DE2651347A1

DE2651347A1 - Verfahren zur gewinnung von kupfer aus kupfer enthaltenden materialien

Info

Publication number: DE2651347A1
Application number: DE19762651347
Authority: DE
Inventors: James Clements Blair; Jun Frank Moe Stephens
Original assignee: Cyprus Metallurgical Processes Corp
Current assignee: Cyprus Metallurgical Processes Corp
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1977-05-26
Also published as: FI763045A; AU500924B2; FI67236B; FR2331622A1; FI67236C; US4039324A; JPS572258B2; JPS5262122A; MX4112E; FR2331622B1; GB1510612A; AU1905676A; CA1073682A

Description

PATENTANWÄLTF. A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

DR-ING

W. STOCKMAIR

DR-ING. ■ AsE(CAI-TCCH

K. SCHUMANN

DR RER NAT. - 0IPL-PHY&

P. H. JAKOB

DlPL-ING.

G. BEZOLD

DR FIER. NAT.- QFL-CHEM.

8 MÜNCHEN 22

MAXlMlLrANSTRASSE 43

10. November 1976 p 10 971-6O

CYPRUS METALLURGICAL PROCESSES CORPORATION

South Flower Street, Los Angeles, California,
V.St.A.

Verfahren zur Gewinnung von Kupfer aus Kupfer
enthaltenden Materialien

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Gewinnung von Kupfer aus Kupfer enthaltenden Materialien, wie z.B. Kupferoxiden und Kupfersalzen.

Es sind bereits viele Verfahren zur Gewinnung von Metallen unter Verwendung eines Wirbelbettes durch Reduktion mit Wasserstoff vorgeschlagen worden, darunter befindet sich eine Reihe von Verfahren, die sich auf Kupfer beziehen. So ist beispielsweise in der US-Patentschrift 1 671 003 die Extraktion von Kupfer (und anderen Metallen) aus Sulfiderzen durch Chlorierung des Erzes unter Bildung eines Kupferchlorids und Reduktion des Kupferchlorids zu elementarem Kupfer unter Verwendung von Wasserstoff beschrieben. In den

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TELEFON (08Θ) 02 20 62 TELEX 00-3Ö3BO TeLEQRAMME MONAPAT TEL EKOPIERER

US-Patentschriften 3 251 684 und' 3 552 498 sind weitere Beispiele für die Reduktion von Kupferkationen mit Wasser-'-' stoff zu elementarem Kupfer angegeben.

In zahlreichen Patentschriften sind verschiedene verfahren" und Vorrichtungen zur Durchführung von Wirbeibett-Redüktionen von Metallen zu ihrem elementarem Zustand unter Verwendung von Wasserstoff beschrieben, beispielsweise in den US-Päten~t-" schriften 2 529 366, 2 638 414 und 2 85„3 361. Trotζ dieser ' Vorschläge hat die Wirbelbett-Reduktion von Kupfer(I)chlörid zu elementarem Kupfer jedoch Nachteile. Innerhalb bestimmter '" Verfahrensparameter hat das vorher reduzierte Kupfer die ITeigung, zusammenzusintern und zu agglomerieren, was zu einer Unterbrechung des Auf wirbelung s zu Standes in dem Y^irbelbett ^r' führt. Über ein ähnliches Phänomen bei der Wirbelbettredulction von Eisen wird in "The Sticking of Iron Ore During'

Reduction by Hydrogen in a Fluidized Bed" von Gransden und "

Sheasby, publiziert im "Canadian Metallurgical Quarterly'¹,, Band 13, Hr. 4 (1974), berichtet. In diesem Artikel ist ange-■ geben, daß die Teilchen bei der Wirbelbett-Reduktion von Eisenerz bei Temperaturen oberhalb 600⁰C immer dann aneinander ^; haften, wenn sie auf saubere Eisenoberflächen aufprallen. Mit steigender Reduktionstemperatur nimmt auch die Neigung zur Eisenkeimbildung zu. Durch Beschichten der Eisenerzteilchen mit einem Siliciumdioxidfilm wird die Eisenkeiia- "- ^: bildung verhindert und sie erlaubt die Reduktion von Eisenerz bis zu Temperaturen von etwa 840⁰C. * "

