DE1483154C - Apparatus and method for the continuous melting of copper concentrates occurred in direct current and their conversion into metallic copper - Google Patents
Apparatus and method for the continuous melting of copper concentrates occurred in direct current and their conversion into metallic copperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren von sulfidischen Kupferkonzentraten zu metallischem Kupfer in einem ein geschmolzenes Bad enthaltenden Ofen mit einem Aufgabeende und einem Schlackenabstichende.The invention relates to a device and a method for continuous melting and converting from sulphidic copper concentrates to metallic copper in one molten one Furnace containing bath with a feed end and a slag tapping end.
Die Erfindung will das herkömmliche, in einzelnen Ansätzen durchgeführte Schmelzen und Verblaserösten, das im nachstehenden zum Vergleich beschrieben wird, durch ein kontinuierliches Kupferreduktionsverfahren im Gleichstrom derart ersetzen, daß das Schmelzen und Konvertieren teilweise gleichzeitig und teilweise nacheinander in einem einzigen Reaktionsgefäß erfolgen, in das die Konzentrate an einem Ende kontinuierlich eingeführt werden, während die Schlacke und das metallische Kupfer kontinuierlich am anderen Ende des Gefäßes abgezogen werden.The invention aims at the conventional, in individual approaches carried out melting and blown roasting, which is described below for comparison, by a continuous copper reduction process replace in direct current in such a way that melting and converting are partially simultaneous and sometimes take place one after the other in a single reaction vessel, in which the concentrates one end are continuously introduced, while the slag and the metallic copper are continuously introduced can be withdrawn at the other end of the vessel.
Das erfindungsgemäße Verfahren schließt auch die Behandlung von Schlacke durch reduzierende Gase oder -andere Mittel zu dem Zweck ein, den Kupfergehalt auf einen annehmbaren Wert zu senken, und zwar entweder in einer geeigneten Verlängerung des Reduktionsreaktors oder in einem besonderen Gefäß neben dem Reaktor, so daß die Schlacke unter dem Einfluß der Schwerkraft aus dem Reaktionsgefäß in den Absetzbehälter fließen kann.The inventive method also includes the treatment of slag by reducing Gases or other means for the purpose of reducing the copper content to an acceptable level, either in a suitable extension of the reduction reactor or in a special one Vessel next to the reactor, so that the slag under the influence of gravity from the reaction vessel can flow into the sedimentation tank.
Ferner ist nach der Erfindung die Verarbeitung des erzeugten Kupfers zu Anodenkupfer als Teil des kontinuierlichen Verfahrens zuerst durch oxydierende und dann durch reduzierende Gase vorgesehen, wobei diese Behandlung entweder in einer geeigneten Verlängerung des eigentlichen Reaktionsgefäßes oder in einem oder mehreren induktiv beheizten Setzöfen oder auf andere Weise erfolgt.Furthermore, according to the invention, the processing of the copper produced into anode copper is part of the continuous process provided first by oxidizing and then by reducing gases, this treatment either in a suitable extension of the actual reaction vessel or takes place in one or more inductively heated setting ovens or in some other way.
Die Erfindung sieht somit das kontinuierliche Schmelzen, Konvertieren und Reduzieren von Kupferkonzentraten sowie eine nachfolgende Behandlung der Kupfer- und Schlackenströme im Gleichstrom vor, die wegen der kontinuierlichen Verfahrensführung pro Zeiteinheit nur ein kleines Volumen einnehmen und deshalb während des Fließens zu einem relativ kupferfreien Schlackenstrom und einem Strom von Kupfer, das für den Anodenguß geeignet ist, verarbeitet werden können.The invention thus provides for the continuous melting, converting and reducing of copper concentrates as well as a subsequent treatment of the copper and slag streams in direct current before, which take up only a small volume per unit of time because of the continuous process management and therefore, while flowing, to a relatively copper-free slag stream and a stream of copper, which is suitable for anode casting, can be processed.
Die Erfindung bedient sich auch gewisser Erkenntnisse der modernen Technologie in Verbindung mit neuartigen· Konzepten der kontinuierlichen Gas-Flüssigkeits-Arbeitsweise, die bis heute hauptsächlich in der chemischen Verfahrenstechnik angewandt wurden. Ferner umfaßt die Erfindung das Konzept der Entfernung von Kupfer aus geschmolzenen Silikaten durch Inkontaktbringen der Schlacke mit stark reduzierenden Atmosphären und Absitzenlassen des reduzierten Kupfers aus der Schlacke.The invention also makes use of certain findings of modern technology in connection with novel · concepts of the continuous gas-liquid mode of operation, which until today mainly were applied in chemical engineering. The invention also encompasses the concept the removal of copper from molten silicates by contacting the slag with stark reducing atmospheres and allowing the reduced copper to settle out of the slag.
