DE2951745A1 - Verfahren zum sauerstoff-sprueh-schmelzen von sulfid-konzentraten - Google Patents

Description

Paul Etienne Queneau und Reinhardt Schuhmann, Cornish Flat, New Hampshire 03746, USA und 1206 Hayea Street, West La Fayette,

Indiana 47906, USA

Verfahren zum Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen von Sulfid-Konzentraten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallsteins aus einem nicht-eisenhaltigen, metallhaltigen, sulfidischen Mineral-Konzentrat in einem Strahlungsofen, in dem eine geschmolzene Charge von Metallstein und Schlacke, unter einer abgeschlossenen, heißen Atmosphäre anwesend ist, wobei Abgase, Metallstein und Schlacke voneinander getrennt aus diesem entfernt werden.

Der Einsatz von Strahlungsofen zum Schmelzen nicht-eisenhaltiger Metallsulfide zu einer nicht-eisenhaltigen Steinschmelze, wobei diese Steinschmelze oder Stein anschließend

823/11

Büro Bremen / Bremen Office: Postfach/P O. Box 10 71 27 Hollerallee 32, D-2800 Bremen 1 Telephon: (0421) * 34 90 71 Telekopierer /Telecopier: Rank Xerox 400 Telegr. / Cables Diagramm Bremen Telex: 244 958 bopatd

030028/0786

UICiIiCi DujiK, Bremen

(BLZ 290 80010) 100144 900

Deutsche Bank, Bremen

(BLZ 290 700 50) 1112002

PSchA Hamburg

(BLZ 200100 20) 1260 83-202

Büro München / Munich Office: Postfach/P. O Box 14 0108 Schlotthauerstraße 3, D-8000 München S Telephon: (089) 65 23 21 TelekopTTelecop.: (089) 2215 69 R X. 400 Telegr. / Cables: Telepatent München Telex 523937 jus d (code: forbo)

BOEHMERT & BOEHMERT

umgewandelt und gereinigt wird, um das wertvolle, nichteisenhaltige Metall davon zu gewinnen, ist bisher hauptsächlich zum Gewinnen von Metallen wie Kupfer, Nickel und ähnlicher, üblich gewesen. Viele derartige Anlagen für die Herstellung dieser nicht-eisenhaltigen Metalle bestehen und arbeiten, obwohl neue Entwicklungen hinsichtlich der Energie und der Umweltverschmutzung d'en Gebrauch derartiger Strahlungsofen in Frage gestellt haben.

Diese Strahlungsofen sind horizontale Gefäße mit einem feuerfesten Futter, Brennern an einem Ende, wobei die innere Weite eines derartigen Gefäßes etwa 7,62 bis 10,67 m (25 - 35 feet) beträgt, die innere Länge im allgemeinen etwa 30,48 m (100 feet) beträgt und die Höhe zwischen Feuerherd und Decke zwischen etwa 3,05 und 4,57 m (10 und 15 feet) ist. Die Deckenkonstruktion variiert, ist jedoch üblicherweise eine basische Hängedecke oder aus gesprungenem Silikastein (suspended basic or sprung silica design). Der Ofen wird mit fossilen Brennstoffen durch Brenner an einem Ende befeuert, obwohl verschiedenartige Anordnungen derartiger Brenner im gesamten Ofen verwandt werden können, wobei diese Brenner öl, Naturgas oder Kohlestaub verbrennen, um eine Materialcharge im Ofen zu erhitzen und das Aufschmelzen der Sulfide zu Stein zu bewirken. Abgase werden normalerweise an dem dem Brenner-Ende gegenüberliegenden Ende des Ofens abgegeben, üblicherweise ist bei der Ofenkonstruktion für Schlacken-Abstich-Öffnungen beim oder an dem den Brennern gegenüberliegenden Ende des Ofens gesorgt, während die Schmelzstein-Abstich-Öffnungen unterschiedlich ange-

030028/0786

BOEHMERT & BOFHMERT

ordnet sind, üblicherweise wird das Beschicken des Ofens mit Sulfid-Konzentrat und Zuschlag durch eine seitliche Beschickungseinrichtung längs der Seitenwände durchgeführt.

Strahlungsöfen, die wohlbekannt und in der ganzen Welt eingesetzt sind, sind verschwenderische Verbraucher von fossilen Brennstoffen und fügen zusätzlich der Umgebung Schaden zu. Derartige öfen, wie sie typisch für das Schmelzen von Rohkupfersulfid-Konzentraten eingesetzt sind, leiden unter schweren Wärme-tlbertragungs-Transferineffizienzen und an ungenügender Arbeitsweise als chemischer Reaktor. Dasselbe gilt sogar dann, wenn heißes Röstgut anstatt feuchtem Filterkuchen aufgegeben wird. Diese öfen müssen mit großen Mengen von natürlichem Gas, öl oder Kohle versorgt werden, deren Kosten heute stark gestiegen sind und entweder knapp werden können oder besser für Einsatzgebiete höherer Priorität verwandt werden.

Die staubreichen Abgase konventioneller Strahlungsofen haben ein hohes Volumen und niedrigen Schwefeldioxidgehalt, beispielsweise 1 %. Letzteres bewirkt hohe Kosten bei der Staubrückgewinnung, wenn der Schwefeldioxidgehalt zu niedrig für ökonomisch sinnvolle Schwefelfixierung ist, jedoch immer noch zu hoch.um von der Umgebung bei einfachem Entlassen in die Atmosphäre akzeptiert zu werden. Die Kosten des Staubentfernungsverfahrens hängen direkt von der Größe des die Behandlung benötigenden Gasvolumens ah Weiterhin wird ein Gehalt von mindestens 4 % Schwefeldioxid zum effizienten Arbeiten einer Schwefelsäureanlage

030028/0786

BOEHMERT & BOFHMERT

benötigt, aus wirtschaftlichen Gründen besser 8 %. Alternative Schwefel-Fixierungs-Mittel brauchen sogar noch Schwefeldioxid-reichere Zuführungs-Ströme,um als ökonomisch gangbarer Weg angesehen zu werden.

Die Brennstoffeffizienz des Verfahrens konventioneller Strahlungsofen ist niedrig, hauptsächlich deshalb, da der Gas-Feststoffkontakt schlecht ist und daher die Geschwindigkeit des Wärmeaustauschs zwischen den heißen Gasen und der Beschickung längs der Seitenwände des Ofens schlecht ist. Daraus resultierend, entkommt sogar die Hälfte des Kraftstoff-Wärmeinhalts im Ofenabgas. Die chemische Reaktion-Effizienz ist niedrig, da nicht nur der Gas-Feststoffkontakt, sondern auch der Gas/Flüssigkeits und Flüssigkeits/Flüssigkeitskontakt schlecht sind. Die Wärme- und Massen-Ubergangscharakteristika der Strahlungsöfen sind schlecht, da die Verhältnisse der aktiven Oberfläche zur Masse der in den Ofen eingebrachten Komponenten klein sind. Dementsprechend ist das Ofenverhalten träge. Es führt zu Energieverschwendung in allen Formen, zusätzlich zu seiner Umweltverschmutzung.

