DE2253074C3

DE2253074C3 - Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von Feststoffen

Info

Publication number: DE2253074C3
Application number: DE2253074A
Authority: DE
Inventors: Reiner Dr. 4102 Homberg Homann; Carl-August Dipl.-Ing. Maelzer
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: 1983-12-22
Also published as: YU35463B; ES418103A1; NO135480C; RO67592A; AU476134B2; JPS4976703A; GB1410548A; JPS5644137B2; AT336654B; US3915692A; SU784797A3; BR7308399D0; AU6180373A; DE2253074A1; NO135480B; DE2253074B2; YU275673A; ATA913673A; CA1007053A; SE406479B

Description

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

^; . Fjirjdlt Aufarbeitungvon beispielsweise sulfidischen Eisenerzen öder Eisenerzkonzentraten ist eine Vielzahl von Vorschlägen unterbreitet worden, die sich der unterschiedfichsten Verfahrehskategorien bedienen. Im

* 5 Vordergrund stehen .Röstverfahren, die in Etagenofen oder ein- oder zweistufigen Wirbelschichtofen durchgeführt werden und die zu Schwefeldioxid und Eisenoxid führen CDE-PS 11 23 686,9 38 545,10 24 483, 10 ^ 080 und 11 32942). · _

Bei einer anderen Verfahrensgruppe werden Flotati- _; onspyrite mit vorgewärmter Luft nach der Gleichung

FeS₂ + O₂-FeS + SO₂

oder aber mit heißen, sauerstofffreien Brennerabgasen nach der Gleichung

2 FeS₂-»2 FeS + S₂

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

In neuer Zeit haben die in der Feuerungstechnik gebräuchlichen Zyklonüeuerungen Eingang in die Nichteisenmetallurgie gefunden und zur Verarbeitung von . Kupfer und polymetallischen Konzentraten Bedeutung erlangt (vgL I. A. Osajew, »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 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 kr 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 u. dgl. ist vorgeschlagen. Erze oder Erzkonzentrate in grobe oder feine Fraktionen aufgeteilt an verschiedenen Stellen der Zyklonkammer aufzugeben (deutsche Auslegeschrift 1161 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 pyrometallurgische Behandlung von sulfidischen Eisenerzen oder Eisenerzkonzentraten überhaupt vorgesehen ist — insbesondere den Nachteil geringer Durchsatzleistung.

Die Durchsatzleistung 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 Luftkühlung ist die V/ärmeabfuhr ungenügend, bei Kühlung 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 Weiterentwicklung dieser Verfahren vorgeschlagen worden, die pyrometallurgische Behänd-

lung sulfidischer Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate in Maßnahme werden die sonst in der Suspension leicht j einer mit Wasserverdampfung bei mindestens 10 at auftretenden Strähnen und Ballen aufgelöst pie SUs- ί

Druck gekühlten Zyklonkammer mit annähernd hori- pension wird vollständig homogenisiertund diönit^if '

zontaler Achse mit Gasen mit mindestens 30 Volumpro- Teilchenoberfiäche für die Reaktion voll nutzbar ge- ^.

zentSauerstoff und ohne oder nur geringem Zusatz von 5 macht ;

Brennstoff bei Temperaturen oberhalb 1300⁰C vorzu- In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung (jes Yer-

nehmen und einen Stein m»t einem durchschnittlichen fahrens soll die Verweilzeit in der Brennstrecke sb höo^ ";

Atomverhältni?, von Fe: S wie 1: (0,70 bis 0,9Cl) (DE-AS sein, daß die Reaktion beim Verlassen zu mindestens

19 07 204) bzw. bei Temperaturen oberhalb 1400⁰C ein 80% abgeschlossen ist Dieses Ziel kann durch entsprer

