AT503456A1

AT503456A1 - Verfahren zur pyrometallurgischen erzeugung von kupfer

Info

Publication number: AT503456A1
Application number: AT5142006A
Authority: AT
Original assignee: Mettop Metallurg Optimierungs
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-15
Also published as: WO2007109822A1

Description

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1 Μ 8947

Verfahren zur pvrometallurgischen Erzeugung von Kupfer

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur pyrometallurgischen Erzeugung von Kupfer.

Es ist bekannt, zur pyrometallurgischen Herstellung von Kupfer ein Verfahren einzusetzen, welches die folgenden Schritte enthält: a) Chargieren eines pyrometallurgischen Gefäßes mit einer kupferhaltigen Schmelze, b) Eisenverblasen der Schmelze, wobei eine eisenhaltige Schlacke gebildet wird, c) Entfernen der Schlacke aus dem pyrometallurgischen Gefäß, d) Kupferverblasen der verbliebenen Schmelze mit einem oxidierenden Gas zur Herstellung einer Schmelze aus Blisterkupfer, e) optional Nachbehandlung der entstandenen Schmelze f) Entleeren des pyrometallurgischen Gefäßes g) Behandeln des Blisterkupfers in einem Anodenofen.

In den Schritten a) bis f) dieses Verfahrens wird dabei aus einem Kupferstein mit einem Kupfergehalt von etwa 40% bis 70% ein Blisterkupfer mit einem Kupfergehalt von 96% bis 99,5% gewonnen.

Im Schritt a) wird das pyrometallurgische Gefäß, insbesondere ein Konverter, mit der kupferhaltigen Schmelze befullt.

Im Schritt b) werden durch Einblasen eines oxidierenden Gases die in der Schmelze befindlichen Eisensulfide zu Eisenoxid oxidiert, welches mit zugegebenen Flussmitteln eine eisenhaltige Schlacke bildet.

Diese Schlacke wird im Schritt c) aus dem Konverter zumindest teilweise entfernt. Im Konverter verbleibt eine im wesentlichen aus Kupfersulfid bestehende Schmelze.

Im Schritt d) wird durch Einblasen eines oxidierenden Gases das in der Schmelze befindliche Kupfersulfid zu Blisterkupfer Verblasen. Die Zufuhr des oxidierenden Gases erfolgt dabei typischerweise über eine unterhalb der Badoberfläche liegende Düsenreihe.

Die im Schritt d) erhaltene Kupferschmelze kann gegebenenfalls nachbehandelt werden (Schritt e)), wobei z.B. nach Abschalten der Zufuhr des oxidierenden Gases die Schmelze ·· ·· ···· · · • · · · · ·· ·· 2 weiterhin mit einem Gas gespült wird. Vor dem Abschalten der Zufuhr des oxidierenden Gases muss dabei die zum Einblasen des Gases verwendete Düsenreihe aus dem Bad gedreht werden. Die weitergehende Spülung mit einem Gas erfolgt dann z.B. über Spülsteine, die so angeordnet sind, dass sie auch noch dann noch unterhalb der Badoberfläche liegen, wenn die Hauptdüsenreihe aus dem Bad gedreht wurde.

Die erhaltene Schmelze wird anschließend aus dem pyrometallurgischen Gefäß entfernt (Schritt f)). Dies erfolgt in der Regel durch Kippen des Konverters.

Dieser Prozess ist diskontinuierlich. In der Regel stehen dabei mehrere (z.B. 3-4) Konverter zur Verfügung, wobei sich meist nur ein Konverter in Blasestellung befindet, um die während des Blasens anfallende Menge an SO2 im Abgas über die Zeit auszugleichen.

Die Schmelze wird anschließend, z.B. in Transportpfannen, dem Anodenofen zugeführt.

Im Anodenofen (Schritt g)) erfolgt die Herstellung des Anodenkupfers. In herkömmlichen Verfahren des Standes der Technik muss dabei zunächst in einem ersten Schritt mittels eines oxidierenden Gases der verbleibende Schwefelgehalt in der Schmelze gesenkt werden und die dabei entstehende Schlacke entfernt werden. Anschließend wird in einem zweiten Schritt unter reduzierenden Bedingungen der Sauerstoffgehalt auf typischerweise weniger als 2000 ppm gesenkt und das Anodenkupfer gebildet.

Aus der US 4,830,667 A ist es bekannt, während der Zufuhr von oxidierendem Gas in der Stufe d) und gegebenenfalls auch danach ein zusätzliches Rührgas unterhalb der halben Badhöhe der Schmelze einzubringen.

