Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymy¬ wania miedzi konwertorowej polegajacy na wy¬ tapianiu zasiarczkowanego 'surowca miedziowego w piecu obrotowym o nachylonej osi obrotu, w obecnosci tlenu i .skladników tworzacych zuzel dodawanych równoczesnie z surowcem miedzio¬ wym. W metodzie tej przerywa sie dozowanie tlenu po zaladowaniu co najmniej 75% surowca miedziowego i dziala na otrzymany kamien oraz zuzel srodkiem redukujacym, po czym przenosi sie kamien razem z zuzlem do pieca podgrzewa¬ jacego, w iktórym zostaja one rozdzielone, a ka¬ mien z pieca podgrzewajacego przeniesiony do konwertora, w którym przetwarza sie go na miedz konwertorowa.Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymy¬ wania miedzi konwertorowej z zasiarczkowanego surowca miedziowego, poddawanego wytapianiu w sposób okresowy w piecu w celu otrzymania ka¬ mienia o duzej zawartosci miedzi oraz zuzla o re¬ latywnie niewielkiej zawartosci miedzi, po czym material stopiony zawierajacy zuzel oraz kamien przenosi sie do pieca osadnikowego, w iktórym zmniejszana jest zawartosc miedzi w zuzlu, a na¬ stepnie zuzel i kamien miedziowy sa razem spusz¬ czane w sposób ciagly. Po oddzieleniu od zuzla, kamien miedziowy przetwarza sie w zwykly spo¬ sób na miedz konwertorowa.Miedz konwertorowa wytwarza sie przede wszy¬ stkim z surowca miedziowego w formie siarcz- 2 kowej sposobami skladajacymi sie z trzech eta¬ pów, z których w pierwszym surowiec zostaje wyprazony, w drugim wyprazony produkt sie wy¬ tapia, a w trzecim wytop siarczkowo^miedziowy 5 przetwarza sie na miedz konwertorowa przedmu¬ chujac lub wtryskujac don gaz zawierajacy tlen, na ogól powietrze, w tym samym czasie zuzlujac tlenki zelaza przez dodanie topnika kwasnego ta¬ kiego, jak krzemionka, na przyklad piasek. Cecha 10 charakterystyczna tych zwyklych procesów prze¬ róbki miedzi jest prowadzenie ich etapami. Pod¬ czas prazenia surowca miedziowego w formie siarczkowej, to jest ogrzewania go przez dodanie tlenu w celu spalenia zawartej w nim siarki, do- 15 konuje sie czesciowego spalenia siarki siarczko¬ wej -(.to jest siarki znajdujacej sie w postaci siarczku), proces ten prowadzi sie pod kontrola w celu zapewnienia w prazonym produkcie do¬ statecznej ilosci siarki do utworzenia w nastep- 20 nym procesie wytapiania — kamienia o pozadanej zawartosci miedzi. Zazwyczaj kamien zawiera 30—40°/o miedzi i 22^26% siarki. Sklad chemiczny kamienia jest, rzecz jasna, zmienny i zalezy od rodzaju przerabianego surowca i sposobu praze- 25 nia. Wymienione zakresy stezen miedzi i siarki sa reprezentatywne dla kamienia otrzymanego z najczesciej stosowanych surowców (miedziowych.Podczas wytapiania surowca miedziowego w for¬ mie siarczkowej otrzymuje sie obok kamienia so równiez zawierajacy zelazo zuzel, na którego sklad 110 045110045 wplywa sie przez dodanie pias-ku , a w nie¬ których wypadkach, mniejszych ilosci wapienia, zmniejszajacych lepkosc zuzla. Zuzel, który za¬ zwyczaj zawiera okolo 0,4—'0,8% miedzi, jest spuszczany i odrzucany. Niekiedy w zuzlu moga znajdowac sie znaczne ilasci cynku i innych cen¬ nych metali, które moga byc odzyskiwane w pro¬ cesach odparowywania zuzla.W typowych*^procesach wytapiania miedzi pro¬ wadzonych''w spoisóib okresowy zawartosc miedzi w karnileniu ultrizymujie sie w zakresie 30—40%, poniewaz jej wyzsze stezenie mogloby powodowac; zvJTekszenie zaw^rjosci miedzi w zuzlu, co pro- ^a'c[zil6lby do niepozadanych strat miedzi..Dotychczas skonstruowano wiele róznych pie¬ ców do wytapiania. rProjekt tych pieców wymaga r|a ogól ciaglego podawania surowca miedziowego razem" ze -skladnikiem tworzadyim ziizei i wyta¬ piania ich piecu. Zuzel i kamien miedziowy moga byc spuszczane--w -sposób- ciagly lub okresowy.Typowym piecem do wytapiania jest wiec piec plomienny, zawierajacy przede wszystkim dluga i waska przestrzen piecowa o dnie prostokatnym, która ogrzewana jest -palnikami: alejawyimi lub gazowymi. W celu umozliwienia spalania ropy lub gazu doprowadza sie do pieca powietrze lub powietrze wzbogacone w tlen. Obecnie coraz czes¬ ciej zastepuje sie piece plomienne innymi pieca¬ mi do wytapiania, czesciowo. ,z, przyjczyn; natury; ekonomicznej, a czesciowo z powodów zwiazanych z ochrona,srodowiska, poniewaz efektywne oczysz¬ czanie gazów zawierajacych dwutlenek siarki po- wstajacych w procesie wytapiania okazalo sie bardzo trudne. W piecach plomiennych mianowi¬ cie wytwarzaja sie duze ilasci gazu, co stwarza koniecznosc stosowania duzych i kosztownych sys^ temów oczyszczania gazów. Jednym ze sposobów unikniecia tej niedogodnosci jest wytapianie su¬ rowca przy pomocy energii elektrycznej.Elektryczny piec do wytapiania zawiera ko¬ rzystnie dluga