Röstgut mit einem durchschnittlichen Atomverhältnis io chende Dimensionierung der Brennstrecke erreicht

von Fe :O wie 1 :(l,0 bis 1,15) (DE-AS 20 10 872) zu werden. Die Reaktionszeiten liegen größenordnungs-

erschmelzen. mäßig im Bereich weniger Hundertstelsekunden, so daji

Obgleich die zuletzt erwähnten Verfahren gegenüber in der Regel eine Brennstrecke bis 3 m Länge ausrej-

den ersten mit Anwendung der Zyklonkammer erhebli- chendist

ehe Fortschritte brachten, haben sich noch gewisse is Vorteilhafterweise ist die Temperatur des die Zyklon-Mängel herausgestellt Bei der Zyklonkammertechnik kammer verlassenden Gases auf mindestens 100⁰C über läuft eine Reihe von komplizierten Vorgängen in einem die Temperatur der beginnenden Erstarrung der geschlossenen Raum nebeneinander ab, die sich gegen- Schmelze einzusteüen. . seitig mehr oder weniger stark beeinflussen. Es sind Sofern die Reaktion der nach der:, erfindungsgemäinsbesemdere Mischung der Reaktionskomponenten. 20 ßen Verfahren zu behandelnden Feststoffe πάχ den sau-Aufheizung des Gemisches durch Strahlung und Kon- erstoffreichen Gasen endotherm oder nicht so weitge-

§*' vektion auf Zündtemperatur, Verbrennung und Ver- hend exotherm ist daß der Prozeß selbstgängig betrie-' dampfung von Verflüchtigungsprodukten, Abscheidung ben werden kann, wird der Suspension ein beliebiger 'S der Schmelztröpfchen aus dem Abgas, Einbindung in Energieträger untergemischt. Unter Energieträger sind Il den Schmelzfilm an der Zyklonwand sowie Ablaufen 25 solche Stoffe verstanden, die bei Verbrennung mit Saujfj der Schmelze. Auf Grund der bestehenden Strömungs- erstoff Wärme liefern. Sie können gasförmig, flüssig S und Temperaturverhältnisse sind die Verbrennungs- oder fest sein. Jeder dieser Brennstoffe kann für sich H und Verflüchtigungsbedingungen nicht einheitlich für allein oder in Mischung mit anderen eingesetzt werden. i| alle Teilchen. Ein gewisser Anteil des Brennstoffes bzw. Dabei werden vor Bildung der Suspension zweckmäßif| des Erzes kann vor Beendigung der Verbrennung bzw. 30 gerweise gasförmige Brennstoffe mit den sauerstoffreijI der Röstung abgeschieden und von der Schmelze einge- chen Gasen und feste Brennstoffe mit den zu behan-Bi bunden werden. Dadurch wird die für die weitere Reak- delnden feinkörnigen Feststoffen vorgemischt An Steift tion nötige Oberfläche ganz erheblich reduziert, so daß Ie von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen können auch ί,φ die weitere Reaktion unvollständig bleibt Eine Fest- kohlenstofffreie Stoffe verwendet werden, die bei Um-J stoff-Strähnenbildung in der Gas-Feststoff-Strömung, 35 Setzung mit Sauerstoff Wärme erzeugen, beispielsweise H insbesondere bei hohen Feststoffbeladungen, kann die Pyrit und Schwefel.

'0 Unvollständigkeit der Reaktion verstärken. Die spezifische Teilchenoberfläche sollte ?0 bis

£ Aufgabe der Erfindung war, auch diese Nachteile zu 1000 mVkg, vorzugsweise 40 bis 300 mVkg, betragea

■£ verhindern ind ein Verfahren zu entwickeln, das eine Dies entspricht etwa einem mittleren Teilchendurch-

vollständige Umsetzung und damit Reinheit der Pro- 40 mer.er von 3 bis 300 μ bzw. 10 bis 80 μ,

dukte sicherstellt, ohne deshalb einen hohen apparati- Die auf das Leerrohr bezogene Gasgeschwindigkeit

