DE3321687A1

DE3321687A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen windfrischen von nichteisen-lechen

Info

Publication number: DE3321687A1
Application number: DE3321687A
Authority: DE
Inventors: J. Barry W. Noranda Quebec Bailey; Phillip J. Pointe Claire Quebec Mackey
Original assignee: Noranda Mines Ltd Toronto Ontario; Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1983-12-22
Also published as: FI832143L; GB2121830B; GB8311016D0; SE8303497L; AU1286483A; BE897070A; US4544141A; AU555874B2; FI75602B; JPS58224128A; SE8303497D0; CA1190751A; FI75602C; GB2121830A; US4504309A; FI832143A0

Description

- 5 Beschreibung

Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebenen Gegenstand und sie schafft Mittel und Wege ° zum kontinuierlichen Windfrischen von Nichteisen-Lechen und -metallen, insbesondere von Kupferlechen.

Verfahren zur Herstellung von Kupfer und Kupfer-Nickel umfassen in der Regel das Aufschmelzen von Konzentraten und Flußmitteln in einem Reverbierofen oder Strahlungsofen (vergleiche z.B. US-PS 2,668,lo7 und CA-PS 851,o99), oder es handelt sich um ein kontinuierliches Aufschmelzverfahren (vergleiche z.B. US-PS 4,o55,156), bei dem zwei Phasen erzeugt werden, nämlich eine aus Metallsulfiden bestehende Lechphase und eine Schlacke. Die Schlacke kann von ihrem Metallgehalt befreit und verworfen werden, während der Sulfidlech entfernt und in einen zweiten Behälter zum Windfrischen geleitet wird.

Beim Windfrischen von Nichteisenmetallen ist es allgemeine Praxis, Eisen, Schwefel und einige der Verunreinigungen, die im ursprünglichen, durch Aufschmelzen gewonnenen Lech vorliegen, durch Behandeln der Schmelze in einem Zweistufen-Oxidationsverfahren in einem Konverter genannten Behälter mit Hilfe von Luft zu entfernen, die in die Schmelze mit Hilfe einer Anzahl von im Ofenmantel vorgesehenen Öffnungen oder Düsen eingeblasen wird. Bei den in der Nichteisen-Industrie meistens verwendeten Konvertergefäßen handelt es sich um einen auf Rollen montierten Tonnen- oder Zylinderofen mit Öffnungen oder Düsen, die horizontal längs der Seite des Zylinders angeordnet sind und einer Helm genannten Hauptöffnung an der Oberseite dos Zylinders zum Abzug der Abgase, zum Beschicken des Behälters und zum Ausgiessen oder Abstreichen der raffinierten Charge. Die Öffnungen oder Düsen sind so angebracht, daß sie unter das Metall oder die Schmelze getaucht sind vährend der Durchführung des Verfah-

-δ-

rens und sich oberhalb der Schmelze befinden, während das Verfahren zum Abstreichen oder Beschicken gestoppt ist. Dieser Typ von Konverter wird als Peirce-Smith-Konverter bezeichnet.

Reaktionsabgase werden durch den Helm des Behälters abgezogen und verlassen diesen über eine oberhalb des Helmsi angebrachte spezielle Abzugshaube, um die Abgase in eine/ Einrichtung zur Gaskühlung, z.B. einen Abhitzkessel oder

IQ einen Verdunstungskühler, zu leiten und anschließend Gasreinigungsverfahren zuzuführen. Wegen des Erfordernisses, den Behälter um seine Längsachse zu drehen zum Beschicken und Abstreichen und zurück in die Blasstellung mit untergetauchten Düsen, erweist sich ein Spalt

■^5 zwischen der festmontierten Abzugshaube und dem Behälter als notwendig. Dieser Spalt ist die Ursache für eine beträchtliche Luftinfiltration, welche den Abgasstrom verdünnt und dessen Volumen beträchtlich vergrößert, so daß größer dimensionierte Einrichtungen zur Gasbehandlung erforderlich sind. In älteren Anlagen diente die Verdünnungsluft auch als Mittel zur Kühlung des Gases vor dessen Eintritt in die Abzugshaube und den Abgaskanal, der in der Regel aus Flußstahl oder weichem Stahl bestand. Dieses Erfordernis zur Kühlung durch Verdünnung, das durch die zur Konstruktion des Gassystems eingesetzten Materialien bedingt ist, wurde überwunden durch Verwendung von wassergekühlten Abzugshauben oder von Abzugshauben aus Gußstahl. ο

Eine weitere Konverterausgestaltung ist der Siphon-Konverter, bei dem es sich um einen horizontalen Ofen handelt, der mit einer speziellen Siphon-Abzugshaube ausgestattet ist,um die Luftverdünnung am Helm des Behälters minimal zu halten.

