DE3415813C2 - - Google Patents
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Description
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Direktverfahren
zum Erschmelzen von Blei. Die Erfindung betrifft
insbesondere ein neues Verfahren zum Erschmelzen von
Blei durch Zufuhr von Bleikonzentrat im Gemisch mit
Sauerstoff durch Aufblasen auf die Schmelze.
Das pyrometallurgische Standardverfahren zum Erschmelzen
von Blei bestand in einer Kombination aus Sinterung und
Reduktion, und zwar in der Entschwefelungssinterung von
Bleikonzentrat (in erster Linie PbS) unter Bildung von
Sinter, d. h. von Sinterstücken aus PbO, unter nachfolgender
Reduktion des Sinters in einem Schmelzofen mit
einem Reduktionsmittel, wie Koks, unter Bildung von Rohblei
und Schlacke.
Dieses Verfahren hat verschiedene Nachteile. Eine für
die Behandlung von Bleikonzentrat geeignete kompakte
Sinterungsanlage gibt es nicht. Da die Konzentration
an Schwefeldioxid im Abgas gering ist, läßt sich dieses
nur schwer auffangen. Da die Sinterung bei niedriger Temperatur
durchgeführt wird, verbleiben Kohlenwasserstoffe
im Abgas, welche die aus dem gewonnenen Schwefeldioxid
hergestellte Schwefelsäure verfärben. Es ist daher eine
zusätzliche Reinigung zur Entfernung der gebildeten
Schwefelsäure notwendig, um dieser die erforderliche
Handelsgüte zu verleihen.
In jüngster Zeit wurden auf dem Gebiete der Nichteisenhüttentechnik
Flash-smelting-Verfahren entwickelt. Typische
Vertreter dieser Verfahren sind das Outokumpu-Verfahren
und das Kivcet-Verfahren, die jetzt auch auf das
Erschmelzen von Blei angewandt werden. Diese Verfahren
werden in Journal of Metal, Dezember 1966, S. 1298 ff.
und November 1982, S. 55 ff., in CIM Bulletin, November
1978, S. 128 ff., etc. referiert. Auch werden sie in
einer Reihe von Patentschriften beschrieben. Ein im wesentlichen
ähnliches Verfahren ist ferner das Cominco-
Verfahren (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 18057/71).
All diese Verfahren bestehen im wesentlichen im Aufblasen
von pulverisiertem Bleisulfidkonzentrat im Gemisch
mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft auf die
Verbrennungszone des Ofens zur Oxydation (Verbrennung)
des Konzentrats in der Gasphase. Dabei entstehen Rohblei
und Schwefeldioxid. Die Oxydation des Bleikonzentrats
erfolgt gemäß der chemischen Gleichung
PbS + O₂ → Pb + SO₂
Die Reaktion ist exotherm und hält sich daher, einmal
begonnen, selbst in Gang.
Das Flesh-smelting hat den Vorteil, daß das Sintern, das
beim konventionellen Sinter-Reduktionsverfahren von Nachteil
war, wegfällt, auch ist ein Brennstoff nicht erforderlich,
weshalb nur eine geringe Abgasmenge anfällt.
Das Flesh-smelting hat jedoch folgende Nachteile:
- 1. Die Umsetzung des Bleisulfidkonzentrats mit dem Sauerstoff erfolgt in der Gasphase, und die Temperatur der Flamme (des Reaktionssystems) erreicht 1.300 bis 1.700°C. Außerdem greift das dabei entstehende PbO in starkem Maße die feuerfesten Werkstoffe der Ofenwandung an. Diese unterliegt daher einer starken Korrosion.
- 2. Die Reaktion läuft in der Gasphase bei höheren Temperaturen ab, wobei flüchtige Bleiverbindungen wie PbO, PbS und andere entweichen, so daß viel Flugstaub anfällt. Die Primärausbeute an metallischem Blei ist daher sehr niedrig, und der Energieverbrauch für die Behandlung des in den Kreislauf zurückgeführten Flugstaubes ist hoch. (In dieser Hinsicht ist die Temperatur im oberen Teil des Schmelzofens beim konventionellen Sinter-Reduktionsverfahren weit niedriger und die verflüchtigten wertvollen Stoffe werden automatisch zurückgewonnen.)
Aus den oben beschriebenen Gründen kann das Flesh-smelting
von Blei noch nicht mit Erfolg großtechnisch durchgeführt
werden.
Bekannt ist ein Direktverfahren zum Erschmelzen von Blei
unter Ausschaltung der Sinterungsstufe, bei dem Bleisulfid
konzentrat zusammen mit einem freien Sauerstoff enthaltenden
Gas in eine Bleischmelze in einem Konverter durch
die Blasform (Windfrischverfahren mit von unten eintretendem
Wind) eingeblasen wird (US-PS 32 81 237 (1966)). Bei
diesem Verfahren werden die einzelnen Reaktionsteilnehmer
durch die Blasform eingeblasen, wodurch es zu raschen
exothermen Reaktionen und zu einer starken Bewegung in
der Umgebung der Blasform kommt, was das umgebende feuerfeste
Material angreift. Der Wind darf daher nicht mehr
als 30% Sauerstoff enthalten. Dieses Verfahren läßt sich
daher nicht erfolgreich in der Praxis durchführen.
In der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 21059/81
wird die Boliden-Direktschmelzung von Bleikonzentrat
unter Einsatz eines Aufblas-Rotationskonverters beschrieben.
Dieses Verfahren beruht auf dem Aufblasen von sauer
stoffangereicherter Luft, wobei jedoch der Winkdruck gering
ist und die Bewegung der Schmelze von der Rotation
des Konverters abhängt. Das Schmelzen und die Oxydation
des Konzentrats sowie die Reduktion der Schlacke erfolgen
in getrennten Stufen im selben Ofen. Dieses Verfahren
ist daher kein kontinuierliches Verfahren wie das Konverter
verfahren.
In der CA-PS Nr. 8 93 624 (1972) und JA-OS Nr. 47 801/75
wird das kontinuierliche Verfahren zum Erschmelzen von
Blei (Einblasen von unten unter Verwendung eines einzigen
Ofens) von N.J. Themelis et al. beschrieben. Bei diesem
Verfahren wird das eine Ende eines waagerecht angeordneten
Ofens mit pelletiertem Bleikonzentrat beschickt, wonach
durch eine Vielzahl von am Boden des Ofens angeordneten,
über seine gesamte Länge verteilten Windformen
freien Sauerstoff enthaltendes Gas zur Oxydation des Bleisulfids
in die Schmelze eingeblasen und zur Reduktion
des PbO in der Schlacke am Ofen, nicht weit von seinem
anderen Ende entfernt, ein Reduktionsmittel zugeführt wird.
