-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhüttung von feinkörnigem sulfidischem Kupfererzkonzentrat, bei dem das Konzentrat in oxidierender Atmosphäre geschmolzen und die Schmelze zur Gewinnung von Wertmetallen durch Aufblasen reduzierender Gase nachbehandelt wird, wobei zur Nachbehandlung der Schmelze auf die Schmelze die reduzierenden Gase in Form gebündelter Strahlen mit hoher kinetischer Energie durch mehrere Lanzen aufgeblasen werden und die metallhaltige Phase und die gebildete Schlackenphase ohne weitere Nachbehandlung voneinander getrennt abgezogen werden (DE-AS 29 22 189).
-
Bisher wurde bei der großtechnischen Verhüttung von sulfidischem Erzkonzentrat, zum Beispiel sulfidischem Kupfererzkonzentrat nach dem Prinzip des Suspensions-Reaktionsschmelzens in der oxidierenden Atmosphäre des Schmelzreaktors (Schwebeschmelzschacht oder Schmelzzyklon) nur so viel Sulfidschwefel zu SO2 oxidiert, daß sich eine schmelzflüssige Metallsteinphase einstellt, die etwa 40 bis 50% Wertmetall enthält. Die Schlackenphase wurde im Falle von sulfidischem Kupfererzkonzentrat durch Reduktionsarbeit in eine Armschlacke von etwa 0,35% Cu umgewandelt, die dann direkt absetzbar ist. Der Metallstein, zum Beispiel Kupferstein, muß dann in einem Konverter zu Rohkupfer (Blisterkupfer) umgewandelt werden. Die Verarbeitung von sulfidischem Erzkonzentrat zu einem metallreicheren Metallstein ist beim Schwebeschmelzverfahren problematisch, weil zur Erreichung des metallreicheren Steins im Schwebeschmelzreaktor noch mehr Sulfidschwefel zu SO2 verbrannt werden muß mit der Folge, daß die ansteigende Wärmemenge aus dem Reaktor kaum mehr abführbar ist. So ist die Erzeugung eines hochwertigen Metallsteins (Feinsteins oder Spursteins) mit zum Beispiel 80% Wertmetallgehalt nur in einem herkömmlichen großen Schmelzofen möglich und ist im Zusammenhang mit dem Schwebeschmelzverfahren bisher nur in Verbindung mit einem Schwebeschmelzschacht als Reaktor vorgeschlagen worden (DE-AS 25 36 392 von OUTOKUMPU). Dort hatte der Schwebeschmelzschacht auch nur eine Kapazität von 0,5 bis 3 t/h und war daher für einen großtechnischen Einsatz nicht geeignet. Ein Schwebeschmelzschacht mit einer Höhe von einigen Metern würde noch am ehesten einigermaßen große Ofenwandflächen bieten, durch welche die Oxidationswärme abgeführt werden kann.
-
Bei einem Vergleich zum Schwebeschmelzschacht kleinvolumigen Schmelzzyklon gleicher Durchsatzleistung sinkt die zur Verfügung stehende gekühlte Wandfläche etwa auf 1/10 ab, das heißt, der spezifische Wärmedurchtrittswert in kcal pro qm Ofenwandfläche und Stunde ist beim Schmelzzyklon mindestens 10fach höher als beim Schmelzschacht. Daher war es bisher nicht möglich, beim Einsatz eines Schmelzzyklons zur Verhüttung von sulfidischem Erzkonzentrat eine Metallsteinphase zu erzeugen, die einen höheren Wertmetallgehalt aufweist als etwa 50%. Der im Zahlenbeispiel der eingangs genannten DE-AS 29 22 189 erreichte Kupferstein mit 72% Cu bezieht sich auf einen Schmelzzyklon, dessen Durchsatzleistung ebenfalls nicht großtechnisch war. Das heißt, es war bisher nicht möglich, feinkörnige sulfidische Kupfererzkonzentrate mit großtechnischen Durchsatzleistungen zu wertmetallreichem Kupferstein mit über 75 Gew.-% Cu in vergleichsweise kleinvolumigen Schmelzzyklonen hoher Leistungsdichte umzusetzen. Eine weitere Schwierigkeit der Erzeugung einer Metallsteinphase mit einem hohen Wertmetallgehalt von zum Beispiel 80% liegt auch darin, daß gleichzeitig der Metallgehalt in der Schlacke erheblich ansteigt, so daß die Schlacke allein durch eine elektrothermische Behandlung und/oder durch eine übliche Verblasung nicht so weitgehend an Metall verarmt werden konnte mit dem Ziel, die Schlacke direkt abzusetzen.
