DE2618929A1

DE2618929A1 - Verfahren zur herstellung von rohkupfer aus einem kupfer-eisensulfidkonzentrat

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Publication number: DE2618929A1
Application number: DE19762618929
Authority: DE
Inventors: Dominic C Cusanelli; William R Opie; Harold P Rajcevic
Original assignee: Amax Inc
Current assignee: Cyprus Amax Minerals Co
Priority date: 1975-05-30
Filing date: 1976-04-29
Publication date: 1976-12-09
Also published as: DE2618929B2; AU1213976A; ZA761642B; US4006010A; BE842351A; DE2618929C3; CA1073215A; AU497287B2; US4072507A

Description

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. Wolff H.Bartels

Dipl.-Chem. Dr. Brandes Dr.-lng.Held . Dipl.-Phys. Wolff

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27. April 1976 25/93 Reg.Nr. 124 976

Amax Inc., Amax Center, Greenwich, Connecticut, U.S.A.

Verfahren zur Herstellung von Rohkupfer aus einem Kupfer-Eisensulfidkonzentrat

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Verfahren zur Herstellung von Rohkupfer aus einem Kupfer-Eisensulfidkonzentrat.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohkupfer (blister copper) aus einem Kupfer-Eisensulfidkonzentrat mit etwa 15 bis 45 Gew.-⁰O Cu, etwa 15 bis 40 Gew.-I Fe und etwa 20 bis 45 Gew.-i. S sowie einem Gesarctgehalt an Cu, Fe und S von mindestens 85 Gew.-I, wobei der R.est des Konzentrates aus Gangart und/oder anderen Metallen besteht.

Bei den zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeigneten Kupfer-Eisensulfidkonzentraten kann es sich um Konzentrate des verschiedensten Ursprunges handeln, z.B. Schwefel enthaltende Zwischenprodukte, die bei der Flotation von sulfidischen Mineralien anfallen sowie um Schwefel enthaltende Produkte, die bei der Lech-Verhüttung gewonnen werden.

Es ist allgemein bekannt, Kupfer durch pyrometallurgische Extraktion aus Kupfersulfiden zu gewinnen. Ein übliches bekanntes Verfahren der Kupfergewinnung besteht darin, zunächst aus dem Kupfersulfiderz ein Konzentrat herzustellen, das außer Kupfersulfid Eisen enthält, und zwar beispielsweise durch Flotation, um den Kupfergehalt zu erhöhen. Das Konzentrat .wird dann zwecks Entfernung einer wesentlichen Schwefelmenge teilweise abgeröstet, worauf das teilweise abgeröstete Konzentrat„mit ungeröstetem Konzentrat vermischt wird. Nach Zusatz von Schlacke bildenden Bestandteilen wird das Gemisch dann in einem ,'Flamm- oder Reverberierofen unter Erzeugung eines Kupfer-Eisensulfidsteines mit vergleichsweise hohem Kupfergehalt aufgeschmolzen.

Der bei diesem Verfahren anfallende Kupfer-Eisensulfidstein wird im geschmolzenen Zustand in einen Konverter überführt, beispielsweise vom Peirce-Smith-Typ, in dem durch den aufgeschmolzenen Stein mittels Düsen Luft eingehlasen wird, wobei der Schwefel und das Eisen oxidiert werden und ein sogenanntes weißes Metall mit oder aus Kupfersulfid, Cu₂S erzeugt wird. Die durch das Einblasen von Luft erzeugte Schlacke, die im wesentlichen aus Siliciumdioxid

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und Eisenoxid besteht, wird dann aus dem Konverter entfernt, worauf das weiße Metall (Cu₂S) zu Rohkupfer (blister copper) verblasen wird, das anschließend raffiniert wird, beispielsweise in einem Anodenofen, worauf das teilweise raffinierte Kupfer zu Anoden gegossen wird, die dann auf elektrolytischem Wege aufgearbeitet werden.

In den vergangenen Jahren hat die Gefahr der Umweltverschmutzung, insbesondere der Luftverschmutzung, durch die Erzeugung von SO-bei der- Aufarbeitung von Kupfererzen ständig zugenommen. Versuche, die Luftverschmutzung dadurch zu vermeiden oder zu vermindern, daß sämtliches SO₂ in Schwefelsäure überführt wird, haben sich aus ökonomischen Gründen als nicht attraktiv genug erwiesen. Bei der Erzeugung von Schwefelsäure nach dem sogenannten Kontakt-Absorptionsverfahren ist es bekanntlich zur Erzielung einer optimalen Wirtschaftlichkeit wünschenswert, daß die zur Durchführung des Verfahrens benötigten Röstgase dauernd mindestens 7 oder 8 Volumen-! SO₉ enthalten. Bei dem erwähnten Kupfergewinnungsverfahren schwankt demgegenüber der S0₉-Gehalt der Konverter-Abgase beträchtlich, während der SO^-Gehalt der Abgase der ; -,FJLämm- oder Reverberieröfen vergleichsweise gering ist und normalerweise nur 1 bis 3,5 % beträgt, was für die Erzeugung von Schwefelsäure zu gering ist. Beim autogenen Schmelzen von Sulfidkonzentraten treten ähnliche Probleme auf.

Ein grundlegender Nachteil der beschriebenen Verfahren, bei denen Sulfidkonzentrate aufgeschmolzen werden, besteht darin, daß das Aufschmelzen von Sulfidsteinen zur Erzeugung von Röstgasen führt, deren SO^-Gehalt sehr unterschiedlich ist. Dies gilt für übliche '.cHamm- bzw. Reverberieröfen wie auch für die in jüngerer Zeit entwickelten verbesserten "Flash-Aufschmelz"-Verfahren, wie sie insbesondere in Finnland und Japan durchgeführt werden, wie auch schließlich für das elektrische Aufschmelzen von Sulfidsteinen.

Ein weiterer Nachteil der erwähnten bekannten Verfahren besteht

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darin, daß diese Verfahren ausgehend von einem Sulfidkonzentrat über die Bildung eines Kupfersulfidsteines und die Verarbeitung desselben in einem Konverter unter Erzeugung von Rohkupfer sehr zeitaufwendig sind, wodurch die Kosten des Verfahrensproduktes erhöht werden.

Es sind des weiteren verschiedene andere Methoden zur Gewinnung von Kupfer bekannt geworden, beispielsweise aus Chalcopyrit, welche das Aufschmelzen von Kupfersulfidsteinen und die nachfolgenden Hochtemperatur-Aufarbeitungsstufen umgehen.

Aus Schnabel's "Handbook of Metallurgy", Band 1, 19 21, Seite 21, Verlag McMillan & Co. ist beispielsweise ein Verfahren zur Gewinnung von Kupfer aus Chalcopyrit bekannt, bei dem Kupfer-Eisensulfid zunächst unter Entfernung von Schwefel und Bildung von Kupfer- und Eisenoxiden abgeröstet wird. Es wird dann angegeben, daß es durch Aufschmelzen der Oxide mit Kohle und Siliciumdioxid möglich sein würde, das Eisen durch Reduktion in den Ferrozustand zu überführen und dieses reduzierte Eisen mit der Kieselsäure unter Erzeugung einer Schlacke umzusetzen, während das Kupferoxid selektiv zu metallischem Kupfer reduziert werden könnte. Weiterhin wird in der Literaturstelle jedoch angegeben, daß ein derart einfaches Verfahren zu einem unreinen Kupfer führen würde mit einem wesentlichen Anteil an Eisen, das mit dem Kupfer reduziert wurde sowie ferner nachteiligen Mengen an metallischen Verunreinigungen, wie beispielsweise Arsen und Antimon, abgesehen von beträchtlichen Verlusten an Kupfer, die mit der Schlacke verloren gehen würden. Die Nachteile dieses Verfahrens sind somit ganz offensichtlich und brauchen daher nicht weiter diskutiert zu werden.

Aus der DT-PS 855 770 ist des weiteren ein Verfahren zum Aufschmelzen von Kupfersulfidkonzentraten unter Erzeugung von Rohkupfer bekannt, bei dem das zur Durchführung des Verfahrens verwendete Konzentrat zunächst bis zu einem Schwefelgehalt von bis zu 5 % kalziniert wird, worauf Schlackenbildner und eine bestimmte Menge von Kohle zugesetzt werden, worauf diese Mischung in einem elektrischen Ofen aufgeschmolzen wird. Ein wesentliches Merkmal

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dieses bekannten Verfahrens besteht in der Überwachung des Kohlenstoffgehaltes sowie in der Beibehaltung eines ausreichenden Schwefelgehaltes in der aufzuschmelzenden Charge unter Erzeugung einer dünnen Sulfidsteinschicht zwischen dem aufgeschmolzenen Kupfer und der- Schlacke, um zu vermeiden, daß zu viel Kupfer mit der Schlacke verloren geht.

