NO126806B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fjerning av jern fra

sulfidiske materialer.

Foreliggende oppfinnelse angår behandlingen av sulfidiske materialer-inneholdende jern og minst ett av metallene nikkel, kobber og kobolt, f.eks. matter og sulfidmalmer eller malmkonsentrater av ikke-jernmetaller for fjerning av jern fra disse, mer spesielt en pyrometallurgisk behandling av matter og sulfidmalmer eller malmkonsentrater av ikke-jernmetaller for oksydering og fjerning av jern ved slagging.

Tyve år etter at Bessemer utviklet sin pneumatiske prosess for omdanning av jern til stål, utviklet Pierre Manhes en fremgangsmåte for pneumatisk omdannelse av hvitmetall til råkobber. Den pneumatiske fremgangsmåte for omdanning av jern til stål kunne ikke direkte anvendes på omdannelsen av hvitmetall til råkobber, først og fremst på grunn av mekaniske og termiske årsaker. Manhes antok at hvitmetall kunne omdannes til råkobber hvis en gass inneholdende fritt oksygen kontinuerlig ble innført i den øvre sulfidfase og ikke i den nedre metallfase, og løste dette problem ved å anvende en side-blåst konverter som kunne rotere slik at blåserørene alltid var i sulfidfasen. Hvis en gass inneholdende fritt oksygen ble ført inn i metallfasen, ville badet omkring blåserørene fryse, blokkere disse og stoppe reaksjonen. Siden den gang er Manhes prinsipp blitt standard-teknikk, f.eks. i Peirce-Smith-konvertereh. Manhes' fremgangsmåte har i alt vesentlig vært anvendt uforandret, idet de forandringer som har vært utført har vært med hensyn til valg av ildfast stein, størrelse og form på blåserørene samt valg av fluksmaterialer. Skjønt Manhes' prinsipp har vært anvendt gjennom en årrekke i metallindu-strien, f.eks. ved fremstilling av kobber og nikkel, så har prosessen ikke desto mindre en rekke ulemper. Prosessen har blant annet relativt begrensede driftsmuligheter, noe som oppstår på grunn av gass-væske-faststoff-kontakten, tilførselen av gasser med høyt oksyderende potensial samt temperaturreguleringen.

Under hele driftscyklusen i en Peirce-Smith-konverter,

er det stadig meget bratte temperatur- og sammensetningsgradienter.

De bratte temperaturgradientene er karakterisert ved uønsket høy temperatur i blåserøresonen og relativt lav temperatur langt fra denne. Lokaliserte høye temperaturer nær de nedsenkede gassinntaks-rørene akselererer slit av blåserør og ildfast stein, mens en lav temperatur på andre steder bidrar til en utfelling av magnetitt som øker metalltapet i slagget og som kan senke konverterens kapasitet ved at det bygges, opp avsetninger på foringen. Tapet av ikke-j ern-metaller i slagget er et alvorlig problem som nødvendiggjør at dette behandles for å gjenvinne visse metaller.

Det har i tidenes løp vært angitt en rekke forslag for å unngå ulempene ved Peirce-Smith-konverteren. Man kan f.eks. anvende oksygenanriket luft for å øke konverterens kapasitet, men dette øker også slitet på den ildfaste foring i blåserørsonen og eliminerer ikke i det hele tatt de sterke temperaturgradienter. Det har også vært foreslått å anvende høye temperaturer for derved å nedsette magnetittdannelsen og ved å anvende slagg med høyt innhold av sili-siumdioksy.d for igjen å nedsette magnetittdannelsen både i- slagget og i matten. En oppnåelse av høye temperaturer, spesielt jevnt .høye temperaturer, er ikke blitt oppnådd i vanlige Peirce-Smith-konvertere. Skjønt en rekke -forsøk er blitt gjort for å unngå de forannevnte vanskeligheter og ulemper, så har ingen vært anvendt i særlig stor industriell målestokk.

Det er følgelig et stort behov for en fremgangsmåte for å fjerne jern ved slagging fra jernholdige matter og sulfidmalmer eller malmkonsentrater. Det er videre et sterkt behov for en fremgangsmåte for avs lagging av jern fra jernholdige matter og sulfidmalmer eller malmkonsentrater med høy produksjonshastighet.. Videre er det et behov for en fremgangsmåte for å fjerne jern ved slaggdannelse -fra jernholdige matter og sulfidmalmer eller malmkonsentrater som vil gi slagg med relativt lavt innhold av ikke-jernmetaller. -Man har nå oppdaget at jernholdige matter og sulfidmalmer eller malmkonsentrater ;kan -behandles for eliminasjon av jern ved slaggdannelse med høy produksjonshastighet, samtidig som man får fremstilt slagg med relativt lavt innhold av andre metaller enn jern.

