DE2645585C3 - 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
45
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.
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 (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 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.
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