FI104838B - Menetelmä raakakuparin valmistamiseksi suspensioreaktorissa - Google Patents

Description

1 104838

MENETELMÄ RAAKAKUPARIN VALMISTAMISEKSI SUSPENSIO-REAKTORISSA

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään valmistaa pyrometallurgisesti 5 suspensioreaktorissa raakakuparia suoraan sen sulfidisista rikasteista. Menetelmän mukaisesti kuparisulfidirikastetta johdetaan suspensio-reaktoriin, jonne rikasteesta vapautuvan lämmön sitomiseksi johdetaan myös jäähdytettyä ja hienonnettua kuparikiveä.

10 Ennestään tunnetaan tapa valmistaa raakakuparia eli blisterkuparia sulfidisista rikasteista useammassa vaiheessa, jolloin rikaste sulatetaan suspensioreaktorissa, kuten liekkisulatusuunissa ilman tai happirikastetun ilman kanssa, ja tuloksena saadaan kuparirikas kivi (50 - 75% Cu) ja kuona. Tällaista menetelmää on kuvattu mm. US patentissa 2506557. Liekkisula-15 tusuunissa muodostunut kuparikivi konvertoidaan esimerkiksi Peirce-Smith-tyyppisessä konvertterissa tai liekkikonvertterissa raakakupariksi (blisterkupari) ja raffinoidaan edelleen anodiuunissa.

Raakakuparin valmistus sulfidisista rikasteista suoraan yhdessä prosessi-20 vaiheessa suspensioreaktorissa on taloudellisesti mahdollista tietyillä reunaehdoilla. Blisterin suoravalmistuksen merkittävimpiä ongelmia ovat mm. kuparin kuonautuminen kuonaan, muodostuva suuri kuonamäärä ja rikasteen palamisessa vapautuva suuri lämpömäärä. Suuri kuonamäärä vaatii pinta-alaltaan suuren sulatusyksikön, joka vaikuttaa prosessin 25 investointikustannuksiin.

„ «

Kuonamäärän ohella suorassa kuparinvalmistuksessa ongelmaksi muodostuu myös sulfidisten rikasteiden palamisessa muodostuva suuri lämpömäärä, jonka vuoksi normaalien rikasteiden (kuparipitoisuus 20-31 % 30 Cu) palaessa on happirikastuksen oltava alhainen, jopa alle 50% 02, jolloin prosessi-ilmassa olevan typen kuumentaminen tasapainottaa lämpötaloutta.

2 104838 Tästä seuraa kuitenkin suuri prosessikaasumäärä, joka johtaa suureen uunitilavuuteen ja ennen kaikkea suuriin kaasunkäsitteiy-yksiköihin (kattila, sähkösuodatin, kaasulinja, happotehtaan pesuyksiköt jne). Jotta kaasun-käsittelyyn liittyvät yksiköt saataisiin taloudellisiin mittoihin, pitää 5 suspensioreaktorissa pyrkiä korkeaan happirikastukseen (yli 50 % 02 prosessikaasussa).

Mikäli rikasteen kuparipitoisuus on riittävän korkea, tyypillisesti vähintään 37% Cu, kuten esimerkiksi Olympic Damin sulatolla Australiassa, jossa 10 rikasteen kuparipitoisuus on yli 50 % Cu, on blisterin valmistus mahdollista suoraan yhdessä vaiheessa, koska rikasteen polttoarvo on yleensä sitä alhaisempi, mitä korkeampi on rikasteen kuparipitoisuus. Korkealla kupari-pitoisuudellahan raudan sulfidimineraalien osuus on alhainen. Edellä-kuvattua rikastetta käytettäessä voidaan käyttää riittävän korkeaa 15 happirikastusta ja sen seurauksena kaasumäärät pysyvät kohtuullisina.

