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Paul Etienne Queneau, Cornish Flat, New Hampshire 03746,
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USA; Reinhardt Schuhmann, Jr., 1206 Hayes Street, West Lafayette,
Indiana 47906, USA Verfahren zum Senken der Metallverluste bei eisenfreien Schmelzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Metallschmelze aus eisen
freiem, metallhaltigemi Sulfid-Mineral-Konzentrat, dessen Teilchengröße geringer
als etwa Maschenzahl 65 (mesh) ist und das Teilchen mit ge- -ringerem Durchmesser
als 5 um (Mikron) enthält, in einem Horizontal-Ofen mit einer Metallschmelze und
einer Schlacke unterhalb einer eingeschlossenen heißen Atmosphäre, wobei die Abgase,
die Metalischmelze und die Schlacke getrennt abgezogen werden und der Verlust nichteisenhaltiger
Metalle verhindert wird; sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer Metallschmelze aus
eisenfreiem, metailhaltigem Sulfid-Mineral-Konzentrat in einem
Horizontal-Ofen-mit
einer Metalischmelze und einer Schlacke unterhalb'einer eingeschlossenen heißen
Atmosphäre, wobei die Abgase, die Metall-Schmelze und die Schlacke getrennt abgezogen
werden und Verlust von eisen freiem Metall verhindert wird.
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Eine Reihe von wirtschaftlichen Verfahren zum Schmelzen von Kupfer-
und Nickel-Sulfid-Konzentraten sind in den vergangenen 30 Jahren entwickelt worden.
Beispiele sind unter den Namen Inco-, Mitsubishi-, Noranda-, und Outokumpu Verfahren
bekannt. In der Literatur finden sich detaillierte Beschreibungen dieser Verfahren,
z. B. in Extractive Metallury of Copper, Metallurgical Society A.I.M.E., 1976, Vol.
1.
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Diese Verfahren haben neben Ihren vielfältigen Vorteilen auch den
Nachteil, daß in den Ofenschlacken bedeutende Anteile an wertvollen Elementen enthalten
sind und däß in den Ofen-Abgasen hohe Anteile an problematischen,u1t-r<-feinen
Konzentrat-Teilchen enthalten sind. Weiterhin werden neben Kupfer, Nickel, Kobalt
und dem toxischen Arsen wertvolle, flüchtige Metalle und metallische Elemente häufig
in den Abgasen abgegeben, z. B. Antimon, Wismut, Kadmium, Germanium, Indium, Blei,
Quecksilber, Molybdän, Osmium, Renium, Selen, Telurium, Zinn und Zink. Die Ofen-Schmelze
enthält ebenfalls diese Verunreinigungselemente, doch wird ein großer Bruchteil
davon in Form 'der Konverter-Schlacke dem Ofen zurückgeführt oder elektrostatisch-ausgefällt.
Diese Elemente sind in der Ofen-Schlacke entweder in Lösung als homogene Mischung
oder als heterogene Mischung von in der Schlackengrundmasse suspendierten Schlackenteilchen
enthalten. Externe Schlackenreinigungsverfahren, z. B. Schlacken-Flotation oder
elektrische Ofenbehandlung, werden häufig eingesetzt, um die Verluste an wertvollen
Materialien in der Ofen-Schlacke zu verhindern. Externe Staubreinigungssysteme,
z. B. elektrostatische Ausfäller,
Filter, oder Feücht-Skrubber,
werden häufig eingesetzt, um die Verluste in den Ofen-Abgasen zu senken. Solche
Installationen sind auch erforderlich um das Entweichen von toxischen Elementen,
z. B. Arsen, Kadmium, Blei und Quecksilber, in die Umgebung zu- verhindern. Es sollte.
weiterhin festgehalten werden, daß der Staub der Abgase auch für die Dampferhitzer
schädlich sein kann, die üblicherweise zur Wärmerückgewinnung aus dem Abgas eingesetzt
werden.
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Es ist auch wohlbekannt , daß bei herkömmlichen Kupfer-und Nickel-Strahlungsöfen
sehr hohe Kosten für die fossilen Brennstoffe anfallen. Ein weiterer Nachteil der
herkömmlichen Öfen ist der unerwün'scht niedrige Schwefeldioxidanteil der staubigen
Ofenabgase, die unerwünscht geringe Konzentration wertvoller Metalle in der Ofenschmelze
sowie der sehr große Anteil von wertvollen Metallen an der Ofenschlacke.
