DE2522662A1

DE2522662A1 - Verfahren zur kontinuierlichen raffination von verunreinigtem kupfer in der schmelzphase

Info

Publication number: DE2522662A1
Application number: DE19752522662
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Melcher; Horst Dipl Ing Weigel; Wolfgang Prof Dr Ing Wuth
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-05-22
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1976-12-09
Also published as: HU173746B; AU1424676A; CA1078627A; FI761419A; AU507053B2; JPS58174533A; JPS51141714A; FI66912C; GB1525786A; BE841926R; PL108871B1; FI66912B; YU120276A; JPS6123249B2; ZM5876A1

Description

Anlage zum Patentgesuch der H 75/22

Klöckner-Humboldt-Deutz AG Gr/La

vom 12. Mai 1975

Verfahren zur kontinuierlichen Raffination von verunreinigtem Kupfer in der Schmelzphase.

Zusatz zu Patent 2 061 388

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen

vonj

Raffination'^verunreinigtem Kupfer in der Schmelzphase, gemäß Patent 2 061 388, wobei das schmelzflüssige Kupfer in einem Behandlungsraum durch mehrere Reaktionszonen im Gegenstrom zu den Heizgasen hindurchgeleitet und dabei von Verunreinigungen befreit wird, und wobei der - in Durchlaufrichtung der Schmelze - letzten Reaktionszone Brennstoff und sauerstoffhaltiges Primärgas in einem unterstöchiometrischen Verhältnis zugeführt werden, durch deren Verbrennung unter Sauerstoffmangel ein reduzierendes Heizgas entsteht, und wobei ferner in den vor der letzten Reaktionszone befindlichen Zonen eine Nachverbrennung des noch unverbrannt im Heizgas mitgeführten Brennstoffes durch zusätzliche Zufuhr von sauerstoffhaitigem Sekundärgas herbeigeführt wird. Das Patent 2 061 388 stellt einen leistungsfähigen, kontinuierlichen Prozeß für die Raffination von verunreinigtem

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ORIGINAL INSPECTED

Kupfer in der Schmelzphase unter Schutz.

Der mit diesem Prozeß erzielte technische und wirtschaftliche Fortschritt fordert zu einer weiteren Vervollkommnung durch Optimierung in Richtung einer vollautomatischen Prozeßsteuerung geradezu heraus. Dieser noch weitergehenden Verbesserung des Kupfer-Raffinationsverfahrens standen aber bisher die Schwierigkeiten einer exakten, zumindest quantitativen Beherrschung der Wärme- und Stoffaustauschvorgänge im Reaktionsmechanismus Gasphase/Metallschmelze entgegen.

Um eine solche Beherrschung der Reaktions-Mechanismen in quantitativer Hinsicht möglich zu machen, bedarf es nämlich der Schaffung und Aufrechterhaltung kontrollierbarer und reproduzierbarer, auf jeden Fall aber erzwungener Konvektions- und Stoffaustauschverhältnisse zwischen dem Reaktionsgas und der schmelzflüssigen Phase Kupfer/Schlacke. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es nun, das Kupferraffinationsverfahren nach dem deutschen Patent 2 061 388 insowofte qualitativer als auch quantitativer Hinsicht durch steuerbare Reaktionsabläufe zu verbessern.

Hierfür schlägt die Erfindung vor, daß die Zufuhr zumindest des Sekundärgases in einer solchen ¥eise vorgenommen wird, daß es zuerst als Reaktionsgas mit der schaelzflüssigen Phase des Metallbades (11) in einen den definierten Stoffübergang in dieses Metallbad (11) bewirkenden Kontakt und erst anschließend zur Verbrennung mit dem Heizgas gebracht

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Als eine besonders wirkungsvolle Maßnahme hat sich dabei

dwrchj herausgestellt, daß das Sekundärgas')^rännähernd senkrechtes Aufblasen in Form von mindestens einem durch eine Beschleunigungsdüse (20) gebündelten, energiereichen Gasstrahl (21) auf die im wesentlichen blanke Oberfläche (10) des Metallbades (11) mit dieser in einen den definierten Stoff übergang vom Gas zum Metallbad (11) bewirkenden Kontakt gebracht wird, bevor es mit dem brennstoffhaltigen Heizgas verbrannt wird.

