DE2061388A1

DE2061388A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Raffination von verunreinigtem Kupfer

Info

Publication number: DE2061388A1
Application number: DE19702061388
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 5072 Schildgen; Melcher Gerhard Dipl.-Ing. 5000 Köln Weigel
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1970-12-14
Filing date: 1970-12-14
Publication date: 1972-06-15
Also published as: DE2061388B2; BE776131A; GB1348513A; DE2061388C3

Description

Anlage zum Patentgesuch der

Klöckner-Humboldt-Deutz H 70/45

Aktiengesellschaft _q+._/(5.

vom 10. Dezember 1970 btr/bch

Verfahren und Vorrichtung

zur kontinuierlichen Raffination

von verunreinigtem Kupfer

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorriohtung zur kontinuierlichen Raffination von verunreinigtem Kupfer in der Schmelzphase.

Bei der Herstellung von Rohkupfer zu Reinkupfer werden die durch Aufbereitung gewonnenen Kupfererz-Konzentrate in einem Ofen, beispielsweise in einem Etagenofen, geröstet, d.h. unter Luftzufuhr, um den nicht an das Kupfer gebundenen Schwefel zu oxidieren. Der hierbei in Form von Schwefeldioxid anfallende Schwefelgehalt wird zu Schwefelsäure weiterverarbei- ±et, während das im Ofen vorgeröstete Gut in einem Flammofen eingeschmolzen wird. Hierbei entsteht ein neues Zwischenprodukt, und zwar der Kupferstein, der neben etwa 15 bis 35$ Kupfer noch Schwefel und Eisen enthält. Dieser Kupferstein wird in einem Konverter durch Einblasen von Sauerstoff zu Rohkupfer verarbeitet. Bei diesem Prozeß erfolgt eine Überführung des Eisensulfides in Eisenoxid, welches durch Zugabe von Siliciumdioxid in Form von Quarz als Schlacke von dem im Konverter verbleibenden Kupferstein abgetrennt wird. An diesen Prozeß schließt sich eine zweit« Phase an, und zwar wird

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der als Kupfersulfid vorliegende Kupferstein durch Einblasen von Luft-Sauerstoff zum Großteil zu Kupferoxid umgewandelt. Das hierbei gewonnene Kupfer scheidet beim Vergießen Schwefeldioxid aus, so daß das erstarrte Metall eine blasige Struktur aufweist und daher als Blasenkupfer (Blisterkupfer) bezeichnet wird. In diesem Blasenkupfer sind abhängig von der Zusammensetzung des Roherzes mehr oder weniger große Mengen Verunreinigungen enthalten. Das auf diese V/eise gewonnene Rohkupfer muß daher einer nachfolgenden thermischen Raffination unterzogen und zu Reinkupfer weiter verarbeitet werden. Bei dieser Raffination wird die größere Affinität der Verunreinigungen im Rohkupfer zu Sauerstoff ausgenutzt, und zwar werden die Verunreinigungen durch Aufblasen von Luft auf das geschmolzene Rohkupfer in einem Flammofen oxidiert und als Schlacke an der Oberfläche des Bades abgezogen. Nach Beseitigung der Schlacke wird das gebildete Kupferoxid reduziert. Dies erfolgt mit Hilfe frischer Baumstämme, die in das Kupferbad eingetaucht werden, oder durch Aufblasen von NH, oder CH.-Gasen auf die Kupferschmelze. Dieses Verfahren ist in der Metallurgie als Pol-Verfahren bekannt. Bei diesem Polverfahren wird das in der Schmelze vorhandene Kupferoxid durch den Kohlenstoff - so weit reduziert, daß sich Sauerstoff und Wasserstoff im Gleichgewicht befinden. Die Kupferraffination ist somit beendet und das vorraffinierte Kupfer kann vergossen werden. Es besitzt eine Reinheit von über 99$ Kupfer und wird vor allem als Anodenkupfer verwendet.

