DE2114123A1 - Herstellung von Metallen aus metallhaltigen Werkstoffen - Google Patents

Description

Herstellung von Metallen aus metallhaltigen Werkstoffen

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Metallen hoher Reinheit und Ergiebigkeit aus metallhaltigen Werkstoffen, und insbesondere die Trennung und Wiedergewinnung auf pyrometallurgischer Verfahrensweise eines gewünschten Metallelements oder -elementen - jeweils von hoher Reinheit und Ergiebigkeit - aus metallhaltigen Werkstoffen wie Erzen, Konzentraten und Legierungen, die das gewünschte Metall oder andere Bestandteile enthalten, die durch herkömmliche Verfah-

1098U/1153

21H123

renetechniken nur schwer auf pyrometallurgisehem Wege von dem gewünschten Elementmetall getrennt werden können.

Die Herstellung eines Metallelemehts hoher Reinheit aus metallhaltigen Werkstoffen, z. B. Eisengemengen mit Mangan, Kupfer oder Nickel oder daraus bestehender Verbindungen, beinhaltet herkömmlicherweise mehrere serienmäßige Verfahrensstufen, und zwar z. B. die Wiedergewinnung des Nickelelements aus nickeloxidhaltigen Erzen der Gattung Laterit oder Garnierit besteht im allgemeinen aus den Reduktionsstufen in einem Brennofen, z. B. des elektrischen Lichtbogenofens oder des Hochofens, um eine normalerweise eisenangereicherte Nickellegierung zu erhalten und dann die Legierung einer weiteren pyrometallurgiecnen, chemischen oder elektrolytischen Behandlung bzw. einer aus zwei oder mehrerer dieser Verfahren zusammengesetzten Behandlungsweise auszusetzen, um den Nickelanteil in verhältnismäßig hoher Reinheit zu gewinnen. Diese weiteren Behandlungsstufen beinhalten im üblichen eine Teiloxidation des Eisenbestandteils im serienmäßigen Behandlungsvorgang, auf den ein elektrolytischer oder dampfmetallurgischer Raffinierungsvorgang folgt. Derartige Behandlungsverfahren liefern nicht nur eine verhältnismäßig geringe Nickelausbeute, sondern machen auch weitgehende Raffinieranlagen mit entsprechenden hohen Kapital- und Betriebskosten erforderlich.

109843/1153

Auch werden Kupfersulfide in typischen eisenangereicherten Kupfererzen durch mineralogische Verfahrenstechniken konzentriert, wobei jedoch die Trennung dieser Kupfersulfidkonzentrate, die beträchtliche"Mengen Eisen enthalten, eine Reihenfolge komplizierter Verfahren erforderlich machen, welche ihrerseits eine weitreichende Ausrüstungsanschaffung und beträchtliches zusätzliches Personal bedingen»

Darüber hinaus sind die durch pyrometallurgische Verfahren gewonnenen Metallelemente hoher Reinheit, die für die verschiedensten Verwendungszwecke sehr gefragt sind, mit fast unerschwinglichen Gestehungskosten verbunden. In diesem Zusammenhang ist es z. B. wohl bekannt, daß hochreines Eisen (z. B. 99?95 i° oder mehr) bestimmte Duktilitäts-, Magnet- oder Korrosionswiderstandseigenschaften aufweist. Eine derartige Reinheit macht jedoch verschiedene, nach den jetzigen Verfahren kostspielige chemische und elektrolytische Behandlungsweisen erforderlich.

Bei der herkömmlichen Herstellung von hochreinem Kupfer oder Nickel werden die Metalle durch pyrometallurgische Methoden zu Anoden geformt, um so in einer kostspieliger. elektrolytiscnen Behandlungsstufe verwendet su werden. t>ugar bei Verwendung dieser Methode ist es schwierig, Kupfer von 99»99 # Reinheit herzustellen, was für viele elektrische Anwendungszwecke praktisch eine Notwendigkeit ist. Jas

109843/1153

6AD ORlGfNAl

-Jr -

auf elektrolytischem Wege 99180 # reine Nickel weist darüber hinaus immerhin noch 0,10 $ Kobalt auf, was für bestimmte Anwendungazwecke einen maximal zulässigen Betrag darstellt.

Aufgabe der Erdindung ist es daher, eine einzige pyrometallurgische Ofenanlage zur Rückgewinnung eines gewünschten Metallelements hoher Reinheit und Ergiebigkeit zu schaffen, wodurch die Notwendigkeit der eingangs erwähnten Zusammenlegung der kostspieligen Behandlungsstufen vermieden wird. In einem derartigen Ofensystem können Metalle von hochwertigerer Reinheit gewonnen werden, als dies bisher auf wirtschaftliche Weise möglich war.

Durch die der Aufgabe der Erfindung zugrunde liegende Ofenanlage wird es möglich, ein gewünschtes Metallelement und ein oxidierfähigeres Metallelement in getrennten Metallströmen hoher Reinheit und Ausbeute abzuziehen.

Darüber hinaus sind für die erfindungsgemäße Ofenanlage verhältnismäßig niedrige Gestehungs- und Betriebskosten erforderlich.

Auch sieht die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ein Verfahren vor, durch das die an den verschiedenen Stellen erforderlichen Oxidier- und Reduktionsbedingungen vorherbestimmt und gesteuert werden, um ein Metallerzeugnis zu lie-

109843/1153

.21U123

fern, das den gegebenen Grad der Reinheit und Ausbeute erreicht.

Die der Aufgabe zugrunde liegende Ausführungsform der Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich,

Es wurde also gemäß der Zielsetzung der Erfindung eine Ofenanlage zur Trennung und Gewinnung - aus metallhaltigen Werkstoffen - eines gewünschten Metallelements hoher Heinlieit und Ausbeute geschaffen, wobei die metallhaltigen Stoffe hiernach als Erze, Konzentrate, Legierungen und deren Zusammenstellungen bezeichnet werden, die das gewünschte Metallelement und ein oxidierfähigeres Element oder Elemente enthalten.

Die hiernach verwendete Bezeichnung "ein gewünschtes Metallelement" bezieht sich auf das Metallelement, das in bedeutsamer oder signifikanter Menge in der metallhaltigen Substanz enthalten ist und eine weniger leichte Oxidierfähigkeit verglichen mit den anderen in bedeutsamer Menge in der metallhaltigen Substanz vorkommenden Elementen besitzt.

Der hiernach verwendete Ausdruck "oxidierfähigeres Element" bezieht eich aui" ein metallisches oder nichtmetallischen Element, das in der metallhaltigen Substanz in bedeutsamer

109843/1153

21H123 6

Menge enthalten ist und das verglichen zum gewünschten Metallelement eine bedeutend höhere Oxidierfähigkeit besitzt, wobei es in flüssiger Form für das Oyid des gewünschten Metallelements als Reduziermittel dient. Unter diese BeKeichnung fallen auch Elemente wie Kohlenstoff und Silizium. Verunreinigungen wie Phosphor oder Schwefel in Eisen oder Arsen, Antimon und Wismuth in Kupfer fallen jedoch nur 'inter diesen Ausdruck, wenn reaktive Flußmittel im Verfahren angewendet werden. Die hochoxidierbaren Metalle wie Erdalkalimetalle (z. B. Kalzium und Magnesium), Alkalimetalle (z. B. Natrium und Kalium) und Aluminium sind in der Bezeichnung der Metalle erhöhter Oxidierfähigkeit nicht enthalten.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, eine flüssige Schlackenphase, in der Oxide des gewünschten Metall elements und ein oder mehrere oxidierfähigere Elemente enthalten sind, und eine flüssige Metallphase, in der das gewünschte Metallelement und ein oder mehrere oxidierfähigere Elemente enthalten sind, in den jeweiligen Bahnen laufen zu lassen, die zwischen einer Zone zum Regeln des Reinheitsgrades des Metalls und einer Metallausbeutekontrollzone liegen und nahe ihrer Ende diese miteinbegreifen. Guter oder inniger Kontakt und chemisches Reagieren der flüssigen Schlakkenphase mit der flüssigen Metallphase wird in den beiden besagten'Zonen gefördert. Ein hoher Reinheitsgrad für das

BAD ORIGINAL,

109843/1153

-sr -

gewünschte Metall wird erreicht, indem die Konzentration des Oxids des gewünschten Metalls in der flüssigen Schlackenphase der Metallreinheitsregelzone in einem vorherbestimmten Mengenverhältnis geregelt wirt (z. B. ein Gewichtsverhältnis des Oxids des gewünschten Metallelements zum gemeinsamen Gewicht der Oxide der oxidierfähigeren Elemente von wenigstens 1 : 3), wobei ein Reaktionsteilnehmer beigegeben wird, der verfügbaren Sauerstoff enthält, um im wesentlichen die Gesamtheit der oxidierfähigeren Elemente und einen Teil des gewünschten Metall elements in jener Zone zu oxidieren. Eine hohe Ausbeute für das gewünschte Ketallelement wird erzielt, indem die Konzentrationen der oxidierfähigeren Elemente in der flüssigen Metallphase in der Metallausbeuteregelzone zu vorherbestimmten signifikanten Niveauwerten geregelt werden, die von wenigstens drei, nachstehend noch zu beschreibenden Faktoren abhängig sind, während ein Reaktionsteilnehiner beigegeben wird, der ein verfügbares Reduktionspotential aufweist, um im wesentlichen das gesamte Oxid des gewünschten Metallelements zu reduzieren.

Die flüssige Schlackenphase fließt in einer Bahn von der Metallreinlieitsregelzone in die Metallausbeuteregelzone, wogegen die flüssige Metallphase in einer Bahn von der Metallausbeuteregelzone zur Metallreinheitsregelzone fließt. In bestimmten nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispie-

109843/11S3

len der Erfindung verlaufen die Flußbahnen der Schlacken- und Metallphasen benachbart zueinander und im gleichen Gefäß oder Ofen, wobei während des Fließens zwischen der Metallreinheit s- und der Metallausbeut&regelzone die flüssigen Schlacken- und Metallphasen,in unmittelbarem Kontakt und Gegenflußverhältnia stehen. Hierdurch wird während des Pließens zwischen diesen Zonen ein inniger Zwischenphasenkontakt und ein Intraphasenmisehen erzielt. Die metallhaltige Substanz kann entweder in der flüssigen Schlacken- oder Metallphase oder beiden hineingegeben werden.

TJm ein gewünschtes Metallelementerzeugnis nach der Erfindung zu gewinnen, das eine geringe Konzentration von bestimmten schwer zu entfernenden Verunreinigungen wie Phosphor oder Arsen aufweist, hat sich eine Behandlung mit einem reaktiven Flußmittel als wünschenswert erwiesen. In einer derartigen Flußmittelbehandlung wird ein Grundflußmittel wie Kalziumoxid oder ein Flußmittel, das dieses enthält, in der Metallreinheitsregelzone beigemengt. Um den Stand solcher Verunreinigungen darüber hinaus zu mindern, kann das flüssige Metall von der Metallreinheitsregelzone einer Verunreinigungstrennzone zugeführt werden, der ein Grundflußmittel und ein Oxidationsmittel beigegeben wird, um mit der Verunreinigung derart zu reagieren, daß sich eine Schlackenphase zur Entfernung der Verunreinigung und eine Metallphase ergibt, die einen geringen Gehalt derartiger Verunreinigungen aufweist.

1098A3/1153

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das gewünschte Metallelement und ein oxidierfähigeres Metallelement aus der metallhaltigen Substanz gewonnen werden, die die beiden Metalle in getrennten flüssigen Metallströmen aus einer Ofenanlageeinheit enthält. Dies wird dadurch erreicht, daß eine oxidierfähigere Metallgewinnungszone zur Metallreinheitsregelzone und Metallausbeuteregelzone hinzugefügt wird. Die flüssige Schlacke, die mit dem Oxid des oxidierfähigeren Metallelementes angereicnert i3t, wird von der Metallausbeuteregelzone zur oxidierfähigeren Metallgewinnungszone hingelenkt, in der ein Reduktionsmittel hineingegeben wird, um eine Metallphase des mit der Schlakkenphase in Kontakt stehenden oxidierfähigeren Metallelements zu bilden. Das so gebildete oxidierfähigere Element und der im Oxidgehalt herabgesetzte Schlackenrückstand wird in getrennten Strömen von der Gewinnungszone abgeleitet. Die Schlacke bildet eine im wesentlichen kontinuierliche Phase in einer von der Metallausbeuteregelzone zur oxidierfähigeren Metallgewinnungszone verlaufenden Bahn, wobei die Metallphase von der ersteren Zone von der Metallphase der letzteren Zone getrennt ist. Auf diese Weise können beide Metallelemente von einem einzigen Gefäß entnommen werden. In einer Ausführung des Flußsystema fließen die Schlackenphase und die Metallphase gemeinsam in die oxidierfähigere Metallgewinnungszone, und das oxidierfähigere Metallelement wird

109843/1163

- HT -

an einer Teilstrecke des abwärts fließenden Stroms entnommen. Als eine weitere Möglichkeit kann der Fluß in die das oxidierfähigere Metall betreffende Gewinnungszone mit dem oxidierfähigeren Metallelement in Gegenstrom liegen, das .an einem flußaufwärts gelegenen Teil der Zone in der Nähe der Trennung von der Metallausbeuteregelzone entnommen wird. Trennung der Metallphasen der Metallausbeuteregelzone und der das oxidierfähigere Metall betreffenden Gewinnungszone kann durch einen physikalischen Damm oder durch Einstellen der Flußrate des in die beiden Zonen einfließenden Metalls erreicht werden, so daß eine neutrale FluSzone das flüssige Metall in jeder Zone trennt.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 einen im Schnitt dargestellten Aufriß eines länglichen Ofensystems, das zur Durchführung der Erfindung geeignet ist,

Figur 2 einen Aufriß, teilweise iia Schnitt, eines geeigneten Ofensystems zur Durchführung der Erfindung,

Figur 3 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, des Gefässes zum Schmelzen der metallhaltigen Zufuhr und des Gefäßes, das äen geschmolzenen Spei-

109843/1153

21 H123

■ sestrom aufnimmt, wobei hier beide Gefäße in gegenüber der Figur 2 größeren Einzelheiten dargestellt sind,

Figur 4 einen Aufriß im Schnitt einer weiteren Ausführungsforia des für die Erfindung geeigneten Ofensystems,

Figur 5 einen Aufriß im Schnitt eines Zweitofensystems zur Behandlung der Schlacke aus einem Ofensystem, z. B. dem in Figur 2 dargestellten,

Figur 6 ein Kurvenblatt, das insbesondere auf Beispiel 1 Bezug nimmt, das typische Resultate für den Metallgehalt der Metall- und der Sohlackenphase bei bestimmten Betriebsstufen zeigt, welche bei der Durchführung der Erfindung z. 3. nach Figur 2 durchlaufen werden,

Figur 7 ein Diagramm, das das Bearbeitungsverfahren

für metallhaltige Stoffe aufzeigt, die erfindungsgemäß Eisen, Nickel und Kobalt enthalten,

Figur 8 ein Diagramm, das das Verfahren zur erfindungsgemääen Behandlung von laterithaltigen Nickelerzen darstellt und .

Figur 9 einen Aufriß im Schnitt eines länglichen Üfensystems, das geeignet ist, das gewünschte Metall element und ein oxidierfähigeres Metallelement in getrennten flüssigen Strömen zu entnehmen .

109843/1153

BAD ORIGINAL

21U123

- vt -

Nach der Erdindung wird ein Metall von hohem Reinheitsgrad und von großer Ausbeute durch die Erstellung einer Metallreinheitsregelzone und einer Metallausbeuteregelzone geschaffen, wobei die beiden Zonen über eine Flüssigmetall-Flußbahn und einer Flüssigschlacken-Flußbahn unter genauer Überwachung der chemischen Reaktionen miteinander in Verbindung stehen.

Im Verfahren nach der Erfindung wird ein Ofensystem verwendet, in dem ein in flüssiger Phase bestehender Schlackenstrom, der Oxide sowohl des gewünschten Metalls als auch des oxidierfähigeren Elements oder Elemente enthält, in einer Hauptrichtung fließt, während das flüssige Metall, das sowohl das gewünschte Metall und die oxidierfähigeren Elemente enthält, im allgemeinen in der entgegengesetzten Richtung fließt. Das gewünschte hochreine Metall wird als flüssiges Metall an einer bei oder nahe dem Ende liegenden Stelle des Ofensystems entnommen, wogegen die an dem gewünschten Metall geschwächte flüssige Oxidierschlacke an einer bei oder nahe dem gegenüberliegenden Ende liegenden Stelle des Ofensystems entnommen wird. Die Metallreinheitsregelzone wird in unmittelbarer Nähe der Entnahmestelle für flüssiges Metall und die Metallausbeuteregelzone nahe der Entnahmestelle für flüssige Schlacke aufrechterhalten.

109843/ 1 153

Das Ofensystera einschließlich der Metallreinheitsregelzone und der Metallausbeuteregelzone kann die Form eines länglichen Einzelgefäßes annehmen, in welchem die Metallreinheitsregelzone und die Metallausbeuteregelzone an gegenüberliegenden Teilbereichen dee Gefäßes liegen. Es können jedoch eine Reihe von zwei oder mehr Gefäßen durch geeignete Durchgänge miteinander verbunden sein, um das flüssige Metall u"U die flüssige Schlacke im Durchlauf von einem Gefäß zum anderen aufzunehmen.

Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß der hohe Reinheitsgrad des gewünschten Metallerzeugnissee durch Oxidieren des oder der oxidierfähigeren Elements oder Elemente erreicht wird, die von der flüssigen Metallphase in die flüssige Schlackenphase in die Metallreinheitsregelzone eintreten, um zu gewährleisten, daß in dem Metallerzeugnis ein niedriger Stand an oxidierfähigeren Elementen vorherrscht, wobei eine Oxidkonzentration des gewünschten Metalls in der Schlacke in jener Zone auf einem wesentlichen Stand erhalten wird, die wenigstens so hoch ist wie der Stand, der sich im wesentlichen mit dem gewünschten Metall, das den gewünschten Reinheitsgrad aufweist, im chemischen Gleichgewicht befindet. Vorzugsweise liegt z. B. das Gewichtsverhältnis von Oxid des gewünschten Metalls zum Gesamtgewicht der Oxide der oxidierfähigeren Elemente bei 1:3.

109843/1153

BAD ORIGINAL

21H123

Der genaue Betrag des Oxids des gewünschten Metalls, das von der Metallreinheitsregelzone abfließt» hängt von dem Betrag des oder der oxidierfähigeren Elements oder Elemente ab, die in der flüssigen Metallphase in die Metallreinheitsregelzone eintreten. Ein im allgemeinen in einer Richtung verlaufender Fluß der flüssigen Schlacke, die die Oxide sowohl des gewünschten Metalls als auch des oder der oxidierfähigeren Elements oder Elemente enthält, wird in einer Flußbahn gehalten, der von der Metallreinheitsregelzone seinen Ausgang nimmt und in der Nähe der Metallausbeuteregelzone endet und beide Zonen einschließt.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft die Steuerung oder Überwachung der Bedingung in der Metallausbeuteregelzone, so daß eine hohe Ausbeute des gewünschten Metalls erzielt wird, um den eingangs erwähnten Fluß des Oxids des gewünschten Metalls von der Metallreinheitsregelzone auszugleichen. Eine hohe Ausbeute wird dadurch erzielt, daß das Oxid des gewünschten Metalls, das in flüssiger Schlackenphase in die Metallausbeuteregelzone eintritt, in die flüssige Metallphase zurück reduziert wird, um zu gewährleisten, daß die das Ofensystem verlassende flüssige Schlacke eine hochgradige Schwächung im Oxidgehalt des gewünschten Metalls erfährt, wobei in jener Zone im flüssigen Metall Konzentrationen des oder der oxidierfähigeren Elements oder Elemen-

BADORIGINAL1098U/1153

211A123

te aufrechterhalten werden, die wenigstens so hoch liegen wie die Konzentrationen, die sich mit der Schlacke, die den erstrebten Schwächungsgrad in Bezug auf das gewünschte Metall aufweist, im chemischen Gleichgewicht befind er.. Ein

im allgemeinen in einer Richtung fließender Strom an flüssigem Metall, das sowohl das gewünschte Metall als auch Λητ, oder die oxidierfähigere«'n) Element oder Elemente enthält, wird auf einer Pur chi auf baiin gehalten, die in der Nähe dor Netallausbeuteregelzone ihren Ausgang nimmt und nahe der Metallreinheitskontrollzone endet und beide Zonen einschließ-

Die Reaktion der Oxidation in der Ketallreinheitsregel/.oiiH wird durch Einstellen der eingeführten Menge eines Reaktionsteilnehmers (hiernach als "Oxidationsmittel" bezeichnet) gesteuert, der verfügbaren Sauerstoff zum Oxidieren der oxidierfähigeren Elemente und in den !'leisten Fällen (aber r.iciit allen) eines Teils des gewünschten Metallelements enthält. Wenigstens ein Teil dieses Oxidierungsmittels v/ird in der Metallreinheitsregelzone beigemengt, wobei der Betrag derart geregelt wird, daß die darin erstrebte Schlackensusam- mensetzung erreicht wird. Ähnlich wird die Reaktion der Reduktion in der Metallausbeuteregelzone durch Einstellen der Menge des eingeführten Reaktionsteilnehmers (hiernach als "Reduktionsmittel" bezeichnet) gesteuert, der ein verfügbares Reduktionspotential zum Reduzieren des Oxids des gewünschten Metallelements und in einigen Fällen ein·-:- T-^iIs

109843/1153 BAD ORIGINAL

21U123

des oder der oxidierfähigeren Elemente odor Elemente beeitzt. Wenigstens ein Teil dieses Reduktionsmittel«! wird in der MetallauBbeuteregelzone hinzugefügt, wobei die Ilenge derart geregelt wird, daß dio darin erstrebt« Metallzusammensetzung .erreicht wird.

Daa gewünschte Metallelement mit hohem Keinheitsgrüd wird aus dem System entweder an der Metallreinheitsregelzone oder an einer Stelle in der Nähe der MetallreinheituregGlzone entnommen! wonach diesen Metall wirksamer von der gegebenenfalls vorhandenen mitgenommenen Schlacke entfernt wird. Die an Oxid dee gewünschten Metalle geschwächte Üchlakke wird aus dem System entweder an der Metallauabeutert?^elzone oder an einer nahe der MetallauBbeuteregelzono liegenden Stelle entnommen, wonach die Schlacke von dem t'<u;ubnnenfalla vorhandenen mitgenommenen Hetull auf wirksamere Weise getrennt wird.

