteovnen hvoretter normal drift kan finne sted.

Reaksjonen er autogen, og driftstemperaturen vedlikeholdes av den eksoterme reaksjon innenfor et område som er tilstrekkelig til å holde metallet og slagget tilfredsstillende flytende og vedlikeholde høye reaksjonshastigheter, f.eks. innenfor området 1000°C-1650°C. Fortrinnsvis vil oksyderingsbetingelsene variere progressivt og trinnvis innenfor omdannelsesområdet.

Prosesstyring

Noen av de kvalitative sider ved den metallurgiske styring av en kontinuerlig konverter vil være nærliggende for dem som er fortrolige med standard satsvis konverterdrift. Imidlertid skaffer den kontinuerlige prosess ifølge den foreliggende oppfinnelse i tillegg et antall av meget fleksible driftsstyrings-muligheter som brukes samlet for å skaffe.og vedlikeholde en stabil tilstand med trinnvis omdannelse som skaffer en optimal metallur-gisk ytelse over store områder for sammensetningen av sulfidkonsentrater og konverterprodukter. Primær støkiometrisk styring baserer seg på utmåling og forholdsmessig tilpasning av den totale matehastighet av sulfidkonsentrater, flussmidler og oksygen for oppnåelse av en kontinuerlig produksjon av råmetall eller jernfattig matte-produkt, et avfallsslagg som inneholder hovedsakelig alt jernet sammen med et tilstrekkelig høyt innhold av silisiumoksyd og andre flussmiddel-oksyder til å gi ønskede slaggegen-skaper, og en SC^-rik avløpsgass inneholdende et lite overskudd av oksygen. Korttids-fluktuasjoner i den kjemiske sammensetning og oppførselen av de tilførte faste materialer under omdannelsen eller andre avvik fra den ønskede stabile forholdsmessige tilpasning av det totale inntak av materialer vil absorberes ved opphopning eller uttapping av matten og/eller metallagene i konverteren, idet disse lag således tjener som et stort stabili-serende reservoar inne i smelteovnen. Således blir støkiometrisk styring av forholdet mellom total oksygentilførsel og total til-førsel av sulfidkonsentrater lettet ved hensiktsmessig overvåkning av dybden av mattelaget i apparatet.

Fordelingene av oksygeninntak og sulfidkonsentratinntak langs de respektive innmatningspunkter for disse stoffer over lengden av konverteren reguleres som allerede nevnt for å skaffe de passende gradienter av de kjemiske betingelser langs konverteren. Mer spesielt er forholdet mellom oksygen og sulfider et minimum

nær slagglutringsseksjonen, idet der innmates meget mindre oksygen enn påkrevet for fullstendig å omdanne de sulfider som tilføres i denne seksjon. Et bekvemt praktisk kriterium for å utføre disse justeringer er forholdet mellom treverdig jern og total jernmengde i slagget. Dette forhold bestemmes ved prøvetagning og analyse

av slagget. Det optimale område for en bestemt drift fastlegges ved forsøk, men ved omdannelse av kobbersulfid-konsentrater ved 1300°C ligger forholdet mellom treverdig jern og totalt jern i et typisk område fra 0,2 eller høyere ved metallutløpsenden ned til 0,06 ved utløpsenden for avfallsslagg.

I slagglutringsseksjonen blir mengdene av jernsulfid, kull, og C>2 justert for inne i slagglaget å bevirke den kontinuerlige dannelse av lavverdig matte, f.eks. med mindre enn 20% Cu, som synker ned gjennom slagget og bringer innholdet av verdifullt metall i slagget til et lavt nivå før slagget tømmes ut av ovnen. Oksygenet som sprøytes inn sammen med kullet, skaffer en delvis forbrenning av kullet for dannelse av en het, sterkt reduserende gass og lokal oppvarming for å møte varmekravene fra dekonverteringsreaksjonene. Som allerede påpekt skaffer forholdet mellom treverdig jern og totalt jern et brukbart driftskriterium som rettesnor ved justering av tilførselen av materialer til slagg-lutringstrinnet, og dette forhold bringes fortrinnsvis hovedsakelig til et minimum ved hjelp av slike justeringer.

Et bredt område for temperaturstyring kan fås uavhengig av mengdeforholdet mellom oksygen og sulfid ved variasjon av mengden av resirkulert SO2. Ytterligere fleksibilitet kan oppnås etter behov ved bruk av vann eller ved at SO2 erstattes med skjermende fluider av hydrokarbon eller ved endring av temperaturen på S02~gassen. Ved hjelp av alle disse midler kan operatøren holde temperaturen på et høyt nivå gjennom hele konverteren, f. eks. slik at det flytende slagg med høyt silisiumoksydinnhold som behøves for rask reaksjon og ren separasjon, oppnås uten lokal overhetning og medfølgende altfor sterk erosjon av injektorer og ildfast materiale.

