DE2348105C2 - Verfahren zur Gewinnung von Metallen und/oder Metallverbindungen aus Erzen, Erzkonzentraten oder metallhaltigen Zwischenprodukten mit Hilfe eines Zyklonreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren /ur Gewinnung von Metallen und/oder Metallverbindungen aus Erzen, Erzkonzentraten oder metallhaltigen Zwischenprodukten als Ausgangsmate) lalien, .vobei die üblicherweise mit Zuschlägen vermischten Ausgangsmaterialien in einem Zyklonreaktor geschmo sen werden und das Schmelzprodukt einer Trenneinrichtung zur Trennung der metallhaltigen Phase von der Schlackenphase zugeführt wird.

Es ist ein Verfahren zur Verarbeitung von Nichteisen- und seltene Metalle enthaltenden Erzen und Konzentraten bekannt {DE-PS 15 58 749), bei dem das feinkörnige Einsatzgut in einem Zyklonreaktor aufgeschmolzen wird und die gewonnene Schmelze einem mit einer Elektrowiderstandsheizung ausgerüsteten Abse'.zherd mit in die Schmelze eintauchenden Elektroden zugeführt wird. Als nachteilig wird der große Absetzherd tngesehen, in welchem das im Zyklonreaktor erzeugte Schmelzprodukt durch Schwerkraftabsetzung chargenweise in eine spezifische schwerere metallhaltige Phase, ium Beispiel Metallsteinphase, und in eine spezifisch leichtere Schlackenphase getrennt wird, weil durch die Schwerkraftabsetzung, obwohl diese Stunden dauert, beispielsweise bei der Verarbeitung von Kupfererzkonlentraten keine ausreichende Trennung von Schlacke und Kupferstein erreicht werden kann. Der Grund liegt dann, daß der in der Schmelze anfallende Kupferstein infolge der hohen Durchsatzgeschwindigkeit mit Wirbelbildung innerhalb des Zyklonreaktors als Kupferiteintröpfchen so fein in der Schlackenphase dispergiert ist, daß bei der nachfolgenden Behandlung des gewonnenen Schmeizprodukts im elektrowiderstandsbeheizten Absetzherd die saubere Trennung von Schlacke und Kupferstein erschwert bis unmöglich gemacht wird. Beim bekannten Verfahren können die Wertmetalle nicht nur nicht kontinuierlich gewonnen Werden, sondern die von Zeit zu Zeit aus dem Absetzherd abgestochene Schlackenphasc ist noch so metallreich, daß heißt, die von der Schlacke nicht zu trennenden Anteile an Kupferstein sind derart hoch, daß es aufgrund der hohen Rohstoffkosten heute wirtschaftlich nicht vertretbar ist, den Metallgehalt in der Schlacke zu belassen, so daß das bekannte pyrometallurgische Verfahren zur Gewinnung von Wertmetallen trotz der Verwendung eines Zyklonreaktors und Ausnutzung von dessen vielen Vorteilen heute insgesamt unwirtschaftlich geworden ist. Beim bekannten

ίο Verfahren ist ein wesentlicher Kostenfaktoi neben den hohen Verlusten an Kupferstein in der Schlacke auch noch der hohe Verbrauch an elektrischer Energie für den mit Elektroden ausgerüsteten Absetzherd.