i waska przestrzen o dnie prosto¬ katnym, w której umieszczone sa elektrody, zwy¬ kle elektrody Soderberga, które powinny byc za¬ nurzone w wytapianym surowcu. Energia nie¬ zbedna do prowadzenia wytapiania otrzymywana jest przez ogrzewanie oporowe. Piece elektryczne sa przejawem znacznego postepu mozliwosci oczyszczania i utylizacji wytworzonych gazów, a to dzieki temu, ze piec taki moze pracowac pod kontrolowanym nizszym cisnieniem od atmosfe¬ rycznego po to, by zapobiec niepozadanemu wydo- stawariiu sie z pieca substancji trujacych, które moga byc szkodliwe dla srodowiska i poniewaz konieczne jest wytworzenie mniejszej ilosci gazu niz w przypadku plieca plomiennego, dzieki cze¬ mu mozliwe jest stosowanie mniejszych urzadzen do oczyszczania gazów. Aby jednak elektryczne piece do wytapiania byly ekonomiczne, musi byc dostepna tania energia elektryczna.We wspomnianych procesach wytapiania uzys¬ kuje sie na ogól kamien miedziowy o zawartosci miedzi 30^40°/o, oraz zawierajacy 0,4 do 0,8% miedzi zuzel, który zostaje odrzucony. Tyim nie¬ mniej, w procesie wytapiania korzystne jest wy¬ twarzanie kamienia o mozliwie najwiekszej za¬ wartosci miedzi, na przyklad pOrr-iy*^korzyatnie 65—75% Cu. Ze wzgledu na zb&V diize* straty" mie¬ dzi w zuzlUj^prpduikcja wytopu *o ft^k duzej za¬ wartosci miedzi nie byla mozliwa"" przy dotych- 5 czasowych procesach; W trakcie przetwarzania ka¬ mienia o niewielkiej zawartosci miedzi w kon¬ wertorach okresowych Pierce-Smith^ lufo w urza¬ dzeniach starszego typu otrzymuje sie.j duza ilosc ztizla zawierajacego 4r—8°/o miedzi\i nalezy go io zawracac do wytapiania lub och£a£Uac, kruszyc i poddac flotacji wv celu odzyskania zawartej w nim miedzi. Pociaga to za soba znaczne koszty.Inna* wada znanych, procesów konwersji miedzi jest utlenianie czesci zelaza prowadzace ;do utwo- 15 rzenia magnetytu,' który ma wjhsdka temperature topnienia i przez to przy zawracaniu zu^la pozo¬ staje w zasadzie w stanie stalym i osadza sie w •: topielniku.Stwierdzono w praktyce, ze zwiekszajac w trak- 30 cie wytapiania zawartosc miedzi w kamieniu po¬ nad 40% sprawia sie, ze zawartosc miedzi w zuzlu jest tak wysoka, ze jej straty sa nie do przyje¬ cia.Kolejna wada., .wspomnianych, .procesów wyta- 25 piania jest koniecznosc spiekania lub wyprazania surowca miedziowego przed podaniem go do pie¬ ca. W zwiazku z tym wynaleziono ostatnio" urza¬ dzenie do wytapiania umozliwiajace bezposrednie ,.,wytapianie^Honcenitjatu miedziowego, w których 30 cieplo potrzebne do wytapiania uzyskuje sie przez wykorzystanie ciepla wydzielonego podczas spala¬ nia siarki znajdujacej sie w koncentracie, to jest metoda wytapiania autagenicznego. Przykladem takiego pieca jest piec do szybkiego topnienia 35 (flash-smelting furance) skladajacy sie przede wszystkim z pionowego szybu reakcyjnego, pozio¬ mej czesci sedymentacyjnoipiecowej dla materialu stopionego oraz sekcji gazów odlotowych. Pod¬ grzane wstepnie powietrze oraz osuszony koncen- 4€ trat podawane sa na szczyt szybu reakcyjnego.W tej wiezy zachodzi reakcja egzotermiczna po¬ miedzy tlenem z powietrza a siarka z koncentra¬ tu miedziowego, czastki koncentratu osiagaja tem¬ perature wytopu i opadaja do czesci, sedymenta- 45 cyjno-piecowej tworzac w niej kapiel skladajaca sie z kamienia miedziowego i zuzla. , Zazwyczaj zuzel spuszczany jest z pieca w sposób ciagly, zas kamien miedziowy — okresowo.Zawartosc miedzi w kamieniu mozna regulo- 50 wac iloscia tlenu dostarczanego do procesu i na ogól wynosi ona okolo 60%, a w zuzlu zawarte jest 0,8—2,0% miedzi. Ze wzgledów ekonomicz¬ nych zuzel o tak duzej zawartosci miedzi musi byc oczyszczony i dokonuje sie tego w osobnym 55 piecu, w którym zmniejsza sie zawartosc miedzi do 0,4—0,8%.Obok pieców tego typu '(Outokumpu) moizna wspomniec o innych piecach, typu INCO, które dzialaja na tej samej zasadzie, a-glówna róznica eo polega na tym, ze w piecach typu Putokumpu stosuje. sie do wytopu koncentratu w szybie pod¬ grzane wstepnie powietrze, natomiast, w piecach typu INCO stosuje sie powietrze wzbogacone w tlen, a nie maja one komory szybkiego wytojpu, 65 Inna wada obok duzej zawartosci miedzi dtrzy-110045 5 6 mywanej poczatkowo w zuzlu w piecach do blys¬ kawicznego topnienia jest to, ze nie moga byc one wykorzystywane do topnienia zlomu i/lub su¬ rowca w formie tlenkowej.Kamien miedziowy wytworzony znanymi dotad metodami zostaje nastepnie przeniesiony do kon¬ wertora miedzi, w którym pozostala czesc siarki zostaje utleniona przez przedmuchiwanie przez konwertor w zwykly sposób powietrza lub gazu zawierajacego tlen, dajac miedz konwertorowa i dwutlenek siarki.W ubieglych latach opracowano wiele ciaglych procesów otrzymywania