DE2747586A1

DE2747586A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen gewinnung von schwermetallphasen, insbesondere von eisenarmen metallischem rohzinn

Info

Publication number: DE2747586A1
Application number: DE19772747586
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Melcher; Horst Dipl Ing Weigl
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1977-10-24
Filing date: 1977-10-24
Publication date: 1979-05-10
Also published as: ZM8778A1; US4236916A; AU4078578A; AU520744B2; IN151011B; ES474323A1; CA1126508A; PH16900A; JPS5474225A; US4283045A; DE2747586C2; TR19883A

Description

Anlage zum Patentgesuch der - 8 - H 77/75

Klöckner-Huniboldt-Deutz Gr/Wr

Aktiengesellschaft

vom 18. Okt. 1977

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Schwermetallphasen, insbesondere von eisenarmem metallischem Rohzinn

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Schwermetallphasen, insbesondere von eisenarmem metallischem Rohzinn aus sulfidischen und/oder oxidischen Erzkonzentraten, insbesondere aus eisenreichen Zinnerz-Konzentraten.

Zinn, eines der seit Bestehen menschlicher Kultur am längsten bekannten Wertmetalle,wurde bereits seit 5000 Jahren ohne größere Probleme aus Cassiterit-Erz in Anwesenheit von Kohle bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gewonnen.

Im Laufe der neueren Zeit ergaben sich jedoch, insbesondere im Zusammenhang mit der Erschöpfung zinnreicher, eisenarmer Erzlagerstätten, Schwierigkeiten mit der Gewinnung von Zinn aus eisenreichen Erzkonzentraten, was dazu führte, daß die Verhüttung mehrstufige und damit kostenaufwendige Prozesse erforderlich machte. Nachdem man anfänglich die Verhüttung solcher komplexen Erze mit höherem Eisengehalt und relativ niedrigem Zinngehalt als wirtschaftlich uninteressant angesehen hatte, wurde zunächst der Weg beschritten, diese Erze in Mischung mit eisenarmen, zinnreichen Erzen zu verschneiden und anschließend zu verhütten. - 9 -

909819/0001

2747588

KHD - 9 - H 77/75

Mit der Entwicklung der Naßmetallurgie wurden sodann neue Wege zur Konzentration des Zinngehaltes im Erz sowie zur Abtrennung von Fremdaetallen aufgezeigt, Jedoch haben auch diese durchaus praktikablen Verfahren den Nachteil, daß sie mit relativ hohen Kosten verbunden sind·

Mit der Verflüchtigungsmethode schließlich wurde ein weiterer Weg gefunden, welcher noch heute dem Stande der Technik entspricht, wonach überwiegend die zur Zeit praktizierten Verhüttungsverfahren von komplexen, zinnhaltigen Erzen betrieben werden. Diese begannen wirtschaftlich interessant zu werden, als man entdeckt hatte, daß bei Zugabe von Pyrit ein Zinnsulfid mit relativ hohen Dampfdrücken verhältnismäßig leicht verflüchtigt werden konnte, wobei dieses Zinnsulfid durch Verbrennung in der Gasphase zu Zinnoxid umgewandelt und nach Sublimierung als feste Phase niedergeschlagen werden konnte.

Als Nachteil wird jedoch auch hierbei empfunden, daß die erforderliche Kette von Prozeßschritten aufwendig, mit hohem Energieverbrauch verbunden und nicht frei von Umweltproblemen ist. .

Hieraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung. Diese besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gewinnung

- 10 -

909819/000·

KHD - 10 - H 77/75

von metallischem Zinn aus komplexen, insbesondere eisenhaltigen bis stark eisenhaltigen Erzen mit relativ geringem Gehalt an Zinn bereitzustellen, welche es gestatten, diese Erze möglichst wirtschaftlich zu verhütten. Insbesondere wird angestrebt, diesen Verhüttungsprozeß in einer möglichst geringen Anzahl von Prozeßschritten, das heißt, möglichst unkompliziert durchzuführen, dabei soweit als irgend möglich den Aufwand an Energie zu reduzieren und mit umweltfreundlichen Methoden sowohl ein möglichst eisenarmes Produkt als Rohzinn herzustellen, als auch andererseits eine Schlacke mit äußerst niedrigen Gehalten an Wertmetallen, insbesondere an Zinn·

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Konzentrat in neutraler bis schwach-reduzierender Atmosphäre geschmolzen wird, daß die eine Mischung von Metall-Silikaten, Insbesondere von Zinn- und Eisensilikaten enthaltende Schmelze mit gasförmigen Reduktionsmitteln in einer Stufe reduziert wird, und daß die Reduktion bei einer solchen Reduktionstemperatur und mit einem solchen Reduktions-Potential des Reduktionsgases durchgeführt wird, daß eine Mitreduktion von Eisensilikat zu Eisen thermodynamisch verhindert wird«

l·

In Ausgestaltung des Verfahrens wird die Reduktion bei einer Temperatur oberhalb des Boudouard-Gleichgewichtes durchgeführt.

- 11 -

909819/0001

KHD - 11 - H 77/75

Welter ist vorgesehen, daß das Reduktionsgas ein Gemisch von CO₂ und CO enthält. Das Reduktionsgas kann Jedoch auch ein Gemisch von anderen Kohlenwasserstoffen mit CO₂ enthalten.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Reduktionsgas bei einer Reduktionstemperatur von ca. 1.100 ⁰C ein Reduktionspotential log£jbC0₂ / ^bCO) in den Grenzen von +0,6 bis -O₉I₉ entsprechend ca. 80 # CO₂ / 20 % CO bis 44 % CO₂ / 56 Ji CÖ aufweist.

Ferner ist vorgesehen, daß das Reduktionsgas bei einer Reduktionstemperatur von ca. 1.300 ⁰C ein Reduktionspotential 1Og^pCO₂ / ρCOJ in den Grenzen zwischen +0,65 bis -0,2 entsprechend ca. 62 Jt CO₂ / 18 Ji CO bis 39 % CO₂ / 61 % CO aufweist. Sine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Intervall der Redaktionstemperaturen von ca. 1.100 ⁰C bis ca· 1,300 ⁰C vorzugsweise ein Reduktionspotential log£>pC0₂ / M>CO) von annähernd 0,35 entsprechend ca. 70 % CO₂ / 30 Jt CO eingestellt wird.

Dabei erweist es sich als thermodynamisch wichtige Regel, daß einem Reduktionspotential mit weiter auseinanderliegenden Grenzwerten log A? CO₂ /49 CoTjeweils höhere Reduktionstemperaturen zugeordnet sind und umgekehrt, entsprechend dem von den Gleichungen SnO₉ . + 2 COg'^ ^T Sn + 2 CO₉ (III) und FeO + Cq^SfeSFe + CO₅, (IV) sowie der Boudouard-Gleichung Z + CO₂^v2 CCU (V) umgrenzten Arbeitsfeld.

- 12 -

901819/0001

KHD - 12 - H 77/75

Einer der wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß es sich zur vollkontinuierlichen Durchführung eignet. Deshalb ist es zweckmäßig und als Voraussetzung für den kontinuierlichen Prozeßablauf unerläßlich, daß der am Anfang des Verfahrens stehende Schmelzprozess kontinuierlich, vorzugsweise im Schwebeschmelzverfahren durchgeführt wird.

Dabei ist es für die Vermeidung zu hoher Sauerstoffanteile in der Schmelze zweckmäßig, daß der Schmelzprozeß mit einem stöchiometrischen bis schwach unterstöchiometrischen Flammengas eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffes bei dessen Verbrennung mit einem sauerstoffhaltigen, vorzugsweise angewärmten Gas durchgeführt wird.

Um zu verhindern, daß das bei der Reduktion entstehende flüssige Zinnmetall in Berührung mit der eisensilikatischen Lösung unerwünscht hohe Anteile an metallischem Eisen lösen kann, wird zweckmäßig so vorgegangen, daß die Reduktion unter Einhaltung möglichst kurzer Kontaktzeiten zwischen Metall und Schlacke durchgeführt wird. Um dies zu erreichen, wird mit Vorteil die mit flüssigem Metall angereicherte, schwerere Phase der Schmelze und die die Schlacke bildende, von Wertmetallanteilen verarmte leichtere Phase der Schlacke schichtenweise im Gegenstrom zueinander durch den Reaktionsraum geführt.

- 13 -

909819/0008

KHD

. 13 - ^H

Dabei ist es zweckmäßig, daß zur Einstellung und Einhaltung kontinuierlicher Reaktionsabläufe die Stoff-Stromdichten der festen und/oder der flüssigen und/oder der gasförmigen Phasen annähernd konstant gehalten werden.

Es ist darUberhinaus von Vorteil, daß zur raschen Sedimentation der sich bildenden und/oder gebildeten Metall tropf chen in das Metallbad eine intensive örtliche konvektive Bewegung der Schmelze und/oder der Schlacke herbeigeführt wird.

Zur Herstellung und Aufrechterhaltung einer konstanten Stoffstromdichte mindestens der gasförmigen Reaktionsteilnehmer kann dabei mit Vorteil von der Maßnahme Gebrauch gemacht werden, daß ununterbrochen unverbrauchtes, frisches Reduktionsgas an die Phasengrenzschicht, vorzugsweise zwangsweise, herangeführt wird.

Die8 wird dadurch erreicht, daß das Gas unter Bildung eines geschlossenen, gebündelten Strahles mit möglichst hoher kinetischer Energie an die Phasengrenzschicht herangeführt wird, vorzugsweise so, daß ein Spritzen des Schmelzbades vermieden wird.

Zweckmäßigerweise wird dabei das Gas durch mindestens einen stationären Blasstrahl auf die Schmelze aufgeblasen, wobei die Schmelze mit annähernd konstanter Geschwindigkeit in

- 14 -

909819/0001

KHD - 14 - H 77/75

Längsrichtung des Reaktionsraumes strömt, und sich dabei unter dem'Blasstrahl in Richtung auf den Schlackenaustrag zu bewegt.

Um das sich unterhalb des Blasstrahles ergebende kinetische Reaktionssystem im Bereich der flüssigen und gasförmigen Phasen möglichst wirksam zu gestalten, wird zweckmäßig von der Maßnahme Gebrauch gemacht, daß die Badtiefe der Schmelze in Strömungsrichtung der Schlacke abnimmt.

Eine weitere, die vorteilhafte Wirkung der Erfindung stützende Maßnahme besteht darin, daß zum Heranführen des Reduktionsgases mit möglichst hohem Energiepotential eine Aufblastechnik mit Hochgeschwindigkeitsstrahl angewendet wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Strahl nach Austritt aus der Düse Geschwindigkeiten zwischen Mach 1 bis 3 hat.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen Reaktor mit einer Ofenwanne, sowie mit einer Einrichtung zum Schmelzen in der Schwebe auf der Seite der Materialaufgäbe, sowie auf der Gegenseite mit einem Überlaufwehr zum Abfluß der Schlacke, und dazwischenliegend mit einer langgestreckten Wanne, welche vom Überlaufwehr der Schlacke zur Schmelzeinrichtung hin ein Gefälle und auf der Seite der Schmelzeinrichtung einen Ablauf für das flüssige Metall aufweist, dessen Niveau tiefer als das SchlackenUberlaufwehr liegt, sowie mit einem als Abweiser unter den Spiegel des flüssigen Metalles in

- 13 909819/0001

274758«.

KHD

- 15 - ^H

den Bereich des tiefsten Wannenteiles hineinragenden Wandteil und schließlich mit einem in den Gasraum des Reaktors hineinragenden System von Blaslanzen für das Reaktionsgas·

Dabei ist es zweckmäßig, daß im Bereich der Materialaufgabe des Reaktors ein Gasabzug angeordnet ist. Ferner kann an dem entgegengesetzten Ende des Reaktors eine Öffnung zum Einleiten oder Ableiten von Gas angeordnet sein.

Und schließlich kann die Vorrichtung zweckmäßig so ausgestaltet sein, daß der Reaktor im Bereich unterhalb der Schmelzeinrichtung von dem übrigen Reaktioneraum gasraumseitig durch einen Einbau getrennt ist.

In Ausgestaltung der Vorrichtung 1st weiter vorgesehen, daß die Lanzen in Längsrichtung des Reaktors In annähernd gleichem Abstand angeordnet sind.

Dabei können die Lanzen - wie an sich bekannt - mit einer Kühl einrichtung,vorzugsweise für Wasser, sowie mit einem als Laval düse oder einer ähnlichen DUsenform ausgebildeten Mundstück ausgestattet sein·

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Phasendiagrammen sowie Zeichnungen von Ausführungsbeispielen veranschaulicht und anhand dieser Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

- 16 -

909819/0001

KHD - 16 - H 77/75

Fig. 1 ein Phasendiagramm Sn/Sn0₂/Fe/Fe0; log (p CO₂ / ρ CO)

Fig.^ 2 ein Phasendiagramm Sn/SnSiO^/Fe/FeSiO,,

Fig. 3 ein Phasendiagramm Sn/SnSiO^/Fe/FeSiO, in Abhängigkeit von Mol-Fraktionen SnO,

Fig. 4 ein Reaktionssystem mit Blasstrahl,

Fig. 5 einen Schmelz- und Reduktions-Reaktor zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 6 das Blockschaltbild einer Verhüttungsanlage nach der Erfindung.

Die Erfindung wird zweckmäßig anhand der folgenden theoretischen Überlegungen dargestellt und erläutert:

Nach dem Stand der Technik erfolgt die Gewinnung des in oxidischer Form in einem Konzentrat vorliegenden Zinns - wie bereits erwähnt - durch Schmelzen des Erz-Konzentrates in Drehflammofen, stationären Herdofen oder Elektroöfen unter reduzierenden Bedingungen. Als Reduktionsmittel gelangt dabei ausschließlich feste Kohle zum Einsatz, die möglichst arm an Asche und flüchtigen Bestandteilen sein soll.

Der Ablauf dieser Reduktionsarbeit mit fester Kohle findet formelmäßig seinen Ausdruck in der Bruttogleichung: 2 SnO₂ + 3 C = 2Sn + 2 CO +CO₂ (I)

- 17 -

909819/0006

27A7586

KHD - 17 - H 77/75

Thermodynamisch läßt sich das chemische Gleichgewicht dieser

Brutto-Reaktion wie folgt ausdrücken: log K(f j * log

a²Sn · p²C0

Hier bedeuten:

"Cl η = Aktivität der festen und flüssigen Reaktionsteilnehmer,

»p w , s Partialdruck der gasförmigen Reaktionsteilnehmer, = fest; " -c ⁿ = flüssig; ^w 2 " = gasförmig

Da die Gleichgewichtsbeziehung (1) eindeutig auch über die gasförmigen Reaktionsteilnehmer festgelegt werden kann, läßt sich die Gleichung ebenfalls als Verhältnis der gasförmigen Reaktionsteilnehmer wiedergeben:

P CO«

log - =1.5 log ρ CO₉ -0.5 log k, r. ν (2)

ρ CO * ^K~>

Weist das Konzentrat aufgrund der Provenienz der geförderten Zinnerze auch einen erhöhten Eisengehalt auf, so reagiert das Eisenoxid unter reduzierenden Bedingungen mit fester Kohle nach der Bruttogleichung:

2 Fe₅O, + 4.5 C =4 Fe, + 3 CO +1.5 C0_P (II)

²^ 4 If ^d£

- 18 -

909819/0006

27A7586

KHD - 18 - H 77/75

Da festes Ρβ£°3 ^{und c}» ^sowie flüssiges Eisen keine Mischphasen miteinander bilden, gilt entsprechend für die Gleichgewichtsbeziehung dieser Reaktion:

log ^{p C0}2 = 1,5 log ρ CO₂ -0,33 Ig K₍J ) (3) ρ CO ~

In den Gleichgev/ichtsbeziehungen (2) und (3) der Bruttogleichungen (I) und (II) wurde der Einfluß der festen Reduktionskohle über die Bouduard-Reaktion berücksichtigt, das heißt, den tatsächlichen Verhältnissen im Schmelzaggregat Rechnung getragen.

Die genannten Brutto-Gleichungen lassen sich aber auch in folgende Teilreaktionen aufsplitten:

SnO₂ + 2 COe^=Sn + 2 CO₂- (III) FeO^ + CO fl^SFe» + CO₂^ (IV)

Die Gleichung (V) ist als sogenannte "Bouduard-Reaktion" bekannt.

Nach den Gleichungen (III) und (IV) erfolgt die Reduktion der festen Oxide so, als wenn jedes Konzentratkorn nur von einem Reduktionsgas umspült wird, das von einer externen Gasquelle zum Konzentratkorn gelangt.

- 19 -

909819/0008

KHD - 19 - H 77/75

Fig. 1 gibt die Existenzbereiche der oxidischen und metallischen Phasen von Zinn und Eisen, entsprechend den Gleichgewichtsbeziehungen der Reaktionen (III) und (XV) bei einer C0₂/C0-Atmosphäre wieder. Die Gleichgewichtslinie mit der Boudtüard-Reaktion (V) zeigt, von welcher Temperatur an mit einer Reduktion nach (III) und (IV) gerechnet werden kann. Das Phasendiagramm in Fig. 1 mit den Gleichgewichtslinien der Reaktionen (III), (IV) und (V) läßt theoretisch die Deutung zu, daß mit einem COg/CO-Gasgemisch bei einem definierten Reduktionspotential metallisches Zinn aus Zinnoxid erzeugt werden kann, während das Eisen in oxidischer Form

erhalten bleibt.

Bei Erreichung des Gleichgewichtszustandes weist das Gas in der reduzierten Mischung, beispielsweise bei 1.373 K die Zusammensetzung :

Für die Gleichung (III): CO₂ = 80 %; CO = 20 % Für die Gleichung (IV): CO₂ - 44 %\ CO = 56 %

Bezogen auf den Mol-Umsatz bedeutet dies theoretisch eine 80 #ige Reduktion des Zinnoxides bei einer gleichzeitigen Mitreduktion des Eisens zu 44 %, sofern die Reduktion mit einem 100 #igen CO-Gas bei fester Mischung begonnen wurde. Würde man theoretisch ein Reduktionsgas, bestehend aus 30 % CO und 70 % CO₂ für die Reduktionsarbeit an der festen Mischung

- 20 -

909819/0001

KHD - 20 - H 77/75

verwenden, so verliefe der Umsatz der Reaktionen (III) und (IV) bei 1.373 K bis zur Erreichung des Gleichgewichtszustandes der Reaktionsteilnehmer. Das bedeutet: Bei einer Temperatur von 1.373 K und dem entsprechenden Reduktion spotential log P COp / P CO ist wohl eine Reduktion des Zinkoxides aus der festen Charge· möglich, nicht aber eine Reduktion des Eisenoxides.

Theoretisch könnte also aus einem festen Gemisch mit einem Reduktionsgas, dessen Reduktionspotential sich innerhalb des durch die Gleichgewichtslinien (III) und (IV) gekennzeichneten Feldes, und dessen Temperatur sich oberhalb des durch die Linie (V) gekennzeichneten Bouduard-Gleichgewichtes bewegt, Zinnoxid zu Zinnmetall reduziert werden, ohne daß eine Mitreduktion des Eisens stattfindet. Von dieser Erkenntnis macht die Erfindung als einer ihrer theoretischen Grundlagen - zusammen mit weiteren erfinderischen Überlegungen-Gebrauch.

Anders sehen die Verhältnisse aus, wenn die Reduktion über Zumischen von fester Kohle erfolgt.

Die Phasengrenzlinien (I) und (II) kennzeichnen die Trennlinien der Existenzbereiche von Zinndioxid und Eisenoxid bei Anwesenheit von fester Kolale.

- 21 -

909819/0008

KHD - 21 - H 77/75

Diese beiden Gleichgewichtslinien, links von der Boudouard-Gleichgewichtslinie (V) dokumentieren, daß bei Anwesenheit von festem Reduktionsmittel Kohle in der Charge und in Temperaturbereichen rechts der Boudouardlinie neben der Reduktion des Zinnoxides immer auch eine Reduktion des Eisenoxides stattfindet. Hierbei gebildetes COp wird nach der Boudouard-Reaktion durch festen Kohlenstoff spontan zu CO reduziert, wodurch die Gasatmosphäre sich in den Bereich unterhalb der Gleichgewichtslinie (EV) verschiebt. Dies führt dazu, daß eine selektive Reduktion von Zinnoxid in Anwesenheit von festem Reduktionsmittel Kohle nicht realisiert werden kann.

Bei den vorstehenden Betrachtungen wurde bisher zunächst davon ausgegangen, daß die Reaktionsteilnehmer und die Reaktionsprodukte keine Mischphasen miteinander bilden. In der Praxis läßt sich jedoch in herkömmlichen Schmelzöfen mit den dort erreichbaren Temperaturen und technisch vertretbaren Verweilzeiten das chemische Gleichgewicht nicht erreichen, weshalb der formelmäßige Umsatz der Reaktionen (III) und (IV) nicht quantitativ erfolgt.

Denn die nicht zu Metall reduzierten Oxide reagieren in der Schmelze mit dem vorhandenen SiO₂ der Charge zu Silikaten. Nach P. Wright

"EXTRACTIVE METALLURGY OF TIN» Elsevier, London, 1968, Seiten 18 bis 85

- 22 -

909819/OOOa

KHD - 22 - ^{H 77/75}

kann die Silikatbildung folgendermaßen ausgedrückt werden:

SiO₂^Sr SnSiO_3g (VI)

Fe_x + 0,5O₂ + SiO₂ S^- FeSiO₃ (VII)

Stehen diese beiden Silikatlösungen miteinander im Gleichgewicht, dann gilt für die Gleichgewichtskonstante die Beziehung:

SnSiO₃ + Fe^=5^?Sn. + FeSiO₃^ (VIII) ^ (4a)

(SnSiO₃) [FeJ oder, anders ausgedrückt:

^K (vm

[on] ^K (vm ) (SnSiO₃)

Ausgehend von diesen Gleichungen ist erkennbar, daß flüssiges Zinnmetall in Berührung mit einer eisensilikatischen Lösung im Gleichgewichtszustand gemäß Gleichung (VIII) immer metallisches Eisen lösen wird, und zwar um so mehr, Je höher der eisensilikatische Anteil in der Schlacke ist.

Demnach muß ein erhöhter Eisengehalt im Rohzinn bei Erschmelzen aus eisenhaltigen Zinnkonzentraten immer dann vorliegen, wenn

- die Reduktion mit einem festen Reduktionsmittel (Kohle) erfolgt und

- die eisensilikatische Schlacke mit dem Zinnmetall im Gleichgewicht steht.

- 23 -

909819/OOOe

KHD
H 77/75

Zum besseren Verständnis seien die möglichen Reaktionen von zinn- und eisensilikatischen Lösungen unter Verwendung von Reduktionsgasen betrachtet, wie diese aus den folgenden Formeln hervorgehen:

SnSiO₃ + COU ^S Sn + CO₂ + SiO₂ (IX) FeSiO, + COo^E= Fe- + CO_9Λ + SiO₉ , (X)

aSn_Ä · ρ CO₉ · aSiO₉

__i ²» ² * (5)

— aSnSiO,- · pCO«

aFe- · -JoCO₉ · aSiO₉ ^K(7 ) = ^{l 2}» * (6)

— aFeSiO₃ · ρ CO

Setzt man für die Aktivitäten des gebildeten Zinnmetalles und Eisens a_p = a_g =1» dann lauten die Gleichgewichtsbeziehungen:

bCO a SiOp

i^ (7)

a SnSiO_x · 4> CO <* ^r

f> CO₂ · a SiO ^

a FeSiO₃ · μ CO

(8)

Oder durch das Verhältnis der Partialdrücke der gasförmigen Reaktionsteilnehmer ausgedrückt:

log f^2 = log ^K( Ti) * ^{a SnSi0}3 1 (9) /jöCO a SiO₂

909819/0001

KHD - 24 - H 77/75

1/C7 \ ' aFeSiO, p CO (f aSiO,

Die Gleichgewichtsbeziehungen der Reduktionsreaktionen (IX) und (X) in einer COp/CO-Atmosphäre lauten dann:

7? co

aFeSiO₃ (12)

Für die Aktivitäten der silikatischen Lösungen lassen sich die folgenden Gleichungen einsetzen:

⁰SnSiO_{3 /} = ^SnO . « SnO (13) ⁰FeSiO, = ^FeO · ^ FeO (14)

Hierin kennzeichnen:

Kf

" ^J " = den Molenbruch und

¹¹ ξ " = den Aktivitätskoeffizienten des Metalloxides in der Silikatlösung.

Stark vereinfacht, aber für die Praxis zulässig, kann für die Aktivitätskoeffizienten eine ideale Lösung vorausgesetzt werden. Dann ergeben die Gleichungen (IX) und (X) den folgenden Ausdruck:

- 25 -

909819/0008

KHD - 25 - H 77/75

r^ ^Ilf (15)

l°ß j: si * ^AU6 «■^v^ "'Ί?_Αη /-jg\

Flg. 2 zeigt die Existenzbereiche der metallischen und silikatischen Lösungen in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Molenbruch der Metalloxide in den Silikatlösungen unter einer -Atmosphäre.

Demnach wurde gefunden, wie der schraffierte Temperaturbereich von 1.373 K bis 1.573 K aufzeigt, daß die Erzeugung eines eisenarmen Rohzinns aus einer zinn-eisensilikatisehen Lösung möglich ist, unter der Voraussetzung, daß ausschließlich mit einem gasförmigen Reduktionsmittel bei bestimmten Temperaturen und mit definiertem Reduktionspotential des Reduktionsgases gearbeitet wird.

Ein erhöhter Eisengehalt im Rohzinn bei Gasreduktion kann demnach nur noch durch die Reaktion (Tw) bei Erreichen des chemischen Gleichgewichtee hervorgerufen werden.

Dies läßt sich, wie mit der Erfindung erkannt wurde, weitgehend dadurch vermeiden, daß eine möglichst kurze Kontaktzeit des Zinnmetalles mit der Eisensilikatschlacke eingehalten wird·

- 26 -

909819/0001

KHD - 26 - H 77/75

Die vorstehenden Überlegungen und Erkenntnisse führten mit der Erfindung zu dem überraschenden, optimalen Ergebnis, daß es entgegen bisher in der Fachwelt bestehenden Vorurteilen möglich ist, aus einem eisenreichen Erz-Konzentrat ein eisenarmes Zinnmetall bei hohem Primärausbringen und einer relativ zinnarmen Schlacke zu erzeugen und zu erhalten, wenn folgende Bedingungen gemäß der Lehre der Erfindung einzeln oder vorzugsweise gemeinsam eingehalten v/erden:

1. Die Reduktion des Zinnes aus der flüssigen Schlacke darf nur mit einem Gas und bei einer Temperatur erfolgen, dessen Reduktionspotential thermodynamisch eine Mitreduktion des Eisensilikates verhindert.

2. Die gebildeten Zinnmetalltröpfchen müssen möglichst so schnell aus der Schmelze abgeführt werden, daß sich ein Gleichgewicht mit Eisensilikat gemäß der Beziehung (VIII) nicht einstellen kann.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Verhüttung überwiegend chargenweise durchgeführt wird, kommt es bei der Erfindung darauf an, daß die reaktionskinetischen Gleichgewichtsbedingungen über den gesamten Verlauf des Reaktionsprozesses streng konstant eingehalten werden.

- 27 909819/0008

KHD H 77/75

Dies wird vorzugsweise erreicht durch einen kontinuierlichen Ablauf mit konstanten Stoffstromdichten der festen und/oder flüssigen und/oder der gasförmigen Reaktionsteilnehmer, sowie durch exakte Einhaltung der Reaktionstemperaturen in zulässigen Toleranzgrenzen, sowie durch Einhaltung bestimmter chemisch-thermodynamischer Verhältnisse, insbesondere des Reduktion spot ent i al es etc·

Dies ist beispielsweise auf der Gasseite dadurch zu erreichen, daß - gemäß der Lehre der Erfindung - ständig frisches, unverbrauchtes Gas an die Phasengrenzschicht herangeführt wird. Hierfür wird mit Vorteil von der Aufblastechnik mit Hochgeschwindigkeitsstrahl für die Reduktionsarbeit Gebrauch gemacht. Dies setzt jedoch voraus, daß die zu reduzierende Komponente in schmelzflüssiger Form vorliegt. Deshalb muß vor der Reduktionsarbeit die Charge geschmolzen werden.

Bei der Aufblastechnik mit Hochgeschwindigkeitsstrahl bewirkt ein mit hoher Geschwindigkeit, zum Beispiel zwischen Mach 1 bis Mach 3 auf die ruhende Oberfläche der Schmelze auftreffender Strahl eine Einbuchtung dieser Oberfläche, wie dies in Fig. 4 schematisch dargestellt 1st.

Gemäß Fig. 4 ändert der Strahl 40 im Staupunkt 41 seine Richtung und strömt entlang der deformierten Oberfläche 42 bis zum Rand 43 des Blaseindruckes 44. Durch die Reibung des Strahles 40 an der Schmelze 45 kommt es zu einer Rotationsbewegung

- 28 -

909819/000«

KHD - 28 - Ii 77/75

der Schmelze 45 unterhalb des Blaseindruckes A4. Die Größe dieser Konvektionsströrmng ist für den Stoff- und v/ärraeaustausch in der flüssigen Phase 45 von entscheidender Bedeutung. Blasstrahl 40 und die torusartig 46 unter dem Blaseindruck 44 rotierende Schmelze 45 sind als ein in sich geschlossenes reaktionskinetisches System anzusehen, wie dies in idealisierter Darstellung aus Fig. 4 erkennbar ist. Dies zeigen die mit den Pfeilen 46, 46' angedeuteten Strömungsrichtlinien der Schmelze sowie 47, 47^! des Gases. Mit den Pfeilen 48, 48' ist die Gegenrotation der unter der Schmelze liegenden schwereren Zinnmetallphase angedeutet.

Wie gesagt, gewährleistet das ständige Heranführen unverbrauchten Reduktionngases an die Grenzschicht der durch den Blaseindruck 44 gebildeten Reaktionsfläche eine konstante Stoffstromdichte der gasförmigen Reaktionsteilnelimer an der Phasengrenzschicht. Die für eine Reduktion der oxidischen Schmelze 45 durch das Gas gestellte Forderung nach einem zwangsweise konstanten und fixierten Reduktionspotential wird auf diese V/eise mit der Erfindung erfüllt.

Dabei erneuert die erzwungene Konvektion der Schmelze 45 ständig die Phasengrenzschicht in der Reaktionsflache. Der Stoffstrom der schmelzflüssigen Phase ist bei der erzwungenen Strömungsform aus dem Kern der Schmelze gegen den Strahleindruck gerichtet. Hierdurch entsteht im System in diesem Be-

- 29 -

909819/0006

KHD - 29 - H 77/75

reich die höchste Konvektionsgeschv/indigkeit, und ergibt somit ein Konzentrationsgefälle mit optimalen Stoffübergängen.

Eine andere, erfindungswesentliche Maßnahme betrifft die Zusammensetzung des gasförmigen Reduktionsmittels. Hierfür können alle gasförmigen Kohlenwasserstoffe Λην/endung finden, welche in der Hüttentechnik üblicherweise angewendet werden. Aus v/irtschaftlichen Gründen dürfte sich jedoch die vorzugsweise Verwendung von Propan und Methan anbieten. Durch Zumischen einer unterstöchiometrischen Sauerstoffringe zum Reduktionsgas wird im Freistrahl 40 jedes geforderte Reduktionspotential des Gasgemisches erreicht. Im Freistrahl 40 und im Blaseindruck 44 der Schmelze 45 reagiert dann das Methangas mit dem Sauerstoff zu einem vorbestimmten Gasgemisch aus CO, H₂, CO₂ und H₂O.

