DE2439643A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzen edelmetallhaltigen materials und zur gewinnung der edelmetalle - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen edelipetallhaltigen Materials und zur Gewinnung der Edelmetalle.

Die vorliegende Erfindung betifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von edelmetallhaltigem Material, insbesondere von Anodenschlamm, der bei der elektrolytischen Kupferraffination anfällt, zwecks Gewinnung der Edelmetalle, wobei dem edelmetallhaltigen Material Flussmittel (Schlackenbildner) beigemengt werden, wonach das Gemisch zwecks Herbeiführens einer Metall- und einer Schlackenphase geschmolzen und die Schlacke sodann zumindest teilweise entfernt wird bevor die Schmelze einer oxydativen Behandlung unterzogen und das gereinigte Metall schließlich gesammelt wird.

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Bisher hat man für den vorgenannten Zweck einen sog. Dore-Ofen verwendet. Dieser für Handbetrieb konzipierte und deshalb verhältnismäßig kleine, flachbodige Flammofen wird chargenweise beschickt. Dieser Ofentyp weist eine relativ niedrige Ofenkammer auf, deren Wand eine Öffnung zum Einfüllen des Anodenschlammes und der Flußmittel (Schlackenbildner) und zum Ablassen der Schmelze und der Schlacke aus dem Ofen aufweist. Nachdem der untere Teil dieser Öffnung zunächst zugemauert ist, werden mit der Schaufel Anodenschlamm und Flußmittel in den Ofen eingefüllt. Als Flußmittel dienen gewöhnlich Soda und Borax.

An der Ofenkammerwand sind ferner Brenner und Luftkanäle zwecks Erhitzens des Ofenkammerinhaltes angebracht; die Ofenkammerdecke weist eine Abzugsöffnung für die Rauchgase auf. Die Brennerflammen sind schräg nach unten zuroberflache der Schmelze und der auf ihr schwimmenden Schlacke hin gerichtet,um ein gleichmäßiges Erhitzen zu erzielen. Die Ofenatmosphäre wird reduzierend einzurichten versucht, da sich dann das Metall in Form kleiner Tröpfchen von der Schlackenphase trennt, auf den Boden der Ofenkammer sinkt und dort eine Metallphase bildet. Während des Schmelzens und der Phasentrennung wird die Temperatur auf etwa 1200°C gehalten; angestrebt wird dabei eine glasartige, d.h. amorphe Schlacke.

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Zum Ablassen der Schlacke wird der obere Teil der zugemauerten Ofenöffnung durchstochen; der schmale Durchstich reicht bis zur Schmelze-Oberfläche. Das Ablassen der Schlacke wird dann beendet, wenn die Schlackenschicht genügend dünn ist, d.h< wenn in der ausfliessenden Schlacke Metalltröpfchen sichtbar werden. Danach wird auch das restliche' Mauerwerk der Öffnung entfernt,und die restliche Schlacke wird von Hand mit Hilfe eines Krähls entfernt.

Es folgt nun die Oxydations- oder Raffinationsstufe der in der Ofenkammer befindlichen Metallschmelze, wobei man auf oxydative Ofenatmosphäre übergeht und über Einblasrohre Luft oder Sauerstoff auf die Oberfläche der Schmelze bläst. Das Blasen erfolgt schäg über die Metalloberfläche hinweg. Auch in dieser Stufe erfolgt ein Abschlacken mittels Krähls, wobei zwecks Erzielens einer zäheren Schlacke Zement zugesetzt wird. Die Temperatur beträgt etwa 1100°C.

Das Schmelzen dauert insgesamt etwa zwei Tage und wird vorzugsweise so lange fortgeführt, daß auch Blei in die Metallphase übergeht. Man hat nämlich festgestellt, daß die zum Ofenboden hin fallenden Bleitröpfchen die Edelmetalle in hohem Maße von der Schlackenphase reinigen.

Die Oxydationsstufe nimmt einen weiteren Tag in Anspruch. ,Die am leichtesten oxydierenden Metalle werden hierbei zuerst oxydiert

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und gehen in die Schlackenphase über, die von der Metallphase getrennt wird; letztere wird schließlich in Formen gegossen. Von den am leichtesten oxydierenden, zusammen mit der Schlacke abgehenden Metallen sind in erster Linie Blei und Tellur zu nennen.

