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Dokumentenidentifikation DE3140260C2 03.09.1987
Titel Verfahren zum Senken der Metallverluste bei eisenfreien Schmelzen
Anmelder Queneau, Paul Etienne, Cornish Flat, N.H., US;
Schuhmann jun., Reinhardt, West La Fayette, Ind., US
Erfinder Queneau, Paul Etienne, Cornish Flat, N.H., US;
Schuhmann jun., Reinhardt, West La Fayette, Ind., US
Vertreter Boehmert, A., Dipl.-Ing.; Hoormann, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., 2800 Bremen; Goddar, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 8000 München; Stahlberg, W.; Kuntze, W., Rechtsanw., 2800 Bremen
DE-Anmeldedatum 10.10.1981
DE-Aktenzeichen 3140260
Offenlegungstag 03.06.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.09.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.09.1987
IPC-Hauptklasse C22B 5/02
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Metall-Schmelze aus eisenfreies Metall enthaltenden Sulfid-Mineral-Konzentraten in einem horizontal angeordneten Ofen vorgestellt, bei dem kleine Sulfid-Teilchen von dem Konzentrat getrennt, kompaktiert und in den Ofen zusammen mit dem restlichen Konzentrat eingegeben werden, wobei ein geschmolzenes eisensulfidreiches Konzentrat benachbart der Eingabestelle für das Sulfid-Mineral-Konzentrat auf die Schlacke gesprüht wird und ein metallisches, eisenreiches Material, das Kohlenstoff oder Silizium enthält, auf die Schlacke an einer Stelle aufgesprüht wird, die benachbart der Eingabestelle für das eisensulfidreiche Konzentrat und entfernt der Schlacken-Entnahmestelle des Ofens angeordnet ist, so daß eine hoch angereicherte, eisenfreie Metall-Schmelze erzeugt wird und der Verlust von eisenfreien Metallen verhindert wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein gattungsgemäßes Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine Reihe von wirtschaftlichen Verfahren zum Schmelzen von Kupfer- und Nickel-Sulfid-Konzentraten sind in den vergangenen 30 Jahren entwickelt worden. Beispiele sind unter den Namen Inco-, Mitsubishi-, Noranda- und Outokumpu-Verfahren bekannt. In der Literatur finden sich detaillierte Beschreibungen dieser Verfahren, z. B. in Extractive Metallurgy of Copper, Metallurgical Society A.I.M.E., 1976, Vol. 1. Diese Verfahren haben neben ihren vielfältigen Vorteilen aber den Nachteil, daß in den Ofenschlacken bedeutende Anteile an wertvollen Elementen und in den Ofen-Abgasen hohe Anteile an problematischen, ultrafeinen Konzentrat-Teilchen enthalten sind. Weiterhin werden neben Kupfer, Nickel, Kobalt und dem toxischen Arsen wertvolle, flüchtige Metalle und metallartige Nebenelemente häufig in den Abgasen abgegeben, z. B. Antimon, Wismut, Cadmium, Germanium, Indium, Blei, Quecksilber, Molybdän, Osmium, Rhenium, Selen, Tellur, Zinn und Zink. Die Ofen-Schmelze enthält ebenfalls diese Verunreinigungen, doch wird ein großer Bruchteil davon in Form der Konverter-Schlacke zum Ofen rückgeführt oder elektrostatisch ausgefällt. Diese Elemente sind in der Ofen-Schlacke entweder in Lösung als homogene Mischung oder als heterogene Mischung von in der Schlakkengrundmasse suspendierten Schlackenteilchen enthalten. Externe Schlackenreinigungsverfahren, z. B. Schlacken-Flotation oder elektrische Ofenbehandlung, werden häufig eingesetzt, um die Verluste an wertvollen Materialien in der Ofen-Schlacke zu verhindern. Externe Staubreinigungssysteme, z. B. elektrostatische Ausfäller, Filter oder Naßabschneider, werden häufig eingesetzt, um die Verluste in den Ofen-Abgasen zu senken. Solche Installationen sind auch erforderlich um das Entweichen von toxischen Elementen, z. B. Arsen, Cadmium, Blei und Quecksilber, in die Umgebung zu verhindern. Es sollte weiterhin festgehalten werden, daß der Staub der Abgase auch für die Dampferhitzer schädlich sein kann, die üblicherweise zur Wärmerückgewinnung aus dem Abgas eingesetzt werden.

