DE3101369A1

DE3101369A1 - Verfahren und vorrichtung zur verhuettung von schmelzbaren stoffen wie erzkonzentrat

Info

Publication number: DE3101369A1
Application number: DE19813101369
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Dr. 5000 Köln Melcher
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: MELCHER, GERHARD, DR., 5000 KOELN, DE
Priority date: 1981-01-17
Filing date: 1981-01-17
Publication date: 1982-08-26
Also published as: US4414022A; CA1182648A; DE3101369C2

Description

Anlage zum Pa t .'VJn ige such der * - A - H 81/7

KJöckner-Humboldt-Deut ζ Chr/Gn

Ak t i engese11 f. cha f t

vom l6. Januar 1981

Verfahren und Vorrichtung zur Verhüttung von schmelzbaren Stoffen wie Erzkonzentrat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhüttung von schmelzbaren Stoffen wie Erzkonzentrat, insbesondere feinkörniges sulfidisches Erzkonzentrat, bei dem die Stoffe in oxidierender Atmosphäre geschmolzen werden und die Schmelze zur Gewinnung von Wertmetallen durch Aufblasen reduzierender Gase nachbehandelt wird, wobei zur Nachbehandlung der Schmelze auf die Schmelze die reduzierenden Gase in Form gebündelter Strahlen mit hoher kinetischer Energie durch mehrere Lanzen aufgeblasen werden und die metallhaltige Phase und die gebildete Schlackenphase ohne weitere Nachbehandlung voneinander getrennt abgezogen werden (DE-AS 29 22 189). Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bisher wurde bei der Verhüttung von sulfidischem Erzkonzentrat, zum Beispiel sulfidischem Kupfererzkonzentrat nach dem Schwebeschmelzverfahren in der oxidierenden Atmosphäre des Schwebeschmelzreaktors

- b - KHD

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(Schwebeschmelzschacht oder Schmelzzyklon) nur so viel SuIfidschwefel zu SO2 oxidiert, daß sich eine schmelztlüssige Metallsteinphase einstellt, die etwa 40 bis 50 % Wertmetall enthält. Die Schlackenphase wurde im Falle von sulfidischem Kupfererzkonzentrat durch Reduktionsarbeit in eine Armschlacke von etwa 0,35 X Cu umgewandelt, die dann direkt absetzbar ist. Der Metallstein, zum Beispiel Kupferstein, muß dann in einem Konverter zu Rohkupfer (Blisterkupfer) umgewandelt werden. Die Verarbeitung von sulfidischem Erzkonzentrat zu einem metallreicheren Metallstein ist beim Schwebeschmelzverfahren problematisch, weil zur Erreichung des metallreicheren Steins im Schwebeschmelzreaktor noch mehr Sulfidschwefel zu SO2 verbrannt werden muß mit der Folge, daß die ansteigende Wärmemenge aus dem Reaktor kaum mehr abführbar ist. So ist die Erzeugung eines hochwertigen Metallsteins (Feinsteins oder Spursteins) mit zum Beispiel 80 % Wertmetallgehalt nur in einem herkömmlichen großen Schmelzofen möglich und ist im Zusammenhang mit dem Schwebeschmelzverfahren bisher nur in Verbindung mit einem Schwebeschmelzschacht als Reaktor vorgeschlagen worden (DE-AS 25 36 392 von OUTOKUMPU). Dort hatte der Schwebeschmelzschacht auch nur eine Kapazität von 0,5 bis 3 t/h und war daher für einen großtechnischen Einsatz nicht geeignet. Ein Schwebeschmelzschacht mit

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einer Höhe von einigen Metern bietet außerdem einigermaßen große Ofenwandflächen, durch welche die Oxidationswärme abgeführt werden kann. Bei einem im Vergleich dazu k leinvol uinigen Schmelzzyklon gleicher Durchsatzleistung sinkt die zur Verfugung stehende gekühlte Wandfläche etwa auf 1/10 ab, das heißt, der spezifische Wärmedurchtrittswert in kcal, pro qm Ofenwandfläche und Stunde ist beim Schmelzzyklon mindestens 10-fach höher als beim Schmelzschacht. Daher war es bisher nicht möglicn, beim Einsatz eines Schmelzzyklons zur Verhüttung von sulfidischem Erzkonzentrat eine Metallsteinphase zu erzeugen, die einen höheren Wertmetallgehalt aufweist als etwa 50 %. Der im Zahlenbeispiel der DE-AS 29 22 189 erreichte Kupferstein mit 72 % Cu bezieht sich auf einen Schmelzzyklon, dessen Durchsatzleistung ebenfalls nicht großtechnisch war. Eine weitere Schwierigkeit der Erzeugung einer Metallsteinphase mit einem hohen Wertmetallgehalt von zum Beispiel 80 % liegt auch darin, daß gleichzeitig der Metallgehalt in der Schlacke erheblich ansteigt, so daß die Schlacke allein durch eine elektrothermische Behandlung und/oder durch eine übliche Verblasung nicht so weitgehend an Metall verarmt werden konnte mit dem Ziel, die Schlacke direkt abzusetzen.