miedzi, w których wszyst¬ kie etapy wytapiania surowca, zuzlowania zawar¬ tego w nim zelaza i przetwarzania otrzymanego kamienia na miedz konwertorowa prowadzi sie w jednym piecu lub w wiekszej ilosci polaczonych ze soba urzadzen. Zazwyczaj miedz konwertorowa i zuzel spuszczane sa z pieca w sposób ciagly.Ciagly proces wytwarzania miedzi opisany zostal juz w roku 18i9i8 przez Garrisona w amerykan¬ skim opisie patentowymi aur 596 99(2, w którymi wszystkie etapy wytapiania surowca zawierajace¬ go miedz i przetwarzania go na miedz oraz roz¬ dzielania miedzi od zuzla prowadzi sie w jednym i tym samym piecu. Tak wiec wspomniany ame¬ rykanski opis patentowy przedstawia ciagle wy¬ tapianie siarczków w piecu ogrzewanym palnika¬ mi olejowymi, posiadajacym dlugie, waskie, odro¬ bine pochyle dno.Otrzymany kamien splywa bez przerwy do jed¬ nego lub wiecej oddzielnych lecz polaczonych ze soba konwertorów, uszeregowanych w jednym koncu pieca. Kamien ten przedmuchuje sie w sposób ciagly wytwarzajac metal, który zastaje nastepnie spuszczony. Otrzymany zuzel bogaty w miedz przeplywa w sposób ciagly przez piece w przeciwnym kierunku ;co kamien,, do oddzielnej, ale polaczonej strefy oddzielania zuzla znajduja- cej sie w przeciwnym koncu pieca, gdzie ogrzewa sie go i poddaje redukcji weglem drzewnym; wydzielona na skutek redukcji miedz przechodzi do kamienia, który zostaje oddzielony i splywa z powrotem do pieca, zas oczyszczony w ten spo- sób zuzel zostaje spuszczony. jW roku Ii9i54 opisano w amerykanskimi opisie patentiowym* nr.. 2 668 W7 i(]jNiGO) proces polegaja¬ cy na autogenicznym wytapianiu koncentratów miedziowych i. niklowych w formie siarczkowej przez wtryskiwanie suchych siarczków i topnika przy uzyciu tlenu, korzystnie równiez powietrza, do pieca zamknietego; Kamien lub bialy stop (bialy metal) oraz zuzel tworza sie w sposób ciagly i zbierane sa na dnie pieca, po czyim kamien ten lub stop ;spuszczane sa Wedlug -tego patentu,, zuzel bogaty- w metal jest oczyszczany w trakcie przeciwpradowego prze¬ mieszczania, sie wzgledem kairiienia, Zuzel moze przedostac sie przez próg lub bariere, w dnie pa^ leniska po to, by oddzielic go od utworzonego kamienia, stopu lub innych metali, po czym obra¬ bia sie zuzel przez natryskiwanie : go kroplami roztopionego kamienia o niewielkiej zawartosci miedza bez bogatego w siarczek, zelaza, a nastep^ nie obrobiony w ten sposób zuzel zostaje spusz¬ czony.W amerykanskich opisach patentowych nr 3 (104 846 i 3 030 201, 3 069 254, 3 468 629, 3 516 818, 3£15 3#l i 3 615 362 (INCO) opisane sa sposoby przerobu na odpowiednie metale w piecach obro^ towych surowców miedziowych, niklowych i olo¬ wiowych, w formie siarczkowej. Tlen wtryskiwa¬ ny jest do takiego pieca poprzez wystajace na dól lance, które kieruja gazy procesowe o dobra¬ nym skladzie i zadanej temperaturze na po¬ wierzchnie kapieli i ponizej jej poziomu. Patenty te zwracaja uwage na znaczenie dostatecznie energicznego mieszania dla zapewnienia efektyw¬ nego kontaktu pomiedzy gazami, czastkami sta* lymi i materialem cieklym, poniewaz w ten s&dc sób mozna efektywnie usuwac zelazo, siarke i za¬ nieczyszczenia w rodzaju antymonu i arsenu.Wziawszy to pod uwage, po wywolaniu, burzli- wosci Jcapieli uzyskuje sie zwiekszenie przeplywu ciepla i szybkosci ^zachodzacych reakcji chemicz¬ nych dzieki znacznemu obnizeniu barier dyfuzyj¬ nych pomiedzy faza zuzlowa i siarczkowa. Wedlug pisma „Western Miner" listopad 1975 r., str. 1*— 19, projektuje sie wybudowanie w Kanadzie insta¬ lacji do wytwarzania miedzi dzialajacej wedlug opisanej metody.W publikacjach R. Schumanna, podanej w spra¬ wozdaniach AIME Vol. 168, 1950, str. 8 pt.„A Servey of the Thermiodynamics of Copper Smelting" przedstawiono analize termodynamiczna warunków wytapiania i przerabiania mieszanin siarczków miedzi i zelaza w celu otrzymania me¬ talicznej miedzi oraz zuzla. Artykul ten wyka¬ zuje znaczenie aktywnosci tlenu i siarki, odpo¬ wiednio, w ukladzie, w którym to aktywnosciom przypisuje sie najwieksze znaczenie ze wzgledu na termodynamike procesów wytapiania miedzi.W pracy udowadnia sie, ze w typowych ukladach kamien—zuzel mozna zmieniac w szerokim" za¬ kresie cisnienie równowagowe. Fakt ten dowodzi, ze trudno jest zoptymalizowac zawartosc miedzi w zuzlu oraz kamieniu tak, by otrzymac zawar¬ tosc miedzi dostatecznie niska w zuzlu, a dosc wysoka w kamieniu.Na czastkowe cisnienie tlenu w stanie równo¬ wagi w ukladzie wplywaja trzy stechiometryczne czynniki zalezne/ od surowca podawanego do pie¬ ca, a mianowicie stezenie kamienia, zawartosc krzemionki w -zuzilu i stosunek tlenu do zelaza, przy pominieciu tlenu zawartego w krzemionce, jak równiez temperatura. . * W