DE1558432B1

DE1558432B1 - Verfahren zur Raffination von Kupfer

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Publication number: DE1558432B1
Application number: DE19671558432
Authority: DE
Inventors: Schwab Milton I; Spitz Albert Winfred
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-03-23
Filing date: 1967-03-22
Publication date: 1971-01-28
Also published as: GB1162349A; US3432289A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur das größte Bemühen auf die Entfernung von Kohlen-Erzeugung von Blasenkupfer oder Feuerraffinations- .. ■ stoff-gerichtet,. .4 h, eines Elements, das leicht zu Gas kupfer aus Schwarzkupfer, Kupferstein, Kupferab- oxydiert, wenn.das Bad durch den Sauerstoffstrahl fällen und kupferhaltigen Abfällen oder Kupfer- agitiert wird. Sehwarzkupfer enthält jedoch solche legierungen, und sie ist insbesondere auf ein Verfahren 5 Verunreinigungen wie Blei, Zink, Eisen, Nickel, Zinn gerichtet, das ökonomisch Sauerstoff für die Oxydation und Schwefel, die wenigstens 5 bis 30% der Charge der Verunreinigungen verwendet. ausmachen, wobei diese Verunreinigungen eine große

Während vieler Jahre haben Metallurgen nach Schlackenschicht auf der Oberfläche des Bades bilden, Mitteln gesucht, um Sauerstoff an Stelle von Luft für durch deren Dicke das Verblasen von oben vollständig die Oxydation der verschiedenen Verunreinigungen, i° unwirksam wird. Das Blasen mittels einer Lanze ist die bei der Metallraffination angetroffen werden, zu auch versucht worden, aber die erhöhten Temperaverwenden. Dieser Wunsch wurde veranlaßt durch die türen, die durch' das Vorhandensein von Sauerstoff kürzlichen Fortschritte in der Sauerstoffindustrie, wo- in dem Bad verursacht werden, haben zu äußerst durch größere Wirksamkeit bei der Herstellung, Be- kurzer Lebensdauer der Lanze geführt,
förderung und Aufbewahrung das Gas kommerziell 15 Andere Fachleute auf diesem Gebiet haben versucht, für industrielle Zwecke in großem Maßstab verfügbar die zur Zeit zur Verfügung stehenden Konverter für gemacht haben. Die Eisen- und Stahlindustrie war die Anwendung von Sauerstoff zu benutzen. So wurde die erste, neue Techniken erfolgreich zu entwickeln, daran gedacht, daß durch die Verwendung von Sauerdie das Ziel der Verringerung der Herstellungskosten stoff höhere Temperaturen und schnellere Reaktionsdurch die Verwendung von Sauerstoff hatten. Im 2° geschwindigkeiten erreicht werden könnten. Jedoch Verfolg hiervon sind Verfahren zur Raffination von erwiesen sich Versuche, angereicherte Luft, die mehr eisenhaltigen Metallbädern bekannt, bei denen Sauer- als 40 % Sauerstoff enthält, zu verwenden, als undurchstoff durch Injektionseinrichtungen zugeführt wird, führbar, da die erhöhten, durch den Sauerstoff verdie in unter der Oberfläche des Metallbades ein- ursachten Temperaturen der Düsen zu Ausbrennungen getauchten Düsen enden. Solche Verfahren werden 25 und zum Versagen der feuerfesten Auskleidungen allgemein als Lanzieren bezeichnet. Bei alternativen führten.

Raffinationsverfahren, die sich auf die Raffination Die Erfindung führte zum Erfolg, wo andere versagt

von Roheisen und anderen Eisenlegierungen in Öfen hatten, und hat bewiesen, daß Sauerstoff ökonomisch beziehen, wurde ein sauerstoffreicher Gasstrom unter in der Kupferindustrie verwendet werden kann. Das Druck durch Wasser gekühlte Düsen oder Roste zu- 30 vorliegende Verfahren erzeugt kommerziell annehmgeleitet und gegen die Charge gedrückt. Solche Ver- bares Blasenkupfer oder Feuerraffinationskupfer aus fahren werden allgemein als Sauerstoffdüsung be- Schwarzkupfer, Kupferschrott, Kupferstein oder kupzeichnet. ferhaltigem Schrott, wie Messing, Bronze und anderen

