DE2951745C2 - Horizontaler Herdofen zum Schmelzen nicht-eisenhaltiger Metallsulfid-Konzentrate - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Einbringen der Konzentrate und des sauerstoffreichen Gases aus einer Vielzahl von entlang der Längsachse des Daches (17) mit Abstand voneinander angeordneten Brennern (19) bestehen, durch die zur Erreichung einer im wesentlichen gleichmäßigen Hitze- und Partikelverteilmng über einen großen Abschnitt des Ofens die Konzentrate und das sauerstoffreiche Gas als eine Vielzahl von parabolisch verteilten Suspensionen (25) in die heiße Atmosphäre eingebracht wurden.

2. Horizontaler Herdofen zum Schmelzen nichteisenhaltiger Metallsulfid-Konzentrate nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Vielzahl von Brennern (19) entlang des Daches (17) derart, dsJJ die durch die Brenner (19) eingebrachten Partikel bei Berührung de' Schlacke (11) ein Muster von breiten, einander berührenden oder einander überlappenden Ovalen bilder

3. Horizontaler Herdofen zum Schmelzen nichteisenhaltiger Metallsulfid-Konzentrate niich Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Beimischung von Kohle G und/oder eines an Eisensulfid reichen Konzentrates F zu den sulfidischen Konzentraten 5 vor der Zuführung zu den Brennern (19).

4. Horizontaler Herdofen zum Schmelzen ni:hteisenhaltiger Metallsulfid-Konzentrate nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Beimengung von Kohle C und/oder eines an Eisensulfid reichen Konzentrates F nur bei den Brennern aus der Vielzahl der Brenner (19) vorhanden sind, die den Einrichtungen zum Abstechen der Schlacke (3) am nächsten sind.

5. Horizontaler Herdofen zum Schmelzen nichteisenhaltiger Metallsulfid-Konzentrate nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch voneinander unabhängige Einrichtungen zur Einführung der Gemische in jeden aus der Vielzahl der Brenner (19).

Die Erfindung betrifft einen horizontalen Herdofen zum Schmelzen nicht-eisenhaltiger Metallsulfid-Konzentrate nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Horizontale Öfen zum Schmelzen nicht-eisenhaltiger Metallsulfid-Konzentrate haben für die Gewinnung von Metallen wie Kupfer, Nickel und ähnlichen Metallen eine große Bedeutung. Es bestehen und arbeiten viele derartige Anlagen zur Gewinnung solcher Nicht-Eisen-Metalle, obwohl in jüngster Zeit Energie- und Umweltprobleme, die die Verwendung derartiger öfen

mit sich bringt, zu {Schwierigkeiten geführt haben. :

Derartige Herdofen sind längliche Behälter mit einer feuerfesten Auskleidung und Brennern an einem Ende, deren innere Weite sich auf etwa 7 bis 11 m, deren innere Länge sich auf etwa 30 m und deren Höhe zwischen der Schmelze und der Decke sich auf etwa 3 bis 5 m erstreckt. Die Deckenkonstnrktion ist unterschiedlich. Der Ofen wird mit fossilen Brennstoffen durch Brenner beifeuert, die an dem einen Ende, aber auch an anderen Stellen des Ofens angebracht sein können. Die Brenner verheizen öl. Naturgas oder Kohlestaub, um eine Charge des Materials in dem Ofen zu erhitzen und um das Schmelzen der Sulfide zu bewirken. Die Abgase werden üblicherweise an dem Ende des Ofens, das dem Brennerende gegenüberliegt, abgezogen. An diesem Ende oder aber in dessen Nähe ist im allgemeinen auch eine Einrichtung zum Abstich der Schlacke vorgesehen; die Einrichtungen für den Abstich der Schmelze sind unterschiedlich angeordnet. Die Beschickung dies Ofens mit dem Sulfid-Konzentrat und Flußmittel wird üblicherweise durch seitliche Einrichtungen entlang der Seitenwände vorgenommen.

Die bekannten Herdöfen wie sie weltweit arbeiten, verschwenden fossile Heizstoffe und belasten die Umwelt Derartige: öfen, wie sie typischerweise für das Schmelzen von Rohkupfer-Sulfidkonzentraten verwendet werden, sind ineffizient in bezug auf die Wärmeübertragung und als chemischer Reaktor. Diese Öfen müssen mit großen Mengen von Naturgas, öl oder Kohle versorgt werden, deren Preis deutlich angestiegen ist und die besser für wicht.igerere Zwecke verwendet werden sollten.

