DE102009001219B4

DE102009001219B4 - Raffinationsverfahren für Rohkupfer mit einem Schwefelgehalt von 0,1 %

Info

Publication number: DE102009001219B4
Application number: DE102009001219A
Authority: DE
Inventors: Zhou Songlin
Original assignee: Xiangguang Copper Co Ltd
Current assignee: Xiangguang Copper Co Ltd
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2029-02-28
Also published as: DE102009001219A1; FI20095242L; CN101386918A

Abstract

Raffinationsmethode für Rohkupfer mit einem Schwefelgehalt von 0,1% zur Herstellung von Anodenkupfer, aufweisend die Schritte, – während die Schmelze aus Rohkupfer mit hohen Schwefelgehalt, die in einem Konverterofen produziert wurde, durch ein Abflussrohr in einen Anodenofen fließt, wird stetig ein Inertgas in den Anodenofen gegeben, so dass das Kupfer im Ofen kocht, wobei das Inertgas durch eine Beluftungsvorrichtung, die sich unter dem Anodenofen befindet, in den Anodenofen geblasen wird, wobei die belüftete Anlage ein Lochziegel ist, der unter dem Anodenofen installiert wird, – dann reagieren der Schwefel in dem flüssigen Kupfer, Sauerstoff in dem flüssigen Kupfer und Sauerstoff, den die Oberfläche des flüssigen Kupfers von der Atomsphäre absorbiert, miteinander und erzeugen SO2, wobei sich das SO2 aus dem flüssigen Kupferdem Rohkupfer beseitigt werden, – nachdem das Rohkupfer in den Anodenofen geflossen ist, wird je nach dem Schwefelgehalt des...

