DE2253074B2

DE2253074B2 - Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von Feststoffen

Info

Publication number: DE2253074B2
Application number: DE2253074A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 4330 Muehlheim Herbert; Reiner Dr. 4102 Homberg Homann; Carl-August Dipl.-Ing. Maelzer; Martin Dipl.-Ing. Rahn; Lothar Dipl.-Ing. Dr. 6000 Bergen-Enkheim 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: 1975-12-18
Also published as: YU35463B; ES418103A1; NO135480C; RO67592A; AU476134B2; JPS4976703A; GB1410548A; JPS5644137B2; AT336654B; US3915692A; SU784797A3; BR7308399D0; AU6180373A; DE2253074A1; NO135480B; YU275673A; DE2253074C3; ATA913673A; CA1007053A; SE406479B

Description

oder aber mit heißen, sauerstofffreien Brennerabgasen nach der Gleichung

2 FeS₂-> 2FeS + S₂

umgesetzt. Die das Eisen enthaltende Schmelze, im vorliegenden Fall der Eisenstein, wird gegebenenfalls von Schlacke befreit und in einer Folgebehandlun» weiterverarbeitet (deutsche Patentschrift 8 86 390, deutsche Auslegeschrift 12 05 503).

In neuer Zeit haben die in der Feuerungstechnik gebräuchlichen Zyklonfeuerungen Eingang in die Nichteisenmetallurgie gefunden und zur Verarbeitung von Kupfer und polymetallischen Konzentraten Bedeulung erlangt (vgl. I. A. Onajew, »Zyklonschmelzen von Kupfer und polymetallischen Konzentraten«, Neue Hütte, 10 [1965], S. 210). Bei den zum sogenannten Zyklonschmelzen benutzten Zyklonkammern wird Luft mit großer Geschwindigkeit tangential cingeblasen, 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 Schmeizprodukt gelangt in den Sammelherd, in dem Stein von Schlacke getrer.nt 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 u. dgl. ist vorgeschlagen, Erze oder Erzkonzentrate in grobe oder feine Fraktionen aufgeteilt an verschiedenen Stellen der Zyklonkammer aufzugeben (deutsche Auslcgeschrift U 61 033). Dadurch sollen die Ausbeute in Form der Schmelze größer sowie zugeführte Brennstoffe und Erze sehr gut entzündet werden.

Diese bekannten Verfahren haben — soweit die pyromeiallurgischc Behandlung von sulfidischen Eisenerzen oder Eisenerzkonzentraten überhaupt vorgesehen ist — insbesondere den Nachteil geringer Durchsatzleistung. Die Durchsatzleisturig hängt nämlich weitgehend von dem Gelingen ab, die bei 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 Luft-

kühlung ist die Wärmeabfuhr ungenügend, bei Kühlung mit Kaltwasser würde es bei wirtschaftlich vertretbaren Kühlwassermengen wegen der extrem hofcen, beim Zyklonschmelzen auftretenden Wandtemperaturen zu explosionsartiger Verdampfung im Kühlmantel kommen.

Deshalb ist in Weiterentwicklung dieser Verjähren vorgeschlagen worden, die pyrometaüurgische Behandlung sulfidischer Eisenerze oder Eisenerzkontentrate in einer mit Wasserverdampfung bei minbestens 10 at Druck gekühlten Zyklonkammer mit annähernd horizontaler Achse mit Gasen mit mindestens 30 Volumprozent Sauerstoff und ohne ©der nur geriagem Zusatz von Brennstoff bei Temperaturen oberhalb 1300° C vorzunehmen und einen Stein mit einem durchschnittlichen Atomverhältnis »on Fe : S wie 1 : (0,70 bis 0,90) (DT-AS 19 07 204) bzw. bei Temperaturen oberhalb 14(XPC ein Röstgut mit einem durchschnittlichen Atomverhältnis von Fe: O wie 1 : (1,0 bis 1,15) (DT-AS 20 10 872) zuerschmelzen.

