DE2348105A1

DE2348105A1 - Thermisches verfahren zur gewinnung von metallen und/oder metallverbindungen mit hilfe eines schmelzzyklons

Info

Publication number: DE2348105A1
Application number: DE19732348105
Authority: DE
Inventors: Roland Prof Dr Kammel; Horst Dipl Ing Weigel; Helmut Prof Dr Winterhager
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1973-09-25
Filing date: 1973-09-25
Publication date: 1975-04-10
Also published as: PL91843B1; YU204974A; HU172816B; DE2348105C2; BE819465A

Description

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Anlage zum Patentgesuch H 73/32

der Klöckner-Humboldt-Deutz Lg/Ro

Aktiengesellschaft

vom 20. September 1973

Thermisches Verfahren zur Gewinnung von Metallen und/oder Metallverbindungen mit Hilfe eines Schmelzzyklons

Die Erfindung betrifft ein thermisches Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Metallen und/oder Metallverbindungen aus Erzen, Konzentraten oder metallhaltigen Zwischenprodukten aus Metalldarstellungsverfahren als Ausgangsmaterialien, wobei die vorzugsweise mit Zuschlägen vermischten Ausgangsmaterialien in einem Reaktionsofen aufgeschmolzen werden und das aus dem Reaktionsofen austretende Schmelzprodukt in noch schmelzflüssigem Zustand einer Trenneinrichtung zur Trennung der metallischen Phase von der Schlackenphase zugeführt wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 558 749 ist ein Verfahren zur Verarbeitung von Nichteisen- und seltene Metalle enthaltenden Erzen und Konzentraten bekannt, bei dem das feinkörnige Einsatzgut in einem Zyklonschmelzofen.aufgeschmolzen wird und die gewonnene Schmelze einem elektrothermisehen Ofen zur Trennung von Schlacke und Stein zugeführt

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wird. Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Verfahrens liegt darin, daß beispielsweise bei der Verarbeitung von Kupferkonzentraten der in der Schmelze anfallende Kupferstein infolge der hohen Durchsatzgeschwindigkeit innerhalb des Zyklonreaktors so fein in der Schlackenphase dispergiert ist, daß bei der nachfolgenden Behandlung des gewonnenen Schmelzproduktes in einem Elektroschmelzofen keine ausreichende Trennung von Schlacke und Kupferstein erreicht werden kann. Die von der Schlacke nicht zu trennenden Anteile an Kupferstein waren derart hoch, daß trotz der vielen Vorteile eines derartigen Zyklonofens für pyrometallurgische Verfahren das Gesamtverfahren unwirtschaftlich war. Ein wesentlicher Kostenfaktor war neben den hohen Verlusten an Kupferstein in der Schlacke auch der hohe Verbrauch an elektrischer Energie für den nachgeschalteten Elektroofen, der zur Trennung des Steins von der Schlacke diente.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, durch das die Nachteile des bisher bekannten Verfahrens vermieden werden. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Reaktionsofen ein an sich bekannter Zyklonreaktor verwendet wird und daß das aus dem Zyklonreaktor abgezogene Schmelzprodukt zur Absonderung der metallischen Phase von der Schlacken-

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phase in ein Fliehkraftfeld eingeführt wird, aus dem die voneinander abgesonderten Phasen kontinuierlich und getrennt voneinander abgezogen werden. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß trotz der feinen Dispersion der metallischen Phase in der Schlackenphase eine praktisch vollständige Trennung von metallischer Phase und Schlackenphase möglich ist, da gegenüber dem bisherigen Verfahren mit einfachen apparativen Mitteln ein wesentlich höheres Schwerkraftfeld als das Schwerkraftfeld der Erde aufgebracht werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß wegen der hohen kontinuierlichen Materialdurchsatzleistungen, die mit einem derartigen Zyklonreaktor schon bei kleinen Baueinheiten erzielt werden können, eine ebenso kontinuierlich verlaufende Trennung der metallischen Phase von der Schlackenphase ermöglicht wird. Da im Gegensatz zu den bekannten Verfahren die Trennung in einer vergleichsweise ebenfalls kleinbauenden Zentrifugalapparatur durchgeführt wird, wobei praktisch nur noch die Antriebsenergie für die Erzeugung des Fliehkraftfeldes erforderlich ist, ergibt sich aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens eine kleinbauende, kontinuierlich arbeitende Ofeneinheit.

