DE15562C - Verfahren zur Darstellung von raffinirten Kupfer aus Kupferlechen im Bessemerapparate unter Anwendung reducirender Reagentien - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 40: Hüttenwesen.

P. MANHES in LYON.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 20. August 1880 ab.

Bei diesem Verfahren wird das sonst gebräuchliche Rösten und das darauf folgende Schmelzen sehwefelführender Kupfererze oder das Schwefeln von nichtgeschwefelten Kupfererzen entbehrlich.

Es basirt auf der chemischen Reaction, welche bei der Behandlung des Roheisens imBessemer-Converter stattfindet; es kann aber auch in jedem Ofen oder Schmelztiegel vorgenommen werden.

Verfahren bei Anwendung geschwefelter Kupfererze.

Ohne das Erz vorher zu rösten, wird dasselbe einem einfachen Rohschmelzprocesse unterworfen, welcher in irgend einem passenden Schmelzofen ausgeführt wird; es empfiehlt sich hierfür die Benutzung eines niedrigen Gebläse-Schachtofens. Zweck dieses Schmelzens ist das Entfernen der erdigen Bestandtheile durch Bildung von Schlacke und das Vereinigen der metallischen Theile zu mehr oder weniger kupferreichem Lech; dieser ist stets eisen- und sehr schwefelhaltig.

Der flüssige Lech wird hierauf vom Schmelzofen direct in einen vorher hinlänglich angewärmten Bessemer-Converter gegossen. Die nun folgende Handhabung desselben, das Einblasen von Luft, Druck derselben etc. unterscheidet sich in nichts von dem Verfahren der Behandlung des Roheisens im Bessemer-Converter.

Indem die eingetriebene Luft den flüssigen Lech durchströmt, führt sie infolge Verbrennung zuerst des Schwefels, dann des Eisens und der anderen Metalle, welche sich leichter als Kupfer oxydiren, eine bedeutende Erhöhung der Temperatur herbei. Der Schwefel wird durch heftige Entwickelung von schwefliger Säure beseitigt, dasselbe gilt von den übrigen sich verflüchtigenden Substanzen, wie Arsen, Antimon u. dergl. Das oxydirte Eisen wandelt sich in Berührung mit dem Futter des Converters und event, infolge saurer Zuschläge in Silikate um und bildet nun eine auf dem flüssigen Metall schwimmende Schlacke, welche auf dem gewöhnlichen Wege entfernt wird.

Das Product dieses Theiles des Verfahrens ist Rohkupfer.

Der Procefs ist beendet, wenn die Dämpfe schwefliger Säure fast völlig verschwunden sind und eine dem Converter entnommene Probe anzeigt, dafs das Rohkupfer genügend gereinigt ist, um sich ohne Schwierigkeit raffmiren zu lassen.

Nach Abzug der Schlacke läfst man das Rohkupfer auslaufen, und zwar entweder in Barren oder direct in einen vorher entsprechend erhitzten Raffmirofen, sofern das Raffiniren sogleich vorgenommen werden soll. Dies zu thun ist vortheilhaft, um ein nochmaliges Umschmelzen zu ersparen.

Durch die vorbeschriebene Operation kann man auch aufser dem schwefelhaltigen Kupfererz, dem Lech, dem gediegenen Kupfer die Sauerstoff- oder Kohlensäure-Verbindungen des Kupfers verarbeiten, indem man diese entweder vorher durch einfaches Schmelzen mit Schwefel

in einen Lech umwandelt; oder indem man sie, wie weiter unten erläutert, mit Reagentien, wie Mangan, Silicium oder Phosphor, im Converter zusammenbringt.

Der seither beschriebene Theil des Verfahrens ist wesentlich auf die Verbrennung des Schwefels und des Eisens begründet, welche Oxydation infolge des Durchpressens kalter oder besser warmer Luft durch den flüssigen Kupferlech erzeugt wird.

Durch den ersten Theil des Verfahrens wird also die Umwandelung des Leches in metallisches Rohkupfer erreicht.

Obwohl das Verfahren in jedem passenden Ofen oder Apparat vorgenommen werden kann, so eignet sich für dasselbe doch vornehmlich der Bessemer-Converter.

Die aus dem Converter gezogene Schlacke enthält immer noch Kupfer, theils in oxydirtem, theils in metallischem Zustande. Man kann sie deshalb einer Schmelzung mit passenden Flufsmitteln in niedrigen Gebläse-Schachtöfen aussetzen; hierbei resultirt Rohkupfer und gehaltlose Schlacke, welche nicht mehr auszunutzen ist.

Das Verfahren gestattet auch die Herstellung von Kupfer selbst aus Material, welches bei dem gewöhnlichen Verfahren nur sehr geringwerthiges Kupfer giebt, z. B. Fahlerz, Arsen oder antimonhaltiges Erz etc., denn die hohe Temperatur sowohl als auch die energische Oxydation, die sich im Converter vollzieht, wirkt günstig auf die Ausscheidung von Arsen und Antimon ein.

