NO154400B - Fremgangsmaate til ekstrahering av ikke-jern-metaller fra slagger og andre metallurgiske biprodukter. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til ekstrahering av ikke-jern-metaller fra slagger og andre metallurgiske biprodukter som inneholder ikke-jern-metaller som bestanddeler,

idet materialene behandles i smeltet tilstand ved motstandsoppvarmning i en elektr<p>ovn med neddykkede elektroder under et skikt av fast reduksjonsmiddel og blåsing av en ikke-oksiderende gass inn i det smeltede materiale for å bevirke en effektiv omrøring av materialet.

En slik fremgangsmåte til behandling av smeltede slagger

fra metallurgiske prosesser med ikke-jern-metaller er allerede kjent (se DE-OS 2 727 618). Ved denne kjente fremgangsmåte benyttes der et fast karbonholdig reduksjonsmiddel som fordeles på overflaten av det smeltede slagg, hvor det danner et skikt. En ikke-oksiderende gass injiseres i en slik mengde og med en slik hastighet at der skaffes en sirkulasjon av det smeltede slagg,

slik at slagget slynges gjennom skiktet av karbonholdig reduksjonsmiddel og filtreres gjennom dette. I henhold til denne fremgangsmåte blir den ikke-oksiderende gass blåst inn i det flytende slagg i en mengde som fortrinnsvis utgjør 30 - 100 Nm /h pr. tonn slagg.

En første ulempe ved denne fremgangsmåte er at den sterke strøm av gass som injiseres i det flytende slagg, skaper en omrøring som knapt er forenlig med driften av en elektroovn med neddykkede elektroder, en drift som normalt er en jevn operasjon som for det meste foregår kontinuerlig og fortrinnsvis strekker seg over lange perioder uten avbrudd. Sammenlignet med en drift uten blåsing av gass er således driften mindre stabil i elektrisk henseende, noe som viser seg ved voldsomme og plutselige variasjoner i strømstyrken og den øyeblikkelige effekt som for-brukes av ovnen. Også effektfaktoren (cos if>) når verdier som er meget lavere enn de som hersker med drift uten blåsing. Som en følge av dette må der anordnes spesielle innretninger til å korrigere de elektriske ustabiliteter, og/eller man må finne seg i at der treffes sanksjoner av kraftleverandøren. På den annen side vil en voldsom omrøring av slagget være tilbøyelig til å påskynde slitasjen av ovnsfSringen og slynge flytende materiale mot taket og sideveggene av ovnen, alt sammen forhold som bidrar til å redusere levetiden av ovnen og begrense mulighetene for langvarig kontinuerlig drift.

En annen ulempe ved den ovenfor nevnte fremgangsmåte er

at den høye gasstrøm kan føre til en betydelig fordampning av metaller hvis damptrykk er høyt ved driftstemperaturen. Dette kan anses som en fordel for visse metaller, såsom zink, som vanligvis gjenvinnes fra det støv som fås fra gassfasen ved reduksjons-smelteoperasjoner. Denne fordampning er imidlertid uønsket og må fortrinnsvis begrenses til et minimum for andre metaller såsom bly, som fortrinnsvis utvinnes direkte i flytende form fra det slagg som skal reduseres. Hvis bly og zink samtidig er tilstede i det slagg som skal reduseres, må der finnes et kompromiss mellom fordampningen av begge metaller. I dette tilfelle vil man legge merke til at den optimale tilstand ofte svarer til relativt lave fordampningsmengder som det er umulig å oppnå under de forhold som foreligger ved den ovenfor nevnte prosess.

En annen ulempe ved den ovenfor nevnte fremgangsmåte er at den sterke gasstrøm som blåses inn i slagget, holder badet på en høy temperatur og således forbruker varmeenergi i mengder som ikke er ubetydelige, og som ofte er vanskelige å gjenvinne og må kompenseres ved ytterligere tilførsel av elektrisk energi til ovnselektrodene.

Enda en ulempe ved den ovenfor nevnte fremgangsmåte er det høye forbruk av ikke-oksiderende gass, slik at kostnaden for gassen kan utgjøre en betydelig andel av de totale driftskostnader og gjøre driften uøkonomisk, f.eks. når det slagg som skal behandles, inneholder relativt små mengder verdifulle metaller, eller når verdien av disse metaller er relativt liten.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å unngå de ovenfor nevnte ulemper.

