DE2645585C3

DE2645585C3 - Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Behandlung von geschmolzenen schwermetalloxidhaltigen Schlacken zur Freisetzung von Wertmetallen und/oder deren Verbindungen

Info

Publication number: DE2645585C3
Application number: DE2645585A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Wuth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1976-10-06
Publication date: 1979-08-30
Also published as: YU234377A; GB1578044A; HU175870B; FI62862B; US4210441A; FI772822A; RO75067A; ZA775966B; AU2932177A; BE859457A; CA1087861A; ZM7277A1; DE2645585A1; DE2645585B2; PL201327A1; FI62862C; JPS53131202A; AU510632B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Behandlung von geschmolzenen schwermetalloxidhaltigen Schlacken, die so bei der Behandlung von Konzentraten, Zwischen- und Abfallprodukten anfallen, zur Freisetzung von Wertmetallen und/oder deren Verbindungen durch Absetzen und/oder Verflüchtigen.

Es ist bekannt, zur Abtrennung von in einem flüssigen Bad eines Nichteisenmetalles gelösten Begleitelementen auf die Oberfläche des flüssigen Metalles Reaktionsgas zur Erzeugung einer annähernd torusartig rotierenden Schichtenströmung mit großer Strahlkraft aufzublasen, so daß sich auf der Oberfläche ein Blaseindruck bo bildet und sich ein Konvektionssystem ergibt, dessen Abmessungen im Bereich des Schmelzbades senkrecht zur Strahlrichtung etwa 2 bis 5, vorzugsweise 3 Blaseindruckdurchmesser und dessen Tiefe etwa die Hälfte davon, vorzugsweise 1,5 Blaseindruckdurchmes- ·>■> ser beträgt (DE-PS 23 06 398).

Im Gegensatz zu 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 Metallbad nicht, sondern dringt lediglich bis zu einer aus dynamischen Gründen optimalen Tiefe in die Schlackenschmelze ein.

Die Abtrennung von Wertmetallinhalten aus schmelzflüssigen Schlacken von überwiegend oxidischen Annkonzentraten, Zwischen- und Abfallprodukten oder dergleichen, wird nach dem Stand der Technik üblicherweise durch horizontales Einblasen von Reaktionsgasen in die Schmtize, durch Verflüchtigung im Drehflammofen oder, wenn zusätzlich nicht verflüchtigbare Wertmetalle enthalten sind, durch Behandlung im Schachtofen mit heißer Gicht erreicht

Die verflüchtigten Wertmetalle wie zum Beispiel Antimon, Blei oder Zink fallen bei diesen Verfahren in oxidischer Form an und werden in nachgeschalteten Filtern aufgefangen. Die Restschmelze besteht aus einer absetzbaren Schlacke mit geringen Wertmetallgehaltea Die nicht verflüchtbaren Wertmetalle fallen in einer gesonderten Rohmetallphase oder bei genügenden Schwefelakuvitäten 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 Gaszusammensetzung, die Voraussetzungen für kontinuierliche Verfahrensweise bei relativ günstigen Investitionskosten zu schaffen. Darüber hinaus soll die Erfindung die Möglichkeit bieten, mit geringem Aufwand in bestehenden öfen angewendet zu werden, gegebenenfalls auch bei diskontinuierlichen Prozeßabläufen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, 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 torisartig rotierenden Schichtenströmung 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, dessen Abmessungen senkrecht zur Strahlrichtung 2 bis 5 Blaseindruckdurchmesser, und dessen Tiefe etwa die Hälfte davon beträgt

Die bevorzugten Abmessungen des Konvektionssystems betragen senkrecht zur Strahlenachse 3, in der Tiefe 1 '/2 Blaseneindruckdurchmesser.

In Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Vermeidung des Spritzens sowohl die Strahlkraft als auch der Abstand der Düsenmündung von der Oberfläche der Schlackenschmelze nach Maßgabe der verwendeten Reaktionsgase eingestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Beschleunigungsdüsen Lavaldüsen angewendet werden.

Und schließlich ist als weitere, vorteilhafte Maßnahme vorgesehen, daß mehrere Blaslanzen neben

und/oder hintereinander im Abstand von etwa dem Zweifachen bis Fünffachen, vorzugsweise dem Dreifachen des Blaseindruckdurchmessers angeordnet sind.

Nach dem erfüxäungsgemäßen Verfahren können beispielsweise folgende Materialien vorteilhaft behandelt werden: zinn-, blei-, antimon-, wismuthaltige, selbstgängige Armkonzentrate, insbesondere dann, wenn sie Pyrit enthalten. Schwerschmelzende Konzentrate können durch 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-, kupferhaltige Endschlacken, zinn-eiseiihaliige Kratzen und zinkhaltige Laugungsrückstände.

Weitere wesentliche verfahrenstechnische Merkmale sind aus der Zeichnung erkennbar.

Eine Ofenanlage kann eine oder mehrere erfindungsgemäße Reaktionssysteme endiahen, die neben- und/ oder hintereinander geschaltet werden können. 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 &

Zur Erzeugung des Strahles wird ein Druck von der Düse zwischen 10 und 20kp/cm² erzeugt Das so vorgespannte Gas wird durch eine Beschleunigungsdüse, beispielsweise eine Laval-Düse entspannt, wobei Austritts-Geschwindigkeiten von einer Größenordnung zwischen 1 Mach und 3 Mach erreicht werden.

