DE2253074A1

DE2253074A1 - Verfahren zur pyrometallurgischen behandlung von feststoffen

Info

Publication number: DE2253074A1
Application number: DE2253074A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Herbert; Reiner Dr Homann; Carl-August Dipl Ing Maelzer; Martin Dipl Ing Rahn; Lothar Dipl Ing Dr Reh
Original assignee: Metallgesellschaft AG; Deutsche Babcock and Wilcox AG
Current assignee: GEA Group AG; Deutsche Babcock and Wilcox AG
Priority date: 1972-10-28
Filing date: 1972-10-28
Publication date: 1974-05-16
Also published as: DE2253074C3; NO135480C; NO135480B; ZA738276B; BR7308399D0; AU476134B2; YU35463B; AT336654B; US3915692A; SU784797A3; CA1007053A; AU6180373A; JPS4976703A; DE2253074B2; GB1410548A; SE406479B; ES418103A1; RO67592A; JPS5644137B2; ATA913673A

Description

METALLGESELLSCHAFT 2 2 5 3 O 7 A

Aktiengesellschaft

6 Frankfurt/M. Frankfurt/M., den 23.10.72

Deutsche Babcock-Wilcox AG
42 Oberhausen

Prov. Nr. 7068 LC

Verfahren zur pyrometallurgisehen Behandlung von

Feststoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pyrometallurgisehen Behandlung von feinkörnigen, bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige- Produkte ergebenden Feststoffen mit sauerstoff reichen Gasen und gegebenenfalls Energieträgern unter Verwendung einer Zyklonkammer.

Für die Aufarbeitung von beispielsweise sulfidischen Eisenerzen oder Eisenerzkonzentraten ist eine Vielzahl von Vorschlägen unterbreitet worden, die sich der unterschiedlichsten Verfahrenskategorien bedienen. Im Vordergrund stehen Röstverfahren, die in Etagenofen oder Bin- oder zweistufigen Wirbelschichtofen durchgeführt v/erden und die zu Schwefeldioxid und Eisenoxid führen (DT-PS 1 123 686, 938 545, 1 024 493, 1 046 080 und 1 132 942).

Bei einer anderen Verfahrensgruppe werden Flotationspyrite mit vorgewärmter Luft nach der Gleichung

FeS₂ + O₂-> FeS + SO₂

oder aber mit beißen, sauerstoff-freien Brennerabgasen nach. der Gleichung - . .

2 FeS₂--^2 FeS + S_?

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umgesetzt. Die das Eisen enthaltende Schmelze, im vorliegenden Fall der Eisenstein, wird gegebenenfalls von Schlacke befreit und in einer Folgebehandlung weiterverarbeitet (deutsche Patentschrift 886 390, deutsche Auslegeschrift 1 205 503)

In neuer Zeit haben die in der Feuerungstechnik gebräuchlichen Zyklonfeuerungen Eingang in die Nichteisenmetallurgie gefunden und zur Verarbeitung von Kupfer und polymetallischen Konzentraten Bedeutung erlangt (vgl. I.A. O η a j e w, "Zyklonschmelzen von Kupfer und polymetaiiisehen Konzentraten", Neue Hütte, 10 /T965__7, S.210). Bei den zum sogenannten Zyklonschmelzen benutzten Zyklonkammern wird Luft mit großer Geschwindigkeit tangential eingeblasen, so daß ein rotierender Wirbel entsteht. Die in die Zyklonkammer eingeführten Brennstoff- oder Erzkonzentratteilchen werden vom Wirbel erfaßt, verbrannt oder geschmolzen und gegen die Wand geschleudert. Das dabei gebildete Schmelzprodukt gelangt in den Sammelherd, in dem Stein von Schlacke getrennt wird. Die Aufarbeitung der Reaktionsgase erfolgt in der üblichen Weise, z.B. zur Produktion von Schwefelsäure.

Bei einer speziell ausgebildeten Zyklonkammer zur pyrometallurgischen Behandlung von zerkleinerten Erzen, Erzkonzentraten und dergleichen ist vorgeschlagen, Erze oder Erzkonzentrate in grobe oder feine Fraktionen aufgeteilt an verschiedenen Stellen der Zyklonkaramer aufzugeben (deutsche Auslegeschrift 1 161 033). Dadurch sollen die Ausbeute in Form der Schmelze größer sowie zugeführte Brennstoffe und Erze sehr gut entzündet werden.

Diese bekannten Verfahren haben - sov/eit die pyrometallurgisehe Behandlung von sulfidischen Eisenerzen oder Eisenerzkonzentraten überhaupt vorgenehen ist - insbesondere den

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Kachteil geringer Durchsatzleistung, Die Durchsatzleistung hängt nämlich weitgehend von dem Gelingen ab, die hei der Röstreaktion freigesetzten Wärmeenergien abzuführen. Die bekannte Kühlung durch Wärmeabstrahlung über die Ofenwandung oder die sonst in der Metallurgie gebräuchliche Kühlung mit Luft oder Kaltwasser führt nicht zum gewünschten Erfolg. Bei der Luftkühlung ist die Wärmeabfuhr ungenügend, bei Kühl\ing mit Kaltwasser würde es bei wirtschaftlich vertretbaren Kühlwassermengen wegen der extrem hohen, beim Zyklonschmelzen auftretenden Wandtemperaturen zu explosionsartiger Verdampfung im Kühlmantel kommen.

