FI66649B - Foerfarande foer framstaellning av blisterkoppar - Google Patents

Description

It Z1.-L--1 r , KUULUTUSJULKAISU , , , . Λ JSTa ^ ^ UTLÄCCNINqSSMIFT ¢664 9 e*)g£X c Pt?. ter. iti r; T: r.. i- 11-93¾ ¢45^ Palc.it aeddelat ^ ^ (51) KvJk/lM.a.3 C 22 B 15/06 SUON I—FINLAND Qi) 770761 (22) HilnmhptMl — 4wBlmli^>t 09.03.77 ¢0) AMmHM— CMMglwadi Ο9.Ο3.77 (41) Τ·ΝμhHkMai—BIMt13-09.77

Mwttl. j* rtklttadhtflitM ηιΐιΐΐ ηιιΐ·ιιι i k itMLMtaiwi —

Ntmt>och r^hterstyrelsen ' ' AuMem wtitgi oS 'pJE^r«t 31 -0/-8^ (32)(33)(31) w««r *w«wn lt|W prigrlw 12.03.76

Ruotsi-Sverige(SE) 7603238-2 (71) Boliden Aktiebolag, Sturegatan 22, Box 5508, 11*» 85 Stockholm,

Ruotsi-Sverige(SE) (72) Stig Arvid Petersson, Skel1eftehamn, Bengt Sune Eriksson, Skelleftehamn,

Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 Oy Koister Ab (5*0 Menetelmä raakakuparin valmistamiseksi - Förfarande för framstallning av bli sterkoppar

Keksinnön kohteen* on menetelmä raakakuparin valmistamiseksi sulfidipitoisista kupariraaka-aineista, sulattamalla sulfidipitoinen kupari raaka-aine epäjatkuvasti uunissa, jolloin muodostuu korkean kuparipitoisuuden omaavaa raakakiveä ja suhteellisen alhaisen kuparipitoisuuden omaavaa kuonaa, minkä jälkeen kuonasta ja kuparikivestä koostuva sula aines viedään kuumana-pitouuniln, jossa kuonaa käsitellään siten, että kuparipitoisuus edelleen alenee, minkä jälkeen sitä jatkuvasti lasketaan pois ja samalla lasketaan pois korkean kuparipitoisuuden omaavaa kuparlkiveä. Kuparikivi konvertoidaan sitten raakakupariksi sopivalla tavalla.

Raakakupacin valmistus sulfidipitoisesta kupariraaka-aineista valmistetaan periaatteessa seuraavat kolme vaihetta käsittävillä menetelmillä: pasutus, pasutteen sulatus ja kuparieulfidisulatteen konvertointi puhaltamalla happipitoista kaasua, tavallisesti ilmaa sulatteeseen samalla muodostamalla rautaoksideista kuonaa lisäämällä piidioksidia, kuten hiekkaa. Näille tavanomaisille menetelmille on_tjrp)illjL^täT, että ne ovat asteittaisia. Pasuttamal-la, so. kui^m^t^a!^--sulfidipitpi^en kuparixyaka-aine polttamalla rikkiä johtaen happea materiaaliin saadaan sulfidlrikln osittainen palaminen, joka säädetään sellaiseksi, että pasutteen rikkipitoisuus on riittävä seuraavassa sulatusproeessissa halutun kuparipitoisuuden omaavan kuparikiven muodostami- 2 66649 seen. Kuparikivi sisältää tavallisesti 30-40 $ kuparia ja 22-26 36 rikkiä.

Sen kemiallinen koostumus riippuu luonnollisesti aina käytetystä raaka-aineesta ja pasutusasteesta. Esitetyt arvot edustavat kuitenkin tavallisimmin esiintyvistä kupariraaka-ainelsta valmistetun kuparikiven arvoja.

Sulatuksessa muodostuu kuparikiven lisäksi myöe rautapitoista kuonaa, jfclle saadaan sopiva koostumus lisäämällä hiekkaa (Si02) ja joissakin tapauksissa pieniä määriä kalkkikiveä kuonan saamiseksi helppojuoksu!seksi. Kuona, joka tavallisesti sisältää noin 0,4 - 0,6 i» kuparia lasketaan pois ja varastoidaan. Joissakin tapauksissa kuona sisältää myös huomattavia määriä sinkkiä ja muita arvokkaita metalleja, jotka voidaan ottaa talteen kuonan poi8savustU8proses8eilla.

Kuparikiven kuparipitoisuus säädetään tavanomaisissa panoksittaisissa menetelmissä 30 - 40 $:ksi, koska suurempi kuparipitoisuus aiheuttaa suuremman kuparipitoisuuden kuonaan, mikä puolestaan aiheuttaa liian suuria kupari-häviöitä.

Kuparimateriaalin sulattamiseen on rakennettu erilaisia uuneja. Nämä ovat rakenteeltaan tavallisesti sellaisia, että kupariraaka-aine syötetään yhdessä kuonanmuodostajan kanssa uuniin ja sulatetaan siinä. Muodostuneen kuonan ja kuparikiven lasku voi tapahtua jatkuvana tai epäjatkuvana.

