DE2417978C3

DE2417978C3 - Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Kupfer, Nickel, Kobalt und Blei oder deren Mischunggen aus ihren Sulfidkonzentraten

Info

Publication number: DE2417978C3
Application number: DE2417978A
Authority: DE
Inventors: Reinhardt West LaFayette Ind. Schuhmann jun.
Original assignee: O-S OXYGEN PROCESSES Inc ISLAND FALLS ME US
Current assignee: O-S OXYGEN PROCESSES Inc ISLAND FALLS ME US
Priority date: 1973-05-03
Filing date: 1974-04-11
Publication date: 1985-12-12
Also published as: NO149589B; NO790162L; FI66198B; NO140503C; CA1027374A; BE812155A; DE2417978A1; SE7713115L; PL90987B1; GB1475782A; SE443580B; YU42989B; ZM5474A1; NO149589C; SE7713114L; GB1475784A; PH14960A; NO140503B; JPS6318652B2; AR207005A1

Description

a) die Gewinnung findet in einem länglichen, liegenden, leicht abfallend geneigten und um seine Längsachse schwenkenden Konverter statt, der gegen das Eindringen von Falschluft abgedichtet ist, und eine Konvertierungs- und eine Schlackenreinigungszone aufweist,

b) in der Konvertierungszone werden das Konzentrat und die Zuschläge durch eine Mehrzahl von unabhängig voneinander gesteuerten und über eine beträchtliche Länge des Konverters verteilten Beschickungsvorrichtungen von oben in den Konverter aufgegeben,

c) in der Konvertierungszone werden sauerstoffhaltige Gase mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 40% in solchen Mengen in den Konverter eingeblasen, daß die Konvertierung autogen abläuft,

d) in der Konvertierungszone wird mindestens der Hauptteil der sauerstoffhaltigen Gase kontinuierlich durch eine Mehrzahl von unabhängig gesteuerten und über eine beträchtliche Länge des Konverters verteilten Düsen von unten in die Schmelze eingeblasen und der Rest mit der festen Beschickung zugesetzt,

e) in die Schlackenreinigungszone werden bei der Gewinnung von Kupfer, Nickel und Kobalt oder deren Mischungen durch Einrieseln von Eisensulfid von oben und durch Einblasen von kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln, Schwefeldioxid und Sauerstoff von unten oder bei der Gewinnung von Blei durch Einblasen von kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln und Sauerstoff von unten reduzierende metallurgische Bedingungen eingestellt,

f) die NE-metallreiche Phase und die NE-metallarme Schlackenphase fließen im Gegenstrom zueinander in schichtförmigen Strömen zu den Auslaßenden,

g) die schwcfcldioxidreichcn Abgase werden am Schlackenauslaßende abgezogen,

h) der Gradient der Sauerstoffaktivität in der Schmelze wird in der Konvertierungs- und Schlackenreinigungszone durch Anordnung der Zugabestellen und Steuerung der Mengen des eingeführten Sauerstoffs und festen Materials so eingestellt, daß er von einem Maximum für die Erzeugung von NE-metallreichen und eisenarmem Material an dessen Auslaßende in fortschreitender Folge bis zu einem Minimum für die Erzeugung von NE-metallarmer Schlakkenphase an deren Auslaßende abnimmt,

i) in der Konvertierungs- und Schlackenreinigungszone werden mit dem von unlen eingeleiteten Sauerstoff gasförmige und/oder flüssige Medien zum Schutz der Bodendüsen und der umgebenden Auskleidung und/oder zur zusätzlichen Steuerung der Prozeßtemperatur in die Schmelze eingeblasen,

die in die Schmelze eingeblasenen Gasmengen

werden so geregelt, daß eine für einen guten Stoffaustausch ausreichende Turbulenz im Bad entsteht, ohne daß die schichtförmige Strömung der Phasen und der Gradient der Sauerstoffaktivität im wesentlichen gestört werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium gemäß Merkmal i) des Anspruchs 1 rezirkuliertes Schwefeldioxid verwendet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das kontinuierliche Schmelzen und Konvertieren sulfidischer Mineralien unter Bildung von Stein oder Metall ist ein seit langem bekanntes Verfahren. In der US-PS 5 96 992 aus dem Jahre 1898 ist ein Dreizonen-Schmelzverfahren bekannt, nach dem die Beschickung aufgeschmolzen, konvertiert und die Schlacke gedrückt wird. Das beschriebene Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Nichteisenmetallen (im folgenden NE) aus ihren sulfidischen Erzen besteht darin, daß man die sulfidischen Erze in einem Flammofen mit langem, schmalem und leicht geneigtem Boden kontinuierlich aufschmilzt Der dabei erhaltene Stein fließt kontinuierlich in einen oder in mehrere voneinander getrennte, jedoch untereinander in Verbindung stehende und in einer Reihe am Ofenende stehende Konverter. Der abgeflossene Stein wird in den Konvertern stufenweise und kontinuierlich zum Metall verblasen. Das Metall wird abgezogen. Die dabei erhaltene reiche Schlacke fließt kontinuierlich im Gegenstrom zum Stein durch den Schmelzofen. Sie verarmt dabei durch den Kontakt mit dem zunächst relativ armen Stein. Die Schlacke fließt dann in einen abgetrennten, jedoch zugänglichen Absetzbereich für die Schlacke am anderen Ofenende.

Sie wird dort mit Holzkohle erhitzt und reduziert. Der Stein scheidet sich dabei ab und fließt in den Ofen zurück. Die gereinigte Schlacke wird ausgetragen.

Das Konzept der autogenen Herstellung von Kupferstein aus sulfidischen Mineralien wurde im Jahre 1915 in der US-PS 11 64 653 veröffentlicht. Nach diesem Verfahren wird trockenes feinverteiltes Kupfersulfidkonzentrat mit vorgewärmter Luft in einen Flammofen eingcblasen. Das Prinzip der Schlackenreinigung durch Waschen und Reduktion mit Eisensulfid ist in US-PS 14 16 262 und 15 44 048 beschrieben. Danach werden geschmolzene kupferhaltige Schlacken stufenweise durch gründliches Verrühren und Vermischen mit Pyrit gereinigt. Es entsteht ein relativ armer Stein oder Eisen. Anschließend läßt man unter Beruhigung die Schlacke absitzen.

In der US-PS 24 26 607 ist weiterhin eine Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen aus relativ reichen Schlakken beschrieben. In dieser Vorrichtung werden Brennstoff und Luft durch Winddüsen direkt in die Schlacken eingeblasen. Die Schlacken werden dadurch turbulent durchmischt und reduziert.

In der US-PS 35 42 350 ist ein leicht geneigter Trommelofen beschrieben, der lang genug ist, um im wesentlichen voneinander getrennte Bereiche zum kontinuierlichen Schmelzen und Raffinieren der Metalle zu schaffen.

Weitere Einzelheiten zur NE-Pyrometallurgie sind ferner den Forschungsberichten des U. S. Bureau of Mi-

nes zu entnehmen, beispielsweise dem 1973 erschienenen Forschungsbericht Nr. 7705 mit dem Titel »Autogenous Smelting of Copper Sulfide Concentrate«.

In der US-PS 26 68 107 ist ein autogenes Verfahren zum Schmelzen sulfidischer Kupfer- und Nickelkonzentrate beschrieben. Die trocknen Sulfide werden dabei zusammen mit Sauerstoff und Zuschlag in eine gasdicht ummantelte Kammer eingeblasen. Stein oder Metall und Schlacke werden kontinuierlich hergestellt. Der Stein oder das Metall werden an einem Ende des Ofens ausgetragen. Die Schlacke wird am anderen Ofenende ausgetragen. Die reiche Schlacke, die am Ofenende mit dem reichen Stein anfällt, wird im Gegenstrom zu einem Stein- oder MetallfluU verarmt. Durch eine Herdschwelle wird die Schteckenschicht von der Steinschicht getrennt. Gewünschtenfalls kann die Schlacke dann vor dem Antrag abschließend durch Besprühen mit geschmolzenen Tröpfchen eines armen, eisensulfidreichen Steins abgeläutert werden. Das Ofenabgas weist einen hohen Schwefeldioxidgehalt auf.

