DE1144931B

DE1144931B - Elektrometallurgisches Verfahren zum reduzierenden Schmelzen von oxydischen Schwermetallverbindungen, insbesondere zur Herstellung von Kupfer aus oxydischen Kupferverbindungen

Info

Publication number: DE1144931B
Application number: DEM48550A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Carl-August Maelzer
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1961-03-29
Filing date: 1961-03-29
Publication date: 1963-03-07

Description

Elektrometallurgisches Verfahren zum reduzierenden Schmelzen von oxydischen Schwermetallverbindungen, insbesondere zur Herstellung von Kupfer aus oxydischen Kupferverbindungen Zum reduzierenden Schmelzen von Nichteisenmetallen, wie Kupfer, Nickel, Blei oder Antimon, sind verschiedene Verfahren bekannt, die im wesentlichen alle darauf beruhen, oxydische Erze, Röst- oder Zwischenprodukte im Gemisch mit festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln und Schlackebildnern auf Reaktions- und Schmelztemperatur zu erhitzen. Es ist auch bekannt, den Gehalt der dabei anfallenden Schlacke an dem zu gewinnenden Metall, z. B. Kupfer, dadurch zu verringern, daß in der einzuschmelzenden Rohstoffmischung ein bestimmter Restschwefelgehalt belassen oder nachträglich zugesetzt wird, und zwar im allgemeinen 0,3 bis 0,511/o. Dadurch bildet sich zwischen dem flüssigen Metall und der oben schwimmenden Schlacke eine im wesentlichen aus Sulfid (Cu,S, NiS oder PbS) bestehende Steinschicht aus, die als Sammler für das zu gewinnende Metall dient und damit den Gehalt der Schlacke an diesem Metall erniedrigt. Es ist auch bekannt, durch Dosierung des Kohlenstoffzuschlages die Reduktion so zu steuern, daß nur ein Teil des abgerösteten Konzentrates zum Metall reduziert wird, während die störenden Verunreinigungen, hauptsächlich Eisen, durch die zugegebenen Zuschläge verschlackt werden.
Die Erhitzung auf Reaktions- und Schmelztemperatur kann nach den bekannten Verfahren sowohl durch indirekte Heizung wie auch durch Widerstands- bzw. Lichtbogenheizung erfolgen. Der Hauptvorteil dieser bekannten Verfahren besteht darin, daß sie verhältnismäßig billig arbeiten, weil kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel im allgemeinen am billigsten sind, ihr Nachteil besteht darin, daß trotz der bekannten Verbesserungen der Restgehalt der Schlacke an dem zu gewinnenden Metall immerhin noch mehrere Zehntelprozent, im allgemeinen 0,5 bis 0.81/o beträgt.
Es ist auch bekannt, Werkblei aus Bleierzen auf elektrothermischem Wege in der Weise herzustellen, daß aus dem Bleierz und einem Schlackenbildner, wie Kalkstein sowie Kohle, eine pulverförmige Mischung hergestellt wird, die auf ein Bad aus einer Kalzium-Eisensilikat-Schlacke aufgetragen und dort elektrothermisch eingeschmolzen wird, wobei sich neue Schlacke bildet sowie Werkblei und Sulfid, die sich entsprechend dem spezifischen Gewicht schichtweise absetzen und entfernt werden. Bei diesem Verfahren erfolgt der Klärprozeß ausschließlich durch Absetzung nach dem spezifischen Gewicht, und die elektrische Energie dient nur als Wärmequelle.
Ein anderes bekanntes Verfahren zur Gewinnung von Nichteisenmetallen aus ihren Sulfiden oder Gemischen von Sulfiden und Oxyden beruht auf der Elektrolyse der geschmolzenen Metallverbindungen. Dieses Verfahren ist nur für die Verarbeitung sehr reiner Ausgangsstoffe geeignet, da der Anfall einer eigenen Schlackenschicht nicht vorgesehen ist. Das Bett besteht nur aus dem als Kathode dienenden geschmolzenen Metall und einer oder zwei Schichten des aus sulfidischem und/oder schwer reduzierbarem nicht flüchtigem Oxyd des zu gewinnenden Metalls bestehenden Elektrolyten.
Ein anderes auf der Schmelzfußelektrolyse beruhendes bekanntes Verfahren sieht die Einstellung der Azidität der Schmelze durch geeignete Zusätze auf den für die Abscheidung des gewünschten Metalls geeigneten Wert vor, wobei als Einsatzprodukt Schwermetalle enthaltende metallurgische Schlacken dienen. Infolgedessen ist auch hier der Zusatz von Schlackebildnernweder erforderlich noch vorgesehen. Der Restgehalt der ausgebrauchten Schlacke an dem zu gewinnenden Metall läßt sich bei diesem Verfahren zwar theoretisch beliebig tief senken, doch ist dieser Möglichkeit infolge der hohen Stromkosten eine wirtschaftliche Grenze gesetzt, die ebenfalls einen Restgehalt der Schlacke an mehreren Zehntelprozent, beispielsweise von Kupfer, entspricht.