ven Aufwand zu erfordern. in der Brennstrecke beträgt 8 bis 30 m/sec.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren zur Sauerstoffreiche Gase im Sinne der Erfindung sind pyrometallurgischen Behandlung von feinkörnigen, bei solche mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 30 Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte 45 Volumprozent. Sofern sie nicht mit der erwünschten ergebenden Feststoffen mit sauerstoffreichen Gasen Konzentration zur Verfügung stehen, werden sie durch und gegebenenfalls Energieträgern unter Verwendung Zusammenmischen von Luft und hochprozentigem Saueiner Zyklonkammer entsprechend der Erfindung der- erstoff hergestellt. Dies kann geschehen, indem bei der ti} art ausgebildet wird, da£ die Feststoffe, sauerstoffrei- Vermischung der feinkörnigen Feststoffe Sauerstoff > chen Gsse und Energieträger unterhalb der Reaktions- 50 und Luft getrennt oder vorher gemischt zugeführt wer- ·"., temperatur zu einer Suspension vermischt, mit einer den. Diese Arbeitsweise ist insbesondere dann empfeheine Rückzünchjng ausschließenden Geschwindigkeit in lensw.ert, wenn kostenmäßig günstig herstellbarer eine vertikale Brennstrecke unter Einstellung einer 70<ibiger Sauerstoff zur Verfügung iteht. Leerrohrgeschwindigkeit von 8 bis 30 m/sec eingetra- Sofern die nach item erfindungsgemäßer. Verfahren gen und dort zur Reaktion gebracht werden und die 55 zu verarbeitenden, feinkörnigen Feststoffe verflüchtigebildete, nunmehr überwiegend schmelzflüssige Parti- gungsfähige metallische Bestandteile aufweisen, ist es kein enthaltende Suspension in die Zyklonkammer ein- notwendig, entsprechend hohe Temperaturen einzustelgetragen wird. len. Beispielsweise Ut für die Verflüchtigung von Zink-Der Eintrag der Suspension mit einer eine Rückzün- sulfid eine Temperatur oberhalb 1300^eC günstig. Bei dung ausschließenden Geschwindigkeit kann auf unter- 60 Verwendung von Pyrit sind Temperaturen von 1600°C schiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Ver- bei Verwendung von Gasen mit etwa 55 Vo Sauerstoff mischung der Reaktionskomponenten bereits derart erreichbar. Bei diesen hohen Temperaturen gelingt es, durchgeführt werden, daß die Suspension eine entspre- die Verflüchtigung von Zink auf Werte über 90%, von chend hohe Geschwindigkeit fiufweist. Besonders vor- Arsen und Blei auf Wurte über 95% zu treiben. Ähnlich teilhaft ist es jedoch, vor der ^rennstrecke eine mit du- 6'> gut lassen sich Silber, Kadmium, Rhenium, Selen, Tellur, senartiger Verengung ί asge*tattete Eintragsvorrich- Germanium, Antimon, Wismut verflüchtigen. Der enttung einzubauen, in der eine beschleunigung auf eine scheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens hinreichend große Geschwindigkeit erfolgt. Durch diese ist, daß die Zyklonkammer im wesentlichen die Funkti-

on 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 Zyklonkdinmer verlassenden Gase nach Durchlaufen einer Unilenkstrecke zur Abscheidung eventuell mitgerissener Schmelztröpfchen durch Direkteinspritzung von Wiisser und/oder Vermischen mit Luft abzuschrecken. Durch die Abschreckung unterschreiten die Schmelztröpfchen einen Erstarrungspunkt und gasförmige Produkte ihren Kondensations· bzw. Desublimationspunkt und v/erden in eine gut abscheidbare feste Form überführt.

Da s erfindungsgemäße Verfahren ist auf eine Vielzahl von Feststoffen anwendbar. Besonders geeignet sind sulfidische NE-Metallerze oder NE-Metallerzkonzentra?e 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 an Hand der Figuren und der Beispiele näher und beispielsweise erläutert.

Fig. 1 stellt ein Fließschema der erfindungsgemäßen Ve^fahrensführung dar;

F i g. 2 enthält einen Querschnitt durch die in F i g. I mit Rechteck (gestrichelt) umgebenen Vorrichtungsteile:

Fig.3 gibt den prinzipiellen Temperaturverlauf im Hochtemperaturreaktor und der Gaskühlstrecke wieder.

Der Vorratsbunker 1 (F i g. 1) speichert den Feststoff, dem gegebenenfalls der Energieträger untergemischt ist. Zweckmäßigerweise ist er zuvor auf eine Restfeuchje von weniger als 0,2% HjO gebracht und, soweit die erforderliche Feinheit nicht schon im Anlieferungszustand, wie z. B. bei Flotationsmaterial, vorgelegen hat, auf die notwendige Feinheit aufgemahlen worden. Der Feiastoff wird aus dem Vorratsbunker 1 über eine Dosierbandwaage 2 abgezogen und gelangt durch den als Dmckabschluß gegen den Hochtemperaturreaktor wirkenden Walzenzuteiler 3 sowie eine Falleitung in das zentrale Aufgaberohr einer Zuteilvorrichtung 4.

