DE3531100C2

DE3531100C2 -

Info

Publication number: DE3531100C2
Application number: DE3531100A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1987-12-23
Also published as: US4614542A; JPH0475288B2; JPS6160836A; DE3531100A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Konverters zur Herstellung von Kupfer, bei dem Luft oder sauerstoffangereicherte Luft in den in dem Konverter befindlichen geschmolzenen Stein durch Düsen, die sich unterhalb der Oberfläche der Schmelze befinden, eingeblasen wird, um den geschmolzenen Stein zu oxidieren, während das Flußmittel und die kalte Charge, insbesondere Kupferschrott und/oder Rauchteil chen, aus einer Kupferschmelzvorrichtung in den Konver ter eingeführt werden, um Eisen, das in der geschmolze nen Charge vorhanden ist, als Eisensilikatschlacke und Schwefel als SO₂-Gas zu entfernen.

Der Kupferkonverter ist ein Ofen zur Herstellung von Rohkupfer aus Stein durch Oxidieren des Steines und Entfernen von Eisen und Schwefel durch Luft oder sauerstoffangereicherte Luft, die durch Lufteinlässe, die unterhalb der Oberfläche der geschmolzenen Charge angebracht sind, geblasen wird. Sein Betrieb schließt eine Stufe ein, in der Schlacke erzeugt wird und eine Stufe, in der eine Gußblase erzeugt wird. Während der Stufe der Schlackenbildung wird FeS zu FeO oxidiert und Schwefel wird zu SO₂ oxidiert und entweicht. Wenn FeO oxidiert wird, bildet es Fe₃O₄. Da der hohe Schmelzpunkt und die Viskosität von Fe₃O₄ den Ofenbetrieb ungünstig beeinflussen, wird ein Flußmittel wie festes Siliciumoxid in den Ofen eingeführt, so daß sich das SiO₂ in dem Flußmittel mit dem FeO unter Bildung von Eisensilikat schlacke verbindet. Die Entfernung der Eisensilikatschlacke vervollständigt die Stufe der Schlackenbildung. Die geschmolzene Charge wird weiter oxidiert, um Rohkupfer herzustellen als Ergebnis von Reaktionen, einschließ lich solcher, die durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden:

Cu₂S + O₂ = 2 Cu + SO₂ und
Cu₂S + 2 Cu₂O = 6 Cu + SO₂

während der Stufe der Gußblasenbildung. Da alle die Reaktionen, die während der zwei Stufen stattfinden, exotherm sind, wird die geschmolzene Charge auf eine so hohe Temperatur gebracht, daß die Ausmauerung des Ofens beschädigt werden kann. Deshalb ist es üblich, eine kalte Charge in den Ofen einzubringen, um die Tempe ratur der geschmolzenen Charge entsprechend zu kon trollieren. Es ist üblich, Kupferschrott oder Rauch teilchen, die von dem Kupferschmelzbetrieb stammen, als kalte Charge zu verwenden.

Das Flußmittel und die kalte Charge werden gewöhnlich periodisch durch einen Förderer oder ähnliches zuge führt über eine Rutsche, die sich durch eine Abgas abzugshaube während des Belüftens durch die obere Öffnung des Konverters erstreckt. Manchmal jedoch werden die von einem Container, der durch einen Kran in die obere Öffnung des Konverters hängt, zugeführt, bevor das Einblasen begonnen wird.

Wenn das Flußmittel und die kalte Charge durch die obere Öffnung des Konverters zugeführt werden, gelangen sie jedoch direkt unter die obere Öffnung und schwimmen teilweise auf der Oberfläche der geschmolzenen Charge. Deshalb erfordert das Schmelzen und die Reaktion viel Zeit, was dazu führt, daß die Temperatur der geschmol zenen Charge nicht einheitlich ist. Die Teile der geschmolzenen Charge, die eine relativ hohe Temperatur haben, beschädigen die Ausmauerung. Die Teile der ge schmolzenen Charge mit einer relativ niedrigen Tempera tur haben eine höhere Viskosität, die zu vermehrtem Verspritzen Anlaß gibt.

