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Verhüttungsverfahren Es ist bereits bekannt, Erze und ähnliche Ausgangsstoffe
im Schwebezustand zu verhütten, indem man sie fein verteilt in eine Reaktionskammer
einbläst und dort der Wirkung eines Reaktionsgases aussetzt. Bishei hat man bei
diesen Verfahren aber den Schwebezustand nur so lange aufrechterhalten, bis die
chemische Reaktion beendet war, alsdann fiel das Gut auf den Boden der Kammer nieder.
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Demgegenüber wird bei dem Verfahren nach der Erfindung das Behandlungsgut,
Erze, Metalloxyde und anderes metallführendes Gut, so lange in der Schwebe gehalten,
bis es in geschmolzenes Metall übergeführt ist. Der solange währende Schwebezustand
wird durch einen unterhalb der Blasmündung für das Behandlungsgut waagerecht eingeblasenen
zusätzlichen Gasstrom bewirkt.
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Hierbei empfiehlt es sich, das Zusatzgas in einer dünnen Schicht und
mit hoher Geschwindigkeit in die Reaktionskammer einströmen zu lassen.
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Man hat zwar auch schön vorgeschlagen, einen Gasstrom unterhalb der
Einführung des Erzes in eine Reaktionskammer einzublasen. Hierbei wurde jedoch das
Erz seinerseits nicht eingeblasen, sondern fiel frei in die Kammer, und der Gasstrom
richtete sich schräg nach oben gegen das einfallende Erz, um dieses zu durchwirbeln,
nicht aber um es so lange in der Schwebe zu halten, bis Schmelzung erfolgte.
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Das Verfahren nach der Erfindung soll besonders bei solchen Verbindungen
Anwendung finden, die oxydierbare und als Heizstoffe dienende Bestandteile enthalten,
obwohl es auch auf solche Ausgan&sstoffe angewendet werden kann, denen man fremde
Heizstoffe zufügt, wenn sie nicht selbst genug enthalten. Auch die Reduktion von
Erzen zum Metall kann nach diesem Verfahren ausgeführt -werden.
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Als übliche brennbare Bestandteile zur Ausführung des erfindungsmäßigen
Verfahrens kommen Stoffe wie Schwefel, Arsen, Eisen und Zink in Betracht. Das Verfahren
ist auch anwendbar für die Behandlung von Metalloxyden unter Einleitung eines reduzierenden
Gases in den Ofen.
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Hauptanwendungsgebiet des Verfahrens ist das Schmelzen von Metallsulfiden,
besonders denen des Kupfers und Eisens, um den Rohstein zu gewinnen, ohne daß dabei
eine Vorröstung erfolgt; der Rohstein wird hierbei in einem Verfahrensgang und in
ein und demselben Ofen erzeugt. Bei richtiger Regelung der Temperatur und des Oxydationsgrades
kann der Schmelzvorgang bis zur Bildung metallischen Kupfers geleitet werden; so
daß die folgende Stufe des Oxydierens des Rohsteins durch Behandlung in einem Konverter
oder einer ähnlichen metallurgischen Vorrichtung überflüssig ist.
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Wie jedem Fachmann bekannt ist, sieht die übliche Art der Gewinnung
des Rohsteins eine Vorröstung zum Austreiben des Überschusses von Schwefel dann
vor, wenn der Schwefel-
Behalt für die Rohsteingewinnung zu hoch
ist; nach einer bei armen Erzen vorzunehmenden Konzentration erfolgt die Röstung
durch Behandlung in einem Schmelzofen zur Herstellung des Rohsteins. Die alte Verfahrensweise
erfordert also zu diesem Zwecke mindestens zwei Stufen, während nach vorliegendem
Verfahren ein einziger Arbeitsgang genügt. ' Das Verfahren eignet sich zur Behandlung
von Feinerzen und von Flugstaub, wobei diese Feinerze gegebenenfalls ein Produkt
eines Konzentrationsverfahrens sein können. Das fein zerteilte Erz wird in die Verbrennungskammer
hineinzerstäubt, und es wurde dabei festgestellt, daß, wenn diese Suspension der
Erzteilchen während der Reaktion infolge ihrer Anfangsgeschwindigkeit vorgetrieben
wird, ihre vollständige Umsetzung, Oxydation oder Reduktion, in diesem Schwebezustand
erfolgt, und daß diese Teilchen schmelzen, bevor sie in das Bad auf dem Herd hineinfallen.
Kurzum, die festen Erzteilchen arbeiten sich durch die Verbrennungskammer des Ofens
hindurch, bis die Reaktion erfolgt ist, und fallen dann infolge ihrer eigenen Schwere
in das Bad.