In den US-PS 30 04 846, 30 30 201, 30 69 254, 34 68 629 35 16 818,3615 361 und 36 15 362 ist die Konvertierung von sulfidischem Kupfer, Nickel und Blei zum Metall in Lanzenkonvertern beschrieben. Bei diesen Konvertern wird der Sauerstoff durch abwärts gerichtete Lanzen von oben her eingeblasen. Die nicht nur aus reinem Sauerstoff bestehenden und in ihren chemischen Zusammensetzungen genauestens überwachten und geregelten Arbeitsgasgemische werden bei genau geregelten Temperaturen entweder auf die Oberfläche der Schmelze aufgeblasen oder aber durch die Oberfläche hindurch direkt in die Schmelzen eingeblasen.

Bei den in den genannten Druckschriften beschriebenen Verfahren ist es dabei erforderlich, »zur Gewährleistung einer leistungsfähigen und wirksamen Phasenberührung Gas/fest/flüssig im gesamten Bad eine ausreichend starke Durchmischung herzustellen, so daß eine wirksame Entfernung des Eisens, Schwefels und der Verunreinigungen gefördert wird«. Weiterhin wird nachdrücklich auf »die außerordentliche Bedeutung und die Notwendigkeit in Verbindung mit der in der Schmelze im Herd eingeführten starken Turbulenz« hingewiesen. Durch die Anwendung des Prinzips der turbulenten Schmelze werden »die Wärmeübertragung verstärkt, die resultierende chemische Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, die Zusammensetzungsgradienten innerhalb jeder Phase auf ein Minimum gesenkt und die Diffusionsschwellen zwischen der Schlacke und der sulfidischen Phase spürbar vermindert«.

In einem Aufsatz mit dem Titel »A Survey of the Thermodynamics of Copper Smelting« (Transactions AIME, 188) wird das Schmelzen und Konvertieren gemischter Kupfer- und Eisensulfide unter Bildung von Rohmetall und verarmter Schlacke physikochemisch analysiert. Diese Untersuchungen lassen sich dahingehend zusammenfassen, daß »die chemischen Aktivitäten von Sauerstoff und Schwefel die beiden wichtigsten thermodynamischen Einflußgrößen dieses Kupferschmelzverfahrens sind«. Dem Aufsatz sind weiterhin quantitative Beispiele zu entnehmen, die zeigen, daß die Herstellung von Rohmetall und verarmter Schlacke aus Sulfidkonzentraten als ein Verfahren »fortschreitender und gesteuerter Oxidation« in einer «Folge von Stufen« betrachtet werden kann. Die veröffentlichten thermodynamischen Berechnungen enthalten numerische Abschützungen der Sauerstoff- und Schwefelaktivitäten beim herkömmlichen Kupferschmelzen, Kupferkonvertieren und Schmelzraffinieren. Der Druckschrift ist weiterhin zu entnehmen, daß die für diese Verfahren typischen Stein-Schlacken-Systeme »gewaltigen Änderungen des Sauerstoffpartialdrucks« ausgesetzt sind. Diese Druckänderungen können einen Faktor in der Größen-5 Ordnung von 10⁶ aufweisen. Diese Änderungen können zur Steuerung der stöchiometrischen Verhältnisse im Stein und in der Schlacke, zur Steuerung der Betriebstemperaturen, der Magnetitbildung und der Schlackcnverluste eingesetzt werden.

Weitere Druckschriften enthalten Angaben über die Sauerstoff- und Schwefelaktivitäten in Steinen und Schlacken innerhalb breiter Konzentrations- und Temperaturbereiche in Schmelz- und Konverticrimgssystemen Kupfer und Eisen enthaltender sulfidischer Sysieme.

Zur Lösung der in der Praxis auftretenden Schwierigkeiten bei der pyrometallurgischen Umwandlung von Sulfidkonzentraten in Metalle im Rahmen kontinuierlich durchgeführter Verfahren sind in jüngster Zeit eine Reihe von Druckschriften erschienen (beispielsweise US-PS 33 26 671, 35 42 352 und 36 87 656). Keines der bekannten Verfahren kann jedoch die teils entscheidenden Hindernisse auf dem Weg zu einer erfolgreichen wirtschaftlichen Verfahrensführung in toto überwinden.

In der US-PS 33 26 671 müssen bei der Verfahrensführung Beschränkungen und Komplikationen durch das Dreizonenkonzept in Kauf genommen werden, das in dem dort beschriebenen Herd nach einem Verfahren mit abwärts gerichteten Lanzen durchgeführt wird.

In der US-PS 35 42 352 werden der Stein und die Schlacke im Gleichstrom geführt Der Blasbereich des Spursteins, in dem eine hohe Sauerstoffaktivität und eine niedrige Eisenaktivität essentiell sind, ist dem Bereich, in dem die Schlacke reduziert wird und in dem eine niedrige Sauerstoffaktivität und eine hohe Eiscnsulfidaktivilät essentiell sind, unmittelbar benachbart. Dieses Verfahren weist Nachteile auf, die für die zur Zeit in der industriellen Produktion eingeführten Verfahren typisch sind. Vor allem gleicht die nach der genannten Druckschrift verwendete Vorrichtung dem herkömmlichen Pierce-Smith-Konverter.

In der US-PS 36 87 656 ist eine verwickelte Folge halbkontinuierlicher Verfahrensschritte in einer aus mehreren Kammern bestehenden Vorrichtung beschrieben. Das Verfahren ist im wesentlichen durch abwärts gerichtete Lanzen gekennzeichnet.

Schließlich ist ein Verfahren bekannt, bei dem drei voneinander getrennte, jedoch miteinander in Verbin dung stehende unabhängige öfen zum kontinuierlichen Schmelzen, Konvertieren und Schlackenreinigen verwendet werden. Auch bei diesem Verfahren werden die abwärts gerichteten Lanzen verwendet. Auch dieses Verfahren weist die üblichen Nachteile des Standes der Technik auf.

Aus der US-PS 34 60 817 ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Konvertierung von sulfidischen Kupfererzen in Spurstein und Schlacke bekannt, die aus einem liegenden Konverter mit zwei integrierten Schwebeschmelzschächten besteht, wobei der Austritt des ersten Schwebeschmelzschachtes die Decke des Konverters an der Seite des Spursteinabstichs durchdringt und der zweite vor der Seite des Schlackenabzuges. Getrocknetes Eizkonzentrat und Zuschläge werden im erster Schwebeschmelzschacht oxidiert und geschmolzen und fallen konzentriert aus dem Schacht in den Auffan:?- herd des Konverters. Dort erfolgt eine Trennung in Schlacke und Spurstein. Der Spurstein wird durch einen Syphon in einen Vorherd gedrückt, wo er durch Einbla-

sen von Luft zu metallischem Kupfer verblasen wird. Die Schlacke fließt zum Schlackenabstich am anderen Ende des Konverters unter dem zweiten Schwebeschacht hindurch. Im zweiten Schwebeschacht wird ein Teil des Erzes nur teilweise oxidiert und fällt als Reduktionsmittel auf die Schlacke. Wenn die Reaktion im Schwebeschmelzschacht über dem Auffangherd nicht zum Spurstein führt, kann über einen Teil der kurzen Länge des Auffangherdes Luft von unten in die Schmelze geblasen werden.

