WO2007109822A1 - Verfahren zur pyrometallurgischen erzeugung von kupfer - Google Patents

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    • C22B15/006—Pyrometallurgy working up of molten copper, e.g. refining

Definitions

  • the present invention relates to a process for the pyrometallurgical production of copper.
  • a blister copper having a copper content of 96% to 99.5% is obtained from a copperstone having a copper content of about 40% to 70%.
  • step a) the pyrometallurgical vessel, in particular a converter, is filled with the copper-containing melt.
  • step b) by blowing an oxidizing gas, the iron sulfides present in the melt are oxidized to iron oxide, which forms an iron-containing slag with added fluxes.
  • This slag is at least partially removed from the converter in step c). In the converter remains a substantially consisting of copper sulfide melt.
  • step d) by injecting an oxidizing gas, the melt of copper present in the melt is blown into blister copper.
  • the supply of the oxidizing gas typically takes place via a row of nozzles lying below the surface of the bath.
  • the copper melt obtained in step d) can optionally be aftertreated (step e)), wherein, for example, after switching off the supply of the oxidizing gas, the melt continues to be flushed with a gas.
  • the nozzle row used to inject the gas Before switching off the supply of the oxidizing gas, the nozzle row used to inject the gas must be turned out of the bath. The further flushing with a gas then takes place, for example, via flushing stones, which are arranged so that they still lie below the surface of the bath when the main row of nozzles has been turned out of the bath.
  • the melt obtained is then removed from the pyrometallurgical vessel (step f)). This is usually done by tilting the converter.
  • the melt is then added, e.g. in transport pans, fed to the anode furnace.
  • step g the production of the anode copper takes place.
  • the residual sulfur content in the melt must first be reduced in a first step by means of an oxidizing gas, and the slag produced in the process must be removed.
  • the oxygen content is reduced to typically less than 2000 ppm and the anode copper is formed.
  • WO 2005/21808 A1 describes a process in which gas is also introduced into the respective melt in steps a), b), c) and f).
  • the currently required two-stage treatment of the copper melt in the anode furnace has some disadvantages.
  • the necessary injection of an oxidizing gas in the first step in order to reduce the sulfur content and the subsequent necessary removal of the slag formed are associated with a considerable expenditure of time.
  • the devices used to supply the gas are exposed to considerable wear.
  • SO 2 -containing exhaust gas also forms, which must be cleaned.
  • the present invention has as its object to improve the known methods for copper production and in particular to reduce the cost and duration of the treatment in the anode furnace.
  • This object is achieved by a method described in the introduction, in which a gas is introduced into the melt at least in one of stages e) and f), and which is characterized in that the gas introduced in stages e) or i) Gas is selected from the group consisting of reducing gases, inert gases and mixtures thereof and that in step g) only one treatment step takes place under reducing conditions.
  • both the oxygen content and the sulfur content of the molten copper can be adjusted so that the otherwise necessary first step of the treatment in the anode furnace, ie the treatment with oxidizing gas with subsequent purification, can be omitted.
  • the reducing gas or inert gas can be used both in optional step e), i. during the stirring of the melt, as well as during the emptying of the converter (step f)) are supplied. If the converter is emptied immediately after switching off the supply of oxidizing gas in step d) and therefore no post-treatment (step e)) is performed, the supply of the reducing gas or the inert gas takes place in any case during the emptying of the converter.
  • the gas used in steps e) or f) according to the invention may preferably comprise a mixture of a reducing gas and an inert gas, e.g. Nitrogen, be.
  • the reducing gas may be selected from the group consisting of CO, H 2 , reforming gas, CH 4 and mixtures thereof.
  • the oxygen content of the melt prior to step g), in particular by introducing the reducing gas or the inert gas in the stage e) or f) is lowered to 6000 ppm or less.
  • the sulfur content of the melt prior to step g), in particular by introducing the reducing gas or the inert gas in the stage e) or f) is lowered to 100 ppm or less. It is particularly advantageous if the course of the reactions, in particular in steps e) to f), and in particular the achievement of the desired final oxygen or sulfur content by analyzing the emitted wavelengths of the atoms and / or molecules in the exhaust gas is controlled.
