FI67727C - Foerfarande foer att tillverka raokoppar - Google Patents

Description

MENETELMÄ RAAKAKUPARIN VALMISTAMISEKSI

67727 Tämä keksintö kohdistuu menetelmään raakakuparin valmistamiseksi syöttämällä sulatusuunista saatava sula metalli olennaisen lähellä sulatusuunia olevaan konver-tointireaktoriin hienojakoisina osasina happivirrassa tai happirikastetussa ilmavirrassa.

Yleisin raakakuparin valmistamiseksi käytetty menetelmä käsittää sulatusyksikön ja Pierce-Smith-happikonvertterin. Sulatusyksiköstä saatava sula sulfidikivi kuljetetaan panoksittain happipuhalluskonvertteriin. Konvertterissa suoritetaan sulfidi-kiven hapetus raakakupariksi kahdessa vaiheessa; suoritetaan ns. kuonapuhallus ja rikkaaksipuhallus. Itse konvertteri on sylinterimäinen ja hapenpuhallus suoritetaan konvertterin sivussa olevien hormien kautta niin, että puhalluksen yhteydessä konvertteria käännetään pituusakselin ympäri puhalluksen suorittamiseksi jatkuvasti konvertterissa olevaan suliidikivifaasiin.

Edelläesitetyssä Pierce-Smith-happikonvertointiprosessissa syntyvän rikkidioksidi-kaasun * tuottaminen on prosessin panosluonteisuuden vuoksi katkonaista, mistä aiheutuu haittaa kaasujen sisältämän lämmön talteenotolle jätelämpökattilassa sekä kaasuista saatavan rikkihapon tuotannolle. Lisäksi konvertterin täytön ja tyhjennyksen yhteydessä joutuu rikkidioksidikaasuja työskentelytilaan, mikä työhygienian ja lämmön talteenoton kannalta on pulmallista.

Raakakuparin valmistamista jatkuvana prosessina ovat kehittäneet mm. Mitsubishi ja Noranda. Mitsubishi-prosessi tapahtuu kolmessa toisiinsa kytketyssä uunissa; uunit sulfidisen raudan hapettumisen seurauksena tapahtuvan rikasteen sulatusta varten ja konvertointia varten sekä niiden välissä sähköuuni sulatusuunin kuonan puhdistusta varten. Sula virtaa jatkuvasti sulatusuunista kuonapuhdistusuuniin, kivi sähköuunista konvertteriin ja raakakupari prosessin lopputuotteena konvertterista. Runsaasti kuparia sisältävä konvertterikuona johdetaan takaisin sulatusuuniin. Mitsubishi-prosessin mukaisen konvertterin alhaisesta hapen ominaiskapasiteetista johtuen joudutaan konvertteri kuitenkin tekemään noin kolme kertaa vastaavaa Pierce-Smith-konvertteria suuremmaksi.

Raakakuparin valmistus Noranda-prosessilla tapahtuu jatkuvatoimisessa konvertterin tapaisessa lieriömäisessä uunissa. Granuloitu sulfidinen rikaste ja fluksi viedään uuniin sen panostuspäädyn kautta syötteen peittäessä noin puolet uunissa 2 67727 olevan sulan pinnasta. Puhalluksen suorittaminen ilmalla tai happirikastetulia ilmalla tapahtuu kuten tavanomaisessa vaakasuorassa konvertterissa, sivulla sijaitsevien hormien kautta. Noranda-prosessin mukaisen uunin peräosan pohja on korotettu, minkä ansiosta panostuspäädyn vastaisesta päädystä saadaan ulos vain kuonaa. Sitä mukaa kuin raakakuparia muodostuu, kuparia päästetään pois uunin keskikohdalla olevan laskuaukon kautta; kuona sen sijaan tulee ulos jatkuvana virtana. Saatava raakakupari sisältää kuitenkin suuren määrän, noin 1,5 p-% rikkiä, joten raakakupari täytyy erikseen raffinoida ennen elektrolyysiä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi raakakuparin valmistusmenetelmä, jossa kuparisulfidirikasteen sulatusyksiköstä saatava sula metalli johdetaan olennaisen lähellä olevaan konvertointireaktoriin happivirran tai happirikastetun ilmavirran avulla hienojakoisina sulaosasina. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Raakakuparin valmistamiseksi keksinnön mukaisella menetelmällä suliidinen kuparirikaste sekä kuonan muodostaja yhdessä hapen tai happirikastetun ilman kanssa syötetään sulatusyksikköön, kuten suspensiosulatusuunin reaktiokuiluun. Sulatus-yksikössä muodostuvat rikkidioksidipitoiset kaasut johdetaan sulatusyksikön ala-uunin ja nousukuilun kautta jätelämpökattilaan, kun taas sulamuodossa olevat kuona ja metallikivi poistetaan sulatusyksikön alauunista.