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Im Stand der Technik werden interne Ofenschlacken-Reinigungsverfahren
vorgeschlagen, bei denen die Kupfer, Nickel-, und Kobaltverluste-in der Schlacke
derart vermindert werden, daß diese reduzierenden Reaktionen ausgesetzt wird, um
ihr Sauerstoff-Potential zu senken. Es wird auf die Verwendung von Eisen's'uffid,
Kohlenstoff und Eisenreduktionsmitteln in der US-PS 1 544 048 und in der US-PS-2
438 911 hingewiesen.
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Trotzdem, die bisher vorgeschlagenen Versuche, in wirtschaftlichem
Rahinen diese Methoden auf Primär-Öfen z-u übertragen,twrwiesen sich als nicht befriedigend,
- siehe z. B.
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die US-]'S 2 668 107.
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Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die -Aufgabe zugrunde,
herkömmliche Schmelzverfahren derart zu verbessern, daß der Anteil von wertvollen
Elementen, die durch die
Schlacke aus dem Ofen abgezogen werdcn,
gesenkt wird.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindu ist darin zu sehen, daß
bei gattungsgemäßen Schmelzverfahren der Anteil an problematischen, ultrafeinen
Konzentrat-Teilchen gesenkt wird, die mit den Abgasen auf dem Ofen entfernt werden,
Nach einem zusätzlichem Ziel der Erfindung sollen bei derartigen Schmelzverfahren
die Kosten der wirkungsvollen Emissionsüberwachung für Teilchen, Dämpfe und Schwefeldioxide
gesenkt werden, indem aus dem Konzentrat flüchtige Verunreinigungen verdampft werden
und ihr Anteil in den eingefangenen Teilchen erhöht wird. Auch.soll die Konzentration
von Schwefeldioxid im Abgas erhöht werden.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe sind
folgende Schritte vorgesehen: a. Abtrennen der eisenfreien, metallhaltigen Sulfid-Mineral-Konzentrat-Teilchen
mit kleinerem Durchmesser als 5 pm von den übrigen Sulfid-Mineral-Konzentrat-Teilchen;
b. Verdichten der abgetrennten Sulfid-Mineral-Konzentrat-Teilchen zu kompaktem Konzentrat,
das in den Ofen und auf die Schlacke gegeben wird; und c. Einspeisen des restlichen
Sulfid-Konzentrats, eines Flußmittels und eines sauerstoffreichen Gases in eine
eingeschlossene, heiße schwefeldioxidreiche Atmosphäre, um das Sulfid-Konzentrat
darin zu oxidierten, bevor es mit der geschmolzenen Schlacke in Kontakt kommt, während
das verdichtete Kompakt-Konzentrat in den Horizontal-Ofen und auf die Schlacke an
einer Stelle injiziert wird, die on der Schlackenentnahmenstelle des Ofens entfernt-ist.
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Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren sieht folgende
Schritte
vor: a. Eingeben des Sulfid-Konzentrats, eines Flußmittels und eines sauerstoffreichen
Gases in eine eingeschlossene, heiße schwefeldioxidreiche Atmosphäre, um das Sulfid-Konzentrat
darin zu oxidieren bevor es- mit der geschmolzenen Schlacke in Kontakt kommt; und
b. Einsprühen von geschmolzenem, sulfidreichem Sulfid-Konzetitrat in den Ofen mittels
eines mit fossilen Brennstoffen und sauerstoffreichem Gas als Hauptenergiequelle
betriebenen Breners,um dieses auf der Schlacke zu verteilen, wobei das Einsprühen
an einer Stelle erfolgt, die 'flußabwärts benachbart der Eingabe-Stelle für das
Sulfid- -Konzentrat, daß Flußmittel und das sauerstoffreiche Gas und entfernt zur
Entnahme-Stelle für die Schlacke liegt.
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Erfindungsgemäß wird also die Notwendigkeit externer Schlacken-Reinigungsverfahren
zum Senken der Verluste dadurch umgangen, daß in einem Sauerstoff-Flammofen das
Sauerstoff-Potential der durch mehrere Haupt-Konzentrat-Brenner erzeugten Schlacke
gesenkt wird indem sie der Reihe nach mit Reduktionsmitteln wachsender Stärke be-.
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handelt wird. Diese Brenner arbeiten bei erhöhten Temperaturen und
produzieren eine Schmelze mit hohem Sauerstoff-Potential. Viele der oben aufgelisteten
Elemente werden verflüchtigt, verlassen den Ofen als-Dampf oder Rauch im Abgas und
werden deshalb zum Großteil nicht durch die Ofenschlacke oder die Schmelze eingefangen.
-Die genannten, in ihrer Stärke anwachsenden Reduktionsmittel können geschmolzene,
ultrafeine Konzent'rat-Teilchen sein, gefolgt von geschmolzenen, eisensulfidreichen
Konzentraten, an-welche sich wiederum metallische eisenreiche
Materialien
anschließen.