De forskjellige produktstrømmer overvåkes kontinuerlig, idet der benyttes instrumenter i strømmene eller hurtiganalyse-instrumenter. Også temperaturene over konverterens lengde bestemmes kontinuerlig.

Når fiksering av alt svovelet i avgassen fra konverteren - f.eks. hovedsakelig som elementært svovel - ikke kan rettferdig-gjøres, foretrekkes det å behandle gassen ved hjelp av såkalt "dekonvertering". I denne operasjon, som utføres i en separat anordning, blir den S02~rike avgass sammen med et kullholdig reduksjonsmiddel og oksygen av handelskvalitet sprøytet inn i det smeltede avfalls-jernsilikat-slagg fra konverteren for å fiksere det meste av svovelet i gassen som jernsulfid i væskeform. Dette kan støpes og lagres i stabler for å ta vare på både svovel fra gassen og jern fra slagget for fremtidig forbruk. En del av jernsulfidet i væskeform kan granuleres i vann og resirkuleres til konverteren til bruk ved slaggrensing. Dersom det ønskes å fiksere hovedsakelig alt svovelet på denne måte, kan ytterligere påkrevet jern tilføres ved mating av dekonvertérings-ovnen med et hvilket som helst materiale som egner seg som jernkilde, f.eks. skrapjern såsom utrangerte biler, eller andre slagger. Passende mengder kalk kan selvfølgelig anvendes for å holde slagget flytende.

Svovelfiksering på denne måte representerer en utvidelse av den slaggrensningsfremgangsmåte som benyttes i den kontinuerlige oksygenkonverter, og kan således utføres i en kontinuerlig drevet smelteovn av helt lik konstruksjon med hensiktsmessig innsprøytning av oksygen, svoveldioksyd og kullholdig reduksjonsmiddel. Fagfolk kjenner til at dekonvertering ved bruk av SC^-rik gass også kan utføres i andre apparater som er meget like de slaggrøk-ovner med vannkappe som vanligvis brukes ved behandling av slagger med pulverisert kull og luftblandinger til andre formål, f.eks. gjenvinning av zink.

Fysisk- kjemiske variable

Likevektsdiagrammet på fig. 3 viser forholdet mellom

noen av de viktigste fysisk-kjemiske variable på forskjellige trinn i den trinnvise kobberkonverterprosess. Ifølge vanlig praksis blant kjemimetallurger måles oksygenaktiviteten som log (PC02/Pco) og temperaturen som den resiproke verdi av absolutt temperatur. Den minimale oksygenaktivitet som kreves for å danne metallisk kobber fra kobberskjærstein-kobbersulfid ved en gitt temperatur, er vist ved linjen øverst på figuren. Dersom et jernsilikatslagg med FeO-aktivitet (aFeQ) på 0,35 foreligger, må på

den annen side oksygenaktiviteten ved en gitt temperatur holdes under den linje som svarer til dannelse av fast magnetitt. Raden av linjer for forskjellige verdier av jernsulfidaktivitet svarer til etter hverandre følgende konvertertrinn, fordi kobberinnholdet i matten øker når jernsulfidaktiviteten avtar. De forhold som svarer til lavverdige matter og til et lavt metallinnhold i av-fallsslagget, ligger like over linjen hvor aFeS har verdien 1,0.

Fig. 3 viser også reversibiliteten av hovedkonverterings-reaksjonen:

Dersom oksygenaktiviteten holdes under linjen for aFeS = ^'^ (ve(^ bruk av et hensiktsmessig reduksjonsmiddel), vil S02~gass ved atmosfæretrykk reagere med FeO og kobber-, nikkel-og kobolt-oksyder i slagget for å danne et jernsulfid som inneholder ikkejernmetall, hvilket er det motsatte av den vanlige konverteringsreaksjon. Det synes derfor hensiktsmessig å kalle disse reaksjoner "dekonvertering", slik det er gjort i den foreliggende beskrivelse.

Eksempler på dekonverteringsreaksjoner som benytter karbonholdige reduksjonsmidler og svoveldioksyd, er som følger:

For å oppnå de lave nivåer av oksygenaktivitet i slagget

som kreves for dekonvertering, er det nødvendig å redusere slagg-jernoksyd-innholdet til et forholdsvis lavt nivå ved bruk av et reduksjonsmiddel. Dersom det ved 1350°C for eksempel ønskes en slagg-oksygenaktivitet som svarer til en verdi av log (pc02^PCo'

0,5 (for å ligge under linjen aFeS= 1 på fig. 3), må bestanddelen av treverdig jern som er tilstede, være mindre enn 6% av det totale jerninnhold i slagget.

