FI71955B - Rostning av kopparanrikningar - Google Patents

Description

71955

Kuparirikasteiden pelkistys

Keksinnön kohteena on menetelmä kuparin talteenottamiseksi kuparipasutteesta

Perinteiset kuparin talteenottomenetelmät kuparia ja/tai kuparirautaa sisältävistä rikasteista käsittävät niiden sulattamisen kuonaa muodostavien lisäaineiden kanssa lieska-uunissa tai liekkisulatusuunissa kuparirautasulfidia sisältävän kuparikiven muodostamiseksi. Tätä kuparikiveä puhalletaan sitten ilmalla, ns. konvertointivaihe, raakakuparin muodostamiseksi, mikä edelleen puhdistetaan liekkiraffinoinnilla ja valetaan sitten anodeiksi viimeiseksi tapahtuvaa elektrolyyttistä kuparin puhdistusta varten.

Tässä perinteisessä kuparin talteenottamismenetelmässä on se merkittävä haittapuoli, että rikki poistuu rikkidioksidina menetelmän monessa eri vaiheessa. Pääosa lieskasulatuksen aikana poistuneesta rikistä on konsentraatiotasoltaan niin alhaista, ettei ole yleensä käytännöllistä ottaa talteen poistunutta rikkidioksidia sivutuotteiden, kuten rikkihapon, nestemäisen SC>2 tai alkuainerikin talteenottamiseksi. Tämä rikkidioksidi poistuu yleensä ympäröivään ilmaan ja on siten hukkaan heitettyä. Lisäksi tämän rikkidioksidin poistuminen ympäröivään ilmaan lisää ilman laadun huononemista. Edelleen perinteinen kuparin sulatus edellyttää, että sulanut kupari-kivi ja kuona kuljetetaan kauhalla konverttereiden ja primäärisen sulatusyksikön (esim. lieskauunin tai liekkisulatusuunin) välillä. Näitten kuljetusten aikana sulanut kuparikivi- ja kuonafaasit voivat savuta runsaasti aiheuttaen yhdessä poistuneen rikkidioksidin kanssa työpaikalla ympäristöongelmia. Ilmastointi ja kaasunpuhdistuskustannukset yhdistettynä riittävän suojan takaamiseksi sekä työpaikalla että ympäristössä edustavat varsin huomattavia kustannuseriä nykypäivän sulatoille.

71955

Viime vuosina on esitetty useita keinoja prosessitalouden ja kuparisulfidimalmien sulattamisen parantamiseksi. Tässä yhteydessä on referoitu US-patentteja 3 589 892, 3 799 764, 3 857 701 ja 4 006 010 esimerkkeinä vaihtoehtoisista prosesseista esittäen samalla eräitä haittapuolia, joita liittyy perinteiseen kuparisulf idin sulatukseen. Huolimatta eduista, joita on saavutettu, näillä menetelmillä on rajoituksia ja/tai haittapuolia, jotka on helposti havaittavissa verrattuna tämän hakemuksen mukaiseen menetelmään.

Esimerkiksi US-patentissa 4 006 010 esitetään tarkoin muodoiltaan määritelty sulatusuuni, jolloin prosessin mekaaninen monimutkaisuus lisääntyy, ja tämä puolestaan samanaikaisesti vähentää prosessin joustavuutta. Lisäksi vaaditaan uunisulatusoperaatiota varten vaihe panoksen valmistamiseksi, jolloin pääomakustannukset ja prosessivaiheet lisääntyvät.

US-patentissa 3 857 701 on turvauduttu sähköuunisulatukseen, mikä taas vähentää prosessin joustavuutta, lisää prosessin mekaanista monimutkaisuutta ja edelleen lisää huomattavasti engergiakustannuksia.

Näiden ja muiden syiden vuoksi on olemassa tarve uudesta ja parannetusta menetelmästä kuparirikasteiden käsittelemiseksi pyrometallurgisin menetelmin kuparin talteenottamiseksi.

Esillä olevalle keksinnölle on tunnusomaista, että käytetään hienojakoista kuparipasutetta, jonka partikkelikoko on pienempi kuin noin 23,6 aukkoa (60 US-mesh), ja syötetään pasute pelkistävään cm liekkisulatusvyöhykkeeseen siinä tapahtuvaa pelkistystä varten, jolloin pasute syötetään mainittuun vyöhykkeeseen happea sisältävän kaasun ja pelkistysaineen kanssa ja jolloin kaasua ja pel-kistysainetta on läsnä riittävässä määrin aikaansaamaan pasutteen pelkistyksen, jolloin syntyy raakakuparia.

