DE3920522A1 - Aggregat zur gewinnung von metallischem blei aus sulfidischen bleikonzentraten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gebiet der Nichteisenmetallurgie, u. z. auf die geräte­ technische Gestaltung der Verarbeitung von sulfidischem Rohstoff, und betrifft insbesondere Konstruktionen der Aggregate zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten.

In Aggregaten zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten besteht der techno­ logische Prozeß im Falle des Autogenschmelzens aus drei Hauptstadien:

• - Oxydation von im Bleirohstoff enthaltenen Blei-, Zink-, Eisensulfiden in einer Sauerstoffatmosphäre;
• - Reduktion der gewonnenen Bleioxide aus der Schmelze bis zum Metall mit Kohlenstoff;
• - Abscheidung der Trübe des metallischen Bleis vom Bleioxid.

Das erste Stadium, die Oxydation, wird von der Wärmeentwicklung und das Reduktionsstadium von der Wärmeaufnahme begleitet. Da jedoch der sulfidische Bleirohstoff einen geringen Heizwert hat, sind für den Prozeß im ganzen zusätzliche Wärmequellen (Kohlen­ stoffbrennstoff, Elektroenergie) erforderlich. Deswe­ gen besteht die Aufgabe, den Einsatz zusätzlicher Wärmequellen pro Produktionseinheit zu reduzieren, wo­ bei sie mit der Aufgabe in Einklang steht, den Anfall an Prozeßgasen zu verringern und die Schadstoff­ emissionen herabzusetzen.

Stand der Technik

Es ist ein Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten bekannt, das einen gekürzten Hohlzylinder (Durchmesser-Länge-Ver­ hältnis ∼3/5) darstellt, der um die eigene Achse drehbar ist ("Engng. a. Mining", Nr. 10, 1982, S. 64 bis 65, 69, 71).

Dieser Zylinder ist mit einem hermetisch dichten Mantel abgedeckt, der mit einem Gasabführstutzen sowie mit Einrichtungen zur Beschickung mit Bleirohstoff und festem Reduktionsmittel und mit Einrichtungen für die Zuführung von flüssigem Brennstoff und Sauerstoff ver­ sehen ist. Das Aggregat hat eine diskontinuierliche Arbeitsweise: Beschickung-Schmelzen-Abstich der Schmelz­ produkte.

Zuerst wird ins Aggregat der sulfidische Bleiroh­ stoff zusammen mit Flußmitteln aufgegeben und Sauer­ stoff zugeführt. Bei der Oxydation der Metallsulfide wird Wärme entwickelt, wodurch die entstandenen Oxide und Flußmittel eine Schmelze mit einem hohen Blei­ oxidgehalt bilden. Dann wird das Aggregat mit festem Reduktionsmittel (Koksgrus) beschickt, Masut und Ver­ brennungsluft werden zugeführt. Bei der Verbrennung von Masut wird Wärme entwickelt, durch die die Wärme­ verluste über die Zylinderwände und der Wärmeaufwand für die Reduktion der Bleioxide zum Metall ausgegli­ chen werden. Der Reduktionsgrad der Bleioxide wird geprüft, indem man die Proben der Oxidschmelze auf den Bleigehalt analysiert. Die Reduktion gilt als ab­ geschlossen, wenn der Bleigehalt in der Schlacke ca. 2% der mit dem Bleirohstoff eingebrachten Menge be­ trägt. Nach der Beendigung der Reduktion, dem Abstich der verarmten Schlacke und des gewonnenen Rohbleis ist das Aggregat zu einer neuen Inbetriebnahme, zu einem neuen Zyklus "Schmelzen des Rohstoffs - Reduk­ tion der Oxidschmelze" bereit.

Ein Nachteil der Konstruktion dieses Aggregates besteht darin, daß eine kontinuierliche Wärmeerzeu­ gung durch die Oxydation der im Bleirohstoff anwesen­ den Metallsulfide unmöglich ist. Ein wesentlicher Teil der bei der Sulfidoxydation entwickelten Wärme wird für die Erwärmung des Aggregats während der Anfahr­ periode verbraucht. Außerdem hat die Wärmeentwicklung bei der Sulfidoxydation einen zeitlich ungleich­ mäßigen Verlauf: in der Anfangsphase ist die Wärme­ entwicklung bei maximaler Sulfidmenge im Zylinder infolge deren Oxydation besonders intensiv. Wenn je­ doch im Ergebnis der Oxydation die Sulfidmenge im Zy­ linder, d. h. vor Beginn der wärmeverbrauchenden Reduk­ tionsperiode des Aggregatbetriebs, kleiner wird, verringert sich auch der durch die Oxydation der ge­ nannten Sulfide bedingte Wärmezufluß. Somit ist die Periode des besonders intensiven Zuflusses der bei der Sulfidoxydation entwickelten Wärme von der Periode des intensiven Wärmeverbrauches für die Reduktion der Bleioxide zum Metall zeitlich versetzt (dis­ kontinuierlicher Betrieb des Aggregats). Infolge einer derartigen Diskrepanz zwischen den Stadien der Entwicklung und des Verbrauchs der Wärme sind für den Betrieb des Aggregats zusätzliche bedeutende Wärme­ quellen, wie Verbrennung von Masut, erforderlich. Das führt nicht nur zu einem höheren spezifischen Ener­ gieaufwand pro Produktionseinheit, sondern auch zu einem größeren Anfall an Gasen beim Schmelzen, die eine tiefgreifende Reinigung (die bei der Masutver­ brennung entstehenden Gase werden mit Bleiverbindungen verunreinigt) erfordern.