Die Figur 1 zeigt ein Ofensyatem, dae geeignet ist, dae Verfahren nach der Erfindung durchzuführen, und beoteht aus einem länglichen Gefäß 10, daa funktionell in eine» Heihe von nicht geteilten Zonen unterteilt iat, die ulu MotalltrerinungB- oder Metallscheidozone 11, Metallroinheitarugnlaone 12, Zwitichenzone 15, MetaHauBboutero<;elzone 14 und Schlakknnsohoidezone 15 beneiohnwt werden. Die ZufilhrriJhren 1i> und 17 nind vorgesehen isum Jiinf iilirmi von vorgtinchmol ;ioni«m

1098A3/1153

COPY BAD ORIGINAL

metallhaltigem Bearbeitungsstoff in die Zonen 13 bzw. 14. Einopritzer 18 und 19 fuhren ein snueretoffhaltigea Gnn B in die Zonen 12 bzw. 13 ein. Um ein gutes Durchmischen zwischen der Metall- und Schlackenphaee zu fördern und ei-

nen guten Kontakt der Reaktionateilnehmer zu erreichen, sind die sich in das Gefiiß 10 erstreckenden Höhren 10 vorgesehen, durch die ein Edelgas oder nichtrenktives One C eingeführt wird. Als abweichende Möglichkeit zu den Hühren 20 kann sich auch eine EinBpritzröhre (nicht gezeugt) unmittelbar in den FlUaaigphaaenmetallatrom erstrecken. Die Beachickungsrühre 21 dient der Einführung eines Reduktionsmittel!·» D, ε. B. Wasserstoff oder Kohlenstoff, in die Zone 14. Eine FlußmittelspeiaungBröhre 22 ist im MetnllreinheiteregelzonenabBchnitt den Gefäßes 10 vorgesehen, um erforderlichenfalls Flußinittfll E zuzuführen. Im Gefäß ist eine Schlackenphase F gebildet, die von der Metallreinheits- regelzone zur Metallausbeutoregelzone fließt, wogegen die Metallphaae G gebildet wird, die gleichzeitig in Gegenstromrichtung fließt. Ein optiachee Pyormeter (nicht gezeigt) oder sonstige angemessene Mittel können verwendet werden, die Temperatur der flüssigen Schlackenphase zu überwachen. Die Abzugsöffnungen 23 und 24 entfernen die heißen Ga3e, dl· im Gefäß gebildet wurden, und eine Trennschranko «.'6 ver- hindert das Vermiaohen der im allgemeinen der Oxidierung dienenden Gase, die dann mit durch die erstere Öffnung aus treten, wobei die im allgemeinen der Reduktion dienenden

109843/1163

COPY BAD ORIGINAL

21U123

Gase durch die letztgenannte öffnung nach außen gelangen. Die Flüssigmetallphase G wird der Metallscheidezone 11 durch einen geeignetermaßen angebrachten und ausgebildeten Entnahmeschnabel 27 entnommen. Der oberste Teil des Schnabels weist einen ausreichend niedrigen Stand auf, so daß er einen Damm bildet, um die leichtere Schlackenphase zurückzuhalten, wobei jedoch die untere Metallphase passieren kann. Schlackenentnahmeschnabel 28 wurde demgegenüber in einer Standhöhe angeordnet, die im wesentlichen über der lietallphase liegt, so daß nur die leichtere Schlackenphase entnommen werden kann und die Metallphase hingegen im Gefäß zurückgehalten wird.

Nach einer Verfahrensweise des Ofensystems der Figur 1 wird ein metallhaltiger Betriebsstoff in zwei Teile geteilt und in das Gefäß 10 gegeben, wobei ein Teil in die Zwischenzone 13 und der andere Teil über die Beschickungsröhren 16 bzw. -17 in die Metallausbeuteregelzone gelangen. Es bilden sich eine Flüssigmetall- und Flüssigschlaekenphas.e bei der Ofentemperatur (ungefähr 1900 K), wobei erstere Phase von der Metallausbeuteregelzone zur Metallreinheitsregelzone fließt und letztere Phase gegenstromwärts dazu und in innigem Kontakt mit dieser verläuft. Sauerstoff oder sonstige Oxidationsmittel werden in die Metallreinheitsregelzone 12 durch die unter ausreichendem Druck arbeitende Einspritzröhre 18 eingeführt, um auf die Metallphase aufzutreffen

109843/1153

211412a

und die öxidierfähigeren Elemente und einen Teil des gewünschten Metallelements in der Schlackenphase zu oxidieren. Darüber hinaus wird Sauerstoff durch die Einspritzröhre 19, neben der metallhaltigen Zufuhr, auch in die Zwischenzone 13 eingeführt, wenn es erwünscht ist, eine Zufuhr zu trennen, die aus gemischtem Metallbetriebsstoff wie einer Legierung besteht, da Sauerstoff an diesem Ort zur Bildung einer kontinuierlichen Schlackenphase in der Zwischerizone beiträgt und ein nochmaliges Umlaufen des Oxids des gewünschten Metalls.auf ein Mindestmaß einschränkt. Es wird ein Reduktionsmittel durch die Röhre 21 in die Metallausbeuteregelzone 14 gegeben, um das in Oxidform auftretende gewünschte Metall in der Schlacke in die Metallphase zu reduzieren. Die an gewünschtem Metallelement geschwächte Schlacke wird durch den Schnabel 28 entnommen, nachdem'sie durch die Schlakkenscheidezone 15 hindurchgelaufen ist, in der im allgemeinen ein Ruhezustand vorherrscht, um eine eindeutige Grenzfläche oder Zwischenschicht zwischen der Flüssigmetall- und Schlackenphase zu bilden, so daß Metalltropfen in der Schlakkenphase nicht mitgenommen werden. Das gewünschte Metallerzeugnis durchläuft gleichermaßen die Ruhezone (Metallscheidezone 11), bevor es durch den Schnabel 27 abgeführt wird.

Verschiedene Teilabschnitte des länglichen Ofensystems nach Figur 1 können erforderlichenfalls zusätzlich durch Lichtbogen oder Induktionsheizung angeheizt werden. Die Abschnit-

109843/1153

te des Langofens, die am ehesten eine zusätzliche elektrische Beheizung erforderlich machen, sind die Teile, die sich in oder nahe der Metallausbeuteregelzone befinden, wo im allgemeinen die Heduktionsbedindungen die Reaktionen endothermisch werden lassen.

Die Figuren 2 und 3 zeigen ein weiteres Ofensystem, in dem für die Zonen 11, 12, 13, 14 und 1? getrennte Gefäße verwendet werden. Hier sind die Beschickungsmittel für den metallhaltigen Betriebsstoff im einzelnen dargelegt. In dieser Anlage wird der Betriebsstoff in einem Schmelzgefäß 30 vorgeschmolzen, das eine Schutzschale 31, die aus wassergekühlten Wänden gebildet ist, wie dies im allgemeinen die Figur 3 zeigt, und eine drei Verzweigungen aufweisende Beschickungsröhre 32 besitzt, der ein sauerstoffhaltiges Gas H wie Naturgas zugeführt wird, wobei sich die beiden Gase miteinander verbinden, um ein Brenngemisch zum Anheizen des Gefäßinhaltes zu bilden. Weitere (nicht gezeigte) Beheizungsmittel wie Lichtbogen- oder Induktionsbeheizung können erforderlichenfalls in Anwendung gebracht werden. Die im Gefäß -30 erzeugten Heißgase können in ein Dampf- oder ein Stoffteilchen einfangendes Rückgewinnungssystem 33 überführt werden, um dann durch die Rohre 34 auszutreten. Der Gasstrom wird durch geeignete (nicht gezeigte) Mittel gekühlt und tritt durch die Leitung 36 nach aui3en. Das Gefäb 30 weist «inen Metal]austrittsschnabel 37 (in Figur ? nicht dargestellt';

10984 3/1163

BAD ORtGWAL

21U123

und eine Schlackenaustrittsleitung 38 zur Entnahme der von der vorherrschenden Schlackenphase getrennten Metallphase auf. Der Schnabel 37 wird nur dann in Gebrauch genommen, wenn vor der, Einführung in das Ofensystem durch .die Leitung 38 eine partielle Reduktion der Zufuhr im Gefäß besteht. Die reduzierende Atmosphäre innerhalb des Öchmelzgefäf3es 30 kann durch Einstellen des darin auftretenden Partialdruckverhältnisses von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid (P_n.,, /Ρ_ΠΑ) gesteuert werden, was' später noch zu erläutern ist.

Das Gefäß 39, das die Zwischenzone 13 des Of ens;/st ems enthält, wird vom Gefäß 30 durch die Leitung 38 mit Schlacke als metallhaltigem Betriebsstoff beschickt. Die Phasen der flüssigen Schlacke und des Metalls bilden sich in zwei Schichten aus, die im Gefäß miteinander in innigem Kontakt stehen. Das Einlaßrohr 40 dient der Einführung eines sauerstoffhaltigen Gases B, eines nicht reaktiven Gases C, um ein ausreichendes Vermischen der Schlacken- mit der Metallphase zu erreichen, und eines Brennstoffgases H, um eine Verbrenn^ngshitze abzugeben, so daß der Gefäßinhalt in flüssigem Zustand (1900° K) gehalten wird. Das Gefäß 39 weist die Leitungen 41 bzw. 42 auf, die zum Einlassen bzw. zum Austreten der flüssigen Schlacke dienen. Gleichermaiien dienen die Leitungen 44 bzw. 43 dem Einlassen bzw. dem Austreten des flüssigen Metalls, wobei durch die Austrittsöffnung 46 die üb-

109843/1153 bad original

gase ausströmen können. Es kann durch Wasserkühlung der Gefäßwände eine (nicht gezeigte) Schutzachale vorgesehen werden. Die Abtastelemente 47 in der Leitung 46 bieten ein Verfahren zum Überwachen der Temperatur und der Zusammensetzung der ausströmenden Gase; diese Information kann zur Steuerung der Zuführrnengenverhältnisse der Gase B und H verwendet werden. Der Gesamtfluß dieser Gase wird zum .Regeln der Wärmezuführung in das Gefäß verwendet. Zusätzliche Wärmezuführung kann erforderlichenfalls durch Lichtbogen- oder Induktionsbeheizung erreicht werden. Die Temperatur der flüssigen Schlackenphase kann als eine Messung dieser Eingabe durch das Abtastelement 48, vorzugsweise ein optisches Pyrometer, überwacht werden, das innerhalb einer Visierröhre angebracht ist. Ahnliche Abtastelemente, die dem gleichen Zweck dienen, sind für jedes Gefäß im Ofensystem und für das SchmelzgefäU vorgesehen. Weitere Äbtastelemente können (nicht gezeigte) Gassonden in der Nähe der Flüssigphasen oder feste elektrolytische Zellensonden sein, die zur Messung der Sauerstoffaktivität in einer Flüssigphase dienen.

Die im Gefäß 39 gebildete Flüssigschlackenphase wird durch die Leitung 42 in das Gefäß 51 geleitet, das die Metallausbeuteregelzone 14 enthält, in der unter allgemeinen Reduktionsbedingungen das gewünschte Metall der Schlackenphase in die flüuaige Metallpkaee hinüber gewonnen wird und durch

1 0 9 8 4 3 / 1 1 S 3

BAD ORIGINAL

21U123

die Leitung 44 in das Gefäß 39 einströmt. Das Gefäß 51 weist eine Einlaßöffnung 52 auf, durch die das Reduktionsmittel D, z. B. Kohlenstoff, in ausreichender Menge eintritt, um den erforderlichen Betrag an Oxid des oxidierfähigeren Elements in die Flüssiginetallphase und das Hestoxid des auszubeutenden gewünschten Elements zu reduzieren. Zusätzlich ist ein Rohr 53 vorgesehen, um ein sauerstoffhaltiges Gas B, Brennstoffgas H und ein nicht reaktives Gas G einzuführen. Das Heiz- oder Brennstoffgas und das sauerstoffhaltige Gas dienen dazu, die Temperatur im Gefäß auf einem ausreichenden Stand (1900° K) zu halten. Erforderlichenfalls können auch noch zusätzliche Beheizungsmittel wie Lichtbogen- oder Induktionabeheizung für das Gefäß in Anwendung gebracht werden. Das nichtreaktive Gas versetzt die beiden flüssigen Phasen in heftige Bewegung, un bo eine gleichförmige Dispersion von Kohlenstoff in der gesamten Schlackenphase zu erreichen, die Reaktion mit den Kohlenstoff zu fördern und die durch die Austrittsöffnung 54 ausströmenien Gase bei der gewünschten Reduktionsatmosphäre zu halten. Abtastvorrichtungen 48 und 47 der erwähnten Bauweise können vorgesehen werden, um die Temperatur und die Reduktionsbeschaffenheit der ausströmenden Gase in der Austrittsöffnung 54 zu messen und auf eine derartige Analyse hin den Betrag an Kohlenstoff oder sonstiger durch die Eingangsöffnung 5^ eingeführter Reduktionsmittel ;:u regeln.

109843/1.1 S3 SAD OBlGiNAl

- Vr-

Dae TrenngefäQ 56 enthält die Sohlackenscheidezone 15, die von der Leitung 55 mit flüssiger 3chlaoke beliefert wird und das flüssige Metall in der entgegengesetzten Richtung durch die Leitung 58 zurückführt. Ira Gefäß herrschen annähernde Ruhezustände, um es möglich zu machen, daß einige aus flüssigem Metall bestehende Tropfen, die eich im Gefäß 51 noch nicht vollständig aus der bewegten Schlaokenphas« abgesetzt haben, sich dennoch absetzen können. Das Gefäß 56 besitzt e-<ne Leitung 55 zur Einführung der Schlacke von dem Gefäß 51, einen Schlackenaustritteechnabel 57, eine RUckführleitung 5Θ für flüssiges Metall, einen Brenner 59 zur Einführung von sauerstoffhaltigem Gas B und Heizgas H, eine Austrittsöffnung 60 zur Entfernung der neißen Gasu, und die Abtastelemente 48 und 47 zur Bestimmung der Temperatur und der Gaazusammerisetzung. Der Brenner 59i der in einer ausreichenden Entfernung über der Oberfläche der flüssigen Schlackenachicht zwecke Vermeidung von Wirbelbildunß angeordnet ist, liefert einen Teil der erforderlichen Wärme und der im Gefäß 56 gewünschten Atmosphäre. Es kann ein Induktionsheizer, der so beschaffen ist, die (nicht gezeigte) Umlaufbewegung auf ein Mindestmaß zu beschränken, zum Anheizen der flüssigen Metallphase verwendet werden, um im Gefäß die gewünschte Temperatur von 1900° K aufrechtzuerhalten. Eb ist offensichtlich, daß der obere Stand der Schlackenschicht im Gefäß 56 durch die Höhe der Überlaufstelle des

109843/1 1B3

COPY BAD ORIGINAL

SchlackenentnahmcDchnabelB 57 geregelt wird.

Das Gefäß befindet «ich auf der anderen Seite des gefäßes 39 und weist die Metallreinheitsregelzone 12 auf. Das Gefä3 wird durch die Leitung 43 -alt flüssigem Metall gespeist und führt die flüssig Schlacke durch die Leitung 41 in die entgegengesetzte Richtung ab. Das Gefäß 63 beoitzi. eine Speiseröhre 64 zur Einführung des Flußmittels E, den Einspritzer 66 für die Zuführung von sauerstoffhaltig Gus B, einem Heizgas H und einem die heftige Bewegung fördernden reaktionärem Gas C, und eine AustrittsHffnung 67 für Abgase. Das Heizgas und der Sauerstoff dienen gemeinsam der Anheizung des Gefäßes auf die gewünschte Temperatur (in der Größenordnung von 1900° K) und gleichermaßen der Steuerung der üxidationsbedingungen. Es kann erforderlichenfalls zur zusätzlichen Beheizung noch eine Induktionuheizung betrieben werden. Falls dies notwendig ist, kann «in reaktionsloses Gas beigegeben werden, um dem Sauerntoff eine ausreichende Geschwindigkeit zu verleihen, so da« es di : Schlaokenphase durchdringen und unmittelbar auf oder in die Metallphaee auftreffen kann, so daß der gewünschte Grad an Oxidation erzielt wird. Das Flußmittel E wird «ur Verflüssigung der Schlackenphase, falls erforderlich, «ußefllhrt. DarUber hinaue kann dae Gefäß 63 mit Abtastern 47 und 4» versehen werden, die nach der bereits beschriebenen Art ar-

109843/1153

COPY

■Μ

BAD ORIGINAL

21U123

beiten.

Das die Metallscheidezone 11 enthaltende Gefäß 68 wird von der Metallreinheitsregelzone 12 durch die Metallentnahmeleitung 69 mit flüssigem Metall gespeist und die flüssige Schlacke wird durch die Schlackenumlaufleitung 70 zurückgeführt. Die Metallscheidezone 11 wird bei Kuhezustand gehalten, wie die Schlackenscheidezone 15, um das Metall aus der Schlacke, die in der Flüssigmetallphase mitgerissen wurde, abzuscheiden, wobei die Schlacke dann dem Gefäß 63 neu zugeführt wird. Das Gefäß 68 besitzt einen Brenner 71, eine Austrittsöffnung 72 für Abgase, einen Metallentnahmeschnabel 73 und die Abtastelemente 47 und 48. Der Brenner 71 liefert die gewünschte Atmosphäre und die zur Erhaltung des Gefäßinhalts in flüssiger Form erforderliche Wärme (1900° K). Induktionsbeheizung kann als zusätzliche Beheizungsquelle herangezogen werden. Der obere Stand der Schlackenschicht innerhalb des Gefäßes 68 ist durch die Höhe des Entnahmeschnabels 73 gegeben.

In der Figur 2 ist das Zwischengefäß vom Gefäß 51 und 63 getrennt dargestellt, um anzuzeigen, daß weitere Zwischenbehälter der gleichen Bauweise wie Gefäß 39 dazwischen angeordnet oder eingeschoben werden können, um erforderlichenfalls mehr als die drei eingezeichneten Stufen (Metallrein-

'109843/1153

21U123

— -3? —

JtI

heitsregelzone, Zwischenzone und Metallausbeuteregelzone) aufzunehmen. Sollten aus nachher noch zu klärenden Gründen fünf Stufen erforderlich sein, so kann ein zusätzliches Gefäß auf jeder Seite des Gefäßes 39 angeordnet werden. Mit zunehmender Schwierigkeit, dns gewünschte Metall von dem oxidierfähigeren Element zu trennen, werden derartige Zusatzstufen verwendet.

Die Figur 4 zeigt ein dem in den Figuren 2 und 3 ähnliches? Ofensystem, das für das metallhaltige Betriebsmaterial nur zwei Stufen benötigt, so daß das Gefäß für die Zwiscfienzone entfällt. Es werden für gleiche Bauteile gleiche itesugszeichen verwendet, d. h. für die Metallscheidezone 11, Metallreinheitsregelzone 12, Metallausbeuteregelzone 14 und Schlackenseheidezone 15. Das metallhaltige Material λ wird zusammen mit dem Reduktionsmittel D durch die Einlaßöffnung 52 a in das Gefäß hineingegeben, wobei die Einlaßöffnung 52 a im Vergleich zur Einlaßöffnung 52 der Figur ? vergrößert ist, da letztere nur dazu dient, das Reduktionsmittel einzuführen.

Die Figur 5 zeigt ein Zweitofensystem einschließlich einer sekundären Metallausbeutezone 74 zur Reduktion und einer metallphasenförmigen Gewinnung des oxidierfähigeren Iletallelements, das in der Schlackenphase vom "Erst-" oder "Haupt-"

10 9 8 4 3/1153

BAD ORIGINAL

21U123

Ji

ofensystem nach den Figuren 1 und.2 oder Figur 4 entnommen wurde. Das die Zone 74 aufweisende Gefäß 77 wird durch die Leitung 76 mit der aus der Schlackenecheidezone 15 (nach den Figuren 2 oder 4) entnommenen Schlacke beschickt. Das Gefäß 77 weist ein zur Beschickung des Reduktionsmittels bestimmtes Rohr 78, einen Brenner 79 (zum Einführen des sauerstoffhaltigen Gases B, des Heizgases H und des reaktionslosen Gases 0), eine Austrittsöffnung 80 für Abgase und die Abtastelemente 47 und 48 auf. Die durch den Brenner 79 eingeführten Gase tragen dazu bei, innerhalb des Gefässes die gewünschte Temperatur von 1900° K zu halten und ein Vermischen der beiden darin befindlichen flüssigen Pha-

sen zu fördern, um dadurch das Reduktionsmittel (z. B. Kohlenstoff) durch die gesamte Schlackenphase hindurch zu zerstreuen oder dispergieren. Durch den Kohlenstoff wird somit die Reduktion der Schlacke beschleunigt» Diese Reaktion kann durch Einstellen des Anteilsverhältnisses P_Cq /Pqq gesteuert werden, was hiernach noch beschrieben wird. Da der ReduktionsVorgang endothermisch verläuft, kann die erforderliche Wärmemenge durch (nicht gezeigte) Beheizungsmittel wie Lichtbogen- oder Induktionsbeheizung der Flüssig- und Metallphasen geliefert werden.

Die in Verbindung mit Figur 2 beschriebene Art der Metallscheidezone 11 und der Schlackenscheidezone 15 dient der

1098A3/1153

21U123

Trennung der Schlackentropfen aua dem flüssigen Metall bzw. d,er reduzierten Metalltropfen aus der Schlaokenphase. Gleiche Teile der Scheidezonen der Figuren 2 und 5 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die sekundäre Flüssigmetallphase durchläuft die Metallentnahmeleitung 69 und gelangt in das Gefäß 68, das die Metallscheidezone enthält, von der das sekundäre Metallprodukt am Schnabel 73 entnommen und die darin befindliche dchlacke über die Schlackenrückführleitung 70 an das Gefäß 77 zurückgegeben wird. Ähnlich fließt die Schlacke vom Gefäß 77 durch die Leitung 55 in das Gefäß 56» das die Schlackenscheidezone 15 enthält, aus der durch den Schnabel 57 die Schlacke entnommen und das flüssige· Metall über die Rückführleitung 58 an das Gefäß 77 zurückgegeben wird.

In der Pigur 9 wird ein Ofensystem gezeigt, das mit einem metallhaltigen Betriebsstoff beschickt werden kann, das ein gewünschtes Metallelement und ein oxidierfähigeres Element metallischer Beschaffenheit zum Abtrennen und Gewinnen der Elemente in getrennten Metallströmen enthält. Die Ausscheidung und Gewinnung findet in dem Ofensystem nach Figur 9 in einem Binzelgefäß statt, das eine Metallscheidezcme 11, eine Reinheitsregelzone 12 für das gewünschte Metall, eine Zwischenzone 13» eine Ausbeuteregelzone 14 für das gewünschte Metall und eine Schlackenscheidezone 15 enthält, wobei

109843/1153

die Anordnung und Betriebsweise dieser Zonen im allgemeinen der in Bezug auf Gefäß 10 der Figur 1 beschriebenen Art entsprechen und auch gleiche Bauteile' mit gleichen Bezugszeichen in Figur 9 gekennzeichnet sinS» Das Oxid des oxidierfähigeren Metallelements wird in einer oxidierfähigeren Metallgewinnungszone 82 zur Metallphase reduziert und dann nach dem Durchfließen durch die Abklar- oder Setzzone 83 gewonnen, die in Ruhezustand gehalten wird.

Das üfensystem der Figur 9 ist in einem länglichen Gefäß oder Behälter 84 enthalten,· das oder der einen Damm oder eine Trennwand 86 zwischen der Schlackenscheidezone 15 und der oxidierfähigeren Gewinnungszone 82 aufweist, und zwar in einer Höhe, die geringfügig über der Oberseite der Hetallphase, um ihr Fließen zwischen den Zonen zu verhindern, und dennoch in einer wesentlich unter der Oberseite der Schlackenphase liegt, so daß die Schlackenphase vorbeifließen ka.nn. Das Gefäß 84 ist darüber hinaus noch mit Speiserohren 87 zur Beschickung eines Reduktionsmittels wie Kohlen- oder Wasserstoff, mit einem an bestimmten Stellen in der Zone 82 angeordneten Brenner 88 zur Zuführung des Heizgases, des Sauerstoffes und eines reaktionslosen Gases zur Streuung des Reduktionsmittels und Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur (1900 K) in der Gewinnungszone 82 an oxidierfähigeres Metall, und einer Austrittsöffnung 85

109843/11S3

21U123

_ 34 -

zum Entfernen der Abgase ausgerüstet. Durch den Brenner 88 kann ein reaktionsloaes Gas oder Edelgas zugeführt werden, so daß der Einhalt in der Zone 82 heftig bewegt wird, um die Reaktion zwischen den Phasen zu fördern und das Keduktionsmittel zu dispergieren. Das hiernach noch zu.beschreibende Verhältnis V„q /¹TJO ^{ist in der Zone 82} wesentlich niedriger als in Zone 14 und deshalb ist zum Trennen der Gase eine Gastrennwand 89 zwischen den beiden sich in den oberen Teil der Schlackenphase erstreckenden Zonen vorgesehen* Die Schlacken- und Metallphasen rechts der Trennwand 86 in Figur 9 fließen gemeinsam in inniger Berührung durch die Setzzone 83 bis zu dem Schnabel 90 zur Entnahme der oberen Schlacke bzw.. dem Schnabel 91 zur Entnahme des unteren Metalls, und können gleichzeitig in getrennten Strömen ausgeschieden werden.

