SE445229B - Forfarande for tillverkning av en metallskersten i en horisontell ugn av flamugnstyp - Google Patents

Description

7910487-5 ' Flamugnar enligt teknikens ståndpunkt och såsom de används världen över är stora slösare av fossila bränslen _och dessutom skadliga för miljön. Dylika ugnar, exempelvis de som används för smältning av råa koncentrat av kopparsul- fid, är behäftade med allvarlig ineffektivitet med avseende på värmeöverföring och som kemisk reaktor. Detta är fallet även om ugnen matas med hett, rostat och kalcinerat material i stället för fuktig filterkaka. Dessa ugnar måste förses 'med stora mängder naturgas, olja eller kol, för vilka kost- - naden nu avsevärt har ökat. Tillrån en på dem kan inom kort J L bli knapp eller lämpligen användas till ändamål av större angelagenhetsgrad. _ De stoftrika avgaserna från konventionella flamugnar är voluminösa och har låg halt av svaveldioxid, exempelvis en procent. Det förstnämnda förhållandet leder till höga > kostnader för stoftavskiljning, medan halten av svaveldioxid är för låg för ekonomisk svavelfixering men för hög för att av miljöskäl tillåta utsläpp till atmosfären. Kostnaden för stvftavskiljning är direkt beroende av den gasvolym som skall . behandlas. Vidare behövs en råvara innehållande minst fyra, fördrädesvis åtta, procent svaveldioxid för ur ekonomisk syn- punkt effektiv drift av en svavelsyraanläggning. Alternativa metoder för fixering av svavel kräver ännu högre halter av svaveldioxid för att bli lönsamma.

Värmeekonomin hos konventionella flamugnar är dålig, huvudsakligen beroende på dålig kontakt mellan gas och fast fas, vilket leder till låga värmeóvergångstal mellan de.heta gaserna och materialet som matas ner längs_ugnenš.sidoväggar.

Följaktligen försvinner så mycket som hälften av bränslets värmeinnehåll i ugnens avgaser. De kemiskä¿reaktiönernal genomförs ineffektivt beroende inte enbart på dålig kontakt mellan gas och fast fas utan även på att kontakten gas-vätska och vätska~vätska är dålig. Värme- och materieövergångstalen för flamugnar är dåliga beroende på att den aktiva ytan per I viktsenhetav stataat material är liten. Flamugnens prestationsgrad är sålunda låg. Den slösar på energi i alla former samt har negativa verkningar på miljön. 7910487-s Med hänsyn till de höga kostnaderna för att ersätta ~ flamugnar med apparatur och processer av mer utvecklad konstruktion har många undersökningar och experiment ut- förts av såväl industrier som statliga myndigheter för att ' försöka förbättra driften av flamugnar med avseende på luft- föroreningar, i synnerhet SO2-emission, besparing av fossila bränslen samt förbättrad metallurgisk effektivitet. Ett alternativ som har undersökts ingående men i allmänhet med ogynnsamt resultat är skrubbning av avgaserna, till exempel med användning av kalksuspensioner för att avlägsna S02 i form av kalciumsulfatslam. Ett annat dyrbart försök att be- - handla avgaserna från flamugnar är att först anrika dess in- nehåll av S02 genom absorbtion i ett organiskt lösningsmedel, varefter man fixerar den koncentrerade SO2:n som elementärt svael, svavelsyra eller flytande S02. Emedan huvuddelen av flamugnens avgaser består av förbränningsprodukter av fossila bränslen inklusive kväve från förbränningsluften, har man i vissa anläggningar delvis ersatt förbränningsluften med kom- mersiell syrgas, varvid bränsleeffektiviteten har ökat liksom smältningskapaciteten. Tillförsel av syre genom flamugnarnas tak för att öka smältningskapaciteten och S02-halten i av- gaserna och samtidigt minska bränsleförbrukningen har också undersökts men har inte uppnått någon kommersiell framgång.

Bland annat kan problem uppstå med skador på den eldfasta beklädnaden på grund av lokal överhettning och stänkningar i badet. Lågor kan användas för att få god kontakt mellan gas, vätska och fast fas i roterande konvertrar genom att alstra ett turbulent bad. Detta har beskrivits i USA- patentskrifterna 3 004 846, 3 030 201, 3-069 254, 3 468 629, 3 516 818, 3 605 361 samt 3 615 362. Det är emellertid inte praktiskt att använda lågor för att överföra principen om det turbulenta badet till flamugnar. Samman- fattningsvis har ingen av de ovan diskuterade eller andra tidigare föreslagna modifieringar av existerande flamugnar och hjälpprocesser uppnått utbrett godtagande och ingen synes kunna uppskjuta övergivandet av dessa ugnar.

Avancerad teknologi för behandling av sulfidkoncent- rat av icke-järnmetaller innebär att flamugnar helt överges 7910487-3 för smältningsändamål tillsammans med hela eller delar av biutrustningen. Exempel är de nya kontinuerliga Noranda- och Mitsubishi-processerna. En nyutveckling av uppfinnarna i detta ärende är Q-S Syreprocessen för kontinuerlig, auto- gen konvertering av metallsulfider av icke-järnmetaller till skärsten eller metall, såsom beskrives i USA-patent- skriften 3 941 587, enligt vilken autogen konvertering å- stadkoms i en enda reaktor, varvid syre införes ovanför och under det smälta badet. I Två ílamsmältningsprocesser, nämligen INCO-syreflam- smältningsprocessen och Outukumpu Oy-processen, är väl eta- blerade alternativ till konventionella flamugnar och utnytt- jar ugnar av speciell konstruktion. Enligt INCO:s syreflam- smältningsprocess, såsom beskrives i USA-patentskriften 2 668 107, injiceras blandningen av sufid, flussmedel och syre in i en ugn av flamugnstyp i ett speciellt utrymme om- gärdat av en ogenomtränglig stålbehållare genom horisontellt anordnade ändbrännare. Dessa brännare, vilka påminner om kon- ventionella brännare för kolpuler, injicerar det torra fasta materialet tillsammans med syre som en jetliknande stråle.