Myös niukemmin kuparia sisältävä rikaste voi sopia suoran blisterin-valmistuksen rikasteeksi, mikäli sen koostumus on edullinen. Esimerkkinä voidaan mainita Puolassa Glogowin sulatto, jossa raakakuparia tuotetaan 20 yhdessä vaiheessa rikasteesta, jonka rautapitoisuus on alhainen ja näin ollen muodostuva kuonamäärä ei ole merkittävän suuri. Normaaleilla rikasteilla kuparin valmistaminen yhdessä vaiheessa aiheuttaa kaiken raudan ja muun sivukiven kuonautumisen. Tämäntyyppistä menetelmää on kuvattu US patentissa 4,030,915.

25

Nyt on kehitetty uusi menetelmä raakakuparin valmistamiseksi suspensio-reaktorissa, jossa menetelmässä kuparisulfidia sisältävästä rikasteesta vapautuvan lämmön sitomiseksi ja kuonamäärän suhteelliseksi pienentämiseksi syötetään rikasteen mukana suspensioreaktoriin jäähdytettyä ja 30 hienonnettua kuparikiveä. Kuparikivi on valmistettu erillisessä yksikössä, jäähdytetty esimerkiksi granuloimalla ja hienonnettu. Kuonamäärän 3 104838 suhteellisella pienentämisellä tarkoitetaan, että tuotetun raakakuparin määrää kohden syntyy pienempi määrä kuonaa kuin perinteisellä menetelmällä. Menetelmän avulla voidaan suorassa blisterinvalmistuksessa käyttää korkeaa happirikastusta ja päästään entistä pienempiin 5 kaasunkäsittely-yksiköihin. Myös koko sulaton kapasiteettia voidaan kasvattaa merkittävästi suspensioreaktorin kokonaissyöttömäärää lisäämättä. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista vaatimuksista.

10 Nyt kehitetyssä menetelmässä on perusajatuksena, että perinteisen menetelmän sijaan, jossa ylimääräistä lämpöä sidotaan kaasun typpeen, tässä menetelmässä lämpö sidotaan jäähdytettyyn kiveen. Lisäämällä jäähdytettyä kiveä rikasteen sekaan happirikastusta voidaan nostaa kiven osuuden kasvaessa sekä laihoilla että rikkailla kuparirikasteilla. Mikäli 15 jäähdytetyn ja hienonnetun kiven osuus syötteessä on hyvin suuri, voidaan happirikastusta kohottaa merkittävästi myös laihoilla rikasteilla ja tehdä suora blisterinvalmistus taloudellisesti kannattavaksi.

Toinen keksinnön mukaisen menetelmän etu on, että suspensioreaktorissa 20 syntyvän kuonan suhteellinen määrä pienenee, kun kiven osuus kasvaa syötteessä, jolloin kuparitappiot kuonaan pienenevät ja kuonanpuhdistuksen kautta kiertävän kuparin määrä pienenee. Blisteruunissa voidaan rikasteen koostumuksesta riippuen käytää joko rautasilikaatti- tai kalsiumferriitti-kuonaa. Jos sekä kiven että blisterin valmistus tapahtuu samalla sulatolla 25 niin, että myös kuonankäsittely voidaan hoitaa yhteisesti, on edullista, että „ . molemmissa reaktoreissa käytetään samantyyppistä kuonaa. Jos kuonan- käsittelyyn liittyy kuonarikastus, on edullista, että kuona on rautasili-kaattikuonaa. Blisteruuniin syötettävä kivi voi olla missä tahansa tunnetussa sulatusuunissa valmistettua kiveä.