In der in Figur 9 beschriebenen Betriebsweise ist der Verfahrensablauf links vom Damm 86 im wesentlichen gleich demjenigen, der im gleichen Teil der Figur 1 stattfindet, und somit ist die über den Damm fließende Schlacke von der gleichen Art wie die durch den Schnabel 28 der Figur 1 ausgeschiedene Schlacke (d. h. geschwächt an gewünschtem Metall und reich an Oxid des oxidierfähigeren Metalls). Die Strömungsbahn und die Behandlungsweise der Metallphase links des Dammes 86 ist mit denen der Figur 1 identisch. Die in

109843/1153

21U123

sz

die Zone 82 einfließende Schlacke 82 wird reduziert, indem das P_flQ /^GO "" ^^ernältnis im wesentlichen unter dem zwischen dem oxidierfähigeren Metallelement und dessen Oxid bestehenden Gleichgewichtswe.rt gehalten wird, was in der Tabelle I für allgemeine Metall/Metalloxidsysteme bei 1900° K aufgezeichnet ist. Jedoch sollte das Verhältnis nicht über ein die vernünftige Ausbeute übersteigendes Maß hinaus gesenkt werden, da bei abnehmendem Wert auch mehr Verunreinigungen in die Metallphase reduziert werden und so die Reinheit des Metallerzeugnisses senken. Indem die Schlacke zum Schnabel 90 hin fließt, wird die Menge des oxidierfähigeren Metalls,'das in der Metallphase fließt, erhöht, wobei eine entsprechende Abschwächung der Schlackenphase eintritt. Nach Erreichen der gewünschten Reduktionsetufe durchlaufen die Metall- und Schlackenphasen die Scheidezone 83, in der Ruhezustandbedingungen herrschen, um eine eindeutige Trennung der Phasen zu schaffen. Dann wird die an dem Oxid des oxidierfähigeren Metallelements geschwächte Schlackenphase vom oberen Schnabel 90 ausgeschieden, während die Metallphase von hohem Reinheitsgrad und hoher Ausbeute durch den unteren Schnabel 91 austritt.

Das Ofensystem der Figur 9 kann durch Weglassen des Damms 86 verändert werden, nachdem die eingangs erwähnten Flußbahnen und eine Zone erstellt wurden, in der es im weeent-

109843/1153

21U123

- S3 SB

lichen in beiderlei Richtung in der Nähe der Dammstelle der Figur 9 keinen reinen Metallfluß gibt, um einen Eraatz-•!Flüssigkeitsdamm" zu bilden« Dieser Flüssigkeitsdamm muß sorgfältig gesteuert werden, um zu verhindern, daß" er sich nicht mit entsprechender Veränderung der gewünschten Reaktionsbedingungen in den Randzonen nach rechts oder links verschiebt. Eine Verfahrensweise, den Flüasigkeitsdamm in fester Stellung zu halten, besteht darin, einen Flußrichtungsanzeiger in der gewünschten Zone anzuordnen, der die Daten an Mittel überträgt, durch die notwendigenfalls die Betriebsbedingungen geregelt werden.

Das gewünschte Metalleleiaent und das oxidierfähigere Metallelement kann in reinen Metallströmen in einem anderen länglichen Ofensystem gewonnen werden, das dem in Figur 9 gezeigten ähnlich ist und entweder einen körperlichen Damm oder einen Flüssigkeitsdamm bei einer etwas unterschiedlichen Betriebsweise aufweist. Die Hauptveränderung besteht darin, daß das oxidierfähigere Element durch den Schnabel in der Nähe oder unmittelbar rechts vom Damm aus dem Gefäß abgezogen wird. Demzufolge fließen die Metall- und Schlakkenphaee ijn Gegenstrora zueinander in der oxidierfähigeren Metallgewinnungβzone 82 und der Scheidungszone 83. Der Reinheitsgrad Und der Gewinn an dem erstellten oxidierfähigeren Metall kann in dem Abschnitt des Ofens rechts vom Damm

1 0 9 3 A

JH

auf ähnliche Weise genauer gesteuert werden wie die Steuerung des Reinheitsgrades und des Gewinns des links vom Damm erzeugten gewünschten Metalls. Das Verhältnis P«q /?ηη weist nämlich auf den rechten Abschnitten der Zonen 82 und 83 eine geringe Reduktionsatmosphäre auf und nimmt allmählich in der Nähe des genau rechts oder nahe am Damm gelegenen EntnahmeSchnabels für' oxidierfähigeres Metall an Oxidationsatmosphäre oder erhöhten Mengenanteil zu.

Es ist selbstverständlich, daß das besprochene System zur Absonderung oder'Scheidung und Wiedergewinnung zweier Metalle auch verwendet werden kann, drei oder mehr Metalle wiederzugewinnen, indem swei oder mehr unterschiedliche Metallentnahmestellen und einer oder mehrere körperliche oder Flüssigkeitsdämme rechts vom Hauptdamm in dem in Figur 9 gezeigten Ofensystem verwendet werden, wobei entweder die Schlacken- und Metallphasen in gleicher Stromrichtung oder im Gegenstrom fließen und die Oxidations-Reduktionsbedingungen genau abgestimmt werden. Es wird z. B. im Gegenstromsystem an allen Abschnitten eines länglichen Gefäßes, das zwei Dämme aufweist und von einem Betriebsstoff gespeist wird, der Ni, Fe und Co enthält, am weitesten links das gewünschte Element Nickel, am weitesten rechts das gewünschte Element Eisen und dazwischen eine Ni-Co-Fe-Legierung gewonnen.

109843/1153

JS

Der metallhaltige Betriebsstoff der Erfindung besteht aus Erzen» Konzentraten, Legierungen und daraus geschaffenen Zusammensetzungen, die ein gewünschtes Metallelement und ein oxidierfähigeres Element enthalten. Typische Beispiele für die im Verfahren mit guten Ergebnissen verwendbaren Erze sind die oxid- und siliziumnickelhaltigen Erze wie Laterite und Garnierite, oxidhaltige Kupfererze wie Kuprit, oxidhaltige Eisen enthaltende Erze wie Hematit, Limonit, Eisenmangan und Eisenchromerze, und schwefelhaltige Erze wie Kupfer- und Nickelsulfiderze, welche oxidiert werden, um Schwefel auszuscheiden, und in Oxide umgewandelt werden. Die für das Verfahren geeigneten Konzentrate bestehen aus den oben erwähnten Erzen oder z. B, die sich aus der Eisenveredelung ergebenden metallurgischen Schlacken, die ein gewünschtes Metall in der Form eines Oxids enthalten. Unter die Legierungen, aus denen wenigstens ein Metall ausgeschieden und gewonnen werden soll, fallen die Eisen-Nickel-Legierungen, die Chromeisen-rLegierungen, Eisenmangan, Zusammensetzungen aus Eisen mit Kupfer, Eisenschrott und.Legierungen aus Kupfer und Nickel.

Die Verunreinigungen und Zusammensetzungen, die hier als Besohickungsmaterial und Erzeugnisse angegeben sind, basieren auf Werten, bei denen die Fremdelemente oder Verunreinigungen nicht eigens in Prozenten angegeben sind. Die Pro-

109843/1153

21U123

J6

zentangaben der Tabelle III sind ζ. B. ohne Fluß- oder Gangmittel oder sonatige nicht besonders in der Tabelle aufgeführte Bestandteile gemacht. Dies gilt auch in Bezug auf die hierin angeführten Beispiele und den Verhältnisangaben der Bekanntmachung.

Im allgemeinen beziehen sich die-oben erwähnten Verhältnis-" angaben von P-q /Pq₀, die in den verschiedenen Teilen des Ofensysteras aufrechterhalten werden sollten, auf eine Heduzierbarkeitreihe, die aus freien Energiewerten berechnet ist, welche die relative Oxidbeständigkeit widerspiegeln. Diese Werte werden als ein Maß der Oxidations-Reduktionsbedindungen verwendet, die aan in den flüssigen Metall- und Schlackenphasen anzutreffen wünscht und die Reinheit und Gewinnung des Endproduktes steuern. Die Tabelle"I zeigt die Gleichgewichtswerte der OxidWirksamkeit - die üblicherweise in der physikalischen Chemie mit dem Symbol a_n aus-

^U2

gedrückt wird - für gleichzeitig bestehendes Metall-Metalloxid bei 1900° K. Dit Tätigkeit des Sauerstoffs steht wie- '

der in Bezug zu den Verhältnissen P₁T n/Pu und P_no

ilpU ilo OUp UU

Die letzten beiden Ausdrücke stellen das Verhältnis des Teildrucks der Gase dar, die mit der Metall-Metalloxid-Zusammensetzung in Gleichgewicht stehen könnten, wenn Kohlenstoff oder Wasserstoff in ausreichenden Mengen vorhanden sind.

109843/1153

COPY

21H123

3?

Tabelle I

■Gleichgewichtawerte für gleichzeitig bestehendes

Metall-Metalloxid bei 1900⁰K

ρ_{π n} p_no Redusier-

ⁿ2^u Anteil ^υυ2 Anteil barkeits-

Systeme p_n (atm) = a_n faktor

Uo Uo pTT Ppn MO¹JII

Ag-Ag2O	1	.9	X	X	1O+5	2.5	X	X	1O+6	760,000 4,	3 I β,000
Cu-Cu2O	1	.8	X	ΙΟ"2	7.6	X	X	1O+2	235	1,335
Pb-PbO	• 1	.8	X	ΙΟ"2	7.5	X		1O+2	230	1,307
Sb-Sb2O3							X		21	119
Ni-NiO	1		X	ΙΟ"4	5.8	X	X	1O+1	17.8	101
Zn-ZnO								10(Zn bei 1 atm)	57
Sn-SnO								6.2	35
Co-CoO	4	.2 .	X	ΙΟ"6	1.15	1O+1	3.55	?ύ
?β-?βθ(	1		X	ίο-8	5.7	ΙΟ"1	0.176	1
Or-Cr2O3							0.002	0.0113
Mn-MnO	9	.9	X	ΙΟ"14	1.8	ΙΟ"3	Ο.ΟΟΟ57	U.0032
Si-SiO2	1	.75	ΙΟ'15	2.3	10-*	0.00007	O.OOO4

109343/115

Der hier verwendete Ausdruck a_n betrifft die Wirksamkeit

°2

von Sauerstoff in einem System, das ein oder mehrere Metalloxide oder Metalle aufweist, die gelösten Sauerstoff enthalten, oder ,beides und mit der vorherrschenden Geaamtatraosphärs in Gleichgewicht sind. Gebräuchlicherweise wird der Ausdruck a_n definiert als a_n = P_n /P_n °, wobei P_n der Teildruck von Sauerstoff im System und P_n ° der Teil-

² druck von O₀ im· Normalzustand ist. P_n im Normalzustand wird üblicherweise als eine Atmosphäre angenommen und bedeutet hier a_n = P_n /l = P_n . Es kann gezeigt werden, daß das Gleichgewicht P_n und die Gleichgewichtsvsrhältnisse

O und P_{H q}/?_k für ein gleichzeitiges bestehendes Metall-Metalloxid miteinander mathematisch verwandt sind und somit alle brauchbar und bequem zur Wiedergabe der Reduzierbarkeit eines Metalloxids sind. ·

Die in der Tabelle I verwandten Warte für a_Q und P^₀ q₀ und P_{H 0}/P_H betreffen das Gleichgewicht bei 1900⁰K zwischen einigen reinen Metallen und ihran Oxiden, und bieten alle eine gebräuchliche Handhabe zum Vergleichen der Heduzierbarkeit dieser Oxide miteinander, d. h., daß z. B. Ag₂O leichter zu reduzieren ist ala Gu₂O, das seinerseits wiederum leichter zu reduzieren ist als NiO usw. Bei Bestehen eines Unterschiedes in der Reduzierbarkeit zweier Metalloxide folgt, daü das flüssige Metall der von beiden mit grö-

109843/1153

COPY

21U123

33

Berer Schwierigkeit reduzierteren Metalloxiden (untere a_Q )

ein Reduktionapotential für das Oxid des anderen Metalls besitzt. Umgekehrt gilt, daß das reduzierbarere Oxid (obere

a_n ) für daa weniger reduzierbare (d. h. da3 oxidierfähige-O₂ .

re) als Oxidationsmittel verwendet werden kann. Bequeralichkeitahalber wird der hiernach! mit "RF" benannte Reduzierbarkeitsfaktor dadurch errechnet, daß P_co /Pq₀ oder (r_Q ) ' '" oder T-U _Λ/Ρττ des Systems durch den entsprechenden Wert

JtIp U Hp

'für das Fe-FeO-System geteilt wird. In dieser Berechnung wird der "RF" für Fe-FeO willkürlich zu 1. Definitionsgetnäß wurden die Werte für "RF" in der Tabelle I wie folgt bestimmt:

System

(p_co /p_co)'Fe-FeO-Syatem ( (p₀ ) System ) 1/2

Xp_n ) Fe-FeO-System - ' °2 )

(p_H q/Pjj ) Fe-FeO-System

Unter dem Ausdruck "reines Metall" ist hiernach ein Metall zu verstehen, das in üezug auf die Elemente als rein gilt,

109843/1153

21U123 HO

die nicht gelösten Sauerstoff darstellen. Obgleich das gewünschte Metallerzeugnis nach der Erfindung einen beträchtlichen Betrag an gelöstem Sauerstoff enthalten kann, ist es möglich, diesen gelösten Sauerstoff vom gewünschten Metall vor der Verfestigung durch herkömmliche Deoxidationsverfahren oder durch eines der vor kurzem entwickelten Gas-Deoxidationsverfahren zu entfernen.

Die Verwendung von Teildrücken der verschiedenen Gase als Maß der Reduzierbarkeit von Metalloxiden bedeutet nicht notwendigerweise, daß die die Gasphase bedingenden Reaktionen nicht immer erforderlich sind, um die Metalle und Oxide im System miteinander ins Gleichgewicht zu bringen. Die betroffenen endgültigen Reaktionen sind eigentlich ein Austauschen von Atomen und Elektronen zwischen den Stoffen. Die Richtung eines derartigen Austausches kann aus freien Energiewerten vorhergesagt werden. Wenn Sauerstoff zur Oxidation oder Kohlen- oder Wasserstoff zur Reduktion beigegeben werden, werden notwendigerweise die die Gasphase bedingenden Reaktionen durchgeführt. Die Produkte derartiger Reaktionen können darüber hinaus miteinander reagieren, um zur Förderung der Gleichgewichtebedingungen beizutragen.

Es können bei der Klassifizierung der Metallelemente die Beständigkeit der Verbindungen, die nicht Oxide sind, und

109843/ 1153

HA

die Gleichgewiohteverhältnisse unter diesen Verbindungen und die daraus abgeleiteten Metalle in Betracht gezogen werden, z. B. Sulfide oder Chloride. Die Daten der Dissoziationsdrücke für die gleichen Elemente in den verschiedenen Verbindungsgruppen werden nicht immer in derselben Größenordnung liegen.

Da die eigentlichen Rea*.uAonen des erfindungsgemäßen Verfahrens den Austausch von Sauerstoffatomen zwischen den Elementen bedingen, ist es durchführbar, a^ - oder ?_Qq /Pq₀" oder HP-Werte als unmittelbares Maß der Reduzierbarkeit der verschiedenen Oxide zu verwtnden. In der nachfolgenden Besprechung wurde HP als geeignetes Maß der Reduzierbarkeit gewählt *

Aus der Tabelle I geht hervor, daß je größer der RF für das Oxid ist, desto leichter kann es reduziert werden. Wo

die Reduzierbarkeitsfaktoren für zwei Oxide annähernd die gleiche Zahl haben, hat es sich erwiesen, daß unter Verwendung ,bekannter Verfahren die Oxide nur sehr schwierig durchgehend fraktioniert werden können. Es war bisher mit den bekannten Verfahren sehr schwierig, z. B. Nickel und Kobalt zu trenner}, deren Reduzierbarkeitsfaktoren ziemlich beiein-

ander liefen. Wo jedoch der Reduzierbarkeitsfaktor für zwei Oxide siöh weitgehendst unterscheidet, z. B. für Eisen und

109843/1153

^Hl 21H123

Silizium, besteht keine große Schwierigkeit» die beiden Metalle zu trennen.

Da das gewünschte Element das Element in dem metallhaltigen Betriebsstoff ist, das die geringste Oxidierbarkeit aufweist, besitzt es deshalb den höchsten Reduzierbarkeitsfaktor "RF¹.

In der Erfindung wird ein bequemes Mittel zum Vergleichen der Reduzierbarkeitsfaktoren einiger Metalloxidsysteme in der Verwendung d'es Begriffes Reduzierbarkeitsverhältnis, genannt "RR", gesehen. Dies ist das Verhältnis zwischen den Reduzierbarkeitsfaktoren zweier Metalloxide AO und BO, wo

des Metalloxids AO . RF des Metalloxids BO

ein System ist, das die Metalle und Metalloxide A, B, AO und BO betrifft. Es ist zu bemerken, daß im vorhergehenden Ausdruck AO immer das Oxid ist, das den größeren Reduzierbarkeitsfaktor RF gegenüber dem RF für Metalloxid BO aufweist, d. h., A ist das gewünschte Metall.

Z. B. RF für Ni-!iiO = 101 und RF für Fe-FeO = 1 RF = 101.

109843/1153

-M-

λ ? a·--

■%' Die Reduzierbarkeiteverhältniese für mehrere Metalloxide, Metalleysteme werden in der Tatelle II wiedergegeben. Das Verfahren zum Verwenden der Reduzierbarkeitsverhältnisse besteht darin, die Beziehung'für das Gleichgewicht zwischen einer Metallphase A, B und einer Schlackenphase AO, BO wie folgt:

^A = PR χ

zu gebrauchen.

Das oben angegebene vereinfachte Verfahren zum Bestimmen der Beziehung zwischen Metall- und Schlackenzusammensetzung ist nur ohne Verstellen anwendbar, wo die Mol- und Gewichtsfraktion annähernd gleich sind, wo die Metalle und Metalloxide annähernd ideale Lösungen und wo Metalle Monoxide bilden. Die Methode ist für Zusammensetzungen aus Ni, Go, Pe und Mn mit dem jeweiligen NiO, CoO, PeO und MnO untereinander hinreichend genau.

Wo jedoch die Gewichts- und Molprozente wesentlich voneinander abweichen, müssen als Berechnungsgrundlage Molprozent oder Molfraktion verwendet werden. Wo Metalle nicht ideale Lösungen bilden oder wo Oxide nicht annähernd ideale Lösungen bilden, müssen die aus den für die verschiedenen Zusammensetzungen von Metallen oder Schlacken gewonnenen experi-

109843/1153

^HH

mentellen Daten die Aktivitäten bestimmen oder des öfteren zu Berechnungen führen. Beispiele hierfür sind die Systeme Pe-Si-C mit FeO-SiO₂ und Cu-Pe mit· Cu₂O-PeO. Pur Metall-Metalloxid-Syeteme, in denen die beiden Oxide nicht die gleiche stoichiometrische Form haben, muß eine unterschiedliche Formel angewandt werden, z. B. folgende:

= RR

τ-~ r

)^aGr_?0,(

^wo "^N" ^die Molfraktion und "a" die Aktivität der jeweiligen Gruppe angibt.

Tabelle II

Reduzierbarkeitsgrade für verschiedene Metalloxide, Metallsysteme

bei 190O⁰K

Metalloxid, Metallsysteme

NiO - PeO - Ni - Pe NiO - CoO - Ni - Co CoO - PeO - Co - Pe PeO - MnO - Pe - Mn

Reduzierbarkeitsgrad ¹¹RR"

101*

20
310

*108 bei 2100⁰K

Die Anzahl der Gefäße und die Länge jedes Gefäßes im Ofen-

109843/1153

system ist, wie bereits erwähnt, durch die Zahl der erforderlichen Betriebsstufen bestimmt, so daß sich für das jeweilige metallhaltige Material' der gewünschte Reinheitsgrad

und Gewinn ergibt. Die Anzahl der Betriebsstufen hängt ge- «

maß nachstehender Erläuterung von dem "Rückflußverhältnis¹¹ ab. Eine Betriebsatufe ist in einer getrennten Reaktionskammer oder einem ganzheitlichen Abschnitt eines länglichen Gefäßes enthalten und m? anderen Betriebsstufen des Behandlung sverfahrens verbunden.

Eine "theoretische Stufe" wird als eine Stufe definiert, in der ein chemisches Gleichgewicht erreicht wird. Die Anzahl der eheoretisehen Stufen kann ausführungsgernäß nach vorheriger Bestimmung des gewünschten Abscheidungsgrades errechnet werden. Da das chemische Gleichgewicht niemals vollständig, sondern in jeder eigentlichen Betriebsstufe nur annähernd erreicht wird, wird die Gesaratzahl der für einen wirksamen Ablauf erforderlichen vorzusehenden Betriebsstufen iaraer die Anzahl der "theoretischen Stufen" übersteigen» die erforderlich wären, um das gleiche Endergebnis zu erbringen.

Ea kann jedoch eine Betriebsstufe einem Bruchteil einer "theoretischen Stufe" als "gleichwertig" angesehen werden.

109843/1153

Im allgemeinen tritt flüssiges Metall in jede Betriebsstufe aus der nebenliegenden Betriebsstufe_t die in der flüssigen Metallflußbahn näher an der Schlackenentnahmestelle liegt, in die Zwischenzone ein» und die flüssige Schlacke gelangt von der anliegenden Betriebaatufe, die in ihrer Flußbahn näher bei der Metallentnahiaestelle liegt, in jede Betriebsstufe in der Zwischensone, Die Metallreinheitsregelzone kann als aus einer Betrietosatufe und die Metallausbeuteregelzone als aus einer anderen Betriebsstufe bestehend angesehen werden, so daß das Verfahren mindestens zwei Betriebsstufen erforderlich macht.

Ein externes Mittel und/oder ein metallhaltiger Betriebsstoff können auch jeder einzelnen Betriebastufe zugeführt werden. Dieses externe oder Außenmittel kann in Bezug auf das flüssige gewünschte Metall und das oder die oxidierfähigeren Metall oder Metalle oxidieren, oder es kann im Hinblick auf alle Metalloxide reduzierend wirken, wobei es gleichermaßen möglich ist, daß es gegenüber einem oder mehreren Oxiden reduzierend wirkt. Die flüssige oxidhaltige Schlacke, das flüssige Metall, daß Außenmittel und der metallhaltige Betriebsstoff, die in die Betriebsstufe eintreten, streben einem Zustand zu, in dem sich die flüssige Oxidschlaeke, die die Stufe verläßt, in chemischem Gleichgewicht mit dem die Stufe verlassenden flüssigen Metall befindet.

109843/1153

21U123

In dem Ausführungabeispiel des Verfahrens, in dem die Betriebsstufen aus einem ganzheitlichen Abschnitt eines länglichen Gefäßes oder einer Kammer bestehen, tritt eine kontinuierliche, eher als eine stufenweise Veränderung der Zusammensetzung der flüssigen Schlacken- und flussigen Metallphasen auf, wobei angenommen werden darf, daß ein Abschnitt der kontinuierlich verlängerten Kammer eine "gleichwertige theoretische Stufe" darstellt.