Description

Fachbereich
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Kupfermetallurgie und betrifft eine Raffinationstechnik für Rohkupfer mit einem hohen Schwefelgehalt.
Technischer Hintergrund
Das Verfahren der „Doppel Flash”-Kupferraffination ist zurzeit eine der besten Methoden für die Kupferraffination und die Entwicklungsrichtung der Zukunft. Dabei wird aus Kupferkonzentrat mittels einer schnellen Schmelze Kupferstein (Lech) gewonnen und in einem Konverterofen zu Rohkupfer geröstet. Anschließend wird mittels anodischer Raffination anodisches Kupfer gewonnen, das durch Elektrolyse in hoch reines kathodisches Kupfer umgewandelt wird (Schritte: Kupferkonzentrat → schnelle Schmelzung → Lech → Konverterofen → Rohkupfer → anodische Raffination → anodisches Kupfer → Elektrolyse → hochreines kathodisches Kupfer). Allerdings weist das Rohkupfer bei Verwendung eines „flash°-Konverters einen größeren Schwefelgehalt auf, als wenn ein traditioneller PS-Konverter verwendet wird. Normalerweise liegt der Schwefelgehalt bei Verwendung eines PS-Konverters im Bereich von 0,03 bis 0,08%, der Schwefelgehalt bei Verwendung eines „flash”-Konverters liegt hingegen im Bereich von 0,1 bis 5%. Zurzeit benutzt man noch die traditionelle tiefe (starke, vollständige) Oxidierung und Reduktion bei der pyrometallurgischen Raffination. Diese Verfahrensführung ist exemplarisch beschrieben in Franz Pawlek „Metallhüttenkunde”, 1983, De Gruyter Berlin: New York; Seiten 595 bis 598. Zuerst gibt man Luft oder Sauerstoff in den Hochofen ein, wobei das Kupfersulfid zu Kupfer (I) Oxid oxidiert wird. Wenn der Schwefelgehalt weniger als 0,003% beträgt, wird eine Reduktion durch Erdgas, Flüssiggaskraftstoff, Schweröl, Diesel, Feinkohle usw. durchgeführt, um den Sauerstoff (Oxygenium) im flüssigen Kupfer zu beseitigen. Die tiefe (starke, vollständige) Oxidation und tiefe (starke, vollständige) Reduktion verschwenden nicht nur sehr viel nicht-reproduzierbarer Energie, sondern verlängern auch die Zeit der Raffination und reduzieren deren Effizienz. Außerdem sind die Bedingungen am Arbeitsplatz schlecht und die Umweltverschmutzung ist enorm. Aus DE 100 35 593 A1 und DE 36 40 753 A1 sind Verfahren bekannt zum Entfernen von Sauerstoff aus einer Kupferschmelze, wobei ein inertes Gas verwendet wird.
Inhalt der Erfindung
Der Zweck der Erfindung ist es, eine anodische Raffinationsmethode für Rohkupfer mit hohem Schwefelgehalt bereit zu stellen. Diese anodische Raffinationsmethode kann nicht nur die Probleme bei der pyrometallurgischen Raffination lösen, sondern kann auch Zeit sparen, die Effizienz der Produktion und die Produktivität erhöhen, Energie sparen und die Umweltverschmutzung durch Qualm vermeiden.
Die Erfindung wird durch folgende Schritte ausgeführt:
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 1 definiert, zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen genannt. Eine anodische Raffinationsmethode für Rohkupfer mit hohem Schwefelgehalt. Während die Schmelze von Rohkupfer mit hohem Schwefelgehalt, die im Konverterofen produziert wird, durch ein Abflussrohr in einen Anodenofen fließt, wird kontinuierlich ein Inertgas zugegeben. Dadurch wird das Kupfer im Ofen kochend sein. Dann reagieren der Schwefel in dem flüssigen Kupfer, der Sauerstoff in dem flüssigen Kupfer und der Sauerstoff, den die Oberfläche des flüssigen Kupfers von der Atomsphäre absorbiert, miteinander und erzeugen SO₂. Das SO₂ verflüchtigt sich aus dem flüssigen Kupfer, wobei über 90% des Schwefels aus dem Rohkupfer beseitigt werden. Nachdem das Rohkupfer in den Anodenofen geflossen ist, wird das flüssige Kupfer je nach Schwefelgehalt (Schwefeldichte) des flüssigen Kupfers nicht oxidiert und leicht (teilweise) reduziert oder nicht oxidiert und nicht reduziert. Wenn der Schwefelgehalt (Schwefeldichte) des flüssigen Kupfers weniger als 0,05% beträgt, wird das flüssige Kupfer nicht oxidiert und leicht (teilweise) reduziert. Wenn der Schwefelgehalt des flüssigen Kupfers weniger als 0,003% beträgt und der Sauerstoffgehalt des flüssigen Kupfers weniger als 0,2% beträgt, wird das flüssige Kupfer nicht oxidiert und nicht reduziert. Schwellenwert (Entscheidungswert) des Schwefelgehalts kann auch 0,07%, 0,08% oder 0,1% sein. Aber bei 0,05% ist die Zeit am kürzesten und die Effizienz am höchsten.
Flüssiges Kupfer fließt mit 50 bis 100 Tonnen pro Stunde in den Anodenofen. Der Durchfluss des Inertgases beträgt von 50 bis 2000 Nm³ pro Stunde, der Druck beträgt von 0,4 bis 0,8 MPa, die Temperatur beträgt von 25 bis 300°C. Der Durchfluss der Luft bei leichter (teilweiser) Oxidation beträgt von 100 bis 1000 Nm³ pro Stunde, der Druck beträgt von 0,3 bis 0,8 MPa. Der Durchfluss des Reduktionsgases bei leichter (teilweiser) Reduktion ist im Bereich von 100 bis 1000 Nm³ pro Stunde, der Druck liegt im Bereich von 0,3 bis 0,8 MPa. Der Druck des Hochofens ist ±200 Pa. Geeignete Inertgase sind Argon und/oder Stickstoff. Geeignete Reduktionsgase sind Erdgas, Flüssiggaskraftstoff und Gas. Das Inertgas wird durch die Belüftungsvorrichtung, die sich unter dem Anodenofen befindet, in den Anodenofen geblasen. Die Belüftungsvorrichtung ist ein Lochziegel, der unter dem Anodenofen installiert wird. Die anodische Raffinationsmethode ist geeignet für alle Raffinationen von Rohkupfer, das von verschiedenen metallurgischen Öfen erzeugt wird und dessen Schwefelgehalt 0,1% beträgt.
Die Grundlage der Erfindung
Traditionelle anodische Raffinationsmethoden für rohes Kupfer mit einem hohen Schwefelgehalt benutzen tiefe (starke, vollständige) Oxidation und Reduktion, und zwar fließt zuerst das rohe Kupfer mit dem hohen Schwefelgehalt in den Anodenofen, dann werden Luft oder Sauerstoff eingeführt, wodurch es tief (stark, vollständig) oxidiert wird. Wenn der Schwefelgehalt weniger als 0,003% beträgt, wird das Rohkupfer durch die Reduktionsgase (der Durchfluss des Erdgases beträgt 3500 Nm³ pro Stunde) tief (stark, vollständig) reduziert. Die Tatsache bewies: Wenn der Anteil an Cu viel größer als der Anteil an S in der Schmelze des rohen Kupfers ist, ist die Effizienz der tiefen (starken, vollständigen) Oxidation niedrig. Besonders bei der Abnahme des Schwefelgehaltes von 0,05% auf 0,003% ist die Effizienz der Oxidation niedrig, und die Oxidationszeit dauert lang. Für Öfen, deren Volumen 500 Tonnen beträgt, dauert es über 10 Stunden um zu oxidieren. Während dieses Prozesses reagieren nur wenig Luft oder Sauerstoff mit Schwefel. Meistens reagieren Luft oder Sauerstoff mit Kupfer. Wenn der Schwefelgehalt unter 0,003% sinkt, und der Sauerstoffgehalt im Bereich von 0,8 bis 1,5% liegt, muss man mit großen Mengen an Reduktionsluft stark reduzieren, um den Sauerstoffgehalt unter 0,2% abzusenken.
Der Kern dieser Erfindung

