EP1656464A1 - Verfahren zur pyrometallurgischen erzeugung von kupfer in einem konverter - Google Patents

Verfahren zur pyrometallurgischen erzeugung von kupfer in einem konverter

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EP1656464A1
EP1656464A1 EP03818380A EP03818380A EP1656464A1 EP 1656464 A1 EP1656464 A1 EP 1656464A1 EP 03818380 A EP03818380 A EP 03818380A EP 03818380 A EP03818380 A EP 03818380A EP 1656464 A1 EP1656464 A1 EP 1656464A1
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EP
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melt
converter
copper
slag
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    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
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    • C22B15/0026—Pyrometallurgy
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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B15/00—Obtaining copper
    • C22B15/0026—Pyrometallurgy
    • C22B15/006—Pyrometallurgy working up of molten copper, e.g. refining

Definitions

  • the invention relates to a method for pyro-metallurgical production of copper in a converter.
  • so-called blister copper for example copper stone and / or secondary raw materials are used as raw materials.
  • the aim is to produce the so-called blister copper in a purity of at least 96% by weight, preferably over 99% by weight. It goes without saying that efforts are made to achieve purity levels as close as possible to 100% by weight.
  • An essential part of this copper production is the so-called "conversion" in a converter. Such converters are known under the names Peirce Smith and Hoboken.
  • a copper-containing melt is first filled into the converter (charged in the converter).
  • “Slagging” includes the subsequent removal of the slag from the converter.
  • the invention aims to optimize the known method.
  • the copper production should be possible either in a shorter time and / or with a higher degree of purity.
  • the invention is based on the following consideration: During the filling (charging) of the converter, no metallurgical work is carried out in the reactor. The furnace only serves as a “buffer” or “holding unit”. This also applies to the last process step, in which the melt is emptied from the converter.
  • these process stages are also used for secondary metallurgical treatment of the melt.
  • a treatment gas should be introduced into the molten metal (copper melt) when the converter is being charged.
  • This has the advantage that the so-called "slagging" stage is practical starts charging at the same time and not with a delay.
  • the converter can be used practically from the first second in the sense of a melt treatment.
  • a rinsing treatment during the "detoxification” has the advantage that " the removal of foreign matter and the formation of the slag are accelerated.
  • the rinsing treatment can be used for a further effect: by moving the metal bath in a targeted manner, the slag can be directed towards the converter opening, where it is then removed. This achieves a more precise separation between slag on the one hand and melt on the other hand and avoids the loss of melt observed in the prior art.
  • the invention in its most general embodiment relates to a method for the pyrometallurgical production of copper in a converter, with the following features:
  • the gas used in process stages a), b), c) and e) can, like the gas used in process stage d), consist predominantly or completely of oxygen.
  • the proportion of oxygen can be specifically reduced and replaced by a proportion of inert gas.
  • the proportion of oxygen can initially be significantly above 50%, while the proportion of inert gas at the end of this process step is over 50%. In this way, the proportion of copper (I) oxide can be minimized.
  • the inert gas treatment can be continued in process stage e).
  • the metal melt should also coexist during this emptying stage Gas is treated (treated).
  • the secondary metallurgical treatment of the copper melt can thus be carried out over the entire conversion process.
  • the gas (s) can be supplied via a large number of gas purging elements.
  • gas purging elements gas purging stones
  • gas purging elements with directional porosity and those with non-directional porosity can be used.
  • the first group is characterized in that more or less rectilinear slots or channels are formed in the flushing elements, through which the gas is passed.
  • Gas purging elements with undirected porosity are designed like a "sponge". The gas has to move through the body from pore to pore.
  • Such gas purging elements can be used individually or in groups in the bottom and / or the wall of the converter.
  • the invention provides that they can be activated individually, in preselectable groups or all together.
  • Individual gas purging elements or groups of gas purging elements can in turn be charged with different gas or gas pressure.
  • a corresponding gas control is preferably provided for this. This can be set to move the molten metal in such a way that the slag floating on it receives a certain direction of flow, for example in the direction of the tap opening.
  • the process can be carried out in such a way that gas (s) is introduced (blown, injected) into the melt during all treatment stages and continuously.
  • Both the gas and the amount of gas or the gas pressure can be changed during the individual treatment stages.
  • gas flushing elements In the case of a converter which can hold 300 tons of copper blister, for example, 10 gas flushing elements can be provided, each with a flushing rate of, for example, 200 liters per minute.
  • the method enables a significantly accelerated pyrometallurgical copper production with a degree of purity that corresponds at least to the degree of purity according to the state of the art and can be significantly above 99.5% by weight.

