AT412652B - Verfahren zum gewinnen von kupfer - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gewinnen von Kupfer aus Reichkonzentraten-Schwarzkupfer oder aus Kupferstein bzw. Matte aus der Kupfer- und/oder Nickelverhüttung, bei welchem eine Reichkonzentrat-, Schwarzkupfer- und/oder Kupfersteinschmelze mit Hilfe eines Gasstrahles in Tröpfchenströme unterteilt wird. 



   Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 17 58 627 A bekannt geworden. Im Zuge der Gewinnung von Kupfer ist eine Reihe von Verfahren bekannt geworden, bei welchen zumeist von weit verbreiteten Kupfererzen, wie beispielsweise Kupferkies bzw. Kalkopyrit (CuFeS2) und Kupferglanz   (Cu2S)   ausgegangen wird. Derartige Erze sind zumeist begleitet von anderen sulfidischen Erzen und weisen Verwachsungen auf, wobei vor allen Dingen sulfidische Erze des Eisens, des Zinks, des Bleies, des Antimon und des Arsen sowie auch Silber, Gold und platinmetallhaltige Erze bekannt sind. Der Kupfergehalt der Erze beträgt in reiner Erzform 2 Gew.-% bis 4 Gew.-% und sonst höchstens 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-%. Vor der Verhüttung werden daher derartige Erze angereichert, wofür beispielsweise Flotationsverfahren bekannt sind. 



   Die Rohkupfergewinnung kann prinzipiell auf pyrometallurgischem oder nassmetallurgischem Wege vorgenommen werden. Bei dem pyrometallurgischen Verfahren wird durch Abrösten nach verschiedenen Verfahren, wie beispielsweise einem Schweberösten, Kupferstein bzw. Matte erschmolzen. Das Produkt ist ein Schmelzgemisch der verschiedensten Kupfer-EisenSchwefelverbindungen, welche noch eine Anzahl von Begleitmetallen mitführen und insbesondere reich an Edelmetallen sind. In manchen Fällen ist an Stelle des Schwefels auch Selen in der Bindung enthalten. Zur Weiterverarbeitung des Steines bzw. der Matte wird meist ein Schmelzoxidationsverfahren angewandt und es wird das Material im Konverter verblasen, wobei Konverter-Kupfer durch Cu2O verunreinigt ist.

   Dieses Konverter-Kupfer wird auch Roh- oder Schwarzkupfer genannt und ist meist blasig und wird aus diesem Grunde auch oft als Blister-Kupfer bezeichnet. 



   Als Standard-Konverter hat sich in der Vergangenheit der Peirce-Smith-Konverter etabliert. Bei moderneren Verfahren erfolgt das Schmelzen zu Kupferstein in einem Flash-Smelting-Prozess, welchem ein Flash-Konverter nachgeschaltet ist. Wenn derartige Verfahren mit Sauerstoff bzw. mit Sauerstoff angereicherter Luft betrieben werden, können hohe Konzentrationen an S02 im Abgas gebildet werden, welche eine leichtere Aufarbeitung und damit eine bessere Abgasreinigung ermöglichen. 



   Bei den moderneren Verfahren, welche auf eine hohe   S02-Ausbeute   und eine gute Rückgewinnung, insbesondere in Form von Schwefelsäure, abzielen, erfolgt die Umsetzung von Reichkonzentraten bzw. Kupferstein oder Matte mit oxidierenden Gasen in einem Flash-Konverter, welcher wesentlich höhere Ausbeuten an SO2 und insbesondere eine höhere Konzentration an S02 im Abgas gegenüber den konventionellen PS-Konvertern ergibt. Um ein derartiges FlashKonverter-Verfahren zu betreiben ist es aber zumeist erforderlich den zuvor erschmolzenen Kupferstein bzw. Matte oder die zuvor gebildeten Reichkonzentrate zu mahlen und zu zerkleinern, um den Einsatz in einem Flash-Konverter zu ermöglichen. Der entsprechende Mahlungsaufwand (60- 100 Wh/t) ist relativ hoch. 



   Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem unmittelbar ein entsprechend zerkleinertes und in der Granulation besonders günstiges Zwischenprodukt für die Kupferherstellung, nämlich Kupferstein bzw. Matte-Pulver gebildet wird, welches in der Folge in einfacher Weise in einem Flash-Konverter verarbeitet werden kann bzw. ein Verfahren zu schaffen, mit welchem unmittelbar von Reichkonzentraten oder Kupferstein bzw. 



  Matte ohne vorhergehende Zerkleinerung eine entsprechende Umsetzung bzw. Konversion gelingt. 



   Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass die Reichkonzentrat-, Schwarzkupfer- und/oder Kupfersteinschmelze mit einem Inertgas oder oxidierenden Gasen als Mantel eines Gasstrahles ausgestossen und zerstäubt wird. Dadurch, dass nun abweichend von den bekannten Verfahren die Schmelze zu viel kleineren Teilchen versprüht bzw. zerstäubt wird, kann durch anschliessendes Kühlen der zerstäubten Tröpfchen ein entsprechend feinkörniges Granulat gebildet werden, welches erforderlichenfalls wesentlich kostengünstiger zerkleinert werden kann als dies bei einem aufwendigen Mahlprozess der Fall wäre. Dies gilt umso mehr als Kupferstein bzw. Matte in der Regel als Schmelze vorliegen, bevor sie erstarren und gebrochen bzw. gemahlen werden.

   Dadurch, dass die Schmelze unmittelbar zu Feinstpartikel weiterverarbeitet wird, lässt sich der aufwendige Zerkleinerungs- und Mahlungsvorgang eliminieren, wobei diese Verfahrensführung gleichzeitig die Möglichkeit bietet in dieser Stufe der Zerkleine- 

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 rung bereits auch gewünschtenfalls eine Konversion unter gleichzeitiger Umsetzung von Schwefel zu Schwefeloxyd und Verschlackung der Kupferbegleitelemente, wie beispielsweise von Eisen, zu erzielen. Wenn eine derartige Konversion in einem Flash-Konverter vorgenommen werden soll, kann das erstarrte Material in der Folge weiterverarbeitet werden, wofür bevorzugt so vorgegangen wird, dass erstarrte Feinpartikel einem Brenner zugeführt werden, wobei Sulfide zu SOx und Fe zu FexOy umgesetzt und mit Schlackenbildnern verschlackt werden und Cu als Blisterkupfer bzw. 



  Kupferschmelze gesondert von der Schlacke abgezogen bzw. abgestochen wird. Gemäss einer besonders vorteilhaften Vorgangsweise kann aber unmittelbar eine Umsetzung in den schmelzflüssigen Tröpfchen vorgenommen werden, wofür das Verfahren so durchgeführt wird, dass die Kupferkonzentrat- bzw. Kupfersteinschmelze in einen Reaktor mit oxidierenden Gasen wie Luft, Sauerstoff und/oder Dampf ausgestossen und zerstäubt wird, wobei vorzugsweise mit den oxidierenden Gasen Schlackenbildner angesaugt werden, und mit den zerstaubten Kupferkonzentratschmelzetröpfchen im Reaktor umgesetzt werden.

   Insbesondere bei diesem bevorzugten Verfahren, bei welchem zwingend oxidierende Gase, wie Luft, Sauerstoff und/oder Dampf für die Zerstäubung und die Umsetzung eingesetzt werden, ist festzuhalten, dass auch Dampf bei den herrschenden Temperaturen und Bedingungen hier trotz der gleichzeitigen Bildung von Wasserstoff oxidierend wirkt, wobei insbesondere bei der Verwendung von Dampf das Verfahren in besonders einfacher Weise gesteuert bzw. geregelt werden kann. Die Umsetzung von FeO mit CaO zu CaFe02 sowie die Umsetzung von FeO mit Si02 zu FeSi03, mit anderen Worten die Verschlackung, läuft ebenso wie die Oxidation als exothermes Verfahren ab, wobei die Temperaturkontrolle mittels Eindüsen von Wasserdampf gelingt. Zu einer Nachverbrennung kann gebildetes H2 wiederum zu Wasserdampf verbrannt werden und die Verbrennungswärme zur Dampferzeugung genutzt werden.

   Die Verwendung von Wasserdampf hat hierbei den Vorteil, dass der durch Oxidation gebildete   S02-Partialdruck   nach einer Dampfkondensation im Abgas weiter erhöht werden kann, sodass eine besonders hohe   S02-Ausbeute   und damit besonders günstige Voraussetzungen für eine SO2- bzw. H2S04-Gewinnung geschaffen werden. Die Oxidation und die Verschlackung können sehr nahe den stöchiometrischen Bedingungen geführt werden und der Einsatz von Oxidationsmitteln führt bei der Umsetzung mit Matte zur Umsetzung von CuFeS zu Cu + FeO + S02, wobei bei Einsatz von Dampf zusätzlich H2 gebildet wird. Die Verschlackung führt im Falle des Zusatzes von CaO zu Kalziumferrit und im Falle des Zusatzes von SiO2 zu Fayalit, wobei insgesamt aus dem Reichkonzentrat bzw.