  • optical process control the process can be controlled very precisely to achieve the desired sulfur and oxygen levels in the blister copper oxidative treatment can be omitted.
  • gas is also introduced into the respective melt in at least one of stages a), b), c) and d).
  • the additionally introduced gas in stages a), b), c) or d) may be an oxidizing gas or an inert gas.
  • gas can be continuously introduced into the respective melt during all process stages a) to f). In any event, continuous supply of gas is necessary as long as the respective supply means are below the bath surface, i. are in contact with the melt.
  • the gas introduced in steps e) or f) and optionally in the preceding stages can be introduced via one or more feed means (s) which are different from those for blowing in the gas in stages b) and d).
  • This feeding device can be arranged so that it is also below the bath surface during steps e) and f), in particular also during unscrewing of the converter in step f), and therefore the supplied gas is introduced directly into the respective melt.
  • main gas for the main stream of the oxidizing gas in stage b) or d) and the term “additional gas” for the additionally introduced gas, including the reducing gas introduced in stage e) and f), respectively Inert gas, used.
  • the supply means for the additional gas may preferably be selected from the group consisting of purging nozzles, nozzles, double or multiple jacket nozzles and high-pressure nozzles.
  • the supply of the additional gas may be controlled via a gas control station which separately controls both gas type and gas quantity for each of the nozzles used, for example.
  • a gas control station which separately controls both gas type and gas quantity for each of the nozzles used, for example.
  • the control of the amount of gas and gas is controlled based on the above-discussed optical process control.
  • the amount of additional gas can be adjusted in each case on the basis of the objective of the respective process step.
  • the amount and type of the respective additional gas supplied in particular of the reduction gas or inert gas used according to the invention in stages e) or f), can be controlled by means of the optical process control described above.
  • the erfmdungswashe method is particularly suitable for the production of copper from a copper-containing raw material having a nickel content of less than 1 wt.%.

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Abstract

Verfahren zur pyrometallurgischen Erzeugung von Kupfer, enthaltend die Schritte a) Chargieren eines pyrometallurgischen Gefäßes mit einer kupferhaltigen Schmelze, b) Eisenverblasen der Schmelze, wobei eine eisenhaltige Schlacke gebildet wird, c) Entfernen der Schlacke aus dem pyrometallurgischen Gefäß, d) Kupferverblasen der verbliebenen Schmelze mit einem oxidierenden Gas zur Herstellung einer Schmelze aus Blisterkupfer, e) optional Nachbehandlung der entstandenen Schmelze f) Entleeren des pyrometallurgischen Gefäßes g) Behandeln des Blisterkupfers in einem Anodenofen, wobei zumindest in einer der Stufen e) und f) ein Gas in die Schmelze eingeleitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das in den Stufen e) bzw. f) eingeleitete Gas ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Reduktionsgasen, Inertgasen und Mischungen daraus ist und dass in der Stufe g) lediglich ein Behandlungsschritt unter reduzierenden Bedingungen erfolgt.

Description

Verfahren zur pyrometallurgischen Erzeugung von Kupfer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur pyrometallurgischen Erzeugung von Kupfer.
Es ist bekannt, zur pyrometallurgischen Herstellung von Kupfer ein Verfahren einzusetzen, welches die folgenden Schritte enthält:
a) Chargieren eines pyrometallurgischen Gefäßes mit einer kupferhaltigen Schmelze, b) Eisenverblasen der Schmelze, wobei eine eisenhaltige Schlacke gebildet wird, c) Entfernen der Schlacke aus dem pyrometallurgischen Gefäß, d) Kupferverblasen der verbliebenen Schmelze mit einem oxidierenden Gas zur Herstellung einer Schmelze aus Blisterkupfer, e) optional Nachbehandlung der entstandenen Schmelze f) Entleeren des pyrometallurgischen Gefäßes g) Behandeln des Blisterkupfers in einem Anodenofen.