Dieser bereits bekannte Flammofen weist mehrere beträchtliche Mängel auf, von denen hier die folgenden angeführt seien:

- In der Ofenkammer bilden sich grosse Gasmengen, die beim Ausströmen beträchtliche Mengen an wertvollem Staub mitreis-

sen, die wiederum eine beträchtliche Umlauflast darstelle^ wenn sie aus der hinter den Ofen geschalteten Naßwasch-Venturivorrichtung zurückgeleitet werden.

- Die Anzahl der Brenner ist begrenzt, so daß ihr Wirkungsbereich so ausgedehnt wie möglich zu gestalten versucht werden muß. Aus diesem Grunde müssen die Flammen auf die Chargen-Oberfläche gerichtet werden, wobei zwischen Boden und Oberfläche eine beträchtliche Temperaturdifferenz entsteht. Da nun aber die sich am Boden der Ofenkammer ansammelnde Metallphase auf jeden Fall in geschmolzenem Zustand gehalten werden muß, muß die Oberfläche der verhältnismäßig dicken Schlackenphase stärker erhitzt werden als dies sonst erforderlich wäre, woraus natürlich erhöhte Brennstoffkosten und ein verstärkter Verschleiß der Ofenauskleidung (des Ofenfutters) resultieren. Aus

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diesem Grunde hält man die Ofenkammer auch äußerst flach, um so die Dicke der Charge zu verringern. Auf diese Weise ergibt sich jedoch eine sehr große Kontaktfähigkeit zwischen Metallschmelze und Ofenkammerboden mit der Folge, daß abnormal viel Edelmetall in die Poren und Fugen des Ofenfutters eindringt, wodurch natürlich die Edelmetallverluste erhöht werden.

- Verglichen an dir definitiven Reinmetallmenge, die lediglich etwa 10% des ursprünglichen Volumens des Beschickungsgutes ausmacht, ist der Ofen ziemlich groß. Andererseits ist aber die Ofengröße wegen der Handbedienung begrenzt, denn das Abziehen der Schlacke und das Untermischen der Flußmittel unter die Schmelze erfolgen manuell, wodurch den Dimensionen des Ofens Grenzen gesetzt sind. Die von einem solchen Ofen pro Charge, gelieferte Menge an raffiniertem Edelmetall ist somit verhältnismäßig bescheiden.

- Die Gesamtbehandlungsdauer der einzelnen Chargen ist mit etwa drei Tagen sehr lang.

- Das Arbeiten mit einer solchen Anlage bedeutet anstrengenden Dreischichtenbetrieb, und das periodische Arbeiten führt zu einem raschen Verschleiß des Ofenfutters.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen die vorangehend aufge-

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zählten Mängel beseitigt und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schmelzen und zur Gewinnung von Edelmetallen insbesondere aus Anodenschlamm, der bei der elektrolytischen Raffination von Kupfer anfällt, geschaffen werden.

Die Hauptmerkmale der Erfindung gehen aus Patentanspruch 1 hervor.

Gemäß der Erfindung wird die zum Schmelzen und Raffinieren des edelmetallhaltigen Material erforderliche Wärme induktiv durch Arbeiten mit einem Induktionsofen im Frequenzbereich von über ca. 50 Hz und unter ca.¹ 10 MHz erzeugt. Weiter besteht auch die Möglichkeit, mit zwei bezüglich der Schmelze in Reihe geschalteten Induktionsöfen zu arbeiten, wobei dann die Raffination in dem einen der öfen vorzugsweise in der Form erfolgt, daß Luft bzw. Sauerstoff unterhalb des Schmelzspiegels eingeleitet wird. Hierbei kann dann zum Schmelzen eine höhere Frequenz, z.B. 1 bis 10 MHz, und zur Raffination eine niedrigere Frequenz,900 bis 1200 Hz, verwendet werden.

