DE2401318C3

DE2401318C3 - Verfahren zur Behandlung von kupferhaltigen Materialien

Info

Publication number: DE2401318C3
Application number: DE19742401318
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Thomas, Harold K, Phoenix, Anz (VStA)
Priority date: 1973-01-11
Filing date: 1974-01-11
Publication date: 1977-10-27

Description

a) das kupferhaltige Material mit einer Eisen-(III)-chlorid-AusIaugungslösung 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(ll)-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)-chIorid und das Eisen(ll)-chlorid enthält;

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

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

e) das regenerierte Auslaugungsmittel-Eisen(III)-chlorid in die Auslaugungsstufe a) zurückführt;

f) das feste Kupfer(I;-chlorid schmilzt;

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

j) 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 Aluminiumprodukt 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 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;

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.

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 weiterhin ein Verfahren zur Reduktion von Kupfer(I)-chlorid, das in Kombina-

tion mit Verfahren nach dem Stand der Technik besonders gut dazu geeignet ist, um natürlich vorkommende Kupfererze und Kupferschrott in Kupfer(I)-chlorid umzuwandeln.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Gesamtverfahren zur Herstellung von elementarem Kupfer aus natürlich vorkommenden Sulfiderzen und Kupferschrott, 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

j₀ 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 Umweltverschmutzungsprobleme zu vermeiden, die mit den Flammschmelz- und Steinumwandlungsprozessen gemäß dem Stand der Technik verbunden sind.
Nach einem neuerdings entwickelten Verfahren

i5o werden Kupfer oder Kupferkonzentrate bei erhöhter Temperatur in einer Eisen(IlI)-elektroauflösungszelle ausgelaugt, wobei eine Eisen(III)-chloridanolytlösung als Auslaugungsmittel verwendet wird. Ein solches Verfahren ist z. B. in der USA.-Patentschrift 36 73 061 beschrieben.

Obgleich solche Verfahren bestimmte wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen, haben sie jedoch noch den Nachteil, daß sie von der Verfügbarkeit von gro-

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Ben Mengen von billiger elektrischer Energie abhängig sind. Es wäre daher sehr anzustreben, ein Verfahren zur Umwandlung von Kupfer(I)-chlorid zu elementarem Kupier 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 Umwandlungsstuten und ihre damit verbundenen Umweltverschmutzungsprobleme vermieden werden.

In ähnlicher Weise sind bislang noch keine geeigneten Verfahren entwickelt worden, um Kupferschrolt, der mit anderen verwertbaren oder unerwünschten Metallverunreinigungen verunreinigt ist, direkt zu einem elementaren Kupferprodukt umzuwandeln, dessen 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 zu Grunde, 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 Kupferschrott und/oder -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 Alurniniumoxydprodukt zur Verfügung gestellt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das kupferhaltige Material mit einer Eisen(III)-chlorid-Auslaugungslösung ausgelaugt, um die darin befindlichen Kupferwerte zu Kupfer(I)-chlorid umzuwandeln. Hierdurch wird eine Auslaugungsflüssigkeit erhalten, die eine Lösung von KupterOJ-chlorid und verbrauchtem Auslaugungs-Eisen(Il)-chlorid darstellt. Das Kupfer(I)-chlorid und das Eisen(ll)-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 festet Rückstand zurückbleibt, der das Kupfer(I)-chlorid enthält. Das verbrauchte Auslaugungsmiuel, Eisen(Il)-chlorid, wird oxydiert, um das regenerierte Auslaugungsmittel, Eisen(Ill)-chlorid, zu bilden, das in die Auslaugungsstufe zurückge- *5 führt wird.

Der KupferOJ-chlorid-Rückstand von der Waschstufe wird geschmolzen, gegebenenfalls Reinigungsmaßnahmen unterworfen und sodann zu geschmolzenem elementarem Kupfer reduziert, indem er mit Zink umgesetzt wird, während die Temperatur des Reaktionsgemisches bei oberhalb des Schmelzpunkts 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 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(l)-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)-chIorid in geschmolzenes elementares Kupfer zu reduzieren und das geschmolzene Zink zu Zinkchloriddämpfen umzuwandeln, die Zinkchloriddämpfe von der ersten Reaktionszone abzieht, die Zinkchloriddämpfe abkühlt, um geschmolzenes Zinkchlorid zu bilden, das geschmolzene Zinkchlorid in einer zweiten Rcduktionszone mit elementarem Aluminium in Berührung bringt, um das Zinkchlorid zu geschmolzenem elementarem Zink zu reduzieren und das elementare Aluminium zu Äluminiumchloriddämpfen 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 Reduktionszone nimmt.

