DE10007441A1

DE10007441A1 - Verfahren zum Polen von Kupfer

Info

Publication number: DE10007441A1
Application number: DE2000107441
Authority: DE
Inventors: Reinhard Strigl
Original assignee: Linde Gas AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2001-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polen von Kupfer in schmelzflüssigem Zustand, bei dem ein gasförmiges Desoxidationsmittel in die Schmelze geleitet wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird als Desoxidationsmittel ein Gasgemisch, enthaltend zumindest Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid, verwendet. DOLLAR A Vorzugsweise wird das zumindest Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid enthaltende Gasgemisch mittels wenigstens eines Endogasgenerators erzeugt. Hierzu wird zumindest in einer der Pollanzen und/oder Poldüsen ein Endogasgenerator, der der Erzeugung des zumindest Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gasgemisches dient, angeordnet. DOLLAR A Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, wenn über die Schmelze eine desoxidierende Atmosphäre erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polen bzw. zur Desoxidation von Kupfer in schmelzflüssigem Zustand, bei dem ein gasförmiges Desoxidationsmittel in die Schmelze geleitet wird.

Kupfer wird aus Erzkonzentraten im Schwebeschmelzofen oder im Schachtofen aus Erzen und Schrotten erschmolzen. Die dabei entstehende Schmelze weist einen Kupfergehalt von 60 bis 90 Vol.-% auf. Diese Schmelze wird anschließend in einem Konverter mit Luft oder Sauerstoff zu einem flüssigen Produkt mit einem Kupfergehalt von 96 bis 98 Vol.-% verblasen.

Anschließend wird die Kupferschmelze in einem Anodenofen mit Baumstämmen oder durch das Einblasen eines Kohlenwasserstoff-reichen Gases, beispielsweise von Erdgas, zu einem Anodenkupfer mit einem Kupfergehalt von 99,3 bis 99,6 Vol.-% "gepolt". Unter dem Begriff "gepolt" versteht man eine reduzierende Schmelzenbehandlung, mittels derer der Sauerstoff und ggf. vorhandenes Schwefeldioxid aus dem Kupfer entfernen werden kann.

Neben der sehr archaisch wirkenden Methode des Einbringens bzw. Eindrückens von Baumstämmen in die Schmelze, wurde - wie bereits erwähnt - auch das Einblasen eines Kohlenwasserstoff-reichen Gasgemisches, vorzugsweise von Erdgas, realisiert. Hierbei hat sich jedoch gezeigt, dass nur etwa 30% des Erdgases in der Kupferschmelze reduzierend wirken (können), während das restliche Erdgas ungenutzt die Schmelze wieder verläßt.

Aus der DE-A 198 44 667 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Polen von Kupfer bekannt, bei dem als Desoxidationsmittel ein Gasgemisch, bestehend aus Wasserstoff und einem Inertgas - wobei vorzugsweise Stickstoff zum Einsatz kommt - bekannt. Hierbei beträgt der Wasserstoffanteil etwa 60%, während der Stickstoffanteil die restlichen 40% ausmacht. Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist jedoch, dass sie - verglichen mit dem Einblasen von Erdgas - aufgrund der erforderlichen Erzeugung bzw. Bereitstellung des Wasserstoffs vergleichsweise kostenintensiv ist.

Es hat sich zudem gezeigt, dass bei der Verwendung von Wasserstoff bzw. einem Wasserstoff-enthaltenden Gasgemisch die Pollanzen, über die der Wasserstoff bzw. das Wasserstoff-enthaltende Gasgemisch in die Schmelze eingebracht werden, einem relativ hohen Verschleiß unterliegen.

