DE3009934C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der NE-Metallurgie, insbesondere auf Verfahren zur Verarbeitung von sulfidischen Rohstoffen.

Die Verarbeitung dient zur Gewinnung von Metallen und Schwefel aus sulfidischen Rohstoffen, z. B. Kupfer-, Kupfer-Zink-, Kupfer-Nickelerzen, Konzentraten und Zwischenprodukten der Erzaufbereitung.

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-Feinstein 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. 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.

Das Schmelzen in Schachtöfen führt man mit einer Rohstoff und Zuschläge enthaltenden Charge unter Verwendung kohlenstoffhaltiger Materialien (hauptsächlich Koks) als Brennstoff und unter Zufuhr sauerstoffhaltigen Windes durch.

Alle bekannten Verfahren zur Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff in Schachtöfen erfordern die Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes.

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.

Eine ausführliche Diskussion der bekannten Verfahren des reinen Pyritschmelzens, des Halbpyritschmelzens und des Kupfer-Schwefel-Schmelzens erübrigt sich wohl an dieser Stelle; es kann hier auf die einschlägige Literatur verwiesen werden (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; Sticht R. S. "Über das Wesen des Pyrit-Schmelzverfahrens", Metallurgie, 1906, Nr. 9, S. 269; Artamonov K. I., Lebedev N. I., Ergaliev E. E. u. a., "Kupferschmelzen im Schachtofen mit sauerstoffangereichertem Wind", "Tswetnye Metally" (Bundmetalle), 1961, Nr. 3, S. 32-39; Biswas A., Davenport W. "Extractive Metallurgy of Copper", Oxford, Pergamon Press, 1976, p. 100-109).

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 Zuschlägen 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 Teils des Sauerstoffs für die Verbrennung jenes Koksteils, der im Schmelzprozeß die Rolle des Brennstoffs spielt. Der andere Koksteil verbraucht sich in der Mittelzone des Ofens für die Reduktion von SO₂, das bei der Oxydation 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 18 60 585).

Dieses Verfahren gewährleistet eine recht hohe Gewinnung von elementarem Schwefel aus dem sulfidischen Rohstoff, was einen großen Vorteil dieses Verfahrens 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. 2,5% Cu enthaltenden Erzen arme Steine, die 8 bis 10, maximal 14 bis 15% Cu haben. Solche Steine müssen vor der Konverterbehandlung einer zusätzlichen Verarbeitung in Konzentrationsschmelzöfen unterworfen werden, was die Rohstoffverarbeitungskosten erhöht. Dies erfordert die Verwendung von Koks nicht nur als Reduktionsmittel für Schwefel aus SO₂, sondern auch als Brennstoff. Außerdem ist das Verfahren 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.

In der AT-PS 9 947 wird ein Verfahren zur Verarbeitung von schwefel-, arsen- und antimonhaltigen Kupfererzen, sowie von Fahlerzen ohne jedweden Brennstoffzusatz, durch Einführung von Preßluft in die niedergehende Beschickung, beschrieben, aus welcher hauptsächlich der Schwefel als Brennstoff benützt wird, wobei in den in einem Schachtofen während des Schmelzens erzeugten Kupferstein bzw. in die gebildete Speise die Preßluft ohne Unterbrechung eingeleitet und sowohl die Erzchargen kontinuierlich zugeführt als auch die gebildete Schlacke und das Metall kontinuierlich abgelassen werden, um durch die ununterbrochene Oxydation des Schwefels bzw. Arsens, Antimons und Eisens stets soviel Wärme zu erzeugen, daß das Schmelzen ohne irgendwelchen weiteren Brennstoffzusatz kontinuierlich unterhalten werden kann. Dieses Verfahren kann jedoch mit Pyrit allein, ohne Zusatz von Koks, nicht durchgeführt werden (Metallurgie, Nr. 9, 1906, S. 269), da es eine Regulierung der Menge von in einer Zeiteinheit geschmolzenem Erz nicht gewährleistet.