Die Zeichnung beschreibt ein Gesamtverfahren zur Gewinnung von Kupfer aus seinem Schrott und natürlich vorkommendem Erz, das die Stufen der derzeit bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält. Es wird ersichtlich, daß zwei alternierende Methoden zur Behandlung des

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Aluminiumchlorid-Nebenprodukts der Zinkreduktionsstufe und des verbrauchten Auslaugungsmittels, Eisen(IIl)-chlorid entsprechend den gestrichelten Linien dargestellt sind. Von diesen Alternativmethoden wird die Technik bevorzugt, bei welcher eine Schmelzflußelektrolyse und eine chemische Oxydation durchgeführt wird.

Kupferschrott oder Kupferkonzentrate, die durch herkömmliche Kupfer- oder Vermahlungstechniken hergestellt worden sind, bilden den Haupt-Rohmaterialbeschickungsstrom 10. Das Hauptausgangsmaterial ist ein metallisches Aluminium 11, das vorzugsweise in der Form von Aluminiumschrott vorliegt. Das kupferhaltige Material 10 wird bei 12 mit einer wäßrigen Eisen(III)-chlorid-Auslaugungslösung 13 ausgelaugt, wodurch die Kupferwerte in dem Beschickungsstrom 10 zu einem Auslaugungsgemisch 14 umgewandelt werden, das aufgelöstes Kupfer(I)-chlorid und verbrauchtes Auslaugungsmiltel, Eisenil I)-chlorid enthält. Das Auslaugungsgemisch 14 wird bei 15 filtriert, um die Auslaugungsflüssigkeit 16, die das gelöste Kupfer(I)-chlorid und Eisen(II)-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(II)-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' von Verunreinigungsmetallen, die unlöslich sind und daher in der Waschstufe 19 nicht entfernt werden, abzutrennen.

Das gereinigte Kupfer(I)-chlorid 26 wird hierauf mit elementarem Zink 27 in einer Reduktionsstufe 28 in Berührung gebracht, worin das Kupfer(I)-chlorid 26 zu einem geschmolzenen elementaren Kupferprodukt 30 umgewandelt wird, wobei als Reaktionsnebenprodukt Zinkchlorid 29 entsteht. Gemäß der derzeit bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kupfer(I)-chlörid-Reduktionsstufe 28 in der Weise durchgeführt, daß man das geschmolzene Kupfer(I)-chlorid in die Oberseite einer Packkolonne einführt und am Boden der Kolonne das Zink 27 in Form von Zinkdämpfen einleitet. Die aufsteigenden Zinkdämpfc 27 treten in Gegenstrom mit dem geschmolzenen Kupfer(I)-chlorid 28, das nach unten strömt, in Berührung, wobei die folgende Reaktion abläuft:

ist. Das Zinkchlorid setzt sich mit der Aluminiumschrottpackung gemäß der folgenden Gleichung um:

3ZnCh +2Al-> 3Zn + 2AlCIa

2 CuCl+ Zn -> ZnCh+ 2Cu

Die Zinkchloriddämpfe, die von der Oberseite der Gegenstrom-Kontakticrungskolonne austreten, werden in den Boden einer weiteren Packkontakticrungskolonnc eingeführt, die mit Aluminiumschrott gefüllt Das resultierende Zinkprodukt wird als Schmelze am Boden der Kolonne gesammelt und dem Kupfer(l)-chlorid-Reduktionsturm wieder zugeführt.
Das Alumiiiiurnchlorid, das als Dampf in dem

ίο Zinkreduktionssirom gebildet wird, tritt an der Oberseite als Nebenproduktstrom 31 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 AIuao miniumchloridstrom 31 und der Eisen(II)-chloridstrom 23 nach den alternierenden Verfahren behandelt werden, um die Aluminiumwerte zu gewinnen und das verbrauchte Auslaugungsmittel 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 Aluminium from Aluminium Chloride« Bureau auf Mines Report of Investigations No. RI-7353, veröffentlicht März 1970 vom United

