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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet
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der NE-Metallurgie, insbesondere auf Verfahren zur Verarbeitung von
sulfidischen Rohstoffen.
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Die Verarbeitung dient zur Gewinnung von Metallen und Schwefel aus
sulfidischen Rohstoffen, z.B. Kupfer-, Kupfer-Zin-, Kupfer-Nickelerzen, Konzentraten
und Zwischenprodukten der Erzaufbereitung.
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Die Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff sieht die direkte Gewinnung
von Metall oder die Gewinnung von Metall als Stein vor, der anschließend zur Erzeugung
von Metall oder einer angereicherten sulfidischen Phase ( Z.B. Kupfer-Nickel-Feinsten
beim Schmelzen von Kupfer-Nickel-Rohstoff), aus der bei der Weiterverarbeitung Metalle
gewonnen werden, einer Konverterbehandlung unterworfen wird. Die direkte Gewinnung
von Metall, insbesondere Kupfer aus dem sulfidischen Rohstoff ist in einem oder
einigen in Serie geschalteten Aggregaten im kontinuierlichen Schmelzprozeß möglich.
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Allerdings-haben die bekannten Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen
bis heute keine breite Anwendung gefunden. In der Praxis der NE-Metallurgie verwendet
man im allgemeinen Verfahren zur Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff, die die
Gewinnung von Metallen als Stein vorsehen, aus dem durch nachfolgende Verarbeitung
Metalle erzeugt werden.
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Die bekannten Verfahren zur Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff
zu. Stein umfassen das Schmelzen des Rohstoffes in Schacht-, Flamm-, Elektro- und
Schwebeschmelzöfen.
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Das Schmelzen in Schachtöfen führt man mit einer Rohstoff und Zuschäge
enthaltenen Charge unter Verwendung kohlenstoffhaltiger Materialien ( hauptsächlich
Koks) als Brennstoff und unter Zufuhr sauerstoffhaltigen Windes durch.
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Alle bekannten Verfahren zur Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff
in Schachtöfen erfordern die Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes.
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In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und
der erzeugten Produkte werden die Verfahren der Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff
in Schachtöfen als reines- Pyritschmelzen, Halbpyritschmelzen und Kupfer-Schwefel-Schmelzen
(Orkla-Verfahren) eingeteilt.
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Für die Berarbeitung von pyritischen Kupferderberzen ( d.h. Erzen
mit niedrigem Gehalt an taubem Gestein ), die nicht weniger als 32% Schwefel enthalten,
wird das Verfahren des reinen Pyritschmelzens verwendet. Dieses Verfahren besteht
darin, daß die Charge, die aus dem Erz mit Zuschlägen ( Quarz und Kalkstein ) zusammengesetzt
ist, im schachtofen mit geöffneter Gicht unter Zufuhr von Wind, dessen Verbrauch
ca. looo bis 1200 m3/t Erz beträgt,
geschmolzen wird. Beim Schmelzen
geht das Kupfer in Stein und der Schwefel in Gase über (Smirnov V.I. Kupfer und
Nickel-Metallurgie", Swerdlowsk-Moskau, Metallurgizdat, 1950, S. 176-225, insbesondere
S. 188, 195, 200, 252; Peters E.D. "The Practice of Copper Smelting", New York,
McGraw-Hill Book Company, 1911, S. 204-242, insbesondere s. 236).
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Dieses Verfahren gewährleistet hohen Entschwefelungsgrad ( bis 95%)
und hohen Konzentrationsgrad ( auf 20 bis 25:1). Der Konzentrationsgrad stellt das
Verhältnis des Kupfergehaltes im Stein zum Kupfergehalt im-Ausgangsmaterial dar.
Jedoch war der Prozeß des reinen Pyritschmelzens infolge der unstabilen Wärmebilanz
und der Dauer des Durchganges der Charge durch den Ofen schwer steuerbar. Der Prozeß
erforderte außerdem die Verwendung von Koks als Brennstoff bis zu 2,5 bis 3% vom
Chargengewicht. Man versuchte den Prozent des reinen Pyrischmelzens ohne Koks, -d.h.
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autogen, zu führen, jedoch bekam man dann keine erfolgreichen Ergebnisse
bei der dauerhaften Führung des Prozesses (einige Tage) (Sticht R.S. über das Wesen
des Pyrit-Schmelzverfahrens ", Metallurgie, 1906, Nr. 9, S. 269). Weiter ist zu
sagen, daß der Schwefel während des reinen Pyritschmelzens gewöhnlich mit Abgasen
verlorenging und in die Amtosphäre ausgeworfen wurde, was die Umwelt verschmutze.
Diese Methode war Anfang des XX. Jahrhunderts verbreitet, dann
aber
ging man auf das Halpyritschmelzen infolge allmählicher Erschöpfung der Vorräte
an pyritischen Kupferderberzen über.
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Das Halbpyritschmelzen führt man mit Pyritkupfererzen und/oder stückiggemachten
Konzentraten durch, die weniger als 32% Schwefel enthalten. Diese Methode besteht
darin, daß die aus dem Erz und/oder Konzentraten mit Zuschlägen zusammengesetzte
Charge unter Zugabe eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes ( gewöhnlich Koks ) in-einer
Menge von bis zu 12,5% com Chargengewicht und unter Zufuhr von Luft oder sauerstoffangereichertem
Wind im Schachtofen mit geöffneter oder geschlossener Gicht geschmizen wird.