Zusammenfassend ergibt sich, daß die bisher bekannt gewordenen Alternativ-Vorschläge zur Gewinnung von Rohkupfer aus Kupfer-Eisensulfidkonzentraten entweder zu einer wesentlichen Reduktion von Eisen führen, das sich mitdem Kupfer unter Bildung von sogenanntem schwarzem Kupfer umsetzt, das weiter aufgearbeitet werden muß und/oder daß ein wesentlicher Kupferverlust dadurch auftritt, daß Kupfer mit der Schlacke verloren geht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches, Umwelt freundliches Verfahren zur Erzeugung von Rohkupfer (blister copper) mit vergleichsweise geringem Eisengehalt aus Kupfer-Eisensulfidkonzentraten anzugeben, bei dem das Ausgangsmaterial zunächst abgeröstet wird, unter Überführung des Kupfer-Eisensulfides in ein stabiles Kupferferrit und bei dem die Hauptmenge des Schwefels oder praktisch sämtlicher Schwefel für eine nachfolgende Verarbeitung entfernt wird und dadurch der Ausstoß weiterer SO^-Mengen in nachfolgenden Verfahrensstufen vermieden wird. Dabei sollte ein Rohkupfer von vergleichsweise geringem Eisengehalt erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist, das Kupfer von Kupfer-Eisenoxid-Röstprodukten oder Kalzinierungsprodukten selektiv zu reduzieren, und war unter Erzeugung von Rohkupfer (blister copper), ohne daß dabei Eisenoxid in unerwünschten iMengen mit reduziert wird und sich mit Kupfer vereinigt. Wie sich aus der Diskussion des Standes der Technik ergibt, hat man bisher davon abgesehen, Röstgut oder Kalzinierungsprodukte mit sowohl Eisen und Kupfer aufzuschmelzen und zwar auf Grund der Annahme, daß ein wesentlicher Teil des Eisens mit dem Kupfer reduziert werden würde und ein großer Anteil des Kupfers mit der er-

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zeugten Schlacke verloren gehen würde.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß sich die gestellte Aufgabe in überraschender Weise lösen läßt, wenn von einem Kupfer-Eisensulfidkonzentrat bestimmter Zusammensetzung ausgeht und dies in ganz bestimmter Weise aufarbeitet.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohkupfer aus einem Kupfer-Eisensulfidkonzentrat mit etwa 15 bis Gew.-I Cu, etwa 15 bis 40 Gew.-*a Fe und etwa 20 bis 45 Gew.-I S sowie einem Gesamtgehalt an Cu, Fe und S von mindestens 85 Gew.-°s wobei der Rest des Konzentrates aus Gangart und/oder anderen Metallen besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) das Sulfidkonzentrat bei einer Temperatur von über 80O⁰C unter Entfernung des Schwefels unter Bildung von Ferrieisenoxid erkennbar an der Bildung von vergleichsweise großen Mengen an magnetischem Kupferferrit - abröstet, daß man

b) aus dem abgerösteten Sulfidkonzentrat SiO₉ sowie einer vorbe-

it

stimmten Menge eines kohlenstoffhaltigen Materials zur Reduktion des Kupferoxides des Konzentrates zu metallischem Kupfer und des Ferrioxides des Konzentrates zu FeO in einem Schmelzofen eine Flachbett-Charge bildet, wobei man die Menge an SiO-so bemißt, daß sie ausreicht, um das durch Reduktion des Ferrieisenoxides gebildete FeO zu binden und daß eine Schlacke mit einem Schmelzpunkt von unter 125O⁰C entsteht, daß man

c) die Charge in dem Ofen auf eine Schmelztemperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Kupfer erhitzt, dabei das Kupferoxid zu metallischem Kupfer und das Ferrieisenoxid zu Ferroeisenoxid reduziert und eine Schlacke aus dem vorhandenen SiO₂ sowie Rohkupfer mit weniger als 1 Gew.-°s Eisen erzeugt und daß man

d) unmittelbar darauf das aufgeschmolzene Rohkupfer von der Schlacke trennt.

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Vorzugsweise wird bei Durchführung des Verfahrens der Erfindung das Ausgangskonzentrat bei einer Temperatur oberhalb 85O°C abgeröstet. Das Abrösten erfolgt dabei in der Weise, daß der Schwefelgehalt des Röstgutes vorzugsweise unter etwa 1 Gew.-% liegt. Dabei wird ein Röstgut oder Kalzinierungsprodukt erhalten, das Ferrieisenoxid enthält, wie sich durch Bildung von beträchtlichen Mengen an Kupferferrit ergibt. Das geröstete Konzentrat kann dabei auch Magnetit enthalten. Dies bedeutet, daß die Angabe "Kupferferrit" nicht bedeutet, daß kein Magnetit vorhanden sein kann.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, das Sulfidkonzentrat bei einer Temperatur abzurosten oder totzurösten, die nahe der Sintertemperatur des Konzentrates liegt und bei welcher keine Defluidisierung des Röstbettes erfolgt.

In einem Schmelzofen wird dann eine sogenannte Flachbett-Charge erzeugt (shallow bed charge), wobei das Röstgut oder Kalzinierungsprodukt mit einem Flußmittel aus oder mit SiO₂ vermischt wird, zum Abschlacken des Eisenoxides des Konzentrates, wenn es zu FeO reduziert worden ist - wobei der Schlacke des weiteren eine bestimmte Menge an einem kohlenstoffhaltigen Material zugesetzt wird, die ausreicht, um das Kupferoxid des Röstgutes zu Kupfer zu reduzieren und die ferner ausreicht, um das Ferrieisenoxid zu FeO zu reduzieren.

Die Menge an SiO₂ wird dabei derart bemessen, daß sie mindestens ausreicht, um das Eisenoxid zu binden, insbesondere Ferrooxid (FeO), nachdem es aus dem höheren Wertigkeitszustand im Kupferferrit reduziert worden ist, so daß eine Schlacke erzeugt wird, die einen Schmelzpunkt unterhalb 125O⁰C aufweist.

Vorzugsweise wird dabei eine Schlacke erzeugt, in der das Gewichtsverhältnis von jSesamt-Fe zu SiO₉ bei etwa 1,2:1 bis 4:1, insbesondere bei etwa 1,25:1 bis 2,3:1 liegt.

Die erzeugte Flachbettcharge wird dann aufgeschmolzen, indem die

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-r-

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Temperatur auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Kupfers erhöht wird, wobei das Kupferoxid selektiv zu Kupfer reduziert und das Eisenoxid praktisch zu Ferrooxid reduziert wird und wobei das Ferrooxid an das Siliciumdioxid gebunden wird und eine Schlackenschmelze erzeugt wird unter Bildung von aufgeschmolzenem Rohkupfer. Das aufgeschmolzene Rohkupfer wird dann zum Zwecke der weiteren metallurgischen Aufarbeitung von der Schlacke abgetrennt. Das auf diese Weise gewonnene Rohkupfer besteht in vorteilhafter Weise zu mindestens etwa 9 7 Gew.-% aus Cu und enthält weniger als etwa 1 Gew.-% S und weniger als etwa 1 Gew.-& Fe.

Vorzugsweise wird bei Durchführung des Verfahrens der Erfindung das Sulfidkonzentrat auf einen Schwefelgehalt abgeröstet, der nicht über 1 Gew.-I liegt. Das Abrösten erfolgt bei einer Temperatur, bei der die Bildung von Ferrieisenoxid begünstigt wird, wie sich durch die Bildung von vergleichsweise großen Mengen an Kupferferrit nach Entfernung von Schwefel ergibt. Vorzugsweise wird dabei bei einer Temperatur von über 85O°C gearbeitet, beispielsweise bei Temparaturen von 850 bis 95O⁰C, jedoch unterhalb der Temperatur, bei welcher eine Sinterung erfolgen würde.

Durch Steuerung des Luft:Konzentrat-Verhältnisses läßt sich ein Abgas erzeugen, das mindestens etwa 7 bis 8 % SO₂ enthält und somit für die Erzeugung von Schwefelsäure oder elementarem Schwefel geeignet ist.

Durch Abrüstung oder Totröstung bei etwa 88O°C läßt sich ein Röstgut oder Kalzinierungsprodukt erhalten, das praktisch vollständig magnetisch ist - was sich durch eine vollständige Übertragung des Röstgutes auf einen Magneten ergibt - was wiederum ein Anzeichen für die praktisch vollständige Bildung von Kupferferrit ist.

Beim Abrösten ist wesentlich, daß die Bildung von stabilen Metallsulfaten auf ein Minimum beschränkt wird, um die Oxidation des Eisens im Konzentrat auf den höchsten Oxidationszustand und die Bildung von Kupferferrit zu fördern. Verunreinigungen, wie Arsen,

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Wismut und Antimon, werden teilweise während des Röstprozesses mit dem Abgas entfernt und teilweise von dem Ferrit aufgenommen und später mit dem Eisen mit der Schlacke abgezogen. Eine Abröstung in der Wirbelschicht hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.

Die Erzeugung eines Röstgutes oder Kalzinierungsproduktes mit vergleichsweise großen Mengen an Kupferferrit (CuO · Fe₉O, oder CuFe₀O.) ist ein wesentliches Merkmal des Verfahrens der Erfindung, wodurch die nachfolgende Erzeugung eines Rohkupfers mit vergleichsweise geringem Eisengehalt ermöglicht wird, wenn das Röstgut vergleichsweise schnell aufgeschmolzen wird, unter Zusatz von Flußmitteln und einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in einem Schmelzofen, z.B. einem Flachbettreaktor, z.B. einem Hochofen (short-shaft blast furnace) oder einem mit Sauerstoff oder Luft und Öl befeuerten Drehofen. Ein Drehofen (rotary furnace) wirkt dabei als ein Flachbettofen auf Grund der Tatsache, daß die in den Drehofen eingeführte Charge gezwungen wird, während des Aufschmelzprozesses sich kaskadenartig vorwärts zu bewegen, wodurch, wie in einem Hochofen des später beschriebenen Typs ein rasches Aufschmelzen des Kupferoxides erfolgt, bei minimalem Kontakt des Ferroeisenoxides mit den reduzierenden Bedingungen, die im Ofen vorliegen.

Die erfindungsgemäß erzielbaren Ergebnisse beruhen ganz offensichtlich auf dem Unterschied der Thermodynamik und Kinetik der

Reaktion/, die bei der Reduktion der CuO-Komponente der Ferritverbindung und der Fe^O,-Komponente ablaufen. Die Ferrit-Komponente selbst ist schwerer schmelzbar als eine einfache iMischung aus CuO und Fe^O.,. Wird demzufolge das Ferrit der Reduktion durch CO unterworfen, das durch gesteuerte Oxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes erhalten wird, so wird die CuO-Komponente selektiv reduziert, bevor die Eisenoxidkomponente Zeit hatte, um vollständig mit dem CO unter Erzeugung von metallischem Eisen zu reagieren.

