DE19816408A1 - Verfahren zum Reinigen von Schlacke in einem elektrischen Ofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Reinigen von Schlacken, die in metallurgischen Verfahren von Nichteisenmetallen erzeugt wurden, in einem elektrischen Ofen und insbesondere auf ein Verfahren, das sich auf ein halbkontinuierliches Reinigungsverfahren bezieht.

In pyrometallurgischen Nickel- und Kupferverfahren wird das getrocknete, fein zerkleinerte Nickel- und/oder Kupfersulfid­ konzentrat zuerst beispielsweise zu einem Glühschmelzofen gebracht, wo zusätzlich zum Konzentrat Luft, Sauerstoff oder eine Mischung daraus und ein Flußmittel, wie Sand, zugeführt wird. Im Ofen reagiert das Konzentrat mit den anderen hinein­ gegebenen Substanzen, und am Boden des Ofens werden zwei Schichten abgesetzt, die untere ist ein Rohstein (matte), der die Hauptteile der wertvollen Metalle enthält, und die obere Schicht ist eine Schlackenschicht, die auch eine geringe Menge wertvoller Metalle enthält.

Die oxidierte Schlacke, die man aus einem Glühschmelzofen oder aus einem anderen Ofen in einer ersten Verfahrensstufe erhält, enthält wertvolle Metalle in einem solchen Maße, daß ihre Behandlung fortgesetzt wird, im allgemeinen in einem elektrischen Ofen, wo die Schlacke mittels eines Reduktions­ mittels, wie Koks, reduziert wird. In der Behandlung in einem elektrischen Ofen werden die wertvollen Metalle, die an die Schlackenphase gebunden sind, vermindert und getrennt, um eine spezifische Rohsteinphase unter der Schlackenschicht zu bilden. Der erzeugte Rohstein und die ausscheidbare redu­ zierte Schlacke werden beide durch entsprechende Anstichlö­ cher entfernt. Zusätzlich zu Kupfer und Nickel umfassen die wertvollen Metalle Edelmetalle und andere Nichteisenmetalle, wie Kobalt, die in kleinen Mengen in der Schlacke vorhanden sind.

In den meisten Fällen wird der elektrische Ofen, der bei der Behandlung der Schlacke verwendet wird, im Stapelbetrieb gefahren. Nun schränken das Ofenvolumen, das heißt die Sta­ pelgröße und die Zeit, die für das Verarbeiten des Stapels in den verschiedenen Stufen nötig ist, die Ofenkapazität ein. Somit ist es, wenn beispielsweise die Konzentratschmelzkapa­ zität erhöht wird, auch notwendig, die Kapazität des elektri­ schen Ofens zu vergrößern, beispielsweise indem zwei elektri­ schen Öfen implementiert werden, oder durch das Ersetzen eines Ofens durch einen anderen größeren Ofen, oder durch das Vermindern der Reduktions- und Absetzzeit des Stapels, das heißt durch Vermindern der Wiedergewinnungsrate.

Es wurden verschiedene Verfahren für das Erhöhen der Kapazi­ tät von stapelweise betriebenen elektrischen Öfen entwickelt. Das US-Patent Nr. 3,857,700 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Schlackereinigen mittels eines mechanischen Mischens verbessert wird. Das US-Patent Nr. 4,110,107 beschreibt ein Verfahren, bei dem der Kohlenstoff, der bei der Reduktion verwendet wird, in die geschmolzene Schlacke injiziert wird, und ein Verfahren gemäß dem US-Patent Nr. 4,168,156 versucht das Entschlacken durch das Zuführen von Gas in die Schmelze zu verstärken.

Aus dem US-Patent Nr. 3,666,440 ist ein Schlackereinigungs­ verfahren bekannt, bei dem ein kontinuierlich betriebener elektrischer Ofen verwendet wird. Bei diesem Ofentyp ist das Anstichloch der behandelten Abfallschlacke auf derselben Höhe wie der Einlaß der oxidierten Schlacke, die in den Ofen ge­ bracht wird, angeordnet. Der Vorteil des Ofens besteht darin, daß die Schlacke als ein Überlauf aus dem Ofen abgezapft wird. Da die am meisten reduzierte Schlacke auf der Oberflä­ che angeordnet ist, ist es vorteilhaft, sie als erstes abzu­ führen. In einem Stapelverfahren ist das Schlackeanstichloch im unteren Teil der Schlackenschicht angeordnet, wo die Schlackenreinigung als letztes ausgeführt wird. Anderseits besteht ein Nachteil eines kontinuierlichen Verfahrens darin, daß im Laufe der Zeit der größte Teil des Ofenvolumens unbe­ nutzt gelassen wird, wenn die eintretende Schlacke über den schnellsten Weg aus dem Ofen fließt. Beim Verfahren gemäß dem US-Patent 3,666,440 wird versucht, dies mittels einer Wand­ struktur, die am Beladungsende angeordnet ist und sich so weit wie die Schlackenschicht nach unten erstreckt, zu ver­ hindern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun, um die Kapazität eines stapelweise betriebenen Ofens zu verbessern, ein Schlackereinigungsverfahren entwickelt, das halbkontinuier­ lich genannt werden kann. Das Verfahren zielt darauf ab, die Vorteile der stapelartigen und der kontinuierlichen Verfahren zu kombinieren, und zur gleichen Zeit die Nachteile beider Verfahren zu minimieren.

Wie aus obigem deutlich wird, so wird in einem elektrischen Ofen im allgemeinen zu jeder Zeit nur ein Schlackeanstichloch verwendet; in einem stapelbetriebenen Ofen ist es am unteren Teil der Schlackenschicht angeordnet, und in einem kontinu­ ierlich betriebenen Ofen ist es auf der Höhe der Zuführöff­ nung angeordnet, wobei in diesem Fall die reduzierte Schlacke im Überlauf abgeführt wird. Offensichtlich ist immer minde­ stens ein Reserveanstichloch im Ofen ausgebildet, aber diese Löcher werden bei der vorliegenden Erfindung nicht in Be­ tracht gezogen. Gemäß dem neuen Verfahren wird der elektri­ sche Ofen mindestens mit zwei Schlackenanstichlöchern, die für den aktiven Gebrauch vorgesehen sind, versehen; das unte­ re befindet sich auf der Ebene des Anstichloches eines kon­ ventionellen, stapelbetriebenen Ofens, und das andere Loch befindet sich weiter oben, entweder auf der Ebene der Zufuhr­ öffnung oder nur leicht darunter. Die Ausdrücke Abzapfloch, Anstichloch und (Schlacke-) Abführloch, die im Text verwendet werden, beziehen sich alle auf dieselbe Sache. Die wesentli­ chen neuen Merkmale der Erfindung werden aus den angefügten Ansprüchen deutlich.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vergrößert sich die Menge des dem elektrischen Ofens zuzuführenden Stapels um 20-50%, verglichen mit einem konventionellen Stapelverfahren, aber die gesamte Bearbeitungszeit des Stapels bleibt die gleiche.

Der sogenannte halbkontinuierliche elektrische Ofen gemäß der Erfindung kann auf zwei alternative Arten betrieben werden. Wenn das höhere Schlackenanstichloch im oberen Teil des Ofens angeordnet ist, so sind auf derselben Ebene auch die Anstich­ rinnen vorgesehen, und wenn die unteren Löcher und die An­ stichrinnen schon im Ofen vorgesehen sind, so werden sie auch beibehalten. Wenn der Ofen ein neuer elektrischer Ofen ist, so werden Anstichlöcher und Anstichrinnen sowohl für das stapelweise als auch das kontinuierliche Entfernen vorgese­ hen.

Das erste Betriebsverfahren des sogenannten halbkontinuierli­ chen Verfahrens stellt sich folgendermaßen dar: die Schlackenreinigung im elektrischen Ofen beginnt so, daß in einer bekannten Art der Ofen, der vollständig durch das unte­ re Anstichloch von Schlacke gereinigt wurde, gestartet wird, indem Schlacke, normalerweise von einem Glühschmelzofen oder einem anderen Schmelzofen, in den elektrischen Ofen einge­ füllt wird, während das untere Anstichloch geschlossen ist. Auf die Schlackenoberfläche wird ein Reduktionsmittel, wie Koks, zugeführt. Der Ofen wird bis zum maximalen Schmelzpegel aufgefüllt, das heißt, bis zum oberen Anstichloch, das auf der Ebene des Zuführeinlaßes vorgesehen ist, wobei danach die Zuführung aber weiter ununterbrochen fortgesetzt wird, bei­ spielsweise für eine Dauer, die 20-50% der normalen Füll­ zeit des Ofens entspricht. Nun beginnt der Überlauf durch das obere Loch des Ofens. Es ist natürlich klar, daß mindestens das obere Schlackenanstichloch auf der entgegengesetzten Seite des Ofens bezüglich des Einlaßloches angeordnet ist. Die Schlacke, die durch das obere Anstichloch überfließt, ist Schlacke, die sich seit dem Beginn des Einfüllens mit dem Reduktionsmittels in Kontakt befand, so daß sie reichlich Zeit hatte, reduziert zu werden und sich abzusetzen, womit sie nun einen niedrigen Gehalt wertvollen Metalls aufweist. Das Überfließen muß gestoppt werden, wenn die Schlacke, die dem Ofen zugeführt wird, beginnt, zu direkt als überfluß hinauszufließen. Das Beladen des elektrischen Ofens vom Schmelzofen wird gestoppt, und danach wird der elektrische Ofen in der Art eines stapelweise betriebenen Ofens betrie­ ben, indem die Reduktion, das Absetzen und die Schwefelung in normaler Art erfolgt. Das endgültige Abzapfen der gereinigten Schlacke wird durch das untere Anstichloch auf dieselbe Art wie bei einem normalen Stapelverfahren vorgenommen.

Gemäß einem anderen sogenannten halbkontinuierlichen Be­ triebsverfahren ist das obere Schlackenanstichloch, das mit der Anstichrinne vervollständigt ist, unterhalb der maximalen Schmelzoberfläche des Ofens angeordnet, beispielsweise in einer Entfernung, die mehr als die Hälfte, vorzugsweise unge­ fähr ein Drittel der Höhe zwischen der maximalen Schmelzober­ fläche und dem normalen Schlackenanstichloch beträgt. Zu Beginn wird der Ofen in der gleichen Art wie oben betrieben, das heißt das Füllen eines vollständig geleerten Ofens wird begonnen durch das Einfüllen von Schlacke auf normale Weise von einem Glühschmelzofen oder einem entsprechenden Schmelz­ ofen zum elektrischen Ofen, während das untere Loch geschlos­ sen ist. Auf der Schlackenoberfläche wird ein Reduktionsmit­ tel, wie Koks, aufgebracht. Der Ofen wird bis zum oberen Anstichloch gefüllt, aber danach wird das Befüllen ununter­ brochen fortgesetzt, beispielsweise für eine Zeitdauer, die 20 - 50% der normalen Ofenbefüllungszeit beträgt. Nun be­ ginnt ein überfließen durch das obere Loch im Ofen. Nach einer geeigneten Zeitdauer des Überfließens wird das obere Loch geschlossen, und die Schlackenoberfläche steigt bis zum Maximum an. Das Entleeren des Ofens wird nach einer Verarbei­ tungszeit begonnen, die kürzer als normal ist, zunächst durch das obere Anstichloch, da man annehmen kann, daß die Oberflä­ chenschicht der Schlacke aus schon verarbeiteter reduzierter Schlacke besteht. Nach einer geeigneten Zeit, das heißt, einer Zeit, die in einem normalen Stapelverfahren benötigt wird, wird das Schlackenabzapfen durch das untere Loch been­ det.

Wie man aus der Beschreibung der Betriebsverfahren oben sieht, ist es nun möglich, einen elektrischen Ofen, der für ein Stapelverfahren bestimmt ist, halbkontinuierlich zu be­ treiben, und somit kann die Ofenkapazität beachtlich erhöht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere nütz­ lich, wenn die Produktion erhöht werden soll, da durch vor­ teilhafte Bedingungen, die oben beschriebenen Ausführungsfor­ men sogar die doppelte Menge der Schlacke im Vergleich zu einem konventionellen Stapelverfahren verarbeiten können. Dementsprechend kann durch das Verwenden dieses Verfahrens die neue Ofeneinheit so gestaltet werden, daß sie kleinere Ausmaße hat als die Öfen des Standes der Technik.

Claims (9)

1. Verfahren zum Reinigen von Schlacke, die in metallurgi­ schen Verfahren von Nichteisenmetallen erzeugt wurde, in einem elektrischen Ofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenreinigung im elektrischen Ofen als ein halbkontinu­ ierliches Verfahren ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Ofen, der für das Schlackenreinigen vorgesehen ist, mit mindestens zwei Entleeröffnungen und jeweiligen Anstichrinnen für das Schlackenanstechen versehen ist, wobei diese in verschiedenen Höhen vorgesehen sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das untere Schlackenanstichloch auf derselben Ebene wie die untere Oberfläche der Schlacke angeordnet ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das obere Schlackenanstichloch auf der Höhe des Zuführeinlaßes angeordnet ist.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das obere Schlackenanstichloch in einer Entfer­ nung angeordnet ist, die von oben gemessen nicht mehr als die Hälfte der Höhe zwischen dem Zuführeinlaß und dem unteren Schlackenanstichloch beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Schlackenanstichloch in einer Entfernung angeordnet ist, die von oben gemessen nicht mehr als ein Drittel der Höhe zwischen dem Zuführeinlaß und dem unteren Schlackenan­ stichloch beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Befüllen des elektrischen Ofens mit Schlacke, die von einem Schmelzofen abgegeben wird, fortgesetzt wird, sogar nachdem der elektrische Ofen bis zur Ebene des maximalen Schmelzpe­ gels gefüllt ist, für eine Zeitdauer, die 20-50% der nor­ malen Füllzeitdauer des Ofens beträgt, wonach das Befüllen gestoppt und der Schlackestapel in derselben Art wie bei einem Stapelverfahren verarbeitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllen des elektrischen Ofens mit der Schlacke, die aus einem Schmelzofen abgestochen wurde, fortgesetzt wird, sogar nach­ dem der elektrische Ofen bis zur Ebene des oberen Anstichlo­ ches gefüllt ist, für eine Zeitdauer, die 20-50% der nor­ malen Füllzeitdauer des Ofens beträgt, wonach das Befüllen gestoppt, das obere Anstichloch geschlossen, die Schlacken­ oberfläche bis zur Ebene des maximalen Schmelzpegels angeho­ ben, und der Schlackenstapel in der gleichen Art wie in einem Stapelverfahren bearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke, die in derselben Art wie im Stapelverfahren bear­ beitet wurde, aus dem Ofen abgeführt wird, indem zuerst das obere Anstichloch und erst danach das untere Anstichloch geöffnet wird.