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Dokumentenidentifikation DE3115502C2 10.12.1987
Titel Verfahren zum Gewinnen von Blei aus sulfidischem Konzentrat
Anmelder Outokumpu Oy, Outokumpu, FI
Erfinder Aaltonen, Olavi August, Pori, FI;
Malmström, Rolf Einar, Helsinki, FI;
Nermes, Esko Olavi, Turku, FI;
Tuominen, Tapio Kalevi, Espoo, FI
Vertreter Groening, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 16.04.1981
DE-Aktenzeichen 3115502
Offenlegungstag 25.02.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.12.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.12.1987
IPC-Hauptklasse C22B 13/02
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zum Abtrennen von Blei aus sulfidischem Konzentrat angegeben, bei dem man zur Bildung einer Suspension und zur Oxidation des Bleis zu Bleioxid feinkörniges Konzentrat, silicatreiches schlackenbildendes Material und Luft oder sauerstoffangereicherte Luft in den oberen Teil einer Schwebereduktionszone in einem Reaktionsschacht (1) einträgt, die gebildeten Gase über eine Steigströmungszone in einem Steigrohr (4) abführt und die Schmelze aus dem Herd (2) zur Weiterverarbeitung absticht, wobei so viel schlackenbildendes Material eingetragen wird, daß im wesentlichen die gesamte Schmelze als Schmelze vom Schlackentyp anfällt, und die aus dem Herd (2) abgestochene Schmelze zur Reduktion des Bleisilicats und zum Abscheiden des Rohbleis einer Reduktionsstufe zugeführt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der überwiegende Teil der Weltbleiproduktion wird aus sulfidischen Konzentraten nach dem Sinter-Schachtofen- Verfahren gewonnen. Im Sinterofen wird das Konzentrat zur Entschwefelung und in eine für die Schachtofenreduktion passende stückige Form gebracht.

Der schwerstwiegende Nachteil dieses Verfahrens liegt in den großen Abgasmengen, die sowohl beim Sintern als auch im Schachtofen anfallen. Man schätzt, daß je Tonne Konzentrat etwa 670 kmol (15 000 Nm³) schwefeldioxid- und staubhaltige Prozeß- und Ventilationsgase anfallen. Das Reinigen der Abgase entsprechend den gegenwärtigen Umweltschutzbestimmungen bedeutet einen erheblichen Anstieg der Bleigewinnungskosten.

Ziel der Forschung in den letzten Jahren war die Schaffung eines Verfahrens, bei welchem das Schwefeldioxid in konzentrierter Form anfällt und möglichst geringe Mengen an staubhaltigen Abgasen entstehen. Bei reinen, nur sehr wenig Quarz enthaltenden Konzentration kann im Prinzip nach einem einstufigen Verfahren gearbeitet werden. Das sulfidische Bleikonzentrat wird dabei in einer einzigen Verfahrensstufe direkt zu Metall oxidiert. Als Teilreaktion erfolgt zuerst die Oxidation des Bleisulfids zu Bleioxid gemäß folgender Reaktion:

PbS + 1,5 O&sub2; = PbO + SO&sub2;

Danach reduziert das überschüssige Bleisulfid das Oxid gemäß folgender Reaktion zu Metall:

2 PbO + PbS = 3 Pb + SO&sub2;

Liegt die Arbeitstemperatur des Verfahrens unterhalb von etwa 1373 K, so fallen als Ergebnis der Oxidationsreaktionen Bleisulfat und Oxidsulfate statt Bleioxid an. Metallisches Blei entsteht beim Reagieren dieser Verbindungen mit Bleisulfid.

Das einstufige Bleigewinnungsverfahren eignet sich für reine Konzentrate. Infolge der starken Affinität zwischen Bleioxid und Siliciumdioxid wächst mit steigendem Quarzgehalt des Konzentrats der Bleigehalt der Schlacke bei gleichzeitiger Abnahme der Ausbeute an metallischem Blei. Das Freisetzen des Bleis aus dem Silicat erfordert einen so niedrigen Sauerstoffdruck, daß bei Anwesenheit von Schwefeldioxid Bleisulfid statt metallischem Blei anfällt.

