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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erschmelzen von Metallen aus oxydischen Nichteisenmetallerzen bzw. -konzentraten, insbesondere Buntmetallerzen bzw. -konzentraten.
Derartige oxydische Nichteisenmetallerze können in körniger und stückiger Form anfallen, werden aber in der Regel aus sulfidischen Erzen durch oxydierendes Rösten erzeugt. Im Falle der Röstprozesse entstehen grosse Mengen an Schwefeldioxyd, welche einer gesonderten Aufarbeitung unterworfen werden müssen, beispielsweise zu Schwefelsäure verarbeitet werden können. Die pyrometallurgische Behandlung stückiger oxydischer Ausgangsmaterialien wurde bisher in der Regel in Niederschachtöfen vorgenommen, in welchen Blister- bzw. Schwarzkupfer erzeugt wurde. Das bei reduzierenden Bedingungen in einem Niederschachtofen gebildete Gas besteht in der Regel aus Stickstoff, Kohlendioxyd und verschiedenen Schwefelverbindungen wie SO.,, H, S, COS und CS.,.
Der CO- Gehalt derartiger Abgase ist in den meisten Fällen relativ niedrig, so dass ein Abgas mit geringem Heizwert erzielt wird. Oxydische Buntmetallerze sind in der Regel wesentlich leichter zu reduzieren als oxydische Eisenerze.
In der US-PS Nr. 3, 948, 639 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erschmelzen von sulfidischen Erzen bzw. Konzentraten beschrieben, in welchen die aus dem Schmelzofen austretenden Gase zusammen mit dem sulfidischen Erz oder Konzentrat einer Vorbehandlungszone zugeführt werden, von wo die abgekühlten Gase zur Gewinnung von Schwefel und dem vorbehandelten sulfidi- schen Erz oder Konzentrat dem oberen Ende der Reaktionszone des Schmelzofens zugeführt werden.
Die FR-PS Nr. 2. 128. 053 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen, insbesondere Nickel, aus Erzen, in welchen die Seigerung des Metalls in einem Wirbelbett durch Verbrennung mit Luft und einem wasserstoffarmen Brennstoff, wie Koks, erfolgt.
Für die Reduktion von Eisenerzen unter Verwendung von billigen Brennstoffen wurde bereits vorgeschlagen, Eisenerz nach einer Vorreduktion in Form von Eisenschwamm unmittelbar einem Eisenschmelzvergaser aufzugeben, in welchem eine Kohlewirbelschicht mit relativ minderwertiger Einsatzkohle gebildet wird, um Restoxyde abzubauen und die nötige Schmelzwärme aufzubringen. Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese bekannte Technologie dahingehend weiterzubilden, dass sie besonders vorteilhaft auch für Nichteisenmetallerze, insbesondere Buntmetallerze, eingesetzt werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass die Erze bzw.
Konzentrate in stückiger und/oder körniger Form in einem Einschmelzvergaser in ein Kohlewirbelbett eingebracht werden. Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist somit, dass das in der Regel feinkörnig bis staubförmig vorliegende Erz entsprechend agglomeriert wird, was beispielsweise durch Pelletieren, Brikettieren oder Sintern erfolgen kann. Mit derartigen Ausgangsmaterialien lässt sich eine dem jeweiligen Erz und unterschiedlichen Konzentrationen und Zusammensetzungen leicht anpassbare Verfahrenssteuerung verwirklichen, wobei vorzugsweise die Korngrösse der aufzubringenden Erze bzw. Konzentrate zwischen 1 und 50 mm, vorzugsweise 3 bis 30 mm, gewählt wird.
Gegenüber der bekannten Verfahrensweise bei Eisenerzen kann somit hier unmittelbar das oxydische Material in den Einschmelzvergaser eingebracht werden, und auf Grund der Kohlewirbelschicht lässt sich durch Steuerung der Luft- bzw. Sauerstoff- und Kohlezufuhr rasch eine Anpassung an das jeweilige zu reduzierende Erz erzielen. Die Verwendung eines Einschmelzvergasers im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens erlaubt es auch, vor den Einschmelzvergaser einen Reduktionsschacht oder ein anderes Reduktionsaggregat (Drehrohrofen) zu schalten, welchem unmittelbar ein Teil der Abgase des Einschmelzvergasers zugeführt werden kann. Zum Unterschied von den bekannten Einrichtungen entsteht im Einschmelzvergaser ein stark reduzierendes Gas, welches einen hohen Heizwert aufweist und daher in hohem Masse für eine Vorreduktion geeignet ist.
Darüber hinaus hat der Einschmelzvergaser auf Grund der steuerbaren Bedingungen seiner Ofenatmosphäre die Möglichkeiten, Schwefeldioxyd zu elementarem Schwefel zu reduzieren und auf die Art und Weise eine Gewinnung von Schwefel durch Kondensieren aus den Abgasen zu ermöglichen.