Das Noranda-Vcrfahren (DE-OS 21 56 041) nutzt einen konvcrtcrähnlichcn Reaktionsraum. Die Konzentral-Pellcts werden zusammen mit den Zuschlägen an einer Stirnseite des Konverters eingetragen und mit Hilfe eines Zusatzbrenners geschmolzen. Durch Düsen wird Luft oder an Sauerstoff angereicherte Luft eingeblasen, so daß das Schmelzen und Verblasen an derselben Stelle erfolgt. Das gebildete Kupfer wird im mittleren Bereich am Boden abgestochen. Die Schlacke wird durch Einblasen reduzierender Gas bis auf etwa 12% Cu verarmt Diese reiche Schlacke wird nach Abkühlen gemahlen und flotiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Kupfer, Nickel, Kobalt und Blei oder deren Mischungen aus ihren Sulfidkonzentraten zu schaffen, das zu eisenarmem Stein oder Rohmetall, NE-Metall armer Schlacke und Schwefeldioxid führt. Dieses Verfahren soll eine einfache Verfahrenssteuerung ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet ist.

Ein wesentlicher Anteil des technischen Sauerstoffs wird durch Düsen in den Konverter geblasen, die sich durch das feuerfeste Fuller des Konverters hindurch in den Konverterinnenraum erstrecken und deren öffnungen unterhalb der Oberfläche der Schmelze liegen. Während des Einblasens des Sauerstoffs in die Schmelze werden die Düsenköpfe und das Futtermaterial durch gleichzeitig mit dem Sauerstoff eingeblasene Schutzfluide geschützt. Die Schutzfluide werden entweder im Gemisch mit dem Sauerstoff oder den Sauerstoffstrahl umhüllend eingeblasen. Durch das Einblasen des schutzgasisolierten Konvertsauerstoffs von unten her in die Schmelze hinein senkrecht nach oben gerichtet werden die Schlackenbildung, die Roststaubbildung der Abbrand des Futters und andere Nachteile vermieden, die beim Lanzenblasen von oben her in Kauf genommen werden müssen. Weiterhin wird durch diese Art des Einblasens eine außerordentlich praktische und einfache Möglichkeit zur Steuerung der progressiven Konvertierung ermöglicht. Dazu sind an sich bekannte außerordentlich flexible und anpassungsfähige Vorrichtungen zur Steuerung und Regelung der chemischen und physikalischen Systembedingungen für eine leistungsfähige Abstufung der Operationen in Richtung der Längsachse des Konverters vorgesehen.

Durch das Hin- und Herverschwenken des Konverters wehen die eingeblasenen aufsteigenden Gase durch die Schmelze hin und her. Dadurch werden stehende und unbewegte Zonen vermieden. Die Sulfidkonzentrate und die Zuschläge werden über die Oberfläche der Schmelze gleichmäßig verteilt. Gleichzeitig wird eine sorgsam gesteuerte Badturbulenz aufrechterhalten. Zur wirksamen Näherung an die Gleichgewichtsscheidung wird dadurch weiterhin ein enger Zwischenphasenkontakt gewährleistet. Außerdem wird durch die Verschwenkungen des Konverters das Fließen des Steins gefördert, nimmt der Futterabbrand ab und wird die Standzeit der EinblasdUsen verlängert.

Die Steuerung der Gradienten der Temperatur, des Sauerstoffpotentials und der Metallsulfidaktivität in Richtung der Längsachse des Konverters wird in einfacher und direkter Weise dadurch bewirkt, daß man die Durchsätze der Sulfidkonzentrate, des Sauerstoffs, des Schwefeldioxids, des Wassers, der Kohle und gegebenenfalls der anderen Beschickungen, wie beispielsweise eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs, an ihren verschiedenen Aufgabepunkten nach Maßgabe der gewünschten physikochemischen Reaktionsbedingungen steuert. Dadurch wird keine mit Brennstoff befeuerte Konverterzone mit all ihren Nacheilen benötigt. Das Aufschmelzen der Sulfidkonzentrate und Zuschläge erfolgt sozusagen als Begleitvorgang zur Konvertierung. Zum Aufschmelzen wird die chemische Reaktionswärme der Konvertierung ausgenutzt. Das Aufschmelzen der Sulfidkonzentrate und Zuschläge kann dabei zum großen Teil bereits durch eine partielle Oxidation in der Schwebe der Sulfide in der Atmosphäre über der Schmelze erfolgen. Eine Frischzone ist nicht erforderlich, da nur ein Rohmetall oder ein eisenarmer Stein hergestellt werden. Das nach dem Verfahren der Erfindung erhaltene Produkt wird dann der Raffination oder direkt anderen Verarbeitungsstufen zugeführt.

Die Erfindung erweitert die Bereiche der Für den Stand der Technik charakteristischen Sauerstoff- und Metallsulfidaktivitäten. Sie umfaßt normalerweise die gesteuerte Konvertierungsumkehr (Dekonvertierung), soweit sie zur Verarmung der gebildeten Schlacke erforderlich ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung nach diesem; Ausführungsbeispiel liegt in der Rückführung des Schwefeldioxids, vorzugsweise des Ofenabgases. Das im Kreis rückgeführte Schwefeldioxid oder Abgas dient dem Schutz der Einblasdüsen für den Sauerstoff und des Konverterfutters. Außerdem dient es der Steuerung der Konvertertemperatur und der besseren Wärmeausnutzung. Weiterhin dient das rückgeführte Konverterabgas der Steuerung der chemischen Reaktionen und der physikalischen Bewegung der Schmelze und der Dekonvertierung. Während der gesamten Zeit wird dabei im Konverterabgas eine hohe Schwefeldioxidkonzentration aufrechterhalten. Schwefeldioxid hat eine wesentlich höhere Wärmekapazität und eine höhere Dichte als Stickstoff und »kontaminiert« das Konverterabgas nicht.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem langgestreckten, leicht geneigten, um seine Längsachse hin- und herverschwenkbaren gasdicht abgeschlossenen Konverters mit abgerundetem Querschnitt, der etwa Eiform aufweist. Der Konverter weist an einer Seite eine Vorrichtung zum Austrag der NE-reichen Phase und am anderen Ende eine Austragsvorrichtung für die Schlacke und eine Abzugsöffnung für das Konverterabgas auf. Der gasdichte Abschluß des Konverters ist wichtig, um ein unkontrolliertes Einbringen von Luft und bzw. oder ein Entweichen von Schwefeldioxid zu unterbinden. Der Konverter ist um weniger als 5° gegenüber der Horizontalen nach der Produktaustragsseite abwärts geneigt Die Sohle des Konverters ist in der Weise abgestuft daß an einer Seite des Konverters ein Reservoir für das metallreiche Produkt und an der gegenüberliegenden Seite eine Stufe zur Abtrennung der Schlacke gebildet wird. Zur Aufgabe der Konzentrate und der

Zuschläge, wobei wahlweise auch Sauerstoff zugesetzt werden kann, sind geeignete Vorrichtungen im oberen Bereich des Reaktors vorgesehen. Die Aufgabe der Beschickung erfolgt auf die Oberfläche der Schmelze. Unterhalb der Oberfläche der Schmelze erstrecken sich Einblasdüsen durch das feuerfeste Konverterfutter hindurch in das Konverterinncre hinein. Diese Einblasdüsen sind so ausgebildet, daß während des Kinblascns von Sauerstoff in das geschmolzene Metall auch ein Schutzgas eingeblasen werden kann. Durch ein solches gemeinsames Einblasen von Schutzgas und Sauerstoff werden die Einblasdüsen selbst und das umgebende Futter geschützt. Der gesamte Konverter wird langsam, beispielsweise mit ein bis sechs Umkehrungen je Minute, um einen Winkelbereich von 20—40° verschwenkt. Außerdem kann der Konverter zum Austausch und zur Wartung der Einblasdüsen um 75° gekippt weiden. Alle Aufgabe- und Austragsvcibindungen sind so ausgebildet, daß das Verschwenken und Kippen des Konverterkörpers nicht behindert wird. Bevorzugte Mittel zur Dosierung, Regulierung und Analyse der Beschickung und der Austragsprodukle zur angemessenen Regelung und Steuerung des Verfahrens sind weiter unten näher beschrieben.