Das Fließen der Schlacke und des Metalls in den jeweiligen Flußbahnen verläuft im allgemeinen in einander entgegenlaufenden Richtungen, jedoch einheitlich ausgerichtet. Es können jedoch innerhalb einer gegebenen Betriebsstufe Bereiche vorkommen, in der die relativen Flüsse der Schlacke und des Metalls nicht immer in entgegengesetzter Richtung verlaufen, da es in bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens vorzuziehen ist, relativ wirbeiströmige Bedingungen beizubehalten, um den Zwischenphasenkontakt und ein Innerphasenmischen zu fördern, Die Aufrechterhaltung relativ turbulenter Bedingungen können ebenfalls bevorzugt werden, um so die Kinetik der Reaktionen zwischen dem von außen eingeführten Mittel oder Betriebsstoff und der flüssigen Schlakken- oder flüssigen Metallphase oder beiden zu fördern.

In dem Falle, wo die gesamte oxidhaltige Schlacke in der

109843/1153

- JA - -

Metallreinheitsregelzone auf die Zufuhr des gesamten den verfügbaren Sauerstoff in dieser Zone enthaltenden Mittels entsteht, besteht ein Verhältnis des Sclilackenflusses zum Produktfluß von jener Zone; das einen unteren Grenzwert, einen sogenannten "Minimum-Rückfluß-Paktor" darstellt. Bei einer nur zwei metallische Elemente aufweisenden metallhaltigen Zufuhr (hiernach als Dualzufuhr bezeichnet) ist dieser Mindestrückfluß eine Punktion der Gattung (Oxid oder Metall) sowie des Reduzierbarkeitsgrades für in der metallhaltigen Zufuhr befindliche Metallelemente und des gewünschten Reinheitsgrades des entfernten flüssigen Metallproduktes. (Bemerke: Für eine mehr als. zwei metallische Elemente enthaltende Zufuhr kann es mehr als* einen Minimum-Rückfluß-Paktor geben.)

Die Mindestzahl der theoretischen Stufen ist eine Punktion der Zusammensetzungen des erzeugten Metalls und der entfernten Schlacke sowie der Reduzierbarkeitsverhältnisse für die betroffenen Metall/Oxidsysteme. Im allgemeinen nimmt die Mindestzahl der theoretischen Stufen mit der Zunahme des Reinheitsgrades des gewünschten Metallprodukts und mit der Ausbeute des in dem Zuführstoff enthaltenen gewünschten Metalls zu. Die Mindestzahl der theoretischen Stufen steigt bei kleiner werdenden Reduzierbarkeitsverhältnissen zwischen dem gewünschten Metallelement und dem oder den oxidierfähi-.

109843/1153

geren Element oder Elementen an (d. h. in dem Maße, wie das gewünschte Metallelement mit zunehmender Schwierigkeit von den oxidierfähigeren Elementen getrennt werden" kann).

Bei abnehmenden Mengen der von der Metallreinheitsregelzone und Metallausbeuteregelzone zurückfließenden flüssigen Schlacke bzw. des flüssigen Metalls nimmt die Zahl der theoretischen Stufen und somit auch der Kapitalaufwand au. Jedoch wird der Aufwand pro Einheit des gewünschten Metallproduktes, der den Betriebskosten angerechnet werden kann, abnehmen» weil bei abnehmenden Rückflußfaktoren aus den gegenüberliegenden Abschnitten des Ofensystems eine größere Durcheatzmenge an gewünschtem Metall gegeben ist. Im allgemeinen werden die Rückflußverhältnisse und die Anzahl der Betriebestufen aufgrund wirtschaftlicher üptimierun^sbedingungen auegewählt.

Wenn die BückfluSfaktoren von der Metällreinheitsregelzone bzw.. der ifetallausbeuteregelzone festgelegt sind, bedingt die verteilte Zuführung einiger externer Oxidations- und Reduktionsmittel in die Zwischenzone eine Minderung der Anzahl von erforderlichen theoretischen Stufen. Wenn die An- zahl der theoretischen Stufen festgelegt ist und ein Teil ♦intll Attötnraittelß in die Zwischenzone verteilt wird, um •ineß Teil der oxidierfähigeren Elemente aus der flüssigen

ι ο

- 5fr -

Metallphase zu oxidieren, bevor daa flüssige Metall in die Metallreinheitsregelzone gelangt, kann die Menge der von der Metallreinheitsregelzone zurückfließenden Schlacke vermindert werden. Wenn gleichermaßen ein Mittel, das daa gewünschte Metalloxid von der flüssigen Schlackenphase in die Metallphase reduzieren kann, kann der Rückfluß des flüssigen Metalls von der Hetallauabeuteregelzone vermindert werden.

λΙο beispielhaft für Außenraittel, die zum Zwecke des Oxidierens von Metallen oder zum Reduzieren von Metalloxiden zugeführt werden können, gelten Materialien folgender Art:

1) Reaktionsmittel, die auf alle vorhandenen Elemente oxidierend wirken. Z. B.: gasförmiger Sauerstoff und - für viele Metalle- Kohlendioxid und Bampf.

2.) Reaktionsmittel, die auf alle vorhandenen $5*

talloxide reduzierend wirken* Z. Bv*s Kohlfrtltsfot£, Wasserstoff und Kohlenwaaeep8toff-V«rbin<i.itJ|igeil·

3) Mittel, die auf einige vorhandene llement dierend, aber auf andere vorhanden*. Oxide zierend wirken. Z. B.: Mischungen aus CQ^

CO sowie IL,0 und H₀. : .

4) HifcteL, die auf die axidierfähigeren Vorhände*

ORIGINAL INSPECTED

5Λ

21U123

nen, aber nicht auf das gewünschte Metall oxidierend wirken. Z. B.: NiO in Fe, Ni-System. 5) Mittel, die auf das Oxid des gewünschten üetalis, aber nicht auf die Oxide aller vorhandenen oxi-

dierfähii'eren Metalle reduzierend wirken. Z. s. : Fe in PeO, NiO-Systein.

Die von außen zugeführten Oxidations- und Reduktionsmittel können fest, flüssig oder gasförmig sein.

Ein hoher Reinheitsgrad des gewünschten Metalls im !"etallerzeugnis wird erzielt, indem die Konzentration des υχίαε des gewünschten Metalls geregelt wird, das sich in der flüssigen Schlacke befindet, welche in der Metallreinheitsr^gelzone mit dem Metallerzeugnis in einen innigen Kontakt steht. Die Tabelle III enthält Daten für eine Anzahl von wirtschaftlich bedeutsamen Systemen und zeigt das Verhältnis zwischen dem Reinheitsgrad des gewünschten lletallelements des der: Ofen verlassenden Metallerzeugnisses und dem "Regelstand" des in der flüssigen Schlackenphase auftretenden Oxids des gewünschten Metallelements. Der "Regelstand" stellt eine Konzentration des Oxids des gewünschten in der Schlacke auftretenden Metalls dar, der aus dem Gleichgewichtsverhältnis für das betreffende Schlacken/Metallsystem bestimmt ist. Die Konzentration an Oxid des gewünschten Metalls muli dem

109843/1153

SZ

"Regelstand¹¹ gleichwertig sein oder darüber liegen. Aus der Tabelle II geht hervor, daß bei Metall-Metalloxid-Systemen von wirtschaftlicher Bedeutung der Regelstand für die Konzentration des gewünschten Metalloxids - der gleichwertig oder übermäßig bemessen sein muß, um das gewünschte Metallerzeugnis in einer Reinheit zu erstellen, die größer als die durch herkömmliche pyrornetallurgische Bearbeitungsverfahren erzielte ist - wenigstens bei 25 Gewichtsteile des gewünschten Metalloxids pro 75 Gewichtsteile des zusammengesetzten Gewichts der oxidierfähigeren Elementoxide oder bei einem Verhältnis von mindestens eimzu drei liegen muß. Dieses Verhältnis beinhaltet, Vie bereits allgemein ausgeführt, keine Oxide der oxidierfähigeren Elemente, die als fließförderndes Mittel wie Kieselerdeflußmittel zugeführt werden.

Die Betriebstemperatur von 19QO⁰K, die der Tabelle III zugrunde· gelegt ist, wurde als representatives Beispiel ausgewählt. Pur einige Systeme, z. B. Kupfer-Eisen, kann eine Veränderung der Betriebstemperatur um einige hundert Grad K eine bedeutsame Wirkung auf das Gleichgewicht haben, wogegen bei anderen Systemen, z. B« Nickel-Eisen, die Wirkung verhältnismäßig geringfügiger ausfallen würde.

Um eine hohe Ausbeute an gewünschtem Metall aus dem in den

10 9 8 4 3/ 1153

ORIGINAL INSPECTED

Ofen gegebenen metallhaltigem Beschickungsmaterial zu erzielen, ist es erforderlich, alle Oxide des gewünschten Metalls von der Schlacken- in die Metallphase wesentlich zu reduzieren, was dadurch erreicht wird, daß in dem flüssigen Metall in der Metallausbeuteregelzone Konzentrationen des oder der oxiclierfähigeren Elements oder Elemente aufrechterhalten werden, die wenigstens so hoch liegen, wie die
Konzentrationen, die sit im Gleichgewicht befinden wurden mit einer Schlacke, die eine hochwertige Schwächung an dem Oxid des gewünschten Metalls erfahren hat. Die in der Metallphase befindlichen oxidierfähigeren Elemente weisen Konzentrationen auf, welche in der Metallausbeuteregelzone aufrechterhalten werden müssen, um die erstrebte Ausbeute des gewünschten Metalls zu erzielen, und die dem Konzentrationsgrad der oxidierfähigeren Elemente in dem metallhaltigen Betriebsstoff proportional und der Fraktion des gewünschten Metalls umgekehrt proportional ist, mit welchem der Ofen beschickt wurde, und die in der dem Verfahren entnommenen Schlacke verlustig gehen kann. Der Konzentrationr,-grad der oxidierfähigeren Metallelemente im flüssigen Metall in der Metallausbeuteregelzone ist umgekehrt proportional dem Reduzierbarkeitsgrad für die jeweils betroffenen Metal.L-syebeme. Der Ausdruck "ReduzierbarkeitBgrad oder -voruuLtnis" wurde bereits Im vorhergehenden definiert. Du· V-tboL-Ie ICl zeigt typinohe Konaentrationswert;^ der¹ - * :-r i * ι i <-r:'-_th i -

1 ti 9 Π A 3 / 1 151

BAßORIGINAL

21H123

geren Elemente in der Metallphaae» die sich in der Metallausbeutezone zur hochwertigen Ausbeute des gewünschten Metalls befinden. In den meisten Fällen stellt die Konzentration der oxidierfähigeren Metallelemente in der Metallphase eine beträchtliche Höhe sogar in Systemen dar, für die ein großer Reduzierbarkeitsgrad beeteht, z. B. das Kupfer-Eisensystem (der Reduzierbarkeitsgrad liegt annähernd bei 1100 für den Oxidentnahmeteil des Ofensystems), und in Systemen wie Eisen-Mangan, wo der Reduzierbarkeitsgrad etwas niedriger liegt (310) und wo die'typischen Erze eine niedrige Konzentration an oxidierfähigerem Metall aufweisen. Im Eisen-Silizium-Kohlenstoffsystem, in dem der Eisen-Silizium-Reduzierbarkeitsgrad sehr hoch liegt, ist die Konzentration an Silizium (und Kohlenstoff) verhältnismäßig gering.

Die Wendungen: "ein IteaKtionsmittel, das verfügbaren Sauerstoff zum Oxidieren der oxidierfähigeren Elemente enthält" (hiernach auch "Oxidationsmittel" genannt) und "ein Reaktionsmittel, das zum Reduzieren des Oxids des gewünschten Metallelements verfügbares Reduktionspotential enthält" (hiernach auch Reduktionsmittel" genannt) werden in der Beschreibung des neuen Verfahrens verwendet, um die Möglichkeit einauschLi.ei.5en, daß einige metallhaltige Betriebsstoffe im Stande nein können, die ο iidierfähigereri IiIe men ce zu oxidieren, und daß weitere iav ta.1 lh* ·11, ige Bonri^btut toff« das Oxid dee

100843/11B1 BAD

SS

gewünschten Metalleleoents reduzieren könnten. Beispielshalber können bei der Herstellung von hochreinem Eisen die Eisenoxide gleichermaßen ein metallhaltiger Betriebsstoff als auch ein Reaktionsmittel sein, das verfügbaren Sauerstoff enthält, um die oxidierfähigeren Verunreinigungen wie Silizium, Mangan oder Chrom zu oxidieren und dazu verwendet zu werden, den wesentlichen Stand des Oxids des gewünschten Metalls (d. h. PeO) in der Schlacke der Metallreinheitsregelzone.herzustellen und zu steuern. Ähnlich kann auch bei der Herstellung, von hochreinem Nickel die Eisen-Nickel-Legierung sowohl ein metallhaltiger Betriebsstoff und ein eisenhaltiges Reaktionsmittel sein, das ein Potential zum Reduzieren des Nickeloxids besitzt, um für die Steuerung der Konzentration des oxidierfähigeren Elemente (d. h. Pe) in der Metallausbeuteregelzone verwendet zu werden.

109843/1183

System

1098A3/1153 Tabelle III

Kritische Kontrollwerte für verschiedene Systeme und Betriebsstoffe bei 19OU⁰K (*1)

Metallreinheitsregelzone Metallausbeuteregelaone

Reinheitsgrad des gewünschten Metalls (Gw *)

Oxid des gewünschten Metalls in der Schlackenphase (Gw -fo) (*5) Ausbeute gewünsch- Oxid!e"rf~ahige-Betriebsdes gewünsch- tes Me- re(s) Element(e] stoff ten Metalls tall in flüssiger System (Gw) (*2) (#) (*3) Metallphase

(G¹ 6)

Pe-Si-C

Cu-Pe

Ni-Pe

99.999 Pe 99.997 Pe 99.994 Pe

99.999 Cu 99.990 Cu 99.945 Cu

99.95 Ni 99.80 Ii 97.1C Ni

Vi-Co-Pe 99.F0 Ni (O,10 Co 0.10 Pe

(0.20 Co 2.90 Pe)

Pe-Mn

99.99 Pe 99.98 Pe 99.5 P» 99.0 Pe

Fe-Cr

99.90 Pe 99.15 Pe

80 PeO (20 SiO₉) 52 PeO (48 SiO₉) 25 PeO (75 )

95 Cu₉O (5 PeO) 65 Cu₉O (355 PeO) 25 CugO (75 PeO)

95 NiO (5 PeO) 83.1 NiO (16.9 PeO) 25 NiO (75 PeO).

90.48 NiO (0.45 CoO 9.07 FeO) 25.0 NiO •(0.26 CoO 74.74 PeO)

97.0 PeO (3 MnO) 94.2 PeO (5.8 MnO) 39.0 PeO (61 MnO) 25.0 PeO (75 MbO)

75.0 PeO ( 25.0 PeO (

25. Cr₉O,) 75 Or£o2)

Pe-Si-C	Pe-Si-C	99	•	.9	Pe	Q	.1	0 Si 0.100
	99/0.5/0.5
Cu-Pe ■	Cu-Pe	99 99	.0 .0	Cu Cu	1 97	.8 .0	Pe Pe
	1/1 I/IOO

Ni-Pe	99.0	Ni	95.0	Pe
5795""	99.8	Ni	98.9	Pe
5/95	99.0	Ni	75.0	Pe
25/75	99.0	Ni	5.0	Pe
95/5

Ni-Co-Pe Ni-Co-Pe
2.5/0.25/ 97.25

92.0 (*4) 99 .-6

Ni Ni

Fe-Hn
7Ö7T"
33/3

1/1
1/2

99.0 99.0 99.0 99.0

Pe-Cr
257Γ

99.0

Pe

78.5 Pe 4.5 Co 94.3 Pe 4.7 Co

Pe	0.46	Mn
Pe	2.9	Mn
Pe	25.4	Mn
Pe	39.3	Mn

0.70 Cr

21U123

(*1) - Berichtungswerte müssen für sehr unterschiedliche Betriebstemperaturen berücksichtigt werden.

(*2) - Aus dieser Tabelle kann nicht gefolgert werden, daf3 der Betriebsstoff notwendigerweise der Metallausbeu-

teregelzone zugeführt wird.

(*3) - (wiedergewonnenes Gewicht/zugeführtes Gewicht).χ 1Οϋ (*4) - Nickelausbeute einschließlich der Kobalt-Nickel-üisen-Legierung au- dem zweiten Ofensystem liegt bei

99,5 #. (*5) - auf flußfreier und gangfreier Basis.

1098 A3/1 153

- 5β -

Nach den obigen Ausführungen sollte wenigstens ein Teil der von außen zugeführten Oxidationsmittel in die Metallreinheitaregelzone gegeben werden. Dies ist deshalb erforderlich, weil eine Menge der in die Reinheit3regelzone eintretenden oxidierfähigeren Elemente entfernt werden müssen, so daß die gewünschte Anreicherung des flüssigen Metallstroms in Bezug auf das gewünschte Metall vor der Entnahme des flüssigen Metallerzeugnisses erreicht wird.

Wenn das Oxidationsmittel (z. B. Sauerstoff) im Stande ist, sowohl das gewünschte Metall als auch die oxidierfähigeren Elemente in der Metallreinheitsregelzone zu oxidieren, wird ein Teil des gewünschten Metalls aus der flüssigen Metallphase in die oxidhaltige Schlackenphaee zusätzlich zu der oxidierten Menge der oxidierfähigeren Elemente oxidiert.

Sollte das Oxidationsmittel ein oxidhaltiges Material sein, das einen hohen Oxidgehalt des gewünschten Metalls und eine Konzentration aufweist, die mit dem erstellten kritischen Regel- oder Kontrollstand gleichwertig ist oder darüber liegt, kann es im Stande sein, die oxidierfähigeren Elemente von der flüssigen Metallpha3e in die flüssige Schlackenphase zu oxidieren, wobei jedoch das gewünschte Metalloxid, das in dem Oxid aufv/eisenden metallhaltigem Material enthalten int, für -:ias gewüm-ion*.e JIetall in der fliumi_£'en Metallpha-

BAD

21U123

se nicht als Oxidationsmittel wirksam wird. In diesem FaI-le fällt das Oxidationsmittel unter die mit (4)■■ gekennzeichnete Art der in der Liste angeführten Zuführmittel. Wenn jedoch der metallhaltige Oxidzuführstoff, der reich an Oxid des gewünschten Metalles ist, als von außen zugeführtes Mittel verwendet wird, kann die Forderung, daß die Schlackenausammensetzung in der Metallreinheitsregelzone einen wesentlichen Anteil an Oxid des gewünschten Metalls führen sollte, durch den Überfluß an dem gewünschten Metalloxid erfüllt werden, das in dem metallhaltigen Oxirüiuführmaterial selbst enthalten ist, von dem etwas der Metallreinheitsregelzone zugeführt werden würde.

Bei beiden Arten von Oxidationsmittel, d. h. entweder Bauerstoff oder metallhaltiges Oxid, das reichhaltig im gewünschten Metalloxid vertreten ist, wird sich wenigstens etwas oxidhaltige Schlacke in der Hetallreinheitsregelzone bilden und von. dieser Zone zur Metallausbeuteregelzone fließen.

Wie bereits erwähnt, ist es jedoch auch möglich, etwas von den Mitteln beizugeben, die verfügbaren Sauerstoff, enthalten, um die oxidierfähigeren Elemente an Zwicchenstellen längs der einen oder beider Plufibahnen zwischen der Metallreinheitsregelzone und MetallausbeuteregHlzone

109843/1153 bad original

21U123

zu oxidieren. In den Aueführungeformen dee Verfahrene, in denen etwas von dem verfügbaren Sauerstoff enthaltenden Mittel entlang der Zwischenzone verteilt wird, ist der Fluß von oxidhalvicer Schlacke, die aus der Metallreinheiteregelzone auetritt, nicht durch das oben erwähnte Kindestrückfluüverhältni3 begrenzt, das für den Fall erstellt w\irde, in dem die gesamte oxidhalti^e Schlacke .in der Nahe der Enden der Flußbahnen in der Metallreinheitsrecelzone erzeugt wird.

Im Falle einer verteilten Einführung des verfügbaren Sauerstoff enthaltenden Mittels ist der Betrag der von der Metallreinheitsregelzone zur Metallausbeuteregelsone zurückfließenden oxidhaltißen Schlacke die Schlackenmenge, die ausreicht, die Menge des aus der flüssicen Metallphase durch Oxidieren in die oxidhaltige Schlackenphase entfernten oxidierfähigeren Metalls zu dem Punkt zurückzuführen, der dem erstellten kritischen Kontrollwert der Zusammensetzung der Schlacke entspricht.

Es wurde bereits erwähnt, daß wenigstens ein Toil eines Reaktionsmittels, das für das gewünschte Metalloxid ein Reduktionspotential besitzt, der Metallausbeuteregelzon· zugeführt werden nuß. 'Wenn daa für das gewünschte Metalloxid Redukt'ionspotential aufweisende Mittel ein Reduktion·-

10S843/1153 back original

(1

Mittel wie Kohlenstoff ist» das la Stande ist, sowohl die Oxide de· gewünschten Metalls als auch der oxidierfähigeren Elemente zu reduzieren, die in der oxidhaltigen Schlakkenphase vorhanden sind, werden zusätzlich zu dem in der MetallauBbeuteregelzone reduzierten gewünschten Metalloxid ebenso einige der Oxide der oxidfähigeren Elemente reduziert, die in der oxidhaltigen Schlackenphase auftreten/ Falls der für das gewünschte !:, jalloxid reduktionsfähige Keaktionsteilnehmer ein metallhaltiger Betriebsstoff wie eine metallische Legierung des gewünschten Metalls und oxidierfähigerer Elemente ist, dann können die in diesem Betriebsstoff vorhandenen oxidierfähigeren Elemente im Stande sein, das Oxid des gewünschten Metalls von der flüssigen Schlackenphase in die flüssige Metallphase zu reduzieren. Die oxidierfähigeren Elemente, die sich in dem metallhaltigen zugeführten Material befinden, werden jedoch nicht fähig sein, ihre eigenen Oxide zu reduzieren, sondern nur das oder die gewünechte(n) Metalloxid oder Metalloxide der anderen Elemente zu reduzieren, die'weniger leicht oxidiert werden können als diese selbst. Sowohl bei der einen wie bei der anderen Art von Reduktionsmitteln, d. h. Kohlenstoff oder eine Metallegierung, wird In der Metallausbeuteregelzone tin reiner Strom flüssigen Metalls gebildet, der von dieser Zone zurück- und zur Metallrelnheitsregelzone hin-

In dam Falle, in dem die Gesamtheit der ileduktions-

!09843/1183

•-V4

21U123

- 9t -

mittel, die das gewünschte Metall reduzieren können, der Metallausbeuteregelzone zugeführt wird, tritt ein erforderlicher Mindestrückflußgrad ein (der diese Zone verlassende PIuQ flüssigen Metalls geteilt durch den dem Vorgang entnommenen PIuQ oxidhaltiger Schlacke). Bei einer Dualzufuhr ist dieser MindestrückfluQ eine Punktion der Stoffart (Oxid oder Metall) und der Zusammensetzung des metallhaltigen .Betriebsstoffes und der relativen Keduzierbarkeit der Metalleleraente im metallhaltigen Betriebsstoff und dem Rückflie-Gen der oxidhaltigen Schlacke von der Metallreinheitsregelzone zur Metallausbeuteregelzone. Der Betrag eines derartigen Mittels, das ein Reduktionspotential für das gewünschte Metalloxid besitzt, muß ausreichend bemessen sein, so daß von der in die Metallausbeuteregelzone eintretende!oxidhaltigenSchlacke eine Menge des gewünschten Metalloxids reduziert wird, die ausreicht, den Gehalt des gewünschten Metalls in der entnommenen oxidhaltigen Schlacke herabzusetzen, um die gewünschte Ausbeute des gewünschten Metalls zu erzielen. Es sei wiederholt, daß es für die mehr als zwei Metallelemente aufweisenden metallhaltigen Betriebsstoffe mehr als einen Mindestrückfluüfaktor geben kann.