In der US-PS 17 41 551 wird ein Verfahren zur Herstellung von elementarem Schwefel beschrieben, wobei ein Schwefeldioxid enthaltendes Gas mit einem reduzierenden Gas bei einer Temperatur oberhalb derjenigen, bei der elementarer Schwefel ausgeschieden wird, d. h. über 300° C, zu behandeln ist.

In der DE-PS 2 51 968 wird ein Verfahren zum Schmelzen sulfidischer Erze im Schachtofen beschrieben, wobei die Erze im Schachtofen der Einwirkung eines auf ein oder mehrere Atmosphären gepreßten Windstromes ausgesetzt werden.

Schließlich gehört zum Stand der Technik auch "Metall", 1968, Seite 677 bis 680, ein Aufsatz, der über den Schachtofen- und Konverterbetrieb bei Falconbridge Nickel Mines Ltd., Kanada, berichtet, wobei ein Schachtofen mit Vorherd verwendet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der Verarbeitung von sulfidischen Rohstoffen in Schachtöfen, die auch eine Kostensenkung der Rohstoffverarbeitung und eine Erhöhung der Schwefelgewinnung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. In den Unteransprüchen 2-4 sind Ausbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 angegeben.

Erfindungsgemäß wird durch das Vorhandensein der Quarzschicht ein quasi katalytischer Effekt erzielt, da das bei der Oxydation von Sulfiden entstehende Eisenmonoxid sich in ständigem Kontakt mit dem Quarz befindet, dessen reaktive Oberfläche sich ständig beim Ausscheiden des Reaktionsproduktes wieder reaktiviert, wodurch die Möglichkeit einer starken Überoxydation von Eisen in dem sauerstoffhaltigen Wind verhindert wird. Die erfindungsgemäß vorgesehene Quarzschicht ermöglicht so die Steuerung des Verfahrens, bei der der Schwefel nicht nur die erforderliche Wärme liefert, sondern zu über 40% bei einem Entschwefelungsprozentsatz von über 90% als elementarer Schwefel ausfällt, d. h. in der nichtoxydierten Stufe.

Dadurch, daß der Prozeß der Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff autogen durchgeführt wird, d. h. ohne Verwendung von Koks oder einem anderen kohlenstoffhaltigen Brennstoff, erniedrigen sich die Kosten der Rohstoffverarbeitung bedeutend.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erzeugung reicher Steine in einer Stufe und die Vergrößerung der Schwefelgewinnung aus dem Rohstoff. Ein Vorteil der Erfindung ist auch ihre vielseitige 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.

Bei der Prüfung des Schmelzprozesses mit Zufuhr von sauerstoffangereichertem Wind wurde festgestellt, daß dies die Senkung des Verbrauchs an Koks als Brennstoff möglich macht. Jedoch kann ein voller Verzicht auf die Verwendung von Koks als Brennstoff, wie gefunden wurde, nur bei der Erfüllung bestimmter Bedingungen berzüglich Quarzschichthöhe und Sauerstoffverbrauch erreicht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der sulfidische Rohstoff im Schachtofen mit luftdichter 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 Zuschlägen (Quarz und Kalkstein) zusammengesetzte Charge wird mit Hilfe einer Luftdichtigkeit 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 als 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.

Das Schmelzen führt man in einem Schachtofen durch, der direkt über den Windformen, eine 0,3 bis 1,5 m hohe Quarzschicht hat. Unter dem Begriff "Quarzschicht" 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. Danach bildet man eine Quarzschicht in der genannten Höhe beim Übergang des Ofens auf den Betriebszustand des Schmelzens durch Aufgeben und Schmelzen einer Charge, die einen Quarzüberschuß im Vergleich zur errechneten Quarzmenge in der Arbeitscharge enthält. Die gesamte 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 errechnet. Die Quarzschichthöhe muß im Bereich von 0,3 bis 1,5 m liegen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Konzentrationsgrad bei einer Quarzhöhe unter 0,3 m niedriger als nötig wird und eine normale Prozeßführung bei einer Quarzhöhe über 1,5 m schwierig wird.