In Anbetracht der hohen Kosten, die beim Ersatz von Strahlungsofen durch Einrichtungen und Verfahren fortschrittlicher Bauart anfallen, sind viele Studien und Experimente sowohl von der Industrie als auch von den Regierungen ausgeführt worden, um Verbesserungen im Strahlungs-Betrieb zu finden, welche ein Herabsetzen in der Luftverschmutzung, insbesondere der Schwefeldioxidemission bei gleichzeitigem Sparen von fossilem Brennstoff und verbesserter metallurgischer Effizienz ermöglichen. Eine Alternative, die extensiv untersucht wurde, allerdings

030028/0788

BOEHMERT & BOtHMERT

«lit im allgemeinen unvorteilhaften Ergebnissen, ist das Rauchgaswaschen, d.h., daß beispielsweise Kalk-Aufschlämmungen zum Entfernen des Schwefeldioxids in Form einer Kalziumsulfat-Aufschlämmung verwandt werden. Eine andere, kostenaufwendige Lösung, Gas aus Flammöfen zu behandeln, liegt darin, zuerst den Schwefeldioxidgehalt durch Absorption in einem organischen Lösungsmittel zu erhöhen, gefolt durch anschließende Fixierung des konzentrieten Schwefeldioxids als elementarer Schwefel, Schwefelsäure oder flüssiges S0„. Da die Hauptmenge der Strahlungsofen Rauchgase, fossile Brennstoffverbrennungsprodukte, sowie Stickstoff aus der Luft, die zur Verbrennung geliefert wurde, sind, ist in einigen Einrichtungen teilweise die zur Verbrennung der fossilen Brennstoffe zu den Stahlungsofenbrennern zugeführte Luft durch im Handel erhältlichen Sauerstoff ersetzt worden, wodurch die Effizienz des Brennstoffes erhöht wurde und ein höheres Schmelzen-Durchsatzverhältnis ermöglicht wurde. Einbringen des Sauerstoffs mittels Lanzen durch die Decke der Strahlungsofen ist ebenfalls untersucht worden, um die Schmelzkapazität und den Schwefeldioxidgehalt des Abgases zu erhöhen, während gleichzeitig der Brennstoffverbrauch reduziert wird; dieses führte jedoch zu keinem kommerziellen Erfolg. Es können Schwierigkeiten auftreten, wie Beschädigungen des feuerfesten Futters durch exzessives lokales Erhitzen und Spritzen des Bades. Lanzen können verwandt werden, um guten Gas-Flüssigkeits-Feststoffkontakt in rotierenden Konvertern durch Hervorrufen eines turbulenten Bades zu ermöglichen. Dieses wurde von einem der Erfinder dieses Gegenstandes in den US-PS 30 04 346, 30 30 201, 30 69 254, 34 629, 35 16 818, 36 05 261 und 36 15 362 beschrieben. Nichts-

03"0%28/07

BOEHMERT & BCEHMERT

/to

destoweniger ist die Verwendung von Lanzen, um das Prinzip des turbulenten Bades auf Strahlungsofen anzuwenden, nicht praktikabel. Zusammenfassend läßt sich über die diskutierten und andere, weiter oben beschriebene Modifikationen bereits bestehender Flammofen und derer Hilfsprozesse, sagen, daß bisher keine allgemein akzeptiert wurde und keine dazu befähigt zu sein scheint, das Abreißen der meisten derartigen öfen zu verhindern.

Die fortgeschrittene Technologie für die Behandlung von nicht-eisenhaltigen Sulfid-Konzentraten führt zu vollständigem Abreißen der Strahlungsofen zu Schmelz-Zwecken sowie zum teilweisem oder vollständigem der Hilfsausrüstungen. Beispiele sind die neuen Noranda und Mitsubishi-kontinuierlichen Schmelzprozesse. Eine Neuentwicklung durch die Erfinder dieses Verfahrens ist der Q-S Sauerstoffprozess für kontinuierliche, autogene Umwandlung nicht-eisenhaltiger Metallsulfide zu Stein oder Metall, wie in der US-PS 39 41 587 beschrieben, wobei autogene Umwandlung in einem einzelnen Reaktor durch Einbringen von Sauerstoff oberhalb und unterhalb des geschmolzenen Bades erreicht wird.

Zwei Schnellschmelzprozesse, d.h., der INCO Sauerstoffschnellschmelzprozess und der Outukumpu-Oy-Prozess,sind bereits gut eingeführte Alternativen zu den konventionellen Strahlungsöfenverfahren und verwenden öfen spezieller Bauart. Beim INCO Sauerstoff-Schnellschmelzen wird, wie in der US-PS 68 107 beschrieben, die Sulfid-Zuschlag-Sauerstoffmischung in einen Ofen des Strahlungstyps injiziert, wobei ein spezielles Volumen in einer undurchdringlichen Stahlhülle eingeschlossen ist, mit Hilfe horizontal angeordneter Endbrenner. Diese Brenner, die konventionellen Kohlestaubbrennern ähn-

BOEHMERT & BOEHMERT

lieh sind, injizieren die trockene, feste Beschickung mit Sauerstoff als strahlähnlicher Fluß.

Bei konventionellen Verfahren sind Strahlungsofen die Hauptschmelzeinrichtungen für nicht-eisenhaltige Mineralkonzentrate. Der Ersatz durch eine fortgeschrittene Technologie kann aus ökonomischen Gründen schwierig sein. Nichtsdestoweniger hat der fortgesetzte Gebrauch derartiger Strahlungsofen, wie bereits oben beschrieben, zu schweren Nachteilen sowohl in bezug auf Energie als auch auf Umweltschutz geführt.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Schmelzsteins zu liefern, welches die Nachteile bekannter Verfahren vermeidet und in bereits bestehenden Strahlungsöfen eingesetzt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Sprühen einer Mischung des Sulfid-Konzentrats, des Zuschlags und des sauerstoffreichen Gases in eine abgeschlossene, heiße, schwefeldioxidreiche Atmosphäre, um die sulfidischen Konzentrate vor dem Kontakt mit der geschmolzenen Schlacke zu oxidieren; und Injizieren des Großteils der Mischung aus Sulfid-Konzentrat, Zuschlag und sauerstoffreichem Gas durch vertikal am Ofen angeordnete Brenner in die abgeschlossene, schwefeldioxidreiche Atmosphäre als eine Vielzahl von parabolischen Suspensionen, um eine im wesentlichen gleichmäßige Wärme- und Masseverteilung im größten Teil des Ofens zu bewirken, gelöst.

Dabei soll ein Verfahren geliefert werden, das es erlaubt, bereits bestehende Strahlungsöfen bei relativ einfachen und billigen Veränderungen und Zusätzen zu verwenden, um nichteisenhaltige mineralische Sulfide zu Stein zu schmelzen,

030028/0786

BOEHMERT & BOFHMERT

bei erheblich erhöhten Durchsatzgeschwindigkeiten und sehr verminderten BrennstoffVerbrauchsraten, wobei der Schwefeldioxidgehalt der Ofenabgase stark erhöht ist.

Weiterhin soll ein Verfahren geliefert werden, mit Hilfe dessen im Handel hergestellter Sauerstoff technisch versiert eingesetzt werden kann, um das veraltete Standardstrahlungsofenverfahren durch einen relativ effizienten und wirtschaftlichen Schmelzprozess zu ersetzen. In den weiter unten aufgeführten Beispielen IV und V wird gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren durchaus mit den beiden Schnellschmelzverfahren, die heutzutage in der Industrie eingesetzt werden, in Konkurrenz treten kann. Die Erfindung ermöglicht es, den hohen Kapitaleinsatz, der sonst für vollständiges Austauschen der Anlage nötig wäre, zurückzustellen und trotzdem <j_en staatlichen Verordnungen bezüglich des Energieverbrauchs und der Umweltbelastung zu genügen.

Außerdem soll ein Verfahren zum Schmelzen von nicht-eisenhaltigen Mineralsulfiden geliefert werden, wodurch pulverisierte Kohle in kleinen Mengen gezielt eingesetzt werden kann,um den Gehalt an wertvollem Metall sowohl im hergestellten Stein als auch in der Schlacke zu steuern.

Insgesamt betrifft die Erfindung also ein Verfahren zur Herstellung eines Steins, der mindestens ein nicht-eisenhaltiges Material der Gruppe, die Kupfer, Nickel und Kobalt aufweist, aus Metall-haltigen Sulfid-Konzentraten in einem Ofen des horizontalen Strahlungstyps herzustellen, welcher eine geschmolzene Charge von Stein und Schlacke sowie eine erhitzten Atmosphäre," reich an Schwefeldioxid,enthält. Das Verfahren weist das Injizieren einer Mischung des Metall-