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von elementarem Kupfer aus einem Kupfer enthaltenden Material, das aus einem Kupferoxid oder einem Kupfersalz besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Kupfer enthaltende Material in einem Wirbelbett-Reaktor mit Wasserstoff reduziert in Gegenwart von genügend chemisch inerten Teilchen, um die Sinterung des bei der Reduktion gebildeten Kupfers zu

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■ ρ

' beschränken,bzw, zu verzögern.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Gewinnung - von elementarem Kupfer aus einem Kupfer enthaltenden Material, ^ djs.s_f„ aus. einem. Kupferoxid oder einem Kupfersalz besteht,.,.,das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Kupfer enthalt.ende_üMaterial"in., einem. Wirbelbett-Reaktor mit Wasserstoff reduziert ,^obei die Reduktion bei einer Temperatur von etwa- 400. bis etrwa 60Ö°C. durchgeführt wird in Gegenwart von §twa de-r. jp,7^ bis etwa _;1.Ö-f achen Gewichtsmenge von Teilchen^ mit einer Größe innerhalb" des Bereiches von etwa 2,0 bis, etwa 0^105 mm 0 ^iV 1~50 mesh)",''bezögen auf die Menge des.Kupfer enthaltenden Materials, wobei die Teilchen

.."j" so χ scrxxvs- liis^ -ix r?-ij;.~;-'^:i^-■· ■ ■■ --■■" ---■ ■ ' - -"· ■··: ~ - ■ ■· -. -■■ gegenüber ,den Reaktanten in dem Reaktor chemisch inert sind und eine_rverhältnismäßig^giatte,m

Oberfläch%be..i einer Vß^hal1;niiBmaßijg "gelingen'scheinhsLren Porosität aßiwe±ßejij ,um das 'Sintern.des b^ei der"Reduktion gebildeteja .Kiig^ersι zu beschränken bzw. zu verzögern.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Gewinnung von elementarem Kupfer aus das dadurch

gekennzeichnet, ist_r? daß man das Kupfer (I) chlor id^L in einem Wirbelbett-Reakjor mit Wasserstoff reduziert, wobei die Reduktio_rn pa. Gegenwart von etwa der Ό,7- bis etwa 10-fachen Gewichtsmygnge Sand, bezogen auf das Gewicht des Kupfer(I)-chlorids, durchgeführt wird, wobei die Teilchengröße des Sandes innerhalb des Bereiches von etwa 0,84 bis etwa 0,30 mm (-20 + 48 mesh), liegt, um das Sintern des bei der Reduktion gebildeten Kupfers "zu beschränken bzw. zu verzögern.

Die Reduktion von Kupfersalzen zu elementarem Kupfer durch Wasserst offr'edüktibn in einem Wirbelbett wird dadurch erleichtert,, daß man die Reduktion in Gegenwart von ausreichend inerten Teilchen durchführt, um das Sintern des bei der Reduktion gebildeten Kupfers zu vermeiden. Die Teilchen sind - vorzugsweise chemisch inert und ihre Größe liegt innerhalb des Bereiches von etwa 3,3 bis etwa 0,15 mm (6 bis 100 mesh) bei

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Raumgeschwindigkeit von etwa 30,5 his etwa 152,4- cm/Sekunde _% und innerhalb dieses Bereiches sind sie vorzugsweise im allgemeinen kugelförmig und nicht-porös und weisen verhältnismäßig glatte Oberflächen auf«

Die erfindungsgemäßen Verfahren können bei der Wirberbett-Reduktion von Kupferverbindungen angewendet werden, die bei der Reduktion zum Agglomerieren oder Sintern neigen. Zu solchen Verbindungen gehören die Kupferoxide und Kupfersalze, wie z.B. Kupfer(II)chlorid und Kupfer(I)chlorid·

Die Wirbelbett-Verfahren können ^e nach der technischen Bevorzugung angewendet werden. Es gibt zahlreiche Patentschriften und Artikel, in denen verschiedene Wirbelbett-Verfahren beschrieben sind, und diejenigen, die sich für die erfindungagemäße Verwendung eignen, sind für den Fachmann ohne weiteree ersichtlich. Eine allgemeine Erläuterung solcher Verfahren wird von Perry in "Chemical Engineers Handbook", 4-, Auflage^ Seiten 20-42 bis 20-52, gegeben.