Es ist ebenfalls ein Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten bekannt, das ein mit Feuerfeststeinen ausgekleidetes zylinderförmiges Gefäß mit einem Durchmesser-Länge- Verhältnis von ca. 1/10 darstellt, dessen Achse hori­ zontal so verläuft, daß der untere Zylinderteil als Herd dient und der obere ein Gewölbe bildet ("J. Me­ tals, V. 34, Nr. 6, 1982, p. 60 bis 64).

Dieses Gefäß ist unterhalb der horizontalen Achse in seinem Inneren durch eine senkrechte Trennwand mit einer Öffnung am Herd in zwei Zonen, eine Zone für die Rohstoffbeschickung und eine Zone für die Reduktion der Schmelze, so unterteilt, daß der Querschnitt der Reduktionszone ∼0,65 der Querschnittsfläche des gesamten Gefässes beträgt. In der Zone für die Rohstoffoxydation ist im Gefäßgewölbe eine Beschickungs­ einrichtung für den granulierten Bleirohstoff mit einem Korndurchmesser von ca. 1 cm und im Gefäß­ gewölbe in der Reduktionszone sind Brenner für den gasförmigen oder flüssigen Brennstoff vorgesehen. Der Herd ist in der Oxydations- und der Reduktionszone mit Blasformen versehen. Dabei wird in der Oxydations­ zone Sauerstoff und in der Reduktionszone ein Kohle- Luft-Gemisch über die Blasformen zugeführt. Das Gefäß in der Oxydationszone hat ein Bleiabstichloch und im stirnseitigen Zylinderteil in der Reduktions­ zone ist ein Abstichloch für die bleiarme Schlacke vorhanden.

Außerdem ist im Gefäß eine Öffnung zur Gasab­ führung vorgesehen.

Das Aggregat wird wie folgt betrieben. Das in das zylinderförmige Gefäß aufgegebene Granulat, das ein Gemisch aus sulfidischem Bleirohstoff, Flußmitteln und oxydierten Umlaufstäuben darstellt, hat eine Feuchtigkeit von ca. 8%. Deswegen wird bei der Oxyda­ tion dieser Körner ein Teil der sich entwickelnden Wärme gleichzeitig für die Verdampfung und Erhitzung der Wasserdämpfe auf eine Temperatur von max. 950°C verbraucht. Diese Temperatur gilt als optimal, weil bei einer höheren Temperatur der unerwünschte Über­ gang des Bleis in die Dampf-Gas-Phase stark beschleu­ nigt und die Auskleidung zerstört wird, während bei einer niedrigeren Temperatur die Leistung des Oxyda­ tionsschmelzens herabgesetzt wird. Deswegen dient die vorhandene Feuchte in den Körnern als ein Mittel zur Aufrechterhaltung der Temperatur der Schmelze in der ge­ forderten Höhe. Die bei der Oxydation des sulfidischen Rohstoffes gebildete Oxidschmelze mit einem hohen Ge­ halt an Bleioxiden fließt über die Trennwand in die Reduktionszone. In der Reduktionszone werden die Bleioxide infolge des Blasens des Kohle-Luft-Gemisches durch die Schmelze zum Metall reduziert. Das metalli­ sche Blei setzt sich auf dem Herd ab und fließt durch die Öffnung in der Trennwand in die Oxydationszone langsam über, und die bleiarme Schlacke wird über das Abstichloch aus dem Gefäß abgelassen. Um eine hohe Leistung zu erzielen und eine erhöhte Viskosität der Oxidschmelze zu vermeiden, wird ihre Temperatur mit der Bewegung von der Trennwand zum Schlackenloch auf 1150°C durch Verbrennung des Brennstoffs langsam er­ höht, der über die Brenner im Gewölbe der Reduk­ tionszone zugeführt wird. Die in der Reduktionszone entstehenden Gase strömen in die Oxydationszone und werden zusammen mit den Gasen der Sulfidoxydation aus dem Gefäß abgeführt. Da jedoch der Heizwert des sulfidischen Rohstoffs durch eine Erhöhung seiner Feuchtigkeit auf 8% künstlich herabgesetzt werden soll, was durch eine geringe Standzeit der Ausklei­ dung in den Schmelzen mit einem hohen Gehalt an Blei­ oxiden bedingt ist, wird in diesem Aggregat die Schmelze mit einem niedrigen Wärmeinhalt (T = 950°C) in die Reduktionszone zugeführt. Um eine für die Reduktion erforderliche hohe Temperatur (1150°C) zu erreichen, den Wärmeaufwand für die Reduktion der Bleioxide zum Metall sowie die großen Wärmeverluste über die Ge­ fäßwände in der ausgedehnten Reduktionszone ausgleichen zu können, ist eine bedeutende zusätzliche Wärme­ zufuhr beispielsweise durch Verbrennung eines gas­ förmigen oder flüssigen Brennstoffs erforderlich. Außerdem fehlt in diesem Aggregat eine ruhige Zone zum Abstehenlassen der Oxidschmelze von der Trübe des metallischen Bleis, wodurch die Bleiverluste mit der verarmten Schlacke vergrößert werden. Deswegen soll das Aggregat zusammen mit einer zusätzlichen Einrichtung zum Absetzen der Bleitrübe beispielsweise mit einem elektrischen Absetzbehälter betrieben werden. Praktisch führen zwei Konstruktionsbesonderheiten dieses Aggregats, u. zw. die Verwendung der feuerfesten Schutzauskleidung und das Blasen der Schmelze mit einem Kohle-Luft-Gemisch in der Reduktionszone, zu einem zusätzlichen Wärmeaufwand u. zw. zum Wärmeaufwand für die Feuchteverdampfung und für die Wasserdampfer­ hitzung (im wesentlichen wird dieser Aufwand durch den Brennstoffeinsatz in der Reduktionszone ausgegli­ chen) und zum Aufwand der elektrischen Wärme für das Absetzen der Trübe des metallischen Bleis im zusätz­ lichen elektrischen Absetzbehälter.

