DE1483154B1

DE1483154B1 - Vorrichtung und Verfahren fuer das kontinuierliche Schmelzen von Kupferkonzentraten im Gleichstrom und ihre Umwandlung in metallisches Kupfer

Info

Publication number: DE1483154B1
Application number: DE19651483154
Authority: DE
Inventors: Themelis Nickolas J; Paul Spira
Original assignee: Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1964-11-23
Filing date: 1965-06-01
Publication date: 1970-12-03
Also published as: SE320511B; US3437475A; FI45566C; FI45566B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren von sulfidischen Kupferkonzentraten zu metallischem Kupfer in einem ein geschmolzenes Bad enthaltenden Ofen mit einem Aufgabeende und einem Schlackenabstichende.

Die Erfindung will das herkömmliche, in einzelnen Ansätzen durchgeführte Schmelzen und Verblaserösten, das im nachstehenden zum Vergleich beschrieben wird, durch ein kontinuierliches Kupferreduktionsverfahren im Gleichstrom derart ersetzen, daß das Schmelzen und Konvertieren teilweise gleichzeitig und teilweise nacheinander in einem einzigen Reaktionsgefäß erfolgen, in das die Konzentrate an einem Ende kontinuierlich eingeführt werden, während die Schlacke und das metallische Kupfer kontinuierlich am anderen Ende des Gefäßes abgezogen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren schließt auch die Behandlung von Schlacke durch reduzierende Gase oder andere Mittel zu dem Zweck ein, den Kupfergehalt auf einen annehmbaren Wert zu senken, und zwar entweder in einer geeigneten Verlängerung des Reduktionsreaktors oder in einem besonderen Gefäß neben dem Reaktor, so daß die Schlacke unter dem Einfluß der Schwerkraft aus dem Reaktionsgefäß in den Absetzbehälter fließen kann.

Ferner ist nach der Erfindung die Verarbeitung des erzeugten Kupfers zu Anodenkupfer als Teil des kontinuierlichen Verfahrens zuerst durch oxydierende und dann durch reduzierende Gase vorgesehen, wobei diese Behandlung entweder in einer geeigneten Verlängerung des eigentlichen Reaktionsgefäßes oder in einem oder mehreren induktiv beheizten Setzöfen oder auf andere Weise erfolgt.

Die Erfindung sieht somit das kontinuierliche Schmelzen, Konvertieren und Reduzieren von Kupferkonzentraten sowie eine nachfolgende Behandlung der Kupfer- und Schlackenströme im Gleichstrom vor, die wegen der kontinuierlichen Verfahrensführung pro Zeiteinheit nur ein kleines Volumen einnehmen und deshalb während des Fließens zu einem relativ kupferfreien Schlackenstrom und einem Strom von Kupfer, das für den Anodenguß geeignet ist, verarbeitet werden können.

Die Erfindung bedient sich auch gewisser Erkenntnisse der modernen Technologie in Verbindung mit neuartigen Konzepten der kontinuierlichen Gas-Flüssigkeits-Arbeitsweise, die bis heute hauptsächlich in der chemischen Verfahrenstechnik angewandt wurden. Ferner umfaßt die Erfindung das Konzept der Entfernung von Kupfer aus geschmolzenen Silikaten durch Inkontaktbringen der Schlacke mit stark reduzierenden Atmosphären und Absitzenlassen des reduzierten Kupfers aus der Schlacke.

Bekanntlich wurden viele Jahre beträchtliche Überlegungen und Anstrengungen auf die Auffindung von Möglichkeiten gerichtet, Kupferstein kontinuierlich in metallisches Kupfer umzuwandeln, jedoch wurde bisher kein befriedigendes oder technisch anwendbares Verfahren entwickelt. Zur Erläuterung und zum Vergleich sei bemerkt, daß das herkömmlich durchgeführte Kupferschmelz- und Konvertierverfahren das Schmelzen der Konzentrate und der Zuschläge in einem Flammofen oder einem Hochofen durchgeführt wird, wobei sich zwei getrennte Schichten bilden, nämlich eine schwerere Schicht von Kupferstein (Cu₂S-FeS) und eine obere Schicht von Schlacke. Wenn sich die obere Schicht abgetrennt hat und von dem größten Teil ihres Kupfergehaltes befreit ist, bringt man den Kupferstein aus dem Flammofen in den Konverter, wo er in zwei Perioden einer Oxydationsreaktion mit Luft unterworfen wird. In der ersten Periode des Verblasens reagiert Sauerstoff mit FeS wie folgt:

FeS + IV₂ O₂ ^= FeO + SO₂ (1)

Alles Cu₂S, das zu Cu₂O oxydiert werden mag, reagiert sofort mit FeS nach

Cu₂O + FeS ^= Cu₂S + FeO

(2)

Quarzzuschläge werden in dieser Stufe in den Konverter eingebracht, so daß sich Eisensilikat-Schlacke mit dem FeO bildet, das durch die Reaktion 1 und 2 erzeugt wurde:

2 FeO + SiO₂ === 2 FeO · SiO₂ (3)

Die in der ersten Periode gebildete Schlacke wird dann aus dem Konverter abgegossen und in den Flammofen zurückgebracht; dort wird durch Ver- U mischung und Wechselwirkung mit dem Ofenbad ihr Kupfergehalt von 2 bis 3% Cu auf etwa 0,20 bis 0,75% Cu in der Flammofenschlacke gesenkt.

Das Cu₂S (Spurstein) in dem Konverter wird dann ein zweites Mal verblasen, was vermutlich zu den folgenden Reaktionen

Cu₂S + 1V₂ O₂ ^ Cu₂O + SO₂ (4)
2 Cu₂O + Cu₂S ^= 6 Cu + SO₂ (5)

führt, bis schließlich metallisches Kupfer entstanden ist.

Technische Probleme haben verhindert, daß schon früher ein kontinuierliches Röstverfahren entwickelt wurde. Beispielsweise erfordern die thermodynamischen Bedingungen der Kupferkonversion die Durchführung des Verfahrens in zwei Stufen. In der ersten Stufe wird das Eisensulfid des Kupfersteins zu Oxyd angeröstet, und in der zweiten Stufe wird das Kupfersulfid zu Kupfer oxydiert. Man hat bisher die Schlußfolgerung gezogen, daß sich gerade der Λ kontinuierlich betriebene Konverter am besten für ™ diese Reaktion eignet. Außerdem wurde gefunden, daß während der zweiten Periode des Verfahrens bei der Umwandlung des Cu₂S zu Cu sozusagen der Endpunkt der Konversion häufig überschritten und eine gewisse Menge Kupfer zu Cu₂O oxydiert wurde. Dieses Cu₂O löst sich in der zu diesem Zeitpunkt eventuell in dem Konverter noch vorhandenen Schlacke.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren von Kupferkonzentraten in metallisches Kupfer und Reduktion der dabei anfallenden und im Gleichstrom geführten Schlacke, die gekennzeichnet ist durch:

a) einen allgemein horizontal angeordneten Ofen (Ä),

b) eine Beschickungsöffnung (2) am einen Ofenende,

c) Mittel (5) zur Einführung eines oxydierenden Gases in die Schmelze im Kupfersteinbereich,

d) einen unter dem Niveau des Herdes in der Kupferstein-Verblasezone gelegenen Kupfertrennabschnitt (Z) im Anschluß an die Kupfersteinverblasezone,

e) einen von der Beschickungsöffnung entfernten und hinter der Kupferabsetzzone befindlichen Ofenbereich (R) mit erhöhtem Herd, der zu

3 4

einem reduzierenden Abschnitt für die bei dem Der zusätzliche Wärmebedarf in der Schlackentrenn-

Verfahren anfallende Schlacke ausgebildet ist, und zone kann entweder durch einen Brenner 7 gedeckt

f) öffnungen zur Entnahme des gewonnenen Kup- werden oder durch Zufuhr einer ausreichenden Menge

fers aus der Kupferabsetzzone und der Schlacke Luft durch den Einlaß 8, um die aus der Schlackenan dem der Beschickungsöffnung gegenüber- 5 schicht entweichenden überschüssigen reduzierenden