In entsprechender Weise ist die Auswahl der zur Durchführusg der erfindungsgemäßen Verfahren angewendeten Vorrichtungen eine Sache der Wahl, die von den jeweils zu behandelnden Substanzen, dem verwendeten Aufwirbelungsmittel (Fluidisierungsmittel) und anderen bekannten Faktoren abhängt· Auch, diesbezüglich werden in dem Artikel von Perry in "Chemical Engineers Handbook" und in den darin angezogenen Literaturstellen die verschiedenen Elemente der für Wirbelbett-Verfahren verfügbaren Apparaturen erläutert. ·

Bei dem Aufwirbelungsmittel (Fluidisierungsmittel) für den, Reaktor handelt es sich um ein reduzierendes Gas, wie Wasserstoff, das zusammen mit einer ausreichenden Menge eines Inertgases, wie Stickstoff, zur Aufrechterhaltung des Wirbelbettes verwendet wird. Der erforderliche Wasserstoff hängt von der

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gewünschten Reaktion ab. Für die Reduktion von Kupfer(I)-chlorid kann Wasserstoff in der stöchiometrisch erforderlichen Menge nach der folgenden Gleichung verwendet werden:

Cu₂Ol₂ + H₂ « > 2Cu + 2HCl

"Vorzugsweise wird Wasserstoff im Überschuß angewendet, um eine vollständige Reduktion des Kupfer(I)chlorids zu gewährleisten, wobei die Menge dem thermodynamischen Gleichgewicht entspricht, -

Die Geschwindigkeit des Aufwirbelungsgases wird vorzugsweise in Abhängigkeit von den Gesamtverfahrensbedingungen eingestellt, sie ist jedoch so groß, daß das Bett in einem aufgewirbelten Zustand (fluidisierten Zustand) gehalten wird. Das Aufwirbelungsgas kann ausreichend vorerwärmt werden, um eine gewünschte Eeaktionstemperatur aufrechtzuerhalten.

Durch eine unkontrollierte Agglomeration wird das Bett beruhigt (defluidisiert) und das Reduktionsverfahren wird unterbrochen. Pur ein erfolgreiches Wirbelbett-Verfahren ist es daher unerläßlich, eine übermäßige Agglomeration und eine nachfolgende Defluidisierung zu verhindern. Dieses Problem wird gelost.durch Verwendung von ausreichend inerten Teilchen, um eine physikalische Agglomeration bis zu einem solchen Grade zu verhindern, daß eine Defluidisierung (Beruhigung) erhalten wird. Die für diesen Zweck verwendeten Teilchen sind vorzugsweise gegenüber den Eeaktanten in dem Wirbelbett-Reaktor chemisch inert. Nachteilige chemische Reaktionen wären für das Verfahren schädlich ebenso wie ein Verbrauch der Teilchen, die zur Aufrechterhaltung der Aufwirbelung erforderlich sind.

Darüber hinaus weisen die Teilchen vorzugsweise eine geringe Oberflächengröße auf und sie sind deshalb vorzugsweise im allgemeinen kugelförmig. Mit zunehmender Oberflächengröße der