Obgleich die zuletzt erwähnten Verfahren gegenüber den ersten mit Anwendung der Zyklonkammer erhebliche Fortschritte brachten, haben sich noch gewisse Mängel herausgestellt. Bei der Zyklonkammer- 2$ technik läuft eine Reihe von komplizierten Vorgängen in einem geschlossenen Raum nebeneinander ab, die sich gegenseitig mehr oder weniger stark beeinflussen. Es sind insbesondere Mischung der Reaktionskomponenten, Aufheizung des Gemisches durch Strahlung und Konvektion auf Zündtemperatur, Verbrennung und Verdampfung von Verflüchtigungsprodukten, Abscheidung der Schmelztröpfchen aus dem Abgas, Einbindung in den Schmelzfilm an der Zyklonwand sowie Ablaufen der Schmelze. Auf Grund der bestehenden Strömlings- und 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-Feststoff-Strömung, insbesondere bei hohen Feststoffbeladungen, kann die Unvollständigkeit der Reaktion verstärken.

Aufgabe der Erfindung war, auch dies-·; Nachteile zu verhindern und ein Verfahren zu entwickeln, 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 pyrometalkirgischen Behandlung von feinkörnigen. bei Behandlungstemperaturen schmelzllüssige Produkte ergebenden Feststoffen mit sauerstoffreichen Gasen und gegebenenfalls Energieträgern unter Verwendung einer Zyklonkammer entsprechend der Erfindung derart ausgebildet wird, daß die Feststoffe, sauerstoffreichen Gase und Energieträger unterhalb der Reaktionstemperatur :'.u 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 schmelzllüssige Partikeln enthaltende Suspension in die Zyklonkammer eingetragen wird.

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, vo,- 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 Teilchenoberrläche 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 8O°/o 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.

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

Sofern die Reaktion der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnden Feststoffe mit den sauerstoffreichen Gasen endotherm oder nicht so weitgehend exotherm ist, daß der Prozeß selbstgängig betrieben werden kann, wird der Suspension ein beliebiger Energieträger untergemischt. Unter Energieträger sind solche Stolle verstanden, die bei Verbrennung mit Sauerstoif 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 sauerstolfrcichen Gasen und feste Brennstoffe mit den zu behandelnden feinkörnigen Feststoffen vorgemischt. An Stelle von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen können auch kohlenstofffreie Stoffe verwendet werden, die bei Umsetzung mit Sauerstoff Wärme erzeugen, beispielsweise Pyrit und Schwefel.

Die spezifische Teilchenoberfläche sollte 10 bis 1000 nWkg, vorzugsweise 40 bis 300 rn^/kg, betragen. Dies entspricht etwa einem minieren Teilchendurchmesser von 3 bis 300 μ bzw. 10 bis 80 μ.

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

Saucrstolfrciche Gase im Sinne der Erfindung sind solche mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 30 Volumprozent. Sofern sie nicht mit der erwünschten Konzentration zur Verfügung stehen, werden 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 werden. Diese Arbeitsweise isl insbesondere dann empfehlenswert, wenn kostenmäßig günstig herstellbarer 70".Oiger Sauerstoff zur Verfügung steht.

Sofern die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verarbeitenden, feinkörnigen Feststoffe verflüchtigungsfähige metallische Bestandteile aufweisen, isl es notwendig, entsprechend hohe Temperaturen ein-

:ustellen. Beispielsweise ist für die Verflüchtigung reaktor vorgegeben ist, eingestellt werden. Eine Aufvon Zinksulfid eine Temperatur oberhalb 1300° C heizung dieses Gas-Gemisches, die auch indirekt mit günstig. Bei Verwendung von Pyrit sind Tempera- der Abwärme des Prozesses erfolgen kann, kann nach türen von 1600° C bei Verwendung von Gasen mit Bedarf im Wärmetauscher 12 bis zu 600° C getrieben etwa 55 %> Sauerstoff erreichbar. Bei diesen hohen 5 werden. Die optimale Vorwärmtemperatur des Gas-Temperaturen gelingt es, die Verflüchtigung von Zink Gemisches ist durch die Mischtemperatur der Gasauf Werte über 90%, von Arsen und Blei auf Werte Feststoff-Suspension gegeben, die wenig unter der über 95 «/o zu treiben. Ahnlich gut lassen sich Silber, Zündtemperatur des jeweils zur Reaktion zu bringen-Kadmium, Rhenium, Selen, Tellur, Germanium, An- den Feststoffs liegen sollte.

