DE2401318A1

DE2401318A1 - Verfahren zur behandlung von kupferhaltigen materialien

Info

Publication number: DE2401318A1
Application number: DE2401318A
Authority: DE
Inventors: Harold K Thomas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-01-11
Filing date: 1974-01-11
Publication date: 1974-09-12
Also published as: NL7400432A; US3853543A; JPS49101220A; GB1452228A; FR2333869A1; CA1005235A; FR2333869B3; DE2401318B2; JPS5421812B2

Description

Harold K. Thomas 3445 No. Valencia Lane, Phoenix Arizona, USA

Verfahren zur Behandlung von kupferhaltigen Materialien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von kupferhaltigen Materialien, z.B. von Schrott und Konzentraten, um elementares Kupfer herzustellen.

Die Erfindung betrifft weiterhin insbesondere ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Kupfer- und Aluminiumprodukten · aus Kupfer- und Aluminiumschrott.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Umwandlung von Kupfer(I)-Chlorid zu elementarem Kupfer.

Die Erfindung betrifft wei<te.ffMn ein Verfahren zur Reduktion von Kupfer(I)-chlorid, das in Kombination mit Verfahren nach dem Stand der Technik besonders gut dazu geeignet ist,·um natürlich vorkommende Kupfererze und Kupferschrott in Kupfer(l)-chlorid umzuwandeln. 'm

Schliesslich betrifft die Erfindung ein Gesämtverfahren zur Herstellung .von elementarem Kupfer aus natürlich vorkommenden

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Sulfiderzen und Kupfers.chrott, bei welchem Schrottaluminium und Wasserdampf als Hauptprozessmittel verwendet werden und das .zusätzlich zu elementarem Kupfer als Nebenprodukte Schwefel und Aluminiumoxyd oder Aluminiummetall liefert.

Auf die Entwicklung eines wirtschaftlich interessanten Verfahrens zur Gewinnung von Kupfer aus natürlich vorkommenden Sulfiderzen ohne Anwendung der herkömmlichen pyrometallurgischen Schmelz- und Umwandlungstechniken ist in neuerer Zeit eine erhebliche Bedeutung zugemessen worden. Diese Bedeutung ist hauptsächlich aus dem Wunsch entstanden, die Umwieltyerschmutzungsprobleme zu vermeiden, die mit den Flammschmelz- und Steinumwandlungsprozessen gemäss dem Stand der Technik verbunden sind.

Nach einem neuerdings entwickelten Verfahren werden Kupfer oder Kupferkonzentrate bei erhöhter Temperatur in einer Eisen(Hl)-elektroauflosungszelle ausgelaugt, wobei eine Eisen(III)-chloridanolytlösung als Auslaugungsmittel verwendet wird. Ein solches Verfahren ist z.B. in der US-Patentschrift 3 673 06I beschrieben.

Obgleich solche Verfahren bestimmte wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen, haben sie jedoch noch den Nachteil, dass sie von der Verfügbarkeit von grossen Mengen von billiger elektrischer Energie abhängig sind. Es wäre daher sehr anzustreben, .ein Verfahren zur Umwandlung von Kupfer(i)-Chlorid zu elementarem Kupfer zu haben, das im Vergleich hierzu einen erheblich niedrigeren elektrischen Strombedarf aufweist, während zur gleichen Zeit die Korrosionsprobleme von solchen Prozessen vermieden werden und die Verwendung von herkömmlichen pyrometallurgischen Schmelz- und Umwandlungsstufen und ihre damit verbundenen Umwälzverschmutzungsprobleme vermieden werden.

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In ähnlicher Weise sind bislang noch keine geeigneten Verfahren entwickelt worden, um Kupferschrott, der mit anderen verwertbaren oder unerwünschten Metallverunreinlgungeri verunreinigt ist, direkt zu einem elementaren Kupferprodukt umzuwandeln, des-

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sen Reinheit für den direkten technischen Gebrauch geeignet ist. Vielmehr sind die bekannten Behandlungsmethoden für Kupferschrott 'im allgemeinen darauf beschränkt gewesen, den Schrott zu Kupferkonvertern in herkömmlichen pyrometallurgischen Kupferschmelzanlagen zuzusetzen. .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur wirtschaftlichen Umwandlung von kupferhaltigen" Materialien, beispielsweise von Kupferschrott oder Kupferkonzentraten, zu elementarem Kupfer zur Verfügung zu stellen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur wirtschaftlichen Umwandlung von Kupfer(I)-Chlorid zu elementarem Kupfer zur Verfügung zu stellen, das ohne Bezugnahme auf die Quelle für das Kupfer(I)-chlorid geeignet ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Gesamtverfahren und ein Kupfer(i)-chlorid-Reduktionsverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem die herkömmlichen pyrometallurgischen Schmelzstufen vermieden werden.

