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Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von Erzen und Konzentraten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Erzen und Konzentraten, die Buntmetalle und seltene Metalle enthalten.
Es ist bereits ein elektrothermisches Verfahren zur Verarbeitung von Nichteisenerze und seltene Metalle enthaltenden Erzen und Konzentraten und ein Ofen zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass die Vorbereitungsoperationen kompliziert sind, die Gewinnung von an Schwefeldioxyd reichen Gasen unmöglich ist und dass das gewonnene Metall viele Beimengungen von seltenen Metallen enthält.
Es ist ein Verfahren zum Sauerstoffschmelzen von Kupferkonzentraten im Schwebezustand unter Verwendung von Industriesauerstoff bekannt ; nach diesem Verfahren wird das auf eine Feuchtigkeit von 0, 5% ausgetrocknete Konzentrat mittels Sauerstoff von der Stirnseite her in den Schmelzofen eingeblasen. Das Konzentrat wird geröstet, geschmolzen und die Schmelze abstehen gelassen. Zur Verarmung der Schlacken an Kupfer wird von der andern Stirnseite aus Pyritkonzentrat eingeblasen.
Das Schmelzen erfolgt ohne Brennstoffverbrauch. Die Abgase sind reich an Schwefeldioxyd und können daher zur Herstellung von verflüssigtem Schwefeldioxyd verwendet werden ; hiebei sind aber seltene Metalle schwer abzuscheiden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des vorerwähnten Sauerstoff-Schwebeschmelzverfahrens besitzt einen langen Schmelzraum, dessen Gewölbe einen Vertikalgaszug besitzt. An den Stirnseiten des Ofens sind Brenner angebracht, über welche das Konzentrat mit Zuschlägen in den Ofen eingeblasen wird. Das Konzentrat wird in der Schwebe geschmolzen, die Schmelze abstehen gelassen und aus dem Ofen abgestochen. Die während des Schmelzvorganges entwickelten Gase werden über den Gaszug abgeleitet, von Staub gereinigt und zur Herstellung von verflüssigtem Schwefeldioxyd oder von Schwefelsäure verwendet. Der Ofen besitzt grosse Abmessungen. Er kann eine gute Kupfer- und Zinkverarmung der Schlacken nicht gewährleisten und schafft einen grossen Staubaustrag.
Ein weiteres bekanntes Verfahren sieht vor, dass in die Reaktionskammer pulverförmiges Material eingeblasen wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeiten des über einen oder mehrere Kanäle einströmenden Gemisches wegen Verteilung derselben am Eintritt in die Reaktionskammer herabgesetzt werden. Ausserdem setzen die Gasströme die Bewegungsgeschwindigkeit der Teilchen und des Gases gegenseitig herab, da sie in verschiedenen Richtungen wirken. Die metallurgischen Vorgänge gehen daher, ebenso wie beim vorstehend besprochenen Verfahren im Schwebezustand vor sich.
Gemäss einem weiteren bekannten Verfahren verlaufen die Oxydationsvorgänge (das Rösten) im Schwebezustand. Das zu röstende Material wird von oben, die Luft von unten zugeführt. Das Verfahren beschränkt sich nur auf das Rösten der Sulfide, ohne Schmelzen, wobei das geröstete Material aus der Reaktionskammer ausgetragen wird.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung zu schaffen, die es gestatten, noch vollständiger wertvolle Bestandteile zu gewinnen sowie einen kontinuierlichen Prozess, umfassend das Rösten, Schmelzen, die Reduktion und die Kupfer-und Zinkverarmung der Erze und
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der Konzentrate und die Kondensation der erhaltenen Produkte, sicherzustellen. Ausserdem soll es die
Vorrichtung ermöglichen, Gase mit hohem Gehalt an Schwefeldioxyd, billige Schwefelsäure sowie verflüssigtes Schwefeldioxyd zu erhalten und den Staubaustrag aus der Vorrichtung herabzusetzen.
