Brevet FR2184444A1 — publié le 19731228

La présente invention concerne un procédé d'affinage de mattes de cuivre ou de nattes contenant du cuivre, par soufflage d'air très enrichi en oxygène ou même d'oxygène pur, ainsi qu'un dispositif de soufflage pour la mise en oeuvre de ce procédé. On sait que l'affinage de mattes de cuivres'effectue traditionnellement dans des convertisseurs, dont les uns, les plus anciens, et les plus rares aujourdrhui, sont en forme de cornues verticales et basculantes, beaucoup plus trapues que des convertisseurs d'aciérie, et dont les autres, d'apparition plus récente, les plus répandus aujourd'hui , sont des cylindres horizontaux tournant autour de leur ase. Ces derniers sont dénommés convertisseurs PIERCE-SEIITE, des noms de leurs inventeurs. leur revêtement est essentiellement basique, le plus souvent en magnésie.Ta consommation de magnésie, qui est un produit réfractaire assez cher, est relativement imrortante, par exemple de 2 à 5 kg. par tonne de cuivre0 le vent soufflé par les tuyères, qui sont constituées de tubes simples noyés dans le rev8tement réfractaire, est soit de l'air ordinaire, soit de l'air enrichi en oxygène, contenant au maximum 56ç; d'oxygène, car, au-delà, l'usure des tuyères est beaucoup trop rapi- de. Avec ces vents de soufflage, la conversion de la matte de cuivre selon les méthodes connues présente plusieurs difficultés : a) le réglage thermique de la conversion doit être tel que la température de la matte se maintienne entre 1.2200 C. et 1.3500 C. Au- dessous de 1.2200 C., il n'est pas possible de former un véritable laitier, liquide, et donc décrassable. Au-dessus de 1.3500 C., le revêtement basique s'use trop rapidement.Il n'est pas aisé de se maintenir constamment dans cet étroit domaine de température dont lXéten- due n'est que de 1300 C., d'autant plus qu'à intervalles réguliers au cours de l'opération d'affinage, il faut interrompre le soufflage pour décrasser la scorie et enfourner une quantité supplémentaire de matte. b) Souvent, la matte, à son enfournement dans le convertisseur, est un peu froide, et la chaleur manquante est alors fournie par la réaction de formation de la magnétite Fe 3 0 4 obtenue par oxydation du sulfure de fer Fe S. Or la magnétite, en dehors du glaçage réalisé par son dépôt sur la paroi réfractaire en magnésie, est une substance nuisible dans cette opération. c) Plus généralement, toute formation de magnétite entratne un épaississement de la scorie et un accroissement de la teneur en cuivre de cette scorie, et la magnétite se forme d'autant plus facilement que la température est plus basse, d) Un autre inconvénient de cette magnétite dans le domaine de température usuel inférieur à 1.350 C., spécialement au-dessous de 1.250 C., est le bouchage progressif des tuyères par la magnétite, ce qui oblige à les déboucher périodiquement par des barres enfilées dans ces tuyères, pendant les arrêts de soufflage. e) La formation de magnétite est aussi favorisée, en sus des basse températures, par une trop faible teneur en silice du laitier, une trop grande fréquence du glaçage du revetement, un enfournement de matte trop abondant en une seule fois. f) Dans le cas de mottes riches en cuivre @ par exemple contenant 6: de cuivre ou davantage, leur teneur en fer est faible, et le bilan thermique de l'opération devient très médiocre, favorisant la formation de la magnétite. g) L'élimination d'éléments cimme l'arsenic et le bismuth est défavorisée par les basses températures. A l'énoenération de toutes ces difficultés, il apparaît clairement qu'il serait très souhaitable d'opérer la conversion de @ matte de cuivre dans un domaine de température plus élevé que le @@ maine usuel. Dans ce sens, il est déjà connu de pratiquer un fage du convertisseur par des brûleurs, utilisant par exemple comme combustible du charbon pulvérisé, ou encore du ful-oil, mais pré- chauffage et affinage ne sont pas simultanés. On a aussi utilise comme vent d'affinage de l'air enrichi en oxygène, jusqu'à 36 % d'oxygène, mais pas au-delà. Le but de la présente invention