timon, Wismut verflüchtigen. Der entscheidende Vor- io Das vorgewärmte, sauerstoffreiche Verbrennungsteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die gas und der kalte Feststoffstrom werden nach konzen-Zyklonkammer im wesentlichen die Funktion des Ab- trischem Austritt aus der Zuteilvorrichtung 4 infolge scheideorgans übernimmt und damit eine saubere turbulenter Freistrahlmischung und vorgegebenem Trennung der Komponenten unterschiedlicher Drall des sauerstoffreichen Gases in der Mischkam-Aggregatzustände gewährleistet. 15 "ier 5 intensiv gemischt. Mit einer dicht unter der

Die Kühlung der aus der Zyklonkammer austre- Zündtemperatur liegenden Mischtemperatur wird die tenden Abgase kann in an sich bekannter Weise, bei- gebildete Suspension in einer düsenartigen Verengung spielsweise unter Verwendung eines Abhitzkessels, 18 beschleunigt, wobei eine weitere Homogenisierung erfolgen. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, die erfolgt und eine Rückzündung von der Brennstrecke 6 die Zyklonkammer verlassenden Gase nach Durch- 20 in die Mischkammer 5 unterbunden wird,
laufen einer Umlenkstrecke zur Abscheidung even- Am Eintritt des beschleunigten Strahls in die tuell mitgerissener Schmelztröpfchen durch Direkt- heiße, vertikale Brennstrecke 6 tritt sofort Zündung einspritzung von Wasser und/oder Vermischen mit ein. In einer kurzen, heißen Flamme durchlaufen Luft abzuschrecken. Durch die Abschreckung unter- die Feststoffteilchen weitgehend ohne Wand- und schreiten die Schmelztröpfchen einen Erstarrungs- 25 gegenseitige Berührung die Schmelzphase, wodurch punkt und gasförmige Produkte ihren Kondensations- die große Teilchenoberfläche als Reaktionsaustauschbzw. Desublimationspunkt und werden in eine gut ab- fläche erhalten bleibt. Am Ende der Brennstrecke 6 scheidbare, feste Form überführt. ist bei fast vollständiger Reaktion die maximale Ver-

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf eine Viel- brennungstemperatur erreicht, die durch die vorge-

zahl von Feststoffen anwendbar. Besonders geeignet 30 gebene theoretische Verbrennungstemperatur und

sind sulfidische NE-Metallerze oder NE-Metallkon- die durch die Wandkühlung unvermeidlichen Wärme-

zentrate und sulfidische Eisenerze oder Eisenerzkon- Verluste bestimmt wird.

zentrate. Es ist jedoch auch bestens geeignet für die Die Länge der reagierenden Flamme reicht bis in

Behandune oxydischer, gegebenenfalls vorreduzierter die Zyklonkammer 7 hinein, in der die Reaktion

Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate sowie auch für 35 praktisch abgeschlossen wird und die gasförmigen

die Behandlung von hüttenmännischen Zwischenpro- von den flüssigen Reaktionsprodukten durch Flieh-

dukten. krafteinwirkung mit einem hohen Einbindegrad ge-

Die Erfindung wird an Hand der Figuren und der trennt werden. Die der höchsten Temperaturbean-

Beispiele näher und beispielsweise erläutert. spruchung ausgesetzten Wände der vertikalen Brenn-

F i g. 1 stellt ein Fließschema der erfindungsge- 40 strecke 6 und der horizontalen Zyklonkammer 7 sind

mäßen Verfahrensführung dar; durch Verdampfungskühlung (Rohre 15, 16; Dampf-

F i g. 2 enthält einen Querschnitt durch die in kessel 17) mit Ausbildung eines Belags aus erstarrter

F i g. 1 mit Rechteck (gestrichelt) umgebenen Vor- Schmelze wirksam geschützt,

richtungsteile; Am Austritt der Zyklonkammer 7 läuft der ge-

F i g. 3 gibt den prinzipiellen Temperaturverlauf im 45 sammelte Schmelzfilm als Strahl durch einen Aus-Hochtemperaturreaktor und der Gaskühlstrecke trittsschlitz 21 in die Sekundärkammer 8 ab und gewieder. langt über einen vertikalen Fallschacht in den Vor-