Tavallinen sulatusuunltyyppl on ns. lieskauunl, joka periaatteessa käsittää pitkänomaisen uunitilan, jossa on suorakaiteenmuotoinen pohja ja jota kuumennetaan öljy- tai kaasupolttimellä. Palamisen yhteydessä johdetaan joko ilmaa tai hapella rikastettua ilmaa. Lleskauunit on yhä useammin nykyisin korvattu muuntyyppisillä uuneilla, osittain taloudellisista syistä ja osittain ympäristösyistä johtuen, koska on osoittautunut erittäin vaikeaksi tehokkaalla tavalla käsitellä sulatuksessa muodostuvia rikkidioksidipitoifri* savukaasuja. Lieskauuneissa kehittyy nimittäin suuria kaasutilavuuksia, mikä aiheuttaa suurien ja kalliiden kaasunpuhdistuslaitteiden tarpeen.Eräs keino näiden ongelmien välttämiseen on materiaalin sulattaminen sähköenergian avulla. Sähkösulatusuuni käsittää sopivasti pitkänomaisen uunitilan, jossa on suorakaiteenmuotoinen pohja? ja jossa elektrodit, tavallisesti Söderberg-elektrodit, on upotettu sulatteeseen. Prosessin tarvitsema energia saadaan tällöin vastuskuumennuksella. Sähköuunit edustavat olennaista parannusta, joka on johtanut parempiin mahdollisuuksiin muodostuneiden kaasujen puhdistamiseksi ja talteenottamlseksi osittain johtuen siitä, että uunia voidaan käyttää tietyssä, säädettävässä alipalnetilassa, jolloin ympäristösuojelun kannalta haitallinen vuoto vältetään ja siitä, että kaasutilavuuksia voidaan lieskauu-niin verrattuna pienentää, mikä tekee mahdolliseksi pienempimittaisten kaasun-puhdistuslaitteistojen käytön. Sähkösulatuksella on kuitenkin rajoittavana 3 66649 tekijänä, että gen edellytyksenä on haiven sähköenergian saanti.

Yllä mainituilla sulatusnenetelmlllä saadaan tavallisesti kuparikiveä, jonka kuparipitoisuus on 30-40 sekä poistuvaa kuonaa, jossa on 0,4-0,8 ?£ kuparia, ja joka otetaan talteen. On kuitenkin toivottua valmistaa kuparikiveä, jonka kuparipitoisuus on mahdollisimman korkea itse sulatuksen adkana 60-77 edullisesti 65-75 i° Cu, mutta tämä ei tähän asti tunnetuilla kuparin-sulatusmenetelmillä ole ollut mahdollista johtuen kuparihäviöistä kuonan mukana. Konvertoitaessa alhaisen kuparipitoisuudenomaavaa kupariklevä epäjatkuvasti toimivassa Pieroe-Smith-konvertterissä tai aikaisemmilla tunnetuilla jatkuvilla menetelmillä saadaan nimittäin erittäin suuria kuonamää-riä, jotka sisältävät 4-6 # kuparia, joka kuona on vietävä takaisin sulatus-prosessiin tai jäähdytettävä, murskattava ja vaahdotettava kuparisisällön talteenottamiseksi. Tämä aiheuttaa huomattavia kustannuksia. Toisena haittana kuparikonvertoinnissa on, että osa kuonan rautaslsällöstä hapettuu muodostaen magnetiittia, joka korkean sulamispisteensä johdosta laskeutuu sulatusyksikön pohjalle kuonaa palautettaessa.

Käytännössä on osoittautunut, että jos kuparikiven kuparipitoisuus sulatuksessa korotetaan yli 40 #:n, tulee myös kuonan kuparipitoisuus niin korkeaksi, ettei kuparihäviöitä voida hyväksyä.

Toisena haittana yllä mainituilla sulatusmenetelmillä on, että kupari-materiaali on ennen uuniin syöttämistä sintrattava tai pasutettava. Viime vuosina on senvuoksi kehitetty uusia sulatusyksiköltä, joissa kuparirikasteet voidaan sulattaa suoraan ja joissa prosessiin viety lämpö saadaan rikasteen sisältämän rikin palamislämmöstä, so. sulatus tapahtuu ns· autogeeniseeti. Tällainen uuni on ns. liekkisulatusuuni, joka käsittää pystysuoran reaktiokuilun, vaakasuoran laskeutumisosan sulatteelle ja poistokaasuoean. Esikuumennettu ilma ja kuivattu rikaste johdetaan reaktiokuilun yläosaan. Kuilussa tapahtuu ilman hapen ja kuparirikasteen rikin välinen eksoterminen reaktio, jolloin hiukkaset kuumenevat sulamislämpötilaan ja putoavat sitten uunin laskeutumis-osaan, jossa ne muodostavat kuparikiveä ja kuonaa sisältävä sulatteen. Lasku tällaisista uuneista tapahtuu tavallisesti siten, että kuonaa lasketaan jatkuvasti ja kuparikiviä epäjatkuvasti. Kuparikiven kuparipitoisuutta voidaan säätää säätämällä hapen johtamista ja kuparipitoisuus on tavallisesti noin 60 # kuonan sisältäessä 0,8 - 2,0 96 kuparia. Koska näin korkean kuparipitoisuuden omaava kuona taloudellisista syistä on edelleenjalostettava, käsitellään kuonaa erityisessä uunissa, jossa kuparipitoisuus voidaan alentaa 0,4 - 0,8 #:iin.

Yllä mainitun tyyppisten uunien (Outokumpu) lisäksi voidaan vielä mainita IBCO-tyyppiset uunit, joiden toimintaperiaate on sama eroavuuden ollessa 4 66649 pääasiassa siinä, että Outokummun uunityypiseä käytetään esilämmitettyä ilmaa elatuksessa kuilussa, kun taas IlfCO-uunityypiesä käytetään hapella rikastettua ilmaa eikä käytetä liekkikuilua.

Llekkiuunien haittana on primäärisesti kuonaan joutuvien suurien kuparimäärien lisäksi se, etteivät ne sovi romun ja/tai oksidimateriaalln sulatukseen.

