DE3443535A1

DE3443535A1 - Process for reducing copper melts

Info

Publication number: DE3443535A1
Application number: DE19843443535
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 5620 Velbert Trappmann
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1984-11-29
Filing date: 1984-11-29
Publication date: 1986-05-28
Also published as: FR2573776A1; ZA859158B

Abstract

The poling of copper melts by dipping tree trunks into the melt is a very old process step in the fire-refining of copper melts. This method is very involved but until now has proved economically superior to any attempted replacement methods, especially using hydrocarbons. In order to carry out the poling of copper melts (3) less laboriously and expensively, it is proposed to pass methanol as the carbon-containing substance into the melt. Methanol in this process is thermally dissociated into CO and H2. If methanol is introduced as a liquid, the substantial increase in volume generates vigorous bath turbulence. The bath turbulence can be increased further by simultaneous addition of an inert gas, for example nitrogen. <IMAGE>

Description

06.Sept.1984September 06, 1984

MESSER GRIESHEIM GMBH MG 1488MESSER GRIESHEIM GMBH MG 1488

Kennwort: Methanolpolen EM 1142Password: Methanolpolen EM 1142

Erfinder: W.Trappmann Ordner: AInventor: W. Trappmann Folder: A

Process for the reduction of copper melts

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Kupferschmelzen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei der Feuerraffination von Kupfer müssen die in der Schmelze enthaltenen Verunreinigungen entfernt werden. Bei den Verunreinigungen handelt es sich im wesentlichen um die Elemente Blei, Arsen, Antimon, Zinn, Wismut, Nickel, Eisen, Kobalt, Zink und Schwefel. Die Elemente, die sich als Oxide verschlacken lassen, werden im Schmelzfluß entfernt. Hierbei werden die Elemente mit höherer Affinität zu Sauerstoff als Kupfer bevorzugt oxidiert und verschlackt. Praktisch geht man hierbei so vor, daß man nach dem oxidierenden Einschmelzen in Herdflammöfen oder Drehtrommelöfen die Schmelze durch Ein- oder Aufblasen von reinem Sauerstoff oder Luft oxidiert. Das hierbei entstehende und in der Schmelze gelöste Kupferoxid dient als Sauer-The invention relates to a method for reducing copper melts according to the preamble of claim 1. When refining copper by fire, the impurities contained in the melt must be removed. The impurities are essentially the elements lead, arsenic, antimony, tin, bismuth, nickel, Iron, cobalt, zinc and sulfur. The elements that can be slagged as oxides are removed in the melt flow. Here the elements with a higher affinity for oxygen than copper are preferentially oxidized and slagged. In practice, one proceeds here in such a way that, after the oxidizing meltdown, one takes place in hearth furnaces or rotary drum furnaces the melt is oxidized by blowing in or blowing in pure oxygen or air. The resulting and copper oxide dissolved in the melt serves as an

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stoffÜberträger für die Verunreinigungen. Diese werden oxidiert, steigen als Schlacke auf und werden durch Abschlacken entfernt.Substance carrier for the impurities. These will oxidized, rise as slag and are removed by deslagging.

Nach der Oxidation der Verunreinigungen muß der Sauerstoff in der Schmelze durch Reduktion des Kupferoxids wieder entfernt werden. Dies geschieht durch das sogenannte Polen Beim Polen werden feuchte Buchen- oder Birkenstämme in die Schmelze eingetaucht. Bei der hierbei erfolgenden trockenen Destilation der Stämme entstehen Destillationsgase, vorwiegend Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Diese Destillationsgase verursachen eine erwünschte starke Badbewegung. Außerdem erfolgt mit ihnen die Reduktion des Kupfers nach den FormelnAfter the impurities have been oxidized, the oxygen in the melt must be restored by reducing the copper oxide removed. This is done by the so-called poling. When poling, damp beech or birch trunks are in immersed the melt. During the dry distillation of the trunks, distillation gases are produced, predominantly hydrogen and carbon monoxide. These distillation gases cause a desired strong bath agitation. In addition, they are used to reduce copper according to the formulas