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Die genannten ultrafeinen Teilchen - kurz Mikroteilchen -haben vorzugsweise
einen Durchmesser von weniger als 5 pm (Mikron); sie bestehen aus einem feinen Bruch
des Haupt-Konzentrats und können leicht b'eim Trockenprozeß abgetrennt werden. -
Dieses Material kann über der Schlacke in Form von Preßkörpern oder haltbaren'Körnchen
verteilt werden. Auch ist die Verteilung in- flüssiger' Form nach dem Schmelzen
in einem geeignetem Brenner mit fossilen Brennstoffen und sauerstoffreichem Gås
möglich. Die Schlacke wird'sodann mit eisenhaltigem Sulfid-Konzentrat besprüht,
welches mittels eines Sauerstoff-Sprüh-Brenners unter Verwendung von Kohle geschmolzen
wurde. Die abschließende Reduzierung, beispielsweise zur Kobalt-Rückgewinnung, kann
dadurch erreicht werden, daß metallische, eisenhaltige Partikel auf die Schlacke
aufgesprüht werden, die vorzugsweise Kohlenstoff und/oder Silizium enthalten.
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Die Haupt-Einspeisungsbrenner werden bei erhöhten Flammtemperaturen
betrieben, wobei ein vorzüglicher Oberflächenkontakt und eine gute Mischung erfolgt.
Es wird eine Schmelze mit großer Oberfläche und hohem Sauerstoff-Potential erzeugt.
Die Sulfide eines Großteils der obenaufq<'-führten Elemente werden leicht verflüchtigt
ebenso wie Sulfide, Metall-, oder Oxiddämpfe oder -rauch, und cscheinen deshalb
im Abgas, werden also nicht in der Ofen-Schlacke oder in der Schmelze gefangen.
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Die Abgas-Teilchen, die z. B. Kupfer, Nickel oder Kobalt enthalten
und die Abgas-Rauche bzw.'kondensierten Dämpfe, die z. B. Arsen, Wismut, Kadmium,
Blei,'Molybdän oder Zink enthalten, werden gesammelt und hydrometallurgisch extrahiert.
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Ihr Kupfer-, Nickel- und Kobaltanteil kann, falls erwünscht,
dem
Schmelz-Ofen rückgeführt werden.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel- der Erfindung anhand der
Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung eines
Querschnittes eines Horizontal-Ofens, wie er für das erfIndungsgemäße Verfahren
eingeführt-wird mit bevorzugten Anordnungen zum Einspritzen verschiedener fester
und gasförmiger Substanzen und Einrichtungen zum Entnehmen verschiedener Produkte,
wobei die Schlacke und die Schmelze in entgegengesetzter Richtungströmen, während
die Strömungsrichtung der Schlacke und des Gases übereinstimmen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist als ein verbessertes Flamm-Schmelzen
(flash-smelting) von eisenfreien, metallhaltigen Mineral-Sulfiden in einem Horizontal-Ofen
zu bezeichnen, durch welches der Verlust von wertvollen Elementen in den Ofenprodukten
gesenkt wird. Ein besonderes Flamm-Schmelzverfahren, auf das die vorliegende Erfindung
anwendbar ist, ist beispielsweise in der US-Patentanmeldung 971-995 vom 21-. Dezember
1978 beschrieben.
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Der Titel dieser Anmeldung lautet: "Verfahren zum Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen
von Sulfid-Konzentraten".
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Das vorliegende Verfahren ist insbesondere einsetzbar bei der Umwandlung'von
Kupfer-, Nickel- und Kobaltferro-Sulfid-Konzentraten, die Konzentrate reich an Mineralien
wie z. B. Bornit, Chalkozit (Kupferglanz), Chalkopyrit, Carrollyt, Pentlandit (Eisennickelkies)',
Linneit (Kobaltkies), Pyrit (Eisenkies) oder Pyrrhotin (Magnetkies) sind, in hochwertige
Schmelze, saubere Schlacke und saubere Abgase
Die Mineralien dieser
Gruppe enthaltenden Konzentrate werden zusammen mit Flußmittel und sauerstoffreichem
Gas in eine heiße, eingeschlossene, schwefeldioxidreiche Atmosphäre in einem Horizontal-Ofen
eingeführt, der eine geschmolzene Schmelze enthält, auf der eine Schlacken-Schicht
schwimmt, wobei die Schichten (Schmelze und Schlacke) an entgegengesetzten Endabschnitten
des Ofens entnommen werden. Diese Sulfid-Konzentrate werden mittels Sauerstoff-Sprüh-Brennern
in die eingeschlossene, heiße, schwefeldioxidreiche Atmosphäre eingegeben und mischen
und reagieren wirkungsvoll mit dem sauerstoffreichen Gas aufgrund der großen Kontaktfläche
bei hohen Temperaturen bevor sie mit der geschmolzenen Schlacke im Horizontal-Ofen
in Berührung kommen. Der Ausdruck "sauerstoffreiches Gas" wird'hierbei.für Gase
verwendet, die einen Anteil von 33 % oder mehr Sauerstoff enthalten, wobei es sich
auch um Saue'rstoff- äus Flaschen handeln kann, welcher eine Reinheit von etwa 80
bis 99,5 % hat.