Diese Maßnahme ist im Zusammenhang mit der Erfindung deshalb von so großer Bedeutung, weil der Gasstrahl (21) unter Abdrängung der aufschwimmenden Schlackenschicht (12) mit dem Metallbad (11) in einen erzwungenen und in der Stromdichte regelbaren Kontakt gebracht wird, wobei in dem durch den Gasstrahl (21) im Staupunkt erzwungenen Konvektionsfeld (2/?) des flüssigen Metalles (11) ein sehr rapider und dadurch steuerbarer Stoffwechsel erfolgt. Um diesen Vorgang noch weiter zu optimieren, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das Sekundärgas mit so großer Strahlkraft aufgeblasen wird, daß die im wesentlichen torusartig um den im Staupunkt (Ά(?) des Strahls (21) befindlichen Blaseindruck (24) rotierende Schichtenströmung (2?) der Schmelze, zusammen mit dem Gasstrahl (21), eine durch die konvektiven Verhältnisse des Systems begrenzte Reaktionseinheit mit definiertem Stoffübergang ergibt.

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Durch diese Maßnahme ergeben sich optimale, besonders schnelle und infolge ihrer durch definierte Energie erzwungenen Größenordnung einer Verfahrensregelung zugängliche, definierbare Reaktionsabläufe.

¥eil nunmehr die Reaktion des flüssigen Kupfers mit den Reaktionsgasen im wesentlichen im Bereich der vom Gasstau verursachten Eindruckstelle des Bades erfolgt, die Größe der Fläche an der Eindruckstelle aber messbar und deshalb einstellbar und definierbar ist, erhält man die Möglichkeit, die Stoffübergangsverhältnisse quantitativ zu steuern. Hierin liegt der weitere Vorteil der Erfindung gegenüber dem Bekannten, nämlich in der Möglichkeit einer programmierbaren Steuerung des Kupferraffinationsprozesses. Dabei sollte zur Verhinderung von .Störeinflüssen, wie sie z.B. bei zu heftiger Badbewegung eintreten würden, dafür gesorgt werden, daß das Bad nicht zum "Spritzen" gebracht wird. Denn erstens würde dadurch das eingestellte Gleichgewicht der Reaktion und damit der Regelzustand gestört, und andererseits würde es zumindest örtlich zur Überoxidation unter Bildung von Kupferoxydul kommen. Beides ist unerwünscht.

Eine letzte Maßnahme des erfinderischen Verfahrens sieht daher vor, daß die Strahlkraft und der Abstand der Düsenmündung (25) von der Badoberfläche (i"7) je. nach Art der verwendeten Reaktionsgase so eingestellt werden, daß das Metallbad gerade nicht spritzt.

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'.veitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der V.vl'.xndung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der in einer Zeichnung dargestellten Ofenanlage zur kontinuierlichen Raffination von verunreinigtem Kupfer.

Fig. 1 stellt einen P.affinationsofen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung im Schnitt dar.

Fig. 2 gibt die Mündung einer Düsenlanze mit

dem austretenden Gasstrahl auf das darunter befindliche Kupferschmelzbad mit Schlackenschicht in perspektivischer Darstellung wieder.

Fig. 1 zeigt einen rechteckigen Schmelzofen 1, welcher durch Trennwände 2,3,4 in drei wannenförmige Reaktionszonen 5,6,7 unterteilt ist. In der Trennwand 2 befindet sich eine Durchflußrinne 9 für das schmelzflussige Kupfer. In der Reaktionszone 6 erkennt man den Badspiegel 10, darunter das flüssige Kupferbad 11, darüber die Schlackenschicht 12. Eine Öffnung 13 in der Ofenwand dient zum Abziehen der Schlacke 12 aus der oxidierenden Raffinations-Reaktionszone 6. In Fließrichtung des bei 14 flüssig in den Ofen 1 eingegebenen und bei 15 nach der Reinigung den Ofen 1 verlassenden Kupfers sorgt am Abflußende der Reaktionszone 6 eine Schwelle 8 für den Rückhalt der Schlacke.

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Das flüssige Kupfer passiert diese Schwelle 8 durch den unter dem Badspiegel 10 vorgesehenen Durchfluß 16. Eine verschließbare Öffnung 17 in der Ofenwand der Reaktionszone 5 dient sowohl der Revision als auch der Zufuhr von Feststoffen, z.B. Kupfererzkonzentrat und/oder Brennstoff. Das Abgas verläßt den Ofen 1 durch den Kamin 19. Zur Beheizung ist an der abflußseitigen Stirnwand 18 ein Brenner 36 angeordnet. Beim Betrieb wird dem Ofen 1 flüssiges Rohkupfer bei 14 und/oder Kupfererzkonzentrat und Brennstoff bei 17 aufgegeben. In der Zone 5 erfolgt die Aufheizung des Gutes auf eine für die nachfolgende Raffination zweckentsprechende Behandlungstemperatur. In der Zone 6 wird durch die Düsenlanze 20 sauerstoffhaltiges Reaktionsgas in einem gebündelten, energiereichen Gasstrahl auf die Badoberfläche 10 des schmelzflüssigen Kupfers 11 aufgeblasen. Zur Regelung der Blas- und damit der Strahlenergie dient ein Drosselventil 22 am Kopf 23 der Düsenlanze 20. Man erkennt deutlich den Blaseindruck 24 in der Oberfläche 10 des Kupferbades 11. Dieser Blaseindruck hat die Form einer concaven Schüssel. An seinen Rändern drückt der Stau-druck des umgelenkten Gasstrahles 21 die Schlackenschicht 12 vom Schmelzbad 11 des Kupfers zur Seite. Diese Erscheinung ist in Fig. 2 nach Beobachtungen aus Versuchen zeichnerisch vergrößert wiedergegeben.