Dieses Verfahren hat die oben erwähnten Nachteile des
Verfahrens des Einblasens von unten sowie auch den Nachteil
des unten beschriebenen, mit einem einzigen Ofen
arbeitenden Verfahrens.
Der Verlust an in die Schlacke übergehendem Blei ist beim
Direktschmelzverfahren im allgemeinen hoch. Es ist daher
notwendig, zur Rückgewinnung des Bleis aus der Schlacke
und seiner Rückführung in die Rohbleischmelze die Schlacke
zu reduzieren. Beim oben beschriebenen Flash-smelting
erfolgt diese Reduktion im selben Ofen wie die Flash-Oxidation
beim Kivcet-Verfahren, beim Outokumpu-Verfahren
jedoch in einem getrennten Ofen. Das erste Verfahren wird
nachfolgend als "Einofenverfahren" bezeichnet und das
zweite als "Zweiofenverfahren". Bei ersterem ist es er
forderlich, daß der PbO-Gehalt in der Schlacke gesteigert
wird und der Schwefelgehalt in der Rohbleischmelze durch
Steigerung der Sauerstoffaktivität in einem Teil des Ofens
herabgesetzt wird, während das Blei in der Schlacke durch
Verminderung der Sauerstoffaktivität im anderen Teil des
Ofens reduziert wird. Es ist sehr schwer, in einem einzigen
Ofen bezüglich ihrer Sauerstoffaktivität deutlich
unterschiedene getrennte Zonen aufrechtzuerhalten. Ein
derartiger Ofen muß beträchtliche Abmessungen und komplizierte
Hilfsvorrichtungen aufweisen, außerdem werden dafür
große Energiemengen verbraucht.
Auf dem Gebiet des Erschmelzens von Kupfer wurde von
Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha (JA-PS Nr. 43 015/81,
US-PS 38 90 139 und 39 01 489) ein Kupferschmelzverfahren
entwickelt, das von der Kupfererzbeschickung bis zur
Rohkupfergewinnung kontinuierlich durchgeführt wird. Bei
diesen Verfahren werden in drei Öfen, die miteinander
durch Rinnen verbunden sind, Kupfersau und Rohkupfer
erzeugt. Im ersten Ofen, einem Schmelzofen, werden durch
Einblasen von sauerstoffangereicherter Luft über eine
Lanze in das getrocknete Kupferkonzentratpulver und das
Zuschlagpulver (kieselsaurer Sand, Kalk usw.) und rasches
Aufschmelzen des Einsatzgutes Kupfersau und Schlacke gebildet.
Diese gelangen dann in den zweiten Ofen (Settler),
in dem die Sau von der Schlacke getrennt wird, wobei die
Schlacke aus dem Ofen abfließt und verworfen wird, während
die Sau in den dritten Ofen, einen Reduktionsofen transportiert
wird. Im dritten Ofen wird die Sau zur Beschickung
mit Zuschlag (Kalkstein) und Zufuhr von sauerstoffangereicherter
Luft über eine Lanze zu Rohkupfer reduziert. In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
der Zuschlag und die sauerstoffangereicherte Luft nahe
der Oberfläche der Schmelze aufgeblasen.
Obwohl in der zitierten Patentschrift die Anwendbarkeit
dieses Verfahrens auf das Erschmelzen von Nickel und Kobalt
erwähnt wird, war doch die Möglichkeit der Anwendung
dieses Verfahrens zum Erschmelzen von Blei bisher unbekannt.
Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Erschmelzen von Blei bereitzustellen, bei dem die
Reduktion der Schlacke wirksamer durchgeführt werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
In den Unteransprüchen 2 bis 4 sind Ausbildungen des
Verfahrens nach Anspruch 1 angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können Bleikonzentrate
von derselben Güte verwendet werden, wie sie im allgemeinen
bei bekannten Verfahren verwendet werden, d. h. mit
einem Bleigehalt von 55 Gew.-% und darüber.
Die sauerstoffangereicherte Luft muß zumindest 30 Vol-%
Sauerstoff, vorzugsweise nicht unter 50 Vol-%, enthalten.
Ebenso kann auch technischer Sauerstoff verwendet
werden. Die am meisten bevorzugte Sauerstoffkonzentration
beträgt 50 bis 70 Vol-%. Wird kein technischer Sauerstoff
verwendet, so muß dem Konzentrat und dem Zuschlag Brennstoff
(Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffe usw.) zugesetzt
werden. Der bevorzugte Brennstoff ist in Teilchenform
vorliegende(r) oder pulverisierte(r) Kohle bzw. Koks. Es können
auch gasförmige Brennstoffe, wie Erdgas, Kohlengas,
Flüssiggase usw. verwendet werden, dies ist jedoch aus
praktischen Gründen nicht zweckmäßig, da hierfür eine
Lanze von kompliziertem Bau erforderlich ist. Die Brennstoffmenge
darf im Verhältnis zur Menge an Bleikonzentrat
und Sauerstoff nicht zu hoch sein.
Geeignete Zuschläge sind kieselsaurer Sand, Kalk und gegebenenfalls
auch Eisenoxide. Das Kriterium für die Brennstoffauswahl
wird nachfolgend näher beschrieben.
Zu Beginn des Schmelzprozesses ist es erforderlich, den
Schmelzofen zuvor mit geschmolzenem Rohblei zu beschicken
und außerdem die Temperatur auf zumindest 1000°C, vorzugsweise
ca. 1050°C anzuheben. Auf eine höhere Temperatur
anzuheben, ist nicht erforderlich.
Der zur Durchführung der Erfindung erforderliche Schmelzofen
ist bekannt. Es kann im wesentlichen derselbe Ofen
sein, wie er auch in der Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 43015/81 beschrieben ist. Es handelt sich dabei um
einen aus bekannten feuerfesten Stoffen hergestellten Ofen,
dessen Decke mit einer Öffnung für den Eintritt einer Lanze,
durch die das Bleisulfidkonzentrat, der Zuschlag und
das sauerstoffhaltige Gas in das geschmolzene Blei eingeblasen
werden, einer Abgasaustrittsöffnung und einem Brenner
zum Vorheizen des Ofens auf die erforderliche Betriebstemperatur
ausgestattet ist. Der Ofen weist natürlich
auch eine Öffnung zum Abstechen des gebildeten Rohbleis
und der Schlacke auf. Die Abstichöffnung ist mit Mitteln
zur Regulierung der Aufenthaltsdauer der Schlacke im Ofen
ausgestattet.