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/O

Teilchen steigt die Neigung der reduzierten Metallgehalte, auf den Teilchen einen Kuchen zu bilden. Außerdem sollten die Teilchen einen Schmelzpunkt besitzen, der oberhalb der Eeduktionstemperatur liegt. Neben diesen Eigenschaften sollten die Teilchen vorzugsweise ein Minimum an Oberflächendefekten aufweisen. Oberflächendefekte, d.h. Risse, scharfe Kanten, Einbuchtungen, von Spänen zurückgelassene Grate, Poren, Schrammen, Löcher und dgl., ergeben, wie gefunden wurde, Kupferverbindungen mit Stellen, an denen sie dazu neigen, die Kupfer enthaltenden Materialien zu reduzieren, und die reduzirten Kupferoberflächen und diese Teilchen selbst werden letztlich vollständig oder teilweise mit Kupfer überzogen. Dadurch werden die Teilchen wertlos. Die ,Teilchen haben vorzugsweise eine verhältnismäßig geringe "scheinbare" Porosität, wobei sich der Ausdruck "scheinbar" auf das Volumen des offenporigen Raumes pro Einheit des Gesamtvolumens bezieht, im Gegensatz zu dem abgeschlossenen Porenraum.

Diese bevorzugten Eigenschaften der Teilchen, z.B. ihre chemische Inertheit, ihre kugelförmige Gestalt und ihre glatte und nicht-poröse Oberf lache, sind bis zu einem gewissen Grade relativ und müssen als Sache des Grades angesehen werden. Das heißt mit anderen Worten, ein bestimmter Typ von Teilchen kann vollständig chemisch inert und nicht-porös sein, er kann aber eine im allgemeinen kugelförmige Gestalt haben. Die Verwendung solcher Teilchen führt in der Regel zu einer merklichen Verbesserung in bezug auf die Aufrechterhaltung der Aufwirbelung (Fluidisierung) im Vergleich zur Verwendung von überhaupt keinen Teilchen, sie ist -jedoch im allgemeinen nicht so ausgeprägt wie bei Teilchen, die alle drei Eigenschaften besitzen. In entsprechender Weise können auch Teilchen einen gewissen Grad der Porosität und/oder einen gewissen Grad der chemischen Aktivität besitzen und dennoch ein Wirbelbett aufrechterhalten und den Ablauf der gewünschten Reaktion erlauben, aber auch hier sind diese Teilchen nicht so wirksam wie

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ML ©a^gilbt eTssnEaTls sin Ergebnis, das demjenigen -von M/agnesirunoxid."ähnelt. Aluniiniumoxid ist chemisch inert im®, im ^allgemeinen "kugelförmig, jedoch übermäßig

Dailchentyp .afescir.b:iej?t deshalb eine unerwünscht

ORIGINAL INSPECTED

A- .

große Menge von metallischem Kupfer.

Die Größe der Teilchen, die verwendet werden können, hängt von verschiedenen Faktoren, wie z.B. der Teilchendichte ^ und in erster Linie von der Raumgeschwindigkeit innerhalb des Reaktors ab. Es reicht aus, wenn die Teilchen eine solche Größe haben, daß das Bett zwischen der beginnenden Aufwirbelung (Fluidisierung) und dem Mitreißen gehalten werden kann. In der folgenden Tabelle sind die maximalen, minimalen und bevorzugten Teilchengrößen für Sand für die angegebenen Raumgeschwindigkeiten zusammengestellt:

Raumgeschwin- maximale Teilchen- minimale Teil- bevorzugter digkeit größe in mm(mesh) chengroße in Teilchengrößen-(cm/Sek.) mm (mesh) bereich in mm _; (mesh)

30,5 0,70 0,105 0,42"- 0,21

(24) (150) (-55+65)

76,2 1,00 0,21- 0,84-0,42

(16) (65) (-20+35)

152,4 2,00 0,30 1,15 - 0,60

(9) (48) (-14+28)

Die Menge der in Verbindung mit dem Kupferausgangsmaterial verwendeten Teilchen hängt von ihrer Teilchengröße und ihrer Dichte ab und im allgemeinen werden sie vorzugsweise in einer Menge verwendet, die etwa dem 0,7- bis etwa 10-fachen, insbesondere dem etwa 1- bis etwa 5--fs-chen, besonders bevorzugt dem etwa 2- bis etwa 3-fachen des Gewichtes des Kupfer enthaltenden Ausgangsmaterials entspricht.

