DE2645585B2 - Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Behandlung von geschmolzenen schwermetalloxidhaltigen Schlacken zur Freisetzung von Wertmetallen und/oder deren Verbindungen - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Behandlung von geschmolzenen schwermetalloxidhaltigen Schlacken zur Freisetzung von Wertmetallen und/oder deren VerbindungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Behandlung von geschmolzenen
schwerrnetalloxidhaltigen Schlacken, die "><> bei der Behandlung von Konzenlraten, Zwischen- und
Abfallprodukten anfallen, zur Freisetzung von Wcrtrnctallcn und/oder deren Verbindungen durch Absetzen
und/oder Verflüchtigen.
Es ist bekannt, zur Abtrennung von in einem flüssigen ">"> Bad eines Nichteiscnmetalles gelösten Bcgleitelcmenlen
auf die Oberfläche des flüssigen Metalles Reaktionsgas λιιγ Erzeugung einer annähernd torusartig roiicren-(Jen
Schichlcnströmung mit großer Strahlkraft aufzublasen, so daß sich auf der Oberfläche ein Blaseindruck ">
bildet und sich ein Konvektionssystem ergibt, dessen Abmessungen im Bereich des Schmclzbades senkrecht
zur Strahlrichtung etwa 2 bis 5, vorzugsweise 5 Blaseiiulruckdiirchmcsser und dessen Tiefe etwa die
HaIfIc davon, vorzugsweise 1,r>
Dlascindruckdurchmcs-SLTl)OIrUgI(I)I-I1SiJOb
il)8).
Im (iegensatz /u diesem Stand der Technik bezieht
sich die vorliegende Patentanmeldung ausschließlich auf
die Behandlung oxidischer Schmelzen, daß heißt, oxidischer Schlacken. Der Blasstrahl bewegt deshalb
erfindungsgemäß primär das Schlackenbad. Das in einigen Fällen darunter befindliche Metallbad wird —
wenn überhaupt — gegebenenfalls sekundär durch die Bewegung der Schlacke in eine entsprechende Bewegung
gebracht. Der Blasstrahl durchdringt die Schlakkenschicht
jedoch nicht und erreicht auch das gegebenenfalls darunter befindliche Metallbau nicht,
sondern dringt lediglich bis zu einer aus dynamischen Gründen optimalen Tiefe in die Schlackenschmelze ein.
Die Abtrennung von Wertmetallinhalten aus schtnelzflüssigen Schlacken von überwiegend oxidischen
Armkonzentraten, Zwischen- und Abfallprodukte η oder dergleichen, wird nach dem Stand der Technik
üblicherweise durch horizontales Einblasen von Reaktionsgasen in die Schmelze, durch Verflüchtigung im
Drehflammofen oder, wenn zusätzlich nicht verfiüchtigbare Wertmetalle enthalten sind, durch Behandlung im
Schachtofen mit heißer Gicht erreicht.
Die verflüchtigten Wertmetaüe wie zum Beispie!
Antimon, Blei oder Zink fallen bei diesen Verfahren in oxidischer Form an und werden in nachgeschaheten
Filtern aufgefangen. Die Restschmelze besteht aus einer absetzbaren Schlacke mit geringen Wertmetallgehalten.
Die nicht verflüchtbaren Wertmetalle fallen in einer gesonderten Rohmttallphase oder bei genügenden
Schwefelaktivitäten in einer Sulfidphase an.