Das Gasgemisch durchströmt die Düse 49 mit Lavalgeschwindigkeit. Die Einstellung der Parameter des Gasstrahles erfolgt dabei vorzugsweise in solchen Grenzen, daß ein Verspritzen der Schmelze 45 im Blaseindruck 44 gerade vermieden wird.

Mit Hilfe von quantitativen Bestimmungen der Reduktionsgeschwindigkeit für die Zinnreduktion einer Schmelze von bestimmter Zusammensetzung durch Aufblasen eines Reaktionsgases mit einem bestimmten Reduktionspotential kann vom halbtechnischen Versuchsmaßstab auf die technische Durchführung

- 30 -

909819/0008

KHD - 30 - H 77/75

geschlossen, und eine rechnerische Beziehung aufgestellt werden, woraus sich Anzahl und Anordnung der notwendigen Lanzen sowie die Menge des aufzublasenden Gases pro Fläche der Reaktionsoberfläche respective je Tonne gewonnenen Rohzinns errechnen läßt.

Der Erfinder hat durch derartige Versuche festgestellt, daß die Reduktion von Zinn aus eisenreichen Zinnerzen mit der Hochgeschwindigkeits-Auiblastechnik bei Einhaltung der thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten zu nachvollziehbaren Ergebnissen führt.

In Fig. 3 ist die Abhängigkeit der Trennungslinie für die Existenzbereiche von Sn · SiO, und FeSiO, zu Sn und FeSiO^ von dem Holenbruch des SnO in der Schmelze grafisch dargestellt.

Demnach läßt sich ein Schmelzgemisch, beispielsweise mit der Zusammensetzung

12 % SnO, 10 % CrO, 22 % FeO, 34 % 16 % Al₀O, und 6 % MgO

bei einer Arbeitstemperatur von 1.550 ⁰C theoretisch auf einen End-Zinngehalt von 1.33 /j Sn reduzieren, ohne daß eine 1Iitreduktion des Eisens stattfindet.
Dabei v.'ird das Reduktionspotential des Reduktionsgases, fest-

- 31 -

909819/0006

KHD H 77/75

gelegt durch ein Gasgemisch aus 92 Vol.-# CO und 8 Vol.-?6 CO₂ über die gesamte Zeitdauer der Reduktion konstant eingehalten.

Bei den vorausgegangenen theoretischen Betrachtungen wurde das Reduktionspotential des Reduktionsgases durch das Verhältnis der Partialdrücke des Kohlendioxides zum Kohlenmonoxid definiert. In der Praxis, bei Verwendung von Methan- und/oder Propangas als Reduktionsmittel wird das Reduktionspotential durch die dann vorhandenen Partialdrücke des Reduktionsgases ρ CO₂, ρ H₂0/p CO, ρ H₂ festgelegt.

Die Grenzlinien der Phasenbereiche werden sich aber auch dann nicht wesentlich gegenüber einem reinen COp-CO-Gemisch verschieben. Allerdings erhöht sich das Reduktionspotential bei Anwesenheit von Wasserstoff im Reduktionsgas.

Für die Bestimmung eines reproduzierbaren Reduktionspotentials gilt jedoch das Verhältnis von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid als Index.

Fig. 5 zeigt einen kombinierten Schmelz- und Reduktionsreaktor 1· Dieser ist an der Seite des Materialeintrags mit einer Einrichtung zum Schmelzen von feinkörnigem Erz in der Schwebe, Im gezeigten Beispiel mit einem Schmelzzyklon 2 ausgestattet.

- 32 -

909819/0006

2747588

KHD - 32 - H 77/75

Das feinkörnige Erzkonzentrat wird, durch den Pfeil 3 angedeutet', dein Schmelzzyklon 2 zentral aufgegeben, während die Gasflamme tangential mit dem schematisch angedeuteten Brenner h in den oberen Bereich 5 des Schmelzzyklons 2 einmündet. Die hohe spezifische Schmelzleistung sowie die Möglichkeit einer Fixierung der Gasatmosphäre im Zyklon 2 prädestinieren dieses Aggregat als eine ideale verfahrenstechnische Einrichtung zum kontinuierlichen Erschmelzen des Erzkonzentrates. In leichtreduzierender Atmosphäre, beispielsweise bei CO-Gehalten von ca. 2 bis 3 Vol.-?S erfolgt das Einschmelzen der Charge bei Temperaturen um 1.500 ⁰C kontinuierlich. Das gebildete Schmelzgemisch, in der Hauptsache Zinn- und Eisensilikate, strömt in den unteren Teil 6 des Reaktors 1. Die aufgegebene Charge besteht aus Zinnkonzentrat und Zuschlagen wie Kalkstein und Quarz. Diese sind im Verhältnis zum Erzkonzentrat so bemessen, daß im Zyklon 2 bei leicht reduzierender Atmosphäre ein Gemisch aus SnO · SiO₂, FeO · SiO2» (FeO)2 * SiOp und weiteren Silikaten erschmolzen wird. Die notwendige Schmelzwärme liefert ein leicht unterstöchiometrisches Gemisch aus Erdgas und vorgewärmter Verbrennungsluft, welches tangential mit dem Brenner 4 in den Zyklon 2 eingeblasen wird.

Dabei bewirken die hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Heizgas und einem Chargenkorn bzw. einem Schmelztröpfchen einen

- 33 -

909819/0006

KHD - 33 - H 77/75

intensiven Wärmeaustausch. Da 1» Zyklon 2 weder chemische Reaktionen noch Verflüchtigungsarbeit zu leisten sind, kann der Zyklon 2 als ein Hochleistungs-Schmelzaggregat betrieben werden«

Im unteren Bereich 7 des Zyklonaustrittes trennen sich die flüssige Phase der oxidischen Schmelze und die gasförmige Phase des Abgases. Das Abgas wird seitlich durch den Kanal 8 abgezogen und beispielsweise einem konventionellen Abgassystem zugeleitet·

Die mit Zinnoxid angereicherte Schmelze 13 sammelt sich in der Ofenwanne 9 und unterströmt in dieser langgezogenen Ofenwanne 9 ein System von mit Lavaldüsen bestückten, wassergekühlten Lanzen 10.

Im Freistrahl 11 sowie im Blaseindruck 12 der Schmelze 13 reagiert das Methangas mit dem Sauerstoff zu einem vorbestimmten Gasgemisch aus CO, H₂, und Η«0. Die Reduktionsleistung einer Jeden Lanze ist dabei durch den Reduktionswirkungsgrad des Gases/O , der bei etwa 12 % liegt, und dem Massenstrom von Ch^ und 0» im Freistrahl 11 festgelegt.

Solange die Reduktion gasphasenkontrolliert abläuft, nimmt der Zinngehalt in der langsam strömenden Schmelze 13 linear mit der Zahl der unterströmten Lanzen 10 in Richtung der Strömung, dargestellt durch den Pfeil 14, ab.

- 34 909818/0001

KHD H 77/75

Da auch nach der Reduktion das Reduktionsgas noch einen Anteil an brennbaren Bestandteilen aufweist, v/ird das Gas beispielsweise durch einen der Gaskanäle 8, 24 abgezogen und gegebenenfalls in einem Abhitzekessel (Fig. 6) zur Dampferzeugung nachverbrannt. Als Produkte werden aus dem Reaktor 6, angedeutet durch den Pfeil 15, eine zinnarme Schlacke 23 und, angedeutet durch den Pfeil 16, das Rohzinn 21 angezogen. Hierfür besitzt die Ofenwanne 9 auf der rechten Seite von Fig. 5 das Überlaufwehr 17 und auf der Gegenseite das Überlaufwehr 18.

Um die Schmelze 13 am überströmen des tiefer liegenden Wehres 18 zu hindern, ist eine Stauwand 19 angeordnet, welche bis unter den Spiegel 20 des flüssigen Rohzinnes 21 eintaucht. Hierdurch, sowie durch die Lage der überlauf v/ehre 17 und 18, ergibt sich ein Gegenstrom der spezifisch leichteren schmelzflüssigen Schlacke 23 zum spezifisch schwereren Rohzinn 21.

Die im Aufblasreaktor 6 gebildeten eisenfreien Zinntröpfchen setzen sich, beschleunigt durch die Rotationsbewegung der Schmelze im Bereich der Blaseindrücke 12-relativ schnell an der Sohle 22 der Ofenwanne 9 ab.

Diese Sohle 22 weist eine starke Neigung zum Zyklonteil hin auf. Hierdurch wird die Strömung von zinnreicher Schmelze 21 in Gegenrichtung zur Schlacke 23 begünstigt. Dadurch wird der Gefahr entgegengewirkt, daß sich nach Gleichung (VIl) Eisen im Rohzinn löst, weil durch den Gegenstrom die Kontaktzeiten

- 35 909819/000·

2747589

KHD - 35 - H 77/75

des metallischen Rohzinnes 21 mit der oxidischen Schlacke signifikant verringert werden. Das eisenfreie Rohzinn 21 steht infolgedessen hauptsächlich nur mit der zinnreichen Schmelze 13 in Berührung, welche die Verlagerung des chemischen Gleichgewichtes zur Reduktion von Elsensilikat durch metallisches Zinn 21 verhindert.

Fig. 6 zeigt das Gesamtkonzept einer Zinnhütte mit einem Zyklon und einem Aufblasreaktor gemäß Fig. 5* Das Blockschaltbild zeigt den Reaktor 1 mit dem Schmelzzyklon 2, der Konzentrataufgabe 3 und dem Brenner 4. Das Abgas wird durch den Kanal 8 abgezogen und durch den Abhitzekessel 30 sowie das Filter 31 zum Kamin 32 abgeführt. Rohzinn 21 und Schlacke 23 werden, gemäß den vorangegangenen Erläuterungen zur Fig. 5, Im Gegenstrom abgezogen. Es ist noch zu erwähnen, daß das Abgas auch auf der Gegenseite 33 des Reaktors 1 abgezogen werden kann, dessen Einrichtungen 30«, 31' zur Abhitzeverwertung, Reinigung sowie Abführung des Gases zum Kamin 32^f Jedoch den Anlagen-Teilen 30, 31, 32 auf der anderen Seite entsprechen.

Die Blaslanzen 10 sind an gemeinsame Zufuhr-, Misch- und Verteilanordnungen 33 angeschlossen, welche beispielsweise mit dem Propantank 34 und dem Og-Tank 35 über geeignete, nicht näher beschriebene Leitungen mit Ventilen sowie Verdampfungs- und Konditionierungs-Einrichtungen in Verbindung stehen. _,

909819/0008

27Α758Θ

KHD - 36 - H 77/75

Der Methangas- und Sauerstoffverbrauch einer solchen Hütte mit einer Tagesleistung von 100 Tonnen Konzentrat'"ίπΓ Mittel 50 % Zinngehalt im Konzentrat sowie bei Erzeugung einer Schlacke von ^^ 3 % Sn beträgt im Mittel:

1. - Methangas = 521 Nm³/t Zinn für das

Einschmelzen

2. - Methangas = 381 Nm³/t Zinn für die ' Reduktion

3. - Sauerstoff = 200 Nm⁵/1 Zinn für die

Reduktion

Der Methan- und Sauerstoffdruck vor der Lavaldüse beträgt rechnerisch 15 bar.

Im angenommenen Beispiel einer Hütte mit 100 t/d Konzentratdurchsatz weist der Zyklon einen lichten Durchmesser von 1,4 m und eine Schmelzraumhöhe von 2,4 m auf. Der zugehörige Aufblasreaktor mit Je 24 parallel angeordneten Lanzen, also mit insgesamt 48 Lanzen, erstreckt sich in der Längsrichtung auf 12 m und in der Breite auf 1 m.

Das gezeigte und beschriebene Beispiel einer technischen Anlage für den Schmelz- und Aufblasreaktor sowie für eine entsprechende HUtteneinrichtung ist lediglich als eine bevorzugte Ausführungsart anzusehen. Weitere Modifikationen, welche im Belieben des Hüttenfachmannes stehen, sind denkbar und fallen unter die Erfindung, sofern diese einem der geltenden Patentansprüche genügen.

909819/0008

Leers eite

Claims

27A758S

KHD H 77/75

Patentansprüche

Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Schwermetallphasen, insbesondere von elsenarmem metallischem Rohzinn aus sulfidischen und/oder ozidischen Erzkonzentraten, insbesondere aus eisenreichen Zinnerz-Konzentraten, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat in neutraler bis schwach-reduzierender Atmosphäre geschmolzen wird, daß die eine Mischung von Metall-Silikaten, insbesondere von Zinn- und Eisensilikaten enthaltende Schmelze mit gasförmigen Reduktionsmitteln in einer Stufe reduziert wird, und daß die Reduktion bei einer solchen Reduktions-Temperatur und mit einem solchen Reduktions-Potential des Reduktionsgases durchgeführt wird, daß eine Mitreduktion von Eisensilikat zu Eisen thermodynamisch verhindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion bei einer Temperatur oberhalb des Boudouard-Gleichgewichtes durchgeführt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas ein Gemisch von COp und CO enthält.

909819/OOOS

KHD - 2 - H 77/75
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas bei einer Reduktions-Temperatur von ca. 1.100 ⁰C ein Reduktions-Potential log^f»C0₂ / in den Grenzen von +0,6 bis -0,1 entsprechend ca. 80 % p 20 % CO bis 44 % CO₂ / 56 % CO aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas bei einer Reduktionstem-

peratur von ca· 1.300 ⁰C ein Reduktionspotential log^-pCOg / ψ CoJ in den Grenzen zwischen +0,65 bis -0,2 entsprechend ca. 82 % CO₂ / 18 % CO bis 39 % CO₂ / 61 % CO aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß im Intervall der Reduktionstemperaturen von ca. 1.100 ⁰C bis ca. 1.300 ⁰C vorzugsweise eine Reduktionspotential 1Og^CO₂ / ηοθθ)νοη annähernd 0,35, entsprechend ca. 70 % CO₂ / 30 % CO eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß einem Reduktionspotential mit weiter auseinanderliegenden Grenzwerten log AjCO₂ / /pCO) jeweils höhere Reduktions-Temperaturen zugeordnet sind, und umgekehrt, entsprechend dem von den Gleichungen SnO_2rf + 2 COn^^Sn + 2 CO₂ und FeO + CO''^. Fe + CO₅₄, (IV) sowie der Boudouard-Gleichung C + COgtÄ^ 2 CO (V) umgrenzten Arbeitsfeld.

V C

909819/0008

KHD - 3 - H 77/75
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzprozess kontinuierlich, vorzugsweise im Schwebe-Schmelz-Verfahren durchgeführt wird·
9· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzprozess mit einem stöchiometrischen bis schwach unterstöchiometrischen Flammengas eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffes bei dessen Verbrennung mit einem sauerstoffhaltigen, vorzugsweise angewärmten Gas durchgeführt wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion unter Einhaltung möglichst kurzer Kontaktzeiten zwischen Metall und Schlacke durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10» dadurch gekennzeichnet, daß zur Einhaltung möglichst kurzer Kontaktzeiten die mit flüssigem Metall angereicherte schwerere Phase der Schmelze und die die Schlacke bildende, von Wertmetallanteilen verarmte leichtere Phase der Schmelze schichtenweise im Gegenstrom zueinander durch den Reaktionsraum geführt werden.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung und Einhaltung kontinuierlicher Reaktionsabläufe die Stoff-Stromdlchten der festen und/oder

901819/0001

KHD - 4 - H 77/75

der flüssigen und/oder der gasförmigen Phasen annähernd kon stant gehalten werden.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur raschen Sedimentation der sich bildenden und/oder gebildeten Metalltröpfchen in das Metallbad eine intensive örtliche konvektive Bewegung der Schmelze und/oder der Schlacke herbeigeführt wird.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung und Aufrechterhaltung einer konstanten Stoff-Stromdichte mindestens der gasförmigen Reaktionsteilnehmer ununterbrochen unverbrauchtes, frisches Reduktionsgas an die Phasen-Grenzschicht, vorzugsweise zwangsweise herangeführt wird.
15· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas unter Bildung eines geschlossenen, gebündelten Strahles mit möglichst hoher kinetischer Energie an die Phasengrenzschicht herangeführt wird, vorzugsweise so, daß ein Spritzen des Schmelzbades vermieden wird.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gas durch mindestens einen stationären Blas strahl auf die Schmelze aufgeblasen wird, wobei die Schmelze

909819/0008

KHD
~ 5 - H 77/75

mit annähernd konstanter Geschwindigkeit in Längsrichtung des Reaktionsraumes strömt und sich dabei unter dem Blasstrahl
entlang in Richtung auf den Schlackenaustrag zu bewegt.
17· Verfahren nach eines der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionspotential des Reduktionsgases von Blasstrahl zu Blasstrahl zunimmt oder abnimmt.
18. Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionspotential in Richtung der Schlackenströmung zunimmt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Badtiefe der Schmelze in Strömungsrichtung der Schlacke vorzugsweise abnimmt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zum Heranführen des Reduktionsgases mit möglichst hohem Energiepotential eine Aufblastechnik mit Hochgeschwindigkeitsstrahl angewendet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl nach Austritt aus der Düse Geschwindigkeiten
zwischen Mach 1 bis Mach 3 hat.

909810/0001

KHD - 6 - H 77/75
22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Reaktor (6) mit einer Ofenwanne (9) aufweist, mit einer Einrichtung (2) zum Schmelzen in der Schwebe auf der Seite der Materialaufgäbe (3), sowie auf der Gegenseite mit einem Überlaufwehr (17) zum Abfluß (15) der Schlacke (23) und dazwischenliegend mit einer langgestreckten Wanne (22), welche vom Überlaufwehr (17) der Schlacke zur Schmelzeinrichtung (2) hin ein Gefälle und auf der Seite der Schmelzeinrichtung (2) einen Ablauf (16, 18) für das flüssige Metall (21) aufweist, dessen Niveau (18) tiefer als das Schlacken-Überlaufwehr (17) liegt, sowie mit einem als Abweiser unter den Spiegel (20) des flüssigen Metalles (21) in den Bereich des tiefsten Wannenteiles hineinragenden Wandteil (19) und schließlich mit einem in den Gasraum des Reaktors (6) hineinragenden System von Blaslanzen (10) für das Reaktionsgas.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Materialaufgabe (3) des Reaktors (6) ein Gasabzug (8) angeordnet ist.
24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 22 und 23» dadurch gekennzeichnet, daß an dem entgegengesetzten Ende (33) des Reak tors (6) eine Öffnung (24) zum Einleiten oder Ableiten von Gas angeordnet ist.

909819/0008

KHD
- 7 - H 77/75
25., Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (6) im Bereich unterhalb der Schmelzeinrichtung (2) von dem Übrigen Reaktionsraum gasraumseitig durch einen Einbau (25) getrennt ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanzen (10) in Längsrichtung des Reaktors (6;) in annähernd gleichem Abstand angeordnet sind.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanzen (10) - wie an sich bekannt mit einer Kühleinrichtung, vorzugsweise für Wasser, sowie mit einem als Lavaldüse oder einer ähnlichen DUsenform ausgebildeten Mundstück ausgestattet sind.

909919/0009