Wenn andererseits das Flußmittel und die kalte Charge während des Einblasens eingeführt werden, wird eine große Menge an Luft in die Abgashaube des Konverters gebracht, da die Rutsche eine fließende Verbindung zwischen der Abgashaube und dem äußeren des Konverters bildet. Die Luft, die in die Haube gesaugt wird, er niedrigt die Konzentration an SO₂ im Abgas und beein flußt dadurch den Betrieb der Schwefelsäureanlage nachteilig. Wenn andererseits ein positiver Druck in der Haube gebildet wird aus anderen Gründen, bringt der entweichende Rauch das Problem der Umweltverschmutzung mit sich. Um diese Probleme so weit wie möglich zu ver meiden, ist es notwendig, große Mengen an Flußmittel und kalter Charge innerhalb einer kurzen Zeit einzufüh ren. Dies führt jedoch zu einem ausgeprägten Abfall der Temperatur der geschmolzenen Charge und daher zu einem großen Ansteigen des Verspritzens.

Da eine pulverförmige kalte Charge, wie Rauchteilchen, durch das Gas, das durch die obere Öffnung des Konver ters steigt, zerstreut wird, ist es üblich, es zu Pellets oder ähnlichem zu agglomerieren. Es ist jedoch unmöglich, einen gewissen Verlust des Materials auf grund des Staubens während des Transports zu verhin dern. Obwohl das streuende Material gesammelt wird zur Wiederverwendung durch einen Staubsammler oder eine ähnliche Vorrichtung ist es tatsächlich richtig, daß der Konverter eine entsprechend niedrige Ausbeute bei der Produktion hat und daß die Teilchen nicht leicht zu handhaben sind und daß ihre Zerstreuung sehr leicht das Problem der Umweltverschmutzung verschlechtern kann.

Aus Journal of Metals 1964, Seiten 416 bis 420 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Bearbeitung von Kupfer stein bekannt, bei dem über eine Lanze, die sich ober halb der Oberfläche der Schmelze befindet, oxidierendes Gas eingeblasen wird, um eine große Menge von Cu₂O zu erzeugen, das dann die Reaktion in Gang setzt. Gleich zeitig wird das Flußmittel durch eine Öffnung an der Oberseite des Ofens zugeführt. Weiterhin ist aus US-PS 41 44 055 ein Verfahren zur Herstellung von Kupferstein bekannt, bei dem feinkörniges Konzentrat und ein Schlacken bildner über eine wassergekühlte Lanze in einen Drehofen mit einer geneigten Rotationsachse eingebracht werden, zusammen mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft. Durch autogenes Schmelzen des in dem Ofen befind lichen Materials wird dann Kupferstein und Schlacke produziert. Wesentlich ist hier, daß ein autogenes Schmelzen des Materials in dem Ofen stattfindet.

Aufgabe der Erfindung war es nun, bei den bekannten Verfahren das Verspritzen des Materials in das Abgas zu minimieren und weiterhin die Temperatur der Schmelze so zu kontrollieren, daß möglichst ständig eine einheit lich kontrollierte Temperatur vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge mäßen Verfahrens wird als Flußmittel Kieselerde einge setzt, die eine Teilchengröße bis zu 5 mm aufweist und wobei 80% der Kieselerdeteilchen eine Teilchengröße bis zu einschließlich 0,053 mm aufweisen.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung einer Vorrich tung, die vorteilhaft verwendet werden kann, um das Verfahren der Erfindung auszuführen.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die die Lanzen zeigt, die sich in den Konverter erstrec ken, um das Verfahren der Erfindung auszuführen.