liegenden Ende des Ofens. Gase abzubrennen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Wenn auch das erfindungsgemäße Verfahren konti-Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen und Kon- nuierlich ist, so wird doch eine allmähliche und zuvertieren von sulfidischen Kupfererzkonzentraten zu sammenhängende Reaktion von der ersten zur zweiten metallischem Kupfer, insbesondere zum Betrieb der io Verblasestufe aufrechterhalten. Dies wird erreicht vorstehend beschriebenen Vorrichtung, in einem durch die Kontrolle des Flusses und der Oxydation ein geschmolzenes Bad enthaltenden Ofen mit einem des flüssigen Kupfersteines bei seiner Bewegung von Aufgabeende und einem Schlackenabstichende, das dem Beschickungsende des Ofens bis zum Abstichende, dadurch gekennzeichnet ist, daß man fortschreitend So ist der Übergang von der ersten Stufe, der Eisenvom Aufgabe- zum Schlackenabstichende und unter 15 sulfidoxydation, zur zweiten Stufe, der Kupfersulfid-Führung von Schlacke und Stein im Gleichstrom Oxydation, nicht plötzlich — wie bei den heute angefolgende Arbeitsschritte durchführt: wandten diskontinuierlichen Verfahren —, sondern

a) Kontinuierliche Einführung von Konzentraten mehr ein allmählicher Übergang; das Eisensulfid wird in das Aufgabeende des Ofens, langsam aus dem Kupferstein heraus oxydiert, bis

b) Schmelzen der Konzentrate, 20 dieser den zweiten Abschnitt des Ofens erreicht, wo

c) allmähliche Oxydation von FeS durch Einfüh- nur Kupfersulfid anwesend ist.

rung eines oxydierenden Gases in den Stein, Die Erfindung ist nicht auf irgendeine besondere

d) allmähliche Oxydation von Cu₂S zu metallischem oder kritische Form oder Größe des Reaktionsge-Kupfer im erhaltenen Strom von Spurstein durch fäßes oder der Anlage beschränkt und läßt sich auch weitere Einführung von ausreichend oxydie- 25 auf andere Typen von Flüssigkeits-Gas-Reaktionen rendem Gas, bei hohen Temperaturen, z. B. für gewisse andere

e) Absitzenlassen des Kupfers in einer Kupfer- Sulfide, anwenden. Es folgt ein spezielles Beispiel absetzzone, die so weit vom Aufgabeende ent- für die Kupferproduktion nach dem erfindungsgefernt ist, daß eine direkte Berührung mit dem mäßen kontinuierlichen Verfahren; dieses Beispiel ist am Aufgabeende gebildeten Stein vermieden 30 an Hand der Zeichnung zu betrachten.

f) kontinuierliches Abziehen der Schlacke und Produktion von Kupfer

g) kontinuierliches Abziehen des metallischen Kup- Basis: 178 tato Kupfer
fers. Materialbilanz

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nach- 35 Naßkonzentrate 30 t/h

folgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Angenommene

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch ein allgemein Zusammensetzung 26% Cu

horizontal angeordnetes Reaktionsgefäß nach der 30% Fe

Erfindung; 33% S

F i g. 2 ist ein Querschnitt durch das Reaktions- 4° 4% SiO,

gefäß nach F i g. 1. 7% H₂O

In F i g. 1 hat das allgemein mit A bezeichnete Erzeugter Kupferstein

Reaktionsgefäß einen feuerfesten Mantel 1, eine Be- (29% Cu) 26,7 t/h

schickungsöffnung 2 ist in dem Mantel 1 für die Ein- Volumen des Kupfersteins

führung der zu reduzierenden Konzentrate vorgesehen. 45 (spezifisches Gewicht

Ein Brenner 3, der in Konstruktion und Betrieb her- = 4,1) 6,4 m³/h

kömmlich sein kann, ist ebenso am Beschickungsende Quarzzuschlag 7 t SiO₂/h

des Reaktionsgefäßes angeordnet. Ein Abzugsrohr 4 Erzeugte Schlacke 21,1 t/h

ist in dem normalerweise oberen Teil des Reaktions- Angenommene

gefäßes vorgesehen. Es sei bemerkt, daß die horizon- 50 Zusammensetzung 45 % Fe (58 % FeO)

tale Länge des Gefäßes in einzelne Reaktionszonen 30% SiO₂

eingeteilt ist, und zwar erstens eine Zone X für das 12 % Al₂O₃, ZnO, usw.

