RO122640B1

RO122640B1 - Procedeu pentru producerea cuprului brut

Info

Publication number: RO122640B1
Application number: ROA200400218A
Authority: RO
Inventors: Ilkka Kojo; Pekka Hanniala; Deramond Carlos Caballero; Rojas Cesar Acuna
Original assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2009-10-30
Also published as: CA2459962A1; AU2002325965B2; CA2459962C; JP2005503481A; CN1556867A; EA200400266A1; WO2003025236A1; FI115536B; PL197523B1; US20040244534A1; EP1436434A1; MXPA04002601A; KR20040029183A; PL368532A1; EA005386B1; KR100929520B1; BR0212651A; CN1295364C; YU24704A; FI20011859L

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu pentru producerea cuprului brut sau a matei de puritate ridicată, într-un reactor de topire. Procedeul conform invenţiei constă în alimentarea reactorului de topire cu fondant care conţine CaO şi SiO2 împreună cu gazul conţinând oxigen, concentratul de cupru şi/sau mata de cupru, o parte din cuprul din concentrat şi/sau din mată fiind oxidată în scopul formării unei zguri în care raportul CaO/SiO2 este mai mare de 1,5, conţinutul de cupru este sub formă oxidată şi conţinutul de oxid de calciu este mai mare de 20%.

Description

Invenția se referă la un procedeu pirometalurgic de producere a cuprului brut într-un reactor de topire, cum ar fi, de exemplu, un cuptor de topire în suspensie, direct din concentratul sulfidic al acestuia și/sau din mată de cupru fin granulată.

Un procedeu bine cunoscut la nivelul tehnicii actuale este acela de a produce cupru neprelucrat sau cupru brut dintr-un concentrat sulfidic în diferite etape, în care concentratul este topit într-un reactor,cum ar fi un cuptor de topire în suspensie, cu aer sau cu aer îmbogățit în oxigen, care conduce la obținerea unei mate bogată în cupru conținând 50-75 % greutate cupru și zgură. Acest tip de procedeu este descris, de exemplu, în brevetul US 2506557. Mata de cupru formată într-un cuptor de topire în suspensie este convertită, de exemplu, într-un convertizor de tipul Pierce-Smith sau într-un convertizor cu scânteiere electrică în cupru brut și purificat în continuare într-un cuptor anodic.

Producerea cuprului brut din concentrat sulfidic direct, într-o singură fază de proces, într-un reactor în suspensie, este viabilă din punct de vedere economic numai în cadrul anumitor condiții limită. Cele mai mari probleme pe care le implică producerea directă a cuprului brut includ comportarea lui la formarea de zgură și cantitatea mare de zgură formată. Cantitatea mare de zgură reclamă tratament cu faze de proces ulterioare pentru recuperarea cuprului, fapt care afectează fezabilitatea economică a procedeului.

în cazul în care conținutul de cupru al concentratului este suficient de ridicat, în mod specific de cel puțin 37 % greutate cupru, ca de exemplu la topitorul Olympic Dam din Australia, unde conținutul de cupru al concentratului depășește în mod normal 40 % în greutate, este posibil din punct de vedere economic să se producă cupru brut direct, într-o singură fază de proces. Atunci când se utilizează concentratul descris mai înainte, cantitatea de zgură este moderată, dar pentru a produce cupru brut, care prezintă un conținut scăzut de sulf, mai mic de 1 % în greutate, condițiile de oxidare trebuie să fie selectate astfel încât zgura produsă să conțină 15-25 % în greutate cupru.

Concentratul prezentând un conținut de cupru mai scăzut poate fi de asemenea adecvat pentru producerea directă a cuprului brut, dacă acesta are o compoziție avantajoasă. De exemplu, la topitoria Glogow din Polonia, cuprul brut este produs din concentrat într-o singură fază, atât timp cât conținutul de fier este scăzut și cantitatea de zgură rezultată nu este în mod semnificativ ridicată. Producerea cuprului într-o singură fază cu concentrații normale provoacă zgurificarea întregii cantități de fier și a altor sterile. Acest tip de procedeu este descris în brevetul US 4030915.