Es ist auch wohlbekannt, daß bei herkömmlichen Kupfer- und Nickel-Strahlungsöfen sehr hohe Kosten für die fossilen Brennstoffe anfallen. Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Öfen ist der unerwünscht niedrige Schwefeldioxidanteil der staubhaltigen Ofenabgase, die unerwünscht geringe Konzentration wertvoller Metalle in der Ofenschmelze sowie der sehr große Anteil von wertvollen Metallen an der Ofenschlacke.

In der DE-OS 29 51 745 ist ein Verfahren zum Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen von Sulfid-Konzentraten beschrieben, bei dem eine Mischung von nicht-eisenhaltigem, metallhaltigem, sulfidischem Mineralkonzentrat mittels vertikal angeordneter Brenner als paraboloidförmige Suspensionen in die eingeschlossene, heiße Schwefeldioxidatmosphäre des Horizontalofens injiziert wird. Dabei ist ggf. vorgesehen, Kohle als Reduktionsmittel zuzusetzen. Diese bekannte Kombination von Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen und Reduktionsmittel ist insofern nachteilig, da Kohle sehr leicht ist und stets auf der Oberfläche der Schmelze schwimmt. Dementsprechend kann sie nicht wirkungsvoll zur Reduktion der Schlacke beitragen. Darüber hinaus sieht das bekannte Verfahren keinerlei Vorsichtsmaßnahmen gegen den Verlust von Ultrafeinteilchen vor, die nicht nur die Entstaubungsanlagen bzw. die Umwelt belasten, sondern auch wertvolles Metall mit sich führen, das auf diese Weise verloren geht.

In der DE-OS 21 56 041 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen und Windfrischen von Kupferkonzentraten offenbart, bei dem die Schmelz- und Windfrischreaktionen in einer einzigen Reaktionszone durchgeführt werden, das aber zur Durchführung des gattungsgemäßen Schmelzverfahrens nicht geeignet ist.

In der Zeitschrift Erzmetall 33 (1980), Nr. 7/8, Seiten 371-377 ist ein Verfahren zur pyrometallurgischen Gewinnung von Kupferfeinstein aus sulfidischem Konzentrat beschrieben, bei dem die Feinteilchen aus dem Ofenabgas gefiltert und dem Ofen wieder zugeführt werden. Diese Feinteilchen sind aber bereits oxidiert und können daher bei einer Rückführung in den Ofen nicht als Reduktionsmittel eingesetzt werden. Darüber hinaus werden die abgetrennten Feinteilchen bei dieser bekannten Verfahrensführung sehr wahrscheinlich zum größten Teil nach der Eingabe in den Ofen wieder mit den Ofenabgasen fortgerissen.

Aus der US-PS 41 62 915 schließlich ist ein Stufenverfahren zur Behandlung von Blei-Kupfer-Schwefel-Chargen bekannt, bei dem die Feinanteile der Charge zusammen mit Stäuben aus den Abgasen pelletisiert und zusammen mit der Charge dem Ofen zugeführt werden. Zum einen ist bei diesen bekannten Verfahren die Reduktionsfähigkeit der Pellets durch die Zugabe von bereits oxidierten Staubteilchen herabgesetzt, zum anderen werden die bereits erwähnten Nachteile der bekannten Verfahren durch diese Maßnahme noch nicht in befriedigender Weise überwunden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen von Steinschmelzen zur Verfügung zu stellen, welches eine effektive und kostengünstige Entlastung der Abgase von Stäuben ermöglicht und gleichzeitig eine metallärmere Schlacke und einen metallreicheren Metallstein herzustellen erlaubt.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

In den Unteransprüchen 2-5 sind Ausbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 angegeben.

Erfindungsgemäß wird also die Notwendigkeit externer Schlacken-Reinigungsverfahren zum Senken der Verluste dadurch umgangen, daß in einem Sauerstoff- Flammofen das Sauerstoff-Potential der durch mehrere Haupt-Konzentrat-Brenner erzeugten Schlacke gesenkt wird, indem sie der Reihe nach mit Reduktionsmitteln wachsender Stärke behandelt wird. Diese Brenner arbeiten bei erhöhten Temperaturen und produzieren eine Schmelze mit hohem Sauerstoff-Potential. Viele der oben aufgelisteten Elemente werden verflüchtigt, verlassen den Ofen als Dampf oder Rauch im Abgas und werden deshalb zum Großteil nicht durch die Ofenschlacke oder die Schmelze eingefangen.

Die genannten, in ihrer Stärke anwachsenden Reduktionsmittel können geschmolzene, ultrafeine Konzentrat-Teilchen sein, gefolgt von geschmolzenen, eisensulfidreichen Konzentraten, an welche sich wiederum metallische eisenreiche Materialien anschließen.