Schmelzen des Konzentrates und Verblasen des Kupfer- Schlackenvolumen

steins, zweitens eine Zone Y für das Verblasen des (spezifisches Gewicht

weißen Kupfersteins, drittens eine Zone Z für die 55 = 3,6) 5,7 m³/h

Kupferabscheidung und schließlich eine Schlacken- Erzeugter Spurstein (Cu₂S) 9,8 t/h

reduktionszone R und eine Trennzone S am Abstich- Volumen (spezifisches

ende des Reaktionsgefäßes. Es sei jedoch bemerkt, Gewicht = 5,9) 1,6 m³/h

daß die Unterteilung dieser Zonen nur grob ist. Sie Erzeugtes Kupfermetall 7,8 t/h

sind keine getrennten und deutlich verschiedenen Re- 60 Volumen (spezifisches

aktionszonen in dem Sinn, daß sie physikalisch durch Gewicht = 8) 0,95 m³/h

Trennwände od. dgl. unterteilt wären. Düsen 5 sind Luftbedarf

über die Länge der Kupfersteinverblasezone ange- a) erstes Verblasen:

ordnet, wie in der Zeichnung dargestellt ist. FeS in FeO bei 95%

Diese Düsen dienen zur kontinuierlichen Einführung 65 Sauerstoffausnutzung.... 440 m³/min Luft

von Luft, um sicherzustellen, daß die Kontinuität des Luftvolumen pro 51 mm

Verfahrens gewahrt bleibt. Die Einlasse für ein redu- Düse 7,1 m³/min Luft

zierendes Gas sind in der Zeichnung bei 6 angedeutet. (derzeitige Betriebspraxis) 14,2 m³/min

erforderliche Düsenzahl.. 62 erforderliche Reaktorlänge
(bei Düsenzentren mit
153 mm Abstand gemäß
derzeitiger Betriebspraxis) 9,75 m b) zweites Verblasen:
Cu₂S in Cu bei 95%
Sauerstoffausnutzung.... 113 m³/min Luft

Düsenzahl 16

erforderliche Reaktorlänge (Düsen-Zentren mit
153 mm Abstand) 2,75 m

Verweilzeiten der Materialien im Reaktor

Das Reaktorgefäß A kann in seiner Konstruktion dem herkömmlichen Peirce-Smith-Konverter sehr ähnlich sein.

Eine vollkommene Umwandlung wird somit in der gleichen Zeitdauer erzielt wie bei dem derzeitigen diskontinuierlichen Betrieb. Dementsprechend wird die Verweilzeit des Materials etwa 2 Stunden in der ersten Verblasezone X und etwa 0,5 Stunden in der zweiten Verblasezone Y betragen. Ferner wird eine Verweilzeit von etwa 1 Stunde für die Abtrennung des Kupfers in der Zone Z und etwa 0,5 Stunden für das reduzierende Verblasen der Schlacke sowie 1 Stunde für die Abtrennung der Schlacke in Zone S vorgesehen.

Der letzte Wert beruht auf experimentellen Untersuchungen der Abtrennung von Kupferschlacke. Wie gesagt, finden keine getrennten Verblasevorgänge als solche statt, jedoch ziemlich getrennte Reaktionen oder Stufen in dem Prozeß auf Grund des kontinuierlichen Verblasens und der kontinuierlichen Einführung von Luft durch die Düsen 5.

Wärmebilanz (pro Betriebsstunde) a) Kupferstein — Verblasezone

Wärmeinhalt des flüssigen
Kupfersteins bei 1200⁰C

Wärmeinhalt der flüssigen
Schlacke (einschließlich 9 t/h Zuschläge) bei 1200⁰C

Wärmeinhalt der Luftzufuhr

bei 1200⁰C

Wärmeinhalt des Wasserdampfes bei 1200° C

Wärmeverluste (Betriebserfahrung 9,15 m — Konverter) ..