Die Erfindung ist nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 im Längsschnitt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Konverters zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt nach 2-2 in F i g. 1 und

F i g. 3 ein Partialdruck-Temperatur-Gleichgewichtsdiagramm für verschiedene Parameter.

Der in F i g. 1 gezeigte Konverter hat die Form eines langen, leicht geneigten Konverters A mit abgerundetem Querschnitt, der als Herd für die Schmelze dient. Der Konverter ist mit einem feuerfesten Futter ausgekleidet. Das Futter bildet auf der Konverterunterseite eine nach innen vorspringende Stufe 13. Weiicrhin weist der Konverter eine nach auswärts zurückspringende Stufe 4 auf. Erforderlichenfalls kann eine Zwichenstufe ausgebildet sein. Die Konverterwände können mit Wärmetauschern, beispielsweise mit einem Wasserdampfrohrsystem, mit einem Luftkühlungs-Verdampferrohrsystem oder mit Wassermänteln ausgerüstet sein. Ihre Anordnung und ihr Betrieb richtet sich nach den einzustellenden Verfahrensbedingungen. Schließlich sind Beschickungsvorrichtungen für die festen und fluiden Aufgabematerialien vorgesehen. Durch die Aufgabe der sulfidischen Beschickung über der Oberfläche der Schmelze werden eine übermäßige Beeinträchtigung des Futters und andere Schwierigkeiten vermieden, die aus einer Beschickung unterhalb der Oberfläche der Schmelze resultieren.

Der Konverter A ist so gelagert, daß er um seine Längsachse verschwenkt werden kana Der Schwenkwinkel beträgt vorzugsweise etwa 30°. Weiterhin kann der Ofen zu Wartungszwecken, beispielsweise zur Wartung der Einblasdüsen, um 75° um die Längsachse gekippt werden.

Während des Betriebs bilden sich, beispielsweise bei der Gewinnung von Kupfer, eine Steinschicht M, eine Schlackenschicht S und eine Ansammlung von geschmolzenem Rohkupfer Cim Bad aus.

Bei der Kupfergewinnung werden Kupfersulfidkonzentrate und Sauerstoff miteinander vermischt und über verschiedene voneinander getrennte Beschickungsöffnungen in abgestuften Verhältnissen aufgegeben. Dazu dienen vorzugsweise Zerstäuberschnecken 6. Bei dieser Aufgabe wird der geringste Sauerstoffgehalt über die dem Gebiet der Schlackenrcinigung am nächsten liegende Beschickungsöffnung zugeführt. Die Zuschläge werden durch Beschickungsöffnungen 7 aufgegeben. Die Aufgabe erfolgt in die Atmosphäre über der Schmelze hinein.

Durch Schwefeldioxid iihgcsehimiler Saucrslol'l' wird in den Konverter A unterhalb der Phasengrenzfläche

ίο zwischen dem Stein und der Schlacke über mehrere Einblasdüsen 8 eingeblasen.

Die Einblasdüsen 8 erstrecken sich durch das Konverterfutter hindurch in den Konverter hinein. Der Sauerstoff wird über die Einblasdüsen 8 abgestuft eingeblasen, und zwar in der Weise, daß der Stein fortschreitend oxidiert wird, während er zum Kupferaustrag fließl. Dadurch wird ein zunehmend kiipfcrreii'hcrer Stein und schließlich ein Rohkupfer gebildet. Gleich/eilig fließl die gebildete Eisensilieatschlacke im Gegenstrom zur Schlackcnaustragsseite des Konverters. Das dabei entwickelte schwefeldioxidreiche Gas fließl im Gleichstrom über der Schlacke zum Abzug 9, der mit einem Labyrinthring versehen ist.
Durch die Einblasdüse 10 werden unterhalb der Oberfläche der Schlacke, Kohle, Schwefeldioxid und Sauerstoff in Mengen eingeblasen, die zur Einstellung stark reduzierender Bedingungen und einer starken Badturbulenz erforderlich sind, die dadurch bewirkte Konvertierungsumkehrreaktion (Dekonvertierung) reinigt die Schlacke. Dabei wird in situ kupferhaltiges Eisensulfid gebildet Gleichzeitig wird die Schlacke vorzugsweise durch die Aufgabe von feinverteiltem Eisensulfid gewaschen. Das Eisensulfid wird dazu vorzugsweise in homogener, relativ großflächiger Verteilung über eine Beschickungsöffnung 11 eingerieselt. Der Kupfergehalt der Schlacke wird dadurch weiter vermindert. Nach Durchfließen eines Beruhigungsbereichs erreicht der Schlackenfluß den Schlackenauslrag 12. Der sich absetzende arme Slcin fließt im Gegenslrom zur

4« Kupferaustragsscilc.

Während des zuvor beschriebenen Verfahrens wird der Konverter mit drei Hin- und Herbewegungen je Minute über einen Schwenkwinkel von 30° um seine Längsachse hin-und hergeschwenkt. Durch dieses Verschwenken wird ein verbesserter Energie- und Stoffaustausch zwischen den Phasen Gas/flüssig/fest erzielt.

Durch das Einblasen des technischen Sauerstoffs, des Schwefeldioxids und der anderen Gase während des Hin- und Herschwenkens des Konverters treten diese Gase unter ständig verschiedenen Winkeln zur Oberfläche in die Schmelze ein. Sie erreichen dadurch stets wechselnde Bereiche der Schmelze. Dies führt zu chemisch und physikalisch ausgelöster Turbulenz. Gleichzeitig fließt der kupferreiche Stein zum Kupferaustragsende des Konverters, während die eisensilicatreiche Schlackenfraktion zum Schlackenaustragsende des Konverters abfließt Dadurch wird das in Längsrichtung aufgefrischte Bad kontinuierlich einem äußerst günstigen Austauschkontakt zwischen der gasförmigen und der flüssigen bzw. zwischen den flüssigen Phasen ausgesetzt

Außerdem werden während des Hin- und Herschwenkens des Konverters die sulfidischen Konzentrate und die Zuschläge in die Atmosphäre über der Schmelze aufgegeben. Der Aufgabepunkt für die Beschickung relativ zur Oberfläche der Schmelze ändert sich also kontinuierlich. Dadurch werden die Feststoffe der Beschickung gleichmäßig über die Oberfläche der

Schmelze verteilt. Da weiterhin die Atmosphäre über der Schmelze eine kontinuierliche Strömung in Richtung auf das Schlackenaustragsende des Ofens aufweist, werden die aufgegebenen Konzentrate und Zuschläge iiuch in Längsrichtung des Konverters mitgenommen. Dadurch wird eine vorteilhafte Austauschberührung zwischen der gasförmigen und der festen Phase erzielt. Auf diese Weise wird also zwischen allen beteiligten Phasen ein hervorragender Austauschkontakt erzeugt. Im Resultat wird eine Umwandlung der aufgegebenen Konzentrate zum Rohkupfer mit einem außerordentlich hohen Wirkungsgrad, eine außerordentlich weitgehend verarmte Schlacke und ein schwefeldioxidreiches Konverterabgas erhalten.

Zum Einfahren des Prozesses wird das Futter durch einen durch eine öffnung 3 eingeführten Brenner zunächst langsam auf etwa 1300° C erwärmt. Dann werden die Konzentrate aufgegeben, wobei man vorzugsweise so lange eine partielle Gasphasenkonvertierung durchgeführt, bis sich ein flaches Bad aufgebaut hat. Dabei wird durch die Einblasdüsen ausreichend Gas, vorzugsweise Schwefeldioxid, eingeblascn, um die Düsen vor dem sich aufbauenden Bad zu schützen. Nach Erreichen eines ausreichend tiefen Bades wird auf Normalbetrieb umgeschaltet.