Der hier verwendete Ausdruck "beschränkte bzw. verzögerte Sinterung" bedeutet, daß eine Sinterung erfolgt unter Verhin- _t derung der Agglomeration des reduzierten Produktes bis zu einem solchen Grade, daß eine Defluidisierung des Bettes er- ' halten wird. Eine gewisse Agglomeration der reduzierten Metall-

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gehalte ist erforderlich, da das Produkt eine massive Form annehmen muß. Die Kupfergehalte wurden jedoch, wenn die Sinterung nicht beschränkt bzw. verzögert wäre, bis zu einem solchen Grade agglomerieren, daß das Bett nicht mehr in einem aufgewirbelten Zustand gehalten werden könnte. Die Größe, bis zu der die Teilchen wachsen gelassen werden können, hängt von der jeweils verwendeten Vorrichtung und den Verfahrensbedingungen des jeweiligen Wirbelbettverfahrens ab.

Wach Beendigung der Wirbelbett-Reaktion können die festen Produkte und Teilchen abgezogen und weiterbehandelt werden, um die Teilchen von dem bei der Reduktion gebildeten Metall zu trennen. Ein Großteil des gebildeten Kupfers kann durch Sieben von den Teilchen getrennt werden aufgrund der Tatsache, daß sich das Kupfer in der Regel etwas stärker agglomeriert als die inerten Teilchen. Außerdem kann das Kupfer geschmolzen werden, wobei man die inerten Teilchen sich physikalisch abtrennen läßt. Es können auch mechanische Standardverfahren angewendet werden.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Kupfer(l)chlorid mittels Wasserstoff in einem Wirbelbett-Reaktor zu elementarem Kupfer reduziert. Das reduzierte Kupfer hat eine hohe Neigung, in einer solchen Reaktion zu sintern bis zu einem solchen Grade, daß kein Wirbelbett mehr aufrechterhalten werden kann. Die beiliegende Zeichnung erläutert ein IPließdiagramm dieser Ausführungsform. Als Beispiel für den bevorzugten Teilchentyp, der für die beschränkte bzw. verzögerte Sinterung verwendet wird, ist Ottawa-Sand angegeben.

Gemäß der beiliegenden Zeichnung wird ein Kupfer(I)chlorid-Aüsgangsmaterial in einem wie vorstehend angegebenen Verhältnis mit dem Sand gemischt. Diese Kombination wird dann in einen Reaktor eingespritzt an einem Punkt in der Nähe des Bodens des Reaktors. In den Boden des Reaktors wird ein Gemisch

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ft

aus Wasserstoff und Stickstoff eingeleitet und durch eine Diffusionsplatte in dem Reaktor unter einem solchen Druck dispergiert, der eine Geschwindigkeit ergibt, die für die Aufrechterhaltung eines Wirberbettes ausreicht. Der Wasserstoff wird vorzugsweise mindestens etwa in der stöchioiaetrisch erforderlichen Mengen insbesondere in einer Menge von etwa 120 bis etwa 300 %, besonders bevorzugt in einer Menge von etwa 150 bis etwa 200 % der für die vollständige Reduktion des Kupfer(I)chlorids stöchiometrisch erforderlichen Menge verwendet. Überschüssiger Wasserstoff wird zurückgewonnen und im Kreislauf zurückgeführt und daher stellt die Verwendung eines solchen Überschusses kein Abfallproblem dar.

Das Verfahren wird auf kontinuierliche Weise durchgeführt, wobei die Produkte kontinuierlich gewonnen werden. Wie in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, enthält der tlberkopfstrom aus dem Reaktor Chlorwasserstoff und nicht—umgesetzte Aufwirbelungsgase (Fluidisierungsgase) und diese Mischung wird gewaschen, um den Chlorwasserstoff von den Aufwirbelungsgasen zu trennen. Die nicht-umgesetzten Aufwirbelungsgase werden zurückgewonnen und im Kreislauf zurückgeführt, während der abgetrennte Chlorwasserstoff in Lösung verwendet wird, um von den Sandteilchen das Kupfer herunterzuwaschen, das auf ihnen reduziert worden sein kann. Die Kupferagglomerate mit etwas mitgerissenem Sand werden kontinuierlich aus dem Reaktor gewonnen und in eine Produkttrennungsstufe überführt. In der Produkttrennungsstufe wird der Sand von dem elementaren Kupfer getrennt, der Sand wird mit Chlorwasserstoff gereinigt (gewaschen) unter Bildung von Kupfer(I)chlorid, Wasserstoff und sauberem Sand, und jedes dieser zuletzt genannten Produkte wird in die Anfangsstufe des Verfahrens im Kreislauf zurückgeführt. Das dabei erhaltene elementare Kupfer kann dann raffiniert und gegossen werden.

