DE2119965A1

DE2119965A1 - Kontinuierliches verfahren zur aufarbeitung von kupferkonzentraten

Info

Publication number: DE2119965A1
Application number: DE2119965A
Authority: DE
Inventors: Peter Tarassoff; Nickolas John Themelis
Original assignee: Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1966-04-28
Filing date: 1971-04-23
Publication date: 1973-10-04
Also published as: GB1314663A; US3700431A

Description

DR. MÖLLER-BORS DI PL-PHYS. DR. M AN ITZ DI PL-CH EM. D R. DEU FEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOW

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1043 Ph/bg

Noranda Mines Limited, Toronto, Ontario, Kanada

Kontinuierliches Verfahren zur Aufarbeitung von Kupferkonzentraten

Priorität: USA vom 29. Dezember 1970 Zusatz zu Patent ....(Patentanmeldung P 15 58 426.6-24)

Das Hauptpatent ....(Patentanmeldung P 15 58 426.6-24) betrifft ein kontinuierliches Verfahren zum Schmelzen und Ko/vür tieren von Kupferkonzentraten zu metallischem Kupfer in einem einzigen Ofen, bei dem man Plussmittel und die Konzentrate in Form von Pellets in den Ofen einspeist, beide in einem flüssigen Bad schmilzt, den erhaltenen Fluss von Kupferstein und Schlacke gegen die Abstichöffnungen in den Ofen strömen lässt, ein oxidierendes Gas in den Kupferstein einführt, das ausreicht, um das vorhandene Ferrosulfid zu oxidieren, weiteres oxidierendes Gas in das erhaltene Weissmetall einführt unter allmählicher Umwandlung des Kupfersulfids in metallisches Kupfer, das Kupfer von der Schlacke absitzen lässt und schliesslich das metallische Kupfer absticht. Das Verfahren gemäss der Erfindung betrifft eine Abänderung einer spezifischen Ausfuhrungsform des im Hauptpatent ....(Patentanmeldung P 15 58 426.6) beschriebenen Verfahrens, wobei man die Konzentratpellets in der Weise in den Ofen einführt, dasa ein wesentlicher Teil der

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Dr. MOIIer-Bor* Dr. Manitz · Dr. Deufel · Dipl.-Ing. Finsterwald Dipl.-Ing. Gramkow Braumdiweig. Am Bürgerpark 8 8 München 22, Roberr-Koch-StroSe Ϊ 7 Stuttgart - Boa Cannifa»

ieiefan (0531J 73387 T.iefon (0811) 2251 10, 2215Ä9, TeI.χ 522050 robpa» MarktüraOs3, Ionian (0711J 547261

Oberfläche des flüssigen Bades mit einer gleichmässigen dünnen Schicht von Pellets bedeckt wird und die Einführung der Pellets so steuert, dass die Bildung von Massen von ungeschmolzenem Material verhindert wird, wonach man das erhaltene metallische Kupfer absticht.

Es wurde nun gefunden, dass diese spezifische Ausführungsform des Verfahrens der Patentanmeldung P 15 58 426.6 abgeändert werden kann, indem man die Einführung der Pellets und des oxidierenden Gases so steuert, ^ase Schmelzraten

von 485 - 1.465 kg/m (16o - 3oo pounds per square foot) Badoberfläche erzielt werden.

Dabei hat es sich besonders bewährt, Konzentratpellets mit einer■Durchschnittsgrösse von 0,95 - 1,27 cm (3/8 1/2") und einem Feuchtigkeitsgehalt von 9 Gew.$ in den Ofen einzuführen.

Weiteren ist es vorteilhaft, den durch das Einführen und Schmelzen entstehenden Staubverlust zwischen 0,85 und 2,14 #, bezogen auf das Gewicht des in den Ofen eingebrachten Konzentrats, zu halten.

Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Verbesserung im kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren von Kupferkonzentraten zu metallischem Kupfer erreicht, wobei die Schmelz- und Konvertierungsstufen teilweise gleichzeitig und teilweise nacheinander in einem einzigen Reaktorgefäss erfolgen, und worin die Konzentrate kontinuierlich an einem Ende eingebracht werden, während Schlacke und Kupfermetall kontinuierlich am anderen Ende des Gefässes abgezogen werden»

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Das soeben "beschriebene G rundverfahre η wendet gewisse Aspekte der bekannten Kupfertechnologie in Verbindung mit den Konzeptionen der kontinuierlichen Gas-Flüssigkeitsaufarbeitung, die bis jetzt vor allem in der chemischen Verarbeitung angewandt wurden, an. Das Verfahren umfasst auch die Behandlung der Schlacke, die durch reduzierende Gase oder andere Massnahmen gebildet ist, um die maximale Kupfereactraktion aus der Schlacke entweder in einer geeigneten Verlängerung des Reduktionsreaktors oder in einem getrennten Gefäss neben dem Reaktor, in das die Schlacke durch Schwerkraft aus dem Reaktorgefäss fliessen kann, zu erzielen.

Allgemein gesagt, umfasst das Grundverfahren die Stufen des Einspeisens von Flussmittel und der zu konvertierenden Konzentrate in den Ofen; das Schmelzen von Konzentraten und Flussmittel; die Kontrolle des entstehenden Stroms von Stein und Schlacke im Ofen, wenn er zu den darin ausgebildeten Abstichöffnungen flieset; die Einführung eines oxidierenden Gases in den Stein, das ausreicht, um eine allmähliche Oxidation des Ferrosulfids zu bewirken; die fortgesetzte Einführung dieses oxidierenden Gases in das erhaltene Weisemetall mit ausreichen-

Umwandlung

dem Volumen, um die allmähliche des Kupfersulfids zu metallischem Kupfer zu bewirken; das Absitzenlassen des Kupfers und dann das Abziehen von metallischem Kupfer.

Die Verbesserung dieses Grundverfahrens besteht, wie schon ausgeführt, in der Steuerung der Einführung der Pellets und des oxidieiaiden Gases/Schmelzraten in einem bestimmten Bereich erzielt werden,/dass Konzentratpellets mit einer bestimmten Durchschnittsgrösse und bestimmtem Feuch-

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tigkeitsgehalt eingeführt werden und/oder dass der durch das Einführen und Schmelzen entstehende Staubverlust innerhalb gewisser Grenzen gehalten wird.

Damit können bei einem kontinuierlichen Schmelz- und Konvertieryerfahren eine Reihe von Vorteilen verwirklicht werden. Insbesondere ist die Schmelzgeschwindigkeit beträchtlich höher, als sie im herkömmlichen Reverberiercfen möglich ist. In letzterem erhält die Charge auf den Beschickungslagen Hitze vor allem durch Strahlung von der Verbrennungsflamme, von den Ofengasen und von den Ofenwandungen, und der thermische Wirkungsgrad ist nicht gross. Obwohl wenig oder keine Wärme im geschmolzenen Bad gebildet wird, stellt das Bad eine Quelle gespeicherter Wärme dar, und das Aufgeben von feuchtem Konzentrat auf die Badoberfläche wurde schon vorgeschlagen, z.B. in der USA-Patentschrift 2 657 990. Es wurde auch vorgeschlagen, z.B. in der USA-Patentschrift 3 222 162, daas die Schmelzgeschwindigkeiten im herkömmlichen Reverberierofen erhöht werden können, indem geschmolzenes Material vom Bad auf die Beschickungslagen gespritzt bzw« gegossen wird, wobei das geschmolzene Material im wesentlichen überhitzt und das Aufspritzen oder Schütten durch Einblasen von sauerstoffreichem Gas in das Bad in der lähe der Beschickung bewirkt wird.