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Description

Verfahren zur pyronaetallurgischen Erzeugung von Kupfer in einem Konverter
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pyro etallur- gischen Erzeugung von Kupfer in einem Konverter.
Bei der pyrometallurgischen Herstellung von sogenanntem Blisterkupfer werden als Rohstoffe beispielsweise Kupferstein und/oder Sekundärrohstoffe eingesetzt. Ziel ist es, das sogenannte Blisterkupfer in einer Reinheit von mindestens 96 Gew.-%, vorzugsweise über 99 Gew.-% herzustellen. Dabei ist man selbstverständlich bestrebt, Reinheitsgrade zu erreichen, die so dicht wie möglich an 100 Gew.-% liegen. Ein wesentlicher Teil dieser Kupfererzeugung besteht in der sogenannten „Konvertierung" in einem Konverter. Solche Konverter sind unter der Bezeichnung Peirce Smith und Hoboken bekannt.
Für diese Konverterbehandlung wird eine kupferhaltige Schmelze zunächst in den Konverter eingefüllt (in den Konverter chargiert) .
In einer nächsten Behandlungsstufe werden Fremdbestandteile, insbesondere Eisensulfid, so weit wie möglich beseitigt beziehungsweise in eine Schlacke überführt. Dieser Vorgang, der auch als „slagging" bezeichnet wird, hat das Ziel, die Kupferschmelze so weit zu reinigen, dass diese zum ganz überwiegenden Teil nur noch aus Cu2S besteht (auch „white metal" genannt) .
Zum „slagging" gehört das anschließende Entfernen der Schlacke aus dem Konverter.
Um aus der Cu2S-Schmelze nun Blisterkupfer zu machen, sind sekundärmetallurgische Verfahren bekannt, bei denen in die Schmelze ein Gas, insbesondere Sauerstoff, eingeblasen wird (US 4,830,667). Dabei werden der Schwefel und andere Fremdstoffe, beispielsweise Nickel, so weit wie möglich entfernt. Der US 4,830,667 A ist zu entnehmen, dass ein Nickelgehalt von über 1,0 Gew.-% unerwünscht ist. Zum Abschluss wird die so gebildete Blisterschmelze aus dem Konverter entnommen.
Dieses Verfahren wird vielfach angewendet, hat jedoch einige Nachteile. Zum Beispiel beim „slagging" muss die Schlacke meistens durch die Chargieröffnung des Ofens entfernt werden. Dabei besteht die Gefahr, dass wertvolle Kupferschmelze verloren geht. Das Verfahren dauert relativ lang, wenn der genannte hohe.. Reinheitsgrad-erhalten werden soll.
Die Erfindung zielt darauf ab, das bekannte Verfahren zu optimieren. Dabei soll die Kupfererzeugung entweder in kürzerer Zeit und/oder mit höherem Reinheitsgrad möglich sein.
Die Erfindung geht von folgender Überlegung aus: Während des Befüllens (Chargierens) des Konverters wird in dem Reaktor keine metallurgische Arbeit geleistet..Der Ofen dient lediglich als „Puffer" beziehungsweise „Halteaggregat". Dies gilt auch für den letzten Verfahrensschritt, bei dem die Schmelze aus dem Konverter entleert wird.
Diese Verfahrensstufen werden erfindungsgemäß ebenfalls zur sekundärmetallurgischen Behandlung der Schmelze genutzt. Mit anderen Worten: bereits beim Chargieren des Konverters soll ein Behandlungsgas in die Metallschmelze (Kupferschmelze) eingeleitet werden. Dies hat den Vorteil, dass die sogenannte „slagging"-Stufe praktisch zeitgleich mit dem Chargieren beginnt und nicht erst mit zeitlicher Verzögerung. Der Konverter kann praktisch von der ersten Sekunde an im Sinne einer Schmelzebehandlung genutzt werden.
Dies gilt bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Schmelze aus dem Konverter entfernt wird.
Eine Spülbehandlung während des „Entschlackens" hat den Vorteil, dass" die Entfernung von Fremdbestandteilen und' die Bildung der Schlacke beschleunigt werden.
In dieser Verfahrensstufe kann die Spülbehandlung zu einem weiteren Effekt genutzt werden: Durch eine gezielte Bewegung des Metallbades lässt sich die Schlacke gezielt in Richtung Konverter-Öffnung führen, wo sie anschließend abgezogen wird. Damit wird eine präzisere Trennung zwischen Schlacke einerseits und Schmelze andererseits erreicht und der im Stand der Technik beobachtete Verlust an Schmelze vermieden.
