SE451332B - Forfarande for framstellning av blisterkoppar - Google Patents

Description

l0 l5 20 25 30 35 451 532 En olägenhet med dessa konventionella smältförfaranden är att sligen först i en separat enhet måste rostas partiellt till en för smält- ningen avpassad nivå, och därefter i ännu ett steg smältas till skär- sten, som i sin tur måste överföras till en konverter för vidare raffinering till blisterkoppar. Detta innebär att många apparaten- heter krävs samt även problem sammanhängande med transport av mate- rial mellan enheterna. Under senare år har man därför utvecklat smältenheter, i vilka man kan smälta kopparslig direkt och där det till processen förda värmet utgöres av förbränningsvärme från i kopparråvaran ingående svavel. Detta kallas autogen smältning. En ugn använd för autogen smältning är den s.k. flashsmältningsugnen, vilken i princip bestâr av ett vertikalt anordnat reaktionsschakt, en hori- sontellt anordnad sättningsugnsdel för smältan och en avgasdel.

Förvärmd luft och torkad kopparslig införes i toppen av reaktions- schaktet. I schaktet sker så den exoterma reaktionen mellan luftens syre och svavel i kopparsligen, varvid partiklarna når smälttempe- ratur och faller ned i sättningsugnsdelen, där de bildar ett smältbad bestående av kopparskärsten och slagg. Avtappningen från sådana ugnar sker i allmänhet så, att slaggen tappas kontinuerligt under det att kopparskärstenen tappas diskontinuerligt. Kopparhalten i skärstenen kan regleras genom styrning av syretillförseln och ligger vanligen på omkring 60% koppar, varvid slaggen innehåller 0,8 - 2,0% koppar. Av ekonomiska skäl måste en sådan slagg vidarebehandlas i ytterligare processteg för reduktion av kopparhalten.

Förutom ugnar av ovannämnd typ (Outokumpu) kan även nämnas ugnar av typ INCO, vilka arbetar enligt samma princip och där skillnaden huvudsakligen ligger i att Outokumpu-ugnar använder förvärmd luft vid nedsmältningen i schaktet, under det att INCO använder syrgasanrikad luft utan användning av ett flamschakt.

Enligt vårt tidigare patent SE,B, 7603238-2 framställes blisterkoppar genom autogen smältning av sulfidhaltigt kopparrâmaterial i en ro- terande konverter i närvaro av syre och slaggbildare och konvertering av skärsten till blisterkoppar, varvid smältningen av råmaterialet l0 l5 20 25 30 451 352 sker genom att till konvertern samtidigt föres kopparråmaterial, slaggbildare och syre och varvid syretillsatsen avbrytes sedan minst 75% av kopparrâmaterialet tillsatts, varefter smältan behandlas med ett reduktionsmedel. Denna smälta överföres satsvis till en hållugn där bildad skärsten och bildad slagg separeras, varefter bildad slagg reduceras och avtappas samt bildad skärsten överföres till en valfri typ av konverter. Som smältenhet användes härvid företrädesvis en toppblåst roterande konverter (top blown rotary converter) av typ Kaldo, i vilken flashsmältning av kopparslig genomföres. En Kaldo- -konverter roterar med en sådan hastighet att material från badet medryckes den roterande väggen och bringas attefalla ned i badet, varigenom en synnerligen effektiv kontakt mellan badet och den över badet existerande gasfasen upprättas. Detta möjliggör snabba reak- tioner och snabb inställning av jämvikten mellan badets olika delar.

En generell nödvändighet i de autogena smältningsprocesserna är att de kräver förhållandevis höga svavelhalter i sligerna för att det vid den partiella svaveloxidationen bildade värmet skall räcka till för smältning och bildning av skärsten och slagg. Detta har hittills omöjliggjort utnyttjande av autogen smältning för många på marknaden tillgängliga sligkvaliteter, särskilt för sådana sliger som i för- hållande till kopparinnehållet har låga svavelhalter och därmed ett lågt energiinnehåll. För att autogent smälta sådana sliger har tidi- gare föreslagits att utnyttja hela energiinnehållet genom smältning direkt till blisterkoppar, men sådana processer har hittills inte fått någon större betydelse beroende på de stora praktiska svårig- heter som förknippas med sådana direktsmältningsprocesser. Vid smältningen bildas nämligen mycket viskösa slagger på grund av att järnet icke endast oxideras till Fe0 utan också i väsentlig ut- sträckning bildar svårsmälta oxider, såsom magnetit och spinell.