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Sie werden weiter in der Schwebe gehalten durch eine Schicht von Luft
oder einem Gas, das oxydierend, neutral oder reduzierend sein kann, je nach Art
der gewünschten metallurgischen Reaktion, und die unterhalb des Punktes, an dem
die feinen Erzteilchen eintreten, in die Verbrennungskammer eingeführt wird. Diese
Tragschicht wirkt für die Erzteilchen wie eine Fördervorrichtung und bewegt sie
durch die Verbrennungskammer, bis sie reagiert haben und auf die Sole getropft sind.
Bei geeigneter Regelung der Temperatur und des Oxydationsgrades, gegebenenfalls
auch der Reduktion, kann man das Verfahren nicht nur zum Schmelzen der Erze, sondern
auch zum Rösten und zum Überführen in Metall verwenden. Wenn Flotationskonzentrate
zur Anwendung kommen sollen, kann der Trockenvorgang bei dem vorliegenden Verfahren,
wenn diese Konzentrate nicht zu feucht und zu schlammig sind, gleichfalls durchgeführt
werden, und so erfolgt hier das Trocknen, Rösten, Schmelzen und Umwandeln zum Metall
in einem zusammenhängenden Vorgang.
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Die Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen
näher erläutert.
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Fig. i zeigt den Grundriß eines Flammenofens mit Zubehör zur Ausführung
des Verfahrens.
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Fig.2 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch die Ofenmitte, Fig.3
einen senkrechten Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig..i.
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Fig. 4 stellt einen gleichen Schnitt wie Fig. 3 durch eine andere
Ausführungsform des Ofens dar, bei dem die Düsen zum Eintritt der tragenden Luft-
oder Gasschicht so angeordnet sind, daß die Luft in die Verbrennungskammer in Form
eines die Erzteilchen umhüllenden Mantels eintritt.
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Fig:5 zeigt einen Längsschnitt durch die Beschickungsseite des Ofens
nach Fig.4 und Fig.6 eine andere Anordnung der Lufteintrittsdüsen für die Luftschicht.
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Der Flammenofen F besitzt eine verlängerte Verbrennungs- und Absatzkammer
C. Diese ist am einen Ende mit einem Schlackenabstich 1a und am anderen mit einer
tieferliegenden Abstichöffnung 1a' zum Abziehen des geschmolzenen Erzes oder des
geschmolzenen Rohsteines versehen. Vom Ende des Ofens führt eine Abgasleitung in
eine Verteilerkammer 2, die mit einem Ventil oder einer Klappe T' versehen ist.
Die Kammer steht durch ein Rohr 3 mit einem Gebläse oder einer Luftpumpe P und durch
kurze Rohre 3' mit den Vorwärmern S, S in Verbindung. Von diesen gehen Leitungen
4., 4 zu einem zweiten Verteiler oder Sammelkasten 5, der ebenfalls mit einem Ventil
oder Klappe T"' versehen ist. Von der Kammer 5 führt ein Abgaskanal 6 in das Hauptrohr
7, wobei ein Teil der Gase durch die Rohre 8, 8', 8" abgezweigt wird und zu Trocknern
g, g', g" geleitet wird, welche an .den Beschickungstrichter ix angeschlossen sind,
der an der Beschickungsseite der Verbrennungskammer liegt. Er ist im vorliegenden
Falle in drei Teile a, b, c durch Trennwände w aufgeteilt. Teil a nimmt den
Heizstoff, b das Erz und c Flußmittel aus den Trocknern auf. An dem unteren Ende
eines jeden Teiles ist eine Förderschnecke i2 angebracht, die das Gut durch eine
Zuleitung 13 in die Mischkammer 14 führt, und zwar unmittelbar vor die Mündung der
Blasdüsen 15, durch welche Druckluft eintritt, die durch die Heißluftleitung 16
von der Kammer 5 den am Ende dieser Leitung befindlichen verschiedenen Düsen 15
zugeführt wird. Sowohl die Leitung 16 als auch jede der Düsen 15 ist mit einem Ventil
17 bzw. 18 versehen. Die Düsenmündungen ragen, wie aus der Zeichnung ersichtlich
ist, ,ein kleines Stück über die Innenwand der Zuleitung 13, so daß der aus einer
Düse austretende Strom sofort das Gut aufnimmt, wenn es durch die Zuleitung herabfällt,
und es durch die Mischkammer 14 in Form eines Staubregens oder einer Wolke treibt.