Im Gegensatz dazu erfolgen bei einem kontinuierlichen Schmelz- und Konvertierungsverfahren, bei welchem die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, hochgradig exotherme Reaktionen im Bad und letzteres stellt eine Wärmequelle dar, die noch wichtiger ist als diejenige, die durch Strahlung von der Verbrennungsflamme, von den Verbrennungsgasen und von den Wänden der Vorrichtung

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zur kontinuierlichen Schmelzung und Konvertierung geliefert wird, wobei sich das Bad in direktem Kontakt mit der zu schmelzenden Charge befindet.

Es wurde nun gefunden, dass bei dem bisher erwähnten kontinuierlichen Schmelz- und Konvertierungsverfahren der Wärmeübergang zur Beschickung noch weiter verbessert wird, indem die Charge in Form von Pellets zubereitet wird, bevor sie in den Ofen eingeführt wird. Besondere "Vorteile werden durch verminderten Staubverlust an Konzentraten und durch wirksames Schmelzen erzielt, wenn sorgfältig gesteuerte Beschickungsmethoden angewandt und durch Einführen von oxidierendem Gas ausgeglichen werden.

Es wurde auch gefunden, dass die Abstichmethoden, die üblicherweise bei Konvertern, Anodenöfen, Drahtstangen-Öfen und dergleichen in Gebrauch sind, für die Verwendung in Verbindung mit einer kontinuierlichen Schmelz- und Konvertiervorrichtung nicht praktisch sind; ebenso wenig viele der Methoden, die zum Abstechen von anderen geschmolzenen Materialien als Kupfer aus metallurgischen öfen üblich sind.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Vorbereitung und Einspeisung von Kupferkonzentraten und -erzen in eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren zu schaffen.

Geraäss einem Aspekt der Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Vorbereitung und Zufuhr von Kupferkonzentraten und -erzen zu einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren von Kupferkonzentraten und -erzen zur Verfügung gestellt, welches darin

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"besteht, naaae Konzentrate oder Erze, mit oder ohne Zusätze, und mit oder ohne Einmischen eines Teils oder der Gesamtheit des zur Konvertierung erforderlichen Kieselsäureflusamittela, zu pelletisieren, die Pellets mit oder ohne Trocknung und mit oder ohne zugemischte Stücke von Kieaelsäureflussmittel in die Apparatur zur kontinuierlichen Schmelzung und Konvertierung derart einzubringen, dass eine grosse Oberfläche des Bades mit einer dünnen Schicht von Pellets bedeckt ist, und ao zu ermöglichen, dass jedes Pellet in Kontakt mit dem flüssigen Bad kommt, so dass die Pelleta nicht groaae Massen von ungeschmolzenem Material bilden, sondern mit sehr hoher Geschwindigkeit je Flächeneinheit des Bades schmelzen.

Es wurde nun gefunden, dass der Wärmeübergang zur Charge verbessert wird, wenn die Charge in Form von Pellets vorliegt, die vor der Einführung in den Ofen zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren gebildet sind, Kupferkonzentrate, die durch Flotieren gebildet sind, können leicht ohne Zusatz, wie Bentonit, pelletisiert werden, und nach dem Pelletisieren können die Pellets teilweise vor der Einführung in den Schmelz- und Konvertierungaofen getrocknet werden, je nach den relativen Kosten der vorherigen Trocknung oder der Trocknung im Ofen* Es wurde gefunden, dass nasse Pellets aus einer Pelletisiermaschine direkt in einen Ofen zur kontinuierlichen Schmelzung und Konvertierung eingeführt werden können, ohne dass sich irgendwelche Betriebaproble- ■ me ergeben, wie beispielsweise die Explosionen, die man manchmal erlebte, wenn nasse, nicht pelletisierte Konzentrate in ein schmelzflüssiges Bad von Schlacke und Stein eingeführt wurden.

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Wenn hier von "Pellets" gesprochen wird, sind hierin Konzentrate in Form von Agglomeraten und geformten Gebilden in einem weiten Bereich handhabbarer Grosse, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet begegnen, einzuschliessen, und der Begriff soll nicht auf den eng definierten Begriff runder Pellet-Teilchen beschränkt sein, wie er mit anderen Fachbereichen verbunden wird.