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 Reakrionstemperatur 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 600⁰C getrieben werdea 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, sauerstoffraiche Verbrennungsgas und! der kalte Feststoffstrom werden nach konzentrischem 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 Mischiemperatur wird die gebildete Suspension in einer düsenartigen 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 Ver-

is brennungstemperatur 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 Temperaturbeanspruchung 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 Zyklonkammer 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°C-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.

Im Vorherd 9, der durch einen siphonartigen Trennstein in zwei Beruhigungskammern aufgeteilt sein kann, können zwei Schmelzkomponenten von unterschiedlichem spezifischen Gewicht bei Verweilzeiten von mehr als einer Stunde separiert und getrennt abgezogen werden, also insbesondere 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 Schmelzkomponenten können wahlweise direkt im Wasserstrahl granuliert oder in Pfannen abgestorben werden.

Das weitgehend von der Schmelze befreite Abgas tritt mit niedriger Geschwindigkeit aus der Sekundärkammer 8 in die Gaskfihlstrecke 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 Mengen an gasförmigen Verflüchtigungsprodukten beladen.

In der Gaskühlstrecke 13 durchläuft das mit geringen Schmelzmengen und gegebenenfalls gasförmigen Verflüchtigungsprodukten beladene Abgas den Erstarrungsbereicn der Schmelze und unterschreitet die Kondensationstemperatur der meisten Verflüchtigungsprodukte. Die Gaskfihlstrecke 13 weist bis zu der Stelle, an der die Erstarrungstemperatur hinreichend unterschritten ist, keine konvektiven Kühlflächen auf.
Die kalten Reaktionsgase werden durch das Gebläse

14 einer vorgeschalteten Gasreinigungsanlage (nicht dargestellt) und gegebenenfalls einer Weiterverarbeitungzugeführt.

Zum Anfahren der Anlage dienen öl- oder gasgefeuerte Stützbrenner 19 in der Brennstrecke 6 und der Stirnwand der Zyklonkammer 7, die nach Aufgabe des eigentlichen Brennstoffs abgeschaltet werden und nur in Ausnahmefällen als Stütz- und Zusatzfeuer zur Anwendung kommen.

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

In F i g. 3 ist der prinzipielle Temperaturverlauf in der Mischkammer 5, der Srcnnsircckc S, der Zykionkammer 7, der Sekundärkammer 8 und der Gaskühlstrecke 13 wiedergegeben. Vom Bereich des größten Teils der Brennstrecke 6 an bis zum Austritt aus der Sekundärkammer 8 liegt die mittlere Temperatur von Gas und Schmelze über dem Erstarrungsbereich der Schmelze.

Beispiel 1

Aus dem Vorratsbunker 1 werden über die Dosierbandwaage 2 und den Walzenzuteiler 3 stündlich 2500 kg Kupferkonzentrat zugeführt. Das Kupferkon-. zentrji, das im Anlieferungszustand Flotationsfeinheit (65% < 80 μ) aufweist und auf eine Restfeuchte 0,1% H:O getrocknet worden ist. hat folgende Zusammensetzung:

Cu	25%
Fe	30%
S	33%
SiO₂	8%
Verunreinigungen	4%

Über eine Falleitung unterhalb des Walzenzuteilers 3 gelangt das Konzentrat im freien Fall in das zentrale Aufgaberohr der Zuteilvorrichtung 4 und die nachgeschaltete Mischkammer 5.360 NmVh mit dem Gebläse 10 angesaugte Luft werden mit 822 NmVh eines 70%igen Sauerstoffs aus einem Kaltvergaser 11 gemischt und im Wärmetauscher 12 auf 400° C vorgewärmt.

Das heiße, 55% Oi enthaltende Gas und das kalte Kupferkonzentrat werden nach konzentrischem Austritt aus der Zuteilvorrichtung 4 infolge turbulenter Freistrahlmischung und vorgegebenem Drall des sauerstoffreichen Verbrennungsgases in der Mischkammer 5 intensiv gemischt Mit einer unter der Zündtemperatur des Kupferkonzentrats Hegenden Mischtemperatur wird der feststoffbeladene Gasstrom in einer düsenartigen Verengung 18 auf 35 m/sec beschleunigt, wobei eine weitere Homogenisierung des Gemisches erfolgt und eine Rückzündung von der Brennstrecke 6 in die Mischkammer 5 unterbunden wird.