In vorteilhafter Weise wird die Korngrösse der Kohle in der Kohlewirbelschicht zwischen 1 und 50 mm, vorzugsweise 1 bis 25 mm, gewählt.
In vorteilhafter Weise werden die oxydischen Erze vor der Aufgabe in der Kohlewirbelschicht
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körnigem Erz muss jedoch beim Rösten eine Agglomeration erfolgen.
Die im Wirbelbett erzeugten heissen Gase und die Kohlepartikeln treten beim Durchgang der stückigen Erze durch das Wirbelbett mit den Metalloxyden in Reaktion, wobei das Metalloxyd sich mit Kohlenstoff bzw. Kohlenmonoxyd zu Metall, Kohlenmonoxyd bzw. Kohlendioxyd umsetzt. Auf
Grund der im Wirbelbett erzielbaren hohen Temperaturen lässt sich das Gleichgewicht im Sinn der
Gleichung CO, + C = 2 CO in Richtung der Erzeugung von Kohlenmonoxyd verschieben, wodurch ein reduzierendes Abgas erzielt wird. In vorteilhafter Weise wird hiebei die Kohlewirbelschicht auf Temperaturen zwischen 1200 und 1800oC, vorzugsweise zwischen 1300 und 1700 C, gehalten, wodurch ein sicheres Niederschmelzen der meisten interessierenden Buntmetalle gewährleistet ist.
Das Verfahren ist hiebei in erster Linie für die Gewinnung von Kupfer-, Blei-, Zink-, Nickel-,
Kobalt- und Zinnerzen sowie deren komplexen Verbindungen geeignet, wobei ein Teil der niedrig siedenden bzw. niedrig flüchtigen Elemente über die Gasphase ausgetragen werden kann.
Zur Verbesserung der Energiebilanz wird in vorteilhafter Weise ein Teil des aus dem Einschmelzvergaser abgezogenen Reduktionsgases zur Vorreduktion und Aufwärmung der Rohstoffe herangezogen. Die Regelbarkeit der Temperatur des Kohlewirbelbettes ergibt sich hiebei insbesondere durch geregeltes Einblasen von Heissluft und/oder Sauerstoff in der Düsenebene des Einschmelzvergasers.
Die Reaktionsgase des Einschmelzvergasers, welche in der Regel noch einen hohen Heizwert aufweisen, können in einem Heisszyklon gereinigt werden.
Für den Fall, dass das oxydische Ausgangsmaterial durch einen oxydierenden Röstprozess aus ursprünglich sulfidischen Erzen gewonnen wurde, erlaubt die erfindungsgemässe Verfahrensführung das Einbringen der Röstgase gemeinsam mit den oxydischen Erzen in den Einschmelzvergaser, wobei die entstandenen S02 -haltigen Gase in Kontakt mit der reduzierenden Atmosphäre und dem Kohlenstoff des Einschmelzvergasers zu elementarem Schwefel reduziert werden. Analog ist es aber auch möglich, die Röstgase den Reaktionsabgasen des Einschmelzvergasers beizumengen, da auf Grund der hohen Temperatur der Reaktionsabgase auch hier noch die gewünschte Umsetzung zu elementarem Schwefel gegeben ist.
Das Kohlefliessbett im Einschmelzvergaser wird in bevorzugter Weise mit Kohle in einem Korngrössenbereich von 1 bis 20 mm kontinuierlich beschickt. Die Kohle wird hiebei durch die im Vergaser herrschenden hohen Temperaturen schlagartig getrocknet und entgast, wobei sie verkokt. Die Entgasungsprodukte setzen sich mit Kohlenstoff zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoffgas um, welches sich mit dem aus dem Wirbelbett austretenden Kohlenmonoxydgas vermischt und aus dem Vergaser abgezogen wird. Der Grossteil der verkokten Kohleteilchen bildet die Wirbelschicht aus. Eine geringe Menge Feinstkoks wird mit dem Gas ausgetragen. Im unteren Bereich des Einschmelzvergasers und über Düsen wird das Verbrennungsmittel in die Wirbelschicht eingeblasen.
In der Düsenebene des Wirbelbettes herrscht in der Regel eine höhere Temperatur als im übrigen Wirbelbett, wobei der glühende Feinkoks aus dem Wirbelbett mit dem Sauerstoff zu C02 verbrennt. Die Flammentemperaturen können deutlich über 2000 C liegen. Die Wirbelschicht wird neben dem Stickstoff aus dem Heisswind von Kohlenmonoxydgas durchströmt, welches durch die Umsetzung des von den Düsen entstehenden CO mit C entsteht. Dabei gibt das Gas einen Teil seiner Wärme in die Kokspartikeln ab und heizt dadurch das Wirbelbett auf. In der Regel wird mit einer Wirbelbetthöhe von etwa 2 bis 4 m gearbeitet, wobei das Wirbelbett eine heftig bewegte Schicht aus glühendem Feinkoks darstellt, in welcher Temperaturen zwischen 1400 bis 17000C herrschen.