In den Schritten a) bis f) dieses Verfahrens wird dabei aus einem Kupferstein mit einem Kupfergehalt von etwa 40% bis 70% ein Blisterkupfer mit einem Kupfergehalt von 96% bis 99,5% gewonnen.
Im Schritt a) wird das pyrometallurgische Gefäß, insbesondere ein Konverter, mit der kupferhaltigen Schmelze befüllt.
Im Schritt b) werden durch Einblasen eines oxidierenden Gases die in der Schmelze befindlichen Eisensulfide zu Eisenoxid oxidiert, welches mit zugegebenen Flussmitteln eine eisenhaltige Schlacke bildet.
Diese Schlacke wird im Schritt c) aus dem Konverter zumindest teilweise entfernt. Im Konverter verbleibt eine im wesentlichen aus Kupfersulfid bestehende Schmelze.
Im Schritt d) wird durch Einblasen eines oxidierenden Gases das in der Schmelze befindliche Kupfersulfid zu Blisterkupfer Verblasen. Die Zufuhr des oxidierenden Gases erfolgt dabei typischerweise über eine unterhalb der Badoberfläche liegende Düsenreihe.
Die im Schritt d) erhaltene Kupferschmelze kann gegebenenfalls nachbehandelt werden (Schritt e)), wobei z.B. nach Abschalten der Zufuhr des oxidierenden Gases die Schmelze weiterhin mit einem Gas gespült wird. Vor dem Abschalten der Zufuhr des oxidierenden Gases muss dabei die zum Einblasen des Gases verwendete Düsenreihe aus dem Bad gedreht werden. Die weitergehende Spülung mit einem Gas erfolgt dann z.B. über Spülsteine, die so angeordnet sind, dass sie auch noch dann noch unterhalb der Badoberfiäche liegen, wenn die Hauptdüsenreihe aus dem Bad gedreht wurde.
Die erhaltene Schmelze wird anschließend aus dem pyrometallurgischen Gefäß entfernt (Schritt f)). Dies erfolgt in der Regel durch Kippen des Konverters.
Dieser Prozess ist diskontinuierlich. In der Regel stehen dabei mehrere (z.B. 3-4) Konverter zur Verfügung, wobei sich meist nur ein Konverter in Blasestellung befindet, um die während des Blasens anfallende Menge an SO2 im Abgas über die Zeit auszugleichen.
Die Schmelze wird anschließend, z.B. in Transportpfannen, dem Anodenofen zugeführt.
Im Anodenofen (Schritt g)) erfolgt die Herstellung des Anodenkupfers. In herkömmlichen Verfahren des Standes der Technik muss dabei zunächst in einem ersten Schritt mittels eines oxidierenden Gases der verbleibende Schwefelgehalt in der Schmelze gesenkt werden und die dabei entstehende Schlacke entfernt werden. Anschließend wird in einem zweiten Schritt unter reduzierenden Bedingungen der Sauerstoffgehalt auf typischerweise weniger als 2000 ppm gesenkt und das Anodenkupfer gebildet.
Aus der US 4,830,667 A ist es bekannt, während der Zufuhr von oxidierendem Gas in der Stufe d) und gegebenenfalls auch danach ein zusätzliches Rührgas unterhalb der halben Badhöhe der Schmelze einzubringen.
Die WO 2005/21808 Al beschreibt ein Verfahren, bei welchem auch in den Stufen a), b), c) und f) Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.
Die derzeit notwendige zweistufige Behandlung der Kupferschmelze im Anodenofen (Schritt g)) birgt einige Nachteile. Insbesondere sind das notwendige Einblasen eines oxidierenden Gases im ersten Schritt, um den Schwefelgehalt zu senken, sowie die nachfolgende notwendige Entfernung der gebildeten Schlacke mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden. Die zur Zuführung des Gases verwendeten Einrichtungen (Düsen etc.) werden erheblichen Verschleißbeanspruchungen ausgesetzt. Während der Oxidation im Anodenofen bildet sich zudem SO2-hältiges Abgas, welches gereinigt werden muss. Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, die bekannten Verfahren zur Kupferherstellung zu verbessern und insbesondere die Kosten und die Dauer der Behandlung im Anodenofen zu senken.