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 am Ende der Brennstrecke 6 das Maximum von 1600⁰C. Nach 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 werden von den flüssigen durch Fliehkrafteinwirkung mit einem hohen Einbindevermögen voneinander getrennt.

Durch intensive Wandkühlung mittels der Rohre 20 im Bereich der Brennstrecke 6, der Zyklonkammer 7

to sowie durch Kühlung der Sekundärkammer 8 und der Gaskühlkammer 13 werden insgesamt stündlich 1,88 t Sattdampf von 25 atü erzeugt, was einer spezifischen Dampfproduktion von 0,751 pro Tonne Konzentrat entspricht.

Am Austritt der Zyklonkammer 7 läuft der gesammelte Schmelzfilm - ein Gemisch aus Stein und Schlakke - als Strahl durch den Austrittsschlitz 21 in die Sekundärkammer δ ab und gelangt über einen vertikalen Fallschacht in den Vorherd 9, während die Gasströ- mung 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 1020 NmVh 45%iges SO2-Gas, das maximal 3% Oj und neben geringfügigen Mengen an gasförmigen Verflüchtigungsprodukten, wie Arsenoxid, nur noch wenige nicht abgeschiedene Schmelztröpfchen enthält, in die Gas kühlstrecke 13 ein. Während Abkühlung des Gases auf 300° C erstarren die Schmelztröpfchen.

Die aus der Gaskühlstrecke 13 austretenden Gase werden einer Gasreinigungsanlage und anschließend nach Verdünnung mit Luft einer Schwefelgewinnungs anlage zugeführt, in der durch Reduktion Elementar- schwefe! erzeugt wird.

Im Vorherd 10, der durch einen siphonartigen Trennstein in zwei Beruhigungskammern aufgeteilt ist, erfolgt die Trennung in Schlacke und einen sehr reinen Kupfer stein. Es werden stündlich 1280 kg Schlacke mit weniger als 1,1% Cu abgezogen und direkt granuliert. Der in Mengen von 770 kg anfallende 80%ige Kupferstein wird in Pfannen abgestochen.

Beispiel 2

In einem zu Beispiel 1 analogen Verarbeitungsgang werden stündlich 3000 kg einer Mischung aus 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 200 NmVh Luft und 730 NmVh 70%igem Sauerstoffgebildet Bei der Verarbeitung dieser Erzmischung, die unter grundsätzlich gleichen Bedingungen wie im vorbeschriebenen Beispiel abläuft, entsteht eine maximale Reaktionsraumteinperatiir von 1525°C Das Ab- gas (800 NmVh) hat eine SO2-Konzentration von 50% und weist einen ÖrOberschuß 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

Kupfergehait 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:

FeS₂	85%
ZnS	1,8%
PbS	0,6%
As₂Sj	Λ 4 AjL υ, ι τυ
SiO₂	7,0%
Restliche Gangart etwa	5,5%

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

Der über das Gebläse 10 angesaugte Luftstrom (590NmVh) wird mit 775 NmVh eines 70% O₂ enthaltenden Sauerstoffstroms aus dem Kaltvergaser 11 gemischt und im Wärmetauscher 12 auf 200⁰C 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 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 praktisch vollständiger Reaktion am Ende der Brennstrecke 6 eine maximale Temperatur von 1700⁰C 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 1000 kg Schmelze abgezogen und im Wasserstrahl granuliert werden. Das FeO-reiche Granulat ist weitgehend NE-metallfrei und weist folgende Zusammensetzung auf:

Fe	66,5%
S	1,2%
Zn	0,05%
SiO₂, CaO usw.	\2J5%
Pb und As	Spuren

Aus der Zyklonkammer 7 tritt das mit gasförmigen 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 Schmelztröpfchen befreit, deren Ablauf mit der Schmelze über den Fallschacht in den Sammelherd 9 erfolgt.