Enligt gängse bruk utgör flamugnar den huvudsakliga ut- lrustningen för smältning av koncentrat av icke-järnmineral.

Att ersätta dem med processer baserade på avancerad tekno- logi kan vara svårt av ekonomiska skäl. Icke desto mindre har fortsatt användning av dylika flamugnar, såsom ovan be- skrivits, medfbrt allvarliga nackdelar med hänsyn till såväl energibesparing som miljövård.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstad- "komma ett förfarande som kan tillämpas på-existerande flam- ugnar och som övervinner åtskilliga av de nackdelar som för närvarande är förknippade med deras användning.

Ett annat ändamål är att åstadkomma en process som möjliggör användning av existerande flamugnar med relativt U enkla och billiga förändringar och kompletteringar för smältning av sulfider av icke-järnmetaller till skärsten med avsevärt förhöjd kapacitet samtidigt med avsevärt mins- 791o4a7+s kad bränsleförbrukning odqavsevärt förhöjd halt av svavel- dioxid i ugnsavgaserna.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod med vars hjälp kommersiellt tillgänglig syrgas skickligt kan användas för att möjlig- gora att gängse gammaldags driftsätt av flamugnar omedel- bart kan ersättas med en relativt effektiv och ekonomisk smältprocess. I själva verket indikerar de efterföljande utfbringsexemplen 4 och 5 att förfarandet enligtfüreliggan- de uppfinning är konkurrenskraftigt med de två flamsmält- ningsprocesser som nu används kommersiellt. Föreliggande uppfinning möjliggör att'uppskjuta stora kapitalinveste- ringar, som annars skulle ha krävts för total ombyggnad av anläggningar för att uppfylla bestämmelser angående energibesparing och miljövård.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en process för smältning av sulfider av icke-järnmetaller, varvid kolpulver kan användas ra- tionellt i mindre mängder för att effektivt kontrollera halten av värdefull metall i både skärsten och slaggprodukt.

Ett förfarande enligt uppfinningen för framställning av en skärsten innehållande åtminstone en icke-järnmetall ' i gruppen bestående av koppar, nickel och kobolt ur metall- haltiga sulfidkoncentrat i en horisontell ugn av flamugns- typ innehållande en smält sats av skärsten och slagg och en upphettad svaveldioxidrik atmosfär, karakteriseras av att en blandning av den metallhaltiga sulfiden, flussmedel och syrerik gas injiceras i den upphettade atmosfären, varvid huvuddelen av blandningen injiceras nedåt genom vertikalt anordnade brännare som ett stillamassivt regn, så att oxidationen av sulfidkoncentratet är väsentligen genomförd innan det kommer i kontakt med den smälta satsen och varvid väsentligen enhetlig värme- och materiefördel- ning åstadkoms i huvuddehalav ugnen. Den syrerika gasen innehåller normalt 33-99,5% syre och de vertikalt anordna- de sprinklerbrännarna injicerar den torra fasta satsen 7910487-3 radiellt nedåt i den heta atmosfären i ugnen som en diffus plym beroende på den horisontella spridningshas- tigheten hos det satsade materialet vid injiceringen. Den- na hastighet är företrädesvis större än den vertikala: axiella hastigheten, för att därigenom åstadkomma att det injicerade fasta materialet regnar ner stilla och massivt i_det smälta badet. Enligt ytterligare en utföringsform kan varierande mängder fina kolpartiklar noggrannt blandas med sulfidkoncentratet och flussmedlet och injiceras till- sammans med detta tillsammans med den syrehaltiga gasen för att styra skärstenens kvalitet. Eventuellt kan inji- ceringen av en homogen blandning av sulfidkoncentrat och kol utföras endast på ett ställe mot slagguttaget på ugnen, varvid halten av den värdefulla metallen i slaggen sänks så mycket att den kan kasseras.

~ Fig. l är ett schematiskt tvärsnitt genom en flam- ugn, som är modifierad för användning vid tillämpning av föreliggande förfarande. g I Pig. 2 är ett snitt längs linjen II-II i figur 1.

Enligt föreliggande förfarande konverteras sulfider av icke-järnmetaller till skärsten av värdefulla metaller i en modifierad flamugn. Förfarandet är särskilt användbart vid konvertering av koppar-, nickel- och kobolthaltiga sul- fidkoncentrat till högkvalitativ skärsten, såsom koncentrat rika på kopparkis, pentlandit, linnaeit, svavelkis och magnetkis. Följande beskrivning hänför sig till kopparkon- centrat, även om blandningar av koppar-, nickel- eller.¿_W kobolthaltiga sufidkoncentrat med andra icke-järnmetaller också kan behandlas enligt det beskrivna förfarandet och är avsedda att innefattas häri.

Kopparkoncentraten och flussmedel användsli ett ltorrt, finfördelat och väl blandat tillstånd, så att de kan sprinklas som ett stilla regn av fina, friflytande partiklar över den smälta satsen i en flamugn. Sulfiderna 'bör ha en partikelstorlek som företrädesvis understiger omkring 0,2 mm för att möjliggöra en tillfredsställande reaktion mellan sulfidpartiklarna och syre i gasfasen ovan- 7910487-3 för den smälta satsen i ugnen, innan partiklarna kommer i kontakt med nämnda smälta sats. Flussmedlets partikelstor- lek bör företrädesvis understiga omkring 0,4 mm av liknande skäl, dvs värme- och materieöverföring.