Bekanntlich w.urden viele Jahre beträchtliche Überlegungen, und Anstrengungen auf die Auffindung von Möglichkeiten gerichtet, Kupferstein kontinuierlich in metallisches Kupfer umzuwandeln, jedoch wurde bisher kein befriedigendes oder technisch anwendbares Verfahren entwickelt. Zur Erläuterung und zum Vergleich sei bemerkt, daß das herkömmlich durchgeführte Kupferschmelz- und Konvertierverfahren das Schmelzen der Konzentrate und der Zuschläge in einem Flammofen oder einem Hochofen durchgeführt wird, wobei sich zwei getrennte Schichten bilden, nämlich eine schwerere Schicht von Kupferstein (Cu2S-FeS) und eine obere Schicht von Schlacke. Werfn sich die obere Schicht abgetrennt hat und von dem größten Teil ihres Kupfergehaltes befreit ist, bringt man den Kupferstein aus dem Flammofen in den Konverter, wo er in zwei Perioden einer Oxydationsreaktion mit Luft unterworfen wird.It is well known that for many years considerable considerations and efforts have been made to find ways of converting copper matte continuously into metallic copper, but no satisfactory or technically applicable process has been developed so far. For explanation and comparison, it should be noted that the conventionally carried out copper smelting and converting process, the melting of the concentrates and the aggregates is carried out in a flame furnace or a blast furnace, whereby two separate layers are formed, namely a heavier layer of copper stone (Cu 2 S- FeS) and a top layer of slag. When the upper layer has separated and has been freed from most of its copper content, the copper stone is brought from the furnace into the converter, where it is subjected to an oxidation reaction with air in two periods.
In der ersten Periode des Verblasens reagiertReacts in the first period of fading
Sauerstoff mit FeS wie folgt: vOxygen with FeS as follows: v
FeS + IV2 O2 =s= FeO + SO2 (1)FeS + IV 2 O 2 = s = FeO + SO 2 (1)
ίο Alles Cu2S, das zu Cu2O oxydiert werden mag, reagiert sofort mit FeS nachίο All Cu 2 S, which may be oxidized to Cu 2 O, reacts immediately with FeS
V- V,;" Cu2O + FeS =*= Cu2S + FeO (2)V- V ,; "Cu 2 O + FeS = * = Cu 2 S + FeO (2)
Quarzzuschläge werden in dieser Stufe in den Konverter eingebracht, so daß sich Eisensilikat-Schlacke mit dem FeO bildet, das durch die Reaktion 1 und 2 erzeugt wurde:Quartz aggregates are introduced into the converter at this stage, so that iron silicate slag is formed forms with the FeO produced by Reactions 1 and 2:
2 FeO + SiO2 ^ 2 FeO · SiO2 (3)2 FeO + SiO 2 ^ 2 FeO SiO 2 (3)
Die in der ersten Periode gebildete Schlacke wird dann aus dem Konverter abgegossen undiir den Flammofen zurückgebracht; .dort wird durch Vermischung und Wechselwirkung mit dem Ofenbad ihr Kupfergehalt von 2 bis 3% Cu auf etwa 0,20 bis 0,75% Cu in der Flammofenschlacke gesenkt. Das Cu2S (Spurstein) in dem Konverter wird dann ein zweites Mal verblasen, was vermutlich zu den folgenden ReaktionenThe slag formed in the first period is then poured out of the converter and returned to the furnace; .there, by mixing and interacting with the furnace bath, their copper content is reduced from 2 to 3% Cu to about 0.20 to 0.75% Cu in the furnace slag. The Cu 2 S (Spurstein) in the converter will then blow out a second time, presumably leading to the following reactions
undand
Cu2S + I1Z2 O2=^ Cu2O + SO2 (4)
2 Cu2O + Cu2S =^ 6 Cu + SO2 (5)Cu 2 S + I 1 Z 2 O 2 = ^ Cu 2 O + SO 2 (4)
2 Cu 2 O + Cu 2 S = ^ 6 Cu + SO 2 (5)
führt, bis schließlich metallisches Kupfer entstanden ist.leads until metallic copper is finally formed.