Gemäß der Erfindung führt man das Schmelzen von sulfidischen Rohstoffen mit Zufuhr sauerstoffangereicherten Windes in den Ofen durch Windformen durch. Der Windverbrauch beträgt 900 bis 1200 m³/t sulfidischen Rohstoff, der Sauerstoffverbrauch ist dabei gleich 300 bis 400 m³/t sulfidischen Rohstoffs. Der Sauerstoffgehalt im Wind beträgt 25 bis 45%. Bei einem Sauerstoffverbrauch von weniger als 300 m³/t sulfidischen Rohstoffs werden arme Steine gewonnen und bei einer Erhöhung des Sauerstoffverbrauchs auf über 400 m³/t sulfidischen Rohstoffs wird ein Sauestoffüberschuß gebildet, der unerwünscht ist, weil er die normale Prozeßführung unterbricht, indem er den infolge der Dissoziation höherer Sulfide gebildeten elementaren Schwefel in hohen Ofenhorizonten oxydiert. Dadurch erniedrigt sich die Ausbeute an elementarem Schwefel.

Die 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 elementaren Schwefels sind die Gase für die Erzeugung von Schwefelsäure oder für die zusätzliche Gewinnung von elementarem Schwefel durch Reduktion von SO₂ geeignet. Der Entschwefelungsgrad beim Schmelzen erreicht 95%. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beim Schmelzen von Pyriterzen erreicht 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 2% Kupfer enthalten) reicher Stein (25 bis 40% Kupfer) erhalten wird, der kein zusätzliches Schmelzen vor der Konverterbehandlung erfordert, d. h. der gebildete Stein kann für die Weiterverarbeitung direkt zum Konverter geleitet werden. Die Schlacken, die bei der Verarbeitung von sulfidischen Rohstoffen durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildet werden, stellen gewöhnlich Haldenschlacken dar. Eine Besonderheit der gebildeten Schlacken besteht darin, daß sie praktisch kein oder wenig (bis 5%) Magnetit 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. im Elektroofen verarmt werden.

Große Erfolge des erfindungsgemäßen Prozesses sind durch Verwendung von sauerstoffangereichertem Wind mit bestimmtem spezifischem Sauerstoffverbrauch in den angegebenen Bereichen möglich geworden. Eine Quarzschicht in der genannten Höhe beugt dabei einer überhöhten Vergrößerung der Schmelzleistung vor und trägt damit mehr zur Erhöhung des Konzentrationsgrades als zur Intensivierung der Schwefeleisenoxydation durch den Sauerstoff des Windes in Gegenwart des Quarzes bei.

Bei der Erfindung kann man entstandene Störungen im Schmelzprozeß durch Regulierung des in gezeigten Bereichen gehaltenen Sauerstoffverbrauchs leicht beseitigen.

Eine Variante der Erfindung ist die Durchführung des Verfahrens für den Fall, daß ein Reduktionsmittel, z. B. Naturgas, Koks, Schweröl oder ein anderes geeignetes Reduktionsmittel, in den Schachtofen zwecks der Erhöhung der Ausbeute an elementarem Schwefel aufgegeben wird. In der Reduktionszone des Ofens vollzieht sich die Reduktion von SO₂, das in der Oxydationszone bei der Oxydation des Schwefeleisens auf der Quarzschicht gebildet wird, bis zu elementarem Schwefel. Es wurde festgestellt, daß Sauerstoff in der Zone, in die das Reduktionsmittel aufgegeben wird, dann praktisch fehlt, weil er schon in der Oxydationszone verbraucht ist. Im Falle der Verwendung von Naturgas als Reduktionsmittel beträgt dessen spezifischer Verbrauch 60 bis 70 m³/t sulfidischen Rohstoffs bei einer Zufuhrgeschwindigkeit in den Ofen von 36 bis 73 m/sec. Das Gas wird durch über den Windformen liegende Verteilerdüsen der Zone zugeführt, wo Sauerstoff in den Gasen praktisch 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 m/sec infolge ungleichmäßiger Gasverteilung im Ofen etwas sinkt. Bei einer Geschwindigkeit von mehr als 73 m/sec verringert sich die Ausbeute an elementarem Schwefel auch infolge des Durchbruches von Naturgas, das noch nicht reagiert hat. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beim Schmelzen von Pyritrohstoff beträgt 57 bis 59% im Fall der Verwendung von Naturgas.