Wird die Reaktion bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes

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des Kupfers durchgeführt, so verläuft die Reaktion ganz offensichtlich über folgende Stufen:

(1) CuO + C > Cu° + CO₂,

wobei die Kupferoxidkomponente der Ferritverbindung selektiv zu Kupfer reduziert wird, während die Ferrieisenoxidkomponente zu Ferroeisenoxid gemäß folgender Gleichung reduziert wird:

(2) Fe₂O₃ + CO > 2FeO + CO₂

wobei die Reduktion von CuO zu Kupfer vergleichsweise schnell abläuft.

Liegt zu diesem Zeitpunkt ein Flußmittel mit oder aus Siliciumdioxid (SiO₂) vor, so wird das erzeugte Ferroeisenoxid praktisch unmittelbar nach seiher Erzeugung von dem SiO₂ zu Ferrosilikatschlacke gebunden, welche die weitere Reduktion von FeO:Fe gemäß folgender Gleichung verhindert:

(3) FeO + CO > Fe°

Der schnellere Ablauf der Reaktion (1) im Vergleich zu den langsamer ablaufenden Reaktionen (2) und (3) läßt sich dabei in vorteilhafter Weise durch ein schnelles Aufschmelzen oder eine rasche Aufschmelzstufe unter Erzeugung eines vergleichsweise hoch reinen Rohkupfers ausnutzen, und zwar insbesondere dann, wenn Siliciumdioxid vorliegt, um praktisch sämtliches FeO bei seiner Bildung abzuschlacken, einschließlich einer geringeren Menge an nicht reduziertem. Ferrieisenoxid, das bei dem schnellen Aufschmelzen zurückbleibt.

Wesentlich ist dabei die Erzeugung eines Flachbettes, um eine kurze Verweilzeit der Charge während der Aufschmelzstufe zu er-

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möglichen. Dabei kann in vorteilhafter Weise ein Kaskaden-Bett erzeugt werden (Verwendung eines Drehofens) oder ein relativ statisches Bett des Typs, wie es.in einem Kurzschachtofen oder einem Hochofen erzeugt wird.

Das Mindest-C0/C0₇-Verhältnis für die Reduktion des Kupfers ist

geringer als das Mindest-CO/CO^-Verhältnis für die mögliche Reduktion von FeO zu Fe. Es ist des weiteren davon auszugehen, daß solange etwas Ferrioxid verbleibt, die Reduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen verhindert wird.

bei
Was sich auch immer/Durchführung des Verfahrens der Erfindung für Reaktionen abspielen mögen, wesentlich ist, daß der Erfindung die Erkenntnis zugrunde liegt, daß eine selektive Reduktion möglich ist durch Anwendung einer vergleichsweise kurzen Verweilzeit im Ofen unter Erzeugung eines Rohkupfers von vergleichsweise geringem Eisengehalt, bevor das Eisenoxid die Möglichkeit hat, reduziert zu werden. Der Unterschied in der Kinetik zwischen der Reduktion von Kupferoxid zu Kupfer und der Reduktion von Eisenoxid zu Eisen ermöglicht es, das Aufschmelzen in vergleichsweise kurzer Zeit durchzuführen, solange die Reaktionstemperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Kupfers liegt, beispielsweise oberhalb 1100⁰C, vorzugsweise bei 1200⁰C bis 1375°C, z.B. bei 125O⁰C.

Dadurch, daß der Schwefelgehalt des Restgutes vorzugsweise bei nicht mehr als 1 % liegt, wird erreicht, daß (1) eine weitere wesentliche Schwefelentfernung während der Reduktion des Röstgutes vermieden wird, daß (2) die Erzeugung von Sulfidstein während des Schmelzprozesses verhindert wird und daß (3) durch das Vorhandensein von mehr als 1 % Schwefel eine nachteilige Beeinflussung der Menge an gewinnbarem Kupfer in Form von Rohkupfer aus dem Röstgut auf Grund einer Steinbildung vermieden wird.

Die Zeichnungen dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Im einzelnen sind dargestellt in:

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Fig. 1 ein Fließschema einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 2 ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 3 ein Querschnitt durch einen Schmelzofen vom Flachbett-Reaktortyp zur Durchführung des Verfahrens der Lrfindung;

Fig. 4 die Ansicht eines weiteren Schmelzofens (eines kippbaren Drehofens) teilweise im Schnitt zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung und

Fig. 5 ein Fließschema unter Verwendung eines Schmelzofens gemäß Fig. 4 zum Aufschmelzen von geröstetem Kupfer-Eisenkonzentrat oder Kalzinierungs- oder Röstprodukt.

Nach dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema wird ein Kupfer-Eisensulfidkonzentrat 1 bei zwei unter Lrzeugung eines Röstgutes von nicht mehr als 1 Gew.-°s Schwefel und Kupferferrit abgeröstet. Daraufhin wird ausgehend aus dem Röstgut durch Vermischen desselben mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel (z.B. metallurgischem Koks oder metallurgischer Kohle) und einer Schlacken bildenden Menge von Kieselsäure oder einem Kieselsäure enthaltenden Produkt eine Charge 3 erzeugt, die in einem Ofen 4 aufgeschmolzen wird, beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 1300⁰C, z.B. in einem Flachbettreaktorofen, wie er in den Fig. und 4 näher beschrieben wird, wobei die Charge in einen solchen Ofen, z.B. mit einer Geschwindigkeit von etwa 2685 kg/m (550 lbs./ sq.ft.) Schmelzraumfläche und Stunde eingespeist wird, und zwar auf ein glühendes Koksbett, wodurch die selektive Reduktion und das Aufschmelzen des Kupfers zu Rohkupfer erfolgt, wenn die Temperatur der Charge von der Temperatur, mit welcher die Charge in den Ofen eingespeist wird, bis zur Operationsschmelztemperatur innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne erhöht wird. "

Die Verweilzeit der Charge im Ofen kann bei unter einer Stunde, ja sogar unter 30 Minuten liegen, um ein Rohkupfer 5 mit beispielsweise weniger als 1 Gew.-I Eisen, vorzugsweise einem Eisengehalt von unter 0,5 Gew.-I zu erhalten. Die Schlacke 6 enthält das Ei-

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- 261 S32 9^;

senoxid (FeO) gebunden an Siliciumdioxid in Form eines Silikates. Im allgemeinen enthält die Schlacke als Hauptbestandteile FeO und SiO₂ sowie vorzugsweise eine effektive Menge an Ferrieisenoxid sowie normalerweise die Gangartbestandteile, die im Ausgangskonzentrat vorhanden sein können, beispielsweise Aluminiumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid mit dem angegebenen Fe/Si0_o-Verhältnis.

Die in den Ofen eingespeiste Charge wird somit vom Zeitpunkt des Eintrittes in den Ofen so lange in dem Ofen belassen, bis die Temperatur der Charge eine Arbeits-Schmelztemperatur erreicht hat, die über dem Schmelzpunkt des Kupfers liegt, wobei Kupferoxid zu metallischem Kupfer reduziert und dieses aufgeschmolzen wird und wobei Ferrioxid zu Ferrooxid reduziert wird und das Eisenoxid an das vorhandene SiO^ gebunden wird, unter Erzeugung einer flüssigen Schlacke und eines Rohkupfers mit einem Eisengehalt von weniger als etwa 1 Gew.-o.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Flachbettreaktor handelt es sich um einen typischen, zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeigneten Reaktor.

Der Reaktor ist in seinem Aufbau ähnlich einem Hochofen, weist jedoch im Gegensatz zu einem typischen Hochofen ein Flachbett auf, das eine Höhe von bis zu etwa 1,83 m aufweisen kann, beispielsweise eine Höhe von 0,30 bis 1,2 2 m. Die Verwendung eines Flachbettes ist wichtig, um ein rasches Aufschmelzen des Kupferoxides zu Rohkupfer mit vergleichsweise geringem Eisengehalt zu ermöglichen und um eine Reduktion von Eisenoxiden zu Eisen durch Kohlenmonoxid im festen Zustand zu verhindern, welche in dem vergleichsweise tiefen Bett eines üblichen Eisen-Hochofens erfolgt, in dem Eisen zu Roheisen reduziert wird, und dessen Höhe beträchtlich größer ist. So wird beispielsweise in dem Buch "Modem Steels", Verlag "The American Society for Metals", 1939, auf Seite 11 ein Eisen-Hochofen angegeben, der eine Höhe von 29 m und eine Aufschichthöhe von über 18,2 m hat. Ein solcher Ofen eignet sich nicht für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung, da die Verweil-

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-♦β·.

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zeit im Ofen zu lang ist und zur Erzeugung eines Rohkupfers mit vergleichsweise hohem Eisengehalt führen würde durch durch das lange Bett aufsteigendes CO und Reduktion des Eisenoxides zu metallischem Eisen.

Der in Fig. 4 dargestellte Drehofen arbeitet wie ein Flachbettreaktor auf Grund der Tatsache, daß die in den Ofen eingereiste Charge kaskadenartig im Ofen während der Reduktion umgewälzt wird.

In vorteilhafter Weise kann bei Durchführung des Verfahrens der Erfindung die in der Röststufe durch Verbrennung des Schwefels erzeugte Wärme ausgenutzt werden, wobei wie folgt verfahren werden kann:

1. Die fühlbare Wärme des Röstgutes kann nach dem Abrösten durch Verwendung von isolierten Speicher- und Aufschütt- oder Beschickungstrichter konserviert werden. Dies bedeutet, daß das heiße Röstgut in der nächsten Verfahrensstufe eingesetzt wird.

2. Die heißen Abgase der Röster oder Röstofen können zum Vorheizen der Gebläseluft oder des Sauerstoffs verwendet werden, die bzw. der in den Ofen eingespeist werden, in dem das Röstgut aufgeschmolzen wird, unter Erzeugung von Dampf zum direkten Betrieb von Zusatzgeräten oder zur Erzeugung von Elektrizität.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Fließschema einer Ausführungs form eines Verfahrens der Erfindung werden derartige Vorteile ausgenutzt.