Brevetul FI 104838 descrie un procedeu pentru producerea cuprului brut într-un reactor în suspensie direct dintr-un concentrat de cupru sulfidic, în care concentratul, fondantul și aerul îmbogățit în oxigen sunt alimentate în reactor. Mata de cupru răcită și fin granulată este alimentată în reactorul în suspensie odată cu concentratul, în scopul de a prelua căldura eliberată de concentrat și de a scădea în proporție relativă cantitatea de zgură, caz în care gradul de îmbogățire a aerului care se introduce în reactor este de cel puțin 50% oxigen. Acest brevet FI 104838 limitează însă procedeul la domenii în care îmbogățirea cu oxigen a aerului este mai mare de 50% oxigen și pe de altă parte calitatea concentratului este limitată la mai multde 31 % în greutate cupru în concentrat. Brevetul este limitat a utiliza atât zgură de silicat de fier (în mod esențial liberă de calciu) cât și zgură de ferită de calciu (în mod esențial liberă de silicat), depinzând de calitatea concentratului.

Documentul WO 00/09772 descrie un procedeu de topire a concentratului sulfidic de cupru prin topirea în prezență de oxigen a concentratului sulfidic de cupru, și transformând cea mai mare parte a fierului din concentratul sulfidic de cupru în zgură precum și o parte sau majoritatea sulfuri! conținută în acesta sub formă de dioxid de sulf S02, obținându-se în acest fel cupru din concentrat sulfidic sub formă de metal alb, aproximativ ca mată de metal

RO 122640 Β1 alb sau cupru brut. în conformitate cu procedeul menționat, topirea în prezență de oxigen 1 este efectuată astfel încât să producă zgură în care raportul în greutate CaO/ (SiO₂ +CaO) să fie 0,3 până la 0,6 ( CaO/Si0₂ = 0,43 până la 1,5 ) și raportul în greutate Fe / (FeO_x + 3

SiO2 + CaO) să fie 0,2 până la 0,5, și un metal alb, aproximativ mată de metal alb sau cupru brut, prin adăugare de material Si02 și material CaO la concentratul de sulfid de cupru drept 5 fondant. Obiectul acestei cereri de brevet (WO 00/09772) este acela de a asigura un procedeu de topire a concentratului sulfidic de cupru pentru producerea metalului alb sau a 7 cuprului brut, prin oxidarea continuă a concentratului sulfidic de cupru sau a matei la temperatura de 1300“C sau mai mică, fără complicații în ceea ce privește magnetita, 9 procedeu care este aplicabil pentru tratarea concentratului sulfidic de cupru sau a matei conținând SiO₂, cu o pierdere mai mică de cupru în zgură, capabilă să recupereze conținutul 11 de cupru din zgură prin flotație, cu o capacitate mare de îndepărtare a arsenului, antimoniului și plumbului în zgură, și cu o mai mică coroziune a cărămizilor refractare.Acest document 13 (WO 00/09772) limitează totuși domeniul corespunzător de compoziție a zgurii la o fereastră, unde raportul CaO/SiO₂ în zgură este mai mic de 1,5 și unde conținutul de siliciu în zgură 15 este relativ ridicat, minimum fiind de aproximativ 12,4 % SiO₂ în sistemul CaO- SiO₂-FeO_xpur (CaO=18,6%). Pe măsură ce conținutul de oxid de calciu din zgură crește, conținutul de 17 siliciu din zgură trebuie de asemenea crescut, și cantitatea totală de zgură crește în mod corespunzător. De exemplu, atunci când raportul CaO/ (SiO₂ +CaO ) este 0,6 și raportul 19

Fe /(FeOx + SiO₂ + CaO) descrește de la 0,5 la 0,2 cantitatea de zgură este mai mult decât dublată. Cel mai ridicat raport CaO/SiO₂ este 1,5. 21

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în obținerea cuprului brut sau a matei de puritate ridicată într-un reactor de topire în suspensie, direct din concentrat sulfidic 23 și/sau mată de cupru fin granulată, în care materialele purtătoare atât oxidul de siliciu (SiO₂) cât și oxidul de calciu (CaO) sunt de asemenea introduse, în proporții care să permită 25 formarea unei zguri care să fie fluidă în intervalul de temperatură de 1250 - 1350°C .