Der Reduktionsofen wird nicht durch spezielle Bedingungen
beschränkt, obwohl ein Elektroofen, dessen Temperatur
und Innenatmosphäre leicht zu regeln ist, vorzuziehen
ist. Ein Fachmann kann einen derartigen Ofen ohne weitere
eingehende Erläuterungen konstruieren. Das in diesem Ofen
verwendete Reduktionsmittel ist Koks, Steinkohle (Anthrazit)
usw., ohne daß es jedoch darauf beschränkt wäre.
Eine spezielle Einschränkung in bezug auf die einzusetzende
Brennstoffmenge besteht nicht, auch ist eine überschüssige
Brennstoffmenge nicht schädlich. Die beiden Öfen
sind durch eine Rinne miteinander verbunden. Dies ist
einem Fachmann wohlbekannt und bedarf keiner weiteren
Erläuterungen.
Der zur Zufuhr des Bleisulfidkonzentrats, des Zuschlags
und des Brennstoffs in die Schmelze durch die Saugwirkung,
die durch den sauerstoffangereicherten Wind erzeugt
wird, verwendeten Apparat ist bekannt. Er wird z. B. in den
Japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 19 965/78 und Nr.
35 449/80 beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Fließschema mit den einzelnen Stufen
der ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch den
für die Durchführung der Erfindung verwendeten
Schmelzofen,
Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht der
Abstichöffnung des Schmelzofens,
Fig. 4 die Beziehung zwischen der Verflüssigungstemperatur
der Schmelzofenschlacke und ihrem
PbO-Gehalt,
Fig. 5 ein ternäres Diagramm für das Dreikomponentensystem
PbO-CaO-SiO₂, in das die Verflüssigungstemperaturen der Schmelzofenschlacke
eingetragen sind (der Maßstab des Diagramms
ist auf die Summe von jeweils zwei der drei
Komponenten von 100% abgestimmt),
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch die Abstichöffnung
des Schmelzofens für die Trennung
des Rohbleis und der Schlacke.
Fig. 1 zeigt die einzelnen Stufen einer Standardsausführung
der Erfindung. Das Beschickungsgut, d. h. das Bleikonzentrat,
das in erster Linie Bleisulfid, zurückgeführte
Stoffe wie Flugstaub, Gekrätz usw. umfaßt, die Zuschlagstoffe,
wie Kieselerde, Kalk, Eisenoxide usw. werden
zerkleinert bzw. pulverisiert, vorzugsweise bis zu
Teilchen mit einem Durchmesser von 10 mm oder darunter, in
einem vorgegebenen Verhältnis gemischt und getrocknet.
Das getrocknete Gemisch (nachfolgend als "gemischtes
Beschickungsgut" bezeichnet) sollte vorzugsweise nicht
mehr als 1% Feuchtigkeit enthalten.
Das getrocknete gemischte Beschickungsgut wird in das
Schmelzbad im Ofen zusammen mit der sauerstoffangereicherten
Luft durch eine Lanze eingeblasen. Das Beschickungsgut
wird rasch geschmolzen und die im Konzentrat enthaltenen
Elemente Eisen, Zink usw. werden durch Sauerstoff
oxidiert und bilden eine Schlacke. Der enthaltene Schwefel
wird in SO₂ umgewandelt und abgesaugt. Diese Stufe
wird nachfolgend als "Schmelzstufe" bezeichnet.
Der Ofen, in dem die Schmelzstufe durchgeführt wird, kann
als stationärer Ofen von einfachem Bau konstruiert sein.
Ein Beispiel dafür ist in Fig. 2 dargestellt. Wie in
Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt der Ofen einen Ofenkörper 1,
in dessen Decke eine Öffnung 2 für den Eintritt der Lanze,
eine Abgasaustrittsöffnung 3 und einen Brenner 5, der zum
Vorheizen des Ofens und zum Halten der Ofentemperatur verwendet
wird, vorgesehen sind. In der Seitenwandung ist
eine Öffnung 4 für den Abstich des gebildeten geschmolzenen
Rohbleis und der Schlacke vorgesehen. Die Lanze umfaßt
ein Lanzenrohr 6 und einen Lanzenkopf 7. Dem Lanzenkopf
wird über ein Windzuführungsrohr 8 Preßluft zugeführt,
und das gemischte Beschickungsgut wird aus einem
Silo 10 über eine Transportleitung 9 zugeführt. Das untere
Ende 9′ der Transportleitung erstreckt sich bis in das
Zentrum des Lanzenkopfes 7, in dem das gemischte Beschickungsgut
mit dem sauerstoffangereicherten Wind vermischt
wird, wonach es in das die Schlacke 12 und Rohblei 11 enthaltende
Schmelzbad eingeblasen wird.
Das geschmolzene metallische Blei löst eine erhebliche
Menge Bleisulfid. Im geschmolzenen Blei kommt es zur Umwandlung
von Bleisulfid in Blei und Schwefeldioxid. Die
Erfindung unterscheidet sich in dieser Hinsicht wesentlich
vom Flash-smelting. Der Bleiverlust ist daher auch
äußerst gering, und die Umsetzung wird bei geringerer Tem
peratur durchgeführt, weshalb die Korrosion der aus feuerfestem
Material bestehenden Ofenwandung herabgesetzt ist.
Das Lanzenrohr 6 ist ein einfaches Rohr, hergestellt aus
hitzebeständigem oder nichtrostendem Stahl, das keine
komplizierten Bauteile, wie Wasserkühlungsmantel, aufweist.
Das Lanzenrohr ist einer hohen Temperatur (1.000 bis
1.300°C) ausgesetzt. Die Fließgeschwindigkeit des gemischten
Beschickungsgutes und des Windes muß so hoch sein, daß
ein Wind gewährleistet ist, der ausreicht, um das Beschickungsgut
in das Schmelzbad eintreten zu lassen, um auf
diese Weise eine Rückzündung ins Lanzenrohr zu verhindern
und dieses zur Erzielung einer hohen Lebensdauer der Lanze
ausreichend zu kühlen. Es muß somit eine ausreichend
hohe Fließgeschwindigkeit aufrechterhalten werden, damit
die Außenfläche des Lanzenrohrs gekühlt wird und sich
Spritzer des Schmelzbades ablagern und auf der Oberfläche
des Rohrs zur Gewährleistung einer Beschichtung verfestigen.
Die entsprechende Fließgeschwindigkeit beträgt
100 m/sec oder darüber, vorzugsweise 150 bis 300 m/sec
als Fließgeschwindigkeit bei Normaldruck und Normaltemperatur.
Die Höhe der Lanze, d. h. der Abstand zwischen ihrem Ende
und der Badoberfläche beträgt bei der oben erwähnten Ein
spritzgeschwindigkeit vorzugsweise 100 bis 600 mm. Ist
der Abstand zu gering, wird das Lanzenende durch spritzendes
Schmelzbad verbraucht, ist er zu groß, ist der Eintritt
des gemischten Beschickungsgutes in das Bad beeinträchtigt
und damit die Wirksamkeit der Sauerstoffverwertung
herabgesetzt.