Nach/Üem in Fig. 2 dargestellten Fließschema wird beispielsweise wie folgt verfahren:

In den Röster 8 werden 1078,2 kg eines Kupfer-Eisensulfidkonzentrates mit einer Kupfergehalt von 31,8 ! entsprechend 342,7 kg eingespeist. Die exotherme Wärme wird dabei in dem Wärmeaustauscher 9 zur Vorerhitzung der Luft 10 ausgenutzt, welche über die Wärme-

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austauscherschlangen 1T in den Wärmeaustauscher 9 eingeführt wird. Das Röstgut (907,2 kg) mit einem Kupfergehalt von 37,8 % (342,7 kg) mit einem wesentlichen- Anteil an Kupferferrit wird dann in der Schlägermühle 12 unter Zusatz von 49,9 kg Sand (SiO₂) einem geeigneten Bindemittel, z.B. 52,6 kg einer Ligninlösung, vermählen, worauf die Mischung in einer Bri-.kettierungspresse 12Λ zu Briketts verpreßt wird. Die hergestellten Briketts (1041,S kg) werden dann in den Flachbettreaktor 13 überführt, und zwar zusammen mit ungefähr 12 bis 15 Gew.-% eines grobkörnigen Kokses, z.B. eines Durchmessers von 2,54 bis 7,6 2 cm unter Einspeisung von vorerhitzter Luft 14 aus dem Wärmeaustauscher 9 mit einer Geschwindigkeit von 250 CFM/ft Herdfläche. Die nicht ausgenutzte Wärme 15 des Wärmeaustauschers 9 wird zur Erzeugung von Dampf ausgenutzt.

Im Reaktor 13 wurden 345,6 kg Rohkupfer 16 mit vergleichsweise geringem Eisengehalt (98,1 % Kupfer) erzeugt. Des \^eiteren fielen 619,2 kg Schlacke 17 mit einem Kupfergehalt von 2,3 Gew.-% an, die in einen elektrischen Ofen 18 überführt wurden. In diesem Ofen 18 wurden des weiteren 12,70 kg Koks (21) eingeführt. Dadurch konnten nochmals 27,2 2 kg schwarzes Kupfer 19 mit einem Kupfergehalt von 40 I, d.h. 10,8 8 kg Kupfer, gewonnen werden. Aus dem Ofen wurden des weiteren 589,7 kg Schlacke 20 mit einem Kupfergehalt von 0,5 Gew.-%, d.h. mit 3,175 kg Kupfer, abgeführt. Das gewonnene schwarze Kupfer 19 wurde in den Reaktor 13 rezyklisiert. Durch die Rezyklisierung des schwarzen Kupfers in den Ofen 13 erhöhte sich die Gesamtausbeute an.Kupfer. Auf diese Weise kann eine Gesamtausbeute an Kupfer von über 98 oder gar 99 % erreicht werden.

Ein anderes Verfahren zur Gewinnung des Kupfers aus der Schlacke besteht in einer Flotations aufbereitung.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der Erfindung näher veranschaulichen.

98 607 063

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Beispiel 1 - Flachbett-Reaktor

us wurde ein Rohkupfer mit vergleichsweise geringem Eisengehalt ausgehend von einem Kupfer-Eisensulfidkonzentrat (I) der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

Element _ __(.!)

Cu Fe S
SiO₂

31,	8	0 0
25,	4	C O
34,	7	0 ό
6,	1	%
1,	4	0 O

Die aufgeführten Bestandteile machen bis zu etiira 99,5 Gew.-I des Konzentrates aus. Der Gesamtgehalt an Kupfer, Eisen und Schwefel betrug dabei 9 2 Gew.-% des Gesamtkonzentrates.

Das Konzentrat wurde bei einer Temperatur von etwa 88O⁰C in Gegenwart von Luft abgerüstet, und zwar zu einem Röstprodukt mit einem Schwefelgehalt von unter 1 Gew.-°₀. Das vorhandene Eisen wurde dabei in Ferrioxid überführt, worauf ein wesentlicher Prozentsatz des Ferrioxides in Kupferferrit (CuO · Fe₇O oder CuFe₂O.) überführt wurde. Das erhaltene Röstprodukt hatte etwa folgende Zusammensetzung:

% CuO 48,0

% Fe₂O₃ 4 2,2

⁰O SiO₂ 7,4

% Al₂O₃ 1,7

% übrige Bestandteile 0,7

100,0

Der Fe₉O,-Gehalt von 4 2,2 % entspricht 38 Gewichtsteilen FeO bei Annahme einer vollständigen Reduktion.

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Zwecks Herstellung einer zu verarbeitenden Charge aus dem erhaltenen Röstprodukt wurde für eine Agglomeration eine Mischung hergestellt durch Vermischen des Röstproduktes mit einer vorbestimmten Menge Sand, etwas Lignin-Bindemittel und Wasser in ungefähr den folgenden Gewichtsmengen:

Agglomerat-Mischung

Röstgut 453,60 kg

Sand (SiO₂] . 22,68 kg

Lignin-Lösung 22,68 kg

Oxidischer Flugstaub mit 10 Gew.-a Kupfer und einem oder mehreren der folgenden Bestandteile Pb, Zn, Sn,

Bi, Sb und dergleichen (gegebenenfalls) 22,68 kg

Gesamtmenge 521, 72-1:g

Die verwendete Ligninlösung bestand aus einer Calcium-Ligninsulfatlauge mit 50 Gew.-% Wasser.

Die aufgeführten Bestandteile wurden in einer Mörtelmühle gründlich miteinander vermischt und dann agglomeriert, entweder durch Pelletisierung oder Brikettierung. Im vorliegenden Falle wurden Briketts (pillow-shaped) hergestellt mit einer ungefähren Größe von 17,46 mm · 14,28 mm · 9,525 mm.

Die Briketts wurden dabei in einer handelsüblichen Brikettpresse vom Typ Komarek-Greaves hergestellt.

Die Briketts oder Pellets können als solche oder nach einer Trocknung z.B. an der Luft verwendet werden.

Im vorliegenden Falle wurden die Briketts in einer vorbestimmten Einspeisgeschwindigkeit in einen Flachbett-Reaktor des in Fig. 3 dargestellten Typs eingespeist. Der Reaktor hatte einen Durch-

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AS

messer von 4 8,26 era, entsprechend einer Schüttfläche von 1830 cm . Die erzeugten Briketts wurden in Form einer Mischung mit metallurgischem Koks eingespeist. Die Menge an Koks betrug ungefähr 18 Gew.-I, bezogen auf die Brikett-Charge. Die Aufschmelzreaktion wurde mittels eines glühenden Koksbettes in Gang gesetzt. Durch die Luftdüsen 26 wurde in den Reaktor Luft eingeblasen, und zwar in einer Menge entsprechend 250 CFM/ft. Herdfläche.

Der in Fig. 3 dargestellte Flachbett-Reaktor besteht aus einem zylindrischen Schachtofen 21 aus Stahl aus mehreren verflanschten Abschnitten mit einem Wasserkühlmantel 2 2. Der untere Teil des Ofens 23 ist mit einem Mauerwerk ausgekleidet und dient der Aufnahme des Rohkupfers 24 und der Schlacke 25. Das Ganze sitzt auf einem Sockel 21A. Oberhalb der Schlackenlinie 27 befindet sich ein Düsensystem 26, an das die Lufteintrittsöffnungen 28 für die Einspeisung von Luft oder einer an Sauerstoff angereicherten Luft angeschlossen sind, wodurch Luft oder an Sauerstoff angereicherte Luft unter Druck in das Bett 29 eingedrückt werden kann. Während des Schmelzprozesses bewegte sich das Chargenbett in dem Maße, in dem das Kupfer reduziert und aufgeschmolzen und Schlacke gebildet xtfurde, nach unten, wobei weiteres Ausgangsprodukt von oben eingeführt wurde.

Der Ofen wurde zunächst durch Beschickung mit Koks aufgeheizt, der verbrannt wurde. Dabei wurde Wärme dadurch erzeugt, daß Luft durch die Düsen durch das Bett in der angegebenen Geschwindigkeit geblasen wurde.

Das aufgeschmolzene Rohkupfer sammelte sich am Boden des Unterteiles 23, aus welchem das aufgeschmolzene Kupfer sowie Schlacke in Abständen durch die Öffnung 30 abgezogen wurden. In dem Maße, in dem sich Rohkupfer im Unterteil des Ofens 23 absetzte, wurde zusätzliches Ausgangsmaterial über den Einlaß 31 in den Ofen eingeführt. Der Einlaß 31 weist Klappen/ auf, die verhindern, daß Verbrennungsprodukte das durch den Einlaß 31 eingeführte Material zusammenbacken. Die Abgase werden über den Kamin 32 abgeführt.

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Wesentlich ist, daß ein vergleichsweise flaches Chargenbett wie dargestellt - erzeugt wird, so daß die Charge schnell aufgeheizt und das Kupfer während einer vergleichsweise kurzen Verweilzeit der Charge im Reaktor reduziert wird, so daß die Vorteile der unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten, mit denen Ferrioxid zu FeO und CuO zu metallischem Kupfer reduziert werden, ausgenutzt werden können.

Im vorliegenden Falle erwies sich beispielsweise ein Chargenbett einer Höhe von 1,02 m in dem in Fig. 3 dargestellten Reaktor mit einem Innendurchmesser von 48,26 cm und einer Höhe vom Rand des Herdteiles 23 bis zum Boden des Kamines.von etwa 1,52 m als vorteilhaft.

Die Einspeisgeschwindigkeit, mit der die Charge in den Ofen eingeführt wurde, lag bei 2685 kg/m Herdfläche/Stunde, was einer Durchsatzgeschwindigkeit durch den Ofen von etwa 453,6 bis 544,3 kg pro Stunde entsprach. Die Schmelztemperatur lag bei etwa 1250 bis 1350⁰C. Auch bei Temperaturen bis 1400⁰C wurden vorteilhafte Ergebnisse erhalten.