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Die Verwendung anderer Arten von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen,
z.B. Kohlenstaub, Schweröl oder Naturgas,die in den Ofen durch Windformen eingeführt
werden, oder ihre Verwendung in Form von über die Windformen eingeführten Verbrennungsprodukten
ermöglicht eine Senkung des Verbrauchs an teurem Koks, macht aber seine Verwendung
nicht entbehrlich.
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3 Der Verbrauch an Luft beim Schmelzen beträgt bis zu 1500 m sulfidischen
Rohstoff und mehr und der Verbrauch an sauerstoffangereichertem Wind beträgt 775
bis 1215 m3/t sulfidischen Rohstoff. Dabei ist der tatsächliche Sauerstoffverbrauch
pro Tonne sulfidischen Rohstoffes nicht höher als
150 m³, wenn der
für die Verbrennung des Kokses verbrauchte Sauerstoff in Betracht gezogen wird.
Beim Schmelzen gehen Kupfer in Stein und Schwefel in Gase über ( Smirnov V.I.
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Kupfer und Nickelmetallurgie", Swerdlowsk-Moskau, Metallurgizdat,
1950, S. 199-211, insbesondere S. 200 und S. 252; Artamonov K.I., Lebedev N.I.,
Ergaliev E.E. u.a. , Kupfer schmelzen im Schachtofen mit sauerstoffangereichertem
Wind", Tswetnye Metally" ( Bundmetalle), 1961, Nr. 3, S. 32-39).
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Das Halbpyritschmelzen zeichnet sich gegenüber dem reinen pyritschmelzen
durch niedrigeren Entschwefelungsgrad ( bis 78), niedrigeren Konzentrationsgrad
( etwa 4 bis 5:1) und niedrigen Gehalt an S02 in den Gasen (2 bis 5%) aus, was die
Gewinnung des Schwefels aus ihnen erschwert. Diese Methode erfordert außerdem erhöhten
Verbrauch an teuerem Koks als Wärmequelle. Die Verwendung von sauerstoffangereichtem
Wind ermöglicht eine Senkung des Koksverbrauches um nicht mehr als 30%.
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Das Halbpyritschmelzen verwendet man auch für die Verarbeitung von
sulfidischen Kupfer-Nickelerzen und/oder Konzentraten vom Pyrrhotintyp mit Erreichung
eines Entschwefelungsgrades von bis zu So bis 65%. Bei der Schmelzführung mit diesem
Rohstoff und der Zufuhr von sauerstoffangereichertem Wind sinkt der Koksverbrauch,
aber um nicht mehr als 408 und bleibt auf dem niveau von 5,8% vom Chargengewicht
( Biswas A., Davenport W. Extraktive Metallurgy of
Copper", Oxford,
Pergamon Press, 1976, p. IoQ-109).
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In den dreißiger Jahren dieses Jahrhunderts wurde als Verfahren zur
Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff das sogenannte Kupfer-Schwefel-Schmelzen
(Orkla-Verfahren) entwickelt. Mit dieser Methode verarbeitet man Pyritkupfererze,
die 40 bis 45% Schwefel enthalten. Die~Methode besteht darin, daß das Schmelzen
der aus Erzen und Zus-chlägen zusammengesetzten Charge mit Zusatz eines festen kohlenstoffhaltigen
Materials, z.B. Koks, in einer Menge von 10% vom Chargengewicht im Schachtofen mit
geschlossener Gicht durchgeführt wird. Das Schmelzen vollzieht sich unter Zufuhr
von Wind, dessen Verbrauch bis zu 1000 m3/t Erz bei einem Sauerstoffverbrauch von
ca. 210 m³/t Erz beträgt. Der tatsächliche Sauerstoffverbrauch ist noch niedriger
infolge des Verbrauchs eines Teiles des Sauerstoffs für die Verbrennung jenes Koksteiles,
der im Schmelzprozeß die Rolle des Brennstoffes spielt. Der andere Koksteil verbraucht
sich in der Mittelzone des Ofens für die Reduktion von S02, das bei der Oxidation
von FeS in der unteren Zone des Ofens gebildet ist. Als Ergebnis des Schmelzens
erhält man -Stein, Schlacke, elementaren-Schwefel und schwefelhaltige Gase, aus
denen der elementare Schwefel in Gegenwart eines Katalysators zusätzlich gewonnen
wird ( US-PS 1 860 585).
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Dieses Verfahren gewährleistet eine recht hohe Gewinnung von elementarem
Schwefel aus dem sulfidischen Rohstoff, was einen großen Vorteil dieses Verfahrens
im Vergleich zu anderen Verfahren bedeutet. Jedoch zeichnet sich das Verfahren durch
niedrigen Entschwefelungsgrad ( bis 85% und niedrigen Konzentrationsgrad ( bis 5,5
:1 ) aus. Infolgedessen bekommt man bei der Verarbeitung von z.B. 2,58 Cu enthaltenden
Erzen arme Steine, die 8 bis lo, maximal 14 bis 15% Cu haben. Solche Steine müssen
vor der Konverterbehandlung einer. zusätzlichen Verarbeitung in Konzentrationsschmelzöfen
unteErworfen werden, was die Rohstoffverarbeitungskosten erhöh. Der Prozeß erfordert
die Verwendung von Koks nicht nur als Reduktionsmittel für Schwefel aus Soja, sondern
auch als Brennstoff. Außerdem ist der Prozeß infolge langer Dauer des- Durchganges
der Charge durch den ofen schwer steuerbar. Die der Katalyse unterworfenen schwefelhaltigen
Gase werden in die Atmosphäre ausgeworfen, weil die Gewinnung des Schwefels aus
ihnen schwierig ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vervollkommnung der Verarbeitung
von sulfidischen Rohstoffen in Schachtöfen, die auch eine Kostensenkung der Rohstoffverarbeltung
und eine Erhöhung der Schwefelgewinnung ermöglicht.