Aikaisemmin tunnetuilla menetelmillä valmistettu kuparikivi viedään sitten kuparikonvetteriin, jossa tavallisella tavalla puhaltamalla ilmaa tai happipitoista kaasua hapataan jäljellä oleva rikki, jolloin muodostuu raaka-kuparia ja rikkidioksidia.

Viime vuosina on kehitetty useita jatkuvatoimisiamenetelmiä, joissa yhdessä ainoassa uuniyksikössä tai useissa yhteenrakennetuissa yksiköissä suoritetaan kupariraaka-aineen sulatus, raaka-aineen sisältämän raudan kuo-naus ja muodostuneen kuparikiven konvertointi raakakupariksi. Raakakupari ja kuona lasketaan tavallisesti jatkuvasti uunista. Jatkuvan kuparinvalmistus-menetelmän on kuvannut esimerkiksi jo 1698 Garretson US-patenttljulkaisussa 996 992, jossaanetelmässä samassa uunissa suoritetaan sulatus ja konvertointi kupariksi sekä muodostuneen kuparin erottaminen kuonasta.

Tässä amerikkalaisessa patenttijulkaisussa on siten esitetty jatkuva sulfidien sulatus polttoaineen avulla kuumennetussa uunissa, jossa on pitkä, kapea hieman kalteva pohja Saatu kuparikivi valuu siten jatkuvasti yhteen tai useampaan erilliseen, mutta toistensa kanssa yhteydessä olevaan konvertteriin, jjtka on sijoitettu sarjaan uunin toiseen päähän. Kuparikivi puhalletaan jatkuvasti «talliksi ja lasketaan pois. Saatu kuparlkas kuona virtaa jatkuvasti takaisin vastavirtaan kuparikiven suhteen sulatusuunin kautta erilliseen, mutta uunin kanssa yhteydessä olevaan kuonanerotusvyöhykkeeseen uunin toisessa päässä, missä Ββ kuumennetaan Ja pelkistetään puuhiilellä, jolloin pelkistetty kupari liittyy kuparikiveen, joka erotetaan Ja virtaa takaisin uuniin, minkä jälkeen päin puhdistettu kuona lasketaan pois.

US-patenttijulkaisussa 2 666 107 (INCO) on vuonna 1994 kuvattu auto-geenlnen kupari- ja nikkelisulfldirlkasteen sulatus suihkuttamalla kuivia sulfideja hapen ja mahdollisesti myös ilman kanssa sekä sulateaineen kanssa suljettuna uuniin. Ruparikiveä tai valkometallia ja kuonaa muodostuu jatkuvasti ja kerääntyy uunin pohjalle, minkä jälkeen kuparikivi tai valkometalli lasketaan uunin toisesta päästä ja kuona toisesta päästä. Metalleja paljon sisältävä kuona puhdistetaan vastavirtaan kuparikivemn nähden. Kuona saa kulkea uunissa olevan kynnyksen yli, jolloin se saadaan eroon kuparikivestä, valkometallista ja «ehdollisesti muodostuneista metalleista, minkä jälkeen kuonaa käsitellään sulan kuparikiven pisaroista muodostetulla suihkulla, 66649 5 jossa on alhainen kuparipitoisuus mutta korkea rautasulfldipitoi8Uuef ja näin pesty kuona lasketaan pois. US-patenttijulkaisuissa 3 004 046, 3 030 201, 3 069 254,,3 468 629, 3 516 818, 3 615 36l ja 3 615 362 (INCO) kuvataan kupari-, nikkeli- ja lyijysulfidimateriaalln kaiva rt oi nti vastaaviksi metalleiksi pyörivissä uuniykeiköissä. Tähän uuniin johdetaan happea puhaltamalla ylhäältäpäin käyttäen alassuunnattuja kaasupuhallusputkia prosessi-kaasujen johtamiseksi sulaa pintaa vastaan ja sulatteen lävitse, joilla kaasuilla on säädetty koostumus ja lämpötila. Tärkeänä pidetään, että tapahtuu riittävää sekoitusta, jotta saataisiin tehokas kosketus kaasun, kiinteän aineen ja nesteen välille uunissa, mikä tehokkaasti edistää raudan, rikin ja epäpuhtauksien, esim. antimonin ja arsenikin poistumista. Tätä periaatetta sovelletaan käyttämällä pyörreliikkeessä olevaa haudetta, joka lisää lämmönsiirtymistä ja kemiallisten reaktiöiden nopeutta johtuen kuonan ja sulfidifaasin välisten diffuusiobarriaarlen huomattavasti vähenemisestä, Julkaisun Vaste» Miner, marraskuu 1975, s. 16-19 mukaan on Kanadassa suunnitteilla yllä mainittua menetelmää käyttävä kuparinvalmistuslaitos.

R.Rchuman Jr:n artikkelissa "A survey of the Thermodynamics of Copper Smelting", Transactions ΑΙΜΕ voi. 188, 1950, s. 8, on esitetty kupari-ja rautasulfidien sulatuksessa ja konvertoinnissa kuparimetallin ja kuonan muodostamiseksi esiintyvien olosuhteiden termodynaaminen analyysi. Artikkelista ilmenee mikä merkitys hapen ja rikin aktiviteetilla on systeemissä, ja mitkä ovat ne tekijät,joilla on suurin merkitys kuparinsulatusmenetelmien termodynaamisille olosuhteille. Julkaisussa osoitetaan, että tyypillisissä kuparlkivi-kuonasyeteemelssä tasapainopainetta voidaan vaihdella laajoissa ra -joissa. Tämä osoittaa, että on valkeata optimoida kuonan ja kuparikiven kupari-pitoisuutta sellaiseksi, että pitoisuus kuonassa tulee riittävän alhaiseksi ja kuparipitoisuus kuparikivessä riittävän korkeaksi. Systeemin tasapainossa hapen osapaine on riippuvainen kolmesta stöklometrisesta tekijästä, jotka määräytyvät systeemiin viedyn materiaalin mukaan, nimittäin kuparikivipitoi-suudesta, plidloksldlpltolsuudesta kuonassa ja hapen ja raudan suhteesta, jolloin piidioksidin happea ei lasketa mukaan, sekä lämpötilasta.