— ΤΙ Das zur Zeit angewandte Konverterverfahren für Kupferschmelzen ist eine chargenweise durchgeführte Zweistufenoperation. Der Konverter wird mit Le.ch beschickt mit Hilfe von Pfannen, die durch den Helm entleert werden, und nach beendeter Einspeisung wird der Behälter in die Blasstellung gedreht und die Schmelze wird mit Luft oxidiert unter Zugabe von siliciumhaltigem Flußmittel. Eisensulfid wird in der ersten Verfahrensstufe oxidiert unter Bildung einer Schlacke und Schwe- feldioxidgas, und in der zweiten Verfahrensstufe wird Kupfersulfid oxidiert unter Bildung von Blasenkupfer ' und Schwefeldioxidgas. In der ersten Verfahrensstufe, die als Schlackenblasen bezeichnet wird, findet die folgende typische Reaktion statt:

._K FeS + 1 1/2 0„ = FeO + SO₀

Δ λ

Das Eisenoxid reagiert mit dem Siliciumdioxid-Flußmittel unter Bildung von Eisensilicatschlacke nach folgender Gleichung:
2FeO + SiO₂ = 2 FeO-SiO₂

Die Schlacke enthält darin eingeschlossenen Kupferlech und etwas gelöstes Kupferoxid. Etwas Eisenoxid kann weiter oxidiert werden zu Magnetit (Fe^O-), der sich „p. in der Schlacke löst. Unter bestimmten Bedingungen kann überschüssiger Magnetit gebildet werden, was eine klebrige Schlacke zur Folge hat.

Sobald etwa die Hälfte des Eisen oxidiert ist, wird das OQ Verfahren abgestoppt und. die Schlacke entfernt, indem

sie durch den Helm in eine Pfanne geschüttet wird. Diese Schlacke kann zur Isolierung von Metallen nachbehandelt werden. Sie kann in den Schmelzofen zurückgeführt oder durch Vermählen und Flotation behandelt werden. Eine zwei-οκ te Charge von Lech wird sodann in den Konverter eingespeist und das Verfahren wird wiederholt. Dieser Zyklus wird mehrere Male wiederholt, bis das gesamte Eisen oxidiert ist und die Schlacke entfernt wurde. Zu diesem

Zeitpunkt beginnt die zweite Verfahrensstufe (Kupferblasen genannt). In dieser Stufe wird das Kupfersulfidbad oxidiert zu Blasenkupfer und Schwefeldioxidgas in einem Zyklus, wobei keine Lech- oder Flußmittelzugaben erfolgen. Die Gesamtreaktion in der zweiten Verfahrensstufe kann durch folgende Gleichung wiedergegeben werden: Cu₂S + O₂ = 2Cu + SO₂

Sobald der gesamte Schwefel oxidiert ist, wird das Verfahren unterbrochen und Blasenkupfer in Pfannen geschüttet und der Konverter ist bereit für den nächsten Zyklus.

Ein ähnlicher Operationstyp wird zum Windfrischen von Nickel- oder Kupfer-Nickellechen durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß die zweite Verfahrensstufe weggelassen wird und das Endprodukt normalerweise ein raffinierter Lech ist. Dieses Produkt wird in der Regel als "Be s s einer "-Lech bezeichnet und es besteht typischerweise aus 75-8o% Ni + Cu und 2o% S mit gegebenenfalls o,5-2% Fe.

Ein typischer Peirce-Smith-Zyklus zur Behandlung von 3o-4o% Cu-Lech erfolgt nach folgendem Schema, wenn mit einem leeren Konverter begonnen wird:

1. Blasen Zugabe von 3 Pfannen Lech,

Start des Blasens,

Einstellung der Flußmittelrate zur Steuerung der Temperatur, Stoppen des Blasens zur Zugabe von

Schrott,

Wiederaufnahme des Blasens, Stoppen des Blasens zur Zugabe von 1 Pfanne Lech,

Zugabe von Flußmittel, insgesamt 14-2o t

Anhebung der Temperatur, Abstreifen von 4 Pfannen Schlacke.

2. Blasen

10 15

Zugabe von 1 Pfanne Lech, Starten des Blasens, Einstellen der Flußmittelrate zur Steuerung der Temperatur, Stoppen des Blasens zur Zugabe von 1 Pfanne Lech,

Wiederaufnahme des Blasens, Zugabe von Flußmittel, Stoppen des Blasens zur Zugabe von 1 Pfanne Lech,

Wiederaufnahme des Blasens, Zugabe von Flußmittel, insgesamt 15-24 t,

Anheben der Temperatur, Abstreichen von 4 Pfannen Schlacke.

3. Blasen

20 25 30 Zugabe von 1 Pfanne Lech, Starten des Blasens, Einstellen der Flußmittelrate zur Steuerung der Temperatur, Stoppen des Blasens zur Zugabe von 1 Pfanne Lech,

Wiederaufnahme des Blasens, Zugabe von Flußmittel, insgesamt 18-24 t,

Anheben der Temperatur, Abstreichen von 3 Pfannen Schlacke.

Hochgehen

35 (Abschließendes Blasen vor dem Kupferblasen)
Wiederaufnahme des Blasens Zugabe von 2 t Flußmittel Steigerung der Temperatur, Abstreichen von 1 Pfanne Schlacke.

-Ιοί Kupferblasen Zugabe von 4 oder 5 kalten Kupferbarren während des Blasens, jedesmal Herein- und Herausdrehen aus dem Stapel.