Keksinnön toisessa sovellutusmuodossa kuparirikaste perkipasutetaan ja siten saatu kuparipasute saatetaan alttiiksi pelkistävälle liekkisulatukselle.

71955

Energiatarpeitten vähenemisen, vähenevien ympäristöhaittojen ja kaasun käsittelyn yksinkertaistumisen ohella tämän keksinnön mukainen menetelmä välttää perinteisen sulatus-ongelman, jossa vaaditaan hapettavia olosuhteita rikin polttamiseksi pois ja raudan hapettamiseksi ja samanaikaisesti vaaditaan pelkistäviä olosuhteita kuparihäviöiden minimoimiseksi sulissa kuonissa pitämällä huoli kaiken raudan hapettumisesta ja kaiken kuparirikasteessa läsnäolevan rikin poistamisesta yksinkertaisella menetelmävaiheella, edullisesti leijukerrospasutusvaiheella, jota seuraa kaiken pasutetun tuotteen kuparimäärän pelkistys perkipasutetun pasutteen pelkistävällä liekkisulatuksella käyttäen happea koksin, kivihiilen tai muun pelkistävän aineen avulla. Sen jälkeen saatu kupari käsitellään perinteisellä liekkiraffi-noinnilla ja valetaan anodikupariksi seuraavaa elektrolyyttistä puhdistusta varten.

Keksinnön parempi kuvaus kaikkine vaihtoehtoineen esitetään seuraavassa yksityiskohtaisessa selostuksessa yhdessä mukana olevan piirustuksen kanssa.

Oheinen kuva esittää virtauskaaviota keksinnön mukaisen paremman sovellutusmuodon toteuttamiseksi.

Viitaten nyt piirustukseen, kuparirautasulfidirikaste johdetaan putkessa 1 pasutusvyöhykkeeseen, missä se pasutetaan sellaisissa olosuhteissa, että oleellisesti kaikki pasutus-uunin poistokaasussa oleva rikki poistuu johtoa 2 pitkin, kuten myös muiden haihtuvien epäpuhtauksien, kuten esim. vismutin, seleenin, arseenin ja antimonin poistamisen edistämiseksi, näitä kun yleensä esiintyy kuparirautasulf idirikasteissa.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti parannettu pasutusmene-telmä on leijukerrospasutus, johon voidaan syöttää yhtä hyvin kuivia kuin märkiä rikasteita. Näin ollen malmi-rikaste voidaan syöttää putkea 1 pitkin suoraan perki-pasutusvyöhykkeeseen, jolloin ei esiinny tarvetta malmi- 4 71955 rikasteen kuivattamiseksi eikä tätä varten tarvittiin laitteisiin, eikä myöskään kuivausoperaation vaatimiin polttoainetarpeisiin. Tämä tietysti on selvä vastakohta perinteiseen lieska-sulatukseen verrattuna, missä kuparikaste on kuivattava pienempään kuin 1 %:n kosteuteen. Täten kuparirautasulfidimalmirikaste, joka sisältää esimerkiksi 15-40 % kuparia ja edullisesti 20-30 % kuparia, syötetään leijukerros-perkipasutusvyöhykkeeseen, missä se saatetaan leijumaan nousevan hapettavan kaasun, kuten ilman avulla, ja rikaste hapettuu siellä 850-950°C:n lämpötilassa. Malmi-rikasteen perkipasutus viedään sellaiseen pisteeseen asti, että malmin rikkipitoisuus on yleensä noin 2 % ja edullisesti alle 1 %.

Lämmön talteenotto leijukerrospasutusuuneista saadaan jätelämpö-kattiloiden avulla, jolloin saadaan talteen lähes kaikki rikasteiden leijukerros-perkipasutusvyöhykkeessä aiheutuneesta palamis-energiasta.

Pasutusvyöhykkeestä saatu pasute syötetään esimerkiksi putkea 3 pitkin pelkistävään liekkisulatusuuniin. Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä todellakin voidaan pelkistävästä liekkisulattaa mitä tahansa hienoksi jauhettua kuparipasutetta, esim. pasutetta, jonka seulan aukkojen lukumäärä on vähemmän kuin n. 23,6 aukkoa cm (60 mesh) ja edullisesti 79-128 aukkoa (200-325 mesh) (US-seula- cm koko. On kuitenkin erityisen edullista, että hienoksi jauhettu pasute saadaan kuparirikasteen leijukerrospasuttamisella.