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Es ist auch nicht möglich, einen Schmelzzyklon zur Schaffung größerer gekühlter Wandilächen beliebig zu vergrößern, schon deswegen nicht, weil sich sonst der Zyklonwirbel mit der erforderlichen hohen Geschwindigkeit nicht einstellen kann und die Gefahr beteht, daß Erz<onzentratteilchen nach unten durch den Zyklon ungeschmolzen durchfallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der DE-AS 29 22 189 in der Weise weiter auszubilden, daß bei der Verhüttung von sulfidischem Erzkonzentrat unter Einsatz eines Schmelzzyklons im großtechnischen Maßstab eine Metallsteinphase mit einem sehr hohen Wertmetallgehalt erschmolzen werden kann und trotzdem eine an Metall verarmte Schlacke in einer einzigen Stufe ohne weitere Nachbehandlung direkt absetzbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen bis 5 angegeben. Der Anspruch 6 beinhaltet eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Schmelzzyklon ist im Vergleich zu anderen Schrnelzreaktoren durch eine sehr hohe Leistungsdichte mit

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extrem schnellem Reaktionsablauf gekennzeichnet. Wenn bei der Verhüttung von sulfidischem Erzkonzentrat im vergleichsweise kleinvolumigen Schmelzzyklon im großtechnischen Maßstab viel Sulfidschwefel zu SC>2 verbrannt wird, wird auf kleinem Raum eine außerordentlich hohe Wärmemenge frei, die um so höher wird, je vollständiger der Sulfidschwefel verbrannt und je metallreicher und hochwertiger die Metallsteinphase wird. Erfindungsgemäß soll im Schmelzzyklon bei hoher Durchsatzleistung von mehr als 500 t sulfidischem Erzkonzentrat pro Tag ein hochwertiger Feinstein oder Spurstein mit über 75 % Wertmetallgehalt erschmolzen werden. Zum Abführen der dabei freiwerdenden außerordentlich hohen Wärmemenge wird der Schmelzzyklon erfindungsgemäß als Dampfkessel betrieben, das heißt, der Schmelzzyklon arbeitet als Dampfkessel unter der Ausnutzung der Verdampfungswärme, die aus dem Schmelzreaktor ständig abgezogen wird. Als gravierender Vorteil ergibt sich, daß der hochwertige Feinstein oder Spurstein nur noch mit einem vergleichsweise geringen Aufwand zum Rohmetall konvertiert werden muß, daß heißt, der noch nötige Konverter zum Ausbrennen des restlichen Sulfidschwefels im Stein sowie zur Oxidation von anderen Begleitmetallen wie zum Beispiel Eisen kann vergleichsweise klein sein. In dem kleinen Konverter fällt dann nur noch eine entsprechend kleine Menge an

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Sekundärschlacke an. Die infolge des hochwertigen Steins anfallende Primärschlacke mit zunächst ebenfalls vergleichsweise hohem Metallgehalt wird nur durch das mit hoher kinetischer Energie erfolgende Aufblasen von reduzierenden Reaktionsgasen durch Lanzen nachbehandelt und so weitgehend an Wertmetall verarmt (weniger als 0,5 % Metall in der Schlacke), daß die Schlacke direkt absetzbar ist und eine nachgeschaltete Schlackenreinigungsstufe entfällt.

Die Vorrichtung zur Verhüttung von sulfidischem Erzkonzentrat, mit einer Kombination von Schmelzzyklon und Aufblasreaktor, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzzyklon als Dampfkessel ausgebildet ist.

Die Erfindung und deren weiteren Vorteile und Merkmale werden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine pyrometallurgische Ofenanlage zur Verhüttung von feinkörnigem sulfidischem Kupfererzkonzentrat, das bei 10 zusammen mit ZuschlagKtoffen einem Förderorgan 11 aufgegeben wird, von dem das Gut durch Leitung 12 von oben einem Schmelzzyklon 13 zugeführt wird, in den tangential ein Strom 14 technisch reinen Sauerstoffs eingeblasen wird.