Viime vuosina on ehdotettu monia eri mmxetelmiä niiden ongelmien ratkaisemiseksi, jotka liittyvät pyrometallurglseen sulfidirikasteen muuttamiseen metalliksi jatkuvalla menetelmällä,esim. US-patenttijulkaisujen 3 326 671 (Voro»), 3 542 352 (Koranda) ja 3 687 656 (Metallgesellsohaft) mukaan.

Ponnisteluista huolimatta el kaikkia ratkaisevia esteitä ole saatu tyydyttävästi poistettua. US-patenttijulkaisussa 3 326 671 on esitetty joukko erilaisia uunirakenteita prosessille, joka perustuu ajatukseen käyttää kolmeen 66649 6 vyöhykkeeseen jaettua uunia. Käyttämällä ylhäältä alaspäin suunnattuja puhallus putkia esiintyy uunissa ilman erillistä sekoitusta käyttövaikeuksia ja -rajoituksia lähinnä johtuen siitä, että reaktiot tapahtuvat hitaasti. Jos kaaeunopeutta uunin lävitse korotetaan tehokkaamman reaktiokulun aikaansaamiseksi, tapahtuu prosessissa suuria ainehäviöltä, varsinkin uunia syötettäessä kuivalla sintraamattomalla rikasteella. (Vrt. US-patenttiJulkaisu 3 326 671, s. 9 rivi 31)· Edelleen menetelmässä on suuria vaikeuksia saada kuonaa, Jonka kuparipitoisuus on riittävän alhainen, koska on vaikeata samassa uuniykeikös-s ä samanaikaisesti työskennellä vakavasti hapattavassa vyöhykkeessä läheisessä kosketuksessa vahvasti pelkistävään vyöhykkeeseen siitä huolimatta, ettei pelkistävässä vyöhykkeessä oleva kuona ole suorassa kosketuksessa kuparikiven Ja tai valkometallin (so. korkean kuparipitoisuuden onaavien faasien) kanssa johtuen erilaisista kynnyksin varustetuista uunlrakenteista.

US-patenttiJulkaisun 3 342 352 mukaan käytetään rikasteen sulatuksessa myötävlrtamenetelmää, kun taas kuparin erottamisessa kuonasta sen jälkeen, kun kuona on kulkenut kynnyksen yli käytetään vastavirtamenetelmää kosketuksen välttämiseksi valkometallin ja kuparin välillä. Kuparin erottamiseksi kuonasta kuonaan puhalletaan pelkistävää kaasua, jolloin kupari pelkistyy ja valuu takaisin valkometallin ja kuparin muodostamaan pääosaan, joka on kerääntynyt uuniin ennen kynnystä, josta se jatkuvasti keketaan pois. Myös kuona lasketaan pois jatkuvasti. Yllä luvatun prosessin haittana on, että kuonasta pelkistämällä saatu kupari liuottaa myös raaka-aineeseen sisältyviä epäpuhtauksia, kuten antimonia ja vismuttia, jotka voivat seuraavassa raaka-kuparin elektrolyyttisessä puhdistuksessa aiheuttaa vakavia häiriöitä* Lisäksi saatu kuona sisältää suhteellisen korkeita kuparimääriä, mistä johtuen sitä on laskun jälkeen käsiteltävä joko vaahdottamalla tai sulfidipesulla erillisessä uunissa. Kuonan kuparipitoisuus on 9 - 12 jota pitoisuutta voidaan jonkin verran laskea pelkistyksellä.

US-patenttijulkaisussa 3 ^87 636 (Metallgesellschaft) kuvataan puoli-jatkuva menetelmä, jossa mutkikkaiden käsittelyvaiheiden sarja suoritetaan peräkkäin monikammioyksikössä,jossa puhallus tapahtuu ylhäältäpäin käyttäen alassuunnattuja kaasupuhallusputkia.

Saksalaisessa hakemusjulkaisussa 2 322 316 (Mitsubishi) esitetään menetelmä raakakuparin valmistamiseksi jatkuvasti kolmessa erillisessä vaiheessa, jotka käsittävät sulatusuunin, kuonanpuhdistusvunlnja konvertterin. Verrattuna muihin jatkuviin kupariprosesseihin saadaan menetelmällä parempi kuonausprososein säätö. Epäkohtana on kuitenkin, että jatkuvasti toimivaa sulatusuunia voidaan käyttää vain hapettavissa olosuhteissa, mikä aiheuttaa kuonan muodostumisen, jonka kuparipitoisuus on korkea. Julkaisun selityksen-sen mukaan kuparisulfidlraaka-aineen sulatuksessa ei noin 60 5&:n kuparipitoisuutta ylitetä, koska korkeampi kuparipitoisuus raakakuparissa aiheuttaa 66649 7 erittäin korkeita kuparipitoisuuksia kuonassa, joka johdetaan edelleen kuonan-puhdistueuunlin. Koska sulatus tapahtuu hapettavasti, saadaan kuonaan korkeita magnetiittipitoisuuksia, mikä tekee kuonasta erittäin huonosti valuvan ja vaikeasti käsiteltävän.