Beim Arbeiten mit zwei öfen weist der erste vorzugsweise einen Siliziumkarbid-Tiegel und der zweite Ofen beispielsweise einen Keramiktiegel auf. Zwar läßt sich der Anodenschlamm auch direkt mittels hochfrequenten Induktionsstroms erhitzen, jedoch arbeitet man vorzugsweise mit einem Tiegel, der sich durch Induktionsstrom von netzüblicher Frequenz erhitzen läßt, wie z.B. mit einem Siliziumkarbid-Tiegel, von dem die Wärme dann auf den Anodenschlamm übergeht. Der SiliziumKaMsrd^TregeT. hat außerdem eine reduzieren-

de Wirkung, so daß er zum Schmelzen von Anodenschlamm gut geeignet ist. Sobald sich im Siliziumkarbid-Tiegel eine Metallphase zu bilden beginnt, wird diese auch induktiv erhitzt. Beim Arbeiten mit einem keramischen Tiegel kann der Boden des letzteren mit Metall bedeckt sein, welches induktiv erhitzt wird und dadurch den eingefüllten Schlamm zum Schmelzen bringt.

Die sich bildende Schlacke wird durch Neigen des Ofens entfernt. Dabei wird lediglich die silberarme Oberschicht der Schlacke abgeführt. Danach kann dann eine der abgeführten Schlacke entsprechende Menge Anodenschlamm nachgefüllt werden.

Nach erfolgtem Schmelzen wird die Metallphase in den zweiten Ofen gekippt. Der Tiegel des zweiten Ofens kann kleiner als der des ersten Ofens sein, da das Volumen der Metallphase nur etwa 10% des Ausgangsvolumens des behandelten Anodenschlammes beträgt. Beide Tiegel können jedoch auch gleichgroß sein, wobei dann mehrere Schmelzchargen im zweiten Ofen gesammelt werden bevor man mit der Raffination beginnt:

In diesem zweiten Ofen befindet sich vorzugsweise ein keramischer Tiegel, der durch die Wirkung des Induktionsfeides nicht erhitzt wird. Dagegen wird das im Tiegel befindliche Metall auch in einem niederfrequenten Induktionsfeld wirksam erhitzt.

Das Oxydieren kann durch Auf- bzw. Einblasen von Luff bzw.

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Sauerstoff auf bzw. unter die Schmelzeoberfläche erfolgen, wobei sich an der Oberfläche Verunreinigungen bindende Schlacke befinden kann, so daß Verunreinigungen, wie z.B. Blei und Tellur, selektiv abgeschieden und aus der Schlacke gewonnen werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bieten somit gegenüber den bisher bekannten Anlagen die folgenden Vorteile:

- Die einzigen im Schmelzofen entstehenden Gase stammen von der Schlacke, und diese Gasmengen sind, verglichen mit den Gasmengen, die beim Verbrennen von Brennstoffen unter Zufuhr von Luft bzw. Sauerstoff entstehen, sehr gering. Entsprechend gering sind auch die Flugstaubmengen.

- Der Anodenschlamm wird gleichmäßig erhitzt und geschmolzen. Die Metalltröpfchen werden auch induktiv erhitzt, so daß eine gleichmäßige Viskosität und ein gleichmäßiger Wärmeübergang erzielt werden. Der Tiegel kann zweckmäßig geformt werden, so daß zwischen der Metallphase und dem Tiegel nur eine relativ kleine Kontaktfläche besteht und der Tiegel nur wenig Platz beansprucht. Außerdem können viel höhere Temperaturen gefahren werden, und es steht eine größere Anzahl an Flußmitteln, insbesondere an Stoffen, die den Tiegelwerkstoff nicht angreifen, zur Verfügung. In der Oxydationsstufe kann Luft bzw. Sauerstoff unter die Ober-

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fläche der Schmelze geblasen werden, d.h. es kann mit einer Verunreinigung absorbierenden Schlackenschicht gearbeitet werden, und die Verunreinigungen können mit Hilfe der Schlacke selektiv entfernt werden. Auch der Wirkungsgrad des Sauerstoffes ist grosser, was sich natürlich kostensenkend auswirkt und kleinere Gasströme zur Folge hat.