Insgesamt benötigte Wärme

Wärme aus der FeS-Reaktion und der Bildung von Silikatschlacke

Hilfswärmezufuhr am Beschickungsende des Reaktors (z.B. 2,8t Kohle mit 42% nutzbarer Wärme)

5 670 000 kcal/h

7 400 000 kcal/h

10 080 000 kcal/h 2 440 000 kcal/h

1510 000 kcal/h 27 100 000 kcal/h

19 260 000 kcal/h 7 840 000 kcal/h

Insgesamt verfügbare Wärme ... 27 100 000 kcal/h b) Spurstein — Verblasezone

WärmeinhaltdesQuarzzuschlages

(2,21) bei 1200⁰C 755 000 kcal/h

Wärmeinhalt von Luft

bei 1200°C Wärmeverluste

Wärme der Umsetzung von Cu₂S
mit Sauerstoff (477 kcal/kg Cu)..
Somit insgesamt verfügbare
Wärme

c) Kupfertrenn-, Schlackenreduktions- und Schlackentrennzonen
(erforderliche Gesamtlänge
9,15 m geschätzt)
Wärmeinhalt des reduzierenden
Gases (1,56 m³/Min. Erdgas) ...
Wärmeverluste

Insgesamt benötigte Wärme

Hilfswärmequelle (Brenner am
Abstichende des Reaktors
6,45m³/Min. Erdgas mit 50%
nutzbarer Wärme)

3 650 000 kcal/h 3 650 000 kcal/h

130 000 kcal/h 1 510 000 kcal/h

1 640 000 kcal/h

InsgesamtverbrauchteBrennstoffmenge:

etwa 2,8 t Kohle · 6 480 000 =
8,07 m³ Erdgas/Min. · 60 ·
8 900 =

2 520 000 kcal/h 375 000 kcal/h

Insgesamt benötigte Wärme 3 650 000 kcal/h

1 640 000 kcal/h

18 150 000 kcal/h

4 310 000 kcal/h 22 460 000 kcal/h

Es folgt nun eine Beschreibung des Verfahrens unter Bezugnahme auf das vorstehend diskutierte spezielle Beispiel.
Die nassen (oder trockenen) Konzentrate werden mit dem benötigten Mengenanteil an Kieselsäure-Schlackenbildner vorvermischt und über einen geeigneten Beschickungsmechanismus, z. B. einen Schwingschneckenförderer, einen Bandförderer, einen Carr-Förderer od. dgl. in das Vorderende des Bades im Reaktorgefäß A eingebracht. Versuche haben gezeigt, daß die Reaktion zwischen den Konzentraten und dem Luftstrom aus den Düsen 5 einsetzt, sobald die Konzentrate eine Temperatur von etwa 540 bis 59O⁰C erreicht haben, und die exotherme Reaktionswärme bringt die Konzentrate auf die Schmelz- und Umwandlungstemperaturen.

Die Wärmebilanz zeigt, daß der größte Teil der benötigten Wärme in dem Reaktor geliefert wird durch exotherme Wärme der Umwandlungsreaktionen. Eine

zusätzliche Wärmequelle in Form eines Gas-, öl- oder Kohlebrenners kann am Beschickungsende des Reaktors angeordnet werden. Mit Sauerstoff angereicherte Luft kann benutzt werden, um den Bedarf bei zusätzlicher Wärmezufuhr zu vermindern.

Der Reaktorbehälter A weist ein zylindrisches Gefäß von etwa 3,4 m Innendurchmesser und 18,6 m Länge auf und kann eine ähnliche Konstruktion haben wie ein Peirce-Smith-Konverter mit der Änderung, daß am Abstichende ein erhöhter Herd vorgesehen ist, der die Trennung der Schichten von Schlacke und Spurstein ermöglicht. Düsen 5, die kontinuierlich 7,1 m³ Luft pro Minute abgeben, sind entlang der Zone X und Y der Reaktorlänge jeweils im Abstand von 153 mm, gemessen von Mitte zu Mitte, angeordnet.

