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 Verbindungen

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DE2645585B2 DE2645585A DE2645585A DE2645585B2 DE 2645585 B2 DE2645585 B2 DE 2645585B2 DE 2645585 A DE2645585 A DE 2645585A DE 2645585 A DE2645585 A DE 2645585A DE 2645585 B2 DE2645585 B2 DE 2645585B2
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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.
Beispiele
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)

Patentansprüche:
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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