Nach den obigen Ausführungen ist es auch möglich, an Zwiachenpunkteh der üwischenaone ein Mittel beizugeben, das für das gswünoehtö Metalloxid Hsduktionspottmtial baaitzt,

_n ,-.-,,, .,..·, , *- _ä BAD ORIGINAL

um einen beträchtlichen Anteil des gewünschten Metalloxids zu reduzieren, das vor dessen Eintreten in die Metallausbeuteregelzone in der oxidhaltigen Schlacke vorhanden ist. Pur diese verteilte Zufuhr eines Reduktionsmittels stellt der Betrag des rückfließenden flüssigen Metalls von der Metallauebeuteregelzone zur Metallreinheitsregelzone die Metallmenge dar, die ausreicht, die Menge des gewünschten, von der oxidhaltigen Schlackenphase in die flüssige Metallphase reduzierten Metalls bei der erstellten kritischen Kontrollwertzusammensetzung des flüssigen Metalls zurückzuführen.

Wie bereits dargelegt, kann im Verfahren eine Zwischenzone zwischen der Metallreinheitsregelzone und der Metallausbeuteregelzone vorhanden sein. Normalerweise wird der metallhaltige Betriebsstoff wenigstens einer der i?lußbahnen zwiechen der Metallreinheitsregelzone und der lietallausbeuteregelzone an einer Stelle oder einer Betriebsstufe zugeführt, so daß die Zusammensetzung des Betriebsstoffes fur die Zuführungsetelle oder -stufe geeignet ist. Wenn somit eine oxidhaltige Metallzufuhr der OxidschlackenfluQbahn zugeführt wird, in der die Konzentration des Oxids des gewünschten Metalls kontinuierlich mit dem Fließen der Oxidschlacke von der Metallreinheitsregelzone zur Metallausbeuteregelzone herabgesetzt wird, kann der oxidhaltige Zuführatoff an

109843/1153

211(123

einer Stelle hinzugefügt werden, an der seine Zufaaunen-"; Setzung soweit wie möglich mit der Zusammensetzung der oxidhaltigen Scnlackenphaee übereinstimmt. Wenn ähnlieherwei^ se eine oxidhaltige Metallzufuhr der Betriebsstufe zugeführt wird, in der eine Stufenveränderung zwischen der Konzentration des gewünschten Metalloxide in der Schlakkenphase, die in dieae Stufe ein- oder von ihr austritt,-' kann die Zusammensetzung des oxidhaltigen Metallzuführstoffes zwischen den Zusammensetzungen In der Schlacke liegen, die in diese Stufe ein- und von ihr austritt. Auf ahn 11 ■*-,.. ehe Weise kann dort, wo die metallhaltige Zufuhr eine Metall-Legierung ist, der Zuführstoff in die aus flüssigern Metall bestehende Flußbahn zwischen der Metallausbeuteregelzone und der Metallreinheitsregelzone an einer Stelle beigegeben werden, an der ihre Zusammensetzung so weit wie möglich mit der Zusammensetzung des flüssigen Metalls übereinstimmt. Wie bereits oben ausgeführt, können die Mittel, die zum Oxidieren der oxidierfähigeren Elemente verfügbaren Sauerstoff enthalten oder die zur Reduktion des gewünschten Metalloxids ein Reduktionspotential aufweisen, selbst den metallhaltigen Zuführstoff darstellen, der entweder in die Metallreinheitsregelzone oder in die Metallausbeuteregelzone gegeben wird. In diesen Fällen kann wenigstens ein Teil des metallhaltigen Zuführstoffes in die Metallreinheitsregelzone cäer die Metallauebeute-

109843/1163

SS

regelzone gegeben werden. Im allgemeinen wird ea als wünschenswert angesehen, den größten Teil» wenn nicht die , Gesamtheit, des metallhaltigen Zuführstoffes in die ZwI-sehenzone_#zu geben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Metallen hohen Reinheitsgrades und hoher Ausbeute aus metallhaltigen Stoffen kann am besten aus der nachstehenden detaillierten Besprechung gesonderter Ausführungsbeispie-Ie verstanden werden, die in Bezug auf das in den Zeichnungen dargelegte Ofeneystem beschrieben werden. Es ist Jedoch au bemerken, daü die in den folgenden Beispielen angegebenen Auaführungsformen nur dem Zwecke der Darstellung der Erfindung dienen und nicht den Erfindungsgedanken beschränkend anzusehen sind.

In der nachfolgenden Beschreibung spezifischer Anwendungs-

beiaplele dft erfindungagemäöen Verfahrens zum Ausscheiden un<t Gewinnen eines gewünschten Metalls aus metallhaltige* Material wie Erzen oder Legierungen wird auf bestimmte Verfahreneetufen verwiesen, die durchgeführt werden könnent um wenigstens ein zusätzliches Metall mit großer Ausbeute auszuscheiden und zu gewinnen. Ein zusätzliches oder zusätzliche Metalle dieser Art können in einem einseinen kontinuierlichen Verfahren entweder in reiner Form

108843/1153

oder manchmal in, Legierung unter kontrollierten Bedingungen mit einem ader mehreren anderen Metallen gewannen wer-* den, die in dem metallhaltigen Material vorhanden sind. Daß Verfahren eignet sich auch zur kontinuierlichen Ausscheidung und Gewinnung von bestimmten flüchtigen Beatandteilen des metallhaltigen Zuführatoffe3.

Das Verfahren ist darüber hinaus geeignet» aus dem im Verfahren auftretenden GaafluQ die. Fe3tkörperstoffe kontinuierlich zu entnehmen, die bei der Durchführung des Verfahr rena entstehen.' Somit findet das Verfahren eine ideale Anwendung, indem Mittel geschaffen werden, durch die zusätzlich zu dem gewünschten Metall verschiedene Nebenprodukte erzeugt und flüchtige Stoffe und ?estkürperchen ausgeschieden werden, die sonst die Atmosphäre verunreinigen würden.

Nach den vorhergehenden nusführungen können bestimmte Verunreinigungen nur schwer bis zur iärreiohung oinea niedrigen Standes vom gewünschten Metallelement entfernt werden, da die Saueratoffaffinität der Verunreinigungen, sich nicht ausreichend von der des Metalls unterscheidet;» Derartige Verunreinigungen, die nicht in der Definition des "oxidierfuhigeren Elementes" raitenthalten sind, machen die Zugabe feines aktiven Flußmittels erforderlieh, daa

109843/1153

2114121

if

vorzugsweise alt diesen Verunreinigungen und nicht dem gewünschten Metall reagiert, um für bestimmte Anwendungen des Metallerzeugnisees Heinheitakonzentration auf einen annehmbaren Wert herabzusetzen. Die Behandlung mit geeigneten reaktiven Flußmitteln kann als Teil des erfindungsgemäßen Gesamtsystems verwendet werden, das gewünschte Metallelement in einer niedrigen Konzentration derartiger Verunreinigungen zu gewinnen. Unter typische nicht erwünschte Verunreinigungen dieser Art fallen Phosphor oder Schwefel bei der Bildung reinen Eisens oder dtahl und Arsen, Antimon, Schwefel und Wismut bei der Bildung reinen Kupfermetalls. Es kann ein beliebiges Flußmittel verwendet werden, das mit diesen Verunreinigungen reagiert, um diese von der Metallphase in die Schlackenphase zu treiben. Derartige Flußmittel sind im allgemeinen basisch und können Oxide und Karbonate von reaktiven Metallen wie Kalziumoxid oder Natriumoxid umfassen und können im Bedarfsfalle in Verbindung mit nicht reaktiven Flußmitteln verwendet werden, die wie Flußspat (CaFp) flüssigkeitsfordernd sind.

Im allgemeinen kann das Flußmittel beigegeben werden in der Metallreinheitsregelzone des erfindungsgemäßen Verfahrens, oder_ee3 kann das flüssige Metall von der Metallauescheidezone zugeführt werden einer nachfolgenden Ver-

109843/1153

unreinigungsausecheidezone, in die Flußmittel und ein Oxidationsteilnehmer zur Reaktion mit den Verunreinigungen gegeben werden, um die Konzentrationen von Verunreinigungen au^ einem sehr niedrigen Stand zu halten.

Es kann z. B. bei der Reinigung von Kupfer aus kupferhaltigen Betriebsstoffen reaktive Flußmittel wie Natriumkarbonat oder Kalziumoxid zusammen mit einem darin enthaltenen Oxidationsmittel zur Metallre.iniieitsregelzone beigegeben werden, um Arsen und Antimon abzuscheiden. Da, Natriumkarbonat auf gewöhnliche strengflüssige Bestandteile ziemlich korrosiv wirkt, kann vorzugsweise ein Flußmittel, das Kalziumoxid und Flußspat anstatt Natriumkarbonat aufweist, oder letzteres nur als Bestandteil aufweist,' verwendet werden. Unter Verwendung dieser Flußmittel zusammen mit einem Oxidationsmittel werden das im Kupfer vorhandene Arsen und Antimon in Arsenat und Antimonat umge-' wandelt, die mit der Schlacke abgeschwemmt werden.

Eb tritt ein bestimmter Grad an unvermeidbarer Reduktion der Arsenate und Antimonate von der Schlackenphase in die Metallphase in der Metallreinheitsregelzone auf, wobei diese Verunreinigungen z. T. neu umlaufen.

Um sogar darüber hinaus die Konzentration der im Kupfer-

109843/1153

21H123

eyetem vorhandenen Verunreinigungen obiger Art zu verringern, kann das flüssige Kupfermetall von der Metallausschei· 'dezone in die Verunreinigungsausscheidezone gegeben werden, der ein Oxidations- und Flußmittel der erwähnten Beschaffenheit beigemengt wurde. Die Arsenat und Antimonat enthaltende Schlacke in der Verunreinigungsauascheidezone kann entnommen und beiseite geschafft werden. Das der Metallphase entnommene Kupfer wird somit einen äußerst geringen Gehalt an Arsen und Antimon aufweisen, wobei ein gewisser Grad der Kupferrückgewinnung geopfert, wird, da die Bedingungen in der Verunreinigungsausscheidezone derart sind, daü eine bestimmte Kupfermenge in die Schlackenphase oxidiert wird. Deshalb sollte dieses System nur verwendet werden, wenn es sich als wichtig erweist, ein Kupfermetall zu erzeugen, das eine sehr niedrige Konzentration an Arsen und Antimon besitzt.

Die Behandlung des von einem erfindungsgemäßen üfensystem entnommenen Eisen mit Herabgesetztem Phosphorgehalt verläuft ähnlich wie das bereits für Kupfer beschriebene Verfahren, in dem Arsen und Antimon entfernt würde. Die Entnahme von Phosphor stellt ein bedeutendes Problem bei der Herstellung von hochwertigem Stahl dar und wird dadurch erschwert, daß Eisen und t'hospnor annähernd die gleiche Affinitfät für Sauerstoff besitzen. Deshalb wer-

109843/1153

den die bereite erwähnten Flußmittel beigemengt, die die Oxidation von Phosphor, gegenüber Eisen fördern. Eine representative Reaktion unter Verwendung von Kalziumoxid als Flußmittel ist die folgende:

4CaO (in Schlacke) + 2P + 5PeO (in Schlacke) = Oa₄P₂O₉ (in Schlacke) + 5 *e(i)

Nach einem Verfahren wird das Flußmittel in der Metallreinheitsregelzone beigegeben. Die bei bekannten Verfahren auftretenden Nachteile bestehen darin, daß da3 sich in der Schlacke befindliche Silizium (Siliziumdiüxid) mit dem Kalziumoxid reagieren möchte, um ein zusammengesetztes Ganzes zu bilden und somit die Wirkung des Kalziumoxids au mindern, und daß das Silizium das Eisenoxid und Kalziumoxid verdünnt, so daß von beiden letztgenannten eine zusätzliche Menge erforderlich wird. In dieser Erfindung ist das meiste des Siliziums bereits uu3 dem Metall herausoxidiert, bevor en die lietall^einlieitsre^elzone erreicht, so daß die sich hierin befindliche Schlacke einen verhältnismäßig geringen Siliziunurehalt aufweist. Somit werdet die bei bekannten Verfahren auftretenden Nachteile auf ein Mindestmaß beschränkt. Darüber hinaus ist die Behandlung mit dem im erfindungsgenäßen Üfensyetem verwendeten'Flußmittel besonders wirksam, da in einem

1098U/1153

ORIGINAL INSPECTED

21U123

-Jf* -

derartigen Verfahren die Schlackenechicht verhältnismäßig reich an Eisenoxiden (in der Größenordnung von 15 ¥>) sein muß, wobei dieser Gehalt auf jeden Pail im .Of ensystem aufrecht erhalten werden muß. Bei nicht vorhandenen Silizium in der Metallreinheitsregelzone wird nur eine geringe Menge an Flußmittel benötigt, wobei eine hochwirksame Phosphorentnahme mit sehr geringem Eisenverlust er- * reicht wird. Natürlich/ergibt sich auch liier, wie beim Phosphorteystem, die Möglichkeit, daß in der I-ietallreinheitszone etwas Phosphor in die Metallphase zurückkehrt.

Wie beim Kupfersystem kann ein Flußmittel zusammen nit einem Oxidationsmittel in eine getrennte Verunreinigungsaus scheid ezone gegeben werden, um die nachteiligen Wirkungen des Siliziumdioxids bei der Phosphorentnahme zu vermeiden. Es"wird ein flüssiges Metall von der Metallausscheidezone in die Verunreinigungsausscheidezone gegeben, der ein basisch reaktives Flußmittel, wie Kalziumoxid, zusammen mit einem Oxidationsmittel, wie Sauerstoff, und erforderlichenfalls ein flüssigkeiLsförderndes Flußmittel, wie Flußspat, zugeführt wird. Die phosphorhaltige Schlacke, die eich in der Verunreinigungsausscheidezone bildet, kann entnommen und beseitigt werden. Beschreibungsgemäß besteht ein Vorteil dieses Systems darin, daß das störende Silizium zuerst im Ofensystem entfernt wird und soBit die Flußreaktion nicht behindert.

103843/1153

21H123

Es iat ein besonderes Merkmal der Erfindung, die oben erwähnten Variablen so einzustellen, daß die die Metallreinheitsregelzone verlassende Schlacke einen wesentlichen Anteil oder Prozentsatz des gewünschten Metalls in Oxidform führt. Dies wird durch die vorherrschenden "Über-Oxidation"-Bedingungen in der Metallreinheitsregelzone erzielt (d. h. eine Oxidationsumgebung, die ausreicht, das oxidierfähigere Element zu oxidieren, und wodurch in den meisten aber nicht in allen Fällen ein ins Gewicht fallender Teil des gewünschten Metallelements oxidiert wird). Es ist z. B. erwünscht, für einen hohen Reinheitsgrad ein Verhältnis von wenigstens 1 : 3 des Oxidgewichts des gewünschten Metalls zum'Gesamtgewicht der Oxide der oxidierfähigeren Elemente zu haben. Diese Überoxidation liefert eine Treibkraft, durch die die Oxidation und somit die Entnahme der gesamten oxidierfähigeren Elemente abzüglich eines unbedeutenden Teils aus der Metallphase herauszunehmen, um ein Produkt von äußerst hohem Reinheitsgrad zu schaffen.

Um eine hohe Ausbeute des gewünschten Metallelements zu gewinnen* obgleich dessen Oxid in der Schlackenphase von wesentlichem Betrag oder Prozentsatz in der Metallreinheiteregelzone vorkommt, ist es erforderlich, die Schlacke in der Metallausbeuteregelzone in Bezug auf das Oxid des ge-

109843/11 S3

21Η123

'wünschten Metalle abzuschwächen. Ua dies zu erreichen, werden "Über-Reduktions"-Bedingungen in der Metallausbeuteregelzone aufrecht erhalten, um eine Treibkraft zu ergeben, so daß im wesentlichen das gesamte Oxid des gewünschten Metalls in die Metallphase reduziert wird. Durch die Reduktionsbedingungen kann ein bedeutsamer Teil des oxidierfähigeren Elements in die Metallphase oxidiert werden, um dann in die Metallphase zusammen mit dem gewünschten Element zur Metallreinheitsregelzone hinzugelangen, worin fast das gesarate oxidierfähigere Element in die Schlackenphase oxidiert wird.

Im allgemeinen werden die Werte des P_co /P_Q0-Verhältnisses, die mit der Metall- und Schlackenzusamraensetzung la Gleichgewicht wären, durch das Vorhandensein eines Flußmittels in der Schlackenphase beeinflußt. Die Gegenwart •ines "idealen" reaktionslosen Flußmittels (ein Flußmittel, das fast ideale Lösungen mit den Metalloxiden bildet) in der Schlackenphase verdünnt die Zusammensetzung des gewünschten Metalloxids und die anderer vorhandener Oxi de. Somit würde bsi Vorhandensein eines idealen reaktions- losen Flußmittels, das den Molprozenteatz des gewünschten Metalloxide auf 75 ^ des flußlosen Wertes verdünnt, das

Verhältnis von Fq₀ /^pco' ^{da8 8lch rait der Metall}~ ""<* Schlackenzueanaensβtzung Im Gleichgewicht befindet, 75 £

1 09843/ 11 53

ihres Wertes ohne Fluß betragen. Durch vorhandenes nichtideales oder reaktionsloeea Flußmittel in der Schlackenphase wird das Gleichgewichtsverhältnis von P_0n /P„_n»

OUy l/U

verglichen zum erwähnten Verdünnungseffekt, in größerem oder geringerem Ausmaß nach Maßgabe der Aktivität oder des Umfangs der Flußreaktion. Somit wird unter Berücksichtigung dieser Variablen oder im Annäherungsverfahren der geeignete eingestellte Gleichgewichtswert von P_nn /P_0n

\lKJr\ UU

durch Berechnung ermittelt.

In den folgenden Beispielen wird auf die spezifischen Werte von Pq₀ /Pqo -*-ⁿ ^^{en Al)}ß^aaen Bezug genommen, indem die

2
Werte, die mit der Flüssigkeitsphase für ein gewünschtes Resultat im Gleichgewicht sind, zugrunde gelegt werden. In der Praxis ist eine Treibkraft sowohl für die Oxidation wie die Reduktion erforderlich. Somit wird bei der Zugabe eines Oxidationsmittels der P_Mn /P_nn-V/ert wenigstens

\J\Jr) UU

gleich, vorzugsweise jedoch größer, sein als der spezifische Gleichgewichtswert. Ähnlich sollte das Verhältnis Ρ™ /Pr«n bei der Zuführung eines Reduktionsmittels nicht

UUp UU

größer, vorzugsweise jedoch geringer, sein als der spezifische Gleichgewichtewert.

Dartiber hinaus beruhen beschreibungsgemäß die für den Betriebsstoff, den Produkten und der flüssigen Schlacken-

109843/1153

ORIGINAL INSPECTED

■ ^: 21H123

und Metallphase in den Beispielen genau angeführten Zusammensetzungen und Verunreinigungen auf Werten, bei nicht vorhandenen Premdelementen oder Verunreinigungen, wie Fluß oder Gang, die in einem gesonderten Beispiel nicht

eigene offenbart und in Prozenten besprochen wurden.

Es wird ein Ofensystem des in den Figuren 2 und 3 dargestellten Typs zur Behandlung eines metallhaltigen Stoffes A verwendet, der 4,95 Gewichtsprozent Nickeloxid (NiO) und 95,05 Gewichtprozent Eisenoxid (FeO) aufweist. Auf der Grundlage von 128,6 Pfund eines gemischten oxidhaltigen Zuführstoffes gibt es also 5 Pfund elementaren Nickel und 95 Pfund elementares Eisen. Dieser Zufuhrstoff wird im Gefäß 30 vorgeschmolzen durch die Hitze des Heizgases und des Sauerstoffs, die in das Rohr 32 eintreten, und durch zusätzliche Beheizung von einem elektrischen Lichtbogen. Es herrscht eine Temperatur in Höhe von 1900⁰K im Schmelzgefäß oder Schmelzkessel. Die in das Rückgewinnungssystem 33 austretenden heißen Gase werden in ihrer Zusammensetzung unter Kontrolle gehalten, um einen ?_CQ /P^-Faktor zu ergeben, der größer ist als ca. 1,05, wenn angestrebt wird, das Metalloxid zu schmelzen, aber nicht zu reduzieren.

109843/1.15.3

- ftf -

Demgegenüber ist ββ durch Herabsetzen dee ^q tore auf unter ca. 1,05» aber wesentlich über 0,176 (der Reduktioneatand von PeO) möglich, einen Teil des Oxids· in die flüssige Metallphase zu reduzieren, die aus dem Ausgangsschnabel 37 mit einem Nickelgehalt entnommen werden kann, der über dem des zugeführten Oxids liegt, wodurch eine beginnende Teiltrennung oder Abscheidung des gewünschten Metalls, d. h. Nickel, vom oxidierfähigeren Element, d. h, Eisen* erreicht wird.

Das geschmolzene oxidhaltige Schlackenmaterial, das von dem Schmelzgefeß 30 herausfließt, wird durch die Schlakkenausgangsleitung 38 in das Gefäß 39 geführt, das einen Teil der Zwischensone 13 enthält. Das Gefäß 39 weist eine hiermit in innigem Kontakt stehende flüssige Schlackenphase F und eine flussige Metallphase G auf.

Es werden Sauerstoff B, Heizgas H und reaktionsloses Gas C durch das Eingangsrohr 40 geführt, um Hitze zu erzeugen, um die Bewegung und das Mischen der flüssigen Schlacken- und der flüssigen Metallphase zu unterstützen und um die gewünschten Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Das heiße Abgas aus äem Gefäß 39 sollte einen P /P_GQ-Fak-

2 tor swiichen ca, 14_S8 und 0_r18 besitzen. Sie Temperatur

und Zusammensetzung der Abgase werden daau "verwendet, die

«9843/1153 _{eAD 0RIGlNA}u

■ι a

21H123

Zufuhr von Sauerstoff B und Heizgas H zu bemessen. Der Gesamtfluß der Gase B und H wird geregelt, um den Wärme-'eingang für das Gefäß zu steuern.

Die flüssige NiO und FeO enthaltende Schlackenphase folgt gezwungenermaßen der Plußbahn, die sich zwischen der Metallausscheidezone 11, der Metallreinheitsregelzone 12, der Zwi3chenzone 13, der Metallausbeuteregelzone 14 und der Schlackenausacheidezone 15 bis zum Entnahme3crinabel 57 erstreckt und diese raiteinschließt. Ein reaktionsloses Flußmittel E, ζ. B. Flußspat, wird der Schlacke durch das Zuführrohr 64 der Zone 12 beigegeben.

Die flüssigen Nickel, flüssiges Eisen sowie etwas in flüssigem Metall gelöstes Kohlenstoff und Sauerstoff enthaltende flüssige Metallphase befolgt gezwungenermaßen die Flußbahn, die sich zwischen der Schlackenausscheidezone 15» der Metallausbeuteregelzone 14, der Zwischenzone 13, der Metallreinheitsregelzone 12, der Metallausscheidezone 1 1 bis zum Metallentnahmeschnabel 73 erstreckt und diese miteinschließt.

Die Anzahl der theoretischen Stufen, die zum Erzielen einer Reinheit von 99,8 Gewichtprozent Nickel mit einem Ertrag von 99 _t0' Prozent erforderlich sind, liegen bei

109843/1153

- wr-

5,12, wobei ein Reduzierbarkeitafaktor von 101 für daa

NiO-FeO-Ni-Fe-Metalloxid-Metallsystem bei 1900°K und ein Rückflußfaktor von annähernd 0,50 Pfund von elementarem Nickel und elementarem Ei3en zugrunde gelegt wird, die pro Pfund des entnommenen flüssigen Metalls in der Schlakke enthalten sind, welche die Metallreinheitsregelzone verläßt. Dies wird Stufe um Stufe errechnet, wobei ein Gleichgewichtsverhältnis in jeder Stufe angenommen wird. Somit liegt die Anzahl der benötigten Betriebsstufen bei sechs oder mehr für dieses Beispiel, wobei die eigentli-

ehe Zahl von der Wirksamkeit oder Leistungsfähigkeit der Stufe abhängt (d. h. der Gleichgewichtsannäherung). Der Rückflußfaktor von der Metallausbeuteregelzone liegt bei annähernd 0,061 Pfund flüssigen Metalls pro Pfund der flüssigen entnommenen Schlacke.