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Der hier verwendete Begriff "metallische Phase" umfaßt je nach der Art der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verarbeiteten Ausgangsmaterialien sowohl einen Metallstein, d.h. ein beim Schmelzprozeß im Zyklonreaktor anfallendes Gemisch von Metallsulfiden, als auch eine Speise, d.h. ein beim Schmelzprozeß anfallendes Gemisch von Metallarseniden bzw. -antimoniden, wie auch bei entsprechenden Ausgangsmaterialien ein gediegenes Metall.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Fliehkraftfeld durch ein mit hoher Drehzahl rotierendes Gefäß erzeugt wird, das mit Bezug auf seine Drehachse in radialem Abstand voneinander angeordnete Austragsöffnungen jeweils für die metallische Phase und die Schlackenphase aufweist, von denen die einzelnen Phasen getrennt voneinander abgeführt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Schmelzprodukt in der Betriebsweise einer Gleichstromzentrifuge an einem Ende in den rotierenden Behälter eingeführt wird und die getrennten Phasen am anderen Ende abgezogen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines schematischen Fließbildes näher erläutert. Auf einen Sammelherd 1 ist an

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einem Ende ein Zyklonreaktor 2 aufgesetzt, dessen Schmelzgut- und Gasaustrittsöffnung 3 in den Sammelherd 1 mündet. Am anderen Ende des Sammelherdes ist eine Gasabzugsleitung vorgesehen, durch die die Gase aus dem Sammelherd abgeführt werden. In Bodennähe des Sammelherdes ist ferner eine Abzugsöffnung 5 vorgesehen, die mit der Eintragsöffnung 6 eines schnellrotierenden zylindrischen Behälters 7 in Verbindung steht. Auf der der Eintragsöffnung 6 abgekehrten Seite des Behälters 7 sind in unterschiedlichem radialen Abstand von der Drehachse Austragsöffnungen 8 und 9 vorgesehen, die in getrennte, nur schenatisch angedeutete Auffangeinrichtungen und 11 einmünden.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet nun wie folgt: Durch eine Eintragsvorrichtung 12 wird ein feinkörniges beispielsweise schwefelhaltiges Erzkonzentrat in den Zyklonreaktor 2 eingeführt, der über eine tangential einmündende Zuführleitung 13 mit heißer, sauerstoffreicher Luft versorgt wird, die mit hoher Geschwindigkeit in den Zyklonreaktor eintritt. Über zusätzliche, nicht näher dargestellte Zufuhröffnungen oder aber auch durch Zuraischung zum Aufgabegut werden je nach'Art und Zusammensetzung des aufzugebenden Ausgangsmaterials noch zusätzliche, die Schlackenbildung und/oder die metallurgischen

Reaktionen fördernde Zugschlagstoffe eingeführt. Infolge der hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten schmilzt das Aufgabegut in kürzester Zeit auf und fließt als ein dünner Schmelzfilm an der Zyklonwandung auf einer etwa schraubenförmigen Bahn nach unten und tritt über eine unmittelbar unter der Austragsöffnung 3 des Zyklons angeordnete, zum Schutz

durch gegen thermische und mechanische überbeanspruchung eingebaute Rohrleitungen 15 mit Wasser gekühlte Feuerbrücke 14 in den Sammelherd 1 ein.

Die bei dem Schmelzprozeß anfallenden Abgase werden über die Leitung 4 aus dem Sammelherd abgezogen, wobei sie Je nach Art und Zusammensetzung des Ausgangsmaterials noch durch Einrichtungen hindurchgeleitet werden können, in denen sich während des Schmelzprozesses verflüchtigende Komponenten des Ausgangsmaterials niederschlagen.

Die sich im Sammelherd 1 ansammelnde Schmelze besteht aus einer spezifisch leichteren Schlacke und einer spezifisch schwereren Phase, beispielsweise einem Metallstein. Infolge der hohen Rotationsgeschwindigkeit der Schmelze innerhalb des Zyklonreaktors ist aber der sich bildende Metallstein

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zu einem mengenmäßig erheblichen Anteil in Form feinster Tröpfchen mit der spezifisch leichteren Schlacke "emulgiert", so daß bei dem üblichen Absetzverfahren unter Einfluß der Schwerkraft in einem nachgeschalteten Elektroofen nur eine ungenügende Trennung der metallischen Phase von der Schlackenphase erzielt werden würde und die Fehlausträge an metallischer Phase zusammen mit der Schlacke derart hoch wären, daß das gesamte Verfahren unwirtschaftlich wird. Wegen der Größe des erforderlichen Elektroofens und der notwendigen langen Absetzzeiten kann trotz der kontinuierlichen Arbeitsweise des Zyklonreaktors mit der Gesamtanlage nur diskontinuierlich gearbeitet werden, da aus dem Elektroofen im Hinblick auf eine genügende Trennung des Metallsteines von der Schlacke nur in bestimmten Zeitintervallen abgestochen werden kann.