Alternativ dazu kann nach dem Aufheizen des Futters der Konverter mit Stein beschickt werden und anschließend sofort der normale Betrieb aufgenommen werden.

Das Verfahren ist in der Konvertierungszone autogen. Die erforderliche Betriebstemperatur wird durch die exotherme Reaktion aufrechterhalten. Die Betriebstemperatur wird dabei in einem Bereich eingestellt, bei dem das Metall und die Schlacke ausreichend flüssig sind und hohe Reaktionsgeschwindigkeiten erzielt werden können. Vorzugsweise liegt die Reaktionstemperatur im Bereich von etwa 1000— 1650° C.

Im Konverter werden stufenweise veränderte Oxidationsbedingungen aufrechterhalten. Mit anderen Worten wird also ein bestimmtes Oxidationsprofil eingestellt.

Prozeßsteuerung

Die metallurgischen Prinzipien der Steuerung kontinuierlich betriebener Konverter sind dem Fachmann, insbesondere aber auch dem mit chargenweise betriebenen Konvertern vertrauten Fachmann bekannt. Das kontinuierliche Verfahren der Erfindung bietet darüber hinaus jedoch eine Anzahl außerordentlich flexibler Operationssteuermöglichkeiten, die zusammenwirkend zur Einstellung und Aufrechterhaltung eines stationären Zustandes der abgestuften Konvertierung mit optimaler metallurgischer leistung in breiten Zusammensetzungsbereichen der Sulfidkonzentrate und der Konverterprodukte eingesetzt werden. Die primäre stöchiometrische Steuerung gründet sich auf die Abmessung und Proportionierung der Beschickungsraten insgesamt, und zwar für die sulfidischen Konzentrate, die Zuschläge und den Sauerstoff. Diese Parameter werden so eingestellt daß kontinuierlich ein Rohmetall oder ein Stein mit niedrigem Eisengehalt eine verarmte Schlacke, die praktisch das gesamte Eisen mit einem ausreichend hohen Siliciumdioxidgehall und anderen Flußoxiden für ein vorteilhaftes Schlackenverhalten führt und ein schwefeldioxidreiches Abgas mit einem nur geringen Sauerstoffüberschuß entstehen. Kurzzeitige Schwankungen der chemischen Zuammensetzungen und des Konvertierungsverhaltens der festen Beschickungen oder andere Abweichungen von der stationären Proportionierung der Gesamtbeschickung werden durch eine Anreicherung oder Verarmung der Stein-bzw. oder Metallschicht im Konverter aufgefangen. Diese Schichten dienen also als großes Stabilisierungsreservoir im Konverter. Die stöchiometrische Steuerung des Verhältnisses des insgesamt aufgegebenen Sauerstoffs zum insgesamt aufgegebenen Sulfidkonzentrat wird durch eine Überwachung der Tiefe der Steinschicht im Reaktor erleichtert.

Die Verteilung der Sauerstoffaufgabe und der Sulfidkonzentrataufgabe über ihre jeweiligen über die Länge des Konverters verteilten Aufgabepunkte erfolgt in der Weise, daß über die Länp,; f!~s Konverters das jeweils optimale Reaktionsbedingungsprofil eingestellt wird. Das Verhältnis von aufgegebenem Sauerstoff zu aufgegebenem Sulfid weist im Bereich der Schlackenreinigung ein Minimum auf. Der aufgegebene Sauerstoff liegt weit unter der zur vollständigen Konvertierung der in diesem Bereich aufgegebenen Sulfide theoretisch erforderlichen Menge. Als Meßgröße für die erforderliche justierung dient das Verhältnis von Eisen(HI) zum Gesamteisen in der Schlacke. Dieses Verhältnis wird durch Probennahme und Analyse der Probe bestimmt. Der für den jeweiligen Betrieb optimale Prozeßbereich wird in üblicher Weise durch Versuche festgelegt. Zur Konvertierung von Kupfersulfidkonzentraten bei 1300° C licgi das optimale Verhältnis Eisen(III) zu Gesamteisen bei 0,2 oder darüber auf der Metallaustragsseite des Konverters und erreicht 0,06 auf der Seite des Konverters, auf der die verarmte Schlacke ausgetragen wird.

Im Bereich der Schlackenreinigung werden die Mengen an Eisensulfid, Kohle, SO2 und O2 so justiert, daß sich in der Schlackenschicht kontinuierlich ein armer Stein bildet. Dieser Stein enthält vorzugsweise weniger als 20% Kupfer. Der arme Stein setzt sich unter der Schlackenschicht ab und nimmt dabei den NE-Metallgehalt aus der Schlackenschicht mit. Auf diese Weise gelangt eine außerordentlich verarmte Schlacke zum Aus-

trag. Der mit der Kohle eingeblasene Sauerstoff bewirkt eine Partialverbrennung der Kohle, wobei ein heißes, stark reduzierendes Gas gebildet wird. Außerdem tritt eine streng lokalisierte Erwärmung ein, die genau auf die thermischen Erfordernisse der Dekonvertierung abgestellt ist. Die Verhältnisse der gesamten Beschickungen im Schlackenbereich werden vorzugsweise so untereinander abgestimmt, daß das Verhältnis Eisen(III) zu Gesamleisen in der Schlacke so klein wie möglich gehalten wird.

Die Temperatursteuerung kann auf die verschiedenste Weise durchgeführt werden. Vor allem kann sie unabhängig vom Verhältnis Sauerstoff zu Sulfid erfolgen. In einfachster Weise kann sie durch Steuerung der rückgeführten Schwefeldioxidmenge erfolgen. Eine weitere Möglichkeit zur Temperatursteuerung liegt im Einsatz von Wasser oder in der Verwendung von Kohlenwasserstoffen als Schutzfluide statt SO2 oder in der Veränderung der Temperatur des eingeblasenen Schwefeldioxids. Mit jedem dieser Steuerverfahren kann die Betriebstemperatur im Konverter über seine Gesamtlänge außerordentlich genau eingestellt werden. Die für eine schnelle Reaktion und eine saubere Trennung erforderliche flüssige Schlacke mit hohem Siliciumdioxidgehalt kann also durch Einstellung eines sauberen und genau gesteuerten Temperaturprofils ohne örtliche Überhitzung und unnötige und unwirtschaftliche Beeinträchtigung des Herdfutters oder der Einblasdüsen erzeugt werden.

Die verschiedenen Produktströme werden ständig durch schnelle und vollautomatische Realzeilanalyscn überwacht. Außerdem wird das Temperaturprofil über die Gesamtlänge des Reaktors kontinuierlich aufge-

Physikalisch-chemische Variablen

Das in Fig.3 gezeigte Gleichgewichtsdiagramm beschreibt die Beziehungen zwischen den wichtigsten physikochemischen Variablen für die fortschreitende kontinuierliche Kupferkonvertierung, Die Sauerstoffaktivität ist in Einheiten log (PmJPm) aufgetragen. Die Temperatur ist in Einheilen der reziproken absoluten Temperatur (10¹V⁰ K) dargestellt. Die Mindestsauerstoffaktivität zur Bildung von metallischem Kupfer aus Spurstein bei einer bestimmten Temperatur entspricht der obersten positiv ansteigenden Linie des Diagramms. In Gegenwart einer Eisensiltcatschlacke mit einer FeO-Aktivität (a_Fco) von 0,35 muß die Sauerstoffaktivität bei einer bestimmten Temperatur unterhalb der fallenden Geraden des Diagramms bleiben, wenn die Bildung von festem Magnetit verhindert werden soll. Die im Diagramm dargestellten Linien mit den verschiedenen FeS-Aktivitäten als Parameter entsprechen den aufeinanderfolgenden Stadien der Konvertierung, da die Kupferkonzentration des Steins mit abnehmender Eisensulfidkonzentration zunimmt Die für die armen Steine und armen Schlacken geltenden Bedingungen liegen unmittelbar über der Linie für die FeS-Aktivität von 1,0.

