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Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus Kupfer ' mit-Ausnahme
von Sauerstoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen
aus Kupfer mit Ausnahme von Sauerstoff durch Behandlung des geschmolzenen Kupfers
mit einer schmelzflüssigen Schlacke, die so zusammengesetzt ist, daß sie mit den
Verunreinigungen des Kupfers Verbindungen bildet, welche in die ,Schlacke übergehen.
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Das hüttenmännisch gewonnene Kupfer enthält im allgemeinen zahlreiche
Verunreinigungen, insbesondere Schwefel, Phosphor, Eisen, Mangan, Nickel, Kobalt,
Blei, Zinn, Antimon, Arsen und Wismut, die wenigstens zum größten Teil nicht nur
dann entfernt werden müssen, wenn cias Kupfer direkt verarbeitet werden soll, sondern
auch dann, wenn es einer elektrolytischen Raffination unterworfen werden soll, da.
die Ausbeute und die Unkosten für die Elektrolyse von der Menge der zu entfernenden
Verunreinigungen abhängig sind. Zu diesem Zweck wird im allgemeinen eine oxydierende
Affinierung in großen öfen durchgeführt oder versucht, die verschiedenen Verunreinigungen
durch Oxydation mit Hilfe von lange dauernden, kostspieligen und Wärmezufuhr erfordernden
Verfahren zu entfernen.
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Um .die beim Arbeiten im Flammofen erforderliche Raffinationsdauer
herabzusetzen, ist schon vorgeschlagen worden, das zu raffinierende Kupfer im dünnen
Strahl durch eine in einem @elektrisch beheizten Ofen befindliche kupferoxydhaltige
Schlacke hindurchzugießen. Bei diesem Verfahren soll eine Filtrierung des Kupfers
durch die Schlacke hindurch erzielt werden, um eine möglichst große Berührungsfläche
zwischen Kupfer und Schlacke urid damit gute Reinigungswirkung zu erzielen. Da selbst
bei tiefen Schlackenbädern bei nur einmaligem Durchfließen des Roh. metalls durch
die Schlacke .eine völlige Reinigung nicht zu erzielen ist, soll nach diesem Verfahren
der Vorgang, unter Umständen mehrmals, wiederholt werden. Die Raffinatlon des Kupfers
soll nach diesem Verfahren in etwa 2 Minuten beendet sein, wenn Einsatzmengen von
etwa i o kg verwendet werden. Für Einsatzmengen, wie. sie in der Praxis in Frage
kommen, das sind solche von etwa io bis 1q. t, würden sich daraus Behandlungszeiten
von mehreren Tagen errechnen, woraus ohne weiteres folgt, daß dieses Verfahren nur
für den laboratoriumsmäßigen Betrieb und nicht für industrielle Chargen geeignet
ist. Wollte man nach diesem Verfahren mit größeren Kupfermengen .arbeiten, so würde
man zu einer sehr langen Aufenthaltsdauer der Schlacke in dem elektrisch beheizten
Ofen gelangen. In diesem Fall kann die Zusammensetzung der Schlacke nur schwierig
konstant gehalten werden, da das Ofenfutter auf dieselbe einwirkt. Außerdem
muß
die Schlacke in ihrer Zusammensetzung dem Ofenfutter angepaßt werden. Andererseits
ist es in vielen Fällen erwünscht, saure Schlacken zu verwenden, um bestimmte Verunreinigungen,
wie beispielsweise Eisen, rd
entfernen, während zur Entfernung anderer; Verunreinigungen,
wie Phosphor und Arsen; basische Schlacken verwendet werden müssen. Offensichtlich
ist es nicht möglich, diese beiden Behandlungen in dem gleichen Ofen durchzuführen.
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Im Gegensatz zu den schon bekannten Verfahren ermöglicht das Verfahren
nach der Erfindung die Raffinierung industrieller Chargen von etwa io bis 14 t oder
mehr in einer außerordentlich kurzen Zeit von etwa i Minute, und zwar ohne daß eine
Wärmezufuhr von außen erfolgt. Die Erfindung besteht darin, daß das geschmolzene
Kupfer mit einer dünnflüssigen Schlacke durch heftiges Aufgießen auf dieselbe derart
intensiv und innig vermischt wird, daß die Entfernung der Verunreinigungen schlagartig
erfolgt. Diese Wirkung kann erreicht werden, indem das Kupfer in dickem Strahl auf
die sich am Boden einer Pfanne befindende Schlacke mit Schwung eingegossen wird,
wobei die Fallhöhe entsprechend gewählt wird. Dabei entsteht kurzfristig während
des Eingießens der Kupferschmelze in das Schlackenbad eine emulsionsartige Mischung
von Kupfer und Schlacke, die sich sofort nach dem Gießen wieder unter Schichtenbildung
auflöst. Durch diese innige Durchwirbelung wird eine so weitgehende Zerteilung sowohl
der Schlacke wie auch des Kupfers erzielt, daß die zur Entfernung der Verunreinigungen
erforderliche Oxydation durch das Kupferoxyd der Schlacke augenblicklich vor sich
geht. Die gebildeten Sauerstoffverbindungen der Verunreinigungen, die im Kupfer
unlöslich oder schwer löslich sind, werden dabei in statu nascendi von der Schlacke
extrahiert,,von deren Bestandteilen sie gegebenenfalls chemisch gebunden werden.
Sofort nach der Schichtenbildung ist die Reinigung beendet, und das Kupfer kaim
gegossen werden.
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Infolge der innigen Berührung zwischen Kupfer und Schlacke wird nicht
nur eine weitgehende Entfernung der Verunreinigungen erzielt, sondern die Ergebnisse
sind auch äußerst gleichmäßig.
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Wie bereits oben ausgeführt wurde, muß die Zusammensetzung der Schlacke
so gewählt werden, daß dieselbe sehr dünnflüssig ist. Um die Verunreinigungen aus
dem Kupfer entfernen zu können, muß die Schlacke Stoffe enthalten, welche mit den
zu entfernenden Verunreinigungen in Reaktion treten und die Überführung der so gebildeten
Verbindungen in die Schlacke bewirken. Die Schlacke kann an sich alle oxydierenden
Elemente enthalten, ,welche dieser Bedingung genügen, doch ist es zweckmäßig, einen
gewissen Gehalt an Kupferoxyd in der Schlacke vorzusehen, so däß das Kupfer dieses
Oxyds in das Metall @izbergeht, was vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen
vorteilhaft ist. Die Schlacke wird daher mit Vorteil aus geröstetem Kupfererz unter
Zuschlag von Flußmitteln, wie Kalk, Flußspat, Alkalisalzen, hergestellt. Sie ist
basisch oder sauer, je nach der Art der Verunreinigungen, die mit ihrer Hilfe aus
dem Kupfer entfernt werden sollen. Zur Entfernung der Verunreinigungen, deren Sauerstoffverbindungen,
wie die von Fe, Ni, Co, Züi und Pb, basischen Charakter haben, wird mit Vorteil
eine saure, insbesondere kieselsaure Schlacke verwendet. Zur Entfernung der Verunreinigungen,
deren Sauerstoffverbindungen, wie die von S, P, Sn, Sb und As, sauren Charakter
haben, wird mit Vorteil eine basische Schlacke verwendet. Durch die basische Schlacke
werden auch Sauerstoffverbindungen von Eisen, Mangan, Nickel, Kobalt, Zink und Blei
aus dem Kupfer entfernt, aber in kleinerer Menge als durch saure Schlacke. Wenn
beide Gruppen von Verunreinigungen entfernt werden sollen, empfiehlt es sich, aufeinanderfolgend
mit bäsischer und saurer Schlacke oder umgekehrt zu arbeiten. Die kurze Behandlungsdauer
beim Arbeiten gemäß der Erfindung ermöglicht es, das neue Verfahren ohne Rücksicht
auf die Art des Futters der verwendeten Vorrichtung durchzuführen, weil dieses infolge
der Kürze der Berührung mit der Schlacke kaum angegriffen wird und daher auch die
Zusammensetzung der Schlacke nicht beeinfiußt. Die Herstellung und Aufbewahrung
der Schlacken für das Verfahren gemäß der Erfindung erfolgt mit Vorteil in einem
Wassermantelofen.
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Als Ausführungsbeispiel für die Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung sei folgender Versuch angegeben: Es wurden to t Schwarzkupfer aus einer
Höhe von 3,6 m in eine Gießpfanne gegossen, die 3 t der Schlacke enthielt. Die Dauer
des Einffi u
eßens betrug dabei 2o Sekunden.
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Die Raffinierung von Rohkupfer durch Be. handlung mit kupferoxydhaltigen
basischen oder sauren Schlacken ist an sich bekannt. Dabei wird aber, selbst wenn
mit einem elektrischen Induktionsofen gearbeitet wird, keine innige Durchwirbelung
von Kupfer und Schlacke erzielt, durch welche die Verunreinigungen augenblicklich
und ohne Wärmezufuhr aus dem Kupfer entfernt werden. Die bekannten Verfahren erfordern
gewöhnlich Stunden. und stets Wärmezufuhr.