Demgegenüber wird nun nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die in den Sammelherd 1 einlaufende Schmelze, der praktisch nur so groß ist, daß bei eventuellen Betriebsunterbrechungen eine ausreichende Pufferkapazität verbleibt, der nachgeschalteten Zentrifuge unmittelbar und kontinuierlich aufgegeben. In der Zentrifuge 7_t die mit Umfangsgeschwindigkeiten von beispielsweise 12 m/sec betrieben wird, wird die eingeführte

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Schmelze an die Wandung der rotierenden Zentrifugentrommel geschleudert und unter dem Einfluß des hohen Fliehkraftfeldes entsprechend der unterschiedlichen Dichte in eine schwere metallische Phase und eine leichtere Schlackenphase zerlegt. Da die Zentrifuge vorzugsweise so ausgebildet ist, daß sie nach dem Prinzip der Gleichstromzentrifuge arbeitet, werden die getrennten Phasen am anderen Ende kontinuierlich abgezogen. Trotz der feinen Dispersion von Metallstein- und Schlackenphase in der aufgegebenen Schmelze ergibt sich eine nahezu vollständige Trennung der beiden Phasen voneinander.

Grundsätzlich ist bei der Auslegung des Fliehkraftfeldes für den speziellen Anwendungsfall davon auszugehen, daß bei geringen Dichteunterschieden zwischen metallischer Phase und Schlakkenphase das Fliehkraftfeld und die Verweilzeit der zu trennenden Schmelze größer sein muß als bei großen Dichteunterschieden zwischen den zu trennenden Phasen.

Das allgemein beschriebene Verfahren läßt sich mit besonderem Vorteil bei einem entsprechenden Ausgangsmaterial zum Erschmelzen eines Kupfersteines, von metallischem Zinn oder aber bei der Aufgabe von Mischerzen mit verflüchtigungsfähi-

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gen Komponenten und geringen Gehalten an Edelmetallen einsetzen. In diesem Fall erfolgt im Zyklonreaktor die Verflüchtigung der verflüchtigungsfähigen Komponenten. Bei der Trennung der Schlackenphase von der Schmelzphase mit größerer Dichte ergibt sich durch die praktisch vollständige Trennung von der Schlackenphase eine mit Edelmetallen angereicherte Schmelzphase, aus der die Edelmetalle in wirtschaftlich vertretbarem Umfange Ln nachfolgenden entsprechenden Aufschluß-Verfahren gewonnen werden können.

bei einer Reihe von Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn dor Sammelherd 1 mit Einrichtungen für eine metallurgische Nachbehandlung der Schmelze mittels fester und/oder gasförmiger Reoiktionsmittel versehen ist. So ist es beispielsweise bei der Verarbeitung von sulfidischen Erzen oder Erzkonzentraten vorteilhaft, wenn der im Sammelherd befindlichen Schmelze, be-

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vor diese Ln das Fliehkraftfeld eingeführt wird, durch entsprechende, in der Zeichnung schematLsch angedeutete Aufgabevorrichtung 1b Pyrit zugegeben wird und/oder reduzierende Gase in dLe Schmelze eingeführt werden, sei es durch Aufblasen auf die Oberfläoi.fi,mittela einer Lan^e \{, sei es durch Einblasen direkt in die Schmelze. Auch bei dieser Verfahrensweise kodi~ dl« Vorteile des kontinuierlich arbeitenden Zykl

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in Verbindung mit der kontinuierlichen Trennung der metallischen Phase von der Schlackenphase voll zur Geltung. Bei dar Nachbehandlung werden etwaige in der Schlackenphase enthaltene, sich im Schmelzreaktor bildende geringe Mengen an Metalloxiden in Metallsteintröpfchen umgewandelt, die wegen ihrer geringen Gröi3e nur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ver fahrens mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand aus der Schlackenphase zurückgewonnen und abgetrennt werden können.

Patentansprüche

INSPECTED

Claims

Patentansprüche

1. Thermisches Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Metallen und/oder Metallverbindungen aus Erzen, Konzentraten oder metallhaltigen Zwischenprodukten aus Metalldarstellungsverfahren als Ausgangsmaterialien, wobei die vorzugsweise mit Zuschlägen vermischten Ausgangsmaterialien in einem Reaktionsofen aufgeschmolzen werden und das aus dem Reaktionsofen austretende Schmelzprodukt in noch schmelzflüssigem Zustand einer Trenneinrichtung zur Trennung der metallischen Phase von der Schlackenphase, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsofen ein an sich bekannter Zyklonreaktor verwendet wird und daß das aus dem Zyklonreaktor abgezogene Schmelzprodukt zur Absonderung der metallischen Phase von der Schlackenphase in ein Fliehkraftfeld eingeführt wird, aus dem die voneinander abgesonderten Phasen kontinuierlich und getrennt voneinander abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet', daß das Fliehkraftfeld durch ein mit hoher Drehzahl rotierendes Gefäß erzeugt wird, das mit Bezug auf seine Drehachse in radialem Abstand voneinander angeordnete Austrageöffnungen Jeweils für die metallische Phase und die Schlackenphase aufweist, von denen die einzelnen Phasen getrennt voneinander abgeführt werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Zyklonreaktor austretende Schmelze vor Einleitung in das Fliehkraftfeld einer metallurgischen Nachbehandlung durch die Einführung fester und/oder gasförmiger
Reaktionsmittel unterworfen wird.

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ORIGINAL INSPECTED