Schliesslich ist es noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Kupfer(I)-Chlorid-Reduktionsverfahren zur Verfügung zu stellen, das mit Verfahren nach dem Stand der Technik zur Umwandlung von natürlich vorkommenden Kupfersulfiderzen und Kupferschrott zu Kupfer(I)-Chlorid wirtschaftlich kombinierbar-ist, so dass ein integriertes Gesamtverfahren zur Gewinnung von Kupfer aus Schrott und natürlich vorkommenden^Erzen zur Verfügung gestellt wird.

Die Erfindung wird an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Diese zeigt ein Fließschema einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Es handelt sich um ein integriertes Gesamtverfahren zur Herstellung von Kupfer- und Aluminiummetall oder Kupfer- und Aluminiumoxydprodukten aus Kupfers'chrott und/oder

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-konzentraten und Aluminiumschrott»

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Behandlung von kupferhaltigen Materialien, z.B. von Kupferschrott oder von Kupferkonzentraten, um elementares Kupfer herzustellen. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform wird Schrottaluminium als Hauptausgangsmittel verwendet, wodurch ein integriertes Verfahren zur Umwandlung von Schrottkupfer und Aluminiummaterialien zu den entsprechenden reinen Metallen oder zu reinem Kupfermetall und einem verwertbaren Aluminiumoxydprodukt zur Verfügung gestellt wird. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird das kupferhaltige Material mit einer Eisen(lIl)-chlorid-Auslaugungslösung ausgelaugt, um die darin befindlichen Kupferwerte zu Kupfer(I)-chlorid umzuwandeln. Hierdurch wird eine Auslaugungsflüssigkeit erhalten, die eine Lösung von Kupfer(I)-chlorid und verbrauchtem Auslaugungs-Eisen(ll)-chlorid darstellt. Das Kupfer(I)-chlorid und das Eisen(II)-chlorid werden aus der Auslaugungsflüssigkeit durch Eindampfen abgetrennt, wodurch ein fester Rückstand erhalten wird, der sodann mit Wasser gewaschen wird, um das Eisen(II)-chlorid aufzulösen, wobei ein fester Rückstand zurückbleibt, der das Kupfer(I)-chlorid enthält. Das verbrauchte Auslaugungsmittel, Eisen(II)-chlorid, wird oxydiert, um das regenerierte Auslaugungsmittel, Eisen(lII)-chlorid, zu bilden, das in die Auslaugungsstufe zurückgeführt wird.

Der Kupfer (i)-rchlorid-Rückstand von der Waschstufe wird geschmolzen, gegebenenfalls Reinigungsmaßnahmen unterworfen und sodann zu geschmolzenem elementarem Kupfer reduziert, indem er mit Zink umgesetzt wird, während¹ öle Temperatur des Reaktionsgemisches bei oberhalb des Schmelzpunktes von elementarem Kupfer, etwa 1100⁰C, gehalten wird.

Die Zinkchloriddämpfe von der Kupfer(i)-chlorid-Reduktionsstufe werden mit elementarem Aluminium umgesetzt, wodurch elementares Zink und verdampftes Aluminiumchlorid erhalten werden. Das verdampfte Aluminiumchlorid wird behandelt, um entweder Aluminiumoxyd oder Aluminiumprodukte daraus herzustellen, was nach den

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gegebenenfalls'erfolgenden Verfahrensweisen geschehen kann, die untenstehend näher erläutert werden. Das elementare Zink wird in die Kupfer(I)-chlorid-Reduktionsstufe zurückgeführt.

Gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Umwandlung von Kupfer(i)-Chlorid zu elementarem Kupfer zur Verfügung gestellt, das bei diesem und anderen Verfahren geeignet ist. Bei diesem Verfahren geht man so vor, dass man geschmolzenes Kupfer(i)-Chlorid mit geschmolzenem Zink in einer ersten Reduktionszone in Berührung bringt, um das Kupfer(I)-chlorid in geschmolzenes elementares Kupfer zu reduzieren und das geschmolzene Zink zu Zinkchloriddämpfen umzuwan-. dein, die Zinkchloriddämpfe von der ersten Reaktionszone abzieht, die Zinkchloriddämpfe abkühlt, um geschmolzenes Zinkchlorid zu bilden, das geschmolzene Zinkchlorid in einer zweiten Reduktionszone mit elementarem Aluminium in Berührung bringt, um das Zinkchlorid zu geschmolzenem elementarem Zink zu reduzieren und das

„ elementare Aluminium zu Aluminiumchloriddämpfen umzuwandeln, das \ geschmolzene elementare Zink von der zweiten Reduktionszone abzieht und es in die erste Reduktionszone zurückführt, die Aluminiumchloriddämpfe aus der zweiten Reaktionszone abzieht, die Aluminiumchloriddämpfe mit Wasserdampf in Berührung bringt, um

► das' Aluminiumchlorid zu Nebenprodukt-Aluminiumoxyd zu reduzieren und dass man als Produkt elementares Kupfer aus der ersten Re-

• duktionszone abnimmt.

Die Zeichnung beschreibt ein Gesamtverfahren zur Gewinnung von Kupfer aus seinem Schrott', u$d_pnatürlich vorkommendem Erz, das die Stufen der derzeit bevorzugten Ausführungsform des erfin-' dungsgemässen Verfahrens enthält. Es wird ersichtlich, dass , zwei alternierende Methoden zur Behandlung des Aluminiumchlorid-Nebenprodukts der Zinkreduktiönsstufe und des verbrauchten Auslaugungsmittels, Eisen(lll)-chlorid entsprechend den gestrichelten Linien dargestellt sind. Von diesen Alternativmethoden wird die Technik bevorzugt, bei welcher eine geschmolzene Salzelektrolyse und eine chemische Oxydation durchgeführt wird·

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Kupferschrott oder Kupferkonzentrate, die durch herkömmliehe Kupfer- oder Vermahlungstechniken hergestellt worden sind, bilden den Haupt-Rohmaterialbeschickungsstrom 10. Das Hauptausgangsmaterial ist metallisches Aluminium 11, das vorzugsweise in dex* ^ / Form von Aluminiumschrott vorliegt. Das kupferhaltige Material bei 12 mit einer wässrigen Eisen(lIl)-chlorid-Auslaugungslösung· 13 ausgelaugt, wodurch die Kupferwerte in dem Beschickungsstrom 10 zu einem Auslaugungsgemisch 14 umgewandelt werden, das aufgelöstes Kupfer(i)-chlorid und verbrauchtes Auslaugungsmittel, Eisen(ll)-chlorid enthält. Das Auslaugungsgemisch 14 wird bei 15 filtriert, um die Auslaugungsflüssigkeit 16, die das gelöste Kupfer(i)-chlorid und Eisen(ll)-chlorid enthält, abzutrennen. Die Auslaugungsflüssigkeit 16 wird bei 17 zur Trockne eingedampft, wodurch ein fester Rückstand 18 eines Gemisches aus Kupfer(I)-chlorid und Eisen(II)-chlorid erhalten wird. Die festen Rückstände werden bei 19 mit Wasser gewaschen, um das Eisen(II)-chlorid in Lösung zu bringen, wodurch ein fester Rückstand 20 aus Kupfer(I)-chlorid zurückbleibt. Die Kupfer(II)-lösung 21 wird dann gegebenenfalls Reduktions- und Filtrationsverfahren 22 unterworfen, um Verunreinigungsmetalle als Niederschläge abzutrennen, wodurch eine im wesentlichen reine .verbrauchte Auslaugungslösung 23 von Eisen(ll)-chlorid zurückbleibt. Die verbrauchte Auslaugungslösung 23 kann nach den unten erläuterten Alternativverfahren gereinigt werden·

Der feste Rückstand 20 aus Kupfer(i)-chlorid von der Waschstufe 19 wird bei 24 erhitzt, um daraus Waschwasser abzudampfen. Er wird sodann bei 25 destilliert, um Chloride 26^f von Verunreinigungsmetallen, die unlöslich sind und daher in der Waschstufe nicht entfernt werden, abzutrennen.