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Dics wird bei einem Verfahren zur Verarbeitung von sulfidischen Rohstoffen
im Schachtofen, bei welchem das Schmelzen
der aus Rohstoff und
Zuschlägen zusammengesetzten Charge bei Zufuhr von sauerstoffangereichertem Wind
mit der Erzeugung von Stein, Schlacke, elementarem Schwefel und schwefelhaltigen
Gasen verbunden ist, dadurch erreicht, daß das Schmelzen in einem Schachtofen erfolgt,
der direkt über den Windformen eine o,3 bis 1,5 m hohe Quarzschicht hat, indem eine
gewünschte Menge der durchzuschmelzenden Charge auf 1 m2 des Ofenquerschnitts in
der-Windformebene in der Zeiteinheit beibehalten und eine genügend vollständige
Oxidation des Schwefeleisens, das sich bei Zersetzung von höheren Sulfiden des Rohstoffes
durch den er Sauerstoff des sauerstoffangereichten Windes bildet, mit einem Sauerstoffverbrauch
von 300 bis 400 m3/t sulfidischen Rohstoff autogen durchgeführt wird.
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Dadurch, daß der Prozeß der Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff
autogen durchgeführt wird, d.h. ohne Verwendung von Koks oder einem anderen kohlenstoffhaltigen
Brennstoff, crniedrigen sich die Kosten der Rohstoffverarbeitung bedeuten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erzeugung rcicher Steine
in einer Stufe und die Vergrößerung der Schwcfelgewinnung aus dem Rohstoff. Ein
Vorteil der Erfindung ist auch ihre Anwendbarkeit in bezug auf eine große Zahl von
sulfidischen Rohstoffen, z.B. Kupfer-, Kupfer-Zink-,
Kupfer-Nickelerzen,
stückiggemachten Kupfer-Pyrit-, Pyrrhotinkonzentraten und Zwischenprodukten. Die
Vorteile ergeben sich im einzelnen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung
des Verfahrens.
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Wie schon oben erwähnt, besteht das Verfahren der Verarbeitung von
sulfidischen Rohstoffen darin, daß die aus dem Rohstoff und Zuschlägen zusammengesetzte
Charge im Schachtofen, der eine o,3 bis 1,5 m hohe, direkt über den Windformcn liegende
Quarzschicht hat, geschmolzen wird. Durch die Windformen wird der sauerstoffangereicherte
Wind dem Ofen zugeführt. Der Sauerstoffverbrauch beträgt 300 bis 400 m3/t sulfidischen
Rohstoff.
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Bei der Prüfung des Schmelzprozesses mit Zufuhr von sauerstoffangereichertem
Wind wurde festgestellt, daß dies die Senkung des Verbrauchs an Koks als Brennstoff
möglich macht.
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Jedoch kann ein voller Verzicht auf die Verwendung von Koks als Brennstoff,
wie gefunden wurde, nur bei der Erfüllung bestimmter Bedingungen bezüglich Quarzschichthöhe
und Sauerstoffverbrauch erreicht werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der sulfidische Rohstoff
im Schachtofen mit luf-tdichter Gicht, wie er in der NE-Metallurgie angewandt wird,
verarbeitet. Die aus dem sulfidischen Erz und/oder stückiggemachten sulfidischen
Material
( z.B. Briketts aus dem Konzentrat), sowie.
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Zuschlägen ( Quarz und Kalkstein ) zusammengesetzte Charge wird mit
Hilfe einer Luchtdichtigkeit gewährleistenden Aufgabevorrichtung in den Ofen aufgegeben.
Die Chargenbestandteile müssen stückig, d.h. in Form von Stücken, die vorzugsweise
nicht besonders groß sind ( nicht größer als 100 bis 120 mm ), sein. Für die Sicherung
der notwendigen Gasdurchlässigkeit der Charge im Ofen soll der Gehalt der Kornfraktionen
kleiner 20 mm, nicht mehr als 5 bis 10% betragen. Vorteilhaft ist die Vermischung
der Chargenbestandteile vor der Aufgabe in den Ofen, jedoch können sie auch in einzelnen
Schichten in den Ofen aufgegeben werden.
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Das Schmelzen führt man in einem Schåchtofen durch, der direkt über
den Windformen eine 0,3 bis 1,5 m hohe Quarzschicht hat. Unter dem Begriff " Quarzschicht
11 soll man eine Schicht verstehen, die hauptsächlich aus Quarz sowie einer kleinen
Menge von Kalkstein, Schlacke und Sulfiden besteht. Der Ofen kann durch beliebige
übliche Verfahren in Betrieb gesetzt werden und danach bildet man eine Quarzschicht
in der genannten Höhe beim Übergang des Ofens auf den Betriebszüständ des Schmelzens
durch Aufgeben und Schmelzen einer Charge, die einen Quarzüberschuß im Verglcich
zur errechneten Quarzmenge in der Arbeitscharge enthält. Die gesainte Quarzmenge
für die Bildung der Quarzschicht in der notwendigen Höhe, die beim. Übergang des
Ofens
in den Betriebszustand aufgegeben werden muß, wird aus der Querschnittsfläche des
Ofens und dem Schüttgewicht des Quarzes erre-chnet. Die Quarzschichthöhe muß im
Bereich von o,3 bis 1,5 m liegen. Das ist darauf zurückzuführen, daß der Konzentrationsgrad
bei einer Quarzhöhe unter o,3m niedriger als nötig wird und normale Prozeßführung
bei einer Quarzhöhe über 1,5 m unterbrochen wird.