   Kupferstein, Blisterkupfer oder Rohkupfer mit einem Kupfergehalt   von ±   92 % gebildet und die Abgastemperatur in der Grössenordnung von 300   C bis 400   C eingestellt werden kann, wodurch nach der Wasserdampfkondensation eine SO2 oder H2S04-Gewinnung in einfacher Weise möglich ist. Insgesamt kann bei diesem Verfahren wiederum der Peirce-Smith-Konverter, mit den Nachteilen eines hohen Feuerfestmaterialverschleisses, hohe Wartungskosten, niedrigem Oxidationswirkungsgrad und sehr verdünnten S02 im Abgas, oder ein gesondertes Flash-Konverter-Verfahren eingespart werden, welches eine Granulation und Mahlung sowie eine Wiederaufheizung des Kupfersteines erfordern würde. 



   In besonders einfacher Weise wird das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt, dass die oxidierenden Gase über eine Lanze eingestossen werden und dass in einen die Lanze umgebenden, von einem in die Schmelze eintauchenden Wehr begrenzten Raum Schlackenbildner wie CaO und/oder Si02 eingeblasen oder eingesaugt werden, wobei die Schmelze als die oxidierenden Gase und die eingesaugten Schlackenbildner umgebender, koaxialer Mantel in den Reaktor ausgestossen wird, wobei anschliessend mit Vorteil die zerstäubte und mit den Schlackenbildnern umgesetzte Schmelze in einen Herd verbracht wird und die Schlacke und die Schmelze gesondert abgestochen bzw. ausgetragen werden.

   Es kann somit das erfindungsgemässe Verfahren mit besonders einfachen Einrichtungen, wie sie für das Zerstäuben von oxidischen Schlacken bereits vorgeschlagen wurden, durchgeführt werden, wobei gleichzeitig die entsprechenden chemischen Umsetzungen vorgenommen werden können. 



   In besonders vorteilhafter Weise kann die Qualität des erhaltenen Rohkupfers bzw. Blisterkupfers noch dadurch erhöht werden, dass die im Herd oder der Pfanne gesammelte Schmelze über Bodendüsen mit Oxidationsmitteln zur Nachfeinung versetzt wird. Eine Verbesserung der Energiebilanz lässt sich dadurch erzielen, dass aus dem Herd abgezogene Abgase zur Dampferzeugung eingesetzt werden. 



   Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus- 

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 führungsbeispielen einer für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Vorrichtung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für die Zerkleinerung und Granulation von Schmelze, mit welcher gegebenenfalls auch eine chemische Umsetzung vorgenommen werden kann und neuerlich ein Schmelzbad gewonnen werden kann. 



   In der Zeichnung ist mit 1 ein Tundish dargestellt, in welchem schmelzflüssiges Reichkonzentrat, Schwarzkupfer oder eine Kupferstein- bzw. Matteschmelze eingebracht wird. In das Schmelzbad taucht ein Wehrrohr 2 ein, welches zwischen der Unterkante des Wehrrohres 2 und dem Boden des Tundish 1 einen entsprechenden Ringspalt definiert. Im Boden 3 des Tundish ist eine entsprechende Auslassöffnung 4 vorgesehen, über welche die Schmelze in eine darunter liegende Kühl- oder Reaktionskammer 5 ausströmt. Über eine Lanze 6 mit einer Düse 7 werden nun wahlweise entsprechende Inertgase oder oxidierende Gase eingetragen, wobei über diese Düse auch Dampf eingestossen werden kann.

   Der Gasstrahl tritt ummantelt von der flüssigen Schmelze in die darunter liegende Kammer aus, wobei die Kammer 5 dann, wenn sie lediglich der Zerkleinerung der versprühten Tröpfchen der Schmelze dienen soll, entsprechende Kühleinrichtungen, insbesondere Strahlungskühler an ihren Wänden aufweisen kann. Wenn eine chemische Umsetzung von Kupferstein bzw. Matte verhindert werden soll, empfiehlt sich die Verwendung von Inertgasen sowie von Dampf, wobei im Falle der Verwendung von Dampf durch die thermische Zerlegung von Dampf und die aufgrund der Bildung von Sauerstoff zu beobachtende Oxidation zumindest teilweise bereits eine Umsetzung von Schwefel zu Schwefeldioxid erfolgt.

   Da in diesen Fällen aber durch einfaches Kondensieren von Dampf das gebildete Schwefeldioxid in den Abgasen entsprechend angereichert werden kann, gelingt es auch hier die vergleichsweise kleinen Mengen an Schwefeldioxid wirkungsvoll zu eliminieren. Um den Wirkungsgrad und insbesondere den Zerstäubungseffekt zu verbessern kann den ausströmmenden Schmelzestrahl ringförmig umgebend eine Ringdüse 20 angeordnet sein, welcher über die Leitung 21 Dampf zugeführt werden kann, welcher gegen den Schmelzestrahl gerichtet ausgestossen wird. 