Diese Aufgabe wird durch ein eingangs beschriebenes Verfahren gelöst, bei welchem zumindest in einer der Stufen e) und f) ein Gas in die Schmelze eingeleitet wird, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das in den Stufen e) bzw. i) eingeleitete Gas ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Reduktionsgasen, Inertgasen und Mischungen daraus ist und dass in der Stufe g) lediglich ein Behandlungsschritt unter reduzierenden Bedingungen erfolgt.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei Zufuhr eines Reduktionsgases und /oder eines Inertgases in zumindest einer der Stufen e) und f) des Verfahrens sowohl der Sauerstoffgehalt als auch der Schwefelgehalt der Kupferschmelze so eingestellt werden können, dass der sonst notwendige erste Schritt der Behandlung im Anodenofen, d.h. die Behandlung mit oxidierendem Gas mit nachfolgender Entschlackung, entfallen kann.
Das Reduktionsgas bzw. das Inertgas kann sowohl im optionalen Schritt e), d.h. während des Nachrührens des Schmelze, als auch während des Entleerens des Konverters (Schritt f)) zugeführt werden. Wird der Konverter unmittelbar nach Abschalten der Zufuhr von Oxidationsgas im Schritt d) entleert und daher keine Nachbehandlung (Schritt e)) durchgeführt, erfolgt die Zufuhr des Reduktionsgases bzw. des Inertgases jedenfalls während der Entleerung des Konverters.
Das erfindungsgemäß in den Stufen e) bzw. f) eingesetzte Gas kann bevorzugt eine Mischung aus einem Reduktionsgas und einem Inertgas, z.B. Stickstoff, sein.
Insbesondere kann das Reduktionsgas aus der Gruppe bestehend aus CO, H2, Reformgas, CH4 sowie Mischungen daraus ausgewählt sein.
Bevorzugt wird der Sauerstoffgehalt der Schmelze vor der Stufe g), insbesondere durch das Einleiten des Reduktionsgases bzw. des Inertgases in der Stufe e) bzw. f) auf 6000 ppm oder weniger gesenkt.
Ebenfalls bevorzugt wird der Schwefelgehalt der Schmelze vor der Stufe g), insbesondere durch das Einleiten des Reduktionsgases bzw. des Inertgases in der Stufe e) bzw. f) auf 100 ppm oder weniger gesenkt. Dabei ist es besonders günstig, wenn der Verlauf der Reaktionen, insbesondere in den Stufen e) bis f), und dabei insbesondere das Erreichen der gewünschten Endgehalte an Sauerstoff bzw. Schwefel durch eine Analyse der emittierten Wellenlängen der im Abgas befindlichen Atome und/oder Moleküle kontrolliert wird.
Durch diese im folgenden als „optische Prozesskontrolle" bezeichnete Maßnahme kann das Verfahren sehr genau zur Erreichung der gewünschten Schwefel- und Sauerstoffwerte im Blisterkupfer gesteuert werden. Damit kann gewährleistet werden, dass die in den Anodenofen übergeführte Schmelze eben jene Zusammensetzung aufweist, bei welcher eine erster oxidative Behandlung entfallen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfϊndungsgemäßen Verfahrens wird auch in zumindest einer der Stufen a), b), c) und d) Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet.
Das in den Stufen a), b), c) bzw. d) zusätzlich eingeleitete Gas kann ein oxidierendes Gas oder ein Inertgas sein.
Insbesondere kann während sämtlicher Verfahrenstufen a) bis f) ununterbrochen Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet werden. Eine ununterbrochene Zufuhr von Gas ist jedenfalls dann notwendig, solange sich die entsprechenden Zufuhreinrichtungen unterhalb der Badoberfläche befinden, d.h. mit der Schmelze in Kontakt sind.
Dabei kann das in der Stufe e) bzw. f) und optional in den vorhergehenden Stufen eingeleitete Gas über eine oder mehrere von der zum Einblasen des Gases in den Stufe b) und d) verschiedene Zuführeinreichtung(en) eingeleitet werden. Diese Zuführeinrichtung kann so angeordnet sein, dass sie auch während der Schritte e) und f), insbesondere also auch während eines Herausdrehens des Konverters im Schritt f), unterhalb der Badoberfläche liegt und daher das zugeführte Gas direkt in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.
