WO2009076945A1 - Vorrichtung zur gewinnung von metallen oder metallverbindungen aus einem das metall oder die metallverbindung enthaltendem material - Google Patents

Vorrichtung zur gewinnung von metallen oder metallverbindungen aus einem das metall oder die metallverbindung enthaltendem material Download PDF

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    • F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
    • F27B3/085—Arc furnaces

Definitions

  • the invention relates to a device for recovering metals or metal compounds from a material containing the metal or the metal compound.
  • the field of application of the invention is the purification of slags from the iron and non-ferrous production and from the precious metal extraction, as well as the improvement of the metal removal in slag-based ferroalloying processes.
  • the intensive slag cleaning by means of DC technology with one or more electrodes and bottom electrode (s) and transversely directed magnetic field has already been proposed.
  • the round or rectangular electric reduction furnace is a proven standard aggregate for cleaning e.g. Copper slag.
  • a system for intensive slag cleaning therefore requires two units connected in series. This requires space, appropriate logistics, connecting gutters, a duplicate design of parts, e.g. Control or exhaust chimneys. Between the two aggregates, the slag cools and thus thermal losses. Standard oven and downstream oven could be sourced from different suppliers.
  • the object of the invention is to integrate the slag cleaning by means of DC field and magnetic field, which was hitherto provided only in a separate downstream furnace, into the known industrial object SAF (Submerged Are Furnance), and also US Pat Increasing the efficiency of classic oven technology in just one stage and with just one unit, bundling expertise in just one unit, and simplifying handling. This should make it possible to dispense with the need for two units and to reduce the electrothermal losses.
  • SAF Submerged Are Furnance
  • a device for recovering metals or metal compounds, from a metal or metal compound containing material with a furnace vessel, with a first inlet for the supply of the material, a first outlet for the discharge of exhaust gas, one or more Electrodes for melting and / or reducing the supplied
  • the medium in the oven is set in motion in such a way that in
  • the furnace vessel 3 or 6 arranged in series or on a pitch circle electrodes protrude and the furnace vessel is formed round or square.
  • the DC current flow to the bottom electrode can be generated according to an embodiment of the invention by an additional electrode, with the function of an anode, which is arranged in the region of the remaining slag tap space.
  • an additional electrode with the function of an anode, which is arranged in the region of the remaining slag tap space.
  • a transverse bulkhead separating the regions is provided between the region of the furnace vessel in which the electrodes protrude and the region in which the additional electrode projects.
  • a simplification of conventional ovens taking into account the core idea of the invention can be achieved in that, dispensing with the additional electrode, the existing electrodes can be switched to DC operation with the bottom electrode.
  • the essence of the solution according to the invention is that the basic principle of the magnetic field directed transversely to a DC current flow is integrated into the concept of a standard SAF. It achieves a consistent gradual treatment of slag depending on the metallurgical processes, the process of slag treatment is not interrupted, temperature losses are avoided, the overall system is much smaller, the electrical equipment can be bundled, the handling of the exhaust gas is easier.
  • the process of intensive slag cleaning can be specifically controlled in a furnace vessel.
  • the superimposition of the different electrical quantities can be optimally matched to one another.
  • This version includes the combination of a classic round or angular electric reduction oven (SAF), usually operated with alternating current (AC), and a DC reduction oven with anode and cathode, supplemented by a transversely to it aligned permanent or electromagnet.
  • SAF classic round or angular electric reduction oven
  • AC alternating current
  • DC DC reduction oven with anode and cathode, supplemented by a transversely to it aligned permanent or electromagnet.
  • the furnace thus combines the known electric reduction furnace and an intensive slag cleaning furnace in one unit in terms of process technology and design.
  • This per se conventional "Enforced slag cleaning furnace", which has been designated 15, usually has 3 or 6 arranged in series or on a pitch circle electrodes 1 in a round or square running furnace vessel 2.
  • the medium (slag) 14 is supplied with the energy required for reduction, melting and settling.
  • the oven is now designed in such a way that a space 16 remains in the area of the slag tap, in which at least one further electrode 4, with the function of an anode, can be arranged.
  • the furnace is designed with a bottom electrode as the cathode 5.
  • a variant of the invention provides a switchability of the classical z. B. 3-6 electrodes in conjunction with a kind of batch process.
  • the otherwise operating in the AC mode electrodes 1 would be switched to DC operation and in this case could be dispensed with the additional electrode 4.