For oppnåelse av denne hensikt blir ifølge den foreliggende oppfinnelse den ikke-oksiderende gass inji-

sert i en mengde på 0,5 - 10 Nm^/h pr. tonn behandlet materiale, slik at hovedsakelig alt det smeltede materiale bringes i berøring med det nevnte skikt hovedsakelig uten å unnslippe gjennom skiktet. Det er faktisk fastslått at det for oppnåelse av en tilstrekkelig berøring mellom

det behandlede materiale og reduksjonsmiddelet ikke er nødvendig å omrøre slagget så voldsomt at det slynges gjennom skiktet av reduksjonsmiddel, men at det tvert imot er tilstrekkelig å skaffe en jevn og regelmessig konveksjon av slagget slik at hver partikkel av slagget har mulighet for å komme i berøring med reduksjonsmiddelet for å bli redusert. Man har således fastslått at virkningen av omrøringen er lav ved en gassmengde pa mindre enn 0,5 Nm 3/h pr. tonn behandlet materiale, mens der ved en gassmengde på over 10 Nm 3/h pr. tonn behandlet materiale fås en for sterk omrøring som ikke lenger vesentlig forbedrer den metallurgiske oppførsel, men tvert imot gir opphav til en økende ustabilitet av ovnens drift og en for sterk produksjon av støv og et for stort energiforbruk.

Det er på den annen side funnet at den metallurgiske

ytelse målt f.eks. ved den hastighet som et bestemt metall reduseres med ved en gassmengde på 0,5 - 10 Nm"Vh Pr• tonn behandlet materiale, ikke bedres proporsjonalt med strømningsmengden, men at den største forbedring oppnås ved de laveste mengder, mens en økning av strømmen når denne allerede er høy, bare fører til mindre og mindre forbedringer. For metaller såsom zink, som reduseres i gassform og således føres med av ovnsgassene, er det også funnet at den samlede mengde gass som bringes i berøring med en gitt mengde slagg, spiller en viktig rolle, og at en betydelig forbedring av den metallurgiske ytelse oppnås opp til en strømningsmengde på 10 Nm 3/h pr. tonn. For metaller såsom bly, som fortrinnsvis reduseres i flytende form, spiller den totale mengde gass som bringes i berøring med en gitt mengde slagg, en mindre viktig rolle, og vesentlige forbedringer av den metallurgiske ytelse kan ikke lengder observeres for strømningsmengder som overstiger 2,5 Nrn"Vh pr. tonn. I det sistnevnte tilfelle er det således fordelaktig å arbeide med strømningsmengder på under 2,5 Nm 3/h pr. tonn.

Når det materiale som skal behandles, inneholder minst to metaller som fortrinnsvis skal ekstraheres i flytende form, hvorav det ene et lett reduserbart metall såsom bly, mens det annet er et tyngre reduserbart metall såsom tinn, er det kjent at det lett reduserbare metall blir redusert først, og at det tyngre reduserbare metall blir redusert deretter. Det er også kjent at reduksjonen av det tyngre reduserbare metall gjøres lettere når dette metall opp-viser en viss oppløselighet i det lett reduserbare metall som følge av reduksjon av dets kjemiske aktivitet. Denne virkning kan man imidlertid bare trekke fordel av hvis det lett reduserbare metall

bringes i intim berøring med det materiale som skal behandles,

under reduksjonen av det tyngre reduserbare metall. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det observert at denne intime berøring ikke tilveiebringes når blåsing av ikke-oksiderende gass finner sted i slaggskiktet, idet metallet da vil stå stille på bunnen av ovnen uten noen kjemisk utveksling med det ovenforliggende slagg. I

dette tilfelle er det funnet fordelaktig å blåse den ikke-oksyderende gass inn i skiktet av flytende metall for å føre metallet gjennom slaggskiktet og dispergere det i dette. Det er også observert at en strøm av ikke-oksiderende gass på 0,5 - 2,5 Nm 3/h pr. tonn behandlet materiale i dette tilfelle er tilstrekkelig for oppnåelse av en god fordeling av metallet i slagget under bibehold av god stabilitet av ovnsdriften.

Istedenfor å fremstille det nevnte skikt av lett reduserbart metall ved reduksjon av slagget, er det også mulig å starte reduksjonsoperasjonen i nærvær av et slikt metallskikt, nærmere bestemt når slagget bare inneholder tyngre reduserbare metaller som må utvinnes i flytende tilstand.

Når hensikten er å utvinne tyngre reduserbare metaller som

er oppløselige i jern, f.eks. nikkel og kobolt, utgjøres det skikt av metall som den ikke-oksiderende gass blåses inn i, med fordel av en ferro-legering som tilsettes før reduksjonen av slagget eller dannes under denne reduksjon.