Die WO 2005/21808 Al beschreibt ein Verfahren, bei welchem auch in den Stufen a), b), c) und f) Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.

Die derzeit notwendige zweistufige Behandlung der Kupferschmelze im Anodenofen (Schritt g)) birgt einige Nachteile. Insbesondere sind das notwendige Einblasen eines oxidierenden Gases im ersten Schritt, um den Schwefelgehalt zu senken, sowie die nachfolgende notwendige Entfernung der gebildeten Schlacke mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden. Die zur Zuführung des Gases verwendeten Einrichtungen (Düsen etc.) werden erheblichen Verschleißbeanspruchungen ausgesetzt. Während der Oxidation im Anodenofen bildet sich zudem S02-hältiges Abgas, welches gereinigt werden muss. ·· ·♦ ···· ♦ · · · · · • · · · · • · · · · • · · · · · 3

Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, die bekannten Verfahren zur Kupferherstellung zu verbessern und insbesondere die Kosten und die Dauer der Behandlung im Anodenofen zu senken.

Diese Aufgabe wird durch ein eingangs beschriebenes Verfahren gelöst, bei welchem zumindest in einer der Stufen e) und f) ein Gas in die Schmelze eingeleitet wird, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das in den Stufen e) bzw. f) eingeleitete Gas ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Reduktionsgasen, Inertgasen und Mischungen daraus ist und dass in der Stufe g) lediglich ein Behandlungsschritt unter reduzierenden Bedingungen erfolgt.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei Zufuhr eines Reduktionsgases und /oder eines Inertgases in zumindest einer der Stufen e) und f) des Verfahrens sowohl der Sauerstoffgehalt als auch der Schwefelgehalt der Kupferschmelze so eingestellt werden können, dass der sonst notwendige erste Schritt der Behandlung im Anodenofen, d.h. die Behandlung mit oxidierendem Gas mit nachfolgender Entschlackung, entfallen kann.

Das Reduktionsgas bzw. das Inertgas kann sowohl im optionalen Schritt e), d.h. während des Nachrührens des Schmelze, als auch während des Entleerens des Konverters (Schritt f)) zugefuhrt werden. Wird der Konverter unmittelbar nach Abschalten der Zufuhr von Oxidationsgas im Schritt d) entleert und daher keine Nachbehandlung (Schritt e)) durchgefuhrt, erfolgt die Zufuhr des Reduktionsgases bzw. des Inertgases jedenfalls während der Entleerung des Konverters.

Das erfindungsgemäß in den Stufen e) bzw. f) eingesetzte Gas kann bevorzugt eine Mischung aus einem Reduktionsgas und einem Inertgas, z.B. Stickstoff, sein.

Insbesondere kann das Reduktionsgas aus der Gruppe bestehend aus CO, H2, Reformgas, CH4 sowie Mischungen daraus ausgewählt sein.

Bevorzugt wird der Sauerstoffgehalt der Schmelze vor der Stufe g), insbesondere durch das Einleiten des Reduktionsgases bzw. des Inertgases in der Stufe e) bzw. f) auf 6000 ppm oder weniger gesenkt.

Ebenfalls bevorzugt wird der Schwefelgehalt der Schmelze vor der Stufe g), insbesondere durch das Einleiten des Reduktionsgases bzw. des Inertgases in der Stufe e) bzw. f) auf 100 ppm oder weniger gesenkt. ·· Φ· ♦ ♦♦· « · · · ♦ · ···· • · · · ♦ ♦ · · ♦ · 4

Dabei ist es besonders günstig, wenn der Verlauf der Reaktionen, insbesondere in den Stufen e) bis f), und dabei insbesondere das Erreichen der gewünschten Endgehalte an Sauerstoff bzw. Schwefel durch eine Analyse der emittierten Wellenlängen der im Abgas befindlichen Atome und/oder Moleküle kontrolliert wird.

Durch diese im folgenden als „optische Prozesskontrolle“ bezeichnete Maßnahme kann das Verfahren sehr genau zur Erreichung der gewünschten Schwefel- und Sauerstoffwerte im Blisterkupfer gesteuert werden. Damit kann gewährleistet werden, dass die in den Anodenofen übergeführte Schmelze ebenjene Zusammensetzung aufweist, bei welcher eine erster oxidative Behandlung entfallen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch in zumindest einer der Stufen a), b), c) und d) Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet.

Das in den Stufen a), b), c) bzw. d) zusätzlich eingeleitete Gas kann ein oxidierendes Gas oder ein Inertgas sein.