Zur Abtrennung verflüchtbarer Bestandteile können auch Zyklonöfen zum Einsatz kommen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch die Gewährleistung reproduzierbarer, guter Stoff- und
Wärmeübergangsbedingungen sowie technisch einfacher Regulierungsmöglichkeiten der .Strahlparameter,
wie Düsenvordruck, Düsenabstand und Gasz.usammensetzung, die Voraussetzungen für kontinuierliche Verfahrensweise
bei relativ günstigen Investitionskosten /u schaffen. Darüber hinaus soll die Erfindung die
Möglichkeit bieten, mit geringem Aii.'wmd in bestehenden
Ofen angewendet zu werden, gegebenenfalls auch bei diskontinuierlichen Pro/cßabläufen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Woise Reaktionsgase annähernd senkrecht in
Form von mindestens einem gebündelten, cnergiereichen
Gasstrahl auf die Oberfläche der Schlacke zur Erzeugung einer annähernd torisartig rotierenden
Schichtenströmling durch mindestens eine Beschleunigungsdüse mit großer Strahlkraft derart aufgeblasen
werden, daß sich auf der Schlackenoberfläche ein Blaseindruck und in dessen Bereich ein Konvektionssystem
zwischen Blasstrahl und flüssiger Schlacke ergibt, dc'scn Abmessungen senkrecht zur Sirahlrichtung 2 bis
5 Blaseindruckdurchmesser. und dessen Tiefe etwa die
Hälfte davon beträgt.
Die bevorzugten Abmessungen des Konvektionssystems betragen senkrecht zur .Strahlenachse i, in der
Tiefe P/2 Blaseneindruckdurchmesscr.
In Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung
ist vorgesehen, daß zur Vermeidung des Spnlzens sowohl die .Strahlkraft ;ils auch der Abstand der
Diiscnmiindung von der Oberfläche der Schlackenschmelze
nach Maßgabe der verwendeten Keaktionsgase eingestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß als Beschleiiniguiigsdiisen l.avaldüscn auge
wendet werden.
Und schließlich ist al·, weitere, vorteilhafte Maßnahme
vorgesehen, daß mehrere Blaslan/en liehen
und/oder hintereinander im Abstand von etwa dem Zweifachen bis Fünffachen, vorzugsweise dem Dreifachen
des Blaseindrückdurchmessers angeordnet sind.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise folgende Materialien vorteilhaft behandelt
werden: zinn-, blei-, antimon-, wismuthaltige, selbstgängige Armkonzentrate, insbesondere dann,
wenn sie Pyrit enthalten. Schwerschmelzende Konzentrate können du'ch Zuschläge selbstgängig gemacht
werden. Geeignete Zwischenprodukte sind zum Beispiel Rohschlacken, die bei der Zinngewinnung oder bei der
Kupferschrottaufbereitung anfallen. Letztere lassen sich in 3 Produkte, nämlich zinnhaltiges Mischoxid, Rohkupfer
und absetzbare Schlacke zerlegen. Beispiele für Abfallprodukte sind zinn-, blei-, kupferhaliige Endschlacken,
zinn-eisenhaltige Krätzen und zinkhaltige Laugungsrückstände.
Weitere wesentliche verfahrenstechnische Merkmale sind aus der Zeichnung erkennbar.
Eine Ofenanlage kann eine oder mehrere erfindungsgernäße
Reakiionssysiernc enthalten, die neben- und/
oder hintereinander geschaltet werden könr.cn. Das Reaktionssystem 5 wird durch die konvektiven Verhältnisse
in Gasstrahl und Schmelze definiert. Es besteht aus dem aus der Düse 8 austretenden Gasstrahl, der im
Strömungskern die höchsten Geschwindigkeiten 4 aufweist. Die Kraft des Strahles, im wesentlichen
abhängig vom Düsenvordruck und Düsenabstand, bewirkt in der Schlackenschmelze 9 einen Eindruck mit
dem Durchmesser 2 und der Tiefe 6.
Zur Erzeugung des Strahles wird ein Druck von der Düse zwischen IO und 20kp/cm' erzeugt. Das so
vorgespannte Gas wird durch eine Beschleunigungsdüse, beispielsweise eine Laval-Düse entspannt, wobei
Austritts-Geschwindigkeiten von einer Größenordnung zwischen I Mach und 3 Mach erreicht werden.
