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Dokumentenidentifikation DE3415813C2 08.05.1991
Titel Kontinuierliches Direktverfahren zum Erschmelzen von Blei
Anmelder Mitsubishi Kinzoku K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kawakita, Shizuo, Kagawa, JP;
Shibazaki, Takeyoshi, Tokio/Tokyo, JP;
Mochida, Hiromi, Saitama, JP
Vertreter von Füner, A., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Ebbinghaus, D., Dipl.-Ing.; Finck, K., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 27.04.1984
DE-Aktenzeichen 3415813
Offenlegungstag 08.11.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.05.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.05.1991
IPC-Hauptklasse C22B 13/02

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Direktverfahren zum Erschmelzen von Blei. Die Erfindung betrifft insbesondere ein neues Verfahren zum Erschmelzen von Blei durch Zufuhr von Bleikonzentrat im Gemisch mit Sauerstoff durch Aufblasen auf die Schmelze.

Das pyrometallurgische Standardverfahren zum Erschmelzen von Blei bestand in einer Kombination aus Sinterung und Reduktion, und zwar in der Entschwefelungssinterung von Bleikonzentrat (in erster Linie PbS) unter Bildung von Sinter, d. h. von Sinterstücken aus PbO, unter nachfolgender Reduktion des Sinters in einem Schmelzofen mit einem Reduktionsmittel, wie Koks, unter Bildung von Rohblei und Schlacke.

Dieses Verfahren hat verschiedene Nachteile. Eine für die Behandlung von Bleikonzentrat geeignete kompakte Sinterungsanlage gibt es nicht. Da die Konzentration an Schwefeldioxid im Abgas gering ist, läßt sich dieses nur schwer auffangen. Da die Sinterung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird, verbleiben Kohlenwasserstoffe im Abgas, welche die aus dem gewonnenen Schwefeldioxid hergestellte Schwefelsäure verfärben. Es ist daher eine zusätzliche Reinigung zur Entfernung der gebildeten Schwefelsäure notwendig, um dieser die erforderliche Handelsgüte zu verleihen.

In jüngster Zeit wurden auf dem Gebiete der Nichteisenhüttentechnik Flash-smelting-Verfahren entwickelt. Typische Vertreter dieser Verfahren sind das Outokumpu-Verfahren und das Kivcet-Verfahren, die jetzt auch auf das Erschmelzen von Blei angewandt werden. Diese Verfahren werden in Journal of Metal, Dezember 1966, S. 1298 ff. und November 1982, S. 55 ff., in CIM Bulletin, November 1978, S. 128 ff., etc. referiert. Auch werden sie in einer Reihe von Patentschriften beschrieben. Ein im wesentlichen ähnliches Verfahren ist ferner das Cominco- Verfahren (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 18057/71).

All diese Verfahren bestehen im wesentlichen im Aufblasen von pulverisiertem Bleisulfidkonzentrat im Gemisch mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft auf die Verbrennungszone des Ofens zur Oxydation (Verbrennung) des Konzentrats in der Gasphase. Dabei entstehen Rohblei und Schwefeldioxid. Die Oxydation des Bleikonzentrats erfolgt gemäß der chemischen Gleichung

PbS + O&sub2; → Pb + SO&sub2;

Die Reaktion ist exotherm und hält sich daher, einmal begonnen, selbst in Gang.

Das Flesh-smelting hat den Vorteil, daß das Sintern, das beim konventionellen Sinter-Reduktionsverfahren von Nachteil war, wegfällt, auch ist ein Brennstoff nicht erforderlich, weshalb nur eine geringe Abgasmenge anfällt. Das Flesh-smelting hat jedoch folgende Nachteile:

  • 1. Die Umsetzung des Bleisulfidkonzentrats mit dem Sauerstoff erfolgt in der Gasphase, und die Temperatur der Flamme (des Reaktionssystems) erreicht 1.300 bis 1.700°C. Außerdem greift das dabei entstehende PbO in starkem Maße die feuerfesten Werkstoffe der Ofenwandung an. Diese unterliegt daher einer starken Korrosion.
  • 2. Die Reaktion läuft in der Gasphase bei höheren Temperaturen ab, wobei flüchtige Bleiverbindungen wie PbO, PbS und andere entweichen, so daß viel Flugstaub anfällt. Die Primärausbeute an metallischem Blei ist daher sehr niedrig, und der Energieverbrauch für die Behandlung des in den Kreislauf zurückgeführten Flugstaubes ist hoch. (In dieser Hinsicht ist die Temperatur im oberen Teil des Schmelzofens beim konventionellen Sinter-Reduktionsverfahren weit niedriger und die verflüchtigten wertvollen Stoffe werden automatisch zurückgewonnen.)


Aus den oben beschriebenen Gründen kann das Flesh-smelting von Blei noch nicht mit Erfolg großtechnisch durchgeführt werden.

Bekannt ist ein Direktverfahren zum Erschmelzen von Blei unter Ausschaltung der Sinterungsstufe, bei dem Bleisulfidkonzentrat zusammen mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in eine Bleischmelze in einem Konverter durch die Blasform (Windfrischverfahren mit von unten eintretendem Wind) eingeblasen wird (US-PS 32 81 237 (1966)). Bei diesem Verfahren werden die einzelnen Reaktionsteilnehmer durch die Blasform eingeblasen, wodurch es zu raschen exothermen Reaktionen und zu einer starken Bewegung in der Umgebung der Blasform kommt, was das umgebende feuerfeste Material angreift. Der Wind darf daher nicht mehr als 30% Sauerstoff enthalten. Dieses Verfahren läßt sich daher nicht erfolgreich in der Praxis durchführen.

In der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 21059/81 wird die Boliden-Direktschmelzung von Bleikonzentrat unter Einsatz eines Aufblas-Rotationskonverters beschrieben. Dieses Verfahren beruht auf dem Aufblasen von sauerstoffangereicherter Luft, wobei jedoch der Winkdruck gering ist und die Bewegung der Schmelze von der Rotation des Konverters abhängt. Das Schmelzen und die Oxydation des Konzentrats sowie die Reduktion der Schlacke erfolgen in getrennten Stufen im selben Ofen. Dieses Verfahren ist daher kein kontinuierliches Verfahren wie das Konverterverfahren.