Bei der Verwendung von Koks als Reduktionsmittel, vorteilhaft in Fraktionen kleiner als 25 bis 10 mm, beträgt dessen Verbrauch 6 bis 7% vom Chargengewicht. Der Koks wird in den Ofen zusammen mit der Charge aufgegeben. In diesem Fall verläuft der Prozeß weiter autogen, weil die Koksmenge nur der für die Reduktion des SO₂ stöchiometrisch notwendigen Menge entspricht. Die Gewinnung von elementarem Schwefel beim Schmelzen von Pyritrohstoff beträgt 65 bis 67%.

Mit Hilfe 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 Schachtschmelzens sind aber nicht für alle Arten von sulfidischen Rohstoffen anwendbar. Erze, die mehr als 3% Zink enthalten, können nicht durch das Kupfer-Schwefel-Schmelzen verarbeitet werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man außerdem arme edelmetallhaltige 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. Dabei bleiben die Edelmetalle in den Pyritabbränden, aus denen sie infolge hoher Verarbeitungskosten meistens nicht zurückgenommen werden.

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 die 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:

Der Prozeß verläuft 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 sulfidischem Rohstoff.

Das Verfahren ermöglicht die Erzeugung recht reicher Steine (25 bis 40% Kupfer), die direkt auf den Konverterbetrieb geleitet werden, aus armen Erzen (die z. B. 1,5 bis 2,0% Kupfer enthalten), wodurch man auf ein Konzentrationsschmelzen verzichten kann.

Die Gesamtausbeute von Schwefel aus dem Pyritrohstoff beträgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 85 bis 90% und mehr, aus Pyrrhotinrohstoff 70 bis 75% und mehr. Dabei wird ein großer Teil des Schwefels als elementarer Schwefel gewonnen und die Gase, aus denen der Schwefel entfernt ist, enthalten 8 bis 25% SO₂ 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 oben genannten Vorteilen auch zum Umweltschutz bei.

Aus dem Obenstehenden folgt, daß die Erfindung eine bedeutende Kostensenkung bei der Verarbeitung von sulfidischen Rohstoffen durch Wegfall von Brennstoffkosten und der Notwendigkeit eines Konzentrationsschmelzens ermöglicht, eine hohe Schwefelgewinnung aus den sulfidischen Rohstoffen gewährleistet und schädliche Auswürfe in die Atmosphäre vermeidet.