Die staubreichen Abgase konventioneller Herdöfen haben ein großes Volumen und sind gering an Schwefeldioxiden, beispielsweise 1%. Dies führt zu hohen Kosten der Staubrückgewinnung, da einerseits der Gehalt an Schwefeldioxid für eine wirtschaftliche Schwefelfixierung zu gering is·... jedoch andererseits wegen der Belastung der Umwelt zu hoch ist, um in die Atmosphäre gegeben werden zu können. Die Kosten der Staubrückgewinnung sind direkt abhängig von der Menge des zu behandelnden Abgases. Für ein effizientes Arbeiten einer Schwefelsäureanlage muß der Schwefeldioxidanteil mindestens 4%, aus wirtschaftlichen Gründen besser 8%, betragen.

Der Wirkungsgrad des eingesetzten Brennstoffes ist bei konventionellem Herdofen gering. Das liegt in erster Linie daran, daß der Kontakt zwischen Gas und Feststoffen gering ist, was zu einem geringen Wärmeaustausch zwischen den heißen Gasen und der längs der Seitenwände des Ofens eingeführten Charge führt. Das führt dazu, daß bis zu der Hälfte der Wärmeenergie über das Abgas entweicht. Die Effizienz der chemischen Reaktion ist gering, weil nicht nur der Kontakt zwischen Gas und Feststoffen, sondern auch der Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit und zwischen Flüssigkeit und Flüssigkeit gering ist. Die Wärme/Massen-Übergangscharakteristika von Herdofen sind schlecht, weil das Verhältnis der aktiven Oberfläche zu der Masse der in den Ofen eingebrachten Komponenten klein ist. Neben seiner Umweltverschmutzung verschwendet er auch Energie.

b=> Wegen der hohen Kosten des Ersatzes von Herdofen durch Einrichtungen und Verfahren fortschrittlicherer Gestaltung wurden viele Studien und Experimente sowohl von der Industrie als auch von öffentlicher Hand

zur Erforschung von Verbesserungen von Herdöfen ausgefühn mit dem Ziel einer geringeren Luftverschmutzung, insbesondere einer geringeren Schwefr'-dioxidemissioii, einem Einsparen von fossilen Brennstoifen und einer Erhöhung der metallurgischen Eflizienz. Der Hauptteil des Volumens der Abgase eines Herdofens sind Produkte der Verbrennung fossiiti Stojfe, einschließlich dem Kohlenstoff der Verbrennungsluft; es wurde daher ein Teil der Verbrennungsluft durch reinen Sa;\;rstoff ersetzt, um die Effizienz des Brennstoffes zu erhöhen und einen besseren Durchsatz der Schmelze zu erreichen. Auch die Zuführung von Sauerstoff über Lanzen durch die Decke des Herdofens wurde versucht, um die Schmelzkapazität und den Schwefeldioxidgehalt des Abgases bei gleichzeitiger Reduzierung des Brennstoffverbrauches zu erhöhen; dies führte jedoch nicht zu wirtschaftlichem Erfolg. Es können dabei Probleme auftreten wie die Beschädigung der feuerfesten Auskleidung durch eine örtliche Überhitzung oder Verspritzen der Flüssigkeit. Lanzen können jedoch eingesetzt werden, um in rotierenden Konvertern durch die Erzeugung eines turbulenter. Bades einen guten Kontakt zwischen Gas, Flüssigkeit und Feststoffen zu erreichen. Dieses wurde von einem der Erfinder des vorliegenden Gegenstandes in den US-PSen 30 04 346, 30 30 201, 30 69 254, 34 68 629, 35 16 818, 36 05 261 und 36 15 362 beschrieben. Die Verwendung von Lanzen zur Anpassung des Prinzips des turbulenten Bades auf Herdofen ist jedoch nicht durchführbar.

Zusammenfassend läßt sich über die oben diskutierten und andere früher vorgeschlagene Modifikationen bestehender Herdofen und deren Betriebsverfahren sagen, daß keines in erheblichem MaBe akzeptiert worden ist und keines die Beseitigung der meisten dieser Öfen zu verhindern in der Lage ist.

Die fortgeschrittene Technologie für die Behandlung von nicht-eisenhaltigen Schwefelkonzentraten verlangt die vollständige Beseitigung des bestehenden Herdofens für Schmelzzwecke gemeinsam mit einigen oder allen HilfsausruStungen.