Bei den Temperaturen und Sauerstoffdrücken, die beim direkten Bleigewinnungsverfahren herrschen, wird das im Konzentrat enthaltene Zink oxidiert und geht in die Schlacke über. Um den Schlackenschmelzpunkt auf einen genügend niedrigen Wert zu halten, muß der Schlacke ein Flußmittel zugesetzt werden, was wiederum erhöhte Bleiverluste durch Schlackenabgang bedeutet.

Zur Verarbeitung der vorgenannten unreinen Konzentrate hat man auch mehrstufige Verfahren angewandt. Die Nachteile des Sinterprozesses (schwachkonzentriertes Schwefeldioxidgas, Verseuchung der Umwelt mit Bleioxidstaub, Sulfatbildung, Schwierigkeiten bei der Temperaturregelung) konnte man durch Übergang zu geschlossenen Reaktoren umgehen, die als Produkt bleioxidhaltige Schmelze liefern. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel das Kivcet-Verfahren (FI-AS 56 028). Eine ausführliche Beschreibung des Kivcet-Verfahrens wird In ERZMETALL 1976, S. 322 bis 327, gegeben. Bei diesem bekannten Verfahren werden zerkleinertes Bleimineral, Kalkstein und silicathaltiger Schlackenbildner (Sand) sowie Sauerstoff in einer Schwebereaktionszone umgesetzt, wobei eine Oxidation des Bleisulfids zu Bleioxid und Schwefeldioxid stattfindet. Als Flüssig-Gas-Reaktion läuft dann die weitere Oxidation der Hauptmenge der Metallsulfide ab und ein Teil des Bleisulfids reagiert mit dem Bleioxid unter Bildung von metallischem Blei. Dabei wird lediglich ein gewisser Teil des Bleioxid mit der Kieselsäure der Beschickung verschlackt. Die in der Schmelze oder Suspensionszone gebildeten Gase werden aus dem oberen Teil dieser Zone abgeführt. Diese Gase befinden sich bei dem bekannten Verfahren über die gesamte Zeit hinweg in einer oxidierenden Atmosphäre und ihre Zusammensetzung kann nicht vor ihrer Abführung aus dem Ofenraum eingestellt werden. Es wird daher ein hoher Anteil an störendem Bleioxid zusammen mit den Abgasen abgezogen, der erst später mit Hilfe von Zyklonen oder Elektrofiltern entfernt werden muß. Es ist verständlich, daß bei diesem bekannten Verfahren große Bleioxid enthaltende Flugstaubmengen anfallen, da der Dampfdruck des Bleisulfids und auch der des Bleioxids bei den Arbeitstemperaturen des Bleigewinnungsverfahrens sehr hoch ist.

Sowohl beim mehrstufigen als auch beim einstufigen Verfahren kommt es zur Verdampfung sowohl von Bleisulfid als auch von Oxid. Der Siedepunkt von Bleisulfid liegt bei etwa 1610 K, der von Bleioxid bei etwa 1810 K, so daß das Gas bei den Verfahrenstemperaturen diese Verbindungen in großen Mengen enthalten kann. Die verdampften Bleiverbindungen gehen aus der Anlage zusammen mit dem schwefeldioxidhaltigen Gas ab.