Die genannten ultrafeinen Teilchen - kurz Mikroteilchen - haben vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als 5 µm; sie bestehen aus einem feinen Bruch des Haupt-Konzentrats und können leicht beim Trokkenprozeß abgetrennt werden. Dieses Material kann über der Schlacke in flüssiger Form nach dem Schmelzen in einem geeigneten Brenner mit fossilen Brennstoffen und sauerstoffreichem Gas verteilt werden. Die Schlacke wird sodann mit eisenhaltigem Sulfid-Konzentrat besprüht, welches mittels eines Sauerstoff-Sprüh-Brenners unter Verwendung von Kohle geschmolzen wurde. Die abschließende Reduzierung, beispielsweise zur Kobalt-Rückgewinnung, kann dadurch erreicht werden, daß metallische, eisenhaltige Partikel auf die Schlacke aufgesprüht werden, die vorzugsweise Kohlenstoff und/oder Silizium enthalten.

Die Haupt-Einspeisungsbrenner werden bei erhöhten Flammtemperaturen betrieben, wobei ein vorzüglicher Oberflächenkontakt und eine gute Mischung erfolgt. Es wird eine Schmelze mit großer Oberfläche und hohem Sauerstoff-Potential erzeugt. Die Sulfide eines Großteils der oben aufgeführten Elemente werden leicht verflüchtigt ebenso wie Sulfide, Metall- oder Oxiddämpfe oder -rauch und erscheinen deshalb im Abgas, werden also nicht in der Ofen-Schlacke oder in der Schmelze gefangen.

Die Abgas-Teilchen, die z. B. Kupfer, Nickel oder Kobalt enthalten und die Abgas-Rauche bzw. kondensierten Dämpfe, die z. B. Arsen, Wismut, Cadmium, Blei, Molybdän und Zink enthalten, werden gesammelt und hydrometallurgisch extrahiert. Ihr Kupfer-, Nickel- und Kobaltanteil kann, falls erwünscht, zum Schmelz-Ofen rückgeführt werden.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhang der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Horizontal-Ofens, wie er für das erfindungsgemäße Verfahren eingeführt wird, mit bevorzugten Anordnungen zum Einspritzen verschiedener fester und gasförmiger Substanzen und Einrichtungen zum Entnehmen verschiedener Produkte, wobei die Schlakke und die Schmelze in entgegengesetzter Richtung strömen, während die Strömungsrichtung der Schlacke und des Gases übereinstimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist als ein verbessertes Flamm-Schmelzen (flash-smelting) von eisenfreien, metallhaltigen Mineral-Sulfiden in einem Horizontal-Ofen zu bezeichnen, durch welches der Verlust von wertvollen Elementen in den Ofenprodukten gesenkt wird. Ein besonderes Flamm-Schmelzverfahren, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, ist beispielsweise in der DE-OS 29 51 745 beschrieben.

Das vorliegende Verfahren ist insbesondere einsetzbar bei der Umwandlung von Kupfer-, Nickel- und Kobaltferro-Sulfid-Konzentraten, d. h. bei Konzentraten, die reich an Mineralien sind wie z. B. Bornit, Chalkozit (Kupferglanz), Chalkopyrit, Carrollyt, Pentlandit (Eisennickelkies), Linneit (Kobaltkies), Pyrit (Eisenkies) oder Pyrrhotin (Magnetkies), in hochwertige Schmelze, saubere Schlacke und saubere Abgase.

Die Mineralien dieser Gruppe enthaltenden Konzentrate werden zusammen mit Flußmittel und sauerstoffreichem Gas in eine heiße, eingeschlossene, schwefeldioxidreiche Atmosphäre in einem Horizontal-Ofen eingeführt, der eine geschmolzene Schmelze enthält, auf der eine Schlacken-Schicht schwimmt, wobei die Schichten (Schmelze und Schlacke) an entgegengesetzten Endabschnitten des Ofens entnommen werden. Diese Sulfid-Konzentrate werden mittels Sauerstoff-Sprüh- Brennern in die eingeschlossene, heiße, schwefeldioxidreiche Atmosphäre eingegeben und mischen und reagieren wirkungsvoll mit dem sauerstoffreichen Gas aufgrund der großen Kontaktfläche bei hohen Temperaturen, bevor sie mit der geschmolzenen Schlacke im Horizontal-Ofen in Berührung kommen. Der Ausdruck "sauerstoffreiches Gas" wird hierbei für Gase verwendet, die einen Anteil von 33% oder mehr Sauerstoff enthalten, wobei es sich auch um Sauerstoff aus Flaschen handeln kann, welcher eine Reinheit von etwa 80 bis 99,5% hat.

