SE444578B - Forfarande for utvinning av metallinnehall ur komplexa sulfidiska metallravaror - Google Patents

Description

8008426-2 även möjligheterna att selektivt utvinna metaller ur komplexa metallsulfidsliger. I det s.k. Worcra-förfarandet för direkt- framställning av metaller, såsom koppar, nickel och bly ur sul- fidmalmer, ingår som del även ett flamsmältningssteg. Förfaran~ det, 3 326 671, nerligen komplicerat både apparativt och metallurgiskt och har som närmare beskrives i US,A, är emellertid syn- ännu icke, 17 år efter den ursprungliga patentansökan, kunnat utnyttjas i kommersiell fullstor skala.

Plamsmältning kan genomföras i såväl stationära som rote- rande ugnar, t.ex. av Kaldo-typ, såsom exempelvis visas av våra tidigare patentskrifter SE,B. 7317217-3 och 7317218-1. Även flamsmältning i stationär ugn har föreslagits av publicerad som en internationell Förfarandet enligt denna tidigare Boliden i en tidigare ansökan ansökan under nr WO 79/00058. ansökan avser framställning av råjärn ur sulfidiska järn inne- hållande material, varvid järnsulfidmaterialet smältes med syre under tillsats av kvarts till bildning av järnsilikatsmälta och svaveldioxid, varpå smältan tillsättes reduktionsmedel för ut- 'reduktion av metalliskt järn till en järnhalt som svarar mot den lägsta halt som fordras för upprätthållande av låg smält- punkt i systemet. Eventuella närvarande icke-järnmetaller bindes i form av skärsten genom att en viss mängd svavel kvarlämnas vid den oxiderande smältningen.

Plamsintring och flamsmältning utnyttjas även i ett annat av Boliden utvecklat förfarande för framställning av råjärn ur finfördelade oxidiska järnmaterial. Detta förfarande, som be- nämnes INRED-förfarandet, kan även modifieras att omfatta fram- ställning av icke-järnmetall ur sulfidiska material. Förfaran- det som närmare beskrives i US,A,4087274, utnyttjar oxiderande flamsmältning i virvel för att möjliggöra ett motströmsförfarande.

De utföringsformer som avser upparbetning av icke-järnmetallsul- fidsliger genomföres i en ugn med ett smältschakt indelat i tvâ zoner, varvid en övre zon utnyttjas som rostningsschakt,medan en undre zon utnyttjas främst som smältschakt men även för par- tiell reduktion. Slutreduktion äger rum i en reaktor, vilken är belägen under och ansluten till två-zonschaktet, och i vilken en koksbädd flyter på slaggbadet över det utreducerade metall- skiktet. Koksen reagerar med smält metalloxid och värmebehovet -.. .Ãva-assarßnflaai w ' " f' ' WW rffiíva; '.._~l.f~,_..,.,,,_\,, ,_ ¿_ p; 'ning vid hög syrepotential, företrädesvis i virvel, med syrgas fidfattig smälta bestående av främst metalloxidsilikater, even- 8008426-2 täcks dels av fysiskt värme i försmält material, dels av el- energi. Flamsmältning i motström enligt INRED-principen löser många av de problem som tidigare varit förknippade med flam- Q smältning av sulfidiska icke-järnmetallmaterial under utvinning av icke-järnmetall. Bland annat kan konstateras att på grund av motströmsprincipen kan väsentligt större föroreningshalter i materialet tolereras, eftersom föroreningar som kan förflyk- tigas i sulfidisk eller metallisk form omedelbart kan separeras från materialet och medfölja den i motström förda gasen. För- farandet är emellertid fortfarande behäftat med vissa ofullkom- ligheter, särskilt vad avser upparbetning av komplexa sulfid- material, innehållande metaller som svårligen kan separeras i metalliskt tillstånd.