030028/0788

BOEHMERT & BOFHMERT

haltigen Sulfids, der Zuschlagsstoffe und eines sauerstoff reichen Gases in die erhitzte Atmosphäre auf, wodurch der Großteil der Mischung durch vertikal angeordnete Brenner nach unten als sanfter, ausgedehnter Regen eingesprüht wird, so daß die Oxidation der Sulfidkonzentrate im wesentlichen vor Kontakt derselben mit der geschmolzenen Beschickung erfolgt und eine im wesentlichen gleichmäßige Wärme-und Massenverteilung in dem Großteil des Ofens erreicht wird. Im Normalfall enthält sauerstoffreiches Gas 33 bis 99,5 % Sauerstoff und die vertikal angeordneten Sprüh-Brenner injizieren die trockene Feststoffcharge radial nach unten in die heiße Atmosphäre des Ofens als diffuse Suspension, resultierend aus der horizontalen Verteilungsgeschwindigkeit der Beschickung durch Injektion. Letztere ist bevorzugt größer als die vertikale axiale Geschwindigkeit, um sicherzustellen, daß die injizierten Feststoffe sanft .und verteilt auf das geschmolzene Bad regnen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden sich ändernde Mengen von feinen Kohlepartikeln innig mit dem Sulfid-Konzentrat und dem Zuschlag gemischt und mit diesen und dem sauerstoffreichen Gas zur Steuerung des Stein-Gehalts injiziert. Optimales Einbringen einer innigen Mischung von Sulfid-Konzentrat und Kohle ist lediglich an einer Stelle,gegen das Schlacken-Abstich-Ende des Ofens,möglich, wodurch der Gehalt an wertvollen Metallen der Schlacke genügend erniedrigt wird, so daß diese verworfen werden kann.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden also nicht-eisenhaltige Metallsulfide zu Metallsteinen wertvoller Metalle in einem verändertem Strahlungsofen umgesetzt. Das Verfahren ist besonders nützlich für die Umwandlung von

030028/0786

BOEHMERT & BO£HMERT

/Ιψ

Kupfer, Nickel und Kobalt/Eisensulfiden in Chalcopyrit, Pentlandit, Linneit, Pyrit und Pyrrhotin. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf Kupfer-Konzentrate, obwohl auch Mischungen von Kupfer, Nickel oder Kobalt-Eisenhaltigen Sulfid-Konzentraten mit anderen nicht-eisenhaltigen Metallen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden können und sich daher der Erfindungsgedanke auch auf diese erstreckt.

Die Kupfer-Konzentrate und Zuschläge werden in trockenem, fein verteiltem und innig gemischtem physikalischem Zustand angeliefert, um das Sprühen derselben als sanfter Regen von feinen Flüssigkeitsteilchen über die geschmolzene Charge im Strahlungsofen zu ermöglichen. Bevorzugt sollten die Sulfide eine Teilchengröße von weniger als 65 mesh haben, um zufriedenstellendes Abreagieren der Sulfid-Partikel mit Sauerstoff in der Gasphase oberhalb der geschmolzenen Charge im Strahlungsofen vor Kontakt der Teilchen mit der geschmolzenen Charge zu ermöglichen. Die Teilchengröße des Zuschlagstoffs sollte besonders bevorzugt weniger als etwa 35 mesh aus ähnlichen Gründen wie die oben erwähnten betragen, d.h., wegen des Wärme- und Masse-Transports.

Das Injizieren des Sulfid-Konzentrat-Materials in dem Ofen wird zusammen mit sauerstoffreichem Gas durchgeführt, dessen Sauerstoffgehalt die Umwandlung der Sulfide bewirkt. Der Terminus "sauerstoffreiches Gas" wird hierin dazu verwendet, um Gase zu bezeichnen, die 33 % oder mehr Sauerstoff enthalten, bis zu und einschließend im Handel erhältlichen Sauerstoff, der zwischen etwa 95 bis 99,5 % Sauerstoff enthält. Bevorzugt wird ein Gas mit einem Sauer-

- 10 -

030028/0788

BOEHMERT & BOEHMERT

stoffgehalt von zwischen etwa 80 bis 99,5 % Sauerstoff zum Schmelzen verwandt, wobei dieser bevorzugte Bereich die . effizienteste Durchführung des Verfahrens erlaubt.

Das Sulfid-Konzentrat, der Zuschlag und das sauerstoffreiche Gas werden in den Strahlungsofen derart injiziert, um verteilte, paraboloide Suspensionen niedriger Geschwindigkeit der Mineralteilchen zu bilden. Dies wird durch Sprühen des Feststoffs von der Decke des Ofens erreicht, so daß die Reaktion des sulfidischen Materials mit Sauerstoff zufriedenstellen im "Feuerball" zu Ende abläuft, bevor das Sulfidmaterial ein Teil des flüssigen Bades im Ofen wird. Auf diese Art und Weise wird ein Gas/Feststoffkontakt von Sauerstoff und den Sulfiden in der gasförmigen Phase oberhalb der Schlackenphase im Strahlungsofen erreicht, wobei die dadurch ablaufenden exotermen chemischen Reaktionen .für autogenen Betrieb des Verfahrens sorgen.

Um eine im wesentlichen vollständige Reaktion der Sulfid-Konzentrate mit dem Sauerstoff vor Kontakt derselben mit dem flüssigen Bad zu erreichen, wobei eine im vresentlichen gleichmäßige Temperatur- und Masseverteilung über den Ofen bewirkt werden soll, werden die Sulfid-Konzentrate in die heiße Atmosphäre an einer Vielzahl von Stellen längs der Decke des Ofens injiziert. Diese vertikal gerichteten Injektionen können durch Verwendung einer Vielzahl von vertikal angeordneten Brennern in der Decke des Ofens bewirkt werden, die die Sulfid-Konzentrate derart injizieren, daß sie im wesentlichen paraboloidale Suspensionen bilden. Die Feststoffe werden in die heiße, schwefeldioxidreiche Atmosphäre inj izierti so daß sie als diskrete Teilchen trockenen Konzentrats und Zuschlagsstoffe gleichmäßig

- 11 -

030028/0786

BOEHMERT & BOEHMERT

über die Hauptfläche des Ofenbades gesprüht werden, wodurch Uniformität der Temperatur- und Massenverteilung erreicht wird. Die horizontale Verteilungsgeschwindigkeit des Zugeführten nach Injektion ist bevorzugt größer als die vertikal axiale Geschwindigkeit, obwohl die letztere 30,5 m pro Sekunde (100 feet per second) überschreiten kann, um sicherzustellen, daß die injizierten Feststoffe sanft und verteilt auf das geschmolzene Bad herabregnen. Der Terminus "schwefeldioxidreiche Atmosphäre" wird hierin verwandt, um eine Atmosphäre mit einem höheren Schwefeldioxidgehalt als etwa 10 Vol.-% zu bezeichnen.

Bei einer derartigen Injektion der Konzentrate in ein sauerstoffreiches Gas wird die Kinetik des Schmelzens erheblich durch die hohe Sauerstoffkonzentration des die Einzelteilchen des Sulfid-Konzentrats umgebenden Gases erhöht. Sie wird auch erheblich durch die große Kontaktoberfläche zwischen den flüssigen Reaktanden sofort nach Eintauchen in das Bad erhöht. Eine derartige Injektion sorgt auch für eine hervorragende Schlacken/Steinschmelze Dispersion mit guter Wärmesteuerung, wobei die gesamte geschmolzene Charge ruhig gehalten wird, um das Absetzen der Stein-Phase durch die Schlacken-Phase zu befördern. Eine besonders günstige Auswirkung eines derartigen Sprühens des Konzentrats als innige, gleichmäßige, paraboloide Mischung von Konzentrat, Zuschlagsstoffen und sauerstoffreichem Gas besteht darin, daß die erwünschten Reaktionen in der erhitzten Atmosphäre oberhalb der Schlacke stattfinden, und daß die verschiedenen Brenner ein Muster von sich im wesentlichen überlappenden, großflächigen Ovalen längs der Längsachse des Ofens sprühen, wenn die geschmolzenen Produkte mit der Schlacke

- 12 -

030028/0786

BOEHMERT & BOEHMERT

29517A5

in Kontakt kommen.