Injiceringen av materialet innehållande sulfidkon- centrat in i ugnen görs tillsammans med syrerik gas, vars syreinnehåll åstadkommer konvertering av sulfiderna. Benäm- ningen “syrerik gas" används här för att definiera gaser, som innehåller 33 % eller mera syre upp till och med kom- mersiell syrgas, som innehåller omkring 95-99,5% syre. Före- trädesvis används en gas med en syrehalt av omkring 80-99,5% för smältning. Detta föredragna område möjliggör det mest effektiva genomförandet av förfarandet.

Sulfidkoncentratet, flussmedlet och den syrerika gasen injiceras i flamugnen på ett sådant sätt, att det bildas diffusa paraboloider av låg hastighet av mineral- partiklarna, genom att sprinkla det fasta materialet från ugnens tak, så att reaktionen mellan sulfidmaterial och syre är slutförd i tillfredsställande grad i “eldkulan" innan sulfidmaterialet blir en del av det flytande badet i ugnen. Kontakten gas-fastfas mellan syre och sulfiderna âstadkoms sålunda i gasfasen ovanför slaggfasen i flam- ugnen, varvid de resulterande exoterma kemiska reaktionerna äger rum, varvid möjligheter finns om så önskas att genom- föra förfarandet autogent.

För att väsentligen slutföra reaktionen mellan sulfid- koncentrat och syre innan det förstnämnda kommer i kontakt med det flytande badet, samt för att åstadkomma väsentligen enhetlig temperatur- och materiefördelning i ugnen, inji- ceras sulfidkoncentraten i den heta atmosfären vid ett fler- tal ställen längs ugnens tak. Dessa vertikalt riktade in- jektioner kan åstadkommas genom användning av ett flertal vertikalt anordnade brännare i ugnens tak, vilka injicerar sulfidkoncentraten på ett sådant sätt att väsentligen paraboloidformade plymer bildas. De fasta materialen inji- ceras i den heta, svaveldioxidrika atmosfären, så att de 7910487-3 Ci) sprinklas som diskreta partiklar av torra koncentrat och flussmedel på ett enhetligt sätt över huvuddelen av ugns- 'badets yta med åtföljande enhetlighet med avseende på tem- fperatur- och materiefördelning. Den horisontella sprid- ningshastigheten hos det satsade materialet vid injice- ringen är företrädesvis större än den vertikala, axiella .hastigheten, även om den senare kan överstiga 30 m/s, vari- genom man tillförsäkrar sig att det injicerade fasta ma- terialet regnar ner stilla Koch massivt på det smälta badet.

Benämningen "svaveldioxiarik" atmosfär används här för att beteckna en atmosfär innehållande mer än l0 vol-% svaveldi- oxid.

Genom injicering av koncentraten i en syrerik atmos- fär på detta sätt förbättras smältningens kinetik avsevärt av den höga syrekoncentrationen i den gas som omger de en- skilda partfldarna av sulfidkoncentratet. Den förbättras även markant av den stora specifika ytan medförande god kontakt mellan de flytande reaktanterna just när de når badet. Injicering på detta sätt åstadkommer också ypperlig 'slagg-skärsten-dispersion med god värmekontroll, medan hela den smälta satsen hålls i ett lugnt tillstånd,-så att sedi- mentering av skärstensíasen genom slaggfasen gynnas.

En synnerligen gynnsam effekt av dylik sprinkling av koncentraten som en finfördelad, enhetlig, paraboloid- formad blandning av koncentrat, flussmedel och syrerik gas är att önskvärda reaktioner äger rum inom den upphettade atmosfären ovanför slaggen och de flertaliga brännarna sprinklar ett mönster av väsentligen intill varandra liggande ovaler med stor yta längs ugnens längdaxel, när de smälta produkterna träffar slaggen. h Temperaturen på materialet i ugnen innan sulfidkon- 'centratet, ~flussmedel och syrerik gas tillföres bör ligga över ll00°C, så att spontan reaktion mellan koncentrat och syre åstadkommesl I i _ En utföringsform av föreliggande uppfinning avser inblandning av kolpulver i mineralkoncentratet och injice- 7910487-3 9 ring av denna blandning tillsammans med en syrerik gas.

Genom infiltrering av luft i ugnar av flamugnstyp och värmeförlusterna till omgivningen genom konvektion, värme- ledning eller strålning är det genom oxidation av mineral- koncentrat tillförda värmet tidvis lägre än det som för- loras. Exempelvis kan förfarandet genomföras under sådana betingelser som tillverkar en kopparskärsten med en koppar- halt som understiger den optimala, så tillvida att den exoterma reaktionen inte alstrar tillräckligt med värme för att täcka värmeförlusterna och sörja för autogen drift även om konmersiell syrgas används. I sådana situationer kan en mindre mängd kol blandas in i mineralkoncentraten 'med syfte att tillföra värme till ugnsinnehållet genom för- bränning däri och täcka eventuellt uppträdande värmeför- luster, så att balanserad drift möjliggörs.