30 4 104838

Yksittäinen suspensiosulatusyksikkö voidaan suunnitella suoraan blistersuiatoksi riippuen saatavilla olevien rikasteiden kuparipitoisuuksista ja koostumuksista sekä saatavilla olevan kiven määrästä ja koostumuksesta. Kuonat käsitellään edelleen joko yksivaiheisessa tai mieluiten kaksi-5 vaiheisessa kuonanpuhdistuksessa. Kaksivaiheisessa puhdistuksessa menetelmään kuuluu joko kaksi sähköuunia tai sähköuuni ja kuonarikas-tamo. Mikäli kuonat käsitellään kuonarikastamolla, voidaan kuonarikaste syöttää takaisin suspensioreaktoriin. Blisterkupari menee normaaliin raffinointiin anodiuuniin.

10

Mikäli käytettävissä on kaksi sulatusyksikköä, joista ainakin toinen on suspensiosulatusuuni, käsitellään kiveä tuottavassa yksikössä normaaleja kuparirikasteita, tuotettu kivi rakeistetaan ja syötetään hienonnettuna blistersuiatusyksikköön yhdessä rikasteen kanssa, jolloin blisteruunin 15 rikaste on normaalia rikkaampaa rikastetta (Cu-pitoisuus yli 31%). Kiveä tuottavan uunin kuona käsitellään tunnetulla tavalla esimerkiksi kuonarikastamolla ja blisteruunin kuona edullisesti ensin sähköuunissa, josta kuona menee kuonarikastamolle. Tässäkin tapauksessa blisteruunin kuonankäsittely voi olla yksivaiheinen.

20

Kuvassa 1 on periaatekaavion avulla kuvattu keksinnön sellaista suoritusmuotoa, jossa on käytettävissä yksi suspensiosulatusyksikkö ja sähköuuni, ja kuvassa 2 on periaatekaavion avulla kuvattu suoritusmuotoa, jossa on 25 käytössä kaksi suspensiosulatusyksikköä, kuonarikastamo ja sähköuuni.

Kuvan 1 kaavion mukaisesti kuparisulfidirikaste syötetään yhdessä kuonaa-muodostavan aineen ja kuparikiven kanssa suspensiosulatusyksikköön, mikä tässä tapauksessa on liekkisulatusuuni (LSU). Kaavioon on merkitty 30 yksinkertaisuuden vuoksi, että uuniin syötetään happea, mutta se on useimmiten happirikastettua ilmaa. Kuten edellä on todettu, on edullista, 5 104838 että happirikastus on yli 50%. Liekkisulatusuunissa muodostuva blister-kupari johdetaan anodiuuniin ja raffinoidaan siellä tunnetulla tavalla ja valetaan anodeiksi.

5 Liekkisulatusuunin kuona käsitellään sähköuunissa, jolloin kuona voi olla joko kalsiumferriitti- tai rautasilikaattikuonaa. Sähköuunissa syntyvä raaka-kupari johdetaan suoraan anodiuuniin ja anodiuunissa syntyvä pieni kuonamäärä puolestaan johdetaan sähköuuniin.

10 Kuvassa 2 on esitetty kaaviopiirros keksinnön mukaisesta toisesta vaihtoehdosta, jossa on kaksi sulatusyksikköä, joista toinen on blisteruuni ja toisessa valmistetaan blisteruuniin syötettävää kuparikiveä. Kuparikiven muodostamiseksi syötetään kuparisulfidirikastetta ja silikaattipitoista kuonaamuodostavaa ainetta kuten hiekkaa ennestään tunnetulla tavalla 15 prosessin primäärisulatusreaktoriin yhdessä hapen tai happirikastetun kaasun kanssa yksikön reaktiokuiluun. Reaktori on tässä tapauksesa liekkisulatusuuni, mutta se voi olla muukin reaktori kiven muodostamiseksi. Tähän uuniin syötettävä rikaste on edullisesti laihaa tai normaalia kuparirikastetta, jonka kuparipitoisuus on luokkaa 20 - 31% Cu. Liekkisula-20 tusuunin alaosaan, alauuniin, muodostuu pohjalle kuparikivi ja sen päälle kuparia jonkin verran sisältävä fajaliittikuona.