States Department of the Interior, einer Schmelzflußelektrolyse unterworfen. Bei der Schmelzflußelektrolyse wird das Aluminiumchlorid mit Kaliumchlorid und Natriumchlorid geschmolzen, um einen geschmolzenen Elektrolyten zu bilden, der sodann in einer Einabteil-Elektrolysezelle, die mit einem feuerfesten Material ausgestampft ist, bei einer Temperatur von 700 bis 760° C 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 an der Anode der elektrolytischen Zelle freigesetzt wird, wird zu einer chemischen Oxydationsstufe 34 zurückgeführt, in wclchci die wäßrige Lösung des verbrauchten Auslaugungsmittels Eisen(Il)-chlorid 23 oxydiert wird, um ein regeneriertes Auslaugungsmittel 13 zu ergeben, das eine Lösung von Eisen(lll)-chlorid darstellt. Die chemische Oxydation des Eisen(II)-chlorids wird nad dem Verfahren durchgeführt, das auf S. 17 der Ver öffentlichung »Recovering Elemental Sulfur fron Nonferrous Minerals«, Bureau of Mines Report ο Investigations No. RI-7474, vom Januar 1971, vcr öffcntlicht von dem United Staies Department of tin Interior, beschrieben ist. Bei dieser Technik win Chlor oberhalb der Oberfläche einer gerührten Lö sung von Eisen(Il)-chlorid eingeleitet. Das Chlor win durch die gerührte Lösung absorbiert, wobei das ge samtc 2wcrtigc Eisen in einer exothermen Reaklior die bis zur stöchiomctrischcn Umsetzung fortschrei tct. zu 3\vcrtigc:ni Eisen umgewandelt.

Alternierende Ausführungsform

Wenn Aluminiumsdirott 11 in Aluminiumoxyd umgewandelt werden soll, 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(II)-chloridstrom 23a behandelt, wodurch ein regenerierter Auslaugungsflüssigkeitsstrom 13a viind ein Aluminiumoxydprodukt 35 (AhCb) erhalten wird. Bei dieser alternierenden Ausführungsform wird der Aluminiumchloridstrom 31a bei erhöhter Temperatur mit Wasserdampf 36 in Berührung gebracht. Es findet eine Umsetzung gemäß der folgenden Gleichung statt:

2AlCl₃ + 3HzO -> AhOa + 6HCl

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Die Salzsäure 37, die in der Wasserdampfhydrolysestufe 38 erzeugt wird, wird dazu verwendet, um bei 39 die Eisen(II)-chloridlösung 23a anzusäuern, die sodann gemäß der USA.-Patentschrift 35 42 508 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 ir. Berührung gebracht. Die regenerierte Auslaugungslösiing 13a wird sodann in die Auslaugungsstufe 12 zurückgeführt.

Durch die Erfindung wird somit ein Verfahren zur Behandlung von kupferhaltigen Materialien, wie Kupferschrott und Kupferkonzentraten, um elementares Kupfer herzustellen, zur Verfügung gestellt. Die kupferhaltigen Materialien werden mit einer Eisen-(III)-Auslaugungslösung umgesetzt, um die darin enthaltenen Kupferwerte zu Kupfer(I)-chlorid umzuwandeln. Die Auslaugungsflüssigkeit stellt dann eine Lösung von Kupfer(I)-chlorid in dem verbrauchten Auslaugungsmittel, Eisen(II)-chlorid dar. Die Auslaugungsflüssigkeit wird eingedampft, wodurch ein fester Rückstand von Kupfer(I)-chlorid und Eisen(II)-chlorid erhalten wird. Das Eisen(II)-chlorid wird von dem Kupfer(I)-chlorid abgetrennt, indem mit Wasser gewaschen wird, wodurch eine Eisen(II)-chloridlösung gebildet wird. Die verbrauchte Ausliaugungsmittellösung wird entweder chemisch oder katalytisch oxydiert, wodurch eine regenerierte Auslaugungsmittellösung von Eisen(III)-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 Schmelzpunkts von Kupfer, 1100° C, reduziert, wodurch verdampftes Zinkchlorid und das geschmolzene elementare Kupferprodukt erhalten wird. Die Zinkchloriddämpfe werden von dem Kupferprodukt abgetrennt und mit elementarem Alumimium umgesetzt, wodurch geschmolzenes Zinkmetal'l und verdampftes Aluminiumchlorid erhalten werden. Die Aluminiumchloriddämpfe 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 — 0,074 mm vermählen. Das Konzentrat hat die folgende Zusammensetzung:

Tabelle 1 Gewichtsprozent

Kupfer 27,1

ίο Schwefel 32,1

Eisen 27,5

Zink 0,265

Molybdän 0,221

Blei 0,074

Antimon 0,047

Arsen 0,033

Wismut 0,022

Selen 0,009

Unlösliches 12,24

Das gemahlene Konzentrat wird in einem Reaktor mit einer Eisen(III)-chloridlösung durch Rühren aufgeschlämmt, die 50 Gewichtsprozent FeCb enthält. Die Aufschlämmung wird mit Salzsäure auf einen pH von 2 angesäuert. Die Aufschlämmung wird weitere 30 min lang gerührt. Danach ist die Aufschlämmung eingedickt und sie wird filtriert, um die ungelösten Feststoffe von der Auslaugungsflüssigkeit abzutrennen.

