DE227622C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- ΛΙ227622 KLASSE 40^. GRUPPE

in AACHEN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Januar 1910 ab.

Das raffinierende Schmelzen des Robkupfers (»Schwarzkupfers«) wird in vielen Hütten noch im Flammofen ausgeführt, in anderen Betrieben, in denen Kupferstein im Konverter verblasen wird, zum Teil auch in diesen Apparaten. Im Flammofenbetriebe ist die Dauer des Raffinationsschmelzens eine sehr lange; man kommt auf Zeiträume von 15 bis 20 Stunden, bei arsenreichem Gut bis auf 48 Stunden für jede Beschickung. Im Konverterbetriebe wird ja zwar selbst bei etwa 50 prozentigem Kupferstein die Abscheidung und Reinigung des Kupfers in höchstens 2 Stunden beendet; aber in beiden Fällen ist der Abbrand an

^J5 Kupfer noch ein sehr großer. Es ist durchaus nichts ungewöhnliches, daß selbst in sorgfältig geführten Betrieben nur etwa 75 Prozent des eingesetzten Kupfers als Raffinad ausgebracht

. werden; der Rest geht in kupferreiche Schlacken, welche in anderen Stadien des Hüttenbetriebes wieder mit verschmolzen werden müssen. Auf diese Weise wandern 25 Prozent des nahezu fertigen Erzeugnisses wieder den roheren Zwischenerzeugnissen entgegen, um mit diesen nochmals einen bereits zurück-. gelegten Weg zu gehen. Wenn sich auch die Arbeitsweise auf den ersten Blick als unrationell kennzeichnet, so hält man an derselben doch von Alters her in vielen Hütten noch fest. Es ist natürlich nicht zu verkennen, daß die aus dem Rohkupfer entstehenden Oxyde zum Teil eine wichtige Rolle bei der Raffination spielen. Schon von W. Borchers ist in dem V. Bande des Buches der Erfindungen, Abteilung Hüttenwesen, von Wüst und Borchers, 1899, S. 556, darauf hingewiesen, daß das Kupferoxydul (Cu₂ O) für die Kupferraffination ein wichtiger Vermittler der Oxydation der \^erunreinigungen ist, da es sich mit dem Kupfer in fast allen Verhältnissen legieren und so den Sauerstoff der Luft in alle Teile der Schmelze hineintragen kann. Zweifellos wird aber auch die Mehrzahl der die Kupferwerke leitenden Hüttenleute erkannt haben, daß nicht nur das Kupferoxydul, sondern auch die anderen während' des Verschmelzens des Rohkupfers entstehenden Kupferverbindungen, wie Kupferoxyd, Kupferferrite und Kupfersilikate als Sauerstoff übertragende Raffinationsmittel und bei der Verschlackung mitwirken. Gewiß ist diese Ansicht auch schon von verschiedenen Seiten ausgesprochen. Bewiesen ist sie aber erst durch eine zur Zeit der Erfindung dieses Verfahrens noah nicht veröffentlichte Experimentaluntersuchung der Erfinder. Aber die lange Dauer des üblichen raffinierenden Schmelzens beweist gleichzeitig, daß die heutige Flammofenarbeit nicht die Bedingungen schafft, die genannten Verbindungen auf das Maximum

ihrer Reaktionsfähigkeit zu bringen. Denn die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, das Raffinieren des Kupfers in einer geringeren Zahl von Minuten durchzuführen als der Flammofenbetrieb Stunden gebraucht.

Erreicht wird dieses überraschende Ergebnis durch die folgenden Mittel:

1. Statt die für die Raffination wichtigen Oxyde des Kupfers und des Eisens unter

ίο großem Zeit-, Arbeits- und Wärmeaufwand erst aus dem Rohkupfer zu erzeugen, sollen dieselben von vornherein in reichlichem Maße angewandt werden, besonders da sich dieselben aus einem ohnehin im Kupferhüttenbetriebe fallenden Zwischenprodukte, nämlich durch Rösten von Kupferstein geeigneter Konzentration leicht und ohne Sonderkosten gewinnen lassen.

2. Die Raffinierschlacke sollte wesentlich wärmer angewandt werden als im Flammofenbetriebe; es ist daher elektrische Erhitzung zu empfehlen.