Förutom de processtekniska svårigheterna att hantera viskösa slag- ger uppträder förhöjda kopparhalter i slaggen vilket ger upphov till oacceptabla metallförluster. 5 w_ 15 20 25 30 35 451 332 Det har nu överraskande visat sig möjligt att direkt framställa blisterkoppar genom autogen smältning av koppar-järnsulfidsliger utan att de inledningsvis antydda svårigheterna och problemen uppstår. u Förfarandet kännetecknas därvid av de drag som framgår av tillhörande patentkrav.

Genom att enligt uppfinningen smälta slig med syrgas eller syrgas- anrikad luft tillsammans med slaggbildare i en toppblàst roterande konverter och därefter reducera bildad magnetit kan en fajalitslagg 2Fe0 - Si02 med låg magnetithalt erhållas. Härvid bildas svartkoppar, dvs en föroreningshaltig kopparmetallfas med en svavelhalt upp mot jämviktshalten för blandningsluckan i koppar-svavelsystemet. Normalt innehåller svartkopparn en svavelhalt på l - 3%, några procent järn samt bly, nickel och andra föroreningar i legering med koppar. Kop- parhalten är vanligen omkring 90%.

Svartkopparn kan efter avseparation av fajalitslaggen raffineras till blisterkoppar på lämpligt känt sätt. Det föredrages emellertid att genomföra raffineringen i den roterande konvertern genom oxidation med syre eller syrehaltig gas under värmetillförsel. Som slaggbildare tillsättes lämpligen Si02. Bildad slagg kan kvarstanna i konvertern och utgöra ett av utgångsmaterialen vid den föregående reduktions- fasen. Alternativt kan naturligtvis raffineringen till blisterkoppar även utföras i en separat ugn, exempelvis en anodugn, varvid slaggen som bildas vid raffineringen återföres till konvertern.

Uppfinningen skall nedan ytterligare beskrivas med hänvisning dels till tillhörande ritning, som är ett flytschema visande en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen, dels till utförings- exempel.

Såsom illustreras av flytschemat över den föredragna utföringsformen torkas sligen först tillsammans med nödvändiga slaggbildare till en så låg fukthalt som är praktiskt möjligt. Normalt håller sligerna en fukthalt på 5 - l0% för att underlätta hantering och minsta damning 10 15 20 25 30 35 451 332 vid transport och lagring. Den torkade blandningen införes med syr- gas eller syrgasanrikad luft genom en lans till roterkonvertern och smältes autogent under bildning av en blandning av en förorenad kopparmetallfas (svartkoppar), magnetit och Fe0-haltig slagg och under utveckling av en gas med hög halt svaveldioxid som lämpligen föres till en kontaktanläggning för framställning av svavelsyra. När hela chargen tillförts konvertern och smälts tillsättes reduktions- medel, huvudsakligen kontinuerligt och reduktion av chargen genom- föres under tillförsel av värme från en olje-syrgasbrännare. Som reduktionsmedel föredrages koks, men även andra fasta reduktions- medel, exempelvis sulfider och järnskrot, kan tillsättas. Bildad gas innehåller hög halt koloxid, som lämpligen förbrännes i konverter- huven genom tillförsel av sekundärluft. Därefter föres gasen lämp- ligen till en ångpanna för produktion av ånga. Den bildade slaggen är huvudsakligen fajalit, eftersom magnetiten reducerats väsentligen fullständigt till Fe0 under reduktionssteget. Slaggen kan föras till slaggtipp då kopparhalten i slaggen är normal för deponerad slagg. På grund av att magnetithalten i slaggen är låg är det heller ingen ökad risk för mekanisk suspension av koppar i slaggen, som nu inte har någon förhöjd viskositet.

Den bildade svartkopparn raffineras, lämpligen i samma konverter, genom oxidation av kvarvarande föroreningsmängder. Oxidationen genom- föres lämpligen med syrgas under tillsats av Si02 för förslaggning av bildade oxider av järn, bly och andra oxiderbara föroreningar. Den bildade slaggen återföres till reduktionssteget.