Deshalb ist in Y/eiterentwicklung dieser Verfahren vorgeschlagen worden, die pyrometallurgische Behandlung sulfidischer Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate in einer mit Wasserverdampfung bei mindestens 10 at Druck gekühlten Zyklonkammer mit annähernd horizontaler Achse mit Gasen mit mindestens 30 Vol.^o Sauerstoff und ohne oder nur geringem Zusatz von Brennstoff bei Temperaturen oberhalb 1300 ⁰C vorzunehmen und einen Stein mit einem durchschnittlichen Atomverhältnis von Fe:S wie 1:(0,70 bis 0,90) _;(DT~AS 1 907 204) bzw, bei Temperaturen oberhalb 1400* ⁰C ein Röstgut mit einem durchschnittlichen Atomverhältnis von Fe:0 wie 1:(1,0 bis 1,15) (DT-AS 20 10 872) zu erschmelzen.

Obgleich die zuletzt erwähnten Verfahren gegenüber den ersten mit Anwendung der Zyklonkammer erhebliche Fortechritte brachten, haben sich noch gewisse Mängel herausgestellt. Bei der Zyklonkammertechnik läuft eine. Reihe von komplizierten Vorgängen in einem geschlossenen Raum nebeneinander ab, die sich gegenseitig mehr oder weniger'stark beeinflussen. Eb sind insbesondere Mischung der Reaktionskomponenten, Aufheizung des Gemisches durch Strahlung und Konvektion auf. Zündtemperatur, Verbrennung und Verdampfung von Verflüchtigt ' BAD ORIGINAL

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gungsprodukten, Abscheidung der Schmelztröpfchen aus dem Abgas, Einbindung in den Schmelzfilm an der Zyklonwand sowie Ablaufen der Schmelze. Aufgrund der bestehenden Strömungsund Temperaturverhältnisse sind die Verbrennungs- und Verflüchtigungsbedingungen nicht einheitlich für alle Teilchen. Ein gewisser Anteil des Brennstoffes bzw. des Erzes kann vor Beendigung der Verbrennung bzw. der Röstung abgeschieden und von der Schmelze eingebunden werden. Dadurch wird die für die weitere Reaktion nötige Oberfläche ganz erheblich reduziert, so daß die weitere Reaktion unvollständig bleibt. Eine Feststoff --Strähnenbildung in der Gas/Feststoffströmung, insbesondere bei hohen Feststoffbeiadungen, kann die Unvollständigkeit der Reaktion verstärken.

Aufgabe der Erfindung war, auch diese Nachteile zu verhindern und ein Verfahren zu entv/ickeln, das eine vollständige Umsetzung und damit Reinheit der Produkte sicherstellt,ohne deshalb einen hohen apparativen Aufwand zu erfordern.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von feinkörnigen, bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte ergebenden Feststoffen mit sauerstoffreichen Gasen und gegebenenfalls Energieträ-

dej*

gern unter Verwendung einer Zyklonkammer entsprechend/ Erfindung derart ausgebildet wird, daß die Feststoffe, sauerstoff reichen Gase und Energieträger,unterhalb der Reaktionstemperatur zu einer Suspension vermischt, mit einer eine Rückzündung ausschließenden Geschwindigkeit in eine vertikale Brennstrecke eingetragen und dort zur Reaktion'gebracht werden und die gebildete, nunmehr überwiegend schraelzflUssige Partikel enthaltende Suspension in die Zyklonkammer eingetragen wird.

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Der Eintrag der Suspension mit einer eine Rückzündung ausschließenden Geschwindigkeit kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Vermischung der Reaktionskomponenten bereits derart durchgeführt werden, daß die Suspension eine entsprechend hohe Geschwindigkeit aufweist. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, vor der Brennstrecke eine mit düsenartiger Verengung ausgestattete .■Eintragsvorrichtung einzubauen, in der eine Beschleunigung auf eine hinreichend große Geschwindigkeit erfolgt. Durch diese Maßnahme werden die sonst in der Suspension leicht auftretenden Strähnen und Ballen aufgelöst. Die Suspension wird vollständig homogenisiert und damit die Teilchenoberfläche für die Reaktion voll nutzbar gemacht.

In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens soll die Verweilzeit in der Brennstrecke so hoch sein, daß die Reaktion beim Verlassen zu mindestens 80?£ abgeschlossen ist. Dieses Ziel kann durch entsprechende Dimensionierung der Brennstrecke erreicht werden. Die Reaktionszeiten liegen größenordnungsmäßig im Bereich weniger Hundertstelsekunden, so daß in der Regel eine Brennstrecke bis 3 m Länge ausreichend ist.