Et viktig resultat av den foreliggende oppfinnelse er således at der er skaffet en prosess som innbefatter en progressiv og styrt sekvens av oksygen- og andre aktiviteter, som på en sys-tematisk måte strekker seg fra den høye oksygenaktivitet som er nød-vendig for oksydasjon av det aller meste av jernet og svovelet i tilførselsmaterialet for å tappe ut et produkt med høy metallverdi ved den ene ende av konverteren, ned til den lave oksygenaktivitet som kreves ved den annen ende av beholderen for å gi et slagg som har et lavt metallinnhold.

For de spesielle forhold som er vist på fig. 3, og for

en driftstemperatur på ca. 1600 K (1327°C) dekker det generelle

område for oksygenaktiviteter som skal opprettes og styres, et C02/CO-forhold fra ca. 100:1 ned til ca. 5:1, svarende til en 400-dobling i 02~aktivitet. For å oppnå et slikt område av oksygenaktiviteter i en kontinuerlig, hovedsakelig tilstands-stabil reaktor, er det nødvendig å tilføre oksygen ved et trykk som ligger over det som svarer til C02/C0 = 100, og å skaffe et reduksjonsmiddel som er i stand til å senke C02/CO-forholdet til under 5. Når således alle prosesskrav er tatt hensyn til, krever en fullstendig realisering av den termodynamiske prosessmodell ved kobberkonsentrat-behandling en sikker og effektiv styring av oksygenaktiviteten over et område svarende til så meget som en 1000-dobling.

Den termodynamiske utførbarhet av en likevektsmodell er selvfølgelig, selv om den er et avgjørende krav, ikke tilstrekkelig til å demonstrere utførbarheten av en kontinuerlig pyrometallurgisk prosess i stor målestokk. Utførelsesformene av den foreliggende oppfinnelse er også basert på støkiometriske og termiske balanser mellom de samvirkende strømmer av faste stoffer, væsker og gasser som flyter gjennom systemet. Hensiktsmessige oppholdstider og væskestrømsbetingelser er skaffet for å oppnå den nødvendige varme-og masse-overføring. Apparatet ifølge oppfinnelsen har også de fysiske former og egenskaper som er nødvendige for effektivt å

møte prosesskravene, herunder styring av avgjørende driftsvariable. Konverteren kan således konstrueres for en meget høy kapasitet

som er tilstrekkelig til i en eneste enhet å behandle adskillige tusen tonn med fast charge daglig. Viktige opplysninger av betydning for disse betraktninger er tilgjengelige i tekniske bøker som er skrevet eller redigert av oppfinnerne i løpet av de siste to dekader. Oppfinnernes forståelse av vanskelighetene og manglene ved eksisterende pyrometallurgisk praksis og deres studier av andres forsøk på å løse disse problemer har ført til de forbedringer i forhold til den kjente teknikk som er beskrevet i den foreliggende fremstilling.

Spesielle konsentrater

De konsentrater som behandles, er de som inneholder nok jern og svovel til å være hovedsakelig autogene når de omsettes med oksygen-rik gass. Typiske foretrukne sammensetninger inne-holdes i de følgende eksempler. Den foreliggende oppfinnelse omfatter også at noe av eller alt det svovelholdige tilførsels-materiale kan være et pelletisert, vått konsentrat, f.eks. med 8% fri fuktighet, eller til og med en konsentratoppslemning med vann, f.eks. med 75% faststoff.

Oppfinnelsen er spesielt nyttig ved gjenvinning av nikkel og kobolt fra pentlanditt-konsentrater. Konsentratene behandles i den kontinuerlige oksygen-konverter ifølge oppfinnelsen for produksjon av matte som inneholder en stor andel av nikkelet og kobolten i konsentratet, et slagg som inneholder en stor del av jernet, og en gass som er rik på svoveldioksyd. Kobolten fjernes fra den uttappede, smeltede matte for separat gjenvinning. Dette kan utføres ved omdannelse til klorid ved omsetning av de flytende sulfider med gassformet klor, eller ved oppløsningsekstraksjon under bruk av en smeltet saltblanding av natrium- og nikkelklorid. Den således rensede, smeltede matte kan deretter flammeraffineres til metallisk nikkel i en vippbar, forseglet, ikke roterende konverter med bunnblåsing under bruk av gassbeskyttede injektorer som blåser oksygen av handelskvalitet gjennom matten eller metallet under væskeoverflaten under bruk av hydrokarbongass til skjerming av oksygenet under de avsluttende trinn av blåsingen.