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-. Die Heaktioiistemperatur wird vorzugsweise bei etwa 200 ^r bis etwa 1000, insbesondere bei etwa 400 bis etwa 600, speziell bei etwa 450 bis etwa. 550 G gehalten» Wenn die • Reaktionstemperatur zu niedrig ist, nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit ab. Wenn die Reaktionstenperatur etwa 600⁰C übersteigt, verflüchtigt sieh ein Teil des Kupfer(I)-ehlorid-Reaktanten, was zur Bildung von sehr f einteiligem Kupfer führt. Diese ^einteile sind schwierig zu handhaben und schwierig von den aufgewirbelten Gasen zu trennen.

Das in den Wirbelbett-Reaktor eingeführte, Wasserstoff enthaltende Aufwirbelungsgas (Fluidisierungsgas) wird vorerwärmt,, um die gewünschte Reaktionstemperatur aufrechtzuerhalten, und eine Vorwärme quelle kann der Reaktor-Überkopfproduktstrom sein.

Die nachfolgend angegebenen Beispiele, die die Erfindung lediglieh erläutern sollen, ohne sie jedoch darauf zu beschränken, wurden in einem kontinuierlichen 10 em-Wirbelbett-Reaktor durchgeführt, der mit einem Wasserstoffgas-Wasch- und -Recyclisierungssystem ausgestattet war, und in jedem Beispiel wurde als Ausgangsmaterial Kupfer(I)ehlorid verwendet· Das Äufwirbelungsgas bestand aus vorerwärmtem Wasserstoff, der am Boden des Bettes durch Düsen in der Diffusionsplatte eines Reaktors in den Reaktor eingeleitet wurde.

Beispiel 1

Uatriumehloridteilchen wurden mit dem Kupfer(1)Chlorid gemischt und in den Reaktor eingespritzt, wobei die Reaktionstemperatur bei etwa 520 bis etwa 55O⁰G gehalten wurde. Das Kupfer(I)chlorid wurde nicht reduziert und eine weitere Beobachtung zeigte die Bildung eines eutektischen Gemisches als Folge der chemischen Aktivität des Katriumchlorids. Die Tatsache, daß die Teilchen chemisch inert sein müssen,

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wird dadurch betont.
Beispiel 2

In diesem Beispiel wurden Siliciumdioxidsandteilchen in einem Verhältnis von 2 Gewichtsteilen Sand auf 1 Gew.-Teil Kupfer(l)chlorid-Ausgangsmaterial verwendet. Die Teilchengröße "betrug 0,84 bis 0,30 mm (-20 + 48 mesh), die Beschickungsgeschwindigkeit betrug etwa 5 S P-^o Minute und die Heaktorraumgeschwindigkeit wurde bei etwa 45,7 cm/Sekunde gehalten. Die Reaktionstemperatur betrug etwa 440°C. Das Bett blieb während der Reaktion aufgewirbelt und das Produkt enthielt 78,7 % Kupfer, was anzeigt, daß nur eine geringe Menge Sand in dem Produktstrom enthalten war.