Vorteilhafter Weise ist die Temperatur des die Zyklonkammer verlassenden Gases auf mindestens 100 ⁰C über die Temperatur der beginnenden Erstarrung der Schmelze einzustellen.

Sofern die Reaktion der nach dem erfindungsgemäßen Verfeh ren zu behandelnden Feststoffe mit den sauerstoffreichen Gasen endotherm oder nicht·so weitgehend exotherm ist, daß der Prozeß selbstgängig betrieben v/erden "kann, wird der Suspension ein beliebiger Energieträger untergeraiseht. Unter Energieträger sind solche Stoffe verstanden, die bei

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Verbrennung mit Sauerstoff Wärme liefern. Sie können gasförmig, flüssig oder fest sein. Jeder dieser Brennstoffe kann für sich allein oder in Mischung mit anderen eingesetzt werden. Dabei werden vor Bildung der Suspension zweckmäßigerweise gasförmige Brennstoffe mit den sauerstoffreichen Gasen und feste Brennstoffe mit den zu behandelnden feinkörnigen Feststoffen vorgemischt. An Stelle von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen können auch kohlenstoff-freie Stoffe verwendet werden, die bei Umsetzung mit Sauerstoff Yfärme erzeugen, beispielsweise Pyrit und Schwefel.

Die spezifische Teilchenoberfläche sollte 10 - 1000 m /kg,

vorzugsweise 40 - 300 m /kg, betragen. Dies entspricht etwa einem mittleren Te.ilchendurchmesser von 3 - 300/u bzw. 10 - 80 αι.

Die auf das Leerrohr bezogene Gasgeschwindigkeit in der Brennstrecke beträgt etwa 8-30 m/sec.

Sauerstoffreiche Gase im Sinne der Erfindung sind solche mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 30 Vol.%. Soferr. sie nicht mit der erwünschten Konzentration zur Verfügung stehen, v/erden sie durch Zusammenmischen von Luft und hochprozentigem Sauerstoff hergestellt. Dies kann geschehen,indem bei der Vermischung der feinkörnigen Feststoffe Sauerstoff und Luft getrennt oder vorher gemischt zugeführt v/erden. Diese Arbeitsweise ist insbesondere dann em.pfehlenswert, wenn kostenmäßig günstig herstellbarer 70?iiger Sauerstoff zur-Verfügung steht.

Sofern die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verarbeitenden, feinkörnigen Feststoffe verflüchtigungsfähige metallische Bestandteile aufweisen, ist es notwendig, entsprechend hohe Temperaturen einzustellen. Beispielsv.^roise

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ist für die Verflüchtigung von Zinksulfid eine Temperatur oberhalb 1300 °C besonders günstig. Bei Verwendung von Pyrit sind Temperaturen von 1600 ⁰C bei Verwendung von Gasen mit etv/a 55% Sauerstoff erreichbar. Bei diesen hohen Temperaturen gelingt es, die Verflüchtigung von Zink auf Werte über 90%, von Arsen und Blei auf Werte über 95% zu treiben. Ähnlich gut lassen sich Silber, Kadmium, Rhenium,. Selen,Tellur, Germanium, Antimon, Wismut verflüchtigen. Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die Zyklonkammer im wesentlichen die Funktion des Abscheideorgans übernimmt und damit eine saubere Trennung der Komponenten unterschiedlicher Aggregatzustände gewährleistet.

Die Kühlung der aus der Zyklonkammer austretenden Abgase kann in an sich bekannter Weise, beispielsweise unter Verwendung eines Abhitzkessels,erfolgen. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, die die Zyklonkammer verlassenden Gase nach Durchlaufen einer Umlenkstrecke zur Abscheidung eventuell mitgerissener Schmelztröpfchen durch Direkteinspritzung von Wasser und/oder Vermischen mit Luft abzuschrecken.Durch die Abschreckung unterschreiten die Schraelztröpfchen einen Erstarrungspunkt und gasförmige Produkte ihren Kondensationsbzw. Desublimationspunkt und werden in eine gut abscheidbare, feste Form überführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf eine Vielzahl von Feststoffen anwendbar. Besonders geeignet sind sulfidische NE-Metallerze oder NE-Metallkonzentrate und sulfidische Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate. Es ist jedoch auch bestens geeignet für die Behandlung oxydischer, gegebenenfalls vorreduzierter Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate sowie auch für die Behandlung von hüttenmännischen Zwischenprodukten.

Die Erfindung wird anhand der Figuren und der Beispiele näher und beispielsweise erläutert. .

Figur 1 stellt ein Fließschema der erfindungsgemäßen Verfahr ensführung dar;

Figur 2 enthält einen Querschnitt- durch die in Figur 1 mit 'Rechteck umgebenen Vorrichtungsteile;

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* gibt η^.ι prinzipiellen Ter^eraturverlauf in Hochtemperaturreaktor und der Gaskühlstrecke wieder.