Oppfinnelsen kan også fordelaktig benyttes ved behandling av kobber-, nikkel- eller kobber/nikkel-konsentrater for å danne en metallisk kobber/nikkel-legering som den metalliske fase. Legeringen kan oppløses ved vandig klorering og de oppløste metallklorider utsettes for oppløsningsekstraksjon for isolasjon av kobber og nikkel, og rent kobber og nikkel kan gjenvinnes fra de vandige ekstrakter ved elektrolyse.

Ved omdannelse av blysulfidkonsentrater til bly ifølge oppfinnelsen kan følgende fremgangsmåte benyttes. Blysulfid-konsentratene slippes kontinuerlig ned på overflaten av et slaggdekket bly-smeltebad i en forseglet konverter av den beskrevne type som blåses kontinuerlig med oksygen av handelskvalitet under bruk av nedsenkede fluidumbeskyttende injektorer. Der produseres således kontinuerlig hovedsakelig zinkfrie barrer og svoveldioksyd-rik gass. Det produserte slagg blir kontinuerlig røkbehandlet (fumed) i konverteren ved innsprøytning av karbonholdig materiale for fremstilling av slagg som har et lavt innhold av bly og zink. Blyet i partikkelbestanddelene av konvertergassen kan resirkuleres kontinuerlig.

Visse prinsipper ved oppfinnelsen kan benyttes ved fremstilling av råkobber, -nikkel eller -kobbernikkel fra den hovedsakelig jernfrie matte som fås ved fremgangsmåten ifølge krav 1. For eksempel kan der under overflaten av den smeltede matte i en vippbar, lukket, ikke-roterbar konverter med bunnblåsing tilføres en oksygen-rik gass med et tilstrekkelig oksygeninnhold til autogen omdannelse av sulfidene til metall. Gassen blåses inn gjennom badet ved hjelp av hensiktsmessig plasserte fluidum-beskyttede injektorer som strekker seg gjennom de ildfaste vegger i konverteren til åpninger i dennes nedre parti under badoverflaten. Pneumatisk bad-turbulens for effektiv berøring mellom fasene oppnås på denne måte. Hastigheten på gasstrømmene reguleres slik at bad-temperaturen holdes på jevne regulerte nivåer som gir høye reaksjonshastigheter mellom oksygen og svovel, og slik at mengden av omsatt oksygen omtrent svarer til den støkiometriske mengde som er nød-vendig for å omdanne hovedsakelig alt det tilstedeværende svovel i badet til svoveldioksyd. Det er ønskelig som beskyttelsesfluidum for oksygeninjektorene å benytte svoveldioksyd eller vann eller begge deler inntil svovelinnholdet i badet er mindre enn ca. 5%, hvoretter en hydrokarbon-gass kan benyttes som skjerm-fluidum under resten av blåsingen.

Gasser

Begrepet "oksygen av handelskvalitet" er definert som

en gass som vanligvis har mer enn 9 0% fritt oksygen, og det foretrekkes å benytte slikt oksygen. Bruken av slikt oksygen tillater i tillegg til produksjon av SC^-rik gass, en ovnsdrift ved temperaturer som er høyere enn vanlig, med tilsvarende kinetiske og driftsmessige fordeler ved høye reaksjonshastigheter og under styring av matte- og slaggfluiditet, forutsatt at metallinjektorene og det omgivende ildfaste materiale er beskyttet mot de økede temperaturer som angitt ovenfor. Med noen konsentrater kan en autogen prosess utføres under bruk av oksygenanriket luft inneholdende ned til så lite som 40% oksygen, skjønt innføringen av slike store andeler av nitrogen i systemet kan være uønsket av miljømessige og andre grunner. Dette er et høyere oksygennivå

enn hva som normalt tåles av den vanlige Pierce-Smith-konverter, som lider av overoksydering og overhetning nær blestformene og av forholdsvis dårlig berøring mellom fasene, dårlig temperatur-fordeling og begrenset styring av oksygenaktiviteten.

Ved prosessen ifølge oppfinnelsen vil avgassen fra ovnen vanligvis ha et innhold.av svoveldioksyd på over 70% på tørr basis og fortrinnsvis over 80%, og den er hovedsakelig fri for nitrogen-oksyder. Avgass fra konverteren føres gjennom damp-kjeler for produksjon av elektrisk kraft. Den blir deretter hensiktsmessig renset for hovedsakelig alt sitt innhold av partikkelformede bestanddeler, og mesteparten av det kobber, nikkel 'og bly som finnes i gassen, resirkuleres til prosessen. Den svoveldioksyd som sprøytes inn i konverteren, er normalt resirkulert konverter-avgass.