In der Kupferindustrie wurde die. Umwandlung von Kupferbasislegierungen, in Einrichtungen, die hohe Schwarzkupfer zu Blasenkupfer, das für die weitere 35 Kapazität pro Raumeinheit aufweisen unter wesent-Raffination vor der kommerziellen Verwendung ge- licher Arbeitsverringerung und mit der Erfordernis eignet ist, traditionellerweise in einem Konverter eines verhältnismäßig kleinen Staubsammelsystems. durchgeführt. Die meisten zur Zeit in Benutzung Diese Ergebnisse werden ermöglicht durch die Erbefindlichen Konverter gehören zu der horizontalen, zeugung eines fallenden Filmes aus geschmolzenem feuerfest-ausgekleideten, zylindrischen Type, die mit 40 Metall in einer Atmosphäre von im wesentlichen einer Anzahl von Düsen für Druckluft längs ihrer reinem Sauerstoff. Somit werden keine Lanzen oder einen Seite versehen sind. Das Gefäß wird motorisch · Düsen benötigt, die teuer herzustellen und instand zu angetrieben, so daß es um seine Längsachse rotiert halten sind. Fernerhin wird keine übermäßige Turbuwerden kann. In der Praxis wird der Konverter mit lenz erzeugt, die die Lebensdauer der feuerfesten Ausgeschmolzenem Kupferstein und mit schlacken- 45 kleidung beträchtlich verringern könnte. Die Erfindung bildenden Stoffen beschickt. Das Gefäß wird dann schafft eine wirksame Verwendung des Sauerstoffs, da ungefähr um 30° verschwenkt, so daß die Düsen sich es nur notwendig ist, den Sauerstoff zu ersetzen, der unter dem Flüssigkeitsspiegel befinden, worauf dann verbraucht oder durch Undichtigkeiten verloren wird, komprimierte Luft eingeführt wird. Die Luft bewegt Es wird nicht versucht, die Schlacke wegzublasen, um sich durch das geschmolzene Kupfer unter Erzeugung 5° .den Sauerstoffstrom auf die saubere Metalloberfläche einer starken Bewegung, die erheblichen freien Raum auftreffen zu lassen, wie dies in der Stahlindustrie in dem Gefäß über dem Flüssigkeitsspiegel erfordert. getan wird, wo die Menge der Schlackenbildung Zusätzlich zu den Größenanforderungen hat das Ver- während des Raffinationsverfahrens so groß ist, daß fahren auch die Nachteile, daß die Düsen zur Ver- sie ernstlich solche Wirkung behindern würde. Durch stopfung neigen und ständiges Öffnen erfordern. Die 55 die Anwendung des fallenden Filmprinzips schreitet Verunreinigungen werden entweder in der flüssigen jedoch die Oxydation schnell fort. Das erfindungs-Phase oxydiert und sammeln sich in der Schlacke, oder gemäße Verfahren stellt gegenüber konventioneller sie werden verdampft und in der Dampfphase oxydiert Konverterpraxis eine Verbesserung infolge der Ver- und mit dem Abgasstrom weggetragen. Das Volumen Wendung von hundertprozentigem Sauerstoff dar. In dieses Abgasstromes ist beträchtlich, und ein umfang- 60 dieser Weise werden die Behandlungs- und die therreiches und teures Staubsammelsystem ist erforderlich. mischen Probleme, die sich durch die Anwesenheit Auf diesem Gebiet tätige Fachleute haben bei großer Mengen von Stickstoff bei der Verwendung zahlreichen Anlässen versucht, einige der neueren von Luft ergeben, vollkommen beseitigt.
Techniken der Stahlindustrie der Verwendung für Es wurde ferner ermittelt, daß das vorliegende Ver-

Schwarzkupfer anzupassen. Grundlegende Unter- 65 fahren größere Wirksamkeit und größere Durchsätze schiede zwischen den Metallen haben jedoch bewiesen, insofern gewährleistet, als es nun möglich ist, andaß das Verblassen von oben von Kupfer unwirksam fänglich Schwarzkupfer, Kupferstein, Kupferschrott ist. In der Eisen- und Stahlindustrie ist beispielsweise und Kupferlegierungen, die höhere Prozente von