In der Folge wird diesbezüglich der Begriff „Hauptgas" für den Hauptstrom des oxidierenden Gases in Stufe b) bzw. d) und der Begriff „zusätzliches Gas" für das zusätzlich eingebrachte Gas, inkludierend das in Stufe e) bzw. f) eingebrachte Reduktionsgas bzw. Inertgas, verwendet. Die Zuführeinrichtung für das zusätzliche Gas kann bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Spülsteinen, Düsen, Doppel- oder Mehrfachmanteldüsen und Hochdrackdüsen ausgewählt sein.
Insbesondere eine Einbringung des Reduktionsgases bzw. Inertgases am Konverterboden über Hochdruckdüsen hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Die Zufuhr des zusätzlichen Gases kann über eine Gasregelstation, die sowohl Gasart als auch Gasmenge für jede der beispielsweise verwendeten Düsen separat regelt, gesteuert werden. Bevorzugt wird die Regelung der Gasmenge und Gasart anhand der oben behandelten optischen Prozesskontrolle gesteuert.
Die Menge an zusätzlichem Gas kann jeweils anhand der Zielsetzung des betreffenden Verfahrensschrittes eingestellt werden.
Bevorzugt kann die Menge und Art des jeweils zugeführten zusätzlichen Gases, besonders des erfindungsgemäß in den Stufen e) bzw. f) eingesetzten Reduktionsgases bzw. Inertgases, mittels der oben beschriebenen optischen Prozesskontrolle gesteuert werden.
Das erfmdungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Kupfer aus einem kupferhältigen Rohmaterial mit einem Nickelgehalt von weniger als 1 Gew.%.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zur pyrometallurgischen Erzeugung von Kupfer, enthaltend die Schritte
a) Chargieren eines pyrometallurgischen Gefäßes mit einer kupferhaltigen Schmelze, b) Eisenverblasen der Schmelze, wobei eine eisenhaltige Schlacke gebildet wird, c) Entfernen der Schlacke aus dem pyrometallurgischen Gefäß, d) Kupferverblasen der verbliebenen Schmelze mit einem oxidierenden Gas zur Herstellung einer Schmelze aus Blisterkupfer, e) optional Nachbehandlung der entstandenen Schmelze f) Entleeren des pyrometallurgischen Gefäßes g) Behandeln des Blisterkupfers in einem Anodenofen,
wobei zumindest in einer der Stufen e) und f) ein Gas in die Schmelze eingeleitet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das in den Stufen e) bzw. f) eingeleitete Gas ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Reduktionsgasen, Inertgasen und Mischungen daraus ist und dass in der Stufe g) lediglich ein Behandlungsschritt unter reduzierenden Bedingungen erfolgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsgas ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CO, H2, Reformgas, CH4 sowie Mischungen daraus eingesetzt wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt der Schmelze vor der Stufe g), insbesondere in der Stufe e) bzw. f) auf 6000 ppm oder weniger gesenkt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefelgehalt der Schmelze vor der Stufe g), insbesondere in der Stufe e) bzw. f) auf 100 ppm oder weniger gesenkt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Reaktionen in zumindest einer der Stufen a) bis f), insbesondere in den Stufen e) bzw. f), durch Analyse der emittierten Wellenlängen der im Abgas befindlichen Atome und/oder Moleküle kontrolliert wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch in zumindest einer der Stufen a), b), c) und d) Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während sämtlicher Verfahrenstufen a) bis f) ununterbrochen Gas in die jeweilige Schmelze eingeleitet wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Stufe e) bzw. f) und optional in den vorhergehenden Stufen eingeleitete Gas über eine von der zum Einblasen des Gases in Stufe d) verschiedene Zuführeinrichtung eingeleitet wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung aus der Gruppe bestehend aus Spülsteinen, Düsen, Doppel- oder Mehrfachmanteldüsen und Hochdruckdüsen ausgewählt ist.
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