Genom förfarandet enligt uppfinningen möjliggöres sålunda direkt kopparframställning genom autogensmältning av koppar-järnsulfid- sliger, särskilt svavelfattigare sådana. Genom att genomföra auto- gensmältningen i en roterande konverter kommer bildad magnetit och andra svârsmälta oxider inte att störa processen under smältningen utan dessa oxider kan, när de bildas i smältan, tillåtas vidhäfta konverterns infodring och därvid bilda ett växande magnetitskikt därpå under smältningsfasen, vilket bidrager till icke oväsentligt ökad livslängd för infodringen. 451 2552 5 10 15 20 25 30 35 Under reduktionsfasen kommer magnetiten emellertid att snabbt redu- ceras till FeO och med tillsatta slaggbildare åter bilda en fajalit- slagg med låg magnetithalt och normal viskositet.

Exempel En slig med följande sammansättning: Cu 33,8 % Fe 27,6 % S l6,6 % S102 8,5 % ~ iAl203 2,6 % Ca0 0,9 % chargerades i en mängd av 57,3 ton tillsammans med 7,4 ton returpro- dukter och l0,l ton kvarts på en toppblåst roterande konverter av Kaldo-typ. Smältningen kunde därvid genomföras med en smältningskapa- citet av 360 kg slig per minut, dvs 470 kg charge per minut. För att erhålla autogen smältning krävdes därvid 78,6 Nm3/min syrgasanrikad luft med 65% 02. Syrgasbehovet var således 5l Nm3/min under smält- ningen. Totala smälttiden blev l59 minuter. Smälttemperaturen var ca l200°C. Under smältningen bildades 45l7 Nm3/h gas med 53% S02, l0% 02 och resten väsentligen kväve. Gastemperaturen var l200°C.

Ur gasen kunde 2,3 ton ånga/tim produceras i en efterkopplad ång- panna, varefter gasen med en temperatur av ca 300°C föres till gas- tvätt och därefter till svavelsyraframställning.

När hela chargen tillförts och smälts tillfördes koks väsentligen kontinuerligt i en mängd av 41 kg/min. Detta innebär ett koksbehov motsvarande 60 kg per ton slagg. Under reduktionen som tog 60 minuter värmdes chargen med en olje-syrgasbrännare. Oljebehovet var 6 l/min eller 360 liter totalt. Den utgående reduktionsgasen som uppgick till 95 Nm3/min hade följande sammansättning: 63% CO, lO% H20 och 27% C02. Koloxiden förbrändes i konverterhuven genom tillförsel av sekundärluft och den förbrända gasen fördes till ångpannan, i vilken l0,5 ton/h ånga producerades. 451 532 Efter reduktionen tappades 40,6 ton slagg med en sammansättning av 0,5% Cu, 39% Fe, l% S, 36% SiO2, 3,7% Al203 och l,3% Ca0. Härefter raffinerades svartkopparn efter tillsatser av kvarts och syre genom oxidation till bildning av l9,5 ton blisterkoppar med 98,5% samt en slagg med 25% Cu som áterfördes till reduktionssteget i efterföljande charge. Den bildade blisterkopparn tappades ur konvertern till en skänk f.v.b. till en anodugn. Tappningen tog 30 min.

Claims (3)

l0 15 20 451 332 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för framställning av blisterkoppar ur koppar-järn- sulfidsliger, särskilt sliger med en svavelhalt otillräcklig för k ä n n e t e c k n a t a v att sligen tillsammans med slaggbildare smältes med syrgas eller syrgasanrikad luft i en toppblåst roterande konverter till bildning av en blandning av en förorenad kopparmetallfas, magnetit och faja- litslagg, att reduktionsmedel därefter tillföres för reduktion av magnetit under värmetillförsel, att efter reduktionen befintlig slagg avskiljes från bildad kopparmetallfas och att denna därefter raffi- neras till blisterkoppar på känt sätt. autogensmältning av sligen till skärsten,

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att som reduktionsmedel användes koks, sulfider eller järnskrot.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att kopparmetallfasen efter avskiljningen av slaggen raffineras i konvertern genom oxiderande behandling med tillsats av ytterligare slaggbildare till bildning av blisterkoppar och en slagg innehållande oxiderade föroreningar från ingående kopparmetallfas.