Blisteriä tuottavaan suspensioreaktoriin (LSU) johdetaan kuparirikastetta, joka on sulfidista rikastetta, mutta sen kuparipitoisuus on edullisesti 25 korkeampi (Cu-pitoisuus yli 31 %) kuin kiveä muodostavaan sulatusuuniin syötettävä rikaste. Siten blisteruuniin syötettävän rikasteen rikki- ja rautapitoisuus on alempi kuin laihemman rikasteen ja siten myös rikasteen lämpöarvo on matalampi kuin kiveä tuottavaan uuniin syötettävässä rikasteessa. Kiveä tuottavassa uunissa muodostettu kuparikivi 30 granuloidaan, jauhetaan ja syötetään yhdessä kuparirikasteen, silikaatti-pitoisen kuonaamuodostavan aineen ja hapen tai happirikastetun ilman 6 104838 kanssa blisterreaktoriin, joka on myös edullisesti liekkisulatusuuni. On selvää, että kaiken kiven ei välttämättä tarvitse tulla kiveä tuottavasta uunista, osa kivestä voi olla muualla tuotettua. Blisteruunissa muodostetaan blisterkupari, joka on valmis syötettäväksi anodiuuniin, jonne raakakupari 5 syötetään sulana. Anodiuunissa raffinoitava kupari valetaan kupari-anodeiksi.

Kiveä tuottavassa sulatusuunissa muodostunut kuona jäähdytetään hitaasti ja jauhetaan. Kuona rikastetaan vaahdottamalla kuonarikastamolla ja 10 syntynyt kuonarikaste johdetaan takaisin samaan, kiveä tuottavaan sulatusuuniin. Koska syntyvän rikasteen kuparipitoisuus on usein varsin korkea, rikaste on mahdollista johtaa myös blisteruuniin. Kuonarikastuksen jäte on jätekuona, jonka pitoisuus on luokkaa 0,30 - 0,5 % Cu, edullisesti 0,3 - 0,35.

15

Blisterreaktorissa (LSU) muodostunut kuona johdetaan edullisesti sähköuuniin (SU) sulana esimerkiksi ränniä pitkin. Sähköuunissa kuona pelkistetään koksin avulla, ja uunissa syntynyt blisterkupari siirretään suoraan anodiuuniin. Myös anodiuunissa syntyvä kuona johdetaan samaan 20 sähköuuniin. Sähköuunin kuona jäähdytetään hitaasti kuten kiveä tuottavan suspensiosulatusuunin kuonakin ja johdetaan kuonarikastamolle käsiteltä-vaksi yhdessä kiveä tuotavan sulatusuunin kuonan kanssa.

Esimerkki 1 25

Kuvan 1 mukaisesti tuotettiin suspensiosulatusuunissa raakakuparia. Liekkisulatusuunin syöttö on 83,7 t/h, joka koostuu seuraavasti: rikaste 36,1 t/h, kuonarikaste 2,2 t/h, kuonaamuodostava aine 4,4 t/h ja kivi 35,4 t/h ja lentopöly 5,6 t/h.

30 7 104838

Rikasteen koostumus on seuraava:

Cu % 43,00

Fe % 14,00 S % 26,00 5 Si02 % 5,00

Uuniin syötettävässä, kuonaamuodostavassa aineessa on Si02-pitoisuus 90%.

Kuparikiven analyysi on seuraava:

Cu % 70,00 10 Fe % 7,96 S % 21,34

Uuniin syötettävän hapen määrä on 13 400 Nm3/h ja ilman määrä 4140 Nm3/m, happirikastusaste on 74,6%.

15 Liekkisulatusuunissa syntyy blisteriä 35,6 t/h ja sen kuparipitoisuus on 99,41. Fajaliittikuonan määrä on 29,2 t/h ja sen koostumus on seuraava: Cu 20 %, Fe 28,7 %, S 0,1 % ja Si02 21 %. Uunista poistuvan kaasun määrä on 29100 Nm3/h, lämpötila 1320 °C ja sen analyysi: S02 42,3 % ja 02 2,1 %. Kaasu johdetaan jätelämpökattilaan, josta saatavat lentopölyt kierrätetään 20 takaisin liekkisulatusuuniin.