Procedeul conform invenției rezolvă problema menționată prin aceea că fondantul 27 conținând CaO și SiO₂ oxigen este alimentat în reactorul de topire, împreună cu gazul conținând oxigen, concentratul de cupru și/sau mata de cupru și o parte din cupruldin con- 29 centrat și/sau din mată fiind oxidată pentru a forma o zgură în care raportul CaO/SiO₂ este mai mare decât 1,5 și în care conținutul de cupru este sub formă oxidată, iar conținutul de 31 oxidul de calciu calculat într-un sistem FeO+ CaO+SiO₂=100, este mai mare decât 20%, esențial pentru fluiditatea zgurei fiind faptul că aceasta conține de asemenea cupru în formă 33 oxidată, cel puțin 6% greutate.

Procedeul conform invenției se bazează pe faptul că, cuprul oxidat din zgură 35 fluidizează în mod eficace atât magnetita cât și silicatul dicalcic, care limitează aplicabilitatea zgurei de CaO - SiO₂-FeO_xîn topirea cuprului. în condițiile de oxidare, acolo unde conținutul 37 de sulf din cupru este mai scăzut de 0,8 % în greutate, o parte din cuprul din concentrat și/ sau din mata de cupru fin granulată fiind oxidată și provocând efectul de fluidizare, ceea ce 39 permite lărgirea domeniului de operare, respectiv elimină limitările CaO/ (CaO +SiO₂) = 0,3 până la 0,6 și Fe / ( CaO + SiO₂+FeO_x) = 0,2 până la 0,5 așa cum au fost stabilite în pro- 41 cedeul din documentul WO 00/09772 .

Procedeul conform invenției produce cupru brut sau mată de înaltă puritate într-un 43 reactor de topire, dintr-un amestec de concentrat și/sau mată precum și dintr-un material conținând silicat și dintr-un material conținând oxid de calciu. Mata de cupru răcită și fin 45 granulată este alimentată în reactorul de topire pentru a produce cupru brut cu un conținut

RO 122640 Β1 de sulf mai scăzut de 1,0 % greutate și o cantitate de zgură relativ scăzută, în care activitatea oxidului de calciu este ridicată în scopul de a crește zgurificarea arsenului și antimoniului, dar în care activitatea siliciului este ridicată pentru a elimina plumbul din cuprul brut.

Mata fin granulată, alimentată în cuptorul de incluziune de aer, poate fi mată produsă în orice tip de cuptor de topire cunoscut având un conținut de cupru de 60 - 78% greutate. O unitate singulară de topire în suspensie poate fi proiectată direct ca un topitor cu incluziune de aer depinzând de conținutul de cupru și de compoziția concentratelor disponibile și de cantitatea de mată fin granulată.

Zgura este tratată în continuare, într-o instalație de zgură, într-o singură fază sau, preferabil, în două faze. Procedeul de purificare în două faze include fie două cuptoare electrice, fie un cuptor electric și o instalație de concentrare a zgurii. Dacă zgura este tratată într-o instalație de concentrare a zgurii, concentratul de zgură poate fi recirculat în reactorul de topire. Cuprul brut este trimis la o purificare normală într-un cuptor anodic.

Dacă producerea de mată cu grad ridicat este efectuată într-un cuptor de topire cu descărcare electrică, zgura produsă în faza topirii cu insuflare de aer poate fi preferabil granulată și alimentată în cuptorul de topire primar pentru recuperarea cuprului. Economia, în acest caz, depinde de cantitatea de concentrat din amestecul de alimentare și de cantitatea de zgură produsă. Zgura din cuptorul de topire primar merge apoi la o purificare normală de zgură într-o singură treaptă sau este înlăturată direct (într-un cuptor electric, un cuptor de purificare a zgurii sau flotație a zgurii) depinzând de conținutul de cupru din zgură.