3 4

Verunreinigungen, wie Blei, enthalten, zu verwenden der teilweise aufgeschnitten ist, um die Anordnung und immer noch ein annehmbares Blasenkupfer oder und die Verbindung der funktionierenden Teile des feuerraffiniertes Kupfer zu erzeugen. Weiterhin können Apparates sichtbar zu machen,
andere Verunreinigungen, wie Nickel, Arsen und F i g. 2 ein Querschnitt längs Linie 2-2 der F i g. 1 Antimon, beinahe vollkommen entfernt werden, 5 in Richtung der Pfeile gesehen,
während vorbekannte Verfahren in dieser Hinsicht F i g. 3 eine graphische Darstellung der funkunwirksam waren. tionellen Beziehung zwischen der Raffinationszeit in Es ist daher ein Ziel oder Merkmal der Erfin- Minuten pro 907,2 kg des in den Ofen von oben erdung, Blasenkupfer oder Feuerraffinationskupfer aus gebrachten Materials und der zugeführten Sauerstoff· Schwarzkupfer, sulfidischem Kupfer und Kupfer ent- i° menge in 28,3 cbm (die Mengen sind unter Normalhaltenden Abfällen oder Kupferlegierungen innerhalb bedingungen angegeben) pro Stunde und
eines Gefäßes unter Aufrechterhaltung einer Atmo- F i g. 4 eine graphische Darstellung, die die Versphäre von im wesentlichen reinem Sauerstoff zu änderung der Bleiverunreinigungskonzentration in erzeugen. Abhängigkeit von der Blaszeit bei verschiedenen Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung sind: 15 Sauerstoffanreicherungsniveaus veranschaulicht.
Die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung Obgleich spezifische Ausdrücke in der folgenden von Blasenkupfer oder Feuerraffinationskupfer Beschreibung im Interesse der Klarheit benutzt unter Verwendung eines fallenden Films von worden sind, sollen diese Ausdrücke sich nur auf die geschmolzenem Metall, in einer Sauerstoffatmo- besondere Struktur der Erfindung beziehen, die zur sphäre. ^ao Illustration in den Zeichnungen ausgewählt sind, die Die Schaffung eines Verfahrens der Raffination aber nicht den Schutzumfang der Erfindung definieren von Kupfer innerhalb eines rotierenden Gefäßes, oder begrenzen sollen.

in dem Niederdrucksauerstoff verwendet werden Schwarzkupfer ist eine Rohkupferlegierung, die in

kann. einem Schachtofen durch Schmelzen von kupfer-

Die Lehre eines Verfahrens der Einführung von 25 haltigem Material erzeugt werden kann. Eine typische

Sauerstoff in ein Kupferraffinationsgefäß, ohne Analyse von Schwarzkupfer ist wie folgt:
Roste, Lanzen oder Düsen zu erfordern.

Die Erzeugung von Blasenkupfer oder Feuer- Kupfer 75 %

raffinationskupfer in einem rotierenden Gefäß, Blei 4,5 % '

das zur Aufnahme von Sauerstoff über der 3° Zink 7 %

Schmelze ausgebildet ist, um übermäßige Turbu- Eisen 8 °/₀

lenz zu beseitigen. Nickel 1 °/o

Die Schaffung eines verbesserten Verfahrens der Zinn 1)5%

Konzentration von Nickel in der Kupferraffina- Schwefel 1,5 %

tionsschlacke. 35 Schlacke, Gold, Silber, Arsen, Anti-Die Schaffung eines Verfahrens zur Raffination mon usw 1,5 °/₀