Durch Einstellung der Ventile kann eine oder mehrere der Düsen in Betrieb gesetzt
werden, und ebenfalls kann mittels einer oder mehrerer der Förderschrauben i2 Gut
zu den in Betrieb befindlichen Düsen gebracht werden. Das erforderliche Verhältnis
der zu den Düsen zu fördernden Menge kann so durch Einstellung der entsprechenden
Antriebgeschwindigkeit der Förderschnecken reguliert werden. Es können
also
genau bemessene Mengen von Erz, Heizstoff . und Flußmittel in die Reaktions- und
Verbrennungskammer C zur Erzeugung des gewünschten Produktes gebracht werden, wie
es z. B. hier zur Herstellung des Kupferrohsteins beschrieben wird. An den Seiten
des Ofens befindet sich eine Reihe von Beschickungstrichtern z9, die Roherze oder
Konzentrate, Kalzinat oder Flugstaub enthalten. Eine solche Beschickung des Ofens
soll gegebenenfalls die Überoxydation des Gutes neutralisieren, das sich auf der
Herdsole des Ofens abgesetzt hat.
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Die Luftdüse 2o durchschneidet die Wand des Ofens F ° unterhalb der
Mischkammer 1q.. Sie dehnt sich quer über die Ofenwand aus und hat eine schlitzförmige
Öffnung 21, die an den Enden etwas aufwärts gebogen ist. Sie wirft in die Verbrennungskammer
einen Luftstrahl, dessen Druck, wenn. nötig, auf die ganze Länge des Ofens eine
tragende Luftschicht erzeugt. Die Luft wird der Düse 2o durch eine Leitung 22 zugeführt
und kann gegebenenfalls vorerhitzt werden. Wenn es das metallurgische Verfahren
erfordert, kann, wie schon oben erwähnt wurde, ein reduzierendes Gas, z. B. Wasserstoff,
oder ein neutrales Gas, wie Stickstoff, an Stelle der Luft verwendet werden. Zum
besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden die Durchführung des Verfahrens
an Hand der Zeichnungen unter .Beschränkung auf ein Ausführungsbeispiel, nämlich
die Herstellung von Kupferrohstein durch Behandlung von Konzentraten mit genügend
hohem Gehalt an Schwefel, beschrieben, so daß ein Zusatz von fremden Heizmitteln
zur Verbrennung nicht erforderlich ist.
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Der Ofen wird zuerst mittels eines anderen Heizstoffes als dem in
den Erzen enthaltenen auf Schmelztemperatur gebracht. Während der Erhitzung des
Ofens wird einer der Vorwärmer S durch die Abgase erhitzt, wonach durch Umstellung
der Ventile V und V' die Luft durch den erhitzten Vorwärmer geleitet wird, und die
Abgase gezwungen werden, durch den anderen Vorwärmer und dann durch die Kammer 5
und den Abgaskanal 6 zu der Hauptleitung 7 zu entweichen. Sobald der Ofen auf Arbeitstemperatur
gebracht ist, bringt die Leitung =6 heiße Luft zu den Düsen 15, da inzwischen die
Vorwärmer S abwechselnd erhitzt worden sind und die Pumpe P Frischluft zuerst durch
den einen und dann durch den anderen Vorwärmer treibt. Jetzt werden die Förderschnecken
12 der Teile b und, wenn Flußmittel benötigt werden, auch c in Betrieb gesetzt und
der Luftstrom in die Düsen 15 geleitet, wobei in die Kammer C hinein eine Zerstäubung
des Erzsulfides und des Flußmittels erfolgt. Die zerstäubten Teilchen werden in
der Kammer gemischt. Sobald die Erzteilchen ihre Anfangsgeschwindigkeit, mit der
sie .in die Verbrennungskammer eingetreten sind, verloren haben, sinken ,sie nieder
und treffen auf die Luft- oder Gasschicht, die durch die Düse 21 in die Verbrennungskammer
gepreßt wird und sich rasch vorwärts bewegt. Diese Luftschicht trägt nun die Erzteilchen
und führt sie so lange durch die Verbrennungskammer, bis sie geschmolzen sind, falls
dies beabsichtigt ist, wonach sie infolge ihrer eigenen Schwere in das Bad auf der
Sole des Ofens fallen.
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Die sich rasch bewegende Luft- oder Gasschicht dient den Erzteilchen
gleichsam als Fördervorrichtung durch die Verbrennungskammer so lange, bis sie sich
auf den Schmelzpunkt erhitzt haben und oxydiert worden sind. Die durch' die Düse
2o in die Verbrennungskammer eingeführte Zusatzluft macht es möglich, die in dem
Ofen stattfindende Reaktion bis über den Punkt hinaus zu leiten, in dem Rohsteinbildung
stattfindet, und auch die Überführung von Rohstein in metallisches Kupfer auszuführen.