Die Temperatur des Materials im Ofen sollte vor Einbringen des Sulfid-Konzentrats, der Zuschlagsstoffe und des sauerstoffreichen Gases oberhalb von 1093° C (2000° F) sein, so daß eine spontane Reaktion der Konzentrate und des Sauerstoffs bewirkt wird.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sorgt für Zumischen von gepulverter Kohle zum Mineral-Konzentrat und Injizieren dieser Mischung mit einem sauerstoffreichen Gas. Durch das Einbringen von Luft in Strahlungsöfen und den Verlust von Wärme an die Umgebung, beispielsweise durch Konvektion, Wärmeleitung oder Abstrahlung, ist manchmal die durch Oxidation der Mineral-Konzentrate gelieferte Wärme weniger als die, die verloren geht. Beispielsweise kann das Verfahren unter Bedingungen durchgeführt werden, die einen Kupferstein mit einem niedrigeren als optimalen Kupfergehalt liefern, da die exoterme Reaktion nicht genügend Wärme zum Ausbalancieren der Wärmeverluste und Aufrechterhalten eines autogenen Betriebs liefert, sogar wenn handelsüblicher Sauerstoff eingesetzt wird. In einer derartigen Situation kann eine kleine Menge Kohle mit dem Mineralkonzentrat gemischt werden, um dem Ofeninhalt zusätzliche Wärme durch Verbrennen in dem Ofen mitzuteilen, dadurch Wärmeverluste, die auftreten können, auszubalancieren und derart ·- eine ausgeglichene Betriebsweise zu ermöglichen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine derartige Kohlezugabe nur zu dem am nächsten dem Schlacken-Abstich-Ende des Ofens

- 13 -

030028/0788

BOEHMERT & BOEHMERT

4g

gelegenen Brenner erfolgen, beispielsweise an einer Stelle, die etwa auf der Hälfte zwischen den Endwänden liegt. Bei einer derartigen Betriebsweise braucht die trockene, in die erhitzte Atmosphäre gesprühte Charge kein Zuschlagsmaterial enthalten und kann eine Mischung von Sulfid-Konzentraten, zum Beispiel von Chalcopyrit oder Pyrit mit einem kleinen Anteil Kohle enthalten, während das sauerstoff reiche Gas, eher als die. bevorzugten 80 bis 99,5 % Sauerstoff, Sauerstoff-angereicherte Luft, zum Beispiel 33 %-igen Sauerstoff, aufweisen kann. Unter geeigneten Bedingungen werden Kupfer-, Nickel-, Kobalt- oder Eisensulfid-Konzentrate durch die Wärme der Kohleverbrennung geschmolzen, unter daraus folgender Verdampfung ihrer labilen Schwefelatome. Der entstehende flüssige Stein, der reich an Eisensulfid und arm an Kupfer, Nickel

oder Kobalt ist, wird über einen großen Bereich der Schlacke • in der Nähe des zentrales Drittels des Ofens gesprüht. (Dieser ständige Regen flüssigen Steins niedrigen Gehalts sorgt für weitgehenden Kontakt und ausreichende Kontaktzeiten, um den Gehalt der Schlacke an wertvollem Metall vor ihrem Abstich aus dem Ofen durch die chemischen, Verdünnungsund verschmelzenden Wascheffekte des umlaufenden eisenhaltigen Sulfids zu erniedrigen. Durch das Vorsehen eines ruhigen ruhigen Bades durch Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Massenübergang durch Diffusion längs der relativ kleinen horizontalen Kontaktfläche zwischen den Silikat- und Sulfid-Phasen des Bades unwesentlich. Daher findet keine Annäherung an das Gleichgewicht zwischen beiden Phasen statt; das im Ofen eingesetzte Verfahren mit einer derartigen Kohlezugabe erhöht wesentlich den Gewinn an wertvollem Metall, produziert zum Beispiel einen Kupferstein höheren Gehalts zusammen mit einer Schlacke

- 14 -

030028/0706

BOEHMERT & BOEHMERT

niedrigen Kupfergehalts, sogar ohne das bevorzugte im Gegenstrom-Führen derartiger Phasen. Das Herstellen einer derartigen Schlacke niedrigen Kupfergehalts ermöglicht es, dieselbe direkt abzustechen und zu verwerfen, wodurch die sonst notwendigen kosten- und energieaufwendigen Schlackenbehandlungsverfahren zum Rückgewinnen von Kupfer aus derselben entfallen können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Querschnittes eines Strahlungsofens, der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens modifiziert wurde; und

Fig. 2 eine Ansicht längs der Linie II-II der Fig. 1.

- 15 -

1)30028/0786

BOEHMERT & BOEHMEHT

iO

In den Zeichnungen, die schematische Darstellungen eines für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeänderten Strahlungsofens zeigen, ist ein Strahlungsofen konventioneller Bauart 1 mit feuerfestem Material gezeigt, mit einem Schlackenabstich 3, einem Steinschmelzenauslaß und einem Abgasauslaß 7. Eine Beschickungsvorrichtung kann zur Rückführung von Konverter-Schlacke zum Ofen, um wertvolle Metalle in diesem zu gewinnen, vorgesehen sein. In dem unteren Abschnitt des Ofens befindet sich geschmolzenes Material, welches eine Schicht geschmolzenen Steins 11 und eine Schicht geschmolzener Schlacke 13 oberhalb der Steinschmelze aufweist. Eine erhitzte schwefeldioxidreiche Atmosphäre ist im Bereich 15 zwischen der Schlackenphase 13 und dem Dach 17 des Ofens anwesend. Längs des Daches 17 des Ofens sind eine Vielzahl von Sprüh-Brennern (sprinkle burner) 19 für die Herstellung paraboloider Suspension des Sulfidkonzentrats, des Zuschlags und des sauerstoffreichen Gases in der erhitzten Atmosphäre des Ofens angeordnet.

Homogene Mischungen von Schwefelkonzentrat (S) und Zuschlagstoff (F) werden mit Hilfe der Leitungen 21 mit einem zugeführten sauerstoffreichen Gas, das durch die Gasleitungen 23 zugeführt wird, durch die Brenner 19 in die heiße Atmosphäre oberhalb der geschmolzenen Schlacke 13 beschickt. Kohle wird in inniger Mischung mit dem Konzentrat zugegeben, wenn erwünscht. Der Ofen wird mittels der Brenner 19 mit dies'em Gemisch, gemeinsam mit dem Sauerstoff, beschickt.

Wie gezeigt, bilden das Sulfidkonzentrat, der Zuschlagstoff und das sauerstoffreiche Gas eine Vielzahl von paraboloiden Suspensionen 25. Diese radial nach unten fließenden Suspensionen 25 des Sulfidkonzentrats, des Zuschlags und des sauer-

- 16 -

030028/0786

BOEHMERT & BOEHMEF.T 24

stoffreichen Gases ermöglichen die Wechselwirkung des
Konzentrats, des Zuschlags und des Sauerstoffs innerhalb der heißen Atmosphäre derart im Bereich 15 des Ofens, so daß der erwünschte Wärmeübergang sowie die chemische Reaktion zufriedenstellend vor Kontakt mit der Schlacke 13 abgelaufen sind. Wie dargestellt, sind die Suspensionen bevorzugt von der Form, daß, wenn das darin enthaltene
Material auf die Schlacke regnet, ein Muster naheliegender oder überlappender Ovale auf dieser gebildet wird.

Wenn Kohle zum mineralischen Sulfid zugesetzt werden soll, um zusätzliche Wärme im Ofen zu erzeugen, wird die Kohle durch die Kohleleitungen 27a, 27b und 27c eingeführt und innig mit dem mineralischen Sulfid gemischt, um eine
homogene Mischung vor Injektion durch die Brenner 19 zu bilden. Bei der Ausführungsform, bei der Kohle nur durch den Brenner 19, der am nächsten dem Schlackenabstichende des Ofens liegt, zugeführt werden soll, wird die Kohle
durch die Kohleleitung 27c zugeführt, mit dem mineralischen Sulfid-Konzentrat vermischt und nur durch den Brenner 19, der am nächsten dem Schlackenabstich 3 des Strahlungsofens liegt, injiziert.

Im folgenden soll die Erfindung unter Zuhilfenahme der nachfolgenden Beispiele weiter erläutert werden, wobei das Beispiel I sich auf konventionelle Strahlungsofen-Schmelz-Verfahren bezieht, und die darauffolgenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen.

Beispiel I

Konventionelles Flammofen-Verfahren.

