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Gosudarst-vennyj Nautschno-Issledovatelskij Institut
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Cvetnych Metallov "GINCVETMET" Moskau/UdSSR VERFAHREN ZUR KOMPLEXEN
KONTINUIERLICHEN VERARBEITUNG VON BUNIMETALLRCHSTOFFEN UND VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG
DES VERFAHRENS Die vorliegende erfindung bezieht sich auf Prozesse und Vorrichtungen,
die in der NE-Metallurgie ihre Anwendung finden, Insbesondere betrifft die Erfindung
Verfahren zur komplexen Verarbeitung von Buntmetallrohstoffen, insbesondere von
Eupfer-Zink- und Kupfer-Blei-Zink-Konzentraten, von zink- und bleihaltigen Schlacken
sowie von hiittenmännischen Produkten, die Blei, Zink, Antimon und andere flüchtige
Bestandteile enthalten.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des obengenannten Verarbeitungsverfahrens.
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Daserfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Verarbeitung von
Buntaetallrohstoffen mit einem hohen Ausbringengrad an Metall zu verviirklichen.
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bs sind verschiedene Verfahren zur Verarbeitung von Nupfer- und Btmt:aetallkonzentraten
bekannt. Bekannt ist unter
anderem ein Verfahren zur Verarbeitung
von RE- und seltene Metalle enthaltenden Erzen und Konzentraten ( z.2. aus US-PS
3555164, GB-PS 1186088, CA-PS 869477 und SU-PS 335232).
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Gemäß diesen bekannten Verfahren wird das zu verarbeitende material
zusammen mit Sauerstoff in eine Zyklonkammer aufgegeben, wo Oxydation, : Schmelzen
und teilweise Sublimation der flüchti en Metalle erfolgt; das Schmelzgut
wird in den elektrothermischen geleitet, wo die Gewinnung<Teil> von einigen
darin enthaltenen NE-Metallen stattfindet.
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Das genannte Verfahren gestattet es nicht, Zink mit einer Geschwindigkeit
der Zinkdestillation von mehr als 0,5 kg Zink pro 1 m3 Schmelze in der Minute zu
destillieren. Deswegen wird ein elektrothermischer Ofen mit großem Ofenraum benötigt,
wo durch die Wärmeverluste des Ofens und folglich der spezifische Verbrauch an Elektroenergie
hoch wand.
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Die Schmelzkammer ist vom Ofen durch eine gekühlte Trennwand abgetrennt,
welche das Eindringen vcn Schwefeldioxid in den elektrothermischen Ofen verhindert.
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Der elektrothermische Ofen ist mit einem Kondensator versehen, welcher
zur Kondensation der während der elektrothermischen Schlackenverarbeitung sublimierten
Metalldämpfe bestiinmt ist.
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Bei der Verarbeitung vom oxydierte@ Material mit einem geringen Schwefelgehalt
wird flüssiger bzw. fester Brennstoff zugesetzt.
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Bekannt sind weiter - verschiedene Verfahren zur Verarbeitung von
Buntmetallrohst off en und zinkhaltigen Schlacken
zwecks Gewinnung
der darin enthaltenen Metalle, z.B. dns Schlackenverblasen.
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Ls sind z.B. Verfahren zum Schlackenverblasen untc-r Ausnützung flüssigen
Brennstoffs bekannt (GB-PS 1161164, Bulgarien-PS 24366 "Verwendung flüssigen Brennstoffs
zum Schlackenverblasen" (veröffentlicht am 10.03.1970, Nr. 138).
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Das Verfahren besteht in der Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs
unter einem Druck von mindestens 15 ata, in dessen Vermischen mit der Luft und im
Einspritzen des resultie@enden Genischcs in die Schlacke. bas Verfahren ist bei
der Verarbeitung von blei-, zink- und kupferhaltigen Hüt@enschlacken anwendbar.
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Ls ist ferner das Dur@hblasen von flüssiger Schlacke mit gasförmigen
Reduktionsgemischen bekannt, welche beim Verbrenner vom Gasbrepnstoff-Luft-Geinisch
entstehen ("Pyrometallurgisches Verfahren zur Verarbeitung von NE- und seltene Metalle
enthaltenden Schlacken", CA-PS 832378) Bezogen auf abdestilliertes Zink beträgt
die spezifische Leistung 1-5 kg/min. pro 1 m3 Schmelzevolumen.
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Das Verfahren ermöglicht die Verarbeitung von Althaldenschlacken<nicht>.
Während der Schlackenverarbeitung entstehen große Gasmengen, für welche Kesselanlagen
und Schlauchfilter benötigt werden. Außerdem ist das Verfahren von periodischer
Wirkungsweise.