Aus einem Abstand zwischen Düse und Schlackenbad von weniger als 0,5 m, beispielsweise 0,35 m trifft der
Strahl mit einer Strahlkraft von 5 bis 25 N auf die
Schlacke auf und erzeugt dadurch einen deutlich erkennbaren Blaseindruck.
Im ßlascindruck wird der Strahl umgelenkt und
bewirkt durch Reibung an der schmelzflüssigen Schlacke deren torusartige Konvektion 3. An der
Berührungsfläche Schlacke Metall wird Jas Metallbad 10 gleichgerichtet mit bewegt. Zusätzlich /um Metallbad
oder an dessen Stelle kann bei ausreichenden Schwefclaktivitätcn auch eine Sulfidphase vorhanden
sein.
Neben seiner konvcklivun Wirkung auf die Schmelze hiii der Gasstrahl den Zweck, gasförmige Reaktionsstoffe an die Schmelze heran zu transportieren und
gasförmige Reaktionsprodukte von der Schmelze weg/utransportieren. Letztere können sich bereits an
der Phasengren/e Schrnelze/Gas zu Dämpfen oder Stauben umsetzen bzw. später mit den Abgasen
reagieren.
|e nach Bedarf wird der Gasstrahl aus unterschiedlichen
Komponenten zusammengesetzt. Dabei können oxidierende Gase, zum lieispiel Sauerstoff, reduzieren
de Ciase, zum Beispiel Wasserstoff oder Inertgase, zum
Beispiel Stickstoff zur Anwendung kommen. Von größerem Interesse sind jedoch Gasgemische aus
oxidierenden und reduzierenden Gasen, die der Schmelze neben Reaktioriskomponcnicn auch Wärmeenergie
durch Verbrennung zuführen, 'lec Iniisch
besonders geeignete G .mische sind zum Beispiel !■!rdkras/Sai'erstoff. I'ioüan/Saiiersloff. I.idül/S.iueistoff
oder dergleichen, die je nach Mengenverhältnis oxidierend oder reduzierend auf die Schmelze wirken.
In bestimmten Fäilen ist auch der Zusatz von SO2 oder
H2S zweckmäßig.
Bei diskontinuierlicher Betriebsweise ist die Verwendung der Gaszusammensetzung für die Behandlung der
Schmelze wichtig. Wärme- und Sioffübertragungsvorgänge
während einer Charge sind nach den Vorgängen in der Schlackenschmelze zu optimieren. Dementspre-
lu chend wird es in manchen Fällen nötig sein, anfänglich
oxidierend bis neutral, später reduzierend zu fahren, oder umgekehrt, wobei durch genaue und reproduzierbare
Einstellung des Gasgemisches die Bildung unerwünschter oxidischer oder sulfidhaltiger Phasen vermieden
werden kann.
Bei kontinuierlicher Betriebsweise bietet sich die Verwendung mehrerer Reaktionssysieme an, die konstant
mit unterschiedlicher Gaszusammensetzung gefahren werden.
.»η Das in der Zeichnung definierte Reaktionssystem
bedingt in der technischen Ausführung im allgemeinen eine Konstruktionseinheit, die aus den folgenden
wesentlichen Teilen besteht:
a) Wassergekühlte, vertikal bewegliche Lanze mit "' eingebauter Düse sowie die dazugehörige Gasversorgung
mit Druck- und Volumenstrom-Meßgeräten,
b) Abzugshaube, mit der die gebildeten Dämpfe und Stäube in ein Filtersystem gesaugt werden können.
Das untere Ende der Lanze befindet sich in der Abzugshaube,
c) Gefäß für das Schlacken-Schmelzbad, dessen Abmessungen aus Anspruch i hervorgehen; es
kann zum Beispiel aus einer Rinne, einem Tiegel, Teilen eines Flammofens oder einer anderen
bekannten Ofencinheit bestehen.