Ist sehr eisenhaltiger Lech vorhanden, so ist es iathsam, das Futter des Converters aus einem basischen Material, z. B. Kalk, Magnesia etc., herzustellen oder dem Lech im Converter einen entsprechenden Zusatz saurer Flussmittel, welche die Oxydationsproducte verschlacken können, zu geben.

Die eingangs beschriebene Operation schliefst in dem Moment ab, wo die Zersetzung des Leches beendet ist, und der Converter nur noch Rohkupfer enthält, welches geeignet ist, um auf gewöhnlichem Wege raffinirt zu werden.

Man kann jedoch das Raffiniren auch an das beschriebene Verfahren der Gewinnung von Schwarzkupfer direct anschliefsen, so dafs schmiedbares, geschmeidiges (hammergares, raffinirtes) Kupfer resultirt.

Um dies zu bewirken, verfahre ich folgendermafsen: Wenn die oben beschriebene Operation in ihrem letzten Stadium angelangt, d. h. das Kupferlech in Rohkupfer umgewandelt worden ist, kippt man den Converter und läfst die obenschwimmende Schlacke ablaufen, oder man zieht dieselbe mit einer Schlackenkrücke ab behufs Freilegung der Oberfläche des Rohkupfers; nimmt dann eine Probe und zerbricht dieselbe, um durch Untersuchung des Bruches zu bestimmen, in welchem chemischen Zustande das Rohkupfer sich gegenwärtig befindet. Ist der Bruch roth-violett und grobkörnig, so zeigt dies an, dafs das Kupfer noch eine gewisse Menge Oxydul in Lösung enthält; man kann von der erfolgten vollständigen Ausscheidung fremder Stoffe überzeugt sein und es bleibt nur noch die weiter unten erörterte Reduction des Oxyduls vorzunehmen übrig.

Zeigt das Metall dagegen nicht die Merkmale reinen Kupfers, so mufs' dasselbe zuvörderst einem neuen Oxydationsprocesse unterworfen werden, um den gewünschten Grad der Reinheit zu erhalten. Man leitet zu diesem Zweck die Luft wieder in den Converter, welcher in seine verticale Stellung zurückgeführt wurde und verfolgt nun durch Herausnehmen von Proben den Gang der Oxydation; einige Minuten reichen hin, um dem Kupfer seine letzten Unreinigkeiten zu entziehen.

Um zu verhüten, dafs sich der Flüssigkeitsgrad vermindere, führe ich in den Converter eine kleine Quantität pulverisirten Schwefels ein, indem ich denselben durch den Luftstrom hineinblasen lasse. Dieser in der Metallmasse brennende Schwefel erzeugt die nöthige Wärme. Er wird durch Umbildung in schweflige Säure wieder entfernt und schadet nicht merklich der Oxydation der anderen metallischen Substanzen, da der Sauerstoff der Luft immer im grofsen Ueberschufs vorhanden bleibt.

Es verdient die Benutzung des Schwefels in diesem Falle den Vorzug, weil Kohle stets eine reducirende Wirkung hat.

Nachdem das Kupfer genügend gereinigt worden ist, bleibt nur noch übrig, ihm seine Schmiedbarkeit zu verleihen, was durch Reduction des darin befindlichen Oxyduls geschieht. Zu diesem Zweck wirft man, nachdem die Masse abermals abgeschäumt worden ist, durch die Oeffnung des Converters einige Schaufeln Holzkohlen in Stücken hinein, das Metall damit bedeckend, und läfst alsdann mit dem Winde Holzkohlenstaub in ziemlich bedeutender Menge in den Converter eintreten. Dadurch entwickelt sich nicht nur eine energische Reduction, sondern es steigert sich auch bedeutend die Temperatur, was nothwendig ist, um das Kupfer bis zum Ende des Processes flüssig zu erhalten; man beobachtet den Gang der Reduction durch Herausnehmen von Proben. Wenn die Reduction so weit vorgeschritten ist, dafs das Kupfer ohne gerade hämmerbar zu sein, ein gedrängteres Korn, eine blassere Farbe annimmt, so kippt man den Converter in die horizontale Lage, sperrt den Wind ab und beendigt das Raffiniren, wie in einem gewöhnlichen Ofen, mittelst Einstecken einer saftigen Holzstange.

Kupferarme Leche und nichtschwefelhaltige Kupfererze.
So lange man es mit kupferreichen Lechen

zu thun hat, geht die Operation nach einer der vorbeschriebenen Weisen schnell von statten; es bedarf nur weniger Minuten Zeit, um die Verbrennung des im Leche enthaltenen Schwefels und Eisens so weit vorgeschritten zu sehen, dafs, davon herrührend, eine genügend hohe Temperatur entsteht und aufrecht erhalten wird.