Es ist schließlich ein Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentra­ ten (US-A 45 19 836) bekannt, das ein Gefäß enthält, dessen untere Wand als Herd dient und ein Abstichloch für das metallische Blei hat, welches durch eine senkrechte Trennwand in zwei Kammern geteilt ist, die über eine am Herd anliegende Öffnung in der Trennwand miteinander kommunizieren, u. zw. in eine Schmelzkammer, die mit einer Einrichtung für die gleichzeitige Zufuhr von Sauerstoff, sulfidischem Bleikonzentrat und einem festen Reduktionsmittel, einem Gasabführungs­ kanal mit einer Gasabführungsöffnung versehen ist, und in eine elektrothermische Kammer, die Elektroden, ein Schlackenabstichloch, eine Dampfabführungsöffnung hat. Dabei ist die Trennwand so angeordnet, daß das Verhältnis der Fläche der elektrothermischen Kammer zur Querschnittsfläche des Gefässes:

beträgt.

In diesem Aggregat sind alle drei technologischen Hauptstadien der Verarbeitung des sulfidischen Blei­ rohstoffs, u. zw. die Oxydation der Rohstoffsulfide zu Oxiden, Reduktion der Bleioxide zu metallischem Blei und Absetzen der Trübe des metallischen Bleis vereint. Die Verarbeitung des sulfidischen Bleiroh­ stoffs wird in diesem Aggregat folgenderweise durch­ geführt.

In dem über die Beschickungseinrichtung für das Einsatzgut und Sauerstoff in die Schmelzkammer zuge­ führten Gemisch aus feinzerkleinerten Flußmitteln, sulfidischem Konzentrat, oxydiertem Umlaufstaub und zerkleinertem kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel (Koksgrus, Kohle) reagieren mit dem Sauerstoff nur die im Bleirohstoff enthaltenen Blei-, Zink-, Eisen- und Kupfersulfide und die Reduktionsmittelteilchen, die infolge ihren großen Abmessungen eine hohe Ent­ flammungstemperatur haben, haben nicht die Zeit sich merklich zu oxydieren. Auf diese Weise verwandelt sich das aufgegebene Ausgangsgemisch im Unterteil der Schmelzkammer infolge einer selektiven Wechselwirkung mit dem Sauerstoff zu einem Gemisch aus Feintropfen der Oxidschmelze und den Teilchen des kohlenstoff­ haltigen Reduktionsmittels. Diese Reduktionsmittel­ teilchen gelangen auf den Spiegel der Oxidschmelze, die sich im Unterteil der Schmelzkammer befindet, und bilden auf diese Weise eine Reduktionsmittelschicht mit einer Höhe von 50 bis 500 mm. Die Tropfen der gewonnenen Oxidschmelze, die Bleioxide enthält, pas­ sieren die kohlenstoffhaltige Schicht. Dabei werden die Bleioxide zu metallischem Blei durch die Einwir­ kung der Wärme, die sich bei der Oxydation der Sulfide im sulfidischen Bleirohstoff entwickelt hat, und teilweise durch den Wärmezufluß von der unter der kohlenstoffhaltigen Schicht befindlichen Schmelze reduziert. Das letztere wird dadurch erreicht, daß die Schmelzkammer und die elektrothermische Kammer durch die Öffnung in der Trennwand über ein gemeinsames Schlackenbad nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefäße miteinander verbunden sind. Deswegen ge­ langt ein Teil der Wärme, die in der elektrothermi­ schen Kammer durch die Elektroenergie erzeugt wird, in die Schmelzkammer. Nach dem Passieren der kohlen­ stoffhaltigen Schicht vereinen sich die Schmelze mit den zu metallischen Blei reduzierten Bleioxiden und die unter der kohlenstoffhaltigen Schicht befindliche Schmelze, wobei sich der Hauptteil der Bleitropfen absetzt, während die feinsten Tropfen zusammen mit der Oxidschmelze in die elektrothermische Kammer ge­ langen. In dieser Kammer setzen sich die Feintropfen des metallischen Bleis ab. Über das Schlackenabstich­ loch wird die bleiarme Oxidschlacke aus dem Aggregat entfernt. Der sulfidische Bleirohstoff wird im ge­ nannten Aggregat kontinuierlich geschmolzen und die bleiarme Oxidschmelze und das gewonnene metallische Blei können kontinuierlich bzw. diskontinuierlich abgestochen werden.

