DE2417978B2 - Verfahren zur kontinuierlichen konvertierung von nichteisen-metallsulfidkonzentraten - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen konvertierung von nichteisen-metallsulfidkonzentratenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Konvertierung von Nichteisen-Metallsulfidkonzentraten
zu einem mindestens eisenarmen Stein, armer Schlacke und Schwefeldioxid und zur Gewinnung der
Metalle durch Aufschmelzen der Konzentrate und des Zuschlags in einem langen, liegenden, gasdicht verschlossenen
und um seine Längsachse verschwenkbaren Konverter, der im Bereich einer Stirnseite eine
Austragsöffnung für das geschmolzene Metall und im Bereich der gegenüberliegenden Stirnseite eine Austragsöffnung
für die Schlacke aufweist, durch die die Schlacke und das Produkt getrennt abgezogen werden,
und Einblasen von Sauerstoff und Hilfsgasen in die Schmelze.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum kontinuierlichen Konvertieren von Kupfer-, Nikkei-,
Kobalt- und bzw. oder Bleisulfiden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
Das kontinuierliche Schmelzen und Konvertieren
Das kontinuierliche Schmelzen und Konvertieren
so sulfidischer Mineralien unter Bildung von Stein oder Metall ist ein seit langem bekanntes Verfahren. In der
US-PS 5 96 992 aus dem Jahre 1898 ist ein Dreizonen-Schmelzverfahren bekannt, nach dem die Beschickung
aufgeschmolzen, konvertiert und die Schlacke gedrückt wird. Das beschriebene Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung von Nichteisenmetallen (im folgenden NE) aus ihren sulfidischen Erzen besteht darin, daß man die
sulfidischen Erze in einem Flammofen mit langem, schmalem und leicht geneigtem Boden kontinuierlich
aufschmilzt. Der dabei erhaltene Stein fließt kontinuierlich in einen oder in mehrere voneinander getrennte,
jedoch untereinander in Verbindung stehende und in einer Reihe am Ofenende stehende Konverter. Der
abgeflossene Stein wird in den Konvertern stufenweise
(\s und kontinuierlich zum Metall verblasen. Das Metall
wird abgezogen. Die dabei erhaltene reiche Schlacke fließt kontinuierlich im Gegenstrom zum Stein durch
den Schmelzofen. Sie verarmt dabei durch den Kontakt
mit dem zunächst relativ armen Stein. Die Schlacke fließt dann in einen abgetrennten, jedoch zugänglichen
Absetzbereich für die Schlacke am anderen Ofenende. Sie wird dort mit Holzkohle erhitzt und reduziert. Der
Stein scheidet sich dabei ab und fließt in den Ofen zurück. Die gereinigte Schlacke wird ausgetragen.
Das Konzept der autogenen Herstellung von Kupferstein aus sulfidischen Mineralien wurde im Jahre
1915 in der US-PS 11 64 653 veröffentlicht. Nach diesem Verfahren wird trockenes feinverteiltes Kupfersulfidkonzentrat
mit vorgewärmter Luft in einen Flammofen eingeblasen. Das Prinzip der Schlackenreinigung durch
Waschen und Reduktion mit Eisensulfid ist in US-PS 14 16 262 und 15 44 048 beschrieben. Danach werden
geschmolzene kupferhaltige Schlacken stufenweise durch gründliches Verrühren und Vermischen mit Pyrit
gereinigt. Es entsteht ein relativ armer Stein oder Eisen. Anschließend läßt man unter Beruhigung die Schlacke
absitzen.
In der US-PS 24 26 607 ist weiterhin eine Vorrichtung
zur Gewinnung von Metallen aus relativ reichen Schlacken beschrieben. In dieser Vorrichtung werden
Brennstoff und Luft durch Winddüsen direkt in die Schlacken eingeblasen. Die Schlacken werden dadurch
turbulent durchmischt und reduziert.
In der US-PS 35 42 350 ist ein leicht geneigter Trommelofen beschrieben, der lang genug ist, um im
wesentlichen voneinander getrennte Bereiche zum kontinuierlichen Schmelzen und Raffinieren der Metalle
zu schaffen.
Weitere Einzelheiten zur NE-Pyrometallurgie sind
ferner den Forschungsberichten des U.S. Bureau of Mines zu entnehmen, beispielsweise dem 1973 erschienenen
Forschungsbericht Nr. 7705 mit dem Titel »Autogenous Smelting of Copper Sulfide Concentrate«.
In der US-PS 26 68 107 ist ein autogenes Verfahren zum Schmelzen sulfidischer Kupfer- und Nickelkonzentrate
beschrieben. Die trocknen Sulfide werden dabei zusammen mit Sauerstoff und Zuschlag in eine gasdicht
ummantelte Kammer eingeblasen. Stein oder Metall und Schlacke werden kontinuierlich hergestellt. Der
Stein oder das Metall werden an einem Ende des Ofens ausgetragen. Die Schlacke wird am anderen Ofenende
ausgetragen. Die reiche Schlacke, die am Ofenende mit dem reichen Stein anfällt, wird im Gegenstrom zu einem
Stein- oder Metallfluß verarmt. Durch eine Herdschwelle wird die Schlackenschicht von der Steinschicht
getrennt. Gewünschtenfalls kann die Schlacke dann vor dem Austrag abschließend durch Besprühen mit
geschmolzenen Tröpfchen eines armen, eisensulfidreichen Steins abgeläutert werden. Das Ofenabgas weist
einen hohen Schwefeldioxidgehalt auf.
In den US-PS 30 04 846, 30 30 201, 30 69 254, 34 68 629, 35 16 818, 36 15 361 und 36 15 362 ist die
Konvertierung von sulfidischem Kupfer, Nickel und Blei zum Metall in Lanzenkonvertern beschrieben. Bei
diesen Konvertern wird der Sauerstoff durch abwärts gerichtete Lanzen von oben her eingeblasen. Die nicht
nur aas reinem Sauerstoff bestehenden und in ihren chemischen Zusammensetzungen genauestens überwachten
und geregelten Arbeitsgasgemische werden bei genau geregelten Temperaturen entweder auf die
Oberfläche der Schmelze aufgeblasen oder aber durch die Oberfläche hindurch direkt in die Schmelzen
cingeblasen.
Bei den in den genannten Druckschriften beschriebenen
Verfahren isi es dabei erforderlich, »zur Gewährleistung
einer leistungsfähigen und wirksamen Phnsenbe-
rührung Gas/fest/flüssig im gesamten Bad eine ausreichend starke Durchmischung herzustellen, so daß eine
wirksame Entfernung des Eisens, Schwefels und der Verunreinigungen gefördert wird«. Weiterhin wird
nachdrücklich auf »die außerordentliche Bedeutung und die Notwendigkeit in Verbindung mit der in der
Schmelze im Herd eingeführten starken Turbulenz« hingewiesen. Durch die Anwendung des Prinzips der
turbulenten Schmelze werden »die Wärmeübertragung verstärkt, die resultierende chemische Reaktionsgeschwindigkeit
erhöht, die Zusammensetzungsgradienten innerhalb jeder Phase auf ein Minimum gesenkt und
die Diffusionsschwellen zwischen der Schlacke und der sulfidischen Phase spürbar vermindert«.
In einem Aufsatz mit dem Titel »A Survey of the Thermodynamics of Copper Smelting« (Transactions
AIME, 188) wird das Schmelzen und Konvertieren gemischter Kupfer- und Eisensulfide unter Bildung von
Rohmetall und verarmter Schlacke physikochemisch analysiert. Diese Untersuchungen lassen sich dahingehend
zusammenfassen, daß »die chemischen Aktivitäten von Sauerstoff ur.d Schwefel die beiden wichtigsten
thermodynamischen Einflußgrößen dieses Kupferschmelzverfahrens sind«. Dem Aufsatz sind weiterhin
quantitative Beispiele zu entnehmen, die zeigen, daß die Herstellung von Rohmetall und verarmter Schlacke aus
Sulfidkonzentraten als ein Verfahren »fortschreitender und gesteuerter Oxidation« in einer »Folge von Stufen«
betrachtet werden kann. Die veröffentlichten thermodynamischen Berechnungen enthalten numerische Abschützungen
der Sauerstoff- und Schwefelaktivitäten beim herkömmlichen Kupferschmelzen, Kupferkonvertieren
und Schmelzraffinieren. Der Druckschrift ist weiterhin zu entnehmen, daß die für diese Verfahren
typischen Stein-Schlacken-Systeme »gewaltigen Änderungen des Sauerstoffpartialdrucks« ausgesetzt sind.
Diese Druckänderungen können einen Faktor in der Größenordnung von 10b aufweisen. Diese Änderungen
können zur Steuerung der stöchiometrischen Verhältnisse im Stein und in der Schlacke, zur Steuerung der
Betriebstemperaturen, der Magnetitbildung und der Schlackenverluste eingesetzt werden.
Weitere Druckschriften enthalten Angaben über die Sauerstoff- und Schwefelaktivitäten in Steinen und
Schlacken innerhalb breiter Konzentrations- und Temperaturbereiche in Schmelz- und Konvertierungssystemen Kupfer und Eisen enthaltender sulfidischer
Systeme.
Zur Lösung der in der Praxis auftretenden Schwierigkeiten bei der pyrometallurgischen Umwandlung vor
Sulfidkonzenitraten in Metalle im Rahmen kontinuier lieh durchgeführter Verfahren sind in jüngster Zeit eine
Reihe von Druckschriften erschienen (beispielsweise US-PS 33 26 671, 35 42 352 und 36 87 656). Keines dei
bekannten Verfahren kann jedoch die teils entscheiden den Hindernisse auf dem Weg zu einer erfolgreicher
wirtschaftlichen Verfahrensführung in toto überwinden.
In der US-PS 33 26 671 müssen bei der Verfahrens führung Beschränkungen und Komplikationen durcl
das Dreizonenkonzept in Kauf genommen werden, da in dem dort beschriebenen Herd nach einem Vcrfahrei
mit abwärts gerichteten Lanzen durchgeführt wird.
In der US-PS 35 42 352 werden der Stein und di Schlacke im Gleichstrom geführt. Der Blasbereich de
Spursteins, im dem eine hohe Sauerstoffaktivität un<
eine niedrige Eisenaktivität essentiell sind, ist der Bereich, in dem die Schlacke reduziert wird und in der
eine nicdrice Siiiierstoffaktivitiit und eine hohe Kisensu
fidaktivität essentiell sind, unmittelbar benachbart. Dieses Verfahren weist Nachteile auf, die für die zur
Zeit in der industriellen Produktion eingeführten Verfahren typisch sind. Vor allem gleicht die nach der
genannten Druckschrift verwendete Vorrichtung dem herkömmlichen Pierce-Smith-Konverter.