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Die Gutleitung 12 kann auch in die Sauerstoffblasleitung 14 einmünden. Das Aufgabegut wird in dem an der Oberseite eines Ofengehäuses 15 angeordneten Schmelzzyklon 13 bei momentaner Erhitzung auf hohe Temperatur in Bruchteilen von Sekunden, noch während es sich im Schwebe- bzw. Wirbelzustand befindet, geröstet und geschmolzen. Die Verbrennung des Sulfidschwefels und gegebenenfalls anderer oxidierbarer Bestandteile in der Sauerstoffatmosphäre liefert meist bereits genügend Wärme, um den Rost- und Schmelzvorgang autogen ablaufen zu lassen, besonders dann, wenn fast der gesamte Sulfidschwefelgehalt verbrannt wird zur Erzielung eines hochwertigen Feinsteins oder Spursteins. Es versteht sich, daß in der pyrometallurgischen Ofenanlage außer sulfidisches Kupfererzkonzentrat auch andere NE-metallhaltige Erze bzw. Konzentrate sowie auch Rückstände und Schlacken metallurgischer Prozesse verarbeitet werden können, um metallangereicherte Produkte zu gewinnen.

Unterhalb des Schmelzzyklons 13 sammelt sich im Ofengehäuse 15 die Schmelze 16, die in Richtung des Pfeiles 17 in eine ebenfalls im Ofengehäuse 15 angeordnete Aufblaseinrichtung 18 abfließt, in der die Schmelze nachbehandelt wird. In der Aufblaseinrichtung 18 ist ein Überlaufwehr 19 zum Abfluß der Schlacke angeordnet, während die spezifisch schwerere metallhaltige Phase 20

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durch einen gegenüberliegenden Ablauf 21 abgezogen wird, dessen Niveau tiefer liegt als das
SchlackenUberlaufwehr/19.

Die Aufblaseinrichtung 18 weist mehrere im wesentlichen senkrechte Aufblaslanzen 22, 23, 24 auf, durch die kontinuierlich unverbrauchtes frisches Reaktionsgas in Form eines gebündelten Strahls mit hoher kinetischer Energie an die Phasengrenzschicht Schlacke/Schmelze herangeführt wird, vorzugsweise so, daß ein Spritzen des Bades vermieden wird. Die Lanzen sind vorzugsweise höhenverstellbar, um den optimalen Blaseindruck 25 auf der Schmelzbadoberfläche genau einstellen zu können. Das Abgas wird zusammen mit gebildetem Staub und Metalldämpfen über die Abgasleitung 26 abgezogen und gelangt von dort zu einer nicht dargestellen Gasreinigungsanlage, zu einem Kondensator zum Niederschlagen der Metalldämpfe und gegebenenfalls zu einem Abhitzekessel zur Verbrennung der reptlichen brennbaren Gasbestandteile des Abgases. Befindet sich im Ofengehäuse 15 zwischen dem Schmelzreaktor 13 und den Aufblaslanzen 22, 23, 24 eine in die Schmelze 16 eintauchende, in der Zeichnung gestrichelt gezeichnete Trennwand 27, welche die oxidierende Atmosphäre im Schmelzteil von der reduzierenden Atmosphäre im Raffinationsteil der Ofenanlage trennt, so muß der Schmelzteil der Ofenanlage 15 mit einer eigenen Abgasleitung ausgerüstet sein.

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Erf indungsgemä'ß wird die Verbrennung des Sulfidschwefels im Schmelzzyklon 13 so weit getrieben, daß die spezifisch schwerere metallhaltige Phase 20 ein hochwertiger Kupferstein mit über 75 % Cu ist. Die bei der hohen Durchsatzleistung von mehr als 500 t Erzkonzentrat/Tag dabei im Schmelzzyklon 13 freiwerdende außerordentlich hohe Wärmemenge wird dadurch kontinuierlich abgeführt, daß der Schmelzzyklon 13 als Dampfkessel ausgebildet ist mit Kesselspeisewasserzuleitung 28 und Dampfableitung 29. Der Wasserdampf kann als Prozeßdampf oder zum Betrieb einer Turbine verwendet werden. Die Schmelzeaustrittstemperatur aus dem als Dampfkessel betriebenen Hochleistungsschrnelzzyklon wird auf mindestens 1.600 C gehalten. Ist die Trennwand 27 vorgesehen, so ist diese wassergekühlt. Auch die Aufblas lanzen 22, 23, 24, die im Ausführungsbeispiel in Längsrichtung des Ofengehäuses in annähernd gleichem Abstand angeordnet sind, sind wassergekühlt.