Jedoch zeichnet sich das Schmelzen des sulfidi­ schen Bleirohstoffs im genannten Aggregat durch einen erhöhten Elektroenergieverbrauch von 400 bis 500 kWh pro 1 t Einsatzgut aus, das ein Gemisch aus sulfidi­ schen Bleikonzentraten, Flußmitteln und oxidierten Umlaufprodukten darstellt.

Außerdem wird das Schmelzen von einem hohen An­ fall an oxydierten Umlaufprodukten und von einem hohen Gehalt an feiner Trübe des metallischen Bleis in der verarmten Schlacke begleitet, wodurch die direkte Ausbringung von Blei aus dem Rohstoff in das gewonnene metallische Blei herabgesetzt und die Kosten pro Produktionseinheit vergrößert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion des Aggregats für die Gewinnung von me­ tallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten so zu vervollkommnen, daß ein höherer Grad der direkten Bleiausbringung unter gleichzeitiger Verringerung des spezifischen Energieverbrauchs erzielt wird.

Lösung der technischen Aufgabe und Ausführungsbeispiele

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten, das ein Gefäß enthält, dessen untere Wand als Herd dient, in dem ein Abstich­ loch für das metallische Blei vorgesehen ist, welches durch eine senkrechte Trennwand in zwei Kammern ge­ teilt ist, die über eine am Herd anliegende Öffnung in der Trennwand miteinander verbunden sind, u. zw. in eine Schmelzkammer, die mit einer Einrichtung für die gleichzeitige Zuführung von Sauerstoff, sulfidischem Bleikonzentrat und einem festen Reduktionsmittel, einem Gasabführungskanal mit einer Gasabführungsöffnung versehen ist, und in eine elektrothermische Kammer, die Elektroden, ein Schlackenabstichloch, eine Dampf­ abführungsöffnung hat, erfindungsgemäß die Trennwand so angeordnet ist, daß das Verhältnis der Querschnitts­ fläche der elektrothermischen Kammer zur Querschnitts­ fläche des Gefäßes in einem Bereich liegt, der durch die Ungleihheit

ausgedrückt wird, worin
S₁ - die Querschnittsfläche der elektrothermischen Kammer und
S₂ - die Querschnittsfläche der Schmelzkammer sind.

Das erfindungsgemäße Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten gestattet es, den Grad der direkten Ausbringung von Blei in das metallische Blei durch die Verringerung der Verluste an metallischem Blei mit der Oxidschmelze in Form der Trübe aus Feintropfen von Blei sowie durch einen verringerten Übergang des Bleis in die Dampf-Gas-Phase in der elektrothermischen Kammer um 0,4 bis 1,2% zu erhöhen. Gleichzeitig wird der spezi­ fische Energieverbrauch um ein Mehrfaches herabge­ setzt. Außerdem hat das genannte Aggregat eine kom­ paktere Bauweise bei gleicher Leistung, weil das Flächenverhältnis S₁/(S₁ + S₂) durch eine Verringerung der Querschnittsfläche S₁ geändert wird.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand einer konkreten Ausführungsvariante unter Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert, in denen es zeigt:

Fig. 1 - in schematischer Darstellung ein erfin­ dungsgemäßes Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten in Gesamtansicht;

Fig. 2 - einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 - die Abhängigkeit des spezifischen Energie­ verbrauchs P und des Verhältnisses S₁/(S₁ + S₂) von­ einander.

Das Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten, das in Fig. 1, 2 darstellt ist, enthält ein Gefäß 1, in dessen Wände wassergekühlte Elemente 2 eingebaut sind, mit einem Abstichloch 3 für metallisches Blei. Das Gefäß 1 ist durch eine senkrechte Trennwand 4 in zwei Kam­ mern 5, 6 u. zw. eine Schmelzkammer 5 und eine elek­ trothermische Kammer 6 geteilt, die sich auf einem gemeinsamen Herd 7 befinden, als der die untere Wand des Gefäßes 1 dient. Die Kammern 5, 6 kommuni­ zieren miteinander über eine Öffnung 8, die in der Trennwand 4 am Herd 7 vorgesehen ist. Das Abstichloch 3 für das metallische Blei befindet sich in der Kam­ mer 5 im Herd 7. Außerdem ist die Schmelzkammer 5 mit einer Einrichtung für die gleichzeitige Zufuhr von Sauerstoff, sulfidischem Bleikonzentrat und einem festen Reduktionsmittel, gegebenenfalls mit einem Brenner 9 für Einsatzgut und Sauerstoff und einem Gasabführungskanal 10 mit Innenwand 11 versehen, der eine Austrittsöffnung 12 hat. Die Austrittsöffnung 12 und der Brenner 9 befinden sich im oberen Teil der Kammer 5 in einer dem Herd 7 gegenüberliegenden Wand. Die elektrothermische Kammer 6 hat vertikal verstell­ bare Elektroden 13, ein Schlackenabstichloch 14, eine Dampfabführungsöffnung 15 und eine Beschickungsein­ richtung 16 für ein kohlenstoffhaltiges Reduktions­ mittel und andere feste Reaktionsstoffe, wie granu­ lierte Schlacke mit einem erhöhten Gehalt an Bunt­ metallen (Blei, Zink, Kupfer).