3. Die Raffination des Rohkupfers sollte stufenweise nach dem für das Raffinieren von Metallen bereits vorgeschlagenen Gegenstromprinzip so durchgeführt werden, daß die Verunreinigungen der Reihe nach durch solche Mittel entfernt werden, welche auf die einzelnen Gruppen der zu entfernenden Stoffe am energischsten wirken. Hierdurch wird ein sehr schwerwiegendes Hemmnis für die schnelle Durchführung des Flammofenbetriebes beseitigt, in welchem die Oxydation der einen Gruppe von Verunreinigungen stets abhängig" ist von den Produkten der leichter oxydierbaren Verunreinigungen und von den noch unzersetzt im Bade gelöst verbleibenden Bestandteilen des Rohkupfers.

Zu diesem Zwecke bringen wir das verflüssigte Rohkupfer zuerst mit einer Schmelze zusammen, welche Kupferoxyd, Kieselsäure und Eisenoxyde enthält, dann mit einer Schmelze, welche vorwiegend Kupferoxyd und Eisenoxyd, d. h. Kupferferrit (Cu 0 · Fe₂ OJ

enthält. Von diesen Schmelzen gewinnt man die letztere, welche zur Vollendung· des Raffinierens dient, durch Todrösten eines Kupfersteines, in welchem Kupfer und Eisen annähernd in dem Verhältnis vorhanden sind, um nach der Oxydation die oben erwähnten Ferrite Cu 0 ■ Fe₂ O._t zu bilden. Die zuerst erwähnte Schmelze kann entweder aus dieser gewonnen werden, indem man nach mehrmaliger Benutzung derselben zur Schluß- bzw. Zwischenraffination Kieselsäure hinzubringt, oder es können gewisse reinere Spursteinschlacken angewandt werden.

Am stärksten wirkt das Kupferoxyd oxydierend, bis zu gewissem Grade auch das

öo Eisenoxyd. Letzteres bildet sowohl mit Kupferoxyd wie mit anderen Oxyden, besonders Eisenoxydul, Ferrite der Formel Cu O · Fe₂ O₃ und Fe O · Fe₂ O₃. Steigt der Gehalt an Fe O _rt bis zur Bildung von (Fe O)₂ · Fe₂ O₃, so kommt die Oxydationskraft des darin vornandenen Fe₂ O₃ kaum mehr in Frage. Man kann aber die Oxydationskraft solcher Ferritschlacken wieder steigern, indem man Kieselsäure zuschlägt. Dadurch, daß letztere Fe O oder Cu O bindet, wird das nun an weniger Fe O oder Cu O gebundene Fe₂ O₃ wieder als Oxydationsmittel frei. Die Gegenwart von Kieselsäure bzw. Kupfersilikat (Cu O)₂SiO₂ ist ganz besonders erwünscht, wenn das Rohkupfer Blei enthält, da das Blei, wenn es zu Silikat verschlackt wird, nicht so leicht wieder reduziert wird, als wenn es zu Ferrit verschlackt wird.

Bei richtiger Verwendung dieser Raffinationsmittel verläuft die Kupferraffination bei Abwesenheit von Arsen und Antimon in wenigen Minuten. Man braucht das verflüssigte Kupfer tatsächlich nur in dünnem Strahle in die Raffinierschlacken hineinzugießen.

An folgendem Beispiel sei. dargetan, wie wir uns die Ausführung der Raffination in großem Maßstabe denken.

Es liege ein Rohkupfer vor, dessen Verunreinigungen hauptsächlich aus Blei, Eisen und Schwefel bestehen. Als Raffinieröfen dienen vier elektrische Öfen, welche in beiliegender Zeichnung ohne Elektroden ganz schematisch in stufenförmiger Anordnung dargestellt sind. Von diesen vier Öfen A, B, C, D sei D mit frischer Ferritschlacke (Cu O · Fe₂ O_s), C mit schon öfter gebrauchter Ferritschlack'e, B mit nahezu ausgenutzter Ferritschlacke mit Kieselsäurezusatz gefüllt.

Das Rohkupfer wird aus einer Gießpfanne in Ofen B eingegossen, von dort sogleich nach C und von diesem Ofen nach D abgestochen. Aus D fließt es in eine zweite Pfanne, in der etwa aufgenommenes Kupferoxydul durch reduzierendes Polen in kurzer Zeit entfernt wird, worauf das Metall zum Vergießen fertig ist.

Sind einige Chargen durchgesetzt, wird Ofen A mit frischer Ferritschlacke gefüllt, aus B dagegen die Schlacke abgestochen und aufgearbeitet, wonach Ofen B für einige Zeit stillliegt und ausgebessert werden kann. In C wird Kieselsäure zugeschlagen und das Rohmetall auch in diesen Ofen zuerst eingegossen; nach dem Abstechen aus D wird die Pfanne auf die Höhe von Ofen A gehoben und durch Eingießen in die frische Schlacke die Raffination beendet. Nach dem Durchfließen durch A ist das Kupfer fertig zum Polen.