Der Vorratsbunker 1 (Fig. 1) speichert den Feststoff, dem ggf. der Energieträger untergemischt ist. Zweckmäßigerweise ist er zuvor auf eine P.estfeuchte von weniger als 0,2% H_?0 gebracht und, soweit die erforderliche Feinheit nicht schon im Anlieferungszustand, wie z.B. bei Flotationsmaterial, vorgelegen hat, auf. die notwendige Feinheit aufgemahlen worden. Der Feststoff wird aus dem Vorratsbunker 1 über eine Dosierbandwaage 2 abgezogen und gelangt durch den als Druckabschluß gegen den Hochtemperaturreaktor wirkenden Walzenzuteiler 3 sowie eine Falleitung in das zentrale Aufgaberohr einer Zuteilvorrichtung k.

Der zur Reaktion benötigte Sauerstoff ist in einem Gasgemisch enthalten, das sich aus einem durch das Gebläse angesaugten Luftstrom und dem aus dem Kaltvergaser 11 stammenden, hochprozentigen Sauerstoffstrom zusammensetzt. Durch Veränderung des Verhältnisses der beiden Teilströme kann im Gasgemisch jede Sauerstoffkonzentration, die durch die angestrebte Reaktionstemperatur im Hochtemperaturreaktor vorgegeben ist, eingestellt werden. Eine Aufheizung dieses Gas-Gemisches, die auch indirekt mit der Abwärme des Prozesses erfolgen kann, kann nach Bedarf im Wärmetauscher 12 bis zu 600 ⁰C getrieben werden. Die optimale Vorwärmtemperatur des Gas-Gemisches ist durch die Mischtemperatur der Gas-Feststoff-Suspension gegeben, die wenig unter der Zündtemperatur des jeweils zur Reaktion zu bringenden Feststoffs liegen sollte.

Das vorgewärmte, sauerstoffreiche Verbrennungsgas und der kalte Feststoffstrom werden nach konzentrischein Austritt aus der Zuteilvorrichtung 4 infolge turbulenter Freistrahlmischung und vorgegebenem Drall des sauerstoffreichen Gases in der Mischkammer 5 intensiv gemischt. Mit einer dicht unter der Zündtemperatur liegenden Mischtemperatur wird die gebildete Suspension in einer düsenartigen

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Verengung 18 beschleunigt, wobei eine weitere Homogenisierung, erfolgt und eine Rückzündung von der Brennstrecke 6 in die Mischkammer 5 unterbunden wird.

Am Eintritt des beschleunigten Strahls in die heiße, vertikale Brennstrecke 6 tritt sofort Zündung ein. In einer kurzen, heißen Flamme durchlaufen die Feststoffteilchen weitgehend ohne Wand- und gegenseitige Berührung die Schmelzphase, wodurch die große Teilchenoberfläche als Reaktionsaustauschfläche erhalten bleibt. Am Ende der Brennstrecke 6 ist bei fast vollständiger Reaktion die maximale Verbrennungstemperatur erreicht, die durch die vorgegebene theoretische Verbrennungπtemperatur und die durch die Wandkühlung unvermeidlichen Wärmeverluste bestimmt wird.

Die Länge der reagierenden Flamme reicht bis in die Zyklonkammer 7 hinein, in der die Reaktion praktisch abgeschlossen wird und die gasförmigen von den flüssigen Reaktionsprodukten durch Fliehkrafteinwirkung mit einem hohen Einbindegrad getrennt werden. Die der höchsten Te:;ipa« raturbeanspruchung ausgesetzten Wände der vertikalen Brennstrecke 6 und der horizontalen Zyklonkammer 7 sind durch Verdampfungskühlung (Rohre 15,-16; Dampfkessel 17) mit Ausbildung eines Belags aus erstarrter Schmelze wirksam geschützt. ·

Am Austritt der Zyklonkaramer 7 läuft der gesammelte Schmelzfilm als Strahl durch einen Austrittsschlitz 21 in die Sekundärkammer 8 ab und gelangt über einen vertikalen Fallschacht in den Vorherd 9, während das Gas durch einen Kragen in die Sekundärkammer 8 austritt. Dort wird durch zweimalige 90°-Umlenkung eine weitere Abscheidung von Schmelztröpfchen, soweit sie aus dem Zyklon mitgeris-

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sen wurden, ermöglicht und deren Ablauf mit der Schmelze in den Vorherd 9 gesichert.

Irn Vorherd. 9, der durch einen .siphonartigen Trennstein in zwei Beruhigungskammern aufgeteilt sein kann, können zwei Schmelzkomponenten von unterschiedlichem spezifischem Gewicht bei Verweilzeiten von mehr als einer Stunde separiert und getrennt abgezogen werden, also insbeson dere die Trennung von Stein und Schlacke vorgenommen werden, Eine Nachbehandlung der Schmelze durch Zugabe von Zuschlagstoffen und Aufblasen von Gasen ist möglich. Die getrennt abgezogenen Schmelzkonrponenten können wahlweise direkt im Wasserstrahl granuliert oder in Pfannen abgestochen werden.