Außerdem ist in der Kammer 6 eine Höhenstands­ anzeige 17 des Badspiegels und eine Anzeige 18 des unteren Niveaus der Schlackenschmelze vorhanden.

Die Trennwand 4 ist so angeordnet, daß das Ver­ hältnis der Querschnittsfläche der elektrothermischen Kammer 6 zur Querschnittsfläche des Gefäßes 1 in einem Bereich liegt, der durch die Ungleichheit

ausgedrückt wird, worin
S₁ - die Querschnittsfläche der elektrothermischen Kammer 6 und die
S₂ - die Querschnittsfläche der Schmelzkammer 5 sind.

Im erfindungsgemäßen Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten laufen folgende Vorgänge ab:

• 1 Oxydation und Schmelzen der sulfidischen Roh­ stoffkomponenten unter Bildung einer dispersen Oxid­ schmelze, die von Wärmeentwicklung begleitet wer­ den;
• 2 Reduktion der Bleioxide aus der genannten Oxidschmelze zum Bleimetall in der Schicht aus kohlen­ stoffhaltigem Material, die von Wärmeaufnahme begleitet wird;
• 3 Abscheidung der Trübe des metallischen Bleis von der bleiarmen Oxidschmelze.

Je nach dem Durchlauf der Schmelze durch die kohlenstoffhaltige Schicht nimmt der Bleioxidgehalt in dieser ab und es sinkt auch die Temperatur der Schmelze. Gleichzeitig bilden sich Tropfen metalli­ schen Bleis, wobei die Ausbildung der Tropfen auf dem Wege der Bildung entweder einer großen Menge von sehr feinen Tropfen oder einer kleinen Menge von großen Tropfen geschieht. Um den Temperaturabfall der Schmelze in der Schicht ausgleichen zu können, wird aus der elektrothermischen Kammer 6 durch Konvek­ tion und Wärmeleitfähigkeit Wärme zugeführt. Über die Öffnung 8 stehen die Schmelzkammer 5 die kohlen­ stoffhaltige Schicht und die elektrothermische Kammer 6 in energetischer Verbindung, wodurch der Energie­ verbrauch von externen Wärmequellen verringert werden kann. Die Temperaturabnahme der Schmelze je nach ihrem Durchlauf durch die kohlenstoffhaltige Schicht ist von besonderer Wichtigkeit; erstens wird durch eine verminderte Bleioxidkonzentration in der Schmelze die Geschwindigkeit der Bildung des metal­ lischen Bleis von selbst herabgesetzt; zweitens wird durch den Temperaturabfall der Schmelze die Reduktions­ geschwindigkeit noch mehr verringert, die in einer expotentiellen Abhängigkeit von der Temperatur steht. Somit wird durch diese beiden Faktoren (verminderte Bleioxidkonzentration und Temperaturabfall) die Reduk­ tionsfähigkeit der kohlenstoffhaltigen Schicht und folglich die Ausbringung von Blei ins Metall stark herabgesetzt. Außerdem findet bei einer erniedrigten Temperatur der Schmelze die Bildung von vorwiegend einer großen Menge sehr feiner Tropfen metallischen Bleis statt, was verständlicherweise ein längeres Ab­ setzen der Trübe des metallischen Bleis, d. h. eine wesentlich größere Fläche der elektrothermischen Kammer erfordert. Ungeachtet dessen, daß der Wärme­ energiebedarf im unteren Teil der kohlenstoffhaltigen Schicht relativ klein und nur ein unbedeutender Tem­ peraturausgleich notwendig ist, ist das bei der Durch­ führung des Prozesses in Aggregaten mit dem Verhältnis

mit einem unvertretbar hohen Verbrauch an Elektroenergie verbunden. Das ist dadurch hervorgerufen, daß bei einem Verhältnis

und mehr ein bedeutend größerer Anstieg der Temperatur der Schmelze in der elektrother­ mischen Kammer 6 erforderlich ist, um den erforderli­ chen Effekt im unteren Teil der kohlenstoffhaltigen Schicht zu erzielen. Jedoch werden durch eine derar­ tige Temperatursteigerung nicht nur der Elektroener­ gieverbrauch und die Wärmeverluste über die wasserge­ kühlten Elemente 2 erhöht, sondern auch der Übergang des Bleis in die Dampf-Gas-Phase (dieser Teil des Bleis wird dann wieder zum Schmelzen in Form von oxy­ dierten Umlaufprodukten zurückgeführt) vergrößert, ohne daß die Trübe des metallischen Bleis in der verarmten Oxidschmelze merkbar verringert wird.

Das letztere ist dadurch zu erklären, daß die Temperaturerhöhung der Oxidschmelze (Überhitzung der Schmelze) sich auf die Absetzgeschwindigkeit der Trübe des metallischen Bleis praktisch nicht auswirkt, jedoch die Verdampfung des metallischen Bleis, darunter aus der unter der Oxidschmelze entstandenen Schicht des metallischen Bleis wesentlich beeinflußt.