-
Es ist auch nicht möglich, einen Schmelzzyklon zur Schaffung größerer gekühlter Wandflächen beliebig zu vergrößern, schon deswegen nicht, weil sich sonst der Zyklonwirbel mit der erforderlichen hohen Geschwindigkeit nicht einstellen kann und die Gefahr besteht, daß Erzkonzentratteilchen nach unten durch den Zyklon ungeschmolzen durchfallen.
-
Es ist auch ein schräg liegender Schmelzzyklon bekannt (DE-AS 20 10 872), der durch Wasserverdampfung bei mindestens 10 at Druck gekühlt ist. Verarbeitet wird nicht sulfidisches Kupfererzkonzentrat, sondern sulfidisches Eisenerz. Nicht bekannt ist, in dem schräg liegenden Schmelzzyklon einen wertmetallreichen Kupferstein (Feinstein, Spurstein) mit über 75 Gew.-% Cu bei großtechnischen Durchsatzleistungen zu erschmelzen. Daran ist schon deswegen bisher nicht gedacht worden, weil wie vorhin bereits erläutert bei der Erschmelzung eines Kupfersteins mit über 75 Gew.-% Cu gleichzeitig der Kupfergehalt in der Schlacke so erheblich ansteigt, gemäß Zahlenbeispiele der DE-AS 25 36 392 auf 6,9 bis 12% Cu in der Schlacke, daß diese Schlacke nicht als metallarm direkt abgesetzt werden konnte. Im Vergleich zu einem vertikalen Schmelzzyklon hat der bekannte schräg horizontal liegende Schmelzzyklon auch noch den Nachteil, daß sich dort im Bereich der unteren Zyklonmantellinie auf der unteren Zykloninnenwandung ein an das rechte untere Zyklonende abfließender Schmelzesumpf ausbildet, wodurch der radiale Wärmeabfluß aus dem Zykloninneren nach außen über den Zyklonumfang gesehen ungleichmäßig verteilt ist mit der Folge, daß dann, wenn der Schmelzzyklon als Dampfkessel ausgebildet ist, die Heizflächenbelastung des Kessels über den Zyklonumfang nicht gleichmäßig verteilt ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verhüttung von feinkörnigem sulfidischem Kupfererzkonzentrat bereitzustellen, bei dem unter Einsatz eines Schmelzzyklons im großtechnischen Maßstab eine Kupfersteinphase mit einem sehr hohen Wertmetallgehalt erschmolzen werden kann und trotzdem eine an Metall verarmte Schlacke in einer einzigen Stufe ohne weitere Nachbehandlung direkt absetzbar ist.
-
Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
-
In den Unteransprüchen 2 und 3 sind Ausbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 angegeben.
-
Der Schmelzzyklon ist im Vergleich zu anderen Schmelzreaktoren durch eine sehr hohe Leistungsdichte mit extrem schnellem Reaktionsablauf gekennzeichnet. Wenn bei der Verhüttung von sulfidischem Erzkonzentrat im vergleichsweise kleinvolumigen Schmelzzyklon im großtechnischen Maßstab viel Sulfidschwefel zu SO2 verbrannt wird, wird auf kleinem Raum eine außerordentlich hohe Wärmemenge frei, die um so höher wird, je vollständiger der Sulfidschwefel verbrannt und je metallreicher und hochwertiger die Metallsteinphase wird. Erfindungsgemäß soll im Schmelzzyklon bei hoher Durchsatzleistung von mehr als 500 t sulfidischem Erzkonzentrat pro Tag ein hochwertiger Kupferstein mit über 75 Gew.-% Cu erschmolzen werden. Zum Abführen der dabei freiwerdenden außerordentlich hohen Wärmemenge wird der Schmelzzyklon erfindungsgemäß als Dampfkessel betrieben, das heißt der Schmelzzyklon arbeitet als Dampfkessel unter der Ausnutzung der Verdampfungswärme, die aus dem Schmelzreaktor ständig abgezogen wird. Als gravierender Vorteil ergibt sich, daß der hochwertige Kupferstein nur noch mit einem vergleichsweise geringen Aufwand zum Rohmetall konvertiert werden muß, das heißt, der noch nötige Konverter zum Ausbrennen des restlichen Sulfidschwefels im Stein sowie zur Oxidation von anderen Begleitmetallen wie zum Beispiel Eisen kann vergleichsweise klein sein. In dem kleinen Konverter fällt dann nur noch eine entsprechend kleine Menge an Sekundärschlacke an. Die infolge der hochwertigen Steinphase anfallende Primärschlacke mit zunächst ebenfalls vergleichsweise hohem Metallgehalt wird nur durch das mit hoher kinetischer Energie erfolgende Aufblasen von reduzierenden Reaktionsgasen durch Lanzen nachbehandelt und so weitgehend an Wertmetall verarmt (weniger als 0,5% Metall in der Schlacke), daß die Schlacke direkt absetzbar ist und eine nachgeschaltete Schlackenreinigungsstufe entfällt.
-
Die Erfindung und deren weitere Vorteile und Merkmale werden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine pyrometallurgische Ofenanlage zur Durchführung des Verfahrens zur Verhüttung von feinkörnigem sulfidischem Kupfererzkonzentrat, das bei 10 zusammen mit Zuschlagstoffen einem Förderorgan 11 aufgegeben wird, von dem das Gut durch Leitung 12 von oben einem Schmelzzyklon 13 zugeführt wird, in den tangential ein Strom 14 technisch reinen Sauerstoffs eingeblasen wird.
-
Die Gutleitung 12 kann auch in die Sauerstoffblasleitung 14 einmünden. Das Aufgabegut wird in dem an der Oberseite eines Ofengehäuses 15 angeordneten Schmelzzyklon 13 bei momentaner Erhitzung auf hohe Temperatur in Bruchteilen von Sekunden, noch während es sich im Schwebe- bzw. Wirbelzustand befindet, geröstet und geschmolzen. Die Verbrennung des Sulfidschwefels und gegebenenfalls anderer oxidierbarer Bestandteile in der Sauerstoffatmosphäre liefert meist bereits genügend Wärme, um den Röst- und Schmelzvorgang autogen ablaufen zu lassen, besonders dann, wenn fast der gesamte Sulfidschwefelgehalt verbrannt wird zur Erzielung eines hochwertigen Feinsteins oder Spursteins. Es versteht sich, daß in der pyrometallurgischen Ofenanlage außer sulfidischem Kupfererzkonzentrat auch andere NE-metallhaltige Erze bzw. Konzentrate sowie auch Rückstände und Schlacken metallurgischer Prozesse verarbeitet werden können, um metallangereicherte Produkte zu gewinnen.
-
Unterhalb des Schmelzzyklons 13 sammelt sich im Ofengehäuse 15 die Schmelze 16, die in Richtung des Pfeiles 17 in eine ebenfalls im Ofengehäuse 15 angeordnete Aufblaseinrichtung 18 abfließt, in der die Schmelze nachbehandelt wird. In der Aufblaseinrichtung 18 ist ein Überlaufwehr 19 zum Abfluß der Schlacke angeordnet, während die spezifisch schwerere metallhaltige Phase 20 durch einen gegenüberliegenden Ablauf 21 abgezogen wird, dessen Niveau tiefer liegt als das Schlackenüberlaufwehr 19. Die Aufblaseinrichtung 18 weist mehrere im wesentlichen senkrechte Aufblaslanzen 22, 23, 24 auf, durch die kontinuierlich unverbrauchtes frisches Reaktionsgas in Form eines gebündelten Strahles mit hoher kinetischer Energie an die Phasengrenzschicht Schlacke/Schmelze herangeführt wird, vorzugsweise so, daß ein Spritzen des Bades vermieden wird. Die Lanzen sind vorzugsweise höhenverstellbar, um den optimalen Blaseindruck 25 auf der Schmelzbadoberfläche genau einstellen zu können. Das Abgas wird zusammen mit gebildetem Staub und Metalldämpfen über die Abgasleitung 26 abgezogen und gelangt von dort zu einer nicht dargestellten Gasreinigungsanlage, zu einem Kondensator zum Niederschlagen der Metalldämpfe und gegebenenfalls zu einem Abhitzekessel zur Verbrennung der restlichen brennbaren Gasbestandteile des Abgases. Befindet sich im Ofengehäuse 15 zwischen dem Schmelzreaktor 13 und den Aufblaslanzen 22, 23, 24 eine in die Schmelze 16 eintauchende, in der Zeichnung gestrichelt gezeichnete Trennwand 27, welche die oxidierende Atmosphäre im Schmelzteil von der reduzierenden Atmosphäre im Raffinationsteil der Ofenanlage trennt, so muß der Schmelzteil der Ofenanlage 15 mit einer eigenen Abgasleitung ausgerüstet sein.
-
Erfindungsgemäß wird die Verbrennung des Sulfidschwefels im Schmelzzyklon 13 so weit getrieben, daß die spezifisch schwerere metallhaltige Phase 20 ein hochwertiger Kupferstein mit über 75% Cu ist. Die bei der hohen Durchsatzleistung von mehr als 500 t Erzkonzentrat/Tag dabei im Schmelzzyklon 13 freiwerdende außerordentlich hohe Wärmemenge wird dadurch kontinuierlich abgeführt, daß der Schmelzzyklon 13 als Dampfkessel ausgebildet ist mit Kesselspeisewasserzuleitung 28 und Dampfableitung 29. Der Wasserdampf kann als Prozeßdampf oder zum Betrieb einer Turbine verwendet werden. Die Schmelzeaustrittstemperatur aus dem als Dampfkessel betriebenen Hochleistungsschmelzzyklon wird auf mindestens 1600°C gehalten. Ist die Trennwand 27 vorgesehen, so ist diese wassergekühlt. Auch die Aufblaslanzen 22, 23, 24, die im Ausführungsbeispiel in Längsrichtung des Ofengehäuses in annähernd gleichem Abstand angeordnet sind, sind wassergekühlt.
-
Die Reduktionsgase 30, zum Beispiel ein gasförmiger Kohlenwasserstoff wie Propan, können zur genauen Einstellung des Reduktionspotentials unterstöchiometrisch mit Sauerstoff vermischt sein, der über Leitung 31 und Ventil 32 von der Sauerstoffhauptleitung 33 abgezweigt sein kann, von der über Ventil 34 die Sauerstoffzuleitung 14 zum Schmelzzyklon 13 ebenfalls abgezweigt ist. Auf diese Weise lassen sich bestimmte selektive Raffinationen der Schmelze durchführen. Durch die Lanze 23 kann auf die Schmelze 16 ein Brenngas 35 aufgeblasen werden, welches am Auftreffpunkt auf der heißen Schmelzbadoberfläche zur Verbrennung gebracht wird, so daß dort ein optimaler Wärmeübergang auf das Schmelzbad erzielt wird, wodurch sich insbesondere bei endothermen Reduktionsvorgängen genau die gewünschte Reduktionstemperatur für die Schmelze einstellen läßt sowie gewünschte Verflüchtigungsreaktionen einstellen lassen. Enthält die Atmosphäre in der Aufblaseinrichtung 18 im Bereich der Austrittsdüse der Lanze 23 für das Brenngas nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verbrennung des Brenngases, so wird dem Brenngas 35 Luft oder Sauerstoff zugemischt, der über Leitung 36 und Ventil 37 von der Sauerstoffhauptleitung 33 abgezweigt sein kann. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, an einer Wandung des Ofengehäuses 15 einen Brenner 38 anzuordnen, der Heizgase zur Deckung der Wärmeverluste liefert. Durch die Lanze 22 können auf die Schmelze 16 Oxidationsgase aufgeblasen werden, so daß die Lanze 22 einfach an die Sauerstoffhauptleitung 33 angeschlossen sein kann. Damit können im Schmelzbad der restliche Sulfidschwefel, der sich im Schmelzbad 13 nicht zu Schwefeldioxid umgesetzt hat, sowie andere noch oxidierbare Bestandteile nachoxidiert werden.