Fig. 3 ist ein Graph, der das Verfahren der Erfindung mit einem üblichen Verfahren vergleicht im Hin blick auf die Temperatur der geschmolzenen Charge während der Stufe der Blasenbildung; und

Fig. 4 ist ein Graph, der das Verfahren der Erfindung mit dem üblichen Verfahren vergleicht im Hin blick auf den Streuungsverlust der kalten Charge.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird als Beispiel eine Vorrich tung gezeigt, die vorteilhafterweise verwendet werden kann, um das Verfahren der Erfindung auszuführen. Sie schließt einen Behälter (1) ein zur Aufnahme eines Flußmittels oder einer kalten Charge in pulveriger Form und einen Tischvorschub (2), der am Boden des Behälters (1) vorgesehen ist, um das Flußmittel oder die kalte Charge daher zuzuführen. Eine Luftzuführungsleitung (3), die komprimierte Luft mit einem Druck von etwa (6 kg/cm²) liefert, ist mit dem Behälter (1) und dem Tischvorschub (2) verbunden, um das pulverartige Mate rial durch die Zuführungsleitung (4) von dem Tischvor schub (2) zu einer Lanze (5) zu fördern. Die Lanze (5) ist vertikal beweglich zum Einsetzen in einen Konverter (6) in eine Position, in der ihr unteres Ende nahe der Oberfläche der geschmolzenen Charge ist. Der Konverter (6) hat eine Anzahl von Düsen (7), durch die Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft in den Konverter geblasen wird.

Wenn der Konverter relativ klein ist, ist es ausreichend, nur eine Lanze (5) zu verwenden. Wenn der Konverter groß ist, ist es jedoch ratsam, eine Vielzahl von Lanzen (5) zu verwenden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Eine der Lanzen (5) wird durch die obere Öffnung des Konverters (6) eingesetzt und jede der anderen Lanzen (5) wird durch eines der kleinen Löcher (8) eingesetzt, die an jeder Seite der oberen Öffnung gebildet sind.

Das Flußmittel oder die kalte Charge wird von dem Tischvorschub (2) zu der Lanze (5) durch eine Zufüh rungsleitung (4) gefördert und in die geschmolzene Charge eingeblasen mit komprimierter Luft durch die Lanze (5). Während Rauchteilchen verwendet werden können, wie sie sind, ist es zweckmäßig, Kieselerde oder ähnliches zu zerkleinern, so daß das Material, das in den Konverter zugeführt wird, eine Partikelgröße haben mag, die 5 mm nicht übersteigt oder vorzugsweise haben 80% des Materials eine Partikelgröße, die nicht größer ist als 0,053 mm. Das Material wird zugeführt von der Lanze (5) in einer Rate von mindestens 20 m/sec. Wenn eine langsamere Rate verwendet wird, ist es schwierig, die richtige Zuführung des Materials in die geschmolzene Charge sicherzustellen. Das untere Ende der Lanze (5) und die Oberfläche der geschmolzenen Charge haben vorzugsweise einen Abstand von nicht mehr als 200 mm, gemessen wenn die geschmolzene Charge eine ruhige Oberfläche hat. Jeder größere Abstand sollte vermieden werden, da ein größerer Strömungsverlust des Materials leicht daraus resultiert.

Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist es möglich, die richtige Zuführung des Flußmittels oder der kalten Charge in die geschmolzene Charge ohne jegliches Auf schwimmen auf der Oberfläche sicherzustellen. Insoweit als sie pulverförmig sind, haben sie eine bei weitem größere spezifische Oberfläche als jedes agglomerierte Material, das bisher verwendet wurde und erfordern nur eine bei weitem kürzere Zeit zum Schmelzen oder reagie ren. Dies stellt eine einheitliche Verteilung der Temperatur der geschmolzenen Charge im ganzen Konverter sicher und verhindert jeglichen scharfen Temperaturab fall, der bisher von der schnellen Einführung des agglomerierten Materials herrührte.

Da das Material in die geschmolzene Charge mit einer hohen Geschwindigkeit durch die Lanze eingeführt wird ist es möglich, den Streuungsverlust des Materials in das Abgas zu minimieren. Das Loch in der Haube, durch das die Lanze eingeführt wird und die Löcher, die zum Einsetzen einer Vielzahl von Lanzen vorgesehen sind, die klein genug sind, sind leicht gegen das Entweichen von Luft in das Abgas und das Entweichen von Abgas aus dem Konverter zu dichten.