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schließlich Es ist ein Verfahren zur elektrothermischen Schlackenverarbeitung
bekannt, z.B., "Verfahren zur Verarbeitung von Haldenschlacken der Kupferhütten",UdSSR-Urheberschein
145755,
).
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Die Haldenschlacken werden bei 1350-1400°C unter Zusatz von 3 bis
5% Reduktionsmittel, 10 bis 15% Pyritkonzentrat und 10% Kalkstein geschmolzen. Beim
Schmelzen gehen Kupfer und @delmetalle in den kupferarmen Stein, und Zink, Kadmium
und seltene Aletalle in Sublimate über.
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Dieses Verfahren gestattet es nicht, eine Gesch@indigseit der Zinkdestillation
von mehl als 1 kg/m3 in der Minute zu erreichen.
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Sie vorliegende Erfindung bezweckt, ein vervollkommn@tes Verfahren
zur komplexen kontinuierlichen Verarbeitung von sulfidischen und oxydierten Bunt@etallrohstoffen
zu entwickeln, in welchen die Nachteile der bekannten Prozesse ähnlicher Bestimmung
beseitigt werden.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer wirkungsvollen
Vorrichtung zur Durchführung des Vrfahrens.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verhältnisse der Reduktion
und der Destillation von Zink aus der Schlackenschmelze derart zu verbessern, daß
die Geschwindigkeit dieser Prozesse an die Schmelzgeschwindigkeit bei Anwendung
der intensiven Verfahren zum Niederschmelzen von Rohstoffen und hüttenmännischen
Zwischenprodukten angepaßt ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe und zun Erreichen der Genannten und der
anderen Ziele wird gemäß der Uei Erfindung ein Verfahren zur komplexen kontinuierlichen
Verarbeitung von Buntmetallrohstoffen, insbesondere von Kupfer-zinkhaltigen Rohstoffen
<vorgeschlagen,> welches eine sukzessive Zweistufenverarbeitung umfaßt, bei
der in der ersten Stufe das ausgangsmaterial niedergeschmolzen und in der zweiten
Stu-
fe dessen Reduktionsbehandlung durchgeführt wlrd; Niederschmelzen des Ausgangsmaterials
in der Atmosphäre eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases und die Reduktionsbehandlung
der gewonnenen Schmelze mittels Gasplasmaflamme mit einer Temperatur von 4000 bis
5000 0C durchgeführt wird, wobei die Oberflächentemperatur der Schmelze im Bereich
von 1500 bis 1600 °C gehalten wird.
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Diese teciiiiische Lösung ermöglicht eine hochrationelle Verarbeitung
von sulfidischen und oxydierten @ohstoffen.
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Lrstens kann bei der Verarbeitung von sulfidischen Kupfer--Zink-Konzentraten
deren Autogenschmelzen infolge der Verbrennung eines Teils des sulfidge@undenen
Schwefels in der Flamme bzw. im Zyklon in Sauerstoffatmosphäre bzw. in mit Sauerstoff
angereicherter Luft unter Gewinnung von Gas mit hohem Gehalt an Schwefeldioxid,
von kupferreichem Stein und von zinkoxidhaltiger Schlacke duichgeführt werden.
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Unter der Bedingung der Abtrennung des Gasraums der Anlage von dem
gemeinsamen Schmelzbad durch eine Trennwand wird die
sich bildende
zinkhaltige Schlacke git einein Niedrigtemperaturplasmastrahl durchblasen, wodurch
es möglich wird, den Reduktionsprozeß mit einer mit der Geschwindigkeit des Blamnenniederschmelzens
des Ausgangsmaterials vergleichbaren hohen Geschwindigkeit zu führen und uie erzeugten
Zinkdämpfe als flüssiges Metall oder oxydierte Sublimate zu kondensieren, die hydrometallurgisch
weiterverarbeitet werden.
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Zweitens tann bei der Verarbeitung von oxydierten Produkten, z.B.
von zinkhaltigen Schlacken, deren Niederschmelzen im mit Elektroden versehenen Schmelzraum
der Anlage von der Art eines thermischen Erzschmelzofens in neutraler bzw.
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schwach oxydierender Atmosphäre durchgeführt werden, welche die Reduktion
und Destillation von Zink ausschließt. Dabei wird die gesamte zugeführte Llektroenergie
nur für das Herunte@-schmelzen der Schlacke verbraucht, wodurch eine grc3e siezifische
Leistung dr Schmelzkammer sowie ein geringer spezifischer Verbrauch an Llektroenergie
erreicht werden. b-a die Hotwendigkeit der Abdichtung von diesem Teil der Anlage
entfällt, werden deren Konstruktion und Betriebsbedingungen bedeutend vereinfacht.