Insbesondere kann während sämtlicher Verfahrenstufen a) bis f) ununterbrochen Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet werden. Eine imunterbrochene Zufuhr von Gas ist jedenfalls dann notwendig, solange sich die entsprechenden Zufuhreinrichtungen unterhalb der Badoberfläche befinden, d.h. mit der Schmelze in Kontakt sind.

Dabei kann das in der Stufe e) bzw. f) und optional in den vorhergehenden Stufen eingeleitete Gas über eine oder mehrere von der zum Einblasen des Gases in den Stufe b) und d) verschiedene Zuführeinreichtung(en) eingeleitet werden. Diese Zufuhreinrichtung kann so angeordnet sein, dass sie auch während der Schritte e) und f), insbesondere also auch während eines Herausdrehens des Konverters im Schritt f), unterhalb der Badoberfläche liegt und daher das zugeführte Gas direkt in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.

In der Folge wird diesbezüglich der Begriff „Hauptgas“ für den Hauptstrom des oxidierenden Gases in Stufe b) bzw. d) und der Begriff „zusätzliches Gas“ für das zusätzlich eingebrachte Gas, inkludierend das in Stufe e) bzw. f) eingebrachte Reduktionsgas bzw. Inertgas, verwendet. ff ·· ff··

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Die Zufuhreinrichtung für das zusätzliche Gas kann bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Spülsteinen, Düsen, Doppel- oder Mehrfachmanteldüsen und Hochdruckdüsen ausgewählt sein.

Insbesondere eine Einbringung des Reduktionsgases bzw. Inertgases am Konverterboden über Hochdruckdüsen hat sich als vorteilhaft erwiesen.

Die Zufuhr des zusätzlichen Gases kann über eine Gasregelstation, die sowohl Gasart als auch Gasmenge für jede der beispielsweise verwendeten Düsen separat regelt, gesteuert werden. Bevorzugt wird die Regelung der Gasmenge und Gasart anhand der oben behandelten optischen Prozesskontrolle gesteuert.

Die Menge an zusätzlichem Gas kann jeweils anhand der Zielsetzung des betreffenden Verfahrensschrittes eingestellt werden.

Bevorzugt kann die Menge und Art des jeweils zugeführten zusätzlichen Gases, besonders des erfindungsgemäß in den Stufen e) bzw. f) eingesetzten Reduktionsgases bzw. Inertgases, mittels der oben beschriebenen optischen Prozesskontrolle gesteuert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Kupfer aus einem kupferhältigen Rohmaterial mit einem Nickelgehalt von weniger als 1 Gew.%.

Claims

Ansprüche: 1. Verfahren zur pyrometallurgischen Erzeugung von Kupfer, enthaltend die Schritte a) Chargieren eines pyrometallurgischen Gefäßes mit einer kupferhaltigen Schmelze, b) Eisenverblasen der Schmelze, wobei eine eisenhaltige Schlacke gebildet wird, c) Entfernen der Schlacke aus dem pyrometallurgischen Gefäß, d) Kupferverblasen der verbliebenen Schmelze mit einem oxidierenden Gas zur Herstellung einer Schmelze aus Blisterkupfer, e) optional Nachbehandlung der entstandenen Schmelze f) Entleeren des pyrometallurgischen Gefäßes g) Behandeln des Blisterkupfers in einem Anodenofen, wobei zumindest in einer der Stufen e) und f) ein Gas in die Schmelze eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Stufen e) bzw. f) eingeleitete Gas ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Reduktionsgasen, Inertgasen und Mischungen daraus ist und dass in der Stufe g) lediglich ein Behandlungsschritt unter reduzierenden Bedingungen erfolgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsgas ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CO, H2, Reformgas, CH4 sowie Mischungen daraus eingesetzt wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt der Schmelze vor der Stufe g), insbesondere in der Stufe e) bzw. f) auf 6000 ppm oder weniger gesenkt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefelgehalt der Schmelze vor der Stufe g), insbesondere in der Stufe e) bzw. f) auf 100 ppm oder weniger gesenkt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Reaktionen in zumindest einer der Stufen a) bis f), insbesondere in den Stufen e) bzw. f), durch Analyse der emittierten Wellenlängen der im Abgas befindlichen Atome und/oder Moleküle kontrolliert wird.

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6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch in zumindest einer der Stufen a), b), c) und d) Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während sämtlicher Verfahrenstufen a) bis f) ununterbrochen Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Stufe e) bzw. f) und optional in den vorhergehenden Stufen eingeleitete Gas über eine von der zum Einblasen des Gases in Stufe d) verschiedene Zuführeinrichtung eingeleitet wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung aus der Gruppe bestehend aus Spülsteinen, Düsen, Doppel- oder Mehrfachmanteldüsen und Hochdruckdüsen ausgewählt ist.