Im erfindungsgemässen Verfahren werden die zu verarbeitenden Erze und Konzentrate in eine
Zyklonkammer (einen Ofen) mit Hilfe eines reinen Sauerstoffstromes oder eines mit Sauerstoff angereicherten Luftstromes in eine, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Zyklonkammer (einen
Zyklonofen) tangential zu deren inneren Oberfläche mit einer hohen Geschwindigkeit von etwa
100 m/sec hineingetragen. Infolge dieser Geschwindigkeiten entstehen im Ofen Wirbelströme, unter deren Wirkung die Erz-oder Konzentratteilchen durch Fliehkraft gegen die Ofenwandung geschleudert werden und der Sauerstoff spült sie mit sehr hoher Geschwindigkeit weg.
Dies führt zu sehr grossen Reaktionsgeschwindigkeiten, hohen Temperaturen und folglich zu einer hohen Leistung. Deswegen sind die Abmessungen der Zyklonkammer gegenüber der ganzen Anlage klein.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung von Erzen und Konzentraten, die
Buntmetalle und seltene Metalle enthalten, durch Rösten und Schmelzen oder Sublimieren derselben, unter Verwendung von Sauerstoff, der zusammen mit dem zu verarbeitenden Gut einer Rost-bzw.
Schmelzkammer zugeführt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sauerstoff zusammen mit dem zu verarbeitenden Gut einem Zyklon mit einer zur Erzeugung einer turbulenten Wirbelströmung ausreichenden Geschwindigkeit zugeführt und hierauf das Gut in der Zyklonkammer geröstet und unter
Sublimation der leicht flüchtigen Metalle geschmolzen wird, wonach man die gebildeten Gase in an sich bekannter Weise der Reinigung unterwirft und die Schmelze einem elektrothermischen Ofen zuführt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht eine Rost-bzw.
Schmelzkammer vor, die mit einem elektrothermischen Ofen verbunden ist und ist dadurch gekennzeichnet, dass als Rost-bzw. Schmelzkammer ein Zyklonapparat dient, der mit einem
Strahlsauger versehen ist und mit dem elektrothermischen Ofen über eine Verteilerkammer verbunden ist, in der gegenüber der Austrittsöffnung des Zyklonapparates eine Kühlbrücke angeordnet ist.
Der Strahlsauger erzeugt ein Vakuum und saugt dadurch das Erz oder Konzentrat in eine
Rohrleitung ein, über die das Material mit grosser Geschwindigkeit (nach dem Arbeitsprinzip eines Zerstäubers) in den Ofen eingetragen wird. Die Kühlbrücke im Schmelzraum ist eine Scheidewand, welche den Stoss der in der Zyklonkammer gebildeten Gase und der Schmelze aufnimmt.
Die Verteilerkammer und der elektrothermische Ofen können ein gemeinsames Gehäuse besitzen, das durch eine gekühlte Scheidewand getrennt ist, welche verhindert, dass Schwefeldioxyd in den elektrothermischen Ofen eindringt.
Es ist zweckmässig, die Verbindung zwischen Röst- oder Schmelzkammer und dem elektrothermischen Ofen durch eine Rinne herzustellen.
Die Vorrichtung kann zum Zwecke der Dampfkonzentration von während der elektrothermischen
Behandlung sublimierten Metallen mit einem mit dem elektrothermischen Ofen verbundenen
Kondensator ausgerüstet sein.
Nachstehend wird die Erfindung durch Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und an Hand der
Zeichnungen erläutert. Es zeigt Fig. 1 den Längsschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung zur
Verarbeitung von Erzen und Konzentraten, Fig. 2 die Draufsicht derselben Vorrichtung, Fig. 3 den
Schnitt nach Linie I-I der Fig. 2 durch dieselbe Vorrichtung und Fig. 4 dieselbe Vorrichtung zur
Verarbeitung von Erzen und Konzentraten, in dem der Schmelzraum und der elektrothermische Ofen über eine Rinne in Verbindung stehen.
Die Vorrichtung besteht aus der Beschickungseinrichtung--l-- (Fig. l), dem mit einem Strahlsauger --3-- für die Gemengezugabe versehenen Zyklonapparat--2--, der zum
Röstschmelzen des Rohstoffes unter Verwendung von Industriesauerstoff oder an Sauerstoff angereicherter Luft dient und eine Auskleidung aus verschleiss-und hochfeuerfestem Material,
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Schlacke. Der elektrothermische Ofen--6--mit Elektroden--9--ist mit einem Vorher-10- (Fig. 2) zum kontinuierlichen Steinabzug und mit einem Kondensator--11--zur Aufnahme von flüssigem Metall ausgerüstet. Der an der Verteilerkammer --4-- anstossende elektrothermische Ofen --6-- steht mit ihm in Verbindung.
Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise.
Das auf einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 5% getrocknete Gut, dessen Korngrösse 5 mm
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nicht übersteigen soll, wird über die Beschickungsvorrichtung--l-- (Fig. l) in den Zyklonapparat --2-- durch den Strahlsauger --3-- mit Hilfe von Industriesauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft eingebracht.
Das Gemisch aus Sauerstoff und Beschickungsgut wird der Zyklonkammer-4-in Form von Wirbelströmen unter Ausnutzung der Zyklonwirkung zugeführt.
Bei Verarbeitung von über 15% Schwefel enthaltenden sulfidischen Rohstoffen wird das Röstschmelzen im Zyklonapparat in der Industriesauerstoffatmosphäre durchgeführt, wobei an Schwefeldioxyd reiche (bis 90%) Gase erhalten werden.
Oxydierte oder schwefelarme Stoffe werden unter Zusatz von gasförmigem, flüssigem oder festem Brennstoff geschmolzen. Je nach der Zusammensetzung des Ausgangsrohstoffes wird in der Schmelzzone eine Temperatur von 1200 bis 16000C aufrechterhalten. Hiebei werden leichtsublimierbare Nichteisenmetalle, beispielsweise Blei, Kadmium, Selen, Quecksilber oder Rhenium, bei der Reinigung der Schmelzzonengase sublimiert und aufgefangen. Auf diese Weise gestattet es das Verfahren, in noch vollständigerer Weise wertvolle Bestandteile aus Erzen und Konzentraten zu gewinnen.
Die als Ergebnis des Schmelzens in der Zyklonkammer erhaltenen, bis zu 90% Schwefeldioxyd mit Blei-, Kadmium-, Selen-und Rheniumsublimaten enthaltenden Gase und die Schmelze gelangen über die Öffnung --12-- in die Verteilerkammer-4-, aus welcher Gas und Sublimate zur
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Ofen-6-fliesst.
Im elektrothermischen Ofen werden flüssige Schmelzprodukte, Schlacke und Stein, nach dem Gegenstromprinzip abgetrennt.
Die Vorgänge Röstschmelzen, Reduktion, Kupfer-und Zinkverarmung und Kondensation der erhaltenen Produkte erfolgen kontinuierlich in einer einzigen Vorrichtung, wodurch die Ausrüstung erheblich vereinfacht und der Prozess der Verarbeitung von Erzen und Konzentraten der Nichteisenmetalle verbilligt wird.
In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform des Schmelzraumes und des elektrothermischen Ofens, die miteinander durch die Rinne--14--in Verbindung stehen, dargestellt.
Bei Verarbeitung von über 4% Zink enthaltenden polymetallischen Rohstoffen wird Zink als flüssiges Metall niedergeschlagen.
Der Steinabstich erfolgt über den Vorherd--10--. Die dünnflüssige Schlacke wird einer elektrothermischen Nachbehandlung unterzogen, um Zink zu reduzieren und es aus zinkhaltigem Rohstoff zu sublimieren, sowie um Krätzschlacken beim Schmelzen von Kupfer-, Nickel-u. a.
Konzentraten zu erhalten. Die Verteilerkammer --4-- besitzt ein mit dem elektrothermischen Ofen - 6-gemeinsames Gehäuse-15--und ist von dem Ofen durch eine gekühlte caissonierte
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in diesen Zonen eine unabhängige Atmosphäre aufrechterhalten wird. Aus dem elektrothermischen Ofen --6-- gelangen die Zinkdämpfe über den Gaszug--16-- (Fig. 3) in den Kondensator wo Zink in flüssigem Zustand niedergeschlagen wird.
Der Schlackenabstich aus dem elektrothermischen Ofen erfolgt kontinuierlich oder periodisch über die Abzugsvorrichtung (Fig. 2).
Wenn Kupfer-oder Nickelkonzentrate, die keine erheblichen Zinkmengen enthalten, verarbeitet werden, besteht die elektrothermische Nachbehandlung der Schmelze darin, dass diese getrennt und Krätzschlacke unter Ausnutzung des Gegenstromprinzips erhalten wird.
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