Das v/eitgehend von der Schmelze befreite Abgas tritt mit niedriger Geschwindigkeit aus der Sekundärkarcrner 8 in die Gaskühlstrecke 13 ein. Das Abgas hat an dieser Stelle weitgehend seine Endzusammensetzung erreicht, wobei als charakteristische Eigenschaft der hohe Prozentsatz an gasförmigen Verbrennungsprodukten hervorzuheben ist. Soweit im eingesetzten Feststoff verflüchtigbare Anteile enthalten sind, ist das Abgas auch mit zum Teil erheblichen Menge-η an gasförmigen Verflüchtigungsprodukten beladen.

In der Gaskühlstrecke 13 durchläuft das mit geringen Scheelzmengen und ggf. gasförmigen Verflucht!givn^produkten bei adene Abgas den Erstarrung sb er eich der Schmelze und unterschreitet die Kondensat!onstemperatur der meisten VTflüchtigurjgsprodukte. Die Gaskühlstrecke 13 v'P.i "t "bis zu der St.e7.le, an der die Erstarrung ^t ^r-peratur hinreichend unterschritten ist, keine konvektiven Kühlflächen ευ.f.

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Gasreimgungsanlage (nicht dargestellt) und ggf. einer Weiterverarbeitung ziageführt«

Zum Anfahren der Anlage dienen öl— oder gasgefeuerte Stützbrenner 19 in der Brennstrecke £> und der Stirnwand der Zyklonkammer 7, die nach Aufgabe des eigentlichen Brennstoffs abgeschaltet werden und nur in Ausnahmefällen. als Stütz- und Zusatzf euer zur Anwendung kommen.

In Figur 2, in der die Zuteilvorrichtung 4, die Mischkammer 5j die düsenartige Verengung 18, die Brennstrecke 6₍ und die Zyklonkammer 7 vergrößert dargestellt sind, ist insbesondere die Anordnung der Eohre 20 für die Heißkühlung eingetragen. 21 bezeichnet den Austrittsschlitz für die Schmelze, 22 den Kragen, durch den die Gase in die Sekundärkaimaer 8 austreten»

In Fig. 3 ist der prinzipielle 'Temperaturverlauf in der Mischkammer 5, der Brennstrecke 6, der Zyklonkammer 7, der Sekundärkammer 8 und der Gaskühlstrecke 13 wiedergegeben. Yom Bereich des größten Teils der Brennstrecke 6 an bis zum Austritt aus der Sekundärkaimaer 8 liegt die mittlere Temperatur von Gas und Schmelze über dera Erstarrungsbereich der Schmelze.

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Beispiel 1

Aus dem Vorratsbunker 1 werden über die Doslerbandwaage 2 und den Walzenzuteiler 3 stündlich 2 500 kg Kupferkonzentrat zugeführt. Das Kupferkonzentrat, das im Anlieferungszustand Flotationsfeinheit (65/o ·= 80/u) aufweist und auf eine Restfeuchtevon 0,1$ HpO getrocknet worden ist, hat folgende Zusammensetzung:

Cu	25%
Fe	3055
S	33%
SiO₂	8%
Verunreinigungen

Über eine Falleitung unterhalb des Walzenzuteilers 3 gelangt das Konzentrat im freien Fall in das zentrale Aufgeberohr der Zuteilvorrichtung k und die nachgeschaltete Mischkammer 5. 360 Nm /h mit dem Gebläse 10 angesagte Luft v/erden mit 822 Nm /h eines 70^oigen Sauerstoffs aus einem Kaltvergaser 11- gemischt und im Wärmetauscher 12 auf 400 ⁰C vorgewärmt.

Gas

Das heiße,55^ Op enthaltende/und das kalte Kupferkonzentrat werden nach konzentrischem Austritt aus der Zuteilvorrichtung k infolg.e turbulenter Frei Strahlmischung und vorgegebenem Drall des sauerstoffreichen Verbrennungsgases in der Mischkammer 5 intensiv gemischt. Mit einer unter der Zündtemperatur des Kupferkonzentrats liegenden Mischtemperatur wird der feststoffbeladene Gasstrom in einer düsenartigen Verengung 18 auf 35 m/sec beschleunigt, wobei eine v/eitere Homogenisierung des Gemisches erfolgt und eine Rückzündung von der Brennstrecke 6 in die Mischkammer 5 unterbunden wird.

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Beim Eintritt der beschleunigten Suspension in die vertikale Brennstrecke 6, die einen lichten Durchmesser von 460 mm und eine zylindrische Länge von 530 mm hat, tritt sofort Zündung ein; bei fortschreitender Reaktion steigt die Temperatur schnell an . und erreicht aro Ende der Brennstrecke 6 das Maximum von 1 600 ⁰C. Wach nahezu abgeschlossener Reaktion tritt das mit Schmelztröpfchen beladene Abgas mit einer mittleren Geschwindigkeit von 12 m/sec in die horizontale Zyklonkammer 7 ein, die im Durchmesser 930 mm mißt und eine Länge von 950 mm hat. Hier wird die Reaktion abgeschlossen. Die gasförmigen Reaktionsprodukte v/erden von den flüssigen durch Fliehkrafteinwirkung mit einem hohen Einbindevermögen voneinander getrennt.