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Pur die Durchführung dieser "bekannten Kupferraffination sind sogenannte Flammöfen oder Trommelöfen in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei allen diesen Öfen wird jedoch das Rohkupfer im sogenannten Chargenbetrieb in schmelzflüssiger Form oder insbesondere bei Schrottverarbeitung in fester Form in den Schmelzofen eingetragen und durch Fremdbeheizung der Charge auf ein bestimmtes, für die Durchführung der obenerwähnten Prozeßstufen geeignetes Temperaturniveau eingestellt. Die Beheizung erfolgt in allen Fällen mit Hilfe von Heizgasen, die i an einer Stirnseite dem Ofen zugeführt und an der dieser Stirnseite gegenüberliegenden Seite wieder angezogen werden.

Bei diesem bekannten Verfahren ist von Nachteil, daß die einzelnen Verfahrensstufen in getrennt voneinander angeordneten Öfen durchgeführt werden, wobei jeder Ofen durch Ohargenwechsel eine erhebliche Abkühlung erfährt und jeweils auf das erforderliche Temperaturniveau wieder aufgeheizt werden muß. Dies erfordert einen erhöhten Brennstoffverbrauch und ist außerdem mit erhöhten Arbeits- und Betriebskosten verbunden. Außerdem bringt diese diskontinuierliche Arbeitsweise auf Grund des ständigen Temperaturwechsels einen erhöhten Verschleiß der Ausmauerung des Ofens mit sich. Ferner wirkt sich diese diskontinuierliche Arbeitsweise auch auf die Qualität des Fertigproduktes nachteilig aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das

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unter Vermeidung der obenangefulirten Nachteile eine kontinuierliche Raffination von verunreinigtem Kupfer in der Schmelzphase ermöglicht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Kupfer durch mehrere in einem Ofen hintereinander angeordnete Reaktionszonen im Gegenstrom zu den Heizgasen hindurchgeleitet wird. Auf diese Weise kann erheblich an Brennstoff eingespart werden, da alle Prozeßstufen in einem Ofen hintereinander durchgeführt werden. Außerdem wird dadurch, daß dieses Verfahren kontinuierlich erfolgt, die pro Zeiteinheit durchgesetzte Menge an Kupfer im Vergleich zu bekannten Verfahren erheblich erhöht. Schließlich bringt das Verfahren gemäß der Erfindung auch eine erhebliche Verringerung an Arbeits- und Betriebskosten mit sich, da bei diesem kontinuierlichen Verfahren die sonst üblichen Aufheiz- und Abkühlzeiten völlig entfallen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ofenanlage gemäß der Erfindung.
Es zeigen:

Pig. 1 eine Ofenanlage gemäß der Erfindung im Längsschnitt,

Pig. 2 einen Horizontalschnitt der in

Pig. 1 dargestellten Ofenanlage.

Pig. 1 zeigt einen rechteckigen, stationär angeordneten

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Schmelzofen 1, der durch. Trennwände 2, 3 und 4 in drei wannenförmige Reaktionszonen 5, 6 und 7 unterteilt ist. Zwischen den Trennwänden 2 und 3 befindet sich, wie Pig. 2 zeigt, in der Zone 6 eine weitere mit Öffnungen 8 und 9 versehene Wandung 10. Ferner befindet sich in der Reaktionszone 7 eine stegförmige Erhöhung 11. In der rechten Stirnseite des Ofens ist eine Öffnung 12 für die Zufuhr von flüssigem Rohkupfer vorgesehen, während die dieser Wandung gegenüberliegende Seite

eine Öffnung bzw. einen Brenner 14 aufweist, durch den die Brenn

stoffe zusammen mit Luft in die Reaktionszone 7 eingeführt werden. Die Wandung 13 (Fig. 1) reicht hierbei nicht bis zum Boden der Schmelzzone 7 des Ofens, sondern taucht nur ein Stück in die Schmelze ein, so daß zwischen der Unterseite dieser Wandung und der Trennwand 4 ein freier Raum 15 gebildet wird, durch den das fertig raffinierte Kupfer aus dem Ofen austreten kann. In der Seitenwandung des Ofens befinden sich verschließbare Öffnungen 16 und 17 für die Feststoffzufuhr- bzw. für den Abzug der Schlacke. Ferner sind in dieser Seitenwandung und in der dieser Wandung gegenüberliegenden Wandung Düsen 18, 19i 20 und 21 vorgesehen, durch die den · Reaktionszonen Brennstoff, Luft und Reduktionsgase zugeführt werden.