  • the interconnection of the electrodes 1 would thus be temporarily changed to a DC operation with the bottom electrode 5. That is, either a classical reduction furnace process would be operated OR a DC furnace process was operated with 3-6 parallel connected electrodes and bottom electrode and superimposed by the magnetic field as described. In this way existing ovens could be retrofitted even easier.
  • the exhaust gases are discharged through the chimney 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen, aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Material, mit einem Ofengefäß (2), mit einem ersten Einlass für die Zuführung des Materials, einem ersten Auslass (10) zum Abführen von Abgas, eine oder mehrere Elektroden (1) zum Schmelzen und/oder Reduzieren des zugeführten Materials, die in das Ofengefäß ragen, mit einer als Kathode ausgebildeten Bodenelektrode (5), einem im Bereich des Schlackenabstichs (12) vorgesehenen, als Absetzzone dienenden Raum (16), mit einem Elektro- oder Permanentmagneten (6), der derart im Ofengefäß platziert ist, dass ein im Ofengefäß erzeugter DC Stromfluss vom Magnetfeld gekreuzt wird, sowie einem Abstich (8) zur Entnahme von dem geschmolzenen Metall oder der Metallverbindung und einem Überlauf oder Abstich (12) für die Schlacke.

Description

Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Material
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Material.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Reinigung von Schlacken aus der Eisen- und Nichteisengewinnung sowie aus der Edelmetallgewinnung, sowie die Verbesserung des Metallausbringens bei schlackenbasierten Ferrolegierungsprozessen.
Aus der EP 1 807 671 B1 ist eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Metalls aus einer das Metall enthaltenden Schlacke bekannt, mit einem ersten als Wechselstrom-Elektroofen ausgebildeten Ofen und einem zweiten als Gleichstrom- Elektroofen ausgebildeten Ofen, wobei zwischen dem ersten Ofen und dem zweiten Ofen ein Verbindungsmittel für Schmelze vorgesehen ist, so dass die Schmelze nach dem Erhitzen in dem ersten Ofen in den zweiten Ofen verbracht werden kann.
Die intensive Schlackenreinigung mittels DC - Technologie mit einer oder mehrerer Elektroden und Bodenelektrode(n) und quer gerichtetem Magnetfeld ist bereits vorgeschlagen worden. Der runde oder rechteckige Elektroreduktionsofen ist ein bewährtes Standard -Aggregat zur Reinigung von z.B. Kupferschlacken.
Nachteile:
Eine Anlage zur intensiven Schlackenreinigung erfordert demzufolge 2 hintereinander geschaltete Aggregate. Dies erfordert entsprechend Platz, eine entsprechende Logistik, verbindende Rinnen, eine doppelte Ausführung von Teilen wie z.B. Steuerung oder Abgaskaminen. Zwischen den beiden Aggregaten kommt es zur Abkühlung der Schlacke und somit zu thermischen Verlusten. Standardofen und nachgeschalteter Ofen könnten von unterschiedlichen Lieferanten bezogen werden.
Aufgabe der Erfindung ist die bislang nur in einem separaten nachgeschalteten Ofen vorgesehenen Schlackenreinigung mittels DC - Feld und Magnetfeld in das bekannte industrielle Objekt SAF (Submerged Are Furnance) zu integrieren, ferner die Effizienzsteigerung der klassischen Ofentechnologie in nur einer Stufe und nur einem Aggregat und die Bündelung der Kompetenz in nur einem Aggregat, sowie ein unkomplizierteres Handhabung. Damit soll der Verzicht auf die Notwendigkeit von zwei Aggregaten und die Reduzierung der elektrothermischen Verluste ermöglicht werden.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen, aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Material, mit einem Ofengefäß, mit einem ersten Einlass für die Zuführung des Materials, einem ersten Auslass zum Abführen von Abgas, eine oder mehrere Elektroden zum Schmelzen und/oder Reduzieren des zugeführten
Materials, die in das Ofengefäß ragen, mit einer als Kathode ausgebildeten Bodenelektrode, einem im Bereich des Schlackenabstichs vorgesehenen, als Absetzzone dienenden
Raum, mit einem Elektro- oder Permanentmagneten, der derart am Ofengefäß platziert ist, dass ein im Ofengefäß erzeugter DC Stromfluss vom Magnetfeld gekreuzt wird, so dass mittels der überlagerten Strom- und Magnetfelder und der daraus resultierenden
Kräfte, das im Ofen befindliche Medium derart in Bewegung versetzt wird, dass sich in
Kombination der Effekte eine Rührwirkung ergibt, sowie mit einem Abstich zur Entnahme von dem geschmolzenen Metall oder der
Metallverbindung und einem Überlauf oder Abstich für die Schlacke.
Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in das Ofengefäß 3 oder 6 in Reihe oder auf einem Teilkreis angeordnete Elektroden ragen und das Ofengefäß rund oder eckig ausgebildet ist.
Der DC Stromfluss zur Bodenelektrode kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung durch eine zusätzliche Elektrode, mit der Funktion einer Anode, erzeugt werden, die im Bereich des beim Schlackenabstich verbleibenden Raumes angeordnet ist. Vorzugsweise ist zwischen dem Bereich des Ofengefäßes, in den die Elektroden ragen, und dem Bereich, in den die zusätzliche Elektrode ragt, ein die Bereiche trennender Querschott vorgesehen.
Eine Vereinfachung üblicher Öfen unter Berücksichtigung der Kernidee der Erfindung lässt sich dadurch erreichen, dass unter Verzicht auf die zusätzliche Elektrode die vorhandenen Elektroden auf DC Betrieb mit der Bodenelektrode umschaltbar sind.
Der Kern der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Grundprinzip des quer zu einem DC - Stromfluss gerichteten Magnetfeldes in das Konzept eines Standard - SAF integriert wird. Man erzielt eine konsequente schrittweise Behandlung der Schlacke in Abhängigkeit der metallurgischen Prozesse, der Prozess der Schlackenbehandlung wird nicht unterbrochen, Temperaturverluste werden vermieden, die Gesamtanlage wird deutlich kleiner, die elektrische Ausrüstung kann gebündelt werden, das Handling des Abgases wird einfacher.
Hieraus ergeben sich eine Reihe von Vorteilen:
Der Prozess der intensiven Schlackenreinigung kann gezielt in einem Ofengefäß gesteuert werden.
Die Überlagerung der verschiedenen elektrischen Größen kann optimal aufeinander abgestimmt werden.
Es wird weniger Platz benötigt und
es entfällt ein Transportschritt durch den Wegfall von einem zusätzlichen Ofengefäß.
Eine Ausführung der Erfindung ist in der Figur schematisch dargestellt und soll nachfolgend beschrieben werden.
Diese Ausführung beinhaltet die Kombination eines klassischen rund oder eckig ausgeführten Elektro - Reduktionsofens (SAF), üblich mit Wechselstrom (AC) betrieben, und einem DC- Reduktionsofen mit Anode und Kathode, ergänzt um einen quer dazu ausgerichteten Dauer- oder Elektromagneten. Der Ofen vereint somit den bekannten Elektro - Reduktionsofen und einen Intensiv - Schlackenreinigungs - Ofen prozesstechnisch und ausführungsmäßig in einem Aggregat.
Dieser an sich übliche Ofen ("Enforced slag cleaning furnace"), der mit 15 bezeichnet worden ist, besitzt in der Regel 3 oder 6 in Reihe oder auf einem Teilkreis angeordnete Elektroden 1 in einem rund oder eckig ausgeführten Ofengefäß 2. Mittels dieser Elektroden, die üblicherweise im AC Betrieb arbeiten, wird dem Medium (Schlacke) 14 die zur Reduktion, zum Schmelzen und zum Absetzen erforderliche Energie zugeführt. Der Ofen wird nun im Gegensatz zu den bekannten Öfen jedoch in der Art ausgeführt, dass im Bereich des Schlackenabstichs ein Raum 16 verbleibt, in dem mindestens eine weitere Elektrode 4, mit der Funktion einer Anode, angeordnet sein kann. Außerdem wird der Ofen mit einer Bodenelektrode als Kathode 5 ausgeführt. Von dieser / diesen zusätzlichen Elektrode(n) ausgehend wird nun eine Spannung zur Bodenelektrode angelegt, so dass ein zusätzlicher Stromfluss (DC) durch das Medium entsteht. Der Kern eines Elektro- oder Permanentmagneten 6 wird nun so am Ofengefäß platziert, dass der DC Stromfluss im rechten Winkel (oder mit ähnlicher Wirkung) vom Magnetfeld gekreuzt wird. Mittels dieser überlagerten Strom- und Magnetfelder und der daraus resultierenden Kräfte (3-Finger-Regel) wird im Ofen das Medium (die Schlacke) in Bewegung versetzt, so dass sich in Kombination der Effekte eine Rührwirkung ergibt, die die Wirkung des klassischen Ofenprozesses unterstützt, indem insbesondere das Absetzen noch in der Schlacke vorhandener kleiner Metallteilchen verbessert wird.