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Das in der Schmelze enthaltene Zink wird im zweiten Teil der Anlage
in reduzierenden Atmosphäre, ebensc wie beim Linschmelzen von sulfidischen Rohstoffen,
unter Einwirkung des Plasmastrahls gewonnen.
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Gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden aus Erfindung kennzeichnet
sich das Verfahren dadurch, daß die Schmelze beim Reduktionschmelzen mit einem Plasmastrahl
durchblasen
und bei der Reduktion der in der Schmelze enthaltenen
Metalloxyde durchwirbelt wird.
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ine derartige technische Lösung ermöglicht die Herstellung eines
engen Kontaktes zwischen dem Gasstrom und der oxydhaltigen Schmelze und dadurch
eine bedeutende Besonleuni-und Qer Metallreduktion. Außerdem wird die Reduktion
durch den diffusen Charakter des Prozesses stark gebremst. Durch das Durchwirbeln
wird die diffuse Bremsung behoben und die Reduktionsgeschwindigkeit bedeutend gesteigert.
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weiteren Gemäß einer Variante der vorliegenden erfindung wird ein
Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet wird, daß als plasmabildendes
Gas Naturgas verwendet wird.
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Eine derartige technische Lösung ermöglicht es, unter Ausnützung
der natürlichen Konversion von Naturgas im Plasmastrahl die im Augenblick der Bildung
besonders aktiven Kohlenstoff-und Wasserstoffoxyde im Gemisch mit der Luft bzw.
mit dem Sauerstoff für die Reduktion von Metalloxyden zu verwenden und die Reduktion
von Zinkoxyd sowie die Abführung der entstehenden Metalldämpfe aus der Schmelze
wesentlich zu beschleunigen.
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Genäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird ein Verfahren
vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet wird, daß als plasmabildendes Gas
Stickstoff verwendet wird.
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Eine derartige technische Lösung ermöglicht es, den als Nebenprodukt
der Sauerstoffproduktion anfallenden Stickstoff für die Durchwirbelung des Bades,
für das Beheben des Diffusionswiderstands
in demselben sowie für
eine wesentliche Geschwindigkeitssteigerung der Zinkdestillation einzusetzen.
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Ge:näß noch einer weiteren Variante der Erfindung wird ein Verfahren
vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist , daß während des Reduktionsprozesses
auf der Oberfläche der Schmelze eine Koksschicht gebildet wird.
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zine derartige technische Lösung gestattet es, die diinne Koksschicht
auf der Badoberfläche als aktives Reduktionsmittel auftpetenden für die auf deren
Oberfläche Schlackenstrahlen auszunutzen, welche in den Gasraum durch das Wirbelgas
ausgestoßen sind. Der geringe Verbrauch an Koks (streng stöchiometrisch, gemäß der
keaktion ZnO + CO#Zn + CO2) sowie dessen einfache Beschickung auf die Badoberfläche
tragen dazu ei, daß der Koks eine ziehmlich aktive Rolle im P-ozeß spielt.
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In Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ird eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, enthaltend eine Schmelzkammer zum
Niederscamelzen des Rohstoffs und zur Ansammlung der in demselben enthaltenen Metalloxyde
sowie eine mit dieser verbunaene Reduzier-und Sublimierkammer, welche durch einen
Gaszug an die Kammer zur Kondensation der Metalldämpfe angeschlossen ist; erfindungsgemäß
ist - in das Futter der Reauzier- und Sublimierkammer mindestens ein Plasmatron
eingebaut , dessen Düse zwecks Zuführen des Plasmastrahls zur Schmelzmasse ständig
in die Schmelze eingetaucht ist.
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Line derartige technische Lösung gestattet es, bei ininimalen Abmessungen
der Anlage und entsprechend bei minimalen
Wärmeverlusten die gewünschten
Resultate zu erzielen, u.zw., den Rohstoff unter Gewinnung vcn Gasen mit einem hohen
Gehalt an Schwefeldioxid niederzuschmelzen, das Zink aus der Schmelze abzudestillieren
und die Dämpfe in Form vom flüssigen Metall bzw. von pulverartigen Sublimaten zu
kondensieren.
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Das Autogenschmelzen von Sulfiden ermöglicht eine gute Überhitzung
der Schmelze, wodurch der Energieverbrauch durch das Plasmatron verringert wird.
Die überhitzte Schmelze kühlt sich an Überläufen nicht ab, was bei getrennten Anlagen
unumgänglich ist. Die gewonnenen Zinkdämpfe gelangten auf dem kürzesten Wege in
den Kondensator, wodurch der Ablauf des Kondensationsprozesses gefördert und die
Menge der Umlaufprodukte verringert wird.