Ifølge -foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for fjerning av jern fra sulfidisk materiale inneholdende mindre enn 10 % jern og minst ett av metallene nikkel, kobber og kobolt, "hvor det dannes et turbulent smeltet -bad med en nedre fase av det sulfidiske materiale og et øvre lag av et flytende slagg, og hvor slagget overflateblåses med en -oksygenholdig -gass for å holde slagget oksyderende overfor jern^ "idet turbulensen er tilstrekkelig til å bringe konsentrasjonsgradientene i slagget og den nedre sulfidiske fase til 'et minimum, mens bilåsingen fortsettes inntil jerninnholdet i den surfidiske fase er mindre enn 1 % t kjenne-tegnet ved at det anvendes et slagg som inneholder 5 - 35 -% ^e2^3>

25 - 35 '% silisiumdioksyd og resten FeO.

Den følgende "beskrivelse -må sees i sammenheng -med den vedlagte fegning som er et likevekts diagram som angir likvidusf o-rholdet i det ternære system Fe20^-FeO-SiO^ ved de temperaturer som er av interesse ved slagging av jern fra andre sulfider.

Generelt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for slagging av jern fra sulfidmaterialet som inneholder jern og minst ett av metallene nikkel, kobber og kobolt. I foreliggende fremgangsmåte tilveiebringer man et turbulent bad av et sulfidmateriale som inneholder mindre enn ca. 10 % jern, tilveiebringer og opprettholder et flytende slagg i alt vesentlig mettet med silisiumdioksyd for å senke det kjemiske potensial for FeO og potensialet for utfelling av fast magnetitt i kontakt med det turbulente bad, overflateblåser slagget med en gass inneholdende fritt oksygen for å opprettholde slaggets oksydasjonsevne overfor jern i det turbulente bad, hvorved slagget selektivt oksyderer jern i det turbulente sulfidbad til FeO som så løser seg i slagget, opprettholder sulfidbadet og slagget

i turbulent tilstand for god væske-væske-kontakt, slik at konsentrasjonsgradientene innen hver fase blir nedsatt til et minimum, og at eventuelle oksyderte andre metaller i slagget kan reduseres ved hjelp av jernet i' badet, hvoretter man fortsetter overflateblåsingen med gassen inneholdende fritt oksygen inntil jerninnholdet i det turbulente bad er blitt 1 % eller mindre.

Sulfidmaterialet som rent generelt kan behandles i overensstemmelse med foreliggende fremgangsmåte, vil ofte inneholder mer enn ca. 10 % jern. Disse materialer kan behandles ved overflateblåsing av et turbulent bad av sulfidmateriale med en gass inneholdende fritt oksygen for derved å oksydere jernet i badet, hvoretter man opprettholder og tilveiebringer et flytende slagg i alt vesentlig mettet med silisiumdioksyd for å senke FeO's kjemiske potensial og potensialet for.utfelling av fast magnetitt over og i kontakt med det turbulente sulfidbad i det minste når jerninnholdet i dette bad er blitt senket til mindre enn ca. 10 %, hvorved slagget selektivt vil oksydere jernet i det turbulente sulfidbad til FeO som så løser seg i slagget, hvoretter man fortsatt opprettholder sulfidbadet og slagget i turbulent tilstand slik at man får minimale konsentrasjonsgradienter i hver fase og slik at eventuelt oksyderte andre metaller enn jern i slagget kan reduseres ved hjelp av jernet i sulfidbadet, og man fortsetter over-flateb låsingen med den oksygenholdige gass inntil jerninnholdet i det turbulente sulfidbad er blitt mindre enn ca. 1 %.

Sulfidmaterialer inneholdende jern og minst ett annet metall valgt fra gruppen bestående av nikkel, kobber og kobolt i form av matte, malmer eller malmkonsentrater kan behandles i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse. Fremgangsmåten vil dog mest være anvendbar i forbindelse med kobber, kobber-nikkel eller nikkelmatter og sulfidmalmer eller malmkonsentrater, men kan også anvendes for behandling av sulfidiske materialer inneholdende bly forutsatt at man gjør visse forandringer med hensyn til temperaturene og slaggsammen-setningene. Videre kan oksydmalmer som inneholder ett av de forannevnte metaller og som er blitt sulfidert til et sulfidmetallprodukt eller matte, også behandles i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse. Videre kan skrapholdige metaller behandles i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, f.eks. ved en direkte tilsetning til sulfidbadet. Med begrepene -"sulfidmateriale" og "sulfidbad" for-stås her materialer inneholdende jern, minst ett annet metall valgt fra gruppen bestående av nikkel, kobber og kobolt samt svovel i tilstrekkelige mengder for en kombinasjon med metallene forskjellige fra jern. Materialene vil ofte inneholde svovel i tilstrekkelige mengder til en kombinasjon med alt jern såvel som alle andre metaller, men syntetisk produserte matter, hvor mengden av svovel kan være utilstrekkelig for en kombinasjon med alt tilstedeværende jern, kan også behandles i overensstemmelse med foreliggende fremgangsmåte. Ettersom svovelmengden i sulfidbadet kan være utilstrekkelig for en kombinasjon med alt tilstedeværende jern, og på grunn av smeltede mat-ters ioniske karakter, så er det underforstått at begrepet "jern inneholdt i badet", refererer seg til jern i badet enten dette følges av en støkiometrisk mengde svovel for-dannelse av PeS eller ikke. Det skal videre bemerkes at alle angitte sammensetninger er per.vekt hvis intet annet er angitt.