Beendigung des Kupferblasens, Aus

schütten von 85 t Blasenkupfer.

Die Gesamtblaszeit beträgt 6-7 h bei einer Blasrate von 47,ooo Nm /h, bei einer gesamten Zeitdauer von

^q 8-9 h. Der Konverter wird in die und aus der Blasstellung 15 bis 3o mal geschwenkt. Das Konverterabgas im Abzugskanal enthält 2 bis 5 % SO« während des Schlackenblasens und etwas mehr während des Kupferblasens. Der Gasanreicherungsgrad ist weitgehend eine Funktion der

"Lς Menge an Verdünnung mit Luft, die am Helm eingesaugt wird. Diese Verdünnungsluft tritt an dem Spalt ein, der zwischen dem Behälter und der Abzugshaube vorgesehen ist, um die freie und ungehinderte Bewegung des Behälters sicherzustellen, wenn dieser in die und aus der Blasstellung gedreht wird. Es erwies sich als unmöglich, eine wirksame Abdichtung in diesem Bereich zu bilden aufgrund der extrem hohen Temperaturen und der praktisch konstanten Bewegung des Behälters beim Hin- und Herdrehen während des Zyklus.

Der Arbeitszyklus erfolgt nach ähnlichem Schema für Lech höheren Metallgehalts außer daß weniger Flußmittel pro t Lech zugesetzt und weniger Schlacke gebildet wird. Die Anzahl, wie oft der Konverter in die und aus der Blasstellung geschwenkt wird, ist ebenfalls vermindert.

Flüchtige Emissionen sind eine der lästigsten Erscheinungen bei Konverteroperationen und derartige Emissionen rund um den Konverter erfolgen jedesmal, wenn der Konverter in die oder aus der Blasstellung geschwenkt wird. Diese Erscheinung bleibt ein fundamentaler Nach-

teil des üblichen Konverterverfahrens. Technische Modifikationen zum Herabdrücken dieser flüchtigen Emissionen auf ein Mindestmaß sind kompliziert und teuer.

Ein typischer Konverterhallengang kann zwei, drei oder mehr Konverter aufweisen, die an einer Seite des Gebäudes in Reihe aufgestellt sind und der den Lech erzeugende Schmelzofen befindet sich in der Regel auf der gegenüberliegenden Seite; die Schmelzofen können

IQ jedoch auch auf der gleichen Seite wie die Konverter angeordnet sein. Der Lech wird in Pfannen vom Schmelzofen in die Konverter transportiert. Konverterschlacke wird in den Schmelzofen unter Verwendung von Pfannen zurückgebracht, oder die Schlacke kann aus dem Konvertergang abgeführt werden zur langsamen Abkühlung für die Kupferisolierung durch Vermählen und Flotation.

Das chargenweise durchgeführte Konverterverfahren, wie es in den bekannten Schmelzanlagen zur Anwendung gelangt, hat die folgenden hauptsächlichen Nachteile:

1. Ein diskontinuierlicher Anfall von volumenreichem Abgas, was die Kosten der Gasbehandlung und S0~- Fixierung beträchtlich erhöht. Das diskontinuierliche Strömen von Abgas resultiert aus dem Abstoppen, um Schlacke abzustreichen oder raffiniertes Schmelzprodukt abzuziehen und Beschickungsiech zuzusetzen. Die Häufigkeit, mit der der Konverter in den und aus dem Stapel gedreht werden muß, führt zu einer Verschlechterung der Wirksamkeit der Abdichtung des Spalts zwischen der Abzughaube und dem Behälter. Dies hat zur Folge, daß unfiltrierte Luft in den Abgasstrom eintritt, was zum Gesamtvolumen des Abgases beiträgt.

2. Hochgradige Emission von flüchtigen und zufällig gebildeten Gasen. Diese Emissionen erfolgen während der folgenden Operationen:

- Beim Schütten von Lech in den Konverter,

- Beim Schwenken des Konverters zum Stoppen oder Starten des Verfahrens,

- beim Ablassen oder Abstreichen von Schlacke oder

raffiniertem Schmelzprodukt aus dem Konverter 3. Geringe Produktivität aufgrund der Unterbrechungen des Verfahrens zum Eingießen von Leen, Abstreichen von Schmelzprodukten und damit verbundene Verzögerungen, die auf Störungen, Kranbedienung und Handhabe und Vorausplanung von Materialien zurückzuführen sind. Es ist nicht ungewöhnlich, daß ein Konverter 3o bis 6o % der Zeit in Ruhestellung und unproduktiv ist; eine Betriebszeit von 7o % (entsprechend 3o % Ruhezeit) wird als extrem effizient angesehen.

Die Produktivität der üblichen bekannten Windfrischverfahren ist somit gering. Gemessen als spezifische Produktivität in Tonnen Lech, der pro m Konvertervolumen pro h verarbeitet wird, beträgt die Produktivität in der Regel o,36 bis o,42 für 3o bis 4o % Cu enthaltende Leche und 1,2 bis 1,8 für 7o bis 8o % Cu enthaltende Leche.