nastepnych latach zaproponowano wiele róz¬ nych procesów majacych na celu przezwyciezenie trudnosci zwiazanych z¦. pirometalurgiczna kon¬ wersja-koncentratów siarczkowych do metalu w procesie ciaglym, takich procesów jak przedsta¬ wione w amerykanskich opisach patentowych nr nr 3 326 671 (Wbrcra), 3 542 351 (Noranda) i 3 687 656 (Metallgesellischaft).Porniirno osiagniecia wielu sukcesów, pozostaje jeszcze kilka powaznych problemów. Patent ame¬ rykanski nr 3 326 671 opisuje piece kilku róznych konstrukcji dla procesu opartego na podziale pie¬ ca'na trzy .strefy. Przy wtryiskiwaniu gazów pto- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 95 60110045 cesowych przez skierowane do dolu górne dysze lub lance, napotyka sie trudnosci i ograniczenia zwiazane z poslugiwaniem sie piecami nie zaopa¬ trzonymi w specjalne urzadzenia do mieszania", co powoduje, ze reakcje sa wolniejisze. Jesli ce¬ lem zwiekszenia efektywnosci i szybkosci reakcji zwiekszy sie szybkosc przechodzenia gazu przez piec to traci sie czesc surowca w postaci pylów, zwlaszcza wtedy gdy do pieca podawany jest su¬ chy koncentrat nie poddany spiekaniu (porównaj Paitenit U.S. nr 3 326 671, str. 9, wiersz 31). Go wiecej, taki sposób powoduje, ze otrzymanie zuzla o pozadanie niskim stezeniu miedzi jest niezwy¬ kle trudne, poniewaz nielatwo jest operowac w £vm samym urzadzeniu piecowym równoczesnie Jfcefa silnie utleniajaca znajdujaca sie w bezpo¬ srednim sasiedztwie strefy silnie redukujacej, po¬ mimo, ze, zuzel w strefie Tedutocyjnej nie kon¬ taktuje sie bezposrednio z kamieniem lub stopem (bialytm metalem), to jest z1 fazami o wiekszej zawartosci miedzi, a rozdzielenia zuzla od kamie¬ nia lub stopu dokonuje sie przy pomocy elemen¬ tów konstrukcji takich, jak bariery typu progu.W amerykanskim opisie patentowym nr 3 542 352 przedstawiony jest sposób, w którym po rozdzieleniu miedzi od zuzla wywoluje sie po przedostaniu sie zuzla przez próg, bariere, proces przeciwpradowy w celu zapobiezenia kontaktu po¬ miedzy stopem a miedzia. W celu oddzielenia mie¬ dzi od zuzla wdmuchuje sie do niej gaz redukcyj¬ ny i. miedz, po zredukowaniu, laczy sie z glówna masa stopu i miedzi, która to glówna masa zbie¬ rana jest przed progiem umieszczonym w piecu, skad spuszczana jest w sposób ciagly. Takze i zu¬ zel spuszcza sie w sposób ciagly. Walda tego pro¬ cesu jest to, ze miedz zredukowana z zuzla roz¬ puszcza w sobie zanieczyszczenia z surowca takie, jak antymon lub bizmut i metale te moga po¬ wodowac powazne trudnosci przy dalszym elek¬ trolitycznym oczyszczaniu miedzi konwentonowej.Zuzel zawiera tez dosc duzy procent miedzi, a wiec musi byc on po spuszczeniu poddany flo¬ tacji lub procesom przerobu siarczków dokony¬ wanym w innym piecu. Zawartosc miedzi w zuzlu siega 9—12^/o, przy czym mozliwe jest niewielkie jej obnizenie poprzez redukcje.W amerykanskim opisie patentowym nr 3 687 666 (MetaUgeseillschatft) przedstawiono sposób pólciagly, w którym przeprowadza sie szereg skomplikowanych etapów w urzadzeniu wielotoo- niorowym, do którego gazy procesowe sa wtryski¬ wane poprzez skierowane do dolu lance gazowe.W niemieckim zgloszeniu patentowym nr 2 322 516 (Miitssufoishi) opisany jesit ciagly sposób otrzymywania miedzi konwertorowej w trzech oddzielnych stadiach prowadzonych w piecu do wytapiania, piecu do oczyszczania zuzla i w kon¬ wertorze.W porównaniu z innymi sposobami ciaglego wy¬ twarzania miedzi, w metodzie opisanej w tym zgloszeniu niemieckim mozliwe jesit bardziej ko¬ rzystne kontrolowanie procesu zuzlowania. Jedy¬ na wada jest, ze ten piec do wytapiania pracu¬ jacy w sposób ciagly moze dzialac tylko w wa¬ runkach utleniajacych, przez co zuzel zawiera du¬ za ilosc miedzi. Wedlug opisu podanego w tym zgloszeniu niemieckim korzystne jest takie pro¬ wadzenie procesu, by w procesie wytapiania uzys¬ kiwac tylko 60% miedzi zawartej w siarczku mie- 5 dziowym jako surowca, poniewaz wyzsze stezenie miedzi w kamieniu wplywaloby na zwiekszenie zawartosci miedzi w zuzlu przenoszonym dalej do pieca do oczyszczania zuzla. Prowadzac proces wytapiania w warunkach utleniajacych powoduje *•' sie, ze zuzel zawiera duza ilosc magnetytu, czy¬ niacego zuzel bardzo lepkim i trudnym do obrób¬ ki.Wedlug ostatnio podanego sposobu nazwanego KIVCET, Erzmetall 28, str. 313—22 (1975) poprzez 15 wierzcholek pieca wprowadza sie do jego prze¬ strzeni zlozony koncentrat miedziowy i wytapia sie go w tej przestrzeni, a wytop sam rozdziela sie pomiedzy te czesc pieca a czesc dalsza, w której utrzymuje sie warunki redukujace pod- 20 czas, przykladowo, odparowywania cynku i in¬ nych zanieczyszczen. Proces wytapiania w pierw¬ szej czesci pieca zachodzi w warunkach utlenia¬ jacych i gazy powstajace w trakcie, spalania sa zasysane do instalacji oczyszczajacej. 