Bei der Festlegung der Fließgeschwindigkeit des Blasens
durch die Lanze ist ferner zu berücksichtigen, daß es vor
dem Auftreffen des Gemischs aus gemischtem Beschickungsgut
und Wind auf der Badoberfläche nicht zur Bildung einer
heißen Flamme durch Oxidation des Beschickungsgutes und
Verbrennung des Brennstoffs kommen darf. Diese Bedingung
ist im oben angegebenen Fließgeschwindigkeitsbereich berücksichtigt.
Das gemischte Beschickungsgut und der Wind
dringen bei der angegebenen Fließgeschwindigkeit entsprechend
tief in das Schmelzbad ein und werden hier dispergiert,
und es kommt rasch zu Umsetzungen, wie zur Zersetzung
und Verbrennung des Brennstoffs sowie zur Lösung und
Oxidation des Einsatzguts. Die Wärmeenergie wird durch die
Oxidationsreaktion an der Stelle freigesetzt, an der sie
für das Aufschmelzen des Beschickungsgutes erforderlich
ist, und die Reaktionen laufen so an der Stelle ab, die von
der Schmelze umgeben ist. Die Wärme wird daher rasch übertragen,
und die Wärmestrahlung der heißen Flamme bestrahlt
nicht unmittelbar die Ofenwandung.
Das zusammen mit dem Sauerstoff bzw. der sauerstoffangereicherten
Luft, dem Zuschlag und dem Brennstoff eingeblasene
Bleikonzentrat wird in der Bleischmelze oxidiert
und wandelt sich gemäß folgender Reaktionsgleichung in
Blei um:
PbS + O₂ → Pb + SO₂ (1)
Der Brennstoff verbrennt und hält die Reaktionstemperatur
aufrecht.
Wird ein fester Brennstoff von größerer Teilchengröße verwendet,
so kommt es nicht immer unmittelbar unterhalb der
Lanze zum Abschluß der Verbrennung. In solchen Fällen werden
unverbrannte brennbare Teilchen auf der Oberfläche
des Schmelzbades durch die Bewegung des Schmelzbades,
verursacht durch die Lanzendüse, dispergiert. Die dispergierten
Teilchen werden durch die Wärme des Bades zer
setzt und reagieren mit den Metalloxiden in der Schlacke
unter Bildung von CO, H₂ usw. Die auf diese Weise erzeugten
brennbaren Gase werden in der näheren Umgebung der
Badoberfläche durch den im Ofen vorhandenen Sauerstoff
oxydiert. Dies bewirkt eine gleichmäßige Temperaturverteilung
im Ofen.
C + PbO (in der Schlacke) → Pb + CO (2)
CO + ½O₂ → CO₂ (3)
H₂ + ½O₂ → H₂O (4)
Der Brennstoff wird bei einer für die Aufrechterhaltung
einer angemessenen Betriebstemperatur erforderlichen und
ausreichenden Geschwindigkeit zugeführt. Die sauerstoff
angereicherte Luft muß in einer für die Verbrennung des
Brennstoffs und die Oxidation der gesamten Menge an Schwefel,
Eisen und Zink im Beschickungsgut sowie eines Teils
des Bleis erforderlichen und ausreichenden Menge zugeführt
werden, so daß die Menge an PbO in der Schlacke
den nachfolgend angegebenen Grad erreicht. Die Effektivität
der Sauerstoffverwertung beträgt 85 bis 95%.
Einige Anteile der Konzentrationskomponenten reagieren mit
den Oxiden in der Schlacke, und ein Teil des im geschmolzenen
Blei gelösten PbS zersetzt sich zu Pb und S:
FeS + PbO (in der Schlacke) → PbS + FeO (in der Schlacke) (5)
ZnS + PbO (in der Schlacke) → PbS + ZnO (in der Schlacke) (6)
PbS + 2 PbO (in der Schlacke) → 3Pb + SO₂ (7)
PbS → Pb + S (im Rohblei) (8)
Obwohl ein Teil des Sauerstoffs des Windes in der Lanze
für die Verbrennung des Brennstoffs verbraucht wird, wird
doch der Hauptbestandteil des Sauerstoffs unmittelbar mit dem
Schmelzbad zur Oxidation des darin enthaltenen freien
Schwefels sowie zur Oxidation eines Teils des metallischen
Bleis zu PbO umgesetzt und oxidiert die gegebenenfalls
in der Schlacke enthaltenen niederen Oxide.
S (im geschmolzenen Rohblei) + O₂ → SO₂ (9)
Pb (im geschmolzenen Rohblei) + ½O₂ →
PbO (in der Schlacke) (10)
3FeO (in der Schlacke) + ½O₂ →
Fe₃O₄ (in der Schlacke) (11)
Wie oben beschrieben, herrscht die direkte Umsetzung
mit dem Schmelzbad in den durch den Lanzenwind hervorgerufenen
Reaktionen vor. In diesem Zusammenhang ist es
für den Einsatz des Sauerstoffs bei hoher Verwertungseffektivität
erforderlich, die Dicke der Schlackenschicht
so dünn wie möglich zu halten, um auf diese Weise einen
guten Kontakt des Bleibades mit dem Lanzenwind zu erzielen.
Für die Erfüllung der oben erwähnten Bedingungen
darf die Dicke der Schlackenschicht nicht mehr als 250 mm,
vorzugsweise 50 bis 150 mm betragen.
Wird eine Schlacke gebildet, die hauptsächlich aus Eisenoxiden
und Silikaten besteht, wird das Schmelzen bei
1.200 und 1.300°C durchgeführt. Bei derart hohen Temperaturen
wird die Verflüchtigung des PbO und des PbS begünstigt,
und es entsteht eine große Menge an Flugstaub.
Auf diese Weise wird die Primärausbeute an metallischem
Blei herabgesetzt, und der Wärmeverlust infolge der Behandlung
des zurückgeführten Flugstaubes nimmt zu. Es ist daher
wünschenswert, eine niedrigschmelzende Schlacke
zu bilden, damit der Schmelzprozeß bei 1.000 bis 1.100°C
durchgeführt werden kann.
Empirisch wurde gefunden, daß eine große Menge an PbO
enthaltende Schlacke bei niedrigen Temperaturen schmilzt.
Das Verhältnis des PbO-Gehalts zu den anderen Schlacken
komponenten, wie CaO, SiO₂ usw. im Hinblick auf die
Schmelztemperatur der Schlacke ist bisher jedoch noch
nicht geklärt.