Über das DC - System wird dabei in der Regel nur die Leistung zugeführt, die für die forcierten Prozesse erforderlich ist. Das Magnetfeld erzielt seine Wirkung auch bei geringen magnetischen Feldstärken < 100 Gauss. In Kombination aller 3 Energieeintragungsarten (AC, DC, Magnetfeld) lassen sich die einzelnen Anteile noch optimieren.
Denkbar für spezielle Prozesse sind auch Varianten mit einer zusätzlichen DC -Elektrode (Anode) im Bereich des Schlackeneinlaufs.
Während im Bereich der Anoden eine Schüttung 13 z.B. in einer Höhe gleich dem Elektrodendurchmessers und somit vergleichsweise hoch erwünscht ist, um eine Leiterplatte auf der Schlacke darzustellen (also die Anode zu vergrößern), ist diese hohe Schüttung im Bereich der üblichen Elektroden eher unerwünscht, da sie zu elektrischen Querströmen führen kann. Sollte sich zwischen diesen beiden entgegengerichteten Aspekten im Einzelfall kein Kompromiss finden lassen, so ist der Einbau eines Querschottes 7 zur Trennung der Prozessräume oberhalb des Schlackenbades ähnlich wie bei Kivcet - Öfen möglich.
Eine Variante der Erfindung stellt eine Umschaltbarkeit der klassischen z. B. 3-6 Elektroden dar in Verbindung mit einer Art Batch - Prozess. In diesem Falle würden die sonst im AC Betrieb arbeitenden Elektroden 1 auf DC Betrieb umgeschaltet werden und in diesem Fall könnte auf die zusätzliche Elektrode 4 verzichtet werden. Die Verschaltung der Elektroden 1 würde somit zeitweilig auf einen DC - Betrieb mit der Bodenelektrode 5 gewechselt werden. Das heißt, es würde entweder ein klassischer Reduktionsofenprozess betrieben ODER es würde ein DC - Ofenprozess mit 3-6 parallel geschalteten Elektroden und Bodenelektrode betrieben und dieser vom Magnetfeld überlagert, wie beschrieben. Auf diese Art ließen sich bestehende Öfen noch leichter nachrüsten.
Hinsichtlich der übrigen Bezugszeichen sei bemerkt, dass in der Zeichnung mit 8 der Abstich für das Metall bzw. die Metallverbindung bezeichnet ist, das/die sich unten im Ofengefäß unter der Schlacke 14 bei 9 angesammelt hat.
Die Abgase werden durch den Kamin 10 abgeführt.
Zum Entfernen der Schlacke 14 aus dem Ofengefäß dient der Schlackenabstich 12.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen, aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Material, mit einem Ofengefäß (2), mit einem ersten Einlass für die Zuführung des Materials, einem ersten Auslass (10) zum Abführen von Abgas, eine oder mehrere Elektroden (1) zum Schmelzen und/oder Reduzieren des zugeführten Materials, die in das Ofengefäß ragen, mit einer als Kathode ausgebildeten Bodenelektrode (5), einem im Bereich des Schlackenabstichs (12) vorgesehenen, als Absetzzone dienenden Raum (16), mit einem Elektro- oder Permanentmagneten (6), der derart am Ofengefäß platziert ist, dass ein im Ofengefäß erzeugter DC Stromfluss vom Magnetfeld gekreuzt wird, so dass mittels der überlagerten Strom- und Magnetfelder und der daraus resultierenden Kräfte, das im Ofen befindliche Medium derart in Bewegung versetzt wird, dass sich in Kombination der Effekte eine Rührwirkung ergibt, sowie mit einem Abstich (8) zur Entnahme von dem geschmolzenen Metall oder der Metallverbindung und einem Überlauf oder Abstich (12) für die Schlacke.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der DC Stromfluss zur Bodenelektrode durch eine zusätzliche Elektrode (4), mit der Funktion einer Anode, erzeugt wird, die im Bereich des Raumes (16) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei in das Ofengefäß 3 oder 6 in Reihe oder auf einem Teilkreis angeordnete Elektroden (1 ) ragen und das Ofengefäß (2) rund oder eckig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Bereich des Ofengefäßes in den die Elektroden (1) ragen und dem als Absetzzone dienenden Raum, in den gegebenenfalls die zusätzliche Elektrode (4) ragt, ein die Bereiche trennender Querschott (7) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, dass unter Verzicht auf die zusätzliche Elektrode (4) die Elektroden (1 ) auf DC Betrieb mit der Bodenelektrode (5) umschaltbar sind.
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