Der Vorratsbunker 1 (Fig. 1) speichert den Fest- herd 9, während das Gas durch einen Kragen in die stoff, dem gegebenenfalls der Energieträger unterge- Sekundärkammer 8 austritt. Dort wird durch zweimischt ist. Zweckmäßigerweise ist er zuvor auf eine 5° malige 90°-Umlenkung eine weitere Abscheidung von Restfeuchte von weniger als 0,2 °/o H₂O gebracht und, Schmelztröpfchen, soweit sie aus dem Zyklon mitgesoweit die erforderliche Feinheit nicht schon im An- rissen wurden, ermöglicht und deren Ablauf mit der lieferungszustand, wie z. B. bei Flotationsmaterial, Schmelze in den Vorherd 9 gesichert,
vorgelegen hat, auf die notwendige Feinheit aufge- Im Vorherd 9, der durch einen siphonartigen mahlen worden. Der Feststoff wird aus dem Vorrats- 55 Trennstein in zwei Beruhigungskammern aufgeteilt bunker 1 über eine Dosierbandwaage 2 abgezogen sein kann, können zwei Schmelzkomponenten von und gelangt durch den als Druckabschluß gegen den unterschiedlichem spezifischen Gewicht bei Verweil-Hochtemperaturreaktor wirkenden Walzenzuteiler 3 zeiten von mehr als einer Stunde separiert und gesowie eine Falleitung in das zentrale Aufgaberohr trennt abgezogen werden, also insbesondere die Treneiner Zuteilvorrichtung 4. ⁶° nung von Stein und Schlacke vorgenommen werden.

Der zur Reaktion benötigte Sauerstoff ist in einem Eine Nachbehandlung der Schmelze durch Zugabe

Gasgemisch enthalten, das sich aus einem durch das von Zuschlagstoffen und Aufblasen von Gasen ist

Gebläse angesaugten Luftstrom und dem aus dem möglich. Die getrennt abgezogenen Schmelzkompo-

Kaltvergaser 11 stammenden, hochprozentigen Sauer- nenten können wahlweise direkt im Wasserstrahl gra-

stoffstrom zusammensetzt. Durch Veränderung des 65 nuliert oder in Pfannen abgestochen werden.

Verhältnisses der beiden Teilströme kann im Gasge- Das weitgehend von der Schmelze befreite Abgas

misch jede Sauerstoffkonzentration, die durch die an- tritt mit niedriger Geschwindigkeit aus der Sekun-

gestrebte Reaktionstemperatur im Hochtemperatur- därkammer8 in die Gaskühlstrccke 13 ein. Das Ab-

Ό 7 8

gas hat an dieser Stelle weitgehend seine Endzusam- tritt aus der Zuteilvorrichtung 4 infolge turbulenter mensetzung erreicht, wobei als charakteristische Freistrahlmisohung und vorgegebenem Drall des Eigenschaft der hohe Prozentsatz an gasförmigen sauerstoffreichen Verbrennungsgases in der Misch-Verbrennungsprodukten hervorzuheben ist. Soweit kammer 5 intensiv gemischt. Mit einer unter der im eingesetzten Feststoff verflüchtigbare Anteile ent- 5 Zündtemperatur des Kupferkonzentrats liegenden halten sind, ist das Abgas auch mit zum Teil erheb- Mischtemperatur wird der feststoffbeladene Gaslichen Mengen an gasförmigen Verflüchtigungspro- strom in einer düsenartigen Verengung 18 auf dukten beladen. 35 m/sec beschleunigt, wobei eine weitere Homogeni-

In der Gaskühlstrecke 13 durchläuft das mit ge- sierung des Gemisches erfolgt und eine Rückzündung

ringen Schmelzmengen und gegebenenfalls gasför- io von der Brennstrecke 6 in die Mischkammer 5 unter-

migen Verflüchtigungsprodukten beladene Abgas den bunden wird.