Im Sprüh-Brenner wird in dessen Paraboloid ein sehr schneller Temperaturanstieg erreicht, da eine besonders feine Dispersion von Metall-Sulfid-Teilchen in dem sauerstoffreichen Träger-Gas gegeben ist. Die resultierende, extrem große Reaktions-Kontaktfläche bedingt eine optimale Ausnützung der hohen Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktion zwischen Ferro-Sulfiden und Sauerstoff unter Bildung von Ferro-Oxiden und Schwefeldioxid. Weiterhin wird jegliche Grenzschicht-Hemmung des Massentransportes bei dieser Reaktion dadurch minimiert, daß am Ausgang des Sprüh-Brenners gemischt und gereinigt wird. Die Flammen-Temperatur im oberen Abschnitt des Paraboloids übersteigt deshalb 1450°C. Als Folge werden die eingespeisten Sulfid-Mineral-Teilchen geradezu augenblicklich in diskrete flüssige Tröpfchen verwandelt, wobei die Temperaturen ausreichen, um den Großteil der enthaltenen Elemente mit größeren Dampfdrücken im Elementar-, Sulfid- oder Oxidzustand zu verdampfen.

Unter diesen Elementen befinden sich insbesondere Arsen, Wismut, Cadmium, Blei, Molybdän und Zink bzw. deren Verbindungen. Befinden sich diese Stoffe in den Sulfid-Konzentraten in geringen aber wesentlichen Mengen, so erscheinen über 75% dieser leichtflüchtigen Substanzen als Dampf oder Rauch in den Ofenabgasen, wo sie mittels herkömmlicher Einrichtungen rückgewonnen werden können, beispielsweise mittels elektrostatischer Ausfüllung oder Naßabscheidern. Auch ist eine hydrometallurgische Extraktion und Isolation möglich. Auf diese Weise wird ihre Lösung bzw. Reaktion mit dem Ferro-Silikat oder den Metall-Sulfiden des Ofens minimiert, was angesichts der Schwierigkeiten und Kosten ihrer nachfolgenden Entfernung und Isolation, beispielsweise von der metallischen Phase, höchst wünschenswert ist.

Im unteren Abschnitt des Paraboloids hat das System einen Großteil seiner Radial-Geschwindigkeit verloren, so daß das gut durchmischte Teilchensubstrat relativ langsam auf die Schlackenoberfläche absinkt. Die Strömungszeiten sind in diesem Abschnitt um eine Größenordnung länger als in dem oberen Abschnitt, so daß ein ausgezeichneter Wärme-Transport zwischen den Gas-, Flüssig- und Festphasen der Dispersion erzielt wird. Zusätzlich dazu, daß zusätzliche Zeit für die Verflüchtigung von Verunreinigungen gegeben wird, senken sich die eisenhaltigen, oxidreichen und siliziumreichen Teilchen langsam bei Temperaturen oberhalb 1300°C auf die Schlackenoberfläche und reagieren wirksam in dem Bad, um die erwünschte schnelle Produktion von Ferro-Silikat zu bewirken. Eisentrioxidreiche und eisenmonosulfidreiche Teilchen reagieren zur erwünschten effektiven Reduktion des Magnetits zu Eisenmonoxid, mit gleichzeitiger Oxidation von Eisenmonosulfid zu Eisenmonoxid und Schwefeldioxid. Insgesamt sichert dieses Verfahren, daß die Ofen-Schlacke mit der durchströmenden Schmelze im Gleichgewicht ist und einen guten Flüssigkeitsgrad aufweist, um eine gute Schlacken- Schmelzen-Separation zu gewährleisten. Es ist festzuhalten, daß aufeinanderfolgende Paraboloide im Ofengasstrom als Sprüh-Abschneider für zuvor im Gas erzeugte feine Teilchen wirken, die sich stromab bewegen.

Die eisenfreien, metallhaltigen Konzentrate werden in trockenem, zerkleinertem Zustand eingespeist, vorzugsweise sind sie gleichmäßig mit Flußmittel gemischt und ihre Teilchengröße ist geringer als 0,23 mm, um eine schnelle Reaktion der Sulfid-Teilchen mit Sauerstoff in der Gasphase oberhalb der geschmolzenen Schlacke zu gewährleisten, bevor die Teilchen mit der geschmolzenen Schlacke in Kontakt kommen.