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Des in die Sublimierkammer eingebaute Plasmatron, dessen Düse in
die Schmelze eingetaucht ist; gewährleistet ein Zuführen des Plasmastrahls unmittelbar
zur@ Reaktionszone. AuBerdem ewährleistet der Plasmastrahl die notwendige Durchwirbelung
der Schmelze, wodurch die Reduktionsreaktion beschleunigt und der Prozeß im Ganzen
intensiviert wird.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung
vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß darin ein bzw. mehrere parallel
angeordnete Plasma-Verstelltrone mit Möglichkeit relativ zu Kammerwänden und unter
einem spitzen Winkel zur Oberfläche der Schmelze vorgesehen sind.
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Eine derartige Lösung gestattet es, die zweckste mäßig Stellung des
Plasmatrons hinsichtlich der Wirksamkeit
der Durchwirbelung und
der Schonung der Kammerwände zu wählen.
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In Abhängigkeit von der Zähflüssigkeit der Schlacke, welche durch
deren Zusammensetzung und temperatur bedingt ist, kann die Anordnung des Plasmatrons
in der Kammer an verschiedenen Punkten aes Bades gewählt werden.
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tie verstellbare Anordnung des Plasmatrons erfüllt diese Bedingung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine Vorrichtung vorgeschlagen,
welche dadurch gekennzeichnet ist, daß darin ein Mechanismus zum Bewegen der Plasmatrendüse
in der Schmelzmasse vorgesehen ist, welcher die Schmelze gleichheftig mit deren
Reduktion umrührt, wobei die genannte Kammer mit litteln zur Beschickung von Koks
auf den Badspiegel versehen ist.
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Eine derartige technische Ausführung gestattet es, die Plasmatrondüse
senkrecht zu verstellen und diese auf verschiedene Tiefe in die Schmelze einzutauchen,
wobei die Intensität der Durchwirbelung in Abhängigkeit vom Gasdruck, von de@ Zähflüssigkeit
der Schmelze sowie vom Grad von deren Verspritzung über dem Koks variiert wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend durch Beispiele der praktischen
Ausführung unter Bezugnahme auf die beiliegende@ Zeichnungen erläutert. bs zeigt
Fig. 1 - Anlage zur komplexen Verarbeitung von Bunt metallrohstoffen mit einer Trennwand,
durch welche der Gasraum vollständig getrennt wird;
Fig. 2 - Anlage
zur komplexen Verarbeitung von Bunt metallrohstoffen nit einer Rinne, durch welche
die zwei Zonen der Schmelze verbunden werden; Fig. 3 - Anlage zur komplexen Verarbeitung
von Buntmetallrohstoffen mit einer Rammer zum Nachbrennen von Zinkdämpfen; Fig.
4 - Anlage zur komplexen Verarbeitung von Bunt metallrohstoffen mit einem Schmelzzyklon;
Fig. 5 - Anlage zur komplexen Verarbeitung vcn Bunt metallrohstoffen mit einem Schmelzschacht,
genäß einer der Ausführungsformen der Erfindung.
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Das Verfahren zur komplexen kontinuierlichen Verarteitung von sulfidischen
Buntmetallrohstoffen besteht erfindungsgemäß darin, daß das sulfidhaltige Polymetallkonzentrat
in einem Zyklon bzw. in einem Schacnt im Sauerstoffstrom niedergeschmolzen wird.
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Schwefelreiche Gase werden nach dem Entstauben fWr die Produktion
von Schwefelsäure bzw. Elementarschwefel verwendet.
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Die Schmelze wird in der Schmelzkammer nach den spezifischen Gewichten
in Schlacke, Stein und Metall getrennt.
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Metall und Stein werden aus der Schmelzkammer ausgelassen und die
Schlacke gelangt in oie zweite, die Sublimierkammer, wo unter Einwirkung des reduzierenden
Plasmastrahls das Durchwirbeln der Schmelze, die Reduktion und die Sublimation der
darin enthaltenen flüchtigen Bestandteile erfolgt.
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Die sublimierten Dämpfe der flüchtigen Metalle gelangen in den Kondensator,
wo diese bis zum Metall verflüssigt bzw.
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unter Gewinnung von oxydierten Sublimaten verbrannt werden.
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Als Plasmabildner können Naturgas bzvr. Stickstoff dienen. Im letzteren
Fall wird die Sublimierkammer mit AOks beschickt.
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Bei der Verarbeitung von oxydierten Bunt metallrohstoffen bzw. von
hüttenmännischen Zwischenprodukten wird deren Niederschmelzen im elektrothermischen
Teil der Anlage durchgeführt und die Weiterverarbeitung der Schlackenschmelze erfolgt
ebenso wie bei der Verarbeitung von Bun@@etallrohstoffen.