Erstarrungsbereich der Schmelze und unterschreitet Seim Eintritt der beschleunigten Suspension in die

die Kondensationstemperatur der meisten Verfluch- vertikale Brennstrecke 6, die einen lichten Durch-

tigungsprodukte. Die Gaskühlstrecke 13 weist bis zu messer von 460 mm und eine zylindrische Länge von

der Stelle, an der die Erstarrungstemperatur hin- 15 530 mm hat, tritt sofort Zündung ein; bei fortschrei-

reichend unterschritten ist, keine konvektiven Kühl- tender Reaktion steigt die Temperatur schnell an und

flächen auf. erreicht am Ende der Brennstrecke 6 das Maximum

Die kalten Reaktionsgase werden durch das Ge- von 1600° C. Nach nahezu abgeschlossener Reaktion

blase 14 einer vorgeschalteten Gasreinigungsanlage tritt das mit Schmelztröpfchen beladene Abgas mit

(nicht dargestellt) und gegebenenfalls einer Weiter- ao einer mittleren Geschwindigkeit von 12 m/sec in die

Verarbeitung zugeführt. horizontale Zyklonkammer 7 ein, die im Durchmesser

Zum Anfahren der Anlage dienen öl- oder gasge- 930 mm mißt und eine Länge von 950 mm hat. Hier

feuerte Stützbrenner 19 in der Brennstrecke 6 und der wird die Reaktion abgeschlossen. Die gasförmigen

Stirnwand der Zyklonkammer 7, die nach Aufgabe Reaktionsprodukte werden von den flüssigen durch

des eigentlichen Brennstoffs abgeschaltet werden und 35 Fliehkrafteinwirkung mit einem hohen Einbindever-

nur in Ausnahmefällen als Stütz- und Zusatzfeuer zur mögen voneinander getrennt.

Anwendung kommen. Durch intensive Wandkühlung mittels der Rohre

In Fig. 2, in der die Zuteilvorrichtung 4, die 20 im Bereich der Brennstrecke 6, der Zyklonkam-Mischkammer 5, die düsenartige Verengung 18, die mer7 sowie durch Kühlung der Sekundärkammer 8 Brennstrecke 6 und die Zyklonkammer 7 vergrößert 30 und der Gaskühlstrecke 13 werden insgesamt stünddargestellt sind, ist insbesondere die Anordnung der lieh 1,88 t Sattdampf von 25 atü erzeugt, was einer Rohre 20 für die Heißkühlung eingetragen. 21 be- spezifischen Dampfproduktion von 0,75 t pro Tonne zeichnet den Austrittsschlitz für die Schmelze, 22 den Konzentrat entspricht.

Kragen, durch den die Gase in die Sekundärkammer 8 Am Austritt der Zyklonkammer 7 läuft der geaustreten. 35 sammelte Schmelzfilm — ein Gemisch aus Stein und

In Fig. 3 ist der prin/.ipielle Temperaturverlauf Schlacke — als Strahl durch den Austrittsschütz 21

in der Mischkammer 5, der Brennstrecke 6, der Zy- in die Sekundärkammer 8 ab und gelangt über einen

klonkammer 7, der Sekundärkammer 8 und der Gas- vertikalen Fallschacht in den Vorherd 9, während die

kühlstrecke 13 wiedergegeben. Vom Bereich des Gasströmung durch den Kragen 22 in die Sekundärgrößten Teils der Brennstrecke 6 an bis zum Austritt 40 kammer 8 austritt. Dort wird durch zweimalige

aus der Sekundärkammer8 liegt die mittlere Tem- 90--Umlenkung eine weitere Abscheidung von

peratur von Gas und Schmelze über dem Erstarrungs- Schmelztröpfchen, soweit sie aus dem Zyklon mit-

bereich der Schmelze. gerissen wurden, ermöglicht und deren Ablauf mit

. · , 1 der Schmelze in den Vorherd 9 gesichert. Mit nied-B ei spiel 1 _{45 riger} Geschwindigkeit treten 1020 NmVh 45«/oiges