Das gereinigte Kupfer (I)-chlor".id_t 26 wird hierauf mit elementarem Zink 27 in einer Reduktionsstufe 28 in Berührung gebracht, wo-,rin das Kupfer(i)-chlorid 26 zu einem geschmolzenen elementaren Kupferprodukt 30 umgewandelt wird, wobei als Reaktionsnebenprodukt Zinlcehlorid 29 entsteht. Qemäss der derzeit bevorzugten

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Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kupfer(l)-chlorid-Reduktionsstufe 28 in der Weise durchgeführt, dass man das geschmolzene Kupfer(i)-Chlorid in die Oberseite einer Pacfckolonne einführt und am Boden der Kolonne das Zink 27 in Form von Zinkdämpfen einleitet. Die aufsteigenden Zinkdämpfe 27 treten in Gegenstrom mit dem geschmolzenen Kupfer (i)-Chlorid 28, das nach unten strömt, in Berührung, wobei die folgende Reaktion abläuft:

(1) 2 CuCl + Zn — —-* ZnCl₂ + 2Cu

Die Zinkchloriddämpfe, die von der Oberseite der Gegenstrom-Kontaktierungskolonne austreten, werden in den Boden einer weiteren Packkontaktierungskolonne eingeführt, die mit Aluminiumschrott gefüllt ist. Das Zinkchlorid setzt sich mit der Aluminiumschrottpackung gemäss der folgenden Gleichung um:

(2) 3ZnCl₂ + 2Al

Das resultierende Zinkprodukt wird als Schmelze am Boden der Kolonne gesammelt und zu der Oberseite des Kupfer(I)-chlorid-Reduktionsturms zurückgeführt.

Das Aluminiumchlorid, das als Dampf in dem Zinkreduktionstrum gebildet wird, tritt an der ^Oberseite als Nebenprodüktstrom 24 aus*, der sodann behandelt wird, um gemäss den unten beschriebenen alternierenden Verfahren Aluminiumwerte zu ergeben.

Alternierende Aluminiumgewinnungs- und Ausgangsproduktregenerierungsverfahren

Wie in der Zeichnung gezeigt wird, kann der Aluminiumchloridstrom 31 und der Eisen(II)-Chloridstrom 23 nach den alter-

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niesenden Verfahren behandelt werden, um die Aluminiumwerte zu gewinnen und das verbrauchte Auslauguhgsmlttel zu regenerieren.

Bevorzugte Ausführungsform

Gemäss der derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die durch die gestrichelten Linien B angezeigt wird, werden die Aluminiumchloriddämpfe 31 durch Abkühlen kondensiert und das feste Aluminiumchlorid wird gemäss den Angaben in "Electrowinning Aluminum from Aluminum Chloride" Bureau of Mines Report of Investigations No. RI-7353, veröffentlicht März I97O vom United States Department of the Interior, einer geschmolzenen Salzelektrolyse unterworfen. Bei der geschmolzenen Salzelektrolyse wird das Aluminiumchlorid mit Kaliumchlorid und Natriumchlorid geschmolzen,um eineiv geschmolzenen Elektrolyten zu bilden, der sodann in einer Einabteil-Elektrolysezelle, die mit einem feuerfesten Material ausgestampft ist, bei einer Temperatur von 700 bis 76O⁰C elektrolysiert wird. Auf diese Weise wird Chlorgas und ein geschmolzenes Aluminiumprodukt 32 erhalten, das aus der Zelle durch Abziehen oder Abstechen entfernt wird. Weiteres Aluminiumchlorid wird periodisch zugesetzt, um die abgereicherten Mengen aus dem Elektrolyten zu ersetzen. Das Chlor 33* das das an der Anode der elektrolytischen Zelle freigesetzt wird, wird zu einer chemischen Oxydationsstufe 34 zurückgeführt, in welcher die wässrige Lösung des verbrauchten Auslaugungsmittels, Eisen(II)-chlorid 23 oxydiert wird, um ein regeneriertes Auslaugungsmittel 13 zu ergeben, das eine Lösung von Eisen(III)-chlorid darstellt. Die chemische Oxydation des Eisen(III)-Chlorids wird nach dem Verfahren durchgeführt, dast *ai*f_r Seite I7 der Veröffentlichung "Recovering Elemental Sulfur from Nonferrous Minerals", Bureau of Mines Report of Investigations No. RI-7474, vom Januar 1971, veröffentlicht von dem United States Department of the Interior, beschrieben ist. Bei dieser Technik wird Chlor oberhalb der Oberfläche einer gerührten Lösung von Eisen(ll.)-Chlorid eingeleitet. Das Chlor wird durch die gerührte Lösung absorbiert, wobei das gesamte zweiwertige Eisen in- einer exothermen Reaktion, die bis zur stöchiometrischen Vervollständigung fortschreitet, zu dreiwertigem Eisen umgewandelt.