Mengden av SC^ som tilsettes som et beskyttelsesfluidum eller på annen måte, vil utgjøre ca. 0-150% av oksygenvolumet, målt ved standard normal temperatur og trykk, det vil si ved 0°C og et trykk på 1 atm. Vann kan tilsettes som en forstøvet tåke i en mengde på 0-25% av oksygenvekten. Vannet kan tilsettes i oksygenstrømmen, i en skjermgasstrøm eller i begge strømmer.

Slagg

En ytterligere fordel ved fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen med de beskrevne fleksible styremuligheter er den oppnådde evne til, når det Ønskes, raskt å produsere ferro-silikat-slagger ved høyere temperaturer enn vanlig, f.eks. over 1300°C, og ved høyere innhold av silisiumoksyd enn vanlig, f.eks. over 39% silisiumoksyd, med resulterende lavere tap enn vanlig av kobber, nikkel eller kobolt på grunn av den tilfredsstillende fluiditet av slaggene, deres lave massetetthet og lave innhold av treverdig jern.

Produkter

Sluttproduktet fra kobbersulfid-konsentrater kan være et råmetall med et innhold av kobber på over 95%, et jerninnhold på mindre enn 0,2% og et svovelinnhold på mindre enn 2% med en gjenvinning av kobber på over 98%, eller prosessen kan produsere en matte på over 75% kobber, mindre enn 1% jern og resten svovel og urenheter, igjen med en kobbergjenvinning på over 98%. I tilfellet av nikkel kan produktet være et råmetall med over 90% nikkel, mindre enn 1% jern og mindre enn 5% svovel for en nikkel-gjenvinning på over 95%, eller en matter med over 65% nikkel og mindre enn 5% jern med en koboltgjenvinning på over 75%. I alle tilfelle vil nikkelgjenvinningen være på over 95%. I tilfellet av bly kan sluttproduktet være barrer med over 95% bly, mindre enn 1% jern og mindre enn 1% svovel med en gjenvinning av bly på over 95%.

Oksygeninnsprøytning

Den neddykkede oksygeninnsprøytning som benyttes til konvertering, innbefatter å blåse fluidumbeskyttet oksygen-rik gass inn i et smeltebad gjennom de ildfaste vegger i en konverter under væskeoverflaten. Ved visse anvendelser av den foreliggende oppfinnelse kan en slik fluidumbeskyttelse ligne på den generelle idé som er beskrevet i FR-PS 1 450 718 (1966), som det henvises til. Ifølge dette patentskrift blir metallet raffinert i satser ved innblåsing av oksygen av handelskvalitet i et smeltebad gjennom injektorer som strekker seg gjennom den ildfaste fåring i en standard konverter,, og som har åpninger som står i forbindelse med et nedre parti av beholderen under metalloverflaten. Injektorene og det"omgivende ildfaste materiale er beskyttet ved at oksygenstrømmene er gitt av skjermende hydrokarbon.

Derimot foretrekkes det for kontinuerlig omdannelse av sulfid-konsentrater ifølge den foreliggende oppfinnelse i den spesielle, beskrevne konverter normalt å benytte den ikke brennbare gass svoveldioksyd som beskyttelsesfluidum. Når det ønskes ytterligere kjøling, kan der også benyttes forstøvet vann i den sentrale oksygenstrøm. Forstøvet vann kan også føres inn i et skjermende fluidum. Under passende omstendigheter blir enten svoveldioksyd eller forstøvet vann eller begge deler innført i oksygenstrømmen som et alternativ eller supplement til deres bruk i et omgivende skjermende fluidum. Oksygenet kan blåses i en retning fra hovedsakelig horisontalt til vertikalt oppover.

Den foretrukne prosess ifølge oppfinnelsen er blitt beskrevet som en kontinuerlig prosess som utgjøres av en integrert kombinasjon av trinn og styringstrekk som skaffer de spesielle beskrevne resultater. En slik kombinasjon innbefatter f.eks. den kontinuerlige prosess hvori den metallrike fase og slaggfasen strømmer i motsatte retninger, slagg- og gassfåsene strømmer i samme retning og der utføres etter hverandre følgende konverterings-og slaggrensningstrinn, samtidig som beholderen oscilleres. Noen av disse og andre forskrifter ved den foretrukne prosess er i seg selv nye og kan benyttes uten andre sider av prosessen. For eksempel kan den beskrevne neddykkede oksygeninnsprøytning benyttes med andre kontinuerlige slaggrensningsteknikker. På

samme måte vil også det beskrevne slagglutrings- eller dekonver-teringstrinn kunne anvendes på et slaggsmeltebad som stammer

fra annet enn konverteringstrinnet ifølge den foreliggende prosess. Skjønt oscillasjon av beholderen skaffer foretrukne virkninger, kan akseptable resultater oppnås uten oscillasjon av beholderen.