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Gemäß der. Erfindung führt man das Schmelzen von sulfidischen er Rohstoffen
mit Zufuhr sauerstoffangereichten Windes in den Ofen durch Windformen durch. Der
Windverbrauch beträgt 9oo bis 1200 m3/t sulfidischen Rohstoff, der Sauerstoffverbrauch
ist dabei gleich 300 bis 400 m3/t sulfidischen Rohstoff. Der Sauerstoffgehalt im
Wind beträgt 25 bis 45 %. Bei einem Säuerstoffverbrauch von weniger als 300 m3/t
sulfidischen Rohstoff werden arme Steine gewonnen und bei einer Erhöhung des Sauerstoffverbrauchs
auf über 400 m³/t sulfidischen Rohstoff wird ein Sauerstoffüberschuß gebildet, der
unerwünscht ist, weil er die normale Prozeßführung unterbricht, indem er den infolge
der Dissoziation höherer Sulfide gebildeten elementaren Schwefel in hohen Ofenhorizonten
oxidiert. Dadurch erniedrigt sich die Ausbeute an elementarem Schwefel.
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Dic während des Schmelzens gebildeten flüssigen Produkte werden im
Vorherd in Stein und Schlacke getrennt. Die Ofenabgase gelangen nach der Reinigung
in einen Kondensator für die Gewinnung des elementaren Schwefels. Nach der Abscheidung
des elementagen Schwefels sind die Gase für die Erzeugung
von Schwefelsäure
oder für die zusätzliche Gewinnung von elementarem Schwefel durch Reduktion von
502 geeignet.
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Der Entschwefelungsgrad beim Schmelzen erreicht 95%.
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Die Ausbeute an elementarem Schwefel beim Schmelzen von pyriterzcnerreicht
45%. Mit Hilfe dieses Verfahrens wird ein Konzentrationsgrad von bis zu 30:1 erreicht.
Das bedeutet, daß sogar beim Schmelzen armer Erze ( z.-B. Kupfererze, die 1,5 bis
28 Kupfer enthalten )reicher Stein ( 25 bis 408 Kupfer) gebildet wird, der kein
zusätiiches Schmelzen vor der Konverterbehandlung fordert, d.h. der gebildete Stein
kann für die Weiterverarbeitung-direkt zum Konverter geleitet werden. Die Schlacken,
die bei der Verarbcitung von sulfidischen Rohstoffen durch das erfindungsgemäß Verfahren
gebildet werden, stellen gewöhnlich Haldenschlacken dar. Eine Besonderheit der gebildeten
-Schlacken besteht darin, daß sie praktisch kein oder wenig ( bis 5%) Magnctit enthalten.
Die bei der Verarbeitung von-Kupfer-Zinkrohstoffen gebildeten Schlacken können zur
Zinkgewinnung, z.B. durch Verblasen, verarbeitet werden. Die beim Schmelzen von
Kupfer-Nickelrohstoffen gebildeten Schlacken können z.B.
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im Elektroofen verarmt werden.
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Große Erfolge des Prozesses sind durch Verwendung von sauerstoffangereichertem
Wind mit bestimmtem spezifischen Sauerstoffvcrbrauch in den angegebenen Bereichen
möglich geworden.
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Eine Quarzschicht in der genannten Höhe beugt dabei einer
überhöhten
Vergrößerung der Schmelz leistung vor und trägt damit mehr zur Erhöhung des Konzentrationsgrades
als zur Intensivierung der Schwefeleisenoxidation durch den Sauerstoff des Windes
in Gegenwart des Quarzes bei.
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Nach der Erfindung kann man entstandene Störungen im Schmelzprozeß
durch Regulierung des in gezeigten Bereichen gehaltenen Sauerstoffverbrauchs leicht
beseitigen.
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Eine Variante der Erfindung ist die Durchführung des Verfahrens für
den Fall, daß ein Reduktionsmittel, z.B. Naturgai3, Koks, Schweröl oder ein anderes
geeignetes Rcduktionsmittcl, in den Schachtofen zwecks der Erhöhung der Ausbeute
an elementarem Schwefel aufgegeben wird. In der Reduktionszone des Ofens vollzieht
sich die Reduktion von S02, das in er Oxidationszone bei der Oxidation des Schwefeleisens
auf der Quarzschicht gebildet wird, bis zu elementarem Schwefel. Es wurde befunden,
daß Sauerstoff in der Zone, in die das Rcduktionsmittcl aufgegeben wird, dann praktisch
fehlt, weil er schon in der Oxidationszone verbraucht ist.
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Im Falle der Verwendung von Naturgas als Reduktionsmittel beträgt
dessen spezifischer Verbrauch 60 bis 70 m3/t sulfidischen Rohstoff bei einer Zufuhrgeschwindigkeit
in den Ofen von 36 bis 73 m/sec. Das Gas wird durch über den Windformen l cn(3e
Verteilerdüsen der Zone zugeführt, wo Sauerstoff in den Gasen aszpraktisch fehlt,
weil er vollständig mit dem
Schwefeleisen reagiert hat. Infolgedessen
erfolgt keine Verbrennung des Naturgases im Ofen und es bleibt der autogene Charakter
des Prozesses aufrechterhalten. Die genannten Bereiche der Geschwindigkeit der Gaszufuhr
sind darauf zurückzuführen, daß die Ausbeute an elementarem Schwefel bei einer Geschwindigkeit
der Gaszufuhr in den Ofen von weniger als 36 misec. infolge ungleichmäßiger Gasverteilung
im Ofen etwas sinkt. -Be-i seiner Geschwindigkeit von mehr als 73 m/sec verringert
sich die Ausbeute an elemcntarem Schwefel auch infolge des Durchbruches von Naturgas,
das noch nicht reagiert hat. Die Ausbeute an elementarem Scl1wufel beim Schmelzen
von Pyritrohstoff-beträgt 57 bis 59% im Fall der Verwendung von Naturgas.