est de rendre possible; l'affinage des mattes de cuivre à plus haute température, en éliminant l'obstacle constitué par la tenue des réfractaires et de bénéficier ainsi d'une formation de magnétite excessivement réduite, avec tous les avantages qui en découlent, A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet un procédé de conversion de mattes contenant du cuivre, caractérisé par un soufflage air fortement enrichi en oxygène contenant 2 noins 40 % d'oxygène, et/ou d'oxygène pur, au-dessous du niveau su périell de 1- matte, au moyen de jets doubles immergés, à double alimentation séparée, constitués au centre par de l'air enrichi ou par de l'oxygène pur, et à la périphérie par un agent refroidissant protecteur, de préférence un agent apportant du carbone, qui peut être avantageus@ment du fuël-oil. Suivant une caractéristique particulière du procédé selon l'invention, le gaz oxydant central est de l'air fortement enrichi, contenant entre 40 c et 99 ffi d'oxygène, pendant les phases de la conversion qui seraien trop calmes, avec un trop faible brassage, si l'on soufflait alors de l'oxygène pur, et l'on utilise au contraire de l'oxygène techniquement pur pendant les phases où la turbulence naturelle de la matte provoquée par le dégagement d'anhydride sulfureux reste suffisante. Suivant une caractéristique particulière du procédé selon l'invention, la conversion est thermiquement réglée de telle manière que la température de a matte se tienne entre 1.2800 C0 et 1.4200C, et de préférence entre 1.30O C0 et 1.4000 CO l'invention d aussi pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, constitué par un convertisseur à matte de cuivre de forme et de dimensions usuelles, soit en forme de cornue verticale, soit en forme de cylindre horizontal, caractérisé en ce que ses tuyères sont des tuyères à double alimentation séparée, alimentées au centre en air fortement enrichi en oxygène contenant au moins 40 Suivant une caractéristique particulière du dispositif selon l'invention, les sections de passage de l'air enrichi ou de l'oxygène pur dans les tuyères de soufflage, l'épaisseur des tubes et le nombre de ces tuyères sont déterminés pour un soufflage sous plus forte pression (par exemple 6 à 12 bars) que dans les modes opératoires usuels, qui utilisent de l'air sous 0,7 à 1 bar. Suivant une caractéristique particulière du dispositif selon l'invention, lorsqu'il s'agit d'un convertisseur horizontal de forme cylindrique, le tube central de chaque tuyère est alimenté en air fortement enrichi ou en oxygène pur par un raccordement flexible en provenance d'un collecteur général qui parcourt toute la longueur du convertisseur, tandis que le tube périphérioue de chaque tuyère est alimenté en agent refroidissant protecteur par un circuit individuel, propre à chaque tuyère, et comportant une pompe individuelle, ainsi que des instruments individuels de mesure de pression et de débit. Suivant une autre caractéristique particulière du convertisseur selon l'invention, le rçvetement basique du convertisseur, peut être constitué de magnésie" mais il peut aussi être constitué de dolomie goudronnée, meilleur marchés Comme on le comprend, l'un des principaux avantages du procédé selon l'invention, est de réduire très notablement la quantité de magnétite produite au cours de l'affinage, en réalisant cet affinage dans un domaine de température en moyenne plus élevé de 1000 C0 (par exemple 1o380O C. au lieu de 102800 C.) que dans les procédés connus, Cette opération à plus haute température est rendue possible selon l'invention, sans dommage pour le garnissage réfractaire du convertisseur, grâce au flux périphérique d'agent refroidissant apportant du carbone, qui a pour effet d'améliorer très notablement la tenue du revêtement réfractaire, même par rapport à la tenue obtenue dans les convertisseurs traditionnels soufflant de l'air ordinaire, D'une part, les tuyères ne se laissent pas boucher par la ma magnétite, à cause du soufflage d'air très enrichi, ou d'oxygène pur, qui crée une forte surchauffe en face de chaque tuyère, et