Es wurde festgestellt, daß der CaO-Gehalt in der
Schlacke auf der letzten Stufe der Schmelzung des
Bleis 15 bis 25% betragen sollte, damit der Verlust an
Blei in die Schlacke auf ein Minimum reduziert werden
kann, und daß die Gehalte an SiO₂ und Eisenoxiden unter
Kontrolle gebracht werden müssen, damit der Schmelzpunkt
möglichst niedrig ist. Das Zinkoxid (ZnO) ist eine der
Hauptkomponenten der Schlacke, dieser Stoff läßt jedoch
den Schmelzpunkt der Schlacke ansteigen. Die Menge an
Zuschlag wird daher so eingestellt, daß der ZnO-Gehalt
der Schlacke höchstens ca. 20% beträgt. Es erübrigt sich
darauf hinzuweisen, daß die Zusammensetzung der auf der
letzten Stufe gebildeten Schlacke dieselbe sein muß wie
beim gewöhnlichen Erschmelzen von Blei, und die Gesamtmenge
an zur Schlackenbildung in der ersten Stufe des
erfindungsgemäßen Verfahrens zuzusetzendem Zuschlag so
festzulegen ist, daß sie nicht die für die Bildung der
Schlacke der letzten Stufe erforderlichen Menge übersteigt.
Es wurden die Schmelzpunkte der gewöhnlich als Schlacke
der letzten Stufe zu bildenden Schlacken geprüft. Diese
enthielten 15 bis 20 Gew.-% ZnO, ca. 25 Gew.-% (als Fe)
Eisenoxid, 18 bis 23 Gew.-% CaO und 20 bis 25 Gew.-% SiO₂.
Dieser Schlacke wurde PbO zugesetzt. Das Eisen in der
Schlacke war in der Hauptsache dreiwertig und nur ein
Teil davon zweiwertig. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 dargestellt,
wobei die Verflüssigungstemperatur der Schlacke
auf der Ordinate aufgetragen ist. Der Ausdruck "Verflüs
sigungstemperatur" bedeutet die Temperatur, bei der eine
Schlacke die für den Beginn des Schmelzvorgangs ausreichende
Fließfähigkeit aufweist, und entspricht nicht dem
streng definierten Schmelzpunkt. Aus den Ergebnissen geht
hervor, daß der Schmelzofen bei ca. 1.100°C betrieben
werden kann, wenn der PbO-Gehalt der Schlacke auf ca.
60 Gew.-% ansteigt. Ein typisches Beispiel für derartige
Schlacken enthält 60 Gew.-% PbO, 8,8 Gew.-% ZnO, 8,6 Gew.-%
SiO₂, 7,9 Gew.-% CaO und 14,7 Gew.-% Fe₃O₄ mit der Maßgabe,
daß die Gesamtsumme der fünf oben erwähnten Komponenten
100% beträgt.
Zur Unterdrückung der Verflüchtigung des Bleis sollte jedoch
die Betriebstemperatur nicht über 1.100°C liegen,
vorzugsweise sollte sie bei ca. 1.000°C liegen. Geprüft
wurden die Verflüssigungstemperaturen von Schlacke, die
die oben erwähnten Komponenten als Hauptkomponenten enthielten,
wobei die Menge an Eisenoxiden und an den übrigen
zu bildenden, in geringeren Mengen vorliegenden Komponenten
mit 15 bis 16 Gew.-%, bezogen auf Eisenoxide
(Fe₂O₃) und 9 bis 10 Gew.-% ZnO angenommen wurden, und
das Verhältnis von SiO₂ : CaO variierte. Die Ergebnisse
sind in Fig. 5 dargestellt. Fig. 5 zeigt ein ternäres
Diagramm aus PbO-CaO-SiO₂, bei dem die Summe der drei
Komponenten 100 Mol-% beträgt. In Fig. 5 sind die Isothermen
der Verflüssigungstemperatur der Schlacke dargestellt.
Das Gewichtsverhältnis von CaO : SiO₂ für das Erschmelzen
von Blei beträgt ca. 1 : 1 beim ISP-Verfahren
("Imperial Smelting"-Process) und 0,5 bis 0,9 : 1 beim
gewöhnlichen Blasofenverfahren. Bereits veröffentlichte
ternäre SiO₂-CaO-FeO-Diagramme zeigen die Tatsache, daß
der Schmelzpunkt der Schlacke niedrig ist, wenn das CaO/SiO₂-Verhältnis
sich im angegebenen Bereich bewegt. Bei
eine große Menge an PbO enthaltenden Schlacken fallen die
oben erwähnten Zusammensetzungen nicht immer mit dem Bereich
zusammen, in dem der Schmelzpunkt der Schlacke nied
rig ist. Wird der Schmelzprozeß bei 1.000°C durchgeführt,
ist das angemessene Komponentenverhältnis des PbO-CaO-SiO₂-
Systems: nicht mehr als 35 Mol-% SiO₂, 3 bis 12 Mol-% CaO,
wobei der Rest auf PbO entfällt. Wird bei 1.100°C gearbeitet,
beträgt das Verhältnis von SiO₂ zu (PbO + SiO₂)
< 0,4 und das Verhältnis von CaO zu (PbO + CaO) < 0,4.
Der erstere Zusammensetzungsbereich ist der Bereich I
und der letztere der Bereich II in Fig. 5. Dies bedeutet,
daß bei einer Schlacke, die in den Bereich 7 fällt, den
Schmelzprozeß bei 1.000°C durchgeführt werden kann. Enthält
das Konzentrat eine große Menge an schlackenbildenden
Komponenten, und kann durch Steuerung der Menge des
zuzusetzenden Zuschlags innerhalb des Bereichs I eine
Schlacke nicht gebildet werden, kann der Schmelzprozeß
bei 1.100°C durchgeführt werden, wobei man für die Bildung
einer Schlacke im Bereich II als zweitbester Maßnahme
sorgt.
Die hergestellte Schlacke und das Rohblei bilden das
Schmelzbad. Mit Zunahme der Menge an Rohblei und Schlacke
werden diese über die Öffnung 4 abgestochen, wobei eine
erforderliche Menge im Ofen verbleiben kann.
Fig. 3 zeigt die Details der Abstichöffnung. In Fig. 3
besteht die Abstichöffnung aus einem Teil der Seitenwandung
des Ofens und einem Überlaufdamm 15 und ist verbunden
mit einer Rinne, die zum Reduktionsofen führt. Ein
Teil dieser Rinne ist in Position 16 dargestellt.