In der US-PS 36 87 656 ist eine verwickelte Folge halbkontinuierlicher Verfahrensschritte in einer aus
mehreren Kammern bestehenden Vorrichtung beschrieben. Das Verfahren ist im wesentlichen durch
abwärts gerichtete Lanzen gekennzeichnet.
Schließlich ist ein Verfahren bekannt, bei dem drei voneinander getrennte, jedoch miteinander in Verbindung
stehende unabhängige Öfen zum kontinuierlichen Schmelzen, Konvertieren und Schlackenreinigen verwendet
werden. Auch bei diesem Verfahren werden die abwärts gerichteten Lanzen verwendet. Auch dieses
Verfahren weist die üblichen Nachteile des Standes der Technik auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Konvertierung von
NE-Metallsulfidkonzentraten zu einem mindestens
eisenarmen Stein oder zum Metall, armer Schlacke und Schwefeldioxid und zur Gewinnung der Metalle zu
schaffen. Dieses Verfahren soll den Stand der Technik verbessern, insbesondere eine einfache wirtschaftliche
und zuverlässige Verfahrenssteuerung ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man an über die Länge des Konverters abgestuft verteilten Stellen
kontinuierlich die Sulfidkonzentrate, den Zuschlag, technischen Sauerstoff, Schwefeldioxid, Wasserdampf
und ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel aufgibt, daß man einen wesentlichen Teil des Sauerstoffs
zusammen mit einem Schutzfluid kontinuierlich durch Einblasdüsen einbläst, die in an sich bekannter Weise
unter der Oberfläche der Schmelze das feuerfeste Futter des Konverters durchdringend angeordnet sind, und daß
man die Gradienten der Temperatur, des Sauerstoffpotentials und der Metallsulfidaktivität in Richtung der
Längsachse des Konverters unter Führung durch die Durchsatzleistungen der Sulfidkonzentrate, des Sauerstoffs,
des Schwefeldioxids und der anderen Aufgaben so steuert, daß sich eine zum reichem Stein oder zum
Metall führende Konvertierung gefolgt von einer Dekonvertierung, die zu einer metallarmen Schlacke
führt, einstellen.
Gegenstand der Erfindung ist also ein kontinuierliches autogenes Mehrstufenverfahren zum Konvertieren
von NE-Sulfiden in einem hin- und herschwenkbaren, langen, leicht geneigten, abgeschlossenen, kippbaren
Ofen mit abgerundetem Querschnitt, aus dem das Rohmetall oder ein Stein mit niedrigem Eisengehalt an
einem Ende und eine verarmte Silicatschlackc und ein schwefeldioxidreiches Abgas am anderen Ende ausgetragen
werden. Die Sulfidskonzentrate, Zuschläge, technischer Sauerstoff, Schwefeldioxid, ein kohlenstoffhaltiges
Reduktionsmittel und wahlweise andere Stoffe werden an bestimmten Beschickungsslellen in Stufen in
den Ofen eingetragen, und zwar in der Weise, daß eine im Gegenstrom fließende Schmelze von Schlacke und
Stein aufrechterhalten wird. Die Schlackenrcinigung wird durch eine Dekonvertierung bewirkt. Dabei
entsteht ein relativ armer Reinigungsstein in der Schlackenschicht in situ, der anschließend von der
Schlacke durch Absetzen getrennt wird. Zumindest der Hauntantcil des technischen Sauerstoffs wird kotinuierlieh
durch Einblasdüsen in das Bad geblasen, die durch das feuerfeste Futter des Ofens hindurchragen und
deren innere Mündung unter der Oberfläche der Schmelze liegt. Vorzugsweise wird der eingeblasene
s Sauerstoff mit einem Schutzfluid umgeben. Durch das ständige Verschwenken des Konverters weht der
eingeblasene und aufsteigende Gasstrom im Bad seitlich hin und her, so daß in der Schmelze eine Turbulenz und
ein hervorragender Phasengrenzkontakt eingestellt
ίο wird. Das Abgas wird vorzugsweise im Kreis rückgeführt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein kontinuierliches autogenes Mehrstufengegenstromverfahren
zum Konvertieren von Kupfer-,
is Nickel- oder anderen NE-Sulfidkonzentratcn und
Zuschlagen zum Rohmetall oder eisenarmen Stein, verarmter Schlacke und Schwefeldioxid. Die Konvertierungsreaktion
sind abschnittsweise über die Länge eines langsam hin- und herschwenkenden langen, leicht
geneigten Ofens mit abgerundetem Querschnitt verteilt. Der Ofen weist eine einfache und symmetrische
geometrische Konfiguration auf. Das Rohmetall oder der eisenarme Stein werden am einen Ofenende
ausgetragen, während die an NE-Metall verarmte
is Schlacke am anderen Ofenende ausgetragen wird. Das
schwefeldioxidreiche Abgas wird am Schlackenaustragsende des Ofens abgezogen. Die Sulfidkonzentrate,
Zuschläge, der Sauerstoff, das Schwefeldioxid, Wasser, ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel und Eisensulfid
werden über die Länge des Ofens verteilt an genau festgelegten Zwischenpunkten stufenweise aufgegeben
Durch die stufenweise Aufgabe der Beschickung werden die für eine über die Länge des Konverters
fortschreitende Oxidation essentiellen Bedingunger eingestellt. Im Bereich des Austragsendes des Ofens füt
das Rohmetall oder den eisenarmen Stein erreicht die Sauerstoffaktivität in der Schmelze ihr Maximum. Sie
muß hoch genug sein, um einen ausreichend niedriger Resteisengehalt im NE-Metall-Produkt zu gewährtet
sten. Am Schlackenaustragsende des Ofens wird die Sauerstoffaktivität in der Schmelze durch Einblasen vor
Schwefeldioxid gemeinsam mit einem kohlenstoffhaltigen Material auf ein Minimum gebracht. Beide
Reaktionsgase reagieren mit dem Eisen(II)-oxid in dei Schlacke unter Umkehrung der Konvertierungsreaktion.
Dabei wird in situ ein reinigendes NE enthaltende! Eisensulfid gebildet.
Ein wesentlicher Anteil des technischen Sauerstoff; wird durch Düsen in den Ofen geblasen, die sich durch
su das feuerfeste Futter des Ofens hindurch in der
Ofeninnenraum erstrecken und deren öffnunger unterhalb der Oberfläche der Schmelze liegen. Währenc
des Einblasens des Sauerstoffs in die Schmelze werder die Düsenköpfe und das Futtermaterial durch glcichzei
sä tig mit dem Sauerstoff eingeblasene Schutzfluidt
geschützt. Die Schutzfluide werden entweder in Gemisch mit dem Sauerstoff oder den Sauerstoffstruh
umhüllend eingeblasen. Durch das Einblasen de schutzgasisolierten Konvertsauerstoffs von unten her ii
(χι die Schmelze hinein senkrecht nach oben gerichte
werden die Schlackenbildung, die Roststaubbildung, de Abbrand des Futters und andere Nachteile vermieder
die beim Lanzenblasen von oben her in Kauf gcnommc werden müssen. Weiterhin wird durch diese Art de
i's Einblasens eine außerordentlich praktische und einfach
Möglichkeit zur Steuerung der progressiven Konvertit rung ermöglicht. Dazu sind an sich bekannte außcro
dentlich flexible und anpassungsfähige Vorrichtungc
ίο
zur Steuerung und Regelung der chemischen und physikalischen Systembedingungen für eine leistungsfähige
Abstufung der Operationen in Richtung der Längsachse des Konverters vorgesehen.
Durch das Hin- und Herverschwenken des Konverters wehen die eingeblasenen aufsteigenden Gase durch
die Schmelze hin und her. Dadurch werden stehende und unbewegte Zonen vermieden. Die Sulfidkonzentrate
und die Zuschläge werden über die Oberfläche der Schmelze gleichmäßig verteilt. Gleichzeitig wird eine
sorgsam gesteuerte Badturbulenz aufrechterhalten. Zur wirksamen Näherung an die Gleichgewichtsscheidung
wird dadurch weiterhin ein enger Zwischenphasenkontakt gewährleistet. Außerdem wird durch die Verschwenkungen
des Ofens das Fließen des Steins gefördert, nimmt der Futterabbrand ab und wird die
Standzeit der Einblasdüsen verlängert.
Die Steuerung der Gradienten der Temperatur, des Sauerstoffpotentials und der Metallsulfidaktivität in
Richtung der Längsachse des Konverters wird in einfacher und direkter Weise dadurch bewirkt, daß man
die Durchsätze der Sulfidkonzentrate, des Sauerstoffs, des Schwefeldioxids, des Wassers, der Kohle und
gegebenenfalls der anderen Beschickungen, wie beispielsweise eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs, an
ihren verschiedenen Aufgabepunkten nach Maßgabe der gewünschten physikochemischen Reaktionsbedingungen
steuert. Dadurch wird keine mit Brennstoff gefeuerte Schmelzzone mit all ihren Nachteilen
benötigt. Das Aufschmelzen der Sulfidkonzentrate und Zuschläge erfolgt sozusagen als Begleitvorgang zur
Konvertierung. Zum Aufschmelzen wird die chemische Reaktionswärme der Konvertierung ausgenutzt. Das
Aufschmelzen der Sulfidkonzentrate und Zuschläge kann dabei zum großen Teil bereits durch eine partielle
Oxidation in der Schwebe der Sulfide in der Atmosphäre über der Schmelze erfolgen. Eine Frischzone
ist nicht erforderlich, da nur ein Rohmetall oder ein eisenarmer Stein hergestellt werden. Das nach dem
Verfahren der Erfindung erhaltene Produkt wird dann der Raffination oder direkt anderen Verarbeitungsstufen
zugeführt.