von Kupfer, die eine bessere Entfernung von ~lÖÖ°/
Verunreinigungen ergibt. °
Die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung Das von dem Schachtofen abgestochene Schwarzvon Blasenkupfer oder Feuerraffinationskupfer in 4° kupfer kann direkt einem rotierenden Ofen in flüssigem einem rotierenden Gefäß, das eine Sauerstoff- Zustand zugeführt werden, oder es kann granuliert atmosphäre enthält und ein Minimum von Hand- werden, um 1,24 cm große und kleinere Teilchen zu betätigungen während des Schmelzens erfordert. bilden. Das von dem rotierenden Ofen erzeugte Die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung Blasenkupfer wird in seiner Analyse für verschiedene von Blasen- oder Feuerraffinationskupfer, bei dem 45 Produzenten verschieden sein, wobei eine gute Qualität der aus dem Gefäß austretende Gasstrom ver- 97 % oder mehr metallisches Kupfer enthält,
ringert ist. Das Schwarzkupfer kann entweder im festen oder Die Erzeugung von Blasen-oder Feuerraffinations- geschmolzenen Zustand einem rotierenden Ofen zukupfer aus Kupfermischungen und -legierungen geführt werden, wobei die Größe der Charge nur durch in einem rotierenden Gefäß, das eine Sauerstoff- 50 die Kapazität des Ofens begrenzt ist. Wenn die Charge atmosphäre enthält unter Verbrauch eines Mini- fest ist, so muß sie erst unter Verwendung eines mums an Sauerstoff während des Schmelzens. Brenners, der eine Mischung von Brennstoff, wie Die Schaffung eines Verfahrens und einer Ein- Naturgas oder Propan und Sauerstoff, zuführt, gerichtung zur Erzeugung von Blasenkupfer aus schmolzen werden. Bei Beginn des Schmelzens wird Schwarzkupfer, sulfidischem Kupfer und Mi- 55 der Ofen in Umdrehung versetzt, und ein Film schungen aus Kupferschrott oder Kupferlegie- flüssigen Materials heftet sich an die feuerfeste, aus rungen, die in ein rotierendes Gefäß entweder in dem flüssigen Bad austretende Auskleidung des Ofens flüssigem oder festem Zustand eingebracht werden an. Sobald der Schmelzprozeß der Charge begonnen können. hat, kann die durch die Oxydation erzeugte thermische Andere Ziele und Merkmale sowie ein voll- 60 Erj;rgie dazu verwendet werden, um innerhalb des kommeneres Verständnis der Erfindung ergeben sich Ofens ah erforderliche Hitze für die Fortsetzung des aus der folgen Beschreibung einer bevorzugten Aus- Schmelzens zu liefern. Sowie das Schmelzen begonnen führungsform der Erfindung und aus den Ansprüchen hat, ergibt sorgfältige Steuerung des Sauerstoffzusammen mit der Zeichnung, in der gleiche Bezugs- Zuflusses eine so gut zu haltende Hitzereaktion, daß zeichen sich auf entsprechende Teile in den ver- 65 wenig oder kein zusätzliches Brennstofföl oder -gas schiedenen Ansichten und Figuren beziehen. In der zugeführt zu werden braucht.
Zeichnung ist Die theoretisch erforderliche Sauerstoffmenge pro F i g. 1 eine Seitenansicht eines rotierenden Ofens, 907,2 kg des dem rotierenden Ofen zugeführten

Schwarzkupfers kann aus einer Sauerstoffgleichung gemäß der folgenden Tabelle errechnet werden. Wenn die Wirksamkeit des Verfahrens sich erhöht, kann der theoretische Wert besser erreicht werden.

Verunreinigung

Pb
Zn
Fe

Ni
Sn
S .

Gewicht
kg

40,8
63,5
72,6
9,1
13,6
13,6

kg-Atom

0,197

0,97

1,30

0,15

0,114

0,424

Oixd

PbO

ZnO

FeO

NiO

SnO₂

SO₂

Gesamter theoretisch erforderlicher
Sauerstoff

kg-Mol an O₂ erforderlich

0,098

0,485

0,65

0,075

0,114

0,424

1,846kg-Mol kann am besten als ein fallender Film-Reaktor· in einer Sauerstoffatmosphäre bezeichnet werden. Das rotierende Gefäß A erreicht, daß ein Teil des Flüssigkeitsbades an der feuerfesten Auskleidung 16 anhaftet, um einen fallenden Film 22 von Flüssigkeit in einer Sauerstoffatmosphäre 12 innerhalb des Gefäßes zu bilden. Das ausgesetzte Kupfer oxydiert schnell und fällt in das Bad zurück, wo weiterer Sauerstoffaustausch stattfindet. Reaktionen ähnlich der folgenden finden in dem Bad statt:

Cu₂O + Fe-=* FeO + 2Cu

Die Oxyde von Eisen, Blei, Zinn usw. steigen in dem Bad auf, um die Schlacke zu bilden.

Beispielsweise werden 907,2 kg Schwarzkupfer in festem Zustand in einen rotierenden Ofen eingebracht und der Brenner mit 99,1 m³ pro Stunde Naturgas und mit 192,6 m³ pro Stunde Sauerstoff betrieben. Nach einer Dauer von zwischen elf und 12 Minuten

Theoretisch pro
reiner Sauerstoff

907,2 kg Charge den. Erhöhte Strömungsgeschwindigkeit verringert jedoch, wie in der Kurve der F i g. 3 gezsigt ist, die Raffinierungszeit nicht beträchtlich und kann wirtschaftlich nicht gerechtfertigt werden. Außerdem haben Ver

erforderlicher ^ao bsstehen sowohl flüssige als auch feste Phasen in der Charge. Zu dieser Zeit wurde, wie dies durch Versuche vorherbestimmt war, der Brennstoff abgeschaltet und .22414 m³/kg-Mol · 1,846 kg-Mol = ungefähr 41,3 cbm _der Sauerstoff auf 226,4 cbm pro Stunde erhöht, und

dieser Zustand wurde für eine Zeitdauer von 20 Minu-

■" ■ Wenn sieh -die anfängliche Schlacke bildet, erhöht as ten aufrechterhalten.