Die Öffnung ist mit einem Pfropfen 14 versehen, welcher
die Öffnung der Seitenwandung des Ofens reguliert. Der
Pfropfen ist so angeordnet, daß seine untere Kante 10
bis 50 mm unterhalb der oberen Kante des Überlaufdammes
angeordnet ist. Auf diese Weise beträgt die Dicke der
Schlackenschicht 50 bis 150 mm. Diese liegt erheblich unter
der Dicke der Schlackenschicht von 300 bis 500 mm im Falle
des getrennten Abstichs von Rohblei und Schlacke. Auf
diese Weise wird ein guter Kontakt zwischen dem Lanzenwind
und dem geschmolzenen Blei aufrechterhalten, ohne
daß das Lanzenende in das Schmelzbad eintaucht. Außerdem
wird auf diese Weise eine hohe Effektivität der Sauerstoff
verwertung erzielt, und es wird ein Betrieb
bei eher niedrigerem Winddruck ermöglicht. Dies bedeutet
eine Senkung des Energieverbrauchs sowie eine Verminderung
des Verbrauchs der Lanze.
Das Rohblei und die Schlacke gelangen nach ihrem Abstich
aus dem Schmelzofen in einen Reduktionsofen. Der Reduktionsofen
ist vorzugsweise ein Elektroofen. Zur Reduktion
des PbO in der Schlacke wird ein Reduktionsmittel, wie
Koks oder Kohle zugeführt. Gleichzeitig wird zur Steuerung
der Schlackenzusammensetzung ein Kalkzuschlag zugeführt.
Es ist wünschenswert, zur Senkung des PbO-Gehalts
auf 1 bis 2% den CaO-Gehalt in der Schlacke auf 15 bis
20% anzuheben. Nach Abschluß der Reduktion wird die
Schlacke verworfen und das Rohblei einer Feinungsstufe
zugeführt.
Es ist möglich, nicht nur das PbO, sondern auch das ZnO
in der Schlacke durch Aufrechterhaltung einer reduzierenden
Atmosphäre im Ofen zu reduzieren. In diesem Fall kann
das Zink als zinkreicher Flugstaub durch Einsatz eines sogenannten
"rauchenden Ofens" gewonnen werden, in den ein Reduktionsmittel
durch eine Windform eingeblasen wird, so
daß das Zink reduziert und verflüchtigt wird. Das metallische
Zink kann auch durch Einsatz eines luftdichten
Elektroofens gewonnen werden, in dem das ZnO mit Koks reduziert
wird und das flüchtig gemachte Zink mit einem
Kondensator gesammelt wird. In beiden Fällen kann nicht
nur Zink gewonnen werden, sondern auch ein zweiter Vorteil
erzielt werden, daß nämlich die Menge an zuzuführendem Zu
schlag reduziert wird und auf diese Weise der Energieverbrauch
herabgesetzt wird, da die Menge an produzierter
Schlacke vermindert wird.
Das Abgas des Schmelzofens verläßt diesen durch die Austrittsöffnung
3. Das beim Verfahren anfallende Abgas kann
zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet werden, da
der SO₂-Gehalt des Abgases hoch ist. Da die Menge an Abgas
gering ist, ist der SO₂-Gehalt hoch, und die gesamte Menge
an organischen Substanzen ist zersetzt und verbrannt worden.
Auf diese Weise kann ohne Entfärbung Schwefelsäure
wirtschaftlich hergestellt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt des Verfahrens ist es auch
möglich, das in der Schmelzstufe erhaltene Rohblei und
das in der Reduktionsstufe erhaltene Rohblei getrennt zu
sammeln, indem man die Schlacke und das Rohblei in der
Schmelzstufe voneinander trennt und nur die Schlacke der
Reduktionsstufe zuführt. Dieses Vorgehen ist dann von
Vorteil, wenn das Bleikonzentrat einen hohen Gehalt an
Verunreinigungen, wie Arsen, Antimon, Kupfer usw. aufweist.
In einem derartigen Fall kann in der Reduktionsstufe
Speise gebildet werden. Diese enthält oft Edelmetalle,
wie Gold und Silber. Der tatsächliche Gehalt dieser Metalle
wird auf diese Weise herabgesetzt. In der Schmelzstufe
des Verfahrens ist das Sauerstoffpotential hoch,
und fast das gesamte Arsen und Antimon gelangen als Oxide
in die Schlacke, so daß der Gehalt an diesen Elementen im
Rohblei niedrig ist. Andererseits ist die Mehrzahl der
Edelmetalle im Rohblei enthalten. Gold, Silber usw. sind
daher im Rohblei des Schmelzofens konzentriert, wohingegen
der Gehalt an Arsen und Antimon im Rohblei niedrig
ist.
Da Arsen und Antimon in der Schlacke konzentriert sind,
entsteht neben dem Rohblei in der Reduktionsstufe Speise.
Der Gehalt an Gold und Silber in einem derartigen Rohblei
ist jedoch gering. Daher ist auch der Verlust an diesen
Edelmetallen gering.
Zur Durchführung dieser Verfahrensvariante muß der Bau
des Schmelzofens abgewandelt werden. Fig. 6 zeigt ein
Beispiel des Baus eines abgewandelten Ofens. In der Seitenwandung
des Ofens ist durch einen Überlaufdamm 17
eine Öffnung vorgesehen, und ein verbreiterter Boden 22
und ein zweiter Überlaufdamm 21 bilden eine Abstichöffnung.
Ein Vordach 23 aus feuerfestem Material ist so angeordnet,
daß in der Wandung eine Siphonpassage gebildet
wird. An einer geeigneten Stelle des Vordachs ist eine
Schlackenabstichöffnung 15 angeordnet. Das Rohblei 11
und die Schlacke 12, die über den ersten Damm 17 fließen,
werden in der Abstichöffnung voneinander getrennt. Die
Schlacke wird dann über die Abstichöffnung 15 abgestochen
und über eine Rinne dem Reduktionsofen zugeführt. Das
abgetrennte Rohblei fließt durch die Siphonpassage und
dann über einen zweiten Damm 21 und wird einer Feinungsstufe
zugeführt. Der Niveauunterschied zwischen der
Schlackenabstichöffnung 15 und dem zweiten Überlaufdamm 21
muß so bemessen sein, daß die Dicke bzw. Tiefe der Schlackenschicht
in der Abstichöffnung für eine vollkommene Trennung
des Rohbleis von der Schlacke ausreicht, d. h. er muß
zumindest 20 cm betragen.
Ein Schmelzbad in einem oben beschriebenen Schmelzofen
mit einem Fassungsvermögen von 70 t wird ein gemischtes
Beschickungsgut aus 26 kg (bezogen auf die Trockensubstanz)
kieselsaurem Sand (92% SiO₂), 40 kg (bezogen auf die
Trockensubstanz) Eisenerz (mit 56% Fe) und 36 kg (bezogen
auf die Trockensubstanz) pulverisierter Kohle pro
1.000 kg getrocknetes Bleikonzentrat A, dessen Zusammensetzung
in Tabelle 1 angegeben ist, mit einer Geschwindigkeit
von 7,5 t/Stunde mit Hilfe sauerstoffangereicherter
Luft, die 60 Vol-% Sauerstoff enthält und bei
einer Geschwindigkeit von 2.000 bis 2.200 Nm³/Stunde
über eine aus einem rostfreien Stahl 18-8 Cr-Ni hergestellte
Lanze mit einem Außendurchmesser von 6,35 cm
zugeführt wird, beschickt.