Die Erfindung betrifft ein elektrometallurgisches Verfahren zum rezuzierenden Schmelzen einer Mischung von vorwiegend oxydischen Schwermetallverbindungen, vorzugsweise Kupferverbindungen, wobei mindestens ein erheblicher oder weitaus überwiegender Teil der gesamten Reduktionsarbeit vom zugesetzten festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel geleistet wird. Störende Verunreinigungen, hauptsächlich Eisen, werden in an sich bekannter Weise durch den Zusatz geeigneter Schlackebildner entfernt und der Restgehalt der dabei anfallenden Schlacke an dem zu gewinnenden Schwermetall in ebenfalls bekannter Weise dadurch niedrig gehalten, daß im einzuschmelzenden Rohstoffgemisch ein solcher Schwefelgehalt aufrechterhalten wird, daß sich eine sulfidische Steinphase zwischen dem geschmolzenen Metall und der Schlackeschicht ausbilden kann. Die Erhitzung der Rohstoffmischung auf Reaktions- und Schmelztemperatur erfolgt in bekannter Weise durch elektrische Widerstands-und/oder Lichtbogenheizung.
Erfindungsgemäß wird gleichzeitig mit dem Einschmelzen oder unmittelbar anschließend an dieses durch die Charge ein Gleichstrom geeigneter Spannung in der Weise geschickt, daß die Schlackeschicht als Anode und die Metallschicht als Kathode geschaltet wird. Dadurch werden auch die letzten Reste des zu gewinnenden Metalls aus der Schlacke in die Zwischenschicht aus sulfidischem Stein und von dort in die Metallschicht gebracht. Die Zwischenschicht aus sulfidischem Stein ist ein guter Leiter und verbraucht nur wenig zusätzlichen Strom zur überwindung des elektrischen Widerstandes.
Die einfachste Ausführungsform der Erfindung besteht demnach darin, für die elektrische Widerstands- bzw. Lichtbogenheizung direkt Gleichstrom zu verwenden und dabei die am Boden des Gefäßes befindliche Elektrode als Kathode zu schalten. Da aber Wechsel- oder Drehstrom im allgemeinen billiger zur Verfügung steht als Gleichstrom, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Heizung mit Wechsel- oder Drehstrom betrieben. Die elektrische Behandlung der Restschlacke erfolgt dabei entweder gleichzeitig mit dem Einschmelzen durch einen über den Drehstrom überlagerten Gleichstrom oder anschließend an das Einschmelzen durch eine Nachbehandlung mit Gleichstrom.
Das erfindungsgemäße Verfahren und eine zu seiner Durchführung geeignete Anordnung ist nachstehend an Hand der Abbildung schematisch und beispielsweise näher erläutert: In eine feuerfeste, ausgekleidete Wanne 1 von 3 m lichtem Durchmesser und 1,50 m Höhe wurden 20 t einer Mischung nachstehender Zusammensetzung aufgegeben: 45 Teile Sand, 35 Teile Kalkstein, 12 Teile Koks, 100 Teile eines gerösteten Kupfererzes der Zusammensetzung: 32 % GSu, 2% S, 35 % Fe, 10-°/o Ca0 -I- SiO2, Rest Sauerstoff. Über die Leitungen R ST und die Kohleelektroden 2 wurde ein Dreiphasenstrom von 120 V so lange aufgegeben, bis der gesamte Ofeninhalt geschmolzen war.
Anschließend wurde über die Sammelschiene 3 und die Bodenelektrode 4 25 Minuten lang ein Gleichstrom von 30 V Spannung aufgegeben. Hierauf wurde über die Abstichöffnung 5 das metallische Kupfer 6 abgezogen und anschließend die angefallene Schlacke 8 über Abstichöffnung 9 entfernt. Der Stein 7 wurde für die nächste Charge im Ofen gelassen. Der Gehalt der Schlacke an Kupfer betrug 0,08%.
In einem zweiten Versuch wurde der Gleichstrom von 30 V Spannung gleichzeitig mit dem Einschmelzen auf den Dreiphasenstrom überlagert. Der Restgehalt der Schlacke an Kupfer war ungefähr gleich wie im vorhergehenden Versuch.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrometallurgisches Verfahren zum reduzierenden Schmelzen einer Mischung von oxydischen Schwermetallverbindungen, Schlackebildnern und einem festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel, wobei die Mischung einen Schwefelgehalt hat, der ausreicht, um die Bildung einer im wesentlichen aus Schwermetallsulfiden bestehenden Zwischenschicht zwischen flüssigem Metall und schmelzflüssiger Schlacke zu ermöglichen, vorzugsweise zur Herstellung von metallischem Kupfer aus oxydischen Kupferverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein erheblicher Teil der Reduktionsarbeit vom kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel der durch Lichtbogen- und/oder Widerstandsheizung geschmolzenen Beschickung geleistet und durch gleichzeitiges oder anschließendes Hindurchleiten eines Gleichstromes unter Schaltung der Schlackendecke als Anode eine Gleichstromelektrolyse bewirkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erhitzung erforderliche elektrische Energie teilweise oder ganz als Gleichstrom eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erhitzung erforderliche elektrische Energie ganz oder teilweise als Wechsel- und/oder Drehstrom eingebracht wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom über den als Heizstrom dienenden Wechsel- oder Drehstrom überlagert wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstrom mit einer Spannung verwendet wird, die zur Zersetzung der Silikate des zu gewinnenden Metalls ausreicht, jedoch nicht zur Zersetzung der unerwünschten Begleitstoffe, insbesondere der Eisensilikate. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 502 954, 945 413; britische Patentschrift Nr. 781108.