1. Während das Material in einen Anodenofen fließt, wird das Inertgas stetig zugegeben. Der Schwefel in der Schmelze des rohen Kupfers soll zuerst mit dem Sauerstoff (Oxygenium) der Schmelze des rohen Kupfers oder dem Sauerstoff der Atmosphäre gemäß den Formeln Cu₂S + 2Cu₂O ⇒ 6Cu + SO₂ und Cu₂S + O₂ ⇒ 2Cu + SO₂ reagieren, um den Schwefel zu beseitigen.
2. Wenn der Schwefelgehalt weniger als 0,05% beträgt, wird eine leichte (teilweise) Reduktion durchgeführt. Aber bei traditioneller tiefer (starker, vollständiger) Oxidation wird die tiefe (starke, vollständige) Reduktion durchgeführt, wenn der Schwefelgehalt weniger als 0,003% ist.

Der wichtige Schritt ist eine stetige Eingabe von Inertgas. Damit die Reaktion vollständig abläuft und die Reaktionszeit verkürzt wird.
Die Schmelze des rohen Kupfers, die im Konverterofen produziert wird, fließt mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 100 Tonnen pro Stunde in einen Anodenofen. Für Öfen, deren Volumen 500 Tonnen ist, wird er innerhalb von 5 bis 10 Stunden voll gegossen. Während diesem langen Vorgang wird das Inertgas ständig zugegeben, und das flüssige Kupfer wird stetig gerührt. Dabei reagieren der Schwefel in dem flüssigen Kupfer, der Sauerstoff in dem flüssigen Kupfer und der Sauerstoff, den die Oberfläche des flüssigen Kupfers von der Atomsphäre absorbiert, miteinander und erzeugen SO₂. Das SO₂ verflüchtigt sich aus dem flüssigen Kupfer, wobei der Schwefel beseitigt wird. Der Test weist auf: Fast 90% des Schwefels werden mit dieser Methode aus der Kupferschmelze beseitigt.
Nachdem das rohe Kupfer vollständig in den Anodenofen geflossen ist, wird je nach dem Schwefelgehalt des flüssigen Kupfers, das flüssige Kupfer nicht oxidiert und leicht (teilweise) reduziert, oder nicht oxidiert und nicht reduziert.
Wenn der Schwefelgehalt weniger als oder gleich 0,05% ist. wird das flüssige Kupfer nicht oxidiert und leicht (teilweise) reduziert. d. h. die Kupferschmelze wird direkt mit Erdgas reduziert, bis der Schwefelgehalt des flüssigen Kupfers weniger als oder gleich 0,003% und der Sauerstoffgehalt des flüssigen Kupfers ist weniger als oder gleich 0,2% ist.
Hauptreaktion: 4Cu₂O + CH₄ ⇒ 8Cu + CO₂ + 2H₂O und Cu₂S + 2Cu₂O ⇒ 6Cu + SO₂.
Wenn der Schwefelgehalt des flüssigen Kupfers weniger als oder gleich 0,003% ist und der Sauerstoffgehalt des flüssigen Kupfers weniger als oder gleich 0,2% ist, wird das flüssige Kupfer nicht oxidiert und nicht reduziert. Das anodische Brett (Anodenplatte) wird direkt gegossen.
Die Inertgase sind Argon, Stickstoff oder alle Inertgase, die sich nicht an den chemischen Reaktionen beteiligen.
Die Reduktionsgase sind Erdgas, Flüssiggaskraftstoff, Gas usw..
Die anodische Raffinationsmethode ist geeignet für alle Raffinationen des Rohkupfers, das von verschiedenen metallurgischen Öfen erzeugt wird, wobei der Schwefelgehalt des rohen Kupfers im Bereich von 0,1% liegt.
Technische Parameter: Das flüssige Kupfer wird in den Anodenofen mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 100 Tonnen pro Stunde gefüllt. Der Durchfluss des Inertgases liegt im Bereich von 50 bis 2000 Nm³ pro Stunde (je nach Ausmaß des Anodenofens), der Druck des Inertgases liegt im Bereich von 0,4 bis 0,8 MPa, die Temperatur des Inertgases beträgt 25 bis 300°C. Der Durchfluss der Luft bei der leichten (teilweisen) Oxidation ist im Bereich von 100 bis 1000 Nm³ pro Stunde (je nach Ausmaß des Anodenofens), der Druck der Luft ist im Bereich von 0,3 bis 0,8 MPa. Der Durchfluss der Luft (des Reduktionsgases) bei der leichten (teilweisen) Reduktion betragt von 100 bis 1000 Nm³ pro Stunde, der Druck beträgt von 0,3 bis 0,8 MPa. Der Druck des Hochofens ist ±200 Pa. Der Durchfluss der leichten (teilweisen) Oxidationsluft ist im Bereich von 100 bis 1000 Nm³/h (je nach Ausmaß des Anodenofens). Eine Anlage weist 1 bis 10 Belüftungsvorrichtungen auf (je nach Ausmaß des Anodenofens). Die Zeit der Raffination dauert 2 Stunden.