25 W dalszej czesci pieca atomosifera jest silnie re¬ dukcyjna i dlatego glówna czesc zanieczyszczen metalicznych znajdowac sie bedzie w fazie ka¬ mienia miedziowego, oczywiscie z wyjatkiem cyn¬ ku i olowiu, które uchodza w formie pary. 30 W specjalnych warunkach mozna równiez prze¬ prowadzic w stan pary cyne i arsen. Jednak kon¬ strukcja pieca nie daje mozliwosci regulowania warunków w dwóch czesciach pieca i mozliwosc otrzymania zadanych warunków jest ograniczona, 35 szczególnie w dalszej czesci pieca.Z powodu utrzymywania warunków utleniaja¬ cych, w trakcie wytapiania koncentratów mie¬ dziowych wedlug metody KIVCET tworza sie du¬ ze ilosci magnetytu i do utworzenia cieklego zuzla 40 konieczne jest utrzymywanie bardzo wysokiej temperatury od 1600 do 1800°C. Ta wysoka tem¬ peratura stanowi wade ze wzgledu na zuzycie energii oraz na to, ze material konstrukcyjny pie¬ ca narazony jest na powazne dzialanie niszczace. 45 Pomimo istnienia wielu procesów otrzymywa¬ nia miedzi, niespodziewanie okazalo sie mozliwe wynalezienie nowego procesu charakteryzujacego sie duza iloscia zalet w porównaniu ze znanymi dotad procesami. Wynalazek ten polega na spo- 50 sobie otrzymywania miedzi konwertorowej obej¬ mujacym wytapianie surowca miedziowego w for¬ mie siarczkowej w piecu obrotowym przystoso¬ wanym do obracania sie wokól pochylonej osi, w obecnosci tlenu i skladników zuzlotwórczych 55 i przeprowadzenie kamienia miedziowego w miedz konwertorowa znana metoda, który to sposób obejmuje równoczesne podawanie do nachylonego pieca obrotowego surowca miedziowego, skladni¬ ków zuzlotwórczych oraz tlenu; przerwanie poda- 60 wania tlenu w momencie zaladowania do pieca co najmniej 75*/o surowca miedziowego, po czym otrzymany w ten sposób wytop skladajacy sie z kamienia miedziowego i zuzla poddawany jest dzialaniu srodków redukujacych; okresowe prze- M noszenie wytopu do pieca podgrzewajacego, w któ-s 110 045 10 rym kamien i zuzel zostaja oddzielone od siebie; redukcje chemiczna i spuszczenie zuzla z pieca podgrzewajacego i przeniesienie kamienia mie¬ dziowego z wnetrza wspomnianego pieca podgrze¬ wajacego do konwertora.Nowy sposób bedacy przedmiotem niniejszego wynalazku jest zadziwiajaca kombinacja znanych rozwiazan calosciowych, która umozliwia wytwa¬ rzanie miedzi z bardzo róznych surowców takich, jak koncentraty, zuzle i popioly zawierajace miedz oraz zlom miedziany. Sposób obejmuje podawa¬ nie surowca miedziowego w formie siarczkowej do pieca obrotowego o pochylonej osi obrotu, w którym surowiec, miedziowy ulega wytopieniu podczas zasilania pieca tlenem i skladnikami, zu- zlotwórczyimi z tym, ze nalezy oczywiscie zapew¬ nic dostateczna ilosc tlenu w podawanymi gazie procesowym do wytapiania w pozadany sposób surowica miedziowego. Tak wiec stezenie tlenu moze wahac sie od 25 do 100% z tym, ze ko¬ rzystne jest stezenie od 30 do 50*/*.Otrzymany wytop skladajacy sie z. kamienia miedziowego i zuzla poddaje sie dzialaniu srodka redukujacego. Caly wytop, kamien, i zuzel, prze¬ nosi sie nastepnie do pieca podgrzewajacego, w którym nastepuje rozdzielenie zuzla od kamienia.Zuzel poddawany jest dalszej obróbce w piecu podgrzewajacym w celu obnizenia w nim zawar¬ tosci miedzi, po czym spuszcza sie go, korzystnie do dalszej obróbki w pieou wyparnyim w celu odzyskania cynku. Kamien przenosi sie do kon¬ wertora, w którym w znany sposób przeprowadza sie go w miedz konwertorowa. Ze wzgledu na istnienie atmosfery redukcyjnej, ilosc magnetytu mozna obnizyc do okolo 2%, dzieki czemu za¬ pewniona jest odpowiednia plynnosc zuzla. Po¬ nadto, poniewaz piec obraca sie, mozliwe jest za¬ pobiezenie parowaniu cynku i wydostania sie go z gazami odlotowymi pomimo tak niskiej zawar¬ tosci magnetytu. W konwencjonalnych procesach jest to niemozliwe.Zasilanie tlenem przerywa sie korzystnie po za¬ ladowaniu do pieca co najmniej 75% surowca miedziowego, a korzystniej po zaladowaniu co' najmniej 85°/o surowca. Pozostala ilosc surowca miedziowego w formie siarczkowej dzialac be¬ dzie jako srodek redukujacy. Mozna tez zalado¬ wac do pieca wszystek surowiec miedziowy w trakcie zasilania tlenem, po czym laduje sie do pieca srodek redukujacy taki, jak koks, wegiel, ropa, piryt, chaJkopiTyt lub pirotyn. W trakcie wytapiania utrzymuje sie temperature od 1100 do 1300°C, korzystnie od 1150 do 1250°C. Przed za¬ ladowaniem surowca miedziowego piec nagrzewa sie przy pomocy palnika do temperatury co naj¬ mniej 900°C.Temperature w piecu podgrzewajacym utrzy¬ muje sie na wysokosci 1150—li250°C przy pomocy palnika lub ogrzewania oporowego. Zawartosc miedzi w