sich die ScHackenviskosität, und nahe dem Ende des Ein Sauerstoffstrom von 226,4 cbm pro Stunde wurde

Kreislaufes wird der Sauerstoff abgeschaltet und die als diejsnige Geschwindigkeit gewählt, die den Raffi-Schlacke vom Bad abgezogen. Das meiste Eisen, Zinn, nationsprozeß in der optimalen, in F i g. 3 veranschau-Zink, Blei und der meiste Schwefel werden mit dieser lichten Zeit beendet. Höhere Strömungsgeschwindig-Schlacke entfernt, und die Sauerstoffzufuhr wird mit 30 keiten würden die Raffination in kürzsrer Zeit been-Rotierung des Ofens wieder aufgenommen. In dieser
Weise setzt sich die Oxydation der verbleibenden
;■ Verunreinigungen fort, und die Reinheit des Kupferbades kann leicht festgestellt werden durch die Entnahme von Proben, bis das Kupfer zum Abstechen 35 suche gezeigt, daß Sauerstoffströmungsgeschwindigfertig ist. keiten über 283 m³ pro Stunde Schäumen des Bades

Aus der Zeichnung ist ein allgemein mit A bezeich- mit einer sich daraus ergebenden Unterbrechung des neter rotierender Ofen ersichtlich, der mit einem Paar Prozesses verursachen. Wie vorher angegeben, ist das Laufringen 26, 27 versehen ist, die von Rollen 14, 21 Schmelzen bei Beginn der Raffinierungsphase nicht und Antriebsrolle 15 getragen werden, um Ausdehnung 40 beendet, und die Oxydation der Verunreinigungen in in Richtung seiner Längsachse in üblicher Weise zu dem Bad liefert die zur Aufrechterhaltung der Badermöglichen. Eine angelenkte Tür 24 schließt ein Ende
des Ofens, um Beschickung und die Durchführung
von Schlackenarbeiten zu ermöglichen, und die Tür
trägt entfernbar einen Brenner 23. Eine feuerfeste 45
Auskleidung 16 schützt den Ofenmantel gegen die
Hitze des geschmolzenen Bades 10 und trägt einen
Teil 22 des Bades 10 oberhalb der Schlackenoberfläche
11 mit sich fort, wenn der Ofen entgegen dem Uhrzeigersinn umläuft. 50

Das Kombinations-, Brenner- und Sauerstoff-Einlaßrohr 23 ist konzentrisch mit einer Sauerstoffzufuhr 18, die durch den zentralen Durchlaß 19 hindurchgeht, und mit einer Brennstoffzufuhr 17, die durch die äußere Gaspassage tritt. Das Einlaßrohr kann gewünschtenfalls wassergekühlt sein. Der Brenner ist nach unten auf die Schlackenoberfläche 11 zu geneigt und seitlich abgelenkt, um den Gasstrom auf den sich erhebenden Film 22 auftreffen zu lassen, wenn letzterer sich über die Schlacke während der Drehung erhebt, um reinen 60 -_ 'Sauerstoff direkt der kritischen Stelle zuzuführen. Der Ofen endet hinten in einem ausgerichteten Kopf 25, der die Abgasleitung 13 trägt, die vorgesehen ist, um ■die Verbrennungsprodukte einem konventionellen ^: Rauchsammeisystem (nicht dargestellt) in üblicher Weise zuzuführen.

' Das vorliegende Verfahren wird bei einer Arbeits- * temperatur von annähernd 1425 ⁰C durchgeführt und "temperaturen erforderliche Hitze. Schlackenbildung •schreitet gleichzeitig mit der Gesamtwirkung der Raffinierung des Kupfers fort.

Versuche wurden durchgeführt, um die optimale Mischung von Sauerstoff und Luft für wirksamste Behandlung zu ermitteln. Die Gesamtsauerstoffströmung wurde verhältnismäßig konstant aufrechterhalten; die Gesamtgasströmung wurde jedoch fortschreitend erhöht.

Eine Zusammensetzung der bedeutsamen Versuchsergebnisse ist wie folgt wiedergegeben:

Test Nummer	Reiner Sauerstoff cbm*	Luft cbm*	Raffinier dauer Minuten	Kubikmeter* reinen Sauerstoffs 907,2 kg Charge
1 . 2 3	220,87 192,55 164,24	0 134,79 269,58	70 72 87	127,43 121,20 113,55

* Unter Normalbedingungen.