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Alternierende Ausführ.ungsform

Wenn es gewünscht wird, den Aluminiumschrott 11 in ein element tares Aluminiumprodukt 32 anstelle in Aluminiumoxyd umzuwandeln, dann kann man nach der alternierenden Technik vorgehen, die in der Zeichnung durch die gestrichelten Linien A angegeben wird. Bei dieser alternierenden Ausführungsform werden-der Aluminiumchloridstrom 31a und der Eisen(ll)-Chloridstrom 23a behandelt, wodurch ein regenerierter Auslaugungsflüssigkeitsstrom 13a und ein Aluminiumoxydprodukt 35 (Al₂O,) erhalten wird. Bei dieser alternierenden Ausführungsform wird der Aluminiumchlorid- " strom 31a bei erhöhter Temperatur mit Wasserdampf 36 in Berührung gebracht. Es findet eine Umsetzung gemäss der folgenden Gleichung statt:

(3) 2AlCl₃ + 3H₂O :—> Al₂O₃ + 6HCl

Die Salzsäure 37, die in der Wasserdampfhydrolysestufe 38 evzeugt wird, wird dazu verwendet, um bei 39 die Eisen(ll)-chloridlösung 23a anzusäuern, die sodann gemäss der US-Patentschrift 3 5^2 508 bei 40 einer katalytischen Oxydation unterworfen wird. Hierbei wird die Eisen(II)-Chloridlösung mit Sauerstoff an-einem Platinkatalysator bei oder in der Nähe von Umgebungstemperaturen in Berührung gebracht. Die regenerierte Auslaugungslösung 13a wird sodann in die Auslaugungsstufe 12 zurückgeführt.

Durch die Erfindung wird somit ein Verfahren zur Behandlung von kupf erhalt igen Materiali'6h;^r/wie Kupferschrott und Kupferkonzentraten, um elementares Kupfer herzustellen, zur Verfugung gestellt. Die kupferhaltigen Materialien werden mit einer Eisen(III)~ Auslaugungslösung umgesetzt, um die darin enthaltenen Kupfer- ' werte zu Kupfer(I)-Chlorid umzuwandeln. Die Auslaugungsflüssigkeit stellt dann ein Lösung von Kupfer(I)-Chlorid in dem verbrauchten Auslaugungsmittel, Eisen(ΙΪ)-Chlorid dar. Die Auslaugungsflüssigkeit wird eingedampft, wodurch ein fester Rückstand von Kupfer(i)-Chlorid und Eisen(Il)-Chlorid erhalten wird. Das

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Eisen(ll)-ehlörid wird von dem Kupfer(I)-Chlorid abgetrennt, indem mit Wasser gewaschen wird, wodurch eine Eisen(II)-ehloridlösung gebildet wird. Die verbrauchte Auslaugungsmittellösung wird entweder chemisch oder katalytisch oxydiert, wodurch eine regenerierte Auslaugungsmittellösung von Eisen(lll)-chlorid gebildet wird, die sodann in die Auslaugungsstufe zurückgeführt wird. Das feste Kupfer(I)-Chlorid wird .geschmolzen und durch Umsetzung mit Zink bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Kupfer,1100⁰C, reduziert, wodurch verdampftes Zinkchlorid und das geschmolzene elementare Kupferprodukt erhalten wird. Die Zinkchloriddämpfe werden von dem Kupferprodukt abgetrennt und mit., elementarem Aluminium umgesetzt, wodurch geschmolzenes Zinkmetall und verdampftes Aluminiumchlorid erhalten werden. Die Äluminiumchloriddämpfe werden von dem elementaren Zink abgetrennt und behandelt, um die Aluminiumwerte entweder als Aluminiummetall oder als Aluminiumoxyd wiederzugewinnen. Das geschmolzene elementare Zink wird zu der Kupfer(i)-chlorid-Reduktionsstufe zurückgeführt.

Die Erfindung wird in Beispielen erläutert.