Palataksemme esillä olevan keksinnön mukaisen parannetun menetelmän kuvaukseen, pelkistävä liekkisulatusvyöhyke käsittää edullisesti uunin, jossa on 4 liekkisulatustyyppiä olevaa poltinta, kaksi asennettuna uunin kumpaankin päähän pasutteen johtamiseksi uuniin. Pulverin muodossa oleva kivihiili ja happea sisältävä kaasu lisätään samojen poltinten kautta. Normaalisti happea sisältävä kaasu sisältää 50-100 tilavuus-% happea ja edullisesti 85-98 tila-vuus-% happea. Happea sisältävä kaasu kuljettaa paineen- 5 71955 alaisena kivihiilipasutesekoituksen poltinten kautta uuniin, missä sekoituksen hehkuttaminen ja pelkistäminen tapahtuvat. Esimerkiksi uunin, joka tuottaa 450 MTPD kuparia, pinta-ala on noin 32 m , jolloin siinä on keskellä kaasuhormi. Täydellinen uuni on ympäröity hitsatulla 9,5 mm paksulla teräs-kuorella, jolloin kattokuoren ja tulenkestävien aineiden väliin jää 15,2 cm:n ilmarako. Uunissa on joustava kaari-katto ja uunin keskiosan alueella on vesijäähdytetyt kupari-vaipat. Uunin seinät ovat tyypillisesti kromimagnesiitti-tiiltä. Uunin pohja on magnesiittitiiltä, ja se on kalteva kuparikiven poistamisen mahdollistamiseksi kuumennettua ränniä pitkin. Kuparikivi johdetaan esim. pelkistävästä liek-kisulatuksesta anodiuuniin johtoa 7 pitkin. Liekkisulatus-vyöhykkeessä vallitsevissa miedosti pelkistävissä olosuhteissa osa pasutesyötön rikistä menee savukaasuun (joka poistetaan putkea 4 pitkin) ja loppu reagoi kuparin kanssa (poistetaan putkea 7 pitkin). Vaihtoehtoisesti systeemi voi tapahtua riittävän pelkistävissä olosuhteissa, jotta kaikki rikki yhtyy kupariin kuparikivikerroksena.

Tässä tapauksessa kuparikivestä poistetaan kuona, jäähdytetään, murskataan ja palautetaan pasutusuuniin putkea 6 pitkin.

Siis kuten kuvasta näkyy, kuona poistetaan liekkisulatus-vyöhykkeestä putkea 5 pitkin. Lisäksi kuvasta voi havaita, että pasutusvyöhykkeestä putkea 2 pitkin poistetut poisto-kaasut on yhdistetty putkea 3 pitkin liekkisulatusuunin poistokaasujen kanssa. Normaaleissa käyttöolosuhteissa ympäröivän ilman ollessa leijuttavana ja hapettavana väliaineena rikaste, joka sisältää 28 % Cu, 26,5 % Fe ja 33.5 % rikkiä, tuottaa pasutusuunin kaasua, jossa on noin 11.5 % SO2. Tämä rikaste on riittävän korkea-asteista, kaiken liekkipelkistysuunin poistokaasujen yhtymisen sallimiseksi, samalla kun pidetään yllä rikkidioksidiväke-vyyttä, joka on riittävän korkea kaksoiskosketus kaksois-absorptiorikkihappotehtaan autogeenisen toimimisen varmistamiseksi. Kyky yhdistää käytännöllisesti katseen kaikki poistokaasut (sekä pasutus- että liekkipelkistysvyöhyk- 6 71955 keestä) ja silti saavuttaa SC^-taso, joka sallii autogeeni-sen happotehtaan toimimisen, on tämän menetelmän huomattava etu, joka saadaan aikaan asettamalla rinnakkain pasutteen leijukerrospasutus ja happiliekkipelkistys.

Johtoa 7 pitkin poistettu kupari voidaan, kuten kuvasta näkyy, valaa anodeiksi ja lähettää sitten linjaa 8 pitkin kuparin puhdistamoon.

Keksintöä kuvataan edelleen viittamalla seuraavaan edulliseen suoritusmuotoon.

Tässä tapauksessa on käytössä kaksi linkosyöttöleijukerros-pasutinta. Täten vältetään syötön kuivauksen välttämättömyys ja siten saavutetaan merkittäviä kustannusten säästöjä, kun ei tarvita kuivaajaa.