Die Erfindung erweitert die Bereiche der für den Stand der Technik charakteristischen Sauerstoff- und
Metallsulfidaktivitäten. Sie umfaßt normalerweise die gesteuerte Konvertierungsumkehr (Dekonvertierung),
soweit sie zur Verarmung der gebildeten Schlacke erforderlich ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung nach diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt in der Rückführung
des Schwefeldioxids, vorzugsweise des Ofenabgases. Das im Kreis rückgeführte Schwefeldioxid oder
Abgas dien! dem Schutz der Einblasdüsen für den Sauerstoff und des Ofenfutters. Außerdem dient es der
Steuerung der Ofentemperatur und der besseren Wärmeausnutzung. Weiterhin dient das rückgcführte
Ofenabgas der Steuerung der chemischen Reaktionen und der physikalischen Bewegung der Schmelze und der
Dekonvertierung. Während der gesamten Zeil wird dabei im Ofenabgas eine hohe Schwefeldioxidkoiizcntration
aufrechterhalten. Schwefeldioxid hai eine wesentlich höhere Wärmekapazität und eine höhere
Dichte als Stickstoff und »kontaminiert« das Ofenabgas nicht.
Das Verfahren der Erfindung wird in einer bevorzugten Vorrichtung durchgeführt. Diese Vorrichtung ist
ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
Die Vorrichtung besteht aus einem langgestreckten.
leicht geneigten, um seine Längsachse hin- und herverschwenkbaren gasdicht abgeschlossenen Ofen
mit abgerundetem Querschnitt, der etwa Eiform aufweist. Der Ofen weist an einer Seite eine Vorrichtung
zum Austrag der NE-reichen Phase und am anderen Ende eine Austragsvorrichtung für die Schlacke und
eine Abzugsöffnung für das Ofenabgas auf. Der gasdichte Abschluß des Konverters ist wichtig, um ein
unkontrolliertes Einbringen von Luft und bzw. oder ein
ίο Entweichen von Schwefeldioxid zu unterbinden. Der
Reaktor ist um weniger als 5° gegenüber der Horizontalen nach der Produktaustragsseite abwärts
geneigt. Die Sohle des Reaktors ist in der Weise abgestuft, daß an einer Seite des Ofens ein Reservoir für
is das metallreiche Produkt und an der gegenüberliegenden
Seite eine Stufe zur Abtrennung der Schlacke gebildet wird. Zur Aufgabe der Konzentrate und der
Zuschläge, wobei wahlweise auch Sauerstoff zugesetzt werden kann, sind geeignete Vorrichtungen im oberen
Bereich des Reaktors vorgesehen. Die Aufgabe der Beschickung erfolgt auf die Oberfläche der Schmelze.
Unterhalb der Oberfläche der Schmelze erstrecken sich Einblasdüsen durch das feuerfeste Ofenfutter hindurch
in das Ofeninnere hinein. Diese Einblasdüsen sind so ausgebildet, daß während des Einblasens von Sauerstoff
in das geschmolzene Metall auch ein Schutzgas eingeblasen werden kann. Durch ein solches gemeinsames
Einblasen von Schutzgas und Sauerstoff werden die Einblasdüsen selbst und das umgebende Futter ge-
schützt. Der gesamte Ofen kann langsam, beispielsweise mit ein bis sechs Umkehrungen je Minute, um einen
Winkelbereich von 20—40° verschwenkt werden. Außerdem kann der Reaktor zum Auslausch und zur
Wartung der Einblasdüsen um 75° gekippt werden. Alle
Aufgabe- und Austragsverbindungen sind so ausgebildet, daß das Verschwenken und Kippen des Ofenkörpers
nicht behindert wird. Bevorzugte Mittel zur Dosierung, Regulierung und Analyse der Beschickung
und der Austragsprodukte zur angemessenen Regelung
und Steuerung des Verfahrens sind weiter unten näher beschrieben.
Die Erfindung ist nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen an Hand eines Ausführungsbeispiels näher
beschrieben. Es zeigt
4s F i g. 1 im Längsschnitt eine schematische Darstellung
einer bevorzugten Ausführungsform eines Ofens zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt nach 2-2 in F i g. 1 und
Fig. 3 ein Partialdruck-Temperatur-Gleichgcwichts-
F i g. 2 einen Schnitt nach 2-2 in F i g. 1 und
Fig. 3 ein Partialdruck-Temperatur-Gleichgcwichts-
so diagramm für verschiedene Parameter.
Das in Fig. 1 gezeigte bevorzugte Reaktionsgefäß hat die Form eines langen, leicht geneigten Ofens A mit
abgerundetem Querschnitt, der als Herd für die Schmelze dient. Das Gefäß ist mit einem reuerfesten
ν Futter ausgekleidet. Das Futter bildet auf der Ofenunterseite
eine nach innen vorspringende Stufe 13 Weiterhin weist das Gefäß eine nach auswärts
zurückspringende Stufe 4 auf. Erforderlichenfalls kann eine Zwischenstufe ausgebildet sein. Die Ofenwände
<«> können mit Wärmeaustauschern, beispielsweise mit
einem Wasserdampfrohrsystem, mit einem Luftkühlungs-Verdampfcrrohrsystem
oder mit Wassermänteln ausgerüstet sein. Ihre Anordnung und ihr Betrieb richtet
sich nach den einzustellenden Verfahrensbedingungen.
''^ Schließlich sind Beschickungsvorrichtungen für die
festen und fluiden Aufgabcmnterialien vorgesehen. Durch die Aufgabe der sulfidischen Beschickung über
der Oberfläche der Schmelze werden eine übermäßige
Beeinträchtigung des Futters und andere Schwierigkeiten vermieden, die aus einer Beschickung unterhalb der
Oberfläche der Schmelze resultieren.
Der Ofen A ist so gelagert, daß er um seine Längsachse verschwenkt werden kann. Der Schwenk- s
winkel beträgt vorzugsweise etwa 30°. Weiterhin kann der Ofen zu Wartungszwecken, beispielsweise zur
Wartung der Einblasdüsen, um 75° um die Längsachse gekippt werden.
Während des Betriebs bilden sich, beispielsweise bei ι ο der Gewinnung von Kupfer, eine Steinschicht M, eine
Schlackenschicht 5 und eine Ansammlung von geschmolzenem Rohkupfer Cim Bad aus.
Bei der Kupfergewinnung werden Kupfersulfidkonzentrate und Sauerstoff miteinander vermischt und über ι s
verschiedene voneinander getrennte Beschickungsöffnungen in abgestuften Verhältnissen aufgegeben. Dazu
dienen vorzugsweise Zerstäuberschnecken 6. Bei dieser Aufgabe wird der geringste Sauerstoffgehalt über die
dem Gebiet der Schlackenreinigung am nächsten liegende Beschickungsöffnung zugeführt. Die Zuschläge
werden durch Beschickungsöffnungen 7 aufgegeben. Die Aufgabe erfolgt in die Atmosphäre über der
Schmelze hinein.
Durch Schwefeldioxid abgeschirmter Sauerstoff wird in den Konverter A unterhalb der Phasengrenzfläche
zwischen dem Stein und der Schlacke über mehrere Einblasdüsen 8 eingeblasen.
Die Einblasdüsen 8 erstrecken sich durch das Ofenfutter hindurch in das Gefäß hinein. Der Sauerstoff
wird über die Einblasdüsen 8 abgestuft eingeblasen, und zwar in der Weise, daß der Stein fortschreitend oxidiert
wird, während er zum Kupferaustrag fließt. Dadurch wird ein zunehmend kupferreicherer Stein und schließlich
ein Rohkupfer gebildet. Gleichzeitig fließt die gebildete Eisensilicatschlacke im Gegenstrom zur
Schlackenaustragsseite des Ofens. Das dabei entwickelte schwefeldioxidreiche Gas fließt im Gleichstrom über
der Schlacke zum Abzug 9, der mit einem Labyrinthring versehen ist.
Durch die Einblasdüse 10 werden unterhalb der Oberfläche der Schlacke, Kohle, Schwefeldioxid und
Sauerstoff in Mengen eingeblasen, die zur Einstellung stark reduzierender Bedingungen und einer starken
Badturbulenz erforderlich sind. Die dadurch bewirkte Konvertierungsumkehrreaktion (Dekonvertierung) reinigt
die Schlacke. Dabei wird in situ kupferhaltiges Eisensulfid gebildet. Gleichzeitig wird die Schlacke
vorzugsweise durch die Aufgabe von feinverteiltem Eisensulfid gewaschen. Das Eisensulfid wird dazu so
vorzugsweise in homogener, relativ großflächiger Verteilung über eine Beschickungsöffnung 11 cingerieselt.
Der Kupfergehalt der Schlacke wird dadurch weiter vermindert. Nach Durchfließen eines Beruhigungsbereiches
erreicht der Schlackenfhiß den Schlak- ss
kcnaustrag 12. Der sich absetzende arme Stein fließt im Gegenstrom zur Kupferaustragsseitc.
Während des zuvor beschriebenen Verfahrens wird der Reaktor mit drei Hin- und Herbewegungen je
Minute über einen Schwenkwinkel von 30° um seine («1
Längsachse hin- und hergeschwenkt. Durch dieses Verschwenken wird ein verbesserter Energie- und
Stoffaustausch zwischen den Phasen Gns/fliissig/fest
erzielt.
Durch das Einblasen des fehnischcn Sauerstoffs, des
<>s Schwefeldioxids und der anderen Gase während des
Hin- und Herschwenken1 des Reaktors treten diese Gase unter ständig vers:hiedenen Winkeln /ur Oberfläche
in die Schmelze ein. Sie erreichen dadurch stets wechselnde Bereiche der Schmelze. Dies führt zu
chemisch und physikalisch ausgelöster Turbulenz. Gleichzeitig fließt der kupferreiche Stein zum Kupferaustragsende
des Ofens, während die eisensilicatreiche Schlackenfraktion zum Schlackenaustragsende des
Ofens abfließt. Dadurch wird das in Längsrichtung aufgefrischte Bad kontinuierlich einem äußerst günstigen
Austauschkontakt zwischen der gasförmigen und der flüssigen bzw. zwischen den flüssigen Phasen
ausgesetzt.
Außerdem werden während des Hin- und Herschwenkens des Reaktors die sulfidischen Konzentrate
und die Zuschläge in die Atmosphäre über der Schmelze aufgegeben. Der Aufgabepunkt für die Beschickung
relativ zur Oberfläche der Schmelze ändert sich also kontinuierlich. Dadurch werden die Feststoffe der
Beschickung gleichmäßig über die Oberfläche der Schmelze verteilt. Da weiterhin die Atmosphäre über
der Schmelze eine kontinuierliche Strömung in Richtung auf das Schlackenaustragsende des Ofens aufweist,
werden die aufgegebenen Konzentrate und Zuschläge auch in Längsrichtung des Ofens mitgenommen.
Dadurch wird eine vorteilhafte Austauschberührung zwischen der gasförmigen und der festen Phase erzielt.