Beispiel 1 . '

Ein Chalkopyriterzkonzentrat wird in einer Kugelmühle auf -0,07¹J- mm vermählen. Das Konzentrat hat die folgende Zusammensetzung:

Tabelle 1

	•	•	's t	Gewichtsprozent
Kupfer ^}			27,1
Schwefel			32,1
Eisen			27,5
Zink	0,265 . .
Molybdän .	0,221
-Blei	0,074
Antimon	0,047
Arsen	0,033

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ο,	022
0,	009
12,	24

•Tabelle 1 (Fortsetzung)

' Gewi chtsprozent

Wismut Selen Unlösliches

Das gemahlene Konzentrat wird in einem gerührten Reaktor mit einer Eisen(III)-Chloridlösung aufgeschlämmt, die 50 Gew.# FeCl, enthält. Die Aufschlämmung wird mit Salzsäure auf einen pH von 2 angesäuert. Die Aufschlämmung wird weitere 30 Minuten lang gerührt. Danach ist die Aufschlämmung eingedickt und sie wird filtriert, um die ungelösten Feststoffe von der Auslaugungsflüssigkeit abzutrennen.

Der Filterkuchen wird bei 9Ü5*J5°C in einem Drehofen getrocknet, um Wasserdampf abzutreiben. Die getrockneten Feststoffe werden sodann in einen umschlossenen Flammofen überführt und ungefähr 30 Minuten auf eine Temperatur von 500⁰C erhitzt, um freien Schwefel aus dem Filterkuchen abzudampfen. Die Schwefeldämpfe werden in einem Wassersprühturm kondensiert, wodurch eine Suspension von freiem Schwefel erhalten wird, die filtriert wird, um ein handelsüblich reines Schwefelprodukt zu gewinnen.

Der feste Rückstand von der Schwefelverdampfungsstufe, wird mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von 25 # verdünnt und mit einem Promotor (AC 238) konditioniert. Der pH-Wert der konditionierten Aufschlämmung wird mit 'Kalk auf 9*5 eingestellt. Das Gemisch wird sodann flotiert, wodurch ein nicht-umgesetztes Kon-.zentratprodukt erhalten wird. Das Flotationskonzentrat wird zurückgeführt und mit dem Konzentrat kombiniert, das in die FeCl,-Auslaugungsstufe eingeleitet wird.

Die AuslaugungsflUssigkeit von der FeCl^-Auslaugungsstufe wird zur Trockene eingedampft, um freie HCl abzutreiben. Der trockene

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Rückstand von der Verdampfungsstufe der AuslaugungsflUssigkeit wird sodann mit. Wasser ausgelaugt, wodurch lösliche Chloride von Verunreinigungsmetallen von dem relativ unlöslichen Kupfer(I)-chlorid abgetrennt werden. Die Lösung der löslichen Metallchloride besteht hauptsächlich aus Eisen(Il)-chlorid (PeCIp) mit Spurenmengen von anderen verunreinigenden Metallchloriden. Diese Lösung wird mit HCl auf einen pH-Wert von 2 angesäuert und mit Eisenpulver durchgerührt, um die Chloride des Wismuts und des restlichen elementaren Kupfers zu reduzieren. Diese reduzierten Rückstände werden sodann durch Filtration entfernt. Das Zinkchlorid in.der Lösung wird durch Lösungsmittelextraktion bei einem pH- . Wert von 1,5 mit einer Lösung von 7,5 Gew.% tert.-Butylamin, gelöst in Kerosin, abgetrennt. Gewünschtenfalls können die Zinkwerte aus dem Extraktionslösungsmittel entfernt werden, indem ein Abstreifen mit Natriumcarbonat durchgeführt wird, wodurch ein Zinkhydroxydnebenprodukt erhalten wird.

Die abgestreifte Eisen(II)-Chloridlösung wird in einer Zelle zur Elektrogewinnung von Eisen einer Elektrolyse unterworfen, wodurch ein elektroplattiertes Eisenpulver-Nebenprodukt erhalten wird.-Die Eisen(III)-chloridlösung wird in die Konzentrat-Auslaugungsstufe zurückgeführt.

Das gewaschene Kupfer(i)-Chlorid wird getrocknet und 1 Stunde auf eine Temperatur von HOO⁰C erhitzt, um restliche Spuren von Chloriden von Verunreinigungsmetallen zu verdampfen. Das resultierende gescnmolzene Kupfer(I)-Chlorid-Zwischenprodukt wird kontinuierlich in einen umschlossenen .Ofen eingeführt, der mit einem feuerfesten Stoff ausgekleidet ist und der bereits geschmolzenes Kupfer enthält. Sodann wird geschmolzenes Zink in den Ofen mit einer kontrollierten Geschwindigkeit eingeführt, um einen überschüssigen Temperaturanstieg von der exothermen Reaktion zwischen dem Zink und dem Kupfer(I)-Chlorid zu verhindern. Das Zinkmetall (Siedepunkt 907⁰C) destilliert bei der Temperatur des geschmolzenen Kupfers (HOO⁰C) und raucht durch das Kupfer(I)-chlorid nach oben hin aus, wobei augenblicklich eine Umsetzung