Enligt en annan utfüringsform av föreliggande uppfin- ning tillsätts kol endast till den brännare som är placerad närmast ugnens slagguttagsände, exempelvis på ett ställe ungefär halvvägs mellan gavlarna. Vid drift på detta sätt kan flussmedel uteslutas i det torra satsade materialet som sprinklas in i den heta atmosfären, vilket kan bestå av en blandning av sulfidkoncentrat, exempelvis chákßpyrit eller pyrit, och en mindre mängd kol, medan den syrerika gasen företrädesvis kan bestå av syreberikad luft, exempel- vis 33%-02, i stället för det normalt föredragna 80-99,5% syre. Under riktiga betingelser smälts koncentrat av koppar-, nickel-, kobolt- eller järnsulfid av värmet från kolförbrän~ ningen, med åtföljande förångning av deras labila svavel- atomer. Den erhållna flytande skärstenen, som är rik på järnsulfid och utarmad på koppar, nickel och kobolt, sprink- las över en stor slaggyta nära ugnens mellersta tredjedel.

Detta ihållande regn av flytande, låggradig skärsten har därLür gott om kontakt och tid att sänka halten av den värdefulla mutallen i slaggen, innan den töms ur ugnen på grund av den strömmande järnsulfidens kombinerade ke- miska effekt, utspädningseffekt och tvätteffekt vid hop- 7910487-3 slagningen. Med det lugna bad som åstadkoms med föreliggande 'förfarande är den materieöverföring genom diffusion som sker genom den förhållandevis ringa area i det horisontalplan, som åtskiljer badets silikat- och sulfidfaser oväsentlig.

Följaktligen uppnås inte jämviktsbetingelser mellan dessa faser, och förfarandet som används i ugnen med dylik kol- tillsats ökar avsevärt utvinningsgraden av-den värdefulla metallen. Exempelvis erhåller man en höggradig kopparskär- sten tillsammans med en lâggradig kopparslagg även utan det föredragna motströmsflödet hos dessa faser. Tillverkning av dylik låggradig kopparslagg möjliggör direkt kassering av densanma, varvid behovet av dyrbar och energikrävande slagg- behandling för återvinning av koppar därur upphör.

Ritningarna utgör schematiska bilder av en flamugn som är modifierad för användning vid genomförandet av före- liggande uppfinning. På ritningarna är en flamugn l avbil- dad, som är konventionellt byggd av eldfast material och .som har ett slagguttag 3, ett skärstensuttag 5 och ett av- gasutsläpp 7. En satsningsanordning 9 kan finnas för retur av konvertad slagg till ugnen för utvinning av värdefulla metaller däri.

Ugnen har i sin nedre del smält material bestående av f ett lager smält skärsten ll och ett lager smält slagg 13 ovanför skärstenen. En upphettad svaveldioxidrik atmosfär befinner sig i utrymmet 15 mellan slaggfasen l3 och ugnens tak 17. Fördelade längs taket l7 befinner sig ett flertal syre-sprinklingsbrännare 19, som formar de paraboloidfor~' made plymerna av sulfidkoncentrat, flussmedel och syrerikuri gas i ugnens upphettade atmosfär.

I Homogena blandningar av sulfidkoncentrat (S) och _flussmedel (F) satsas via ledningar 21 och blandas med en syrerik gas, som tillföres genom ledningar 23 genom brännarna 19 och in i den heta atmosfären ovanför den smälta slaggen 13. Kol tillsättes om så önskas homogent inblandat i koncentratet och satsas tillsammans med syre i ugnen medelst brännarna 19.

Såsom illustrerats bildar sulfidkoncentratet, flussmedlet och den syrerika gasen ett flertal paraboloid- 791-0487-3 ll 'formade Liymer 25. Dessa radiellt nedåt strömmande plymer -25 av sulfidkoncentrat, flussmedel och syrerik gas möjlig- gör samverkan mellan koncentratet, flussmedlet och syret i den heta atmosfären i utrymmet 15 i ugnen, så att den öns- kade värmeöverföringen och kemiska reaktionen är tillfreds- ställande slutförda innan kontakt sker med slaggen 13. Så- som illustrerats är det lämpligt att plymerna har en sådan .form, att när materialet i dem regnar ner på slaggen bildas ett mönster av intilliggande eller överlappande ovaler på denna.

När kol skall sättas till mineralsulfiden för att alstra extra värme i ugnen satsas detta genom ledningarna 27a, 27b och 270 och blandas homogent med denna före in- jiceringen via brännarna 19. Lnligt den utföringsform vid vilken kolet endast skall satsas genom den brännare l9, som är närmast änden med slagguttaget, tillföres kolet genom ledning 27c och blandas med mineralsulfidkoncentra- tet och injiceras endast genom den brännare 19 som är närmast slagguttaget 3 i ugnen l.

Uppfinninen belyses vidare med hänvisning till följande utföringsexempel, av vilka exempel l hänför sig till en konventionell flamsmältningsprocess och de följan- de exemplen hänför sig till utföringsformer av föreliggan- de uppfinning. Éšempel l Konventionell flamugnsprocess Som ett exempel på koventionell drift av en flam- ugn för smältning av kopparsulfider hänvisas till publika- tionen "Energy Use in Sulfide Smelting of Copper" av H.H. Kellogg och J.M. Henderson, kapitel l9, volym l, "Extractive Hetallurgy of Copper, Metallurgical Society of AIME", 1976, och i synnerhet till sidorna 373-375 och till tabellen över processbränsleekvivalenter (PBE) på sidan 397. Där beskrivs en typisk våt-satsad flamugn för smältning av kopparkoncentrat. 1040 ton torrt kopparkoncent- rat behandlas per dag med följande analysvärden: 29,5 % 7910487-3 l2 koppar, 26 % järn, 31 *ä svavel och 8 % kiseldioxid. Ugnens värmeförluster genom ledning, konvektion och strålning till omgivningen är 9,1 HW. Den tillverkade skärstenens dkopparhalt är 35% och slaggens 0,46 %. Ugnens avgaser in- nehåller omkring 1 volym-'å S02.