Es wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um die Schmelz- und Windfrischvorrichtungen durch eine einziges Gefäß zu ersetzen und dadurch die oben angegebene chargenweise Zweistufen-Windfrischoperation zu eliminieren. Beispiele sind das Verfahren zum kontinuierlichen Aufschmelzen und Windfrischen von Kupferkonzentraten, das in der Ca-PS 758,o2o beschrieben wird, oder die Vorrichtung zum Suspensionsschmelzen von feinverteilten Oxid- und/oder Sulfiderzen und -konzentraten, die in der US-PS 4,236,7oo beschrieben wird. Durchweg alle diese Verfahren sind praktisch beschränkt auf die Behandlung von Kupferkonzentraten mit geringem Gehalt an bestimmten Schwermetallen, insbesondere den Elementen aus der Gruppe Va des Periodensystems, da nach den allgemein bekannten physikalisch-chemischen Gesetzen diese Elemente eine größere Affinität für metallisches Kupfer haben als die Sulfidphase und wenn sie im Konzentrat vorliegen, neigen sie daher dazu, in das so erzeug-

te Kupfer gelöst zu werden. Die bekannten kontinuierlichen Schmelz- und Windfrischverfahren können daher nicht auf Konzentrate angewandt werden, die eine hohe Konzentration an bestimmten Schwermetallen enthalten,

c ohne daß die Qualität des Blasenkupfers nachteilig beeinflußt wird. In diesen Fällen ist es allgemeine Praxis, einen Lech, in der Regel einen hochhaltigen Lech, herzustellen statt metallisches Kupfer und diesen Lech nach den bekannten chargenweisen Verfahren zu fri-.₀ sehen. Mehr als 8o% des weltweit durch Schmelzen von Sulfidkonzentraten hergestellten Kupfers wird durch Lechschmelzen und übliches Windfrischen gewonnen.

Einige Forscher haben auch verschiedene Mittel und We-•j c 9^e vorgeschlagen, um die mit dem üblichen chargenweisen Windfrischverfahren verbundenen Probleme zu lösen. Hierzu gehören z.B. die Arbeiten von D.A. Diomidovskii et al. (Continuous Converting of Matte, Soviet Metal Technology, 1959, Seiten 75-85), F. Sehnalek et al. 2Q (Continuous Converting of Copper Mattes, Journal of Metals, Band 16, Seiten 416-42o, 1964) und T. Suzuki und K. Tachimoto in CA-PS I,ol5,943 (Continuous Process for Refining Sulfide Ores). Nur das letztgenannte Verfahren findet großtechnische kommerzielle Anwendung. Trotz dieser Anstrengungen hat keines dieser Verfahren die aufgezeigten Hemmnisse in zufriedenstellender Weise zu überwinden vermocht; sie leiden nach wie vor an verschiedenen Nachteilen des Standes der Technik und bringen neue Beschränkungen mit sich.

In den ersten beiden Arbeiten wird vorgeschlagen, Hochdrucklanzen statt Düsen zum Finführen von Luft zu verwenden. Die Gebrauchseffiziens der Lanzenluft wurde behindert durch Verspritzen des Schmelzbades und

Og dies hatte für das Verfahren eine Prozessdurchsatzbeschränkung zur Folge. Die durchschnittliche Luftausnutzungseffizienz betrug etwa 8o%, was weniger ist als in den üblichen Windfrischverfahren. Die gesamte spe-

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zifische Produktivität des Verfahrens ist gering und beträgt etwa o,18 bis o,36 t prc
ist als beim üblichen Verfahren.

beträgt etwa o,18 bis o,36 t pro m pro h, was weniger

Das patentierte dritte Verfahren (CA-PS 1,o15,943) betrifft ein Windfrischverfahren, das die mit dem üblichen Windfrischen verbundenen Probleme zu überwinden trachtet. Es werden drei separate, jedoch miteinander in Verbindung stehende einzelne öfen . zum kontinuierlichen ,Q Schmelzen, Windfrischen Schlackenreinigen beschrieben. Es wird ebenfalls von Lanzen Gebrauch gemacht, die Luft auf die Schlackenoberfläche blasen, um die Schmelze in einem stationären Konverterofen zu oxidieren. Ebenso wie bei den obengenannten beiden Topblasverfahren be-. |- trägt die Effizienz der Topblaslanzen in der Regel 85 - 9o %, was niedriger ist als in üblichen, mit Düsen ausgestatteten Konvertern. Die Lanzeneinspeisrate und die Oxidationseffizienz der durch die Lanzen eingeblasenen Luft wird beeinflußt durch die Dicke und Qualität

2Q der Schlackenschicht und das eintretende Verspritzen. Bei diesem Verfahren wird das Kupferprodukt unter Verwendung eines Siphons entfernt und die Schlacke wird mit Hilfe eines Wehrüberlaufs entfernt. Die Grenze für den Konzentrationsgrad des in das Verfahren vom speziellen Schmelzofen her eingeführten Lechs liegt bei bis zu etwa 7o % Cu. Die spezifische Produktivität des Windfrischverfahrens beträgt etwa ο,15 t pro m pro h und liegt somit niedriger als beim üblichen Verfahren. Beim Windfrischverfahren liegen zwei Schichten vor, nämlich