Grundsätzlich bedeutet ein vergrößerter Über­ gang des Bleis in die oxydierten Umlaufprodukte, daß der spezifische Energieverbrauch entsprechend höher wird, weil ein gewisser Teil des Bleis alle drei Stadien der Rohstoffverarbeitung wiederholt durchläuft. Somit ist in den Aggregaten mit

eine rationelle Ausnutzung der Elektroenergie unmög­ lich, weil mit ihrem größeren Verbrauch die uner­ wünschten Begleitvorgänge eine höhere Intensität im Vergleich zum gezielten Vorgang der Bildung des me­ tallischen Bleis haben. Da in der Schmelze unter der kohlenstoffhaltigen Schicht und in der in der elektro­ thermischen Kammer 6 befindlichen Schmelze ähnliche physikalisch-chemische Prozesse, u. zw. das Absetzen der Trübe des metallischen Bleis verlaufen, sollen die durchschnittlichen Wärmeverluste, die durch die Irreversibilität der physikalisch-chemischen Prozesse bedingt sind, für die Schmelze in der Schmelzkammer 5 und für die Schmelze in der elektrothermischen Kammer 6 gleich sein. Folglich ist

worin
T₁ - die absolute Temperatur der Schmelze am Austritt aus der kohlenstoffhaltigen Schicht;
T₂ - die absolute Durchschnittstemperatur der Schmelze in der elektrothermischen Kammer;
T₃ - die absolute Temperatur der Schmelze in Elektro­ dennähe;
T₀ - die absolute Umgebungstemperatur;
F - die elektrische Leistung;
l - die Höhe des Schmelzbades (ist in der elektrothermi­ schen Kammer und in der Schmelzkammer, die nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefäße mitein­ ander verbunden sind, gleich) sind.

Deswegen wird das S₂/S₁-Verhältnis, das der op­ timalen Energieausnutzung für den gezielten Prozeß der Gewinnung des metallischen Bleis entspricht,

betragen.

Auf diese Weise wird der Energieverbrauch pro 1 t Bleirohstoff bei einem S₂/S₁-Wert, der der abgeleiteten Gleichung (2) entspricht, minimal sein.

In dieser Gleichung ist nur T₀ = (298 K) bekannt; T₃ kann nach Angaben der wissenschaftlich-technischen Quellen (siehe beispielsweise D. A. Diomidovsky, "Nichteisenmetallurgieöfen", - M.: "Metallurgia", 1956, S. 460) eingeschätzt werden. Die übrigen Größen, T₁ und T₂, und folglich das S₂/S₁-Verhältnis können aufgrund des Wärmeverbrauchs bei der Reduktion der Bleioxids in der kohlenstoffhaltigen Schicht und der Temperaturverhältnisse bei der Behandlung der Schmelze in der elektrothermischen Kammer 6 genau bestimmt werden.

Die gezogene Kurve A in Fig. 3 zeigt die Abhän­ gigkeit des spezifischen Energieverbrauchs P (kWh/t) und der Größe des Verhältnisses S₂/(S₁ + S₂) vonein­ ander, die nach den experimentalen T₁- und T₂-Werten eingezeichnet wurde, und die Punkte a, b, c, d, e, f sind experimentale P-Werte, die in Aggregaten mit ver­ schiedenen S₁-Werten bei einer konstanten Größe der Querschnittsfläche S₂ der Schmelzkammer 5 ermittelt wurden. Der letzte Umstand hat es ermöglicht, die auf den sulfidischen Bleirohstoff bezogene Aggregat­ leistung in allen Versuchen unverändert beizubehalten und dadurch vergleichbare Daten zu erhalten. Die ent­ sprechenden technologischen Kennwerte sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt.

Das Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten wird folgenderweise betrieben. Das vorzerkleinerte und getrocknete sulfi­ dische Konzentrat wird mit Flußmittelzusätzen und oxydierten Umlaufprodukten zu einem sulfidischen Ein­ satzgut vermischt, das mit einem Strom von technischen Sauerstoff O₂ zusammen mit Teilchen eines festen kohlen­ stoffhaltigen Reduktionsmittels (beispielsweise Koks, Kohle) über den Brenner 9 in die Schmelzkammer 5 kontinuierlich zugeführt wird. Die im Einsatzgut enthaltenen Sulfide entflammen, oxidieren sich und schmelzen in der Röst- und Schmelzzone 19 unter der Einwirkung der früher entwickelten Wärme, wobei eine Oxidschmelze und mit SO₂ angereicherte Gase entstehen.