Föreliggande uppfinning tillhandahåller ett förfarande för selektiv utvinning av metallinnehåll ur komplexa sulfidiska metallråvaror väsentligen undvikande de problem, olägenheter eller ofullkomligheter som varit förknippade med hittills kända flamsmältningsförfaranden. Enligt förfarandet sker flamsmält- eller syrgasanrikad luft av komplexa metallsulfidsliger och med eventuell tillsats av returstoft jämte slaggbildare, i allmänhet kvarts. Flamsmältningen genomföres så, att det erhålles en sul- tuellt jämte en mindre andel metallfas, främst av ädlare metal- ler. Förfarandet kännetecknas av de åtgärder som framgår av bifogade patentkrav.

Vid flamsmältningen uppnås normalt en temperatur på mellan 1000 och 1400°C, varvid en väsentlig del av sligernas föroreningark såsom arsenik, antimon, kadmium, kvicksilver och andra liknande element, kan avdrivas i form av flyktiga föreningar. i De bildade smältprodukterna uppsamlas i en separationszon under flamsmältningszonen. Kompletterande slaggbildare, i all- mänhet dolomit och/eller kalksten, kan vid behov tillföras sepa- rationszonen genom separat lansinjektion i smältan med syrgas eller syrgasanrikad luft i syfte att uppnå dels lämpliga CaO- och MgO-halter i metalloxidsilikatsmältan, dels önskad låg sva- velhalt i den eventuellt bildade metallsmältan, exempelvis bly- smältan, dels lämplig temperatur i smältorna. 8008426-2 Flamsmältningen kan med fördel genomföras som ett mot- strömsförfarande i virvel såsom beskrives i vår tidigare patent- skrift US,A,4087274, varvid ugnen modifieras till i princip den utföringsform som föreslås för reduktion av järnoxidmaterial, dvs. med flamsmältningsschakt innehållande en enda zon. Den under- liggande reaktorn för smältning och slutreduktion är ej heller nödvändig i detta fall utan kan ersättas av en separationszon för separering av silikatsmälta och metall.

Förfarandet kan genomföras på olika sätt vad gäller slut- produkterna. Som tidigare antytts kan bildning av en viss mängd metallfas tillåtas eller vara önskvärt. Detta sker genom lämp- ligt val av syrepotential och temperatur. Den bildade flam- smältprodukten kan även samtidigt förreduceras i ugnen, exempel- vis genom injicering av rena sulfidsliger i smältan för utreduk- tion av ädlare metaller ur silikatfasen. Även tidigare nämnda tillsatser av kompletterande slaggbildare kan göras samtidigt med sulfidtillsatsen, varvid ytterligare styrmöjligheter vad gäller processens slutprodukter erhålles. Exempelvis kan en låg erhållen SiO2-halt - 15-25% - i metalloxidsilikatsmältan möj- liggöra ett högt utbyte av metaller, såsom koppar och ädelmetall, till en metallsmälta med relativt hög svavelhalt, nämligen 1-5%.

I de fall kompletterande slaggbildare, såsom kalksten, tillsättes smältan kan lägre svavelhalter uppnås i metallsmältan. Sålunda kan vid ett CaO/SiO2-förhållande på 1,0-2,0 uppnås ett högt ut- byte av koppar, nickel och/eller ädelmetaller till en metall- smälta med relativt låg svavelhalt, nämligen 0,4-2%. I det fall det sulfidiska utgångsmaterialet innehåller bly eftersträvas bildning av en metalloxidsilikatsmälta med ett högt CaO/SiO2- förhållande och en blyhalt på 15-45%, vilket möjliggör en effek- tiv utvinning av koppar, nickel, bly och/eller ädelmetall till en râmetallsmälta med låg svavelhalt, såsom 0,1-0,5%.

