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"Sachtleben" Aktiengesellschaft für Bergbau und chemische Industrie
Verfahren zur pyrometallurgischen Entfernung verflüchtigungsfähiger NE-Metalle aus
Eisensulfidschmelzen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur pyrometallurgischen
Entfernung verflüchtigungsfähiger NE-Metalle, insbesondere Zink und Blei aus Eisensulfidschmelzen,
Bog. Eisensteinen. Hierbei werden diese Metalle aus ihren sulfidischen Verbindungen
durch Reaktion mit metallischem Eisen freigesetzt, welches durch Reduktion des in
der Eisensulfidschmelze enthaltenen Eisenoxids mit kohlenstoffhaltigem Material
gebildet wird.
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Es ist bekannt, feinteiligen Schwefelkies oder flotierte Kiese mit
vorgewärmter Luft nach der Gleichung FeS2+O2= FeS+SO2 oder auch mit heissen O2 freien
Brennerabgasen gem. der allgemeinen Gleichung 2FeS2=2FeS+S2 partiell zu entschwefeln.
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Bei der partiellen Verbrennung des Pyrite mit sauerstoffhaltigen Gasen
in bekannter Weise zwecks Erzielung einer
FeS-Schmelze lässt es
sich in der technischen Praxis nicht vermeiden, dass ein Teil des Eiseninhalts des
Eisensteins in Eisenoxid übergeführt wird. Im allgemeinen beträgt dieser Anteil
etwa 10 bis 30 X des Eiseninhalts. Die das Eisen enthaltende Eisensulfidschmelze
vorbekannter Verfahren, auf der die Gangart als Schlackenschicht schwimmt, wird
abgestochen und in einer Folgebehandlung durch die üblichen Methoden, wie Granulieren
oder Formgiessen, in die für die Weiterverarbeitung günstigste Form gebracht. Aufgrund
der hohen Temperatur zwischen 1000 und 12000C sollen bei den vorbekannten Verfahren
die Sulfide des Arsens, Bleis und Zinks verdampfen ( DAS 1 205 503). Es ist ferner
bekannt, Zyklonfeuerungen zur Verarbeitung von Kupfer- und polymetallisehen Konzentraten
vorzusehen. Das dabei gebildete Schmelzprodukt wird in einem Sammelbecken in Schlacke
und Sulfidstein getrennt ( Neue Hütte 10, 1965, Seite 210).
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Sofern solche Zyklonkammern für die pyrometallurgische Behandlung
von sulfidischen Eisenerzkonzentraten unter Bildung von Eisensulfidschmelze, Schwefeldioxid
und gegebenenfalls flüchtiger NE-Metalle bzw. NE-Metallverbindungen vorgesehen werden,
wird nur ein Teil der flüchtigen NE-Metallverbindungen vorwiegend als Sulfid abgetrieben.
Bei hohen Gehalten flüchtiger NE-Xetalle reicht der Verflüchtigungsgrad jedoch nicht
aus, um einen Eisenstein zu erhalten, der nach Abröstung ein für die Verhüttung
in Hochöfen geeignetes und genügend reines Eisenoxid abgibt. Nach einem noch nicht
veröffentlichten Vorschlag kann durch Zusatz von metallischem Eisen, wie Eisen schrott,
zu dem geschmolzenen Eisenstein/Schlacken-Gemisch das NE-Metall, wie Zink, weitestgehend
verflüchtigt werden gem.
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der Gleichung Fe+ZnS=FeS+ Zinkdampf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein technisch einfaches
Verfahren zur wirtschaftlich.a und weitestgehenden Entfernung verflüchtigungsfähiger
NE-Metalle in Pyrometallurgischer Reaktion aus Eisensulfidschmelzen bereitzustellen,
wobei
die Eisensulfidschmelzen eisenoxidische Anteile enthalten.
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Das erfindungsgemässe Verfahren besteht nun darin, daes in der Eisensulfid-Schmelze
enthaltenes Eisenoxid mit kohlenstoffhaltigem Material zu metallischem Eisen mit
der Maßgabe reduziert wird, dass der Eisenanteil für die Preisetzung der verflüchtigungsfähigen
NE-Metalle, insbesondere Zink und Blei, aus deren sulfidischen Verbindungen ausreicht.
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Als verlüchtigungsfähige NE-Metallanteile sind im wesentlichen Zink
und Blei als Sulfide in der Eisensulfidschmelze enthalten. DArüber hinaus können
aber auch noch Cadmium und Zinn enthalten sein.
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Für das erfindungsgemässe Verfahren ist es nicht wesentlich, nach
welchem Verfahren oder in weicher Vorrichtung die eisenoxidhaltige Eisensulfidechmelze
hergestellt wird.
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Es kommt lediglich darauf an, dass die Eisensulfidschmelze einen Eisenoxidanteil
aufweist. Im allgemeinen beträgt dieser Eisenoxidanteil 10 bis 30 % des Eisen-Inhalts
der Eisensulfidschmelze. Durch die mindestens teilweise Reduktion dieser oxidischen
Anteile zum metallischen Eisen wird es in dem erfindungsgemässen Verfahren ermöglicht,
die in der Eisensulfidschmelze enthaltenen NE-Metalleulfide, insbesondere ZnS und
PbS gemäss der allgemeinen Gleichung MeIIS+Fe=FeS+MeII umzusetzen, bei die verflüchtigungsfähigen
NE-Metalle aufgrund der hohen Schmelztemperatur von 1100 bis 16000C abgetrieben
werden. Die Temperaturen beim Schmelzen, wie auch bei der Reduktionsbehandlung des
erfindungsgemässen Verfahrens sind wesentlich bedingt durch die Zusammensetzung
des erzeugten Steins. Die NE-Metalldämpfe können in an sich bekannter Weise mit
Luft nachverbrannt und als Oxide aufgefangen werden, z.B. in einem Elektrofilter.