Auf der Basis von thermosynamischen Überlegungen wird eine beachtliche Erhöhung der thermischen Wirksamkeit durch die Verwendung einer angereicherten Sauerstoffatmosphäre innerhalb des rotierenden -Ofens erreicht. Fernerhin werden eine Erhöhung der

Reaktionstemperatur sowie eine Verminderung der Menge der Abgase erreicht.

Innerhalb eines Fallenden-Film-Reaktors, der eine Sauerstoffatmosphäre einschließt, kann angenommen werden, daß folgendes stattfindet:

1. Diffusion der Sauerstoffmoleküle in der Gasphase auf die flüssige Filmoberfläche. Bei Verwendung reinen Sauerstoffs wird der Widerstand der Gasphase gegen Massenübergang beseitigt.

2. Absorption des Sauerstoffatoms auf der flüssigen Filmoberfläche, wobei der Widerstand als vernachlässigbar angesehen wird.

3. Ständige Diffusion des Sauerstoffatoms in dem flüssigen Film plus Oxydation des geschmolzenen Metalls.

4. Reduktion von Kupferoxid und Oxydation der

Verunreinigungen in der Masse der Flüssigkeitsphase.
5. Bildung und Abscheidung der Schlacke.

Zusätzliche Versuche wurden durchgeführt, um den Einfluß der Gasphasen-Sauerstoffkonzentration auf Temperatur, Hitze, Zeit und Geschwindigkeit der Verunreinigungsentfernung zu bestimmen. Die gesamte Gasströmungsgeschwindigkeit wurde konstant gehalten, während die Sauerstoffkonzentration variiert wurde. Bei jedem Versuch wurden ungefähr 1118 kg Schwarzkupfer in einen rotierenden Ofen eingebracht, und eine Gesamtgaszuführungsströmungsgeschwindigkeit von 221 cbm pro Stunde wurde verwendet.

Die gesamte Gaszuführung und die Sauerstoffkonzentration für jeden Versuch werden wie folgt angegeben:

Test Nr.	Reiner Sauerstoff	Luft Sauerstoff I	Stickstoff	Gesamt Gas-Volumen	Sauerstoff	Pro	zent Stickstoff
4 5 6	221 cbm*) 163 cbm 108 cbm	0 cbm*) 12 cbm 24 cbm	0 cbm*) 46 cbm 89 cbm	221 cbm*) 221 cbm 221 cbm	100,0 79,2 59,5		0,0 20,8 40,5

*) Unter Normalbedingungen.

Ausgehend von Schwarzkupfer folgender Zusammensetzung

Cu

Sn
Pb
Fe

Ni
Zn

76,3
2,18
3,61
5,85
1,88
5,51

S

Si

H₂O ..
Andere

2,84

1,1

0,45

0,28

Gesamt 100,0

wurden folgende Versuchsergebnisse aufgezeichnet.

Test	Probe	Raffination	1 emperatur	Cu	Pb	Prozent vorhandener Elemente	1,98	S	Fe	Zn
Nr.	Nr.	Zeit	⁰C	88,97	4,68		0,24	0,95	0,85	0,62
	1	Minuten	1382	94,81	1,80	Ni J Sn	0,10	0,51	0,22	0,10
4	2	20	1338	98,40	0,45	1,90	2,07	0,03	0,01	0,10
	3	40	1288	89,13	4,46	1,17	0,36	0,84	0,58	0,85
	1	60	1327	95,01	2,37	0,37	0,10	0,50	0,05	0,10
5	2	20	1318	97,33	1,24	1,95	0,10	0,03	0,01	0,10
	3	40	1249	98,38	1,32	1,24	2,76	0,03	0,04	0,10
	4	60	—	86,32	5,09	0,35	1,64	0,84	0,43	2,50
	1	72	1316	90,61	4,33	0,31	0,58	0,92	0,43	0,23
6	2	20	1288	93,10	3,06	1,87	0,15	1,16	0,10	0,15
	3	40	1310	94,50	1,99	1,70	0,15	1,00	0,06	0,15
	4	60	1343	95,88	1,06	1,27	0,10	1,01	0,05	0,15
	5	75	1277	97,15	0,80	1,31		0,51	0,03	0,10
	6	93	—		1,05
	115			1,00

Es sollte beachtet werden, daß nur Versuch Nummer 4, bei dem hundertprozentiger Sauerstoff verwendet wurde, Blasenkupfer erzeugte, dessen Bleigehalt auf einen annehmbaren Betrag reduziert war. Die Unterschiede der Bleiverunreinigung bei verschiedenem Sauerstoffanreicherungsniveau ist graphisch in Fig. 4 demonstriert.