Danach betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform ein Verfahren zur pyrometallurgischen Erzeugung von Kupfer in einem Konverter, mit folgenden Merkmalen:
a) Chargieren des Konverters mit kupferhaltiger Schmelze, b) Behandlung der Schmelze derart, dass Fremdbestandteile in eine Schlacke überführt werden, bis die Schmelze überwiegend nur noch aus Cu2S besteht, c) Entfernen der Schlacke aus dem Konverter, d) Einblasen von Gas in die Cu2S-haltige Schmelze zur Erstellung einer weitestgehend reinen Kupferschmelze durch Entfernung von Schwefel, e) Entleeren des Konverters in ein nachgeschaltetes Aggregat, wobei f) auch während der Verfahrensstufen a) , b) , c) und e) Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.
Das- in den Verfahrensstufen a) , b) , c) und e) verwendete Gas kann ebenso wie das in der Verfahrensstufe d) eingesetzte Gas überwiegend oder vollständig aus Sauerstoff bestehen. Ebenso sind andere Gase, auch Inertgase, möglich.
Am Ende der Verfahrensstufe d) kann der Anteil an Sauerstoff gezielt zurückgenommen und durch einen Anteil an Inertgas ersetzt werden. Dabei kann der Anteil an Sauerstoff anfangs deutlich über 50 % liegen, während der Anteil an- Inertgas zum Ende dieser Verf.ahrensstufe hin über 50 % beträgt. Auf diese Weise kann der Anteil an Kupfer (I)-Oxid minimiert werden. In der Verfahrensstufe e) kann die Inertgasbehandlung fortgesetzt werden.
Der eigentliche Konvertierungsprozess in der Verfahrensstufe d) lässt sich chemisch wie folgt darstellen:
2Cu2S + 302 => 2Cu20 + 2S02
Die Entleerung eines Konverters mit 300 Tonnen Blisterkupfer dauert etwa eine Stunde. Erfindungsgemäß soll auch während dieser Entleerungsstufe die Metallschmelze mit Gas beaufschlagt (behandelt) werden. Damit kann die sekundärmetallurgische Behandlung der Kupferschmelze über den gesamten Konvertierungsprozess ausgeführt werden.
Die Zuführung des Gases (der Gase) kann über eine Vielzahl von Gasspülelementen erfolgen. Solche Gasspülelemente (Gasspülsteine) sind insbesondere aus der Behandlung von Stahlschmelzen, seit Jahrzehnten bekannt. Solche Gasspülelemente können erfindungsgemäß ohne weiteres übernommen werden. Es können dabei sowohl Gasspülelemente mit gerichteter Porosität als auch solche mit ungerichte- ter Porosität verwendet werden. Die erste Gruppe ist dadurch charakterisiert, dass in den Spülelementen mehr oder weniger geradlinige Schlitze oder Kanäle ausgebildet sind, durch die das Gas hindurchgeführt wird. Gasspülelemente mit ungerichteter Porosität sind wie ein „Schwamm" gestaltet. Das Gas muss sich durch den Körper von Pore zu Pore hindurchbewegen.
Solche Gasspülelemente (oder auch düsenartige Gasspüleinrichtungen) können einzeln oder in Gruppen im Boden und/ oder der Wand des Konverters eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sie einzeln, in vorwählbaren Gruppen oder alle zusammen aktiviert werden können. Dabei können wiederum einzelne Gasspülelemente oder Gruppen von Gasspülelementen mit unterschiedlichem Gas beziehungsweise unterschiedlichem Gasdruck beschickt werden.
Vorzugsweise ist dazu eine entsprechende Gasregelung vorgesehen. Diese kann so eingestellt werden, um die Metallschmelze in eine solche Bewegung zu setzen, dass die darauf schwimmende Schlacke eine bestimmte Strömungsrichtung erhält, beispielsweise in Richtung Abstich-Öffnung.
Das Verfahren kann so geführt werden, dass während sämtlicher Behandlungsstufen und ununterbrochen Gas(e) in die Schmelze eingeführt (eingeblasen, eingedüst) wird.
Dabei können sowohl das Gas als auch die Gasmenge beziehungsweise der Gasdruck während der einzelnen Behandlungsstufen verändert werden.
Bei einem Konverter, der beispielsweise 300 Tonnen Kupferblister aufnehmen kann, können beispielsweise 10 Gasspülelemente vorgesehen werden, jedes mit einer Spülrate von beispielsweise 200 Litern je Minute.
Das Verfahren ermöglicht eine deutlich beschleunigte pyrometallurgische Kupferherstellung mit einem Reinheitsgrad, der mindestens dem Reinheitsgrad gemäß Stand der Technik entspricht und deutlich über 99,5 Gew.-% liegen kann.