Wie bei dem herkömmlichen Peirce-Smith-Konverter kann das Reaktionsgefäß bis zu 90° gedreht werden, so daß die Düsen freiliegen, wenn der Luftzufluß unterbrochen wird.
Es ist zu beachten, daß die Rohmaterialien kontinuierlich eingeführt und die geschmolzene Schlacke und das geschmolzene Kupfer kontinuierlich aus dem Ofen abgezogen werden. Die Materialien fließen also unter dem Einfluß der Schwerkraft langsam im Gleich-

strom über die einzelnen Stellen in dem Reaktor hinweg (in der Zeichnung F i g. 1 von links nach rechts). In dem Maße wie die Konzentrate schmelzen, entstehen zwei Schichten, und zwar eine Schlackenschicht und eine Kupfersteinschicht, genau wie in dem herkömmlichen Flammofen. Beim Fließen der Kupfersteinschicht zum Abstichende des Gefäßes A wild sie jedoch kontinuierlich der Umsetzung mit einem Luftstrom unterworfen, der durch kontinuierliche Einführung von Luft durch die Düsen eingeblasen wird. In der Praxis wird ein Mindestdruck von etwa 0,7 kg/cm² angewandt werden. Es soll hier nicht gesagt werden, daß eine absolute Kontinuität der Lufteinführung wesentlich sei. Kleine Unterbrechungen der Lufteinführung sind nicht kritisch, jedoch unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren ja gerade durch seine kontinuierliche Verfahrensführung von den getrennten Verblasevorgängen bei dem diskontinuierlichen Verfahren, wie es bisher angewandt wurde.

Die eingeblasene Luft führt in erster Linie zu einer Oxydation des in dem Kupferstein enthaltenen Eisensulfids zum Oxyd, das sich mit der überschüssigen Kieselsäure in der Schlacke zu einer Silikatschlacke verbindet. Wie bereits gesagt, wird Quarz mit den Konzentraten vermischt in den Ofen eingeführt. Eine zusätzliche Menge wird über die geeignete Beschickungsvorrichtungen in der Nähe des mittleren Bereichs des Ofens zugegeben.

Die oben beschriebene Umwandlungsreaktion entspricht der ersten Verblaseperiode in herkömmlichen Kupferkonvertern mit der Ausnahme, daß erfindungsgemäß ständig eine Schlackenschicht über dem Kupferstein liegt. In dieser Hinsicht ist die betrachtete Reaktion mit dem abschließenden Fluß in der ersten Verblaseperiode vergleichbar, wenn auch auf der Schicht von Spurstein eine Schlackenschicht schwimmt.

Als Folge dieser Reaktion zwischen Kupferstein und Luft verarmt der Kupferstein kontinuierlich an FeS, bis er an einem in Strömungsrichtung weiter unten liegenden Punkt sich in Spurstein (Cu₂S) umgewandelt hat.

Dieser wird dann der Umsetzung mit Luft durch die Düsen 5 unterworfen, und nun tritt das Äquivalent zu der zweiten Verblaseperiode beim konventionellen Konverterbetrieb ein. Dieser Teil der Reaktion ist mit der zweiten Verblaseperiode identisch mit der Ausnahme, daß über dem Spurstein eine Schlackenschicht liegt.

Während der Spurstein der Wechselwirkung mit Luft unterworfen wird, trennt er sich in eine schwefelreiche und eine kupferreiche (98 bis 99% Cu) Phase, die eine höhere Dichte hat und sich deshalb als dritte flüssige Phase zur Kupfertrennzone Z des Reaktionsgefäßes A abscheidet.

Die Zone Z des Reaktionsgefäßes A dient zur Abtrennung dieses Kupfers, das dann kontinuierlich in einen oder mehrere kleine Induktionsöfen abgestochen wird, wo es vor dem Vergießen zu Anoden in kontinuierlichem Arbeitsgang entschwefelt und anschließend desoxydiert werden kann.

Die Schlackenschicht fließt aus der Kupfertrennzone in die Schlackenbehandlungszone R, wo sie, wie in F i g. 1 angedeutet, mit reduzierenden Gasen in Kontakt gebracht wird.

Diese Gase werden durch eine Reihe von Düsen 6 eingeleitet. Eine abschließende Schlackentrennzone S ist nach dem reduzierenden Verblasen vorges hen, und anschließend wird die Schlacke kontinuierlich aus dem Ofen abgestochen oder abgezogen. Das Kupfer, das sich aus der Schlacke abscheidet, fließt in die Kupfertrennzone Z zurück. Stattdessen kann man auch einen besonderen Setzofen vorsehen, wodurch kupferreiche Schlacke aus der Kupfertrennzone abgezogen oder abgestochen und reduziert wird, indem man sie mit reduzierenden Gasen verbläst und absitzen läßt, um ihren Kupfergehalt in Form von abgeschiedenem reichem Kupferstein zu gewinnen, der vom Boden eines derartigen Ofens abgestochen wird.