Beispiel 3

Dieses Beispiel wurde auf die gleiche Weise wie das Beispiel 2 durchgeführt, jedoch wurde das Verhältnis von Sand zu Kupfer(I)Chlorid geändert in 1 Teil Sana auf 2 Teile Kupfer-(I)chlorid. Dieses Verhältnis erwies sich unter diesen Bedingungen als zu niedrig, da das Bett-nicht in einem aufgewirbelten Zustand gehalten werden konnte.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wurden ähnliche Bedingungen wie in Beispiel 2 angewendet, jedoch handelte es sich bei dem Teilchentyp um gestoßenen Graphit mit einer Teilchengröße von 0,84 bis 0,30 mm (-20 + 48 mesh). Auf dem Kohlenstoff wurde das Kupfer gleichmäßig reduziert, wobei ein klebriger Zustand erhalten wurde, der bewirkte, daß das" Bett zusammenfiel (defluidisiert wurde). Die Kohlenstoffteilchen hatten eine unregelmäßige Oberfläche und waren stark porös.

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Beispiel j?

Als Bettmaterial wurden zur Herstellung des Kupfer(I)-chlorids Magnesiumoxidkörnchen verwendet, wobei die Mischung aus 1 Teil Kupfer(I)chlorid auf 2 Teile Magnesiumoxid bestand. Die Reaktionstemperatur wurde bei etwa 445°C gehalten und der Test wurde 10 Stunden lang durchgeführt, wobei eine Gesamtmenge von 920 g Ausgangsmaterial in den Reaktor eingeführt wurden. Es wurden Kupferagglomerate einer geeigneten Größe gebildet, es drang jedoch eine gewisse Menge Kupfer in die Magnesiumoxidkörnchen ein.

Beispiel 6

In diesem Beispiel wurden ähnliche Bedingungen wie in Beispiel 5 angewendet, die verwendeten Teilchen bestanden jedoch aus gesintertem (geschmolzenem) Aluminiumoxid. Der Test wurde 13»2 Stunden lang durchgeführt und es wurden 1470 g Ausgangsmaterial in den Reaktor eingeführt. Es wurden gute Kupferagglomerate gebildet, wobei jedoch ein Teil der Agglomerate etwas Aluminiumoxid enthielt.

Beispiel 7

Auch hier wurden die Bedingungen des Beispiels 5 angewendet, wobei jedoch als Teilchen Aluminiumoxidteilchen von Reduktionsqualität verwendet wurden. Die Reaktortemperatur wurde auf einen Durchschnittswert von etwa 450⁰O eingestellt. Der Test wurde 12,4 Stunden lang durchgeführt und es wurden 1572 g Ausgangsmaterial in dem Reaktor eingeführt. Es wurden verhältnismäßig kleine Kupferagglomerate gebildet und ein Teil dieser schien auf den Aluminiumoxidsubstraten zu haften.

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Beispiel 8

Dieses Beispiel wurden ebenfalls in ähnlicher Weise wie das Beispiel 5 durchgeführt, wobei jedoch die durchschnittliche Temperatur bei etwa 45O⁰C gehalten wurde, die Testzeit 12,2 Stunden betrug und das Ausgangsmaterial 1652 g Kupfer-(I)chlorid enthielt. Als Teilchen wurden solche aus Periclas mit einer Teilchengröße "von 0,84 bis 0,20 mm (-20 + 4-8 mesh) verwendet. Es wurden Kupferagglomerate gebildet, obgleich das gewonnene Produkt eine beträchtliche Menge Magnesiumoxid enthielt, was zu schwierigen Produktabtrennungs-Problemen führte.

Wie in den Beispielen 5 t>is 8 erläutert, können auch andere Teilchen als solche aus Sand verwendet werden, so lange sie im wesentlichen den oben angegebenen Bedingungen genügen· Zunehmende Abweichungen dieser Teilchen von diesen Bedingungen führen jedoch zu einer geringeren Verbesserung der Reduktionsreaktion.

Patentansprüche:

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Claims

26513A7 Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von elementarem Kupfer aus
einem Kupfer enthaltenden Material, das aus einem Kupferoxid oder einem Kupfersala besteht, dadurch gekennzeichnet , daß man das Kupfer enthaltende Material
in einem Wirbelbett-Reaktor mit Wasserstoff in Gegenwart
von ausreichend chemisch inerten Teilchen reduziert, um
die Sinterung des bei der Reduktion gebildeten Kupfers zu
verzögern bzw. zu beschränken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kupfer enthaltendes Material Kupfer(I)chlorid verwendet .