Äskettäin julkaistussa menetelmässä, jota nimitetään KIVCET,

Erzmetall, 26, s. 313-322 (1975)· johdetaan kompleksisia kuparirikasteita uunitilaan pyörteenä ja sulatetaan siinä, jolloin sulate jakautuu mainitun uunitilan ja toisen uunitlan kesken, jossa toisessa uunitilassa ylläpidetään pelkistäviä olosuhteita, jolloin esim* sinkki ja muut epäpuhtaudet höyrystyvät. Sulatus tapahtuu ensimmäisessä uunitilassa hapettavasti ja savukaasut Imetään puhdistuslaitokseen. Toisessa uunitilassa on vahvasti pelkistävä kaasukehä, minkä vuoksi pääosa metalliepäpuhtauksista joutuu kuparikivifaasiin, sinkin ja lyijyn ollessa kuitenkin poikkeuksia,koska ne haihtuvat kaasumaisina. Erityisolosuhteissa voivat myös tina ja arsenikkihaihtua. Uuni ei rakenteeltaan kuitenkaan sovellu molempien uunitilojen olosuhteiden säätelyyn, ja ehdollisuushaluttujen olosuhteiden saavuttamiseen lienee rajoitettu varsinkin toisessa uunitilassa.

Kivcet-menetelmän kuparirikasteen sulatuksessa käytettyjen hapettavien olosuhteiden vuoksi siinä muodostuu huomattavia määriä magnetiittia, minkä vuoksi lämpötila on pidettävä erittäin korkeana, l600-1800°C:ssa, jotta saataisiin juokseva kuona. Korkea lämpötila on suuri epäkohta energiankulutuksen vuoksi ja aiheuttaa lisäksi suuria materiaaliongelmla.

Huolimatta suuresta tunnettujen menetelmien määrästä kuparin valmistuksessa on yllättäen ollut mahdollista kehittää uusi «mietelmä,jossa on suuri joukko etuja aikaisempiin, tunnettuihin menetelmiin verrattuna.

Keksinnön kohteena on menetelmä raakakuparin valmistamiseksi sulattamalla sulfidipitoista kupariraaka-ainetta pyörivässä,kaltevassa asennossa de-vasea uunissa hapen ja kuonanmuodostajan läsnäollessa ja konvertoimalla kuparikivi sinänsä tunnetulla tavalla raakakuparikoi, jolle menetelmälle on tunnusomaista että raaka-aineen sulatus tapahtuu viemällä pyörivään, kaltevamme asennossa olevaan uuniin sama-aikaisesti kupariraaka-ainetta, kuonan-muodostajaa ja lappea ja että hapenllsäys keskeytetään, kun vähintään 75 i° kupariraaka-alneesta on lisätty, minkä jälkeen sulatetta käsitellään pelkistys-aineella, että sulate viedään panokslttain kuumanapitouuniln, jossa muodostunut kuparikivi ja muodostunut kuona erotetaan, että muodostunut kuona pelkistetään ja lasketaan pois ja että muodostunut kuparikivi viedään konvertteriin.

Uusi menetelmä käsittää yllättävän yhdistelmän sinänsä tunnettuja vaiheita, jolla yhdistelmällä on saatu mahdolliseksi tuottaa kuparia sangen erilaisista raaka-aineista, kuten esim. rikasteista, kuparipitöisistä tuhkista 6664 9 ja kupariromusta. Menetelmässä sulfidipitoista kupariraaka-ainetta viedään pyörivään uuniin, jossa on kaltevassa asennossa oleva pyörimisakseli, jossa uunissa raakamaina sulatetaan happea ja kuonanauodostajaa lisäten, jolloin tietenkin on pidettävä huolta siltä, että rikkipitoisuus ja johdetun kaasun happipitoisuus osat riittävät sulatuksen aikaansaamiseksi. Happipitoisuus voi siten vaihdella rajoissa 25 - 100 $, edullisesti 30 - 50 Saatua kupariki-veetä ja kuonasta koostuvaa sulatetta käsitellään sitten pelkistysaineella. Koko sulate, kuparikivi ja kuona, viedään tämän Jälkeen kuumanapitouuniin, jossa kuona ja kuparikivi erotetaan. Kuonaa edelleen käsitellään kuumanapi-touunissa kuparipitoisuuden alentamiseksi, minkä jälkeen kuona lasketaan pois mahdollisesti käsiteltäväksi poissavustusuunissa sinkin taltsanottamiseksi. Kuparikivi viedään konvertteriin, jossa se konvertoidaan raakakupariksi sinänsä tunnetulla tavalla. Pelkistävällä käsittelyllä magnetiittipitoi-suus voidaan alentaa noin 2 ^tiin, jolloin saadaan helppjuoksuinen kuona. Pyörimisliikkeen johdoeta sinkin poissavustus voidaan estää myös näissä alhaisissa magnetiittipitoisuukslssa, mikä ei ole mahdollista tavanomaisissa menetelmissä.