Claims

Verfahren zur pyrometallurgischen Erzeugung von Kupfer in einem KonverterP a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur pyrometallurgischen Erzeugung von Kupfer a) Chargieren des Konverters mit kupferhaltiger Schmelze, b) Behandlung der Schmelze derart, dass Fremdbestandteile in eine Schlacke überführt werden, bis die Schmelze überwiegend nur noch aus Cu2S besteht, c) Entfernen der Schlacke aus dem Konverter, d) Einblasen von Gas in die Cu2S-haltige Schmelze zur Erstellung einer weitestgehend reinen Kupferschmelze durch Entfernung von Schwefel, e) Entleeren des Konverters in ein nachgeschaltetes Aggregat, wobei f) auch während der Verfahrensstufen a) , b) , c) und e) Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während der Verfahrensstufe a) ein überwiegend aus Sauerstoff bestehendes Gas in die Schmelze eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während der Verfahrensstufe b) ein überwiegend aus Sauerstoff bestehendes Gas in die Schmelze eingeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während der Verfahrensstufe d) ein überwiegend aus Sauerstoff bestehendes Gas in die Schmelze eingeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während der Verfahrensstufe e) ein überwiegend aus Sauerstoff bestehendes Gas in die Schmelze eingeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zumindest in der zweiten Hälfte der Verfahrensstufe e) das zugeführte Gas zumindest teilweise ein Inertgas ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Einleiten von Gas über eine Vielzahl von Gasspülelementen erfolgt, die in vorwählbarer Kombination und/oder mit vorwählbarem Gasdruck und mit gleichen oder unterschiedlichen Gasen beschickbar sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Einleiten des Gases so erfolgt, dass die Schlacke bei der Verfahrensstufe c) gezielt in Richtung einer Entnahmeöffnung geleitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während sämtlicher Verfahrensstufen ununterbrochen Gas in die Schmelze eingeleitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Gas während der einzelnen Verfahrensstufen in unterschiedlicher Zusammensetzung, Menge und/oder mit unterschiedlichem Gasdruck eingeleitet wird.
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