Beispiel 1

Das Chargenschmelzen erfolgt in einem Schachtofen mit luftdichter Gicht und einer Durchsatzleistung von 70 bis 100 t/Tag, der eine 0,45 bis 0,55 m hohe, direkt über den Windformen liegende Quarzschicht besitzt. Die Chargenzusammensetzung ist wie folgt (%): 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 Betriebszustand durch Aufgeben einer Charge mit einem im Vergleich zum errechneten Quarzgehalt erhöhten Quarzgehalt. Das Schmelzen führt man bei Zufuhr von bis auf 28% sauerstoffangereichertem Wind durch. Der Windverbrauch beträgt ca. 1100 m³/t Erz, der Sauerstoffverbrauch beläuft sich dabei auf ca. 300 m³/t. Die flüssigen Schmelzprodukte werden im Vorherd in Stein und Schlacke getrennt. Die schwefelhaltigen Abgase mit einer Temperatur von 380 bis 440° C gelangen nach der Reinigung von Staub in einen Kondensator für die Ausscheidung von elementarem Schwefel. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt 41,7%. Der Entschwefelungsgrad beim Schmelzen beträgt 90,5%. Nach der Kondensation des Schwefels enthalten die Gase in Prozent: 22,4 SO₂, 0,15 H₂S, 0,16 COS, 5,0 CO₂, 0,2 CO, 0,9 O₂ und Rest Stickstoff. Diese Gase können zur Erzeugung von Schwefelsäure 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 0,24% Kupfer und sind Haldenschlacken. Der Kieselerde-, Eisen- und Calciumoxidgehalt in den Schlacken beträgt in Prozent: 35 bis 40, 34 bis 39 bzw. 6,9, wobei Magnetit in den Schlacken praktisch fehlt.

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 1,0 bis 1,2 m und der Verbrauch an bis auf 33% sauerstoffangereicherten Windes 1200 m³/t Erz und damit der Sauerstoffverbrauch ca. 400 m³/t Erz betragen. Beim Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten. Der Entschwefelungsgrad beträgt 95%. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt ca. 43,5%. Die Gaszusammensetzung ist wie folgt in Prozent: 23,3 SO₂, 0,21 H₂S, 0,23 COS, 5,5 CO₂, 0,17 CO, 0,8 O₂ und Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen beträgt 30,1 : 1. Die gebildeten Steine enthalten 58,1% Kupfer. Die gebildeten Schlacken enthalten 0,6% Kupfer, was die übrigen Bestandteile anbetrifft, so ist die Schlackenzusammensetzung analog der im Beispiel 1 erwähnten.

Dieses Beispiel illustriert die großen Möglichkeiten des Prozesses in der Erreichung von hohen Konzentrationsgraden.

Beispiel 3

Den Schmelzprozeß mit einer Chargenzusammensetzung 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 0,7 m, der Verbrauch an bis auf 30% sauerstoffangereichertem Wind 1200 m³/t Erz und damit der Sauerstoffverbrauch ca. 360 m³/t Erz betragen. Zur Vergrößerung der Ausbeute an elementarem Schwefel führt man das Schmelzen unter Zufuhr von Naturgas in den Ofen durch, um SO₂ zu reduzieren, das sich während des Schmelzens bildet. Das Gas wird in den Ofen durch Düsen eingeführt, die 0,6 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 Entschwefelungsgrad beträgt 92,8%. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt 57,7%. Die Gaszusammensetzung ist wie folgt in Prozent: 11,6 SO₂, 1,33 H₂S, 1,4 COS, 9,5 CO₂, 1,6 CO, 1,0 O₂, 0,76 H₂, 0,97 CH₄, Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen beträgt 15,6 : 1. Die gebildeten Steine enthalten 30,1% Kupfer. Die gebildeten Schlacken enthalten 0,33% Kupfer. Was die übrigen Bestandteile anbetrifft, so ist die Schlackenzusammensetzung analog der im Beispiel 1.

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% com Chargengewicht zugesetzt wird. Beim Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten. Der Entschwefelungsgrad beträgt 92,5%. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt 65,9%. Die Gaszusammensetzung ist wie folgt in Prozent: 8,9 SO₂, 0,31 H₂S, 2,2 COS, 13,3 CO₂, 1,79 CO, 0,8 O₂, Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen beträgt 15,4 : 1. Die gebildeten Steine enthalten 29,7% Kupfer. Die gebildeten Schlacken enthalten 0,31% Kupfer. Was die übrigen Bestandteile anbetrifft, so ist die Schlackenzusammensetzung analog der im Beispiel 1.