Liekkisulatusuunin kuona ja anodiuunin kuona käsitellään yhdessä sähköuunissa, jolloin LSU:sta tuleva kuonamäärä on 701 t/h, Cu-pitoisuus 20 % ja anodiuunin kuonan määrä 4,5 t/h ja Cu-pitoisuus 60 %. Koksia 25 syötetään 30 t/h. Sähköuunissa syntyvän raakakuparin määrä on 121 t/h ja Cu-pitoisuus 99,35 %. Raakakupari johdetaan anodiuuniin raffinoitavaksi yhdessä liekkisulatusuunissa syntyneen raakakuparin kanssa. Kuonan määrä on 557 t/h ja Cu-pitoisuus 4 %. Koska Cu-pitoisuus on näinkin korkea, kuona johdetaan edelleen käsiteltäväksi kuonarikastamoon. 30 Vaahdotusrikastuksen tuloksena saatavan kuonarikasteen Cu-pitoisuus on 38,4 % ja jätekuonan Cu-pitoisuus 0,38 %.

β 104838

Esimerkki 2

Esimerkin tapaus kuvaa periaatekuvan 2 mukaista ratkaisua. Syötettävien ja muodostuvien aineiden määrät on laskettu primäärisulatusuuniin 5 syötettävää 1000 kg:n rikastemäärää kohti. Primäärisulatusuuni on tässä tapauksessa liekkisulatusuuni.

Primäärisulatusuuniin syötetään 1000 kg rikastetta, jonka koostumus on seuraava: 10 Cu 31 %

Fe 25 % S 31 %

Uuniin syötettävän kuonaamuodostavan aineen, hiekan, määrä on 88 kg, kuonarikasteen 70 kg ja kiertävien sakkojen määrä 22 kg. Uunin 15 kokonaissyöttömäärä on siten 1180 kg, kun pölykiertoa ei ole tässä otettu mukaan. Uunin reaktiokuiluun syötetään ilmaa 172 Nm3 ja happea 157 Nm3, joten happirikastus on 57 %.

Sulatusuunissa syntyvän kiven määrä on 464 kg, sen koostumus: Cu 70 %, 20 Fe 7,0 % ja S 21,2 % ja lämpötila 1280 °C. Kuonan määrä on 568 kg, sen koostumus: Cu 2,6 %, Fe 42 %, S 0,7 % ja Si02 27 % ja lämpötila 1320 °C.

Primäärisulatusuunissa syntynyt kivi granuloidaan, jauhetaan ja jauhettu kivi syötetään suspensiosulatusuuniin uunissa syntyvän lämmön sitomiseksi. 25 Blisterin muodostamiseksi uuniin syötetään rikastetta, jonka koostumus on: Cu 38 %, Fe 29 % ja S 26 % ja määrä 214 kg. Kuonaamuodostavaa ainetta, joka tälläkin kertaa on hiekkaa, syötetään 44 kg. Kokonaissyötöksi muodostuu siten 710 kg, kun huomioidaan jauhatuksessa syntynyt hävikki. Blisteruuniin syötetään ilmaa 50 Nm3 ja happea 111 Nm3 eli happirikastus-30 aste on 72 %.

9 104838

Suspensiosulatusuunissa eli tässä tapauksessa liekkisulatusuunissa muodostuvan raakakuparin määrä on 362 kg ja sen Cu-pitoisuus 98,8 % ja S-pitoisuuus 0,6 %, lämpötila on 1280 °C. LSU:ssa syntyvän kuonan määrä on 239 kg, sen koostumus: Cu 20 %, Fe 31,2 %, S 0,1 % ja S1O2 21 % ja 5 lämpötila 1300 °C.