In der folgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse von fünf Versuchen zusammengestellt:

Tabelle 1

Ver- Zusammensetzung des Zusammensetzung der Cu-Verteilung in %

such Rohkupfers in % Schlacke in % +++___

Nr. Cu Fe Ni S Cu Gesamt- Fe Fe SiO₂ im Roh- in der

Fe kupfer Schlacke

97,7 0,61 0,04 0,66 1,26 40,8 35,8 5,0 32,9 98,0 2,0

97,9 0,50 - 0,70 4,20 48,9 46,0 2,9 19,7 94,0 6,0

97,6 0,45 - 0,72 2,10 43,1 35,8 7,3 28,1 96,9 3,1

97,0 0,11 1,40 0,60 1,52 43,2 37,4 5,8 27,7 97,8 2,2

99,4 0,03 - 0,24 3,4 41,9 25,5 16,1 26,1 95,1 4,9

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Wie sich aus den erhaltenen Daten ergibt, bestand das erzeugte Rohkupfer zu mindestens 97 I aus Kupfer bei einem Eisengehalt von unter 1 %. Bei dem Versuch Kr. 1 lag 98 ί des Gesamtkupfers im Rohkupfer vor. Im Versuch 2 lag die ungünstigste Verteilung vor. Hierzu ist jedoch zu bemerken, daß es möglich ist, das in der Schlacke vorhandene Kupfer in Form von schwarzem Kupfer zu gewinnen und dieses zu rezyklisieren, wie beispielsweise im Falle des Versuches 4, bei dem eine Rezyklisierung erfolgte.

Die Verhältnisse von Gesamteisen zu SiO₂ in den Schlacken der Versuche 1 bis 5 lagen bei 1,24:1; 2,46:1; 1,53:1, 1,56:1 bzw. 1,6:1. Dies ergibt einen Durchschnittswert von ungefähr 1,7:1. Die Schlacken wiesen Schmelzpunkte unter 125O⁰C auf. Die Schlacken enthalten im allgemeinen vergleichsweise geringe Mengen an Aluminiumoxid (Al₂O,) und Calciumoxid (CrO), welche den Schmelzpunkt der Schlacke nicht wesentlich erhöhen, sondern welche im allgemeinen dazu führen, daß der Schmelzpunkt der Schlacke vermindert wird.

Es hat sich gezeigt, daß durch das erfindungsgemäße schnelle Aufschmelzen einer Charge nicht alles Ferrioxid zu FeO reduziert wird, das sich mit dem vorhandenen SiO₂ umsetzt. Dies ergibt sich auch aus den Ergebnissen der Tabelle 1, und zwar der Zusammensetzung der Schlacke. Aus den erhaltenen Werten ergibt sich, daß in der Schlacke noch vergleichsweise große Mengen an Eisen im Ferrizustand vorliegen, und zwar Mengen von 2,9 bis 16 %, offensichtlich in Form des Ferrioxides. Da nicht sämtliches Ferrioxid während der vergleichsweise kurzen Verweilzeit der Charge im Ofen zu FeO reduziert wurde, folgt, daß sehr wenig oder kein Eisenoxid zu metallischem Eisen reduziert wurde, wie sie auch aus der Tatsache ergibt, daß das erzeugte Rohkupfer in allen Versuchen weniger als 1 I Eisen enthielt.

Das Aufschmelzen der in den Ofen eingespeisten Charge erfolgt somit in vorteilhafter Iveise mit einer solchen Geschwindigkeit,weiche

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die unvollständige Reduktion von Ferrioxid zu FeO begünstigt, solange genügend FeO erzeugt wird, um eine flüssige Schlacke mit SiO₉ zu bilden und solange die Verweilzeit im Ofen lange genug ist, um eine praktisch vollständige Reduktion von CuO:Cu zu gewährleisten. Die beim Verfahren der Erfindung erzeugte Schlacke kann somit Ferrieisen im oxidierten Zustand in Mengen von bis zu etwa 20 Gew.-ä, beispielsweise 1 bis 20 Gew.-a, enthalten.

Die verschiedenen Reaktionsgeschwindigkeiten zwischen der Reduktion von CuO zu metallischem Kupfer und Ferrieisenoxid zu FeO können somit in vorteilhafter Weise dazu ausgenutzt werden, um ein Rohkupfer mit geringem Eisengehalt von weniger als 1 % zu erzeugen, indem die in einen Ofen eingespeiste Charge schnell aufgeschmolzen wird. Wie sich aus den Ergebnissen des Versuches Nr. 5 ergibt, läßt sich erfindungsgemäß beispielsweise ein Rohkupfer mit einem Eisengehalt von nur 0,03 Gew.-% herstellen.

Es wurden zwei weitere Versuche durchgeführt, bei denen geringe Mengen an Calciumoxid in der Schlacke vorhanden waren.

Die Ergebnisse dieser Versuche bei Durchsatzgeschwindigkeiten von 408,23 bis 45 3,59 kg pro Stunden unter Verwendung praktisch der gleichen Brikettcharge sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt:

	Rohkupfer-Zusammen setzung in %	S	Tabelle	2	SiO	2	CaO	Cu-Verteilung in %	In der Schlacke
Ver such	Cu Fe	0,70 0,75		26, 25,	3 1	2,5 2,3	Im Roh kupfer	1,8 3,8
Nr.	98,2 0,44 98,2 0,11				98,2 96,2
6 7	Schlacken-Zusammen setzung in %
	Cu Ge samt Fe
	1,
,53 45,0 ,10 45,5

Bei diesen Versuchen wurde ein Rohkupfer mit einem Kupfergehalt von 98,2 % erhalten. Dabei lag der Eisengehalt des Rohkupfers

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unter O₅S I. Ober 96 % des Gesamtkupfers lagen im Rohkupfer vor. Die Verhältnisse von Fe zu SiO₂ bei den Versuchen 6 und 7 lagen bei 1,78:1 bzw. 1,8:1. Die Schlacken wiesen des weiteren Schmelzpunkte von unter 125O°C, beispielsweise 120O⁰C oder darunter auf.

Auch diese Versuche bestätigen die Herstellbarkeit von einem Rohkupfer mit vergleichsweise geringem Eisengehalt nach dem Verfahren der Erfindung. Die in den Tabellen mitgeteilten Ergebnisse x^urden dabei durch Verwendung eines Flachbettreaktors erzielt, welcher ein rasches Aufschmelzen der in den Reaktor eingespeisten Charge innerhalb eines Zeitraumes ermöglichte, in dem sich Eisenoxid nicht zu metallischem Eisen reduzieren ließ, so daß keine Verunreinigung des Rohkupfers durch Eisen erfolgen konnte. Die Verwendung eines Flachbettreaktors ermöglicht Aufschmelzzeiten von weniger als einer Stunde.

Die Verweilzeit einer typischen Charge für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung läßt sich auf Grund der beschriebenen Versuche wie folgt ermitteln:

Der verwendete Flachbettreaktor mit einem Durchmesser von 48,26 cm hatte eine Herd- oder Feuerraumfläche von 1830 cm . Die Tiefe oder Höhe der Charge im Ofen lag im vorliegenden Falle bei etwa 1,016m (über den Düsen). Die verwendeten Briketts, die aus einer Mischung aus dem Röstgut und einem Flußmittel bestanden, wiesen eine Dichte von 1,602 g/cm auf. Hieraus ergibt sich für die Charge ein Gesamtvolumen von 1,016 · 1830 oder 0,18577 m³.

Bei einer vollständigen Reaktorfüllung mit Koks machen die Briketts etwa 64 % des Ofenchargenvolumens aus. Bei einem Gesamtvolumen der Charge von 0,185 77 m³ läßt s: Briketts im Reaktor wie folgt errechnen:

volumen der Charge von 0,185 77 m läßt sich die Verweilzeit der

Das von den Briketts eingenommene Volumen beträgt 0,18577 · 0,64, entsprechend 0,1189 m³ bei einer Dichte der Briketts von 1,602 g/cm³.

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Das Gewicht der Briketts in der Charge liegt bei 0,1189 · 1,602 entsprechend 190,47 kg.

Infolgedessen ergibt sich bei einem Einsatz von 453,9 kg Briketts pro Stunde eine durchschnittliche Verweilzeit der Briketts im Reaktor von etwa 190,47 entsprechend 0,42 Stunden oder 25 Minuten.

453,9

Ist beispielsweise die Chargenhöhe über den Düsen 1,8288 m hoch und liegt der Durchsatz durch den Reaktor bei 453,9 kg pro Stunde, so errechnet sich die Verweilzeit der Charge wie folgt:

Das Volumen des Reaktors oder der Kolonne A ist gleich 0,1832 · 1,8288 oder 0,3347 m . Das von den Briketts eingenommene Volumen beträgt 0,3347 · 0,64 entsprechend 0,2152 m entsprechend einem Gewicht von 0,2152 · 1,602 (Dichte der Briketts) oder 344,7 kg Briketts in dem Reaktor oder der Kolonne. Bei einer Durchsatzgeschwindigkeit von 453,9 kg Briketts pro Stunde durch den Reaktor liegt demzufolge die Verweilzeit bei 344,7 entsprechend 0,76

453,9 Stunden oder 45,5 Minuten.

Bei einer Durchsatzgeschwindigkeit von 589,67 kg Briketts pro Stunde liegt die Gesamtverweilzeit im Reaktor oder der Kolonne bei 344,7 oder 0,5 85 Stunden oder 35 Minuten. 589,67

In jedem der Versuche Nr. 1 bis 7 lag die Verweilzeit der Charge im Ofen unter einer Stunde, genauer bei etwa 15 bis 30 Minuten bei einer Chargenhöhe von 1,016 m.