Der Ofen wird auf 1.000 bis 1.050°C vorgewärmt und mit
50 t geschmolzenem Blei beschickt. Die Lanze wird durch
die dafür in der Ofendecke vorgesehenen Öffnung eingeführt.
Das Lanzenende wird in einer Höhe von ca. 20 bis
50 cm über der unbewegten Badoberfläche angeordnet. Die
Fließgeschwindigkeit des Gases im Lanzenrohr beträgt ca.
170 m/sec, umgerechnet auf den Wert bei Normaltemperatur
und Normaldruck. Das eingeblasene gemischte Beschickungsgut
wird recht wirksam im Schmelzbad gesammelt, wobei
der mitgerissene Verlust an gemischtem Beschickungsgut
ca. 1 Gew.-% beträgt, umgerechnet auf den Gehalt an nichtflüchtigen
Komponenten, wie SiO₂, Eisenoxide usw. im Flugstaub.
Die Temperatur der Ofenatmosphäre steigt nicht an, da
die Verbrennung der Kohle im gemischten Beschickungsgut
unmittelbar unterhalb der Lanzendüse stattfindet. Zur
Regelung der Ofentemperatur wird das Bunker C-Schweröl
bei einer Geschwindigkeit von 50 l/Stunde verbrannt
und die Temperatur der Schmelze bei 1.000 bis
1.050°C gehalten.
Der PbO-Gehalt einer in den Bereich I fallenden Schlacke
macht, in Molen ausgedrückt, nicht weniger als ca. das 1,5-
fache der Gesamtmenge an CaO und SiO₂ aus. Dies entspricht
zumindest 61,5 Gew.-% PbO in der gebildeten Schlacke.
Die Zusammensetzung der Schmelzofenschlacke ist in Tabelle
2 angegeben. Der Gehalt der anderen Komponenten
bezieht sich auf einen PbO-Gehalt von 61,5%.
Der durch die Lanze eingeblasene Wind wird so eingestellt,
daß der PbO-Gehalt in der Schlacke ca. 62% beträgt. Die
Effektivität der Sauerstoffverwertung, berechnet aufgrund
der Schlackenzusammensetzung, betrug 85 bis 90%. Die
Temperatur des Abgases aus dem Schmelzofen betrug 1.000
bis 1.100°C und der SO₂-Gehalt des Abgases 23 bis 27
Vol.-%, bezogen auf das trockene Gas. Das Abgas wird nach
Trocknen und Sammeln des Staubes in eine Schwefelsäureanlage
geleitet. Die Gesamtmenge des gesammelten Staubes
beträgt 15 bis 20 Gew.-% der Gesamtmenge des eingesetzten
Bleikonzentrats. Der Staub enthielt ca. 65 Gew.-%
Blei. Der Gehalt an SiO₂, Fe usw. ist sehr gering.
Der Reduktionsofen wurde nach Beschicken mit ca. 5 t
Schmelzofenschlacke und Vorwärmen auf ca. 1.200°C in
Gang gesetzt. Nach Beginn der Zufuhr von Rohblei und
Schmelzofenschlacke wird Grobkoks so zugeführt, daß ein
gewisser Anteil des nichtumgesetzten Kokses die ganze
Zeit auf der Schmelzbadoferfläche verbleibt. Gleichzeitig
wird 54 Gew.-% CaO enthaltender Kalkstein bei einer
Geschwindigkeit von 300 bis 360 kg/Stunde (49 kg/Tonne
Konzentrat) zugeführt. Die Schlacke wird alle 3 bis 4
Stunden auf der gegenüberliegenden Seite der für den
Eintritt der Schmelzofenschlacke vorgesehenen Öffnung
abgestochen. Die Zusammensetzung der Reduktionsofenschlacke
(Endstufenschlacke) ist in Tabelle 2 angegeben.
Der Schwefelgehalt des Rohbleis beträgt 0,2 bis 0,3 Gew.-%.
Dem Schmelzbad in dem in Beispiel 1 verwendeten Schmelzofen
wird kontinuierlich bei einer Geschwindigkeit von
7,4 t/Stunde mit Hilfe von 60 Vol.-% Sauerstoff enthaltender
und bei einer Geschwindigkeit von 2.500 bis 2.600 Nm³/
Stunde über eine Lanze zugeführter sauerstoffangereicherter
Luft ein gemischtes Beschickungsgut zugeführt, das,
jeweils bezogen auf die Trockensubstanz, 16 kg kieselsauren
Sand (92 Gew.-% SiO₂), 10 kg Kalkstein (mit 51 Gew.-%
CaO) und 27 kg pulverisierte Kohle (Heizwert von
30.000 Joule/kg) pro 1.000 kg Bleikonzentrat B (die Zusammensetzung
des Konzentrats ist in Tabelle 1 angegeben)
enthält und das bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von
nicht mehr als 1% getrocknet wurde. Die Lanze und ihre
Betriebsbedingungen sind dieselben wie in Beispiel 1.
Die Ofentemperatur wurde mit Hilfe eines Brenners auf
1.050 bis 1.100°C eingestellt. Die Abgastemperatur betrug
1.050 bis 1.150°C.
Die Zuschlagmenge wird so eingestellt, daß das Molverhältnis
SiO₂ : CaO der gebildeten Schmelzofenschlacke 5 : 1
beträgt. Außerdem wird die Geschwindigkeit der Windzufuhr
über die Lanze so eingestellt, daß der PbO-Gehalt
der Schlacke 53 bis 60 Gew.-% beträgt, da der berechnete
Wert des PbO-Gehalts, bei dem das Molverhältnis von PbO
zu (SiO₂+CaO) einen Wert von 3 : 2 annimmt, 53% beträgt.
Die Endzusammensetzung der Schmelzofenschlacke ist in Tabelle
3 angegeben. Das gebildete Rohblei und die Schlacke
werden über eine Rinne in den Reduktionsofen geleitet.
Der gesammelte Flugstaub wird wieder in das Beschickungsgut
zurückgeführt. Das Abgas wird einer Schwefelsäureanlage
zugeführt. Die Zusammensetzung der Schlacke ist in Tabel
le 3 angegeben.