l'on évite ainsi d'avoir à déboucher les tuyères pendant les arrêts ; d'autre part, le refroidissement provoqué par le cracking du fuStoil au nez des tuyères protège celles-ci contre l'usure, et le carbone issu du cracking du fuël-oil protège le revêtement réfractaire du convertis seuls, Si une partie de ce carbone se porte dans la matte et non sur la paroi réfractaire, c'est sans inconvénient, car il est rapidement bilié en oxyde de carbone par l'oxygène soufflé. Un autre avantage de l'invention est que l'on peut éventuellement garnir tout ou partie du revêtement réfractaire du convertisseur en dolomie goudronnée, au lieu de magnésie, ce qui peut représenter une économie importante0 Un autre avantage de l'invention est que la durée du soufflage se trouve notablement raccourcie. Un autre avantage de l'invention est que l'emploi d'air fortement enrichi ou même d'oxygène pur, conduit à un bilan thermique beaucoup plus favorable que dans les méthodes connues, ce qui permet de refondre davantage de produits solides apportant du cuivre, tels que des concentrés, des précipités, des déchets de cuivre ou d'alliages de cuivre, les mirer@is conte@@@@ @@re, Un autre avantage du procédé selon l'invention est d'accroître notablement la teneur en anhydride sulfureux (S02) des gaz du convertisseur, ce qui facilite l'extraction ultérieure dtacide sulfurique à partir de ces gaz. Un autre avantage du procédé selon l'invention est d'amé liorer le rendement en cuivre de l'opération d'affinage. Bien entendu, le procédé selon l'invention ne se limite pas aux seules mattes de cuivre. il s'applique aussi à toutes les mattes contenant, à la fois, du cuivre et d'autres métaux, tels que le nickel par exemple. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, un mode de réalisation d'un convertisseur selon l'invention, et une opération d'affinage selon l'invention dans ce convertisseur. Il s'agit de traiter une matte à 35 % de cuivre, afin dtot- tenir 10 tonnes de cuivre en fin d'opération. le convertisseur selon ce mode de réalisation est un cylindre horizontal de 3 mètres de diamètre et de 5,30 mètres de longueur. il est pourvu, sur l'une de ses génératrices rectilignes horizontales, d'une ligne de 7 tuyères doubles, c'est-à-dire constituées de denx tubes concentriques, de 15 mm. de diamètre intérieur soufflant au centre, sous 10 bars,un vent très enrichi en oxygène, contenant 90 % d'oxygène et 10 % d'azote et alimentées à leur périphérie par du fuEl- oil domestiaue. La durée du soufflage, par périodes successives interrompues par les arrêts pour enfourner diverses quantités de mattes de cuivre, et aussi des additions froides à l'état solide, est au total de 2 h. 15 min. Les temps d'arrêt se montent au total à 2 heures. le cycle complet est donc de 4 h. 15 min., contre une durée totale de 8 heures dans un convertisseur traditionnel, soufflant de l'air ordinaire sous 0,7 bar à 1 bar par 22 tuyères simples de 38 mm. de diamètre. la comparaison est en effet la suivante : - Section de passage de chaque tuyère selon l'invention : 7 fois plus petite que la section d'une tuyère usuelle. - Nombre de tuyères selon l'invention : 3 fois plus petit. - Pression de soufflage : 10 fois plus forte. - Teneur en O2 du vent : 4,5 fois plus élevée. 10 x 4,5 Le débit d'oxygène d'affinage est donc = 2 fois 7 x 3 élevé dans cet exemple de convertisseur selon l'invention que dans un convertisseur traditionnel. De plus, les temps morts se trouvent réduits, car d'une part le débouchage des tuyères est supprimé et, d'autre part, le décrassage de la scorie, bien fluide parce que bien chaude et pauvre en magnétite, est accéléré. La consommation d'oxygène se trouve diminuée par rapport aux 1.300 Nm3 d'oxygène par tonne de cuivre nécessaire dans les con- vertisseurs traditionnels, par suite d'une augmentation de la quan- tité d'additions solides, dont certaines apportent de l'oxygène. La consommation de Buël-oil s'établit à 10050 litres en tout, soit : 105 litres par tonne de cuivre. Le débit instantané de fuël-oil est de 1,1 litre/minute/tuyère. Bien entendu, la