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unter, Bildung von Kupfermetall und Zinkchloriddämpfen stattfindet. Der Zinkchloridrauch wird ausserhalb des' Ofens kondensiert und als geschmolzenes Zink gesammelt. Mit den Zinkchloriddämpfen mitgerissenes Kupfer(i)-Chlorid wird in den Ofen hinein am Rückfluss zurückgeleitet. Das auf diese Weise erzeugte Kupfermetall sinkt in die untere geschmolzene Kupferschicht und wird sodann als handelsüblich reines Kupfer entnommen, das zum Giessen von Drahtbarren etc geeignet ist.

Es sollte beachtet werden, dass das Kupferprodukt hinsichtlich seiner Reinheit einem handelsüblichen Kathodehkupfer vergleichbar ist, da es aus einem im wesentlichen reinen CuCl-Zwischenprodukt erzeugt wird, welches in einer umschlossenen sauerstofffreien Umgebung in dem Reduktionsofen durch im wesentlichen reines Zink reduziert wird.

Das geschmolzene Zinkchlorid wird in einen zweiten umschlossenen Ofen eingekleidet, der mit einem feuerfesten Material ausgekleidet ist und der Aluminiummetall-Schnitzel mit geeigneter Grosse enthält. Das geschmolzene Zinkchlorid wird in diesen zweiten Ofen mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet, dass die Temperatur des exothermen Reaktionsgemisches auf ungefähr 600°C kontrolliert wird. Das Zinkchlorid wird zu freiem Zink reduziert, wobei.Aluminiumchloriddämpfe (AlCl,) gebildet werden. Die Aluminiumchloriddämpfe werden aus dem Ofen für die nachfolgende Behandlung entnommen. Das geschmolzene Zinkmaterial wird aus dem Ofen entnommen und destilliert, wodurch im wesentlichen reines Zinkmetall erhalten wiijd^ das in den Kupfer(l)-chlorid-Reduktlonsofen zurückgeführt wird. ' ^Io'

Die Aluminiumchloriddämpfe aus dem Zinkchloridreduktionsofen werden in eine Kammer eingelei't.e^ und mit Wasserdampf vermischt, um das Aluminiumchlorid zu Aluminiumoxyd (Al₂O-,) und HCl-Dämpfen umzuwandeln. Das Aluminiumoxyd wird am Boden der Kammer als im wesentlichen reines Al₀O, gesammelt, das für technische Zwecke fertig ist. Die HCl-Dämpfe werden abgezogen und in einem Waschturm gesammelt. , . , .

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Das resultierende Kupferprodukt hat die Zusammensetzung 99,9+# Cu.

Beispiel 2

Die allgemeine Arbeitsweise des Beispiels 1 wird mit folgenden · Ausnahmen wiederholt. Das Konzentrat des Beispiels 1 wird durch eine Rohmaterialbeschickung ersetzt, die aus einem kupferhaltigen Schrott, z.B. Gelbmessing, mit folgender Zusammensetzung besteht:

	Tabelle 2	Gewichtsprozent
		50
Kupfer		50
Zink

Der Kupferschrott liegt in der Form von Drehspänen und Sehneidabf'ällen vor. Nach dem Auslaugen bleibt kein signifikanter fester Rückstand zurück.

Die Auslaugungsflüssigkeit wird wie in Beispiel 1 behandelt, mit der Ausnahme, dass die abgestreifte Eisen(II)-Chloridlösung chemisch gemäss der Verfahrensweise B der Zeichnung oxydiert wird, wobei diese Arbeitsweise entsprechend das Aluminiumchlorid von der Zinkreduktionsstufe der Salzschmelzelektrolyse unterworfen wird, um ein Aluminiummetallprodukt und Nebenprodukt-Chlor herzustellen, das in die chemische Oxydationsstufe zurückgeführt wird.