Q₀ eine Kalk-Ferritschlacke und metallisches Kupfer, und es gibt keine Lechschicht. Eintretender Lech wird mit Hilfe einer vom üblichen abweichenden Reaktion unter Einsatz von Kupferoxid oxidiert. Das Verfahren erfordert einen kontinuierlichen Fluß von geschmolzenem Lech

₃g konstanter Qualität, was komplizierte Steuerprozeduren für alle ein- und austretenden Materialien notwendig macht, wodurch das Verfahren störungsanfällig wird. Aus obigen Merkmalen ergibt sich, daß es schwierig ist,

dieses bekannte Verfahren an einen anderen Aufschmelzprozeß als denjenigen, der in dieser CA-PS 1,o15,943 ebenfalls beschrieben ist, anzupassen.

Die oben aufgezeigten bekannten Verfahren haben somit! zahlreiche Nachteile und Beschränkungen, die ihre Anwendung beeinträchtigen J

Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Windfrischen von Kupfer- und Nichteisen-Lechen angegeben, durch die das übliche chargenweise zweistufige Windfrischverfahren und die da*- zu benötigte Vorrichtung ersetzt werden und welche die aufgezeigten Nachteile der bisher üblichen Verfahrensweise ausschalten.

Das durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnete erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung von Blasenkupfer oder Weißmetall aus einem Kupfer-Eisensulfid-Lech oder von Bessemer-Lech aus einem Kupfer-Nickel- oder Nickel-Lech verwendbar, oder ganz allgemein zur Herstellung eines raffinierten Lechs oder Metalls aus einem Nichteisenmetall-enthaltenden Sulfidlech, wobei dieses Nichteisenmetall aus Kupfer, Nickel-Eisen-Kupfer, Kobalt-Eisen-Kupfer, Kobalt-Eisen-Nickel oder Kobalt-Eisen-Kupfer-Nickel besteht.

Die erfindungsgemäße, durch die Merkmale der entsprechenden Patentansprüche gekennzeichnete Vorrichtung

gO kann erforderlichenfalls Einrichtungen zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur und zur Zugabe von Brennstoff als Feststoff, Flüssigkeit oder Gas in den Ofen aufweisen. Es können auch Einrichtungen vorgesehen sein zur Zugabe von Metallabfall als Kühlmittel oder um diesen Abfall zu recyclisieren.

In der Regel sind Lagereinrichtungen vorgesehen, durch die die geschmolzeneSchlacke entfernt und gekühlt und in den Schmelzofen zurückgeführt oder durch pyrometallurgische Reinigung oder Vermahlung behandelt werden kann. In ähnlicher Weise sind auch Lagerungseinrichtungen vorgesehen zur Entfernung des raffinierten Produkts zu dessen weiterer Behandlung.

Der flüssige Lech und das Flußmittel werden vorzugsweise durch ein- und dieselbe oder durch separate Beschikkungsöffnungen, die sich an einem Ende des Ofens befinden, eingespeist. Wahlweise können der flüssige Lech und das Flußmittel durch den Abgasdurchlaß eingeführt werden.

!5 Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung näher veranschaulicht, die eine Ausführungsform eines kontinuierlich arbeitenden erfindungsgemäßen Konverters wiedergibt.

B^ei dem in der Zeichnung dargestellten Konverter han- - delt es sich um einen horizontalen, praktisch länglichen zylindrischen Ofen 1o vom Troitimeltyp. An einem Ende des Ofens ist eine Füllöffnung 12 vorgesehen zum Einspeisen einer bestimmten Menge an flüssigem Beschickungsiech und Flußmittel entweder kontinuierlich oder intermittierend über ein Gerinne 14. Eine zweite Füllöffnung 16 kann in dem Ofen vorgesehen sein zur Zugabe von Flußmitteln, die eine die Handhabung erleichternde Größe aufweisen und z.B. in zerkleinerter oder pulverisierter Form zur An-Wendung gelangen. Diese zweite Beschickungsöffnung 16 kann auch dazu dienen, zusätzliche Materialien der Schmelze zuzusetzen, z.B. kupferhaltige Abfälle, Schrott oder Schlackenkonzentrat.