Die oxydischen Nichteisenmetallerze werden unmittelbar in den Kopf eines Einschmelzvergasers chargiert und sinken durch das Wirbelbett durch, wobei sie reduziert und aufgeschmolzen werden. An der Grenzfläche zwischen Koksbett und Schlackenbad kommt es zu einer Homogenisierung der flüssigen und teigigen Komponenten, wobei aus Erz, Kohlenasche und gegebenenfalls Zuschlägen eine Schlacke entsteht. Die entstehenden Metalltropfen nehmen beim Durchgang durch die Schlacke noch weitere Wärme auf. Oxydische Erze können sowohl durch den heissen Koks als auch durch das aufsteigende Gas unter Kohlenmonoxyd bzw. Kohlendioxydbildung reduziert werden.
Eine derartige Reduktion ist allerdings nur bei den leichter reduzierbaren Erzen, insbesondere bestimmten Nichteisenmetallerzen und Buntmetallerzen, möglich, da bei Eisenerz der Energieaufwand für eine derartige Reduktion zu hoch wäre.
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Das Gas, welches an der Oberfläche der Wirbelschicht austritt, liefert zum einen die Wärme für die Verkokungsarbeit des in die Wirbelschicht einzubringenden Kohlenstoffträgers. Bei der Entgasung kommt es zu einer Erwärmung der Kohle sowie zu einer Verdampfung des Wassers und Austreibung der flüchtigen Bestandteile sowie deren Umsetzung zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff. Das hochwertige Heizgas verlässt zusammen mit den Reaktionsgasen den Einschmelzvergaser. Üblicherweise liegt die Gaszusammensetzung je nach Anteil der flüchtigen Kohlenbestandteile zwischen 50
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Im besonderen Fall der Kupfererze ergibt sich im Vergleich zur Eisenpyrometallurgie der Vorteil, dass die Verhüttung geringere Schmelztemperaturen und einen geringeren Energieaufwand erfordert.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels einer für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Anlage näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit-l-ein Wirbelschichtröstofen bezeichnet, in welchen z. B. körniges Erz und Zuschläge eingebracht werden. Im Falle des Vorliegens von rein oxydischen Erzen, wie dies selten der Fall sein wird, genügt es, in diesem Aggregat eine Vorwärmung der zu chargierenden Materialien vorzunehmen. Im Falle von sulfidischen Erzen erfolgt hier eine Oxydation unter Bildung von SO 2-haltigen Röstgasen, welche aus dem Wirbelschichtröstofen ausgebracht oder aber gemeinsam mit dem Röstkonzentrat über eine Leitung --2-- und entsprechende Fördereinrichtungen - 3 und 4-- in einen Einschmelzvergaser --5-- eingetragen werden können. Der Vergaserkopf des Einschmelzvergasers --5-- ist mit --7-- bezeichnet.
Im Einschmelzvergaser --5-- wird über eine Leitung --6-- Kohle eingebracht, wobei relativ billige Kohle zum Einsatz gelangen kann. Im unteren Bereich des Einschmelzvergasers wird eine stabile Kohlewirbelschicht --8-- aufgebaut, wobei Heissluft bzw. Sauerstoff über Düsen --9-- in den Einschmelzvergaser eingeblasen werden. Nahe dem Boden des Einschmelzvergasers ist eine Abstichöffnung --10-- vorgesehen, über welche Metall und Schlacke abgezogen werden können. Die reduzierenden Reaktorgase des Einschmelzvergasers werden über eine Leitung --11-- abgezogen und es können aus dem Wirbelschichtröstofen abgezogene schwefeldioxydhaltige Gase in diese Abgasleitung über eine Leitung --12-- zugeführt werden.
Die Abgase aus dem Einschmelzvergaser haben noch eine hinreichend hohe Temperatur und tragen in der Regel auf Grund des Feinkornanteils bzw. Staubanteils aus der Kohlenstoffwirbelschicht auch noch genügende Mengen Kohlenstoffs mit sich, um eine Umsetzung von SO 2 zu elementarem Schwefel zu ermöglichen. Das Reaktorabgas wird einem Heisszyklon --13-- zugeführt, in welchem es von Feststoffen gereinigt wird, wobei der über die Leitung --14-- abgezogene Staub entweder gemeinsam mit der Kohle dem Einschmelzvergaser --5-- oder aber dem Röstgut zugemengt werden kann.
Das gereinigte Abgas enthält in der Regel Kohlenstoff, Schwefel, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Stickstoff, COS, CS,, H, S und geringe Mengen an SO,. Eine Rückgewinnung von Schwefel aus diesen Gasen ist durch Kondensation und Behandlung in einer Clauss-Anlage möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Erschmelzen von Metallen aus oxydischen Nichteisenmetallerzen bzw. -kon- zentraten, insbesondere Buntmetallerzen bzw. -konzentraten, dadurch gekennzeichnet, dass die Erze bzw. Konzentrate in stückiger und/oder körniger Form in einem Einschmelzvergaser in ein Kohlewirbelbett eingebracht werden.