Ein weiterer einzigartiger Vorteil dieses Verfahrens kann beobachtet werden, wenn Schwarzkupfer vom Hochofen oder andere kupferhaltige Metalle, die geringen Schwefelgehalt aufweisen, verwendet werden.

Hat einmal das Schmelzen begonnen und ist die Brennstoffzufuhr abgeschaltet, so ist die Notwendigkeit für Zug, um die Reaktion fortzusetzen, im wesentlichen beseitigt, da alle normalerweise angetroffenen Oxide der Verunreinigungen bei den Arbeitstemperaturen Festbestandteile sind. Ein Minimum von Gasprodukten wird daher erzeugt, und somit ist kein ausgedehntes Rauchsystem erforderlich. In dieser Weise bewirkt das Verfahren ökonomisch maximale Sauerstoffausnutzung, da, nachdem einmal der Zug abgeschlossen ist, der einzige erforderliche Sauerstofffluß der sein wird,

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der den Sauerstoff ersetzt, der bei der Schlackenbildung der Verunreinigungen verbraucht wird.

Konventionelle Konverter, wie sie zur Zeit unter üblichen Bedingungen verwendet werden, können einige Verunreinigungen beinahe vollkommen entfernen, während andere Verunreinigungen nicht zu irgendeinem größeren Grade oxydiert werden können. Die folgende Tabelle zeigt die durchschnittliche Entfernung von Verunreinigungen bei der Umwandlung unter Benutzung von zur Zeit verfügbaren Einrichtungen.

S 99,—

Fe .. 99,—

Zn 99,—

Co 99,—

Bi 97,—

Pb 96,—

As 81,

Sb 71

Se 47,

Te 40,

Ni 37,

Das vorliegende Verfahren entfernt Verunreinigungen mit viel größerer Wirksamkeit und erreicht Resultate, die bisher niemals mit den früher zur Verfügung stehenden Einrichtungen erreichbar waren. Jetzt können Arsen, Antimon, Selen und Tellur oxydiert werden in dem Fallenden-Film-Reaktor, während unter früheren Arbeitsbedingungen diese Elemente durch den elektrolytischen Raffinierprozeß entfernt werden mußten. Ferner kann Nickeloxydation jetzt so vollkommen sein, daß sie zu einer beachtlichen Nickelwiedergewinnung aus der Schlacke führt.

Die Motor- und Getriebeanordnung (nicht dargestellt), die die Antriebsrolle 15 antreibt, umfaßt vorzugsweise Geschwindigkeits-Wechseleinrichtungen irgendeiner wohlbekannten Art, um die Gschwindigkeit der Drehung des Gefäßes nach Wunsch in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der Charge zu verändern. Im allgemeinen wurde gefunden, daß schnellere Gefäßdrehung zu einer erhöhten Reaktionsgeschwindigkeit führt, bis die optimal wirksame Rotationsgeschwindigkeit erreicht ist. Durch Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Gefäßes kann die Reaktionszeit herabgesetzt und größere Wirksamkeit erreicht werden. Die zusätzlichen Umdrehungen des umlaufenden Gefäßes erzeugen mehr geschmolzene Metalloberfläche, die der Sauerstoffatmosphäre ausgesetzt wird. Fernerhin wird die erhöhte Drehgeschwindigkeit die Turbulenz des Bades erhöhen, was einen dünneren, an der feuerfesten Auskleidung anhaftenden Film erzeugt und daher wirksamer für die Entfernung der Verunreinigungen ist.

Durch Verwendung einer Sauerstoffatmosphäre innerhalb des rotierenden Gefäßes neigt der Sauerstoff dazu, die Hohlräume der feuerfesten Auskleidung zu imprägnieren und an letzterer zu haften. Nachdem das Schmelzen begonnen hat und ein fallender Metallfilm, wie vorher beschrieben, geschaffen worden ist, so muß gewürdigt werden, daß die Reaktionsgeschwindigkeit sich erhöht durch Oxydation sowohl der Oberfläche des Filmes, die der inneren Sauerstoffatmosphäre ausgesetzt ist, als auch der Oberfläche, die in Berührung mit der feuerfesten Auskleidung steht. Ein Sauerstoff-Film wird somit zwischen der Auskleidung des Gefäßes und dem MetallfHm selbst gebildet, wodurch gleichzeitige Oxydationsreaktionen veranlaßt werden.