consommation de fuël-oil à la tonne de cuivre serait plus faible pour un convertisseur de grosse capacité, tandis que le débit par tuyère serait un peu plus fort. En effet,il s'agirait; alors de tuyères de plus gros diamètre. A nombre égal de tuyères et pour un même temps de soufflage, la consommation de fuël oil est proportionnelle au diamètre des tuyères, tandis que le déb@ d'oxygène, et donc le tonnage de cuivre traité, sont approximative-- ment proportionnels au carré de ce diamètre. Le soufflage à l'air très enrichi ou à l'oxygène pur peu aussi n'être utilisé que pendant certaines phases de l'affinage d@ la matte, les autres phases utilisant alors de l'air ordinaire ou l'air faiblement enrichi en oxygène, à teneur inférieure à 3 %, selon les modes opératoires connus, il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents REVENDICATIONS 1 - Procédé d'affinage de mattes contenant du cuivre, par soufflage d'un gaz oxydant au-dessous du niveau supérieur de la matte caractérisé en ce que, au moins pendant certaines phases de l'affinage, le gaz oxydant est constitué d'air fortement enrichi en oxygène, c'est-à-dire contenant au moins 40 % d'oxygène, ou d'oxygène techniquement pur, et en ce que ce soufflage est réalisé au moyen de jets doubles immergés, à double alimentation séparée, constitués au centre par de l'air fortement enrichi en oxygène, ou par de l'oxy- gène techniquement pur, et, à la périphérie, par un agent refroidissant protecteur des tuyères et du revêtement réfractaire contre ltusure à chaud. 2 - Procédé d'affinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent périphériaue protecteur est un agent apportant du carbone0 3 - Procédé d'affinage sion la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent périphérique protecteur apportant du carbone est du fuël-oil. 4 - Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz oxydant central est de l'air fortement enrichi, c'est-à-dire contenant entre 40 ,ó et 99 % d'oxygène, pendant certaines phases de l'affinage, et par de ltoxy- gène techniquement pur pendant d'autres phases de l'affinage0 5 - Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la conversion est réglée thermiquement de telle manière que la température de la matte se tienne entre 1.2800 C. et 1.4200 C., et de préférence entre 107500 C. et 1.4000 C. 6 - Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, constitué par un convertisseur à matte de cuivre de forme et de dimensions usuelles, caractérisé en ce que ses tuyères sont des tuyères à double alimentation séparée, alimentées au centre en air fortement enrichi en oxygène, c'est-à-dire contenant au moins 40 % d'oxygène, ou en oxygène techniquement pur et à sa périphérie en un agent refroidissant protecteur, de pre- férence apportant du carbone0 7 - Convertisseur dtaffinage à matte de cuivre, selon la revendication 6, caractérisé en ce que les sections de passage de l'air fortement enrichi ou de l'oxygène pur dans les tuyères, l'é- passeur des tubes ainsi que le nombre de tuyères, sont déterminés pour un soufflage sous une pression notablement supérieure à 1 bar, de préférence comprise entre 6 et 12 bars. 8 - Convertisseur d'affinage à matte de cuivre selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, constitué par un convertisseur horizontal de forme cylindrique muni de tuyères, à double alimentation séparée, caractérisé en ce que le tube central de chaque tuyère est alimenté en air fortement enrichi ou en oxygène pur par un raccordement flexible en provenance dtun collecteur général qui parcourt toute la longueur du convertisseur, tandis que le tube péri phériaue de chaque tuyère est alimenté en agent refroidissant protecteur par un circuit individuel, propre à chaque tuyère, et comportant une pompe individuelle, ainsi que des instruments individuels de mesure de pression et de débit. 9 - Convertisseur d'affinage à matte de cuivre selon ltune quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que tout ou partie de son revêtement réfractaire magnésien peut être remplacé par un revêtement en dolomie goudronnée.