   Wenn das Ausgangsmaterial, nämlich Reichkonzentrat bzw. Kupferstein oder Matte unmittelbar bereits konvertiert werden soll und Schwefel in hohen Mengen zu Schwefeldioxid umgesetzt werden soll, kann das schmelzflüssige als Mantel der Gase ausgetragene Material mit sauerstoffhältigen Gasen und insbesondere mit an Sauerstoff angereicherter Luft entsprechend oxidiert werden. Die Oxidationsprozesse verlaufen hierbei exotherm, sodass zusätzliche Mengen an Dampf zur Regelung der Temperaturen über die Lanze 6 eingestossen werden können. Über den die Lanze 6 umgebenden Ringraum 8 können nun aus einer Dosiervorrichtung 9 unmittelbar Schlackenbildner eingebracht bzw. über die Leitung 10 angesaugt werden.

   Diese Schlackenbildner dienen hierbei in erster Line der Umsetzung des Eisenanteiles im Kupferstein bzw. der schmelzflüssigen Matte zu Fayalit bzw. ferritischen Schmelzen, welche als Schlacken auf dem entsprechend gebildeten Kupferbad und insbesondere einem Blisterkupferbad aufschwimmen. Das Blisterkupferbad ist hierbei im Reaktor 5 schematisch mit 11 angedeutet, wo hingegen die aufschwimmende flüssige Schlacke mit 12 bezeichnet ist. Die gebildeten Abgase können zur Dampferzeugung herangezogen werden, wobei über eine Pumpe 13 und Leitungen 14 Wasser über die Kühlschlangen 15 geleitet wird, welches als Dampf über die Leitung 16 abgezogen werden kann. 



  Aus dem Kamin 17 kann SO2 in hoher Konzentration abgezogen und rückgewonnen werden. 



   Über Bodendüsen 18 können Oxidationsmittel zur Nachfeinung eingestossen werden. Wenn entsprechende Mengen Dampf eingestosverbrannt werden. Über Leitung 19 wird zusätzlicher Sauerstoff eingebracht, sodass die Verbrennungswärme zur Dampferzeugung genützt werden kann. Insgesamt erlaubt es diese schematisch dargestellte Einrichtung entweder lediglich ein entsprechend zerkleinertes Material für die nachfolgende Konvertierung, das heisst Verbrennung des Schwefelanteiles sowie Verschlackung der von Kupfer verschiedenen Metallen bereitzustellen oder aber unmittelbar aus der Schmelze des noch nicht konvertierten Materiales in einem Sprühprozess die erforderliche Konversion unter Oxidation des Schwefelanteiles vorzunehmen. Anstelle eines Herdes kann naturgemäss auch eine Pfanne eingesetzt werden.

   Dies führt zwar zu einem diskontinuierlichen Verfahren, wobei allerdings nur sehr geringe Investitionen bei einem Umrüsten bestehender Einrichtungen anfallen.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Gewinnen von Kupfer aus Reichkonzentraten-Schwarzkupfer oder aus Kupferstein bzw. Matte aus der Kupfer- und/oder Nickelverhüttung, bei welchem eine Reichkonzentrat-, Schwarzkupfer- und/oder Kupfersteinschmelze mit Hilfe eines Gas- strahls in Tröpfchenströme unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reichkon- zentrat-, Schwarzkupfer- und/oder Kupfersteinschmelze mit einem Inertgas oder oxidie- renden Gasen als Mantel eines Gasstrahles ausgestossen und zerstäubt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erstarrte Feinpartikel einem Brenner zugeführt werden, wobei Sulfide zu SOx und Fe zu FexOy umgesetzt und mit Schlackenbildnern verschlackt werden und Cu als Blisterkupfer bzw. Kupferschmelze ge- sondert von der Schlacke abgezogen bzw. abgestochen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferkonzentrat- bzw. Kupfersteinschmelze in einen Reaktor mit oxidierenden Gasen wie Luft, Sauerstoff und/oder Dampf ausgestossen und zerstäubt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit den oxidierenden Gasen Schlackenbildner angesaugt werden und mit den zerstäubten Kupferkonzentratschmelze- tropfen im Reaktor umgesetzt werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidie- renden Gase über eine Lanze eingestossen werden und dass in einen die Lanze umge- benden, von einem in die Schmelze eintauchenden Wehr begrenzten Raum Schlacken- bildner wie CaO und/oder Si02 eingeblasen oder eingesaugt werden, wobei die Schmelze als die oxidierenden Gase und die eingesaugten Schlackenbildner umgebender, koaxialer Mantel in den Reaktor ausgestossen werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zer- stäubte und mit den Schlackenbildnern umgesetzte Schmelze in einen Herd oder eine Pfanne verbracht wird und dass die Schlacke und die Schmelze gesondert abgestochen bzw. ausgetragen wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Herd oder der Pfanne gesammelte Schmelze über Bodendüsen mit Oxidationsmitteln zur Nach- feinung versetzt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Herd oder der Pfanne abgezogene Abgase zur Dampferzeugung eingesetzt werden.