Beispiele sind die neuen Noranda- und Mitsubishi-Verfahren mit kontinuierlicher Schmelze (vgl US-PS 39 41 587).

Zwei Schmelzverfahren, nämlich das Inco-Verfahren und das Outukumpu-Verfahren, sind gut eingeführte Alternativen i'ür das konventionelle He.'dofenverfahren, sie setzen jedoch öfen spezieller Bauart voraus. Bisher sind Herdofen die üblichen Einrichtungen für die Schmelze von Nicht-Eisen-Mineralkonzentraten. Deren Ersatz durch ein fortsch.ittlicheres technologisches Verfahren ist aus ökonomischen Gründen schwierig. Die Weitervjrwendung derartiger Herdofen, wie sie oben beschrieben wurde, hat jedoch sowohl in bezug auf den Energieverbrauch, als auch in bezug auf die Umweltbelastung große Nachteile.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen Herdofen zum Schmelzen nicht-eisenhaltiger Metallsulfid-Konzentrate auszubilden, welcher die Nachteile bekannter Verfahren vermeidet. Es soll möglich sein, die bereits bestehenden Strahlungsofen mit relativ einfachen und billigen Veränderungen und Zusätzen weiterzuverwenden, um nicht-eisenhaltige mineralische Sulfide zu schmelzen bei erheblich erhöhten Durchsatzgeschv/indigkeiten und deutlich vermindertem Brennstoffverbrauch. Das .Schwefeldioxid der Ofenabgase soll stark erhöht und die Verwendung von Sauerstoff crmöEÜcht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgprnäO «eüSst durch die Merkmale des kennzeichnenden Ttils des Hauptanspruchs.

Die Unteransprüche kennzeichnen bevorzugte AuegcMsliungen der Erfindung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und &us der nachfolgenden Beschreibung, in der Auiführung«b?ispiele an Hand der Zeichnungen erläutert sind. Dabei

ίο zeigt

F i g. 1 eine- schematischc Darstellung des Querschnitts des erfindungsgemäßen Herdofens, und F i g. 2 eine Ansicht längs der Linie 11-11 der F i g. 1. F i g. 1 verdeutlicht den mit feuerfestem Material ausgekleideten Ofen 1, der Einrichtungen zum Abstechen der Schlacke 3, Einrichtungen zum Abstechen der Schmelze 5 und Einrichtungen zum Ausführen der Gase 7 aufweist. Auf dem Boden des Ofens schwimmen Schmelze 11 und Schlacke 13. Irr. Bereich 15 zwischen der Schlacke und dem Dach 17 des Ofens befindet sich eine heiße schwefeldioxidreiche Atmor-häre. Längs des Daches 17 des Ofens sind eine Vielzahl "on Brennern 19 vorgesehen, die eine parabolisch verteilte Suspension 25 der eingebrachten Metallsulfidkonzentrate bewirken.

Über die Leitungen 21 werden die nicht-eisenhakigen Metallsulfid-Konzentrate S — gegebenenfalls unter Beimengung von Kohle G und/oder eines an Eisensulfid reichen Konzentrats Fdem Brenner 19 zugeführt. Über die Leitung 23 wird weiter ein sauerstoffreiches Gas dem Brenner zugeführt.

Die Zeichnung läßt erkennen, daß das nicht-eisenhaltige Metallsulfid-Konzentrat — gegebenenfalls mit den Beimengungen — sowie das sauerstoffreiche Gas in einer Vielzahl von parabolisch verteilten Suspensionen 25 in den Ofenraum eingesprüht werden.

Wenn Kohle G zum Metallsulfid-Konzentrat 5, F zugesetzt werden soll, um zusätzliche Wärme im Ofen zu erzeugen, wird die Kohle durch die Kohleleitung 27 eingeführt und innig mit dem Metallsulfid-Konzentrat gemischt.

Die Einleitung des festen Materials von dem Dach des Ofen·: bewirkt, daß die Reaktion der Sulfidstoffe mit dem Sauerstoff ausreichend abgeschlossen ist, bevor die Sulfide in das flüssige Bad in dem Ofen gelangen, wobei die sich ergebenden exothermischen chemischen Reaktionen für, falls erwünscht, einen autogenen Betrieb des Verfahrens sorgen.