Eine Reihe von Düsen 18 ist am unteren Teil des Zylinders angeordnet. Die Düsen sind voneinander mehr oder weniger gleich weit entfernt längs des Konverterab-

Schnitts, wo der Lech zugesetzt wird; die Anzahl der Düsen und der Düsenabstand hängen vom erforderlichen Volumen an Luft, Sauerstoff oder Sauerstoff-angereicherter Luft ab. Luft oder Sauerstoff oder Sauerstoff-angereicherte Luft wird durch die Düsen in einer gesteuerten Menge eingeblasen, die im Verhältnis steht zur Rate der Beschickungslecheinspeisung. Die Tätigkeit der Düsen erzeugt eine intensive Mischwirkung im Ofen, was eine rasche Verarbeitung des flüssigen Beschickungslechs, der Flußmittel und anderer fester Materialien ermöglicht und bei der Herstellung von metallischem Kupfer zur Bildung von drei Phasen im Schmelzbad führt, die aus einer Schlackenphase 22, einer Weißmetall-sulfidphase 24 und einer metallischen Kupferphase 26 bestehen. Ist ein angereicherter Lech das Endprodukt, z.B. Bessemer-Lech mit einem Gehalt an Kupfer- und Nickel-sulfid, so fehlt die metallische Kupferphase 26 und es liegen zwei Phasen 22 und 24 im Ofen vor. Der Pegel jeder Phase im Konverterofen wird periodisch gemessen, Z.B. mit Hilfe eines Tauchstabs 28 oder anderer Mittel. Die Niveaus werden auf vorbestimmten Werten gehalten durch Abstich oder Einstellen der dem flüssigen Beschickungsiech zugeführten Sauerstoffmenge. Die Flußmittelbeschickungsrate wird automatisch gesteuert auf ein vorbestimmtes Verhältnis zur Beschickungsrate an flüssigem Lech und zur Sauerstof feinspeisrate. Der Pegeleinstellpunkt für jede Phase kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Die Düsen blasen in der Regel in die SuIfid-lechphase 24 und werden in einer ausreichenden Tiefe in der Lechphase angeordnet, um eine konstante und hohe Ausnutzungseffizienz des injizierten Sauerstoffs zu ermöglichen.

Ein Schlackenstichloch 3o ist an dem Ende des Ofens angebracht, das sich weg von den Düsen 18 befindet. Dieses Schlackenstichloch ist zum kontinuierlichen oder intermittierenden Abzug von Schlackenphase 22 während des Blasens der Düsen ausgestaltet. Eine separate (nicht)

gezeigte) Sammeleinrichtung ist normalerweise vorgesehen, durch welche die aufgeschmolzene Schlacke zur Kühlung entfernt und zum Hauptschmelzofen zurückgeführt oder zur pyrometallurgischen Reinigung, um das darin enthaltene Metall zu isolieren, geleitet werden kann. Stichlöcher 32 zum Abzug des Verfahrensprodukts, z.B. der metallischen Kupferphase 26 oder der Metall-sulfidphase 24 sind vorgesehen. Eine separate (nicht gezeigte) Sammeleinrichtung ist normalerweise vorgesehen, durch die das raffi- ■ nierte Produkt zur weiteren Behandlung entfernt werden kann.

Die Oxidation des Beschickungslechs zur Herstellung des gewünschten Verfahrensprodukts erzeugt einen ständigen Strom von Schwefeldioxidgas, das, zusammen mit den anderen Abgasen, z.B. Stickstoff oder Kohlendioxid, abgelassen wird durch eine Abgasöffnung oder einen Helm 34, der mit einer Abzugshaube 36 bedeckt ist, wenn sich der Ofen in Blas- und/oder Bereitschaftsstellung befindet. Die Haube 36 kann mit Laschen 38 oder anderen Mitteln zur Abdichtung der Verbindung zwischen der Haube 36 und dem Behälter 1o ausgestattet sein, um den Eintritt von Luft in den Abgasstrom zu beschränken. Da der kontinuierlich arbeitende erfindungsgemäße Konverter zur Beschickung mit Lech oder zum Abstreichen der Schmelze nicht aus der Blasstellung gedreht werden muß, kann die Funktionsfähigkeit dieser Abdichtung aufrechterhalten werden. Die Abgase werden gereinigt, gekühlt und in einem SO₂-IsO-liersystem üblichen bekannten Typs behandelt.

Das Verfahren läuft normalerweise autogen ab, wenn es sich jedoch als erforderlich erweist, die Betriebstemperatur je nach Behältergröße, Blasrate, Lechsorte und Zusatzmenge an kaltem Schrott und Abfällen zu erhöhen, kann eine geringe Menge an fossilem Brennstoff zugesetzt werden. Zu diesem Zwecke können Brenner durch geeignete öffnungen, z.B. Öffnung 4o, an einem Ende oder an beiden Enden

' - 19 -

*■ des Ofens eingesetzt werden. Erforderlichenfalls kann ein Teil oder der gesamte Brennstoff in Form eines Flüssigstrahls, in zerstäubter Form oder als fester Brennstoff oder als ein Gasstrahl durch die Füllöffnungen 12 oder eingebracht werden. Die Öffnungen 12 und 16 sind mit einer Vorrichtung zum Abschließen, z.B. Klappen oder einer Luftvorhangdichtung, zwischen den Beschickungszeiten versehen. Flußmittel kann auch durch die Öffnung 44 in die Haube 36 eingebracht werden. Flüssiger Lech kann ebenfalls durch den Helm 34 eingespeist werden^.