Bezüglich des Kieselsäureflussmittels, das zur Konvertierung erforderlich ist, und das in den Ofen zur kontinuierlichen Schmelzung und Konvertierung eingeführt werden kann, wird, falls dies vom wirtschaftlichen Standpunkt aus annehmbar ist, vorzugsweise die gesamte Menge an Flussmittel auf eine Teilchengrösse unter 2 mm (10 mesh ASTM-Sleb)

gemahlen und das Flussmittel in die Beschickungspallets eingebracht, und so eine Art von selbstfliessendem Pellet gebildet. Die oben erwähnte Arbeitsweise vereinfacht die Kontrolle der Schlackenzusammensetzung und beseitigt jede Möglichkeit der Absonderung von Flussmittel im kontinuierlichen Ofen. Wenn jedoch das Einbringen der gesamten Flussmittelmenge in die Pellets nicht annehmbar ist, kann es zweckmässig sein, Feinanteile von weniger als 10 mesh (2mm) vom Flussmittel abzutrennen und diese in die Pellets einzubringen und so den Verlust an Flussmittelfeinteilen aus dem kontinuierlichen Ofen auf einem Minimum zu halten. Ausserdem bietet die Herstellung von Pellets eine bequeme Massnahme des Einbringens von staubartigen Feinanteilen aus Quellen, wie Abgasen, Cottrell- oder Zyklonscheidern und gesammelten Rückständen aus dem Abgas oder Rauchgas, das von dem Ofen zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren austritt.

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Die Methode der Einführung der Pellets in den Ofen ist derart, dass eine grosse Fläche des Bads mit Pellets bedeckt ist, die mit solcher Geschwindigkeit zugeführt werden, dass eine verhältnismässig dünne Schicht von Pellets auf der Oberfläche des Bades gebildet wird, und Schlacke und Stein frei zwischen benachbarten Pellets zirkulieren kann, wobei die Zirkulation weiter durch die Misch- und Rührwirkung der durch Winddüsen eingeführten Luft verbessert wird. Demgemäss bietet die Pelletcharge eine sehr hohe Oberfläche je Gewichtseinheit für den Wärmeübergang. Es wurde auch gefunden, dass die einzelnen Pellets zum Schmelzen ohne Agglomerierung zu grossen Massen von ungeschmolzenem Material neigen. Eine solche Agglomerierung, welche die Schmelzgeschwindigkeit herabsetzen kann, insbesondere im Falle von nassem Material, könnte Gase einschliessen, was kleine Explosionen im Bad hervorrufen könnte. Es wurde auch gefunden, dass das einzelne Pellet während des Schmelzens dazu neigt, kohärent zu bleiben bzw. den Zusammenhalt zu wahren.

Wenn Kieselsäureflussmittel nicht in die Pellets eingebracht wird, oder nur ein Teil, beispielsweise die Feinanteile, eingebracht wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das erforderliche Flussmittel oder den Rest des Flussmittels mit den Pellets einzuführen, so dass eine grosse Fläche des Bades mit einer verhältnismässig dünnen Schicht von Pellets bedeckt ist, die mit Stücken von Flussmittel durchsetzt ist. Auf dieee Weise bieten sowohl die Pellets als auch das Flussmittel dem Wärmeübergang eine sehr hohe Oberfläche je Gewichtseinheit. Es wurde gefunden, dass keine Neigung dazu besteht, dass Pellets oder Flussmittel sich zu grossen Massen agglomerieren, und diese Methode der Einspeisung führt zu

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viel grösseren Schmelzgeschwindigkeiten.