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Im Sprüh-Brenner wird in dessen Paraboloid ein sehr schneller Temperaturanstieg
erreicht, da eine besonders feine Dispersion von Metall-Sulfid-Teilchen in dem sauerstoffreichen
Träger-Gas' gegeben ist. Die resultierende, extrem große Reaktions-Kontaktfläche
bedingt eine optimale Ausnützung der hohen Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktion
zwischen Ferro-Sulfiden und Sauerstoff unter Bildung von Ferro-Oxiden und Schwefeldioxid.
- Weiterhin wird jegliche Grenzschicht-Hemmung des Massentr.ansportes bei dieser
Reaktion dadurch minimiert, daß am Ausgang des Sprüh-Brenners gemischt und gereinigt
wird. Die Flammen-Temperatur im oberen Abschnitt des Paraboloids übersteigt deshalb
1450 0 C. Als Folge werden die eingespeisten Sulfid-
Mineral-Teilchen
geradezu momentan in diskrete flüssige Tröpfchen verwandelt, wobei die Temperaturen
ausreichen, um den Großteil der enthaltenen Elemente mit größeren Dampfdrucken im
Elementa>Sulfid- oder Oxidzustand zu verdampfen.
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Unter diesen-Elementen befinden sich insbesondere Arsen, Wismut, Kadmium,
Blei, Molybdän und Zink bzw. deren Verbindungen. Befinden sich diese Stoffe in den
Sulfid-Konzentraten in geringen aber wesentlichen Mengen, so erscheinen über 75
t dieser leichtflüchtigen Substanzen als Dampf oder Rauch in den Ofenabgasen, wo
sie mittels herkömmlicher Einrichtungen rückgewonnen werden können, beispielsweise
mittels elektrostatischer Ausfällung oder Feucht-Skrubbern. Auch ist eine hydrometallurgische
Extraktion und Isolation möglich. Auf diese Weise wird ihre Lösung bzw. Reaktion
mit dem Ferro-Silikat oder den Metall-Sulfiden des Ofens minimiert, was angesichts
der Schwierigkeiten und Kosten ihrer nachfolgenden Entfernung und; Isolation, beispielsweise
von der metallischen Phase, höchst wünschenswert Ist.
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Im unteren Abschnitt des Paraboloids hat das System einen Großteil
seiner Radial-Geschtindigkeit verloren, so daß die gut durchmischte Teilchensubstanz
relativ langsam.
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auf die Schlackenoberfläche absinkt. Die Strömungszeiten sind in diesem
Abschnitt um eine Größenordnung länger als in dem pberen Abschnitt, so daß ein a-usgezeichneter
Wärme-Transport zwischen den Gas-, Flüssige und Festphasen der Dispersion erzielt
wird. Zusätzlich dazu, daß zusätzliche Zeit für die Verflüchtigung von Verunreinigungen
gegeben wird! senken sich die eisenhaltigen, oxidreichen und siliziumreichen Teilchen
langsam bei Temperaturen oberhalb i300 o C auf die Schlackenoberfläche und reagieren
wirksam
in dem Badum die erwünschte schnelle Produktion von Ferro-Silikat zu bewirken. Eisentrioxidreiche
und eisenmonosulfidreiche Teilchen reagieren zur erwünschten effektiven Reduktion
des Magnetits zu Eisenmonoxid,mit gleichzeitiger Oxidation von Eisenmonosulfid zu
Eisenmonoxid und Schwefeldioxid. Insgesamt sichert dieses Verfahren, daß die Ofen-Schlacke
mit der durchströmenden Schmelze im Gleichgewicht ist und einen guten Flüssigkeitsgrad
aufweist, um eine gute Schlacken-Schmelzenseparation zu gewährleisten. Es ist festzuhalten,
daß aufeinanderfolgende Paraboloide im Ofengasstrom als'Sprüh-Skrubber für zuvor
im Gas erzeugte feine Teilchen wirken, die sich -stromab bewegen.