zuzlu obniza sie w piecu podgrzewaja¬ cym badz to przez podanie do pieca koncentra¬ tów siarczkowych, koksu lub wegla badz tez przez spalenie w nim oleju opalowego w plomieniu re¬ dukcyjnym.Nowy sposób posiada nowa i zaskakujaca za¬ lete, która, co dziwne, nie zostala przez nikogo dotad zreil^owama pomimo, ze oczywiste byly problemy zwiazane z dotychczasowymi metoda¬ mi.W procesie zuzywa sie niewielka ilosc energii, poniewaz cieplo potrzebne do wytapiania surowca miedziowego otrzymywane jest ze spalania siarki zawartej w koncentracie miedziowym, to jest w tak zwanym wytapianiu aotogenicznym.Wytapianie surowca' miedziowego mozna pro¬ wadzic albo z prazonego produktu otrzymanego w piecach prazalniczych albo z koncentratów mie¬ dziowych, które moga byc wilgotne. W autoge- nicznych procesach wytapiania uzyskuje znaczna nadwyzke ciepla zwlaszcza wtedy, gdy stosuje sie czysty tlen, która to nadwyzka uzyta moze byc do wytapiania zlomu miedziowego i/lub odzyskana w kotle bezpaleniskowym. Proces, wytapiania moz¬ na korzystnie poddac zdalnemu sterowaniu, dzieki czemu nikt nie musi przebywac w pomieszczeniu reaktora podczas jego normalnej pracy i w ten sposób rozwiazane sa trudne problemy zwiazane ze srodowiskiem wewnetrznym instalacji. Ponad¬ to samo urzadzenie do wytapiania mozna skon¬ struowac tak, by bylo wymienne po to, by prace remontowe w rodzaju zmiany wymurówki pieca mozna prowadzic w odpowiednich miejscach co dodatkowo polepsza warunki zwiazane ze srodo¬ wiskiem wewnetrznym instalacji. Dzieki temu, ze mozlirwe jest skonstruowanie pomieszczenia reak¬ tora tak, by stanowilo przestrzen zamknieta, ulat¬ wione jest znacznie odzyskanie i oczyszczenie ga¬ zów procesowych i nie dopuszcza sie do zanie¬ czyszczenia srodowiska. . • Urzadzenie do wytapiania stosowane wedlug no¬ wego sposobu stanowi piec obrotowy, który w czasie pracy obraca sie wokól pochylonej osi.Przykladem takiego pieca jest konwertor Kaldo nazywany tez konwertorem obrotowym typu top- iblown. Konwertor taki moze obracac sie z taka predkoscia, ze material zabierany jest z kapieli przez sciane i opada w postaci kropel z powrotem do kapieli, co zapewnia szczególnie efektywny kontakt pomiedzy materialem kapieli a faza ga¬ zowa znajdujaca sie nad jej powierzchnia, dzieki czemu zachodzi bardzo szybka reakcja i mozna utrzymac równowage pomiedzy róznymi czescia¬ mi kapieli. Szybkosc te mozna latwo obliczyc jako szybkosc wewnetrznej sciany cylindrycznej czesci pieca. Powinna ona wynosic od 0,5 do 7 m/sek, korzystnie od 2 do 5 m/sek. Odpowiada to szybkosci obrotowej 10—60 obr/min. w zalez¬ nosci od srednicy pieca.Duzy piec o srednicy rzedu 5 m moze uzyskac korzystna szybkosc obrotowa juz przy szybkosci obrotowej 10 obr/min podczas gdy bardzo maly piec o srednicy mniejszej niz 1 m powinien miec szybkosc obrotowa wieksza niz 40 obr/min. Kon¬ wertor Koldo opisany jest wyczerpujaco w Jour¬ nal otf Metals, kwiecien 1966, str. 485—400, oraz w Stahl und Eisen 86, (1966) strony 771—762. Jak bedzie widac z tej pracy, konwertor Kaldo skla¬ da sie z czesci cylindrycznej i górnej czesci stoz¬ kowej. Konwertor wylozony jest wykladzina ogniotrwala i zaopatrzony jest w urzadzenie ofora- l« 19 20 » 30 35 40 45 50 55110 045 11 12 cajace nim z szybkoscia 10 do 60 obr/min, urza¬ dzenie to moze stanowic na przyklad pierscien napedowy cierny lub zebaty biegnacy wokól po¬ jemnika oraz polaczone z nim odpowiednie urza¬ dzenie napedowe.Caly konwertor obrotowy razem z obracajacym nim urzadzetniem moze byc dolaczony -do pieca wytopowego. Poza tym konwertor typu Kaldo po¬ siada typowe urzadzenia pomocnicze takie jak urzadzenia zaladunkowe, dysze luib lance, urza¬ dzenia do oczyszczania gazów oraz urzadzenia kontrolne.Przez okresowe ladowanie surowca do pieca obrotowego o pochylonej osi obrotu powoduje sie zachodzenie wzglednie szyfbkich reakcji i proces mozna latwo kontrolowac przy pomocy maszyny cyfrowej, za pomoca której mozna dokonac szyb¬ kiej oceny koniecznosci zmiany podawanego su¬ rowca. Tak wiec proces ten ma te wazna zalete, ze nrozna z powodzeniem przerabiac i wytapiac surowce o bardzo róznej jakosci.Piec podgrzewajacy ma korzystnie ksztalt po¬ ziomej komory, na przyklad dlugiej i waskiej komory o prostokatnym dnie, do której jednym koncem laduje sie siurowiec, a zuzel i kamien moga rozdzielac sie w trakcie przechodzenia przez piec. Zuzel spuszcza sie w drugim koncu pieca, prowadzi sie go od zakonczenia pieca podgrzewa¬ jacego, z którego jest usuwany. Podczas przejscia przez piec podgrzewajacy dziala sie na zuzel do¬ dawanymi koncentratami siarczkowymi i/luib srod¬ kiem redukujacym takim, jak koks luib wegiel.Ponadto do redukcji mozna stosowac plomien re¬ dukcyjny gazu. Dzieki temu mozna utrzymac za¬ wartosc miedzi w zuzlu na bardzo niskim pozio¬ mie. Proces ten wymaga dosc dlugiego czasu obróbki pomimo, ze etap wytapiania jest dosc szybki. Cieplo do pieca podgrzewajacego dostar¬ czane jest metoda ogrzewania oporowego, na pnzy- klad przy pomocy elektrod Soderberga, luib przy pomocy palników gazowych, których dzialanie mozna polaczyc z redukcyjna obróbka zuzlar Nastepnie kamien miedziowy zawierajacy bar¬ dzo duza ilosc miedzi (65—75%) przenosi sie do konwertora, na przyklad konwertora typu PS.Konwersje kamienia mozna, o ile uzna sie za stosowne prowadzic równiez w konwertorze Kal¬ do, na przyklad wtedy, gdy nalezy dokonac jed¬ noczesnie pewnej obróbki metalurgicznej, takiej jak obnizenie zawartosci antymonu w kamieniu miedziowym. Jednak jesli nie zachodza zadne szczególne okolicznosci, : korzystniejszy jest kon¬ wertor typowy. Dzieki duzemu stezeniu miedzi w kamieniu, w . procesie konwersji tworza sie male ilosci zuzla, co stanowi wazna zalete ekonomiczna w porównaniu z poprzednimi metodami, poniewaz zuzel konwertorowy jest zawsze bardzo bogaty w miedz i zawiera ja w ilosci od 6 do 8%.Kamien moze zawierac od 18 do 77% miedzi, a w procesach miedzi technicznej zawiera zwykle 30 do 60% miedzi. Kamien zawierajacy wiecej niz okolo 75% miedzi mozna nazywac kamieniem wzbogaconym lub bialym stopem. Tak wiec spo¬ sób wedlug niniejszego wynalazku jest nieslycha¬ nie elastyczny.Poniewaz urzadzenie do wytapiania mozna za¬ mienic na inny egzemplarz, uniknac mozna za¬ trzyman produkcji na prace naprawcze i poza rzadkimi przypadkami, gdy trzeba wygasic piec podgrzewajacy dla dokonania prac remontowych, system moze pracowac bez przerwy. Mozna rów¬ niez czasem przeniesc kamien z pieca obrotowego bezposrednio do konwertorów pomimo, ze otrzy¬ ma sie troche mniejsza wydajnosc miedzi ponie¬ waz wiecej jej znajdowac sie bedzie w zuzlu.W razie potrzeby mozna zaladowywac zuzel o tro¬ che wiekszej zawartosci miedzi do pieca podgrze¬ wajacego, gdy piec ten bedzie znowu pracowal.Jest to bardzo wazna zaleta w porównaniu z wie¬ loma procesami miedziowymi opartymi na pola¬ czonych procesach prowadzonych w jednym lub kilku oddzielnych piecach, w których w razie przerwania jednego etapu konieczne jest opróz¬ nienie instalacji i calkowite przerwanie produk¬ cji: W celu dakzego zabezpieczenia sie przed przerwami w produkcji, urzadzenie procesowe moze skladac sie z wielu jednostek wytapiaja¬ cych.Sposób przedstawiony jest schematycznie na za¬ laczonym rysunku, który przedstawia piec obro¬ towy 1 o pochylonej osi obrotu, zasilany surow¬ cem miedziowym podawanym zgodnie z kierun¬ kiem strzalki 2. Po zaladowaniu pieca i zadaniu wytopu srodkiem redukujacym przenosi sie za¬ równo kamien miedziowy jak i zuzel do pieca podgrzewajacego 3 w sposób wskazany strzalka 4.Kamien z pieca podgrzewajacego 3 przenoszony jest przez urzadzenie zaznaczone strzalka 5 do konwertora 6, podczas gdy zuzel przenoszony jest z aparatu odparowujacego cynk * lub granulatora poprzez urzadzenie zaznaczone strzalka 7 i odrzu¬ cany. Miedz usuwana jest z konwertora 6 przy pomocy urzadzenia zaznaczonego strzalka 8. Zu¬ zel utworzony w konwertorze zawracany jest badz to do pieca 1 badz tez do pieca podgrzewajacego 3 przy pomocy urzadzenia zaznaczonego strzalka 9.Wynalazek zostanie teraz zilustrowany kilkoma przykladami: Przyklad 1. Do pieca Kaldo o pojemnosci oko¬ lo 5 ton wprowadza sie poprzez chlodzona woda lance drobno pokruszony' koncentrat oraz sklad¬ nik zuzlotwórczy, Si02, taki jak piasek i w tym samym czasie wprowadza sie poprzez te lance tlen, lub powietrze wzbogacone w tlen, w ilosci odpowiedniej do otrzymania kamienia miedziowe¬ go o zadanej zawartosci miedzi. Stezenie tlenu w powietrzu doprowadzanym do pieca dobiera sie talk, by wprowadzany do pieca surowiec mógl ulec wytopieniu autogenicznemu, co osiaga sie przy stezeniu tlenu w powietrzu od 30 do 50%.Ilosc tlenu dobiera sie w zaleznosci od skTadu koncentratu oraz jego wilgotnosci i powinna byc utrzymana w granicach podanych dla wiekszej czesci surowca: : Doplyw powietrza zostaje przerwany po osiag¬ nieciu zadanego stezenia miedzi w kamieniu, na¬ tomiast "zasilanie pieca koncentratem prowadzi sie dalej dopóki dalsze 10% surowca nie zostanie za¬ ladowane, przez co zmniejszona' zostaje zawartosc 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0013 110 045 Tabela 1 M Kamien przed | redukcja Kamien po redukcji Zfuzel przed redulkcja Zuzel po redukcji % Ou | */a Fe | %SiOi • % Pej04 1 , Numer doswiadczenia 1 i ¦ 65 (63 2,0 0,8 ¦ *,, [•' 77 74 3,9 0,9 * 1 5,5 6,5 33 34 :,Z.c 1 1 33 35 \,,', — — 32 33 — — 32,5 33 1 — — 7 5 -A', — — 14 7 miedzi w