Die bei Durchführung des Verfahrens der hrfindung anfallenden Schlacken, die noch wiedergewinnbares Kupfer enthalten können, können zur Gewinnung weiteren Kupfers aufgearbeitet werden, beispielsweise in einem elektrischen Bogenofen mit beispielsweise 1,5 Gew.-% metallurgischem Koks. In vorteilhafter Weise kann dabei

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. κ·. 2618923 if

die Koksmenge etwa 1 bis etwa 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schlacke, ausmachen. Eine Aufarbeitung der Schlacke bei einer Temperatur von etwa 1300⁰C führt zur Urzeugung eines sctwarzen Kupfers aus etwa 40 % Cu und 60 % Eisen, das in den Schmelzofen rezyklisiert werden kann. Die Temperatur bei der Aufarbeitung oder Reduktion der Schlacke liegt in vorteilhafter Weise bei 1200 bis 135O⁰C. Das Schwarzkupfer kann in den Reaktor beispielsweise in Form von 6,35 bis 25,4 mm großen Kügelchen oder eines entsprechenden Granulates eingeführt werden, beispielsweise mit 5 % ihres Gewichts an zusätzlichem Siliciumdioxid für die Abschlackung des Eisens.

Andererseits läßt sich jedoch das Kupfer der Schlacke auch durch Flotation wiedergeiiinnen. Ein solches Verfahren ist besonders vorteilhaft in den Fällen, in denen in der Schlacke eine nicht unbeträchtliche Kupfermenge vorhanden ist, und zwar in einem fein verteilten metallischen Zustand. In diesem Falle wird eine aufzuarbeitende Schlacke zunächst vermählen, beispielsweise derart, daß sie ein 60 Maschen-Sieb (US-Standard) passieren kann, worauf sie mittels einer sauren Pulpe bei einem pH-Wert von etwa 4 flotiert wird. Dazu können übliche Schäumungsmittel oder Schäumer verwendet werden, beispielsweise das Handelsprodukt Cyanamide 194. Das durch Flotation erhaltene Kupferprodukt enthält wesentlich weniger Eisen als das Kupferprodukt, das durch eine elektrische Schlackenaufarbeitung erhalten wird. Infolgedessen läßt es sich ohne Schwierigkeiten in den Schmelzofen oder Schmelzreaktor zurückführen, oder gegebenenfalls auch in einem besonderen Ofen weiter raffinieren.

In dentbeschriebenen Beispiel lag die verwendete Koksmenge bei etwa 18 Gew.-I, bezogen auf das Gewicht der in den Reaktor eingespeisten Charge. Diese Koksmenge läßt sich wesentlich vermindern, beispielsweise in folgenden Fällen:

1.) bei Verwendung eines großen Ofens;

2.) bei Einführung von heißen Briketts in den Ofen und bei Ausnutzung der sensiblen Wärme im Röstgut, das während des Röstprozesses des Kupfer-Eisensulfidkonzentrates erzeugt wurde}

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2618329 λζ

3.) bei Verwendung von vorerhitzter Gebläseluft, beispielsweise einer auf 200 bis 30O⁰C vorerhitzten Luft, die durch die Düsen in den Reaktor eingeblasen wird und

4.) durch Verwendung einer Gebläseluft, die mit Sauerstoff angereichert ist.

In vorteilhafter Weise wird bei Betrieb eines Schachtofens und bei Verwendung von beispielsweise einem kalzinierten Chalcopyritkonzentrat eine Koksmenge verwendet, die nicht über der Menge liegt, die erforderlich ist, um eine Reduktion des Kupferoxides zu bewirken und die zum Aufschmelzen des reduzierten Kupfers benötigte Wärme zu erzeugen und die für das Aufschmelzen der Schlacke erforderlich ist. Die Verwendung von Koks im Überschuß ist nicht nur unökonomisch, sondern kann auch die Reduktion von Eisen fördern und sollte daher vermieden werden, wenigstens in den Fällen, in denen ein vergleichsweise reines Rohkupfer erhalten werden soll, d.h. ein Kupfer mit einem Kupfergehalt von über 96 Gew.-%. Durch Einsatz einer heißen Charge in den Ofen oder bei Verwendung von vorerhitzter Luft oder beidem kann die erforderliche Koksmenge auf ein Minimum herabgesetzt werden, und zwar auf ein Minimum, das für die Reduktion des Kupferoxides erforderlich ist. In vorteilhafter Weise liegt die Koksmenge bei etwa 8 bis 25 Gew.-I, bezogen auf die eingesetzten Briketts, insbesondere bei etwa 12 bis 18 %.

Im folgenden soll die Durchführung des Verfahrens der Erfindung in einem Drehofen näher beschrieben werden.

Ein Drehofen ist ein weiteres Beispiel für einen zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeigneten Flachbettreaktor.

Versuche haben gezeigt, daß sich ein Rohkupfer mit geringem Eisengehalt in vorteilhafter Weise erhalten läßt, wenn eine Charge von in der beschriebenen Weise abgeröstetem Ausgangsmaterial, vermischt mit bestimmten Mengen eines kohlenstoffhaltigen Materials (z.B. metallurgischem Koks) und einem geeigneten Flußmittel in

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einem kippbaren Drehofen aufgeschmolzen wird, in dem der Charge kaskadenartige Bewegungen aufgezwungen werden und somit eine Art Flachbett erzeugt wird.

Die Verwendung von kippbaren Drehofen hat in den letzten Jahren in der Stahlindustrie eine weite Verbreitung gefunden, weniger jedoch zum Aufschmelzen von Nicht-Eisenmetallen. Einer der Vorteile eines drehbaren Ofens beruht in seiner ausgezeichneten thermischen Wirksamkeit, insbesondere dann, wenn der Brennstoff mit reinem Sauerstoff verbrannt wird sowie in der Geschwindigkeit, mit welcher hohe Temperaturen im Ofen erreicht werden können. Des weiteren führt die Verwendung von Sauerstoff zu einer Verminderung des Volumens der Abgase um bis zu 75 % auf Grund der Ausschaltung von Stickstoff, wobei im übrigen die Geschwindigkeit der aus dem Reaktor austretenden Öfen geringer ist und die Abgase eine geringere Staubbelastung aufweisen.

Der Ersatz von Luft .durch Sauerstoff hat sich als besonders vorteilhaft im Falle von Drehofen für das Aufschmelzen und Aufarbeiten von metallhaltigen Chargen erwiesen. Das Verfahren wurde 195 7 in Schweden zur Stahlherstellung angewandt. Das Verfahren wurde später auch zur Gewinnung von metallischem Nickel aus Nickelsulfid verwendet.

Es ist auch bekannt, Kupfersulfidkonzentrate oder Kupfersteine unter Verwendung eines Drehofens oder Drehkonverters, bekannt geitforden als "top blown rotary converter" aufzuarbeiten. Ein solcher Konverter, der um 15 oder 20° gekippt werden kann, ist beispielsweise in Fig. 4 dargestellt.

Es hat sich gezeigt, daß sich ein solcher Reaktor in vorteilhafter Weise unter Verwendung einer Mischung aus Sauerstoff und Naturgas zur Aufarbeitung von schwarzem Kupfer verwenden läßt, d.h. also eines hoch unreinen Kupfers, das durch Metalle, wie Eisen, Zink, Blei und andere Metalle verunreinigt ist. Aus der US-PS 3 432 beispielsweise ist ein Verfahren zur Öxidativen Raffinierung von

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schwarzem Kupfer bekannt, bei dem das schwarze Kupfer in einem horizontal gelagerten Drehofen eingespeist wird und die Charge der Einwirkung eines Brenners ausgesetzt wird, dem Sauerstoff und ein Kohlenwasserstoffgas (z.B. Methan) zugeführt wird. Die durch Verbrennung des Kohlenwasserstoffgases erzeugte Flamme erzeugt dabei eine ausreichende Wärmemenge, um das verunreinigte Kupfer aufgeschmolzen zu halten. Die Reaktoratmosphäre wird dabei derart gesteuert, daß das Kupfer oxidiert wird. Wird der Ofen oder Konverter gedreht, so bleibt ein Kupferfilm an den Seiten des Ofens oder Reaktors haften, der durch den Sauerstoff der Atmosphäre oxidiert wird. Taucht nun beim weiteren Drehen des Reaktors der oxidierte Film in die Schmelze, so erfolgt ein Säuerstoffaus tausch mit den Verunreinigungen der Schmelze, die oxidiert werden. Die oxidierten Verunreinigungen treten in die über der Schmelze abgeschiedene Schlacke ein und das reduzierte Kupfer gelangt in das Schmelzbad. Diese Reinigung wird so lange fortgesetzt, bis praktisch sämtliche der Verunreinigungen des schwarzen Kupfers entfernt wurden und ein Rohkupfer als Endprodukt vorliegt.

Das Schwarzkupfer, das nach dem aus der US-PS 3 432 289 bekannten Verfahren verarbeitet werden kann, enthält außer Sn, Pb, Zn, Ni, S und Si etwa 5,85 % Fe. Abgeröstete oder kalzinierte Kupfer-Eisensulfidkonzentrate oder Steine enthalten im allgemeinen viel höhere Mengen an Eisen, welche sich bekanntlich nachteilig bei der Herstellung von Rohkupfer mit vergleichsweise geringem Eisengehalt auswirken.

Bis heute wurde kein mit Sauerstoff und Brennstoff befeuerter Drehofen erfolg-rreich für ein Reduktions-Auf schmelzverfahren von Kupfer-Eisen-Röstprodukten, hergestellt aus Kupfer-Eisensulfidkonzentraten, zum Zwecke der Erzeugung von Rohkupfer mit vergleichsweise geringem Eisengehalt verwendet.

Auf Grund der bei diesem Verfahren erzielbaren hohen Temperaturen

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besteht eine Tendenz des Eisens, sich zu reduzieren, und in reduzierter Form das Rohkupfer zu verunreinigen. Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß dieser Effekt auf ein Minimum herabgedrückt werden kann, wenn ein in der beschriebenen Weise abgeröstetes Ausgangsmaterial verwendet wird, in dem das Eisen in seinem höchsten Oxidationszustand vorliegt (Ferrieisenoxid), was sich durch das Vorhandensein von Kupferferrit ergibt.