Laboratoriumsversuche und Versuche in halbtechnischem Maßstab haben die wesentlichen Teile der Erfindung wie folgt bestätigt:

a) Schmelzen — Konvertieren

Kupferkonzentrate wurden mit einer ausreichenden Menge Quarzzuschlag vermischt, um bei der Konversion eine glasige Eisenschlacke mit etwa 30 % SiO₂ zu erzeugen. Die Versuche wurden in großen Tiegeln durchgeführt, ferner in einem Versuchsofen mit einem Herd von 0,93 m Breite und 2,32 m Länge. Bei diesen Versuchsarten wurde das Verblasen unterbrochen, sobald gefunden wurde, daß die drei Phasen (Schlacke, Spurstein, Kupfer) nebeneinander in dem Ofen bestanden. Es sei bemerkt, daß Kupferstein und Kupfer am Abtrennende des Ofens gefunden wurden, während der Eisensulfidgehalt des Kupfersteins am Beschickungsende des Ofens noch nicht vollständig entfernt war. Es ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also ein Konzentrationsgefälle von FeS in der Cu₂S-Schicht festzustellen. Diese Versuche haben gezeigt, daß sich die Trennung der drei Phasen leicht erreichen läßt und daß sich das konvertierte Kupfer schnell aus dem Spurstein absetzt und mit diesem eine sehr deutliche Grenzschicht bildet. Das metallische Kupfer enthielt 98,6 bis 99 % Kupfer.

b) Reinigung der Schlacke

Die Versuche wurden in großen Tiegeln durchgeführt, indem man die Schlacke mit reduzierendem Gas (partiell oxydiertem Methan) verblies und das Kupfer aus der Schlacke absitzen ließ. Versuche haben gezeigt, daß Schlacke, die 25 bis 30% SiO₂ und bis zu 5% Cu enthielt, reduziert war, wenn sie nur 15 Minuten mit Kohlenmonoxyd verblasen wurde. Die Schlacke konnte nach einer Verweilzeit von 1 Stunde auf etwa 0,35% Cu gebracht werden.
Die aus der Schlackenschicht entweichenden reduzierenden Gase können entweder abgezogen oder mit Luft, die an der Schlackenreduktionszone eingeführt wird, zur Erzeugungzusätzlicher Wärme am Abscheidungsende des Reaktors verbrannt werden. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das erfindungsgemäße Konzept einer allmählichen Umwandlung entlang der Achse eines horizontalen Reaktionsgefäßes auf dem Gebiet der Kupfertechnologie neu ist, wenn es auch bereits in der chemischen Verfahrenstechnik angewandt wurde. Die verschiedenen Kräfte, die eine Bewegung von Schlacke und Kupferstein hervorrufen können (Trägheit, Gravitation, Auftrieb usw.) sind untersucht und durch Dimensionsanalyse miteinander in Beziehung gesetzt worden, um das Verhalten von Kupferstein und Schlacke in dem Bad vorherzubestimmen und zu kontrollieren.

009549/119

Die Erfindung führt also zu einer wesentlichen Änderung in der Kupferkonvertierung, indem sie diese kontinuierlich im Gleichstrom durchführt, wenn sie auch die erste und die zweite Verblaseperiode effektiv unterscheidet durch progressive Oxydation des Kupfersteinflusses. Außerdem führt das kontinuierliche Konvertieren zu einem stetigen Schlackenstrom, der zur Verminderung seines Kupfergehaltes behandelt werden kann. Erfindungsgemäß unterwirft man die Schlacke einem reduzierenden Verblasen und läßt sie dann absitzen, wodurch ihr Kupfergehalt auf einen annehmbaren und wirtschaftlichen Wert gesenkt wird. So kann die Schlacke dann verworfen werden, was einen Flammofen überflüssig macht. Die Behandlung der Schlacke kann entweder in einer geeigneten Verlängerung des gleichen Ofens oder in einem benachbarten Setzofen erfolgen. Da die Schlacke durch diese Behandlung auf einen annehmbaren Kupfergehalt gereinigt werden kann, wird der zweite Einwand gegen das kontinuierliche Konvertieren ao (nämlich das Vorhandensein von Schlacke auf dem Spurstein während des zweiten Verblasens) überwunden. Die Erfindung bewirkt somit einen wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet des Kupferschmelzens und -konvertierens.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren von Kupferkonzentraten in metallisches Kupfer und Reduktion der dabei anfallenden und im Gleichstrom geführten Schlacke, gekennzeichnet durch