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Bei der Verwendung von-Koks als Reduktionsmittel, vorteilhaft in Fraktionen
kleiner 25 bis 1p mm, beträgt dessen Vcrbrauch 6 bis 78 vom Chargengewicht. Der
Koks wird in den Ofen zusammen mit der Charge aufgegeben. In diesem Fall ist der
Prozeß auch autogen, weil die Koksmenge nur der für die lleduktlon des 502 stöchiometrisch
notwendigen:Menge entspricht. Die Gewinnung von elementarem Schwefel beim Schmelzen
von Pyritrohstoff beträgt 65 bis 67%.
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Mit iiilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können verschiedene Arten
von sulfidischen Rohstoffen, z.B. Pyritkupfererze, Kupfer-Nickelpyrrhotinerze, stückiggemachte
Kupfer-Pyrit-und Pyrrhotinkonzentrate, Kupfer-Zinkerze und Zwischenprodukte
verarbeitet
werden. Die bekannten Verfahren des Schachtschsclzens sind aber nicht ür alle Arten
von sulfidischen ltollstoffen anwendbar. Frze, die mehr als 3% Zink enthalten, können
nicht durch das Kupfcr-Schwofel-Schmelzen verarbeitet werden.. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann man außerdem arme, edelmetailhaltige Pyritrohstoffe, z.B. Pyritkonzentrate
verarbeiten. Dabei ist eine recht hohe Extraktion von Metallen-in den Stein gesichert.
Heute verwendet man arme Pyritrohstoffe für die Erzeugung von Schwefelsäure.
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Dabei blciben die Edelmetallc in den Pyritabbränden, aus denen sie
infolge hoher Verarbeitungskosten meistens nicht zurückgewonnen werden.
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Bei einem Vergleich der Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Schmelzen von sulfidischen Rohstoffen mit den Ergebnissen bei Anwendung der
bekannten Verfahren des Kupfer-Schwefel-Schmelzens, die auch Extraktion des Metalls
in den Stein und Gewinnung von elementarem Schwefel vorsehen, kann man sehen, daß
- das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich vorteilhaft ist, weil es folgende
Vorteile besitzt.
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Der Prozeß vollzieht sich autogen, d.h. ohne Verwendung von kohlenstoffhaltigem
Brennstoff. Das ermöglicht die Einsparung von'nicht weniger als 25 bis 30 kg Koks
bei der Verarbeitung von einer Tonne sulfidischen Rohstoff. Das Verfahren ermöglicht
die Erzeugung recht reicher Steine ( 2 bis 402 Kupfer), die direkt auf den Konverterbetrieb
(Jele itet werden, aus armen Erzen ( die z.B. 1,5 bis 2,0a Kupfer cnt}1alten), wodurch
man auf ein Konzentrationsschmelzen
verzichten kann. Dic Gesamtausbeute
von Schwefel aus, dem PyritroIstoff beträgt nach dem crfindungsgemSßcn Verfahren
85 bis 90% und mehr, aus Pyrrhotinrohstoff 70 bis 758 und mehr. Dabei wird ein großer
Teil des Schwefels als elementarer Schwefel gewonnen und die Gase, aus denen dar
Schwefel entfernt ist, enthalten 8 bis 25% S02 und können für die Erzeugung von
Schwefelsäure ausgenutzt werden, was Auswürfe an schwefelhaltigen Gasen in die Atmosphäre
praktisch auszuschließen ermöglicht. Dadurch trägt die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zusätzlich zu den. obengenannten Vortcilen auch zum Umweltschutz bei.
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Aus dem Obenstehenden folgt, daß die Erfindung -eine. bedeutende Kostensenkung
bei der Verarbeitung von sulfidischen Rohstoffen durch Entfall von Brennstoffkosten
und der Notwendigkeit eines Konzentrationsschmelzens ermöglicht, eine hohe Schwefelgewinnung
aus den sulfidischen Rohstoffen gewährleistet und schädliche Auswürfe in die Atmosphäre
vermcidet.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden konkrete Beispiele der
Durchführung des Verfahrens angeführt.
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BeisPiel 1 Das Chargenschmelzen erfolgt in einem Schachtofen mit luftdichter
Gicht und einer Durchsatzleistung von 70 bis loo t/Tag, der eine o,45 bis o,55 m
hohe, direkt über den Windformen liegende Quarzschicht besitzt. Die Chargenzusammensetzung
ist wie folgt (8): 65,8 Pyritkupfererz ( mit Gehalt 1,93% Kupfer, 41,5% Eisen und
46,1% Schwefel), 23,7 Quarz und 10,5 Kalkstein. Die Quarzschicht bildet man beim
Übergang des Ofens in den Betricbszustand durch Aufgeben einer Charge mit einem
im Vergleich zum errechneten Quarzgehalt erhöhten Quarzgehalt. Das Schmelzen führt
man bei Zufuhr von bis auf 28t sauerstoffangereichertem Wind durch. Der Windverbrauch
beträgt ca. 11oo m3/t Erz, der Sauerstoffverbrauch beläuft sich dabei auf ca. 300
m /t. Die flüssigen Schmelzprodukte werden im Vorherd in Stein und Schlacke getrennt.