Durch intensive Y/andkühlung mittels der Rohre 20 im Bereich der Brennstrecke 6, der Zyklonkammer 7 sowie durch Kühlung der Sekundärkammer 8 und der Gaskühlstrecke 13 werden insgesamt stündlich 1,38 t Sattdampf von 25 atü erzeugt, "was einer spezifischen Dampfproduktion von 0,75 t pro Tonne Konzentrat entspricht.

Am Austritt der Zyklonkammer 7 läuft der gesammelte Schmelzfilm - ein Gemisch aus Stein und Schlacke - als Strahl durch den Austrittsschlitz 21 in die Sekundärkammer 8 ab und gelangt über einen vertikalen Fallscha-cht in den Vorherd 9, während die Gasströmung durch den Kragen 22 in die■ Sekundärkammer 8 austritt. Dort wird durch zweimalige 90 °-Umlenkung eine weitere Abscheidung von Schmelztröpfchen, soweit sie aus dem Zyklon mitgerissen wurden, ermöglicht und' deren Ablauf mit der Schmelze in den Vorherd 9 gesichert. Mit niedriger Geschwindigkeit treten 1 020 Nm /h 45%iges SOp-Gas, das max. 3% O₂ und neb.en geringfügigen Mengen an gasförmigen Verflüchtigungsprodukten, wie Arsenoxid, nur noch wenige nicht abgeschiedene Schmelztröpfchen enthält, in die Gr.skühlstrecke 13 ein. Während Abkühlung- des

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Gases auf 300 ⁰C erstarren die Schmelztröpfchen.

Die aus der Gaskühlstrecke 13 austretenden Gase werden einer Gasreinigungsanlage und anschließend nach Verdünnung mit Luft einer Schwefelgevunnungsanlage zugeführt, in der durch Reduktion Elementarschwefel erzeugt wird.

Im Vorherd 10, der durch einen siphonartigen Trennstein in zwei Beruhigungskammern aufgeteilt ist, erfolgt die Trennung in Schlacke und einen sehr reinen Kupferstein. Es werden stündlich 1 280 kg Schlacke mit weniger als 1,1?4 Cu abgezogen und direkt granuliert. Der in Mengen von 770 kg anfallende* 80?Sige Kupferstein wird in Pfannen abgestochen.

Beispiel 2

In einem zu Beispiel 1 analogen Verarbeitungsgang werden stündlich 3 000 kg einer Mischung aus Kupferkonzentrat der Beschaffenheit des Beispiels 1 und schlackenbildenden Zuschlägen durchgesetzt. Die Mischung setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

2 610	kg/h	Kupferkonzentrat
312	kg/h	Quarzraehl
78	kg/h	Branntkalk

Das für die Verbrennung benötigte, auf AOO ⁰C vorgewärmte sauerstoffreiche Gas wird durch Vermischen von 200 Nm /h Luft und 730 Nm³/h 70&Lgera Sauerstoff gebildet. Bei der Verarbeitung dieser Erzmischung, die unter grundsätzlich gleichen Bedingungen wie im vorbeschriebenen Beispiel abläuft, entsteht eine maximale Reaktionsrairatemperatur von 1 525 °C. Das Abgas (ROO Nm³/h) hat eine ^-Konzentration

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von 50$ und weist einen 0₂~tiberschuß von weniger als 2,5$ auf. Im Vorherd werden stündlich 1 470 kg Schlacke mit weniger als 0,8% Cu sowie 1 150 kg Stein mit einem Kupfergehalt von 56$ abgezogen. Die stündliche Dampfproduktion beträgt 1,69 t Sattdampf von 25 atü entsprechend einer spezifischen Dampfmenge von 0,65 t pro Tonne Konzentrat.

Beispiel 5

Aus dem Vorratsbunker 1 werden über die Dosierbandwaage und den Walzenzuteiler 3 stündlich 1 600 kg eines Flotations-Pyrits von ·< 0,2$ Feuchte mit einer Körnung 30$ größer 90/U gefördert. Der Pyrit hat folgende Gehalte:

FeS₂ , 85 $ ZnS 1,8$

PbS 0,6$

As₂S₃ 0,1$

SiO₂ 7,0$

Restliche Gangart ca. 5,5$

Die Abmessungen von Brennstrecke 6 und Zyklonkammer waren mit denen von Beispiel 1 identisch.

Der über das Gebläse 10 angesaugte Luftstrom (590 Nm⁵/h) wird mit 775 Nm^/h eines 70$ O₂ enthaltenden Sauerstoff Stroms aus dem Kaltvergaser 11 gemischt und im V/ärmetauscher 12 auf 200 ⁰C vorgewärmt.