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Einspeisung der Pellets auf das Bad ist eine Art von Schleudergurt, dessen Geschwindigkeit über eine gegebene Zeitspanne veränderlich dst, und der auch über einen kleinen Bogen einer Schwingbewegung sowohl in horizontaler als auch vertikaler Ebene unterworfen werden kann, was zum Ausbreiten der Pellets über eine weite Oberfläche des Bades führt. Es kann jedoch jede andere geeignete Massnahme zur Beschickung angewandt werden.

Beispiel 1

Flotations-Kupferkonzentrat mit einer Durchschnittszusammensetzung (auf Trockenbasis) von 26 ft Ou, 34 $ S, 27 # Fe, 3 $> SiO₂, Rest 10 ^, wurde auf einer Pelletierscheibe von etwa 3 m Durehmesser (10 Fuß) pelletisiert. Die PelletsCLagen in einem Grössenbereich von etwa 0,95 1,27 cm (3/8 - 1/2") Durchmesser und enthielten durchschnittlich etwa 9 $> Feuchtigkeit. Die Pellets und Kieselsäureflussmittel mit einer Grosse von bis zu 0,95 cm und einer durchschnittlichen Zusammensetzung (auf Trockenbasis) von 68 % SiO₂, 4 ^ Fe, Rest 28 #, wurden auf ein herkömmliches Förderband gebracht und dann unter Verwendung eines Schleudergurts in einen kontinuierlichen Schmelz- und Konvertierofen mit etwa 2,10 m (7 Fuß) Innendurchmesser eingeführt. Der Schleudergurt war so eingestellt, dass die Pellets und das Flussmittel gleichmassig auf der Oberfläche des geschmolzenen Bades aus Schlacke und Stein in der Schmelz- und Konv^tierzone des Ofens, die eine wirksame Oberfläche von etwa 7,4 nr(80 qFuß) besass, verteilt wurden. Insgesamt wurden 5 358 Trocken-Tonnen (dry tons) Konzentrat mit einer durchschnittlichen

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Schmelzrate von 4,2 t/h und einer Durchschnittsmenge an durchgeblasener luft von etwa 100 m (3 550 standard cubic feet) pro Minute erschmolzen und konvertiert. Diese Schmelzgeschwindigkeit entspricht einem Durchschnitt von etwa 510 kg (105 pounds per square foot) Konzentrat

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pro m Badoberfläche pro Stunde. Schmelzgeschwindigkei-

ten bis zu etwa 730 kg/m (150 pounds per square foot) Badoberfläche pro Stunde wurden bei anderen Versuchen erreicht, und die maximale Schmelzrate ist bislang noch nicht ermittelt worden. In einem Ofen im Industriemaßstab sind Schmelzraten bis zu etwa 1 465 kg/m (300 pounds per square foot) Badoberfläche pro Stunde bekannt.' Dagegen wurden bei einem industriellen Reverberierofen zum Erschmelzen von Kupfer die entsprechenden Schmelzraten im Durchschnitt nur zu etwa 400 kg/m (83 pounds per square foot) Badoberfläche pro Stunde bestimmt.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung pelletisieren Beschickungsmaterials besteht darin, dass sich im Vergleich mit n±ht agglomeriertem Konzentrat ein geringerer Staubverlust ergibt. Dies wird im folgenden Beispiel gezeigt.

Beispiel 2

Zwei Staubverlust-Versuche wurden in einem kontinuierlichen Schmelz- und Konvertierofen in halbindustriellem Maßstab durchgeführt. Die Versuchsbedingungen und die erhaltenen Ergebnisse waren wie folgt:

Versuch 1 Versuch 2 Berechneter Durchschnitt der Versu-

_ , _o. . . ehe 1 und 2

Dauer des Staubver- ■ —

lust-Versuchs in Stdn. 5_;75 4,50 Luf-t-Durchblasrate in

wP/m±n. 85 ca.'iüO

(standard cubic feet (3000) (3500) per minute)

3 0 9 8 U 0 / 0 S 0 0

Berechneter Durch-

Versuch 1 Versuch 2 |™ Sd I""