Schliesslich wird anstelle der Reduktion des Zinkchlorids in dem umschlossenen, mit einem feuerfesten Material ausgestatteten Ofen des Beispiels 1, dieses", ,destilliert, die gereinigten Zinkdämpfe werden in den Boden einer weiteren Packreduktionskolonne eingeleitet und darin mit dem geschmolzenen Kupfer(I)-Chlorid im Gegenstrom in Kontakt gebracht. Das geschmolzene metallische Kupferprodukt wird vom Boden dieser Kolonne entnommen und die Zinkchloriddämpfe werden in die Zinkreduktionskolonne zurückgeführt. ·

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Das resultierende Kupferprodukt hat die Zusammensetzung 99#9+# Cu, Das resultierende Aluminiumprodukt hat eine Reinheit, die einem Metall der Reihe 1100 gleich oder überlegen ist.

' ¹S, «

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Claims

Patentansprüche '

1. Verfahren zur Behandlung von kupferhaltigen Materialien, wie Kupferschrptt und Kupferkonzentraten, um elementares Kupfer herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) das kupferhaltige Material mit einer Eisen(lII)-chlorid-Auslaugungslö'sung umsetzt, um die darin enthaltenen Kupferwerte zu Kupfer(I)-Chlorid umzuwandeln, wobei eine Auslaugungsflüssigkeit erhalten wird, die eine Lösung des Kupfer(I)-Chlorids und des verbrauchten Auslaugungsmittels Eisen(II)-Chlorid darstellt;

b) das Kupfer(i)-Chlorid und das Eisen(Il)-chlorid von der Auslaugungsflüssigkeit durch Eindampfen abtrennt, wodurch ein fester Rückstand erhalten wird, der das Kupfer(I)-chlorid und das Eisen(II)-Chlorid enthält;

c) das Eisen(II)-chlorid von dem festen Rückstand abtrennt, indem man diesen mit Wasser wäscht, um das Eisen(ll)-chlorid aufzulösen, wobei ein fester Rückstand zurückbleibt, der das Kupfer(i)-chlorid enthält;

d) das verbrauchte Auslaugungsmittel-Elsen(ll)-chlorid durch Oxydation regeneriert, wodurch ein regeneriertes Auslaugungsmittel-Eisen.( III)-chlorid erhalten wird;

e) das regenerierte Ausläugungsmittel-Eisen(III)-ohlorid in die Auslaugungsstufe a) zurückführt;

f) das feste Kupfer(l)-ch!LQi?id schmilzt;

g) das geschmolzene Kupfer(Ϊ)-chlorid der Stufe f) reduziert, indem man es unter Aufrechterhaltung der Temperatur des Reaktionsgemisches bei oberhalb etwa 1100⁰C

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mit Zink umsetzt, wodurch verdampftes Zinkchlorid und geschmolzenes elementares Kupfer erhalten wird;

h) die Zinkchloriddämpfe von dem geschmolzenen elementaren Kupferprodukt abtrennt;

i) das Zinkchlorid mit elementarem Aluminium umsetzt, wodurch elementares Zink.und ein verdampftes Aluminiumchloridreaktionsprodukt erhalten wird;

.% das verdampfte Aluminiumchlorid von dem elementaren Zink abtrennt;

k) das elementare Zink in die Kupfer(I)-chlorid-Reduktionsstufe der Stufe g) zurückführt und dass man

1) das Aluminiumchlorid-Reaktionsprodukt der Stufe i) behandelt, um ein Aluminiümprodukt daraus zu gewinnen.

2. Verfahren zur Umwandlung von Kupfer(i)-Chlorid zu elementarem Kupfer, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) geschmolzenes Kupfer(I)-Chlorid mit Zink in einer ersten Reduktionszone in Berührung bringt, um das Kupfer(I)-chlorid zu geschmolzenem elementarem Kupfer zu reduzieren und das Zink zu Zinkchlorid-Rauch umzuwandeln;

• b) den Zinkchlorid-Rauch aus der ersten Reduktionszone abzieht; ·

c) das Zinkchlorid in einer zweiten Reduktionszone mit elementarem Aluminium in Berührung bringt, um das Zinkchlorid zu geschmolzenem elementarem Zink zu reduzieren und das elementare Aluminium zu Aluminiumchloriddampf umzuwandeln;

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d) das elementare Zink aus der zweiten Reduktionszone abzieht und in die erste Reduktionszone zurückführt;

e) den Aluminiumchloriddampf aus der zweiten Reduktionszone abzieht^

f) das Aluminiumchlorid behandelt, um die darin befindlichen Aluminiumwerte zu gewinnen und dass man

g) das elementare Kupfer der ersten Reduktionszone abzieht.