Ein typisches eisenfreies, metallhaltiges Konzentrat kann beispielsweise 10 Gew.-% von Teilchen mit einer Größe enthalten, die geringer ist als 5 µm, wobei die Edelmetall-Werte etwa denen des gesamten Konzentrats entsprechen können. Dieser halbkolloide Staub ist leicht mit dem Abgas aus dem Ofen zu transportieren, bevor er sich auf dem geschmolzenen Bad absetzt. Einiges sammelt sich im Kamin oder erzeugt Ablagen im Rückgewinnungs-Dampferzeuger, während der Rest die Staubreinigungseinrichtungen belastet und die Konzentration von Verunreinigungen im rückgewonnenen Staub verdünnt.

Erfindungsgemäß können die eisenfreien, metallhaltigen Sulfid-Konzentrate mit einer Teilchengröße unterhalb 5 µm von den restlichen Konzentraten getrennt werden, was mit der Wasserentfernung geschehen kann, beispielsweise mittels Flüssigbett-Trocknung, wonach die feinen Partikel verdichtet werden. Das ultrafeine Material, mit z. B. bis zu 5 µm Durchmesser, kann durch Schmelzen verdichtet und in geschmolzenem Zustand in den Ofen injiziert werden, wobei die Schmelzung in einem geeignetem Brenner unter Verwendung fossiler Brennstoffe und sauerstoffreichen Gases als Hauptenergiequelle erfolgen kann. Ein Beispiel eines geeigneten Brenners in der Ofenwand ist ein Zyklon-Brenner, dessen Längsachse gegen die Horizontalebene geneigt ist, beispielsweise einen Winkel von 30° mit ihr bildet. Die Teilchen können auch durch Agglomeration verdichtet werden, welche vorzugsweise unter Bildung harter Körnchen mit einer Größe im Bereich von 1-10 mm Durchmesser erfolgt. Bei der Erzeugung dieser Agglomerate können auch andere Materialien verwendet werden, wie Reste oder andere Produkte der obenerwähnten hydrometallurgischen Behandlung.

Diese verdichteten Teilchen werden in den Horizontal-Ofen durch dessen Dach oder Seitenwände auf die Schlacke injiziert, wobei der Einspritzort vorzugsweise gerade stromabwärts des Paraboloids des letzten Haupt-Konzentrat-Sprüh-Brenners liegt.

Erfindungsgemäß wird die in der Flammschmelzung eisenfreien, metallhaltigen Sulfid-Konzentrats erzeugte Schlacke dadurch gereinigt, daß ihr Sauerstoff-Potential gesenkt wird, indem eine Reihe zunehmend starker Reduktionsmittel zugesetzt wird, d. h. der Magnetit-Anteil wird zunehmend reduziert bis ein befriedigend niedriges Niveau von etwa 5 Gew.-% oder weniger erreicht ist. Für diesen Zweck ist es höchst vorteilhaft, die Schmelze und die Schlacke in entgegengesetzter Richtung strömen zu lassen, während die Schlacke und das Gas in gleicher Richtung strömen.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß eine hohe Schlacken-Temperatur aufrechterhalten wird, welche eine niedrige Schlackenviskosität zur Folge hat.

Das erste in der Reihe von Reduktionsmittel ist die Schmelze aus den verdichteten, ultrafeinen Konzentratteilchen die an einer Stelle in den Ofen und auf die Schlacke gegeben werden, die benachbart der letzten paraboloidförmigen Suspension und entfernt von der Schlacken-Entnahmestelle des Ofens liegt.