Som ikke-oksiderende gass er det mulig å anvende en inert gass, f.eks. nitrogen, eller en reduserende gass, f.eks. hydrogen, metan eller naturgass. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen synes det spesielt fordelaktig å anvende naturgass eller en hydrogenholdig gass, idet slike gasser deltar i reduksjonsoperasjonen og således i gunstig retning påvirker reduksjonshastigheten og reduserer den nødvendige mengde fast reduksjonsmiddel. Naturgass har videre den fordel at den er lett tilgjengelig og relativt billig.

Når man benytter denne gass, er det på den annen side blitt observert at injeksjonshastigheten i det behandlede materiale fortrinnsvis bør være høyere enn 5 m/s for unngåelse av krakking av gassen i injeksjonsdysen. En slik injeksjonshastighet bidrar også til en effektiv omrøring av det behandlede materiale. Som hydrogenholdig gass er det mulig å anvende reformert naturgass .

Driften av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen krever for

det meste tilsetning til det behandlede materiale av flussmidler som er nødvendige for å gi et oppbrukt slagg med egnede fysiske

og kjemiske egenskaper. Det er spesielt kjent at en god ekstraksjon av metaller ofte krever at der foreligger en tilstrekkelig mengde CaO i det oppbrukte slagg. Dette sikres vanligvis ved tilsetning

av kalksten eller brent kalk. Når det materiale som skal behandles, tilføres i fast form, består en enkel måte for tilsetning av flussmidler i å innlemme flussmidlene ved blanding med ovnschargen.

Når det materiale som skal behandles, tilføres i flytende form,

kan denne utvei ikke anvendes. I dette tilfelle har man funnet at flussmidlene lett kan tilsettes ved enkel fordeling på overflaten av badet, eventuelt i blanding med det faste reduksjonsmiddel,

idet den blåsing av ikke-oksiderende gassmengder som karakteriserer fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er tilstrekkelig til å sikre en god berøring mellom det behandlede materiale og flussmidlene og en rask oppløsning av disse.

Når de metaller som skal ekstraheres, fortrinnsvis bør utvinnes i flytende tilstand, er det fordelaktig å utføre prosessen ved den lavest mulige temperatur som er forenlig med smeltepunktene av metallet og det oppbrukte slagg. Dette er spesielt tilfelle når de metaller som skal ekstraheres, f.eks. bly, har et relativt høyt damptrykk og en relativt sterk tilbøyelighet til å fordampe. I dette tilfelle er det fordelaktig å velge en slagg-sammensetning som er tilstrekkelig smeltbar til å tillate utførelse av fremgangsmåten ved en temperatur på over 1100°C og under 1250°C.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes både ved diskontinuerlig og ved kontinuerlig drift. Ved kontinuerlig drift er imidlertid den gjennomsnittlige reduksjonshastighet lavere enn når den samme ovn arbeider diskontinuerlig med den samme charge, idet det materiale som skal behandles, gjennomgår en fortynning av innholdet i ovnen såsnart det føres inn i denne. For oppnåelse av den samme reduksjonsgrad av det oppbrukte slagg blir reduksjonen av den gjennomsnittlige reduksjonshastighet kompensert ved en økning av oppholdstiden av materialet som skal behandles, i ovnen. Som en følge av dette vil de mengder ikke-oksiderende gass som skaffer en betydelig økning av reduksjonshastigheten, svare til merkbart høyere forbruk av ikke-oksiderende gass pr. tonn materiale som skal behandles, slik at fremgangsmåten til slutt blir mindre lønnsom når de materialer som skal behandles, inneholder relativt små mengder verdifulle metaller, eller når verdien av disse metaller er relativt liten. I dette tilfelle er det således fordelaktig å arbeide med relativt lave gassmengder, fortrinnsvis på 0,5 - 1,5 Nm^/h pr. tonn behandlet materiale. Ved kontinuerlig drift er det på den annen side fordelaktig å redusere virkningen av fortynningen av materialene med ovnsinnholdet ved å arbeide i en ovn med langstrakt form, hvor de materialer som skal behandles, tilføres ved den ene ende, mens det oppbrukte slagg tappes av ved den motsatte ende.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og de fordeler denne medfører, vil bli nærmere forklart under henvisning til de etter-følgende eksempler og tegningen. Fig. 1 viser skjematisk et vertikalsnitt gjennom en første type av en ovn som anvendes til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk et vertikalsnitt gjennom en annen type ovn som anvendes ved utførelse av fremgangsmåten ifølge oppf innelsen.