- Gegenüber den bisherigen Verfahren wird mit einem viel kleineren Ofen gearbeitet,und dieser kann, außerdem kippbar konzipiert werden, wodurch ein leichteres und gleichzeitig genaueres Abscheiden der Schlacke gewährleistet wird. Zementzugaben zur Herbeiführung einer zäheren Schlackenkonsistenz sind nicht mehr erforderlich. Andererseits lassen sich nun Öfen mit viel größerem Fassungsvermögen verwenden, da die umständliche Handarbeit weitgehend entfällt und sich der Betrieb der Öfen leicht automatisieren läßt.

- Die Behandlungsdauer liegt mit ca. 1 bis 1,5 Tagen wesentlich

niedriger.

- Das Arbeiten gestaltet sich leicht und kann weitgehend automatisiert werden. Das Zumauern und Aufbrechen der Ofenöffnung und das manuelle Abziehen der Schlacke aus der Ofenkammer entfallen. Durch Arbeiten mit zwei Öfen ist auch ein kontinuierlicher Betrieb möglich, wobei sich die Kapazität leicht regulieren läßt.

Induktionsöfen wurden bereits früher zum Schmelzen von Metall

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verwendet, jedoch nicht zum Schmelzen und zur Raffination von edelmetallhaltigem Material wie zum Beispiel bei der elektrolytischen Kupferraffination anfallendem Anodenschlamm. Man war offensichtlich der Auffassung, daß das Erhitzen mit Hilfe von Ölbrennern die billigste Lösung sei, vergaß jedoch dabei die Vorteile, die das Induktionsschmelzen bietet. Bei der Behandung von edelmetallhaltigem Material ist es nämlich von erstrangiger Wichtigkeit, die WertstoffVerluste so gering wie möglich zu halten. Neben dieser Forderung kommt dem Energieverbrauch nur eine sekundäre Bedeutung zu.

Nachstehend wird die'Erfindung an Hand von Beispielen eingehender beschrieben.

Beispiel 1

Die folgenden Stoffmengen sind auf 1000 kg Anodenschlamm bezogen: 1000 kg selenfreier Anodenschlamm, der 20,7% Silber, 0,51% Gold, 21,8% Blei, 2,8% Tellur und 2,6% Kupfer enthielt, wurden zusammen mit 250 kg Soda und Borax in einen mit einem Siliziumkarbid-Tiegel ausgerüsteten Induktionsofen gefüllt. Die Temperatur wurde etwa 12 Stunden lang auf 1200°C gehalten; danach wurden 630 kg Schlackenphase, die Q27% Silber enthielt, sowie 308,3 kg Metallphase, die 66,7% Silber (Ausbeute 99,2%), 1,65% Gold, 16,9% Blei, 4,5% Kupfer und 4,8% Tellur enthielt, gewonnen.

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Die Metallphase wurde in einen zweiten Ofen gekippt, der einen keramischen Tiegel aufwies und mit Blasrohren zum Einblasen von Luft bzw. Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von ca. 30 Nm /Stunde Unterhalb der Schmelzeoberfläche ausgerüstet war. Es wurden erneut ca. 100 kg Soda und Borax zugesetzt, die als Schlackenbildner während der Oxydationsstufe dienten. Während der Oxydationsstufe wurde die Temperatur ca. 12 Stunden lang auf 1100°C gehalten.

Das Ergebnis waren ca. 70 kg Schlacke sowie 204 kg raffiniertes Edelmetall, welches 95,4% Silber (Ausbeute 95%), 2,5% Gold, 0,05% Blei, 1,5% Kupfer und 0,1% Tellur enthielt. Aus dem Metall wurden Anoden gegossen.