Die schwefelhaltigen Abgase mit einer Temperatur von 380 bis 44° C gelangen nach
der Reinigung von Staub in einen Kondensator für die Ausscheidung von elementarem
Schwefel.
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Dic Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt 41,78. Der Entschwefelungsgrad
beim Schmelzen beträgt 90,58. Nach der Kondensation des Schwefels enthalten die
Gase in Prozent: 22,4 S02, o,15 H2S, o,16 COS, 5,0 C02, o,2 CO, °t9 02 und Rest
Stickstoff. Diese Gas können zur Erzeugung von Schwefel-Säure oder für die zusätzliche
Gewinnung von elementarem Schwefel durch Reduktion verwendet werden. Der Konzentrationsgrad
beim
Schmelzen beträgt 11,8:1. Die -gebildeten Steine enthalten 22,8%' Kupfer. Direkt
aus diesen Steinen wird Kupfer durch Konverterbehandlung gewonnen. Die gebildeten
Schlacken enthalten o,24% Kupfer und sind Haldenschlacken.
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Der Kieselerde-, Eisen- und Kalziumoxidgehalt in den Schlacken beträgt
in Prozent: 35 bis 40, 3-4. bis .3-9 bzw. 6,9, wobei i4agnetit- in den Schlacken
praktisch fehlt.
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Beispiel 2 Den Schmelzprozeß mit einer Chargenzusammensetzung, wie
in Beispiel 1, führt man in-einem Schachtofen, wie im Beispiel 1 beschrieben, durch,
jedoch mit dem Unterschied, daß die Quarzschichthöhe 1,o bis 1,2 m und der. Verbrauch
an bis auf 33% sauerstoffangereicherten Windes 1 20Q m3/t Erz und damit der Sauerstoffverbrauch
ca. 400 m /t Erz betragen. Beim Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten.
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Der Entschwefelungsgrad beträgt 95. Die Ausbeute an elementarem Schwefel
beträgt ca. 43,5 %. Die Gaszusammensetzung ist wic folgt in Prozent: 23,3 S02, o,21
H2S, o,23 COS, 5,5 C02, o,17 CO, o,8 02 und Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad
beim Schmelzen beträgt 30,-1:1. Die gebildeten Steine enthalten 58,1% Kupfer. Die
gebildeten Schlacken enthalten o,6% Kupfer, was die übrigen Bestandteile anbetrifft,
so ist die Schlackenzusammensetzung analog der im Beispiel 1 erwähnten.
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Dieses Beispiel illustriert die großen Möglichkeiten des Prozesses
in der Erreichung von hohen Konzentrationsgraden.
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Beispiel 3 Den Schmelzprozeß mit einer Chrgenzusammensetzung wie im
Beispiel 1 führt man in einem Schachtofen, wie im Beispiel 1 beschrieben ist,- durch,
jedoch mit dem Unterschied, daß die Quarzschichthöhe 0,6 bis o,7 m, der Verbrauch
an bis auf 30% sauerstoffangereichertem Wind 1200 m3/t Erz und damit der Sauerstoffverbrauch
ca. 360 m3/t Erz betragen.
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Zur Vergrößerung der Ausbeute an elementarem Schwefel führt man das
Sclanlelzen unter Zufuhr von Naturgas in den Ofen durch, um S02 zu reduzieren, das
sich während des Schmelzens bildet.
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Das Gas wird in den Ofen durch Düsen eingeführt, die o,6 m über den
Windformen liegen, in einer Zone, wo Sauerstoff in den Gasen praktisch fehlt. Die
Geschwindigkeit der Gaszufuhr beträgt 45 m/sec bei einem Verbrauch von ca. 63 m3/t
Erz. Beim Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten. Der En-schwefelungsgrad
beträgt- 92,88. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt 57,7%. Die Gaszusammensetzung-ist
wie folgt in Prozent: 11,6 S02, 1,33 H2S, 1,4 COS, 9,5 CO2, 1,6 CO, 1,o 02, o,76
H2, o,97 CH4,, Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen beträgt 15,6:1.
Die gebI1detnSteine enthalten 30,1% Kupfer. Die gebildeten Schlacken crlthalten
o,33% Kupfer. Was die übrigen Bestandteile anbetrifft,
so ist die
Schlackenzusammensetzung analog der im Beispiel 1.
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Beispiel -4 Den Schmelzprozeß führt man in einem Schachtofen, wie
im Beispiel 3 beschrieben, durch, jedoch mit dem Unterschied, daß man für die Vergrößerung
der Ausbeute an elementarem Schwefel anstatt des Naturgases Koks verwendet, der
der Charge in einer Menge von 6,5% vom Chargengewicht zugesetzt wird. Beim Schmelzen
werden folgende Ergebnisse erhalten. Der Entschwefelungsgrad beträgt 92,5%. Die
Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt -65,9%. Die Gaszüsammensetzung ist wie
folgt in Prozent : 8,9 S02, o,31'H2S, 2,2 COS, 13,3 CO2, 1,79 CO, o,8 02, Rest Stickstoff
Der'Konzentrationsgrad beim Schmelzen beträgt 15,4:1. Die gebildeten Steine enthalten
29,7% Kupfer. nie gebildeten Schlacken enthalten o,31% Kupfer. Was die übrigen Bestandteile
anbetrifft, so.
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ist die Schlackenzusammensetiung analog der-im Beispiel 1.