Die Tafel der Figur 6 zeigt, daß der Prozentgehalt an Nickel in der Zusammensetzung der flüssigen Metallphase in' dem Maße stufenweise zunimmt, wie das flüssige Metall von der Metallausbeuteregelzone durch die Zwischenzone und schließlich durch die Metallreinheitsregelzone weiterfließt. Demgegenüber nimmt der Prozentgehalt an elementarem Nickel, der sich in der flüssigen oxidhaltigen Sehlackenzuearamensetzung befindet, in dem Maße stufenwei-BS ab, wie*die Schlacke sich von der Metallreinheitsreg·!-

109843/1153

ORIGINAL INSPECfED

zone durch die Zwischenzone und schließlich durch die Metallausbeuteregelzone hindurch bewegt. Der Figur 6 liegt ein Ofensystern mit 6 Betriebsstufen zum Grunde. Der gesarate von außen zugeführte Sauerstoff wird in die Metallreinheitsregelzone im Gefäß 63 der Figur 2 und der gesamte von außen zugeführte Kohlenstoff wird in die Metallausbeuteregelzone von Gefäß 51 der Figur 2 gegeben. Der vorgeschmolzene flüssige, oxidhaltige Zuführstoff wird in die Betriebsstufe 3 gegeben, die im Gefäß 39 untergebracht ist, welches sich in der Zwischenzone befindet.

Die flüssige Schlacke in der Metallreinheitsregelsone enthält ca. 85 Gewichtprozent Nickel auf sauerstofffreier Grundlage und liegt somit über dem kritischen Kontrollwert von 83»1 Gewichtprozent Nickel, wie Tabelle III zeigt, der erforderlich wäre, ein flüssiges Metallprodukt mit einem Reinheitsgrad von 99»8 ^a/o Nickel zu schaffen.

Nach den Figuren 2 und 3 wird der gewünschte Kontrollwert von ca. 85 Gewichtproζent Ni, enthalten als NiO, aufrechterhalten, wobei durch den Einspritzer 66 in das Gefäß 63 Sauerstoff B eingeführt wird. Der Sauerstoff trifft auf die oxidhaltige Schlacke mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, sich einen Weg durch die Schlackenphase hindurchzubahnen und auf die flüssige Metall phase aufzutreffen

109843/1153

21U123

- 8Θ -

80

oder in sie einzudringen. Durch diesen Durchbruch kommt ein inniger Kontakt des Sauerstoffs mit der flüssigen Metallphase zustande und fördert sowohl die heftige Bewegung der beiden flüssigen Phasen als auch die Oxidation von Eisen und Nickel aus der flüssigen Metallphase. Das reaktionslose Gas G, wie Stickstoff, kann über den Einspritzer 66 dem Sauerstofffluß hinzugefügt werden, so dab sich die gewünschte Geschwindigkeit für das Gas ergibt, um in die Schlackenphase einzudringen. Nach Bedarf wird Heizgas zugeführt, um die gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten und einen Betrag an kohlenstoffhaltigem Gas im Gefäß zu liefern, um mittels des Abtastelements 47 den P_n,, /P_nn-JPaktor in den Abgasen zu messen. Die beiden flüssigen Phasen können durch verschiedene Mittel in heftige Bewegung gesetzt werden: Einspritzen von Stickstoff oder anderen reaktJonslosen Gasen (die geeignete Gemenge von GO₂ und CO oder H₂O und ILj sein könnten) in die Flüssigkeit; Einführen eines kohlenstoffhaltigen Werkstoffes in das flüssige Metall, das durch die Reaktion mit gelöstem Sauerstoff im flüssigen Metall Glasblasen erzeugt; Hervorrufen, durch intermettierendes Einspritzen von kohlenstoffhaltigen Gasen in das flüssige Metall, einer Reaktion mit dem gelösten Sauerstoff- wodurch Gasblasen erzeugt werden; elektromagnetisches Umrühren und Ultraschall vibrier en.

109843/11 S3 ' BAD OWGINAL

21H123

Das V„_n /Vn_n-Verhältnis in. den Abgasen, die die Metall-

OVJp OU

reinheitsregelzone 12 verlassen, liegt bei ca. 14,8 bei einem auf gewünschtem Kontrollwert gehaltenem liickeloxidgehalt der Schlacke. Verwendung eines Flußmittels macht ein Einstellen des P.,_o /P~_o-Faktors erforderlich, um den gewünschten Reinheitsgrad für das Metall aufrechtzuerhalten, so daß z. B., wenn ein ideales reaktionsLoses Flußmittel in dem flaue zugegeben wird, der Molproz^ntsatz von NiO plus FeO um 75 ^c/° in der Schlacke reduziert wird, dann muß der Ρ~_ο /P_Q0-Paktor auf 75 i° in dem Falle auf 11,2 reduziert werden, in dem nicht mit Flußmittel gearbeitet wurde.

Es "wird in der flüssigen Schlackenphase F und der flüssigen Metallphase G im Gefäß 63 eine Temperatur von annähernd 190O⁰K aufrechterhalten. Bei dieser Temperatur liegt der

— 5 gelöste Kohlenstoff bei ca. 1,5 x 10 Gewichtpror,ent

und der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der flüssigen Metallphaae bei annähernd 0,7 Gewichtprozent, und zwar unter den in der Metallreinheit3regelzone aufrechterhaltenen Bedingungen.

Um die PIuQfähigkelt der flüssigen Schlack.mphano bei 190O⁰K zu erhöhten, wird ungefähr ein Pfund eines reaktionelooen J?luümaterials CaF,, (Flußspat) pro Pfund des

BAD OBiGSNAL 109843/1153

**■

in der Riickflußschlacke enthaltenen elementaren Nickels durch das Zufuhrrohr 64 in die Metallreinheit3regelzone hineingegeben. Die Menge des hinzugeführten Flußmittels hängt von der Betriebstemperatur, von dem Rückflußgrad der Schlacke von der Metallreinheitsregelzone zur Metallausbeuteregelzone und der Zusammensetzung der das Gefäß 63 verlassenden Schlacke ab. Weitere Flußmittel sind SiOp (Kieselerde), Al₂O-, (Tonerde), BaO (Baryt), CaO (ungelöschter Kalk) oder Mischungen aus diesen.

Die das Gefäß 63 verlassende flüssige Schlackenphase fließt zum Gefäß 51 und die flüssige Metallphaee, die das Gefäß 51 verlaßt, fließt zum Gefäß 63, wobei jede Phase durch eine Reihe von vier miteinander verbundenen Gefäßen fließt, die dem Zuführgefäß 39 ähnlich sind und dieses miteinschließen. Biese vier miteinander in Verbindung stehenden Gefäße enthalten die Betriebaatufen der Zwischenzone. Gasförmiger Sauerstoff, Heizgas und reaktionsloses Gas werden in jedes dieser Zwischenzonengefäße hineingegeben, um eine Betriebstemperatur von ca. 1900 K aufrechtzuerhalten und das Mischen innerhalb der Phaae sowie den Kontakt zwischen den Phasen zu fördern. Die Mischungen der zugeführten Gase sind im wesentlichen neutral in Bezug auf die Oxidation-Reduktions-Reaktion innerhalb der jeweiligen Betriebsstufen (d. h., das Pq₀ /Pqq-Verhältnis des in

109843/1153

21H123

jedes Zwischenzonengefäß eingeführten Gasgemisches entspricht im wesentlichen dem Gasgemisch, das aus dem Gefäß austritt). In der ganzen Zwischenzone wirkt Nickeloxid als Sauerstoffträger und kann das oxidierfähigere Element Eisen von der flüssigen Metallphase in die flüssige Schlakkenphase oxidieren. Es wird annähernd ein Mol Nickel gleichzeitig mit der Oxidierung von einem Mol Eisen oxidiert.

Da Nickel und Eisen annähernd das gleiche Atomgewicht haben, wjrd sich ungefähr ein Pfund Nickel ergeben, das vcn der Schlackenphase für jedes rfund Eisen reduziert wird, das von der flüssigen Metallphase in jedem der vier Gefäße oxidiert wurde, welche die Betriebsstufen der Zwischenzone aufweisen.

Der flüssige Schlackenstrom verläuft im allgemeinen von der Metallreinheitsregelzone gleichbleibend zum Zufuhrgefäß 3y» in dem der otrom zu dem Betrag der sugeführter, flüssigen Oxidsc.-ilaeke zunimmt. Nach dem Verlassen des Gefäßes 39 bleibt der Fluß im allgemeinen konstant, bis ' er die im Gefäß 51 enthaltene Metallausbeuteregelzone erreicht. Der Fluß des flüssigen Metalls bleibt im wesentlichen beim Verlauf von der Metallausbeuteregelzone iurch die gesamte Zwischenzone konstant, bis er an der Metallreinheitsregelzone ankommt.

109843/1153

21141Z3

Das Pq₀ /Pqq-Verhältnis des aus den vier Gefäßen in der Zwischenzone stammenden Abgases liegt niedriger als 14,8 und höher als 0,18, wobei dieses Verhältnis progressiv von dem Gefäß, das der Metallreinlieitsregelzone 12 am nächsten liegt, bis zu dem Gefäß abnimmt, das der Metallausbeuteregelzone 14 am nächsten liegt.

Das flüssige Metall in der Metallausbeuteregelzone, die sich im Gefäß 51 befindet, enthält ungefähr 96 ^cß> Eisen. Dieser Wert übersteigt den in der Tabelle mit III angegebenen Kontrollwert von 95 i°, der für eine Ausbeute von 99,0 '/o des für das Nickel-Eisensystein eingespeisten Nikkeis.

Kohlenstoff wird als Reduktionsmittel durch das Rohr 52 in das Gefäß 51 gegeben, um die erforderliche Menge Eisenoxid (PeO) des oxidierfähigeren Elements (Fe) in die flüssige Metallphase zu reduzieren. Die bei 1900⁰K liegende Temperatur wird im Gefäß 51 durch Verbrennen der du-rch das Rohr 53 eingeführten Gase aufrechterhalten. Diese Gase unterstützen da3 Vermischen der beiden darin befindlichen flüssigen Phasen, wobei der Kohlenstoff durch die ganze Schlackenphase diapergiert wird, wodurch die Reduktionsreaktion unterstützt und der gewünschte P_nn /Τ_ηη~

UUp UU

Paktor in den Abgasen einen Wert von ungefähr 0,18 bei-

_{Λ Λ} -- ΒΛΟ ORIGINAL

109843/1 1 S3

21H123

behält. Bei diesem Faktor weist die flüssige Metallphase ungefähr 0,008 Gewichtprozent gelösten Kohlenstoff und ca. 0,22 Gewichtprozent gelösten Sauerstoff auf.

Da der Reduktionsvorgang innerhalb der Metallausbeuteregelzone wahrscheinlich endothermisch verläuft, werden elektrische Lichtbogen- und Induktionsbeheizung der flüssigen Metallphase als zusätzliche Mittel zum Aufrechterhalten der Temperatur verwendet.

Mitgenommene, noch nicht vollständig abgesetzte kleine Tropfen des flüssigen Metalls in der flüssigen üchlackenphase, die die Metallausbeuteregelzone verläßt, werden in der Schlackenausscheidezone 15 entfernt, die im Gefäß 56 untergebracht ist. Sauerstoff und Heizgas werden durch den Brenner 59 in das Gefäß 56 gegeben, um das Verhältnis PßQ /IVjo bei ungefähr 0,18 unter Kontrolle zu halten. Die flüssige Metallphaöe wird bei der gewünschton Temperatur von 1900⁰K gehalten.

Dae durch den Schnabel 75 von dem Ofensystem entnommene flüssige Metallprodukt weist einen bei 99,8 Gewichtprozent; Nickel liegenden Heinheitsgrad auf und enthalt ungefähr 4,95 Pfund Nickel und 0,01 Pfund biotm, odur Liuh:" eaot ungefähr 4_t96 Pfund flüssiges Metall für j«Πο !υο,.κι

10984 3/1153 BAD CM»

- 36 -

Pfund der in das Ofensystem gegebenen metallhaltigen Zufuhr. Die flüssige oxidhaltige vom Ofensystem durch den Schnabel 57 entnommene Sehlacke enthält ungefähr 0,05
Pfund elementaren Nickel und ungefähr 94,99 Pfund elementares Eisen, wobei beide Elemente für jede hundert Pfund zugeführter metallhaltiger Elemente in oxidhalti^er HOrrn auftreten. Bei einer Speisemenge von fünf Pfund beträgt die Nickelausbeute in dem entnommenen flüssigen Metall
annähernd 4,95 Pfund, oder 99 i°· Die gesamte flüssige
Oxidschlacke, die dem Ofensystem entnommen wird, betragζ 122,27 Pfund je hundert Pfund der in das Ofensyssem eingebrachten metallhaltigen Elemente.

Ein in den Verhältnissen der in Beispiel 1 dargelegten
Zusammensetzungen eisen- und nickeloxidhaltiger Betriebsstoff wird wie in Beispiel 1 bearbeitet, um das gewünschte Metall, Nickel, mit einem Reinheitsgrad von 99»8 % zu gewinnen. Die flüssige Schlacke, die am Schnabel 57 dem Ofensyatem des Beispiels 1 (in Figur 2 wiedergegeben)
entnommen wird, fließb zu einer sekundären im Behälter
77 enthaltenen (dargestellt in Figur 5) Metal. Lauabeuteregelzone 74, um das jiiaen in elementarer Form zn gawin-

10 9 8 4 3/1153

ORIGINAL

nen.

Die gemäß Figur 5 in den Behälter 77 eintretende Schlakkenphase enthält 94,99 Pfund elementares Eisen und 0,05 Pfund elementaren Nickel, die beide in Oxidform auftreten, und zusätzlich annähernd 2,06 Pfund des Flußmittels Flußspat (das in der Metallreinheitsregelzone von Beispiel 1 eingeführt wird). Durch das Zuführrohr 78 wird Kohlenstoff eingespeist, um den gröi3ten Teil dee in der flüssigen Schlaekenphase enthaltenen EeO-Gehalts zu Eisen zu reduzieren, wodurch die flüssige Metallphase gebildet wird.

Die Temperatur und das Verhältnis von P_nQ /^nQ ^{der 1}^^ie sekundäre Metallausbeuteregelzone verlassenden Abgase sind bemessen, die Zufuhrraten von Kohlenstoff, Naturgas, Sauerstoff, reaktionslosem Gas unter Kontrolle zu halten, und zusätzliche Heizmittel halten die Betriebstemperatur bei 1900°K und wahren das P₀₀ /Pqq-Verhältnis, das bei 0,018 im Abgas eine flüssige Metallphase von 0,10 fo Kohlenstoff aufweist. Bei einer beträchtlichen Zunahme des /P_GQ-Grades nimmt der in der flüssigen Metallphase

gelöste Kohlenstoff ab, wobei jedoch die Ausbeute des zur flüssigen Metallphase reduzierten Eisens ebenfalls abnimmt. Demgegenüber wird "bei einer beträchtlichen Abnahme der

1098^3/1153

21U123

- 8β~-

Proportion Ρ_ηΛ /Ρ™ der gelöste Kohlenstoff höher liegen, z. B. annähernd 1,00 Gewichtprozent Kohlenstoff bei einem P_nn /P_nn-Faktor von 0,0015.

OUp l/U

Das durch den Schnabel 73 von der ^etallausscheidezone 11 entnommene sekundäre Metall Eisen enthält annähernd 94,69 Pfund Eisen, 0,05 Pfund Nickel und 0,10 Pfund gelösten Kohlenstoff. Somit erreicht das gewonnene sekundäre Metall einen Reinneitsgrad von ungefähr 99,85 Gewichtprozent Eisen mit ca.· 0,10 Gewichtprozent gelösten Kohlenstoff. Die durch den Schnabel 57 von der Sehlackenausscheidezone 15 entnommene Schlacke enthält annähernd 2,06 Pfund Flußmittel und 0,38 Pfund Eisenoxidrest. Die Gesamtausbeute von Eisen aus dem metallhaltigen Metalloxidbetriebsstoff, der in das Schmelzgefäß von Beispiel 1 gegeben wird, liegt bei 99,68 i.

Gemäß der Figur 1 wird eine vorreduzierte metallhaltige Schrotzufuhr mit 75,5 Gewichtprozent Eisen und 25,0 Gewichtprozent Nickel (auf kohlenstoff- und siliziumfreier Basis) in ein Ofensystem gegeben, das aus einem längliehen Gefäß 10 besteht, welches die Zonen 1.1, 12, 13, 14 und

1098 A3/ 1153

21H123

15 umfaßt. Annähernd 4/5 des Zufuhrstoffes ist vorgewärmt und wird durch die Speiseröhre 16 an einer Stelle der Zwischenzone 13 eingeführt. Das verbleibende ein Fünftel des Zufuhrs'toffes ist vorgeschmolzen und wird durch die Speiseröhre 17 in die Metallausbeuteregelzone 15 gegeben. Es dient als Mittel, durch das NiO von der flüssigen Schlakkenphase in die flüssige Metallphase reduziert werden kann.

Der vorgeschmolzene Metallzufuhrstoff ist in der Nähe der Eingabestelle in die Zwischenzone durch die Beigabe von Sauerstoff durch die Speiseröhre 19 z. B. oxidiert. An dieser Stelle wird ein beträchtlicher Teil des metallischen. Eisens, das im Zufuhrstoff enthalten ist, von der flüssigen Metallphase in die flüssige ^xidschlackenphase oxidiert. Ein Vorteil der Teiixidation besteht darin, daß der Anteil an NiO reicher Schlacke abnimmt, die durch die weitere Beigabe von Sauerstoff über die -ueitung 18 in die Metallreinheitsregelzone 12 erzeugt wird. Ein weiterer Vorteil der Teiloxidation des der Zwischenzone zugeführten Metalls besteht darin, daß die durch die Oxidation von im Metall befindlichem Kohlenstoff freigesetzten Gase eich an einer Stelle befinden werden, die beträchtlich von den flüssigen Metall- und Schlackenentnahmesteilen entfernt liegen. Diese freigesetzten Gaoe könnten sonst schwerwiegende Probleme bei der Trennung der flüs-

109843/1153

- 9Θ -

sigen Metall- und Schlackenphasen in der Sehlackenausscheidezone 15 hervorrufen. Die flüssige Schlacke in der Metallreinheit sregelzone 12 wird bei einer Zusammensetzung gehalten, die ,so beschaffen ist, daß der Gewichtprozentsatz an NiO den Kontrollwert von 85,1 Gewichtprozent NiO (nach Tabelle III) übersteigt, was zur Herstellung eines flüssigen Metallproduktes mit einem Nickel-Reinheitsgrad von 99,8 °/o erforderlich ist.

Das flüssige Metall in der Metallausbeuteregelzone 14 wird bei einer Zusammensetzung gehalten, die so beschaffen ist, daß der Prozentsatz an Eisen in der flüssigen Metallphase den Kontrollwert von 75 Gewichtprozent Eisen (nach Tabelle III) übersteigt, der erforderlich ist, eine Ausbeute von 99,0 /i des in das üfensystem gegebenen Nickelzuführstoffes zu erzielen. Der durch die Speiserohre 21 in die Metallausbeuteregelzone 14 gegebene Kohlenstoff ergänzt das Reduktionspotential des Metallzufuhrstoffes, um eine Ausbeute von 99»0 $ Nickel zu erzielen.

Vorreduzierter Metallzufuhrstoff wie Eisennickellegierungen können normalerweise einen gewichtsmäßigen Anteil von ca. 2,5 °f> Silizium und ca. 1,5 V» Kohlenstoff enthalten. Bei einem derartigen Metallbetriebsatoff kann die Kohlenstoff menge klein sein, die der Metallausbeuteregelzone

109843/1153

21H123

zugeführt werden muß.

Das flüssige Metallerzeugnis wird mit einem Reinheitsgrad von ca. 99,8 Gewichtprozent Nickel, dem gewünschten Metall, aus dem Ofen entnommen. Ungefähr 24,8 Pfund an flüssigem Metallprodukt wird pro hundert Pfund des zusammengesetzten Betriebsstoffes abgeschieden, was eine Ausbeute von
annähernd 99,0 ^eß> Nickelgehalt entspricht. Die entnommene flüssige Schlacke enthält annähernd 74,95 Pfund elementares Eisen und 0,25 I fund elementaren Nickel, die beide
in Oxidform auftreten, pro hundert Pfund der gemeinsamen Metallzufuhrstoffe. Zusätzlich weist die von dem Ofensystem entnommene flüssige Schlacke im wesentlichen das ;;esamte Flußmittel auf, das über die Speiseröhre 22 in die Met'tllreinheitsregelzone 12 hineingegeben wurde.

B_E_I_S_P_I_E_L__4

Sin Verfahren wird durchgeführt, das schematisch in der
Figur 7 dargestellt ist, wobei die in den Ofensystemen
I und II befolgten Ofenanordnungen und Betriebsweisen im allgemeinen den im Beispiel I besprochenen gleicii sind.
Natürlich werden die eigentlichen Betriebsbedingungen
nach Maßgabe des Zufuhrstoffes variieren. Das Ufensystern

1 0-98 A3/1 15 3

21U12:

III ist im allgemeinen der sekundären Metallausbeuteregelzone 74 nach Figur 5 ähnlich. Die Betriebsweise und die Bedingungen gleichem im wesentlichen den für die Zone 74 in Beispiel 2 besprochenen. Ein oxidhaltiges Material mit folgender Zusammensetzung: Eisenoxid (PeO) mit 97,28 Gewichtprozent, Nickeloxid (NiO) mit 2,47 Gewichtprozent und Kobaltoxid (GoO) mit 0,25 Gewichtprozent wird vorgeschmolzen und in das Ofensystem I eingespeist. Unter ZugrundelegHung von 128., 61 Pfund gemischter Oxidzufuhr enthält dieser Stoff annähernd 97,25.Pfund Eisen, 2,50 Pfund Nickel und 0,25 Pfund Kobalt. Das flüssige Metallerzeugnis, das dem Ofensystem I entnommen wird, weist einen Rein heitsgrad von 99,8 Gewichtprozent Nickel auf, enthält 0,1 Gewichtprozent Kobalt und 0,1 Gewichtprozent Eisen, oder annähernd 2,29 Pfund Nickel pro hundert Pfund des metallhaltigen in das Oi'ensystem I gegebenen Zufuhrstoffes. Der im Ofensystem I erzielte Ertrag an Nickel liegt bei 2,29 Pfund für je 2,50 zugeführte Pfund, oder annähernd 92,0 Prozent. . '

Die in der Metallreinheitsregelzone im Ofensystem I enthaltene Schlacke besitzt eine Nickeloxid-Konzentratiön, die den in der Tabelle III gezeigten kritischen Kontrollwert von 90,48 Gewichtprozent NiO übersteigt. Die Kisen- und Kobaltkonzentrationen im Metall in der Metallausbeu-

1 0 9 8 U 3 / 1 1 5 3

--93 -

teregelzone liegen über den Kontrollwerten von 78,5 Gewichtprozent Pe und 4,5 Gewichtprozent Go, wie die-s Tabelle III zeigt.