Nach einiger Zeit wird Ofen C stillgelegt und dafür B mit frischer Schlacke in Betrieb genommen; der Sandzuschlag wird in D ge-

geben, und das Rohmetall durchfließt nun die Schlacke in der Reihenfolge D-A-B. Schließlich wird D stillgesetzt, C frisch gefüllt und A mit Sandzuschlag versehen, so daß die Reihenfolge jetzt A-B-C ist.

Wird nun A außer Betrieb gesetzt, so ist der Anfangszustand erreicht und der Kreislauf beginnt von neuem.

Eine derartige Arbeitsweise bietet mehrere Vorteile.

Einmal wird die Hauptmenge des Bleies und auch ein Teil der anderen Verunreinigungen schon im ersten Ofen verschlackt, so daß die reinen Ferritschlacken der nachfolgenden Öfen sich nur langsam damit sättigen. Es wird so besonders vermieden, daß größere Bleimengen sich in den kieselsäurefreien Ferritschlacken ansammeln und, bei der leichten Reduzierbarkeit dieses Metalles, bereits raffiniertes Kupfer von neuem verunreinigen.

Ferner ist dafür gesorgt, daß nahezu gereinigtes Metall, in dem die Fremdkörper ihrer starken Verdünnung wegen schon nicht mehr sehr reaktionsfähig sind, mit der Schlacke größten Oxydationsvermögens zusammentrifft, so daß eine möglichst weitgehende Reinigung erzielt wird.

Schließlich reichern sich auch die Verunreinigungen einer größeren Zahl Schwarzkupferchargen in einer geringen Schlackenmenge — einer einzigen Ofenfüllung — an, so daß unter

. Umständen ihre Gewinnung daraus lohnt.

Nur der Schwefel entweicht größtenteils in Form von Dioxyd; da indes während der Raffination andere Gase aus den Schlacken kaum entwickelt werden, befindet sich das Schwefeldioxyd in sehr konzentrierter Form und lohnte möglicherweise auch dessen Gewinnung.

Die Anordnung der Raffinieröfen und die Überführung des Kupfers von einem zum anderen kann natürlich in beliebig anderer als der lediglich als Erläuterungsbeispiel hier beschriebenen Weise geschehen. Nicht in dieser Apparatanordnung und speziellen Technik der Operationen liegt unsere Erfindung, sondern in dem mit den verschiedensten Hilfsmitteln durchführbaren Verfahren der Raffination von Rohkupfer durch Vermischen des geschmolzenen Rohkupfers mit geschmolzenen hocherhitzten Raffinier schlacken, welche als oxydierende Bestandteile vorwiegend Kupferoxyde und Eisenoxyd und als verschlackende Bestandteile vorwiegend Kieselsäure und Eisenoxyd enthalten und am zweckmäßigsten aus Zwischenerzeugnissen des Kupferhüttenbetriebes hergestellt werden, in der Weise, daß das Kupfer verschiedene Raffinierschlackenschmelzen nacheinander passiert oder sonstwie mit verschiedenen Raffinierschlacken nacheinander in Berührung gebracht wird, von denen jede besonders reaktionsfähig auf bestimmte Gruppen von Verunreinigungen ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zum Raffinieren des Rohkupfers durch ox}rdierendes Verschmelzen mit Sauerstoff abgebenden und verschlackend wirkenden Oxyden und Verunreinigungsprodukten derselben, beispielsweise Kupferoxydul, Kupferoxyd, Eisenoxyd, Kupferferriten, Kieselsäure, Kupfersilikaten, dadurch gekennzeichnet, daß man im Gegensatz zu der bisherigen Arbeitsweise, diese in geringen Mengen ganz oder teilweise aus dem Rohkupfer während des raffinierenden Schmelzens zu erzeugen, große Mengen solcher Oxyde und Verbindungen aus Zwischen- oder Nebenerzeugnissen desKupferhüttenbetriebes (z. B. aus Kupferstein durch oxydierendes Rösten) herstellt und am besten durch elektrische Erhitzung schmilzt und auf möglichst hohe Temperatur bringt und das Rohkupfer in geschmolzenem Zustande zuerst mit unreineren und kiesel säurehaltigen Schlacken, dann mit reineren, noch, viel Kupfer- und Eisenoxyd enthaltenden Schlacken mit möglichst großen, aber öfters wechselnden Oberflächen in Berührung bringt. go

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.