2

Molemmilla pasuttimilla on uunin pinta-ala n. 140 m . Pasu-tin sijaitsee molempien pelkistysuunien päissä pasutteen siirtämisen yksinkertaistamiseksi ja lämpöhäviöiden minimoimiseksi.

Pasutus tapahtuu 877°C:n lämpötilassa käyttäen ilmaa 1,4 ilmakehän paineessa pasutteen tuottamiseksi, jossa on 29,9 % Cu,0,16 % rikkiä sulfidina ja 0,32 % rikkiä sulfaattina, pasutteen kokonaisrikkipitoisuuden ollessa 0,48 %. Luonnon-kaasua poltetaan pasuttimen kaasun poistohormin poisto-putkessa riittävän happimäärän käyttämiseksi ja uuden sulfaatin muodostumisen estämiseksi.

Pasutetta otetaan talteen jätelämpökattilasta ja pasuttimen patjan ylivuodosta keskimäärin noin 944 tonnia/päivä/ pasutin. Noin 75 % pasutteesta joutuu jätelämpökattilaan.

Pasute kootaan kolakuljettimella ja pudotetaan eristettyjen syöttöputkien kautta pelkistysuunipolttimien yläpuolella oleviin eristettyihin pasutevarastosäiliöihin. Arvioidaan, 7 71 955 että pasutteen syöttö pelkistysuunin polttimiin tapahtuu noin 420°C:n lämpötilassa. On kuitenkin ymmärrettävää, että pasute voi olla alemmassa lämpötilassa, jolloin tarvitaan enemmän öljyä kyseessä olevan menetelmän suorittamiseksi.

Pasuttimesta tuleva poistokaasu, joka sisältää noin 11,6 % SO2, jäähdytetään 877°C:n lämpötilasta 327°C:een jätelämpö-kattilassa, jolloin saadaan 36,8 tonnia höyryä/päivä 48 absoluuttisen ilmakehän paineessa ja 260°C:ssa.

Lopullinen pölyn puhdistus suoritetaan elektrostaattisessa saostimessa ja pöly, jota saadaan noin 49 tonnia/päivä/ pasutin, palautetaan syöttöön.

Puhdistettu pasutuskaasu yhdistetään alhaisen S02-pitoisuu-den omaavaan kaasuun, joka tulee pelkistysuunista ja lähetetään happotehtaalle.

Pasute ja sulatusaine syötetään pelkistysuuniin 420°C:ssa, käyttäen neljää poltinta, kaksi uunin kumpaankin päähän asennettuna. Pulverimainen hiili ja kaupallinen happo puhtaudeltaan S5 %:n luokkaa, lisätään samojen poltinten kautta riittävässä määrin pasutteessa olevan kuparioksidin pelkistämiseksi kupariksi ja näin saadun kuparin sulatta-miseksi, so. riittävässä määrin pasutteessa olevan kupari-oksidin pelkistämiseksi kuparimetalliksi ja sellaisten rautaoksidien, kuten hematiitin ja magnetiitin, joita on läsnä pasutteessa, pelkistämiseksi fajaliitiksi ja suhteen pC02/pC0 = 30 pitämiseksi uunin ilmassa ja uunin lämpötilassa 1227°C.

Raakakupari, joka sisältää 98,9 % Cu ja noin 1 % S, ylävirtaa jatkuvasti hapolla, ja kuljetetaan ränniä pitkin 459 tonnia päivässä anodiuuneihin. Uunikuona, jossa on Cu n. 4,9 %, virtaa sulun yli ja kuljetetaan siirtimellä kuonan jäähdytyspaikalle. Päivittäin syntyy 1078 tonnia kuonaa.

8 71955

Uunin ilmatilassa oleva jäännös-CO poltetaan laskemalla pieni määrä happea uunin savuhormiin. Liekkipelkistysuunin jätelämpökattila vähentää poistokaasun lämpötilan 1227°C:sta 350°C:een tuottaen 12,4 tonnia höyryä 48 absoluuttisen ilmakehän paineessa ja 260°C:n asteessa.

Nyt 65,3 % CC>2 ja 1,1 % S0^ sisältävä uunin poistokaasu puhdistetaan elektrostaattisessa saostimessa ja yhdistetään korkeamman SC^-pitoisuuden omaavaan pasutinten kaasuun. Yhdistetty kaasuvirta syötetään kaksoiskatalyysihappoteh-taalle.

Uunikuona, joka sisältää keskimäärin 4,9 % Cu, puhdistetaan ennen sen hylkäämistä. Käytetään ns. hidasjäähdytys-vaahdo-tuskuonanpuhdistusvaihetta.