In der Mischkammer 5 wird der Pyrit im sauerstoffhaltigen Gasgemisch suspendiert. Durch die düsenartige Verengung hinter der HischkamPier 5 wird die GaskoTPponente der

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Suspension auf 31 m/sec beschlei.migt, wobei eine weitere Homogenisierung erfolgt und die Rückzündung von der Brennstrecke 6 in die Mischkammer 5 unterbunden wird. Beim Eintritt .der beschleunigten Suspension in die Brennstrecke 6 zündet der Pyrit sofort. Die Verbrennung des Pyrits zu FeO und SO₂ läßt die Temperatur schnell ansteigen, so daß bei prakt?sch vollständiger Reaktion am Ende der Brennstrecke 6 eine maximale Temperatur von 1 700 ⁰C erreicht wird und damit die optimalen Bedingungen für die Verflüchtigung der im Pyrit enthaltenen NE-Metalle wie Zink, Blei und Arsen gegeben sind. Mit einer mittleren Geschwindigkeit von 11,5 m/sec tritt das mit Schmelztröpfchen und gasförmigen Verflüchtigungsprodukten beladene Abgas in die Zyklonkammer 7 ein, in der die Reaktion abgeschlossen und die Schmelze durch Fliehkrafteinwirkung mit hohem Einbindevermögen aus der Gasphase abgetrennt wird.

Die in der Zyklonkammer 7 gesammelte Schmelze läuft durch den Schlitz 21 in der Abschlußwand zur Sekundärkammer 8 ab und gelangt durch den Fallschacht der Sekundärkammer 8 in den Sammelherd 9, aus dem stündlich 1 000 kg Schmelze abgezogen und im Wasserstrahl granuliert werden. Das FeO-reiche Granulat ist weitgehend NE-metallfrei und v/eist folgende Zusammensetzung auf:

Fe	CaO etc.	66,5 %	BAD ORIGINAL
S	As	1,2 %
Zn	0,05?Ό
SiO₂,	12,5 %
Pb und	Spuren

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Aus der Zyklonkammer 7 tritt das mit gasförmigen Ver-.flüchtigungsprodukten beladene Abgas durch den Kragen 22 in der Zyklonkammer 7 in die Sekundärkammer 8 ein und wird durch zweimalige 90 °-Umlenkung von noch mechanisch mitgerissenen Schmelztröpfchen befreit, deren Ablauf mit der Schmelze über den Fallschacht in den Sammelherd 9 erfolgt.

Das in die Gaskühlstrecke 13 eintretende Abgas (1 225 Nm⁵/h) enthält W* SO₂ bei einem Sauerstoffüberschuß von 3% Op. Nach Abkühlung auf eine Temperatur von 350 ⁰C', bei der alle Verflüchtigungsprodukte kondensiert sind, wird das Abgas einer Gasreinigungsanlage zugeführt. Dort fallen stündlich 85 kg Flugstaub mit folgender Zusammensetzung an:

Zn 2255
Pb' 11^i
As 2SO

Nach Verdünnung mit Luft wird das gereinigte, hochprozentige SOp-Gas einer Schwefelsäureanlage zugeführt. Durch Kühlung im Hochtemperaturteil und der Gaskühlstrecke fallen stündlich 2,2 t Sattdampf von 25 atü entsprechend einer spezifischen Dampfproduktion von 1,4 t pro Tonne Konzentrat an.

Beispiel 4

Aus dem Vorratsbunker 1 werden über die Doöie3"bandwaage 2 und. den Walzenzuteiler 3 stündlich 520 kg Räumasche zugeführt. Die; Räumasche hatte im Anlie.ferungszustand eine

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["cuoivte von 35/·' Η«,'·' \ν*Λ ^!,ur vo'C dor Verarbeitung auf eine Feuchte von weniger als 1Jj HpO getrocknet sowie auf eine Körnung von 2050 größer 90/U aufgemahlen worden. Sie · weist folgende Zusammensetzung auf:

C fix 40,0%

Fe 16,6%

SiO₂ 15,0% Zn 5,6%

Pb 1,7%

Cu 0,8%

Ag 150 g/t

Die Abmessungen von Brennstrecke 6 und Zyklonkammer 7 waren mit denen von Beispiel 1 identisch.

Zur nahstöchiometrischen Verbrennung des Kohlenstoffinh<?lts der Räumasche werden 1290 Nm /h eines aus 1030 NnVh Luft und 260 Wnr/h 7O?oigem Sauerstoff gebildeten Gasgemisches (31 Vol.% Op) ohne Vorwärmung durch das Gebläse 10 in das Zutoilsystem 4 des Hochtemperaturreaktors gefordert.

In der Mischkammer 5 wird die Räumasche in der Verbrennungsluft suspendiert. Durch die düsenartige Verengung am Austritt der Mischkammer 5 wird die Luft auf 34 m/sec beschleunigt, wobei die Mischung homogenisiert und eine Rückaündung von der Brennstrecke 6 in die Mischkammer 5 verhindert wird.