Im Betrieb wird dem Ofen das Rohkupfer in flüssiger Form durch die Öffnung 12 und/oder Rohkupfer in fester Form durch die Öffnung 16 der Reaktionszone 5 zugeführt. Gleichzeitig er-

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folgt die Beheizung des Ofens mit Hilfe von Heizgasen durch den an der Stirnwand 13 angeordneten Brenner H. In der Reaktionskammer 5 wird das flüssige Rohkupfer auf die gewünschte Reaktionstemperatur aufgeheizt. Aus dieser muldenförmigen Reaktionszone 5 läuft bei kontinuierlicher Rohkupferzufuhr eine der Aufgabemenge entsprechende Menge durch die in der Trennwand 2 befindliche Öffnung 22 in die Reaktionszone 6. In dieser Reaktionszone wird durch die Düsen 20 und 21, die für den Yerschlackungsprozeß erforderliche Menge an Luft eingeblasen und dadurch die Schlacke durch Aufschwimmen im Kupferbad vom flüssigen Kupfer getrennt. Die in dieser Reaktionszone auf dem Kupferbad schwimmende Schlacke a wird diskontinuierlich oder auch kontinuierlich durch die in der Seitenwandung des Ofens angeordnete Öffnung 17 aus dem Ofen abgezogen. Damit die Schlacke nicht mit der Kupferschmelze b in die dahinter liegende Reaktionszone 7 gelangen kann, sind die Öffnungen 8 und 9 in der Wandung 10 tiefer angeordnet als der unter der Schlackenschicht befindliche Spiegel der Kupferschmelze b.Vom oberen Bereich der Wandung 10 wird also die Schlacke a zurückgehalten, während durch die darunter befindlichen, seitlichen Durchtrittsöffnungen 8 und 9 das raffinierte Kupfer nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefäße in die letzte Reaktionszone 7 eintritt. In dieser Reaktionszone erfolgt die Entfernung des überschüssigen gelösten Sauerstoffes durch Polen, und zwar mit Hilfe stark reduzierender Gase, wie Ammoniak oder Metan, die mittels der schräg von oben auf die Kupferschmelze

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gerichteten Düsen 18 und 19 eingeblasen werden. Das auf diese Weise fertig raffinierte Kupfer verläßt den Ofen aus dieser Zone kontinuierlich durch die Öffnung 15, von wo es in Formen gegossen und zu Anodenkupfer oder dgl. weiterverarbeitet werden kann.

Bei nur flüssigem Einsatz von Rohkupfer in den Ofen durch die Öffnung 12 ist es zweckmäßig, wenn die Reaktionszone 5 kleiner ausgebildet ist als die Zonen 6 und 7, da die Einschmelz- ^ und Aufheizleistung eine kleinere Übertragungsfläche erfordert, als die beiden nachfolgenden Reaktionszonen 6 und 7, in denen Gas-Flüssigkeitsreaktionen ablaufen. Die Reaktionszone 5 erhält daher bei nur flüssigem. Rohkupfer eins at ζ etwa das dreifache Volumen der stündlichen Durchsatzmenge, während die nachfolgenden Reaktionszonen 6, 7 auf das vierfache Volumen der stündlichen Durchsatzmenge auszulegen sind.

Bei der kontinuierlichen Raffination von verunreinigtem Kupfer gemäß der Erfindung durchströmen die bei der Verbrennung entstehenden heißen Gase den Ofen in entgegengesetzter Richtung zur Kupferschmelze b und verlassen diesen durch den oberhalb der Schmelzzone 5 angeordneten Kamin 23. Der Polprozeß in der Reaktionszone 7 erfolgt hierbei, wie erwähnt, unter reduzierender Atmosphäre, und zwar unterstechiometrisch, bei einem -/ -Wert von 0,95 Ms 0,5. Eine solche unterstöehiometrische Verbrennung in dieser Reaktionszone, bei der