Uunista tuleva raakakupari virtaa suoraan lämmitettyä ränniä pitkin toiseen kahdesta anodiuunista.

Rikki poistetaan raakakuparista puhaltamalla ilmaa, käyttäen tunnettua menetelmää. Hämmentäminen suoritetaan käyttämällä parannettua luonnonkaasua.

Anodituotannossa käytetään joko Walkerin pyörä- tai Hazelettin jatkuvaa valulinjaa.

Kuten edellä olevasta esityksestä olisi jo pitänyt käydä ilmi, keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan seuraa-vat edut: a) käytännöllisellä tavalla saadaan suoritetuksi klassinen sulatusongelma, jossa vaaditaan hapettava ympäristö rikin poispolttamiseksi ja raudan hapettamiseksi ja samanaikaisesti vaaditaan pelkistävä ympäristö kuparihäviöiden minimoimiseksi sulatuskuoniin; b) ympäristöhaitat ovat vähentyneet, koska emittoitunut SC>2 on riittävän korkeapitoisuuksista sen talteenottami-seksi happotehtaaseen; 9 71 955 c) kaasujen käsittely on yksinkertaistunut huomattavasti, erityisesti koska käsitellyt kaasumäärät ovat vähentyneet verrattuna normaaliin kuparipasutteiden sulattamiseen happiliekkipelkistykselläj d) energiakustannukset ovat vähentyneet huomattavasti; e) menetelmä soveltuu erityisesti suoritettavaksi jatkuvana; ja f) haihtuvat säteilyt on tehokkaasti eliminoitu muotoilemalla konvertteri sopivasti.

Claims (10)

10 71 955 Patentti vaatimukset

1. Menetelmä raakakuparin talteenottami.seksi kuparipasutteesta, tunnettu siitä, että käytetään hienojakoista kuparipasutetta, jonka partikkelikoko on pienempi kuin noin 23,6 aukkoa (60 US cm mesh), ja syötetään pasute pelkistävään liekkisulatusvyöhykkee-seen siinä tapahtuvaa pelkistystä varten, jolloin pasute syötetään mainittuun vyöhykkeeseen happea sisältävän kaasun ja pelkis-tysaineen kanssa ja jolloin kaasua ja pelkistysainetta on läsnä riittävässä määrin aikaansaamaan pasutteen pelkistyksen, jolloin syntyy raakakuparia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuparipasutteen hiukkaskoko on välillä 79-128 aukkoa (200-325 US mesh). cm

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happea sisältävä kaasu sisältää noin 50-100 tilavuus-% happea .

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pasute tuotetaan perkipasuttamalla kupari a ja rautasulfi.de ja sisältävä malmi.ri kaste, että mainittu perki pasuttami nen suoritetaan happea sisältävän kaasun läsnäollessa riittävän korkeassa lämpötilassa malmissa olevan kuparin ja rautasulfidin muuttamiseksi pasutteeksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happea sisältävä kaasu sisältää 50-100 tilavuus-% happea.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että SO^tta sisältävät kaasut, joi.ta syntyy pasuttami.sen ja pelkistävän liekkisulatuksen aikana, yhdistetään niiden taltee-nottami seksi. H 71955

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että malmi.rikaste jauhetaan hienoksi, lei jutettavi ssa oleviin hiukkaskokoi.hin ja malmi lei jutetaan happea sisältävällä kaasulla rikasteen perki.pasutuksessa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että malmi.ri.kaste valitaan märistä ja liejuisista rikasteista.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pasute aikaansaadaan tuottamalla kuparia ja rautasulfideja sisältävän malmin rikasteen leijutettavissa olevia hiukkaskokoja, leijuttamalla ja perkipasuttamalla malmi, happea sisältävällä kaasulla lämpötilassa, joka on riittävä malmin konvertoimiseksi pa- sutteeksi. ja poi.svi rtaavan SO :ta si sältävän kaasun tuottami- 2 seksi, ja yhdistämällä pelkistävässä li ekki.sulatusvyöhykkeessä tapahtuvan pasutteen sulamisen jälkeen siten syntyneet SO :ta 2 sisältävät poistokaasut poi.svirtaaviin SO^:ta sisältäviin kaasuihin SO :n talteenottamiseiksi niistä ja talteenottamalla 2 raakakupari sulatusuunista.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikasteen leijuttaminen ja pasuttaminen, malmin sulattaminen ja SO^:n ja kuparin talteenotto on jatkuvaa.