Genom lämplig avvägning av dels syrgas- och kvartstillför- sel och temperaturen i flamsmältningssteget, dels halterna av PbO, ZnO, FeO, CaO, MgO, SiO2 och S samt temperaturen i metall- oxidsilikatsmältan efter flamsmältningssteget skapas sålunda möjligheter till selektiv fördelning av metaller mellan metall- _fas, metalloxidsilikatfas och ugnsgas från flamsmältningsschaktet för olika kombinationer av komplexa och rena metallsulfidsliger, 8008426-2 samtidigt som huvuddelen av dessas svavelinnehåll elimineras via ugnsgasen som svaveldioxid.

De olika typer av metallsmältor som efter eventuell för- reduktion erhålles vid förfarandet enligt uppfinningen raffine- ras därefter lämpligen med processer och apparatur anpassade till metallsmältornas sammansättning. Med fördel kan därvid tillämpas injektionsmetallurgisk teknik, såsom t.ex. beskrives i vår tidigare svenska patentansökan SE,A,7909179-9.

För mera fullständig utvinning av metallerna i metalloxid- silikatsmältan användes som reduktionsmedel i allmänhet kol eller koks och därjämte, för att öka reaktiviteten, eventuellt även tillförsel av kompletterande slaggbildare, i allmänhet kalk.

Denna metallutvinning kan ske kontinuerligt eller diskontinuer- ligt i ett eller flera processteg. Sådana kombinationer av processer, reduktionsmedel och slaggbildare väljes, att erhållen reduktionsgas efter stoftavskiljning blir praktiskt taget fri från svavel och tungmetaller. Utvinning av bly, arsenik, anti- mon, tenn, molybden och/eller kobolt jämte eventuellt resterande innehåll av koppar, ädelmetall och/eller nickel kan genomföras exempelvis i Kaldo-ugn med kol eller koks som reduktionsmedel, varvid erforderlig energi huvudsakligen tillföres processen genom förbränning med syrgas av vid metallreduktionen erhållen koloxidgas. Reduktion av oxidiska och liknande metallprodukter i Kaldo-ugn beskrives närmare i US,A,3984235 och 4017308. Av dessa patentskrifter framgår att reduktionen i Kaldo-ugn genom- föres selektivt, så att zink ej utreduceras tillsammans med de övriga metallerna utan kommer att återfinnas praktiskt taget fullständigt tillsammans med huvuddelen av järninnehållet i slaggen från Kaldo-ugnen. Om zinkhalten i slaggen från Kaldo- ugnen är tillräckligt hög för att ekonomiskt motivera detta, kan zink utvinnas som en relativt ren zinkoxidprodukt genom slag- fuming.

Selektiv metallutvinning ur metalloxidsilikatslaggen kan även ske genom injektion av kol och slaggbildare i metalloxid- silikatsmältan, varvid bly, antimon, tenn och zink förångas i elementär form och kan efter reoxidation utvinnas i ett bland- oxidstoft. Nickel, koppar och andra metaller, såsom kobolt, 8008426-2 molybden och ädelmetaller, kan därvid utvinnas såsom en komplex metallsmälta.

Den heta gasen från flamsmältningsschaktet, vilken har en temperatur på 1000-14000 och en hög S02-halt, chockkyles lämp- ligen först till 600-800°C genom inblåsning av ett inert mate- rial, exempelvis kvartssandslaggbildare, med kall och i samman- För att und- vika bildning av icke önskvärda mängder av svaveltrioxid, anti- hanget inert gas, exempelvis stoftrenad S02-gas. monat och arsenater bör man tillse att eventuellt syreöverskott elimineras genom tillförsel av lämpligt reduktionsmedel, exempel- vis komplex slig med svavelkis, som möjliggör uppnående av till- räckligt högt partialtryck av svavel i gasen före den primära stoftavskiljningen i cykloner och/eller i högtemperaturelektro- filter vid soo à soo°c. till flamsmältningen.