Invenția este descrisă în continuare mai în detaliu cu referire la fig. 1...7, care reprezintă:

- fig. 1, diagrama conținutului de cupru al diferitelor tipuri de zgură, în funcție de presiunea parțială normalizată a oxigenului (T= 1300C ) în cuprul brut în conformitate cu exemplul 1;

- fig. 2,diagrama coeficientului de distribuție a arsenului între zgură și cupru brut în diferite tipuri de zgură, în funcție de presiunea parțială normalizată a oxigenului în cuprul brut în conformitate cu exemplul 1;

- fig. 3, diagrama coeficientului de distribuție a plumbului dintre zgură și cupru brut în diferite tipuri de zgură, în funcție de presiunea parțială normalizată a oxigenului în cuprul brut în conformitate cu exemplul 1;

- fig. 4, conținutul de cupru al zgurii în diagrama FeOx + CaO +SiO₂ = 100 în conformitate cu exemplul 1;

- fig. 5, coeficientul de distribuție a arsenului între zgură și cuprul brut în diagrama FeOx + CaO +SiO₂ = 100 normalizată la un conținut de cupru în zgură = 20% în conformitate cu exemplul 1;

- fig. 6, coeficientul de distribuție a plumbului între zgură și cuprul brut în diagrama FeOx + CaO +SiO₂ = 100 normalizată la un conținut de cupru în zgură = 20% în conformitate cu exemplul 1; și

- fig. 7, temperatura zgurii la care viscozitatea are valoarea de 200 cP exprimată cu ajutorul diagramei FeOx + CaO +SiO₂ = 100 normalizată la un conținutde cupru în zgură = 15% în conformitate cu exemplul 1.

Exemplul 1. Cuprul brut a fost produs într-un cuptor de topire în suspensie minipilot în serii deteste, în care materialele brute conținând cupru au fost mată de cupru fin granulată (72,3 % greutate Cu, 3,4 % greutate Fe, 20,3 % greutate S) și concentrat de cupru (29,9% greutate Cu, 33,7 % greutate S, 21,0% greutate Fe). Amestecul de mată de cupru și concentrat (kg mată) / (kg mată + kg concentrat) x100 a variat în domeniul între 50 și 100 %. Debitul de alimentare a fost de 100-200 kg/h. Gradul de oxidare a cuprului brut produs a fost

RO 122640 Β1 controlat prin intermediul coeficientului de oxigen (Nm³O₂/ tona de alimentare), iarcompozi- 1 ția zgurii (CaO/SiO₂ Fe/ SiO₂ n zgură) a fost controlată prin adăugarea de nisip de siliciu și oxid de calciu în alimentare. După fiecare perioadă, pe durata căreia parametrii de proces 3 au fost menținuți constanți, zgura și cuprul brut au fost evacuate din separatorul cuptoruli mini pilot și cuprul brut și zgura produsă au fost analizate. Cantitatea de sulf conținută în 5 cuprul brut a fost de 0,2 % greutate sulf ( 0,01 -0,89 % sulf).

Drept exemplu, rezultatele uneia dintre perioadele de testare sunt date, după cum 7 urmează: Debitul de alimentare a matei..................................89,7 kg/h 9

Calitatea matei ( 3,4 % Fe, 18,2 % S, 0,26 % As, 0,2 % Pb ) ........72,3 % Cu

Viteza de alimentare a concentratului............................59,9 kg/h11

Calitatea concentratului (20,9 % Fe, 30,7% S, 5,1 %SiO₂, ..........30,2% Cu

1,3% As, 0,11 %Pb)13

Viteza de alimentare a nisipului de siliciu..........................0,5 kg/h

Viteza de alimentare a oxidului de calciu .........................10,3 kg/h15

Viteza de alimentare a oxigenului tehnic la arzătorul de .......... 29,0Nm3/h concentrat17

Viteza de alimentare a aerului la arzătorul de concentrat...........31,0Nm3/h îmbogățirea cu oxigen ........................................ 59,2%19

Coeficientul de oxigen .................................. 245,4 Nm302/t

Alimentarea cu butan la axul de reacție și la decantor...............3,3 kg/h 21 cu scopul de a balansa pierderea de căldură