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Die eisenfreien, metallhaltigen Konzentrate werden in trockenem, zerkleinertem
Zustand eingespeist, vorzugsweise sind sie gleichmäßig mit Flußmittel gemischt und
ihre Teilchengröße ist geringer als Maschenzahl 65, um eine schnelle Reaktion der
Sulfid-Teilchen mit Sauerstoff in der Gasphase oberhalb der geschmolzenen Schlacke
zu gewährleisten, bevor die Teilchen mit der geschmolzenen Schlacke in Kontakt kommen.
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Ein typisches eisenfreies, metallhaltiges Konzentrat kann beispielsweise
10 Gew.-%e von Teilchen mit einer Größe enthalten, die geringer ist als 5 jum, wobei
die Edelmetall-Werte etwa denen des gesamten Konzentrats entsprechen können. Dieser
halbkolloide Staub ist leicht mit dem Abgas aus dem Ofen zu transportieren, bevor
er sich auf dem geschmolzenen Bad absetzt. Einiges sammelt sich im Kamin oder erzeugt
Ablagen im Rückgewinnungs-Dampferzeuger, während der Rest die Staubreinigungseinrichtungen
belastet und die Konzentration von Verunreinigungselementen im rückgewonnenen Staub
verdünnt.
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Erfindungsgemäß können die eisenfreien, metallhaltigen Sulfid-Konzentrate
mit einer Teilchengröße unterhalb 5 jirn von den restlichen Konzentraten getrennt
werden, was mit-der Wasserentfernung geschehen kann, beispielsweise mittels Flüssigbett-Trocknung,
wonach- die feinen Partikel kompaktiert werden. Das ultrafeine Material, mit z.
B. bis zu 5 pin Durchmesser, kann durch Schmelzen kompaktiert (verklumpt) werden
und in geschmolzenem Zustand in den Ofen injiziert werden, wobei die Schmelzung
in einem geeignetem Brenner unter Verwendung fossiler Brennstoffe' und sauerstoffreichen
Gases als Hauptenergiequelle erfolgen kann. Ein Beispiel eines geeigneten Brenners
in der Ofenwand ist ein Zyklon-Brenner, dessen Längsachse gegen die Horizontalebene
geneigt ist, beispielsweise einen Winkel von 30 o mit ihr bildet. Auch können die
Teilchen durch Agglomeration kompaktiert werden, welche vorzugsweise unter Bildung
harter Körnchen mit einer Größe im Bereich von 1 - 10 mm Durchmesser erfolgt.
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Bei der Erzeugung dieser Agglomerate können auch andere Materialien
verwendet werden, wie Reste oder andere Produkte der obenerwähnten hydrometallurgischen
Behandlung.
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Diese Kompakt-Teilchen, entweder in geschmolzenem Zustand oder' als
Agglomerate, werden in den Horizontal-Ofen durch dessen Dach oder Seitenwände auf
die Schlacke injiziert, wobei der Einspritzort vorzugsweise geråde stromabwärts
des Paraboloids des-letzten Haupt-Konzentrat-Sprüh-Brenners liegt.
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Erfindungsgemäß wird die in der Flammschmelzung eisenfreien, metallhaltigen
Sulfid-Ronzentratserzeugte Schlacke dadurch gereiig, daß ihr Sauerstoff-Potential
gesenkt wird, indem eine Reihe zunehmend starker Reduktionsmittel
zuge'setzt
wird, d. h. der Magnetit-Anteil wird zunehmend reduziert bis ein'befriedigend niedriges
Niveau von etwa 5 Gew.-%en oder weniger erreicht ist. Für diesen Zweck ist es höchst
vorteilhaft, die Schmelze und die Schlacke in entgegengesetzter Richtung strömen
zu lassen, während die Schlacke und das Gas in gleicher Richtung strömen.
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Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen,
daß eine hohe Schlacken-Temperatur aufrecht zu erhalten ist, welche eine niedrige
Schlackenviskosität zur Folge hat.
