DE2119965A1 - Kontinuierliches verfahren zur aufarbeitung von kupferkonzentraten - Google Patents
Kontinuierliches verfahren zur aufarbeitung von kupferkonzentratenInfo
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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
U APK. */!
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
309840/OSQG
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»
309840/OSe
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-
309840/0500
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
309340/OSOO
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
3Ö9840/0S0G
"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.
309840/OSÖÖ
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.
309840/0500
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
309840/0500
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.
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
309840/0500
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
2
pro m Badoberfläche pro Stunde. Schmelzgeschwindigkei-
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.
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
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
309 8 40/0 500
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.
309840/0500
Claims (3)
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.
309840/0500
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.
309840/OSOO
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