Hapen johtaminen lopetetaan sopivasti, kun ainakin 75 f» edullisesti ainakin 85 kupariraaka-aineesta on viety uuniin. Jäljellä oleva sulfidipitoinen kupariraaka-aine vaikuttaa tämän jälkeen pelkistyeaineena. Vaihtoehtoisesti voidaan hapen lisäyksen aikana kuitenkin viedä koko kupariraaka-ainemäärä, minkä jälkeen lisätään pelkietysainetta, kuten koksia, hiiltä, öljyä, rikkiklisua, kuparikiisua tai magneettiklisua. Sulatuksen aikana lämpötila pidetään 1100 - 1500°C:ssa, edullisesti 1150 - 1250°C:ssa. Ennen kupariraaka-aineen lisäämistä uuni on kuumennettava polttimon avulla vähintään 900°Ciseen,

Kuumanapltouunissa lämpötila pidetään 1150 - 1250°Cissa polttimon tai vastuskuumennuksen avulla. Kuonan kuparipitoisuuden alentaminen tapahtuu kuumanapltouunissa lisäämällä sulfidirikastetta, koksia hiiltä tai polttamalla polttoainetta pelkistävällä liekillä.

Uudella menetelmällä on uusia ja yllättäviä etuja, joita ammattimiehet eivät kumma kyllä ole aikaisemmin havainneet, vaikka tunnetuissa menetelmissä esiintyvät ongelmat ovat olleet ilmeisiä.

Prosessin tarvitsema energiamäärä on alhainen, koska sulatukseen tarvittava lämpö saadaan polttamalla kuparirikasteeseen sisältyvää rikkiä, ns. autogeenisulatuksella. Sulatukseen voidaan käyttää joko tavanomaisista pasu-tusuuneista saatua pasutetta tai kuparirikastetta, joka voi olla myös kosteata. Autogeenieulatukseesa saadaan huomattava lämpöylimäärä varsinkin käytettäessä puhdasta happea, ja tämä lämpöylimäärä voidaan käyttää kuparironrun sulattamleeen ja/tai ottaa talteen polstokaasuhöyrykattilaeBa. Sulatusprosen- 66649 9 siä voidaan sopivasti kauko-ohjata säätöhuoneesta, minkä vuoksi yhdenkään henkilökuntaan kuuluvan ei tarvitse pysytellä reaktorihallissa, mistä johtuen prosessi tekee mahdolliseksi hankalien työympäristöongelmien ratkaisemisen. Lisäksi itse sulatusyksikkö voidaan tehdä vaihdettavaksi, jolloin korjaukset, kuten uudelleenmuuraus, voidaan suorittaa siihen sopivissa tiloissa, mikä edelleen parantaa työympäristöä. Koska reaktorihalli voidaan rakentaa suljetuksi on proseseikaasujen talteenotto ja puhdistus helpottunut, ja siten vältetään ympäristön saastuminen.

Sulatusyksikkönä käytetään pyörivää uunia, joka käsittelyn aikana pyörii kaltevassa asennossa olevan akselinsa ympäri. Esimerkkinä tällaisesta uunista on Kaldo-konvertteri, jota nimitetään myös päältä puhalletuksi rotaa-tiokonvertteriksi (top blvn rotary converter). Tällainen konvertteri pyörii rellaisella nopeudella, että pyörivä seinä tempaa mukaansa sulatteen ainesta, joka putoaa sulatteeseen pisarasateena, jolloin saadaan erityisen tehokas kosketus sulatteen ja sen yläpuolella olevan kaasufaasin kesken, mikä tekee mahdolliseksi erittäin nopeat reaktio ja nopean tasapainon saavuttamisen sulatteen eri osien välillä. Nopeus lasketaan sopivasti uunin lieriönmuotoisen osan sisäseinämän kehänopeutensa. Tämän nopeuden tullsiolla 0,5 - 7 m/s, edullisesti 2-5 m/s. Tämä vastaa uunin halkaisijana riLippuen kierrosuopeutta 10 - 60 kierrosta/min. Suurella uunilla, jonka halkaisija on suuruusluokkaa 5 a, sopiva kehänopeus saavutetaan jo kierrosnopeude11a 10 kierrosta/min, kun taas erittäin pienillä uuneilla, joiden läpimitta on alle 1 m, kierros-nopeuden on oltava yli 40 kierrosta/min. Kaldokonvertteri on seikkaperäisesti kuvattu esim. julkaisussa Journal of Metals, huhtikuu 1966, s. 4Θ5 - 490, ja Stahl und Eleen 66 (1966), s. 771 - 782.

Kaldokonvertteri koostuu siten lieriömäisestä osasta ja kartiomaises-ta huippuosasta. Konverttesissa on tulenkestävä muuraus ja elimet, joilla aikaansaadaan kierto nopeudella 10- 60 kierrosta/min, esim. järjestettyinä kitkavetolaitteena tai hammaspyöräkehänä uunin ympärillä sekä sopivina käyttö-eliminä tämän yhteydessä. Koko pyörivä konvertteri ja sen klertolaitteisto on järjestetty kallistettavaksi, jotta uunista voidaan laskea pois materiaalia. Muuten kaldo-uuni varustetaan tavallisilla lisälaitteilla, kuten panostuslait-teilla, kaaeunpuhallu8putkilla,kaa8unpuhdlstuelaittei8tolla ja säätölaittein-tolla.

Panoksittain tapahtuvassa sulatuksessa pyörivässä uunissa, jossa on kalteva-aaentoinen pyörimisakseli, saadaan suhteellisen nopeita reaktiotapah-tumia, ja prosessia voidaan helposti ohjata tietokoneella, mikä mahdollistaa prosessin nopean muuttamisen sisäänviedyn raaka-aineen vaihtelujen mukaan. Menetelmällä on siten suurena etuna , että sitä voidaan käyttää monien erilaisten raaka-aineiden sulatukseen ja saada näille raaka-aineille halutun 10 66649 tuloksen tuottava metallurginen käsittely.