Ein typischer, zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeigneter Drehofen ist in Fig. 4 dargestellt. Der um die Horizontale/kippbare Drehofen 35 weist einen den Ofen außen umlaufenden Stützrahmen 36 auf sowie den Ofen umlaufende Fahrtringe oder Spuren 37 und 38, die mit dem Rahmen 36 eine Einheit bilden, wobei die Fahrtringe oder Spuren auf von einem Motor angetriebenen Walzen 39 und 40 sitzen und die Drehung des Ofens um seine Längsachse ermöglichen. Der Drehofen weist des weiteren einen abnehmbaren Boden 41 auf, der das eine Ende des Drehofens abdeckt und einen Zutritt ins Innere des Ofens ermöglicht, so daß die Innenauskleidung des Ofens erneuert werden kann, sofern dies erforderlich ist.

Der obere,.Teil 42 des Ofens mündet in eine Abzugshaube 43, wobei die Verbindung des Ofens mit der Abzugshaube 43 durch einen Haubenring 44 hergestellt wird. Der Drehofen weist des weiteren Stützrollen (thrust rolls) 45 auf.

Der Innenraum des Ofens ist mit einem feuerfesten Mauerwerk 46 ausgekleidet, und zwar derart, daß in der gekippten Lage der Ofen eine optimale Balance bei Füllung und Drehung aufweist.

Durch die Abgashaube ragt ein mit Wasser kühlbarer Brenner 47 . in den oberen Teil des Ofens, und ziiar praktisch längs der Drehachse des Ofens. Durch die aus dem Brenner 47 austretende Flamme wird der Ofen aufgeheizt und die Charge 48 aufgeschmolzen. Vorzugsweise weist der Ofen einen Brenner auf, bei dem der Sauerstoff über eine zentrische Leitung 46A eingespeist wird und der Brenn-

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stoff über eine Ringleitung 46B, die um die zentrische Leitung 46A angeordnet ist. Die Leitungen werden von einer weiteren Leitung umgeben, durch die Kühlwasser zirkuliert wird, das über den Einlaß 49 eingeführt und über den Auslaß 50 abgeführt wird. Derartige Brenner sind bekannt und brauchen daher nicht näher beschrieben zu werden.

In einem Ofen des in Fig. 4 dargestellten Typs läßt sich beispielsweise ein in der beschriebenen Weise hergestelltes Röstgut mit einem Schwefelgehalt von weniger als 1 % verarbeiten. Das Restgut wird dabei mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel und Schlacken bildenden Bestandteilen vermischt, wobei die Zusammensetzung der Schlacken bildenden Komponente auf den Eisengehalt des Röstgutes und der vorhandenen Gangart abgestimmt ist.

Wie bereits dargelegt, besteht die beim Verfahren der Erfindung erzeugte Schlacke im \^esentlichen aus einer Ferro-Silikatschlacke, wobei das Verhältnis von Gesamteisen zu SiO- in vorteilhafter Weise bei 1,2:1 bis 4:1, ganz speziell bei 1,25:1 bis 2,3:1 liegt. Gegebenenfalls kann Calciumoxid zugegeben werden, vorzugsweise in Mengen bis zu 15 Gew.-^, bezogen auf das Gewicht der Schlacke des beschriebenen Typs.

Als kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel wird vorzugsweise metallurgischer Koks verwendet, vorzugsweise ein solcher einer Maschengröße von 20 bis 150 Maschen gemäß US-Standard. Vorzugsweise wird das Reduktionsmittel in Mengen von 4 bis 10 Gew.-I, bezogen auf das Röstgut, verwendet, insbesondere in Mengen von etwa 4 bis 8 Gew.-I, je nach dem verwendeten Sauerstoff-Brennstoff verhältnis. Normalerweise ist die benötigte Menge an Koks pro Gewichtseinheit Röstgut im Falle eines Drehofens geringer als die entsprechende Menge bei Verwendung eines Flachbettreaktors des in Fig. 3 dargestellten Typs. Vorzugsweise wird zur Verbrennung des Brennstoffes ein Überschuß an Sauerstoff verwendet, wobei der Überschuß an Sauerstoff nicht mehr als etwa 10 Vol.-I übersteigen soll. Dies bedeutet, daß beispielsweise ein

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3 bis 10°iiger Überschuß, vorzugsweise ein etwa 3 bis 6 vol.-^iger Sauerstoffüberschuß verwendet werden kann, beiqielsweise bei Koksmengen von etwa 4 bis 8 Gew.-%.

Die in den Ofen eingespeiste Charge wird aufgeschmolzen, während sich der Ofen dreht, und zwar durch Einführen eines brennenden Sauerstoff-Brennstoffstromes, wobei der brennende Sauerstoff-Brennstoff strom axial in den Ofen eingeführt wird. Das Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff, z.B. Kohlenwasserstoff, kann auf Gewichtsbasis bei mindestens etwa 3:1 plus eines bis zu etwa lOligen Oberschusses liegen, wobei das angewandte Verhältnis, auf das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel der Charge (4 bis 10%) abgestimmt ist, d.h. umso geringer das Sauerstoff-Brennstoffverhältnis ist, umso geringer kann die Menge an Reduktionsmittel sein und umgekehrt, umso höher das Sauerstoff-Brennstoffverhältnis ist, umso größer kann die Menge an Reduktionsmittel in der in den Ofen eingespeisten Charge sein. Die Verbrennung des Brennstoffes mit einem Überschuß an Sauerstoff in einer Menge von bis zu 10 Vol.-I führt zu einer Atmosphäre, die dazu beiträgt, daß das Eisen im wesentlichen im Ferrooxidzustand verbleibt und daß ferner eine flüssige Schlacke erzeugt und ein an Eisen »ymes Rohkupfer erhalten wird.

Nach der Bereitung der Charge wird die Charge in dem Ofen aufgeschmolzen. Durch die kaskadenartige Bewegung der Charge während des Aufschmelzprozesses werden die Bedingungen eines Flachbettreaktors erreicht, wodurch die Charge rasch aufgeschmolzen wird. Das aufgeschmolzene Rohkupfer wird dabei unmittelbar von der Schlacke getrennt. Die Verweilzeit iirtDrehofen liegt dabei in vorteilhafter Weise unter einer Stunde.

Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung können übliche bekannte Sauerstoff-Brennstoffverhältnisse angewandt werden, z.B. bekannte Sauerstoff-Heizölverhältnisse, die für eine praktisch vollständige Verbrennung erforderlich ist. Derartige Verhältnisse sind Handbüchern zu entnehmen. Für ein Heizöl Nr. 2 beispielsweise

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liegt ein vorteilhaftes Verhältnis bei 8,099 m O₂/3,785 1 Heizöl Nr. 2. Für ein Heizöl vom Typ Bunker C liegt ein vorteilhaftes Verhältnis beispielsweise bei 8,496 m 0₉/3,785 1 Bunker C Brennöl. Die angegebenen Verhältnisse entsprechen einem Gewichtsverhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff von etwa 3,6:1 bzw. 3,7:1. Das Verhältnis Soll vorzugsweise bei mindestens etwa 3:1 liegen, wobei der Überschuß an Sauerstoff nicht über 10 % über der für eine vollständige Verbrennung erforderlichen Menge liegen soll. Die Schmelztemperatur liegt zweckmäßig bei et\^a 1250 bis 1400⁰C, z.B. 1250 bis 135O⁰C.

Das folgende Beispiel veranschaulicht die Durchführung des Verfahrens der Erfindung in einem Drehofen.

Beispiel 2 - Drehofen

Zunächst wurde ein Kupfer-Eisensulfidkonzentrat mit 31,9 Gew.-°6 Cu, 25,4 Gew.-°s Fe, 34,7 Gew.-^? ₀ S, 6,1 I SiO₂ und 1,4 Gew.-% Al₂O₃ bei etwa 88O⁰C so lange abgeröstet, bis ein Röstgut mit einem Schwefelgehalt von weniger als 1 Gew.-% erhalten wurde. Das Eisen wurde dabei in Ferrieisenoxid überführt, was sich durch das Vorhandensein von Kupferferrit ergab.

Verschiedene Ansätze des Röstgutes wurden mit verschiedenen Mengen an metallurgischem Koks und ausreichenden Mengen an Sand sowie gegebenenfalls Kalk vermischt, wobei die Mengen der Zusätze so bemessen wurden, daß Schlacken mit einem Schmelzpunkt unter 125O°C anfielen. Der Drehofen wurde vor Zugabe der Charge auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt.

Die einzelnen in den Ofen eingespeisten Chargen lagen bei 136 bis 272 kg. Die Verweilzeiten der Chargen in dem Ofen lagen bei etwa einer Stunde, wobei die Chargen in dem Ofen, der mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 0,5 Umdrehungen pro Stunde umlief, kaskadenartig bewegt wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 zusammengestellt.