Das zweite Reduktionsmittel der Serie ist ein Konzentrat, das einen geringen Anteil eisenfreien Metalls und einen reichen Anteil an Eisensulfid hat, welches eine Schlackenreinigung bewirkt, in der chemische und andere Waschvorgänge zusammenwirken, welche beim Aufsprühen einer flüssigen Schmelze über die Ofenschmelze entstehen, wobei die flüssige, aufgesprühte Schmelze reich an Eisensulfid und arm an eisenfreiem Metall ist; die Ofenschmelze wird also quasi einer Säurebehandlung unterzogen. Ein Beispiel für ein derartiges Material ist ein Chalkopyrit-Pyrit-Zwischenkonzentrat, welches 5 Gew.-% Kupfer enthalten kann oder auch ein Pyrit- Konzentrat, welches 0,5 Gew.-% Kupfer enthalten kann. Ein anderes Beispiel ist ein Pentlandit-Pyrrhotin-Zwischenkonzentrat, welches 2 Gew.-% Nickel enthalten kann oder ein Pyrrhotin-Konzentrat, welches 0,6 Gew.-% Nickel enthalten kann. Eine wichtige chemische Wirkung des Eisensulfids ist die Reduktion des Magnetits und des dreiwertigen Eisen-Anteils der Schlacke zu Eisenmonoxid, wobei gleichzeitig gelöste eisenfreie Metalloxide in Sulfide für ihren Eintritt in die Schmelze umgewandelt werden. Die Reduktion des Magnetits wird begleitet von einem erheblichen Abfall der Schlackenviskosität, weshalb die Schmelze schneller und vollständiger absetzt. Das in der chemischen Reaktion gebildete, siedende SO2 bewirkt einen zusätzlichen vorteilhaften Mischeffekt. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dann weiter die Wert-Metall-Rückgewinnung im Ofen gesteigert, indem das Sauerstoff-Potential der Schlacke unter den Wert gesenkt wird, der durch Zugeben von Eisensulfid alleine erreichbar ist. Dies wird durch die letzte Reduktionsmittelzufügung erreicht. Dadurch wird die Kobaltrückgewinnung gegenüber einem Nickel-Strahlungsofen verdreifacht. Die relativ geringe Menge an Reduktionsmittel, die im letzten Falle über die Schlacke gesprüht wird, beispielsweise 2 Gew.-% der Schlacke, ist reich an metallischem Eisen und enthält Kohlenstoff und/oder Silizium sowie Roheisen, silberglänzendes Roheisen, Ferrosilizium, Schwammeisen und/oder Alteisen, wie z. B. Eisenspäne. Geringwertiges, reichlich Kohlenstoff und reichlich Schwefel enthaltendes Schwammeisen ist ein befriedigendes Reduktionsmittel, welches leicht und wirtschaftlich aus Pyrrhotin-Konzentrat gewonnen werden kann, welches in der Nickelindustrie anfällt. Kohlenstoff alleine kann bekanntlich als Reduktionsmittel eingesetzt werden, doch ist seine Wirksamkeit aufgrund seines geringen spezifischen Gewichtes gering, da es auf der Schlacke schwimmt. Seine Einspritzung in die Schlacke, beispielsweise durch Lanzen, kann Betriebsschwierigkeiten bewirken. Diese letztgenannte Zufügung eines Reduktionsmittels wird durch Aufsprühen desselben über die Schlacke an einer Stelle durchgeführt, die von der Schlacken-Entnahmestelle des Horizontal-Ofens entfernt ist und ausreichend Abstand hat von den Abstich-Löchern, um eine angemessene Absetz-Zeit für die neugebildete Schmelze zu gewährleisten.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber herkömmlichen eisenfreien Schmelzverfahren sei am nachfolgenden Beispiel illustriert: Ein Chalkopyrit-Konzentrat aus 25% Cu, 28% Fe, 31% S und 8% SiO2 und einem geringen, aber wichtigen Anteil von Arsen, Wismut, Cadmium, Blei, Molybdän oder Zink, der insgesamt weniger als 2 Gew.-% ausmacht, wird durch Luftaufbereitung und Flüssig-Bett-Trocknung in Anteile mit Teilchengrößen von weniger bzw. mehr als 5 µm getrennt. Die so abgetrennten ultrafeinen Teilchen haben ein Gewicht von weniger als 7% des Gesamt-Konzentrats und weisen eine ähnliche Zusammensetzung auf. Sie werden durch Schmelzen verdichtet, wobei ein mit Sauerstoff und fossilem Brennstoff betriebener Ofenbrenner benutzt wird. Die erzeugte Schmelze wird an einer Stelle über die Schlacke gesprüht, die der letzten der drei paraboloiden Suspensionen benachbart ist. Das Konzentrat wird mittels Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen in eine hoch angereicherte Schmelze geschmolzen, wobei wiederum Sauerstoff und 3 Sprüh-Brenner eingesetzt werden. Ein Großteil der Verunreinigungen, z. B. Arsen, Wismut, Cadmium, Blei, Molybdän und Zink, wird aufgrund der paraboloidförmigen Flamme und der vorzüglichen Oberflächenkontakte sowie der Mischung bei hohen Temperaturen, die 1450°C überschreiten, und des hohen Sauerstoff-Potentials in den Paraboloiden, das einer Schmelze mit mehr als 65% Cu entspricht, verdampft. Das Ofen-Gas, das mehr als 20 Vol.-% SO2 aufweist, wird kontinuierlich aus dem Ofen abgelassen und enthält mehr als 75% des Arsen-, Wismut-, Cadmium-, Blei-, Molybdän-, Zink- bzw. Schwefelanteils der gesamten Sulfid-Ladung. Ein Reduktionsmittel zur Schlackenreinigung, das benachbart der Eingabestelle für die ultrafeinen Teilchen und entfernt von der Schlakken-Entnahmestelle (um der Schmelze genügend Setz-Zeit zu lassen) eingegeben wird, weist ein Chalkopyrit-Pyrit mit 4% Cu, 40% Fe und 45% S auf, wird geschmolzen und über die Schlacke gesprüht. Die erzeugte, hochangereicherte Schmelze weist 45% Cu, 10% Fe und 22% S auf, während die Schlacke im Endzustand 0,4% Cu aufweist, was einer Rückgewinnung von über 98% des Kupfers entspricht.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Pentlandit-Konzentrat mit 12% Ni, 0,4% Co, 38% Fe, 31% S und 8% SiO2 sowie geringen, aber wichtigen Anteilen von Cadmium, Blei und Zink, die zusammen weniger als 1% des Gewichtes ausmachen, mittels Luftaufbereitung und Flüssig-Bett-Trocknung in Bruchteile mit Teilchengrößen von jeweils mehr bzw. weniger als 5 µm getrennt. Das abgetrennte Material mit Teilchengrößen unterhalb von 5 µm hat ein Gewicht von etwa 7% des Gesamtkonzentrats und eine entsprechende chemische Zusammensetzung. Es wird durch Schmelzen verdichtet, in den Ofen injiziert und an einer Stelle über die Schlacke gesprüht, die benachbart der letzten paraboloidförmigen Suspension des Konzentrats ist. Der Rest des Konzentrats wird mittels Sauerstoff- Sprüh-Schmelzen unter Verwendung von kommerziell erhältlichem Sauerstoff und einer Vielzahl von Sauerstoff-Sprüh-Brennern in eine hochangereicherte Schmelze geschmolzen. Aufgrund der hohen Temperatur, die 1450°C überschreitet, und des großen Sauerstoff-Potentials in dem Paraboloid, das einer Schmelz- Anreicherung von über 55% Ni entspricht, wird ein Großteil der in dem Konzentrat vorhandenen elementaren Verunreinigungen, wie Cadmium, Blei und Zink, den Ofen im Abgas als Dampf bzw. Rauch verlassen. Dieses Gas mit mehr als 20 Vol.-% SO2 wird kontinuierlich aus dem Ofen abgelassen, wobei mehr als 75% des Cadmium-, Blei-, Schwefel- bzw. Zinkanteiles der gesamten Sulfid-Ladung mitgenommen werden. Ein eisensulfidreiches Reduktionsmittel zur Schlackenreinigung aus Pentlandit-Pyrrhotin mit 2% Ni, 56% Fe und 34% S wird geschmolzen und mittels Sauerstoff-Sprüh-Brennern unter Verwendung von fossilen Brennstoffen als Wärmequelle geschmolzen und an einer Stelle über die Schlacke gesprüht, die benachbart der Eingabestelle für die kompaktierten Fein-Teilchen und entfernt von der Entnahmestelle für die Schlacke angeordnet ist. Das letzte Reduktionsmittel in der Reihe von Reduktionsmitteln, für das Roheisen mit einem Anteil von 4,5% C und 1,5% Si vorgesehen ist, wird in den Ofen an einer Stelle eingegeben, die benachbart der Eingabestelle für die letztgenannte Schmelze liegt und einen angemessenen Abstand von der Schlacken-Entnahmestelle hat. Die erzeugte, hochangereicherte Schmelze weist 55% Ni, 1,55% Co, 10% Fe und 26% S auf, während die Schlacke letztlich 0,15% Ni und 0,07% Co aufweist, was einer Rückgewinnung von etwa 99% und 83% des Nickels bzw. Kobalts entspricht.