Es ist somit ersichtlich, daß das beschriebene Verfahren große wirtschaftliehe Vorzüge gegenüber bisher benutzten Verfahren, mit sich bringt, indem die Sauerstoffatmosphäre Raffination in der schnelltsmöglichen Zeit ermöglicht, um maximale Produktionskapazität zu ergeben. In solcher Weise werden die Kapitalanforderungen für Einrichtungen auf einem Minimum gehalten.

In ähnlicher Weise kann das beschriebene Verfahren leicht der Verbesserung von beinahe reinem Kupferschrott zu feuerraffiniertem Kupfer angepaßt werden, durch Verwendung desselben fallenden Filmprinzips in einer Sauerstoffatmosphäre.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Raffination von Verunreinigungen enthaltendem kupf erhaltigem Material, wie Schwarzkupfer, Kupferabfällen, Kupferlegierungen und kupf erhaltigen Mischungen, bei dem *in>ge— schmolzenes Bad des die Verunreinigungen enthaltenden Kupfers innerhalb eines um eine etwa waagerechte Achse;, vorzugsweise um seine eigene "« Längsachse rotierenden Gefäßes gebildet und rei-~ ner Sauerstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Raffination im wesent- ' liehen reiner Sauerstoff in das Gefäß oberhalb des geschmolzenen Bades eingeführt und das Gefäß während der Zuführung des Sauerstoffs in Umdrehung gehalten wird unter Mitführen eines Filmes geschmolzenen 'Kupfers von den Gefäßwänden und Oxydieren des Filmes durch den Sauerstoff.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kupferhaltige Material im geschmolzenen Zustand in das Gefäß eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß mit ungeschmolzenem kupferhaltigen Material beschickt wird, daß oberhalb des Materials dem Inneren des Gefäßes Brennstoff und Sauerstoff während der Rotation des Gefäßes zugeführt wird, bis wenigstens ein Teil des Materials geschmolzen wird und ein Bad im Gefäß bildet, und daß der Brennstoffzufluß angehalten und der Sauerstofffluß nach einer vorbestimmten Zeit erhöht wird, um eine Sauerstoffatmosphäre über dem geschmolzenen Bad zu schaffen. I

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß weniger als 181,23 cbm Sauerstoff pro Stunde für je 907,2 kg eingeführten geschmolzenen Materials zugeleitet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Raffination fortgesetzt wird, bis das raffinierte Kupfer weniger als 2 % Verunreinigungen enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Brennstoff während einer Zeitdauer zugeführt wird, bis eine Menge der Charge geshmolzen ist, die zur Beendigung des Schmelzens durch die Hitze der Oxydationsreaktion genügt.

7. Verfahren nach Anspruch 6 mit oder ohne einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Zuführung von' Brennstoff ungefähr oder weniger als 12 Minuten' beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 3 mit oder ohne einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem Abschalten des Brennstoffes zugeführte' Sauerstoff weniger als 169,9 cbm pro

Stunde pro 907,2 kg verunreinigten chargierten Kupfers beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr für ungefähr 1 Stunde aufrechterhalten wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im rotierenden Gefäß bei ungefähr 1427° C gehalten wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr fortgesetzt wird, bis das raffinierte Kupfer weniger als 0,8 % Blei als Verunreinigung enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 ■ und einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiger Brennstoff zugeführt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Oxydation der Verunreinigungen zugeführte Sauerstoffmenge sich der niedrigsten theoretisch für diese Oxydation notwendige Menge nähert.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffmenge die dreifache theoretisch für die Vollendung der Oxydation der Verunreinigung erforderliche Menge nicht überschreitet.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß derSauerstoffstrom in das Gefäßinnere oberhalb des Bades derart eingeführt wird, daß er im wesentlichen kein Aufwirbeln des geschmolzenen Bades herbeiführt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr aufrechterhalten wird, bis mehr als 90 % der Verunreinigungen wie Arsen, Antimon, Selen und Tellur entfernt sind.

17. Brenner zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff- und Sauerstoffgemisch durch einen konzentrisch in die Öffnung eingefügten, mit koaxial angeordneten Durchlässen für den Brennstoff bzw. den Sauerstoff versehenen Brenner dem Gefäßinneren zugeleitet wird.

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