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Tabelle 3

	Ver	Flußmittel	CaO	Koks in %	Über	Rohkupfer	% Fe	Schlacke	% Ge- s amt eisen	SiO₂	Cu-Verteilung	Schlacke
	such Nr.	in %	0	5,0	schuß O₉ in ^L\	% Cu	0,01	% Cu	37,5	22,1	Cu	11,7
	6	Sand	0	7,5	PS,0	99,6;	0,005	8,0	39,9	27,3 ".	88,3	15,4
	7	5	10	5,0	5,0	98,8	0,01	8,76	38,2	27,9	84,6	10,8
	8	10	15	5,0	5,0	98,6.	0,02	5,3	35,9	27,8	89,2	5,4
	9	10	15	5,0	10,0	98,8	0,005	3,48	34,4	29,0	94,6	S,0
	10	10	15	7,5	5,0	98,6	0,22	2,8	34,5	27,8	95,0	6,4
	11	10	15	10,0	10,0	98,4	0,56	3,9	35,7	27,6	93,6	2,8
O CD	12	10	0	3,5	10,0	97,8	0,11	1,4	25,5	22,g	97,2	48,0
OO CJl	A	10	15	5,0	15,5	99,4	0,01	18,0	34,4	26,0	52,0	10,7
O	B	10	15	5,0	20,0	98,8	0,01	5,18	32,2	25,3	89,3	19,5
co	C	10	0	3,0	30,0	98,9	0,015	8,9	36,3	22,5	80,5	23,7
CO	D	10		2,5	99,6	14,5		76,3
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Aus den erhaltenen Daten ergibt sich, daß auch bei Verwendung eines Flachbettes vom Kaskadentyp ein Rohkupfer mit einem sehr geringen Eisengehalt erhalten werden kann. Dabei ist das Verhältnis von Koks in der Charge zum Sauerstoffüberschuß in der Sauerstoff-Brennstoffmischung ganz offensichtlich von gewisser Bedeutung.

Wie sich aus den Versuchen A bis C ergibt, ist, wenn die überschüssige Menge an Sauerstoff zu hoch ist, z.B. bei 15 bis 30 % liegt, bei einer Koksmenge in der Charge von z.B. 3,5 bis 5 Gew.-⁹ ₀, der Verlust an Kupfer in der Schlacke ziemlich hoch. Im Falle des Versuches A wurden 48 % des Kupfers von der Schlacke aufgenommen. Im Falle des Versuches D jedoch, bei dem sowohl ein niedriges Koks-Verhältnis und ein geringer SauerstoffÜberschuß angewandt wurden, gingen lediglich 23,7 % des Kupfers in die Schlacke über, ganz offensichtlich auf Grund einer unvollständigen Reduktion des Kupferoxides .

Im Falle der Versuche 6 bis 12 lag der Kupfergehalt des Rohkupfers im allgemeinen bei über 98 %. Die Ergebnisse der Versuche 6 bis bestätigen, daß zur Erzielung gleichmäßig guter Ergebnisse die Menge an Koks oder kohlenstoffhaltigem Material in der Charge bei etwa 4 bis etwa 10 Gew.-^ liegen soll und daß die Menge an Koks oder kohlenstoffhaltigeniMaterial in der Charge mit dem Überschuß an Sauerstoff abgestimmt werden sollte, der mit dem Kohlenwasserstoffbrennstoff eingespeist wird, derart, daß dieser Sauerstoffüberschuß bei etwa 3 bis 10 % liegen soll. Der Sauerstoffüberschuß ist dabei definiert als der Überschuß über der Menge, die erforderlich ist, um eine vollständige Verbrennung zu bewirken. Vorzugsweise wird der Koks oder das kohlenstoffhaltige Material in einer Menge von etwa 4 bis 8 Gew.-I verwendet. Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, für eine optimale Kupfergewinnung einen Sauerstoffüberschuß von etwa 3 bis etwa 6 % zu verwenden. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden bei einem SauerstoffÜberschuß von 3 bis 6 % bei Verwendung von etwa 5 Gew.-I Koks oder eines anderen kohlenstoffhaltigen Materials erzielt. Entsprechend günstige Ergebnisse werden beispielsweise dann erhalten, wenn als Kohlenwasser-

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Stoffbrennstoff Methan verxtfendet wird.

Die bei den Versuchen 6 bis 12 erhaltenen Schlacken weisen Verhältnisse von Gesamteisen zu SiO₂ von 1,2:1 bis 1,7:1, d.h. durchschnittlich von etwa 1,4:1 auf.

Wie im Falle des Flachbettreaktors läßt sich auch im Falle eines Drehofens die Kupferausbeute noch weiter dadurch erhöhen, daß die Schlacke in einem Elektroofen aufgearbeitet wird, derart, daß das Kupfer in der Schlacke reduziert wird. Das im Elektroofen gewonnene Kupfer kann dann wiederum in dem Drehofen unter Zusatz frischen Restgutes rezyklisiert werden.

In Fig. 5 ist ein typisches Fließschema eines solchen Verfahrens dargestellt. Danach wird das Kupfer-Eisensulfidkonzentrat zunächst geröstet (A), worauf das erzeugte Röstgut in einen Drehofen (B) überführt wird, in dem eine entsprechende Charge erzeugt wird. Vorzugsweise wird das Röstgut in heißem Zustand in den Drehofen überführt (um Wärme zu sparen), worauf die Charge in dem Drehofen aufgeschmolzen und Rohkupfer (B-1) und Schlacke (B-2) gewonnen wird. Die Schlacke wird dann in einen Schlackenaufarbeitungsofen (C) überführt, in dem das in der Schlacke enthaltende Kupfer reduziert und in Form eines schwarzen Kupfers (C-1) gewonnen wird, das dann in dem Drehofen rezyklisiert wird. Die dabei anfallende Schlacke (C-2) ist praktisch kupferfrei und kann verworfen werden.

Das in dem Drehofen (B) erzeugte Rohkupfer kann in verschiedener Weise weiter verarbeitet werden. So kann beispielsweise nach Abgießen der Schlacke aus dem Ofen (nach Kippen desselben um seine Querachse) das Kupfer in dem Ofen weiter durch Befeuerung raffiniert werden, unter Anwendung üblicher Techniken der Erzeugung von Kupfer von Anodenqualität, welches dann zu Anoden vergossen werden kann, worauf die erhaltenen Anoden auf elektrolytischem Wege aufgearbeitet werden können.

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Claims

Patentansprüche

.1 Verfahren zur Herstellung von Rohkupfer aus einem Kupfer-Eisensulfidkonzentrat mit 15 bis 45 Gew.-I Cu, 15 bis 40 Gew.-I Fe und 20 bis 45 Gew.-I S sowie einem Gesamtgehalt an Cu, Fe und S von mindestens 85 Gew.-I, wobei der Rest des Konzentrates aus Gangart und/oder anderen Metallen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das.SuIfidkonzentrat bei einer Temperatur von über 800⁰C unter Entfernung des Schwefels und unter Bildung von Ferrieisenoxid erkennbar an der Bildung von vergleichsweise großen Mengen an magnetischem Kupferferrit - abröstet, daß man

b) aus dem abgerösteten Sulfidkonzentrat, SiO₂ sowie einer vorbestimmten Menge eines kohlenstoffhaltigen Materials zur Reduktion des Kupferoxides des Konzentrates zu metallischem Kupfer und des Ferrioxides des Konzentrates zu FeO in einem Schmelzofen eine Flachbett-Charge bildet, wobei man die Menge an SiO₂ so bemißt, daß sie ausreicht, um das durch Reduktion des Ferrieisenoxides gebildete FeO zu binden, und daß eine Schlacke mit einem Schmelzpunkt von unter 125O⁰C entsteht, daß man

c) die Charge in dem Ofen auf eine Schmelztemperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Kupfers erhitzt, dabei das Kupferoxid zu metallischem Kupfer und das Ferrieisenoxid zu Ferroeisenoxid reduziert und eine Schlacke aus dem vorhandenen SiO- sowie Rohkupfer mit weniger als 1 Gew.-% Eisen erzeugt und daß man schließ lich

d) unmittelbar darauf das aufgeschmolzene Rohkupfer von der Schlacke trennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Charge in dem Ofen mit einer solchen Geschwindigkeit aufschmilzt, daß die erzeugte Schlacke bis zu etwa 20 Gew.-% Ferri-Eisen enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das

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Sulfidkoiizentrat in der Verfahrensstufe a) auf einen Schwefelgehalt von unter 1 Gew.-⁵ ₀ ab röstet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Sulfidkonzentrat bei einer Temperatur von 850 bis 95O⁰C abröstet und daß man das abgeröstete Konzentrat bei einer Temperatur von 1250 bis 1400⁰C aufschmilzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schlacke mit einem Fe/Si0_o-Verhältnis von 1,2:1 bis 4:1 erzeugt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweil-■ zeit der Charge in dem Ofen weniger als eine Stunde beträgt.
7. Weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die noch Kupfer enthaltende Schlacke zur Gewinnung eines an Kupfer angereicherten Produktes aufarbeitet, und daß man dieses in den Schmelzofen rezyklisiert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kupfer der Schlacke durch Aufschmelzen der Schlacke in einem Elektroofen mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in Form von schwarzem Kupfer gewinnt und dieses in den Schmelzofen rezyklisiert.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem abgerösteten Sulfidkonzentrat und einem SiOo-enthaltenden Schlackenbildner Briketts erzeugt und diese mit dem kohlenstoffhaltigen Material in den Schmelzofen einspeist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmelzofen einen Hochofen verwendet und hierin über den kreisförmig angeordneten Lufteintrittsdüsen ein Chargenbett einer Höhe von bis zu 1,83 m erzeugt, daß man das in den Ofen eingeführte kohlenstoffhaltige Material anzündet, Luft durch die Düsen in den Ofen bläst und das aufgeschmolzene Rohkupfer in einem Auffangbecken im unteren Teil des Ofens auffängt.

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11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Schmelzofen eingespeiste Menge an kohlenstoffhaltigem Material bei 8 bis 25 Gew.-I, bezogen auf das Gewicht des Röstgutes und des Schlackenbildners liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man es in

in
einem Drehofen durchführt und/diesem Wärme durch Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbrennstoff-Sauerstoffgemisches erzeugt, wobei man das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenwasserstoffbrennstoff derart einstellt, daß es mindestens zu einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffes ausreicht und ein Oberschuß von Sauerstoff von bis zu 10 % vorhanden ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel 4 bis 10 Gew.-I, bezogen auf das Gewicht des Röstgutes, beträgt und daß der SauerstoffÜberschuß bei 3 bis 10 % liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel bei 4 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das Röstgut, liegt und daß der Sauerstoffüberschuß bei 3 bis

6 % liegt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit in dem Drehofen weniger als eine Stunde beträgt.