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erfindungsgemäße Das Verfahren zur Verarbeitung von Buntmetallrohstoffen
ermöglicht das Schmelzen von sulfidischen Material und von schwefelfreien Erzen,
von Konzentraten und hüttenmännischen Zwischenprodukten.
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Das sulfidische Material, u.zw. das Kupfer-Zink-@onzentrat, kann
autoren oder unter Zusatz vcn brennbaren Stoffen in der Zyklonfeuerung des Ofens
in senkrechter Flamme geschmolzen werden. Das Schmelzen vom oxydierten Material,
insbesondere, von zinkhaltigen Schlacken, erfolgt im elektrothermischen Teil der
Anlage.
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Die durch genannte Verfahren erzeugte Sc@melze gelangt in die Reduktionskammer,
die vom Schmelzraum durch eine Trennwand abgetrennt ist, und wird hier der reduzierenden
Linwirining des Plasmastrahls bzw. der Einwirkung des Stickstoffplasmas zwecks Durchwirbeln
der Schmelze beim Vorhandensein der Koksschicht ausgesetzt.
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Gemäß Fig. 1 enthält die Anlage die Schmelzkammer 1, welche mit Mitteln
2 für deren Beschickung mit Feststoffen,
Vorrichtungen zum Niederschnelzen
des zu verarbeitenden Maeinen terials, z.B. Elektroden 3 versehen ist, Gaszug 4
für die aus der Schmelzzone ausströmenden Gase, Öffnungen 5,6 zum Abzug von Stein
bzw.Metall sowie einer Trennversehen ist wand 7, durch welche die Kammer 1 von der
Kammer 8 zum Entfernen von Metallen aus der Schlacke abgetrennt ist. Die Eanmer
8 besitzt Vorrichtungen zur Erzeugung von Niedrigtemperaturplasma ( Plasmatrone)
mit Dichtungen 10, Vorrichtungen 11 für die Beschickung mit Koks, eine Offnung 12
zum abzug der Schlacke sowie einen Gaszug 13, durch welchen die Kammer 8 einer mit
Kammer 14 zur Kondensation der aus der Schlacke zu entfernenden Metalle verbunden
ist. Die Kammer 14 weist Zerstäuber 15 und Gaszug 16 auf.
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In einer anderen Äusführungsform der Erfindung wird gemäß Fig. 2
die Kammer 17 mit der Kammer 18 durch einen Schlackenkanal 19 verbunden.
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Bei der Notwendigkeit, Zink in Oxydform zu gewinnen, wird einer die
Anlage mit Kammer 20 (Fig. 3) zur Oxydation der aus der Schlacke abzuführenden Metalldämpfe
ausgestattet. Zur Kompensation der Wärmeausdehnungen kann die Kammer 20 zur Oxydation
der Metalldämpfe auf Rollenauflagern montiert werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
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Bei der Veraibeitung vom sulfidischen bzw. andere brennbare Stoffe
enthaltenden Material, welches zur Verbrennung im Gas bzw. unter Zugabe von brennbaren
Stoffen geeignet ist, kann in der Anlage als Vorrichtung zum Niederschmelzen des
zu verarbeitenden Materials ein Zyklon 22 (Fig. 4) mit einem
Ejektor
23 zum Fördern des Beschickungsgutes, wie in Fig. 4 dargestellt, bzw. ein Schacht
24 mit Brennern 25 CFig. 5) verwendet werden, mittels welchen ein Röstschmelzen
von Beschickungsgut durchgeführt wird.
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Die Anlage funktioniert folgendermaßen.
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Gemäß Fig. 1, 2 und 3 wird das von brennbaren Bestandteilen freie
oxydierte Material, z.B. die Zink bzw. andere flüchtige Metalle enthaltende Schlacke
über die Beschickungsvorrichtungen chargiert. Das Material gelangt in die Kammer
1, wo dieses mittels der in die Schlacke getauchten Elektioden niedergeschmolzen
und in die Kammer 8 weitergeleitet wird, in welcher das Zink unter Einwirkung der
in den Vorrichtungen 9 zur Erzeugung von Niedrigtemperaturplasma entstehenden Xeduktionsgase
reduziert und in Dampfform abdestilliert wird. Die Dämpfe werden im Kondensator
14 gekühlt und verflüssigt und das angesammelte Zink wird abgelassen.
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Bei der Verwendung vcn Stickstoffplasma wird in die Kammer 8 auf
die Oberfläche der Schmelze über die Beschickungsvorrichtungen 12 Koks aufgegeben
(Eig. 1).
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Bei der Gewinnung von flüchtigen Metallen in Oxydform gelangen Zinkdämpfe
in die Kammer 17 für die Dampfoxydation ig. 3).
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bie heruntergeschmolzene und an NE-Metallen - verarmte Schlacke wird
aus der Kammer 8 durch die Öffnung 11 kontinuierlich bzw. periodisch abgezogen.