Auf diese Weise wird also zwischen allen beteiligten Phasen ein hervorragender Austauschkontakt erzeugt.
Im Resultat wird eine Umwandlung der aufgegebenen Konzentrate zum Rohkupfer mit einem außerordentlich
hohen Wirkungsgrad, eine außerordentlich weitgehend verarmte Schlacke und ein schwefeldioxidreiches
Ofenabgas erhalten.
Zum Einfahren des Prozesses wird das Futter durch einen durch eine öffnung 3 eingeführten Brenner
zunächst langsam auf etwa 13000C erwärmt. Dann
werden die Konzentrate aufgegeben, wobei man vorzugsweise so lange eine partielle Gasphasenkonvertierung
durchführt, bis sich ein flaches Bad aufgebaut hat. Dabei wird durch die Einblasdüsen ausreichend Gas,
vorzugsweise Schwefeldioxid, eingeblasen, um die Düsen vor dem sich aufbauenden Bad zu schützen. Nach
Erreichen eines ausreichend tiefen Bades wird auf Normalbetrieb umgeschaltet.
Alternativ dazu kann nach dem Aufheizen des Futters der Ofen mit Stein beschickt werden und anschließend
sofort der normale Betrieb aufgenommen werden.
Das Verfahren ist autogen. Die erforderliche Betriebstemperatur wird durch die exotherme Reaktion
aufrechterhalten. Die Betriebstemperatur wird dabei in einem Bereich eingestellt, bei dem das Metall und die
Schlacke ausreichend flüssig sind und hohe Reaktionsgeschwindigkeiten erzielt werden können. Vorzugsweise
liegt die Reaktionstemperatur im Bereich von ctwi 1000-165O0C.
Im Konverterbereich werden vorzugsweise stufen
weise veränderte Oxidationsbedingungen aufrechter halten. Mit anderen Worten wird also bevorzugt eil
bestimmtes Oxidationsprofil eingestellt.
Prozeßsteucrung
Die metallurgischen Prinzipien der Steuerung konti nuicrlich betriebener Konverter sind dem Fachmanr
insbesondere aber auch dem mit chargenweise betriebe nen Konvertern vertrauten Fachmann bekannt. Da
kontinuierliche Verfahren der Erfindung hietet darübe
hinaus jedoch eine Anzahl außerordentlich flexible
Operationssteuermöglichkti'.en, die zusammenwirkend zur Einstellung und Aufrechterhuliung eines stationären
Zustandes der abgestuften Konvertierung mit optimaler metallurgischer Leistung in breiten Zusammensetzungsbereichen der Sulfidkonzentrate und der Konverterpro-
duk'e eingesetzt werden. Die primäre stöchiometrische Steuerung gründet sich auf die Abmessung und
Proportionierung der Beschickungsraten insgesamt, und zwar für die sulfidischen Konzentrate, die Zuschläge
und den Sauerstoff. Diese Parameter werden so ι ο eingestellt, daß kontinuierlich ein Rohmetall oder ein
Stein mit niedrigem Eisengehalt, eine verarmte Schlakke, die praktisch das gesamte Eisen mit einem
ausreichend hohen Siliciumdioxidgehalt und anderen Flußoxiden für ein vorteilhaftes Schiackenverhalten
führt, und ein schwefeldioxidreiches Abgas mit einem nur geringen Sauerstoffüberschuß entstehen. Kurzzeitige
Schwankungen der chemischen Zusammensetzungen und des Konvertierungsverhaltens der festen Beschikkungen
oder andere Abweichungen von der stationären Proportionierung der Gesamtbeschickung werden
durch eine Anreicherung oder Verarmung der Stein- und bzw. oder Metallschicht im Konverter aufgefangen.
Diese Schichten dienen also als großes Stabilisierungsreservoir im Reaktor. Die stöchiometrische Steuerung
des Verhältnisses des insgesamt aufgegebenen Sauerstoffs zum insgesamt aufgegebenen Sulfidkonzentrat
wird durch eine Überwachung der Tiefe der Steinschicht im Reaktor erleichtert.
Die Verteilung der Sauerstoffaufgabe und der Sulfidkonztntrataufgabe über ihre jeweiligen über die
Länge des Konverters verteilten Aufgabepunkte erfolgt in der Weise, daß über die Länge des Konverters das
jeweils optimale Reaktionsbedingungsprofil eingestellt wird. Das Verhältnis von aufgegebenem Sauerstoff zu
aufgegebenem Sulfid weist im Bereich der Schlackenreinigung ein Minimum auf. Der aufgegebene Sauerstoff
liegt weit unter der zur vollständigen Konvertierung der in diesem Bereich aufgegebenen Sulfide theoretisch
erforderlichen Menge. Als Meßgröße für die erforderliehe Justierung dient das Verhältnis von Eisen(III) zum
Gesamteisen in der Schlacke. Dieses Verhältnis wird durch Probennahme und Analyse der Probe bestimmt.
Der für den jeweiligen Betrieb optimale Prozeßbereich wird in üblicher Weise durch Versuche festgelegt. Zur 4s
Konvertierung von Kupfersulfidkonzentraten bei 1300°C liegt das optimale Verhältnis Eisen(lll) zu
Gesamteisen bei 0,2 oder darüber auf der Metallaustragsseite des Ofens und erreicht 0,06 auf der Seite des
Ofens, auf der die verarmte Schlacke ausgetragen wird.
Im Bereich der Schlackenreinigung werden die Mengen an Eisensulf'd, Kohle, SO2 und O2 so justiert,
daß sich in der Schlackenschicht kontinuierlich ein armer Stein bildet. Dieser Stein enthält vorzugsweise
weniger als 20% Kupfer. Der arme Stein setzt sich unter der Schlackenschicht ab und nimmt dabei den
NE-Metallgehalt aus der Schlackenschicht mit. Auf diese Weise gelangt eine außerordentlich verarmte
Schlacke zum Austrag. Der mit der Kohle eingeblasene Sauerstoff bewirkt eine Partialverbrennung der Kohle. fco
wobei ein heißes, stark reduzierendes Gas gebildet wird. Außerdem tritt eine streng lokalisierte Erwärmung ein,
die genau auf die thermischen Erfordernisse der Dekonvertierung abgestellt ist. Die Verhältnisse der
gesamten Beschickungen im Schlackenbereich werden (l5
vorzugsweise so untereinander abgestimmt, daß das Verhältnis Eisen(lll) zu Gesamtcisen in der Schlacke so
klein wie möglich gehalten wird.
Die Temperatursteuerung kann auf die verschiedenste Weise durchgeführt werden. Vor allem kann sie
unabhängig vom Verhältnis Sauerstoff zu Sulfid erfolgen. In einfachster Weise kann sie durch Steuerung
der rückgeführten Schwefeldioxidmenge erfolgen. Eine weitere Möglichkeit zur Temperatursteuerung liegt im
Einsatz von Wasser oder in der Verwendung von Kohlenwasserstoffen als Schutzfluide statt SO2 oder in
der Veränderung der Temperatur des eingeblasenen Schwefeldioxids. Mit jedem dieser Steuerverfahren
kann die Betriebstemperatur im Reaktor über seine Gesamtlänge außerordentlich genau eingestellt werden.
Die für eine schnelle Reaktion und eine saubere Trennung erforderliche flüssige Schlacke mit hohem
Siliciumdioxidgehalt kann also durch Einstellung eines sauberen und genau gesteuerten Temperaturprofils
ohne örtliche Überhitzung und unnötige und unwirtschaftliche Beeinträchtigung des Herdfutters oder der
Einblasdüsen erzeugt werden.
Die verschiedener Produktströme werden ständig durch schnelle u.id vollautomatische Realzeitanalysen
überwacht. Außerdem wird das Temperaturprofil über die Gesamtlänge des Reaktors kontinuierlich aufgenommen.
Falls eine vollständige Fixierung des im Abgas enthaltenen Schwefels, der in diesem Fall im wesentlichen
als elementarer Schwefel vorliegt, nicht durch eine Aufgabejustierung erzielt werden kann, wird das Gas
vorzugsweise »dekonvertiert«. Diese Dekonvertierung wird in einer gesonderten Vorrichtung durchgeführt.
Dabei wird das schwefeldioxidreiche Abgas zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel und
technischem Sauerstoff in die geschmolzene verarmte Eisensilicatschlacke, die aus dem Konverter kommt.
eingeblasen. Dabei wird praktisch der gesamte im Abgas enthaltene Schwefel als flüssiges Eisensulfid
gebunden. Dieses Eisensulfid kann vergossen und zur Bereitstellung für eine spätere Verwendung sowohl des
Schwefels aus dem Abgas als auch des Eisens aus der Schlacke gelagert werden.
Ein Teil des flüssigen Eisensulfids kann in Wasser granuliert werden und zur Schlackenreinigung dem
Konverter wieder zugeführt werden. Wenn praktisch der gesamte Schwefel in dieser Form gebunden werden
soll, kann das dazu erforderliche zusätzliche Eisen durch Beschickung des Dekonvertierungsofens mit irgendeinem
beliebigen eisenhaltigen Material zur Verfügung gestellt werden. Als Eisenquelle dienen vorzugsweise
Schrott, beispielsweise verschrottete Automobile, oder Schlacken.
Die Schlacke kann selbstverständlich durch Kalkzusätze flüssig gehalten werden.
Die auf diese Weise erzielte Schwefelfixierung stellt also gewissermaßen eine Erweiterung der Schlackenreinigung
im Konverter dar. Sie kann ebenfalls in einem kontinuierlich betriebenen Ofen ähnlicher Konstruktion
unter Einblasen von Sauerstoff, Schwefeldioxid und kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel durchgeführt
werden.
Die Dekonvertierung unter Verwendung des schwefeldioxidreichen Gases kann selbstverständlich auch in
anderen Vorrichtungen durchgeführt werden, beispielsweise in den üblicherweise zur Schlackenbehandlung
verwendeten mit einem Wassermantel umkleideten Schlackeverblaseöfen, die mit Kohlepulver/Luft-Gemischen
betrieben werden. Das Abgas kann auch zu anderen Zwecken, beispielsweise zur Zinkgewinnung,
eingesetzt werden.
Physikalisch-chemische Variablen
4.