Apparatet kan modifiseres for bruk ved diskontinuerlig kobber- eller nikkelmattekonvertering eller flammeraffinerings-operasjoner, f.eks. i en ikke-roterbar, vippbar, lukket konverter med bunnblåsing som benytter fluidumbeskyttende injektorer til å blåse oksygen av handelskvalitet oppover eller hovedsakelig horisontalt, dvs. i en vinkel på mindre enn ca. 10° under hori-sontalplanet, gjennom matten eller metallet fra under væskeoverflaten.

Den foreliggende oppfinnelse dekker behovene for en enkel, fleksibel, økonomisk, kontinuerlig konverterprosess med en overlegen evne til miljøbevaring som savnes i tidligere kjente forslag. Tap av verdifullt metall forårsaket ved bruken av den nye kontinuerlige, eneste ovnsenhet er mindre enn halvparten av de tap som knytter seg til konvensjonell pyrometallurgisk praksis. Dessuten er kostnadene for behandling av prosess-avgassen for svovelfiksering (enten som jernsulfid eller elementært svovel) mindre enn halvparten av kostnadene for lignende fiksering av svovel i avgassene fra konvensjonelle prosesser. Et hovedmål for oppfinnelsen er maksimal utnyttelse av malmen innenfor de grenser som fastlegges av markedet, noe den kjente teknikk ikke har kon-sentrert seg tilstrekkelig om. Bruken av fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen tillater samtidig øket produksjons-kapasitet av metall pr. enhet, reduserte kostnader for metall-produksjon, øket gjenvinning av verdifulle komponenter i malmen og reduserte miljømessige ødeleggelser.

Spesielle eksempler på foretrukne fremgangsmåter vil

nå bli beskrevet for å belyse oppfinnelsen ytterligere.

Eksempel 1

1000 tonn pr. dag av kobbersulfid-konsentrater med et innhold av 28% Cu, 28% Fe, 30% S, 7% Si02 (tørr basis) og inneholdende 1% vann, mates kontinuerlig inn på flere steder i en 6 x 36 m konverter konstruert og drevet på den måte som er vist på fig. 1. Her blir de hurtigkonvertert (flash converted) ved ca. 1330°C med 320 tonn pr. dag av flussmiddel med et innhold av 78% Si02 (tørr basis) og inneholdende 5% vann og 280 tonn pr. dag av

oksygen av handelskvalitet inneholdende 98% 02 og 2% argon. Den hastighet som både oksygenet og konsentratet føres inn med, er nøye avstemt ved de mange virvel- eller spiralsprøyte-innløp, idet andelen av oksygen blandet med det tilførte konsentrat økes progressivt fra et minimum ved innløpet nærmest slagglutrings-partiet til et maksimum ved det innløp som ligger nærmest partiet til fremstilling av metallisk kobber. Vann i en tilleggsmengde på 50 tonn pr. dag føres inn i konverterens atmosfære for regulering av temperaturen. Den således produserte smeltede matte blåses på regulerte steder ved ca. 1330°C ved innsprøyting av 135 tonn pr. dag av oksygen av handelskvalitet og 320 tonn pr. dag av svoveldioksyd som omgivende skjermgass og oksyderes progressivt til metallisk kobber i en styrt sekvens av trinn. 248 tonn pr. dag av råkobber med et innhold av 98% Cu, 0,1% Fe og 1% S tas kontinuerlig ut fra konverteren som vist på fig. 1. Dette produkt inneholder ca. 99% av kobberet i sulfidkonsentratet som ble til-ført konverteren. Det smeltede slagg som fås ved disse operasjoner, lutres ved ca. 1330°C ved innsprøytning av 43 tonn pr. dag av en blanding av underbituminøst kull, svoveldioksyd og oksygen i et vektforhold på ca. 5:3:1. Samtidig blir slagget vasket av en dusj på 25 tonn pr. dag av jernsulfid. Så underkastes slagget en setling i en stille sump hvoretter det kontinuerlig tømmes ut med en hastighet på 800 tonn pr. dag i en strøm som inneholder 0,2% Cu, 35% Fe og 40% SiC^. Dette produkt inneholder hovedsakelig alt jernet i sulfidkonsentratene som ble tilført konverteren. Gassen fra konverteringsoperasjonene føres ut kontinuerlig ved

en temperatur på ca. 1330°C og med en hastighet på 645 tonn pr. dag i en strøm som inneholder 88% S02, 9% C02, 2% Ar og 1% 02 (tørr basis). Dette produkt inneholder over 90% av svovelet i det sulfidkonsentrat som ble tilført konverteren, og er fritt for nitrogenoksyder. Den varme gass strømmer til kjeler for damp-produksjon og generering av elektrisk kraft og deretter til tørre elektrostatiske utfellere, våtvaskere og/eller posefiltre for gjenvinning av støv. Visse deler av det oppsamlede, partikkelformede materiale og renset gass tappes ut for hensiktsmessig behandling og fjerning, og resten resirkuleres til konverteren.