Beispiel 5

Das Schmelzen führt man in einem Schachtofen mit einer Durchsatzleistung wie im Beispiel 1 durch. Ausgangsmaterial ist ein Kupfer-Zink-Pyriterz, das 3,55% Kupfer, 7% Zink, 34,5% Eisen und 43,7% Schwefel enthält. In den Ofen, der eine 0,3 bis 0,35 m hohe Quarzschicht hat, wird eine Charge aufgegeben, die folgende Zusammensetzung in Prozent hat: 71,4 Kupfer-Zinkerz, 18,6 Quarz und 10 Kalkstein. Den Schmelzprozeß führt man unter Zufuhr von bis auf 32% sauerstoffangereichertem Wind durch. Der Windverbrauch beträgt 960 m³/t Erz, der Sauerstoffverbrauch ist damit ca. 300 m³/t Erz. Folgende Ergebnisse werden erhalten. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt ca. 40%. Die Gaszusammensetzung ist wie folgt in Prozent: 25,2 SO₂, 0,1 H₂S, 0,1 COS, 6,1 CO₂, 0,14 CO, 0,7 O₂, Rest Stickstoff. 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 0,28% 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.

Dieses Beispiel illustriert das Schmelzen von Kupfer-Zinkerzen mit guten Ergebnissen. Diese Verarbeitung ist ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, weil solche Erze wegen des hohen Zinkgehaltes durch das bekannte Kupfer-Schwefel-Schmelzen bisher nicht verarbeitet werden konnten.

Beispiel 6

Das Schmelzen führt man in einem Schachtofen mit einer Durchsatzleistung wie im Beispiel 1 durch. Ausgangsmaterial ist armes Pyriterz, das 0,59% Kupfer, 45,4% Eisen, 50,3% Schwefel, 1,3 g/t Gold und 6,3 g/t Silber enthält. In den Ofen mit 0,65 bis 0,75 m hoher Quarzschicht wird die Charge aufgegeben, die aus 65,6% des genannten Erzes, 24,3% Quarz und 10,1% 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. Beim Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten. Der Entschwefelungsgrad beträgt ca. 93%. Die Ausbeute an elementarem Schwefel ist ca. 45%. Die Gaszusammensetzung ist wie folgt in Prozent: 23,6 SO₂, 0,11 H₂S, 0,23 COS, 6,8 CO₂, 0,27 CO, 0,6 O₂, 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 0,2% Kupfer.

Dieses Beispiel illustriert die Verarbeitung eines armen edelmetallhaltigen Pyritrohstoffes. Entsprechend können auch stückiggemachte (z. B. brikettierte oder pelletisierte) Pyritkonzentrate verarbeitet werden.

Beispiel 7

Das 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 0,9 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 900 m³/t Briketts, der Sauerstoffverbrauch liegt bei 300 m³/t Briketts. Folgende Ergebnisse wurden erhalten. Der Entschwefelungsgrad beim Schmelzen beträgt 80,2%. Die Ausbeute an elementarem Schwefel beträgt 24,7%. Die Gaszusammensetzung ist wie folgt in Prozent: 16,9 SO₂, 0,13 H₂S, 0,18 COS, 4,4 CO₂, 0,15 CO, 0,8 O₂, Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen beträgt 3,7 : 1. Die gebildeten Steine enthalten 60,3% Kupfer und 1,5% Zink. Die gebildeten Schlacken, die 0,6% Kupfer und 5,9% Zink enthalten, können zur Gewinnung von Zink sowie zusätzlicher Gewinnung von Kupfer weiterverarbeitet werden. Was die übrigen Bestandteile anbetrifft, so ist die Schlackenzusammensetzung analog der im Beispiel 1.