Die Figur veranschaulicht schematisch die Einlaß-Öffnungen für das Einspritzen der ultrafeinen Teilchen in flüssiger Form, des eisensulfidreichen Konzentrats in flüssiger Form und des eisenreichen Reduktionsmittels nach der Erfindung, wobei die Konzentrate mittels Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen geschmolzen werden. Der Horizontal-Ofen 1 weist eine Schlacken-Entnahmestelle 3, eine Schmelzen-Entnahmestelle 5 und einen Abgas-Auslaß 7 auf. Eine Ladeeinrichtung 9 dient der Beschikkung mit Konverter-Schlacke. Eine Schmelze 11 befindet sich in einem unteren Abschnitt des Ofens und eine Schicht geschmolzener Schlacke 13 befindet sich darüber. Im Raum 15 ist eine erhitzte, schwefeldioxidreiche Atmosphäre zwischen der Schlacke 13 und dem Dach des Ofens eingeschlossen. Drei Sauerstoff-Sprüh-Brenner 19 sind vorgesehen, um Suspensionen von Sulfid- Konzentrat S, sauerstoffreichem Gas und vorzugsweise Flußmittel F in der erhitzten Atmosphäre des Ofens zu erzeugen. Mischungen aus Sulfid-Konzentrat und Flußmittel werden über die Leitungen 21 den Brennern 19 zugeführt. Durch Leitungen 23 wird sauerstoffreiches Gas eingespeist, um in der heißen Atmosphäre im Raum 15 des Ofens paraboloidförmige Suspensionen 25 zu bilden. Benachbart der letzten paraboloidförmigen Suspension 25 und entfernt von der Schlacken-Entnahmestelle 3 ist eine Einspritz-Vorrichtung 27 vorgesehen, mit der die verdichteten, ultrafeinen, eisenfreien Metall-Mineral-Konzentrat-Teilchen 29 in geschmolzener Form in den Ofen und auf die Schlacke 13 eingespritzt werden. Ebenfalls sind Einspritzvorrichtungen 31 benachbart den Einspritzvorrichtungen 27 und entfernt von der Schlacken-Entnahmestelle 3 vorgesehen, mittels derer gering angereichertes Konzentrat 33, das einen hohen Eisensulfid-Anteil und einen geringen eisenfreien Metallanteil aufweist, in den Ofen und auf die Schlacke 13 gesprüht wird.

Ebenfalls vorgesehen sind Einspritzvorrichtungen 35, die von der Schlacken-Entnahmestelle 3 entfernt sind und einen ausreichenden Abstand vom Loch 5 aufweisen, um das metallische, eisenreiche Material 37 in den Ofen und auf die Schlacke 13 injizieren zu können.

Für den Fachmann ist offenkundig, daß einige Ausführungsformen dieser Erfindung benutzt werden können, um andere Flamm-Schmelzverfahren oder kontinuierliche Verfahren zu verbessern; besonders bevorzugt ist aber die Anwendung der Erfindung bei Sauerstoff- Sprüh-Schmelzverfahren und entsprechenden Vorrichtungen, weil der Wärme- und Massentransport sowie deren Verteilung besonders günstig sind und weil die erforderlichen Modifikationen am Ofen relativ einfach und billig sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Erzeugen einer Steinschmelze aus Nichteisenmetalle, insbesondere Kupfer, Nikkel, Kobalt oder deren Gemische, enthaltendem Sulfid-Mineral-Konzentrat durch Aufschmelzen des Konzentrates mit einer Korngröße von weniger als 0,23 mm, das Teilchen mit geringerem Durchmesser als 5 µm enthält, in einem Horizontalofen mit einer Steinschmelze und einer Schlacke unter einer eingeschlossenen, heißen, schwefeldioxidreichen Atmosphäre, wobei die Abgase, die Steinschmelze und die Schlacke getrennt abgezogen werden und der Verlust an Nichteisenmetallen, nämlich Kupfer, Nickel, Kobalt oder deren Mischung, verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Nichteisenmetall enthaltendem Sulfid-Mineral-Konzentrat die Teilchen mit einem kleineren Durchmesser als 5 µm abgetrennt werden, die abgetrennten Konzentratteilchen getrennt aufgeschmolzen werden und die aufgeschmolzenen Konzentratteilchen in den Ofen und auf die Schlakke gegeben werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein geschmolzenes, eisensulfidreiches Sulfid-Konzentrat mittels eines Brenners benachbart der Eingabestelle des verdichteten Konzentrats und entfernt von der Entnahmestelle für die Schlacke in den Ofen eingesprüht und über die Schlacke verteilt wird, wobei fossile Brennstoffe und sauerstoffreiches Gas als Hauptenergiequelle dienen, und das ein Reduktionsmittel benachbart dem Einsprühbereich des geschmolzenen, eisensulfidreichen Sulfid-Konzentrats und entfernt von der Entnahmestelle der Schlacke in den Ofen eingespritzt und über die Schlacke verteilt wird, wobei das Reduktionsmittel ein metallisches, eisenreiches Material ist, das Kohlenstoff und/oder Silizium enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Schwammeisen verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung eines Großteils des restlichen Sulfid-Mineral-Konzentrats und des sauerstoffreichen Gases mittels auf dem Ofen vertikal angeordneter Brenner als paraboloidförmige Suspensionen in die schwefeldioxidreiche, heiße Atmosphäre des Ofens eingespritzt werden, um eine im wesentlichen gleichförmige Wärme- und Massenverteilung im Ofen zu gewährleisten.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steinschmelze und die Schlacke entgegengesetzte Richtungen vorgesehen werden.






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