Der Filterkuchen wird bei 93,3° C in einem Drehofen getrocknet, um Wasserdampf abzutreiben. Die getrockneten Feststoffe werden sodann in einen geschlossenen Flammofen überführt und ungefähr 30 min auf eine Temperatur von 500° C 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 konditioniert. Der pH-Wert der konditionierten Aufschlämmung wird mit Kalk auf 9,5 eingestellt. Das Gemisch wird dann flotiert, wodurch ein nicht-umgesetztes Konzentratprodukt erhalten wird. Das Flotationskonzentrat wird zurückgeführt und mit dem Konzentrat kombiniert, das in die FeCta-Auslaugungsstufe eingeleitet wird.

Die Auslaugungsflüssigkeit von der FeCta-Auslaugungsstufe wird zur Trockne eingedampft, um freie HCi abzutreiben. Der trockene Rückstand von der Verdampfungsstufe der Auslaugungsflüssigkeit 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(II)-chlorid (FeCh) 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 Gewichtsprozent

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tert.-Butylamin, gelöst in Kerosin, abgetrennt. Gewünschtenfalls können die Zinkwerte au« 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 elektroplatliertes Eisenpulver-Nebenprodukt erhalten wird. Die Eisen(III)-chloridlösung wird in die Konzentrat-Auslaugungsstufe zurückgeführt.

Das gewaschene Kupfer(I)-chlorid wird getrocknet und 1 h auf eine Temperatur von 1100° C erhitzt, um restliche Spuren von Chloriden von Verunreinigungsmetallen zu verdampfen. Das resultierende geschmolzene Kupfer(I)-chlorid-Zwischenprodukt wird kontinuierlich in einen geschlossenen 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 907° C) destilliert bei der Temperatur des geschmolzenen Kupfers (1100° C) und strömt durch das Kupfer(I)-chlorid nach oben hinaus, wobei augenblicklich eine Umsetzung 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 usw. geeignet ist.

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

Das geschmolzene Zinkchlorid wird in einen zweiten geschlossenen Ofen eingekleidet, der mit einem feuerfesten Material ausgekleidet ist und der Aluminiummetall-Späne mit geeigneter Größe enthält. Das geschmolzene Zinkchlorid wiid in diesen zweiten Ofen mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet, daß die Temperatur des exothermen Reaktionsgemisches auf ungefähr 600° C gehalten wird. Das Zinkchlorid wird zu freiem Zink reduziert, wobei Aluminiumchloriddämpfe (AlCh) 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 wird, das in den Kupfer-(I)-chlorid-Reduktionsofen zurückgeführt wird.

Die Aluminiumchloriddämpfe aus dem Zinkchloridreduktionsofen werden in eine Kammer eingeleitet und mit Wasserdampf vermischt, um das Aluminiumchlorid zu Aluminiumoxyd (AhOs) und HCi-Dämpfen umzuwandeln. Das Aluminumoxyd wird am Boden der Kammer als im wesentlichen reines AI2O3 gesammelt, das für technische Zwecke geeignet ist. Die HCl-Dämpfe werden abgezogen und in einem Waschturm gesammelt.

Das resultierende Kupferprodukt enthält 99,9 + ⁰A

»5 Cu.

Beispiel 2

Die allgemeine Arbeitsweise des Beispiels 1 wird mit folgenden Ausnahmen wiederholt. Das Konzen^ao trat des Beispiels 1 wird durch eine Rohmaterialbeschickung ersetzt, die aus einem kupferhaltigeri Schrott, z. B. Gelbmessing, mit folgender Zusammensetzung besteht:

Tabelle 2

Kupfer
Zink .

Gewichtsprozeni .... 50
.... 50

Der Kupferschrott liegt in der Form von Drehspänen und Schneidabfällen vor. Nach dem Auslauger 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 Schmelzflußelektrolyse unterworfen wird, um ein Aluminiummetallprodukt und Nebenprodukt-Chlor herzustellen, das in die chemische Oxydationsstufe zuriickgeführl wird.

Schließlich wird an Stelle der Reduktion des Zink-Chlorids 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.

Das resultierende Kupferprodukt enthält 99,9 + "/< Cu. Das resultierende Aluminiumprodukt hat eine Reinheit, die einem Mindestgehalt von 99°/o Aluminium entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

24 Ol 318 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von kupferhahigen Materialien, wie Kupferschrott und Kupferkonzentraten, um elementares Kupfer herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß man