DE2922189C2

DE2922189C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verhütung von schmelzbaren Stoffen wie Erzkonzentrat

Info

Publication number: DE2922189C2
Application number: DE2922189A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 5000 Köln Melcher
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1981-05-27
Also published as: US4358311A; DE2922189B1; AU5857380A; CA1151882A; PH15379A; AR222545A1; US4362561A; AU533302B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhüttung von schmelzbaren Stoffen wie Erzkonzentrat, insbesondere feinkörniges sulfidisches Erzkonzentrat, bei dem die Stoffe in oxidierender Atmosphäre geschmolzen werden und die Schmelze zur Gewinnung von Wertmetallen durch Aufblasen reduzierender Gase nachbehandelt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem bekannten pyrometallurgischen Verfahren (DE-OS 23 48 105) wird feinkörniges schwefelhaltiges sulfidisches Erzkonzentrat in einen Zyklonreaktor eingeführt, in den über eine tangential einmündende Zufuhrleitung sauerstoffreiche Luft eingeblasen wird. Das Erzkonzentrat wird im Zyklonreaktor im Wirbelstrom kontinuierlich geröstet und geschmolzen. Die unterhalb des Zyklonreaktors gesammelte Schmelze, die aus einer spezifisch leichteren Schlackenphase uid

einer spezifisch schwereren Phase wie zum Beispiel Kupferstein besteht, wird metallurgisch nachbehandelt, indem auf die Schmelze reduzierende Gase mittels einer Lanze aufgeblasen werden, wobei etwaige in der Schlackenphase enthaltene Metalloxide in Metallstein tröpfchen umgewandelt werden sollen. Durch die Nachbehandlung der Schmelze mit Reduktionsgas aus nur einer einzigen Aufblaslanze wird die Schlackenphase nicht weitgehend von Metall gereinigt, d.h. nicht metallarm gemacht, so daß das Metall aus der Schlacke mittels einer Zentrifuge herauszentrifugiert werden muß. Weil die Schlackenphase nicht metallarm ist, wird sie zusammen mit der spezifisch schwereren Metallsteinphase vom Schmelzesammeiherd an einer gemeinsamen Stelle abgezogen und der Zentrifuge zugeleitet.

Außerdem wird mit der bekannten Aufblastechnik außer Reduktionsarbeit keine andere Nachbehandlung der Schmelze durchgeführ.

Es ist auch ein Verfahren zur Behandlung von geschmolzenen schwermetalloxidhaltigen Schlacken

jo zur Freisetzung von Wertmetallen und/oder deren Verbindungen bekannt (DE-AS 26 45 585), bei dem reduzierende Gase annähernd senkrecht in Form von mindestens einem gebündelten energiereichen Gasstrahl auf die Oberfläche der flüssigen Schlacke mit großer Strahlkraft aufgeblasen werden, um die Schlacke metallarm zu machen und das Metall als spezifisch schwerere metallhaltige Phase abzusetzen. Aus diesem Stand der Technik ist nicht herleitbar, daß die aus einem Schmelzzyklon oder einem Schwebeschmelzreaktor anfallenden metalloxidhaltigen Schmelzen mit solchen aufgeblasenen Gasen so weitgehend red-iziert werden können, daß eine sehr metallarme Schlackenphase ohne weitere Nachbehandlung erhalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren und eine Anlage zur Verhüttung von insbesondere sulfidischem Erzkonzentrat zu schaffen mit einem Schmelzreaktor und einer Aufblaseinrichtung zur Nachbehandlung der Schmelze derart, daß im Aufblasreaktor alle Möglichkeiten einer Schmelze- bzw. Sch'ackenkonditiomerung optimal durchführbar sind und die Vorgänge sowohl der Stoffübertragung als auch der Wärmeübertragung sehr schnell ablaufen, so daß der Prozeß insgesamt durch eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute gekennzeichnet ist und eine spezifisch schwerere metallhaltige Phase und eine spezifisch leichtere metallarme Schlackenphase in einer einzigen Stufe ohne weitere Schlackenreinigungsstufe wie z. B. Zentrifugieren kontinuierlich abziehbar sind. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs I. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteran-Sprüchen 2 bis 5 angegeben. Die Ansprüche 6 und 7 beinhalten eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die durch mehrere Aufblaslanzen auf die Schmelze aufgeblasenen Reduktionsgase kontinuierlich in Form gebündelter, im wesentlichen senkrechter Strahlen mit

hoher kinetischer Energie an die Phasengrenzschicht Schlacke/Schmelzs herangeführt und durchrühren die Schlacke/Schmelze, so daß die Vorgänge der Wärme- und Stoffübertragung im gesamten Aufblasreaktor mit hohen Geschwindigkeiten ablaufen mit dem Ergebnis, daß die Schlacke so weitgehend von Metall gereinigt, d. b. metallarm gemacht wird — gemäß Zahlenbeispiele I und Il der Patentanmeldung nur 0,5% Cu in der Schlacke - daß die Schlacke getrennt von der metallhaltigen Phase in einer einzigen Stufe ohne weitere Schlackenreinigungsstufe wie z. B. Zentrifugieren kontinuierlich abgezogen werden kann. Die Trennung der beiden Phasen erfolgt dabei schnell und gut. Es entfällt auch eine elektrothermische Behandlung der aus dem Zyklonschmelzen oder Schwebeschmelzen erhaltenen Schmelzen bzw. Schlacken in einem mit einer Elektrowiderstandsheizung ausgerüsteten Absetzherd mit in das Schmelzbad eintauchenden Elektroden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die über mehrere Lanzen aufzublasenden Reduktionsgase unterstöchiometrisch mit Sauerstoff vermischt und in ihrem Reduktionspotential auf bestimmte selektive Raffinationen genau eingestellt werden. Jede Lanze stellt mit dem entsprechenden Schmelzvolumen als Reaktionssystem eine Arbeitsstufe dar, und die langsam unter den Lanzen fließende Schmelze wird bei entsprechend unterschiedlichen Reduktionspotentialen des Reduktionsgases kontinuierlich stufenweise reduziert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können zur Nachbehandlung der Schmelze auf die Schmelze außer Reduktionsgase auch andere Gase nämlich neutrale Gase und/oder Brenngase und/oder Oxidationsgase aufgeblasen werden. Werden auf das Schmelzbad außer Reduktionsgase auch Brenngase aufgeblasen, wird durch deren Verbrennung am Auftreffpunkt auf der heißen Schmelzbadoberfläche auf das Schmelzbad Wärme übertragen, so daß eine eigene Heizeinrichtung wie zum Beispiel eine Elektrowiderstandsheizung für die Aufblaseinrichtung entfallen kann. Dabei kann das Brenngas ganz in der Nähe derjenigen Stellen auf das Schmelzbad aufgeblasen werden, an denen das Reduktionsgas aufgeblasen wird, wodurch sich insbesondere bei endothermen Reduktionsvorgängen genau die gewünschte Reduktionstemperatur für die Schmelze sowie die gewünschten VerfiOchtigungsre-■ktionen einstellen lassen, was insgesamt zu hohen Stoffübergangsgeschwindigkeiten führt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Brenngase gegebenenfalls mit Luft oder Sauerstoff vermischt auf die Schmelze aufgeblasen werden, sofern die Atmosphäre im Aufblasreaktor im Bereich des Aufblasens des Brenngases nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verbrennung des Brenngases enthält.

Werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auf das Schmelzbad auch Oxidationsgase aufgeblasen, so können in der Aufblaseinrichtung im Schmelzbad der rest'iche Sulfidschwefel, der sich im Schmelzaggregat nicht zu Schwefeldioxid umgesetzt hat, sowi« andere noch oxidierbare Bestandteile nachoxidiert werden.

Alle Gase werden mittels etwa senkrecht angeordnet ter Lanzen aufgeblasen. Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung können in Strömungsrichtung der Schmelze vom Schmelzesammeiraum zum Absetzherd gesehen durch die erste Blaslanze oder Lanzengruppe ein oxidierendes Gas, durch die zweite Blaslanze oder Lanzengruppe ein neutrales Gas und durch die dritte Blaslanze oder Lan^engmppe ein reduzierendes Gas aufgeblasen werden, ohne daß zwischen den verschiedenen Atmosphären eine Trennwand erforderlich ist, weil die Gase in Form gebündelter Strahlen mit hoher kinetischer Energie auf das Schmelzbad aufgeblasen werden, so daß die verschiedenen Stoff- und/oder Wärmeübertragungen ablaufen, bevor sich die verschiedenen Atmosphären vermischen können.