Det primärt avskilda stoftet returneras Efter erforderlig efteroxidation och ner- kylning av ugnsgasen kan huvuddelen av metallsulfidsligernas innehåll av arsenik, kadmium, kvicksilver och andra lättflyktiga element jämte varierande andel av deras innehåll av bly, zink, tenn, antimon, kadmium, selen och tellur utvinnes ur gasen i elektrofilter eller slangfilter i form av stoft efter kondensa- tion och konditionering i ett eller flera steg.

Förfarandet enligt uppfinningen kan även med fördel genom- föras som ett flamsmältningsförfarande, där en mera förorenad fraktion av den komplexa sulfidiska metallråvaran flamsmältes under blott partiell oxidation av dess sulfidsvavel, varvid flyk- tiga föroreningar bringas att avgå i sulfidisk eller metallisk form, varpå den partiellt oxiderade restprodukten bringas att reagera med en väsentligen av metalloxidsilikat bestående flam- smältningsprodukt till bildning av metall och S02, exempelvis väsentligen såsom beskrives i vår samtidigt ingivna SE-patent- ansökan med titeln "Förfarande för framställning av bly ur sul- fidiska blyråmaterial"., En blott såsom exempel vald utföringsform av uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till bi- fogade ritning, vilken schematiskt visar en fördelaktig anlägg- ning för utövande av förfarandet enligt uppfinningen.

' Den visade anläggningen, vilken är avsedd att arbeta med finkornig sulfidisk komplex icke-järnmetallslig innefattar ett schakt .-.._....-..-.f.fl *f- 8008426-2 1 för flamsmältning och oxidation av sulfidsligen. Schaktets 1 understa del står i förbindelse med en separationsdel 2 för se- paration av flamsmältningsprodukterna i silikatfas och eventuell metallfas.

Bildad svaveldioxidrik gas med en viss mängd stoft och för- ångade eller förgasade komponenter ur den schaktet 1 tillförda sulfidsligen avgår från schaktets överdel genom en avgasledning 3 till anordningar 4, 5, 6 för rening av nämnda gaser och ut- vinning av värmeinnehåll däri. Sistnämnda anordningar visas bestå av en ångpanna 4, en cyklonanordning 5 samt en exempelvis för våtgasrening utformad gasreningsanordning 6, från vilken de renade och på huvuddelen av sitt värmeinnehåll berövade gaserna avgår genom en ledning 7 för utvinning av svaveldioxidinnehållet därur, exempelvis i form av 100-procentig svaveldioxid eller svavelsyra. Åtminstone den övre delen av schaktet 1 liksom även avgasledningen är uppbyggd av metalltuber genom vilka vatten cirkulerar under kokning. Avgasledningen 3 är lämpligen för- sedd med anordningar för rensning av dess tubklädda väggar från beläggningar, medan däremot en skyddande beläggning av påfryst metalloxidsilikatmaterial eftersträvas för de tubklädda schakt- väggarna, vilka med fördel kan vara försedda med påsvetsade tap- par eller stutsar, som underlättar påfrysningen av smält material.

Den i tuberna bildade ångan avskiljes tillsammans med den i ång- pannan 4 bildade ångan i ångpannans ângdom 8, varifrån den genom ledningar 9 och 10 ledes via en i ångpannan 4 ingående överhet- tardel vidare till en här icke visad anläggning för utnyttjning av ångan.

I schaktets 1 tak är anordnade en krans av brännare 14, ge- nom vilka tillföres finfördelad sulfidslig, finfördelad kvarts och/eller andra slaggbildare eller flussmedel, returstoft från ångpannan 4 och cyklonanordningen 5, samt syrgas eller annan flamsmältningen underhållande gas, såsom luft eller syreanrikad luft. I det visade exemplet tillföres brännarna 14 syrgas, som produceras i ett här icke visat syrgasverk och som inmatas via ledningen 27. Sulfidsligen, kvartsen, övriga slaggbildare och returstoftet förvaras i fickor 19-22, varifrån de uttages i lämpliga proportioner och medelst ett transportband 23 till- 8008426-2 föres en blandnings- och utjämningsficka 24. Från fickan 24 matas materialblandningen via ledningar 25, 26 till brännarna 14. Syrgasen tillföres brännarna 14 via ledningarna 27 och 28, av vilka de senare utmynnar i ledningarna 26.