Das in Fig. 3 gezeigte Gleichgewichtsdiagramm beschreibt die Beziehungen zwischen den wichtigsten
physikochemischen Variablen für die fortschreitende kontinuierliche Kupferkonvertierung. Die Sauerstoffaktivität
ist in Einheiten log (Pw>IPu>) aufgetragen. Die
Temperatur ist in Einheiten der reziproken absoluten Temperatur (1O4Z0K) dargestellt. Die Mindestsauerstoffaktivität
zur Bildung von metallischem Kupfer aus Spurstein bei einer bestimmten Temperatur entspricht
der obersten positiv ansteigenden Linie des Diagramms. In Gegenwart einer Eisensilicatschlacke mit einer
FeO-Aktivität (a\ co) von 0,35 muß die Sauerstoffaktivität
bei einer bestimmten Temperatur unterhalb der fallenden Geraden des Diagramms bleiben, wenn die
Bildung von festem Magnetit verhindert werden soll. Die im Diagramm dargestellten Linien mit den
verschiedenen FeS-Aktivitäten als Parameter entsprechen den aufeinanderfolgenden Stadien der Konvertierung,
da die Kupferkonzentration des Steins mit abnehmender Eisensulfidkonzentration zunimmt. Die
für die armen Steine und armen Schlacken geltenden Bedingungen liegen unmittelbar über der Linie für die
FeS-Aktivitätvon 1,0.
In der Fig. 3 ist auch die Reversibilität der Konvertierung dargestellt:
FeS(Sicm) + 1.5 O2(c;;is)-»· FeOfSchlackc) + SO
2(Ga.,)
Wenn die Sauerstoffaktivität durch ein entsprechendes Reduktionsmittel unterhalb der Gleichgewichtslinie
für die Eisensulfidaktivität von 1 gehalten wird, reagiert gasförmiges Schwefeldioxid bei Atmosphärendruck mit
den Oxiden von Eisen(II), Kupfer, Nickel und Kobalt in der Schlacke unter Bildung von NE enthaltenden
Eisensulfiden, also unter Umkehr der normalen Konvertierung. Unter diesem Gesichtspunkt erscheint
der im Rahmen der Beschreibung gewählte Ausdruck »Dekonvertierung« durchaus angemessen.
Nachstehend sind einige Beispiele für Dekonvertierungen unter Verwendung kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel
und Schwefeldioxid zusammengestellt:
SO2 + FcO1Sd1U1CK- + 3 C ► Fes,*™,+ 3CO
SO2 + FeOlSchLlcU., + 3CO — - FcS,SlL-,„, + 3CO2
SO2 + Cu2O1S^01 + 3 C — - Cu2S1S,,,,,,,+ 3CO
Zur Einstellung der für die Dekonvertierung erforderlichen niedrigen Sauerstoffaktivität in der Schlacke muß
die Eisen(lll)-oxidkonzentration in der Schlacke durch Einsatz eines Reduktionsmittels weitgehend gesenkt
werden. Wenn beispielsweise bei 135O°C in der Schlacke eine Sauersto.faktivität gefordert wird, die
einem log fPr(i,/Pro) von 0,5 entspricht, also unter der
Gleichgewichtskurve für arts = 1 in Fig. 3, muß der
Eisen(lll)-Anteil des Gesamteisens in der Schlacke weniger als 6% betragen.
Eine wesentliche Leistung der Erfindung liegt also darin, daß ein Verfahren zur fortschreitenden und
gesteuerten Folge von Sauefstoffaktivitäten und Aktivitäten
der übrigen Reaktanten, d. h. also ein Verfahren zur Einstellung steuerbarer und regelbarer Aktivitätsprofile geschaffen wird. Das Sauerstoffprofil reicht also
von den hohen Sauerstoffaktivitäten, die zur Oxidation Her HauDtmasse des Eisens und des Schwefels in der
Beschickung zur Austragung eines reichen NE-Metallprodukts
als Produkt am Konverterende des Reaktors erforderlich sind, bis hin zu einem sehr niedrigen Wert
der Sauerstoffaktivität, der am Schlackenaustragsende des Reaktors erforderlich ist, an dem nur noch sehr
geringe Metallkonzentrationen enthaltende Schlacken ausgetragen werden.
Für die speziellen in der F i g. 3 dargestellten Bedingungen und für die Betriebstemperatur von etwa
ίο 1600° K (entsprechend 1327°C) beträgt der gesamte
Bereich der einzustellenden und zu regelnden Sauerstoffaktivitäten, ausgedrückt als Verhältnis CO2/CO,
von etwa 100 :1 bis hinab zu 5 :1, entsprechend einem
Sauerstoffaktivitätsbereich mit dem Faktor 400. Um
ο einen so weiten Bereich der Sauerstoffaktivjtäten in
einem kontinuierlich und praktisch im stationären Zustand betriebenen Reaktor aufrechtzuerhalten, muß
der Sauerstoff mit einem Druck eingeblasen werden, der über dem Druck liegt, der einen Verhältnis CO2/
CO = 100 entspricht. Am anderen Ende der Skala muß ein Reduktionsmittel eingeblasen werden, das das
Verhältnis C02/C0 unterhalb 5 absenken kann. Wenn also die Gesamtheit der für den Beispielsfall der
Kupferkonzentrataufbereitung erforderlichen Prozeßmaßnahmen berücksichtigt wird, erfordert die vollständige
Verwirklichung des thermodynamischen Verfahrensmodells die Aufrechterhaltung, Einstellung und
wirksame Steuerung und Regelung einer Verteilung der Sauerstoffaktivitäten über die Längsachse des Reaktors,
dessen Maximum und Minimum um den Faktor 1000 voneinander unterschieden sind.
Die rein thermodynamischen Eignung eines Gleichgewichtsmodells
ist zwar für einen pyrometallurgischen Prozeß eine unerläßliche Voraussetzung, jedoch keine
ausreichende Grundlage für die praktische kontinuierliche Durchführbarkeit desselben Verfahrens im Produktionsmaßstab.
Die Erfindung ist dementsprechend außerdem auf die stöchiometrischen und thermischen Abgleichungen
unter den miteinander in Wechselwirkung stehenden festen, flüssigen und gasförmigen Materialströme im
System gerichtet. Zur Einstellung des erforderlichen Wärme- und Materialüberganges werden entsprechende
Verweilzeiten und Flußbedingungen eingestellt.
Weiterhin sind die physikalisch-geometrischen Konfigurationen der Vorrichtung der Erfindung so angeordnet,
daß sie einer wirksamen und optimal gesteuerten und geregelten Prozeßführung entgegenkommen. Durch die
kombinierte Abstimmung dieser Maßnahmen können
so Konverter mit außerordentlich großer Kapazität eingesetzt werden, die beispielsweise in einer einzigen
Einheit für den Durchsatz mehrerer tausend Tonnen fester Beschickung pro Tag ausgelegt sind. Die für die
Einstellung der physikochemischen Prozeßparameter
ss im Spezialfall erforderlichen Daten kann der Fachmann
im Rahmen und im Umfang seiner üblichen Tätigkeit ohne unzumutbaren Aufwand der einschlägigen Literatur
der letzten 20 Jahre, beispielsweise den Veröffentlichungen der Anmelderin, entnehmen.
Spezielle Konzentrate
Die behandelten Konzentrate enthalten ausreichend
Eisen und Schwefel, um einer im wesentlichen autogenen Reaktion mit einem saucrsiofueichen Gas
('S zugänglich zu sein. Typische und bevorzugte Analysen
sind in den nachstehenden Beispielen angegeben.
Die sulfidische Beschickung kann auch als pelletisiertes
Naßkonzentrat mit beispielsweise 8% freier
Feuchtigkeit aufgegeben werden. Weiterhin ist sogar die Aufgabe eines wäßrigen Konzentratschlamms mit
beispielsweise 75% Feststoffgehalt möglich.
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft zur Gewinnung von Nickel und Kobalt aus Pentlandit-Konzentraten
eingesetzt werden. Die Konzentrate werden dabei nach der Erfindung im kontinuierlich betriebenen
Sauerstoffkonverter unter Bildung eines Steins, der einen großen Anteil des im Konzentrat enthaltenen
Nickels und Kobalts enthält, und einer Schlacke, die einen großen Anteil des Eisens enthält, sowie einem
schwefeldioxidreichen Gas umgesetzt. Das Kobalt wird aus dem ausgetragenen geschmolzenen Stein zur
getrennten Gewinnung abgetrennt. Zu diesem Zweck können die flüssigen Sulfide beispielsweise mit gasförm'igem
Chlor behandelt werden, wobei sich das leicht abtrennbare Kobaltchlorid bildet. Alternativ dazu kann
eine Lösungsmittelextraktion mit einer gemischten Salzschmelze aus Natriumchlorid und Nickelchlorid
erfolgen.
Der so gereinigte geschmolzene Stein kann dann in einem Konverter mit Windzuführung von unten her zu
metallischem Nickel oxidiert werden. Der verwendete Konverter ist vorzugsweise nichtdrehend, abgeschlossen
und kippbar. Durch gasgeschützte Winddüsen wird technischer Sauerstoff durch den Stein bzw. das Metall
von unten her, also unterhalb der Oberfläche der Schmelze, geblasen. Als Schutzgas während des
Abschlußstadiums des Frischens dienen Kohlenwasserstoffe.
Weiterhin kann die Erfindung vorteilhaft zur Behandlung von Kupfer-Nickel- oder Kupronickelkonzentraten
eingesetzt werden. Dabei wird als metallische Phase eine Kupfer-Nickel-Legierung abgezogen. Die
Legierung kann durch wäßrige Chlorierung gelöst werden. Kupfer und Nickel können dann aus dieser
Lösung durch Extraktion abgetrennt werden. Die reinen Metalle können aus den wäßrigen Extraktionsfraktionen
elektrolytisch abgeschieden werden.
Bei der Konvertierung von Bleisulfidkonzentraten zu Blei wird vorzugsweise wie folgt verfahren: Die
Bleikonzentrate verden kontinuierlich auf die Oberfläche des mit der Schlacke bedeckten Bleibades im
Konverter der Erfindung geschüttet. Der Konverter wird kontinuierlich mit technischem Sauerstoff durch
untergetauchte, fluidgeschützte Winddüsen beblasen. Dabei entsteht kontinuierlich eine praktisch zinkfreie
Bleischmelze und ein schwefeldioxidreiches Gas. Die gebildete Schlacke wird kontinuierlich durch Einblasen
eines kohlenstoffhaltigen Materials verblasen.
Dabei wird eine blei- und zinkarme Schlacke erhalten. Das im Konvertergas als Flugstaub mitgerissene Blei
kann kontinuierlich rückgeführt werden.