Als Beispiel eines konventionellen Flammofen-Verfahrens zum

03Ö0¹2870786

BOEHMERT & ΒΟΕΗΜΕΠΤ

Schmelzen von Kupfersulfiden, wird die Aufmerksamkeit auf die Veröffentlichung "Energy Use in Sulfide Smelting of Copper" von H.H. Kellogg und J.M. Hendersen, Chapter 19, Vol. 1, Extractive Metallurgy of Copper, Metallurgical Society of AIME, 1976, insbesondere auf die Seiten 373 bis 375 und auf die Tabelle der Verfahrens-Brennstoff-Aquivalente auf Seite 397 gelenkt. Danach werden bei einem typischen Flammofenbetrieb mit nasser Beschickung zum Schmelzen von Kupferkonzentraten 943,47 χ 10 kg trockenen Kupferkonzentrats (1040 dry tons) pro Tag umgesetzt, wobei eine Analyse des Konzentrats 29,5 % Kupfer, 26 % Eisen, 31 % Schwefel und 8 % Silikat ergibt. Die Ofenwärmeverlust-Geschwindigkeit durch Konvektion, Ableitung und Strahlung an die Umgebung beträgt 446175 kJ (518000 Btu) pro Minute. Der Kupfergehalt des hergestellten Steines beträgt 35 %, der der Schlacke 0,46 %. Ofenabgase enthalten etwa 1 Vol.-% SO2 .

Die Verfahren-Brennstoff-Äquivalente bei einem derartigen Betrieb sind in der folgenden Tabelle I gegeben:

- 18 -

030028/0788

BOEHMERT & BOEHMERT Tabelle I

Verfahrens-Treibstoff-Äquivalente für Schmelzen im Strahlungsofen bei nasser Beschickung

Schmelzgeschwindigkeit: 943,4 · 10 kg Konzentrat/Tag (1040 tons/day) Brennstoffgeschwindigkeit: 5,59 · 10 J/kg Konzentrat

(4,81 · 1O⁶Btu/ton cone.)

Steingehalt: 35 % Cu OUE : 90 %

Luft-Verheizen: 72 % auf 22O°C (428°F) Eingesetzter, 98%-iger Sauerstoff: keiner kg saurer Rec./kg Anode: 2,287 kg Konzentrat/kg Anode: 3,440

Verfahrensschritt

pro kg Anoden-Kupfer (per ton)

	Menge IEinheitsenergie	41,O6-iO6kJ/m3 (147,4 Btu/gal)	10*>J/kg (10BtU/ton)
1. Schmelzen	0,424m3 (112 gal)	23,46 J/m3 ,, (O,63Btu/ft	19,2 (16,54)
a) Brennstoff 01	4O8O,5m3 (144100ft3)	-	0,106 (0,091)
b) Komprimierte Verbren nungs-Luft (O,0414 bar ^ o,6psig = 0,048 atm)	. -	—	1,514 (1,303)
c) Wasserdampf zum Vor heizen der Verbrennungs luft	—	-	0,092 (0,079)
d) Hasserdampf zum Vorhei zen des Brennstoff-Öls	-	0,353 (0,304)
e) Wasserdampf zum Ver dampfen des Brenn stoff-Öls

030028/0788

- 19 -

BOEHMERT & BOEHMERT

Verfahrensschritt

pro kg Anoden-Kupfer (per ton)

f) Gas-Handhabung Staubsanroeln	Menge	Eiuheitsenergie	106JAg (1O6BtUZtOn)
g) Zuschlagstoffe z. Schmelzen	6518,6m3 (230200 ftJ	93,8 I/m3 .. 2,52 Btu/ft	0,674 (0,580)
h) Wasserdampfmenge 1) für c,d,e	37,2 kg (0,041 tons	116220 JAg (100000 Btu/tons)	0,0046 (0,004)
2) als Energiequelle	—	—	-1,959 (-1,686)
2. Konvertieren	427,6 KWH	11071 kJ/KWH (10500 Btu/KWH	-5,22 (-4,490) S
a) Eingesetzte Gesamt energie	943,5kg Roh kupfer 1,O42 ton blister	3,804-1O6JAg (3,273*1O6 Btu/ton)
b) Aus Dampf herge stellte Energie	171,1 KWH	11071 kJ/KWH 10500 Btu/KWH)	3,96 (3,41
3. Anoden-Produktion	907,2 kg 1,0 ton 48,2 KWH	1,557·1Ο6 JAg (1,34 ΊΟ6 Btu/ton) 11071 kJ/KWH (10500 Btu/KWH)	-2,09 (-1,797)
4. Verschiedenes	216,6 KWH	11Ο71 kJ/KWH 1O500 Btu/KWH
(Material-Handhabung und Nutzbarkeit)			1,564 (1,346)
5. Saure Gase	0,588 (0,506)
a) Konverter-Gas (7,62 % SO2)	0,588 (0,506)
b) Strahlungsofengas; zur Atmosphäre	2,644 (2,275)

Gesamt:

21,46 (18,465)

- 20 -

0300 2 8/0786

BOEHMERT & BOEHMERT

IS

Verfahrens-Treibstoff-Äquivalente: 21,46*10 JAg Anodenkupfer

(18,465 χ 10 Btu/ton anode copper) = 5,129*10 Kcal/Ponne Anodenkupfer

- 21 -

030028/0788

BOEHMERT & BOEHMERT

ZG

Beispiel II

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren für das Schmelzen von Kupferkonzentrat, wie in Beispiel I verwandt werden sollte, wobei derselbe Durchsatz von 943472,3 kg Kupferkonzentrat pro Tag (1040 tons) erreicht werden soll, sogar bei Verwendung von genügend, im Handel erhältlichem Sauerstoff zum Schmelzen des Konzentrats zu einem 75%-igem Kupferstein (das heißt, das fast alle Eisensulfide im ursprünglichen Konzentrat oxidiert würden), würde die Wärmezufuhr aus den exothermen Schmelzreaktionen Eigenwärme der Schmelzprodukte liefern,gleichzeitig die Wärmeverluste ausgleichen und den Wärmebedarf für zugegebene Luft decken, so daß das erreichte erhebliche Anwachsen der Schmelzgeschwindigkeit auch tatsächlich benötigt wird. Uberschlägige Schätzungen über den Flüssigkeitsfluß, basierend auf einer konventionellen Strahlungsofenbauart mit Hängedecke, aber mit einem Endbrenner, wobei die Beschickungs- und andere unerwünschte öffnungen abgedichtet wurden, zeigen, daß 283,168 m pro Minute (10 000 standard cubic feet per minute) Luft in den Ofen gezogen werden können, um Ausströmen von Schwefeldioxid in die Umgebungsatmosphäre zu verhindern. Ein Großteil des Sauerstoffgehalt dieser Luft, z.B. 75 %, wird an den Schmelz-Reaktionen teilnehmen und dabei dazu dienen, den Verbrauch des im Handel eingekauften Sauerstoffs zu verringern. Nichtsdestoweniger muß der überschüssige Sauerstoff und der gesamte Stickstoff, insgesamt etwa 238,57 m pro Minute (8425 standard cubic feet per minute) auf Schmelztemperatur erhitzt werden, dadurch ist ein Wärmeausstoß von grundsätzlich 421757 kJ pro Minute (40OOO0 Btu per minute) notwendig. Bei der oben beschriebenen Strahlungs-

- 22 -

030028/0788

BOEHMERT & BOEHMERT

ofen-Schmelzgeschwindigkeit wird dadurch, daß sowohl der Ofenwärraeverlust gedeckt als auch die eingezogene Luft aufgeheizt werden müssen, wozu 1477 kJ/kg (635 Btu per pound) Konzentrat notwendig sind,ist eine Erhöhung der Schmelzgeschwindigkeit zu autogenem Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen in diesem konventionellen Strahlungsofen notwendig.

Beim gegenwärtigen Verfahren wird eine innige Mischung von Kupferkonzentrat, Zuschlag- und sauerstoffangereichertem Gas in die heiße Atmosphäre eines Flammofens injiziert, wobei eine Vielzahl von vertikal angeordneten Brennern einer derartigen Bauart, daß paraboloide Suspensionen hergestellt werden, eingesetzt, sowie eine im wesentlichen gleichmäßige Wärme- und Massenverteilung über den Großteil des Ofens erreicht; das umwandeln des Strahlungsofenverfahrens zum autogenen Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt ein erhebliches Anwachsen der Schmelzgeschwindigkeit. Die für die Zwecke dieses Beispiels als notwendig erachtete Geschwindigkeit beträgt 1814370kg (2000 tons) Konzentrat pro Tag. Bei dieser Schmelzgeschwindigkeit, wobei aber die Wärmeverluste und die Luft-Einzugsgeschwindigkeit die gleichen wie oben beschrieben sind, wird eine Wärme von 767,7 kJ pro kg (330 Btu per pound) des Konzentrats benötigt, um diese beiden Faktoren zu kompensieren, anstatt von 1477,24 kJ pro kg (635 Btu per pound) des Konzentrats. Aufgrund der eingezogenen Luft enthält die Hochofenatmosphäre genügend überschüssigen Sauerstoff, um verteilten Staub bei seinem Durchlaufen durch die Absetzzone zu oxidieren. Dies ist besonders vorteilhaft, da eine derartige Oxidation den Schwefelgehalt des Staubs herabsetzt und seinen Schmelzpunkt erhöht. Jeglicher vorhandener elementarer Schwefel wird zu Schwefeldioxid

- 23 -

030028/0788

BOEHMERT & BOEHMERT

oxidiert.