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Als reduzierendes kohlenstoffhaltiges Material kommen z.B.
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in Frage, Ruß, Graphitelektrodenbruch, Steinkohlen-Koks, Bralankohlenschwelkoke.
Vorzugsweise werden im erfindungegemässen Verfahren Steinkohlenkoks oder Petrolkoks
verwendet. Die Teilchengrösse des kohlenstoffhaltigen Materials richtet sich nach
der Art der Zusammenbringung des kohlenstoffhaltigen Materials mit der heissen Sulfidschmelze.
So ist es zweckmässig, feinteiligen Koks, Staub oder Grieß, mit einer Korngrösse
von 0-2mm zu verwenden, wenn das Reduktionsmittel mit Hilfe von Inertgas, in die
Eisensulfidschmelze eingeblasen wird.
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Wird hingegen das kohlenstoffhaltige Material durch einen Einrührprozess
eingebracht, so ist eine körnige (2-5mm) Beechaffenheit zweckmässig. Schliesslich
hat es sich in dem erfindungsgemässen Verfahren aber auch als besonders vorteilhaft
herausgestellt, die Eisensulfidschmelze durch ein Haufwerk oder eine Schüttung körnigen
oder stückigen kohlenstoffhaltigen Materials, vorzugsweise Steinkohlenkoks oder
Petrolkoks, hindurchströmen zu lassen. Hierbei wird ein inniger Kontakt der Schmelze
mit dem Oberflächen-reichen Koks herbeigeführt und eine wirkungsvolle Reduktion
des Eisenoxids erzielt.
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Eine solche Schüttung kann z.B. hergestellt werden durch Einbringung
von körnigem oder stückigem Koks ( Korngröße 10-200 mm ) in einen Trichter, der
gegebenenfalls auch mit Kohlenstoffstampfmasse zusätzlich ausgekleidet sein kann.
Oder auch durch Einbringung von Koks in einen Schacht, durch welche die abgezogene
und zweckmässig entachlackte heisse Eisensulfidschmelze von ca. 1100 bis 160000
hindurchströmt.
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Als Erzkonzentrate können in den erfindungsgemässen Verfahren solche
Fyrite mit NE-Metallgehalten an insbesondere Zink und/oder Blei wischen 0,1 und
10 s eingesetzt werden. In Jedem Falle werden auch bei hohen Gehalten an verflüchtigungsfähigen
XE-Yetallen diese bis auf geringe und nicht störende Gehalte von ca. 0,02 % verflüchtigt.
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Das erfindungsgemässe Verfahren weist Vorteile auf.
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Aus einer Eisenoxid enthaltenden Eisensulfidschmelze können in ebenso
wirtschaftlicher wie einfacher Weise durch Reduktion des oxidischen Anteils zu metallischem
Eisen insbesondere die Metalle Blei und Zink gasförmig abgetrennt werden und man
erhält auch aus NE-Metell-reichen Eisensulfidschmelzen einen praktisch reinen Etßenxtein,
der bei der Abröstung zu einem für die Verhüttung im Hochofen hervorragend geeigneten
Produkt führt.
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Die Erfindung wird anhand des nachstehenden Beispiels näher erläutert:
Beispiel Schwefelkies mit 48,0 % S, 41,0% re, 0,8% Zn, 0,4 % Pb., 6,0% SiO2, 1,2
% A1203, der auf eine Korngrösse unter 0,1 mm aufgemahlen war, wurde nach Art der
Kohlestaubfeuerung in einen leeren Schacht eingeblasen, in den gleichzeitig O2-
angereicherte Luft mit ca. 30 % O2 eingeführt wurde. Die Luftmenge wurde 80 bemessen,
dass die Hälfte des Schwefelkinhaltes zu SO2 verbrannte und etwa 10 % des Eiseninhaltes
zu FeO oxidiert wurde. Nach Zündung des Pyrite stieg die Temperatur im Ofen auf
etwa 15000C an und der partiell verbrannte Pyrit schmolz und sammelte aioh-als Schmelze
in deia unteren Teil des Schachtes an. Der untere Teil des Schachtes war mit Koksbrocken
von 2-5 cm Grösse angefüllt. Die sich hier ansammelnde FeS-Schmelze füllte den Zwischenraum
zwischen den Koksbrocken vollständig aus, so da kein Koke mit dem O2-haltigen Gas
in Berührung kam. Auf den geschmolzenen FeS-Stein bildete sich eine ebenfalls. geschmolzene
Schlackenschicht. Das in PeS-Stein enthaltene FeO reagierte mit dem Koks zu metallischem
Fe, das dann mit dem in dem FeS-Stein gelösten Zn S zu metallischem Zink und FeB
reagierte. Das Zink verdampfte sofort und gelangte ale Zinkdampf in den Ofenraum,
wo es mit den SO2-haltigen sgas abgeführt wurde. Der flüssige Eisenstein wurde periodisch
abgestochen,
wobei die Abstichintervalle so bemessen wurden, dass sich eine mittlere Verweilzeit
des FeS in der Koksschicht Ton 2 Stunden ergab. Die abgestochene FeS-Schmelze wurde
in Wasser granuliert und in bekannter Weise abgeröstet.
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Hierbei entstand hochwertiges Eisenoxid mit einen Zinkgehalt von 0,02
%.
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Patentansprüche