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Das erste in der Reihe von Reduktionsmitteln ist die Schmelze aus
den kompaktierten, ultrafeinen Konzentrat-Partikeln, die an einer Stelle in den
Ofen und auf die Schlacke gegeben werden, die benachbart der letzten parabbloidförmigen
Suspension und entfernt von der Schlacken-Entnahmestelle des Ofens lie9t.' Das zweite
Reduktionsmittel der Serie ist ein geringeres-' Konzentrat, das einen geringen Anteil
eisenfreien Metalls und einen reichen Anteil an Eisensulfid hat,- welches eine Schlackenreinigung
bewirkt, in der chemische und andere Waschvorgänge zusammenwirken, welche beim Aufsprühen
einer flüssigen Schmelze über die Ofenschmelze entstehen, wobei die flüssige, aufgesprühte
Schmelze reich an Eisensulfid und arm an eisenfreiem Metall ist; die Ofenschmelze
wird also quasi einer Säurebehandlung unterzogen. Ein Beispiel für ein derartiges
Material- ist ein Chalkopyrit-Pyrit-Zwischenkonzentrat, welches 5 Gew.-te Kupfer
enthalten kann oder auch ein Pyrit-Konzentrat, welches 0;5 Gew.-%e Kupfer enthalten
kann. Ein anderes Beispiel ist ein Pentlandit-Pyrrhotin-Zwischenkonzentrat, welches
2 Gew.-%e Nickel enthalten kann oder ein Pyrrhotin-Konzentrat,
welches
0,6 Gew.-%e Nickel enthalten kann. Eine wichtige chemische Wirkung des Eisensulfids
ist die Reduktion des Magnetits.und des dreiwertigen Eisen-Anteils der Schlacke
zu Eisenmonoxid, wobei gleichzeitig gelöste eisenfreie Metalloxide in -Sulfide für
ihren Eintritt in die Schmelze umgewandelt werden. Die Reduktion des Magnetits wird
begleitet von einem erheblichen Abfall der Schlackenviskosität, weshalb die Schmelze
schneller und vollständiger absetzt. Das in der chemischen Reaktion gebildete, siedende
S02 bewirkt einen zusätzlichen vorteilhaften Mischeffekt. In diesem Ausführuncrsbeispiel
der Erfindung wird dann weiter die Wert-Metall-RUckgewinnung im Ofen gesteigert,
indem da's Sauerstoff-Potential der Schlacke unter den Wert gesenkt wird, der durch
Zugeben von Eisensulfid alleine erreichbar ist. Dies wird durch die letzte Reduktionsmittelzufügung
erreicht. Dadurch wird die KobaZtrückgewinnung gegenüber einem Nickel-Strahlungsofen
verdreifacht. Die relativ geringe Menge an Reduktionsmittel, die im letzten Falle
über die Schlacke gesprüht wird, beispielsweise 2 Gew.-%e der Schlacke, ist reich
an metallischem Eisen und enthält Kohlensto.ff und/oder Silizium sowie Roheisen,
silberglänzendes Roheisen, Ferrosilizium, Schwammeisen und/ oder Alteisen, wie z.
B. Eisenspäne. Geringwertiges, reichlich Kohlenstoff und reichlich 'Schwefel enthaltendes
Schwammeisen ist ein befriedigendes Reduktionsmittel, welches leicht und wirtschaftlich
aus Pyrrhotln-Konzentrat gewonnen werden kann, welches in der Nickelindustrie anfällt.
Kohlenstoff alleine kann bekanntlich als Reduktionsmittel eingesetzt werden, doch
ist seine Wirksamkeit aufgrund seines geringen spezifischen Gewichtes gering, da
es auf der Schlacke schwimmt.
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Seine Einspritzung -in die Schlacke, beispielsweise durch Lanzen,
kann Betriebsschwierigkeiten bewirken.
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Diese letztgenannte Zufügung eines Reduktionsmittel wird durch Aufsprühen
desselben über die Schlacke an einer Stelle durchgeführt, die von der Schlacken-Entnahmenstelle
des HorizontaSOfens entfernt ist und ausreichend Abstand hat von den Abstich -Löchern,
um eine angemessene Absetz-Zeit für die neugebildete Schmelze zu gewährleisten.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegendber herkömmlichen
eisenfreien Schmelzverfahren sei am nachfolgenden Beispiel illustriert: Ein Chalkopyrit-Konzentrat
aus 25 % Cu, 28 % Fe, 31 % S und 8 % SiO2 und einem geringen, aber wichtigen Anteil
von Arsen -Wismut, Kadmium, Blei, Molybdänoder Zink, der insgesamt weniger als 2
Gew.-%e ausmacht , wird durch Luftaufschwemmung und Flüssig-Bett-Trocknung in Anteile
mit Teilchengrößen von weniger als bzw. mehr äls 5 am getrennt. Die so abgetrennten
ultrafeinen Teilchen haben ein Gewicht von weniger als 7 % des Gesamt-Konzentrats
und weisen eine ähnliche Zusammensetzung auf. Sie werden durch Schmelzen kompaktiert,