Zur Reduktion nicht nur des PbO, sondern auch des ZnO
wird dem Reduktionsofen eine überschüssige Menge an Koks
zugeführt. Außerdem wird bei einer Geschwindigkeit von
50 bis 60 kg/Stunde zur Steuerung der Schlackenzusammensetzung
Kalkstein zugesetzt. Das Rohblei wird über
die Siphonpassage kontinuierlich abgestochen und die
Schlacke alle 10 bis 12 Stunden. Die Zusammensetzung
der Endstufenschlacke ist in Tabelle 3 angegeben. Das
Abgas, das Dämpfe von metallischem Zink enthält, wird
durch Luftzufuhr verbrannt. Das Zink wird in Form von
einen hohen Gehalt an ZnO aufweisendem Flugstaub gewonnen.
Die Ausbeute beträgt 85 bis 90 Gew.-%.
Bei Verwendung eines Schmelzofens, der mit einer Trennstichöffnung
ausgestattet ist, wie sie in Fig. 6 dargestellt
ist, wird ein Konzentrat B nach dem im Beispiel
2 beschriebenen Verfahren behandelt. Das im Schmelzofen
gebildete Rohblei (Schmelzofen-Rohblei) wird unmittelbar
der Feinungsstufe zugeführt. Nur die Schlacke wird
dem Reduktionsofen zugeführt und auf dieselbe Weise, wie
in Beispiel 2 beschrieben, behandelt. Das erzeugte Blei
(Reduktionsofen-Rohblei) wird getrennt vom Schmelzofen-
Rohblei gefeint.
Die Ausbeute an Rohblei beträgt ca. 60 bis 65 Gew.-% im
Schmelzofen und ca. 40 bis 35 Gew.-% im Reduktionsofen.
Die Zusammensetzungen des erzeugten Rohbleis sind in
Tabelle 4 dargestellt. Zu den in Tabelle 1 nicht angegebenen
Komponenten von Konzentrat B gehören: 1.500 ppm
Ag, 0,2% As, 0,5% Sb und 0,3% Bi.
Da der As-Gehalt niedrig ist, wird selbst im Reduktionsofen
keine Speise gebildet. Der Ag-Gehalt in der Reduktionsofenschlacke
beträgt ca. 2 ppm. Der As-Gehalt in
der Reduktionsofenschlacke beträgt, wenn das Schmelzofen-Rohblei
nicht getrennt abgestochen wird, ca. 30 ppm.
Erfindungsgemäß werden die Schmelzstufe und die Reduktionsstufe
getrennt durchgeführt, und keine der Stufen
beeinflußt jeweils die andere. Jede Stufe kann daher
leicht gesteuert und unabhängig bei maximaler Effektivität
durchgeführt werden. Die gesamte Anlage kann in
kleinerem Maßstab gebaut werden.
Der Ofen ist stationär. Eine komplizierte mechanische
Konstruktion für die Rotation bzw. eine andere Bewegung
ist daher nicht erforderlich. Ferner kann der Ofen zur
Verhinderung des Austritts von Abgas gasdicht mit einem
Abzugskanal verbunden werden.
Das Beschickungsgut wird über eine Aufblaslanze zugeführt.
Die Oxidation des Beschickungsguts und die Verbrennung
des Brennstoffs erfolgen im Inneren des Bads bzw. in der
Umgebung der Badoberfläche unmittelbar unterhalb der Lanzendüse.
Auf die
se Weise wird die Reeaktionswärme rasch und vollständig
der Schmelze zugeführt, weshalb verglichen mit der Oxidationsreaktion
in der Gasphase die auf die feuerfeste
Ofenwandung auftreffende Strahlungswärme stark reduziert
ist. Der Ofen zeigt keine lokalen Korrosionsangriffe,
wie sie in Windformen aufweisenden Öfen auftreten, wodurch
die Lebensdauer des Ofens erheblich verlängert
wird.
Die Lanze ist ein einfaches Rohr, das keine komplizierte
Wasserkühlung erforderlich macht und daher nur geringe
Kosten verursacht und leicht bedient werden kann.
Beim Erschmelzen von Blei bestand die Absicht, den PbO-
Gehalt in der Schlackenzusammensetzung anzuheben. Ferner
wurde die Beziehung zwischen den Gehalten an PbO, SiO₂
und CaO untersucht. Dabei wurde ein Schlackenzusammen
setzungsbereich gefunden, bei dem die Erschmelzung bei
einer Badtemperatur von ca. 1.000°C durchgeführt werden
kann. Auf diese Weise kann die Staubbildung auf 20 Gew.-%
des Beschickungsguts oder darunter vermindert werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Effektivität
der Sauerstoffverwertung im Schmelzofen verbessert werden,
ohne die Lebensdauer des Ofens besonders berücksichtigen
zu müssen. Auf diese Weise wird der SO₂-Gehalt im
Abgas erheblich angehoben, und das Gas kann in einer gewöhnlichen
Schwefelsäureanlage leicht behandelt werden.
Das Abgas des Reduktionsofens wird getrennt behandelt.
Deshalb wird das Abgas aus dem Schmelzofen nicht verdünnt.
Claims (4)
1. Kontinuerliches Direktverfahren zum Erschmelzen von Blei,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) ein gemischtes Beschickungsgut mit Hilfe sauerstoffangereicherter
Luft oder Sauerstoff in eine eine Bleischmelze enthaltende
Schmelzzone mit einer Temperatur von 1000°C bis
1050°C mittels einer Lanze mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 100 bis 300 m/sec. eingeblasen wird unter Vermeidung
einer Rückzündung,
wobei das Einsatzgut in Teilchenform vorliegendes oder pulverisiertes Bleisulfidkonzentrat und einen Zuschlag sowie auch bei Verwendung von sauerstoffangereicherter Luft auch noch einen Brennstoff enthält und das Bleisulfid zu Rohblei und Schlacke oxidiert wird und - b) das geschmolzene Rohblei und die gebildete Schlacke in einen getrennten Ofen mit einer Reduktionszone überführt werden, wobei die Schlacke mit einem Reduktionsmittel in Berührung gebracht wird, wodurch die bleihaltigen Verbindungen in der Schlacke reduziert werden, und das gebildete Blei dem Rohblei wieder zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reduktion in einem Elektroofen durchgeführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sauerstoffangereicherte Luft mit 50 bis 70 Volumenprozent
Sauerstoffkonzentration, als Brennstoff pulverisierte(r)
oder in Teilchenform vorliegende(r) Kohle oder
Koks und als Reduktionsmittel Koks oder Steinkohle verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß von den in der Schmelzzone gebildeten
Produkten Rohblei und Schlacke lediglich die
Schlacke der Reduktionszone zugeführt und mit dem Reduktionsmittel
in Berührung gebracht wird.
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