a) einen allgemein horizontal angeordneten Ofen (A),

b) eine Beschickungsöffnung (2) am einen Ofenende,

c) Mittel (S) zur Einführung eines oxydierenden Gases in die Schmelze im Kupfersteinbereich,

e) einen von der Beschickungsöffnung entfernten und hinter der Kupferabsetzzone befindlichen Ofenbereich (R) mit erhöhtem Herd, der zu einem reduzierenden Abschnitt für die bei dem Verfahren anfallende Schlacke ausgebildet ist, und

f) Öffnungen zur Entnahme des gewonnenen Kupfers aus der Kupferabsetzzone und der Schlacke an dem der Beschickungsöffnung gegenüberliegenden Ende des Ofens.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung eines oxydierenden Gases in die Schmelze eine Mehrzahl von Düsen (5) über die Länge der Steinverblasezone des Ofens angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein getrenntes Reduziergefäß für die Reduktion der anfallenden Schlacke zur Erzielung einer praktisch kupferfreien Schlacke vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Beschickungsende des Ofens ein Zusatzbrenner vorgesehen ist, der die Einführung zusätzlicher Wärme in den Ofen während des Schmelzprozesses nach Bedarf ermöglicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontal angeordnete Ofen drehbar ist.

6. Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren von sulfidischen Kupfererzkonzentraten zu metallischem Kupfer, insbesondere zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1 in einem ein geschmolzenes Bad enthaltenden Ofen mit einem Aufgabeende und einem Schlackenabstichende, dadurch gekennzeichnet, daß man fortschreitend vom Aufgabe- zum Schlackenabstichende und unter Führung von Schlacke und Stein im Gleichstrom folgende Arbeitsschritte durchführt:

a) Kontinuierliche Einführung von Konzentraten in das Aufgabeende des Ofens,

b) Schmelzen der Konzentrate,

c) allmähliche Oxydation von FeS durch Einführung eines oxydierenden Gases in den Stein,

d) allmähliche Oxydation von Cu₂S zu metallischem Kupfer im erhaltenden Strom von Spurstein durch weitere Einführung von ausreichend oxydierendem Gas,

e) Absitzenlassen des Kupfers in einer Kupferabsetzzone, die so weit vom Aufgabeende entfernt ist, daß eine direkte Berührung mit dem am Aufgabeende gebildeten Stein vermieden wird,

f) kontinuierliches Abziehen der Schlacke und

g) kontinuierliches Abziehen des metallischen Kupfers.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Aufgabeendes des Ofens zur Erleichterung des Schmelzens zusätzlich erhitzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den zu schmelzenden Kupferkonzentraten Quarz zugeschlagen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehbarer rohrförmiger Konverter verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke hinter der Kupferabsetzzone zur Erzielung einer verhältnismäßig kupferarmen Schlacke mit reduzierenden Gasen weiterbehandelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) kupferreiche Schlacke aus der Kupferabsetzzone im Ofen zu einem getrennten Setzofen abgeführt wird,

b) die Schlacke mit einem reduzierenden Gas geblasen wird,

c) die Schlacke absitzen gelassen und

d) der Kupfergehalt der Schlacke in Form einer abgesetzten kupferreichen Steinschicht gewonnen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer hinter der Schlackenbehandlungszone vorgesehenen Schlackenabsetzzone des Ofens zusätzlich erhitzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Erhitzen in der Schlackenabsetzzone des Ofens durchgeführt wird, indem der Überschuß von bei der Schlackenreduktionsbehandlung eingeführten reduzierenden Gasen mittels in den Ofen eingeleiteter Luft verbrannt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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