Processbränsleekvivalenten för en sådan process frarugår av följande tabell l: 791u4e7-3 13 Lmnno¥uo=~ =o~\ww mw«.mA n mmm mm«.@- _ =wLmwmoE»m AAA» mmmmcmzëørw An mmm.~ = :xx @.@_N mmmL@pLw>=o¥ ß =w=x;w>A_«pmL>w .m «mm.Q =zx\w: na... :ax ~“æ« Amwvms zuo m:wLw»=m=AmALw-E wwLm>~ .Q m_«.A =o~\wø m_«._ co» o._ m=A=¥;w>-Apuo=< .m mmw,A| ;z¥\wz ~Q.A_ :sz _.A~A «+~»¥ som mmcw =w===>Lmww An mmm.m . =o»\ww Am«.m LwHw«An :op NQÛA Amgmcw wL@»AA«» umm =mssmm m A =wLwu»w>:o¥ .N wmA.<| =z¥\nz Ao.A_ 121 w.-« p»mL¥ wøgpm-w AN æ-._» | | w :ua u .U gm» v=m>=m AA m=w::P>;m»wmcm A; «o@.@ =op\wx mo_ :op AwQ.ø m=A:»Awam La» Awuwsmw=A» Am ~_@.o E\@¥ w,mm E m_m@ @=A=fiAA¥w>~p»0»m :wo m=AL«~=@;m@@ A» _~m.@ m - M - MWAO >m @=A=AwflLm»=A» gm» ~m=W Am mw@.o | | mwAo >m m=wcELw>Lmw Ln+ mmcw Au «~m.A | | ouu >m m=W:ELm>>n» gm» mmcw Au @mc.o ms\wx m.mN ms oæow Ammx vv ~w=~mm=«==wLn;n» uwLws«LQæo¥ Aß mmq“AA me\ww w@._« ms mNw.c mw~o==mLn Am m:@=»AmEm ._ mm .LßL@+@mLm:w .uwnw pm~«p:m>x »mom Lmnaoxvocm co» »mm I owwam A uocm :op »wa .ucox :oh w om mao Am~,~ uø=m :op Lwn ~L>w =w:==>Lwpm :oh :Q w mm »mpAA~>¥m=w»wLm¥m cwmcw mmmxzm mwlw wa >m m:A:¥:LnLmm =ov\ww ß@.m mpmmffivpwrwzmßm UQQNN AAA» m wß m=~=sLm>>m»p»=J mmu »wa .ucox :op owe- pm;m@»mø;mm=A=~Amsw m=A=«AmEmw=@=Em_» U~m~mm»W> gm» mmm ._ AAWQMA 7910487-3 14 Exempel 2 Om föreliggande process skulle användas för smält- ning av det kopparkoncentrat som beskrivs i exempel l vid samma kapacitet av 1040 ton kopparkoncentrat per dag och även med antagande av att tillräckligt mycket kommer- siell syrgas för att smälta koncentratet till 75 %-ig kopparskärsten (dvs att oxidera nästan all järnsulfid i startkoncentratet) används, skulle värmeutveckligen från de exoterma smältreaktionerna inte räcka till det latenta värmet i smältprodukterna och på samma gång täcka värmeförluster och värma upp infiltrerad luft, så att en väsentlig ökning av smältningshastigheten åstadkoms, vil- ket i själva verket är nödvändigt. Flödesuppskattningar baserade på konventionella flamugnar med hängande basisk takkonstruktion men med ändbrännarna, satsningsöppningar och andra icke önskade öppningar förslutna, pekar på att m3/s luft kan sugas in i ugnen för att förhindra läcka- ge av svaveldioxid till den onqivande atmosfären. En stor del av denna lufts syreinnehåll, exempelvis 75 %, kommer att delta i smältningsreaktionerna och tjänar sålunda till att reducera förbrukningen av kommersiell syrgas. Överskot- tet av syre och allt kväve, sammanlagt omkring 4 m3/s, måste emellertid upphettas till smältningstemperaturen och detta kräver en värmetillförsel av i stort sett 7 MW.

Vid ovannämnda smältningshastighet uppgår sålunda det sam- manlagda behovet för att täcka infiltrerad luft till 1,5 MJ/kg koncentrat, vilket kräver att smältningshastigheten ökas för autogen syresprmklings- värmeförluster och upphetta smältning i denna konventionella flamugn.

I föreliggande process, enligt vilken en homgen hknflning av kopparkoncentrat, flussmedel och syrerik gas injiceras i den heta atmosfären i en ugn av flamugnstyp försedd med ett flertal vertikalt:anordnadc brännare av sädan utformning ätt paraboloidfcïmade plymer åstadkoms, varvid väsentligen enhetlig värme- och materiefördelning åstadkoms i huvuddelen av ugnen, kräver överföring av 7910487"5 flamugnsprocessen till autogen drift en viktig ökning av smältningshastigheten. I detta exempel valdes en hastighet av 2.000 ton koncentrat per dag. Vid denna smältningshas- tighet, men med samma värmeförlust och luftflöde som ovan,g blir värmebehovet för att kompensera dessa två faktorer 0,77 MJ/kg koncentrat i stället för 1,5 MJ/kg koncentrat.

Tack vare den infiltrerade luften innehåller ugnsatmosfären tillräckligt överskott av syre för att oxidera suspenderat stoft i passagen genom sedimentationszonen. Detta är för- delaktigt eftersom denna oxidation minskar stoftets svavel- innehåll och ökar dess smältpunkt. Allt elementärt svavel oxideras till svaveldioxid.