Die Schlacke I, die aus dem Ofensystem I entfernt wird, dient als Zufuhrstoff, der in das Ofensystem II gegeben wird. Ungefähr 99 Prozent Kobalt, das in dem in das Ofensystem I gegebenen oxidhaltigen Zufuhrstoff enthalten ist, wird mit der Schlacke I zum Ofensystem II hinübergeführt. Die flüssige Schlacke I, die dem Ofensystem I entnommen wird, hat folgende Zusammensetzung: Eisenoxid (FeO) 99,55 Gewichtprozent, Nickeloxid (NiO) 0,21 Gewichtprozent und Kobaltoxid (CoO) 0,24 Gewichtprozent (ausschließlich Flußmittel) .

Das flüssige aus dem Ofensystem II entnommene Metallprodukt ist eine Legierung aus Kobalt, Nickel und Eisen nit einer Zusammensetzung von ca. 45,5 Gewichtprozent Kobalt, 45»O (Jewichtprozent Nickel und 10,0 Gewiohtprozent Eiser.. Annähernd 0,43 Pfund dieser Legierung werden dem Ofensy- ettm II pro 100 Pfund des in Ofensystem I gegebenen metallhaltigen Zufuhrstoffes entnommen. Die gesamte Menge an gewonntate Nickel in den flüssigen Metallerzeugnissen der Oftneyjrttme I und II belauft sich ca. auf 99,5 Gewicht- Prozent Miofctl. Der Kobaltgehalt der dem Ofensystem II

ι 109843/1153

3H 21U123

entnommenen Legierung beläuft sich auf annähernd 0,19 Pfund pro 0,25 Pfund Kobalt, das in 128,61 Pfund der gemischten, in das * Ofensystem I gegebenen Stoffzufuhr, d. h. eine Kobaltausbeute von ungefähr 76 $.

Die aus dem Ofensystem II entnommene Schlacke II dient als der in das Ofensystem III gegebene Betriebsstoff. Dieses System enthält die tertiäre Hetallausbeuteregelzone. Die flüssige Schlacke II weist folgende Zusammensetzung auf: Eisenoxid (PeO) 99,93 Gewichtprozent, Nickeloxid (NiO) 0,013 Gewichtprozent und Kobaltoxid (CoO) 0,057 Gewichtprozent (ausschließlich Flußmittel). Das flüssige Metall aus dem.Ofensystem III weist hochreines Eisen auf, welches annähernd 96,91 Pfund Eisen, 0,06 Pfund Kobalt, 0,01 Pfund Nickel und 0,10 Pfund gelösten Kohlenstoff enthält. Somit besitzt das gewonnene Tertiärmetall einen Reinheitsgrad von 99,83 Gewichtprozent Eisen mit 0,10 Gewichtprozent gelösten Kohlenstoff. Die Schlacke II, die aus der tertiären Metallausbeuteregelzone entnommen ist, enthält das in der Metallreinheitszone des Ofensystems I zugeführte Flußmittel und 0,38 Pfund Eisenoxidrest. Die Ausbeute an Eisen aus dem gemischten dem System I zugeführten Oxidstoff liegt annähernd bei 99,65 #.

10-9843/1153

--95 -

SS 21U123

Nach der Figur 8 wird ein laterit-Nickelerz vorgeschmolzen und in das Ofensystem IV gegeben. Die Zusammensetzunf,

des vorgeschmolzenen Laterit-Nickelerzkonzentrats ist wie folgt:

PeO 80,05 Gewichtprozent

NiO - 1,98 " "

CoO 0,16 « «

MnO 1,12 " "

Cr₂O₃ 3,64 " "

Gang . 13,05 " "

Das Gangmaterial, das im Laterit-Nickelerz enthalten ist, stellt eine Mischung aus Tonerde, Magnesia und Kieselerde dar.

Das vorgeschmolzene Nickelerz wird über vier Ofensysteme, IV, V, VI und VII bearbeitet, die derart in Serie ange- ' ordnet sind, daß das vom Ofensystem IV entnommene Abgas dem Ofensystem V zugeführt wird, usw. Es werden den jeweiligen Ofensystemen vier flüssige Metallprodukte entnommen.

1098A3/1153

Das flüssige Metallprodukt, das dem üfensystem IV entnommen wird, ist ein hochreiner Nickel mit einem Reinheitsgrad von 99»8 Gewichtprozent. Dieser hochreine Nickel enthält ebenfalls 0,1 Gewichtprozent Kobalt und 0,1 Gewichtprozent Eisen.

Las aus dem Ofensystejn V stammende flüssige Metallprodukt ist eine Legierung aus Nickel, Kobalt und Eisen mit einer Zusammensetzung von annähernd 46,7 Gewichtprozent Nickel, 42,3 Gewichtprozent .Kobalt und 11,0 Gewichtprozent Eisen.

Das aus dem Ofensystem VI stammende flüssige Metallprodukt ist hochreines Eisen mit ungefähr folgender Zusammensetzung (ausschließlich gelöster Kohlenstoff):

Eisen (Pe) 99,75 Gewichtprozent Chrom (Gr) 0,16 " "

Mangan (Mn) 0,04 " "

Kobalt (Go) 0,04 " "

Nickel (Ni) 0,01 " "

Das aus dem Ofensystem VII entnommene flüssige Metallprodukt ist eine Legierung von annähernd folgender Zusammensetzung:

.Mt®QBiGlHAL

Chrom 70,0 Gewichtprozent

Mangan 20,0 " ' "

Eisen 10,0 " »

(ausschließlich gelöster Kohlenstoff und Silizium).

Die Produktmengen jeder dieser drei flüssigen" Metalle pro hundert Pfund Laterit-Nickelerz, die dem Ofensyatera IV zugeführt werden, sind:

hochreiner Nickel 1,43 Pfund

Co/Ni/Pe-Legierung 0,25 Pfund

hochreines Eisen 62,06 Pfund

Cr/Mn/Pe-Legierung 3,14 l'fund

Die Schlacke VII aus dem Ofennystem II enthült im wosentliohen das gesamte Gangmaterial, das durch das dem Ol'ensystem IV"zugeführten-Laterit-Nickelerz hlrieinßeöeben wurde, zusätzlich von annähernd 0,28 Pfund Qr^Qy 0,06 Pfund MnO (beide pro 100 Pfund Laterit-Hickelerzzufuhr) plue ₍beliebige PluÜmittel, die zum Aufrochterhfilten der PluQfohigkeit der flüssigen üohlackenphase in ,jedes Ofeneyetem gegeben werden kann. Da der Zufuhratoff eine weeentliohe Menge Gangmaterial onthU.lt, kann eo iiuerflUsaig werden, zusätzlich«-""Flußmittel Zuzugeben., es sei denn In dtr Ketallreinheiteregelzone des Ofensyntema IV.

109843/11B3

ι BADORIGiNAL

-. oft -

Go

B E I S P I E L 6

Bei Verwendung der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Anlage wird ein Bulfidhaltigee Kupferkonzentrat bearbeitet, das a Ich zusammensetzt aua annähernd 30 Gewichtprozent Kupfer, 30 Gewichtprozent Eisen, 25 Gewlchtprozont Schwefel und 15 Gewichtprozent Kieselerde und enthält 0,00007 Pfund Gold und 0,00035 Pfund Silber pro hundort Pfund metallhaltigen Betriebsstoffes. In dem Geiräß 30 wird der BetrlebHstoff geschmolzen und behandelt,, um die Eiaen- und Kupferaulfide hnuptsaohlich zu Oxidim zu oxidleren, wobei ira wesentlichen der gesamte Schwefel zu S0.,-Gaβ oxidiert wird. Der Ausgleich des Betrlebeetoffee wird gleichzeitig mit <h;r flünaigen Metallfraktlon.,eßztußt., die raetalliachea Kupfer und die. Edelmetalle Gold und Silber enthält. Die ZuBarameriHet:'.unfi dor heißen Abgase wird unter Kontrolle gehalten, derart, daü bei einer Temperatur von 1900 K - der P₀₀ /P₀₀-PaICtOr bei ungefähr 58 liegt·'"* ^:-''■■'■■ -

Unter dieäen kontrollierten Bedingungen wiird annähernd, . 1,0 Pfund Kupfer pro hundert Pfund ZufuhratofΓ erzeugt .._ und in der flitasigen Hetailphaoe gesammelt, die, de« Gefäß 30 entnommen wirdi Die Edelmetalle Silber und Gold werden auch zusammen mit dem im flUsBigen Metall, auageschLede-^ nen Kupfer als Kupferfraktion gewonnen, die reich an EdejL-

1098A3/1153

Sa ti I ! .

BAD ORIGINAL

metall "ist. Diese Fraktion enthält ungefähr 0,02 Gewichtprozent Eisen, 0,035 Gewichtprozent Silber und 0,007 Gewichtprozent Gold. In einer darauffolgenden Behandlung wird sie weiter veredelt und das Gold, Silber und Kupfer ausgeschieden.

33er flüssige oxidhaltige Stoff, der aus dem Gefäß 30 strömt, weist eine Zusammensetzung mit ungefähr 37,8 Gewichtprozent CUpO, 45,0 Gewichtprozent PeO und 17,2 Gewichtprosent SiOp auf. Dieses flüssige oxidhaltige Material wird in den Zuführbehälter 39 gegeben, der sich in der Zwischenzone 13 des in Figur 2 gezeigten Ofensystems befindet.

Das flüssige Metall, das dem Ofensystem entnommen ist, enthält ungefähr 28,69 Pfund des gewünschten Metalls, Kupfer, und annähernd 0,003 Pfund iiiaen pro hundert Pfund des sulfidhaltigen Kupferkonzentrats. Der gelöste Sauerstoffgehalt des flüssigen Metalls liegt bei annähernd 2j5 Gewichtprozent Sauerstoff, wenn die Metallreinheitsregelzone mit einer Temperatur von 1900⁰K bei einem Pqq /PßQ-Faktor in den Abgasen von ca. 114 betrieben wird. Eine nachfolgende (nicht gezeigte) Deoxidation des flüssigen Metalls liefert ein Produkt, das annähernd 99»99 Gewichtprozent Kupfer enthält. Die Ausbeute an Kupfer liegt annähernd bei 99,0 Prozent, einschließlich des Kuρ-

103843/1 VRi

fergehaltes der edelmetallreichen. Fraktion und des flüssigen ·Metallprodukts. Die flüssige Schlacke in der Metallreinheitsregelzone enthält ca. 67 Gewichtprozent CU2O, was den kritischen Kontrollwert von 65 Gewichtprozent Gu₂O übersteigt, wie dies die Tabelle III zeigt. Dieser Kontrollwert ist erforderlich, um ein flüssiges Metallprodukt mit einem Reinheitsgrad von 99,99 Gewichtprozent (ausschließlich gelöster Sauerstoff) bei einer Betriebstemperatur von 1900 K zu schaffen.

Die flüssige Schlacke, die dem Ofensystem entnommen wird, enthält annähernd 30 Pfund elementares Bisen und 0,31 Pfund elementares Kupfer - \>eide Elemente befinden sich in Oxidform - und 15 Pfund Siliziumdioxid pro hundert Pfund als Zuführstoff verwendetes sulfidhaltiges Kupferkonzentrat.

Die flüssige Metallphase in der Metallausbeuteregelzone enthält 2 Gewichtprozent Pe, das über dem Kontrollwert von 1,8 Gewichtprozent Pe liegt, wie Tabelle III zeigt, wobei dieser Kontrollwert erforderlich ist, eine Ausbeute von 99»O Prozent des Kupfers zu erreichen, das als Beschickungsmaterial verwendet wurde und Kupfer in einem Verhältnis 1 : 1 enthält. In diesem Beispiel stellen die Gewichtprosente von 30 für Eisen und 30 für Kupfer

1 Π 9 8 A 3 / 1 1 5 3 BAO ORIGINAL

im Zuführstoff ein 1 : 1-Verhältnis von Eisen zu Kup fer dar. Der gelöste Sauerstoffgehalt des flüssigen Me talls in der Metallausbeuteregelzone beträgt 0,018 Ge wichtprozent, was einem P^₀ /Pqq-Verhältnis von 0,77 bei einer Temperatur von 1900⁰K entspricht. Die Zusam mensetzung und die Temperatur der Abgase und die Tempe ratur der flüssigen Schlackenphase stellen Mittel dar zur Kontrolle der Betriebsbedingungen in der Metallausbeuteregelzone 14.

In diesem Beispiel 6 wurde eine Betriebstemperatur in Höhe von 1900⁰K gewählt, die die gleiche ist wie für die anderen Metall-Metall-Oxidsysteme der Tabelle III. Bei dem Kupfer-Eisen-Kupfer-Oxideisen-Oxidaystem ist das Gleichgewicht beträchtlich durch die Betriebstem peratur beeinflußt, z. B. bei einer Temperatur von 1600°K liegen die Paktoren für P^₀ /^pco ^{in c3er} ^tallreinheits- regelzone und Metallausbeuteregelzone bei 262 (gegenüber 114 bei 1900⁰K) bzw. 1,6 (gegenüber 0,77 bei 1900⁰K).

BEIBPI E L 7

Angereicherte» Eisenerz, vorroduziarb and au kleinen Pa-

.., ORIQfNAL INSPECTED

stillen geformt, wird in heißem Zustand unmittelbar von dem (nicht gezeigten) Reduktionsofen in einen kontinuierlich beschickten Schmelzofen mit elektrischer Lichtbogenbeheizung (nicht gezeigt) und hiernach in eine Einrichtung gegeben, die die in Figur 4 gezeigte Bauweise besitzt Das flüssige Metall, das 99,0 ?» Pe, 0,50 # C und-0,50 % Si enthält, wird kontinuierlich von diesem üchmelzofen
abgezapft und einem Gefäß 51 zugeführt, in dem das Metall bei einer Temperatur von 1900⁰K gehalten wird. Dieser
vorgeschmolzene Zuführstoff dient als Mittel mit Reduktionspotential, um FeO von der flüssigen Schlackenpnase in die flüssige Metallphase zu reduzieren.

Das flüssige aus der Ausscheidezone 1I kommende Metallprodukt weist eine Reinheit von annähernd 99,9 Gewichtprozent auf. Pro hundert Pfund Zuführstoff A werden ungefähr 98,90 Pfund an flüssigem Metallprodukt entnommen,
was einer Ausbeute von annähernd 99»9 ~ί° des siijjeführten Eisens entspricht. Die der Ausscheidezone 15 entnommene flüssige Schlacke enthält ca. 0,127 Pfund FeC) und 1,07
Pfund öiOp pro hundert Pfund des Zuführstoffes, Zusätzlich weist die flüssige Schlacke ein Pfund eines Flußmittels auf, das CaO und OaP^ enthält, welches dem Gefäß 63 für jede hundert ['fund flüssigen Metallaufahrstoxfas beigegeben wird.

109843/1153

BAD ORlGfWAL

10h

Die vorgeschraolzene Metallzufuhr reagiert mit der flüssigen Schlackenphase, die aus der Metallreinheitskontrollzone 12 strömt, so daß das in der Metallzufuhr gelöste Silizium und der Kohlenstoff als Mittel in Erscheinung treten, das im wesentlichen das gesamte ?eO in der Schlacke reduzieren kann. Pro hundert Pfund zugeführten flüssigen Metalls wird 0,39b Pfund Silizium zu 0,85 Pfund SiO-, oxidiert, das in die Schlackenphase eintritt, und 0,396 Pfund Kohlenstoff zu einem CO-angereicherten Gae oxidiert, wogegen annähernd 4,5 Pfund PeO zu 5,5 Pfund üisen reduziert werden, das in die Ketallphape eintritt. Das Flußmittel di^nt dem Herabsetzen des Schmelzpunktes des fast reinen SiQ^, was den Rest der Schlackenphase darstellt, so daa die Schlacke "bei einer Temperatur von 1900 K flüssig bleiben wird.

Das flüssige Metall, das gelöstes Silizium und Kohlenstoff enthält, wird in der Metallreinheitsregelzone 12 durch die Beigabe von Sauerstoff oxidiert. Das Heizgas und das reaktionslose Gas werden zum Beheizen und umrühren zugeführt .

Die flüssige Schlacke in der Metallreinheitsregelzoiie 12 wird bei einer Zusammensetzung gehalten, derart, daü der §ewichtprozentsatz von FeO über dem Kontrollwert von

1 0 9 8 4 3 / 1 1 B 3 ^₀ original

J*¹¹⁴¹²³

1OH

25,0 Gewichtprozent (auf flußmittelfreier Basis) liegt, der nach Tabelle III notwendig ist, um ein flüssiges Metallprodukt mit einem Reinheitsgrad von ca. 99,994 ^cß> zu erhalten. Wenn der FeO-Gehalt bei einem Wert von ca. 95,0 Gewichtprozent (auf flußmittelfreier Basis) gehalten wird, werden pro hundert Pfund flüssiger Metallzufuhr ca. 4,63 Pfund PeO und 0,22 Pfund SiO₂ in der Schlacke geschaffen, welche das Gefäß 63 verläßt. Gleichzeitig sind jedoch die Verunreinigungen Kohlenstoff und Silizium im Metallprodukt nur mit äußerst niedrigen Werten vertreten, die unter 0,005 Gewichtprozent' liegen. Das Verhältnis P~_n /^pη ^^η

dem Abgas von Gefäß 63 wird bei einem Wert von annähernd 0,175 gehalten, indem die durch das Rohr 66 zugeführte Sauerstoffraenge variiert wird.

Las flüssige Metall in der Metallausbeuteregelzone 14 wird bei einer Zusammensetzung gehalten, derart, daß der Kohlenstoff und das Silizium bei einem Wert von annähernd 0,1Ί Gewichtprozent liegen, was über dem kritischen Kon-■ trollwert von 0,10 ^ύ/> liegt, der gemäß Tabelle III für eine Ausbeute von 99,9 $> Eisen erforderlich ist. Zur Unterstützung der Kontrolle der Metallzusamraensetzung, um zu erreichen, daß die Kohlenstoff- und Silisiumgehalte den kritischen Kontrollwert überschreiten, wird das P_nn /P^_n-Verhältnis im Ab.^as aus der Austrittsöffnung

1 0 9 8 Λ 3 / 1 1 53

BAD

GOPY

10 ε

54 bei einem Wert von annähernd 0,018 gehalten. Eine der artige Kontrolle kann erreicht werden durch geeignetes Einstellen der Zuführrate des metallhaltigen Stoffes in das Gefäß £1 und des in die Metallreinheitsregelzone gegebenen Sauerstoffes, sowie durch die Beigabe einer klei nen Menge Kohlenstoffs in den Zuführstoff.

Um den Phosphorgehalt des Eisenmetalls herabzusetzen, kann ein zusätzlicher Betrag eines Flußmittels wie Kalziumoxid in die Metallreinheitsregelzone 12 gegeben werden, wobei nur ein geringfügiger Verlust bei der ^isenauabeute entsteht.

B_E_I_S_P_I_E_L 8

Angereichertes Eisen-Mangan-Erz, vorreduziert und zu kleinen Pastillen geformt, wird in heißen Zustand unmittelbar von dem Reduktionsofen (nicht gezeigt) in einen kontinuierlich beschickten mit elektrischem Lichtbogen beheizten/ Schmelzofen (nicht gezeigt) gegeben und dann einem Ofenayitem nach Figur 2 zugeführt, für daa die in Beispiel 1 besprochenen allgemeinen Grundsätze zutreffen. Flüssiges Me tail, das 91,6? Pfund Eisnn und β,'5'ί Pfund Mangan pro hundert Pfund Eiaen plus Mangan enthält, wirn kernt.i-

109843/1 153

COPY ^{BAD 0R!GINAL}

10t

nuierlich durch das Rohr 52 in das Gefäß 51 eingelassen, wobei das Metall bei einer Temperatur von 190O⁰K gehalten wird. Dieser vorgeschmolzene Zuführstoff, der auch noch gelösten Kohlenstoff enthält, dient als Reaktionaiaittel, durch das PeO von der flüssigen Schlackenphase in die flüssige Metallphase reduziert werden kann.

Das flüssige Metallprodukt von dem Gefäß 68 enthält ca. 99,98 Gewichtprozent -^isen. Pro hundert Pfund Eisen plus Mangan in der flüssigen metallhaltigen Zufuhr werden ca. 90,768 Pfund flüssiges Metall entnommen, welches 90,75 Pfund Eisen unö 0,018 Pfund Mangan enthält, was einer Ausbeute von annähernd 99,0 $ Eisen im Zuführstoff entspricht.

Die entnommene flüssige Schlacke enthält annähernd 10,73 Pfund MnO und 1,18 Pfund PeO pro hundert Pfund Eisen plus Mangan im Zuführstoff.

Der durch das Rohr 52 eingelassene vorgeschmolzene Metallzuführstoff reagiert mit der flüssigen Schlackenphase, die aus der Zwischenzone 13 entströmt, so daß da3 Mangan und der Kohlenstoff, die im Zuführstoff gelöst sind, als Reaktionsmittel dienen, durch das außer einem geringfügigen Betrag das gesamte PeO in der Schlacke reduziert

109843/1153

ORIGINAL INSPECTED

10Ϊ

wird. .Pro hundert Pfund Mangan plus Eisen in der flüssigen Metallzufuhr wird annähernd 8,31 Pfund Mangan und wenigstens etwas PeO in der Schlacke reduziert. Ein Teil des PeO wird auch durch deft in der flüssigen Metallzufuhr enthaltenen Kohlenstoff reduziert. Es kann jedoch gegebenenfalls zusätzlich Kohlenstoff mit der flüssigen Metallzufuhr beigegeben werden.

Der größte Teil des gelösten Mangans und Kohlenstoffs im flüssigen Metall wird durch Zuführung von Sauerstoff in der Metallreinheitsregelzone 12 oxidiert. Es kann zum zusätzlichen Flüssigmachen der Schlacke ein reaktionsloses Flußmittel wie Flußspat verwendet werden, welches durch das Rohr 64 in das Gefäß 63 gegeben wird.

Die flüssige Schlacke in der Metallreinheitsregelzone 12 wird beständig bei einer Zusammensetzung gehalten, bei der der Gewichtprozentsatz von PeO über dem kritischen Kontrollwert von 94,2 j> PeO (auf flußmittelfreier Basis) liegt, der nach Tabelle III nötig ist, um ein flüssiges Metallprodukt zu schaffen, das einen Reinheitsgrad an Eisen von 99»98 Gewichtprozent aufweist. Wenn der FeO-Gehalt auf einem Stand von 95,0 ^a/> (auf flußmittelfreier Basis) gehalten wird, ergibt sich, daß der gesamte - außer einem Betrag von 0,02 '-/> - Kohlenstoff plus Mangan

109843/1 15 3-

oxidiert wird, die in der Metallphase vorhanden Bind, welche in die Metailreinheitsregelzone 12 eintritt.

In die Zwischenzone 13, die aus zwei oder mehr Gefäßen 39 bestehen kann, wird Sauerstoff zugeführt, so daß der Mangan- und Kohlenstoffgehalt in dem in die Hetallreinheitsregelzone 12 eintretenden Metall bereits einen derart niedrigen Wert aufweisen, daß ein übermäßiger Betrag an Rückfluß des in der Metallphase enthaltenen Eisens zurück in die Schlackenphase, als PeO, vermieden wird.

Das flüssige Metall in der Metallausbeuteregelzone 14 wird bei einer Zusammensetzung gehalten, die derart bemessen ist, daß der Gehalt an Mangan bei ca. 3>2 Gewichtprozent liegt, was über dem kritischen Kontrollwert von 2,9 1» liegt, der gemäß Tabelle III für eine Ausbeute von 99,0 % Eisen erforderlich ist.