wobei ein mit Sauerstoff und fossilem Brennstoff betriebener Ofenbrenner -benutzt
wird. Die erzeugte Schmelze wird an einer Stelle über die Schlacke gesprüht, die
der letzten der drei paraboloiden Suspensionen benachbart ist. Das Konzentrat wird
mittels Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen in eine hoch angereicherte Schmelze geschmolzen
wobei wiederum Sauerstoff und 3 Sprüh-Brenner eingesetzt werden. Ein Großteil der
Verunreinigungselemente, z. B. Arsen, Wismut, Kadmium, Blei, Molybdän und Zink,
wird aufgrund der parabolischen Flamme und der vorzüglichen Oberflächenkontakte
sowie der Mischung bei hohen Temperaturen, die 1450 0-C überschreiten, und des hohen
Sauerstoff-Potentials in den Paraboloiden, das einer Schmelze-mit mehr als 65 %
Cu
entspricht, verdampft. Das Ofen-Gas, das mehr als 20 Vol.-%e
S02 aufweist, wird kontinuierlich aus dem Ofen abgelassen und enthält mehr als 75
% des Arsen-, Wismut-, Kadmium-, Blei-, Molybdän-, Zink- bzw. Schwefelanteils der
gesamten Sulfid-Ladung. Ein Reduktionsmittel zur Schlackenreinigung, das benachbart
der Eingabestelle für die ultrafeinen Teilchen und entfernt von der Schlacken-Entnahmenstelle
(um der Schmelze genügend Setz-Zeit zu lassen) eingegeben wird, weist ein Schalkopyrit-Pyrit
mit 4 % Cu,40 % Fe und 45 % 5 auf, wird geschmolzen und über die Schlacke gesprüht.
Die erzeugte,hochangereicherte Schmelze weist 45 % Cu, 10 8 Fe und 22$S auf, während
die Schlacke im Endzustand 0,4 % Cu aufweist, was einer Rückgewinnung von über 98
% des Kupfers entspricht.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Pentlandit-Konzentrat
mit 12 % Ni, 0,4% Co, 38 e Fe, 31 % S und 8 % SiO2 sowie geringen aber wichtigen
Anteilen von Kadmium, Blei und Zink, die zusammen weniger als 1 % des Gewichtes
ausmachen, mittels Luft-Absehlämmen und Flüssig-Bett-Trocknung in Bruchteile mit
Teilchengrößen von jeweils mehr bzw. weniger als 5 Sm getrennt. Das abgetrennte
Material mit Teilchengrößen unterhalb von 5 pm hat ein Gewicht von etwa -7 % des
Gesamtkonzentrats und eine entsprechende chemische Zusammensetzung. Es wird zu verhärteten
Körnern mit 1 - 10 mm Durchmesser kompaktiert, welche in den Ofen injiziert und
an einer Stelle über die Schlacke gesprüht werden, die benachbart der letzten parabolförmigen
Suspension des Konzentrats ist. Der Rest des Konzentrats wird mittels Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen
unter Verwendung von komerziell erhältlichem Sauerstoff und einer Vielzahl von Sauerstoff-Sprüh-Brennern
in eine hochangereicherteoSchmelze geschmolzen.
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Aufgrund der hohen Temperatur, die 1450 OC überschreitet,
und
des großen Sauerstoff-Potentials in dem Paraboloid, das einer Schmelz-Anreicherung
von über 55 % Ni entspricht, wird ein Großteil der in dem Konzentrat vorhandenen
elementaren Verunreinigungen, wie Kadmium, Blei und Zink,den Ofen im Abgas als Dampf
bzw.
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Rauch verlassen. Dieses Gas mit mehr als 20 Vol.-%en S02 wird kontinuierlich
aus dem Ofen abelassen, wobei mehr als 75 % des Kadmium-, Blei-, Schwefel- bzw.
Zinkanteiles der gesamten Sulfid-Ladung mitgenommen werden. Ein eisensulfidreiches
Reduktionsmittel zur Schlackenreinigung aus Pentlandit-Pyrrhotin mit 2 % Ni, 56
% Fe und 34 % S wird geschmolzen und mittels Sauerstoff-Sprüh-Brennern unter Verwendung
von fossilen Brennstoffen als Wärmequelle geschmolzen und an einer Stelle über die
Schlacke gesprüht, die benachbart der Eingabestelle für die kompaktierten Fein-Teilchen
und entfernt von der Entnahmestelle für die Schlacke angeordnet ist. Das letzte
Reduktionsmittel in der Reihe von Reduktionsmitteln, für das Roheisen mit einem
Anteil von 4,5 % C und 1,5 Si vorgesehen ist, wird in den Ofen an einer Stelle eingegeben,
die benachbart der Eingabestelle für die letztgenannte Schmele liegt und einen angemessenen
Abstand von der Schlacken-Entnahme- -stelle hat. Die erzeugte,hochangereicherte
Schmelze weist 55 8 Ni, 1,55 % Co, 10 % Fe und 26% S auf, während die Schlacke letztlich
0,15 % Ni und 0,07 % Co aufweist, was einer Rückgewinnung von etwa 99 % und 83 %
des Nickels bzw. Kobalts entspricht.