Während des Betriebs wird flüssiger Beschickungsiech kontinuierlich oder intermittierend zugesetzt, während gleichzeitig Luft oder Sauerstoff oder Sauerstoff-angereicherte Luft durch die Düsen 18 in einer gesteuerten Rate relativ zur Rate der Lechbeschickung kontinuierlich eingeblasen wird. Flußmittel oder andere Materialien werden, je nach Erfordernis ebenfalls in den Ofen in einer Rate eingespeist, die automatisch gesteuert wird im Verhältnis zur Beschickungsrate des flüssigen Lechs und der Sauerstoffeinspeisrate. Geringe Änderungen der Luftfließrate beeinträchtigen das Verfahren nicht. Es ist vielmehr die erfindungsgemäß angewandte kontinuierliche Verfahrensweise unter kontinuierlichem Blasen bei gleichzeitiger Vornahme einer periodischen oder kontinuierlichen Lechzugabe und unter Abzug von Schlacke und unter Abzug von raffiniertem Produkt während des Blasens, was das erfindungsgemäße Windfrischverfahren von dem in der einschlägigen Industrie heutzutage verwendeten üblichen Verfahren unterscheidet. Für dieses übliche Verfahren sind separat durchgeführte Lechbeschickung und Blaszyklen typisch mit anschließendem Abstoppen des Verfahrens znm Abstreichen der in jedem Zyklus gebildeten Schlacke,und erneuten Beschickung mit Lech. Am Ende des Zyklus muß das Verfahren abgestoppt werden, um das raffinierte Produkt abzulassen.

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- 2ο -

Das erfindungsgemäße kontinuierliche Windfrischverfahren und die zu dessen Durchführung verwendbare Vorrichtung unterscheiden sich auch von den kontinuierlichen Schmelz- und Frischverfahren und der dazu dienenden Vorrichtung, wie sie in den angegebenen US-PS 4,oo5,856 und 4,236,7oo beschrieben sind, wobei sowohl das Aufschmelzen als auch das Frischen im gleichen Gefäß erfolgen. Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht mit Konzentratschmelzen, sondern mit dem kontinuierlichen Windfrischen des flüssigen Lechs befaßt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf eine bestimmte Größe oder Ausgestaltung des Konverterοfens beschränkt; ein länglicher zylindrisch ausgestalteter Ofen, ähnlich dem Peirce-Smith-Konverter, wird jedoch bevorzugt. Es ist auch möglich, einen vorhandenen Peirce-Smith-Konverter durch Installation der entsprechenden Füllöffnungen und Abzugslöcher so zu modifizieren, daß er als erfindungsgemäße Vorrichtung dienen kann.

Am erfindungsgemäßen Ofen sind ferner Gleitringe 42 vorgesehen, um ein Herausdrehen der Düsen aus der Schmelze zu ermöglichen, wenn es sich aus irgendeinem Grunde als notwendig erweist, den Ofen außer Betrieb zu setzen.

Die folgenden Beispiel sollen die Erfindung näher erläutern.

Beispiel 1

495 Tagestonnen Kupferlech mit einem Gehalt an 73 % Cu, 2,5 % Fe und 2o % S wurden in einen kontinuierlich arbeitenden Konverter des in Bezug auf Konstruktion und Betriebsweise in Figur 1 dargestellten Typs eingespeist und kontinuierlich und autogen windgefrischt mit 16.1ΟΟ Normal-m Düsenluft. Pro Tag wurden

8 metrische Tonnen Flußmittel mit einem Gehalt an 95% SiO₂ zugesetzt. Die Einspeisraten von sowohl Düsenluft als auch Lech wurden gesteuert und pro Tag wurden 36 5 metrische Tonnen Kupfer mit einem Gehalt von über 98% Cu und 1,5% S hergestellt und unterhalb der Schmelze abgezogen während Luft durch die Düsen geblasen wurde, wie dies in Figur 1 veranschaulicht ist. Die bei diesem Verfahren anfallende aufgeschmolzene Schlacke enthielt 27% SiO₂ und 43% Fe' und sie wurde während des Blasens durch Abstreichen entfernt. Das Abgas aus der Windfrischoperation wurde kontinuierlich abgelassen in einer Rate

3
von 15.9oo Normal-m pro h (Trockenbasis) und eine Analyse ergab 2o% SO₂- Das heiße Gas wurde an der Behälterhaube mit Luft auf 13,4% SO₂ verdünnt.

In diesem Beispiel betrug der spezifische Durchsatz 2,6

3
Tonnen pro m pro h.

Beispiel 2

Ein Kupfer—Nickel-Lech mit einem Gehalt an 8,6% Cu, 14,8% Ni, 44,8% Fe und 24,7% S wurde in einem kontinuierlich arbeitenden Konverter ähnlich dem oben beschriebenen und in Figur 1 veranschaulichten behandelt. Luft wurde kontinuierlich eingeblasen durch in der Schmelze eingetauchte Düsen in einer Rate von 19.ooo Normal-m pro h. Gebildet wurde (a) Bessemer-Lech mit einem Gehalt an 28% Cu, 47% Ni, 1,5% Fe und 22% S sowie (b) eine Schlacke mit einem Gehalt an 24% SiO₃, 49% Fe, o,5% Cu und 1 bis 3% Ni, die pyrometallurgisch behandelt wurde.