Im Fall der Gewinnung von Metall bzw. Stein werden diese nach Ansammlung durch die
Öffnungen
6,5 der Kammer 1 periodisch abgezogen (Fig. 1).
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Durch die Möglichkeit des Betriebs der Schmelzkammer 1 einer mit
Unterdruck und durch das Fehlen reduzierenden Atmosphäre in derselben entfällt gegebenenfalls
die Notwendigkeit der Abdichtung der Kammer sowie der Abdichtung der Elektroden
im Kammergewölbe. Dadurch wird der Einsatz von selbstsinternden Elektroden mit Metallmantel
ermöglicht unf folglich kann eine der Kammer praktisch beliebige vorgegebene Leistung
zugeführt und eine hohe Schmelzleistung der Anlage erreicht werden.
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Die Trennung der Anlage in zwei Zonen, u.zw. in die Schmelze und
die Sublimicrzone, ermöglicht es, in der räumlich größeren Schmelzzone die Temperatur
wer Schmelze nicht höher als die Schmelztemperatur des zu verarbeitenden Materials
zu halten, mit einer Schicht von festem Beschickungsgut auf dem Bad zu arbeiten
und folglich die Wärmeverluste der Schmelzkammer durch die Hände, die Sohle und
das Gewölbe des Ofens sowie den spezifischen Verbrauch an Elektroenergie zu verringern.
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Menge, elektrische Leistung, Verbrauch, Druck und Temperatur des
reduzierenden bzv;. des neutralen Gases in den Vorrichtungen 9 zur Erzeugung von
Niedrigtemperaturplasma lassen sich regulieren.
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Außerdem können die Vorrichtungen 9 zur Erzeugung von ierigtemperaturplasma
sowohl in das Gewölbe, als auch in die Ilände der Kammer 8 unter einem geraden bzw.
spitzen Winkel zur Oberfläche der Schmelze sowie unter einem Winkel
relativ
zueinanaer in vertikaler und horizontaler Lbene eingebaut werden. sie Düsen der
Vorrichtungen 9 können in die Schmelze auf verschiedene Tiefe eingetaucht werden.
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Zum Bewegen der Vorrichtungen 9 können diese mit entsprechenden Mechanismen
verstehen werden.
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Zum Schutz der Wandauskleidung der Kammer 1 und 8 gegen Verschleiß
können die Trennwand und der Kanal aus Stahlkästen au gebildet und mit Wasser bzw.
anderen Wärmeträgern gekühlt werden.
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Gemäß Fig. 4 funktioniert die Anlage zur Verarbeitung von sulfidischen
Konzentraten folgender maßen.
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Das getrocknete sulfidische Konzentrat bzw. andere brennbare Stoffe
enthaltendes Material werden zusammen mit Flußeinen mitteln über den Ejektor 23
des Zyklons 22 mit Strahl technischen Sauerstoff bzw. mit Sauerstoff angereicher'-ter
Luft eingeblasen.
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Das Beschickungsgut wird durch die Wärme der exothermischen Reaktionen
der Sulfidoxydation bzw. die Brennärme des in die Anlage eingebrachten Brennstoffs
niedergeschmolzen und fließt an den Zyklonwänden in die Schmelzkammer 26 ab.
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Die entstehenden Gase werden über den Gaszug 27 zur Verarbeitung
geleitet.
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ie in die Kammer 26 einströmende Schmelze wird nach den spezifischen
Gewichten getrennt. Bei der Verarbeitung Material , welches z.B. Zink, Blei und
Kupfer enthält, setzt sich das entstehende metallische Blei auf der krammersohle
ab,
darüber liegt der Kupferstein und die zinkhaltige Schlacke
bildet die obere Schicht.
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Die Schmelzhöhe wird auf einem derartigen Stand gehalten, daß die
Trennwand 28 in die Schlackenschicht zwecks Vereiner hinderung Gasvermischung in
den Kammern 26 und 29 beim freien Austausch der Schmelze. zwischen denselben ständig
enngetaucht ist. Nach der Ansammlung vcn Blei und Stein werden diese aus dem Ofen
durch die Öffnungen 30 uiid 31 periodisch ausgelassen.
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Die Schlacke wird durch die Öffnung 32 kontinuierlich bzw. periodisch
abgezogen. Die Reduktion erfolgt in der Kammer 29.
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Gemäß Fig. 5 funttioniert die Anlage folgendermaßen.
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Das Beschickungsgut wird mittels des im Schacht 24 angeordneten senkrechten
Brenners 25 oxydiert und niedergeschmolzen, und die Sublimation der flüchtigen Metalle
geschieht infolge der Wechselwirkung wer Schlackenschmelze mit dem in den Vorrichtungen
33 zur erzeugung von Niedrigtemperaturplasma produzierten reduzierenden Niedrigtemperaturplasma
bzw. infolge der Wechselwirkung der durch das Niedrigtemperatur-Stickstoffplasma
durchwirbelten Schmelze mit Koks.
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Die reduzierten Dämpfe werden durch den Gaszug 34 bzw.
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in den Kondensator 35 abgeführt, wo die Metalldämpfe bis zum flüssigen
Metall kondensiert werden, bzw. in die NachbrennknrLmer 20 (Fig. 3) geleitet, wo
die Metalldämpfe oxydiert werden.
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Die Erfindung wird durch nachstehende Beispiel veranschaulicht.
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Beispiel 1.
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Bei der Verarbeitung von Bunt metallkonzentraten wird ein Kupfer-Zink-Lonzentrat,
welches Schwefel (S), 7 bis 25% Kupfer und 7 bis 257% Zink enthält, bis zu einem
Feuchtegehalt von 0% getrocknet und in einer Men-e von 1 t/Std. in den neben dem
Ofen angeordneten Bunker eingebracht. Mit einem Sauerstoffstrahl, dessen Verbrauch
etwa 200 m3 pro 1 t Feststoff beträgt, werden das Konzentrat und der diesem zugesetzte
zerkleinerte Quarz durch einen Brenner in die Zyklonkammer bzw.
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in einen im Schacht; angeordneten Brenner tangential eingegeben.
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Gase mit 75% Schwefeldioxid (S02) werden für die Produktion von Schwefelsäure
verwendet und die erzeugte Stein-Schlackenschmelze wird nach dem spezifischen Gewicht
getrennt; der Stein setzt sich auf der Sohle ab und wird nach der Ansammlung einer
über 200 mm hohen Schicht abgelassen. Die Schlacke bildet im Bad die obere Schicht
und gelangt in die Reduktion- und Sublimierkammer. Hier wird die Schlacke mit dem
Plasmastrahl durchblasen und nach der Ansammlung durch ein 500 mm über'der Sohle
liegendes Loch abgezogen. Die gesamte Höhe der Schmelze im Ofen beträgt 700 bis
750 mm.
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Die Zinkdämpfe gelangen in den Kondensator, dessen freier Raum mit
Metalltropfen aus dem am Kondensatorboden angeordneten Zinkbad mittels einer Saugschraube
berieselt wird. Im Kondensator wird eine konstante Temperatur von 5000C gehalten,
was die Abschreckung der Dämpfe fördert und deren Oxydation durch Wasserdampf verhindert.
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Das abdestillierte Zink kann in der Kammer durch darin eingeleitete
Luft oxydiert werden und die entstehenden Oxyde werden nach der Kühlung der Gase
durch Schlauchfilter aufgefcngen.
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Beispiel 2s Bei der Verarbeitung von zinkhaltigen Schlacken wird
die granulierte Althaldenschlacke, welche 1 bis 1,5% Kupfer, bis 2,5% Blei und 8
bis 15% Zink enthält und in einem Rohrofen getrocknet ist, in den Schmelzraum der
Anlage chargiert mittels (1 t/Std), welcher durch elektrischen Strom der in die
Schlacke eingetauchten Elektroden beheizt vird. Der Ofen erfordert keine Abdichtung,
die Atmosphäre ist neutral. Das Niveau des schmelzbades erreicht 750 mm.
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Die Schmelze gelangt in den Reduzier- und Sublimierteil der Anlage,
wo sie der Einwirkung des Plasmastrahls ausgesetzt wird. Bei Verwendung von Stickstoffplasma
wird dieser Teil der Anlage mit zerkleinertem und getrocknetem Koks beschickt. Bei
Verwendung von Naturgas wird dessen Konversion von der Ausscheidung vcn rußhaltigem
Kohlenstoff und V:asserstoff begleitet, welche als Zinkoxydreduktionsmittel wirken.
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Die Dämpfe werden in den Kondensator bzw. in die Verbrennungskammer
geleitet und die Schlacke wird nach Ansammlung durch das Loch abgezogen.
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Im folgenden werden weitere Beispiele der praktischen Durchführung
des Verfahrens angeführt.
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Beispiel 3. Schmelzen von Buntmetallkonzentrat Ein Kupfer-Zink-Konzentrat
mit 5 bis 25% Kupfergehalt und 5 bis 25% Zinkgehalt wurde mit 75% Kieselerde enthal-
-tenden
@uarzerz vermischt und das Beschickungsgut vuide in einem Rohrofen bis zu einem
Feuchtegehalt vcn 1% getrocknet.