For slaggingen kan man fordelaktig og fortrinnsvis anvende en roterende sylindrisk ovn som er foret med et egnet ildfast materiale. Skjønt roterende ovner kan plaseres i alt vesentlig horisontalt, så er det fordelaktig å la ovnen helle i forhold til sin lengdeakse for derved å få størst mulig turbulens. Den sylindriske ovn er fortrinnsvis lukket i den ene ende for å få en maksimal varmeeffekt, mens den annen ende er utstyrt med et rør for overflateblåsing av sulfidbadet eller slagget med -en oksygenholdig gass, en brenner for å variere driftstemperaturene og den atmosfæriske sammensetning foruten en hette for oppsamling av avgasser. Det skal bemerkes at begrepet "overflateblåsing" slik det brukes her, refererer seg.til den teknikk hvor man tilfører sulfidbadet eller slagget en gass ved blås-ing, uten anvendelse av blåserør på den øvre overflate av badet eller slagget, og trenger ikke nødvendigvis å innbefatte at gass-strømmen trenger inn i den øvre overflate av badet eller slagget. Ovnen er videre utstyrt med roterende anordninger slik at den kan roteres med varierende hastighet for derved å få tilveiebragt de forønskede tur-bulenser. Turbulensen øker varmeoverføringen, øker hastigheten på de tilstedeværende kjemiske reaksjoner, nedsetter sammensetningsgradient-ene i hver enkelt fase, og reduserer i betydelig grad diffusjonsbarri-erene mellom slagg- og sulfidfåsene..Man kan selvsagt anvende andre ovner, men disse må være utstyrt med anordninger for tilførsel av gass til slagget og må ha utstyr for mekanisk, elektromekanisk eller annen egnet røring.

Det er viktig ved foreliggende fremgangsmåte at oksygen tilføres til det smeltede sulfidbad uten anvendelse av blåserør, spesielt når jerninnholdet i badet er under ca. 10 %, og når oksygen tilføres via slagget. Ettersom nedsenkede blåserør ikke anvendes, og badet på uavhengig måte holdes i turbulent tilstand, vil gasser med høyt innhold av oksygen såsom vanlig oksygen eller oksygenanriket luft kunne anvendes uten at man derved får problemer med hensyn til slitasjen på den ildfaste foring. En tilførsel av oksygen til det smeltede sulfidbad via det silisiumholdige slagg, når jerninnholdet i sulfidbadet er under 10%, gir slagg med lavere innhold av verdifulle metaller enn det som hittil har vært mulig å oppnå. En mulig forklaring på det lave innhold av verdifulle metaller i slagget i forhold til det som oppnås ved hjelp av Peirce-Smith-konvertere, er at oksygen som tilføres sulfidfasen via slagget, antagelig har lavere kjemisk potensial og følgelig er mer selektivt ved oksydasjon. Den mer selektive natur av disse oksygenover-førende slaggtyper er spesielt viktig når jerninnholdet i matten er under 10 %, fordi jernets kjemiske potensial i matten er avtagende mens det kjemiske potensial for de mer oksyderbare metaller såsom kobolt, nærmer seg det kjemiske selektive og slike andre metaller enn jern blir således oksydert og går tapt i slagget. I en vanlig Pierce-Smith-konverter blir gassformet hydrogen injisert direkte inn i sulfidfasen med høyt kjemisk potensial. Etterhvert som de oppstigende bobler oksyderer det tilstøtende sulfid, vil oksygeninnholdet gradvis omdannes til svoveldioksyd, men det gjenværende oksygens kjemiske potensial er stadig relativt høyt, og istand til å oksydere FeO til Fe^ O^ og visse andre metaller til oksyder. Etterhvert som jerninnholdet i svovel-badet avtar, øker sannsynligheten for at andre metaller enn jern skal oksyderes. I den foreliggende fremgangsmåte vil slagget levere oksygenet ved lavt kjemisk potensial som er meget godt egnet for oksydasjon av jern til FeO, men ikke i særlig hby grad videre, og som har liten tendens til å oksydere andre tilstedeværende metaller i badet. Eventuelt utviklet PeO vil likeledes frembringes ved interfasen mellom slagget og matten, hvor det raskt kan tas opp i lbsning i slagget, noe som igjen reduserer muligheten for ytterligere oksydasjon. Foreliggende fremgangsmåtes storre e'ffektivitet kan også forklares med hensyn til oksygenets kjemiske potensial i slagget, ettersom oksydasjonsprosessen via dette er mer selektiv, slik at man får dannet lite fast magnetitt. Man antar videre at jern opplost i slagget i toverdig tilstand blir partielt oksydert til treverdig tilstand under behandlingen med den oksygenholdige gass , mens det treverdige jern er den effektive oksygenbærer, og at sulfidfasen, som opprettholdes i en turbulent tilstand, blir oksydert via de treverdige jernioner i slagget på interfasen mellom slagget og sulfidbadet.