Eine Reihe wichtiger Merkmale der Erfindung lassen sich weiterhin vorteilhaft auf die Herstellung von
Kupfer, Nickel oder Kupronickel aus den praktisch eisenfreien Sulfiden anwenden. Dazu wird der beschriebene
nichtgedrehte, aber schwenk- und kippbare gasdichte Konverter mit der Windzuführung vom
Boden her verwendet. In die Sulfidschmelze wird unterhalb ihrer Oberfläche ein sauerstoffreiches Gas
mit einem Sauerstoffgehalt eingeblasen, der für die Aufrechterhaltung einer autogenen Konversion der
Sulfide zu den Metallen ausreicht. Das Gas wird dabei durch über dem jeweiligen Profil entsprechend verteilte,
fluidgeschützte Düsen durch das Bad geblasen. Die Düsen erstrecken sich durch das feuerfeste Futter des
Konverters hindurch und öffnen sich im unteren Teil des Konverters unterhalb der Oberfläche der Schmelze in
das Konverterinnere. Durch einen wirksamen Zwischenphasenkontakt wird im Bad eine pneumatische
Turbulenz eingestellt und aufrechterhalten. Die Gas-
durchflußleistungen werden so gesteuert, daß die Badtemperatur auf einem gleichmäßigen Sollwert
gehalten wird. Die Temperatur muß dabei so bemessen sein, daß eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit zwischen
dem Sauerstoff und dem Schwefel erzielt wird. Die
ίο Menge des umgesetzten Sauerstoffs muß etwa der zur
Umwandlung praktisch des gesamten Schwefels im Bad zu Schwefeldioxid erforderlichen stöchiometrischen
Menge entsprechen. Als Schutzfluid für die Sauerstoffeinblasdüsen dienen vorzugsweise Schwefeldioxid,
Wasser oder ein Gemisch aus Schwefeldioxid und Wasser. Dieses Schutzfluid wird bis zu einem Schwefelgehalt
im Bad von unterhalb etwa 5% eingesetzt. Anschließend kann statt dessen ein Kohlenwasserstoffgas
als Schutzfluid für den Rest des Frischens eingesetzt werden.
Gase
Unter dem Terminus »technischei Sauerstoff« wird ein Gas verstanden, das in der Regel über 90% freien
as Sauerstoff enthält. Der Einsatz eines solchen technischen
Sauerstoffs ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt. Die Verwendung eines solchen Sauerstoffs
ermöglicht die Bildung eines schwefeldioxidreichen Gases. Außerdem können höhere Betriebstemperaturen
ίο als üblich eingestellt werden. Infolge dieser Maßnahmen
werden kinetische Vorteile und Betriebsvorteile erzielt. Hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und eine gute
Regelung der Stein- und Schlackenfluidität sind möglich. Dazu ist jedoch in der beschriebenen Weise der Schutz
der aus Metall bestehenden Einblasdüsen bzw. Bodenlanzen und des umgebenden Futters vor den erhöhten
Temperaturen erforderlich. Mit einer Reihe von Konzentraten kann das autogene Verfahren auch mit
einer mit Sauerstoff angereicherten Luft durchgeführt werden. Der Sauerstoffgehalt kann dabei bis auf nur
40% absinken. Die damit erfolgende Einführung großer Stickstoffmengen in das System kann jedoch zu
unerwünschten Emissionsproblcmen führen. Das insgesamt im Reaktor der Erfindung eingestellte Sauerstoffes
niveau liegt jedoch über dem von herkömmlichen Pierce-Smith-Konvertern tolerierten Sauerstoffniveau.
Der wichtigste Nachteil dieser herkömmlichen Konverter liegt in ihrer Anfälligkeit vor einer Überoxidation
und Überheizung im Bereich der Einblasdüsen. Weiter-
so hin wird in diesen Konvertern ein nur relativ geringer Zwischenphasenkontakt erzielt. Die Temperatur- und
Sauerstoffaktivitätsverteilung lassen sich schlecht steuern.
Das im Reaktor der Erfindung erzeugte Ofenabgas enthält normalerweise auf Trockenbasis über 70%
vorzugsweise über 80%, Schwefeldioxid und praktisch keine Stickoxide. Das Konverterabgas wird durch
Dampferzeuger zur Energiegewinnung geleitet. Es wire anschließend praktisch vollständig entstaubt. Dabe
(.0 kann praktisch das gesamte aufgefangene Metall
beispielsweise Kupfer, Nickel oder Blei in den Prozet rückgeführt werden. Das in die Konvertierung eingebla
sene Schwefeldioxid isi vorzugsweise rückgeführte: Konverterabgab.
<>5 Die als Schutzfluid oder zu anderen Zweckei
zugesetzte Schwefeldioxidmenge beträgt typischerwei se etwa Null bis etwa 150 Vol.-%, bezogen au
Sauerstoff und Standardnormalbedingungen (0°C; 1 at
n41)j kann als zerstäubter Nebel in Mengen von Null
bis zu 25 Gew.-°/o. bezogen auf Sauerstoff, zugesetzt werden. Das Wasser kann dem Sauerstoffstrom, dem
Schutzgasstrom oder beiden Gasströnv.n zugemischt worden.
Schlacke
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung, insbesondere der beschriebenen
flexiblen Steuerung, ist die im Bedarfsfall einfache Herstellung von Eisen(II)-silicatschlacken bei höheren
als den herkömmlichen Temperaturen, beispielsweise bei über 13000C, und bei höheren als herkömmlichen
Siliciumdioxidgehalten, beispielsweise bei über 39% Siliciumdioxid. Dadurch können im Vergleich zum
Stand der Technik die Kupfer-, Nickel- oder '.lobaltverluste
spürbar vermindert werden. Diese Verlustverminderung wird durch die höhere Fluidität der Schlacken,
ihre geringen Dichten und ihre geringe Eisen(III)-Konzentration erzielt.
Produkte
Das Endprodukt der Aufbereitung der Kupfersulfidkonzentrate kann ein Rohmetall mit einem Kupfergehalt
von über 95% und einem Eisengehalt von weniger als 0,2%, einem Schwefelgehalt von weniger als 2% bei
einer Kupferausbeute von über 98% sein. Alternativ kann nach dem Verfahren ein Stein mit über 75%
Kupfer, weniger als 2% Eisen, Rest Schwefel und übliche Verunreinigungen erhalten werden. Die Kupferausbeute
beträgt auch dabei über 98%.
Im Fall der Nickelgewinnung kann als Endprodukt ein Rohmetal! mit über 90% Nickel, weniger als 1% Eisen,
weniger als 5% Schwefel bei einer Nickelausbeute von über 95% erhalten werden. Alternativ kann ein Stein
hergestellt werden, der über 65% Nickel, weniger als 5% Eisen und über 75% des im Ausgangsmaterial
enthaltenen Kobalts enthält. Auch im Falle dieses Steins beträgt die Nickelausbeute über 95%.
Das bei der Bleigewinnung enthaltene Endprodukt können Bleibarren mit über 95% Blei, weniger als 1 %
Eisen und weniger als 1% Schwefel bei einer Bleiausbeute von über 95% sein.
Sauerstoffinjektion
Der Sauerstoff wird unterhalb der Oberfläche der Schmelze zum Konvertieren eingeblasen. Das Einblasen
erfolgt unter Verwendung eines sauerstoffreichen Gases und unter Verwendung eines Schutzfluids. Es
wird durch die feuerfeste Ofenauskleidung hindurch eingeblasen. In bestimmten Anwendungsfällen der
Erfindung kann dieser Fluidschutz der in der FR-PS 14 50 718 beschriebenen Schutzmethodik entsprechen.
Nach diesem Verfahren wird eine Metallschmelze chargenweise durch Einblasen von Sauerstoff in die
Schmelze durch Lanzen von unten her gefrischt. Die Einblasdüsen oder Bodenlanzen erstrecken sich durch
das Konverterfutter hindurch in das Innere des Reaktionsgefäßes und öffnen sich unterhalb der
Oberfläche der Metallschmelze. Die Einblasdüsen und das umgebende Futter werden durch eine Ummantelung
des Sauerstoffstroms mit einem Schutzkohlenwasserstoff bewirkt.
Im Gegensatz wird ;m Rahmen der Erfindung zur
kontinuierlichen Konvei tierung von Sulfidkonzentraten
ein nichtbrennbares Gas, insbesondere Schwefeldioxid, als Schutzfluid verwendet. Zu Kühlzwecken kann im
Rahmen der Erfindung weiterhin feinverteiltes Wasser im zentralen Sauerstoffstrom mitgeführt werden. Auch
kann das feinverteilte Wasser dem Schutzfluid zugemischt werden. Der Sauerstoff kann aus verschiedenen
Richtungen eingeblasen werden, und zwar von einer praktisch horizontalen Einblasrichtung bis zu einer
praktisch senkrecht aufwärts gerichteten Einblasrichtung.
Als bevorzugte Ausbildung der Erfindung wurde ein kontinuierliches Verfahren aus einer integrierten
Kombination bestimmter Verfahrens- und Steuermerkmale beschrieben. Solche Kombinationen umfassen
beispielsweise ein kontinuierliches Verfahren, bei dem die metallreiche Phase und die Schlackenphase im
Gegenstrom fließen, die Schlacke und die Gasphase im Gleichstrom geführt werden, in aufeinanderfolgenden
Stuten konvertiert und die Schlacke gereinigt wird, und wobei der Reaktor hin- und hergeschwenkt wird.
Andererseits kann aber auch das Einblasen von Sauerstoff zur Schlackenreinigung unabhängig im
Rahmen anderer Verfahren angewendet werden. Für diese Verfahrensstufe wird Elementenschutz beansprucht.
Entsprechend können die Schlackenreinigung oder Dekonvertierung auch auf andere flüssige Schlacken aus
anderen Verfahren angewendet werden. Auch für diese Verfahrensstufe wird Elementenschutz beansprucht.
Im Falle von Unterkombinationen können effektive Ergebnisse auch ohne ein Hin- und Herschwenken des
Reaktors erreicht werden.
Die beschriebene Vorrichtung kann auch zum diskontinuierlichen Betrieb bei der Konvertierung von
Kupfer- oder Nickelstein oder zum Herafrischen verwendet werden. Dazu dient vorteilhafterweise ein
Konverter, bei dem vom Boden her eingeblasen wird, der nicht drehbar, aber kippbar und gasdicht verschlossen
ist. Durch fluidgeschützte Einblasdüsen wird technischer Sauerstoff direkt aufwärts oder im wesentlichen
horizontal, vorzugsweise um weniger als 10° von der Horizontalen nach unten abweichend, durch den
Stein oder das Metall unterhalb der Oberfläche der Schmelze geblasen.