Das in die Gaskühlstrecke 13 eintretende Abgas (1225 NmVh) enthält 40% SO₂ bei einem Sauerstoffüberschuß von 3% O₂. 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
As

22%

11%

2%

Nach Verdünnung mit Luft wird das gereinigte, hochprozentige SO₂-GaS einer Schwefelsäur.eanlage zugeführt. Durch Kühlung im Hochtemperasurtei! ür.d 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 Dosierbandwaage 2 über den Walzenzuteiler 3 stündlich 520 kg Räumasche zugeführt. Die Räumasche hatte im Anlieferungszustand eine Feuchte von 35% H₂O und war vor der Verarbeitung auf eine Feuchte von weniger als 1% H₂O getrocknet sowie auf eine Körnung von 20% größer 90 μ aufgemahlen worden. Sie weist folgende Zusammensetzung auf:

C fix

Fe

SiO₂

Zn

Pb

Cu

Ag

40,0%

16,6%

15.0%

5,6%

1,7%

0,8%

150 g/t

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

Zur nahstöchiometrischen Verbrennung des Kohlenstoffinhalts der Räumasche werden 1290NmVh eines aus 1030 NmVh Luft und 260 NmVh 70igem Sauerstoff gebildeten Gasgemisches (31 Volumprozent O₂) ohne Vorwärmung durch das Gebläse 10 in das Zuteilsystem 4 des Hochtemperaturreaktors gefördert.

In der Mischkammer 5 wird die Räumasche in der

so Verbrennungsluft suspendiert Durch die düsenartige Verengung 18 am Austritt der Mischkammer 5 wird die Luft auf 34 m/sec beschleunigt, wobei die Mischung homogenisiert und eine Rückzündung 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 1700⁰C 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 von 133 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 Fliehfcrafteinwirkungmit hohem Einbindevermögen aus der Gasphase abgetrennt wird.

Das mit gasförmigen Verflüchtigungsprodukten be!adene Abgas tritt durch den Kragen 22 der Zyklonkammer 7 in die Sekundärkammer 8 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 Zyklonkamme! 7 austretenden Schmelze über den Fallschacht der Sekundärkammer 8 in den Vorherd 9 gelangen.

Im Vorherd 9 separieren sich stündlich 230 kg einer im wesenrlichen NE-metallfreien, spezifisch leichteren Schmelze, die im Wasserstrahl granuliert wird und folgende Zusammensetzung aufweist.

Fe	35,3%
SiO₂	273%
AI₂O₃, CaO. MgO usw.	26,5%
Zn	0,6%
Pb	0,06%
Cu	0,6%
Ag	Spuren

12

sowie 5 kg eines spezifisch schwereren Kupfersteins mit 30% Cu, der diskontinuierlich abgestochen wird.

Die noch 1600⁰C heißen Verbrennungsgase treten mit niedriger Geschwindigkeit in die Gaskühl ..trecke 13 ein, in der sie auf 300°C abgekühlt werden. Die dabei kondensierten Verflüchtigungsprodukte, wertien in einem Sackfilter aufgefangen. Stündlich fallen 60 kg Flugstaub an, dessen Gehalt an NE-Metallen folgende Werte aufweist:

Zn
Pb
Cu
Ag

39,2%
13,7%
3,0%
1140 g/t

Bei der Kühlung des Hochtemperaturteils und der Gaskühlstrecke werden stündlich 2600 kg Sattdampf von 15 atü erzeugt, entsprechend einer spezifischen Dampfproduktion von 5,0 t pro Tonne Räumasche.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: /.;■,'■

1. Verfahren zur pyrotnetallürgfecbeii Behandlung von feinkörnigen^ bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte ergebenden Feststoffen mit sauerstoffreichen Gasen und gegebenenfalls Energieträgern unter Verwendung einer Zyklörikammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe, saüerstoffreichen Gase und gegebenenfallsEnergieträger unterhalb der Reäktionstemperatur zu einer Suspension vermischt; mit einer eine Rückzündung ausschlieÖenden Geschwindigkeit in eine vertikale Brennstrecke unter Einstellung einer Leerrohrgeschwindigkeit von 8 bis 30 m/sec eingetragen und dort zur Reaktion gebracht werden und die gebildete, nunmehr überwiegend schmelzflüssige Partikeln enthaltende Suspension in die Zyklonkarnmer-emgetragen 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 t, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfilzen in der Brennstrecke derart eingestellt wird, daß die Reaktion der Suspension beim Verlassen zu iv ndestens 80% abgeschlossen ist

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des die Zyklonkammer verlassenden Gases auf mindesens lOO'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. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 auf die Behandlung sulfidischer NE-Metallerze oder NE-Metallerzkonzentrate.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 auf die Behandlung sulfidischer Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate.

9. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 auf die Behandlung oxidischer, gegebenenfalls vorreduzierter Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate.

10. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 auf die Behandlung von hüttenmännischen Zwischenprodukten.