Slaggets kjemiske sammensetning er av stor betydning både med hensyn til effektiviteten og graden av oksydasjonen og slagg-dannelsen av jern fra sulfidfasen. Som nevnt ovenfor antar man ifblge foreliggende oppfinnelse av de treverdige jernioner opplost i slagget er de effektive oksygenbærere, og at slagget fblgelig bor inneholde tilstrekkelig treverdig jern for å oksydere jernsulfidet i matten. Under oksydasjon og slagging av jern fra matten, vil det utvikles svoveldioksyd, og likevektsberegninger viser at hbye partialtrykk av svoveldioksyd er gunstige for reaksjonen, mens lave partialtrykk er ugunstige. Det kan vises at silikatslagg inneholdende vesentlige mengder treverdig jern i l'ikevekt med en jern-sulfidholdig matte, vil gi hoyt partialtrykk for svoveldioksyd, méns slagg inneholdende bare mindre mengder treverdig jern vil frembringe et lavt partialtrykk for svoveldioksyd. Når man f.eks. behandler en kobbermatte inneholdende 30 $ kobber, 40 $ jern og 30 $ svovel ved 1300°C, er likevektspartialtrykket av svoveldioksyd fri-fl

gjort i nærvær av det magnetittmettede slagg ca. 1 x 10 ganger storre enn det partialtrykk for svoveldioksyd man får ved å behandle en matte av samme sammensetning med et slagg inneholdende bare 1 fo treverdig jernoksyd. Et annet viktig trekk ved slaggets kjemiske karakter er mengden av wustite (PeO) i slagget, spesielt når det er onskelig med lavt jerninnhold i den avsluttende matte. Por å sikre lavt jerninnhold i matten, bor PeO i slagget ha lavt kjemisk potensial, ettersom lave "FeO-kjemiske potensialer i slagget

sikrer at FeO fremstilt ved oksydasjon av jern i matten, meget lett blir opplost i slagget og liten tendens til videre oksydasjon. Under jernoksydasjonen og slaggingen er det fordelaktig, spesielt

i de siste trinn, å anvende slagg mettet med silisiumdioksyd. Man oppnår de beste resultater når man anvender et slagg nesten mettet med magnetitt og silisiumdioksyd, og endog bedre resultater ved å bruke slike slagg ved hbye temperaturer, f.eks. over ca. 1300°C

eller endog bedre over ca. 1400°C. Under de siste trinn for å

fjerne jern, bor imidlertid slaggets oksyderende potensial fordelaktig senkes noe for derved å senke tapene av verdifulle metaller til slagget.

En klarere forståelse av oksygenoverfbringsslagg som kan anvendes i foreliggende fremgangsmåte, fremgår av den vedlagte figur som gir et ternært likevektsdiagram for silisumdioksyd (Si02), wustite (FeO) og treverdig jernoksyd (Fe20^) ved forskjellige temperaturer og for sammensetninger som kan brukes som raffinerende slagg. Området omgitt av ABCDE representerer sammensetninger som er flytende ved'forskjellige temperaturer, og hvor sammensetningene er angitt med linjer med avsatte temperaturer. I tre dimensjoner representerer arealet ABCDE overflater med spesifikke overflater representert f.eks. ved ABCFG og CDJHF. Linjen CF, som er snitt-linjen'for overflatene ABCFG og CDJHF, representerer slagg med det hbyeste oksyderende potensial og med lavt FeO-potensial pga. sin metning med magnetitt og silisiumdioksyd. Ved f.eks. 1400°C har et slagg med en sammensetning representert ved punktet P, dvs. ca.