Die Vorteile dieser Erfindung sind, dass keine tiefe (starke, vollständige) Oxidation und Reduktion durchgeführt wird. Der Prozess der Operation verkürzt sich daher von 10 Stunden auf 2 Stunden. Die Effizienz und Produktivität werden erhöht und Energie wird eingespart Da Erdgas über 70% gespart wird, wird die Umweltverschmutzung deutlich verringert. Das anodische Brett (Anodenplatte) enthält Cu ≥ 99,3%, S ≤ 0,003% und O ≤ 0,2%, was den elektrolytischen Anforderung entspricht.
Legende
1. Struktur des Anodenofens 2, wobei der Anodenofen 2 mit dem Abflussrohr 1 und dem belüfteten Rohr 5 verbunden ist.
Konkrete Implementierung (Ausführungsbeispiel)
Der konkrete Prozess ist an Hand von 1 erklärt: Während die Schmelze von rohem Kupfer mit dem hohen Schwefelgehalt, die im Konverterofen produziert wird, durch ein Abflussrohr 1 in einen Anodenofen 2 fließt, wird das Inertgas durch die Belüftungsvorrichtung 3 in den Anodenofen 2 stetig zugegeben. Der Durchfluss des Inertgases ist im Bereich von 50 bis 2000 Nm³ pro Stunde (je nach Ausmaß des Anwdenofens), der Druck ist im Bereich von 0,4 bis 0,8 MPa, die Temperatur ist im Bereich von 25 bis 3.00°C. Das flüssige Kupfer wird gerührt, um den Schwefel mit Oxygenium oder Sauerstoff zu reagieren. Dabei wird SO₂ produziert, wobei sich das SO₂ aus der Kupferschmelze verflüchtigt. Mit dieser Methode wird Schwefel beseitigt. Nachdem das rohe Kupfer vollständig in den Anodenofen 2 geflossen ist, wird je nach Schwefelgehalt des flüssigen Kupfers im Anodenofen 2, das flüssige Kupfer leicht (teilweise) oxidiert und leicht (teilweise) reduziert, nicht oxidiert und leicht (teilweise) reduziert. oder nicht oxidiert und nicht reduziert.
Wenn der Schwefelgehalt weniger als 0,05% beträgt, wird keine Luft mehr zugegeben. Dann wird Erdgas durch das Loch 4 in den Anodenofen 2 gegeben und die leichte (teilweise) Reduktion findet statt, bis der Schwefelgehalt (Schwefeldichtigkeit) ≤ 0,003% und der Sauerstoffgehalt (Oxygeniumdichtigkeit) ≤ 0,2% sind. Der Durchfluss des Erdgases liegt im Bereich von 100 bis 1000 Nm³ pro Stunde, der Druck liegt im Bereich von 0,3 bis 0,8 MPa. Das flüssige Kupfer wird nicht oxidiert und leicht (teilweise) reduziert, wenn der prozentuale Schwefelgehalt des flüssigen Kupfers ≤ 0,05% ist. In diesem Fall wird das Erdgas direkt in das Loch 4 des Anodenofens 2 gegeben, damit das flüssige Kupfer leicht (teilweise) reduziert wird, bis der Schwefelgehalt (Schwefeldichtigkeit) ≤ 0,003% und der Sauerstoffgehalt (Oxygeniumdichtigkeit) ≤ 0,2% sind. Der Durchfluss des Erdgases beträgt von 100 bis 1000 Nm³ pro Stunde, der Druck liegt im Bereich von 0,3 bis 0,8 MPa. Wenn der Schwefelgehalt (Schwefeldichtigkeit) ≤ 0,003% und der Sauerstoffgehalt (Oxygeniumdichtigkeit) ≤ 0,2% ist, gibt es keine Oxidation und Reduktion. Das anodische Brett (Anodenplatte) wird direkt gegossen.
Bei der wirklichen Produktion wird das Inertgas durch die Belüftungsvorrichtung 3 und das Loch 4 gleichzeitig in den Anodenofen 2 zugegeben, um die Effizienz zu verbessern. Das technische Schema dieser Erfindung ist nicht auf den Bereich der Ausführungsbeispiele, die in dieser Erfindung angeführt werden, begrenzt. Die technischen Inhalte, die nicht detailliert beschrieben werden, sind öffentliches Wissen.
Bezugszeichenliste

1: Abflussrohr
2: Anodenofen
3: Belüftungsvorrichtung
4: Loch
5: belüftetes Rohr

Claims

Raffinationsmethode für Rohkupfer mit einem Schwefelgehalt von 0,1% zur Herstellung von Anodenkupfer, aufweisend die Schritte, – während die Schmelze aus Rohkupfer mit hohen Schwefelgehalt, die in einem Konverterofen produziert wurde, durch ein Abflussrohr in einen Anodenofen fließt, wird stetig ein Inertgas in den Anodenofen gegeben, so dass das Kupfer im Ofen kocht, wobei das Inertgas durch eine Beluftungsvorrichtung, die sich unter dem Anodenofen befindet, in den Anodenofen geblasen wird, wobei die belüftete Anlage ein Lochziegel ist, der unter dem Anodenofen installiert wird, – dann reagieren der Schwefel in dem flüssigen Kupfer, Sauerstoff in dem flüssigen Kupfer und Sauerstoff, den die Oberfläche des flüssigen Kupfers von der Atomsphäre absorbiert, miteinander und erzeugen SO₂, wobei sich das SO₂ aus dem flüssigen Kupfer verflüchtigt, wodurch über 90% des Schwefels aus dem Rohkupfer beseitigt werden, – nachdem das Rohkupfer in den Anodenofen geflossen ist, wird je nach dem Schwefelgehalt des flüssigen Kupfers, das flüssige Kupfer keiner Oxidation und einer teilweisen Reduktion, oder keiner Oxidation und keiner Reduktion unterworfen, wobei – wenn der Schwefelgehalt des flüssigen Kupfers weniger als 0,05% ist, das flüssige Kupfer keiner Oxidation und einer teilweisen Reduktion unterworfen wird, und – wenn der Schwefelgehalt des flüssigen Kupfers weniger als 0,003% ist und der Sauerstoffgehalt des flüssigen Kupfers weniger als 0,2% ist, an dem flüssigen Kupfer keine Oxidation und keine Reduktion durchgeführt wird.
Raffinationsmethode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kupfer in den Anodenofen mit 50 bis 100 Tonnen pro Stunde fließt, wobei der Durchfluss des Inertgases von 50 bis 2000 Nm³ pro Stunde, der Druck von 0,4 bis 0,8 MPa, die Temperatur von 25 bis 300°C beträgt, der Durchfluss der Luft bei leichter Oxidation von 100 bis 1000 Nm³ pro Stunde, der Druck von 0,3 bis 0,8 MPa beträgt, der Durchfluss der Reduktionsluft bei leichter Reduktion von 100 bis 1000 Nm³ pro Stunde, der Druck von 0,3 bis 0,8 MPa beträgt, wobei der Druck des Hochofens ±200 Pa ist.
Raffinationsmethode, nach Anspruch 1, wobei die Inertgase Argon und Stickstoff sind.
Raffinationsmethode nach Anspruch 1, wobei die Reduktionsgase Erdgas, Flüssiggaskraftstoff und Gas sind.