Die Erfindung ist insbesondere wirksam, wenn die gesam ten Mengen an Flußmittel und kalter Charge pulverförmig sind und in die geschmolzene Charge durch die Lanze oder Lanzen zugeführt werden. Das Verfahren der Erfin dung schließt jedoch nicht die direkte Zuführung von z. B. Schrott einer großen Anode (anode acrap) oder Kieselerde, die kaum irgendein Pulver enthält, durch die obere Öffnung des Konverters aus, da hier tatsäch lich kein Streuungsverlust in das Abgas stattfindet, zusätzlich zu der Zuführung durch die Lanze oder die Lanzen von z. B. Rauchteilchen oder Kupferschrott in Pulverform. In jedem Fall ist die Zuführung von Pulver material, durch die Lanze wirksam, um die Temperatur des Ofenbetriebes zu kontrollieren.

Die Erfindung wird nun im Hinblick auf eine Vielzahl von Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Ein PS-Konverter mit einem inneren Durchmesser von 1,5 m und einer Länge von 1,68 m, der mit drei Düsen ausgestattet war, wurde mit 6,1 t Kupferstein, der 53,8 Gew.-% Kupfer enthielt, und 500 kg Kieselerde beschickt. Mit Sauerstoff angereicherte Luft, die 32 Vol.-% Sauerstoff enthielt, wurde in die Charge mit einer Rate von 1630 Nm³/h durch die Düsen eingeblasen. Die Stufe der Schlackenbildung wurde 67 Minuten lang fortgesetzt. Nachdem die Schlacke entfernt worden war, wurde mit Sauerstoff angereicherte Luft, die denselben Sauerstoffgehalt hatte wie die, die während der Stufe der Schlackenbildung verwendet worden war, in die Charge mit derselben Rate durch die Düse eingeblasen. Eine Lanze mit einem inneren Durchmesser von 41,6 mm wurde durch die obere Öffnung des Konverters eingesetzt. Rauchteilchen, die durch einen Blitzschmelzofen erzeugt wurden und die 28,6 Gew.-% Kupfer, 7,8 Gew.-% Schwefel und 7,5 Gew.-% Eisen enthielten, wurden in die geschmolzene Charge durch die Lanze mit einer Rate von 10 bis 40 kg/min durch komprimierte Luft eingeblasen, die mit einer Rate von 120 Nm³/h zugeführt wurde. Insgesamt wurden 580 kg Rauchteilchen in die geschmolzene Charge in 45 Minuten eingeblasen. Das Einblasen mit von Sauerstoff angereicher ter Luft wurde fortgesetzt, bis die Stufe der Blasen bildung eine Stunde dauerte.

Zu Vergleichszwecken wurde derselbe Konverter mit 6,1 t Kupferstein, der 54,3 Gew.-% Kupfer enthielt, und 500 kg Kieselerde beschickt und mit Sauerstoff ange reicherte Luft, die 30 Vol.-% Sauerstoff enthielt, wurde in die Charge mit einer Rate von 1750 Nm³/h eingeblasen, um die Stufe der Schlackenbildung zu vervollständigen. Dieselben Bedingungen des Luftein blasens wurden angewendet, um die Stufe der Blasen bildung zu beginnen. Die Pellets, die aus Rauchteilchen gebildet wurden mit derselben Zusammensetzung wie oben beschrieben, wurden in den Konverter zugeführt durch seine obere Öffnung in drei Raten, die 200 kg, 200 kg bzw. 100 kg wogen. Die Stufe der Blasenbildung wurde eine Stunde lang fortgesetzt.