Weiterhin kann die Vorrichtung zur kontinuierlichen Eisengewinnung modifiziert werden. Auch kann die
Vorrichtung zum Sauerstofffrischen von Roheisen zu Stahl verwendet werden.
Die Erfindung stellt ein einfaches, flexibles, wirtschaftliches kontinuierliches Verfahren zur Konvertierung
mit besonders emissionsgünstigem Verhalten dar. Durch die Verwendung einer einzigen Ofeneinheit wird
der Verlust an NE-Metallen im Vergleich zu herkömmlichen pyrometallurgischen Verfahren um mehr als die
Hälfte vermindert. Auch die Kosten für die Abgasaufbereitung und für die Schwefelfixierung, sei es in Form vor
Eisensulfid oder als elementarer Schwefel, liegen be weniger als 50% der für die Schwefelfixierung au;
Abgasen der nach dem Stand der Technik verwendeter Anlagen erforderlichen Kosten. Ein wichtiger Zwed
der Erfindung liegt in der maximalen Erzausbeute unte strenger Einhaltung der am jeweiligen Produktions
Standort verordneten Immisionsgrenzen. Durch dei Einsatz der Vorrichtungen und des Verfahrens de
Erfindung werden gleichzeitig die Metaliproduktionska pazität je Einheit erhöht, die Produktionskostei
gesenkt, die Ausbeute an NE-Metallinhalt des Erze
erhöht und die Umweltbelastung vermindert.
1000 metrische Tonnen pro Tag eines Kupfersulfidkonzentrats mit 28% Kupfer, 28% Eisen, 30% Schwefel,
7% Siliciumdioxid (auf Trockenbasis) und 1% Wasser werden kontinuierlich in einen Konverter der in Fig. 1
gezeigten Art aufgegeben, der bei etwa 6 m Durchmesser 36 m lang ist. Diese Beschickung wird bei etwa
133O0C in der Gasphase konvertiert. Der Zuschlag wird mit einem Durchsatz von 320 t je Tag aufgegeben. Er
enthält 78% SiO2 (auf Trockenbasis) und 5% Wasser. Technischer Sauerstoff, der zu 98% aus O2 und zu 2%
aus Argon besteht, wird in einer Menge von 280 t pro Tag eingeblasen. Sowohl die Sauerstoff- als auch die
Konzentratdurchsatzleistung werden genauestens an den verschiedenen Zerstäuberschnecken überwacht und
geregelt. Das Verhältnis des dem Konzentrat zugemischten Sauerstoffs nimmt stufenweise von einem
Minimum an der der Schlackenreinigung nächstgelegenen Beschickungsöffnung bis zu einem Maximum an der
dem Kupfererzeugungsbereich nächstgelegenen Beschickungsöffnung zu. Zu Zwecken der Temperatursteuerung
wird zusätzlich Wasser in einer Menge von 50 t pro Tag in die Konverteratmosphäre eingeführt.
Der unter diesen Bedingungen erzeugte Stein wird in geregelten Abstufungen bei etwa 13300C durch
Einblasen von 135 t pro Tag an technischem Sauerstoff und 320 t pro Tag an Schwefeldioxid als umgebendes
Schutzgas gefrischt. Der Stein wird fortschreitend und in einer geregelten Stufenfolge zu metallischem Kupfer
oxidiert. 284 t pro Tag Rohkupfer mit 98% Kupfer, 0,1 % Eisen und 1% Schwefel werden kontinuierlich ausgetragen.
Das so erhaltene Produkt enthält etwa 99% des im Sulfidkonzentrat der Beschickung dem Konverter
zugeführten Kupfers.
Die bei diesen Prozessen gebildete Schlacke wird bei etwa 1330°C durch Einblasen von 43 t pro Tag eines
Gemisches subbituminöser Kohle (Braunkohle), trockenem Schwefeldioxid und Sauerstoff im Gewichtsverhältnis
von etwa 3,5 :3 :1 gereinigt. Begleitend wird die Schlacke durch Berieselung mit Eisensulfid in einer
Menge von 25 t pro Tag gewaschen. Die Schlacke wird anschließend in einer Absetzzone beruhigt. Danach
wird sie kontinuierlich mit einem Durchsatz von 800 t pro Tag ausgetragen. Der Austragsstrom weist eine
Analyse von 0,2% Kupfer, 35% Eisen und 40% SiO2 auf. Dieses Produkt enthält praktisch das gesamte Eisen der
Sulfidkonzentrate der Beschickung. Das bei der Konvertierung gebildete Gas wird kontinuierlich mit
einer Temperatur von etwa 133O0C und mit einem
Durchsatz von 645 t pro Tag abgezogen. Die Analyse des Abgases weist auf Trockenbasis 88% SO2, 9% CO2,
2% Ar und 1 % O2 aus. Dieses Produkt enthält über 90% des mit den Sulfidkonzentraten in den Konverter
aufgegebenen Schwefels. Das Abgas ist praktisch vollständig stickoxidfrei. Das heiße Abgas wird durch
Abhitzekessel und Krafterzeugungsanlagcn geführt. Anschließend wird entstaubt, beispielsweise in elektrostatischen
Abscheidern, Rieseltürmen und bzw. oder Beutelfiltern. Geregelte Anteile des aufgefangenen
feinvertcilten Feststoffes und des gereinigten Gases werden zur Weiterverarbeitung und zur freien Verfügung
abgezweigt. Das Restmatcrial wird dem Konverter wieder zugeführt.
H L1 i s ρ i c I 2
Hin Pcniliinditkon/cntrat mil
Hin Pcniliinditkon/cntrat mil
Kobalt. 40"/(i
l5"/(i Nickel, (),b"/(i
:isen. J()% Schwefel und 10% Siliciumdioxid
wird im Konverter der Erfindung kontinuierlich zu einem Stein der über 65% Nickel, entsprechend einer
Ausbeute von über 95% des Nickels in der Beschickung, und über 75% des in der Beschickung enthaltenen
Kobalts, zu einer Schlacke, die über 95% des im Konzentrat enthaltenen Eisens enthält, und zu einem
Abgas mit über 75% SO2 auf Trockenbasis, entsprechend über 75% des mit der Beschickung aufgegebenen
Schwefels, umgesetzt. Das Kobalt wird aus dem ίο ausgetragenen geschmolzenen Stein zur gesonderten
Gewinnung abgetrennt. Es wird dabei in an sich bekannter Weise in das Chlorid überführt. Dazu können
die flüssigen Sulfide beispielsweise mit gasförmigem Chlor umgesetzt oder mit einem Lösungsmittel
is extrahiert werden. Als Extraktionsmittel dient vorzugsweise eine Schmelze eines Gemisches aus Natriumchlorid
und Nickelchlorid. Gegebenenfalls wird der so gereinigte Stein anschließend zu metallischem Nickel
gefrischt. Dazu wird ein nichtdrehbarer Konverter mit Windzuführung vom Boden her eingesetzt. Der
Konverter ist gasdicht verschlossen und kippbar. Die Winddüsen sind durch Schutzgasspülung geschützt.
Eingeblasen wird technischer Sauerstoff unterhalb der Oberfläche der Schmelze. Die eingeblasenen Gase
2s steigen durch die Stein- oder Metallschmelze aufwärts.
Als Schutzgas dient während der letzten Stadien des Frischens ein gasförmiger Kohlenwasserstoff.
Der nickelreiche Stein kann in der verschiedensten Weise weiterverarbeitet werden. Er enthält vorzugsweise
se 65% Nickel und weniger als 5% Eisen. Das Kobalt ist praktisch vollständig abgetrennt. Das aus einem solchen
Stein erhaltene Rohnickel enthält weniger als 5% Schwefel und weniger als 1% Eisen.
-^ Beispiel 3
Ein Kupfer-Nickel-Konzentrat mit 16% Kupfer, 4% Nickel, 32% Eisen, 27% Schwefel und 10% Siliciumdioxid
wird kontinuierlich in einem Sauerstoffkonverter der in den Fi g. 1 und 2 gezeigten Art behandelt. Dabei
wird (a) eine metallische Kupfer-Nickel-Legierung mit zusammen über 98% Kupfer und Nickel und zusammen
weniger als 2% Eisen und Schwefel, entsprechend einer gemeinsamen Ausbeute von Kupfer und Nickel von
über 98%, (b) eine Schlacke, die über 98% des in den Sulfidkonzentraten enthaltenen Eisens enthält, und (c)
ein Abgas erhalten, das über 80% Schwefeldioxid (auf Trockenbasis), entsprechend über 90% des in den
Sulfidkonzentraten dem Konverter zugeführten Schwefels, enthält. Nur wenn der Kupferanteil im Konzentral
über etwa 70% des kombinierten Kupfer-Nickel-Gchalts beträgt, scheidet sich eine metallische Phase au;
dem Stein ab und sinkt während der Konvertierung unter die Steinschicht ab.
ss Das erhaltene Produkt, die metallische Kupfer-Nik kel-Legierung, wird durch wäßrige Chlorierung gelöst
Die gelösten Metallchloride werden zur Trennung de: Kupfers und Nickels einer Lösungsmittelextraktiot
unterzogen. Reines Kupfer und reines Nickel werdet
<>" elektrolytisch aus den wäßrigen Extrakten abgeschieden.
Hin Bleikonzentrat mit 72% Blei, 3% Zink und 17"/ (^ Schwefel wird mit Zuschlagen kontinuierlich einer
Konverter zugeführt. Die Aufgabe erfolgt in Form vo Hleiglan/.körnchcn mit einem Durchmesser von voi
/iigswusc minclcMeiis 4,76 mm. Dadurch wird ein
24
Suspension der Beschickung in der Gasphase »der in
der Schlacke vermieden. Die Beschickung wird auf die Oberfläche der mit der Schlacke bedeckten Bleischmel-/e
geschüttet. In den Konverter wird von unten her durch fluidgeschützte Einblasdüsen Sauerstoff eingeblasen.
Als Produkt werden praktisch zinkfreie Bleibarren mit über 95% Blei und weniger als 1% Schwefel
erhalten. Bezogen auf die Beschickung beträgt die
Bleiausbeute über 95%. Das Abgas enthalt über 70% Schwefeldioxid (auf Trockenbasis), entsprechend übei
90% des mit den Konzentraten aufgegebenen Schwefels. Die erzeugte Schlacke wird kontinuierlich durch
Kohleinjektion im Konverter verblasen. Dabei werdet Blei und Zink gewonnen. Das aus dein Abgasslaut
abgeschiedene Blei wird dem Konverter wiede zugeführt.