Aus dem Vorratsbunker 1 werden über die Dosier- SO₂-GaS, das maximal 3 ⁰O O., und neben gering-

bandwaage 2 und den Walzenzuteiler 3 stündlich fügigen Mengen an gasförmigen Verflüchtigungspro-

2500 kg Kupferkonzentrat zugeführt. Das Kupfer- dukten, wie Arsenoxid, nur noch wenige nicht abge-

konzentrat, das im Anlieferungszustand Flotations- schiedene Schmelztröpfchen enthält, in die Gaskühlfeinheit (65% < 80 μ) aufweist und auf eine Rest- 5° strecke 13 ein. Während Abkühlung des Gases aul

feuchte 0,1% H₂O getrocknet worden ist, hat fol- 300° C erstarren die Schmelztröpfchen,

gende Zusammensetzung: Die aus der Gaskühlstrecke 13 austretenden Gase

O₁ 25°/o werden einer Gasreinigungsanlage und anschließenc

P 30 °/o ^nac^ Verdünnung mit Luft einer Schwefelgewinnungs

<j 33 «/0 ^{55 an}'^a£^e zugeführt, in der durch Reduktion Elementar

gjQ g o/_o schwefel erzeugt wird.

Verunreinigungen".'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 4% ^Im Vorherd 10, der durch einen syphonartig«

Trennstein in zwei Beruhigungskammern aufgeteil

Über eine Falleitung unterhalb des Walzenzu- ist, erfolgt die Trennung in Schlacke und einen seh teilers 3 gelangt das Konzentrat im freien Fall in das 6° reinen Kupferstein. Es werden stündlich 1280 k]

zentrale Aufgaberohr der Zuteilvorrichtung 4 und die Schlacke mit weniger als 1,1% Cu abgezogen um

nachgeschaltete Mischkammer 5. 360 Nm³/h mit dem direkt granuliert. Der in Mengen von 770 kg anfal

Gebläse 10 angesaugte Luft werden mit 822 NnWh lende 80%ige Kupferstein wird in Pfannen abge

eines 70%igen Sauerstoffs aus einem Kaltvergaser 11 stochen.

gemischt und in; Wärmetauscher 12 auf 400° C vor- 65 B e i s D i e 1 2
gewärmt.

Das heiße, 55°/o O₂ enthaltende Gas und das kalte In einem zu Beispiel 1 analogen Verarbeitungsgan

Kiinferkonzcntrat werden nach konzentrischem Aus- werden stündlich 3000 kg einer Mischung at

Kupferkonzentrat der Beschaffenheit des Beispiels 1 und schlackenbildenden Zuschlägen durchgesetzt. Die Mischung setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

Kupferkonzentrat 2610 kg/h

Quarzmehl 312 kg/h

Branntkalk 78 kg/h

Das für die Verbrennung benötigte, auf 400° C vorgewärmte sauerstoffreiche Gas wird durch Vermischen von 200NmVh Luft und 73ONmVh 70%igem Sauerstoff gebildet. Bei der Verarbeitung dieser Erzmischung, die unter grundsätzlich gleichen Bedingungen wie im vorbeschriebenen Beispiel abläuft, entsteht eine maximale Reaktionsraumtemperatur von 1525° C. Das Abgas (800 NmVh) hat eine SO₂-Konzentration von 50% und weist einen O₂-Überschuß von weniger als 2,5% auf. Im Vorherd werden stündlich 1470 kg Schlacke mit weniger als 0,8% Cu sowie 1150 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 3

Aus dem Vorratsbunker 1 werden über die Dosierbandwaage 2 und den Walzenzuteiler 3 stündlich 1600 kg eines Flotations-Pyrits von < 0,2% Feuchte mit einer Körnung 30% größer 90 μ gefördert. Der Pyrit hat folgende Gehalte:

Die in der Zyklonkammer 7 gesammelte Schmelzt läuft durch den Schlitz 21 in der Abschlußwand zui Sekundärkammer 8 ab und gelangt durch den Fall schacht der Sekundärkammer 8 in den Sammel herd 9, aus dem stündlich 1000 kg Schmelze abgezogen und im Wasserstrahl granuliert werden. Da; FeO-reiche Granulat ist weitgehend NE-metallfre und weist folgende Zusammensetzung auf:

Fe 66,5%

FeS.,
ZnS"
PbS .
As₂S₃
SiO.,

Restliche Gangart etwa

85%
1,8%
0,6%
0,1 «/ο
7,0%
5,5%

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

Der über das Gebläse 10 angesaugte Luftstrom (590 NmVh) wird mit 775 NnWh eines~70% O₂ enthaltenden SauerstofTstroms aus dem Kaltvergaser 11 gemischt und im Wärmetauscher 12 auf 200° C vorgewärmt.