Der Bessemer-Lech wurde unterhalb der Schmelze bei fortgesetztem Blasen der Düsen abgezogen und zur Gewinnung von Kupfer und Nickel weiter behandelt. 35

, -22- .

Leerseite

Claims

Patentanwälte · European Patent Attorneys'

Dr. Müller-ΒθΓέ und Partner · POB 260247 · D-BOOO München

Dr. W. Müller-Bore f

Dr. Paul Deufel

Dipl.-Chem., Dipl.-Wirtsch.-Ing.

Dr. Alfred Schön Dipl.-Chem.

Werner Hertel Dipl.-Phys.

Dietrich Lewald Dipl.-Ing.

Dr.-Ing. Dieter Otto DipL-Ing.

R/ch - N 15o9

Noranda Mines Limited

P.O. Box 45, Suite 45oo, Commerce Court West

Toronto, Ontario, Canada M5L 1B6

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Windfrischen von Nichteisen-Lechen

Patentansprüche

1, Verfahren zum kontinuierlichen Windfrischen von Nichteisen Lechen, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) einen flüssigen Lech kontinuierlich oder intermittierend in einen horizontalen, in der Regel länglichen Ofen einspeist,

b) Luft, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft durch unter der Oberfläche der Schmelze befindliche Düsen kontinuierlich in einer Rate einbläst, die mit der Flüssiglech-Beschickungsrate und dem gewünschten Oxidationsgrad im Gleichgewicht steht,

D-8000 München 2

Isartorplatz 6

POB 26 02 47 D-8000 München 26

Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B Telex

Muebopat 089/221483-7 GII + III (089)229643 5-24285

c) Flußmittel in den Ofen in einer Rate einführt, die mit Lechbeschickung und der Luft, dem Sauerstoff oder der Sauerstoff-angereicherten Luft im Gleichgewicht steht, und

d) Schlacke von der Deckfläche der Schmelze und ein raffiniertes Produkt von unterhalb der Schmelze entfernt, während Luft, Sauerstoff oder Sauerstoffangereicherte Luft durch die Schmelze geblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Nichteisen-Lech einen Kupfer-Eisensulfid-Lech einsetzt und als raffiniertes Produkt Blasenkupfer oder Weißmetall gewinnt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Nichteisen-Lech einen Kupfer-Nickel- oder Nickel-Lech einsetzt und als raffiniertes Produkt einen Bessemer-Lech gewinnt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Nichteisen-Lech einen Nichteisenmetall-enthaltenden Sulfidlech einsetzt und als Endprodukt einen raffinierten Lech oder ein Metall gewinnt, wobei das Nichteisenmetall Kupfer, Nickel-Eisen-Kupfer, Kobalt-Eisen-Kupfer, Kobalt-Eisen-Nickel oder Kobalt-Eisen-Kupfer-Nickel ist.
5. Vorrichtung zum kontinuierlichen Windfrischen von Nichteisen-Lech, gekennzeichnet durch einen horizontalen, in der Regel länglichen Ofen mit

a) Einrichtungen zur kontinuierlichen oder intermittierenden Einspeisung eines flüssigen Lechs in den Ofen,

b) einer Reihe von Düsen längs einer Seite des Ofens zum kontinuierlichen Einblasen von Luft, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in die Schmelze in einer Rate, die mit der Flüssiglech-Beschickungsrate und dem gewünschten Oxidationsgrad

im Gleichgewicht steht,

c) Einrichtungen zur Einführung von Flußmittel in den Ofen in einer Rate, die mit der Lechbeschickung
und der Luft, dem Sauerstoff oder der Sauerstoff-

angereicherten Luft im Gleichgewicht steht,

d) einen Abgasdurchlaß,

e) einer ersten Ablaßöffnung an dem von den Düsen weg ■liegenden Ende zur Entfernung von Schlacke von der

Deckfläche der Schmelze während Luft, Sauerstoff
]_q oder Sauerstoff-angereicherte Luft kontinuierlich
in die Schmelze geblasen wird, und

f) einer zweiten Ablaßöffnung zur Entfernung des
gebildeten raffinierten Produkts von unterhalb der Schmelze während Luft, Sauerstoff oder Sauerstoff-

•j^g angereicherte Luft kontinuierlich durch die Schmelze geblasen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zur weiteren Beimischung von Me-2Q tallabfall oder Schrott oder zur Beimischung eines
Brennstoffs als Feststoff, Flüssigkeit oder Gas
in den Ofen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,gekennzeichnet
durch eine Lagerungseinrichtung, durch die die aufgeschmolzene Schlacke entfernt und gekühlt und in
einen Schmelzofen zurückgeführt oder zu einer Reinigungsanlage geschickt werden kann.
8. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Lagerungseinrichtung, durch die das raffinierte Produkt zur weiteren Aufarbeitung entfernt werden kann.
9. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Zufuhr von flüssigem Lech und Flußmittel in den Ofen an einem Ende des Ofens vorgesehene Füllöffnungen sind.

lo. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasdurchlaß zur Zuführung von flüssigem Lech und Flußmittel dient.