Durata testului (gata alimentat)................................ 3h 10 min 23

Temperatura de evacuare ..................................... 1300'C

Calitatea cuprului brut produs:25

Conținutul de sulf ...........................................0,08% S

Conținutul de arsen........................................ 0,077 % As27

Conținutul de plumb ....................................... 0,035% Pb

Cantitatea de zgură produsă:29

Conținut de cupru.......................................... 18,3%Cu

Conținutul de oxid de calciu .................................19,3 %CaO 31

Conținutul de oxid de siliciu .................................. 7,6%SiO₂

Conținutul de fier............................................. 28,2 %33

Conținutul de arsen..........................................0,68%As

Conținutul de plumb .........................................0,28%Pb35

CaO/SiO₂ ( % greutate/ % greutate) 2,54

Fe/SiO₂ (% greutate/% greutate ) ............................... 3,7137

CaO/(CaO+SiO₂) (% greutate/ % greutate) 0,72

Coeficientul de distribuție a arsenului între zgură și cuprul brut............ 8,839

Coeficientul de distribuție a plumbului între zgură și cuprul brut 8,0

Aplicabilitatea metodei este în continuare descrisă pe baza rezultatelor testelor 41 derulate și pe baza fig. 1...7.

Fig. 1 arată conținutul de cupru al diferitelor tipuri de zgură exprimat ca o funcție a 43 presiunii parțiale normalizate a oxigenului (T = 1300 ’C)în cuprul brut. Se poate vedea faptul că, atunci când raportul CaO/SiO₂ (la un raport Fe/SiO₂ dat) al zgurii crește, conținutul de 45 cupru al zgurii scade. Pentru comparație, conținutul de cupru al zgurii de faialit ( silicat de fier) este dat de asemenea în fig. 1. în comparație cu zgura de faialit, conținutul de cupru la 47 același potențial de oxigen este mult mai scăzut.

RO 122640 Β1

Fig. 2 arată coeficientul de distribuție a arsenului între zgură și cuprul brut _Las(zgura/Cu) = (% As în zgură)/(% As în cupru brut) în diferite tipuri de zgură, exprimat ca o funcție a presiunii parțiale normalizate a oxigenului în cuprul brut. Se poate vedea faptul că, atunci când raportul CaO/SiO₂ (la un raport Fe/SiO₂ dat) al zgurii crește, coeficientul de distribuție a arsenului, L_As (zgură / Cu) crește. Pentru comparație, coeficientul de distribuție a arsenului între zgura de silicat de fier și cuprul brut este dat de asemenea în fig. 2. Comparat cu coeficientul de distribuție a arsenului, (zgură/Cu) din zgura de faialit, cel al zgurii de CaO/SiO₂ este mai mare la același potențial de oxigen, arătând o abilitate mult mai mare de îndepărtare a arsenului din cuprul brut.

Fig. 3 arată coeficientul de distribuție a plumbului între zgură și cuprul brut L_Pb(zgură/Cu) = (%Pb în zgură)/(%Pb în cupru brut) în diferite tipuri de zgură exprimată ca o funcție a presiunii parțiale normalizate a oxigenului în cuprul brut. Se poate vedea faptul că, atunci când raportul CaO/SiO₂ (la un raport Fe/SiO₂ dat) al zgurii crește, coeficientul de distribuție a plumbului, L_Pb (zgură/Cu), descrește ușor. Pentru comparație, coeficientul de distribuție a plumbului între zgura de ferită de calciu și cuprul brut este, dat de asemenea, în fig. 3. Comparat cu coeficientul de distribuție a zgurii cu ferită de calciu a plumbului Lpb) (zgură/Cu, cel al zgurii de CaO/SiO₂ este mai mare la același potențial de oxigen, arătând o abilitate mult mai mare de îndepărtare a arsenului din cuprul brut.