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Die Figur veranschaulicht schematisch die Einlaß-Offnungen für das
Einspritzen der ultrafeinen Teilchen in agglomerierter oder flüssiger Form, des
eisensulfidreichen Konzentrats in flüssiger Form und des eisenreichen Reduktionsmittels
nach der Erfindung, wobei die Konzentrate
mittels Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen
geschmolzen werden.
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Der Horizontal-Ofen 1 weist eine Schlacken-Entnahmestelle 3, eine
Schmelzen-Entnahmestelle 5 und einen Abgas-Auslaß 7 auf. Eine Ladeeinrichtung 9
dient der Beschickung mit Konverter-Schlacke. Eine Schmelze 11 befindet sich in
einem unteren Abschnitt des Ofens und eine Schicht geschmolzener Schlacke 13 befindet
sich darüber. Im Raum 15 ist eine erhitzte, schwefeldioxidreiche Atmosphäre zwischen
der Schlacke 1 3 und dem Dach des Ofens eingeschlossen. Drei Sauerstoff-Sprüh-Brenner-19
sind vorgesehen, um Suspensionen von Sulfid-Konzentrat S, sauerstoffreichem Gas
und vorzugsweise Flußmittel F in der erhitzten Atmosphäre des Ofens zu erzeugen.
Mischungen aus Sulfid-Konzentrat und Flußmittel werden über die -Leitungen 21 den
Brennern 19 zugeführt Durch Leitungen 23 wird sauerstoff reiches Gas eingespeist,
um in der heißen Atmosphäre im Raum 15 des Ofens parabolförmige Suspensionen 25
zu bilden. Benachbart der letzten parabolförmigen Suspension 25 und entfernt von
der Schlacken-Entnahmenstelle 3 ist eine Einspritz-Vorrichtung 27 vorgesehen, mit
der die kompaktierten, ultrafein zerteilten, eisenfreien Metail-Mineral-Konzentrat-Teilchen
29, in agglomerierter oder geschmolzener Form, in den Ofen und auf die Schlacke
13 eingespritzt werden. Ebenfalls sind Einspritzvorrichtungen 31 benachbart den
Einspritzvorrichtungen 27 und entfernt von der Schlacken-Entnahmestelle 3 vorgesehen,
mittels derer gering- angereichertes Konzentrat 33, das einen hohen Eisnsulfid-Anteil
und -einen geringen eisenfreien Metallanteil aufweist, in den Ofen und auf die Schlacke
13 gesprüht wird. Ebenfalls vorgesehen sind Einspritzvorrichtungen 35, die-von der
Schlacken-Entnahmestelle 3 entfernt sind und einen ausreichenden Abstand vom Loch
5 aufweisen, um das metallische, eisenreiche Material 37 in den Ofen und auf die
Schlacke 13
injizieren zu können.
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Für den Fachmann ist offenkundig, daß einige Ausführungsformen dieser
Erfindung benutzt werden können, um andere Flamm-Schmelzverfahren oder kontinuierliche
Verfahren zu verbessern; besonderes bevorzugt ist aber die Anwendung der Erfindung
bei Sauerstoff-Sprüh-Schmelzverfahren und.
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entsprechenden Vorrichtungen, weil der Wärme- und -Massentransport
sowie deren Verteilung besonders günstig sind und weil die erforderlichen Modifikationen
am Ofen relativ einfach und billig sind.
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B ZUG Z Cd fLI (LIST OF R F RE E @ UM RAL) 1 Horizontal-Ofen 1 2
2 3 Schlacken-Entnahmestelle 3 4 4 5 Schmelzen-Entnahmestelle 5 6 6 7 Abgas-Aus
laß 7 8 8 g Ladeelnrlchtung 10 10 11 Schmelze 11 12 12 13 Schlacke 13 14 14 15 Raum
15 16 16 17 17 18 18 19 Brenner 19 20 20 21 Leitung 21 22 22 Leitung 23 24 24 25
Suspension 25 26 26 27 Elnsprltz-Vorrlchtung 27 28 28 29 Konzentrat t 29 30 \ @
30
31 Einspritzvorrichtung 42 32 33 Konzentrat 33 34 34 35 Einspritzvorrichtung
35 36 36 37 eisenreiches Material 37 S Sulfid-Konzentrat F Flußmittel
L
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