Eksempel 1

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres i en ovn som vist på fig. 1. Ovnen har en nominell effekt på 6 0 kVA og et nyttevolum. på ca. 200 liter. Den har rektangulært tverrsnitt med en indre bredde på 50 cm og en indre lengde på 90 cm. Den omfatter hovedsakelig en smeltedigel 1, to grafittelektroder 2 som er forbundet med en kraftkilde (ikke vist), et tappehull 3, en fylleluke 4,

et tak 5, et rør 6 til innblåsing av ikke-oksiderende gass i det nedre sentrale parti av smeltedigelen 1 og en utløpsledning 7 for avgasser. Røret 6 er av aluminiumoksid. Det har en innvendig diameter på 10 mm, og dets nedre ende er anordnet 20 cm over bunnen av smeltedigelen 1.

850 kg av et flytende slagg som inneholder 30 vektprosent Pb, 1,5 vektprosent Sn, 4,6 vektprosent Zn, 12 vektprosent CaO,

15 vektprosent Si02 og 12 vektprosent Fe, behandles i ovnen. Dybden av badet er 50 cm. Naturgass blåses inn gjennom røret 6 i en mengde på 1,7 Nm 3 /h, og koks som er betegnet med 8, tilsettes pa o en slik måte at slaggbadet, som er betegnet med 9, hele tiden er dekket med et tynt lag koks (ca. 1-2 cm). For dette formål må ca. 5 kg koks tilsettes pr. time. Temperaturen av slagget holdes på ca. 1230°C, og dette krever en effekttilførsel på 37 kw. Bly og tinn som ekstraheres fra slagget 9, danner en metallfase som er betegnet med 10. Zink som også ekstraheres fra slagget, forlater ovnen sammen med de gasser som er resultatet av reduksjonsbehandlingen (CO, C02/ H2, H20), gjennom ledningen 7. Etter 5 timers drift er blyinnholdet i slagget falt til 0,5 %, tinninnholdet til 0,8 % og zinkinnholdet til 2 %. På dette tidspunkt er den samlede høyde av badet 42 cm, hvorav 35 cm er slagg og 7 cm er metall.

Det skal bemerkes at når der arbeides under de samme betingelser, men uten blåsing med ikke-oksiderende gass, vil den samme grad av utnyttelse av slagget først oppnås etter ca. 20 timers drift. Under forholdene i eksempelet vil på den annen side overflaten av badet ikke bli særlig omrørt og svingninger i den elektriske effekt holde seg under 10 % av den foreskrevne verdi. Fordampningen av bly (som samles opp sammen med zinken gjennom ledningen 7) er lik 8 % av det bly som er tilstede i utgangsslagget.

Eksempel 2

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres i den samme ovn som i eksempel 1 med den forskjell at den nedre ende av røret 6

er anordnet 5 cm over bunnen av smeltedigelen 1. Driftsbetingelsene er de samme.

Etter 5 timers drift er blyinnholdet i slagget falt til

0,5 %, tinninnholdet til 0,25 % og zinkinnholdet til 2 %. Under behandlingen er stabiliteten av operasjonen god og fluktuasjonene i den elektriske effekt ikke større enn 10 % av den foreskrevne verdi. Fordampningen av blyet forblir 8 % av det bly som er tilstede i utgangsslagget.

Eksempel 3

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres i den samme ovn som beskrevet i det foregående eksempel med den nedre ende av røret 6 anordnet 5 cm over bunnen av smeltedigelen 1.

700 kg av et flytende slagg inneholdende 10 vektprosent Pb, 1,8 vektprosent Sn, 5,7 vektprosent Zn, 16 vektprosent CaO, 21 vektprosent Si02 og 18 prosent Fe behandles i ovnen. 185 kg bly blir først tilsatt. Blyet smelter, samler seg på bunnen av ovnen og danner et skikt med en høyde på 5 cm. Naturgass blir deretter blåst gjennom røret 6 under anvendelse av de samme drifts-betingelser som i de foregående eksempler.

Etter 5 timers blåsing var blyinnholdet i slagget falt til 0,3 %, tinninnholdet til 0,25 % og zinkinnholdet til 2 %.

Det skal bemerkes at hvis der arbeides under de samme betingelser, men uten tilsetning av 185 kg bly, vil sammensetningen av slagget etter 5 timers blåsing være 0,3 % Pb, 1,3 % Sn og 2 % Zn.