Die Vorrichtung zur Verhüttung von schmelzbaren Stoffen wie insbesondere feinkörniges sulfidisches

ίο Erzkonzentrat, mit einem in einem gemeinsamen Ofengehäuse angeordneten Schmelzreaktor und Aufblaseinrichtung, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Aufblaseinrichtung mehrere Aufblaslanzen aufweist, die in Längsrichtung des Ofengehäuses in annähernd gleichem Abstand angeordnet sind und daß im Ofengehäuse getrennte Abläufe zum Abfluß der gebildeten Schlacke und zum Abfluß der spezifisch schwereren metallhaltigen Phase angeordnet sind. Die Aufblaslanzen können höhenverstellbar sein. Im Ofen gehäuse kann zv/ischen dem Schmelzreaktor und den

Aufblaslanzen eine in die Schmelze -. Hauchende,

gegebenenfalls höhenverstelibare Trennwand mgeord net sein.

Die Erfindung und deren weitere Vorteile und

Merkmale werden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine pyrometallurgische Ofenanlage zur Verhüttung von feinkörnigem sulfidischem Kupfererzkonzentrat, das bei 10 zusammen mit Zuschlagstoffen einem Förderorgan 11 aufgegeben wird, von dem das Gut durch Leitung 12 von oben einem Schmelzzyklon 13 zugeführt wird, in den tangential ein Strom 14 technisch reiner. Sauerstoffs eingeblasen wird.

Die Gutleitung 12 kann auch in die Sauerstoffblasleitung 14 einmünden. Das Aufgabegut wird in dem an der Oberseite eines Ofengehäuses 15 angeordneten Schmelzzyklon 13 bei momentaner Erhitzung auf hohe Temperatur in Bruchteilen von Sekunden, nod.

während es sich im Schwebe- bzw. Wirbelzustand befindet, geröstet und geschmolzen. Die Verbrennung des Sulfiuschwefels und gegebenenfalls anderer oxidierbarer Bestandteile in der Sauerstoffatmosphäre liefert meist bereits genügend Wärme, um den Rost- und

Schmelzvorgang autogen ablaufen zu lassen.

Es versteht sich, daß in der pyrometallurgischen Ofenanlage außer sulfidisches Kupfererzkonzentrat auch andere NE-metallhaltige Erze bzw. Konzentrate sowie auch Rückstände und Schlacken metallurgischer Prozesse verarbeitet werden können, um metallangereicherte Produkte zu gewinnen.

Unterhalb des Schmelzzyklons 13 sammelt sich im Ofengehäuse IS die Schmelz*" 16, die in Richtung des Pfeiles 17 h eine ebenfalls im Ofengehäuse 15 angeordnete Aufblaseinrichtung 18 abfließt, in der die Schmelze nachbehandeln wird. In der Aufblaseirrichtung 18 ist ein Überlaufwehr 19 zum Abfluß der Schlacke angeordnet, während die spezifisch schwerere metallhaltige Phase 20 durch einen gegenüberliegenden Ablauf 21 abgezogen wird, dessen Niveau tiefer liegt als das Schlackenüberlaufwehr 19.

Die Aufblaseinrichtung 18 weist mehrere im wesentlichen senkrechte Aufblaslanzen 22,23,24 auf, durch die kontinuierlich unverbrauchtes frisches Reaktionsgas in Form eines gebündelten Strahls mit hoher kinetischer Energie an die PhasengrenzschicM Schlacke/Schmelze herangeführt wird, vorzugsweise so, daß ein Spritzen des Bads vermieden wird. Die Lanzen sind vorzugsweise