Will man hingegen auch kupferarme Leche nach dem beschriebenen Verfahren behandeln, Schwarzkupfer im Converter reinigen oder Rohkupfer raffmiren, so erweist sich die Hinzufügung eines Stoffes, welcher die nöthige Temperatur zu unterhalten vermag, als wesentliches Erfordernifs.

Zwar giebt Schwefel- oder Kohlenstaub, welchen man durch den Windstrom mit in den Converter hineinreifsen läfst, gute Resultate; jedoch haben sich nach längerem Gebrauche hierbei praktische Schwierigkeiten ergeben, welche zu Versuchen mit anderen Körpern hinleiteten, als welche sich Mangan, Silicium und Phosphor besonders geeignet erwiesen haben.

Die Verbrennung des Mangans erzeugt eine gröfsere und nachhaltigere Wärmemenge, als diejenige von Schwefel und von Eisen; Mangan anzuwenden, bleibt deshalb immer vortheilhaft, selbst bei Behandlung kupferreicher Leche, indem ein Uebermafs an Wärme niemals schädlich wirkt.

Wenn jedoch die Natur des zu behandelnden Leches (etwa zu geringer Kupfergehalt desselben) eine ein wenig langer andauernde Operation im Converter erforderlich macht, so ist selbst die durch verbrennendes Mangan erzeugte Temperatur noch nicht genügend, oder man rrmfs sehr grofse Mengen desselben einführen. In diesem Falle ist es zweckmäfsiger, anstatt des Mangans Silicium oder Phosphor zu wählen.

Die durch Verbrennung des Siliciums oder Phosphors hervorgerufene Temperatur ist beträchtlich höher als die des verbrennenden Mangans und jedenfalls hinlänglich, um den hier in Betracht kommenden Zwecken zu entsprechen.

Die anzuwendende Menge dieser Reagentien ist von der Beschaffenheit der zu behandelnden Körper abhängig.

In kleinen Mengen kann man sie in natürlicher Beschaffenheit in die Schmelzmasse einführen.

Oder man kann dem schmelzenden Kupferlech, dem Schwarzkupfer oder bezw. den diese Stoffe zu bilden bestimmten Erzen Verbindungen von Mangan mit Silicium oder mit Phosphor beimengen, und zwar solche Verbindungen, welche sich zu reduciren fähig sind und infolge dessen in den geschmolzenen Massen eine gewisse Menge Mangans, Siliciums oder Phosphors zurücklassen.

Für die Praxis hat sich indessen die Benutzung von Roheisen als vortheilhaft herausgestellt, welches reich an Mangan, Silicium oder Phosphor ist. Dergleichen Eisenarten sind das Spiegeleisen, Ferromangan, Ferrosilicium, phosphorhaltiges Eisen u. A. Dadurch wird gleichzeitig Eisen und Kohlenstoff in die Schmelzmasse hineingebracht, welche die nöthige Temperatur mit herstellen helfen.

Die bezeichneten Eisensorten können den zu behandelnden Lechen oder dem Schwarzkupfer während des Schmelzens zugesetzt werden; sie können für sich geschmolzen und hernach in den Converter eingeführt werden, sei es bei Beginn der Operation oder noch besser dann, sobald die Temperatur im Converter zu sinken anfängt.

Es läfst sich das oben beschriebene Verfahren im Converter, z. B. auf Schwarzkupfer, welches Mangan und vornehmlich Silicium oder Phosphor enthält, anwenden. Die Temperatur erhält sich dabei hinreichend hoch und die Trennung des Kupfers von allen fremden Bestandtheilen geht nach Verlauf weniger Minuten vor sich.

Claims (2)

P ATENT-An Sprüche:

1. Die Herstellung raffmirten (hammergaren) Kupfers aus Kupferlechen mittelst einer einzigen Procedur, bestehend im Rohschmelzen vorher nicht gerösteter Kupfererze, in der darauf folgenden Behandlung des flüssigen Leches in einem Bessemer-Converter, dem wiederholten Abziehen der Schlacke und der Reduction des (event.) noch vorhandenen Oxyduls durch in den Converter eingebrachte Holzkohlenstücke, sowie durch mit dem Winde eingeblasenen Holzkohlenstaub.

2. Das Verfahren der Gewinnung raffinirten Kupfers aus nichtschwefelhaltigen, sauerstoff- oder kohlensäurehaltigen Kupfererzen, sowie aus kupferarmen Lechen, mit der Abänderung, dafs man diesen Körpern

a) währenddem sie sich im Converter geschmolzen befinden, gewisse Reagentien, wie Mangan, Silicium, Phosphor oder leicht oxydirbare Verbindungen solcher Reagentien, oder Eisenverbindungen (wie Spiegeleisen, Ferromangan, Ferrosilicium, phosphorhaltiges Eisen) direct zusetzt, oder dafs man

b) bezeichnete Reagentien, insbesondere wenn als solche die erwähnten Eisenverbindungen gewählt werden, für sich schmilzt und dann in den Converter einbringt.