Kuuaanapitouunina käytetään sopivasti vaakasuorassa olevaa uunitilaa, esimerkiksi pitkänomaista uunitilaa, jossa on suorakaiteenmuotoinen pohja ja jonka panostus tapahtuu toisessa päässä ja kuona ja kuparikivi erottuvat kulkiessaan uunin lävitse. Kuona lasketaan pois uunin toisesta päästä, minkä johdosta kuona tulee kulkemaan panostuspäästä kuonanpoistopäähän. Tämän kuljetuksen aikana kuonaa käsitellään lisäämällä rikastetta ja/tai pelkistysoinette, kuten koksia tai hiiltä. Lisäksi voidaan käyttää pelkistävää kaasuliekkiä pelkistyskäsittelyyn. Näin kuparipitoisuus kuonassa voidaan saada erittäin alhaiseksi. Menetelmä mahdollistaa myös riittävän pitkän käsittelyäjän käytön, vaikka prosessi sulatusvaiheessa onkin suhteellisen nopea.

Kuumanapitouuniln viedään lämpöä käyttämällä sähkövastuskuumennusta Söderberg-elektrodeilla tai kaasupolttimen avulla, jolloin siihen voidaan yhdistää kuonan pelkistävä käsittely.

Kuparikivi, joka sisältää erittäin korkeita kuparipitoisuuksia, 65 - 75 $>t viedään sitten konvertteriin, joka on esim. tavanomaista PS-tyyp-piä. Konvertointi voi tapahtua myös Kaldo-konvertterissä, jos tätä pidetään sopivana, siinä samanaikaisesti suoritettavien tiettyjen metallurgisten käsittelyvaiheiden, kuten antimonipuhdistuksen tms. suoritusmahdollisuuden vuoksi. Tavallisten konverttorien käyttöä pidetään kuitenkin edullisempana niissä tapauksissa, joissa ei ole kysymyksessä erityisolosuhteet. Kuparikiven korkean kuparipitoisuuden vuoksi muodostuu konvertoinnissa pieniä määriä kuonaa, mikä aiheuttaa huomattavia taloudellisia säästöjä aikaisempiin menetelmiin verrattuna, koska konverttorikuona on aina erittäin kuparipitoista, se sisältäessä tavallisesti 6 - 8 $ kuparia.

Kuparikivi voi sisältää 18 - 77 $ kuparia, kun se tavallisissa kaupallisissa menetelmissä sisältää 30 - 60 $ kuparia. Noin 75 $ kuparia sisältävää kuparikiveä voidaan nimittää myös väkevöidyksi kuparikiveksi eli valkometallik-si.

Esillä olevan keksinnön mukainen prosessin suoritus on siten erittäin joustava.

Kun itse sulatusyksikkö voidaan vaihtaa, vältetään korjausten aiheuttamat tuotantokatkot ja niitä harvinaisien tapauksia lukuunottamatta, jolloin kuumanapitouuni on korjauksen vuoksi pysäytettävä, laitteistoa voidaan käyttää jatkuvasti. On myös mahdollista tilapäisesti viedä kuparikivi pyörivästä uunista suoraan konverttoriin, vaikka tällöin saadaan jonkin verran huonompi kupari-saanto, koska kuonan kuparipitoisuus tulee olemaan jonkin verran korkeampi. Tällainen kuona voidaan haluttaessa panostaa kuumanapitouuniln tämän jälleen ollessa käytössä. Tämä on olennainen etu verrattuna suureen osaan kuparipro-sesseja, jotka perustuvat yhdistettyihin prosesseihin yhdessä tai useammassa erityisuunissa, joissa prosesseissa yhden ainoan prosessivaiheen seisautukeen 11 66649 vuoksi laitteisto on tyhjennettävä ja tuotanto täysin pysäytettävä. Menetelmä voidaan tehdä vielä riippumattomammaksi tuotantokatkoista käyttämällä useita sulatus yks ikköj ä.

Menetelmää valaistaan kuviolla,jossa pyörivään, kaiteva-asentöiseen uuniin 1 syötetään nuolen 2 kohdalla kupariraaka-ainetta. Kun lisäys on päättynyt ja sulatetta käsitelty pelklstysaineella, sekä kuparikivi että kuona viedään kuumanapitouuniin nuolen 4 osoittamassa kohdassa. Kuumanapitouu-ni st a 3 kuparikivi viedään nuolen 5 osoittamassa kohdassa konvertteriin 6 ja kuona kohdassa 7 sinkin poissavustukseen tai rakeistukseen ja varastoon. Konvertterista 6 kupari poistetaan nuolen 8 oeoittamassakohdaesa. Konvertterissa muodostunut kuona palautetaan joko uuniin 1 tai kuumanapitouuniin 3 nuolen 9 osoittamassa kohdassa.

Seuraava esimerkki valaisee parhaiten keksintöä:

Esimerkki 1

Hienorakeista rikastetta ja kuonanmuodoetajaa, SiQ,,, esim. hiekkaa, syötettiin vesijäähdytteisellä puhallupputkilla jatkuvasti kaldo-uuniinf jonka kapasiteetti oli noin 5 tonnia ja samalla syötettiin happea tai hapella rikastettua ilmaa puhallusputkien lävitse sellaisena määränä, että saatiin halutun kuparipitoisuuden omaava kuparikivisulate. Happirikastus sisäänjohde-tussa ilmassa sovitettiin sellaiseksi, että lisätty materiaali voitiin sulattaa autogeenisesti, mikä saavutettiin puhallinilmalla, joka sisälsi 30 - 50 $ 02· Happipitoisuus on siten säädettävä rikasteen koostumuksen ja kosteuden mukaan, ja se voitansa pitää yleensä useimmilla materiaaleilla ilmoitetuissa rajoissa. Kun haluttu kuparipitoisuuskuparikivessä oli saavutettu, ilman puhaltaminen lopetettiin rikasteen syötön jatkuessa, jolloin vielä noin 10 $ rikastetta vietiin prosessiin. Käin saatiin kuonan kuparipitoisuus alenemaan. Felkintysvaiheen aikana uuni pidettiin kuumana happl/öljypolttimen avulla. Pelkistysvaiheen päätyttyä kuparikivi ja kuona laskettiin yhdessä suorakaiteenmuotoisen kuumanapitouunin toiseen päähän, johon uuniin lisättiin toiseen päähän sulfidipitoista ainetta kuonan kuparipitoisuuden alentamiseksi kuonassa ennen sen poislaskua alle 0,4 $:n sinänsä tunnetulla tavdla. Kuparikivi vietiin tavanomaiseen Pierce-Smith-konvertteriin, jossa se puhallettiin ilmalla kupariksi.

66649 12

ThIob $ Cu ^ ϊ1® % SiOg ^ Fe3°4 koenuaero 1 21 21 212

Kuparikivi ennen pelkis- 65 77 5,5 1 - - - tystä " pelkistyksen jäi- 63 74 6,5 1- ___ keen

Kuona ennen pelkistystä ^,0 ^ ^ ^ 32,5 7 14 " pelkistyksen jälkeen 0»8 0,9 34 35 33 33 5 7

Kuten kahden ensimmäisen kokeen tuloksista voidaan nähdä, voidaan kaldo-uunissa tapahtuneen sulatuksen jälkeen saada kuparikiveä, jonka kuparipitoisuus on erittäin korkea kuonan kuparipitoisuuden ollessa sangen alhainen, esillä olevissa tapauksissa £ 1 96. Aikaisemmlqea tunnetuissa menetelmissä ei näin alhaista kuparipitoisuutta kuonassa voida saavuttaa, vaikka kuparipitoisuus kuparikivesett on ollut huomattavasti alhaisempi. Kuonan alhaisesta kuparipitoisuudesta johtuen kuumanapltouunla voidaan käyttää jatkuvasti, koska kuparipitoisuuden alentaminen<0,4 56 tapahtuu erittäin nopeasti käyttämällä yllä mainittua kuonapasua rikasteella, koksilla tai pelkistävällä liekillä.

Claims (15)

13 6 6 6 4 9 Patenttivaatimukset t

1. Menetelmä raakakuparin valmistamiseksi sulattamalla sulfidipitoista kupariraaka-ainetta pyörivässä,kaitevasea asennossa olevassa uunissa hapen Ja kuonanmuodostajan läsnäollessa Ja konvertoimalla kuparikivi sinänsä tunnetulla tavalla raakakupariksi, t u n n e t tu siitä, että raaka-aineen sulatus tapahtuu viemällä pyörivään, kaltevassa asennossa olevaan uuniin samanaikaisesti kupariraaka-ainetta, kuonanmuodostajaa Ja happea Ja että hapenlisäye keskeytetään, kun vähintään 73 $> kupariraaka-aineesta on lisätty minkä Jälkeen sulatetta käsitellään pelkistysaineella, että sulate viedään panoksittain kuumanapitouuniin, Jossa muodostunut kuparikivi Ja muodostunut kuona erotetaan, että muodostunut kuona pelkistetään Ja lasketaan pois Ja että muodostunut kuparikivi viedään konvertteriin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että kuonaa kuumanapitouunissa käsitellään lisäämällä sulfidirikastetta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n n e t ti siitä, että hapenlisäys lopetetaan, kun vähintään 85 $ kupariraaka-aineesta on lisätty.

4· Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että happi Johdetaan uuniin sulatuksen aikana kaasuna,Joka sisältää 30 -50 io happea.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että sulatteen kuparipitoisuus, kun se siirretään kuumanapitouuniin pidetään 60 - 77 i°:ssa.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että pelkistys pyörivässä kaltevassa asennossa olevassa uunissa suoritetaan siten, että kuparipitoisuus kuonafaasissa Jää alle 2 edullisesti alle 1 °β>,

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että kuparipitoisuus kuonassa kuumanapitouunissa eaadaan pelkistämällä alenemaan alle 0,5 $:n. Θ. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että sulatetta käsitellään sulatettaessa Jollakin seuraavista pelkistysai-neista: koksi, hiili,öljy, luonnonkaasu, rikkikiisu, kuparikiisu tai magneet-tikiisu.

9· Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila sulatuksessa pidetään 1100- 1300°C:ssa.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siltä, että lämpötila pidetään ll50 - 1250°C:ssa. 6664 9 14

11. Patent ti vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila kuumanapitouunieea pidetään 10Θ0 - 1250°C»ssa.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että pyörivä kaltevassa asennossa oleva konvertteri pyörii siten, että kehänopeus uunin lieriömäisellä sisäseinällä on 0,5 - 7 m/s.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että kehänopeus on 2 - 7 m/s.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että uuni on kuumennettu yli 900°C:n lämpötilaan ennenkuin kupari raaka-aineen panostus aloitetaan. 13* Patenttivaatimuksen 1 ja 11 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että lämpötila kuumanapitouunissa ylläpidetään sähkövastuskuumennuk-relia tai polttamalla polttoainetta.

16. Patenttivaatimuksen 1 ja 7 mukainen menetelmä, t u n n e t tu siitä, että pelkistys kuumanapitouunissa suoritetaan koksilla tai hiilellä tai pelkistävällä liekillä. 15 666 4 9