In der Mischkammer 5 wird der Pyrit im sauerstoffhaltigen Gasgemisch suspendiert. Durch die düsenartige Verengung 18 hinter der Mischkammer 5 wird die Gaskomponente der Suspension auf 31 m/sec beschleunigt, wobei eine weitere Homogenisierung erfolgt und die Rückzündung von der Brennstrecke ό 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 praktisch vollständiger Reaktion am Ende der Brennstrecke 6 eine maximale Temperatur von 1700 C 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.

Zn 0,05%

SiO₂, CaO usw 12,5%

Pb und As Spuren

Aus der Zyklonkammer 7 tritt das mit gasförmiger Verflüchtigungsprodukten 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

ao Schmelztröpfchen befreit, deren Ablauf mit dei Schmelze über den Fallschacht in den Sammelherd 9 erfolgt.

Das in die Gaskühlstrecke 13 eintretende Abgas (1225 NmVh) enthält 40% SO, bei einem Sauerstoffes Überschuß von 3% O₀. Nach" Abkühlung auf eine Temperatur von 350° C, bei der alle Verflüchtigungsprodukte kondensiert sind, wird das Abgas einer Gasreinigungsanlage zugeführt. Dort fallen stündlich 85 kg Flugstaub mit folgender Zusammensetzung an:

Zn

Pb

Nach Verdünnung mit Luft wird das gereinigte. hochprozentige SO„-Gas einer Schwefelsäureanlage zugeführt. Durch Kühlung im Hochtemperaturteil und der Gaskühlstrecke fallen stündlich 2,2 t Sattdampl von 25 atü, entsprechend einer spezifischen Dampfproduktion von 1,41 pro Tonne Konzentrat, an.

22%

1Ί %
2%

Beispiel 4

Aus dem Vorratsbunker 1 werden über die Dosierbandwaage 2 und den Walzenzuteiler 3 stündlich

520 kg Raumasche zugeführt. Die Räumasche hatte im Anlieferungszustand eine Feuchte von 35%H.,O und war vor der Verarbeitune auf eine Feuchte von weniger als IVo H₂O getrocknet sowie auf eine Körnung von 20% größer 90 μ auf gemahlen worden.

S_ie weist folgende Zusammensetzung auf:

£^fi

40,0

15.0%

5,6%

1,7%

^^u 0,8%

^AS 150 g/t

Zur nahstöchiometrischen Verbrennung des Kohlenstoffinhalts der Räumasche werden 129ONmVh eines aus 1030 NmVh Luft und 260 NmVh 70%igem sauerstoff gebildeten Gasgemisches (31 Volumpro- α ν-^} °, ^Vorwä™iung durch das Gebläse 10 in fördert^{tCyStem 4 deS Hochtem}Pcraturrcaktors ge-In der Mischkammer 5 wird die Räumaschc in der

11 12

Verbrennungsluft suspendiert. Durch die düsenartige einer im wesentlichen NE-metallfreien, spezifisch

Verengung 18 am Austritt der Mischkamer 5 wird die leichteren Schmelze, die im Wasserstrahl granuliert

Luft auf 34 m/sec beschleunigt, wobei die Mischung wird und folgende Zusammensetzung aufweist:

homogenisiert und eine Rückzündung von der Brenn- p_e 35 3" Ί,

strecke 6 in die Mischkammer 5 verhindert wird. 5 gjQ 273 o'/_u

Beim Eintritt der beschleunigten Suspension in die _A, 5 ' C₃₀/_Mgo' usw.''.'.'.'.'.'.'.'.'. 2ö',5 <>/„