In der CA-PS Nr. 8 93 624 (1972) und JA-OS Nr. 47 801/75 wird das kontinuierliche Verfahren zum Erschmelzen von Blei (Einblasen von unten unter Verwendung eines einzigen Ofens) von N.J. Themelis et al. beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das eine Ende eines waagerecht angeordneten Ofens mit pelletiertem Bleikonzentrat beschickt, wonach durch eine Vielzahl von am Boden des Ofens angeordneten, über seine gesamte Länge verteilten Windformen freien Sauerstoff enthaltendes Gas zur Oxydation des Bleisulfids in die Schmelze eingeblasen und zur Reduktion des PbO in der Schlacke am Ofen, nicht weit von seinem anderen Ende entfernt, ein Reduktionsmittel zugeführt wird. Dieses Verfahren hat die oben erwähnten Nachteile des Verfahrens des Einblasens von unten sowie auch den Nachteil des unten beschriebenen, mit einem einzigen Ofen arbeitenden Verfahrens.

Der Verlust an in die Schlacke übergehendem Blei ist beim Direktschmelzverfahren im allgemeinen hoch. Es ist daher notwendig, zur Rückgewinnung des Bleis aus der Schlacke und seiner Rückführung in die Rohbleischmelze die Schlacke zu reduzieren. Beim oben beschriebenen Flash-smelting erfolgt diese Reduktion im selben Ofen wie die Flash-Oxidation beim Kivcet-Verfahren, beim Outokumpu-Verfahren jedoch in einem getrennten Ofen. Das erste Verfahren wird nachfolgend als "Einofenverfahren" bezeichnet und das zweite als "Zweiofenverfahren". Bei ersterem ist es erforderlich, daß der PbO-Gehalt in der Schlacke gesteigert wird und der Schwefelgehalt in der Rohbleischmelze durch Steigerung der Sauerstoffaktivität in einem Teil des Ofens herabgesetzt wird, während das Blei in der Schlacke durch Verminderung der Sauerstoffaktivität im anderen Teil des Ofens reduziert wird. Es ist sehr schwer, in einem einzigen Ofen bezüglich ihrer Sauerstoffaktivität deutlich unterschiedene getrennte Zonen aufrechtzuerhalten. Ein derartiger Ofen muß beträchtliche Abmessungen und komplizierte Hilfsvorrichtungen aufweisen, außerdem werden dafür große Energiemengen verbraucht.

Auf dem Gebiet des Erschmelzens von Kupfer wurde von Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha (JA-PS Nr. 43 015/81, US-PS 38 90 139 und 39 01 489) ein Kupferschmelzverfahren entwickelt, das von der Kupfererzbeschickung bis zur Rohkupfergewinnung kontinuierlich durchgeführt wird. Bei diesen Verfahren werden in drei Öfen, die miteinander durch Rinnen verbunden sind, Kupfersau und Rohkupfer erzeugt. Im ersten Ofen, einem Schmelzofen, werden durch Einblasen von sauerstoffangereicherter Luft über eine Lanze in das getrocknete Kupferkonzentratpulver und das Zuschlagpulver (kieselsaurer Sand, Kalk usw.) und rasches Aufschmelzen des Einsatzgutes Kupfersau und Schlacke gebildet. Diese gelangen dann in den zweiten Ofen (Settler), in dem die Sau von der Schlacke getrennt wird, wobei die Schlacke aus dem Ofen abfließt und verworfen wird, während die Sau in den dritten Ofen, einen Reduktionsofen transportiert wird. Im dritten Ofen wird die Sau zur Beschickung mit Zuschlag (Kalkstein) und Zufuhr von sauerstoffangereicherter Luft über eine Lanze zu Rohkupfer reduziert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der Zuschlag und die sauerstoffangereicherte Luft nahe der Oberfläche der Schmelze aufgeblasen.

Obwohl in der zitierten Patentschrift die Anwendbarkeit dieses Verfahrens auf das Erschmelzen von Nickel und Kobalt erwähnt wird, war doch die Möglichkeit der Anwendung dieses Verfahrens zum Erschmelzen von Blei bisher unbekannt.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erschmelzen von Blei bereitzustellen, bei dem die Reduktion der Schlacke wirksamer durchgeführt werden kann.

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

In den Unteransprüchen 2 bis 4 sind Ausbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können Bleikonzentrate von derselben Güte verwendet werden, wie sie im allgemeinen bei bekannten Verfahren verwendet werden, d. h. mit einem Bleigehalt von 55 Gew.-% und darüber.

Die sauerstoffangereicherte Luft muß zumindest 30 Vol-% Sauerstoff, vorzugsweise nicht unter 50 Vol-%, enthalten. Ebenso kann auch technischer Sauerstoff verwendet werden. Die am meisten bevorzugte Sauerstoffkonzentration beträgt 50 bis 70 Vol-%. Wird kein technischer Sauerstoff verwendet, so muß dem Konzentrat und dem Zuschlag Brennstoff (Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffe usw.) zugesetzt werden. Der bevorzugte Brennstoff ist in Teilchenform vorliegende(r) oder pulverisierte(r) Kohle bzw. Koks. Es können auch gasförmige Brennstoffe, wie Erdgas, Kohlengas, Flüssiggase usw. verwendet werden, dies ist jedoch aus praktischen Gründen nicht zweckmäßig, da hierfür eine Lanze von kompliziertem Bau erforderlich ist. Die Brennstoffmenge darf im Verhältnis zur Menge an Bleikonzentrat und Sauerstoff nicht zu hoch sein.

Geeignete Zuschläge sind kieselsaurer Sand, Kalk und gegebenenfalls auch Eisenoxide. Das Kriterium für die Brennstoffauswahl wird nachfolgend näher beschrieben.

Zu Beginn des Schmelzprozesses ist es erforderlich, den Schmelzofen zuvor mit geschmolzenem Rohblei zu beschicken und außerdem die Temperatur auf zumindest 1000°C, vorzugsweise ca. 1050°C anzuheben. Auf eine höhere Temperatur anzuheben, ist nicht erforderlich.

Der zur Durchführung der Erfindung erforderliche Schmelzofen ist bekannt. Es kann im wesentlichen derselbe Ofen sein, wie er auch in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 43015/81 beschrieben ist. Es handelt sich dabei um einen aus bekannten feuerfesten Stoffen hergestellten Ofen, dessen Decke mit einer Öffnung für den Eintritt einer Lanze, durch die das Bleisulfidkonzentrat, der Zuschlag und das sauerstoffhaltige Gas in das geschmolzene Blei eingeblasen werden, einer Abgasaustrittsöffnung und einem Brenner zum Vorheizen des Ofens auf die erforderliche Betriebstemperatur ausgestattet ist. Der Ofen weist natürlich auch eine Öffnung zum Abstechen des gebildeten Rohbleis und der Schlacke auf. Die Abstichöffnung ist mit Mitteln zur Regulierung der Aufenthaltsdauer der Schlacke im Ofen ausgestattet.