Die Reduktionsgase 30, zum Beispiel ein gasförmiger Kohlenwasserstoff wie Propan, können zur genauen Einstellung des Reduktionspotentials unterstöchiometrisch mit Sauerstoff vermischt sein, der über Leitung 31 und Ventil 32 von der Sauerstoffhauptleitung 33 abgezweigt sein kann, von der über Ventil 34 die Sauerstoffzuleitung 14 zum Schmelzzyklon 13 ebenfalls abgezweigt ist. Auf diese Weise lassen sich bestimmte

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selektive Raffinationen der Schmelze durchführen. Durch die Lanze 23 kann auf die Schmelze 16 ein Brenngas 35 aufgeblasen werden, welches am Auftreffpunkt auf der heißen Schmelzbadoberfläche zur Verbrennung gebracht wird, so daß dort ein optimaler Wärmeübergang auf das Schmelzbad erzielt wird, wodurch sich insbesondere bei endothermen Reduktionsvorgängen genau die gewünschte Reduktionstemperatur für die Schmelze einstellen läßt sowie gewünschte Verflüchtigungsreaktionen einstellen lassen. Enthält die Atmosphäre in der Aufblaseinrichtung 18 im Bereich der Austrittsdüse der Lanze 23 für das Brenngas nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verbrennung des Brenngases, so wird dem Brenngas Luft oder Sauerstoff zugemischt, der über Leitung 36 und Ventil 37 von der Sauerstoffhauptleitung 33 abgezweigt sein kann. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, an einer Wandung des Ofengehäuses 15 einen Brenner 38 anzuordnen, der Heizgase zur Deckung der Wärmeverluste liefert. Durch die Lanze 22 können auf die Schmelze 16 Oxidationsgase aufgeblasen werden, so daß die Lanze 22 einfach an die Sauerstoffhauptleitung 33 angeschlossen sein kann. Damit können im Schmelzbad der restliche Sulfidschwefel, der sich im Schmelzzyklon 13 nicht zu Schwefeldioxid umgesetzt hat, sowie andere noch oxidierbare Bestandteile nachoxidiert werden. Anstatt des Schmelzzyklons 13 kann auch ein Schwebeschmelzschacht verwendet werden.

Leerseite

Claims

]b. Janjar 1981 ' KHD Chr/Gn H 81/7 Patentansprüche

1. Verfahren zur Verhüttung von schmelzbaren Stoffen wie Erzkonzentrat, insbesondere feinkörniges sulfidisches Erzkonzentrat, bei dem die Stoffe in oxidierender Atmosphäre geschmolzen werden und die Schmelze zur Gewinnung von Wertmetallen durch Aufblasen reduzierender Gase nachbehandelt wird, wobei zur Nachbehandlung der Schmelze auf die Schmelze die reduzierenden Gase in Form gebündelter Strahlen mit hoher kinetischer Energie durch mehrere Lanzen aufgeblasen werden und die metallhaltige Phase und die gebildete Schlackenphase ohne weitere Nachbehandlung voneinander getrennt abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schmelzen so viel SuIfidschwefel des Erzkonzentrats zu SO- oxidiert wird, daß eine wertmetallreiche Metallsteinphase (Feinstein, Spurstein) mit über 75 Gewichts-Prozent Wertmetall, zum Beispiel Kupferstein mit Über 75 /Ό Cu bei hoher Durchsatzleistung von mehr als 500 t Erzkonzentrat/Tag erzielt wird und daß als Schmelzreaktor ein als Dampfkessel arbeitender Schmelzzyklon verwendet wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzeaustrittstemperatur aus dem als Dampfkessel betriebenen Hochleistungsschmelzzyklon auf mindestens 1.600 ⁰C und h
gehalten wird.

1.600 C und höchstens vorzugsweise etwa 1.800 C

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Dampfkessel betriebene Hochleistungsschmelzzyklon so klein gehalten ist, daß durch die durch die Erzielung des Feinsteins oder Spursteins freigesetzte Wärmemenge ein spezifischer Wärmedurchtrittswert von mindestens 500.000 kcal, pro qm Zyklonwand und Stunde erreicht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schmelzen außer dem Feinstein bzw. Spurstein eine basische Schlacke mit über 60 X FeO, mit einem Schmelzpunkt von über 1.250 ⁰C und einem nur geringen Lösungsvermögen für Cu eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die basische metallurgische Schlacke nur durch das mit hoher kinetischer Energie erfolgende Aufblasen von reduzierenden Reaktionsgasen durch Lanzen nachbehandelt und so weitgehend an Wertmetall verarmt wird, daß eine nachgeschaltete Schlackenreinigungsstufe entfällt.

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6. Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Ofengehäuse mit einem Schmelzzyklon und einer Aufblaseinrichtung mit mehreren Aufblaslanzen und mit voneinander getrennten Abläufen zum Abfluß der metailarmen Schlacke und zum Abfluß der Metallsteinphase, dadurch gekennzeichnet, daß der Schinelzzyklon (13) als Dampfkessel ausgebildet ist.