höhenverstellbar, um den optimalen Blaseindruck 25 auf der Schmelzbadoberfläche genau einstellen zu können. Das Abgas wird zusammen mit gebildetem Staub und Metalldämpfen über die Abgasleitung 26 abgezogen und gelangt von dort zu einer nicht dargestellten Gasreinigungsanlage, zu einem Kondensator zum Niederschlagen der Metalldämpfe und ggf. zu einem Abhitzekessel zur Verbrennung der restlichen brennbaren Gasbestandteile des Abgases. Befindet sich im Ofengehäuse 15 zwischen dem Schmelzreaktor 13 und den Aufblaslanzen 22, 23, 24 eine in die Schmelze 16 eintauchende, in der Zeichnung gestrichelt gezeichnete Trennwand 27, welche die oxidierende Atmosphäre im Schmelzteil von der reduzierenden Atmosphäre im Raffinationsteil der Ofenanlage trennt, so muß der Schmelzteil der Ofenanlage 15 mit einer eigenen Abgasleitung ausgerüstet sein. Wird der Schmelzzyklon 13 mit Luft betrieben, beträgt die Zykloninnentempera· »iir ca ISOO⁰C. hei Retrieh mit Sauerstoff ra 7000°Γ In jedem Fall ist der Schmelzzyklon 13 gekühlt und bei 28 an eine Kühlwasserzulaufleitung und bei 29 an eine Kühlwasserrücklaufleitung angeschlossen. Ist die Trennwand 27 vorgesehen, so ist diese ebenfalls wassergekühlt. Auch die Aufblaslanzen 22,23, 24, die im Ausführungsbeispiel in Längsrichtung des Ofengehäuses in annähernd gleichem Abstand angeordnet sind, sind wassergekühlt. Der Schmelzzyklon 13, die Trennwand 27 und die Aufblaslanzen können dann gegebenenfalls an eine gemeinsame Kühleinrichtung mit Wasserrückkühlanlage angeschlossen sein.

Die Reduktionsgase 30, zum Beispiel ein gasförmiger Kohlenwasserstoff wie Propan, können zur genauen Einstellung des Reduktionspotentials unterstöchiometrisch mit Sauerstoff vermischt sein, der über Leitung 31 und Ventil 32 von der Sauerstoffhauptleitung 33 abgezweigt sein kann, von der über Ventil 34 die Sauerstoffzuleitung 14 zum Schmelzzyklon 13 ebenfalls abgezweigt ist. Auf diese Weise lassen sich bestimmte selektive Raffinationen der Schmelze durchführen. Durch die Lanze 23 wird auf die Schmelze 16 ein Brenngas 35 aufgeblasen, welches am Auftreffpunkt auf der heißen Schmelzbadobe.fläche zur Verbrennung gebracht wird, so daU dort ein optimaler Wärmeübergang auf das Schmelzbad erzielt wird, wodurch sich insbesondere bei endothermen Reduktionsvorgängen genau die gewünschte Reduktionstemperatur für die Schmelze einstellen läßt sowie gewünschte Verflüchtigungsreaktionen einstellen lassen. Enthält die Atmosphäre in der Aufblaseinrichtung 18 im Bereich der Austrittsdüse der Lanze 23 für das Brenngas nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verbrennung des Brenngases, so wird dem Brenngas 35 Luft oder Sauerstoff zugemischt, der über Leitung 36 und Ventil 37 von der Sauerstoffhauptleitung 33 abgezweigt sein kann. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, an einer Wandung des Ofengehäuses 15 einen Brenner 38 anzuordnen, der Heizgase zur Deckung der Wärmeverluste liefert Durch die Lanze 22 werden auf die Schmelze 16 Oxidationsgase aufgeblasen, so daß die Lanze 22 einfach an die Sauerstoffhauptleitung 33 angeschlossen ist

Damit können im Schmelzbad der restliche Sulfidschwefel, der sich im Schmelzzyklon 13 nicht zu Schwefeldioxid umgesetzt hat sowie andere noch oxidierbare Bestandteile nachoxidiert werden.

in Strömungsrichtung 17 der Schmelze 16 vom Schmelzesäiiirneiräüffi ram Abiauf 19 gesehen kann also durch die erste Blaslanze 22 oder Lanzengruppe ein oxidierendes Gas, durch die zweite Blaslanze 23 oder Lanzengruppe ein neutrales Gas und durch die dritte Blaslanze 24 oder Lanzengruppe ein reduzierendes Gas

', aufgeblasen werden, so daß alle Möglichkeiten einer Schmelze- bzw. Schlackenkonditionierung, sowohl was die Stoffübertragung als auch die Wärmeübertragung betrifft, optimal durchgeführt werden können.