Fig. 4 arată conținutul de cupru a zgurii dată în diagrama FeO_x + CaO +SiO₂ = 100. Rezultatele sunt normalizate la temperatura de 1300 °C și la presiunea parțială a oxigenului cu log. PO₂ = - 4,5. Se poate vedea faptul că, atunci când se opereză cu zgură de FeO_x + CaO +SiO₂ +oxid de cupru la o presiune parțială constantă a oxigenului, conținutul de cupru al zgurii este cuprins între 10 și 20%, atunci când raportul CaO/SiO₂ este mai mare de 1,5 și conținutul de oxid de calciu în sistemul CaO +SiO₂ + FeO SiO₂ este mai mare de 20 %.

Fig. 5 arată coeficientul de distribuție al arsenului între zgură și cuprul brut în diagrama FeO_x + CaO +SiO₂ =100 normalizată la (% Cu) în zgură = 20%. Sunt indicate de asemenea liniile de isodistribuție bazate pe rezultatele testelor. Când raportul CaO/SiO₂ este mai mare de 1,5, coeficientul de distribuție crește atunci când conținutul de CaO din sistem descrește.

Fig. 6 arată coeficientul de distribuție a plumbului între zgură și cuprul brut în diagrama FeO_x + CaO +SiO₂ = 100 normalizată la (% Cu) în zgură = 20%. Când raportul CaO/SiO₂ este mai mare de 1,5, coeficientul de distribuție a plumbului crește atunci când conținutul de CaO din sistem descrește.

Viscozitatea zgurilor în testele pilot a fost suficient de scăzută pentru ca acestea să poată fi evacuate din cuptor printr-un orificiu de evacuare normal. în scopul de a studia regimul viscozităților zgurilor, au fost efectuate măsurători mai detaliate ale viscozităților pentru unele dintre zgurele produse în testele pilot. Fig. 7 arată temperatura zgurii la care viscozitatea are valoarea de 200 cP exprimată cu ajutorul diagramei FeO_x + CaO +SiO₂= 100 normalizată la (%Cu) în zgură = 15%. Temperatura zgurii la care viscozitatea are valoarea de 200 cP crește atunci când conținutul de CaO al zgurii descrește. Pe baza calculelor teoretice, formațiunea de magnetit solid limitează aplicabilitatea acestui tip de zgură așa cum se arată cu linie punctată în fig. 7.

în concluzie, rezultatele din fig. 1 - 7 indică faptul că zgura este suficient de fluidă pentru a fi evacuată din cuptor, atunci când raportul CaO/SiO₂ al zgurii este mai mare decât 1,5 și faptul că conținutul de CaO al zgurii, calculat în FeO_x + CaO +SiO₂= 100, este mai mare decât 20 % și atunci când conținutul de cupru al zgurii este mai mare de 8 % Cu în zgură.

Claims

Revendicări 1

1. Procedeu pentru producerea cuprului brut sau a matei de puritate ridicată într-un 3 reactor de topire în suspensie direct dintr-un material conținând concentrat sulfidic de cupru și/sau mată de cupru fin granulată, în care gazul conținând oxigen, concentratul de cupru 5 și/sau mata de cupru fin granulată sunt alimentate în reactor, caracterizat prin aceea că fondantul conținând CaO și SiO₂ este alimentat în reactorul de topire împreună cu gazul 7 conținând oxigen,concentratul de cupru și/sau mata de cupru și o parte din cuprul din concentrat și/sau din mată fiind oxidate pentru a forma o zgură în care raportul CaO/SiO₂ 9 este mai mare decât 1,5 și în care conținutul de cupru este sub formă oxidată, și în care conținutul de oxid de calciu, calculat într-un sistem FeO +CaO + SiO₂ = 100, este mai mare 11 decât 20%.
2. Procedeu conform revendicăriil, caracterizat prin aceea că, conținutul de cupru 13 în formă oxidată din zgură este de cel puțin 6% în greutate.
3. Procedeu conform revendicării 1 sau 2, caracterizat prin aceea că, pentru a 15 crește formarea zgurii, arsenului și stibiului, activitatea oxidului de calciu este ridicată.
4. Procedeu conform revendicării 1 sau 2 .caracterizat prin aceea ca, pentru a 17 elimina plumbul din cuprul brut, activitatea oxidului de siliciu este ridicată.