Beispiel 2

In der Praxis wurde wie in Beispiel 1 verfahren, jedoch diente nun zum Schmelzen ein 300-Liter-Siliziumkarbid-Tiegel, in den 1400 kg Anodenschlamm sowie 420 kg Soda und Borax - von beiden gleichviel - eingefüllt wurden. Nach dem Entfernen von etwa 90% der Schlacke blieben 400 kg unraffiniertes Metall übrig, dem erneut 1400 kg Anodenschlamm zugesetzt wurden; das Endergebnis waren insgesamt 800 kg Metall und Schlacke. Danach wurde die Schlacke abgegossen, und das Metall wurde in einen zweiten, mit einem keramischen 80-Liter-Tiegel ausgerüsteten Induktionsofen gebracht.

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Nach einer Behandlungsdauer von insgesamt 32 Stunden waren 560 kg raffiniertes Edelmetall erhalten worden.

Der aus der elektrolytischen Kupferraffination stammende Anodenschlamm wurde in Form etwa erbsengrosser Körner in den Ofen eingefüllt. Der Flugstaub wurde in einer Naßwasch-Venturivorrichtung aufgefangen und zurück in den Ofen geleitet.

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Claims (9)

Patentansprüche:

1.) Verfahren zum Schmelzen edelmetallhaltigen Materials, insbesondere von Anodenschlamm, der bei der elektrolyt!sehen Kupferraffination anfällt, zwecks Gewinnung der Edelmetalle, wobei dem edenmetallhaltigen Material Flußmittel (Schlackenbildner) beigemengt werden, wonach das Gemisch zwecks Bildung einer Metall- und einer Schlackenphase geschmolzen und die Schlacke sodann zumindest teilweise entfernt wird bevor die Schmelze eineroxydativen Behandlung unterzogen und das gereinigte Metall schliesslich gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Schmelzen und Erhitzen des edelmetallhaltigen Materials erforderliche Wärme auf induktivem Wege erzeugt wird.

2.) Verfahren nach Patenanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Erhitzen bei einer Frequenz von über ca. 50 Hz und höchstens ca. 10 MHz, vorzugsweise im Bereich von 900 bis 1200 Hz, erfolgt.

3.) Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zwecks oxydativer Behandlung der-, selben in eine zweite induktiv erhitzte Zone gebracht wird, und daß die oxydative Behandlung vorzugsweise durch Einleiten von Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigera Gas unterhalb der Oberfläche der Schlacke oder der Schmelze erfolgt.'

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4.) Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schmelzen mit einer höheren Frequenz, wie etwa 1 bis 10 MHz, und bei der oxydativen Behandlung mit einer niedrigeren Frequenz, wie etwa 900 bis 1200 Hz, gearbeitet wird.

5.) Vorrichtung zum Arbeiten nach dem in Patentanspruch 1 niedergelegten Verfahren, welche eine oder zwei in bezug auf die Schmelze in Reihe geschaltete öfen zum Schmelzen und Raffinieren des edelmetallhaltigen Materials, Einfüllvorrichtungen zum Einfüllen von edelmetallhaltigem Material und Flußmitteln (Schlackenbildnern) in den ersten Ofen, Abführvorrichtungen zum Abführen von Gas, Schlacke und reiner Schmelze aus dem Ofen bzw. aus den öfen sowie eine Transportvorrichtung zum überführen der Schmelze vom ersten Ofen in den zweiten Ofen beim Arbeiten mit zwei öfen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Ofen bzw. bei den öfen um Induktionsöfen handelt.

6.) Vorrichtung nach Patentanspruch 5, welche einen mit einem Tiegel ausgerüsteten Ofen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel aus einem sich bei relativ niedriger Frequenz erhitzenden feuerfesten Werkstoff hergestellt ist.

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7.) Vorrichtung nach Patentanspruch 5, welche zwei mit je einem Tiegel ausgerüstete öfen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel des ersten Ofens aus einem bei relativ niedriger Frequenz sich erhitzenden feuerfesten Werkstoff und der Tiegel des zweiten Ofens aus einem feuerfesten Werkstoff, zum Beispiel aus keramischem Material hergestellt ist.

8.) Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ofen kippbar ausgeführt ist, so daß die Schmelze in den zweiten Ofen gekippt werden kann, dessen Tiegel eventuell ein geringeres Fassungsvermögen als der Tiegel des ersten Ofens aufweist.

9.) Vorrichtung nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden öfen eine gemeinsame Induktionsquelle haben.

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