Aus einem Abstand zwischen Düse und Schlackenbad von weniger als 0,5 m, beispielsweise 035 m trifft der Strahl mit einer Strahlkraft von 5 bis 25 N auf die Schlacke auf und erzeugt dadurch einen deutlich erkennbaren Blaseindruck.

Im Blaseindruck wird der Strahl umgelenkt und bewirkt durch Reibung an der schmelzflüssigen Schlacke deren torusartige Konvektion 3. An der Berührungsfläche Schlacke-Metall wird das Metallbad 10 gleichgerichtet mit bewegt Zusätzlich zum Metallbad oder an dessen Stelle kann bei ausreichenden Schwefelaktivitättm auch eine Sulfidphase vorhanden sein.

Neben seiner konvektiven Wirkung auf die Schmelze hat der Gasstrahl den Zweck, gasförmige Reaktionsstoffe an die Schmelze heran zu transportieren und gasförmige Reaktionsprodukte von der Schmelze wegzutransportieren. Letztere können sich bereits an der Phasengrenze Schmelze/Gas zu Dämpfen oder Stäuben umsetzen bzw. später mit den Abgasen reagieren.

Je nach Bedarf wird der Gasstrahl aus unterschiedlichen Komponenten zusammengesetzt Dabei können oxidierende Gase, zum Beispiel Sauerstoff, reduzierende Gase, 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 Reaktionskomponenten auch Wärmeenergie durch Verbrennung zuführen. Technisch besonders geeignete Gemische sind zum Beispiel Erdgas/Sauerstoff, Propan/Sauerstoff, Erdöl/Sauerstoff oder dergleichen, die je nach Mengenverhältnis oxidierend oder reduzierend auf die Schmelze wirken. In bestimmten Fällen ist auch der Zusatz von SOi oder H2S zweckmäßig.

Bei diskontinuierlicher Betriebsweise ist die Verwendung der Gaszusammensetzung für die Behandlung der Schmelze wichtig. Wärme- und Stoffübertragungsvorgänge während einer Charge sind nach den Vorgängen in der Schlackenschmelze zu optimieren. Dementsprechend 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 Reaktionssysteme an, die konstant mit unterschiedlicher Gaszusammensetzung gefahren werden.

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 1 hervorgehen; es kann zum Beispiel aus einer Rinne, einem Tiegel, Teilen eines Flammofens oder einer anderen bekannten Ofeneinheit bestehen.

Beispiele

Arme, komplexe Zinnerze mit zum Beispiel 15% Zinn können durch Aufblasen mit reduzierenden Gasgemischen in eine absetzbare Schlacke und ein Mischoxid zerlegt werden, das neben Zinn auch Antimon, Blei, Wismut, Zink usw. enthält Durch Zugabe geringer Mengen von SO2 oder H2S wird die Verflüchtigungsgeschwindigkeit und das Ausbringen von Zinn verbessert, die Zinnrestgehalte in der Schlacke betragen dann einige zehntel Prozent Bei pyrithaltigen und selbstgängigen Konzentraten sind Zuschläge nicht notwendig.

Reichschlacken aus der Zinngewinnung mit 10—15% Zinn sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls bis auf ca. 03% zu entzinnen, wenn der Schlacke Pyrit zugegeben wird oder der Gasstrahl SO₂ oder H₂S enthält

Reichschlacken aus der Kupferschrottaufarbeitung weisen sowohl hohe Kupfer- wie auch Zinngehalte auf. Bei der Behandlung mit zum Beispiel einem reduzierenden Propan-Sauerstoff-Gemisch können diese Schlak-

M> ken in ein Rohkupfer, eine kupfer- und zinnarme Schlacke sowie in ein Mischoxid zerlegt werden, das das Zinn enthält

Endschlacken einiger pyrometallurgischer Verfahren enthalten häufig beispielsweise Zink, Zinn, Blei,

<■ > Antimon und Kupfer in Konzentrationen, die noch über der bergbaulichen Gewinnungsgrenze liegen, aber weder durch aufbereitungstechnische, hydrometallurgische oder pyrometaliui gische Verfahren wirtschaftlich

weiter herabgesetzt werden können. In einigen Fällen ist es möglich, durch Hinzufügen einer Blaseinheit in den bestehenden Verfahrensgang diese Wertmetallgehalte in gewinnbringender Weise aus der Schlacke zu entfernen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 ts Schichtenströmung 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, 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 IV2 Blaseneindruckdurchmesser beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des Spritzens sowohl die Strahlkraft als auch der Abstand der Düsenmündung von der Oberfläche der Schlackenschmelze nach Maßgabe der verwendeten Reaktionsgase eingestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschleunigungsdüsen Lavaldüsen angewendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Blaslanvien neben und/oder hintereinander im Abstand von dem zweibis 5fachen, vorzugsweise dem 3fachen des Blaseindruckdurchmessers angeordnet werden.