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Beispiel 5 Das Schmelzen führt man in einem Schachtofen mit einer
Durchsatzleistung wie im Beispiel 1 durch. Ausgangsmaterial ist ein Kupfcr-Zink-Pyriterz,
das 3,55% Kupfer, % Zink, 34,5t eisen und 43,7% Schwefel enthält. In den Ofen, der
eine o,3 bis o,35 m hohe Quarzschicht hat, wird eine Charge aufgegeben, die folgende
Zusammensetzung in Prozent hat:
71,4 Kupfer-Zinkerz, 18,6 Quarz
und lo Kalkstein. Den Schmelzprozeß führt man unter Zufuhr von bis auf 32% sauerstoffangereichertem
Wind durch. Der Windverbrauch beträgt 96o m3/t Erz, der Sauerstoffverbrauch ist
damit ca.
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3 300 m /t Erz. Folgende Ergebnisse werden erhalten. Die Ausbeute
an- elementarem Schwefel beträgt ca. 40%. Die Gaszusammensetzung ist wie folgt in
Prozent: 25,2 SO2, o,l ii2S, o,1 COS, 6,1 C02, o,14 COt °#7 021 Rest Stickstoff.
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Der Konzentrationsgrad bezüglich des Kupfers beträgt beim Schmelzen
6,8:1. Die gebildeten Steine enthalten 24,1 % Kupfer und 3,5% Zink. Die gebildeten
Schlacken, die-o,28% Kupfer und 5,5% Zink enthalten, kann man zur Gewinnung des
zinks weiterverarbeiten. Was die übrigen Bestandteile anbetrifft, so ist die Schlackenzusammensetzung
analog der im Beispiel 1.
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Dieses Beispiel illustriert das Schmelzen von Kupfer-Zinkerzen mit
guten Ergebnissen. Diese Verarbeitung ist ein zustäzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens, weil solche Erze-wegen des hohen Zinkgehaltes durch das bekannte Kupfer-Schwefel-Schmelzen
bisher nicht verarbeitet werden konnten.
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Beispiel 6 Das Schmelzen führt man in einem Schachtofen mit einer
Durchsatzleistung wie im Beispiel 1 durch. Ausgangsmaterial ist
armes
Pyriterz, das o,-59% Kupfer, 45,4% Eisen, 50,3% Schwefel, 1,3 g/t Gold und 6,3 g/t
Silber enthält. In den Ofen mit o,65 bis o,75 m hoher Quarzschicht wird die Charge
aufgegeben, die aus 65,6% des genannten Erzes, 24,38 Quarz und 10,18 Kalkstein besteht.Den
Schmelzprozeß führt man unter Zufuhr von bis auf 30 bis 32% sauerstoffangereichertem
Wind durch. Der Windverbrauch beträgt dabei 330 bis 350 m3/t Erz.
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Beim Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten. Der Entschwcfelungsgrad
beträgt ca. 93%. Die Ausbeute an elementarem Schwefel ist ca. 45%. Die Gazusammensetzung
ist wie-folgt in Prozent: 23,6 S02, o,11 H2S, o-,23 COS, 6,8 C02, ö-,27 CO, o,6
°2' Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen beträgt 14,2:1. Die gebildeten
Steine enthalten 8,4% Kupfer, 12 g/t Gold und 75 g/t Silber. Die Extraktion von
Kupfer, Gold und Silber in den Steinen-beträgt 68,5, 79,6 bzw. 85,7; Die gebildeten
Schlacken enthalten weniger als o,2% Kupfer.
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Dieses Beispiel illustriert die Verarbeitung eines armen edelmetallhaltigen
Pyritrohstoffes. Entsprechend können auch stückiggemachte ( z.B. brikettierte oder
pelletisierte) pyritkonzentrate verarbeitet werden.
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Beispiel 7 z>as Schmelzen führt man in einem Schachtofen mit einer'Durchsatzleistung
wie im Beispiel 1 durch. Ausgangsmaterial ist ein Kupferkonzentrat, das 16,3% Kupfer,
6,2% Zink, 33,9% Eisen
und 36,8 % Schwefel enthält. Vor dem Schmelzen
wird das Kupferkonzentrat stückig gemacht. z.B. durch ein Brikettierungsverfahren,
z.B. auf einer Walzenpresse mit Verwendung von Lignosulfonaten ( Abfällen der Zellulosepapierherstellung)
als Bindemittel. In den Ofen mit einer o,9 bis 1,1 m hohen Quarzschicht wird eine
Charge, die aus 66,4% Kupferkonzentratbriketts, 24,7% Quarz und 8,9% Kalkstein besteht,
aufgegeben. Den Schmelzprozeß führt man mit bis auf 34% sauerstoffangereichertem
Wind durch. Der Windverbrauch beträgt 9oo m3/t Briketts, der Saucrstoffvcrbrauch
ist dabei 300 m³/t Briketts.
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Folgende Ergebnisse wurden erhalten. Der Entschwc-felungsgrad beim
Schmelzen betrugt 80,28. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt 24,7%. Die-
Gaszusammensetzung ist wie folgt in Prozent: 16,9 S02, o,13 H2S, o,18 COS, 4,4 CO2,
o,15 CO, o,8 0, Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad beim schmelzen ist 3,7:1.
Die gebildeten Steine enthalten 60,3% Kupfer und 1,5% Zink . Die gebildeten Schlacken,
die o,6% Kupfer und 5,9% Zink enthalten, können zur Gewinnung von Zink sowie zusätzlicher
Gewinnung von Kupfer weterverarbeitet werden. Was die übrigen Bestandteile anbetrifft,
äß ist die Schlackenzusammensetzung analog der im Beispiel 1.