Je nach Schwefeldioxiddruck sind unterhalb von 1050 bis 1150 K nur Bleisulfid, -sulfat und die verschiedenen -oxidsulfate stabil. Dadurch besteht der vom Gas abgetrennte Staub, der quantitativ einen sehr großen Teil der dem Prozeß zugeführten Bleimenge enthalten kann, hauptsächlich aus diesen Verbindungen. Die Bleioxidmenge ist geringer. Das Einspeisen des Flugstaubes in die Oxid- Reduktionsstufe kommt wegen des in ihm enthaltenen Schwefels nicht in Frage. In der Reduktionsstufe würde der Schwefel reduziert werden und als Bleisulfid zusammen mit dem Gas abgehen. Außerdem hätte das gewonnene Blei einen hohen Schwefelgehalt. Die verbreitetste Art der Staubverarbeitung besteht darin, den Staub zusammen mit frischem Konzentrat wieder in die Oxidationsstufe zu leiten. Als Nachteile sind jedoch der durch die endothermen Sulfat-Zerfallsreaktionen bedingte Energiebedarf und die Zunahme der Gasmenge infolge der umfangreichen Staubumwälzung zu nennen.

Eine der Hauptbestrebungen bei der Weiterentwicklung des Bleigewinnungsverfahrens war die Senkung der Staubmengen. Eien Methode, dieses Ziel zu erreichen, bestand darin, das Gas im Abzugsteil des Oxidationsreaktors so abzukühlen, daß die Bleiverbindungen kondensieren und zurück in die heiße Schmelze fallen. So verfährt man im Kivcet- Verfahren bei der Oxidation des Bleikonzentrats. Die Rückführung des gekühlten, eventuell sulfathaltigen Staubes verursacht jedoch durch seine große Menge von 25-40% einen zusätzlichen Energieverbrauch.

Eine zweite bei zahlreichen Verfahren angewandte Methode zur Verringerung der Staubmenge besteht darin, sulfidisches Konzentrat auf oder in die im Ofen befindliche Schmelze zu injizieren. Man erreicht hierbei ein schnelles Lösen des Sulfids im schmelzflüssigen Blei oder eine Umsetzung mit dem in der Schlacke enthaltenen Bleioxid mit der Folge, daß die Aktivität des Bleisulfids sinkt und die Verdampfung abnimmt.

Aus der FI-PS 54 147 ist ein Schwebeschmelzverfahren für sulfidische Komplex- und/oder Mischerze oder Konzentrate bekannt, bei dem man zur Bildung einer Suspension in den oberen Teil der Reaktionszone feinkörniges und -verteiltes Rohmaterial, Luft oder sauerstoffangereicherte Luft sowie eventuell Brennstoff einträgt und das in Suspension befindliche Rohmaterial im oberen Teil der Reaktionszone bei hoher Temperatur einer oxidierenden Behandlung und im unteren Teil der Reaktionszone einer reduzierenden oder sulfidierenden Behandlung unterzieht, um die unverdampften Begleitminerale oder -metalle zurück in die Gasphase zu führen, bevor sich der in der Suspension befindliche Feststoff abscheidet und auf die unterhalb der Reaktionszone befindliche Schmelze prallt.

In der Druckschrift wird angegeben, daß sich das Blei oft nicht ohne wirksame Reduktionssulfidierung quantitativ aus den Schmelzprodukten entfernen läßt, da es im Schacht leicht zu einer Umsetzung zwischen dem sich bei der Oxidation bildenden Bleioxid und der Kieselsäure des Konzentrats oder der Zuschläge kommt. Das Reduzieren und Sulfidieren von Blei aus schmelzflüssigen Silicaten wird wegen der ungünstigen Aktivitätsverhältnisse als schwierig bezeichnet.

Keines der genannten Verfahren vermag das mit dem Bleigewinnungsprozeß verbundene Staubproblem entscheidend zu lindern. Ein großer Teil des im Konzentrat enthaltenen Bleis geht nach wie vor mit dem Gas ab und wird beim Kühlen des Gases sulfatisiert oder sulfidiert.