Die Oxidschmelze in Form von feinen Tropfen gelangt in die Zone der selektiven karbothermischen Reduktion (eine Schicht des festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels), die sich zwischen der Röst- und Schmelzzone 19 und dem Badspiegel in der Schmelz­ kammer 5 befindet. Die mit SO₂ angereicherten Gase gelangen in den Gaskanal 10, aus dem sie über die Gasabführungsöffnung 12 kontinuierlich abgeführt und zur Schwefelverwertung geleitet werden, die auf eine bekannte Weise durchgeführt wird. Die Teilchengröße des festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels (von 2 bis 50 mm) wird so gewählt, daß die Teilchen in der Röst- und Schmelzzone 19 praktisch nicht verbren­ nen können, jedoch auf eine Temperatur erhitzt werden, die für die selektive karbothermische Reduktion der Bleioxide zum Metall erforderlich ist. Auf diese Weise gelangen die Oxidschmelze und die erhitzten Teilchen des festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels aus der Röst- und Schmelzzone 19 in die Zone 20 für die karbothermische Reduktion. Bei Temperaturen von 1200 bis 1400°C werden die Bleioxide, die in der Oxidschmelze in der Zone 20 der karbothermischen Re­ duktion enthalten sind, zu metallischem Blei selektiv reduziert, das zusammen mit der gebildeten Oxid­ schmelze (Schlacke) auf den Spiegel der früher erzeug­ ten Schmelze in der Schmelzkammer 5 abfließt, während die in der genannten Zone 20 entstandenen (CO- und CO₂haltige) Gase durch die Öffnung 21 in den Gas­ kanal 10 strömen, aus dem sie über die Gasabführungs­ öffnung 12 kontinuierlich abgeführt werden. Auf diese Weise gelangen das metallische Blei und die Oxidschmelze, die sich in der Zone 20 der karbothermischen Re­ duktion gebildet haben, in die Zone 22 zur Trennung des metallischen Bleis und der Schlacke, wobei sie aus der Schmelzkammer 5 in die elektrothermische Kam­ mer 6 durch die Öffnung 8 in der Trennwand 4 kontinu­ ierlich überfließen. In der Zone 22, die teilweise in der elektrothermischen Kammer 6 liegt, setzt sich das metallische Blei unter der Eigenschwere auf die früher erzeugte Schicht aus metallischem Blei ab und wird über das Abstichloch 3 für das metallische Blei kontinuierlich abgeführt. In der elektrothermi­ schen Kammer 6 werden die Komponenten der Schmelze durch den Kohlenstoff der Elektroden 13 und durch die Einwirkung der Hochtemperaturen teilweise redu­ ziert. Im Ergebnis der karbothermischen Reduktion geht der in der Schlacke gebliebene Teil des Bleis und ein Teil des Zinks in die Sublimate (Dämpfe) über, die aus der elektrothermischen Kammer 6 über die Dampfabführungs­ öffnung 15 abgeführt werden, und die anfallende verarmte Schmelze wird über das Schlackenabstichloch 14 aus der elektrothermischen Kammer 6 kontinuierlich oder je nach dem Ansammeln abgelassen. Gemäß dem Prinzip der kommunizierenden Gefäße ist die mit der Anzeige 17 kontrollierte Höhe des Badspiegels in der Schmelzkammer 5 und in der elektrothermischen Kammer 6 gleich.

Da die in der Röst- und Schmelzzone 19 erzeugte Wärme für die Durchführung des beschriebenen techno­ logischen Prozesses in der Zone 20 der karbothermi­ schen Reduktion und in der Zone 22 zur Trennung des metallischen Bleis und der verarmten Oxidschmelze (das ist mit den endothermischen Effekten bei der karbothermischen Reduktion und mit der durch eine hohe Aggressivität der Schmelze erzwungene Kühlung des Ge­ fäßes 1 mit Hilfe der wassergekühlten Elemente 2 ver­ bunden) nicht ausreicht, wird in die elektrothermi­ sche Kammer 6 mit Hilfe der vertikal verstellbaren Elektroden 13 zusätzliche Wärme in Form von Elektroenergie zugeführt. Dabei wird der Umstand aus­ genutzt, daß die Oxidschmelze als Elektrolyt dient und beim Durchgang des elektrischen Stroms durch diese Joulesche Wärme entwickelt wird.

Zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Durchführungs­ beispiele angeführt. In allen nachstehenden Beispielen wurde ein sulfidisches Bleikonzentrat mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%) verwendet: Pb 54,3; Zn 8,0; Fe 7,2; S 18,1.

Beispiel 1

Das sulfidische Bleikonzentrat wurde in einem Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sul­ fidischen Bleikonzentraten verarbeitet. Das genannte Aggregat hatte folgende technische Daten: Fläche S₁ der elektrothermischen Kammer 6 1,66 × 0,76 m, Anzahl der Elektroden 2. Das Verhältnis der Quer­ schnittsfläche S₁ der elektrothermischen Kammer 6 zur Summe S₁ + S₂ unter Berücksichtigung der gewählten Querschnittsfläche S₂ der Schmelzkammer 5 betrug S₁/(S₁ + S₂) = 0,653. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 2

Die Ausgangsdaten im Beispiel 2 unterscheiden sich von denen des Beispiels 1 dadurch, daß S₁/(S₁ + S₂) = 0,650 ist. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 1 angeführt.

Beispiel 3

Die Ausgangsdaten im Beispiel 3 unterscheiden sich von denen des Beispiels 1 dadurch, daß S₁/(S₁ + S₂) = 0,635 ist. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 1 angeführt.

Beispiel 4

Die Ausgangsdaten im Beispiel 4 unterscheiden sich von denen des Beispiels 1 dadurch, daß S₁/(S₁ + S₂) = 0,432 ist. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 1 angeführt.

Beispiel 5

Die Ausgangsdaten im Beispiel 5 unterscheiden sich von denen des Beispiels 1 dadurch, daß S₁/(S₁ + S₂) = 0,441 ist. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 1 angeführt.

Beispiel 6

Die Ausgangsdaten im Beispiel 6 unterscheiden sich von denen des Beispiels 1 dadurch, daß S₁/(S₁ + S₂) = 0,405 ist. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 1 angeführt.