Bei Verwendung einer Schmelzgeschwindigkeit von 1814 χ 10 kg/Tag Konzentrat (2000 tons/day) im erfindungsgemäßen Verfahren würde eine Serie von Versuchs-Wärmeausgleichgewichten bei unterschiedlicher Zugabe von handelsüblichem Sauerstoff und bei der Herstellung von Kupferstein-Produkten unterschiedlichen Kupfer-Gehaltes, die in Tabelle II aufgeführten Resultate ergeben.

- 24 -

030028/0786

BOEHMERT & BOEHMERT

Tabelle II

Wärmebilanzen für autogenes Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen

1814 · 10 kg Konzentrat pro Tag (20OO tons) Konzentrat-Analyse: 29,5% Cu, 26,0% Fe, 31,0% S, 8,0% Schlacken-Analyse: 37,1% Fe, 38,3% SiO₂ Taube Zuschlagstoffe: 81,5% SiO₂ Stein und Schlacke bei 12O4°C (22OO°F)

Flammgase bei 126O°C (23OO°F) Luft-Filtration: 283,2 m³ (10 000 feet³) Stein-Gehalt (% Cu): 55 60 65

98% O₂, kg/kg Konzentrat: 0,18 0,20 0,22 0,25

SO₂ im Flammgas (Vol. %): 38 40 42

- 25 -

030028/0786

BOEHMERT & BOEHMEKT

29517A5

Wärme-Abgabe, kj/kg Konzentrat (Btu/lb)

1.) Gas-Eigenwärme

700
(301)

733 (315)

763,1
(328)

798
(343)

2.) Stein-Eigenwärme

474,6 (204)

416 (179)

360,6
(155)

316,4 (136)

3.) Schlacken-Eigenwärme 616,5 728 837,5

(265) (313)' (360)

912
(392)

4.) Wärmeverlust an
Umgebung

432,6 (186)

432,6 (186)

432,6 (186)

432,6 (186)

Gesamt: 2222,3 2310 2394 2457

(956) (993) (1029) (1057)

Zugeführte Wärme, kJ/kg Konzentrat (Btu/lb)

1.) Oxidation von
Fe-SuIfiden:

1958,8 (842)

22O8 (949)

2433
(1046)

2610 (1122)

Wärmedefizit, kJ/kg 265,2 102,36 -39,5 Konzentrat (Btu/lb); (114) (44) (-17)

-151,2 (-65)

- 26 -

030028/0786

BOEHMERT & BOEHMEPT

Wie in Tabelle II gezeigt, ist der Prozeß im thermischen Gleichgewicht und verläuft autogen für die Herstellung eines Kupfersteins mit einem Gehalt von 64 % Kupfer, welcher einer Zugabe von 0,22 kg handelsüblichem, 98%-igem Sauerstoff pro kg Konzentrat entspricht. Bei derartigen Betriebsbedingungen (64 % Kupferstein) wird das Abgas aus dem Hochofen etwa 42 % Schwefeldioxid enthalten und mit einer Geschwindigkeit von etwa 463 m pro Minute (16 000 standard cubic feet per minute) ausgestoßen. Letzteres ist ein Drittel des bei einem konventionellen, mit fossilen Brennstoffen befeuerten Strahlungsofenbetrieb erhaltenen Gasvolumens, sogar wenn dieser konventionelle Betrieb bei etwa der Hälfte der Schmelzgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet. Eine weitere wichtige Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens, die in Tabelle II dargestellt ist, besteht darin, daß thermische Steuerung des Verfahrens leicht durch Steuerung der Zugabe des Konzentrats und des handelsüblichen Sauerstoffs erreicht werden kann. Im Gegensatz zu der thermischträgen, konventionellen Arbeitsweise des Strahlungsofens, ist das erfindungsgemäße Verfahren thermisch steuerbar.

Beispiel III

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch auf das Schmelzen von Sulfidkonzentraten anwendbar, wobei eine Mischung der Konzentrate und ein kleinerer Anteil Kohle mit dem sauerstoff reichen Gas zugegeben wird, um den Einsatzbereich zu verbreitern. Ein Kupferkonzentrat der Zusammensetzung, wie in Tabelle II verwandt, wird bei einer Schmelzgeschwindigkeit von 1361 χ 10 kg Konzentrat pro Tag (1500 tons) behandelt, um einen 50%-igen Kupferstein herzustellen, wobei die Schlackenanalyse, der taube Zuschlagstoff

- 27 -

030028/0788

BOEHMERT & BOEHMERT

sowie die Luftzugabe wie in Tabelle II sind. Bei Verwendung von 98%-igem Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 0,2 kg pro kg Konzentrat und Zugabe von 40823 kg Kohle pro Tag (45 tons of coal per day)(0,03 kg/kg Konzentrat, Kohle mit 65 % Kohlenstoff-Gehalt, 5 % Wasserstoff und einem Heizwert von 27916 kJ/kg (120OO B.tu/lb) ) , wird das in Tabelle III dargestellte Wärmegleichgewicht erreicht:

Tabelle III Abgegebene Wärme, kJ/kg Konzentrat (Btu/lb)

1. Eigenwärme im Gas 900,3 (387)

2. Eigenwärme im Kupferstein 544,4 (234)

3. Eigenwärme in der Schlacke 483,9 (208)

4. Wärmeverluste an die Umgebung 579,3 (249)

Gesamtsumme 2507,7 (1078)

Zugeführte Wärme, kJ/kq Konzentrat (Btu/lb)

1. Oxidation der Eisensulfide 1682 (723)

2. Kohleverbrennung 825,9 (355)

Gesamtsumme 2508 (1078)

Bei diesen Bedingungen liefert die Oxidation der Eisensulfide eine Wärmezufuhr, die mit über 698 kJ/kg (300 Btu/pound) des Konzentrats defizitär ist, verglichen mit dem benötigten Wärmeausstoß. Nichtsdestoweniger wird eine thermisch ausgewogene Betriebsweise durch Zugabe von nur 3 % Kohle, berechnet auf das Gewicht des Konzentrats, erreicht, wobei eine derartige Zugabe 0,84 Millionen J/kg (0,72 million Btu per ton) Konzentrat entspricht. Der Sauerstoffverbrauch

030028/0786

- 28 -

BOEHMERT & BOEHMERT

pro kg Konzentrat bleibt leicht unterhalb dem für autogenes Schmelzen von 1814369 kg (2000 tons) pro Tag zu einem 64%-igen Kupferstein (Tabelle II), während der SO, Gehalt des ausströmenden Gases etwa 26 % ist, was innerhalb des für effizientes und ökonomisches saures Herstellen benötigten Bereichs liegt.

Zwei weitere Beispiele werden unter Verwendung der nach folgenden Konstanten, in anwendbar, gegeben, um die effiziente Betriebsweise des Sauerstoff-Sprüh-Schmelzverfahrens offensichtlich zu machen:

Konstanten

Konzentratanalyse (getrocknet) = 29,5 % Cu; 26,0 % Fe; 31 % S; 8 % SiO₂; und 0,1 % H₃O.

Schlackenzusammensetzung: 0,46 % Cu, 37,1 % Fe, 38,3 %

Temperaturen: Schlacken und Stein = 12O4°C (22OO°F); Flämmgas = 126O⁰C (23OO°F)

Zuschlagsanalyse (getrocknet) = 82 % SiO₂ und 0,1 % H₃O Temperatur aller beschickten Materialien: 25°C (77°F) Handelsüblicher Sauerstoff = 98 %-iger Sauerstoff (100 reagiert)

Sauerstoff-angereicherte Luft = 33 % Sauerstoff (eine Mischung 16 %-igem mit 98 %-igem Sauerstoff und 84 % Luft) (aller Sauerstoff reagiert ab)

Wärmeverlustgeschwindigkeit = 546,18 χ 10 kJ/Min.