Brennstrecke 6 tritt sofort Zündung ein. Bei schnell ^_n 0 6⁰O

fortschreitender Verbrennung des KohlenstofTinhalts p^ 006⁰O

der Räumasche steigt die Brennraumtemperatur auf Q₁ 06°/<i

etwas über 1700° C am Ende der Brennstrecke 6 an, 10 ^ Spuren

so daß dort für alle in der R'äumasche enthaltenen,

verflüchtigbaren NE-Metalle optimale Verflüchti- sowie 5 kg eines spezifisch schwereren Kupfersteins

gungsbedingungen gegeben sind. Mit einer mittleren mit Γ.0% Cu, der diskontinuierlich abgestochen wird.

Gasgeschwindigkeit von 13,5 m/sec tritt das mit Die noch 1600° C heißen Verbrennungsgase treten

Schmelztröpfchen und gasförmigen Verflüchtigungs- 15 mit niedriger Geschwindigkeit in die Gaskühlstrecke

produkten beladene Abgas in die Zyklonkammer 7 13 ein, in der sie auf 300° C abgekühlt werden. Die

ein, in der die Reaktion abgeschlossen und die dcibei kondensierten Verflüchtigungsprodukte werden

Schmelze durch Fliehkrafteinwirkung mit hohem Ein- in einem Sackfilter aufgefangen. Stündlich fallen

bindevermögen aus der Gasphase abgetrennt wird. 60 kg Flugstaub an, dessen Gehalt an NE-Metallen

Das mit gasförmigen Verflüchtigungsprodukten be- 20 folgende Werte aufweist:

ladene Abgas tritt durch den Kragen 22 der Zyklon- -jn 39 ">o ,

kammer 7 in die Sekundärkammer 8 ein, wo durch p^ ", ^ „"

zweimalige 90°-Umlenkung eine Abscheidung von ^ 30"Ό

mechanisch mitgerissenen Schmelzpartikeln erfolgt, ^ 1140'0/t

die zusammen mit der als Strahl über den Schlitz 21 25

aus der Zyklonkamroer 7 austretenden Schmelze über Bei der Kühlung des Hochtemperaturteils und dei

den Fallschacht der Sekundärkammer 8 in den Vor- Gaskühlstrecke werden stündlich 2600 kg Sattdamp¹

herd 9 gelangen. von 15 atü erzeugt, entsprechend einer spezifischer

Im Vorherd 9 separieren sich stündlich 230 kg Dampfproduktion von 5,0 t pro Tonne Räumasche.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von feinkörnigen, bei Bshandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte ergebenden Feststoffen mit sauerstoffreichen Gasen und gegebenenfalls Energieträgern unter Verwendung einer Zyklonkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe, sauerstoffreichen Gase und gegebenenfalls 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 schmelzflüssige Partikeln enthaltende Suspension in die Zyklonkammer eingetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß die Verweilzeit in der Brennstrecke derart eingestellt wird, daß die Reaktion der Suspension beim Verlassen zu mindestens 8O°/o abgeschlossen ist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des die Zyklonkammer verlassenden Gases auf mindestens 100° C über die Temperatur der beginnenden Erstarrung der Schmelze eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 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 d's Zyklonkammer 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-Metallerze oder NE-Metallerzkonzcntrate.

9. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 auf die Behandlung sulfidischer Eisenerze oder Eisenerzkonzcntrate.

10. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 auf die Behandlung oxidischer, gegebenenfalls vorreduzierter Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate.

11. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 auf die Behandlung von hüttenmännischen Zwischenprodukten.

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

Für die Aufarbeitung von beispielsweise sulfidischen Eisenerzen oder Eisenerzkonzentraten ist eine Vielzahl von Vorschlägen unterbreitet worden, ίο die sich der unterschiedlichsten Verfahrenskategorien bedienen. Im Vordergrund stehen Röstverfahren, die in Etagenöfen oder ein- oder zweistufigen Wirbelschichtöfen durchgeführt werden und die zu Schwefeldioxid und Eisenoxid führen (DT-PS 11 23 686, 9 38 545, 10 24 493, 10 46 080 und 11 32 942).

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

FeS₂+O₂-FeS + SO₂