Anstatt des Schmelzzyklons 13 kann auch ein

κι Schwebeschmelzschacht verwendet werden.

Zahlenbeispiel I: Anlage mit Trennwand	27	1000 kg/h
Eintrag:		25%
Konzentrat	30%
-Cu	33%
-Fe	I ΙΟ \ra/h
-S	60 kg/h
**Ciliary ) ^rhlarlfpnhiMnpr \jpr-**	240NmVh
KaIk I mischt mit Konzentrat	26NmVh
Sauerstoff-Zyklon	64 NmVh
Propan 1 Aufblaslanzen-	325 kg/h
Sauerstoff J Gasgemisch	72%
Austrag: Kupfer- Stein	5%
-Cu	660 kg/h
-F-:	0.5%
Schlacke	43%
-Cu	28%
-Fe	9%
-SiO₂	48 kg/h
CaO	13%
Staub-Zyklon	270NmVh
-Cu	67%
Abgas-Zyklon	7 kg/h
-SO₂
Staub-Aufblaseinrichtung	200 NmVh
Abgas-Aufblaseinrichtung
vor Nachverbrennung

Zahlenbeispiel II: Anlage ohne Trennwand 27 Konzentratanalyse:

Cu 23.5%

Fe 30.7%

S 32.0%

SiO₂ 5.2%

CaO 0.9%

Eintrag:

Konzentrat

Quarzsand

Kalkstein

Mischung
Sauerstoff 95% O₂
(Zyklon + Lanzen)
Propan (Lanzen)

Austrag:

Kupfer - Stein

182 t/Tag 29 t/Tag 18 t/Tag

229 t/Tag

215 Nm³/t Mischung 7 NmVt Mischung

58 t/Tag

Cu >70%

Schlacke 129 t/Tag

Cu 0,5%

Abgas vor Nachverbrennung 215 NmVt Mischung

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verhüttung von schmelzbaren Stoffen wie Erzkonzentrat, insbesondere feinkörniges sulfidisches Erzkonzentrat, bei dem die Stoffe in oxidierender Atmosphäre geschmolzen werden und die Schmelze zur Gewinnung von Wertmetallen durch Aufblasen reduzierender Gase nachbehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachbehandlung der Schmelze auf die Schmelze die reduzierenden Gase in Form gebündelter Strahlen mit hoher kinetischer Energie durch mehrere Lanzen aufgeblasen werden und daß die metallhaltige Phase und die gebildete Schlackenphase ohne weitere Nachbehandlung voneinander getrennt abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufzublasenden Reduktionsgase unterstöchiometrisch mit Sauerstoff vermischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachbehandlung der Schmelze auf die Schmelze außer Reduktionsgase auch andere Gase, nämlich neutrale Gase und/oder Brenngase und/oder Oxidationsgase autgeblasen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngase gegebenenfalls mit Luft oder Sauerstoff vermischt auf die Schmelze aufgeblasen werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis t, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung der Sclmelze .om Schmelzesammelraum zum AbsetzheH gesehen durch die erste Blaslanze oder Lanzengruppe e , oxidierendes Gas, durch die zweite Blaslanze oder Lanzengruppe ein neutrales Gas und durch die dritte Blaslanze oder Lanzengruppe ein reduzierendes Gas aufgeblasen werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5. mit einem Schmelzreaktor und mit einer Aufblaseinrichtung zur Nachbehandlung der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufblaseinrichtung (18) mehrere Aufblaslanzen (22,23,24) aufweist, die in Längsrichtung des Ofengehäuses (15) in annähernd gleichem Abstand angeordnet sind und daß im Ofengehäuse (15) getrennte Abläufe (19, 21) zum Abfluß der gebildeten Schlacke (19) und zum Abfluß der metallhaltigen Phase angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofengehäuse (15) zwischen dem Schmelzreaktor (13) und den Aufblaslanzen (22, 23, 24) eine in die Schmelze (16) eintauchende, gegebenenfalls höhenverstellbare Trennwand (27) angeordnet ist.