DE1193254B - Elektrothermisches Verfahren und Elektroofen zur Herstellung von Metallen, insbesondere von Blei und Eisen - Google Patents

Description

• Elektrotherinisches Verfahren und Elektroofen zur Herstellung von Metallen, insbesondere von Blei und Eisen Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrothennisches Verfahren zur Herstellung von Metallen, insbesondere von Blei und Eisen, aus feinzerkleinerten sulfidischen oder oxydischen Erzen, vorzugsweise aus Schwimmaufbereitungskonzentraten und anderen aufbereiteten Erzeugnissen, durch im wesentlichen endothenne Prozesse innerhalb einer elektrisch auf Reaktionstemperatur erwärmten Kammer eines Schmelzofens sowie auf einen Elektroofen zur Durchführung des Verfahrens.
• Aus verständlichen Gründen ist die Metallerzeugung aus einer feinzerkleinerten Schmelzcharge unter Weglassung vorausgehender Agglomerations-, Glüh-und Reduktionsstufen erstrebenswert, da auf diese Weise neben anderen Vorteilen eine wesentliche Vereinfachung des Verfahrens erzielt wird. Auf diesem Grundprinzip aufbauend sind bereits mehrere Verfahren entwickelt worden. Ein Merkmal derartiger Verfahren, die auf einer Art Direktschmelzen basieren, liegt darin, daß einerseits der Prozeß vollständig autogen, d. h. daß die exotherme Reaktionswärme ausreichend ist, sowohl den Reaktionserzeugnissen die erforderliche Temperatur zu verleihen, als auch die Reaktionskammer auf angemessener Temperatur zu halten (falls notwendig durch Vorwärmung der eingegebenen, an der Reaktion beteiligten Stoffe und/oder durch Verwendung eines mit Sauerstoff angereicherten Reaktionsgases), oder daß andererseits der Energiebedarf durch Hinzufügen fester, flüssiger oder gasfönniger Brennstoffe gedeckt wird.
• Bei anderen Verfahren, bei denen kein Direktschmelzen zur Anwendung kommt, wird das feinzerkleinerte Material in einem mit Brennstoff oder elektrisch beheizten Schmelzofen geschmolzen. Danach kann die geschmolzene Charge in demselben oder einem mit diesem verbundenen Reaktionsgefäß einer Oxydations- oder Reduktionsbehandlung unterworfen werden. Die zuletzt erwähnten Verfahren bringen offensichtliche Nachteile mit sich und sind industriell in nennenswertem Umfang bisher nicht angewendet worden.
• Beim Direktschmelzen ist jedoch die Wärme, die bei der Reaktion entweder der sulfidischen Konzentrate mit einem oxydierenden Gas oder der oxydischen Stoffe mit Reduktionsmitteln entsteht, nicht ausreichend oder in bestimmten Fällen sogar negativ; wenn daher nicht Vorsorge für eine Wärmezufuhr von außen getroffen wird, ist es in diesen Flällen beim Direktschmelzen nach den bisher bekannten Verfahren weder möglich, die Reaktionsprodukte auf Reaktionstemperatur zu bringen, noch die Temperatur in der Reaktionskammer auf der erforderlichen Höhe zu halten. Dies wird vielmehr durch zusätzliche Heizung bewirkt oder im Falle von sÜlfidischen Stoffen dadurch, daß man die Verbrennung in einem solchen Ausmaß vonstatten gehen läßt, daß das zu gewinnende Metall unter Wärmeerzeugung oxydiert wird. Das Verfahren nach der Erfindung ist dann anwendbar, wenn es aus diesen oder jenen Gründen, beispielsweise wenn die aus der Reaktionskammer austretende Gasmenge gering gehalten sein oder eine Erwärmung erzielt werden soll, die vom technischen Standpunkt aus vorteilhafter ist, nicht erwünscht ist, die für die Reaktion erforderliche Mindestwärme durch zusätzliche Verbrennung von Brennstoffen zu kompensieren, sondern die erforderliche zusätzliche Wärme durch elektrische Heizung zu erzeugen. Elektrisch beheizte öfen haben aus konstruktionstechnischen Gründen jedoch eine geringe Deckenhöhe, so daß es innerhalb des begrenzten Raumes ohne besondere Vorkehrungen nicht möglich ist, die Trocknungs-, Vorheiz-, Einleitungs- und Reaktionsvorgänge innerhalb der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit durchzuführen.