Technische Probleme haben verhindert, daß schon früher ein kontinuierliches Röstverfahren entwickelt wurde. Beispielsweise erfordern die thermodynamischen Bedingungen der Kupferkonversion die Durchführung des Verfahrens in zwei Stufen. In der ersten Stufe wird das Eisensulfid des Kupfersteins zu Oxyd angeröstet, und in der zweiten Stufe wird das Kupfersulfid zu Kupfer oxydiert. Man hat bisher die Schlußfolgerung gezogen, daß sich gerade der kontinuierlich betriebene Konverter am besten für diese Reaktion eignet. Außerdem wurde gefunden, daß während der zweiten Periode des Verfahrens bei der Umwandlung des Cu2S zu Cu sozusagen der Endpunkt der Konversion häufig überschritten und eine gewisse Menge Kupfer zu Cu2O oxydiert wurde.Technical problems have prevented a continuous roasting process from being developed earlier. For example, the thermodynamic conditions of the copper conversion require the process to be carried out in two stages. In the first stage the iron sulphide of the copper stone is roasted to oxide, and in the second stage the copper sulphide is oxidized to copper. So far, the conclusion has been drawn that the continuously operated converter is best suited for this reaction. In addition, it was found that during the second period of the process in the conversion of the Cu 2 S to Cu, the end point of the conversion, so to speak, was frequently exceeded and a certain amount of copper was oxidized to Cu 2 O.
Dieses Cu2O löst sich in der zu diesem Zeitpunkt eventuell in dem Konverter "noch vorhandenen Schlacke.This Cu 2 O dissolves in any slag still present in the converter at this point in time.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzen und Konvertieren von Kupferkonzentraten in metallisches Kupfer und Reduktion der dabei anfallenden und im Gleichstrom geführten Schlacke, die gekennzeichnet ist durch:The invention now relates to a device for continuous melting and converting of copper concentrates into metallic copper and reduction of the resulting and in direct current guided slag, which is characterized by:
a) einen allgemein horizontal angeordneten Ofen (A), a) a generally horizontally arranged oven (A),
b) eine Beschickungsöffnung (2) am einen Ofenende, c) Mittel (5) zur Einführung eines oxydierenden Gases in die Schmelze im Kupfersteinbereich,b) a charging opening (2) at one end of the furnace, c) means (5) for introducing an oxidizing agent Gas in the melt in the copper matte area,
d) einen unter dem Niveau des Herdes in der Kupferstein-Verblasezone gelegenen Kupfertrennabschnitt (Z) im Anschluß an die Kupfersteinverblasezone, d) a copper separation section located below the level of the hearth in the copper matte blown zone (Z) following the copper stone blow zone,
e) einen von der Beschickungsöffnung entfernten und hinter der Kupferabsetzzone befindlichen Ofenbereich (R) mit erhöhtem Herd, der zu e) a furnace area (R) with a raised hearth, which is remote from the loading opening and located behind the copper deposition zone, which leads to
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einem reduzierenden Abschnitt für die bei dem Der zusätzliche Wärmebedarf in der Schlackentrenn-Verfahren
anfallende Schlacke ausgebildet ist, und zone kann entweder durch einen Brenner 7 gedeckt
f) Öffnungen zur Entnahme des gewonnenen Kup- werden oder durch Zufuhr einer ausreichenden Menge
fers aus der Kupferabsetzzone und der Schlacke Luft durch den Einlaß 8, um die aus der Schlackenan
dem der Beschickungsöffnung gegenüber- 5 schicht entweichenden überschüssigen reduzierenden
liegenden Ende des Ofens. . Gase abzubrennen. . -::
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Wenn auch das erfindungsgemäße Verfahren konti-Verfahren
zum kontinuierlichen Schmelzen und Kon- „nuierlich ist, so wird doch eine allmähliche und zuvertieren
von sulfidischen Kupfererzkonzentraten zu sammenhängende Reaktion von der ersten zur zweiten
metallischem Kupfer, insbesondere zum Betrieb der io Verblasestufe aufrechterhalten. Dies wird erreicht
vorstehend beschriebenen Vorrichtung, in einem durch die Kontrolle des Flusses und der Oxydation
ein geschmolzenes Bad enthaltenden Ofen mit einem des flüssigen Kupfersteines bei seiner Bewegung von
Aufgabeende und einem Schlackenabstichende, das dem Beschiekungsende des Ofens bis zum Abstichende,