Zufuhrgeschwindigkeit
an Konzentrat-Pellets
in t/h (tons per hour) 3,4(3,74) 4,C(4,42) Staubübertragung, $ der
Konzentrat-Pelletbeschickung 2,14 0.85 1,49

verlust s ' '

Metall in

$ Metall in Konzentrat-Pelle t-Beschikkung

Kupier 1.85 0.45 1.1.5

Silber 2.09 0.97 1.53

Zink 5.53 2.53 4.03

Blei 6.17 3.88 5.03

Die höheren Werte für Blei und Zink als für Kupfer zeigen, dass der Staub etwas Blei und Zinkdampf enthält. Aus diesen Werten ist weiter zu ersehen, dass der Kupfergehalt des Staubes geringer ist als der des Konzentrats.

Wenn dagegen dem Ofen nichtagglomeriertes Konzentrat zugeführt wurde, so wurde der Staubübergang auf etwa 10 % geschätzt, und die Einsichtmöglichkeit in den Ofen, die normalerweise die Beobachtung der Badoberfläche erlaubt, sank auf Null.

Die hier aufgeführten Verbesserungen beim Beschicken und Erschmelzen stellen bedeutsame praktische und wirtschaftliche Fortschritte bei der Entwicklung des kontinuierlichen Schmelzens und konvertierens von Kupferkonzentraten zu metallischem Kupfer dar.

Wie auch beim Grundverfahren, so ist es auch hier von Vorteil, Pellets zu verwenden, die wenigstens einen Teil

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des für das Schmelzen erforderlichen Flussmittels enthalten. Es empfiehlt sich auch, ein Flussmittel zu verwenden, das vor der Einarbeitung in die Konzentratpellets auf eine TeilchengrÖsee unter 2 mm (10 mesh ASOK standard seeve) vermählen worden ist. Bevorzugt werden Pellets verwendet, die vorher mit Kieselsäureflussmittel gemischt worden sind. Die Pellets können vor der Einführung in den Ofen getrocknet worden sein oder auch in nassem bzw. feuchtem Zustand in den Ofen eingeführt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Kontinuierliches Verfahren zum Schmelzen und Konvertieren von Kupferkonzentraten zu metallischem Kupfer in einem einzigen Ofen, bei dem man Flussmittel und die Konzentrate in Form von Pellets in den Ofen einspeist, beide in einem flüssigen Bad schmilzt, den erhaltenen Fluss von Kupferstein und Schlacke gegen die Abstichöffnungen in dem Ofen strömen lässt, ein oxidierendes Gas in den Kupferstein einführt, das ausreicht, um das vorhandene Ferrosulfid zu oxidieren, weiteres oxidierendes Gas in das erhaltene Weissmetall einführt unter allmählicher Überführung des Kupfersulfids in metallisches Kupfer, das Kupfer von der Schlacke absitzen lässt, wobei man die Konzentratpellets in der Weise in den Ofen einführt, dass ein wesentlicher Teil der Oberfläche des flüssigen Bades mit einer gleichmässigen dünnen Schicht von Pellets bedeckt wird und die Einführung der Pellets so steuert, dass die Bildung von Massen von ungeschmolzenem Material verhindert wird, wonach man das erhaltene metallische Kupfer absticht, nach

Patent (Patentanmeldung P 15 58 4-26.6), dadurch g e -

kennzeichnet , dass man die Pellets und das oxidierende Gas unter Ausbildung von Schmelzraten von 485 1 465 kg/m (100 - 300 pounds per square foot) Badoberfläche einführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man Konzentrat-Pellets mit einer Durchschnittsgröße von 0,95 - 1,27 cm (3/8 - 1/2") und einem Feuchtigkeitsgehalt von 9 Gew.-% in den Ofen einführt.

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3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet , dass der durch das Einführen und Schmelzen entstehende Staubverlust zwischen 0,85 und 2,14 ?°, bezogen auf das Gewicht des in den Ofen eingebrachten, Konzentrats, gehalten wird.

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