Beim Eintritt der beschleunigten Suspension in die Brennstrecke 6 tritt sofort Zündung ein. Bei schnell fortschreitender Verbrennung des Kohlenstoffinhalts der Räumasche steigt die Brennraumtemperatur auf etwas über 1 700 C

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am Ende der Brennstrecke 6 an, so daß dort für alle in der Räumasche enthaltenen, verflüchtigbaren NE-Metalle optimale Verflüchtigungsbedingungen gegeben sind. Mit einer mittleren Gasgeschwindigkeit von1^5 m/sec tritt das mit Schmelztröpfchen und .gasförmigen Verflüchtigungsprodukten beladene Abgas in die Zyklonkammer 7 ein,"in der die Reaktion abgeschlossen und die Schmelze durch Fliehkraft einwirkung mit hohem Eiribindeyermögen aus der Gasphase abgetrennt wird.

Das mit gasförmigen Verflüchtigungsprodukten beladene Abgas tritt durch den Kragen 22 der Zyklonkammer 7 in die Sekundärkammer 3 ein, wo durch zweimalige 90 °-Umlenkung eine Abscheidung von mechanisch mitgerissenen Schmelzpartikeln erfolgt/ die zusammen mit der als Strahl über den Schlitz 21 aus der Zyklonkammer 7 austretenden Schmelze über den Fallschacht der Sekundärkammer 8 in den Vorherd 9 gelangen.

Im Vorherd 9 separieren sich stündlich 2J5O kg einer im wesentlichen NE-Metall freien, spezifisch leichteren Schmelze, die im Wasserstrahl granuliert wird und folgende Zusammensetzung aufweist:

Fe	CaO, MgO etc.	35,3 %
SiO₂
Al₂O₃,		26,5 %
Zn		0,6 %
Pb		0,0655
Cu	0,6 %
Ag	Spuren

sowie 5 kg eines spezifisch schwereren Kupfersteins mit

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Cu, der diskontinuierlich abgestochen wird.

Die noch 1 600 ⁰C heißen Verbrennungsgase treten mit niedriger Geschwindigkeit in die Gaskühlstrecke 13 ein, in der sie auf 300 ⁰C abgekühlt v/erden. Die dabei kondensierten Verflüchtigungsprodukte werden in einem Sackfilter aufgefangen. Stündlich fallen 60 kg Flugstaub an, dessen Gehalt an NE-Metallen folgende Werte aufweist:

Zn 39, Pb 13 .Cu 3.

Ag 1 140 g/t

Bei der Kühlxmg den Hochtemperaturteils und der Gaskühlstrecke v/erden stündlich 2 600 kg Sattdampf von 15 atü erzeugt entsprechend einer spezifischen Dampfproduktion von 5,0 t pro Tonne Räumasche.

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Claims

V- Patentansprüche

1. Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von feinkörnigen, bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte ergebenden Feststoffen mit sauerstoffreichen Gasen und gegebenenfalls Energieträgern unter Verwendung einer Zyklonkammer, dadurch gekenn~ zeichnet, daß die Feststoffe, sauerstoffreichen Gase und ggf. Energieträger, unterhalb der Reaktionstemperatur zu einer Suspension vermischt mit einer eine Rückzündung ausschließenden Geschwindigkeit in eine vertikale Brennstrecke eingetragen und dort zur Reaktion gebracht v/erden und die gebildete, nunmehr überwiegend schnielzflüssige Partikel enthaltende Suspension in die Zyklonkammer eingetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch ge kenn- ζ e i c h η e t, daß die Vermischung"bereits derart durchgeführt wird, daß die gebildete Suspension eine eine Rückzündung ausschließende Geschwindigkeit aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die durch Vermischung gebildete Suspension durch Beschleunigung auf eine eine Rückzündung ausschließende Geschwindigkeit gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch ge~ kennzeichnet, daß die Verweilzeit in der Brennstrecke derart eingestellt wird» daß die Reaktion der Suspension beim Verlassen zu mindestens 80^ abgeschlossen ist.

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VL-

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

Temperatur des die Zyklonkammer verlassenden Gases auf mindestens 100 ⁰C über die Temperatur d starrur.g der Schmelze eingestellt wird.

mindestens 100 ⁰C über die Temperatur der beginnenden Er-

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß der Suspension gasförmiger Brennstoff als Energieträger untergemischt ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zyklonkamraer.verlassenden Gase durch Direkteinspritzung von Wasser und/oder Vermischen mit kalter Luft unter den Kondensationspunkt der in ihnen enthaltenen flüchtigen Bestandteile abgeschreckt werden.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der

Ansprüche 1 bis 7 auf die Behandlung sulfidischer NE-

en
Metall er?.e oder LiE-Metallkonzentrate.

9. Anwendung des Verfahrens nach eineui oder mehreren der

Ansprüche 1 bis 7 auf die Behandlung sulfidischer Eisenerz

erze oder Eiserfkonzentrate,

10. Anwendung des Verfahrens nach einen» oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 auf die Behandlung oxidischer, ßgf» vorreduziorter Eisenerze oder Eisenorzkonzentrate.

11. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7 3uf die Behandlung von hüttenrüännischen Zv/ischemorodukten.

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