A nie, komplexe Zinnerze mit zum Heispiel 15% Zinn
können durch Aufblasen mit reduzierenden Gasgemischen in eine absetzbare Schlacke und ein Mischoxid
zerlegt werden, das neben Zinn auch Antimon, Blei,
r> Wismut, Zink usw. enthält. Durch Zugabe geringer
Mengen von SO 2 oder H2S wird die Verflüchtigungsgeschwindigkeit
und das Ausbringen von Zinn verbessert, die Zinnrestgchalte in der Schlacke betragen dann
einige zehntel Prozent. I3ei pyrithaltigen und selbstgän-
i'1 gigen Konzentraten sind Zuschläge nicht notwendig.
Reichschlacken aus der Zinngewinnung mit 10— 15%
Zinn sind nach dem crfindungsgemiißen Verfahren
ebenfalls bis auf ca. 0.3% zu cnt/.innen, wenn der Scnlackc Pyrit zugegeben wird oder der Gasstrahl SO2
■. oder }\iS enthält.
Reichschlacken aus der Kupferschrottaui'arbeitung
weisen sowohl hohe Kupfer- wie auch Zinngehalte auf. Bei der Behandlung mit zum Beispiel einem reduzierenden
Propan-SauerMoff-Gcmisch können diese Sehlakken
in ein Rohkupfer, eine kupfer- und zinnarme Schlacke sowie in ein Mischoxid zerlegt werden, das das
Zinn enthält.
Lndsehlacken einiger pyrometallurgischer Verfahren
enthalten häufig beispielsweise Zink, Zinn, Blei, Antimon und Kupfer in Konzentrationen, die noch Ober
der bergbaulichen Gewinnungsgren/e liegen, aber weder durch aiifbereitungsteclinische, hydrometallurgische
oder pyronietailiirKische Verfahren wirtschaftlich
weiter herabgesetzt werden können. In einigen !'allen
ist es möglich, durch Hinzufügen einer Blaseinheit in den bestehenden Verfahrensgang diese Wcrlmctallgchaltc
in gewinnbringender Weise aus der Schlacke zu entfernen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Behandlung von geschmolzenen schwermetalloxidhaltigen
Schlacken, die bei der Behandlung von Konzentraten, Zwischen- und Abfallprodukten
anfallen, zur Freisetzung von Wertmetallen und/oder deren Verbindungen durch Absetzen
und/oder Verflüchtigen, dadurch gekennzeichnet,
daß in an sich bekannter Weise Reaktionsgase annähernd senkrecht in Form von mindestens einem gebündelten, energiereichen Gasstrahl
auf die Oberfläche der Schlacke zur Erzeugung einer annähernd torusartig rotierenden
Schichtenströmung durch mindestens eine Beschleunigungsdüse mit großer Strahlkraft derart aufgeblasen
werden, daß sich auf der Schlackenoberfläche ein Blaseindruck und in dessen Bereich ein
Konvektionsbystem zwischen Blasstrahl und flüssiger
Schlacke ergibt, dessen Abmessungen senkrecht
zur Strahlrichtung 2 bis 5 Blaseindruckdurchmesser, und dessen Tiefe die Hälfte davon beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konvektionssystem zwischen
Blasstrahl und flüssiger Schlacke ausgebildet wird, dessen Abmessung senkrecht zur Strahlrichtung 3
Blaseneindruckdurchmesser und dessen Tiefe P/2
Blaseneindruckdurchmesser beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo zeichnet, daß ;: .r Vermeidung des Spritzens sowohl
die Strahlkraft als auch der Abttand der Düsenmündung von der Oberfläche der Schlackenschmelze
nach Maßgabe der verwendeten Reaktionsgase
eingestellt werden. J'
4. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschleunigungsdüsen Lavaldüsen
angewendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Blaslan/.en neben w
und/oder hintereinander im Abstand von dem zweibis 5fachen, vorzugsweise dem 3fachcn des Blaseindruckdurchmessers
angeordnet werden.
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