Med användning av en smältningshastighet av 2.000 ton koncentrat per dag i föreliggande process, skulle en serie försök med olika värmebalanser med olika tillförsel av kommersiell syrgas och vid tillverkning av skärsten av varierande kopparhalt ge de resultat som framgår av tabell 2: Tabell 2. Värmebalanser för autogen syresprinklingssmältning 2.000 koncentrat per dag Analys av koncentrat: 29,5% Cu, 26,0 % Fe, 31,0 % S, 8,0 % ' SiO2 Slagganalys: 37,1 % Fe, 38,3 % SiO2 ofynaigt fiussmeaeh 81,5 se S102 i Slagg- och skärstenstemperatur: l200°C Avgastemperatur: l260°C Luftinfiltration: 5 m3/s % Cu i skärsten 7 55 60 65 70 98 %-ig 02 kg/kg koncentrat - 0,18 0,20 0,22 0,25 S02 i avgaserna (volyms-%) 38 40 42 44 Värmebehov, MJ/kg koncentrat: 1. Entalpi i gasen 0,700 0,732 0,762 0,797 0,474 0,416 0,360 0,316 0,616 0,728 0,837 0,911 0,432 0,432 0,432 0,432 2,222 2,308 2,392 2,457 2. Entalpi i skärsten 3. Entalpi i slaggen 4. Värmeförluster Summa 7910487-3 16 Värmetillfürsel, MJ/kg koncentrat: l. Oxidation av järnsulfider 1,957 2,206 2,431 _2,608 _Värmeunderskott, MJ/kg koncentrat: _ 0,265 0,102 -o,o39 -0,151 Såsom framgår av tabell 2 är processen i termisk balans och autogen för tillverkning av skärsten med en kopparhalt av cirka 64 % motsvarande en tillsats av 0,22 kg kommersiell syrgas (98 %-ig) per kg koncentrat. Vidare kom- mer avgaserna från ugnen vid detta driftsätt (64 % Cu i skärsten) att innehålla omkring 42 % svaveldioxid och kom- mer att släppas ut med en hastighet av 7,6 m3/s.

Detta är en tredjedel av gasvolymen i en konventio- nellt körd, med fossila bränslen eldad flamugn, även när man vid dylik konventionell drift arbetar med omkring hal- va smälthastigheten jämfört med föreliggande process. Ett annat viktig drag hos föreliggande process som framgår av tabell 2 är att termisk kontroll av processen enkelt kan åstadkommas genom kontroll av satsningen av koncentrat och kommersiell syrgas. Medan konventionella flamuçnsprocesser är termiskt tröga är föreliggande process lättstyrd.

Exempel 3 Föreliggande process kan även tillämpas på smältning av sulfidkoncentrat, i vilka en blandning av koncentraten och en mindre mängd kol tillföres med den syrerika gasen, for att utöka driftbetingelserna. Ett kopparkoncentrat med samma sammansättning som framgår av exempel 2 behandlas vid en smälthastighet av l.500 ton koncentrat per dag för till- verkning av en skärsten innehållande 50 % Cu, varvid slagg- analys, ofyndigt slagg och luftinfiltrering är desamma som i tabell 2.Med en förbrukning av 98 %-ig syrgas av 0,2 kg/kg koncentrat och med en tillsats till koncentratet av 45 ton kol per dag (0,03 kg/kg koncentrat, kol innehållande 65_% C och 5 % H och med ett värmevärde av 28 MJ/kg) uppnås den värmebalans som framgår av tabell 3: 7910487-3 17 Tabell 3 Värmebehov, MJ/kg koncentrat l. Entalpi i gas 0,900 2. Entalpi i skärsten 0,544 _ 3. Entalpi i slagg _ 0,483 4. Värmeförluster till omgivningen 0,579 Summa 2,506 Värmetillförsel, MJ/ku koncentrat l. Oxidation av järnsulfider 1,681 2. Förbränning av kol 0,825 Summa ' 2,506 Under dessa betingelser ger oxidationen av järn- sulfiderna ett värmeunderskott på över 0,7 MJ/kg kon- centrat jämfört med det erforderliga värmebehovet.

Emellertid uppnås balans i driften genom tillsats av endast 3 % kol räknat på vikten av koncentratet, vilket motsvarar 0,825 GJ/ton koncentrat. Syreförbrukningen per kg koncentrat förblir något under den för autogen samält- ning av 2,000 ton 64 %-ig kopparskärsten per dag (tabell 2), I medan S02-halten i avgaserna är omkring 26 %, vilket är väl inonz det området som erfordras för effektiv och ekonomisk tillverkning av syra.

Ytterligare två exempel är utförda med användning av följande konstanter, om så är tillämpliga, för att verifiera effektiv drift av föreliggande syresprinklings- process: Konstanter: Analys av koncentrat (torkat): 29,5 % Cu, 26 % Fe, 31 % S, 8 % S102 och - 0,1 % H20 Sammansüttning på slaggen: 0,46 % Cu, 37,1 2 Fe, 38,3 % Si02 Temperaturer: Slagg och skärsten: l200°C, Avgaser: l260°C Analys av flussmedel (torkat): 82 % SiO2 och 0,1 % H20 7910487-3 18 Temperatur på allt satsat material: 25°C Kommersiell syrgas: 98 % 02 (100 % reagerar) Syreberikad luft: 33 ° 02 (blandningar av 16-98 % 02 och >84 % luft) (all 02 reagerar) 0\ Värmeförluster: 9116 kW Infiltrerad lufthastighet: 5 m3/s (75 % av syret.i in- I ' filtrerad luft reagerar) Standardbetingelser för temperatur och tryck: OOC och 101 kPa Kolanalys: 60 % C, 5 % H2, värmevärde 28 MJ/kg Exemgel 4 Enligt en vidareutveckling av exempel 2, varvid ovan nämnda konstanter avändes, smältes ett kopparkoncentrat med användning av föreliggande process med en hastighet av 2.000 ton koncentrat per dag. Inget stödbränsle sättes till systemet under autogen drift, varvid ett flertal para- boloida suspensioner, bildade av vertikalt anordnade brän- nare, ënvändes för att tillverka en skärsten med en koppar- halt av 64 %. Processbränsleekvivalenten (PBE) för denna drift är beräknad enligt följande tabell: 7910487-3 19 »~oo°¥o°=m =Qo\oo ßo,- H omm ßo.- m@.o = = Szx mo ANOW w mv um~oL@o;w>=o1 fln Gwaw = : ß mfiïwflßwzmïåw @fl m=.EV_Lw>P_ Sååå .m Sá Éåoz ii å: ä wfiwšo .o Nvå :S26 No... :ou oÅ motšowifßooc/oo .m Nïo :opšá NES oo» máo mmmfiïwpoïoox 2.. mowcpoa Û mß“o.| :3¥\wz ~.- :xx Fß uwmox wm;vm~m .m:~::«>xmwwm:w ^n NQÄ :oošoø ä; Lwpmffio :op qoå .Fmäšw ULÉZB wmoÉoEEow TN mcïwwomšcoz .m o :oïoø mm o Zš 2 -.~| :z¥\wz ~«- :xx mm uwmxx umLpm~m .m:«::«>Lmpmm:m ^m wwå :opšó Nšé :ou æÅ . mmoïïmsm å mcÉÉa C mono coïow moïo co» m5 mcïöpmew .GL rmowsmwo~w Ao _.N.o :Skam ïuïo ooo. mzo pmomsmmof- >m mctbïop to oo.m mE\oz m.o ME Nov @L>m >m m=W=¥om>~.oo ^u 26 _53. mm E mæofi mcïäïxmâmpwopw .Bo moïwowcwzmmm 2 moi :mošá omïo :mp wnm Éoïöpos .Éwuom >o mcïstop nu mcfcïmsm .P oo ...fnul »wow .om m pwoèfišš* Zon.

Loooošooco zoo. »wo ïm ooš.. :op .So .ocox co» Tm vocm :oo .Bo nå? :wccoïwpw cow .M om o _. ._ mm _. _. :u w om wmplflnšxwcwuwomom =°o\mE o«_ wwmoäm @W-J om >m @=@=o=L@>@o , o wo~m_~f~@,m=wLm 59: mctoocmsonwnífi mon »wo .ocox .öv ooow wmšmwpmmßwmctonïmam v23. Émwmmn wucmmcm: 1 cmmopoc. "wmmuomo cmoeoï ufiwfäšcox f mcfcïwemmmcw~xcroommoxm .w Zoom... 7910487-5 Exemgel 5 Ett exempel utförs med samma konstanter som nämnts tidigare utom att ugnens värmeförluster är 6635 kw och luftinfiltrationshastigheten är 1,25 m3/s, varvid en kontrollerad mängd pyrit och kol sätts till det koncent- rat som injiceras i den heta atmosfären genom den brännare som är belägen närmast den ände av ugnen där slaggen tas ut. Kopparkoncentratet smältes med en hastighet av 1500 ton koncentrat per dag. Injicering av koncentrat och flussmedel utförs genom de första två brännarna placerade längs ugnens tak, medan 150 ton/dag ofyndig pyrit och 36 ton/dag kol sätts till det koncentrat som injicerades genom den tredje brännaren. Den tillverkade skärstenen har en kopparhalt av 42 % och processbränsleekvivalenten (PBE) för denna drift beräknades enligt följande tabell. 7910487-3 ~m._~ oo.N = = =:¥ mw~ m@.~ = = zzx mmp mm.o ;2x\wz ~._P :xx ww Nw._ =o~\ww ~<.~ :op o.~ æ«.~| =31\wz ~.- 231 mmp mm.N =op\w@ m<.~ Lw»wW_@ :OH «o.~ m.~ =z1\ww mw ,=o» wo.ø -.~| =3¥\wz _.~P sax . w- ~@.ø =o»\ww mo_.o =o» mN.Q -.o =op\wo «m«.o co» m~.o ~@.N ms\wz m.w ms .MFQ -.o e\w¥ mm E o-~ m@._ =m»\@@ «m«,o . gmß w.m wm .gngmww Lwcw .uwnm umpww:m>¥ Lmaaoxuocm cow »wa v.m uocw :op »wa .ucox :op ß.m uocm :op »mn mL>m =w=::>Lwpw :op __ é Z _. = _. .ucox :°p\ E ~.mm mmmgaw mv-“ wa >w m:w:¥=LnLmm m cmmcw _ mcW=eLm>Ln»~+=4 L~Q@°¥u°=@ =°p\@@ m._~ H mmm ^Nom w w V wmm;wuLm>:o¥ ^n A ow N mm~ mmm»_mEm Wm mcw=¥»w>~_~p«L>w .m wmLw>~@ .« :W=¥Lm>~_«~uo=< .m »wm>1 vmLpw_m ^m=«==v>Lw»@m=w ^@ «m;w=w wgmwfifivv mmm cmesmm =FLw»Lw>=o¥ Fox Am »w~L¥ u«L»m- .m=v==w>;mpWm=w A» mcwmpflmew Law ~wwwemm=~» ^w Fmnwamwzfiw >w mcwcxgop ^v wxzw >m m=«=¥»w>P~wp fiu m=«=w~«¥m>mp»opm :ua m=WLwp=m=wmm fin ~ø~;m~@E pmwpmw >~ m=~cwLop Wm m=W=@.WEm .F »mom a ~.~m mao :Q M wc pwpw~m>¥m=w»mLwxw co»\w: mmm w»mm~_-m~w=wLm man »mn .ucox :cp oom~ umsmvpwmzmmcwcpfmsm xøpmuLm>1 wucmgnmnw | m:m=mLmmm~w um: Hwmmuomw =m=sm~w uwLw»Lw>=o¥ F m=W=»~mEmw@=w~¥=w>@wmL>m .m Ffiwnmw 79010487-3 22 Fackmannen inser att kobolthaltiga koncentrat av nickelsulfid också lätt kan behandlas enligt föreliggan- de uppfinning. Exempelvis kan ett pentlanditkoncentrat med sammansättningen l0 % Ni, 0,4 % Co, 35 % Fe, 30 % S och l7 % SiO2 syresprinkelsmältas till skärsten och slagg innehållan- de 45 % Ni, 1,4 % Co och 22 % Fe respektive 0,20 % Ni och 0,10 % Co, varvid S02-halten i avgaserna var 30 %. Pyrr- hotit och kol används för rening av slagg.