Beispiel 8

Das Schmelzen führt man mit einer Durchsatzleistung wie im Beispiel 1 durch. Als sulfidischer Rohstoff dienen Briketts 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 Windverbrauch beträgt 950 m³/t Briketts, der Sauerstoffverbrauch ca. 330 m³/t Briketts. 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 SO₂, 0,15 H₂S, 0,17 COS, 4,5 CO₂, 0,18 CO, 0,7 O₂, Rest Stickstoff. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen beträgt 4,9 : 1. Der gebildete Stein (Weißmatt) enthält 79,5% Kupfer und 0,3% Zink. Die gebildeten Schlacken enthalten 0,8% 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.

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 4,6% 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 unter Zufuhr von bis auf 30 bis 32% sauerstoffangereichertem Wind durch. Der Windverbrauch beträgt 1000 m³/t Erz, der Sauerstoffverbrauch 300 bis 320 m³/t Erz. Beim Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten. Der Entschwefelungsgrad beim Schmelzen beträgt 80,6%, die Ausbeute an elementarem Schwefel ca. 11%. Die Gaszusammensetzung ist wie folgt in Prozent: 16 SO₂, 0,1 H₂S, 0,1 COS, 5, 1 CO₂, 0,1 CO und 0,5 O₂. Der Konzentrationsgrad beim Schmelzen beträgt bezüglich der Summe von Metallen 4,7 : 1. Die gebildeten Steine enthalten 24,4% Kupfer und 17,8% Nickel. Die gebildeten Schlacken enthalten 0,28% Kupfer und 0,28% Nickel. 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 auf 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 0,17% und der Nickelgehalt bis auf 0,1% und weniger. Dabei vollzieht sich der Verarmungsprozeß bedeutend schneller als bei der Schlackenverarmung von anderen Autogenprozessen wegen des niedrigeren Magnetitgehaltes (bis 5%) in den gebildeten Schlacken.

Nach Beispiel 2 bis 9 können die gebildeten Steine für die nachfolgende Verarbeitung direkt der Konverterbehandlung unterworfen werden.

Zum Vergleich werden Ergebnisse der Verarbeitung von Pyritkupfererzen mit Hilfe des Kupfer-Schwefel-Schmelzens gemäß US-PS 18 60 585 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 unter Zusatz von 10% Koks vom Chargengewicht führt man in einem Schachtofen mit luftdichter Gicht und unter Zufuhr von Wind, dessen Verbrauch 950 m³/t Erz beträgt, durch. Beim Schmelzen werden folgende Ergebnisse erhalten. Der Entschwefelungsgrad beträgt 85,18% und der Konzentrationsgrad 5,5 : 1. Die gebildeten Steine enthalten 14,6% Kupfer und werden in einem gleichartigen Schachtofen mit geschlossener Gicht zur Erzeugung von 40 bis 50% Kupfer enthaltenden Steinen weiterverarbeitet, die der Konverterbehandlung unterzogen werden. Der Kupfergehalt in den Schlacken, die beim Schmelzen des Erzes gebildet werden, beträgt 0,4%.

Claims (4)

1. Verfahren zum autogenen Schmelzen einer Charge aus sulfidischen Rohstoffen und Zuschlägen in einem Schachtofen unter Zufuhr von Wind, dadurch gekennzeichnet, daß man autogen arbeitet, wobei durch die Windformen, über denen eine 0,3 bis 1,5 m hohe Quarzschicht vorgesehen ist, sauerstoffhaltiger Wind mit einem Sauerstoffgehalt von 25 bis 45% in einer Menge von 300 bis 400 m³/t sulfidischen Rohmaterials eingeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Ausbeute an elementarem Schwefel kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Naturgas verwendet wird, das in die Reduktionszone des Ofens mit einem Verbrauch von 60 bis 70 m³/t sulfidischen Rohstoffes bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von 36 bis 73 m³/s eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Koks verwendet wird, der mit der Charge in einer Menge von 6 bis 7% vom Chargengewicht aufgegeben wird, zur Sicherstellung einer Reduktion von SO₂ bis auf elementaren Schwefel.