Der Reduktionsofen wird nicht durch spezielle Bedingungen beschränkt, obwohl ein Elektroofen, dessen Temperatur und Innenatmosphäre leicht zu regeln ist, vorzuziehen ist. Ein Fachmann kann einen derartigen Ofen ohne weitere eingehende Erläuterungen konstruieren. Das in diesem Ofen verwendete Reduktionsmittel ist Koks, Steinkohle (Anthrazit) usw., ohne daß es jedoch darauf beschränkt wäre. Eine spezielle Einschränkung in bezug auf die einzusetzende Brennstoffmenge besteht nicht, auch ist eine überschüssige Brennstoffmenge nicht schädlich. Die beiden Öfen sind durch eine Rinne miteinander verbunden. Dies ist einem Fachmann wohlbekannt und bedarf keiner weiteren Erläuterungen.

Der zur Zufuhr des Bleisulfidkonzentrats, des Zuschlags und des Brennstoffs in die Schmelze durch die Saugwirkung, die durch den sauerstoffangereicherten Wind erzeugt wird, verwendeten Apparat ist bekannt. Er wird z. B. in den Japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 19 965/78 und Nr. 35 449/80 beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Fließschema mit den einzelnen Stufen der ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch den für die Durchführung der Erfindung verwendeten Schmelzofen,

Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht der Abstichöffnung des Schmelzofens,

Fig. 4 die Beziehung zwischen der Verflüssigungstemperatur der Schmelzofenschlacke und ihrem PbO-Gehalt,

Fig. 5 ein ternäres Diagramm für das Dreikomponentensystem PbO-CaO-SiO&sub2;, in das die Verflüssigungstemperaturen der Schmelzofenschlacke eingetragen sind (der Maßstab des Diagramms ist auf die Summe von jeweils zwei der drei Komponenten von 100% abgestimmt),

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch die Abstichöffnung des Schmelzofens für die Trennung des Rohbleis und der Schlacke.

Fig. 1 zeigt die einzelnen Stufen einer Standardsausführung der Erfindung. Das Beschickungsgut, d. h. das Bleikonzentrat, das in erster Linie Bleisulfid, zurückgeführte Stoffe wie Flugstaub, Gekrätz usw. umfaßt, die Zuschlagstoffe, wie Kieselerde, Kalk, Eisenoxide usw. werden zerkleinert bzw. pulverisiert, vorzugsweise bis zu Teilchen mit einem Durchmesser von 10 mm oder darunter, in einem vorgegebenen Verhältnis gemischt und getrocknet. Das getrocknete Gemisch (nachfolgend als "gemischtes Beschickungsgut" bezeichnet) sollte vorzugsweise nicht mehr als 1% Feuchtigkeit enthalten.

Das getrocknete gemischte Beschickungsgut wird in das Schmelzbad im Ofen zusammen mit der sauerstoffangereicherten Luft durch eine Lanze eingeblasen. Das Beschickungsgut wird rasch geschmolzen und die im Konzentrat enthaltenen Elemente Eisen, Zink usw. werden durch Sauerstoff oxidiert und bilden eine Schlacke. Der enthaltene Schwefel wird in SO&sub2; umgewandelt und abgesaugt. Diese Stufe wird nachfolgend als "Schmelzstufe" bezeichnet.

Der Ofen, in dem die Schmelzstufe durchgeführt wird, kann als stationärer Ofen von einfachem Bau konstruiert sein. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 2 dargestellt. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt der Ofen einen Ofenkörper 1, in dessen Decke eine Öffnung 2 für den Eintritt der Lanze, eine Abgasaustrittsöffnung 3 und einen Brenner 5, der zum Vorheizen des Ofens und zum Halten der Ofentemperatur verwendet wird, vorgesehen sind. In der Seitenwandung ist eine Öffnung 4 für den Abstich des gebildeten geschmolzenen Rohbleis und der Schlacke vorgesehen. Die Lanze umfaßt ein Lanzenrohr 6 und einen Lanzenkopf 7. Dem Lanzenkopf wird über ein Windzuführungsrohr 8 Preßluft zugeführt, und das gemischte Beschickungsgut wird aus einem Silo 10 über eine Transportleitung 9 zugeführt. Das untere Ende 9&min; der Transportleitung erstreckt sich bis in das Zentrum des Lanzenkopfes 7, in dem das gemischte Beschickungsgut mit dem sauerstoffangereicherten Wind vermischt wird, wonach es in das die Schlacke 12 und Rohblei 11 enthaltende Schmelzbad eingeblasen wird.

Das geschmolzene metallische Blei löst eine erhebliche Menge Bleisulfid. Im geschmolzenen Blei kommt es zur Umwandlung von Bleisulfid in Blei und Schwefeldioxid. Die Erfindung unterscheidet sich in dieser Hinsicht wesentlich vom Flash-smelting. Der Bleiverlust ist daher auch äußerst gering, und die Umsetzung wird bei geringerer Temperatur durchgeführt, weshalb die Korrosion der aus feuerfestem Material bestehenden Ofenwandung herabgesetzt ist.

Das Lanzenrohr 6 ist ein einfaches Rohr, hergestellt aus hitzebeständigem oder nichtrostendem Stahl, das keine komplizierten Bauteile, wie Wasserkühlungsmantel, aufweist. Das Lanzenrohr ist einer hohen Temperatur (1.000 bis 1.300°C) ausgesetzt. Die Fließgeschwindigkeit des gemischten Beschickungsgutes und des Windes muß so hoch sein, daß ein Wind gewährleistet ist, der ausreicht, um das Beschickungsgut in das Schmelzbad eintreten zu lassen, um auf diese Weise eine Rückzündung ins Lanzenrohr zu verhindern und dieses zur Erzielung einer hohen Lebensdauer der Lanze ausreichend zu kühlen. Es muß somit eine ausreichend hohe Fließgeschwindigkeit aufrechterhalten werden, damit die Außenfläche des Lanzenrohrs gekühlt wird und sich Spritzer des Schmelzbades ablagern und auf der Oberfläche des Rohrs zur Gewährleistung einer Beschichtung verfestigen. Die entsprechende Fließgeschwindigkeit beträgt 100 m/sec oder darüber, vorzugsweise 150 bis 300 m/sec als Fließgeschwindigkeit bei Normaldruck und Normaltemperatur.

Die Höhe der Lanze, d. h. der Abstand zwischen ihrem Ende und der Badoberfläche beträgt bei der oben erwähnten Einspritzgeschwindigkeit vorzugsweise 100 bis 600 mm. Ist der Abstand zu gering, wird das Lanzenende durch spritzendes Schmelzbad verbraucht, ist er zu groß, ist der Eintritt des gemischten Beschickungsgutes in das Bad beeinträchtigt und damit die Wirksamkeit der Sauerstoffverwertung herabgesetzt.

Bei der Festlegung der Fließgeschwindigkeit des Blasens durch die Lanze ist ferner zu berücksichtigen, daß es vor dem Auftreffen des Gemischs aus gemischtem Beschickungsgut und Wind auf der Badoberfläche nicht zur Bildung einer heißen Flamme durch Oxidation des Beschickungsgutes und Verbrennung des Brennstoffs kommen darf. Diese Bedingung ist im oben angegebenen Fließgeschwindigkeitsbereich berücksichtigt. Das gemischte Beschickungsgut und der Wind dringen bei der angegebenen Fließgeschwindigkeit entsprechend tief in das Schmelzbad ein und werden hier dispergiert, und es kommt rasch zu Umsetzungen, wie zur Zersetzung und Verbrennung des Brennstoffs sowie zur Lösung und Oxidation des Einsatzguts. Die Wärmeenergie wird durch die Oxidationsreaktion an der Stelle freigesetzt, an der sie für das Aufschmelzen des Beschickungsgutes erforderlich ist, und die Reaktionen laufen so an der Stelle ab, die von der Schmelze umgeben ist. Die Wärme wird daher rasch übertragen, und die Wärmestrahlung der heißen Flamme bestrahlt nicht unmittelbar die Ofenwandung.

Das zusammen mit dem Sauerstoff bzw. der sauerstoffangereicherten Luft, dem Zuschlag und dem Brennstoff eingeblasene Bleikonzentrat wird in der Bleischmelze oxidiert und wandelt sich gemäß folgender Reaktionsgleichung in Blei um:

PbS + O&sub2; → Pb + SO&sub2; (1)

Der Brennstoff verbrennt und hält die Reaktionstemperatur aufrecht.

Wird ein fester Brennstoff von größerer Teilchengröße verwendet, so kommt es nicht immer unmittelbar unterhalb der Lanze zum Abschluß der Verbrennung. In solchen Fällen werden unverbrannte brennbare Teilchen auf der Oberfläche des Schmelzbades durch die Bewegung des Schmelzbades, verursacht durch die Lanzendüse, dispergiert. Die dispergierten Teilchen werden durch die Wärme des Bades zersetzt und reagieren mit den Metalloxiden in der Schlacke unter Bildung von CO, H&sub2; usw. Die auf diese Weise erzeugten brennbaren Gase werden in der näheren Umgebung der Badoberfläche durch den im Ofen vorhandenen Sauerstoff oxydiert. Dies bewirkt eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Ofen.

C + PbO (in der Schlacke) → Pb + CO (2)

CO + SO&sub2; → CO&sub2; (3)

H&sub2; + SO&sub2; → H&sub2;O (4)

Der Brennstoff wird bei einer für die Aufrechterhaltung einer angemessenen Betriebstemperatur erforderlichen und ausreichenden Geschwindigkeit zugeführt. Die sauerstoffangereicherte Luft muß in einer für die Verbrennung des Brennstoffs und die Oxidation der gesamten Menge an Schwefel, Eisen und Zink im Beschickungsgut sowie eines Teils des Bleis erforderlichen und ausreichenden Menge zugeführt werden, so daß die Menge an PbO in der Schlacke den nachfolgend angegebenen Grad erreicht. Die Effektivität der Sauerstoffverwertung beträgt 85 bis 95%.

Einige Anteile der Konzentrationskomponenten reagieren mit den Oxiden in der Schlacke, und ein Teil des im geschmolzenen Blei gelösten PbS zersetzt sich zu Pb und S:

FeS + PbO (in der Schlacke) → PbS + FeO (in der Schlacke) (5)

ZnS + PbO (in der Schlacke) → PbS + ZnO (in der Schlacke) (6)

PbS + 2 PbO (in der Schlacke) → 3Pb + SO&sub2; (7)

PbS → Pb + S (im Rohblei) (8)

Obwohl ein Teil des Sauerstoffs des Windes in der Lanze für die Verbrennung des Brennstoffs verbraucht wird, wird doch der Hauptbestandteil des Sauerstoffs unmittelbar mit dem Schmelzbad zur Oxidation des darin enthaltenen freien Schwefels sowie zur Oxidation eines Teils des metallischen Bleis zu PbO umgesetzt und oxidiert die gegebenenfalls in der Schlacke enthaltenen niederen Oxide.

S (im geschmolzenen Rohblei) + O&sub2; → SO&sub2; (9)

Pb (im geschmolzenen Rohblei) + SO&sub2; → PbO (in der Schlacke) (10)

3FeO (in der Schlacke) + SO&sub2; → Fe&sub3;O&sub4; (in der Schlacke) (11)

Wie oben beschrieben, herrscht die direkte Umsetzung mit dem Schmelzbad in den durch den Lanzenwind hervorgerufenen Reaktionen vor. In diesem Zusammenhang ist es für den Einsatz des Sauerstoffs bei hoher Verwertungseffektivität erforderlich, die Dicke der Schlackenschicht so dünn wie möglich zu halten, um auf diese Weise einen guten Kontakt des Bleibades mit dem Lanzenwind zu erzielen. Für die Erfüllung der oben erwähnten Bedingungen darf die Dicke der Schlackenschicht nicht mehr als 250 mm, vorzugsweise 50 bis 150 mm betragen.

Wird eine Schlacke gebildet, die hauptsächlich aus Eisenoxiden und Silikaten besteht, wird das Schmelzen bei 1.200 und 1.300°C durchgeführt. Bei derart hohen Temperaturen wird die Verflüchtigung des PbO und des PbS begünstigt, und es entsteht eine große Menge an Flugstaub. Auf diese Weise wird die Primärausbeute an metallischem Blei herabgesetzt, und der Wärmeverlust infolge der Behandlung des zurückgeführten Flugstaubes nimmt zu. Es ist daher wünschenswert, eine niedrigschmelzende Schlacke zu bilden, damit der Schmelzprozeß bei 1.000 bis 1.100°C durchgeführt werden kann.

Empirisch wurde gefunden, daß eine große Menge an PbO enthaltende Schlacke bei niedrigen Temperaturen schmilzt. Das Verhältnis des PbO-Gehalts zu den anderen Schlackenkomponenten, wie CaO, SiO&sub2; usw. im Hinblick auf die Schmelztemperatur der Schlacke ist bisher jedoch noch nicht geklärt.

Es wurde festgestellt, daß der CaO-Gehalt in der Schlacke auf der letzten Stufe der Schmelzung des Bleis 15 bis 25% betragen sollte, damit der Verlust an Blei in die Schlacke auf ein Minimum reduziert werden kann, und daß die Gehalte an SiO&sub2; und Eisenoxiden unter Kontrolle gebracht werden müssen, damit der Schmelzpunkt möglichst niedrig ist. Das Zinkoxid (ZnO) ist eine der Hauptkomponenten der Schlacke, dieser Stoff läßt jedoch den Schmelzpunkt der Schlacke ansteigen. Die Menge an Zuschlag wird daher so eingestellt, daß der ZnO-Gehalt der Schlacke höchstens ca. 20% beträgt. Es erübrigt sich darauf hinzuweisen, daß die Zusammensetzung der auf der letzten Stufe gebildeten Schlacke dieselbe sein muß wie beim gewöhnlichen Erschmelzen von Blei, und die Gesamtmenge an zur Schlackenbildung in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zuzusetzendem Zuschlag so festzulegen ist, daß sie nicht die für die Bildung der Schlacke der letzten Stufe erforderlichen Menge übersteigt.

Es wurden die Schmelzpunkte der gewöhnlich als Schlacke der letzten Stufe zu bildenden Schlacken geprüft. Diese enthielten 15 bis 20 Gew.-% ZnO, ca. 25 Gew.-% (als Fe) Eisenoxid, 18 bis 23 Gew.-% CaO und 20 bis 25 Gew.-% SiO&sub2;. Dieser Schlacke wurde PbO zugesetzt. Das Eisen in der Schlacke war in der Hauptsache dreiwertig und nur ein Teil davon zweiwertig. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 dargestellt, wobei die Verflüssigungstemperatur der Schlacke auf der Ordinate aufgetragen ist. Der Ausdruck "Verflüssigungstemperatur" bedeutet die Temperatur, bei der eine Schlacke die für den Beginn des Schmelzvorgangs ausreichende Fließfähigkeit aufweist, und entspricht nicht dem streng definierten Schmelzpunkt. Aus den Ergebnissen geht hervor, daß der Schmelzofen bei ca. 1.100°C betrieben werden kann, wenn der PbO-Gehalt der Schlacke auf ca. 60 Gew.-% ansteigt. Ein typisches Beispiel für derartige Schlacken enthält 60 Gew.-% PbO, 8,8 Gew.-% ZnO, 8,6 Gew.-% SiO&sub2;, 7,9 Gew.-% CaO und 14,7 Gew.-% Fe&sub3;O&sub4; mit der Maßgabe, daß die Gesamtsumme der fünf oben erwähnten Komponenten 100% beträgt.

Zur Unterdrückung der Verflüchtigung des Bleis sollte jedoch die Betriebstemperatur nicht über 1.100°C liegen, vorzugsweise sollte sie bei ca. 1.000°C liegen. Geprüft wurden die Verflüssigungstemperaturen von Schlacke, die die oben erwähnten Komponenten als Hauptkomponenten enthielten, wobei die Menge an Eisenoxiden und an den übrigen zu bildenden, in geringeren Mengen vorliegenden Komponenten mit 15 bis 16 Gew.-%, bezogen auf Eisenoxide (Fe&sub2;O&sub3;) und 9 bis 10 Gew.-% ZnO angenommen wurden, und das Verhältnis von SiO&sub2; : CaO variierte. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt. Fig. 5 zeigt ein ternäres Diagramm aus PbO-CaO-SiO&sub2;, bei dem die Summe der drei Komponenten 100 Mol-% beträgt. In Fig. 5 sind die Isothermen der Verflüssigungstemperatur der Schlacke dargestellt. Das Gewichtsverhältnis von CaO : SiO&sub2; für das Erschmelzen von Blei beträgt ca. 1 : 1 beim ISP-Verfahren ("Imperial Smelting"-Process) und 0,5 bis 0,9 : 1 beim gewöhnlichen Blasofenverfahren. Bereits veröffentlichte ternäre SiO&sub2;-CaO-FeO-Diagramme zeigen die Tatsache, daß der Schmelzpunkt der Schlacke niedrig ist, wenn das CaO/SiO&sub2;-Verhältnis sich im angegebenen Bereich bewegt. Bei eine große Menge an PbO enthaltenden Schlacken fallen die oben erwähnten Zusammensetzungen nicht immer mit dem Bereich zusammen, in dem der Schmelzpunkt der Schlacke niedrig ist. Wird der Schmelzprozeß bei 1.000°C durchgeführt, ist das angemessene Komponentenverhältnis des PbO-CaO-SiO&sub2;- Systems: nicht mehr als 35 Mol-% SiO&sub2;, 3 bis 12 Mol-% CaO, wobei der Rest auf PbO entfällt. Wird bei 1.100°C gearbeitet, beträgt das Verhältnis von SiO&sub2; zu (PbO + SiO&sub2;) < 0,4 und das Verhältnis von CaO zu (PbO + CaO) < 0,4. Der erstere Zusammensetzungsbereich ist der Bereich I und der letztere der Bereich II in Fig. 5. Dies bedeutet, daß bei einer Schlacke, die in den Bereich 7 fällt, den Schmelzprozeß bei 1.000°C durchgeführt werden kann. Enthält das Konzentrat eine große Menge an schlackenbildenden Komponenten, und kann durch Steuerung der Menge des zuzusetzenden Zuschlags innerhalb des Bereichs I eine Schlacke nicht gebildet werden, kann der Schmelzprozeß bei 1.100°C durchgeführt werden, wobei man für die Bildung einer Schlacke im Bereich II als zweitbester Maßnahme sorgt.

Die hergestellte Schlacke und das Rohblei bilden das Schmelzbad. Mit Zunahme der Menge an Rohblei und Schlacke werden diese über die Öffnung 4 abgestochen, wobei eine erforderliche Menge im Ofen verbleiben kann.

Fig. 3 zeigt die Details der Abstichöffnung. In Fig. 3 besteht die Abstichöffnung aus einem Teil der Seitenwandung des Ofens und einem Überlaufdamm 15 und ist verbunden mit einer Rinne, die zum Reduktionsofen führt. Ein Teil dieser Rinne ist in Position 16 dargestellt. Die Öffnung ist mit einem Pfropfen 14 versehen, welcher die Öffnung der Seitenwandung des Ofens reguliert. Der Pfropfen ist so angeordnet, daß seine untere Kante 10 bis 50 mm unterhalb der oberen Kante des Überlaufdammes angeordnet ist. Auf diese Weise beträgt die Dicke der Schlackenschicht 50 bis 150 mm. Diese liegt erheblich unter der Dicke der Schlackenschicht von 300 bis 500 mm im Falle des getrennten Abstichs von Rohblei und Schlacke. Auf diese Weise wird ein guter Kontakt zwischen dem Lanzenwind und dem geschmolzenen Blei aufrechterhalten, ohne daß das Lanzenende in das Schmelzbad eintaucht. Außerdem wird auf diese Weise eine hohe Effektivität der Sauerstoffverwertung erzielt, und es wird ein Betrieb bei eher niedrigerem Winddruck ermöglicht. Dies bedeutet eine Senkung des Energieverbrauchs sowie eine Verminderung des Verbrauchs der Lanze.

Das Rohblei und die Schlacke gelangen nach ihrem Abstich aus dem Schmelzofen in einen Reduktionsofen. Der Reduktionsofen ist vorzugsweise ein Elektroofen. Zur Reduktion des PbO in der Schlacke wird ein Reduktionsmittel, wie Koks oder Kohle zugeführt. Gleichzeitig wird zur Steuerung der Schlackenzusammensetzung ein Kalkzuschlag zugeführt. Es ist wünschenswert, zur Senkung des PbO-Gehalts auf 1 bis 2% den CaO-Gehalt in der Schlacke auf 15 bis 20% anzuheben. Nach Abschluß der Reduktion wird die Schlacke verworfen und das Rohblei einer Feinungsstufe zugeführt.

Es ist möglich, nicht nur das PbO, sondern auch das ZnO in der Schlacke durch Aufrechterhaltung einer reduzierenden Atmosphäre im Ofen zu reduzieren. In diesem Fall kann das Zink als zinkreicher Flugstaub durch Einsatz eines sogenannten "rauchenden Ofens" gewonnen werden, in den ein Reduktionsmittel durch eine Windform eingeblasen wird, so daß das Zink reduziert und verflüchtigt wird. Das metallische Zink kann auch durch Einsatz eines luftdichten Elektroofens gewonnen werden, in dem das ZnO mit Koks reduziert wird und das flüchtig gemachte Zink mit einem Kondensator gesammelt wird. In beiden Fällen kann nicht nur Zink gewonnen werden, sondern auch ein zweiter Vorteil erzielt werden, daß nämlich die Menge an zuzuführendem Zuschlag reduziert wird und auf diese Weise der Energieverbrauch herabgesetzt wird, da die Menge an produzierter Schlacke vermindert wird.

Das Abgas des Schmelzofens verläßt diesen durch die Austrittsöffnung 3. Das beim Verfahren anfallende Abgas kann zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet werden, da der SO&sub2;-Gehalt des Abgases hoch ist. Da die Menge an Abgas gering ist, ist der SO&sub2;-Gehalt hoch, und die gesamte Menge an organischen Substanzen ist zersetzt und verbrannt worden. Auf diese Weise kann ohne Entfärbung Schwefelsäure wirtschaftlich hergestellt werden.

Gemäß einem anderen Aspekt des Verfahrens ist es auch möglich, das in der Schmelzstufe erhaltene Rohblei und das in der Reduktionsstufe erhaltene Rohblei getrennt zu sammeln, indem man die Schlacke und das Rohblei in der Schmelzstufe voneinander trennt und nur die Schlacke der Reduktionsstufe zuführt. Dieses Vorgehen ist dann von Vorteil, wenn das Bleikonzentrat einen hohen Gehalt an Verunreinigungen, wie Arsen, Antimon, Kupfer usw. aufweist. In einem derartigen Fall kann in der Reduktionsstufe Speise gebildet werden. Diese enthält oft Edelmetalle, wie Gold und Silber. Der tatsächliche Gehalt dieser Metalle wird auf diese Weise herabgesetzt. In der Schmelzstufe des Verfahrens ist das Sauerstoffpotential hoch, und fast das gesamte Arsen und Antimon gelangen als Oxide in die Schlacke, so daß der Gehalt an diesen Elementen im Rohblei niedrig ist. Andererseits ist die Mehrzahl der Edelmetalle im Rohblei enthalten. Gold, Silber usw. sind daher im Rohblei des Schmelzofens konzentriert, wohingegen der Gehalt an Arsen und Antimon im Rohblei niedrig ist.

Da Arsen und Antimon in der Schlacke konzentriert sind, entsteht neben dem Rohblei in der Reduktionsstufe Speise. Der Gehalt an Gold und Silber in einem derartigen Rohblei ist jedoch gering. Daher ist auch der Verlust an diesen Edelmetallen gering.

Zur Durchführung dieser Verfahrensvariante muß der Bau des Schmelzofens abgewandelt werden. Fig. 6 zeigt ein Beispiel des Baus eines abgewandelten Ofens. In der Seitenwandung des Ofens ist durch einen Überlaufdamm 17 eine Öffnung vorgesehen, und ein verbreiterter Boden 22 und ein zweiter Überlaufdamm 21 bilden eine Abstichöffnung. Ein Vordach 23 aus feuerfestem Material ist so angeordnet, daß in der Wandung eine Siphonpassage gebildet wird. An einer geeigneten Stelle des Vordachs ist eine Schlackenabstichöffnung 15 angeordnet. Das Rohblei 11 und die Schlacke 12, die über den ersten Damm 17 fließen, werden in der Abstichöffnung voneinander getrennt. Die Schlacke wird dann über die Abstichöffnung 15 abgestochen und über eine Rinne dem Reduktionsofen zugeführt. Das abgetrennte Rohblei fließt durch die Siphonpassage und dann über einen zweiten Damm 21 und wird einer Feinungsstufe zugeführt. Der Niveauunterschied zwischen der Schlackenabstichöffnung 15 und dem zweiten Überlaufdamm 21 muß so bemessen sein, daß die Dicke bzw. Tiefe der Schlackenschicht in der Abstichöffnung für eine vollkommene Trennung des Rohbleis von der Schlacke ausreicht, d. h. er muß zumindest 20 cm betragen.

Beispiel 1

Ein Schmelzbad in einem oben beschriebenen Schmelzofen mit einem Fassungsvermögen von 70 t wird ein gemischtes Beschickungsgut aus 26 kg (bezogen auf die Trockensubstanz) kieselsaurem Sand (92% SiO&sub2;), 40 kg (bezogen auf die Trockensubstanz) Eisenerz (mit 56% Fe) und 36 kg (bezogen auf die Trockensubstanz) pulverisierter Kohle pro 1.000 kg getrocknetes Bleikonzentrat A, dessen Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist, mit einer Geschwindigkeit von 7,5 t/Stunde mit Hilfe sauerstoffangereicherter Luft, die 60 Vol-% Sauerstoff enthält und bei einer Geschwindigkeit von 2.000 bis 2.200 Nm³/Stunde über eine aus einem rostfreien Stahl 18-8 Cr-Ni hergestellte Lanze mit einem Außendurchmesser von 6,35 cm zugeführt wird, beschickt.

Der Ofen wird auf 1.000 bis 1.050°C vorgewärmt und mit 50 t geschmolzenem Blei beschickt. Die Lanze wird durch die dafür in der Ofendecke vorgesehenen Öffnung eingeführt. Das Lanzenende wird in einer Höhe von ca. 20 bis 50 cm über der unbewegten Badoberfläche angeordnet. Die Fließgeschwindigkeit des Gases im Lanzenrohr beträgt ca. 170 m/sec, umgerechnet auf den Wert bei Normaltemperatur und Normaldruck. Das eingeblasene gemischte Beschickungsgut wird recht wirksam im Schmelzbad gesammelt, wobei der mitgerissene Verlust an gemischtem Beschickungsgut ca. 1 Gew.-% beträgt, umgerechnet auf den Gehalt an nichtflüchtigen Komponenten, wie SiO&sub2;, Eisenoxide usw. im Flugstaub.

Die Temperatur der Ofenatmosphäre steigt nicht an, da die Verbrennung der Kohle im gemischten Beschickungsgut unmittelbar unterhalb der Lanzendüse stattfindet. Zur Regelung der Ofentemperatur wird das Bunker C-Schweröl bei einer Geschwindigkeit von 50 l/Stunde verbrannt und die Temperatur der Schmelze bei 1.000 bis 1.050°C gehalten.

Der PbO-Gehalt einer in den Bereich I fallenden Schlacke macht, in Molen ausgedrückt, nicht weniger als ca. das 1,5- fache der Gesamtmenge an CaO und SiO&sub2; aus. Dies entspricht zumindest 61,5 Gew.-% PbO in der gebildeten Schlacke. Die Zusammensetzung der Schmelzofenschlacke ist in Tabelle 2 angegeben. Der Gehalt der anderen Komponenten bezieht sich auf einen PbO-Gehalt von 61,5%.

Der durch die Lanze eingeblasene Wind wird so eingestellt, daß der PbO-Gehalt in der Schlacke ca. 62% beträgt. Die Effektivität der Sauerstoffverwertung, berechnet aufgrund der Schlackenzusammensetzung, betrug 85 bis 90%. Die Temperatur des Abgases aus dem Schmelzofen betrug 1.000 bis 1.100°C und der SO&sub2;-Gehalt des Abgases 23 bis 27 Vol.-%, bezogen auf das trockene Gas. Das Abgas wird nach Trocknen und Sammeln des Staubes in eine Schwefelsäureanlage geleitet. Die Gesamtmenge des gesammelten Staubes beträgt 15 bis 20 Gew.-% der Gesamtmenge des eingesetzten Bleikonzentrats. Der Staub enthielt ca. 65 Gew.-% Blei. Der Gehalt an SiO&sub2;, Fe usw. ist sehr gering.

Der Reduktionsofen wurde nach Beschicken mit ca. 5 t Schmelzofenschlacke und Vorwärmen auf ca. 1.200°C in Gang gesetzt. Nach Beginn der Zufuhr von Rohblei und Schmelzofenschlacke wird Grobkoks so zugeführt, daß ein gewisser Anteil des nichtumgesetzten Kokses die ganze Zeit auf der Schmelzbadoferfläche verbleibt. Gleichzeitig wird 54 Gew.-% CaO enthaltender Kalkstein bei einer Geschwindigkeit von 300 bis 360 kg/Stunde (49 kg/Tonne Konzentrat) zugeführt. Die Schlacke wird alle 3 bis 4 Stunden auf der gegenüberliegenden Seite der für den Eintritt der Schmelzofenschlacke vorgesehenen Öffnung abgestochen. Die Zusammensetzung der Reduktionsofenschlacke (Endstufenschlacke) ist in Tabelle 2 angegeben. Der Schwefelgehalt des Rohbleis beträgt 0,2 bis 0,3 Gew.-%.

Beispiel 2

Dem Schmelzbad in dem in Beispiel 1 verwendeten Schmelzofen wird kontinuierlich bei einer Geschwindigkeit von 7,4 t/Stunde mit Hilfe von 60 Vol.-% Sauerstoff enthaltender und bei einer Geschwindigkeit von 2.500 bis 2.600 Nm³/ Stunde über eine Lanze zugeführter sauerstoffangereicherter Luft ein gemischtes Beschickungsgut zugeführt, das, jeweils bezogen auf die Trockensubstanz, 16 kg kieselsauren Sand (92 Gew.-% SiO&sub2;), 10 kg Kalkstein (mit 51 Gew.-% CaO) und 27 kg pulverisierte Kohle (Heizwert von 30.000 Joule/kg) pro 1.000 kg Bleikonzentrat B (die Zusammensetzung des Konzentrats ist in Tabelle 1 angegeben) enthält und das bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als 1% getrocknet wurde. Die Lanze und ihre Betriebsbedingungen sind dieselben wie in Beispiel 1. Die Ofentemperatur wurde mit Hilfe eines Brenners auf 1.050 bis 1.100°C eingestellt. Die Abgastemperatur betrug 1.050 bis 1.150°C.

Die Zuschlagmenge wird so eingestellt, daß das Molverhältnis SiO&sub2; : CaO der gebildeten Schmelzofenschlacke 5 : 1 beträgt. Außerdem wird die Geschwindigkeit der Windzufuhr über die Lanze so eingestellt, daß der PbO-Gehalt der Schlacke 53 bis 60 Gew.-% beträgt, da der berechnete Wert des PbO-Gehalts, bei dem das Molverhältnis von PbO zu (SiO&sub2;+CaO) einen Wert von 3 : 2 annimmt, 53% beträgt. Die Endzusammensetzung der Schmelzofenschlacke ist in Tabelle 3 angegeben. Das gebildete Rohblei und die Schlacke werden über eine Rinne in den Reduktionsofen geleitet. Der gesammelte Flugstaub wird wieder in das Beschickungsgut zurückgeführt. Das Abgas wird einer Schwefelsäureanlage zugeführt. Die Zusammensetzung der Schlacke ist in Tabelle 3 angegeben.

Zur Reduktion nicht nur des PbO, sondern auch des ZnO wird dem Reduktionsofen eine überschüssige Menge an Koks zugeführt. Außerdem wird bei einer Geschwindigkeit von 50 bis 60 kg/Stunde zur Steuerung der Schlackenzusammensetzung Kalkstein zugesetzt. Das Rohblei wird über die Siphonpassage kontinuierlich abgestochen und die Schlacke alle 10 bis 12 Stunden. Die Zusammensetzung der Endstufenschlacke ist in Tabelle 3 angegeben. Das Abgas, das Dämpfe von metallischem Zink enthält, wird durch Luftzufuhr verbrannt. Das Zink wird in Form von einen hohen Gehalt an ZnO aufweisendem Flugstaub gewonnen. Die Ausbeute beträgt 85 bis 90 Gew.-%.

Tabelle 1 Zusammensetzung des Bleikonzentrats


Tabelle 2 Zusammensetzung der Schlacken des Schmelzofens und des Reduktionsofens bei der Verwendung von Konzentrat A.


Tabelle 3 Zusammensetzung der Schlacken des Schmelzofens und des Reduktionsofens bei Verwendung von Konzentrat B

Beispiel 3

Bei Verwendung eines Schmelzofens, der mit einer Trennstichöffnung ausgestattet ist, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, wird ein Konzentrat B nach dem im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren behandelt. Das im Schmelzofen gebildete Rohblei (Schmelzofen-Rohblei) wird unmittelbar der Feinungsstufe zugeführt. Nur die Schlacke wird dem Reduktionsofen zugeführt und auf dieselbe Weise, wie in Beispiel 2 beschrieben, behandelt. Das erzeugte Blei (Reduktionsofen-Rohblei) wird getrennt vom Schmelzofen- Rohblei gefeint.

Die Ausbeute an Rohblei beträgt ca. 60 bis 65 Gew.-% im Schmelzofen und ca. 40 bis 35 Gew.-% im Reduktionsofen. Die Zusammensetzungen des erzeugten Rohbleis sind in Tabelle 4 dargestellt. Zu den in Tabelle 1 nicht angegebenen Komponenten von Konzentrat B gehören: 1.500 ppm Ag, 0,2% As, 0,5% Sb und 0,3% Bi.

Tabelle 4 Zusammensetzung des getrennt abgestochenen Rohbleis


Da der As-Gehalt niedrig ist, wird selbst im Reduktionsofen keine Speise gebildet. Der Ag-Gehalt in der Reduktionsofenschlacke beträgt ca. 2 ppm. Der As-Gehalt in der Reduktionsofenschlacke beträgt, wenn das Schmelzofen-Rohblei nicht getrennt abgestochen wird, ca. 30 ppm.

Erfindungsgemäß werden die Schmelzstufe und die Reduktionsstufe getrennt durchgeführt, und keine der Stufen beeinflußt jeweils die andere. Jede Stufe kann daher leicht gesteuert und unabhängig bei maximaler Effektivität durchgeführt werden. Die gesamte Anlage kann in kleinerem Maßstab gebaut werden.

Der Ofen ist stationär. Eine komplizierte mechanische Konstruktion für die Rotation bzw. eine andere Bewegung ist daher nicht erforderlich. Ferner kann der Ofen zur Verhinderung des Austritts von Abgas gasdicht mit einem Abzugskanal verbunden werden.

Das Beschickungsgut wird über eine Aufblaslanze zugeführt. Die Oxidation des Beschickungsguts und die Verbrennung des Brennstoffs erfolgen im Inneren des Bads bzw. in der Umgebung der Badoberfläche unmittelbar unterhalb der Lanzendüse. Auf diese Weise wird die Reeaktionswärme rasch und vollständig der Schmelze zugeführt, weshalb verglichen mit der Oxidationsreaktion in der Gasphase die auf die feuerfeste Ofenwandung auftreffende Strahlungswärme stark reduziert ist. Der Ofen zeigt keine lokalen Korrosionsangriffe, wie sie in Windformen aufweisenden Öfen auftreten, wodurch die Lebensdauer des Ofens erheblich verlängert wird.

Die Lanze ist ein einfaches Rohr, das keine komplizierte Wasserkühlung erforderlich macht und daher nur geringe Kosten verursacht und leicht bedient werden kann.

Beim Erschmelzen von Blei bestand die Absicht, den PbO- Gehalt in der Schlackenzusammensetzung anzuheben. Ferner wurde die Beziehung zwischen den Gehalten an PbO, SiO&sub2; und CaO untersucht. Dabei wurde ein Schlackenzusammensetzungsbereich gefunden, bei dem die Erschmelzung bei einer Badtemperatur von ca. 1.000°C durchgeführt werden kann. Auf diese Weise kann die Staubbildung auf 20 Gew.-% des Beschickungsguts oder darunter vermindert werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Effektivität der Sauerstoffverwertung im Schmelzofen verbessert werden, ohne die Lebensdauer des Ofens besonders berücksichtigen zu müssen. Auf diese Weise wird der SO&sub2;-Gehalt im Abgas erheblich angehoben, und das Gas kann in einer gewöhnlichen Schwefelsäureanlage leicht behandelt werden. Das Abgas des Reduktionsofens wird getrennt behandelt. Deshalb wird das Abgas aus dem Schmelzofen nicht verdünnt.


Anspruch[de]
  1. 1. Kontinuerliches Direktverfahren zum Erschmelzen von Blei, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. a) ein gemischtes Beschickungsgut mit Hilfe sauerstoffangereicherter Luft oder Sauerstoff in eine eine Bleischmelze enthaltende Schmelzzone mit einer Temperatur von 1000°C bis 1050°C mittels einer Lanze mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 bis 300 m/sec. eingeblasen wird unter Vermeidung einer Rückzündung,

      wobei das Einsatzgut in Teilchenform vorliegendes oder pulverisiertes Bleisulfidkonzentrat und einen Zuschlag sowie auch bei Verwendung von sauerstoffangereicherter Luft auch noch einen Brennstoff enthält und das Bleisulfid zu Rohblei und Schlacke oxidiert wird und
    2. b) das geschmolzene Rohblei und die gebildete Schlacke in einen getrennten Ofen mit einer Reduktionszone überführt werden, wobei die Schlacke mit einem Reduktionsmittel in Berührung gebracht wird, wodurch die bleihaltigen Verbindungen in der Schlacke reduziert werden, und das gebildete Blei dem Rohblei wieder zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion in einem Elektroofen durchgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sauerstoffangereicherte Luft mit 50 bis 70 Volumenprozent Sauerstoffkonzentration, als Brennstoff pulverisierte(r) oder in Teilchenform vorliegende(r) Kohle oder Koks und als Reduktionsmittel Koks oder Steinkohle verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den in der Schmelzzone gebildeten Produkten Rohblei und Schlacke lediglich die Schlacke der Reduktionszone zugeführt und mit dem Reduktionsmittel in Berührung gebracht wird.






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