In der Fig.3 ist auch die Reversibilität der Konvertierung dargestellt:

FcS(sicin) + 1,5O2((i;.s)— FeO.SchUntc) + SO₂CaS)

Wenn die Sauerstoffaktivität durch ein entsprechendes Reduktionsmittel unterhalb der Gleichgewichtslinie für die Eisensulfidaktivität von 1 gehalten wird, reagiert gasförmiges Schwefeldioxid bei Atmosphärendruck mit den Oxiden von Eisen(II), Kupfer, Nickel und Kobalt in der Schlacke unter Bildung von NE enthaltenden Eisensulfiden, aiso unter Umkehr der normalen Konvertierung. Unter diesem Gesichtspunkt erscheint der im Rahmen der Beschreibung gewählte Ausdruck »Dekonvertierung« durchaus angemessen.

Nachstehend sind einige Beispiele für Dekonvertierungen unter Verwendung kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel und Schwefeldioxid zusammengestellt:

SO₂ +

+ 3 C^ FeS(s,ein) + 3 CO

SO₂ + FeOi&Macta; + 3 CO - FeS(S₁-) + 3 CO₃
SO₂ + Cu₂O(schi_acke) + 3 C — Cu₂S(s_1Cin) + 3 CO

Zur Einstellung der für die Dekonvertierung erforderlichen niedrigen Sauerstoffaktivität in der Schlacke muß die Eisen(IH)-oxidkonzentration in der Schlacke durch Einsatz eines Reduktionsmittels weitgehend gesenkt werden. Wenn beispielsweise bei 1350° C in der Schlacke eine Sauerstoffaktivität gefordert wird, die einem log (PcoJPco) von 0,5 entspricht, also unter der Gleichgewichtskurve für aFes = 1 in F i g. 3, muß der Eisen(III)-Anteil des Gesamteisens in der Schlacke weniger als 6% betragen.

Eine wesentliche Leistung der Erfindung liegt also darin, daß ein Verfahren zur fortschreitenden und gesteuerten Folge von Sauerstoffaktivitäten und Aktivitäten der übrigen Rcaktanion. d. h. also ein Verfahren zur !Einstellung steuerbarer und regelbarer Aktivitälsprofile geschaffen wird. Das Saucrsloffprofil reiehl also von den hohen Sauersloffaklivitiilcn, die zur Oxidation der ·> Hauptmasse des liisens und des Schwefels in der Beschickung zur Austragung eines reichen NE-Metallprodukts als Produkt am Konverterende des Konverters erforderlich sind, bis hin zu einem sehr niedrigen Wert der Sauerstoffaktivität, der am Schlackcnaustragscndc ίο des Reaktors erforderlich ist, an dein nur noch sehr geringe Melallkonzcntrationen enthaltende Schlacken ausgetragen werden.

Für die speziellen in der Fig.3 dargestellten Bedingungen und für die Betriebstemperatur von etwa is 1600" K (entsprechend 1327⁰C) beträgt der gesamte Bereich der einzustellenden und zu regelnden Saucrsloffaktivitäten, ausgedrückt als Verhältnis CO₂/CO, von etwa 100 :1 bis hinab zu 5 :1, entsprechend einem Sauerstoffaktivitätsbereich mit dem Faktor 400. Um einen so weiten Bereich der Sauerstoffaktivitäten in einem kontinuierlich und praktisch im stationären Zustand betriebenen Reaktor aufrechtzuerhalten, muß der Sauerstoff mit einem Druck eingeblasen werden, der über dem Druck liegt, der einen Verhältnis COVCO = 100 entspricht. Am anderen Ende der Skala muß ein Reduktionsmittel eingeblasen werden, das das Verhältnis CO₂/CO unterhalb 5 absenken kann. Wenn also die Gesamtheit der für den Beispielsfall der Kupferkonzentrataufbereitung erforderlichen Prozeßmaßnahmen berücksichtigt wird, erfordert die vollständige Verwirklichung des thermodynamischen Vcrfahrensmodclls die Aufrechlerhaltung. F'^stellung und wirksame Steuerung und Regelung einer Verteilung der Sauerstoffakiivitäten über die Längsachse des Konverters, dessen Muj5 ximum und Minimum um den Faktor 1000 voneinander unterschieden sind.

Die rein thermodynamische Eignung eines Gleichgewichtsmodells ist zwar für einen pyrometallurgischen Prozeß eine unerläßliche Voraussetzung, jedoch keine ausreichende Grundlage für die praktische kontinuierliche Durchführbarkeit desselben Verfahrens im Produktionsmaßstab.

Die Erfindung ist dementsprechend außerdem auf die stöchiometrischen und thermischen Abgleichungen unter den miteinander in Wechselwirkung stehenden festen, flüssigen und gasförmigen Materialströme im System gerichtet Zur Einstellung des erforderlichen Wärme- und Materialüberganges werden entsprechende Verweilzeiten und Flußbedingungen eingestellt Weiterhin sind die physikalisch-geometrischen Konfigurationen der Vorrichtung der Erfindung so angeordnet, daß sie einer wirksamen und optimal gesteuerten und geregelten Prozeßführung entgegenkommen. Durch die kombinierte Abstimmung dieser Maßnahmen können Konverter mit außerordentlich großer Kapazität eingesetzt werden, die beispielsweise in einer einzigen Einheil für den Durchsatz mehrerer tausend Tonnen fester Beschickung pro Tag ausgelegt sind. Die für die Einstellung der physikochemischen Prozeßparameter im Spezialfall erforderlichen Daten kann der Fachmann im Rahmen und im Umfang seiner üblichen Tätigkeit ohne unzumutbaren Aufwand der einschlägigen Literatur der letzten 20 Jahre, beispielsweise den Veröffentlichungen der Anmelderin, entnehmen.

Spezielle Konzentrate Die behandelten Konzentrate enthalten ausreichend

Eisen und Schwefel, um einer im wesentlichen autogenen Reaktion mit einem sauerstoffreichen Gas zugänglich zu sein. Typische und bevorzugte Analysen sind in den nachstehenden Beispielen angegeben.

Die sulfidische Beschickung kann auch als pelletisierlcs Naßkonzentrat mit beispielsweise 8% freier Feuchtigkeit aufgegeben werden. Weiterhin ist sogar die Aufgabe eines wäßrigen Konzentratschlamms mit beispielsweise 75% Feststoffgehalt möglich.

Die Erfindung kann besonders vorteilhaft zur Gewinnung von Nickel und Kobalt aus Pendlandit-Konzentraten eingesetzt werden. Die Konzentrate werden dabei nach der Erfindung im kontinuierlich betriebenen Sauerstoffkonverter unter Bildung eines Steins, der einen großen Anteil des im Konzentrat enthaltenen Nickels und Kobalts enthält, und einer Schlacke, die einen großen Anteil des Eisens enthält, sowie einem schwefeldioxidrcichen Gas umgesetzt Das Kobalt wird aus dem ausgetragenen geschmolzenen Stein zur getrennten Gewinnung abgetrennt. Zu diesem Zweck können die flüssigen Sulfide beispielsweise mit gasförmigem Chlor behandelt werden, wobei sich das leicht abtrennbare Kobaltchlorid bildet Alternativ dazu kann eine Lösungsmittelextraktion mit einer gemischten Salzschmelze aus Natriumchlorid und Nickelchlorid erfolgen.