Ein sehr erwünschter Effekt eines derartigen Sprühens des Konzentrats in Form einer innigen,

so gleichmäßigen, parabolförmig verteilten Mischung aus Konzentrat, Flußmittel und sauerstoffreichem Gas ist. daß die erwünschten Reaktionen innerhalb der heißen Atmosphäre oberhalb der Schlacke stattfinden. Die verschiedenen Brenner sprühen ein Muster von sich im wesentlichen überlappenden großflächigen Ovalen entlang der Längsachse des Ofens, wo die geschmolzenen Produkte dis Schlacke berühren.

Die Temperatur des Materials in dem Ofen sollte vor der Einbringung des Sulfid- Konzentrats, des Flußmittels und des sauerstoffre^:chen Gases oberhalb von 1100⁰C sein, so daß eine spontane Reaktion des Konzentrates mit dem Sauerstoff erreicht wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsforrr des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Beimischung

hj pulverisierter Kohle zu dem mineralischen Konzentrat gegeben im 1 diese M'schung mit einem Saucrst"flr -ichen Gas eingespritzt. Wegen der Einführung von Luft in Herdofen und wegen des Wärmeverlustcs an die

Umgehung durch Konvention. Wärmeleitung oder Abstrahlung, ist die durch die Oxidation der mineralischen Konzentrate entstehende Wärme manchmal geringer als die, die verlorengeht. Die Betriebsweise des Ofens kann bei der Herstellung einer Kupferschmelze zum Beispiel unter Bedingungen ausgeführt werden, bei denen deren Kupfergehalt geringer als das des Optimums ist. was darauf zurückzuführen ist, daB die exothermische Reaktion nicht in ausreichendem Maße Wärme erzeugt, um die Wärmeverluste auszugleichen und um für ein autogenes Verfahren zu sorgen; dies gilt auch, wenn handelsüblicher Sauerstoff eingesetzt wird. In einer solchen Situation kann ein geringer Anteil von Kohle zu dem mineralischen Konzentrat beigemischt werden, um durch Verbrennung die Wärmeverluste in dem Ofenraum auszugleichen und so ein Betriebsverfahren mit ausgeglichener Wärmebilanz zu schaffen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erlindcnschen (liens sind die Einrichtungen zur Zuführung von Kohle nur bei dem Brenner vorgesehen, der dem Abschnitt des Ofens an dem der Abstich für die Schlacke vorgesehen ist, am nächsten ist, beispielsweise in der Mitte zwischen den Seilenwänden. Bei einer solchen Betriebsweise kann für die in die heiße Atmosphäre cingesprühte trockene Phase auf Hullmaterial verzichtet werden. Das eingesprühte Material kann bestehen aus einer Mischung aus Siilfid-Konzcn-• trat, zum Beispiel aus Chalcopyrit oder Pyrit mit einem geringen Anteil von Kohle, während das sauerstoffreiche das, slatt der bevorzugten 80 bis 99.5% Sauerstoff aus sauersloffangereicherter Luft, zum Beispiel mit 3 3% Sauerstoff bestehen kann.

in Unter geeigneten Bedingungen werden Kupfer-Nikkcl-Koball- oder Kiscnsulfid-Kon/.cntrate durch clic Wärme der Kohleverbrennung geschmolzen unter nachfolgender Verdampfung ihrer labilen Schwefelatome. Die entstehende flüssige Schmelze, die reich an i'i Eisensulfid und arm an Kupfer. Nickel oder Kobalt ist. wird über ein großes Gebiet der Schlacke in der Nähe des zentralen Drittels des Ofens gesprüht. Dieser ständige Regen flüssiger Schmelze mit niedrigem Gehalt hat ausreichenden Kontakt und ausreichende -'it Zeit den Anteil hochwertigen Metalls der Schlacke vor seiner Entfernung aus dem Ofen zu senken durch die chemischen, verdünnenden und zerschmelzenden Wascheffekte des umlaufenden eisenhaltigen Sulfides.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Horizontaler Herdofen zum Schmeiztm nichteisenhaltiger Metallsulfid-Konzentrate mit

— Einrichtungen zur Einbringung der Konzentrate und sauerstoffreichen Gases in den Ofen,

— Einrichtungen zur Aufnahme einer Charge der Schmelze und einer daraufliegenden Schlackeschicht,

— Einrichtungen zum Abstechen der Schmelze, der Schlacke und zum Abziehen der Gase, und

— einem Ofendach zum Einschluß eineir heißen Atmosphäre zwischen dem Dach und der Schlackeschicht,