Cu₂O + H₂<-> 2Cu + H₂OCu ₂ O + H ₂ <-> 2Cu + H ₂ O

Cu₂ 0 + CO *-> 2Cu + ₂ Cu ₂ 0 + CO * -> 2Cu + ₂

Das Polen verläuft in 2 Phasen. Die erste Phase ist das sogenannte Dichtpolen, bei der im wesentlichen Schwefeldioxid durch die Polgase aus der Schmelze gespült wird. Die anschließende Phase, das sogenannte Zähpolen, ist der eigentliche Reduktionsvorgang, bei welchem der Sauerstoffgehalt der Schmelze bis herab zu Beträgen um 0,05% vermindert wird.Poland runs in 2 phases. The first phase is that so-called sealing poles, in which mainly sulfur dioxide is flushed out of the melt by the pole gases. The next phase, the so-called Zähpolen, is the actual reduction process in which the oxygen content the melt is reduced down to amounts by 0.05%.

Zum Polen werden beträchtliche Mengen frischer Baumstämme benötigt, die oft aus großen Entfernungen zur Kupferhütte transportiert werden müssen. Eine 250 t-Charge benötigt z.B. 12 bis 15 Buchenstämme. Das Polen mit Holz ist ein uraltes und bewährtes Verfahren zur Reduktion von Kupferschmelzen. Es ist aber ziemlich umständlich, da man die Stämme innerhalb mehrerer Stunden nach und nach unter die Oberfläche der Schmelze drücken muß. Es hat daher nicht anConsiderable quantities of fresh tree trunks are required for poling, often from great distances to the copper smelter need to be transported. A 250 t batch, for example, requires 12 to 15 beech trunks. Pole with wood is a ancient and proven process for reducing copper melts. But it is quite inconvenient because you have to Stems must gradually push below the surface of the melt within several hours. It is therefore not on

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Versuchen gefehlt, das Polen mit Holz durch Verfahren zu ersetzen, bei denen kohlenwasserstoffhaltige Stoffe, insbesondere Propan, zugesetzt werden. Diese Versuche waren sehr wenig erfolgreich, weil sich das Polen mit Holz immer wieder als wirtschaftlich überlegen erwies. Durchsetzen können hat sich dieses "Gas-Polen" nur dort, wo sehr billiges Erdgas zur Verfügung steht.There have been no attempts to replace poling with wood by processes in which substances containing hydrocarbons, especially propane, can be added. These attempts were very unsuccessful because the Poles deal with Wood repeatedly proved to be economically superior. This "gas Poland" has only been able to prevail wherever very cheap natural gas is available.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduktion von Kupferschmelzen zu schaffen, welches das umständliche Polen mit Holz vermeidet und in wirtschaftlicher Hinsicht diesem Verfahren zumindest gleichwertig ist.The invention is based on the object of creating a method for reducing copper melts, which avoids cumbersome polishing with wood and is at least equivalent to this method in economic terms is.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Based on what is considered in the preamble of claim 1 In the prior art, this object is achieved according to the invention with what is stated in the characterizing part of the claim 1 specified features. Advantageous further developments of the invention are given in the subclaims.

Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht demnach darin, als kohlenstoff- und wasserstoffhaltigen Stoff einen Alkohol - nämlich Methanol, zum Polen zu verwenden. Methanol ist ein preiswertes Massenerzeugnis, welches beispielsweise auch zur Schutzgaserzeugung bei der Wärmebehandlung von Metallen eingesetzt wird. Grundsätzlich ließe sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Alkoholen als Methanol durchführen, doch scheiden diese aus Kostengründen aus.The basic idea of the method according to the invention exists therefore in it, as containing carbon and hydrogen Substance an alcohol - namely methanol, to use for poling. Methanol is an inexpensive mass product, which is also used, for example, to generate protective gas in the heat treatment of metals. Basically the process according to the invention could also be carried out with alcohols other than methanol, but these are ruled out for reasons of cost.