Brännarna 14, av vilka endast två är visade på ritningen, är riktade snett nedåt och tangentiellt till en tänkt cirkel vid schaktets 1 botten. Nämnda cirkels diameter uppgår till ca. 1/4 av schaktets diameter, och brännarnas placering och lutning är sådan, att det genom dem utmatade materialet träffar cirkel- periferin i symmetriskt utefter denna belägna områden. Extra syrgas för flamsmältningen tillföres schaktets 1 övre del genom horisontella munstycken 29, vilka matas från ledningen 27 via från denna avgrenade ledningar 30. Munstyckena 29 är riktade i viss utsträckning tangentiellt, lämpligen så, att de avgivna syrgasströmmarna tangerar en tänkt cirkel, vars diameter uppgår till ca. 1/3 av schaktets diameter.

Under passagen från brännarna 14 ned genom schaktet 1 smäl- tes och oxideras sulfidsligen samt avrykes flyktiga föroreningar Även returstoftet smältes och tillsatta slaggbildare upp- Den smälta och oxiderade sulfidsligen samt den värmda däri. värmes. kvartsen kommer vid den fortsatta passagen ned genom schaktet att reagera under bildning av metalloxidsilikatsmälta, och eventuellt bildad metall kommer att medfölja smältan som sådan ned genom schaktet. I schaktets botten uppsamlas den genom flam- smältningen i schaktet 1 erhållna produkten i separationsdelen 2 och kommer där att separera i metallfas och metalloxidsilikat- fas, vilka faser antydes med 38 och 39 samt kan avledas genom tillhörande utlopp 31 respektive 32.

I ângpannan 4 och cyklonanordningen 5 avskiljes ett stoft, som huvudsakligen består av metalloxid och metallsulfater.

Detta stoft uttages på transportband 35, 36 och ledes medelst icke visade anordningar vidare till den av fickorna 19-22 som användes för förvaring av returstoft. Vid processen avrykta flyktiga element, såsom selen, kvicksilver och arsenik samt halo- gener, bringas att passera genom ångpannan 4 och cyklonanord- ningen 5 och avskiljes separat i gasreningsanordningen 6. Det i anordningen 6 fallande stoftet avledes genom en ledning 37 för separat behandling.

Q---- __”. _. ...___

Claims (7)

8008426-2 PNHHHBRÄV

1. I. Förfarande för utvinning av metallinnehåll ur komplexa sulfidiska mctallråvaror genom autogen flamsmält- ning med en syre innehållande gas, k ä n n e t e c k n a t av att smältningen genomföres i en ugn i närvaro av överskott av syre och med tillsats av en sur slaggbildare, såsom kvarts, till bildning av en svavelfattig, metalloxidsilikatrik smälta, att i ugnen eventuellt bildad metallfas separeras från silikat- fas och att i silikatfasen närvarande icke-järnmetaller utvin- nes därur genom selektiv reduktion. A

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att flamsmältningen genomföres i virvel.

3. Förfarande enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k - n a t av att basiska slaggbildare tillsättes direkt till den bildade metalloxidsilikatrika smältan före den selektiva reduk- tionen.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att de basiska slaggbildarna tillsättes genom lansinjektion med en bärgas innehållande underskott av syre.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n ~ n e t e c k n a d av att bildat metalloxidsilikat i smältan reduceras partiellt genom tillförsel av sulfidmaterial till smältan.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att metalloxidsilikatsmältan efter sepa- ration uttages ur ugnen och reduceras i ett eller flera steg i minst en andra ugn, företrädesvis en kaldokonverter.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att sista reduktionssteget genomföras i slagfumingugn.