Unter Verwendung der in Figur 5 gezeigten Vorrichtung wird die flüssige Schlacke, die das in Figur 2 gezeigte Ofensystem verläßt, kontinuierlich als oxidhaltiger Zuführstoff einer sekundären Metallausbeuteregelzone 74 zugeführt. Diese Schlacke enthält 8,31 Pfund Mangan als MnO und 0,92 Pfund Eisen als FeO pro hundert Pfund Eisen •plus Mangan, die in das Ofensystera nach Figur 2 eingeführt

109843/1153

werden. Der größte Teil der endothermischen Wärme, die für die Reduktion fast der gesamten Oxidzufuhr in die flüE eige Metallphase benötigt wird, wird durch eine nicht gezeigte Lichtbogen- oder Induktionsbeheizung geliefert. Um eine auereichende Menge eines Reaktionsmittels zum Reduzieren von MnO und FeO vorzusehen, wird Kohlenstoff durch das Rohr 78 zugeführt. Wie Figur 5 zeigt, wird der Sauerstoff zusammen mit Naturgas und reakt ionslos ein Gas erforderlichenfalls- durch das Rohr 79 hinzugefiihrt, um für heftige Umwälzung und einen Teil der endothermischen Wärme zu sorgen.

Das flüssige Metallprodukt, das die Metallausscheidezone 11 verläßt, weist eine Zusammensetzung von ca. 89,8 Mangan und 10,2 $6 Eisen auf kohlenstofffreier Grundlage auf.

Die au8 der Schlackenausscheidezone 15 austretende Üchlak- ke besteht hauptsächlich aus Flußmittel oder Gangmaterial, die übrigbleiben, nachdem der gröüte Teil an Mangan und' Eisen reduziert worden ist, um das flüssige Metallpro dulct zu bilden.

Obgleich nach obigen Ausführungen mögliche Ausführurigs- belspiele dieser Erfindung dargestellt und erläutert wur-

109843/1153

_Λ- ORIGINAL INSPECTED

den, ist es jedoch selbstverständlich, daß sich die Erfindung nicht auf diese beschränkt und daß verschiedene Ver- und Abänderungen vorgenommen werden können, ohne das Ziel und den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

109843/1153

Claims (1)

1. !erfahren sum Ausscheiden und Gewinnen, in einem Ofensystem, eines gewünschten Metallelements aus eines metallhaltigen Betriebsstoff, der das gewünschte Metallelement und wenigstens ein oxidierfihigeres Element aufweist« gekennzeichnet durch (a) Bilden einer Metallreinheitsregelsone und einer Metallausbeuteregt^ -mone im Ofensystem, (b) Aufrechterhalten in beiden Zonen einer flüssigen Hetallphase, die das gewünschte Metallelement und wenigstens ein oxidierfähigeres Element enthält, und einer flüssigen Schlackenphase, die eim Oxid des gewünschten Metalleleaentes und wenigstens ein Oxid des oxidierf&higsren Elements enthält, wobei die flüssige Schlacken«- und die flüssige Me tall phase jeweils in einer eindeutigen Bahn fließen, die «wischen der Xetallreinheitsrefjisone und der Metallausbeuteregelsone verläuft und diese miteinschlttt, derart» daß die flüssige Sehlaokenphase τοη der Metallreinheitsregelsone sur Metallausbeuteregelsone und die flüssige Metall» phase τοη der Metallausbeuteregelsone «ur Metallreinheitsregelsone fließt, wobei die flüssige Sohlaoken> und die flüssige Metallphase wenigstens in der Metallreinheitsregelsone und der Metallausbeuteregelsone mit einander im Konta kt stehen, (o) Einführen, in wenigstens eine

109843/1153

11t 1114123

der Flußbahnen, des metallhaltigen Betriebs- oder Zufühfestoffee, der das gewünschte Element enthält» wobei dieses metallhaltige Material aus einer Gruppe gewählt wurde, die aus Erzen, Konzentraten, Legierungen und deren Zusammensetzungen besteht* (d) Aufrechterhalten eines Stroas flüssiger Schlacke, indes dea Ofensyatea ein Oxidationsmittel lugeführt wird, das eine ausreichende Menge verfügbaren Sauerstoff, sun Oxidieren der oxidierfähigeren Elemente» enthält und wenigstens s. T. in die Metallreinheitsregelzone gegeben wird, (e) Aufrechterhalten eines Strove flüssigen Metalls, Index dea Ofensystea ein Reduktionsmittel augeführt wird, das einen ausreichenden Grad an Reduktionspetential besitzt, üb das Oxid des gewünschten Metalleleaents cu reduzieren, wobei wenigstens «in Teil dieses Reduktionsmittels in die Metallausbeuteregelione gegeben wird, (f) überwachen der Oxidkonsentratiom des gewünschten Metalleleaents in der Sohlaokenphase der Mstallreiaheitsregelsone bei einem wesentlich Torbestimmten Wert, indem die Menge des in diese Zone gegebenen Oxidationsmittels geregelt wird, um die oxidierfähigeren Elemente la die Sohlaokenphaee su treiben, wodurch «in Produkt ies gewünschten Metal!elements ait einem sehr höh· Reinheitsgrad in der Metallphase gebildet wird, (g) überwachen der Konsentrationen der oxidierfähigeren Elsäent· la der Metallphas« der Metallausbeuteregelvone bsi wesentlich vorbestimmten Wert·», indem die Menge des in dies· Zone

1 098 A3/1153

21U123

, voreine

gegebenen Reduktionsmittel» geregelt wird hohe Ausbeut· des gewünschten Metallelemente su gewährleisten, (h) Intfernen dee gewünschten Metallprodukte aus der mctallreinheltsr»gelson· und (i) Kntfernen der an Oxid des gewünschten Äetallelements geschwächten flüssigen Sohlaok· τοη der aetallauebeuteregelson·*

2« Terfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekenneeichnet, daS dl· Restschlaoke ron dem gewünschten Hetalleleaent abgetrennt wird, nachdem das Metallelement τοη der Metallreinheitsregelaone entfernt worden ist.

5· Terfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennseiohnet, d*0 der elementare Vetallrest τοη der an Oxid des gewünschtem Met. lleleaents gesohwäohten, flüssigen Sohlaoke a»getrennt wird, naohdea dl« Sohlaeke von der Hetallaus-Wttteregelsone entnommen worden ist»

4.Terfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennseiohnet, daß entlang der Bahnen swieohen der Metallreinheitsregelxone und der Hetallausbeuteregelsone eine Zwisohensone ausgebildet ist» wodurch die miteinander in innigem Kontakt stehend· flussige Schlacken- und flüssige Metallphaee hUdurchfließee.

5· Terfahren nach Anspruoh 1« dadurch gekennseiohnet, daß da· Oeviohtsrerhältmis des Oxids des gewünschten Metalls sttsi Y*r«lmt«n gewicht des oder der Oxid· der oxidierfahig«r*tt Blemente, aussohlieSlioh der Oxide der oxidierfihig«rea riuBmitteleLemente, im dar Sohlaokenphas· der M«tallr«lah«ltsr*g«lson· wenigstens bei It? liegt.

1098A3/1153

6* Terfahren nach Anapruoh 1» dadurch gekennaeiohnet, ά&δ*

di· an Oxid dee gewünschten Metalleleaenta geschwächte Sahlaok«

behandelt wird, tu eis oderrmehrere oxidierfähigeve Elemente ▼ob metaliiaoher Beschaffenheit au gewinnen, die darin auftreten·

f· Terfahren nach Anspruch l_f daduroh gekennaeichnet, daB der metallhaltige Betriebaatoff vor der Zuführung in da· Ofensystem Torgesohmolsen ist·

8· Terfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennaeiohnet» daB der metallhaltige Betriebsatoff Tor der Zuführung in da« Ofensystem Yorgeaohraolseit ist und behandelt wird, us eines oder mehrere der darin als flüssiges Metall enthaltenen Elemente au erhalten» wobei das Metall tob Betriebastoff ▼or der Einführung des Metallhaltigen 3to±'freste in da· Ofensystem abgetrennt wird·

9« Terfahren naoh Anapruoh 8, daduroh gekennaeiohnet, daB der metallhaltige Betriebsstoff ein lupferkonsentrat iat, daa Gold und Silber»enthalt* und daB das naeh ά·χ Behandlung abgetrennte Metali eine Legierung ams Oold «mi Silber Im einem Terhältnis su Kupfer 1st·

10« Terfahren naoh Anapruoh l_t daduroh gekennzeichnet* AaB der metallhaltige Betriebaatoff ein Br« «4er Irakonsentrat ist und daB wenigetena ein Teil des metallhaltigen Betrle··- stoffee vor der Einftthmumg la daa Ofenayatea sa Metall redusiert wird.

1098A3/1 153

US ' 21U123

11« Terfehren naoh Anspruch l_f dadurch gekennseichnet, daß Tor der Einführung in da· Ofensystea der aetallhaltige Betriebsstoff ein eulfidhaltigee Material aufweist* welch·· oxidiert wird, ua Schwefel »u entfernen und dae sulfidhaltige Material in ein oxidhaltige« Material »u Terwandeln, da· Torgeachaolsen und dann de« OfensjStea ««geführt wird·

12· Terfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallhaltige Betriebsstoff ein eisenreiches oxidhaltigee Material ist, das Torgesehmolaen ist« ua Tor der Zuführung des flüssigen Metall· in das Ofensystem ia wesentlichen den desamten Eisenanteil al· flüsaiges Metall su gewinnen.

13· Terfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dae an Eisen reiche oxidhaltige Material auch Mangan aufweist und dafl ia wesentlichen das gesamte Mangan Toa Torscheel «Vorgang alt dea Eisen als flüssige· Metall gewonnen wird.

14· Terfahren naoh Anspruch 1« dadurch gekennseichnet, daö in der Betriebestufe (f) ein beträchtlicher Teil des gewünschten Metalleleaents susaaaen alt deaacidlerfählgeren lleaent in die Schlackenphase getrieben wird·

15· Terfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, dafi in der Betriebeetufe (g) ein wesentlicher Teil des Oxids des gewünschten Metallelements durch das Reduktionsmittel reduziert wird und dadurch in die Metallphaee getrieben wird.

109843/ 1 153

4Λ 21H123

16. Terfahren nach Ansprach 15 t dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Anteil der Oxide der oxüerfähigeren Eleaente zusammen mit dem gewiinsohten Metalleleaentoxid reduziert und dadurch in die Metallphaee getrieben wird·

17· Terfahren naoh Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet« daß der metallhaltige Betriebsstoff ein Er» i«t, da« Nickeloxid und Eisenoxid aufweist« wobei das gewünschte Metalleleaent Siokel ist.

18. Terfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennselohnet_t daß der metallhaltige Betriebsstoff ein laterithaitige« Kickeier* und dae gewünschte Metallelenent Miokel let.

19· Terfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennseiohnet» daS das netallhaltige Material eine Eieenniokellegierung und das gewiin chte Metalleleaent Hiokel ist*

20 Terfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennseiohmet, daß das metallhaltige Material «la eisonoxidhaltiger Stoff und dae gewünschte Metall Sisen ist·

21. Terfahren naoh Anspruch I₉ dadurch gekennseiohmet, daB dae aetallhaltige Mateial ein oxidiert·» eohwefelhaltigee Konsentrat* das Kupfer und Biaea enthält, and da· gewüneehte Metalleleaeat Kupfer iat.

1098A3/1153

11? 21U123

22· Tejpfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, **£ d&a metallhaltige Material «la laterithaltiges Wiokelere und das gewttasohte Metalleleaent Nickel ist* wobei ei» Teil der in der Betriebsstufe (i) entnommenen Schlacke verwendet wird al« sekundäres metallhaltige· Material «ad dea Behandlungaatufea (a) - (i) ron Anspruch 1 unterworfen wird» us eia oder »ehjrer« Xlesente τοη metelliecher Beschaffenheit abxutrennen*

25· Terfahren naoh Anspruch 22, dadurch gekenneeiohnet, daS das Terfahren sur Behandlung des sekundären »etallhaltigen Materials wiederholt wird_t uk getreanterweise die Kobalt-Iiokel-Eisenlegierung, Eisen und die Chroe-Mangsji>Cisenlegierunc »u erhalten*

24* Terf ehren naoh Anspruch I₉ dadurch gekenneeiohnet, dal ei» 71«e«ittel der Sohlaokeaphase »ugeführt wird.

25· ▼· fahre» aaoh Anspruch 24t dadurch gekennaeilinet, deB dae Fluß»!ttel in die Metallicinheitsregelsone gegeben wird.

26 Terfahrea aaoh Anaprueh 4t dadurch gekennxelohnet, daß ei» feil des Oxidierungamittela in der Zwiaohenaoae rerteilt ist«

109843/1153

27· Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß •in feil des Redusierungsaittela i». der Zwisohensone rerteilt ist.

23. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß feil· der Oxidierungs- und Reduaierungemittel in der Zvisohenson« verteilt sind·

29« Terfahren naoh Anspruch l_f dadurch gekennselohnet» daß dieses Terfahren in eines einseinen Reaktionsbehälter durchgeführt wird, in de» die flüssige Schlacke und die flüssige Metallphase in kontinuierlichem Kontakt miteinander, is wesentlichen in einander entgegenlaufenden Strömen fließen·

3 O. Verfahr*» «ach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, dafl die Ketallreinheitsregelzsonea «ad die Ketallaueoeutereg·!- sone getrennt· »it einander in Verbindung stehend· Behälter sind und daß über wenigstens einen fell der Strombahnen die flüssige Schlacke»-und dl· flüssig« Metallphasem •inanäer nicht berühr·»·

31 · Terfahren sum in einem Ofen durchgeführten Abtrennen und Gewinnen eines gew .neohten Metall· aus einem metall«· haltigen Betriebsstoff» der das gewUnsohte Element und wenigstens ein oder mehrer· oxidierfähiger· !lernente auf« weist» gekennzeichnet durch (a) Bilden im Ofensystem einer

109843/1153

21H123 113

Metallreinheitregelzone und Metallausbeuteregelzone und einer Zwisohenzone, die «wischen beiden liegt, (b) Aufrechterhalten einer flüssigen Metallphase, die das gewtt neohte Metallelement und wenigstens ein oxidierf&higeres Element enthält, und eine flüssige Schlaokenphase, die ein Oxid des gewünschten Elemente und ein Oxid wenigstens eines oxidierfähigeren Elemente besitzt, wobei die flüssige Schaloken- und flüssige Metallphasen jeweils in eigenen Bahnen fließen, die sich swiaohen den jeweiligen Bahnen der Metallreinehitregelzone und der Metallausbeutregelzone erstrecken und diese miteinhesohließen, so daß die flüssige Sohlaokenphase τοη der Metallreinheitregelsone durch die Zwisohensone zur Metallausbeuteregelzone und die flüssige Metallphase τοη dir Metallausbeuteregelzone durch die Zwischensone in die Metallreinheitregelzone fließt, wobei die flüssige SoH&eken- und die flüssige Metallphase in der Metallreinheitregelzone, der Metallauabeuteregelzone und der Zwischenzone in inniges Kontakt miteinander steht« (o) einführen in wenigstens eine der Flugbahnen des metallhaltlgen Materials, das das gewünschte Metallelement enthält, wobei das metallhaltige Material aus einer aus Erzen, Konsentraten, Legierungen und deren Zusammensetzungen bestehenden Gruppe ausgewählt 1st, (d) Aufrechterhalten •ines Stromes der flüssigen Schlacke durch Einführen la das Ofensystem eines Oxidierungemittels, das ausreichend Terfügbaren Sauerstoff zum Oxidieren der oxidierfähigeren Elemente aufweist, wobei wenigstens ein Teil des Oxidierungsmittels in der Metalireinheitsregelzone hinzugeführt wird,

109843/1153

HO 21H123

(·) Aufrechterhalten «ines Stroaea flüssigen Metalls durch Einführen eines Reduzierungsmittels in das Ofensystem» wobei dies Mittel ein ausreichendes Reduktionspotential besitzt, um das Oxid des gewünschten Metallelements zu r» -dusieren, und wenigstens ein Teil dieses Bedusierungsaittels in der Metallausbeuteregelsone hinzugegeben wird» (f) Überwachen der Konzentration des Oxids des gewünschten Hetallelements in der Sohlaokenphase der Metallreinheitrege lsone bei eines im wesentlichen rorher bestiemten Wert« indes der Betrag des in diese Zone gegebenen Oxidierungamittels geregelt wird, um die oxidierfähigeren Elemente in die Schlaokenphase zu treiben, wodurch ein aus dem gewünschten Metall bestehendes Produkt geschaffen wird, das in der Metallphaae einen hohen Reinheitsgrad aufweist» (g) Überwachen der Konznetration der oxidierfälligeren Elemente In der lletallphase der Ketallauebeuteregelsone bei ia wesentlichen vorher bestimmten Werten, indem der Betrag des in diese Zone gegebenen ReduzierungemitteIs geregelt wird, um eine hohe Ausbeute des gewünschten Metallelemente su gewährleisten, (h) Entfernen dee gewünschten Metallelementprodukts ron hohem Reinheitsgrad aus der Metallreinheitregelzone und (i) Entnehmen der an Oxid des gewünschten Elements geschwächten Schlacke aus der Metallausbeuteregels one.

32. Verfahren nach Anspruch 31» daduroh gekennzeichnet» daß die Metallreinheitsregelsone, die Metallausbeuteregelsone und die Zwir-ohenaone sich in eigenen mit einander in Terbindung stehenden Behältern untergebracht sind und wenigstens ein feil der fluöbahnen der flüssigen Metall- und der flüssigen Schlaokenphase miteinander nicht in Berührung kommen·

21H123 Ui

33· Verfahren nach Anspruch Ji, gekennselohnet duroh einen länglichen Behälter, lit dem ein« Metallreinheitsregelsone, ein« Metallauabeuteregelaone und eine awisohen diesen liegende und mit der Matallreinheitsregelsone und der Metallausbeuteregelsone in Kontakt stehende Zwisohenaon« ausgebildet ist, wobei in diesen Zone eine Metallphase attfreehtexhalten wird·

34· Verfahre* maeh Anspruon 35» dadurch gekennzeichnet» dal während des jeweiligen Flleßens swlsahen der Metall· veinheltssegelaone und der Metallausbeuteregelaone eine Swieehenfhasenberührung und ein Innerphasen«!sehen awisohen der flüssigen Metall- und der flüssigen Sohlaokenphase gefördert wird_t un ein« progressive Zunahme in der Reinheit des gewünschten Metall· der flüssigen Sohlaokenphase sn bewirke»» wenn sie von der Metallausbeuteregelsone sax MeUllxttUheltsregelsone fließt.

35· '«»fahren nach Anspruch 1» dadurch gekennselohnet» da£ Iis«m das gewünsohte Metallclesent ist und die oxidierfahigeren Elenente Phosphorrerunreinigungen beinkalten, denen saeisehe· Flußmittel in der Metallreinheitrege>lsone hinaugegeben wlrd_t un nlt de» Phosphor an r«agiexem_f «at ein Produkt in der Sohlaokenphase au bilden·

10884371153

21U123

Ji. Verfahren nach Anspruch I₀ dadurch gekennzeichnet, daß da· gewünschte Metallelement,, das in flüssiger Metallphase Ton dec Metallreinheitsregelsone entnommen wird, Eisen «it Fhosphorrerunreinigungen lst_v wobei dieses flüssig· Metall in die Verunreinigungesoheideaone gegeben wird, der ein basisches Flußmittel und ein Oxidierungsmittel zugeführt wird» um »it de· Phosphor ra reagiern, so daS sieh eine Sohlackenphaae, aus der Phosphor entnommen wird, und eim· Met&llphaee aus Bisen »it niedrigen Phosphorgehalt bildet.

37· Verfahren nach Anspruch 1« dadurch gekennseihonet, daß Kupfer das gewünscht« Metalleleaent ist und die oxidierfähigeren Bleaente TerunsLnigunge aus der Gruppe aufweisen, die Arsen, Antimon, Wisntuth und deren Zusaautensettungen enthält, wobei diesen ein basisches Flußmittel *ur lletallreinheitsregelaone hinaugeführt wird, um mit den Verunreinigungen au reagieren, so daß sich ein der Schlackenphase entnommenes oxidhaltiges Produkt und eine Metallphase

γόη Kupfer Mit niedrigen Gehalt an Verunreinigungen bildet.

109843/1 153

HS 21U123

38. Terfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB das in einer flüssigen Metallphaee ron der Metallreinheit·- regelsone entnommene gewünschte Metall Kupfer ist» wobei die Terunreinigungen τοη einer Gruppe gewählt sind, die Arsen, Antimon« Wismut und deren Zusammensetsung enthält, wobei das flüssige Metal, in eine Terunreingungsauesohsidesone gegeben wird, in die ein basisches Flußmittel und ein Oxidierungsmittel gegebn werden, um mit den Terunreirietgea su reagieren, um eine Schlaokenphase, as der die Terunreinigungen entfernt werden, uni eine Metallphase aus Kupfer mit niedrigem Gehalt an Terunreinigungen su bilden·

P9· Terfahren nach Anspruch 33t gekennselohnet durch Abtrennen und Entnehmen des gewünschten Metallelements aus einem Strom und des oxidlerfähigeren Metallelements aus einem «weiten Strom, wobei eine zusätzliche Gewinnungssone ffi r ein oxidierfähigeres Metall gebildet und in der gewünschten Metallreinheltsregelsone eineiflüssigec Metallphaee, die das gewünschte Metallelement und wenigstens ein oxidierfähigeres Metallelement aufweist, und eine flüssige Sohlaokenphase aufrechterhalten wird, die ein Oxid des gewünschten Metallelemente enthält, (i) durch Sichten der an Oxid des gewünschten Metallelemente geschwächten und an Oxid des oxidierfähigeren Metallelements angereicherten flüssigen Schlacke von der Ausbeiferegelsone des gewünschten Metalls sur Gewinnungssone des oxidierfähigeren Metalls, (j) Einführen eines Reduslerungsmlttels in die Gewinnungssone des oxidierfähigeren Metalls, um eine Metallphase

109843/1 1 53

des oxidierlahigeren Metallelements zu bilden, die darin ■it der Schlackenphase in Kontakt steht» (k) Entfernen des oxidierfähigeren Metallelenents von der Gewinnungazone und (l) Entfernen der an Oxidin des gewünschten Metalleleaentes abgeschwächten Sehlacke und des oxidierfähigeren Elementes aus deren Gewinnungezone·

40 Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet* daß sich eine Zwischenzone zwischen der Reinheitsregelzone und der Auebeuteregelzone für das gewünschte Metall befindet.

41· Terfehren nach Anspruch 39» dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke eine kontinuierliche Phase τοη der Metallausbeuterege lsone zur Gewinnungszone für oxidierfähigeres Metall bildet, wobei die Metallphase in der ereteren Zone τοη der Metallphase der letzteren Zone getrennt gehalten wird.

42. Verfahren nach Anspruch 41» dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte Metallelement und das oxidierfälliger· Metalleleaent in getrennten Strömen τοη ein·» eintigen Behälter gewonnen werden.

45* Verfahren nach Anspruch 42« dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacken- und di· Metallphase gleiohstroae&d in der Gewinnungezone für oxiiierfähigeres Metall fließe«_t wobei das oxidierfähigere Metalleleaent an deren Itromat·» warte liegenden feil entnouea wird.

109843/1153

us ^2mi23

44· Terfahren nach Anspruch 42» dadurch gekennzeichnet, AaS die Schlacken- und di· Metallphase gegenströmend in der Gewinnungssone für oxidierfihigeres Metall fließen« wobei das oxidierfähigere Metallelement an deren strosaif· warte liegenden Teil in der Iahe der Metallausbeuteregelaonne entnommen wird*

45* Terfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennseiohnet, daß ein Abtrennen suetande kommt« indem die FluBgesohwindigkeiten der Metallphasen in den beiden Zonen geregelt werden, so daß eine neutrale Ströaungsaone den flüssigen Metallstrom in ieiev Zone trennt·

46· Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daB die Trennung geschaffen wird durch einen physikalischen Saan, der ein Fließen «wischen den flüssigen Metallphaeen rerhindert aber ein Fließen «wischen den Sohlackenphaeen ermöglicht.

1098A3/ 1 1 53