Genom_användning_av föreliggande förfarande, enligt vilket sulfidkoncentratf flussmedel och syreberikad gas injiceras i en het svaveldioxidrik atmosfär i en modifie- rad flamugn i form av ett flertal paraboloidformade plymer, kan befintliga flamugnar ändras till syresprinklingssmält- ugnar och därigenom ges utökad livslängd. Den huvudsakliga investeringen för detta inbegriper installationer för kon- centrattorkning, syregenerering och svavelfixering, av vilka alla kommer att behövas i framtiden för effektiv pyrometallurgisk kontinuerlig syreteknologi. Förfarandet kan drivas autogent eller en mindre mängd kol kan sättas till det satsade materialet för uppvärmningsändamål. Stöd- brännare kan även användas utöver de brännare som injicerar det fasta materialet som paraboloidformade plymer. Plymerna måste emellertid sörja för väsentligen enhetlig fördelning av värme och materia i huvuddelen av den horisontella eld- fasta behållaren för att önskat resultat skall uppnås.

Claims (14)

23 7910487-3 Patentkrav

1. l. Förfarande för tillverkning av en metallskärsten ur ett koncentrat av ett sulfidmineral innehållande en icke- järnmetall i en horisontell ugn av flamugnstyp, i vilken en smält sats av metallskärsten och slagg befinner sig under en innesluten het atmosfär, varvid avgaser, metall- skärsten och slagg matas ut därifrån var för sig, k ä n n e t e c k n a t av att en blandning av nämnda sulfidkoncentrat, flussmedel och en syrerik gas sprinklas in i en innesluten het, svaveldioxidrik atmosfär, för att åstadkomma oxidation av sulfidkoncentraten däri innan de kommer i kontakt med den smälta slaggen, varvid en huvud- del av nämnda blandning av sulfidkoncentrat, flussmedel och syrerik gas injiceras genom ett flertal vertikalt an- ordnade brännare på nämnda ugn in i nämnda inneslutna svaveldioxidrika, heta atmosfär i form av ett flertal para- boloidformade plymer, för att åstadkomma väsentligen en- hetlig värme- och materiefördelning i huvuddelen av nämnda horisontella ugn.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda icke-järnmetall väljs ur gruppen bestående av koppar, nickel och kobolt och blandningar av dessa.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e C k n a t av att nämnda syrerika gas innehåller mellan 80och 99,5 % syre.

4. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av attnämnda syrerika atmosfär innehåller mellan 33 och 99,5 % syre och att nämnda blandning injiceras radiellt nedåt medelst de vertikalt anordnade brännarna in i nämnda inneslutna heta, svaveldioxidrika atmosfär i form av para- boloidformade plymer, varvid nämnda plymers horisontella spridningshastighet vid nämnda injicering är större än deras vertikala, axiella hastighet. 7910487-3 24

5. Pörfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda flertal plymer bildar ett väsentligen ellip- tiskt mönster vid kontakt med nämnda slagg.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda väsentligen elliptiska mönster vid kontakt med slaggen har formen av ett mönster av breda, intillig- gande ovaler.

7. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda icke-järnmetall är vald ur en grupp bestående av koppar, kobolthaltig koppar, kobolthaltig nickel och kobolthaltig kopparnickel.

8. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att en mindre mängd kol inblandas homogent i nämnda koncentrat innan det injiceras i nämnda heta atmosfär.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n'e t e ork n a t av att ett flertal av nämnda plymer är vertikalt riktade utmed ugnens längd och att en mindre mängd kol sätts till den del av koncentratet som injiceras som suspension i nämnda ugns slagguttagsände, varvid nämnda kol tillsätts i en mängd som är tillräcklig för att smälta nämnda kon- centrat under väsentligen icke-oxiderande betingelser.

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att det koncentrat som injiceras närmast slagguttags- änden är en järnsulfid.

11. ll. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda syrerika gas innehåller minst 33 % syre.

12. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda förfarande genomföras autogent.

13. l3. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda avgaser innehåller minst 20 volym-% svaveldioxid.

14. l4.~ Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c'k n a t av att nämnda skärsten innehåller mindre än 30 % järn och nämnda slagg innehåller mindre än 3 % av densammanlagda mängden värdefulla metaller i det torra satsade materialet.