I lier/u 2 IMall '/
Claims (22)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Konvertierung von NE-Metallsulfidkonzentraten in eine flüssige
NE-metallreiche Phase und eine Schlackenphase in einem länglichen, liegenden und um seine Längsachse
schwenkbaren Konverter unter einer SO2-enthaltenden
Gasatmosphäre, wobei Konzentrat und Zuschläge auf die Schmelze chargiert werden,
oxydierende Gase in die Schmelze eingeblasen werden, die NE-metallreiche Phase, die Schlackenphase
und die Abgase voneinander getrennt aus dem Konverter ausgetragen werden, die Schlackenphase
vor dem Austrag aus dem Konverter zur Verringening des NE-Metallgehaltes einer Reinigung unterworfen
wird und die Beschickungsmenge in Abhängigkeit von der Menge der oxydierenden Gase
geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß sulfidische Konzentrate von Kupfer, Nickel, Kobalt und Blei oder deren Mischungen eingesetzt
werden, die NE-metallreiche Phase und eine NE-metallarme Schlackenphase an entgegengesetztem
Ende des Konverters ausgetragen und die Phasen im Gegenstrom zueinander in im wesentlichen
kontinuierlich schichtförmigen Strömen zu den Auslaßenden fließen. Sauerstoff in solchen Gaskonzentrationen
und Mengen in den Konverter eingeblasen wird, daß der Prozeß autogen abläuft, mindestens ein Teil des Sauerstoffs durch eine
Mehrzahl von unabhängig voneinander gesteuerten und über eine beträchtliche Länge des Konverters
verteilten Düsen in die Schmelze von unten eingeblasen wird, die feste Beschickung durch eine
Mehrzahl von unabhängig voneinander gesteuerten und über eine beträchtliche Länge des Konverters
verteilten Beschickungsvorrichtungen stufenweise in den Konverter chargiert wird, der Gradient der
Sauerstoffaktivität in der Schmelze durch Wahl der Lagen und Steuerung der Mengen des eingeführten
Sauerstoffs und festen Materials so eingestellt wird, daß er von einem Maximum für die Erzeugung von
NE-metallreichem und eisenarmen Material an dessen Auslaßende in fortschreitender Folge bis zu
einem Minimum für die Erzeugung von NE-metallarmer Schlackenphase an deren Auslaßende abnimmt,
mit dem Sauerstoff gasförmige und/oder flüssige Schutzmedien in gesteuerten Mengen zum
Schutz der Düsen und der umgebenden Auskleidung und zur Hilfe für die Steuerung der Prozeßtemperatür
in die Schmelze eingeblasen wird, und die in die Schmelze eingeblasenen Gasmengen so geregelt
werden, daß eine für einen guten Stoffaustausch ausreichende Turbulenz im Bad entsteht, ohne daß
die schichtförmigo Strömung der Phasen und der Gradient der Sauerstoffaktivität im wesentlichen
gestört wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff mit einer Konzentration
von mindestens 40 Vol.-% in die Schmelze eingeblasen wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß trockenes, feinkörniges
Sulfidkonzentrat mit einem Teil der für den Prozeß erforderlicher, und für eine Schwebeoxydation
ausreichenden Menge Sauerstoff in die Atmosphäre des Konverters über der Oberfläche der
Schmelze eingeblasen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens etwa zwei Drittel der
Menge des erforderliche;) Sauerstoffs mit dem Sulfidkonzentrat eingeblasen werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schlackenphase vor dem
Austrag aus dem Konverter von unten nach oben ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel, SO2 und
Sauerstoff, in solchen Mengen geblasen wird, daß stark reduzierende Bedingungen und eine geregelte
Turbulenz zur Bildung von Metallsulfiden in situ in der Schlackenphase entstehen und die Metallsulfide
aus der Schlackenphase ausgeschieden werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter gegen das
Eindringen von Falschluft abgedichtet, zum Austragende der NE-metallreichen Phase hin leicht abfallend
geneigt ausgebildet ist und langsam und kontinuierlich um die Längsachse geschaukelt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzmedium
SO2 enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Prozeß erzeugtes SO2 als Schutzgas
rezirkuliert wird.
■}. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schutzmedium die eingeblasenen Sauerstoffströme umgibt und das Schutzmedium
SO2 und/oder Wasser und/oder Kohlenwasserstoffe enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Prozeß SO2 zur Schlackenreinigung
rezirkuliert wird.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die aus dem
Konverter ausgetragene Schlacke in einem separaten Behälter im flüssigen Zustand im Prozeß
erzeugtes SO2, ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel und Sauerstoff eingeblasen und der Schwefel
des eingeblasenen SO2 als Eisensulfid gebunden wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer-Nickel-Konzentrate unter Erzeugung einer Kupfer-Nickel-Legierung
als NE-metallreiche Phase behandelt werden, die Legierung durch Chlorierung in wäßriger
Phase gelöst wird, und die gelösten Metallchloride einer weiteren Behandlung zur Trennung von
Kupfer und Nickel unterworfen werden.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer-, Nickel- und
Kupfer-Nickel-Kobalt-Konzentrate mit Zuschlagstoffen in solchen Mengen in den Konverter
chargiert werden, daß eine Schlacke mit einem Siliziumdioxid-Gehalt von über etwa 39% anfällt
und die Temperatur der Schlacke über etwa 1300° C gehalten wird.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß Blei-Konzentrate unter Erzeugung eines im wesentlichen zinkfreien
Werkbleis verarbeitet werden, die Schlacke kontinuierlich im Konverter unter Einblasen von kohlenstoffhaltigem
Material verblasen wird, in der verblasenen Schlacke auf dem Weg zu ihrem Äusiragseiide Metallsulfide durch Einblasen entsprechender
Mengen von kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln, SO2 und Sauerstoff von unten nach
oben erzeugt werden, die Metallsulfide von der
Schlacke abgetrennt werden und in den Abgasen des Konverters ausgetragene bleihaltige Steife kontinuierlich
in dem Konverter rezirkulier! werden.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1, bestehend aus einem länglichen, leicht geneigt liegend angeordneten Konverter mit
abgerundetem Querschnitt, Beschickungsöffnungen für das feste Material und oxydierende Gase, die
Auskleidung des Konverters durchdringende und unter der Oberfläche der Schmelze mündende
Einblasvorrichttingen, einem Boden zur Aufnahme eines Bades einer metallreichen Schmelze mindestens
über einen Teil der Länge des Konverters und einer Schlackenphase über die gesamte Länge des
Konverters, Auslassen für eine metallreiche Phase, Schlacke und Abgasen, dadurch gekennzeichnet, daß
der Konverter mit Dichtungen gegen Falschlufteintritt ausgestattet ist, die Auslässe für die metallreiche
Phase und die Schlackenphase entgegengesetzt an den Enden des Konverters angeordnet sind, die
unter der Oberfläche der Schmelze mündenden Einblasvorrichtungen über eine beträchtliche Länge
des Konverters verteilt angeordnet und mindestens einige der Einblasvorrichtungen mit unabhängig
voneinander regulierbaren Einleitungsvorrichtungen für gleichzeitigen Einleitung von Sauerstoff und
gasförmigen oder flüssigen Schutzmedien ausgestattet sind, und mehrere unabhängig voneinander
regulierbare Beschickungsvorrichtungen für festes Material über eine beträchtliche Länge des Konverters
verteilt angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter mit Vorrichtungen
für eine langsame schaukelnde Bewegung um die Längsachse ausgestattet ist.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der in
die Schmelze mündenden Einblasvorrichtungen mit unabhängig voneinander regulierbaren Einleitungsvorrichtungen für die gleichzeitige Einleitung von
kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel. Sauerstoff und SO2 in variablen Verhältnissen ausgestattet ist.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der
Beschickungsvorrichtungen für die festen Materialien auf der Decke des Konverters verteilt
angeordnet und mit unabhängig voneinander regulierbaren Vorrichtungen zum Eindüsen von Gemischen
aus Konzentraten und Sauerstoff in variablen Verhältnissen in die Atmosphäre über dem geschmolzenen
Bad im Konverter ausgestattet sind.
19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Konverters zur Trennung von metallreicher Phase
und Schlackenphase gestuft ausgebildet ist.
20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe für die
Abgase und die Schlacke an demselben Ende des Konverters angeordnet sind.
21. Verfahren zur pyrometallurgischen Herstellung von metallischem Kupfer, Kupfer-Nickel oder
Kobalt-Nickel aus ihren Sulfiden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem kippbaren, feuerfest ausgekleideten
und gegen Falschluftzufuhr abgedichteten Konverter ein geschmolzenes im wesentlichen
eisenfreies Sulfidbad hergestellt wird, in das Bad von unten durch mehrere Düsen Sauerstoff in solchen
Gaskonzentrationen und Mengen eingeblasen wird, daß für hohe Reaktionsgeschwindigkeiten erforderliche
Badtemperaturen erzielt werden bis die Gesamtmenge des mit dem ßad reagierten Sauerstoffs
etwa der stöchiometrischen Menge entspricht, die zur Umsetzung etwa des gesamten in dem Bad
vorhandenen Schwefels in SO2 entspricht, SO2 als
Schutzgas durch die Düsen und den Sauerstoff umgebend in solchen Mengen geregelt eingeblasen
wird, die zum Schutz der Düsen und der umgebenden feuerfesten Auskleidung ausreichen, bis der
Schwefelgehalt des Bades auf unter 5% gesenkt ist, und dann an Stelle von SO2 ein Kohlenwasserstoffgas
eingeblasen wird.
22. Verfahren zur Gewinnung von NE-Metallsulfiden
aus NE-Metalle enthaltenden Schlacken, dadurch gekennzeichnet, daß in einem kippbaren,
feuerfest ausgekleideten und gegen Falschluftzufuhr abgedichteten Gefäß ein NE-Metall enthaltendes
Schlackenbad hergestellt wird, in das Bad von unten ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel, SO2 und
Sauerstoff in solchen Mengen eingeleitet wird, daß stark reduzierende Verhältnisse und kontrollierte
Turbulenz zur Erzeugung von Metallsulfiden in situ eingestellt werden, und die Metallsulfide von der
Schlacke abgetrennt werden.
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