(5180OO Btu/minute)

Luftzugabegeschwindigkeit = 283 m /Min. (1OOOO standard cubic

feet per minute) (75 % des Sauerstoffs in der

eingeströmten Luft reagiert ab)

- 29 -

030028/0786

BOEHMERT & BOEHMERT

Standardtemperatur und Druckbedingungen: O⁰C (32°F) und 1 Atmosphäre.

Kohleanalyse = 60 % C, 5 % H₂, Heizwert: 27916 kJ/kg (120OO Btu/lb).

Beispiel IV

Bei einer Ausarbeitung des Beispiels II unter Verwendung der oben angegebenen Konstanten wird ein Kupferkonzentrat unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Geschwindigkeit von 1814 χ 10 kg Konzentrat pro Tag (2OOO tons concentrate/day) geschmolzen. Zu dem System wird während dem autogenen Betrieb kein zusätzlicher Brennstoff zugegeben, wodurch eine Vielzahl von parabolischen Suspensionen durch vertikal angeordnete Brenner gebildet wurden:, zur Herstellung eines Steins, der einen Kupfergehalt von 64 % aufweist. Das Verfahrens-Brennstoff-Xquivalent für diesen Betrieb ist in der nachfolgenden Tabelle IV berechnet.

- 30 -

030028/0786

BOEHMERT & BOEHMERT Tabelle IV Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen in einen konvertierten Strahlungsofen

Verfahren: Autogen - basische Hängedecke

Schinelzgeschwindigkeit: 1814-10 kg Konzentrat/Tag (20OO tons cone./day) Brennstoffgeschwindigkeit:O J/kg Konzentrat

Steingehalt:

OUE:

Lu f t-Vorhe i ζ en:

64 % Cu 94 % keine

Eingesetzter, 98 %-iger 0,15345 m /kg Konzentrat (4950 ft /ton cone.) Sauerstoff:

Eingesetzer, 33 %-iger
Sauerstoff:

0 m /kg Konzentrat

kg saurer Rec./kg Anode: 3,1 kg Konzentrat/kg Anode: 3,4

Verfahrensschritt:

pro kg Anoden-Kupfer (per ton)

1. Schmelzen

a) Trocknen der Charge

b) Gasbehandlung & Staubsammeln

c) Sauerstoffherstellung

d) Trocknen der Zuschlags-Stoffe

e) Zuschlagstoffe für Schmelzen

£) Mahlen der Schmelz-Schlacke

g) Dampf, hergestellte Energie

h) Kohle

Menge

3447,3 kg (3,8 ton)

1084 m³ ^ (38300 ft )

487 m³ ^ (17200 ft^J)

453,6 kg (0,5 ten)

453,6 kg (0,5 ton)

1632,9 kg (1,8 ton)

98 KWH Einheitsenergie 10 JAg (BTü/tcn)

478,9 KJAg 412000 BTU/ton

93,09 J/m³ , (2,5 BTU/ft )

6330 J/m³ , (170 BTU/ft )

478,9 KJ/kg (412000 BTU/ton)

116220 JAg 100.000

894,9 KJAg (770000 BTU/ton)

11071 KJ/KWH 10500 BTU/KWH

27,9-10⁶ J/kg 24-10 BTU/ton

1,63 (1,55) 0,105 (0,1) 3,O6 (2,9) 0,211 (0,2) 0,053 (0,05) 1,48 (1,4) - 1,162 (-1,05)

03_0 §£8/0788

BOEHMERT & BOEHMERT

2. Konzentrieren Menge Einheitsenergie

a) Eingesetzte Gesamt- 943,5 Roh- 1,51-1O⁶JAg energie kupfer _fi

(1,04 ton blister) (1,3-10 BTU/ton)

b) Aus Dampf herge- 71 KWH 11071 KJ/KWH stellte Energie (10500 BTü/KWH)

c) Mahlen der Konver- 453,6 kg 849,9 KJAg

ter-Schlacke 0,5 ton (770000 BTü/ton)

3. Anoden-Produktion 907,2 kg 1,57-1O⁶JAg ==================== 1,0 ton (1,35-10 BTU/ton)

4. Verschiedenes 48 KWH 11071 KJ/KWH

================ 10500 BTÜ/KWH)

5. Saure Gase

a) Schmelzgas: (42 % SO,) 150 KWH 11071 KJ/KWH

^ 10500 BTü/kWH)

b) Konvertergas: (9% SO₉) 85 KWH 11071 KJ/KWH

^Δ (10500 BTU/KWH)

Gesamt

10

(BTü/ton)

1/42 (1,35)

- 0,79 (-0,75) 0,42 (0,4)

1/42 (1,35) 0,53 (0,5)

1,69 (1,6) 0,95 (0,9)

11,07 (10,5)

/erfahrens-Treibstoff-Äquivalente: 12,134-1O⁶ J/kg Anoden-Kupfer (10,5-10 BTü/ton)

=* 2,9-10 K cal/Tonne Anoden-Kupfer

- 32 -

030028/0786

BOEHMERT & ΒΟΕΗΜΕ:Π

Beispiel V

Unter Verwendung der vorbeschriebenen Konstanten/ außer daß die Ofenwärmeverlustgeschwindigkeit 342008 kJ/Min, (377000 Btu/min) und die Luftzuführgeschwindigkeit 70,8 m /Min. (2500 standard cubic feet pro minute) beträgt, wird ein Beispiel ausgeführt. Die Zugabe einer gesteuerten Pyrit- und Kohle-Menge erfolgt zum Konzentrat, das in die heiße Atmosphäre durch den am nächsten der Schlackenabstichöffnung des Hochofens gelegenen Brenner injiziert wird.Das Kupferkonzentrat wird mit einer Geschwindigkeit von 1361 χ 10 kg Konzentrat pro Tag (1500 tons concentrate per day) geschmolzen. Injektion von Konzentrat und Zuschlag wird durch die ersten beiden Brenner, die mit Abstand auf der Decke des Hochofens angeordnet sind, erreicht. Dabei werden 136077 kg pro Tag (150 tons/day) unergiebigen Pyrits und 32658 kg Tonnen Kohle pro Tag (36 tons/day of coal) zu dem durch den dritten Brenner injizierten Konzentrat gegeben. Der hergestellte Stein hat einen Kupfergehalt von 42 %, die Verfahrens-Brennstoff-Äquivalente für diesen Betrieb wurden entsprechend der nachfolgenden Tabelle berechnet.

- 33 -

030028/0786

BOEHMERT & ΒΟΕΗΜΕΛΊ Tabelle V

Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen in einem konzentrierten Strahlungsofen Verfahren: Mit Schlacken-Reinigung - Decke aus gesprungener Silica

Schmelzgeschwindigkeit: 1360-10 kg Konzentrat/Tag (1500 tons cone./day)

Brennstoff geschwindigkeit: Ο,697·1Ο JAg Konzentrat (0,6·10 ΗΓϋ/ton cone.)

Steingehalt:	42 % Cu
OUE:	97,7 %
Luft-Vorheizen:	keines

Eingesetzter, 98 %-iger Sauerstoff:

Eingesetzter, 33 %-iger Sauerstoff:

kg Saurer Rec./kg Anode: kg Konzentrat/kg Anode: 0,10478 m³Ag-Konzentrat (3380 ft³/ton cone.)

O,17O5 In³Ag Konzentrat (5500 ft³/ton cone.)