Blisteruunin kuona johdetaan sähköuuniin samoin kuin anodiuunin kuonakin, jonka määrä on vain 3 kg ja Cu-pitoisuus 60 %. Koksia lisätään 10 kg. Sähköuunissa syntyy blisteriä, jonka pitoisuus on Cu 96 % ja määrä 44 10 kg. Sähköuunin kuonan määrä on 188 kg ja sen pitoisuudet seuraavat: Cu 4 %, Fe 27,3 %, S 4,8 % ja Si0217,6 %.

Sekä primäärisulatusuunista tuleva kuona että sähköuunin kuona jäähdytetään hitaasti ja johdetaan kuonarikastamolle käsiteltäväksi. 15 Vaahdotusrikastuksen jälkeen kuonarikasteen pitoisuus on: Cu 29,3%, Fe 27,3 %, S 4,8 % ja Si0217,6 %. Jätekuonan analyysi on: Cu 0,3 %, Fe 43 % ja Si02 27,9 %.

«

Claims (13)

10 104838

1. Menetelmä raakakuparin valmistamiseksi suoraan sulfidisesta kuparirikasteesta suspensioreaktorissa, jolloin reaktoriin syötetään rikastetta, 5 kuonaamuodostavaa ainetta ja happirikastettua ilmaa, tunnettu siitä, että rikasteesta vapautuvan lämmön sitomiseksi ja kuonamäärän suhteelliseksi pienentämiseksi suspensioreaktoriin syötetään rikasteen mukana jäähdytettyä ja hienonnettua kuparikiveä, jolloin reaktoriin syötettävän ilman happirikastusaste on vähintään 50% 02.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suspensioreaktoriin syötettävän rikasteen kuparipitoisuus on vähintään 31 % Cu.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suspensioreaktori on liekkisulatusuuni.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raakakuparia tuottavan suspensioreaktorin kuona käsitellään kahdessa 20 vaiheessa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raakakuparia tuottavan suspensioreaktorin kuona käsitellään sähköuunissa (SU) ja sähköuunista tuleva kuona kuonarikastamossa. 25

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköuunin kuona jäähdytetään hitaasti ja käsitellään kuonarikastamolla, josta saatava kuonarikaste johdetaan suspensioreaktoriin ja kuona on jätekuonaa, jonka kuparipitoisuus on 0, 3 - 0, 5 % Cu. 30 11 104838

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raakakuparia tuottavan suspensioreaktorin kuona käsitellään kahdessa sähköuunissa.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suspensioreaktoriin syötettävä kuparikivi muodostetaan kiveä tuottavassa reaktorissa, jonne syötettävän rikasteen kuparipitoisuus on 20-31 % Cu.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiveä tuottavan reaktorin kuona jäähdytetään hitaasti ja käsitellään kuonarikas-tamolla, josta saatava kuonarikaste johdetaan kiveä tuottavaan reaktoriin ja kuona on jätekuonaa, jonka kuparipitoisuus on 0,3 - 0,5 % Cu.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiveä tuottavan reaktorin kuona jäähdytetään hitaasti ja käsitellään kuonarikas-tamolla, josta saatava kuonarikaste johdetaan raakakuparia tuottavaan suspensioreaktoriin ja kuona on jätekuonaa, jonka kuparipitoisuus on 0,3 - 0,5 % Cu. 20

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raakakuparia tuottavan suspensioreaktorin kuona käsitellään ensin sähköuunissa ja sieltä saatava kuona jäähdytetään hitaasti ja johdetaan yhteiseen käsittelyyn kiveä tuottavan reaktorin kuonan kanssa 25 kuonarikastamoon.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiveä tuottava reaktori on suspensiosulatusuuni. 12 104838

13. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiveä tuottava suspensiosulatusuuni on liekkisulatusuuni.

5 PATENTKRAV