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Für den Fall, daß der in dem Erz enthaltene Heizstoff, z. B. Schwefel
oder Eisen, nicht zur Erzeugung der Hitze und der nötigen Schmelztemperatur für
den Rohstein oder des Endproduktes genügt, kann man zusätzlichen Heizstoff aus der
Heizstoffkammer a in den Ofen blasen, in gleicher Weise wie es beim Anblasen des
Ofens geschieht: Die Verwendung von fremden Heizstoffen ist in den Fällen nötig,
in denen oxydische Erze durch Reduktion in Metall übergeführt werden sollen. Falls
auf irgendeine Art eine Überoxydation der Erzteilchen in der Reaktionskammer erfolgt,
kann diese durch Einführen und Verteilung von rohen Konzentraten, Kalzinat oder
Erzstaub über die seitlichen Trichter zg in die geschmolzene Masse auf den Boden
der Kammer neutralisiert werden.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren der Herstellung von Rohstein
ist- jedoch nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche keineswegs auf die
Herstellung von solchen Rohsteinen beschränkt ist.
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Das Verfahren kannnatürlich auch für alle anderen üblichen Schmelzvorgänge
angewendet werden, bei denenOxydation ass notwendigeZwischenstufe auftritt, um die
Beschickung in den gewünschten Zustand des Schmelzens oder Fließens zu bringen,
ebenso kann es auch zur Behandlung von oxydischen Erzen verwendet werden, bei denen,
wie oben beschrieben, ein Reduktionsvorgang eine notwendige Zwischenstufe des Verfahrens
darstellt. Im letzteren Falle wird ein reduzierendes Gas; z. B. Wasserstoff, in
die Verbrennungskammer aus der Düse 2o an Stelle von Luft eingeleitet. Auf diese
Weise dient also die tragende Gasschicht in derVerbrennungskammer nicht nur als
Beförderungsvorrichtung . für. die Erzteilchen, sondern sie hat auch noch
den
Zweck, die Atmosphäre des Ofens zu regeln, je nachdem diese oxydierend, reduzierend
oder neutral sein soll.
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Fig. q. stellt eine andere Anordnung der Düsen zum Eintritt der Gasschicht
dar, bei der eine Eintrittsöffnung sowohl oberhalb als auch unterhalb der Düsen
angebracht ist, durch welche die fein zerteilten Teilchen in die Verbrennungskammer
gedrückt werden. Eine solche Anordnung erfolgt in der Absicht, die Erzteilchen ringsherum
mit einem Gasmantel einzuhüllen, so daß keines dieser Teilchen gegen die Wände oder
Decke des Ofens treffen und dort eine Zerstörung hervorrufen kann. Die so geschützten
Wandungen setzen also die Unterhaltungs-und Reparaturkosten herab.
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Die Erfindung soll aber in keiner Weise auf eine Spezialkonstruktion
eines Ofens oder bestimmte Anordnungen beschränkt werden, vermittels deren das Verfahren
durchgeführt wird.
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In gewissen Fällen kann zur Speisung der Blasdüsen kalte Luft genügen.
Es können verschiedene Formen von Ofen zur Anwendung kommen. Als Heizstoff kann
01 oder flüssiger Kohlenwasserstoff verwendet werden. Es kann unter Umständen
vorteilhaft sein, den Heizstoff mit dem Erz zu mischen und die Mischung aus einer
einzigen Düse zu blasen an Stelle des getrennten Blasens aus verschiedenen Düsen,
wie es beschrieben wurde. Es hängt dies ganz von in jedem Falle vorliegenden Bedingungen
und Verhältnissen ab. Dies alles ist ja für eilten Metallurgen ohne weiteres selbstverständlich
und braucht nicht noch näher erläutert werden. Bei der Ausführungsform nach Fig.
6 ist eine Reihe von Düsen vorgesehen, die sich quer über die ganze Breite des Ofens
hinziehen. Jede dieser Düsen hat eine V-förmige Öffnung, so daß die tragende Luftschicht
in der Verbrennungskammer in einer mehr oder weniger wellenartigen Form ausgebildet
wird. Hierdurch bekommt die Luftschicht eine größere Oberfläche und Masse und verhütet
so besser ein Durchfallen des fein zerteilten Gutes, das in die Verbrennungskammer
gestäubt wird.