3,7

3,4

Verfahrensschritt

pro kg Anoden-Kupfer (per ton)

1. Schmelzen

a) Trocknen d. Charge

Menge Einheitsenergie 1O JAg (BTü/ton)

3447-10° kg (3,8 ton)

b) Gasbehandlung & Staub- 1110 m" ·'·. sammeln

c) Sauerstoffherstellung

d) Trocknen der Zuschlags-Stoffe

e) Zuschlagstoffe für Schmelzen

f) Dampf, hergest.
Energie

g) Kohle

(39200 ft )

413,43 itu (14600 ft )

208,6 kg (0,23 ton)

2O8,6 kg (0,23 ton)

112 KWH

72,6 kg (0,08 ton) 478,9 kJAg (412000 BTU/ton)

93,09 J/m³ (2,5 BTU/ff³

6330 J/m³ (170 BTU/ft^J)

478,9 kJAg (412000 BTU/ton)

116220 JAg (100000 BTü/ton)

11071 KJ/KWH (10500 BTü/KWH)

27,9-10⁶ JAg (24-1O^b BTü/ton)

1,63 (1,55) 0,105 (0,1) 2,61 (2,48) 0,105 (0,1) 0,021 (0,02) 1,26 (1,2) 2,00 (1,9)

030028/0788
- 34 -

BOEHMERT & BOEHMESl

Verfahrensschritt

pro kg Anoden-Kupfer (per ton)

2. Konvertieren

Menge

Einheitsenergie

10 JAg (BTU/ton

a) Eingesetzte Gesamtenergie

b) Aus Dampf hergestellte Energie

943,5 kg Roh- 2,673-10 JAg kupfer ,

(1,04 ton blister) (2,3-10 BTU/ton)

133 KWH

11071 KJ/KWH
(10500 BTU/KWH)

2,53 (2,4)

-1,48 (-1,4)

3. Anoden-Produktion

907,2 kg (1,0 ton)

1,57-10° JAg
1,35 x 10 BTU/ton)

1,423 (1,35)

4. Verschiedenes

48 KWH

11071 KJ/KWH
(10500 BTÜ/KWH)

0,53 (0,5)

5. saure Gase

a)	Schmelzgas (33 % SO2)	153 KWH	11071 KJ/KWH (10500 BTÜ/KWH)	1	,69	(1	,6)
b)	Konverter-Gas (8 % SO2)	183 KWH	11071 KJ/KWH (10500 BTÜ/KWH)	2	,OO	(1	,9)
			Gesamt:	11	,91	4	(11,3)

Verfahrens-Jnrelbstoff-Äquivalente: 12,97·1Ο⁶ JAg Anoden-Kupfer (11,3·1Ο⁶ BTU/ton) S !S SE S3 SS SS SS SS SE SS 33 S

2,9*10 kcal/Tonne Kupfer-Anoden

- 35 -

030028/0788

BOEHMERT & BOEHMERl

Für den Fachmann ist es selbstverständlich, daß kobalthaltige Nickelsulfidkonzentrate ebenfalls leicht entsprechend der Lehre der Erfindung behandelt werden können. Beispielsweise kann ein Pentlandit-Konzentrat, welches in der Analyse 10 % Nickel, O,4 % Kobalt, 35 % Eisen, 3O % Schwefel und 17 % Siliziumdioxid enthält, sauerstoff-sprühgeschmolzen werden, um einen Stein mit Analysendaten von 45 % Nickel, 1,4 % Kobalt, 22 % Eisen sowie eine Schlacke mit 0,20 % Nickel, und 0,10 % Kobalt zu ergeben, wobei 30 % Schwefeldioxid im Hochofen-Abgas enthalten sind. Pyrrhotin und Kohle werden für Schlackenreinigungszwecke eingesetzt.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem Sulfidkonzentrat, Zuschlag und ein sauerstoffreiches Gas in eine heiße, schwefeldioxidreiche Atmosphäre eines modifizierten Strahlungsofens als eine Vielzahl paraboloider Suspensionen injiziert werden, werden bestehende Strahlungsöfen in Sauerstoff-Sprüh-Schmelzöfen umgewandelt und ihnen hierdurch eine Verlängerung ihrer Nutzbarkeit gegeben. Die Hauptkapitalinvestitionen beziehen sich daher auf die Installation von Konzentrattrocknungs-, Sauerstoffherstellungs- und Schwefel-Fixierungs-Einrichtungen, welche alle für die effiziente pyrometallurgische kontinuierliche Sauerstofftechnologie der Zukunft benötigt werden. Das Verfahren kann autogen geführt werden oder es kann - zu Heizzwecken - eine geringe Menge Kohle der Beschickung zugesetzt werden. Zusätzliche Brenner können auch zusätzlich zu denen verwandt werden, die die Feststoffe als paraboloide Suspensionen injizieren. Die paraboloiden Suspensionen müssen nichtsdestoweniger für eine im wesentlichen gleichmäßige Wärme und Massenverteilung durch den Hauptteil des horizontalen feuerfesten Gerätes sorgen, um die erwünschten

- 36 030028/07SB

BOEHMERT & BOEHME^l

Resultate zu erhalten.

Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den nachfolgenden Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

- 37 -

030028/0785

Claims (14)

1. BOEHMERT & BOEHMERT

   -DX 1714

   ANSPRÜCHE

   1· Verfahren zum Herstellen eines Metallsteins aus einem nichteisenhaltigen, metallhaltigen, sulfidischen Mineral-Konzentrat in einem Strahlungsofen, in dem eine geschmolzene Charge von Metallstein und Schlacke, unter einer abgeschlossenen, heißen Atmosphäre anwesend ist, wobei Abgase, Metallstein und Schlacke voneinander getrennt aus diesem entfernt werden, gekennzeichnet durch Sprühen einer Mischung des Sulfid-Konzentrats, des Zuschlags und des sauerstoffreichen Gases in eine abgeschlossene, heiße, schwefeldioxidreiche Atmosphäre, um die sulfidischen Konzentrate vor dem Kontakt mit der geschmolzenen Schlacke zu oxidieren; und Injizieren des Großteils der Mischung aus Sulfid-Konzentrat, Zuschlag und sauerstoffreinhem Gas durch vertikal am Ofen angeordnete Brenner in die abgeschlossene, schwefeldioxidreiche Atmosphäre als eine Vielzahl von parabolischen Suspensionen, um eine im wesentlichen gleichmäßige Wärme- und Masseverteilung im größten Teil des Ofens zu bewirken.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   03002Θ/07ΘΘ

   ORIGINAL INSPECTED

   BOEHMERT & BOEHMERl

   das nicht-eisenhaltige Metall aus der Gruppe,bestehend aus Kupfer, Nickel, Kobalt und Mischungen derselben, ausgewählt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffreiche Gas zwischen 80 und 99,5 % Sauerstoff enthält.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffreiche Gas zwischen 33 und 99,5 % Sauerstoff enthält, wobei die Mischung radial nach unten mit Hilfe vertikal angeordneter Brenner in die eingeschlossene, heiße Schwefeldioxidatmosphäre in Form von paraboloiden Suspensionen injiziert wird, und die horizontale Verteilungsgeschwindigkeit der Suspensionen nach Injektion größer als die vertikale axiale Geschwindigkeit derselben ist.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Suspensionen ein im wesentlichen abgeflacht geformtes Muster nach Kontakt mit der Schlacke bildet.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Kontakt mit der Schlacke das im wesentlichen abgeflacht geformte Muster die Form eines Musters breiter, einander angrenzender Ovale bildet.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-eisenhaltige Metall aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, kobalthaltigem Kupfer, kobalthaltigem Nickel

   030028/0786

   BOEHMERT & BOEHMERT

   und kobalthaltigem Kupfer-Nickel ausgewählt ist.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine kleine Menge Kohle innig mit dem Konzentrat vor Injektion desselben in die heiße Atmosphäre gemischt wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Suspensionen vertikal der Länge des Ofens geleitet wird und eine kleine Menge Kohle zu einem Teil des Konzentrats zur Injektion gegeben wird, wenn die Suspension benachbart dem Schlacken-Abstich-Ende des Ofens injiziert wird, wobei die Kohle in einer zum Schmelzen des Konzentrats unter im wesentlichen nicht-oxidierenden Bedingungen ausreichenden Menge zugegeben wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daP das am nächsten dem Schlacke-Abstich-Ende des Ofens injizierte Konzentrat ein Eisensulfid ist.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffreiche Gas mindestens 33 % Sauerstoff enthält.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren autogen betrieben wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase mindestens 20 Vol.-% Schwefeldioxid enthalten.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

    030028/07

    BOEHMERT & BOEHMERl

    daß der Metallstein weniger als 30 % Eisen und die Schlacke weniger als 3 % des gesamten wertvollen Metalls in der trockenen Feststoffbeschickung enthält.

    03002Θ/078Θ