Es ist auch bekannt (DE-OS 19 04 965), eine Schmelze

is in einer Zentrifuge kontinuierlich in Metall und Schlacke zu trennen. Die Zentrifuge könnte zwar anstelle einer Schwerkraftabsetzung das aus einem Zyklonreaktor austretende Schmelzprodukt im Groben in Metall und Schlacke trennen; da aber zum Beispiel bei der Verarbeitung von feinkörnigem Kupfererzkonzentral Kupfersteintröpfchen sehr fein in der Schlackenphase dispergiert sind, würde mit der Schlackenphase, die mittels einer Zentrifuge von der metallhaltigen Phase abgetrennt wird, ein heute wirtschaftlich nicht mehr vertretbar hoher Metallgehalt verlorengehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein pyrometallurgisches Verfahren zur Gewinnung von Wertmetallen zu -chaffen, das vollkontinuierlich betrieben werden kann und bei dem möglichst wenig metallhaltige Phase in der Schlackenphase verlorengeht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ist im Anspruch 2 angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind drei Schritte charakteristisch, nämlich Schmelzen im Zyklonenreaktor metallurgische Nachbehandlung des Schmelzprodukts und abschließende Trennung der metallhaltigen Phase von der Schiackenphase im Fliehkraftfeld mit kontinuierlichem Abzug der beiden Phasen. Der dem Zyklonreaktor nachgeschaltete Schmelzesammeiherd zur metallurgischen Nachbehandlung der Schmelze, der im Vergleich zu einem Absetzherd mit Schwerkraftab-Setzung klein ist. dient gleichzeitig als Pufferbehälter, damit die nachgeschaltete Zentrifuge kontinuierlich laufen kann. Im Pufferbehälter werden beispielsweise bei der Verarbeitung von sulfidischen Materialien reduzierende Gase auf das .Schmelzprodukt aufgeblasen oder in die Schmelze eingeblasen, wobei in der Schlackenphase fein dispergierte Metalloxide in Metallsteintröpfchen umgewandelt werden. Weil das spezifische Gewicht von /um Beispiel Kupferstein höher liegt als das von Kupferoxid, findet im Pufferbehälter bereits eine gewisse Absetzung mit beginnender Schlackenreinigung (Phasentrennung) statt. Im Fhehkraftfeld der Zentrifuge wird dann nicht nur die Schlackenphase von der spezifisch schwereren metallhaltigen Phase getrennt, sondern die Schlackenphase wird gleichzeitig von den in ihr verbliebenen restlichen Metallsteintröpf chen gereinigt, so daß die die Zentrifuge verlassende metallarm gemachte Schlackenphase ohne Weitere metallurgische Nachbehandlung wirtschaftlich vertretbar auf Halde gelegt oder einer weiteren anderweitigen Verwendung zugeführt werden kann. Das heißt also, daß beim erfindungsgernäßen Verfahren trotz der feinen Dispersion der metallhaltigen Phase in der Schlackenphase eine praktisch vollständige Trennung

beider Phasen möglich ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kommen die Vorteile eines kontinuierlich arbeitenden Zyklonreaktors erst infolge eines möglich gemachten kontinuierlichen Abzugs einer an Metall weitestgehend verarmten Schlacke voll zur Geltung, so daß das Verfahren bei einem sehr hohen kontinuierlichen Metallausbringen insgesamt wirtschaftlich ist. Wegen der hohen kontinuierlichen Materialdurcnsatzleistungen, die mit einem Zyklonreaktor schon bei kleinen Baueinheiten erzielt werden können, und wegen der im Vergleich zu einem Absetzherd kleinen Zentrifugal-Trennapparatur ergibt sich aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens insgesamt eine kleinbauende, kontinuierlich arbeitende Ofeneinheit. Beim erfindungsgemäßen Verfahren entfällt außerdem die bekannte elektrothermische Behandlung des aus dem Zyklonschmelzreaktor erhaltenen Schmelzprodukts in einem mit einer Elektrowiderstandiheizung ausgerüsteten Absetzherd mit in das Schmelzbad eintauchenden Elektroden. Dadurch, daß >o beim erfindungsgemäßen Verfahren das Schmelzprodukt des Zyklonreaktors vor Eintritt in die Zentrifuge eine Schlackenphase aufweist, die infolge ier metallurgischen Nachbehandlung des Schmelzproduktes, schon weitgehend von Metallstein gereinigt ist, wird das Trennergebnis der Zentrifuge im Hinblick auf eine möglichst metallarme Schlacke erheblich gesteigert.

Der hier verwendete Begriff »metallhaltige Phase« umfaßt je nach der Art der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verarbeiteten Ausgangsmaterialien sowohl einen Metallstein. das heißt ein beim Schmelzprozeß im Zyklonreaktor anfallendes Gemisch von Metallsulfiden, als auch eine Speise, das heißt ein beim Schmelzprozeß anfallendes Gemisch von Metallarseniden bzw. -antimoniden, wie auch bei entsprechenden 3S Ausgangsmaterialien ein gediegenes Metall.

Das Fliehkraftfeld /ur Trennung des Schmelzpro dukts wird durch ein mit hoher Drehzahl rotierendes Zentrifugengefäß erzeugt, das mit Bezug auf seine Drehachse in radialem Abstand voneinander angeordnete AuMragsöffnungen jeweils für die metallhaltige Phase und die Schlackenphase aufweist, von denen die einzelnen Phasen getrennt voneinander abgeführt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Schmelzprodukt in der Betriebsweise einer Gleich-Stromzentrifuge an einem Ende in den rotierenden Behälter eingeführt wird und die jetrennten Phasen am anderen Ende abgezogen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand emes schematischen Fließbildes naher erläutert. Auf einen Sammelherd 1 ist ar. sinem Ende ein Zyklonreaktor 2 aufgesetzt, dessen Schmelzgut und Gasaustrittsöffnung 3 in de-¹ Sammelherd 1 mündet. Am anderen Ende des Sammelherdes ist eine Gasabzugsleitung 4 vorgesehen, durch die die Gase aus dem Sammdherd abgeführt werden. In Bodennähe des Sammelherdes ist ferner eine Abzugsöffnung 5 vorgesehen, die mit der Eintragsöffnung 6 eines schnellrotierenden zylindrischen Behälters 7 in Verbindung steht. Auf der der Eintragsöffnung 6 abgekehrten Seite des Behälters 7 sii.d in unterschiede chem radialen Abstand von der Drehachse Austragsöffnungen 8 und 9 vorgesehen, die in getrennte, nur schematisch angedeutete Auffangeinrichtungen 10 und 11 einmünden.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet nun wie folgt:

Durch eine Einliagsvorrichtung 12 wird ein feinkörniges beispielsweise rrhwefelhaltiges Erzkonzentrat in den Zyklonreaktor 2 eingeführt, der über eine tangential einmündende Zufuhrleitung 13 mit heißer, sauerstoffreicher Luft versorgt wird, die mit hoher Geschwindigkeit in den Zyklonreaktor eintritt. Über zusätzliche, nicht naher dargestellte Zufuhröffnungen oder aber auch durch Zumischung zum Aufgabegut werden je nach Art und Zusammensetzung des aufzugebenden Ausgangsmaierials noch zusätzliche, die Schlackenbildung und/ oder die metallurgischen Reaktionen fördernde Zuschlagstoffe eingeführt. Infolge der hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten schmilzt das Aufgabegut in kürzester Zeit auf und fließt als ein dünner Schmelzfilm an der Zyklonwandung auf einer etwa schraubenförmigen Bahn nach unten und tritt über eine unmittelbar unter der Austragsöffnung 3 des Zyklons angeordnete, zum Schutz gegen thermische und mechanische Überbeanspruchung durch eingebaute Rohrleitungen 15 mit Wasser gekühlte Feuerbrücke 14 in den Sammelherd 1 ein.

Die bei dem Schmelzprozeß anfallenden Abgase werden über die Leitung 4 at's dem Sammelherd abgezogen, wobei sie je nach n. t und Zusammensetzung des Ausgangsmaterials noch durch Einrichtungen hindurchgeleitet werden können, in denen sich während des Schmelzprozesses verflüchtigende KorrOonenten des Ausgangsmaterials niederschlagen.

Die sich im Sammelherd 1 ansammelnde Schmelze besteht aus einer spezifisch leichteren Schlacke und einer spezifisch schwereren Phase, beispielsweise einem Metallstein.

Infolge der hohen Rotationsgeschwindigkeit der Schmelze innerhalb des Zyklonreaktors ist aber der sich bildende Metallstein zu einem mengenmäßig erheblichen Anteil in Form feinster Tröpfchen mit der spezifisch leichteren Schlacke »emulgiert«. so daß bei dem üblichen Absetzverfahren unter Einfluß der Schwerkraft in einem nachgeschalteten Elektroofen nur eine ungenügende Trennung der metallhaltigen Phase von der Schlackenphase er/ielt werden würde und die Fehlaustrage an metallischer Phase zusammen mit der Schlacke derart hoch wären, daß das gesamte Verfahren unwirtschaftlich wird. Wegen der Größe des erforderlichen Elektroofens und der notwendigen langen Absetzzeiten kann trotz der kontinuierlichen Arbeitsweise des Zyklonreaklors mit der Geszmtanlage nur diskontinuierlich gearbeitet werden, da aus dem Elektroofen im Hinblick auf eine genügende Trennung des Metallsteines von der Schlacke nur in bestimmten Zeitintervallen abgestochen werden kann.

Demgegenüber wird nun nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die in den Sammelherd 1 einlaufende Schmelze, der praktisch nur so groß ist, daß bei eventuellen Betriebsunterbrechungen eine ausrechende Puflerkapazität verbleibt, der nachgeschalteten Zentrifuge unmittelbar und koniinuierlich aufgegeben. In der Zentrifuge 7, die mit Umfangsgeschwindigkeiten von beispielsweise I2m/sec betrieben <.vird, wird die eingeführte Schmelze an die Wandung der rotierenden Zentrifugentrommel geschleudert und unter dem Einfluß des hnhen Fliehkraftfeldes entsprechend der unterschiedlichen Dichte in eine schwere metallische Phase und eine leichtere Sehlaekenphase zerlegt. Da die Zentrifuge vorzugsweise so ausgebildet ict, uaß sie nach dem Prinzip der Gleichstromzentrifuge arbeitet, werden die getrennten Phasen am anderen Ende kontinuierlich abgezogen. Tro'7. der feinen Dispersion von Metallstein- und Sehlaekenphase in der aufgegebenen Schmelze ergibt sich eine nahezu vollständige Trennung

der beiden Phasen voneinander.

Grundsätzlich ist bei der Auslegung des Fließkraftfeldes für den speziellen Anwendungsfall davon auszugehen, daß bei geringen Dichteunterschieden zwischen metallischer Phase und Schlackenphase das Fliehkraflfeld und die Verweilzeit der zu trennenden Schmelze größer sein muß als bei großen Dichteunterschieden zwischen den zu trennenden Phasen.

Das allgemein beschriebene Verfahren läßt sich mit besonderem Vorteil bei einem entsprechenden Ausgangsmaterial zum Erschmelzen eines Kupfersteines, von metallischem Zinn oder aber bei der Aufgabe von Mischerzen mit verflüchtigungsfähigen Komponenten und geringen Gehalten von Edelmetallen einsetzen. In diesem Fall erfolgt im Zyklonreaktor die Verflüchtigung der verflüchtigungsfähigen Komponenten. Bei der Trennung der Schlackenphase von der Schmelzphase mit größerer Dichte ergibt sich durch die praktisch vollständige Trennung von der Schlackenphase eine mit Edelmetallen angereicherte Schmeizphase, aus der die Edelmetalle in wirtschaftlich vertretbarem Umfange in nachfolgenden entsprechenden Aufschlußverfahren gewonnen werden können.

Der Sammelherd t ist mit Einrichtungen für eine metallurgische Nachbehandlung der Schmelze mittels fesler und/oder gasförmiger Reaktionsmittel versehen. So ist es beispielsweise bei der Verarbeitung von sulfidischen Erzen oder Erzkonzentraten vorteilhaft, wenn der im Sammelherd befindlichen Schmelze, bevor diese in das Fliehkraftfeld eingeführt wird, durch eine entsprechende, in der Zeichnung schematisch angedeutete Aufgabevorrichtung 16 Pyrit zugegeben wird und/oder reduzierende Gase in die Schmelze eingeführt

ίο werden, sei es durch Aufblasen auf die Oberfläche, mittels einer Lanze 17, sei es durch Einblasen direkt in die Schmelze. Durch die Nachbehandlung der Schmelze kommen die Vorteile des kontinuierlich arbeilenden Zyklonreaktors in Verbindung mit der kontinuierlichen Trennung der metallhaltigen Phase von der Schlackenphase voll zur Geltung. Bei der Nachbehandlung werden etwaige in der Schlackenphase enthaltene, sich im Schmelzreaktor bildende geringe Mengen an Metalloxiden in Metallsteintröpfchen umgewandelt, die wegen iiifcf gefangen Größe nur mit !!i!ie rfes erfindungsgemäßen Verfahrens mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand aus der Schlackenphase zurückgewonnen und abgetrennt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Metallen und/oder Metallverbindungen aus Erzen, Erzkonzenlraten oder metallhaltigen Zwischenprodukten als Ausgangsmaterialien, wobei die üblicherweise mit Zuschlägen vermischten Ausgangsmaterialien in einem Zyklonreaktor geschmolzen werden und das Schmelzprodukt einer Trenneinrichtung zur Trennung der metallhaltigen Phase von der Schlackenphase zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem aus dem Zyklonreaktor austretenden Schmelzprodukt zunächst gasförmige Reaktionsmittel zugeführt werden und daß dann das nachbehandelte Schmelzprodukt im schmelzflüssigen Zustand in ein Fliehkraftfeld eingeführt wird und die voneinander abgesonderten Phasen kontinuierlich und getrennt voneinander abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verarbeitung von sulfidischen Material :n dem aus dem Zyklonreaktor austretenden Schmelzprodukt in einen Sammelherd reduzierende Gase durch Aufblasen auf die Oberfläche mittels einer Lanze oder durch Einblasen direkt in die Schmelze zugeführt werden, bevor das Schmelzprodukt in das Fliekraftfeld eingeführt wird.