Bei einem weiteren aus der DE-AS 23 20 548 bekannten Verfahren zur Bleiverhüttung soll bezweckt werden, die Bleibestandteile und die Schwefelbestandteile aus Bleiglanz oder Bleikonzentrat gesondert zu gewinnen und eine vorherige Sinterungsstufe zu vermeiden. Bei diesem bekannten Verfahren wird daher das Bleisulfidkonzentrat mit einer hohen Menge an Sauerstoff in einen Verbrennungsofen eingedüst, in welchem ein geschmolzenes, eine Temperatur von mehr als 11 000°C aufweisendes Bad aufrechterhalten wird, welches Bleibestandteile in Form von bleioxidhaltiger Schlacke enthält. Dabei ist es wesentlich, daß mindestens 35% des Bleis als Bleioxid in der Schlacke vorliegt. Ein derartiges Verfahren ist ebenfalls in hohem Maß mit dem vorstehend beschriebenen Nachteil behaftet, daß ein großer Anteil an bleihaltigem Flugstaub gebildet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der Gewinnung von Blei aus sulfidischen Bleimaterialien mit Hilfe des Schwebeschmelzofens die Bildung von bleihaltigem Flugstaub in hohem Maß zu unterdrücken. Im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren wird diese Aufgabe mit Hilfe eines neuen Verfahrensprinzips gelöst, das darin besteht, daß eine solche Menge eines silicatreichen schlackenbildenden Materials bereits im Ofen zugesetzt wird, die ausreicht, daß das gesamte Blei zu Bleisilicat umgesetzt und im Ofen im wesentlichen nur Schmelze vom Schlackentyp gebildet wird.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zum Gewinnen von Blei, bei dem sulfidisches Bleikonzentrat, Schlackenbildner und Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft in den oberen Teil einer Schwebereduktionszone eines Schwebeschmelzofens zur Bildung einer Suspension und zur Oxidation des Bleis zu Bleioxid eingetragen, die Schmelze aus dem Herd des Schwebeschmelzofens, der ein Steigrohr mit einer Steigströmungszone aufweist, abgezogen und in einer Reduktionszone zur Gewinnung von Rohblei reduziert wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine solche Menge eines silicatreichen Schlackenbildners in den oberen Teil der Schwebereduktionszone zugeführt wird, daß das gesamte Bleioxid mit dem Schlackenbildner unter Bildung von Bleisilicat reagiert, daß zusätzlicher Schlackenbildner dem Herd und/oder der Steigströmungszone in einer solchen Menge zugeführt wird, daß das im Gas enthaltene gasförmige Bleioxid fortlaufend in schmelzflüssige oder feste Bleisilicate übergeht und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in dem Herd mindestens 10 bis 20 m/s beträgt, und daß die gesamte Schmelze in Silicatform vom Herd einem Reduktionsofen zugeführt wird, in dem das Bleisilicat reduziert und das Rohblei gewonnen wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 3.

Die vorliegende Erfindung gründet sich auf die Idee, die Verschlackung sämtlichen im sulfidischen Konzentrat enthaltenen Bleis anzustreben. Um dies zu gewährleisten, setzt man so viel silicatreiches schlackenbildendes Material zu, daß sich im Ofen im wesentlichen nur Schmelze vom Schlackentyp bildet, aus der man durch Reduktion Rohblei und Schlacke gewinnt, wobei letztere auf vorteilhafte Weise als silicatreiches schlackenbildendes Material eingesetzt werden kann.

Die zusätzliche Menge des Schlackenbildners gibt man vorzugsweise an einer Stelle zu, wo starke Gasturbulenz herrscht, wie im unteren Teil der Steigströmungszone.

Als Schlackenbildner wird vorzugsweise feinkörniger Quarzsand eingesetzt, jedoch kommt auch bleiarmes und/oder silicatreiches Bleisilicat, sog. Bleiglas, in Frage, zum Beispiel die bei der Rohbleiabtrennung anfallende bleiarme silicatreiche Schlacke, die entweder als Schmelze oder als feinkörniger Feststoff eingetragen wird.

Da man bestrebt ist, die gesamte Schmelzmenge als Schmelze vom Schlackentyp zu erhalten, ist keinerlei Phasentrennung und damit auch keine Schmelze-Verweilzeit erforderlich. Man kann somit im Herd mit sehr hohen Gasgeschwindigkeiten arbeiten, wodurch die mechanische Staubmenge erfahrungsgemäß vermindert wird und der Herd verhältnismäßig klein ausgelegt werden kann, vorzugsweise als Kammer in Form eines liegenden Zylinders mit einem Durchmesser von etwa 3 bis 5 m, beispielsweise 4 m.

Im Ofen versucht man eine so hohe Temperatur und einen so hohen Sauerstoffdruck aufrechtzuerhalten, daß sämtliche im sulfidischen Konzentrat enthaltenes Blei zu Bleioxid oxidiert wird, das an den Schlackenbildner unter Bildung eines festen oder schmelzflüssigen Stoffes gebunden wird, der in die am Herdboden befindliche Schmelze fällt. Die Temperatur der Suspension wird auf wenigstens 1373 K, vorzugsweise höchstens 1873 K, der Sauerstoffdruck auf über 4,90 · 10-10 bar, vorzugsweise mehr als 5,88 · 10-6 bar, eingestellt.

Bei der vorliegenden Erfindung macht man sich also die Beobachtung zunutze, daß sich das Blei durch Regulierung der Suspensionstemperatur, des Mischens und des Sauerstoffdruckes zu Bleioxid und gleichzeitig mit sog. Bindemitteln, d. h. mit schlackenbildenden Stoffen, wirksam zu schmelzflüssigen oder festen Bleisilicaten binden läßt, die auf den Ofenboden sinken und dort eine Schmelze des Schlackentyps bilden. Auf diese Weise vermeidet man die Bildung gasförmiger Bleiverbindungen und das Entstehen von Sulfatstaub, wenn die Gase dann hinter dem Ofen im Kessel gekühlt werden.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beispielhaft beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schwebeschmelzofen von der Seite im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt längs der in Fig. 1 angedeuteten Geraden A-A.

Über das Gewölbe des Reaktionsschachtes 1 des Schwebeschmelzofens werden mit Hilfe einer Eintragsvorrichtung 5, z. B. Sprühvorrichtungen, die zur Bildung einer guten Suspension mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft betrieben werden, Bleikonzentrat und schlackenbildendes Bindemittel eingespeist. Zusätzlich werden zur Regelung der Oxidation und der Wärmebilanz bedarfsfalls weiterer Sauerstoff und/oder weitere sauerstoffangereicherte Luft und (flüssige oder feste, kohlen- und/oder wasserstoffhaltige) Zusatzbrennstoffe eingeführt. Konzentrat und Bindemittel werden in einem solchen Verhältnis und unter Aufrechterhaltung solcher physikalischer Suspensionsbedingungen eingespeist, daß eine nahezu vollständige Oxidation des Bleis zu Oxiden und eine nahezu vollständige Umsetzung dieser Oxide zu schmelzflüssigen oder festen Bleisilicaten erzielt werden. Durch Änderung der Bewegungsrichtung der Bleisilicatsuspension im Schwebeschmelzofen um 90°C trennt sich der Hauptteil der schmelzflüssigen bzw. festen Stoffe der Suspension von den Gasen und sinkt auf den Boden eines Herdes 2, wo diese Stoffe über eine Abstichöffnung 6 abgenommen und in einen Elektroofen 3 geleitet werden, wo das Bleisilicat unter Einsatz z. B. von Koks und/oder Eisen in einer Rohbleigewinnung 9 zu Rohblei reduziert wird, welches man von der bleiarmen Silicatschlacke 10 trennt, die dann in einer Granuliervorrichtung 8 verarbeitet wird. Das im Herd 2 von der Suspension abgetrennte schwefeldioxidhaltige Gas enthält mechanischen Staub und geringfügige Mengen an gasförmigen Bleioxiden. Im hinteren Teil des Herdes wird der Gasstrom gedrosselt (Geschwindigkeit 40-100 m/s). In diese turbulente Strömung werden weitere Bindemittel eingetragen, so daß das im Gas enthaltene gasförmige Bleioxid fortlaufend in schmelzflüssige/feste Bleisilicate übergeht und das Gas sich gleichzeitig abkühlt, wobei die eventuell vorhandene geringfügige Menge gasförmigen Bleioxids zu einer Bleioxidschmelze kondensiert. Danach enthalten die Gase praktisch nur noch mechanischen Staub (in schmelzflüssiger oder fester Form), der sich abscheidet, wobei der mechanische Staub auf den Boden des Herdes 2 sinkt und sich mit dem Hauptteil der Bleisilicatschlacke vereinigt, der aus dem Herd 2 durch die Abstichöffnung 6 abgenommen und zur Reduktion einem Elektroofen 3 zugeführt wird, wo die Rohbleigewinnung 9 erfolgt.

Das aus dem Steigrohr über die Gasabführvorrichtung 7 abgehende Gas hat eine Temperatur von ca. 1000 bis 1100°C und enthält nur ca. 2-15% Staub, bezogen auf den Eintrag. Abgas und Staub werden einer Kesselanlage zugeführt, wo das Gas unter Erzeugung von Hochdruckdampf (58,8 bis 98,0 bar) auf ca. 300-350°C abgekühlt wird. Dabei kommt es zur Sulfatisierung der Stäube. Diese werden unten aus der Kesselanlage und dem nachgeschalteten Elektrofilter abgezogen und in ein Staubsilo geblasen, von wo sie erneut in den Reaktionsschacht 1 des Schwebeschmelzofens eingetragen werden.

Bedingt durch den Charakter dieses Prozesses ist im Herd 2 keine Absetz-Verweilzeit für die Bleisilicatschlacke erforderlich, wie zum Beispiel beim Schwebeschmelzen von Kupfer oder Nickel, da ja die Wertmetalle und das Blei in diesem Falle in der Schlacke enthalten sind, so daß sich ein Absetzen von Wertmetallen aus der Schlacke in den Stein und/oder in die Metallphase erübrigt. Im Wesen dieses Prozesses liegt es auch, daß die Umsetzungen und die Bindung der Bleioxide zu Bleisilicaten mit ausreichender Geschwindigkeit erfolgen. Außerdem verlangt der Umweltschutz einen hermetisch geschlossenen Ofen, damit Gasausbrüche vermieden werden.

Die letztgenannten drei Gesichtspunkte bieten die Möglichkeit, mit einer im Verhältnis zur Kapazität geringen Ofengröße zu arbeiten. Aufgrund durchgeführter Pilotversuche kann geschätzt werden, daß für eine Kapazität von 200 000-300 000 Tonnen Bleikonzentrat/Jahr eine Ofenanlage mit folgenden Abmessungen passend ist: Reaktionschacht- Durchmesser ca. 3 m, -Höhe ca. 5 m, Herddurchmesser ca. 4 m, -Länge ca. 10 m, Steigrohr-Durchmesser ca. 3 m, -Höhe ca. 5 m. Es ist ein Schwebeschmelzofen vorteilhaft, dessen Herd einen runden und nicht (wie beim normalen Schwebeschmelzofen) einen kastenförmigen Querschnitt hat. Mit einem Herd in Form eines kleinen, liegenden Zylinders kann in diesem Falle deshalb gearbeitet werden, weil sich eine Schmelze- Verweilzeit erübrigt und man mit hoher Gasströmungsgeschwindigkeit, z. B. von 10 bis 20 m/s, arbeiten kann, wodurch sich die mechanische Staubmenge erfahrungsgemäß verringert.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Die Analyse des Bleikonzentrats lautet:

%

Pb 43,0

Cu 1,5

Fe 5,0

Zn 3,9

S 12,3

Sb 0,2

SiO&sub2; 16,9

CaO 3,2

MgO 6,1



In den Reaktionsschacht der Ofenanlage werden eingetragen:

- Konzentrat 3000 kg/h

- Butan 91 kg/h

- Sauerstoff 612 Nm³/h

- Flugstaub 1818 kg/h

- Kalk als Flußmittel

Die Schachttemperatur beträgt 1600 K. Im Schacht entstehen Gase in einer Menge von 821 Nm³/h mit folgender Zusammensetzung:

%

- SO&sub2; 47,5

- CO&sub2; 17,1

- H&sub2;O 21,4

- N&sub2; 0,4

- PbO 13,6



Im Herd werden zur Kompensation der Wärmeverluste 51 kg/h Butan verbrannt, so daß die Gasmenge im Steigschacht 997 Nm³/h beträgt. Ihre Zusammensetzung ist wie folgt:

%

- SO&sub2; 39,1

- CO&sub2; 21,9

- H&sub2;O 27,4

- N&sub2; 0,4

- PbO 11,2



Mit Abkühlung der Gase reagieren das gasförmige und das vom Gasstrom mitgerissene (mechanischer Staub) PbO mit SO&sub2; unter Bildung von Sulfat und Sulfid (1).

(1) 4 PbO + 4 SO&sub2; → 3 PbSO&sub4; + PbS

Der größte Teil der Stäube (1818 kg/h) bildet sich also über die Gasphase. Die Gasphase kann bei einer Temperatur von 1600 K maximal 14,3% PbO enthalten (Barin & Knocke: Thermochemical properties of inorganic substances). Die abgekühlten Stäube enthalten

PbSO&sub4; 77,9%

PbS 20,5%,



welche in die Ofenanlage zurückgebracht werden.

Beispiel 2

Es wird das gleiche Konzentrat wie in Beispiel 1 verarbeitet. In den Reaktionsschacht werden eingetragen:

- Konzentrat 3000 kg/h

- Butan 35 kg/h

- Sauerstoff 472 Nm³/h

- Flugstaub 271 kg/h

- Kalk als Flußmittel

Schachttemperatur 1600 K.

Gasbildung im Schacht 460 Nm³/h mit folgender Zusammensetzung:

%

- SO&sub2; 58,5

- CO&sub2; 11,9

- H&sub2;O 14,8

- N&sub2; 0,5

- PbO 14,3



Im Herd werden zur Kompensation der Wärmeverluste 51 kg/h Butan verbrannt und zur Bildung des gasförmigen Bleioxids zu PbO · SiO&sub2; 177 kg/h Bindemittel (1) eingesetzt. Der Dampfdruck des Bleioxids oberhalb von PbO · SiO&sub2; bei 1600 K beträgt 0,029 bar. Nach Ablauf der Umsetzung hat die Gasphase im Steigrohr (1600 K) bei 588 Nm³/h folgende Zusammensetzung:

%

- SO&sub2; 45,7

- CO&sub2; 22,6

- H&sub2;O 28,2

- N&sub2; 0,5

- PbO 3,0

- PbO-Staub 11,8 kg/h



Im Abscheider fließt das als Silicat gebundene PbO als Schmelze zurück in den Ofen. Das PbO, das den Abscheider passiert (im Gas 3% und als Schmelze 11,8 kg/h), bildet beim Abkühlen wie im Beispiel 1 Sulfate und Sulfide, die als Flugstaub in den Reaktionsschacht zurückgeführt werden.

Beispiel 3

Es wird das gleiche Konzentrat wie in Beispiel 1 verarbeitet. In den Reaktionsschacht werden eingetragen:

- Konzentrat 3000 kg/h

- Butan 21 kg/h

- Sauerstoff 436 Nm³/h

- Flugstaub 61 kg/h

- Kalk als Flußmittel

Schachttemperatur 1600 K.

Gasbildung im Schacht 382 Nm³/h mit folgender Zusammensetzung:

%

- SO&sub2; 65,9

- CO&sub2; 8,5

- H&sub2;O 10,7

- N&sub2; 0,6

- PbO 14,3



Im Herd werden 51 kg/h Butan verbrannt und zur Bindung des gasförmigen Bleioxids zu PbO · SiO&sub2; 177 kg/h Bindemittel (1) eingesetzt. Die Gase werden auf 1400 K gekühlt, wo der Bleioxid-Dampfdruck oberhalb von PbO · SiO&sub2; 0,0022 atm beträgt. Nach erfolgter Umsetzung hat die Gasphase im Steigrohr bei 505 Nm³/h folgende Zusammensetzung:

%

- SO&sub2; 49,9

- CO&sub2; 21,9

- H&sub2;O 27,4

- N&sub2; 0,6

- PbO 0,23

- PbO-Staub 12,5 kg/h



Im Kegelabscheider fließt das als Silicat gebundene PbO zurück in den Ofen. Das PbO, das den Abscheider passiert (im Gas 0,23% und als Schmelze 12,5 kg/h), bildet beim Abkühlen analog Beispiel 1 Sulfate und Sulfide, die als Flugstaub in den Reaktionsschacht zurückgeführt werden.

Bleioxid-Dampfdruck oberhalb der Bleisilicate (Flugstäube)

Es seien die Reaktionen

(1) PbO(g) + SiO&sub2;(s) → PbO · SiO&sub2;(1)

(2)2 PbO(g) + SiO&sub2;(s) → 2 PbO · SiO&sub2;(1)

bei den Temperaturen 1600, 1500 und 1400 K betrachtet.

Aus den Reaktionsgleichungen (1) und (2) kann man mit Hilfe von ΔG den Partialdruck von PbO(g) oberhalb des Silicats berechnen:





Unter der Annahme, daß sich das SiO&sub2; nicht im Bleiglas löst, erhält man:



Tabelle 1: Dampfdruck von PbO (bar)


A) Oberhalb der PbO-Schmelze

B) Oberhalb der PbO · SiO&sub2;-Schmelze

C) Oberhalb der 2 PbO · SiO&sub2;-Schmelze


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Gewinnen von Blei, bei dem sulfidisches Bleikonzentrat, Schlackenbildner und Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft in den oberen Teil einer Schwebereduktionszone eines Schwebeschmelzofens zur Bildung einer Suspension und zur Oxidation des Bleis zu Bleioxid eingetragen, die Schmelze aus dem Herd des Schwebeschmelzofens, der ein Steigrohr mit einer Steigströmungszone aufweist, abgezogen und in einer Reduktionszone zur Gewinnung von Rohblei reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Menge eines silicatreichen Schlackenbildners in den oberen Teil der Schwebereduktionszone zugeführt wird, daß das gesamte Bleioxid mit dem Schlackenbildner unter Bildung von Bleisilicat reagiert, daß zusätzlicher Schlackenbildner dem Herd und/oder der Steigströmungszone in einer solchen Menge zugeführt wird, daß das im Gas enthaltene gasförmige Bleioxid fortlaufend in schmelzflüssige oder feste Bleisilicate übergeht und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in dem Herd mindestens 10 bis 20 m/s beträgt, und daß die gesamte Schmelze in Silicatform vom Herd einem Reduktionsofen zugeführt wird, in dem das Bleisilicat reduziert und das Rohblei gewonnen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als schlackenbildendes Material eine bei der Bleisilicatreduktion und der Rohbleiabtrennung angefallene bleiarme silicatreiche Schlacke dient, die als Schmelze oder als feinkörniger Feststoff eingesetzt wird.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als schlackenbildendes Material feinkörniger Quarzsand eingesetzt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Suspension auf wenigstens 1373 K, vorzugsweise höchstens 1873 K, und der Sauerstoffdruck auf mehr als 4,90 · 10-10 bar, vorzugsweise mehr als 5,88 · 10-6 bar, eingestellt wird.






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