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Das trockene Beschickungsgut wurde durch einen Druckluftförderer in
einen über der Anlage angeordneten Bunker und vcn diesem mit einer Geschwindigkeit
von 1 t/Std. mittels Speiser in ein Rohr eingegeben, über welches es dann mit einem
Sauerstoffstrahl, dessen Verbrauch 200 m3 pro 1 t Beschickungsgut betrug, in den
Zyklon chargiert wurde.
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Das Beschickungsgut wurde hier niedergeschmolzen und floß bei einer
Temperatur von 1250 bis 1300 °C an den Zyklonwanden in die Schmelzkammer ab. Die
Gase mit einem Schwefeldioxidgehalt von 75% wurden durch ein wassergekühltes Standrchr
und Elektrofilter abgeführt und im Gemisch mit anderen Gasen für die Produktion
der Schwefelsäure verwendet.
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In der Schmelz kammer wurde die Schmelze in aen Stein mit einem lupfergehalt
vcn 50% una in die Schlacke mit lOzó Zinkgehalt, bis 1% Kupfergehalt, 25 bis 35P
Eisengehalt und 30 bis 35% Kieselerdegehalt getrennt.
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Diese Schlacke füllte den Raum hinter der Trennwand, d.h. den Reduzier-
und Sublimierraum der Anlage.
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Zwei Plasmatrone, deren Düsen in die Schmelze auf eine Tiefe von
200 mm eingetaucht wurden, sicherten das notwendige Durchwirbeln der Schmelze bei
einem spezifischtn Gasverbrauch von 1 m3/min. pro 1 m3 Schmelze. Dabei sank der
Zinkgehalt in der Schmelze von einem Ausgangswert von 10% auf 0,5 bis 0,7% ab. Die
Geschwindigkeit der Zinkreduktion erreichte dabei 10 kg/min. pro 1 m@ Schmelze.
Die Redustionkammer
wurde mit, Koks in einer Menge von 1,5 bis
2% des Schlackengewichts beschickt. Das Dampf-Gas-Gemisch wurde unter Zerstäubung
dem Kondensator zugeführt, in den die Zinkdämpfe kondensiert und die Gase nachgebrannt
wurden. Die Gase können verdichtet und für die Beheizung von verschiedenen Anlagen
verwendet werden. Deren Heizwert erreicht 3000 kcal/m3.
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Eei Verwendung von Stickstoff als plasmabildendem Gas betrug der
Austrag am metallischen Zink 80%, das übrige Metall kondensierte sich in Form von
Zinkstaub und Hartzink, welche als Umlaufprodukte in das Schmelzgut zurückgeleitet
wurden.
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Beim Nachbrennen der Dämpfe wurden die Gase durch die an-esause Luft
gekühlt, deren Menge das 10 bis 15-fache der Gasmenge betrug.
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bit Abscheidung des Staubs von den Gasen wurde ii einem Schlauchfilter
durchgeführt. Der aufgefangene Staub enthielt 65% Zink und bis 12% Blei.
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Bei Verwendung von Naturgas als plasmabildendem Gas erfolgte im Plasmatron
dessen Konversion und in diesem Fall war die Zugabe von Koks in das Bad praktisch
nicht erforderlich, weil der Gehalt an rußigem Kohlenstoff und Wasserstoff für die
Reduktion von Zink ausreichend war.
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Der Gasverbrauch, der Austrag an Verbrennungsprodukten und die Verarbeitung
von Gäsen waren wie oben beschrieben, jedoch erreichte die Ausbeute an metallischem
Zink bei der Kondensation nicht mehr als 75%, wobei das übrige Zink in Umlaufprodukte
überging.
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Beispiel 4. Schmelzen von zinkhaltigen Schlacken Die durch Schmelzen
von Blei entstandene Schlacke mit einem Gehalt von 1,5% Kupfer, 15% Zink, bis 2%
Blei, 23 bis 259 Eisen, 20 bis 25% Kieselerde und bis 20% zalziumoxyd wurde nach
dein Trocknen in einem Rohrofen bis zu einen Feuchtegehalt von 0,5% in den Schmelzraum
eines 1000-kVA-Ofens mit einer Geschwindigkeit vcn 1 t/Std. chargiert.
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Der Ofen war mit drei Elektroden versehen. Die erzeugte Schmelze
füllte den Raum hinter der Trennwand aus und wurde mit Plasma der obenangegebenen
Charakteristiken behandelt. Im Schmelzraum der Anlage wurde Stein mit 20 bis 2)>0'
Kupfergehalt abgetrennt. Die Gase wurden nach der Entstaubung in die Atmosphäre
abgeführt.
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Die Haldenschlacke enthielt 0,5 bis l,% Zink, 0,1% Blei und 0,3%
Kupfer.
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Die Kondensation erfolgte ebenso wie beim Schmelzen von Ecnzentraten.