Eksempel 2

Et pentlanditt-konsentrat som inneholder 15% Ni, 0,6% Co, 40% Fe, 30% S og 10% Si02, behandles i den kontinuerlige oksygen-konverter ifølge oppfinnelsen for produksjon av matte som inneholder over 65% Ni, og som inneholder over 95% av nikkelet og over 75% av kobolten i konsentratet, et slagg som inneholder over 95% av jernet i konsentratet, og en gass som inneholder over 75% S02 (tørr basis) og over 75% av svovelet i konsentratet. Kobolt-innholdet fjernes fra den uttappede smeltede matte for separat gjenvinning gjennom omdannelse til klorid ved kjente fremgangsmåter, f.eks. ved reaksjon av de flytende sulfider med gassformet klor eller ved oppløsningsekstraksjon under bruk av en smeltet saltblanding av natrium- og nikkelklorid. Eventuelt kan den således rensede smeltede matte deretter flammeraffineres til metallisk nikkel i en bunnblåst, ikke-roterende konverter som er lukket og vippbar, under bruk av gassbeskyttede injektorer som blåser oksygen av handelskvalitet rett oppover gjennom matten eller metallet fra et sted under væskeoverflaten, idet der benyttes hydrokarbongass til skjerming av oksygenet under sluttrinnene av-blåsingen .

I tilfellet av nikkel kan der produseres hva som helst fra nikkelrik matte, f.eks. nikkelsulfid som inneholder mer enn 65% nikkel og mindre enn 5% jern, hvor mesteparten av det kobolt-innhold som fantes i tilførselsmaterialet til smelteovnen, gjenvinnes, til rånikkelmetall inneholdende mindre enn 5% svovel og mindre enn 1% jern.

Eksempel 3

Et kobber/nikkel-konsentrat med 16% kobber, 4% nikkel, 32% jern, 27% svovel og 10% silisiumdioksyd behandles i en kontinuerlig oksygenkonverter i likhet med den som er beskrevet i det foregående og vist på fig. 1 og 2. Der produseres (a) metallisk kobber/nikkel-legering med over 98% kobber og nikkel tilsammen og mindre enn 2% jern og svovel tilsammen og inneholdende over 98% av det samlede kobber og nikkel i sulfidkonsentratet,

(b) et slagg som inneholder over 98% av jernet i sulfidkonsentratet, og (c) en gass inneholdende over 80% svoveldioksyd (tørr basis)

og over 90% av svovelet i sulfidkonsentratet som ble tilført konverteren. Bare når mengden av kobber i konsentratet er større enn ca. 70% av det samlede innhold av kobber og nikkel, vil en metallisk fase skille seg ut og synke ned under matten under konverteringsoperasjonen.

Det metalliske kobber/nikkel-legeringsprodukt oppløses ved vandig klorering, de oppløste metallklorider utsettes for opp-løsningsekstraks jon for isolasjon av kobber og nikkel, og rent kobber- og nikkelmetall gjenvinnes fra de vandige ekstrakter ved elektrolyse.

Eksempel 4

Blykonsentrat som inneholder 72% bly, 3% zink og 17% svovel, og flussmidler innføres kontinuerlig i en konverter i form av +4 mesh blyglans-pellets for å hindre gass- eller slagg-suspensjon av det partikkelformede blysulfidholdige materiale og slippes på toppen av et slaggdekket blybad som bunnblåses med oksygen, idet der benyttes fluidumbeskyttede injektorer, for å

gi hovedsakelig zinkfrie blybarrer som inneholder over 95% bly og mindre enn 1% svovel, og som inneholder over 9 5% av blyet i konsentratet, og en gass som inneholder over 70% svoveldioksyd (tørr basis) og over 90% av svovelet i konsentratet. Det produserte slagg røkbehandles (is fumed) kontinuerlig i konverteren ved innsprøytning av kull for gjenvinning av bly og zink, og blyet i det partikkelformede materiale i konvertergassen resirkuleres.