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kupfer enthaltendes Material Kupfer(II)chlorid verwendet.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei
einer Temperatur durchführt, die bei etwa 400 bis etwa 600⁰C gehalten wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilchen mit einer verhältnismäßig glatten Oberfläche verwendet.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine beträchtliche Menge der verwendeten Teilchen eine im allgemeinen
kugelförmige Gestalt hat.

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7· Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen eine verhältnismäßig geringe scheinbare Porosität aufweisen.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Sand bestehen.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt der Teilchen höher liegt als die maximale Temperatur in dem Reaktor.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße innerhalb des Bereiches von etwa 2,0 bis etwa 0,105 mm (9 bis 150 mesh) liegt bei einer Raumgeschwindigkeit innex^- halb des Bereiches von etwa 30,5 his etwa 152,4 cm/Sekunde^

11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der in dem Reaktor vorhandenen Teilchen etwa dem 0,7- bis etwa 10-fachen, bezogen auf das Gewicht, der Menge des Ausgangsmaterials entspricht. -

12. Verfahren zur Gewinnung von elementarem Kupfer aus einem Kupfer enthaltenden Material, das ein Kupferoxid oder ein Kupfersais enthält oder daraus besteht, dadurch gekennzeichnet , daß man die Kupfer enthaltenden Materialien in einem Wirbelbett-Reaktor mit Wasserstoff reduziert, wobei die Reduktion bei einer Temperatur von etwa 400 bis etwa 600°G in Gegenwart der etwa ,0,7- bis etwa 10-fachen Gewichtsmenge, bezogen auf die Menge des Kupfer enthaltenden Materials, an Teilchen mit einer Größe innerhalb des Bereiches von etwa 2,0 bis etwa 0,105 mm (9 bis 15 mesh)

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durchgeführt wird, wobei die Teilchen gegenüber dem Eeaktant;en in den Heaktor chemisch inert- sind rand eine verhältnismäßig glatte, im allgemeinen kugelförmige Oberf lache mit einer verhältnismäßig geringen scheinbaren Borosität aufweisen, um die Sinterung des "bei der Bedakti©n gebildeten Kupfers zu "beschränken "bzw, zu verzögern.' -

1J. Yerfahren nach, liaspruich 12, dadnarcli gekennzeichnet, daß man als Kupfer enthaltendes Material. Espfer(I)elilorid verwendet.

14. Yerfahren nach Anspimch 12* dadarch gekennzeichnet, daß man als Kupfer enthaltendes Material l&apfer(IJ}ehlorid ■verwendet»

15· Yerfahren nach Mindestens einem der insprSche Ί2 Ms 14-, dadorch gekennseichnet, daß main. Heilehem aus Sand verwendet. ■ .'■"-■

16· ferfahren zur Gewinnung iron elementarem Kupfer aus K"upfer(I)chlorid, dadurch g e k e m aa ζ e i c h η e t , daB man das KupferCI)Chlorid in einem Wirbel*bett-Beaktor mit Wasserstoff reduziert, wefbei die Eeduktion in Gegenwart der etwa 0,7- bis etwa 10-fachen fismichtsmenge an Sand, !bezogen auf das Gewicht des Kupf©r£l}©h!orids₉ durchgeführt wird, wübei der Sand eine üeilehengrOBe innerhall) des Bereiches von-etwa 0,8% his etwa 0,30 mm (~2D -if- 48 mesh) aufweist, um die Sinterung des hei der E.edekfci©n gebildeten Kupfers zu Tbescteänken Tdzw. zu

!"erfahren nach Inspruch 16, .dadurch gekennzeichnet, daß man die Eeaktionstemperatur hei etwa 400 his etwa 600⁰C hält.

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18. Verfahren nach Anspruch 16 und/oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gewichts verhältnis von Sand zu
Kupfer(I)chlorid bei etwa 1 bis etwa 5 hält.

19· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16
bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Reduktionsverfahren mindestens die stöchiometrische Wasserstoffmenge verwendet.

20· Elementares Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß
es nach dem Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche gewonnen worden ist.

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