Tabelle 1

Einfluß des Verhältnisses S₁/(S₁ + S₂) auf die technologischen Kennwerte bei der Verarbeitung von sulfidischem Bleikonzentrat

Aus Fig. 3 und Tab. 1 ist ersichtlich, daß bei einer relativen Verringerung der Fläche S₁ der elektro­ thermischen Kammer 6 (S₁/(S₁ + S₂) = 0,65 und weniger) bis ∼0,55 eine wesentliche Herabsetzung des spezifischen Energieverbrauchs und eine Vergrößerung der direkten Ausbringung an Blei hauptsächlich durch einen geringeren Verbleib in der verarmten Schlacke und in einem kleineren Grad durch eine verminderte Ausbringung in die Sublimate in der elektrothermischen Kammer (dieser Teil des Bleis wird zum Rohstoffschmelzen in Form des oxydierten Umlaufprodukts zurückgeführt) beobachtet wird, so daß jeweils geringe Verluste an Blei entstehen. Das geschieht deshalb, weil bei der genannten Verringerung von S₁/(S₁ + S₂) und des spezifischen Energieverbrauchs die Schmelze am Austritt aus der kohlenstoffhaltigen Schicht (d. h. an der Grenzfläche "kohlenstoffhaltige Schicht - Schmelze") eine höhere Temperatur hat. Das führt zu einem größeren Wärmezufluß in die kohlenstoffhaltige Schicht und folglich zu einem erhöhten Reduktions­ grad der Bleioxide zu metallischem Blei in dieser Schicht. Gleichzeitig mit dem erhöhten Reduktions­ grad werden vorzugsweise große Tropfen metalli­ schen Bleis infolge des proportional kleineren An­ falls feindisperser Trübe metallischen Bleis ge­ bildet. Durch den letzteren Umstand wird die Zeit für die Trennung der verarmten Oxidschmelze und des metallischen Bleis in der elektrothermischen Kammer verkürzt und deswegen werden die Bleiverluste mit der verarmten Schmelze bei einer relativen Verminderung ihrer Fläche nicht vergrößert. Dabei ist der Effekt infolge der Vergrößerung der Bleitropfen in der kohlenstoffhaltigen Schicht größer als der Effekt mit dem entgegengesetzten Vorzeichen, der durch die Verringerung der Fläche (und des Badvolumens) und die Verkürzung der Absetzzeit der Trübe erzielt wird. Je­ doch wird bei einer weiteren Verringerung von S₁/(S₁ + S₂) der spezifische Verbrauch der Elektro­ energie erhöht. Die Zunahme des spezifischen Verbrauchs und die Verschlechterung anderer technologischer Kenndaten sind durch wesentlich größere Wärmeverluste über die wassergekühlten Elemente 2, d. h. durch eine solche Verteilung der zugeführten elektrischen Leistung bedingt, bei der die Wärmezufuhr zur kohlen­ stoffhaltigen Schicht sowohl in absoluten, als auch in relativen Werten abnimmt.

Das Aggregat mit einem Verhältnis S₁/(S₁ + S₂) von 0,41 bis 0,65 ist zur Verarbeitung von sulfidi­ schem Bleirohstoff mit einem Gehalt an Blei von 35-37% bis 74-78%, an Zink von 0 bis 18-25%, an Kupfer von 0 bis 5-8% geeignet, wenn die Reduktion der Bleioxide zum Metall in einer Schicht aus einem kohlen­ stoffhaltigen Material durchgeführt wird. Beim Schmelzen des genannten Rohstoffs ändert sich die festgestellte Gesetzmäßigkeit (Fig. 3) qualitativ nicht, weil die allgemeine Gleichung (2) in Kraft bleibt. Es ist ebenfalls klar, daß diese Gleichung nicht nur für ein Aggregat mit rechteckigem Quer­ schnitt (Fig. 2), sondern auch für eine andere Konfi­ guration und eine andere gegenseitige Lage der Schmelzkammer 5 und der elektrothermischen Kammer 6 gültig ist.

Claims (2)

1. Aggregat zur Gewinnung von metallischem Blei aus sulfidischen Bleikonzentraten, das

   • - ein Gefäß (1) enthält, dessen untere Wand als
   • - ein Herd (7) dient,
   • - in dem ein Abstichloch (3) für das metallische Blei vorgesehen ist, das
   • - durch eine senkrechte Trennwand (4) in zwei Kammern (5, 6) geteilt ist, die
   • - über eine am Herd (7) anliegende Öffnung (8) in der Trennwand (4) miteinander kommunizieren, u. zw. in
   • - eine Schmelzkammer (5), die mit
   • - einer Einrichtung für die gleichzeitige Zufuhr von Sauerstoff, sulfidischem Bleikonzentrat und einem festen Reduktionsmittel,
   • - einem Gasabführungskanal (10) versehen ist, und in
   • - eine elektrothermische Kammer (6), die
   • - Elektroden (13),
   • - ein Schlackenabstichloch (14),
   • - eine Dampfabführungsöffnung (15) hat,
2. dadurch gekennzeichnet, daß

   • - die Trennwand (4) so angeordnet ist, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche der elektrothermischen Kammer (6) zur Querschnittsfläche des Gefäßes (1) in einem Bereich liegt, der durch die Ungleichung ausgedrückt wird, worin
   • S₁ - die Querschnittsfläche der elektrothermischen Kammer (6) und
   • S₂ - die Querschnittsfläche der Schmelzkammer (5) sind.