Eksempel 4

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres i den ovn som er vist på fig. 2. Denne ovn har rektangulært tverrsnitt med en innvendig bredde på 90 cm og en innvendig lengde på 130 cm. Den består hovedsakelig av en smeltedigel 11, tre grafittelektroder 12 som er anordnet på linje over lengden av ovnen, en matesjakt 13, et øvre tappehull 14 og et nedre tappehull 15, et tak 16, to rør 17 til innblåsing av ikke-oksiderende gass i det nedre parti av smeltedigelen 11 og en avgassledning 18. Luker for fylling (ikke vist på tegningen) er anordnet i taket 16 for tilførsel av fast materiale på overflaten av badet. Rørene 17 er av aluminiumoksid. Deres innvendige diameter er 6 mm, og deres nedre ende er anordnet 5 cm over bunnen av smeltedigelen 11.

I denne ovn føres der inn et slagg som inneholder 40 vektprosent Pb, 2,5 vektprosent Sn, 4,5 vektprosent Zn, 3,7 vektprosent CaO, 12 vektprosent Si02 og 11 vektprosent Fe. Slagget tilføres i flytende form gjennom mates jakten 13 i en mengde på 45 kg/h. Naturgass blåses gjennom hvert av rørene 17 i en mengde på 0,6 Nm /h, og koks tilsettes på en slik måte at slaggbadet 20 hele tiden er dekket med et tynt skikt av koks. Kalk tilsettes også i en gjennomsnittlig mengde på 1,8 kg/h. Kalken og koksen føres inn gjennom fyllelukene i taket 6. Blandingen av koks og kalk som er fordelt på overflaten av badet, er betegnet med 19. Temperaturen av slagget holdes på ca. 1210°C ved tilførsel av en effekt på 18 kw til elektrodene 12.

Bly og tinn som ekstraheres fra slagget 20, danner en metallfase som er betegnet med 21. Zink som også ekstraheres fra slagget, forlater ovnen gjennom ledningen 18.

Etter fylling av ovnen til en badhøyde på 50 cm blir

slagget 20 og metallet 21 periodisk avtappet gjennom henholdsvis det øvre tappehull 14 og det nedre tappehull 15 med slike mellomrom at høyden av slaggskiktet alltid holder seg på mellom 35 og. 40 cm, mens høyden av metallskiktet holder seg på mellom 7 og 12 cm. Vekten av slagget i ovnen varierer da fra 800 til 915 kg.

Når ovnen har nådd stabile driftsforhold, noe som tar ca.

50 timer, stabiliserer sammensetningen av det slagg som tappes fra tappehullet 14, seg på 0,36 vektprosent Pb, 0,29 vektprosent Sn og 1,5 vektprosent Zn. Fordampningen av bly er lik 10 % av det bly som er tilstede i utgangsslagget.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte til ekstrahering av ikke-jern-metaller fra slagger og andre metallurgiske biprodukter som inneholder ikke-jern-metaller som bestanddeler, idet materialene behandles i smeltet tilstand ved motstandsoppvarmning i en elektroovn med neddykkede elektroder under et skikt av fast reduksjonsmiddel og blåsing av en ikke-oksiderende gass inn i det smeltede materiale for å bevirke en effektiv omrøring av materialet, karakterisert ved at den ikke-oksiderende gass injiseres i en mengde på 0,5 - 10 Nm<3>/h pr. tonn behandlet materiale/ slik at hovedsakelig alt det smeltede materiale bringes i berøring med det nevnte skikt hovedsakelig uten å unnslippe gjennom skiktet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at ikke-jern-metallene ekstraheres i væskeform, og at strømmen av ikke-oksiderende gass ligger på 0,5 - 2,5 Nm 3/h pr. tonn behandlet materiale.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at i det minste en del av prosessen utføres i nærvær av et skikt av flytende metall, og at den ikke-oksiderende gass blåses inn i dette metall.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at den ikke-oksiderende gass blåses inn i et skikt av flytende metall som dannes under reduksjonen av slagget. b.

Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at reduksjonsoperasjonen av slagget startes i nærvær av skiktet av flytende metall.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at en hydrogenholdig gass anvendes som ikke-oksiderende gass.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at der som hydrogenholdig gass anvendes reformert naturgass.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at naturgass anvendes som ikke-oksiderende gass.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at injiseringshastigheten av naturgassen i det behandlede materiale er høyere enn 5 m/s.

10. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at gassblåsingen utføres ved en temperatur på 1100 - 1250°C.

11. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at reduksjonsprosessen utføres kontinuerlig, og at strømmen av ikke-oksiderende gass er 0,5 - 1,5 Nm"Vh pr. tonn behandlet materiale.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at der anvendes en ovn med langstrakt form hvor de materialer som skal behandles, tilføres i en ende, mens det oppbrukte slagg tappes av ved motsatt ende.