40 <fo FeO, ca. 33 1° Fe^ og ca. 27 $ > Si02, det stbrste oksyder-

ende potensial. Ettersom FeO imidlertid frembringes ved en reduk-

sjon av Fe20^ i slagget og ved oksydasjon av jern i matten, må

man sikre at det er tilstrekkelig Si02 tilstede til å lose det fremstilte FeO og nedsette muligheten for en overoksydasjon til fast Fe^O^. Videre vil det-.i kommersiell praksis være helt umulig å oppnå en slaggsammensetning innen et så trangt område. Både teoretisk og rent praktisk er det fblgelig fordelaktig å anvende et stort overskudd av SiOg. Som vist på figuren, har slagg med en lignende sammensetning storre opplbsende evne for Fe20^ ved hbyere temperaturer, og en anvendelse av slike temperaturer vil derfor nedsette utfeiningen av fast magnetitt. Oksygen-overfbringsslagg i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse inneholder fordelaktig minst ca. 25 $ og ikke mer enn ca. 35 $ Si02 og fra ca. 5 til

ca. 35 Fe^ O^-. Enda mer fordelaktig holdes slaggsammensetningen mellom 30 og 35 $ Si^. Med slagg inneholdende de forannevnte mengder silisiumdioksyd og FegO^ vil man få en minimal utfelning av fast magnetitt samtidig som opplosningen av FeO og slaggets oksyderende evne er maksimal.

Et annet viktig trekk ifolge foreliggende oppfinnelse er det smeltede sulfidbads turbulente tilstand, idet disse turbulen-ser senker konsentrasjonsgradientene til et minimum. Mange antar at en kjemisk likevekt oppnås nesten øyeblikkelig ved de hbye temperaturer som anvendes i vanlig metallurgisk teknikk. Skjont en kjemisk likevekt kan oppnås meget raskt i visse pyrometallurgiske prosesser, så er likevektshastigheten i en prosess som innbefatter to ublandbare faser, blant annet avhengig av den kjemiske transport, dvs. diffusjonsprosesser, og disse kan være relativt langsomme.

Når diffusjonsprosesser alene står for hele transporten, så etab-leres det meget raskt filmer hvis sammensetning nærmer seg like-vektssammensetningen, hvorved likevektshastigheten i resten av de to faser blir sterkt senket pga. et fravær av hoye drivende kref-ter. For å unngå disse ulemper må de reagerende stoffer blandes skikkelig for å senke tykkelsen på slike barrierer, dvs. at sulfidbadet og silikatslagget må holdes i turbulent tilstand. Foreliggende fremgangsmåte krever således en uavhengig roring i det smeltede bad for å få denne turbulens. Det skal bemerkes at turbulensen i det smeltede bad oker interfasen mellom gassen og slagget, hvorved man får en mer effektiv absorbsjon av den oksygenholdige gass i slagget. Når fremgangsmåten videre utfores i en sylindrisk roterende ovn, så vil slagg i form av dråper falle ned fra den ildfaste foring og frembringe en regnlignende effekt som også oker kontakten mellom gassen og slagget, hvorved man får en ytterligere oksygenabsorb.sjon fra -ovnatmo sfæren.

Som nevnt ovenfor er det fordelaktig å anvende en sylindrisk roterende ovn med slike rotasjonshastigheter at man får et turbulent bad. Et like viktig hensyn for å anvende roterende ovner, spesielt i kommersiell praksis hvor man anvender dype .bad, er at den ildfaste foring i ovnen gir posisjoner for frembringelse av svoveldioksydbobler. I foreliggende praksis, dvs. med sideblås-ing, vil både det ildfaste stoff i nærheten av innblåsningsrorene og den injiserte gass i seg selv være posisjoner for utvikling av svoveldioksydbobler som så unnviker fra badet slik at man ved

konstant å fjerne et reaksjonsprodukt kan få en fortsatt konver-

terende virkning. Når man anvender slagg for å oksydere jernet i matten, vil injiserte gasser ikke være tilgjengelige for dannel-

se av svoveldioksyd, og man må på annen måte sikre denne dannelse og utvikling av svoveldioksydbobler. I foreliggende fremgangsmåte blir den nodvendige dannelse av nevnte bobler frembragt ved den ovenfor angitte turbulens. Et turbulent bad sikrer at matten inneholdende svoveldioksyd konstant blir bragt i kontakt med det ild-

faste materiale slik at man får en blandende virkning. Når fremgangsmåten videre utfores i en roterende ovn, vil det roterende ildfaste materiale konstant dra atmosfærisk gass ned under over-

flaten i det smeltede bad, og dette vil sammen med de naturlige dannelsessteder på det ildfaste materiale gi en meget effektiv svoveldioksydutvikling. Det er videre mulig, at turbulensen inne i badet skaper lokale lommer med mindre trykk slik at man får små

områder hvor partialtrykket av svoveldioksyd senkes så mye at den frie gass utvikles. Det fremgår av det ovennevnte at det turbu-

lente bad tjener tre forskjellige funksjoner. For det fbrste senk-

er det turbulente bad konsentrasjonsgradientene inne i hver fase,

sikrer rask fordeling av varme og sikrer en dannelse av gassformede produkter.