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Beispiel 8 Das Schmelzen führt man mit einer Durchsatzleistung wie
im Beispiel 1 durch. Als sulfidischer Rohstoff dienen Brketts aus Kupferkonzentrat,
wie im Beispiel 7. In den Ofen, der
eine 1,3 bis 1,5 m hohe Quarzschicht
aufweist, wird eine Charge folgender Zusammensetzung.in Prozent: 63,9 Briketts,
26,5 Quarz und 9,6 Kalkstein aufgegeben. Den Schmelzprozeß führt man mit Zufuhr
von bis auf 35% sauerstoffangereichertem Wind durch. Der Windvcrbrauch beträgt 950
m3/Ü Briketts, der Sauerstoffverbrauch ist dabei ca. 33o m3'/t Briketts.
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Beim Schmelzen wurden folgende Ergebnisse erhalten. Der Entschwefelungsgrad
beträgt 86,4%. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt 25,2%. Die Gaszusammensetzung
ist wie folgt in Prozent: 17,8 S02, o,15 H2S, o,17 COS, 4,5 C02, o,18 CO, °,7 02,
Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen ist 4,9:1. Der gebildete
Stein ( Weißmatt enthält 79,5% Kupfer und o,38 Zink. Die gebildeten Schlacken enthalten
o,8% Kupfer und 5,6% Zink.Was die, übrigen Bestandteile anbetrifft, so ist die Schlackenzusammensetzung
analog der im Beispiel 1. Die gebildeten Schlacken können zur Gewinnung von Zink
sowie zusätzlicher Gewinnung von Kupfer weiterverarbeitet werden.
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Beispiel 9 Das Schmelzen führt man in einem Schachtofen mit einer
Durchsatzleistung wie im Beispiel 1 durch. Ausgangsmaterial ist ein Kupfer-Nickelerz
der Pyrrhotinart, das 4,68 Kupfer, 4,3% Nickel, 50% Eisen und 30,3% Schwefel enthält.
In den Ofen mit einer 1,1 bis 1,3 m hohen Quarzschicht wird eine Charge aufgegeben,
die aus 67,5% des genannten Erzes, 24,3%
Quarz und 8,2% Kalkstein
besteht. Den Schmelzprozeß führt man mit Zufuhr von bis auf 30 bis 32% sauerstoffangereichertem
Wi:ddurch. Der durch. Der Windverbrauchbeträgt 1000 m³/t Erz, der Sauerstoffverbrauch
ist dabei 300 bis 320 m3/t Erz. Beim Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten.
Der Entschwefelungsgrad beim Schmelzen beträgt 80,6%. Die Ausbeute an elementarem
Schwefel ist ca 11%. Die Gaszusammensetzung ist wie folgt in Prozent: 16 SO2, o,1
H2S, o,1 COS, 5,1 C02, o,1 CO und 0,5 02. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen
ist bezüglich der Summe von Metallen 4,7:1. Die gebildeten Steine enthalten 24,4%
Kupfer und 17,8% Nickel. Die gebildeten Schlacken enthalten o,288 Kupfer und o,28%
Nickel.
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was die übrigen Bestandteile anbetrifft, so ist die Schlackenzusammensetzung
analog der im Beispiel 1 mit Ausnahme von Magnetit, dessen Gehalt in der Schlacke
4 bis 5% beträgt. Es ist eine Verarmung der gebildeten Schlacken besonders in bezug
atf Nickel möglich. So vermindert sich z.B. als Ergebnis einer reduzierend-sulfidierenden
Verarmung der gebildeten Schlacken im Elektroofen der Kupfergehalt in den Schlacken
bis auf o,17% und der Nickelgehalt bis auf o,1% und weniger.
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Dabei vollzieht sich der Verarmungsprozeß bedeutend schneller als
bei der Schlackenverarmung von anderen Autogenprozessen wegen des niedrigeren Megnetitgehaltes
( bis 5% ) in den gebildeten Schlacken.
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Nach Beispiel 2 bis 9 können die gebildeten Steine für die nachfolgende
Verarbeitung direkt der Konverterbehandlung unterworfen werden.
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Zum Vergleich werden Ergebnisse der Verarbeitung von Pyritkupfererzen
mit Hilfe des Kupfer-Schwefel-Schmelzens gemäß US-PS 1 860 58.5 angeführt. Die Charge
besteht aus 80,8% Erz das 2,66% Kupfer, 38,5% Eisen und 42,64% Schwefel hat ), 11,5%
Quarz, 2,7% Sandstein und 5%-Retourschlacke. Das Schmelzen der genannten Charge
mit Zusatz von 10% Koks vom Chargengewicht führt man in einem Schachtof-en mit luftdichter
Gicht und mit Zufuhr von Wind, dessen Verbrauch 3 950 m /t Erz'beträgt, durch. Beim
Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten. Der Entschwefelungsgrad beträgt 85,18s.
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Der Konzentrationsgrad ist 5,5:1. Die gebildeten Steine enthalten
14,6% Kupfer und werden in einem gleichartigen Schachtofen mit geschlossener Gicht
zur Erzeugung von 40 bis d 508 Kupfer enthaltenen Steinen weiterverarbeitet, die
der Konverterbehandlung unterzogen werden. Der Kupfergehalt in den Schlacken, die
beim Schmelzen des Erzes gebildet werden, beträgt o,4z. Ein Teil des Kokses, der
in den Ofen aufgegeben wird, wird für die Reduktion des S02 verbraucht, ge der andere
Teil des Kokses langt bis zum Unterteil des Ofens und nimmt hier den Sauerstoff
des Windes auf, d.h.
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er dient als Brennstoff.-