• Es hat sich nun überraschend gezeigt, daß auch innerhalb des verhältnismäßig begrenzten Raumes eines elektrischen Ofens die Metallerzeugung aus feinzerkleinerten oxydischen oder sulfidischen Erzen mittels eines Verfahrens durchgeführt werden kann, bei welchem innerhalb der Ofenkammer mindestens ein senkrechter Wirbel durch Einblasen eines mit hoher Geschwindigkeit strömenden Reaktionsgases gebildet wird, wobei das Einblasen durch mindestens zwei innerhalb der Ofenkammer angeordnete Düsen erfolgt und das feinzerkleinerte Erz in den Wirbel hineingegeben wird.
• Zusätzlich zu der großen Vereinfachung, welche dieAnwendung des auf dem oben erläuterten Prinzip beruhenden Verfahrens mit sich bringt, konnte bei der Gewinnung von Blei aus einem Bleisulfidkonzentrat eine beträchtliche Energieeinsparung erreicht werden. Bisher wurde das Konzentrat unter teilweisein Glühen des Schwefels gesintert, um unter Wärmeerzeugung oxy-sulfidische Zwischenprodukte zu bilden. Ein stöchiometrisches Verhältnis zwischen .dem restlichen Schwefel und dem im Bleisinter enthaltenen Sauerstoff war wünschenswert, um beim Schmelzen Üri elektrischen Ofen Blei und SO.-haltiges Gas als Endprodukte zu erhalten. Beim Direktschmelzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Wärme, welche früher bei dem Sinterprozeß verlorenging, nunmehr dem Elektroofen zugeführt und ersetzt dort einen Teil der früher benötigten elektrischen Energie. Außerdem gewinnt man die elektrische Energie, die früher für den Sintervorgang, d. h. für den Betrieb von Gebläsen und anderen Einrichtungen erforderlich war (etwa 0,5 Megawattstunden innerhalb von zwei Schichten).
• Die durch den übergang auf das Direktschmelzen anfallende erhöhte Abgasmenge führt aus dem Ofen eine erhöhte Wärmernenge mit sich, die jedoch durch erhöhte Dampferzeugung in einem an den Schmelzofen angeschlossenen Abwärmeerhitzer wiedergewonnen wird.
• Im Falle von oxydischen Stoffen zur Erzeugung von Eisen bringt die Erfindung mit der Möglichkeit, daß das Reaktionsgas innerhalb des Ofens und aus billigen Brennstoffen, beispielsweise aus Kohlengrus, Torf und Braunkohle, erzeugt werden kann, einen weiteren Vorteil mit sich, wohingegen bei den bekannten Verfahren das reaktive Gas außerhalb des Ofens aus Kohle und Koks erzeugt wird. Die anfallende Schlacke kann durch Einbringen fester oder gasförmiger Mittel in den Ofen unmittelbar reduziert werden. Die aus sulfidischen Erzen anfallende Schlacke wird in entsprechender Weise reduziert. Dadurch, daß das Gas so eingeblasen wird, daß es voneinander getrennte Wirbel bildet und daß das Erzkonzentrat in diese eingegeben wird, verläuft die Reaktion inmitten der Ofenkammer und nicht zum größten Teil in einer Schicht in Nähe der Ofenwandungen, wie es beispielsweise bei der Zyklon-Schmelzung der Fall ist. Aus diesem Grunde zieht das erfindungsgemäße Verfahren auch die Ofenwandungen nur in geringerem Umfang in Mitleidenschaft. Zur Erzielung des erfordeflichen Reaktionsverlaufs werden die Temperatur der Ofenkammer sowie auch die Gasmenge dem zu schmelzenden Konzentrat angepaßt. Die Sauerstoffzufuhr kann gesteuert, das Gas, falls notwendig, vorgewännt und das Material vollständig oder bis auf einen angemessenen Feuchtigkeitsanteil getrocknet werden. Die Anzahl der Wirbel läßt sich in Abhängigkeit von dem gewünschten Produktionsausstoß verändern; das Einblasen bzw. die Beschickung kann durch die Ofendecke oder durch Einlaßöffnungen erfolgen, die weit oben an den Ofenwandungen angeordnet sind. Der Ofen kann im Querschnitt rechteckig, quadratisch oder rund sein. DieAusbildung der elektrischen Heizung mit Hilfe von Söderberg-Elektroden sorgt innerhalb des Schlackenbades für eine Wärmeerzeugung nach dem Widerstandsprinzip.
• Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 in der Seitenansicht einen Eelektroofen zum Direktschmeizen eines Bleikonzentrats, F i g. 2 einen Schnitt durch den Ofen nach der Linie 11-II der F i g. 1 und F i g. 3 eine Düsenanordnung zur Wirbelerzeugung und für die Zufuhr des Bleikonzentrats in den erzeugten Wirbel.
• Der Ofen nach den F i g. 1 und 2 weist eine rechteckige Ofenkammer auf, deren Höhe gegenüber der waagerechten Querschnittsfläche gering ist; der Ofen ist mit einer Anzahl Heizelektroden 1 bis 4, beispielsweise Söderberg-Elektroden, versehen. Die Elektroden erstrecken sich durch die auf der Ofendecke 5 angeordneten Kühlkammem 6 bis 9 hindurch nach unten in die Ofenkammer; die Kühlkammem sind mit (nicht dargestellten) Kühlkanälen für die Zu-und Ableitung von Kühlwasser versehen. Der grundlegende Aufbau des Ofens ist an sich bekannt und wird zum Schmelzen von Blei verwendet. Die Neuheit des erfindungsgemäßen Ofens hegt darin, daß innerhalb der Ofenkammer Düsenanordnungen zur Erzeugung senkrechter, tornadoartiger Luftwirbel vorgesehen sind. F i g. 1 zeigt zwischen den Elektroden 1 und 2; 2 und 3 bzw. 3 und 4 die drei Düsenanordnungen 10 bis 13; 14 bis 17 bzw. 18 bis 21.
• Die in F i g. 3 dargestellte Düsenanordnung weist das senkrechte Blasrohr 22 auf, das durch die Ofendecke hindurchgeführt ist und unterhalb der Decke in der Biegung 23 endet, welche den Luftstrom tangential auf einen gedachten horizontalen Kreis zwischen den betreffenden Elektroden zu richtet. Gegenüber der Austrittsöffnung des Blasrohres 22 ist das Beschickungsrohr 24 für das Bleikonzentrat aus der Ofendecke herausgeführt. Das Beschickungsrohr 24 ist mit einem Abzweigstück verbunden, dessen eines Rohr 25 sich koaxial zum Beschickungsrohr 24 erstreckt, während das andere Rohr 26 dazu geneigt verläuft. Das Ende des Rohres 25 ist durch die Klappe 27 abgedeckt, welche zu Inspektionszwecken abgenommen werden kann. Die Charge wird durch das Rohr 26 eingebracht.