Der so gereinigte geschmolzene Stein kann dann in einem Konverter mit Windzuführung von unten her zu metallischem Nickel oxidiert werden. Der verwendete Konverter ist vorzugsweise nichtdrehend, abgeschlossen und kippbar. Durch gasgeschützte Winddüsen wird technischer Sauerstoff durch den Stein bzw. das Metall von unten her, also unterhalb der Oberfläche der Schmelze, geblasen. Als Schutzgas während des Abschlußstadiums des Frischens dienen Kohlenwasserstoffe.

Weiterhin kann die Erfindung vorteilhaft zur Behandlung von Kupfer-Nickel- oder Kupronickelkonzentraten eingesetzt werden. Dabei wird als metallische Phase eine Kupfer-Nickel-Legierung abgezogen. Die Legierung kann durch wäßrige Chlorierung gelöst werden. Kupfer und Nickel können dann aus dieser Lösung durch Fxtraktion abgetrennt werden. Die reinen Melalie können aus den wäßrigen Extraktionsfraktionen elektrolytisch abgeschieden werden.

Bei der Konvertierung von Bleisulfidkonzentraten zu Blei wird vorzugsweise wie folgt verfahren: Die Bleikonzentrate werden kontinuierlich auf die Oberfläche des mit der Schlacke bedeckten Bltibades im Konverter der Erfindung geschüttet. Der Konverter wird kontinuierlich mit technischem Sauerstoff durch untergetauchte, fluidgeschützte Winddüsen beblasen. Dabei entsteht kontinuierlich eine praktisch zinkfreie Bleischmelze und ein schwefeldioxidreiches Gas. Die gebildete Schlacke wird kontinuierlich durch Einblasen eines kohlenstoffhaltigen Materials verblasen.

Dabei wird eine blei- und zinkarroe Schlacke erhalten. Das im Konverterabgas als Flugstaub mitgerissene Blei kann kontinuierlich rückgeführt werden.

Eine Reihe wichtiger Merkmale der Erfindung lassen sich weiterhin vorteilhaft auf die Herstellung von Kupfer, Nickel oder Kupronickel aus den praktisch eisenfreien Sulfiden anwenden. In die Sulfidschmelze wird unterhalb ihrer Oberfläche ein sauerstoffreiches Gas mit einem Sauerstoffgehalt eingeblasen, der rür die Aufrechterhaltung einer autogenen Konversion der Sulfide zu den Metallen ausreicht. Das Gas wird dabei durch über dem jeweiligen Profil entsprechend verteilte, fluidgeschützte Düsen durch das Bad geblasen. Die Düsen erstrecken sich durch das feuerfeste Fu _tter des Konverters hindurch und öffnen sich im unteren Teil des Konverters unterhalb der Oberfläche der Schmelze in das Konverterinnere. Durch einen wirksamen Zwischenphasenkontakt wird im Bad eine pneumatische Turbulenz eingestellt und aufrechterhalten. Die Gasdurchflußleistungen werden so gesteuert daß die Badtemperatur auf einem gleichmäßigen Sollwert gehalten wird. Die Temperatur muß dabei so bemessen sein, daß eine hohe

ίο Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Sauerstoff und dem Schwefel erzielt wird. Die Menge des umgesetzten Sauerstoffs muß etwa der zur Umwandlung praktisch des gesamten Schwefels im Bad zu Schwefeldioxid erforderlichen stöchiometrischen Menge entsprechen. Als Schutzfluid für die Sauerstoffeinblasdüsen dienen vorzugsweise Schwefeldioxid, Wasser oder ein Gemisch aus Schwefeldioxid und Wasser. Dieses Schutzfluid wird bis zu einem Schwefelgehalt im Bad von unterhalb etwa 5% eingesetzt Anschließend kann statt dessen ein Kohlenwasserstoffgas als Schutzfluid für den Rest des Frischens eingesetzt werden.

Gase

Unter dem Terminus »technischer Sauerstoff« wird ein Gas versta kden, das in der Regel über 90% freien Sauerstoff enthält Der Einsatz eines solchen technischen Sauerstoffs ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt Die Verwendung eines solchen Sauerstoffs ermöglicht die Bildung eines schwefeldioxidreichen Gases. Außerdem können höhere Betriebstemperaturen als üblich eingestellt werden. Infolge dieser Maßnahmen werden kinetische Vorteile und Betriebsvorteile erzielt Hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und eine gute Regelung der Stein- und Schlackenfluidität sind möglich. Dazu ist jedoch in der beschriebenen Weise der Schutz der aus Metall bestehenden Einblasdüsen bzw. Bodenlanzen und des umgebenden Futters vor den erhöhten Temperaturen erforderlich. Mit einer Reihe von Konzentraten kann das autogene Verfahren auch mit einer mit Sauerstoff angereicherten Luft durchgeführt werden. Der Sauerstoffgehalt kann dabei bis auf nur 40% absinken. Die damit erfolgende Einführung großer Stickstoffmengen in das System kann jedoch zu unerwünschten Emissionsproblemen führen. Das insgesamt eingestellte Sauerstoffniveau liegt jedoch über dem von herkömmlichen Pierce-Smith-Konvertern tolerierten Sauerstoffniveau. Der wichtigste Nachteil dieser herkömmlichen Konverter liegt in ihrer Anfälligkeit vor einer Überoxidation

und Überheizung im Bereich der Einblasdüsen. Weiterhin wird in diesen Konvertern ein nur relativ geringer Zwischenphasenkontakt erzielt. Die Temperatur- und Sauerstoffaktivitätsverteilung lassen sich schlecht steuern.

Das im Konverter erzeugte Konverterabgas enthält normalerweise auf Trockenbasis über 70%, vorzugsweise über 80%, Schwefeldioxid und praktisch keine Stickoxide. Das Konverterabgas wird durch Dampferzeuger zur Energiegewinnung geleitet Es wird anschließend praktisch vollständig entstaubt. Dabei kann praktisch das gesamte aufgefangene Metall, beispielsweise Kupfer, Nickel oder Blei in den Prozeß rückgeführt werden. Das in die Konvertierung eingeblasene Schwefeldioxid ist: vorzugsweise rückgeführtes Konverterabgas.

Die als Schutzfluid oder zu anderen Zwecken zugesetzte Schwefeldioxidmenge beträgt typischerweise etwa Null bis etwa 150 Vol.-%, bezogen auf Sauerstoff und Standardnormalbedingungen (0°C; 1 at).

15
Beispiel 1

1000 metrische Tonnen pro Tag eines Kupfcrsulfidkonzentrats mit 28% Kupfer, 28% Eisen, 30% Schwefel, 7% Siliciumdioxid (auf Trockenbasis) und 1% Wasser werden kontinuierlich in einen Konverter der in F i g. 1 gezeigten Art aufgegeben, der bei etwa 6 m Durchmesser 36 m lang ist. Diese Beschickung wird bei etwa 1330⁰C in der Gasphase konvertiert Der Zuschlag wird mit einem Durchsatz von 3201 je Tag aufgegeben. Er enthält 78% SiO₂ (auf Trockenbasis) und 5% Wasser. Technischer Sauerstoff, der zu 98% aus O₂ und zu 2% aus Argon besteht, wird in einer Menge von 2801 pro Tag eingeblasen. Sowohl die Sauerstoff- als auch die Konzentratdurchsatzleistung werden genauestens an den verschiedenen Zerstäuberschnecken überwacht und geregelt Das Verhältnis des dem Konzentrat zugemischten Sauerstoffs nimmt stufenweise von einem Minimum an der der Schlackenreinigung nächstgelegenen Beschickungsöffnung bis zu einem Maximum an der dem Kupfererzeugungsbereich nächstgelegenen Beschickungsöffnung zu. Zu Zwecken der Temperatursteuerung wird zusätzlich Wasser in einer Menge von 50 t pro Tag in die Konverteratmosphäre eingeführt. Der unter diesen Bedingungen erzeugte Stein wird in geregelten Abstufungen bei etwa 1330⁰C durch Einblasen von 135 t pro Tag an technischem Sauerstoff und 320 t pro Tag an Schwefeldioxid als umgebendes Schutzgas gefrischt Der Stein wird fortschreitend und in einer geregelten Stufenfolge zu metallischem Kupfer oxidiert 284 t pro Tag Rohkupfer mit 98% Kupfer, 0,1 % Eisen und 1 % Schwefel werden kontinuierlich ausgetragen. Das so erhaltene Produkt enthält etwa 99% des im Sulfidkonzentrat der Beschickung dem Konverter zugeführten Kupfers.