Når fremgangsmåten ifolge foreliggende oppfinnelse utfores

i en roterende ovn slik det er beskrevet ovenfor, vil varmeeffekti-viteten og evnen til å anvende gasser sterkt anriket med oksygen eller å brenne ekstra brennstoff gjore det mulig å nå et teoretisk optimum som hittil ikke har vært mulig. Når man f.eks. anvender sterkt anrikede kobbermatter, er det nå praktisk å oppvarme disse til temperaturer på over 1300°C for man begynner blåsingen for der-

ved å unngå en dannelse av for store mengder magnetitt i sulfid-

og slaggfasene ved de. lavere temperaturer. Videre kan man anvende semikontinuerlig smelting ved å anvende en oksygenanriket gass slik at man får minimale varmetap pga. nitrogen. Så snart et smeltet sulfidbad er dannet og slaggingen er begynt, kan fast matte, malmer eller malmkonsentrater forvarmet hvis dette erbnskelig, kontinuerlig eller med jevne mellomrom tilsettes badet i'tillegg til fluksmater-ialet, slik at man anvender den frigjorte oksydasjonsvarme for å

smelte de faste materialer. Ekstra brennstoff kan også anvendes for d'ette formål. Noe som er endog mer viktig er at man kan an-

vende hoye temperaturer og slagg med hoyt silisiumdicksydinnhold i

for derved å nedsette magnetittdannelsen til et minimum. Når man således behandler kobber eller kobber-nikkel-matter, så kan man anvende slagg med opptil 30 % Si02 og endog hoyere uten at man derved senker slaggets fluiditet ettersom man meget lett og homogent kan oppnå de hoye temperaturer som er nodvendige for å opprettholde slaggets fluiditet. Man anvender fordelaktig og fortrinnsvis temperaturer over ca. 1300°C, eller endog hoyere, når man behandler kobbermatter for derved å nedsette magnetittdannelsen i sulfidfasen, samtidig som man senker stabiliteten av skadelige forbind-elser såsom ferritter foruten at slaggingshastighetene oker. Den lave slaggviskositeten resulterer i at mindre mengder metaller inn-fanges i slagget. Man kan naturligvis anvende de temperaturbeting-elser og de slaggsammensetninger som vanligvis anvendes i vanlige Peirce-Smith-konvertere, men en anvendelse av slike betingelser vil ikke resultere i en full utnyttelse av den foreliggende fremgangsmåte.

Hoyere temperaturer er spesielt viktige under de avsluttende slaggingstrinn, ettersom jernets kjemiske potensial er lavt og fordi man uten en anvendelse av hoyere temperaturer, ikke ville få oksydert jernsulfidet i matten. Ikke bare sikrer hbyerer temperaturer lavt avsluttende jerninnhold i matten, men hoyere temperaturer er også effektive for å bke slaggreaksjonenes kinetikk og for å unngå en utfelning av magnetitt fra mattefasen. Slaggingen utfores ved temperaturer på minst ca. 1250°C, og fordelaktig ved temperaturer hoyere enn ca. 1300°C. Ved disse temperaturer får man en i alt vesentlig fullstendig oksydasjon av jernsulfid med meget hbye hastigheter samtidig som man nedsetter problemene med hensyn til viskost slagg og magnetittutfeining. Hvis slaggingsreaksjon-ene ikke er tilstrekkelig eksotermiske til å opprettholde de fore-trukne temperaturer, kan ytterligere varme tilfores badet gjennom en hjelpebrenner hvor man anvender ekstra tilsatt brennstoff med et overskudd av en gass inneholdende fritt oksydgen, f.eks. luft, oksygenanriket luft eller kommersiell oksygen, slik at slaggets oksyderende natur ikke bdelegges.

Som nevnt tidligere, er et av de fordelaktige trekk ved foreliggende oppfinnelse, slaggets selektive oksyderende natur. Når sulfidmaterialet som skal behandles i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, inneholder mer enn ca. 10 % jern, kan det smeltede sulfidbad overflateblåses med en gass inneholdende fritt oksygen med eller uten en fluks eller slagg, og nevnte overflateblåsing kan utfores på en slik måte, at gassen inneholdende fritt oksygen fullstendig trenger inn i slagget og direkte oksyderer matten inntil jerninnholdet i sulfidbadet er blitt senket til mindre enn ca. 10 fo. Denne fbrste behandling for å senke jerninnholdet i sulfidbadet til mindre enn ca. 10 fo, kan endog utfores i et fravær av roring, f.eks. i en stasjonær konverter. Etterat jerninnholdet i sulfidbadet er senket til mindre enn ca. 10 fo jern, blir badet så behandlet med et oksygenoverfbrende slagg for å senke jerninnholdet til mindre enn ca. 1 f°, og overf lat eblås ingen under dette trinn utfores slik at hovedmengden av oksygenet fores inn i sulfidbadet via slagget. Når jerninnholdet i matten er blitt senket til ca. 10 <<>fo og den etterfølgende oksydasjon utfores via slagget, må overflateblåsingen endres slik at man får en minimal direkte oksydasjon av matten via gassen inneholdende fritt oksygen. Således må man vanligvis endre gassens hastighet og dens innfallsvinkel for å unngå en direkte kontakt mellom matten og gassen.

Når mesteparten av jernet i matten er blitt oksydert, kan slagget fjernes hvoretter man kan gjenoppta blåsingen med en gass inneholdende fritt oksygen for derved å omdanne også andre sulfider til metall, f.eks. blærekobber, råkobber, "oksygennikkel" eller kupronikkel. Alternativt kan de gjenværende sulfider tappes for en etterfølgende behandling såsom en langsom avkjbling av en nikkel-kobber-matte for å frembringe en separasjon av denne, eller en nikkelmatte kan underkastes en væske-væske-utveksling for å fjerne forskjellige forurensninger, f.eks. for å fjerne kobber og kobolt fra nikkelsulfidet.

Anvendelsen av et oksygenoverfbrende slagg i de avsluttende trinn med hensyn til jernfjerningen, er et av de fordelaktige trekk ifblge foreliggende oppfinnelse, ved at jernoksydasjonen via slagget er sterkt selektiv. Ettersom jerninnholdet i matten senkes til ca. 5 f°, vil imidlertid slaggets selektivitet bli svekket, spesielt når det oksyderende potensial for en spesifikk slaggsammensetning holdes på et maksimum. Etterhvert som jerninnholdet i matten synker til ca. 5 %, kan slaggets selektivitet opprettholdes ved å senke slaggets oksyderende potensial. Dette kan utfores ved å svekke b-låsehastigheten med gassen inneholdende fritt oksygen, eller ved å senke oksygeninnholdet i nevnte gass, og begge deler vil resultere i at slagget tilfores oksygen med langsommere hastighet enn det som forbrukes ved reaksjonen med jern i matten. Disse behandlinger utfores slik at slaggets oksyderende potensial senkes ca. 1-3 ganger i forhold til slaggets maksimale oksyderende potensial, dvs. at oksygenets partialtrykk i et silisiumdi-oksydmettet slagg ved ca.' 1300 C senkes fra ca. 10 atmosfærer

_q

til 10 atmosfærer. Den utforelse hvor man forbrenner et ekstra brennstoff, er meget fordelaktig i så henseende ved at den frem-bragte varme hever slaggets og sulfidbadets temperatur, noe som igjen oker reaksjonshastigheten og graden av jernfjerning samtidig som man senker mengden av sulfider som medfores i slagget. Effektiviteten ved disse behandlinger, dvs. hvorvidt slaggets oksyderende potensial er blitt tilstrekkelig senket til at den oksyderende selektivitet er blitt opprettholdt, kan fastslås ved den mengde Fe20^ som finnes i slagget. Hvis det f.eks. er onskelig å senke det oksyderende potensial for et spesifikt oksygenoverforende slagg med en stbrrelsesorden på 2 eller 3 i forhold til det maksimale oksyderende potensial, så må FegO^-innholdet i et raffinerende slagg med et maksimalt oksyderende potensial, senkes til mellom 5 og 20 i°.

Når man anvender foreliggende oppfinnelse i praksis er

det foretrukket å behandle minst ett metallsulfid valgt fra gruppen bestående av nikkel, kobber og kobolt-sulfid og som inneholder jern for å fjerne dette ved oksydasjon og slagging, hvor man forst etab-lerer et smeltet bad av sulfidet, overflateblåser dette med en gass inneholdende fritt oksygen for å senke jerninnholdet til mindre enn ca. 10 $>, tilveiebringer og opprettholder et oksygenoverf orende

slagg inneholdende mellom ca. 5 og ca. 35 i° F&^. O^ og silisiumdioksyd i tilstrekkelige mengder til at man får mellom 25 og 35 i° sili-sium over og i kontakt med sulfidbadet, i det minste etterat jerninnholdet i dette er senket til mindre enn ca. 10 fo, holder slagget og sulfidbadet på en temperatur på minst ca. 1250°C, overflateblåser slagget med en gass inneholdende fritt oksygen for å opprettholde slaggoksydasjonen av jern i sulfidbadet, opprettholder sulfidbadet og slagget i en turbulent tilstand slik at man minima-liserer bratte konsentrasjonsgradienter i hver enkelt fase og langs interfasen mellom slagget og sulfidet, og videre slik at svoveldioksydbobler dannes og fjernes fra sulfidbadet, og hvoretter man fortsetter behandlingen med nevnte oksygenholdige gass til det alt

vesentlige av jernet i sulfidbadet er gått over til slagget.

Foreliggende eksempler illustrerer oppfinnelsen. L Eksempel I

Ca. 6,5 tonn av en svovelfattig nikkelmatte med en temperatur på 1260°C og inneholdende 25 fo nikkel, 65 i° jern og 9 $ svovel ble tilsatt en roterende konverter som var ca. 4,4 meter lang og med en diamter på 1,8 meter i den indre magnesittkromforingen. Jerninnholdet i matten ble senket til ca. 10 fo ved overf lateblåsing med luft med en oksygeneffektivitet på 95 i° via et vannavkjølt inn-blåsningsror, hvoretter det oksyderte jern ble slagget med kvarts og sand som ble tilsatt semikontinuerlig for å holde Si02~inn-holdet i slagget på mellom 25 og 30 %. På dette punkt ble mattens temperatur hevet til ca. 1300°C, og man anvendte et oksygenover-fdrende slagg inneholdende fra ca. 15 til ca. 18 fo FegO^-og mettet med silisiumdioksyd for å oksydere det gjenværende jern i matten. Slagget ble overflateblåst med luft i nedsatte mengder og med nedsatt hastighet for å unngå en direkte oksydasjon av matten samtidig som.man holdt slagget på dets maksimale oksyderende potensial, og silisiumdioksyd ble semikontinuerlig tilsatt for å holde slagget mettet med silisiumdioksyd. For å få god væske-væske-kontakt mellom matten og slagget, ble konverteren rotert med 20 omdreininger pr. minutt, hvorved man fikk etablert et turbulent bad. Da jerninnholdet var senket til ca. 2 $, ble luftblåsingen avsluttet og naturgass ble tilfort og fullstendig forbrent for å holde badets temperatur på 1300°C og for å senke slaggets oksyderende potensial til en halvpart til en tredjedel av det maksimale oksyderende potensial. Konverterens rotasjonshastighet ble senket til ca. 5 omdreininger pr. minutt for å lette sedimentasjonen av eventuelle med-fbrte sulfider. Ved tappingen fikk man en matte som inneholdt 76 fo nikkel, 0,8 % jern og 20 fo svovel, og man kunne ikke observere massive magnetittavsetninger på veggene.

Eksempel II

Ca. 6 tonn av en kobbermatte som inneholdt 45,6 9^ kobber, 5,2 io nikkel, 0,2 $ > kobolt, 26 <fo Fe og 23 $ svovel ble tilsatt en roterende konverter av den type som er beskrevet ovenfor. Badets temperatur ble hevet til 1270°C ^ed forbrenning av tilsatt brennstoff i en brenner inne i et blåseror. Luft ble tilfort via blåse-røret med en dysehastighet på ca. 240 meter pr. sekund samtidig som en blanding av kvarts og sand ble semikontinuerlig tilsatt for å få frembragt et slagg inneholdende mellom 25 og J>0% silisiumdioksyd. Temperaturen stiger langsomt til 1300°C mens jerninnholdet senkes til ca. 10%. På dette punkt anvender man et oksygenoverførende slagg inneholdende fra 15 til 18% Fe20^ og mettet med silisiumdioksyd for å oksydere det gjenværende jern i matten. Dette frembringes ved å senke dysehastigheten til 150 meter per sekund for å unngå en direkte oksydasjon av matten samtidig som man holder slaggets oksyderende potensial nær dets maksimum. Ettersom jerninnholdet i matten nærmer seg 5%, blir lufthastigheten senket slik at man får en gradvis senkning av Fe^O^-innholdet i slagget. Slagget ble skummet når jerninnholdet var mindre enn 1 %, og det resulterende hvitmétall ble omdannet til blærekobber.

Det skal bemerkes at foreliggende oppfinnelse ikke må sam-menblandes med tidligere kjente fremgangsmåter hvor man har utført

slagging og andre reaksjoner i roterende ovner, ettersom disse tidligere kjente fremgangsmåter mest vanlig har anvendt den roterende ovn for å jevne ut temperaturen i den ildfaste foring. Disse tidligere kjente fremgangsmåter har krevet at gassen inneholdende fritt oksygen må føres inn i sulfidfasen, og har følgelig ikke oppdaget det meget viktige trekk atoksydasjonen kan foregå via slagget, spesielt under de siste trinn med hensyn til jernfjerningen. Nevnte fremgangsmåte har således ikke vært istand til å frembringe slagg med lavt innhold av verdifulle metaller forskjellig fra jern.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for fjerning av jern fra sulfidisk materiale inneholdende mindre enn 10 % jern og minst ett av metallene nikkel, kobber og kobolt, hvor det dannes et turbulent smeltet bad med en nedre fase av det sulfidiske materiale og et øvre lag av et flytende slagg, og hvor slagget overflateblåses med en oksygenholdig gass for å holde slagget oksyderende overfor jern, idet turbulensen er tilstrekkelig til å bringe konsentrasjonsgradientene i slagget og den nedre sulfidiske fase til et minimum, mens blåsingen fortsettes inntil jerninnholdet i den sulfidiske fase er mindre enn 1 %, karakterisert ved at det anvendes et slagg som inneholder 5 - 35 % Fe20^, 25 - 35 % silisiumdioksyd og resten FeO.