Methanol ist unter Umgebungsbedingungen eine Flüssigkeit, die bei 65° C siedet. In der Ofenatmosphäre bzw. in der Schmelze spaltet sich Methanol auf nach der GleichungMethanol is a liquid under ambient conditions that boils at 65 ° C. In the furnace atmosphere or in the Melt splits methanol according to the equation

CH₃OH —*> CO + 2H₂ CH ₃ OH - *> CO + 2H ₂

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Die thermische Spaltung des Methanols in die Reduktionsgase Kohlenmonoxid und Wasserstoff liefert demnach die gewünschten Gase zum Polen der Kupferschmelze. Wenn das Methanol flüssig in die Kupferschmelze eingeführt wird, bewirkt es durch seine starke Volumenzunähme zumindest teilweise die erforderliche Badbewegung. 1 1 flüssiges Methanol wandelt sich um in 1,8 m³ Polgase i.N. Falls die so bewirkte Badbewegung nicht ausreicht, kann durch gleichzeitiges Einleiten eines Inertgases, vorzugsweise Stickstoff, die Badbewegung weiter intensiviert werden. Bei dieser Verfahrensweise kann flüssiges Methanol mit gasförmigem Stickstoff als Treibmittel durch eine Injektordüse in die Schmelze geleitet werden. Das Methanol kann jedoch auch in gasförmigem Zustand in die Schmelze geleitet werden, wenn es zuvor verdampft wird. Die Verdampfung und gegebenenfalls Spaltung des Methanols kann beispielsweise in einer Lanze erfolgen, die in die Schmelze eintaucht. Die Verdampfung kann jedoch auch außerhalb des Ofens, jedoch vorzugsweise mit der Ofenwärme als Wärmequelle_/ bewerkstelligt werden. Das auf diese Weise verdampfte Methanol kann mit gasförmigem Stickstoff vermischt in die Schmelze eingeblasen werden.The thermal splitting of the methanol into the reducing gases carbon monoxide and hydrogen accordingly provides the desired gases for poling the copper melt. When the methanol is introduced in liquid form into the copper melt, its strong increase in volume causes at least some of the necessary bath movement. 1 liter of liquid methanol is converted into 1.8 m ^{3 of} pole gases in the N If the movement of the bath produced in this way is not sufficient, the movement of the bath can be further intensified by simultaneously introducing an inert gas, preferably nitrogen. In this procedure, liquid methanol with gaseous nitrogen as blowing agent can be passed through an injector nozzle into the melt. However, the methanol can also be passed into the melt in a gaseous state if it is previously evaporated. The evaporation and, if necessary, cleavage of the methanol can take place, for example, in a lance which is immersed in the melt. The evaporation can, however, also be carried out outside the furnace, but preferably with the furnace heat as a heat source _/ . The methanol evaporated in this way can be mixed with gaseous nitrogen and blown into the melt.

Da Methanol hygroskopisch ist, kann auch ein Methanol-Wassergemisch in die Schmelze geleitet werden, wobei der entstehende Wasserdampf zusätzlich zur Badumwälzung beiträgt .Since methanol is hygroscopic, a methanol-water mixture can also be used are fed into the melt, with the resulting water vapor also contributing to the bath circulation .

Zwei stark vereinfachte Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden. Two greatly simplified exemplary embodiments of the invention are to be explained with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:
Fig.1 ein Verfahren, bei dem flüssiges MethanolShow it:
Fig.1 shows a method in which liquid methanol

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und gasförmiger Stickstoff in die Kupferschmelze geleitet werden,and gaseous nitrogen are fed into the copper melt,

Fig.2 ein Verfahren, bei dem ein flüssiges Methanol-Wassergemisch in2 shows a method in which a liquid Methanol-water mixture in

die Schmelze geleitet wird.the melt is passed.