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Man erkennt die Mündung 23 der Düsenlanze 20, aus welcher ein Gasstrahl 21 herausschießt und mit groi3er Energie auf die Schlackenschicht 12 oberhalb des Schmelzbades trifft. Durch den 3tau des Gasstrahles 21 im Umlenkbe-

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reich^wird die ,Schlackenschicht 12 zurückgedrängt und es bildet sich auf der blanken Oberfläche des Schmelzbades 11 ein "Auge" 28, unter welchem ein schüsseiförmig concaver Eindruck 24, angedeutet durch den Linienzug A-B, im Schmelzbad des Metalles 11 entsteht. Das umgelenkte Gas strömt bei 29 in den umgebenden Raum zurück. Im Kontakt mit dem Gasstrahl 21 und durch dessen Schleppkräfte angeregt, sowie unter dem Einfluß des Auftriebes am R:.nd des Blaseindruckes 24 in der Schmelze 11 entsteht eine kräftige Badturbulenz in Form einer torusartigen Strömungszone, angedeutet durch die 3trömungs-Richtungsvektoren 27.

In Fig. 1 erkennt man schließlich noch im Reaktionsraum eine weitere Düsenlanze 30 zum Einblasen von Reaktionsgas auf das Kupferbad. Diese Düsenlanze 30 weist an ihrem Kopf 31 zwei Anschlüsse 32 und 33 auf, von welchen der eine, 32, für ein Trägergas und der andere, 33, für die Zugabe von Brennstoff, z.B. Dieselöl, Erdgas, Propan, Kohlenstaub o.a. vorgesehen ist. Drosselventile 34 und 35 sorgen für Einstellbarkeit des Druckes, und damit der Energie und Stromdichte des Gasstrahles.

Patentansprüche 6098 5 0/0394

Claims

~s~ 2522682 Patentansprüche

1. Verfahren zur kontinuierlichen Raffination von Kupfer in der Schmelzphase gemäß Patent 2 061 388, wobei das schmelzflüssige Kupfer in einem Behandlungsraum durch mehrere Reaktionszonen im Gegenstrom zu den Heizgasen hindurchgeleitet und dabei von Verunreinigungen befreit wird, und wobei der - in Durchlaufrichtung der Schmelze letzten Reaktionszone Brennstoff und sauerstoffhaltiges Primärgas in einem unterstöchiometrischen Verhältnis zugeführt werden, durch deren Verbrennung unter Sauerstoffmangel ein reduzierendes Heizgas entsteht, und wobei ferner in den vor der letzten Reaktionszone befindlichen Zonen eine Nachverbrennung des noch unverbrannt im Heizgas mitgeführten Brennstoffes durch zusätzliche Zufuhr von sauerstoffhaltigem Sekundärgas herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr zumindest des Sekundärgases in einer solchen Weise vorgenommen wird, daß es zuerst als Reaktionsgas mit der schmelzflüssigen Phase des Metallbades(11) in einen den definierten Stoffübergang in dieses Metallbad Π1) bewirkenden Kontakt und erst anschließend zur Verbrennung mit dem Heizgas gebracht wird.

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2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärgas durch annähernd senkrechtes Aufblasen in Form von mindestens einem durch eine BeschleunigungsdU.se (20) gebündelten, energiereichen Gasstrahl (21) auf die im wesentlichen blanke Oberfläche (10) des Metallbades (11) mit dieser in einen den definierten Gtoffübergang vom Gas zum Metallbad (11) bewirkenden Kontakt gebracht wird, bevor es mit dem brennstoffhaltigen Heizgas verbrannt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gekundärgas mit so großer Strahlkraft aufgeblasen wird, daß die im wesentlichen torusartig um den im Staupunkt (26) des Strahls (21) befindlichen Blaseindruck (24) rotierende Schichtenströmung (27) der Schmelze, zusammen mit dem Gasstrahl (21), eine durch die konvektiven Verhältnisse des Systems begrenzte Reaktionseinheit mit definiertem Stoffübergang ergibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlkraft und der Abstand der Düsenmündung (25) von der Badoberfläche (11) je nach Art der verwendeten Reaktionsgase so eingestellt werden, daß das Metallbad (11) gerade nicht spritzt.

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