• Beim Direktschmelzen von Bleikonzentraten wird durch die aus je vier Düsen bestehenden drei Düsenanordnungen des in F i g. 3 dargestellten Aufbaues ein Luft-Konzentrat-Gernisch unmittelbar in die Ofenkammer eingeblasen. Der Ofen wird mittels der in die Schlackenschicht abgesenkten Elektroden 1 bis 4 aufgeheizt, wobei die infolge des Ohnischen Widerstandes der Schlacke erzeugte Wärme ausreicht, das im Ofenraum befindliche Blei in geschmolzenem Zustand zu belassen. Das durch das Beschickungsrohr 24 geführte Konzentrat wird von der durch die betreffende Düse 23 einggeblasenen Druckluft erfaßt und in dem senkrechten Wirbel verteilt, welcher infolge der tangentialen Druckluftzufuhr ohne Zuhilfenahme von Stützwänden gebildet wird.
• Die Anordnung nach den F i g. 1 bis 3 ist nur als Beispiel aufzufassen. Es ist ebenso möglich, das Bleikonzentrat durch die gleichen Düsen, durch welche die Luft eingeblasen wird, eintreten zu lassen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, an den Längsseiten des Ofens Luftdüsenpaare vorzusehen, um zwischen den Elektroden Luftwirbel zu erzeugen, und das Konzentrat durch eine Öffnung oberhalb des Zentrums jedes Wirbels einzubringen.
• Die dargestellte Vorrichtung läßt sich in abgeänderter Form auch zur Reduktion oxydischer Erze verwenden, beispielsweise zur Reduktion von Eisenerzkonzentraten, wobei das Eisenerzkonzentrat in einen Gaswirbel eingebracht wird, der durch Einblasen von wasserstoff- und/oder kohlenstoffmonoxydhaltigen Gasen gebildet ist, welche erforderlichenfalls mit festen Reduktionsmitteln, beispielsweise Kohlengrus, vermischt sind. Das Reduktionsgasgemisch kann dadurch hergestellt werden, daß feste und flüssige Reduktionsmittel mit einem oxydierenden Gas, vorzugsweise Luft, welche erforderlichenfalls mit Sauerstoff angereichert und vorgewärmt sein kann, eingeblasen werden. Bei dem Reduktionsvorgang wird das Eisenerzkonzentrat, das erforderlichenfalls mit Kohlenstoff vermischt sein kann, in einen Gaswirbel eingebracht, welcher durch Einblasen der vorgewärinten wasserstoff- und/oder kohlenstoffmonoxydhaltigen Gase gebildet ist.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Elektrotherinisches Verfahren zur Herstellung von Metallen, insbesondere von Blei und Eisen, aus feinzerkleinerten sulfidischen oder oxydischen Erzen, insbesondere Schwimmaufbereitungskonzentraten und anderen aufbereiteten Erzeugnissen, durch im wesentlichen endotherme Prozesse innerhalb einer elektrisch auf Reaktionstemperatur erwärmten Kammer eines Schmelzofens, dadurch gekennzeichn e t, daß innerhalb der Ofenkammer mindestens ein senkrechter Wirbel durch Einblasen eines mit hoher Geschwindigkeit strömenden Reaktionsgases gebildet wird, wobei das Einblasen durch mindestens zwei innerhalb der Ofenkammer angeordnete Düsen erfolgt und das feinzerkleinerte Erz in den Wirbel hineingegeben wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz durch dieselben Düsen, durch welche das Reaktionsgas eintritt, in den Wirbel eingegeben wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1" dadurch gekennzeichnet, daß das Erz durch eine Öffnung eingeführt wird, die den Düsen zum Einblasen des Reaktionsgases gegenüberliegt. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz durch eine über dem Zentrum des Wirbel-, angeordnete öffnung eingeführt wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 bei der Erzeugung von Metallen aus sulfidischen Erzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches Erz in einen Gaswirbel eingegeben wird, der durch Einblasen erforderlichenfalls vorgewärmter und mit Sauerstoff angereicherter Luft gebildet wird, 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 bei der Erzeugung von Blei aus Bleisulfiderzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur auf einer Höhe gehalten wird, die eine unmittelbare Herstellung metallischen Bleis unter Umgehung oxydischer Zwischenprodukte ermöglicht. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Sauerstoffmenge in der Weise geregelt wird, daß keine Oxydation des gebildeten Bleis eintritt. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete Schlacke durch Zufuhr fester oder gasförmiger Reduktionsmittel in den Schmelzofen reduziert wird. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 bei der Erzeugung von Metallen aus oxydischen Erzen, insbesondere bei der Reduktion eines Eisenerzkonzentrats, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenerzkonzentrat in einen Gaswirbel eingegeben wird, welcher durch Einblasen wasserstoff- und/oder kohlenstoffmonoxydhaltiger Gase, die erforderlichenfalls mit einem festen Reduktionsmittel vermischt sind, gebildet wird. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas durch Einblasen von festen oder flüssigen Reduktionsmitteln mit einem oxydierenden Gas, welches erforderlichenfalls mit Sauerstoff angereichert oder vorgewärmt ist, gebildet wird und daß das Eisenerzkonzentrat mit Kohlenstaub vermischt und das Gemisch in einen Gaswirbel eingegeben wird, welcher durch das Einblasen der vorgewärmten wasserstoff- und/oder kohlenstoffmonoxydhaltigen Gase gebildet ist. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete Schlacke durch Zufuhr fester, flüssiger oder gasförmiger Reduktionsmittel reduziert wird. 12. Elektroofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11 mit einer Ofenkammer, deren Höhe im Verhältnis zur horizontalen Querschnittsfläche gering ist, einer Heizeinrichtung für die Ofenkammer und mindestens einer Beschickungsvorrichtung für die Zufuhr des zu verarbeitenden, feinzerkleinerten Materials sowie einer Vorrichtung zum Abgleiten des durch Reduktion gebildeten flüssigen Metalls, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ofenkammer mindestens eine Düsenanordnung (10 bis 13; 14 bis 17; 18 bis 21) aus mindestens je zwei Düsen vorgesehen ist, die tangential auf einen gedachten horizontalen Kreis zu gerichtet sind und dem Einblasen eines mit hoher Geschwindigkeit strömenden Reaktionsgases dienen, welches ohne Zuhilfenahme von Stützwänden mindestens einen senkrechten Wirbel bildet, und daß die Beschickungsvorrichtung (24, 25, 26) für das zu verarbeitende, feinzerkleinerte Material in bezug auf die Düsen (10 bis 21) in der Weise angeordnet ist, daß das feinzerkleinerte Material in dem Wirbel bzw. in den Wirbeln verteilt wird. 13. Ofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungsvorrichtung (24, 25, 26) für das feinzerkleinerte Material in der Decke (5) und/oder in den Wandung gen des Schmelzofens angeordnete Blasrohre (22) aufweist. 14. Ofen nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus Elektroden (1, 2, 3, 4) besteht, welche durch die Ofendecke (5) hindurchgeführt sind und in die Ofenkammer hinabreichen. 15. Ofen nach den Ansprüchen 12 bis 14 mit quadratischer oder rechteckiger Ofenkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2, 3, 4) in einer oder mehreren Reihen über den Querschnitt der Ofenkammer verteilt sind. 16. Ofen nach den Ansprüchen 12 bis 14 mit einer runden Ofenkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2, 3, 4) gleichmäßig über den Querschnitt des Ofens verteilt sind. 17. Ofen nach den Ansprüchen 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10 bis 21) zur Erzeugung der senkrechten Gaswirbel bzw. die entsprechenden Düsen für die Zufuhr des Erzes zwischen den Elektroden (1, 2, 3, 4) und in solcher Anzahl angeordnet sind, daß sich jeder Wirbel in der Nähe mindestens einer Elektrode befindet. In Betracht gezogene Druckschriften: »Handbuch der Technischen Elektrochemie«, Herausgeber G. E g e r, IV. Band, 3. Teil A (»Elektroöfen in der Industrie der Nichteisenmetalle«), 1956, S. 76 bis 79.