zuzlu. W okresie redukcyjnym ogrzewa sie piec przy pomocy palnika olejowo^tlenowego.Po zakonczeniu okresu redukcyjnego opuszcza - sie kamien razem z zuzlem i przenosi je do prosto¬ katnego pieca podgrzewajacego wprowadzajac je 20 w jednym jego zakonczeniu, w którym to piecu obniza sie w ogólnie znany sposób stezenie miedzi w zuzlu ponizej 0,4°/©, po czyim spuszcza sie tam zuzel. Kamien przenosi sie do typowego konwer¬ tora Pierce-Smith'a, gdzie nadmuchuje sie go po- 25 wietrzeni po to, by uzyskac miedz. Wyniki ujeto w tabeli 1.Z powyzszych rezultatów dwóch doswiadczen wynika, ze po wytopieniu surowca miedziowego w piecu Kaldo otrzymuje sie kamien o duzej za- & wartosci miedzi, zas zawartosc miedzi w zuzlu jest bardzo mala, mniejsza niz 1%. Dawniej sto¬ sowanymi sposobami nie mozna bylo otrzymac zuzla o talk niskiej zawartosci miedzi, choc jej sjtezenie w kamieniu bylo wtedy znacznie mniej- 35. sze.Dzieki maleimiu stezeniu miedzi w zuzlu mozliwa jest ciagla praca pieca podgrzewajacego, jako ze bardzo szybko mozna zmniejszyc ilos£ miedzi w zuzlu dzialajac w opisany sposób koncentratami *° siarczkowymi, koksem lub plomieniem odtlenia- jacym.Zastrzezenia patentowe 45 1. Sposób otrzymywania miedzi konwertoro^tej obejmujacy stapianie miedzi siarkowej jako su¬ rowca w piecu obrotowym przystosowanym dp obracania sie dokola pochylonej osi w obecnosci tlenu i dodaitków zuzlotwórczych, a nastepnie 50 prowadzona znanym sposobem konwersje uzyska¬ nego kamienia miedziowego do miedzi konwerto¬ rowej, znamienny tym, ze wprowadza sie równo¬ czesnie surowiec miedziowy, dodatek* zuzlotwór- czy i tlen do pochylonego pieca obrotowego, prze- 55 rywajac doplyw tlenu w momencie, gdy co naj¬ mniej 75% surowca miedziowego zostanie wpro¬ wadzone do pieca, nastepnie uzyskany wytop skladajacy sie z kamienia i zuzla poddaje sie dzialaniu czynnika redukujacego i wylewa do pie- 60 ca podgrzewajacego gdzie nastepuje rozdzielenie kamienia i zuzla, po czym utworzony zuzel redu¬ kuje sie chemicznie i spuszcza z pieca podgrze¬ wajacego, a kamien miedziowy przelewa sie do konwertora. w 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zuzel w piecu podgrzewajacymi poddaje sie dzia- , laniu koncentratów siarczkowych, wprowadzanych do pieca. 3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze doprowadzenie tlenu przerywa sie z chwala wpro¬ wadzenia do pieca co najmniej 85% surowca mie¬ dziowego. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w trakcie procesu wytapiania tlen wprowadza sie do pieca w postaci gazu zawierajacego 30—50% tlenu. 5. Stf^sób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze podczas przelewania wytopu do pieca podgrzewa¬ jacego zawartosc miedzi w wytopie wynosi 60— 77%. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze redukcje chemiczna w przechylonym konwertorze oibro-tówjnn prowadzi sie w taki sposób, aby za¬ wartosc miedzi w warstwie zuzla byla mniejsza niz 2%, Jcarzystmie mniejsza niz 1%. 7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawartosc miedzi w zuzlu znajdujacym sie w pie¬ cu podgrzewajacym zmniejsza sie na drodze che¬ micznej do wartosci ponizej 0,5%. 8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w trakcie procesu wytapiania, wytop poddaje sie dzialaniu czynnika redukujacego takiego jak koks, wegiel, olej, gaz ziemny, piryt, chalkopiryt i piro- tyn. 9. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze , temperatura wytopu utrzymuje sie w granicach 1100—13O0°C. 10. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze temperatura wytopu utrzymuje sie w granicach 1150—ia50°C. 11. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze temperatura wewnatrz pieca podgrzewajacego utrzymuje sie w granicach 1080—1250°C. 12. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przechylony konwertor obrotowy przystosowany jest do obracania sie z taka predkoscia, by pred¬ kosc Obwodowa wewnetrznej cylirftirycznaj sciany pieca wynosila od 0,5 do 7 m/sek. 13. Sposób wedlug zastrz. 12, znamienny tym, ze predkosc obwodowa wynosi od 2 do 7 m/sek. 14. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze110 045 15 piec podgrzewa sie do temperatury powyzej 300°C przed rozpoczeciem zaladowania surowca miedzio¬ wego. 15. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 11, znamienny tym, ze temperature w piecu podgrzewajacym 16 utrzymuje sie przy pomocy grzania elektrycznego oporowego lub spalania paliwa. 16. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 7, znamienny tym, ze redukcje w piecu podgrzewajacym pro¬ wadzi sie przy pomocy koksu, wegla lub plomie¬ nia odtleniajacego. i2 Drukarnia Narodowa, Zaklad Nr 6, 27/81 Cena 45 zl PL PL PL PL PL PL PL PL