Die Änderung der Temperatur in der geschmolzenen Charge während der Stufe der Blasenbildung wurde gemessen mit einem verbrauchbaren Thermoelement als Temperaturmeß instrument. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt. Die Kurve, die mit einer eingepunkteten Linie gezogen ist, zeigt die Ergebnisse, die durch das Verfahren der Erfindung erhalten wurden, und die Kurve, die durch eine feste Linie gezogen wurde, zeigt die Ergebnisse, die durch das übliche Verfahren, das aus Vergleichsgründen verwendet wurde, erhalten wurde. Die Kurve, die die Ergebnisse der Erfindung zeigt, zeigt nur eine allmäh liche Temperaturabnahme, während die Kurve, die die Ergebnisse des üblichen Verfahrens darstellt, einen scharfen Temperaturabfall bei der Einführung der Pellets zeigt. Gemäß dem Verfahren der Erfindung war es möglich, jegliches starkes Verspritzen zu vermeiden, das üblicher weise unvermeidbar war, gleich nachdem die kalte Charge in die geschmolzene Charge eingeführt wurde.

Beispiel 2

Der Konverter, der im Beispiel 1 verwendet wurde, wurde für die Wiederholung des Arbeitsvorganges nach dem Verfahren der Erfindung vierzehnmal verwendet. Für jeden Arbeitsvorgang wurde der Konverter mit 6 bis 7 t Kupferstein, der 53 bis 65 Gew.-% Kupfer enthielt, beschickt und 500 bis 700 kg Kieselerde, und 800 bis 2500 kg Rauchteilchen aus einem Blitzschmelzofen (flash smelting furnace) wurden durch die Lanze als kalte Charge eingeblasen. Eine Vorrichtung war in der Nähe des Konverters angebracht, um relativ grobe Teilchen der kalten Charge, die durch die obere Öffnung verstreut wurden, zu sammeln und den Verlust zu bestimmen.

Zu Vergleichszwecken wurde der Arbeitsvorgang nach dem üblichen Verfahren vierzehnmal wiederholt, indem der Konverter mit derselben Menge und derselben Zusammen setzung Stein und Kieselerde, wie oben angegeben, be schickt wurde, aber in dem 800 bis 2500 kg Pellets der Rauchteilchen aus dem Blitzschmelzofen durch die obere Öffnung des Konverters eingeführt wurden. Die Streuungs verluste werden ebenso gemessen.

Die Ergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt. Die Abszisse in Fig. 4 stellt die Gew.-% der kalten Charge bezogen auf den Stein dar und die Ordinate stellt den Verlust an kalter Charge in Gew.-% bezogen auf den Stein dar. Die Kreise in Fig. 4 zeigen die Ergebnisse der Erfindung und die Dreiecke zeigen die Ergebnisse der üblichen Methode. Wie es hieraus offensichtlich ist, war der Verlust an Teilchen der kalten Charge bei dem Verfahren der Erfindung sehr gering, insbesondere bei einem An steigen des Verhältnisses von kalter Charge, bezogen auf den Stein, verglichen mit dem Verlust, der bei der üblichen Methode entstand.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines Konverters zur Her stellung von Kupfer, bei dem Luft oder sauerstoff angereicherte Luft in den in dem Konverter befind lichen geschmolzenen Stein durch Düsen, die sich unterhalb der Oberfläche der Schmelze befinden, eingeblasen wird, um den geschmolzenen Stein zu oxidieren, während das Flußmittel und die kalte Charge, insbesondere Kupferschrott und/oder Rauch teilchen aus einer Kupferschmelzvorrichtung, in den Konverter eingeführt werden, um Eisen, das in der geschmolzenen Charge vorhanden ist, als Eisen silikatschlacke und Schwefel als SO₂-Gas zu ent fernen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Flußmittels und der kalten Charge in pulveriger Form in die geschmolzene Charge in dem Konverter mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20 m/sec durch mindestens eine Lanze zugeführt wird, wobei das untere Ende der Lanze nahe der Oberfläche der geschmolzenen Charge ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluß mittel Kieselerde eingesetzt wird mit einer Teil chengröße bis zu 5 mm, wobei 80% der Kieselerde teilchen eine Teilchengröße bis zu einschließlich 0,053 mm aufweisen.