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nicht die volle Verbrennungswärme des Brennstoffes frei, wird, ist in dieser Reaktionszone insofern vertretbar, weil bei dem großen Wärmereservoir aller drei Reaktionszonen nur die Wärmeabstrahlungsverluste gedeckt zu werden brauchen. In der Reaktionszone 6 erfolgt eine stöchiometrische Nachverbrennung der in den aus der Reaktionszone 7 kommenden reduzierenden Heizgasen noch vorhandenen Brennstoffe durch Zugabe von Sekundärluft über die Düsen 20 und 21. Zweckmäßig wird die Sekundär luftmenge so bemessen, daß bei der Verbrennung die Wärmeverluste in dieser Zone gedeckt werden. Das gleiche gilt auch für die Reaktionszone 5. Durch diese Art der Brennstoffausnutzung und Brenngasführung gemäß dem Verfahren der Erfindung gelingt es, alle drei Stufen bei voller Ausnutzung des Brennstoffes die Reaktionsprozesse bei optimalsten Reaktionstemperaturen zu betreiben.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich besonders hinsichtlich der 'Wärmewirtschaft im Vergleich zu 'den bisher bekannten Verfahren aus, weil gesonderte Aufheiz- und Abkühlungszeiten für die einzelnen Reaktionsstufen entfallen. Der Gesamtbrennstoffbedarf kann daher gemäß dem Verfahren der Erfindung im Vergleich zu bekannten Verfahren erheblich verringert und die im Brennstoff vorhandene Wärme für den Reaktionsprozeß optimal genutzt werden. Auch hinsichtlich der Investitionskosten der Ofenanlage für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich im Vergleich zu bekannten Ofenanlagen

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erhebliche Vorteile, insofern, als für alle drei Verfahrensstufen nur ein einziger Ofen verhältnismäßig kleiner Dimensionie^ng erforderlich ist. Außerdem treten ini Ofen auf Grund der kontinierlichen Arbeitsweise kaum nennenswerte '. Temperatur Schwankung en auf, so daß die' Innenausmauerung des Ofens im Vergleich zu bekannten Öfen einem bedeutend geringeren Verschleiß unterliegt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann außer in einem stationären Ofen auch in einem Drehofen entsprechender Ausbildung kontinuierlich durchgeführt werden. Jedoch ist hierbei zu berücksichtigen, daß eine Trennung der Schlacke von dem im Ofen raffinierten Kupfer in einem dem Ofen nachgeschalteten Behälter vorgenommen werden muß.

Patentansprüche

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1. Verfahren zur kontinuierlichen Raffination von verunreinigtem Kupfer in der Schmelzphase, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer durch mehrere in einem Ofen hintereinander angeordnete Reaktionszonen im G-egenstrom zu den Heizgasen hindurchgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofen das Kupfer in flüssiger und/oder fester Form aufgegeben wird. '

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der letzten Reaktionszone Brennstoff und Luft zugeführt werden, derart, daß darin eine unterstöchiometrische, d.h. unvollständige Verbrennung mit einem ./ -rWert von 0,95 bis 0,5 erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den vor der letzten Reaktionszone befindlichen Zonen eine stöchiometrische Nachverbrennung der in den Brenngasen noch vorhandenen Brennstoffe durch Luftzufuhr erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, gkennzeichnet durch einen rechteckigen,

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stationär angeordneten Schmelzofen oder Drehrohrofen, der durch Trennwände in mindestens drei wannen- oder muldenförmige Reaktionszonen unterteilt ist, und der in den Stirnselten Ul'fnungen für die Zufuhr des zu "behandelnden Gutes und die Ab fuhr des in den Reaktionszonen "behandelten Gutes aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen an der der Gutaufgabeseite gegenüberliegenden Seite in der Stirnwand und/oder an den Seitenwänden Öffnungen bsw. j3reimer und/oder Düsen für die Zuführung von Brennstoff, Luft und Reduktionsgasen aufweist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen in der Seitenwandung Luftdüsen für die Nachverbrennung sowie Öffnungen für die Feststoff zufuhr und den Schlackenabzug aufweist.

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