Keksinnön mukaisesti sulatusyksikön alauunista saatava sula metallikivi johdetaan olennaisen lähellä sulatusyksikköä olevaan konvertointireaktoriin niin, että konvertointireaktoriin syötettävän hapetettavan kaasun, hapen tai happirikastetun ilman, avulla sula metallikivi hajoitetaan hienojakoisiksi suiaosasiksi. Hienojakoisten sulien metaliikiviosasten lisäksi konvertointireaktoriin syötetään kuonanmuo-dostajia sekä mahdollisesti lämpötasapainon ylläpitämiseksi fossiilista polttoainetta.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan konvertointireaktorina käyttää mitä tahansa kuparinvalmistuksessa käytettyä suiatusuunityyppiä, kuten olennaisesti menetelmän yhteydessä käytettävän sulatusyksikön kaltaista yksikköä tai esimerkiksi tekniikan tasossa mainittua jatkuvatyyppistä reaktoria, jolloin tekniikan tason mukaisen kääntyvän konvertterin haitat voidaan eliminoida.

67727 3

Konvertointireaktorista johdetaan poistokaasut keksinnön mukaisessa menetelmässä edullisesti sulatusyksikön kanssa yhteiseen jätelämpökattilaan. Reaktorissa muodostuvat kuona ja lopputuotteena saatava raakakupari poistetaan konvertoin-tireaktorin alaosasta.

Molemmissa keksinnön mukaisen menetelmän käsittely-yksikössä, sekä sulatusyk-sikössä että korventointireaktorissa suoritetaan käsittely autogeenisesti. Edullisten happipotentiaaliolosuhteiden luomiseksi käsittelyn eri vaiheissa varsinkin korkean rautapitoisuuden omaaville raaka-aineille on kuitenkin perusteltua käyttää kahta käsittely-yksikköä. Tällöin sulatusyksikön kuonan kuparipitoisuus saadaan alhaiseksi ja ylläpidetään sulatusyksikössä olennaisesti alhaisempaa hapen osapainetta kuin konvertointireaktorissa, jossa vähärikkisen raakakuparin syntyminen tarvitsee korkeamman hapen osapaineen.

Käytettäessä keksinnön mukaista menetelmää, jossa käsittely-yksiköt voidaan sijoittaa olennaisen lähelle toisiaan, saadaan suiamateriaalin kuljetuksesta käsittely-yksikön välillä aiheutuvat lämpöenergiahäviöt pienenemään sekä saadaan työturvallisuutta haittaavat savukaasuongelmat lähestulkoon poistetuksi. Käsittely-yksikköjen välillä voidaan käyttää edullisesti esimerkiksi katettua ränniä sula-virran johtamiseksi yksiköstä toiseen. Lisäksi käsittely-yksiköiden läheisyyden ansiosta voidaan hapetuskaasu johtaa molempiin yksiköihin samaa putkistoa pitkin lähes koko matkan happitehtaalta. Edelleen on mahdollista käyttää molemmille yksiköille samaa lämmöntalteenottolaitteistoa.

Keksintöä kuvataan seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää skemaattisesti erästä keksinnön edullista sovellutusmuotoa.

Kuvion 1 mukaisesti keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi toimii sulatusyksikkönä suspensiosulatusuuni 1, jonka reaktiokuiluun la syötetään hienojakoinen kuparisulfidirikaste, kuonanmuodostaja ja hapetuskaasu. Alauunista Ib poistetaan sulatusyksikössä muodostunut kuona ja korkean kuparipitoisuuden omaava metallikivi, kun taas poistokaasut johdetaan nousukuilun le kautta kaasupuh-distukseen 2 ja sitä kautta hyödynnettäviksi. Sulatusyksiköstä 1 saatava sula metallikivi johdetaan keksinnön mukaisesti konvertointireaktorille 3, joka on jatkuvassa kuparivalmistuksessa käytetty sulatusuuni.

Sula metallikivi syötetään konvertointireaktoriin 3 hapetuskaasun kanssa, jolloin < 67727 hapetuskaasun avulla sulasta metallikivestä muodostuu hienojakoisia sulaosasia. Lisäksi reaktoriin 3 syötetään kuonamuodostaja sekä tarvittaessa lämpötalouden ylläpitämiseksi fossiilista polttoainetta. Lopputuotteena reaktorista 3 saadaan raakakupari sekä kuona, joka edullisesti kierrätetään takaisin sulatusyksikön i syöttöön. Reaktorista 3 saatavat poistokaasut johdetaan sulatusyksikön 1 kanssa yhteiseen kaasupuhdistuslaitteistoon 2 ja edelleen käsiteltäväksi edullisesti rikkihapon valmistukseen.