Claims (14)

1. Kontinuerlig fremgangsmåte til utvinning av råkobber, -nikkel, -kobolt eller -bly, hver for seg eller i kombinasjon, eller en matte av disse metaller fra sulfidkonsentrater av metallene ved at der i en langstrakt ovn tilveiebringes et smeltebad inneholdende en metallrik fase og en slaggfase som flyter på den metallrike fase, og at der i ovnen føres inn konsentrater, flussmiddel og en oksygenrik gass med en konsentrasjon på minst 40 volumprosent oksygen i en mengde som er tilstrekkelig til autogen raffinering av konsentratene, samtidig som slaggfasen og den metallrike fase strømmer i motstrøm til hinannen til hver sin ende av ovnen, karakterisert ved a) at i det minste en del av den oksygenrike gass sammen med et beskyttende fluidum blåses oppover inn i smeltebadet gjennom en rekke uavhengig regulerte injektorer som befinner seg under smelteoverflaten og står på avstand fra hverandre i ovnens lengderetning, b) at konsentratene føres inn gjennom en rekke uavhengig regulerte tilførselsorganer som står på avstand fra hverandre i ovnens lengderetning, og c) at injektorene og tilførselsorganene anbringes og mengden av oksygen og konsentrat gjennom de respektive injektorer og tilførselsorganer avpasses slik at der i smeltebadet fås en oksygenaktivitets-gradient, idet aktiviteten avtar fra et maksimum som er tilstrekkelig til ved utløpsenden for metallrik fase å gi et materiale som er rikt på det ønskede metall og har et lavt jerninnhold, til et minimum som er tilstrekkelig til ved utløpsenden for slagg å gi et slagg med lavt innhold av det ønskede metall.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at deler av det innførte oksygen blandes med tørre, findelte konsentrater i mengder som bevirker sjokkoksyd-ering (flash oxidizing) av minst en del av disse, og at blan-dingen sprøytes i inn i atmosfæren over overflaten av smeltebadet.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at minst 2/3 av det tilførte oksygen blandes med konsentratene.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at der benyttes en ovn som er lukket og heller svakt nedover mot utløpet for det metallrike materiale, og at ovnen oscilleres kontinuerlig om sin lengdeakse.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at der som beskyttende fluidum som blåses inn sammen med den oksygenrike gass gjennom injektorene under badoverflaten, anvendes svoveldioksyd.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at det beskyttende fluidum omgir de injiserte oksygenstråler, og at der som beskyttende fluidum anvendes svoveldioksyd, vann og/eller hydrokarbon.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert ved at svoveldioksyd dannet i prosessen resirkuleres og benyttes som beskyttende fluidum.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, hvor konsentrater av kobber, nikkel og/eller kobolt raffineres, karakterisert ved at konsentratene og flussmiddel mates inn i ovnen i mengder som bevirker at der fås et slagg med et silisiumoksydinnhold på over 39 vektprosent/ og at temperaturen på slagget holdes på over 1300°C.

9. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at ytterligere mengder av det ønskede metall utvinnes fra slagget ved at en blanding av oksygen, et reduksjonsmiddel, f.eks. kull, og svoveldioksyd blåses opp gjennom slagget før dette føres ut av ovnen.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at svoveldioksyd dannet i prosessen resirkuleres og benyttes til blåsebehandling av slagget.

11. Apparat til utførelse av en fremgangsmåte som angitt i krav 1, omfattende en langstrakt beholder med ildfast firing, et utløp for slagg ved den ene ende, et utløp for metallrik fase ved den andre ende og et utløp for avgassen samt forsynt med organer for tilførsel av konsentrater og flussmiddel og organer for tilførsel av oksygenrik gass, karakterisert ved at tilførselsorganene for oksygenrik gass omfatter uavhengig regulerbare injektorer (8) som strekker seg gjennom den ildfaste fSring og er fordelt over lengden av et parti av ovnen som danner en raffineringssone (M), og at tilførsels-organene (6) for konsentrater er fordelt over lengden av raffineringssonen (M) og også er uavhengig regulerbare samt er anbragt slik at de fører konsentrat direkte inn i atmosfæren i ovnen over badet.

12. Apparat som angitt i krav 11, karakterisert ved at det omfatter organer til å oscillere beholderen om sin lengdeakse.

13. Apparat som angitt i krav 11 eller 12, hvor beholderens bunn har et trinn (13) som hindrer den metallrike fase i å strømme mot slaggutløpet (9), karakterisert ved at der i en slaggsone (S) mellom trinnet (13) og slaggutløpet (9) er anordnet minst en injektor (10) som tjener til å blåse gass oppover.

14. Apparat som angitt i et av kravene 11 - 13, karakterisert ved at slaggutløpet (9) og ut-løpet for avgassene er anordnet ved den samme ende av ovnen.