Die bei diesen Prozessen gebildete Schlacke wird bei etwa 1330⁰C durch Einblasen von 43 t pro Tag eines Gemisches subbituminöser Kohle (Braunkohle), trockenem Schwefeldioxid und Sauerstoff im Gewichtsverhältnis von etwa 3,5 :3 :1 gereinigt Begleitend wird die Schlacke durch Berieselung mit Eisensulfid in einer Menge von 25 t pro Tag gewaschen. Die Schlacke wird anschließend in einer Absetzzone beruhigt. Danach wird sie kontinuierlich mit einem Durchsatz von 8001 pro Tag ausgetragen. Der Ausgangsstrom weist eine Analyse von 0,2% Kupfer, 35% Eisen und 40% SiO₂ auf. Dieses Produkt enthält praktisch das gesamte Eisen der Sulfidkonzentrate der Beschickung. Das bei der Konvertierung gebildete Gas wird kontinuierlich mit einer Temperatur von etwa 1330⁰C und mit einem Durchsatz von 6451 pro Tag abgezogen. Die Analyse des Abgases weist auf Trockenbasis 88% SO₂. 9% CO₂, 2% Ar und 1% O₂ aus. Dieses Produkt enthält über 90% des mit den Sulfidkonzentraten in den Konverter aufgegebenen Schwefels. Das Abgas ist praktisch vollständig stickoxidfrei. Das heiße Abgas wird durch Abhitzekessel und Krafterzeugungsanlagen geführt. Anschließend wird entstaubt: beispielsweise in elektrostatischen Abscheidern, Rieseltürmen und bzw. oder Beutelfiltern. Geregelte Anteile des aufgefangenen feinverteilten Feststoffes und des gereinigten Gases werden zur Weiterverarbeitung und zur freien Verfügung abgezweigt. Das Restmaterial wird dem Konverter wieder zugeführt.

Beispiel 2

Ein Pentlanditkonzentrat mit 15% Nickel, 0,6% Kobalt, 40% Eisen, 30% Schwefel und 10% Siliciumdioxid wird im Konverter kontinuierlich zu einem Stein der über 65% Nickel, entsprechend einer Ausbeule von über 95% des Nickels in der Beschickung, und über 75% des in der Beschickung enthaltenen Kobdts, zu einer Schlacke, die über 95% des im Konzentrat enthaltenen Eisens enthält und zu einem Abgas mit über 75% SO₂ auf Trockenbasis, entsprechend über 75% des mit der Beschickung aufgegebenen Schwefels umgesetzt. Das Kobalt wird aus dem ausgctragencn geschmolzenen

ίο Stein zur gesonderten Gewinnung abgetrennt Es wird dabei in an sich bekannter Weise in das Chlorid überführt Dazu können die flüssigen Sulfide beispielsweise mit gasförmigem Chlor, umgesetzt oder mit einem Lösungsmittel extrahiert werden, als Extraktionsmittel dient vorzugsweise eine Schmelze eines Gemisches aus Natriumchlorid und Nickelchlorid. Gegebenenfalls wird der so gereinigte Stein anschließend zu metallischen Nickel gefrischt Dazu wird ein nichtdrehbarer Konverter mit Windzuführung vom Boden her eingesetzt. Der Konverter ist gasdicht verschlossen und kippbar. Die Winddüsen sind durch Schutzgasspülung geschützt. Eingeblasen wird technischer Sauerstoff unterhalb der Oberfläche der Schmelze. Die cingeblasencn Gase steigen durch die Stein- oder Metallschmelze aufwärts. Als Schutzgas dient während der letzten Stadien des Frischens ein gasförmiger Kohlenwasserstoff.

Der nickelreiche Stein kann in der verschiedensten Weise weiterverarbeitet werden. Er enthält vorzugsweise 65% Nickel und weniger als 5% Eisen. Das Kobait ist praktisch vollständig abgetrennt. Das aus einem solchen Stein erhaltene Rohnickel enthält weniger als 5% Schwefel und weniger als 1 % Eisen.

Beispiel 3

Ein Kupfer-Nickel-Konzentrat mit 16% Kupfer, 4% Nickel, 32% Eisen, 27% Schwefel und 10% Siliciumdioxid wird kontinuierlich in einem Sauerstoffkonverter der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Art behandelt. Dabei wird (a) eine metallische Kupfer-Nickel-Legierung mit zusammen über 98% Kupfer und Nickel und zusammen weniger als 2% Eisen und Schwefel, entsprechend einer gemeinsamen Ausbeute von Kupfer und Nickel von über 98%, (b) eine Schlacke, die über 98% des in den Sulfidkonzentraten enthaltenen Eisens enthält, und (c) ein Abgas erhalten, das über 80% Schwefeldioxid (auf Trockenbasis), entsprechend über 90% des in den SuI-fidkonzcnlralen dem Konverter zugeführten Schwefels, enthält. Nur wenn der Kupferanlcil im Konzentrat über etwa 70% des kombinierten Kupfer-Nickel-Gchalts beträgt, scheidet sich eine metallische Phase aus dem Stein ab und sinkt während der Konvertierung unter die Steinschicht ab.
Das erhaltene Produkt, die metallische Kupfer-Nikkel-Legierung, wird durch wäßrige Chlorierung gelöst. Die gelösten Metallchloride werden zur Trennung des Kupfers und Nickels einer Lösungsmittelextraktion unterzogen. Reines Kupfer und reines Nickel werden elektrolytisch aus den wäßrigen Extrakten abgeschieden.

Beispiel 4

Ein Bleikonzenlrat mit 72% Blei, 3% Zink und 17% Schwefel wird mit Zuschlagen kontinuierlich einem Konverter zugeführt. Die Aufgabe erfolgt in Form von Blciglan/.körnchen mit einem Durchmesser von vorzugsweise mindestens 4,76 mm. Dadurch wird eine Suspension der Beschickung in der Gasphase oder in der

17

j! Schlacke vermieden. Die Beschickung wird auf die

ά Oberfläche der mit der Schlacke, bedeckten Bleischmel-

fe ze geschüttet In den Konverter wird von unten her

I durch fluidgeschützter Einblasdüsen Sauerstoff einge- If blasen. Als Produkt werden praktisch zinkfreie Bleibar- 5

jjj ren mit über 95% Blei und weniger als 1% Schwefel

'ti erhalten. Bezogen auf die Beschickung beträgt die Blei-

% ausbeute über 95%. Das Abgas enthält über 70%

I Schwefeldioxid (auf Trockenbasis), entsprechend über

! 90% des mit den Konzentraten aufgegebenen Schwe- 10

if fels. Die erzeugte Schlacke wird kontinuierlich durch

I Kohleinjektion im Konverter verblasen. Dabei werden

U. Blei und Zink gewonnen. Das aus dem Abgasstaub ab-

[| geschiedene Blei wird dem Konverter wieder zugeführt

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Kupfer Nickel, Kobalt und Blei oder deren Mischungen aus ihren Sulfidkonzentraten, gekennzeichne t d u r c h die Kombination folgender teilweise bekannter Merkmale: