EP0653496A1

EP0653496A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Werkstoffgewinnung

Info

Publication number: EP0653496A1
Application number: EP94250266A
Authority: EP
Inventors: Heribert König; Heinz Stark
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2014-11-01
Also published as: DE4339226A1; CN1037530C; NO944267D0; CN1111287A; NO304030B1; ZA949068B; US5500870A; DE59407914D1; BR9404454A; NO944267L; CA2135830A1; EP0653496B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wertstoffgewinnung durch Reduktion sauerstoffgebundener Metalle in metallurgischen Gefäßen, und eine Schmelzofenanlage mit einer das Ofengefäß in zwei Teile trennenden von der Ofendecke in das Gefäß hineinragenden Trennwand, mit einer Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie, mit Materialzufuhr- und Schmelzenabfuhrvorrichtungen sowie einem Anschluß an eine Gasreinigungsanlage, zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine feste oder flüssige Beschickung in einer ersten Reaktionszone soweit mit Wärmeenergie beaufscchlagt wird, bis sich bei fester Beschickung ein Schmelzbad bildet oder bei flüssiger Beschickung ein Schmelzbad aufrechterhalten wird, bei dem flüssige Schlacke auf einem Metallschmelzbad schwimmt, daß das Schmelzbad einer zweiten Reaktionszone zugeführt wird, bei der die Schlacke innig mit einem Reduktionsmittel in Kontakt kommt, und daß der Schmelze in der Reduktionszone zusätzlich eine ein Einfrieren verhindernde Wärmeenergie zugeführt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wertstoffgewinnung sauerstoffgebundener Metalle durch Reduktion in metallurgischen Gefäßen und eine Schmelzofenanlage mit einer das Gefäß in zwei Teile trennende von der Ofendecke in das Gefäß hineinragenden Trennwand, mit einer Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie, Materialzufuhr- und Schmelzabfuhrvorrichtungen sowie einen Anschluß an eine Gasreinigungsanlage.
Bei metallurgischen Prozessen zur Gewinnung von sauerstoffgebundenen Wertmetallen, wie beispielsweise Blei oder Kupfer, durch Reduktion, wird das für den Reduktionsprozeß erforderliche Reduktionsmittel regelmäßig durch Schüttung auf das schmelzflüssige Bad gegeben. Als Folge des großen Unterschiedes im spezifischen Gewicht zwischen dem Reduktionsmittel, in den meisten Fällen Koks, und der metallurgischen Schmelze, die einer Schlackenschmelze gleichzusetzen ist, kann das Reduktionsmittel in Form von Koks nur als Schicht auf der Schmelze schwimmen. Dies bedingt einen nur wenig effektiven Kontakt der Reduktanten mit dem großen zu reduzierenden Volumen des metallurgischen, oxydischen Bades. Die Folgen dieses schlechten Kontaktes sind sehr lange (bis zu Tagen) Verweil- und Reduktionszeiten mit erheblichem Aufwand an Warmhalteenergie.
Weiterhin ist aus der DE OS 25 09 061 ein Verfahren bekannt, bei dem metalloxydhaltiges Material in einem glühenden Koksbett reduziert wird, das als horizontaler Ring geformt ist und auf elektrischem Wege erwärmt wird. Bei diesem Verfahren, das im wesentlichen zur Gewinnung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze aus metalloxydhaltigem Material dient, wird das erschmolzene Metall daran gehindert, eine zusammenhängende Schmelzenschicht unter dem Koksbett zu bilden.
Als Nachteile dieses Verfahrens sind neben der schwierigen Steuerung der Verhinderung des Bildens einer zusammenhängenden Schmelzenschicht unter dem Koksbett der Einsatz eines Ringofens mit der Fülle seiner beweglichen und verschleißanfälligen Einzelteile.
Aus der Schrift DE 36 14 048 A1 ist eine Anlage mit einem mit flüssigem Metall gefüllten Reaktor bekannt, bei dem im mittleren Bereich des Reaktors eine Trennwand angeordnet ist, die am Boden des Reaktors wenigstens eine Durchlaßöffnung für das flüssige Metall aufweist. Diese Anlage dient der Vergasung minderwertige Brennstoffe in einem feuerflüssigen Metallschmelzbad, insbesondre einem Eisenschmelzbad, und ist zur Reduktion einer oxydischen, metallurgischen Wertschmelze nicht geeignet. Hierbei werden minderwertige Brennstoffe, u.a. Altöl, Hausmüll, Sperrmüll, Abfallstoffe, Autoreifen u. ä., in die Metallschmelze eingeführt. Der im minderwertigen Brennstoff enthaltene Kohlenstoff sowie auch der Schwefel gehen im Eisenbad in Lösung. Die nicht vergasbaren bzw. nicht löslichen Bestandteile der minderwertigen Brennstoffe werden verschlackt und sofort über das Abzugsorgan aus der Reaktorkammer abgezogen. Ein inniger Kontakt zwischen einem Reduktionsmittel und der Schlackenschmelze liegt hier nicht vor.
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und die dazu erforderliche Schmelzofenanlage zur Wertstoffgewinnung sauerstoffgebundener Metalle anzugeben, mit denen die Ausbringung erhöht wird bei gleichzeitiger Verkürzung der Reduktionszeit.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 5.
Erfindungsgemäß wird ein erster Ofenteil des metallurgischen Gefäßes mit einer in die Schlacke eintauchenden Trennwand ausgerüstet, die einen Teil des Herdraumes abtrennt. Die oxydische Schmelze drängt unter der Trennwand durch in abgetrennten Teil des Herdes und nimmt dort das gleiche Höhenniveau an.
Der zweite Ofenteil ist als Schacht ausgebildet und mit Koks verfüllt, und zwar so hoch, daß das Kokssäulengewicht so groß wird, daß die Auftriebkraft des oxydischen Bades überwunden wird und der Koks über die gesamte Höhe des auf der Metallschmelze aufschwimmenden Schlackebades eintaucht. Damit entsteht ein inniger effektiver Kontakt zwischen Reduktionsmittel und dem in der Schmelze befindlichen Metallwertstoffoxyden. Hierdurch wird die Reduktion eingeleitet und das ausreduzierte Metall wird sich unterhalb der Wertschlacke ansammeln.
Durch kontinuierliches Abfließenlassen des gewonnenen Metalls und diskontinuierliches Abstechen von abgereicherter oder ausreduzierter Schlacke im Erdbereich des Reduktionsmittelschachtes entsteht ein kontinuierlicher Fluß von oxydischer Wertschlacke zum Reduktionsbereich des Herdes unter dem Koks/Reduktionsschacht.
Zur Aufbringung des für den Reduktionsvorgang erforderlichen Energie werden schräg in den Reduktionsmittelschacht hineinragende Elektroden vorgesehen, die mit einer Elektroenergiequelle versehen sind. Bei Beaufschlagung der Elektroden mit einer elektrischen Spannung fließt durch den elektrischen Widerstand des Reduktionsmittels ein Strom von Elektrode zu Elektrode, der die für den Reduktionsprozeß erforderliche joul'sche Wärme erzeugt.
Das bei der Reduktion entstehende Gas durchstreift die Koksschichten des Schachtes entgegen der Förderrichtung des Koks. Evtl. beim Prozeßverlauf entstehendes Kohlendioxyd wird durch das Reduktionsmittel reduziert, so daß in Summe oberhalb der Koksschüttung ein hochwertiges Brenngas gewonnen wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgesehen, das im ersten Ofenteil entstehende Gas durch die Trennwand in den Reduktionsmittelschacht zu leiten. Im Reduktionsmittelschacht wird dieses Kohlendioxyd durch das Reduktionsmittel zu Wertgas reduziert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Staublast des Abgases aus dem ersten Ofenteil im Koksgerüst sich niederschlägt und in den Prozeß zurückgeführt wird. Hierdurch wird das Gasreinigungssystem entlastet und die Wertgasmenge vergrößert.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Hierbei zeigen die Figur 1 eine Seitenansicht, Figur 2 eine Draufsicht.
Die Figuren zeigen einen ersten Ofenteil 11 und einen zweiten Ofenteil 12, die durch einen gemeinsamen Gefäßboden 15 miteinander verbunden sind. Der Ofenteil 11 ist durch eine Ofendecke 13 abgeschlossen, durch die Elektroden 51 bis 53 und Zuführung 33 zur Zufuhr von festem Möller vorgesehen sind. In der Seitenwand 18 des Ofenteils 11 ist eine Zufuhr 32 für flüssigen Möller vorgesehen, der durch eine Pfanne 35 bedient werden kann.
Zwischen dem Ofenteil 11 und dem schachtförmig ausgeführten Ofenteil 12 ist eine Trennwand 21 vorgesehen. Diese Trennwand 21 besitzt eine Länge, die einen so weiten Abstand der Mündung 22 zum Gefäßboden zuläßt, daß die Trennwand während des Betriebes nicht mit Flüssigmetall in Kontakt kommt.
In der Trennwand 21 ist eine Öffnung 23 vorgesehen, durch die Gas von im Ofenteil 11 in den Ofenteil 12 gelangen kann.
Der Teil der Trennwand 21, der während des Betriebes in die Schlacke eintaucht, ist aus Kühlelementen 24 aufgebaut, durch die ein Kühlmittel führbar ist.
In der Seitenwand 19 des Ofenteils 12 sind ein Abstich 17 für Schlacke S und ein Abstich 16 für Flüssigmetall M vorgesehen. Der Abstich 16 ist auf gleicher Höhe wie der unter einem Neigungswinkel abfallenden Gefäßboden 15 angeordnet.
Das Kopfende des schachtförmigen Ofenteils 12 ist deckelartig eingezogen und weist in seinem Zentrum eine Zufuhr 31 für das Reduktionsmittel R auf. Die Zufuhr 31 wie auch die Zufuhr 33 besitzen Schleusen 34, die ein Ausströmen des Gases aus dem Ofen verhindern. Im Bereich des Kopfendes 14 des Ofenteils 12 ist ein Anschluß 41 an eine Gasreinigung 42 vorgesehen. Der Gesamtschacht des Ofenteils 12 besitzt eine Schachthöhe H, die deutlich höher ist als die Säulenhöhe h des Reduktionsmittels R.
Die Figur 2 zeigt die Lage der in das Reduktionsmittel R bis oberhalb des Schlackepegels hineinragenden Brenner 54, 55 (in Figur 1 nicht weiter dargestellt), die an eine Energieeinrichtung 56 für Gleichstrom angeschlossen sind.
Die Elektroden 51 bis 53 sind an eine Energieeinrichtung 57 für Wechselstrom angeschlossen.
Zum Betreiben der Ofenanlage sind auch Energieeinrichtungen für andere Medien zur Wärmezufuhr möglich.

Positionsliste:

10: Schmelzofenanlage
11: Ofenteil 1
12: Ofenteil 2
13: Ofendecke
14: Kopfende
15: Gefäßboden
16: Abstich für Metallschlacke
17: Abstich für Schlacke
18: Seitenwand 11
19: Seitenwand 12
20: Trennung
21: Trennwand
22: Mündung
23: Öffnung
24: Kühlelement
30: Materialzufuhr
31: Zufuhr Reduktionsmittel
32: Zufuhr Möller flüssig
33: Zufuhr Möller fest
34: Materialschleuse
35: Pfanne
40: Gasreinigungsanlage
41: Anschluß
42: Gasreinigung
50: Energiezufuhr
51, 52, 53: Elektrode
54, 55: Brenner
56: Energieeinrichtung Gleichstrom
57: Energieeinrichtung Wechselstrom
H: Schachthöhe
L: Länge Trennwand
M: Flüssigmetall
S: Schlacke
R: Reduktionsmittel
h: Säulenhöhe
α: Neigungswinkel

Claims

Verfahren zur Wertstoffgewinnung durch Reduktion sauerstoffgebundener Metalle in metallurgischen Gefäßen,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine feste oder flüssige Beschickung in einer ersten Reaktionszone soweit mit Wärmeenergie beaufschlagt wird, bis sich bei fester Beschickung ein Schmelzbad bildet oder bei flüssiger Beschickung ein Schmelzbad aufrechterhalten wird, bei dem flüssige Schlacke auf einem Metallschmelzbad schwimmt,
daß das Schmelzbad einer zweiten Reaktionszone zugeführt wird, bei der die Schlacke innig mit einem Reduktionsmittel in Kontakt kommt, und
daß der Schmelze in der Reduktionszone zusätzlich eine ein Einfrieren verhindernde Wärmeenergie zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reduktionsmittel säulenförmig aufgehäuft ist und die Säulenhöhe so gewählt wird, daß sein Gewicht die Auftriebskraft des oxydischen Schlackebades überwindet.
Verfahren nach 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallschmelze kontinuierlich und die Schlacke nach der Reduktionsarbeit diskontinuierlich abgestochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das in der ersten Reaktionszone vorhandene Rauchgas durch das Reduktionsmittel geführt und anschließend zusammen mit den Stickoxyden der zweiten Reaktionszone nach Abgabe seiner fühlbaren Wärme gereinigt wird.
Schmelzofenanlage mit einer das Ofengefäß in zwei Teile trennende von der Ofendecke in das Gefäß hineinragenden Trennwand, mit einer Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie, mit Materialzufuhr- und Schmelzenabfuhrvorrichtungen sowie einem Anschluß an eine Gasreinigungsanlage,
zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennwand (21) von der Ofendecke (13) des ersten Ofenteils (11) eine Länge (L) aufweist, bei der die Trennwandmündung (22) in die während des Schmelzbetriebes sich befindende Schlacke (S) bis nahe oberhalb des Flüssigmetallpegels (M) hineinragt,
daß die Trennwand (21) im Bereich der Ofendecke (13) eine Öffnung (23) vom ersten zum zweiten Ofenteil (11, 12) aufweist,
daß der zweite Ofenteils (12) schachtförmig ausgebildet ist mit einer Schachthöhe (H), die über die Säulenhöhe (h) des Reduktionsmittels hinausragt und dessen Kopfende (14) mit einem Anschluß (41) zur Verbindung mit der Gasreinigung (42) versehen ist, und
daß seitwärts in das zweite Ofengefäßteil (12) im Bereich oberhalb der Schmelze Brenner (54, 55) ragen, die an einer Energiezufuhreinrichtung (56) angeschlossen sind.
Schmelzofenanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennwand (21) im Bereich der Decke (13) Öffnungen (13) in einer Größe aufweist, durch die Gas strömen kann, ohne daß Reduktionsmittel (R) in den ersten Ofenteil (11) gelangt.
Schmelzofenanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bereich der Trennwand (21) der während des Schmelzbetriebes in die Schlacke (S) eintaucht, mit flüssigen Medien zu kühlende Elemente (24) aufweist.
Schmelzofenanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Kopfende (14) oberhalb des Gasabzuges (41) des zweiten Ofengefäßes (12) eine mit einer Schleuse (34) versehene Zufuhr (31) für das Reduktionsmittel (R) vorgesehen ist.
Schmelzofenanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gemeinsame Boden (15) des ersten und zweiten Ofengefäßteils (11,12) zum Abstich (16) hin unter einem Neigungswinkel α von 1^o bis 7^o abfällt.