Aus der US-A 3 844 772 ist ein Verfahren zum Polen von Kupfer bekannt, bei dem mittels einer Methanolaufspaltung ein Gasgemisch, enthaltend Wasserstoff und Kohlenmonoxid gewonnen und der Schmelze zugeführt wird. Auch durch eine partielle Oxidation lässt sich ein derartiges Gasgemisch erzeugen, wie dies beispielsweise in der US-A 3 529 956 beschrieben ist. Nachteilig bei diesen Verfahrensweisen ist jedoch der mit der Erzeugung des aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehenden Gasgemisches verbundene apparative Aufwand der Methanolaufspaltung bzw. der partiellen Oxidation.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Polen bzw. zur Desoxidation von Kupfer in schmelzflüssigem Zustand anzugeben, das die Nachteile der beschriebenen Verfahren vermeidet und das insbesondere kostengünstiger und effektiver ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als Desoxidationsmittel ein Gasgemisch, enthaltend zumindest Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid verwendet wird.

Es hat sich gezeigt, dass das Einleiten eines bereits aufgespaltenen Gases - im vorliegenden Falle eines Gasgemisches, bestehend zumindest aus Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid - wesentlich wirkungsvoller ist als das Einleiten eines Gases oder Gasgemisches, in dem die einzelnen Komponenten noch nicht aufgespalten sind - wie dies beispielsweise bei Erdgas der Fall ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Polen von Kupfer ist darin zu sehen, dass neben einer Verringerung des benötigten Energiebedarfs dar Polungsprozess aufgrund einer erhöhten Polrate schneller abläuft. Auch der Verschleiß der Pollanzen kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber einer Verfahrensweise, bei der (nahezu) reiner Wasserstoff als Desoxidationsmittel Verwendung findet, deutlich reduziert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Polen von Kupfer wird das zumindest Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid enthaltende Gasgemisch mittels wenigstens eines Endogasgenerators erzeugt.

Erzeugt man beispielsweise das genannte Gasgemisch - dieses wird aufgrund seiner Zusammensetzung als Endogas bezeichnet - aus 1 m³ Erdgas und 2,4 m³ Luft in einem dem Konverter vorgeschalteten Endogasgenerator, so können aus 1 m³ Erdgas 5 m³ eines Gasgemisches, bestehend aus ca. 20 Vol.% Kohlenmonoxid, 40 Vol.-% Wasserstoff und 40 Vol.-% Stickstoff erzeugt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Polen von Kupfer weiterbildend wird daher vorgeschlagen, dass der Wasserstoffgehalt 10 bis 40 Vol-%, vorzugsweise 30 bis 40 Vol-%, der Stickstoffgehalt 40 bis 85 Vol-%, vorzugsweise 40 bis 70 Vol-%, und der Kohlenmonoxidgehalt 5 bis 20 Vol-%, vorzugsweise 10 bis 20 Vol-%, beträgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Polen von Kupfer weiterbildend wird vorgeschlagen, dass zumindest in einer der Pollanzen und/oder Poldüsen ein Endogasgenerator, der der Erzeugung des zumindest Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gasgemisches dient, angeordnet wird.

Anstelle oder zusätzlich zu einem bereits vorhandenen Endogasgenerator können auch Endogasgeneratoren in den Pollanzen und/oder Poldüsen vorgesehen bzw. an diesen angeflanscht werden. Dadurch wird erreicht, dass das Endogas unmittelbar vor seiner Einleitung in den Konverter erzeugt wird.

Anstelle der bereits erwähnten Umwandlung von Erdgas mit Luft in das beschriebene Endogas kann auch Propan mit Luft, Kohlendioxid oder Sauerstoff zur Reaktion gebracht werden; ferner weitere Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Butan, Propylen, Butadien, etc., wobei diese ebenfalls mit Luft, Wasser, Kohlendioxid und Sauerstoff zur Reaktion gebracht werden.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn - entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Polen von Kupfer- über der Schmelze eine desoxidierende Atmosphäre erzeugt wird. Diese wird vorzugsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebes des oder der Brenner erzeugt.

Dazu kann - das erfindungsgemäße Verfahren zum Polen von Kupfer weiterbildend - das gasförmige Desoxidationsmittel in und auf die Schmelze geleitet und so zumindest ein Teil der desoxidierenden Atmosphäre über der Schmelze erzeugt werden.

Mittels dieser Verfahrensweise kann der Gasdruck über der Schmelze mit einer reduzierenden Einstellung aufrecht erhalten werden.

Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Polen von Kupfer sind dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von Rohrlanzen das Desoxidationsmittel mit Vordrucken von 3 bis 15 bar, vorzugsweise 5 bis 10 bar, in die Schmelze eingebracht wird. Hierbei wird die Durchflußmenge des Desoxidationsmittels je Lanze vorzugsweise im Bereich von 200 bis 350 Nm³/h eingestellt, wobei Lanzenaustrittsquerschnitte von 1 bis 1,5 . 10^-4 m² eingehalten werden sollten.

Mit der Wahl dieser Parameterbereiche für die Lanzenkonstruktion lassen sich Austrittsgeschwindigkeiten im Bereich der Schallgeschwindigkeit erreichen. Die Überdrucke am Austrittsquerschnitt werden dabei auf ca. 2 bis 3 bar geschätzt. Bei der Verwendung von Düsen ergeben sich, bezogen auf den Vordruck von 10 bar, höhere Staudrucke am Austritt der Lanzen in einem Bereich von ca. 5 bis 6 bar. Dadurch werden ebenfalls höhere Austrittsgeschwindigkeiten erreicht, die unter Umständen noch zu einer weiteren Intensivierung des Reduktionsprozesses führen können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Polen von Kupfer vermeidet die mit den bekannten Verfahren verbundenen Nachteile und ermöglicht darüber hinaus Einsparungen in energetischer sowie konstruktiver bzw. apparativer Hinsicht.

Claims

1. Verfahren zum Polen von Kupfer in schmelzflüssigem Zustand, bei dem ein gasförmiges Desoxidationsmittel in die Schmelze geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Desoxidationsmittel ein Gasgemisch, enthaltend zumindest Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid verwendet wird.

2. Verfahren zum Polen von Kupfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffgehalt 10 bis 40 Vol-%, vorzugsweise 30 bis 40 Vol-%, der Stickstoffgehalt 40 bis 85 Vol-%, vorzugsweise 40 bis 70 Vol-%, und der Kohlenmonoxidgehalt 5 bis 20 Vol-%, vorzugsweise 10 bis 20 Vol-%, beträgt.

3. Verfahren zum Polen von Kupfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid enthaltende Gasgemisch mittels wenigstens eines Endogasgenerators erzeugt wird.

4. Verfahren zum Polen von Kupfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einer der Pollanzen und/oder Poldüsen ein Endogasgenerator, der der Erzeugung des zumindest Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gasgemisches dient, angeordnet wird.

5. Verfahren zum Polen von Kupfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über der Schmelze eine desoxidierende Atmosphäre erzeugt wird.

6. Verfahren zum Polen von Kupfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die desoxidierende Atmosphäre mittels eines unterstöchiometrischen Betriebes des oder der Brenner erzeugt wird.

7. Verfahren zum Polen von Kupfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Desoxidationsmittel in und auf die Schmelze geleitet wird und so zumindest ein Teil der desoxidierenden Atmosphäre über der Schmelze erzeugt wird.

8. Verfahren zum Polen von Kupfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von Rohrlanzen das Desoxidationsmittel mit Vordrucken von 3 bis 15 bar, vorzugsweise 5 bis 10 bar, in die Schmelze eingebracht wird.

9. Verfahren zum Polen von Kupfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von Rohrlanzen die Durchflußmenge des Desoxidationsmittels je Lanze im Bereich von 200 bis 350 Nm³/h eingestellt wird, wobei Lanzenaustrittsquerschnitte von 1 bis 1,5 . 10^-4 m² eingehalten werden.