Keksinnön mukaisen menetelmän edullisuutta voidaan tarkastella myös seuraavan esimerkin avulla.

Esimerkki

Sulatusyksiköstä, suspensiosulatusuunista saatava, lämpötilassa 1200 °C oleva sula metallikivi ( 75,0 p-% Cu, 3,94 p-% Fe, 20,83 p-% S ) syötettiin keksinnön mukaisesti konvertointireaktoriin yhdessä fluksin ( 90 p-96 SiC>2) ja puhallusilman kanssa happirikastusasteen ollessa 31,5 %. Lisäksi reaktorin lämpötasapainon ylläpitämiseksi syötettiin öljyä ja polttoilmaa.

Oheisessa taulukossa 1 on esitetty suoritetun koeajon materiaalitase painoprosent-tiosuuksina ja taulukossa 2 koeajon lämpötase. Taulukosta 1 voidaan nähdä, että keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaatu raakakupari sisälsi 99,0 p-% kuparia ja vain vähäisiä määriä rikkiä ja rautaa. Lisäksi syötetystä kokonaiskupa-rimäärästä yli 97 p-% oli muodostanut blisterkuparia ja yli 1,6 p-% siirtynyt lentopölyihin. Näin syötetystä kokonaiskupäämäärästä ainoastaan vajaat 1,4 p-% oli konvertointireaktorin kuonassa.

Konvertointireaktorista saatava vähäinen kuonamäärä voidaan helposti käsitellä yhdessä sulatusyksikön kuonan kanssa esimerkiksi vaahdottamalla kuonassa olevan kuparin talteensaamiseksi tai sellaisenaan palauttaa sulatusyksikön syöttöön. Konvertointireaktorista saatava lentopöly voidaan poistokaasujen erotuksen jälkeen palauttaa myös sulatusyksikön materiaalisyöttöön.

Lentopölystä erotettava poistokaasu on korkean rikkidioksidipitoisuuden ansiosta (23,4 p-% SC>2 ) soveliasta suoraan rikkihapon valmistukseen ja se voidaan kuljettaa rikkihappotehtaalle sulatusyksiköstä saatavan poistokaasun kanssa samoja putkistoja pitkin ilman erityisiä, normaaliin konvertointitekniikkaan liittyviä 6 67727

Cu S Fe SiO^

Sisään p-% p-% p-% p-% kivi 75.00 20.83 3.94 0.0 fluksi 0.0 0.0 0.0 90.0

Ulos raakakupari 99.00 0.2 0.03 0.0 kuona 12.00 3.00 45.72 22.0 lentopöly 58.59 16.25 3.08 1.47

Taulukko 1 Materiaa!itase 7 6 7 7 2 7

Sisään °C kg/Nm3 kJ/kg, Nm3 kivi 1200 56315 776.1 fluksi 25 1179 0.0 puhallusilma 60 23536 45.9 02 (100 %) 60 3592 46.2 reaktiolämpö polttoöljy 25 150 40490.0 polttoilma 25 1600 0.0

Ulos °C kg/Nm3 kJ/kg,Nm3 raakakupari 1200 41405 720.2 kuona 1200 4744 1302.8 lentopöly 1370 871 1030.7 poistokaasut 1370 34412 2229.0 lämpöhäviöt

Taulukko 2 Lämpötase

Claims (3)

67727

1. Menetelmä raakakuparin valmistamiseksi niin, että raaka-aineen sulatus ja edelleenkonvertointi suoritetaan erillisissä käsittely-yksiköissä tunnettu siitä, että sulatusyksiköstä (1) saatava sula metallikivi johdetaan konvertointi-reaktorille (3), ja syötetään reaktorin (3) kuonamuodostajien ja hapetuskaasun kanssa niin, että sulasta metallikivestä saadaan muodostumaan hienojakoisia sulaosasia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että sulatus-yksiköstä (1) saatava sula metallikivi johdetaan sulatusyksikköä (1) olennaisen lähellä olevaan konvertointireaktoriin (3).

3. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että sulatusyksikössä (1) ylläpidetään olennaisesti alhaisempaa hapen osapainetta kuin kovertointirektorissa (3). if. Patenttivaatimuksen 1, 2 ja 3 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että käsittelyt sekä sulatusyksikössä (1) että konvertointireaktorissa (3) tapahtuvat autogeenisesti.