In Fig.1 ist ein Schmelzofen 1 mit einer Kupferschmelze dargestellt. Der Schmelzofen 1 besitzt eine Ofenabdeckung Ausreagierte Gase ziehen durch die öffnung 4 ab. Erfindungsgemäß wird durch eine isolierte Lanze 5 flüssiges Methanol in die Kupferschmelze 3 geleitet. Das Methanol verdampft und spaltet sich in die Reduktionsgase Kohlenmonoxid und Wasserstoff auf. Die Reduktionsgase reduzieren die Kupferschmelze und wälzen das Bad um. Die Methanolzufuhr erfolgt aus einem Tank 6 durch eine mit einem Absperrventil 7 versehene Leitung 8.In Fig.1 is a melting furnace 1 with a copper melt shown. The melting furnace 1 has a furnace cover. Reacted gases are drawn off through the opening 4. According to the invention 5 liquid methanol is passed into the copper melt 3 through an insulated lance. The methanol evaporates and splits into the reducing gases carbon monoxide and hydrogen. Reduce the reducing gases the copper melt and stir the bath. The methanol is supplied from a tank 6 through one with a shut-off valve 7 provided line 8.

Zur Intensivierung der Badumwälzung ist es in der Regel erforderlich, zusätzlich gasförmigen Stickstoff in die Schmelze einzuleiten. Der Stickstoff wird in flüssiger Form einem Standtank 9 entnommen, in einem Verdampfer 10 verdampft und durch eine mit einem Absperrventil 11 versehene Leitung 12, sowie eine isolierte Lanze 13 in die Kupferschmelze 3 eingeleitet.To intensify the circulation of the bath, it is usually necessary to add gaseous nitrogen to the Initiate melt. The nitrogen is taken in liquid form from a standing tank 9 in an evaporator 10 evaporated and provided with a shut-off valve 11 Line 12 and an insulated lance 13 introduced into the copper melt 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 sind für gleiche Teile die Bezugsnummern von Fig.1 beibehalten worden. Das aus dem Tank 6 entnommene flüssige Methanol wird in einem Mischer 14 mit Wasser vermischt, welches durch einem mit einem Absperrventil 15 versehene Leitung 16 zugeführt wird. Das Methanol-Wassergemisch gelangt durch die Leitung 17 und die isolierte Lanze 18 in die Kupferschmelze 3.In the embodiment according to Figure 2 are for the same Parts the reference numbers of Fig.1 have been retained. The liquid methanol withdrawn from the tank 6 becomes mixed with water in a mixer 14, which is supplied through a line 16 provided with a shut-off valve 15 will. The methanol-water mixture passes through the line 17 and the insulated lance 18 into the copper melt 3.

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Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Statt isolierter Lanzen können auch Düsen verwendet werden. Wenn alle Reaktionspartner gasförmig in die Kupferschmelze geleitet werden, kann die Zufuhr auch durch poröse Steine erfolgen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments. Nozzles can also be used instead of isolated lances will. When all reactants are gaseous are fed into the copper melt, the supply can also take place through porous stones.

Die Erfindung ermöglicht es, das umständliche und arbeitsintensive Polen mit Holz durch eine Verfahrensweise zu ersetzen, die weitgehend automatisiert werden kann. Das hierzu erforderliche Methanol ist ein preiswerter Rohstoff, so daß sich insgesamt eine wirtschaftliche Verfahrensweise ergibt.The invention makes it possible to do the cumbersome and labor-intensive To replace poles with wood by a process that can be largely automated. That about this Required methanol is an inexpensive raw material, so that overall an economical procedure results.

Ba/HiBa / Hi

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Claims

06.Seot.1984 MG 1488 claims

1. Process for the reduction of copper melts (3) by Addition of carbon and hydrogen-containing substances to the melt, characterized in that that methanol is added as a carbon and hydrogen-containing substance.

2. The method according to claim 1, characterized in that an inert gas is additionally passed into the melt.

3. The method according to claim 2, characterized in that a mixture of evaporated methanol and nitrogen is passed into the melt.

4. The method according to claim 1, characterized in that liquid methanol is introduced into the melt through an insulated lance (5).

5. The method according to claim 1, characterized in that a liquid mixture of methanol and water is introduced into the melt through an insulated lance (18) will.

Ba / Hi

EM 1142