dadurch gekennzeichnet ist, daß man fortschreitend So ist der Übergang von der ersten Stufe, der Eisenvom
Aufgabe- zum Schlackenabstichende und unter 15 sulfidoxydation, zur zweiten Stufe, der Kupfersulfid-Führung
von Schlacke und Stein im Gleichstrom Oxydation, nicht plötzlich — wie bei den heute angefolgende
Arbeitsschritte durchführt: wandten diskontinuierlichen Verfahren —, sondern
a) Kontinuierliche Einführung von Konzentraten mehr ein allmählicher Übergang; das Eisensulfid wird
in das Aufgabeende des Ofens, langsam aus dem Kupferstein heraus oxydiert, bis
. b) Schmelzen der Konzentrate, 20 dieser den zweiten Abschnitt des Ofens erreichT," woa reducing section for the slag occurring in the slag separation process, and zone can either be covered by a burner 7 f) openings for removal of the extracted copper or by supplying a sufficient amount fers from the copper deposition zone and of the slag, air through the inlet 8 to the excess reducing end of the furnace escaping from the slag at the layer opposite the loading opening. . Burn off gases. . - ::
A further subject of the invention is a. Although the process according to the invention is a continuous process for continuous melting and flowing, a gradual and reversed reaction of sulfidic copper ore concentrates from the first to the second metallic copper, in particular for the operation of the Maintain io fading level. This is achieved above-described device in a furnace containing a molten bath through the control of the flow and the oxidation with one of the liquid copper stone as it moves from the feed end and a slag tapping end, which is the charging end of the furnace to the tapping end, characterized in that So the transition from the first stage, the iron from the feed to the slag tapping and under 15 sulfide oxidation, to the second stage, the copper sulphide guidance of slag and stone in the direct current of oxidation, is not sudden - as is the case with the work steps that follow today discontinuous process - but a) Continuous introduction of concentrates more of a gradual transition; the iron sulfide is slowly oxidized out of the copper stone in the feed end of the furnace, until. b) Melting the concentrates, 20 this reaches the second section of the furnace, "where
c) allmähliche Oxydation von FeS durch Einfüh- nur Kupfersulfid ttifwesend ist. "c) Gradual oxidation of FeS by introducing only copper sulphide is present. "
j rung eines oxydierenden Gases in den Stein, Die Erfindung ist nicht auf irgendeine besondere j tion of an oxidizing gas in the stone, the invention is not limited to any particular
• d) allmähliche Oxydation von Cu2S zu metallischem oder kritische Form oder Größe des Reaktionsge-• d) gradual oxidation of Cu 2 S to metallic or critical shape or size of the reaction
Kupfer im erhaltenen Strom von Spurstsin durch fäßes oder der Anlage beschränkt und läßt sich auchCopper is limited in the stream of spurstsin obtained by the vessel or the plant and can also be used
weitere Einführung von ausreichend oxydie- 25 auf andere Typen von Flüssigkeits-Gas-Reaktionenfurther introduction of sufficient oxydie- 25 to other types of liquid-gas reactions
rendem Gas, x bei hohen Temperaturen, z.B. für gewisse andererending gas, x at high temperatures, e.g. for certain others
e) Absitzenlassen des Kupfers in einer Kupfer- Sulfide, anwenden. Es folgt ein spezielles Beispiel absetzzone, die so weit vom Aufgabeende ent- für die Kupferproduktion nach dem erfindungsgefernt ist, daß eine direkte Berührung mit dem mäßen kontinuierlichen Verfahren; dieses Beispiel ist am Aufgabeende gebildeten Stein vermieden 30 an Hand der Zeichnung zu betrachten.e) Allow the copper to settle in a copper sulfide. A specific example follows Settling zone that is so far from the end of the feed. For copper production after the invention is that a direct contact with the moderate continuous process; this example is Stone formed at the end of the task avoided viewing it on the basis of the drawing.
f) kontinuierliches Abziehen der Schlacke und Produktion von Kupferf) continuous extraction of the slag and production of copper
g) kontinuierliches Abziehen des metallischen Kup- Basis: 178 tato Kupfer
fers. ' Materialbilanzg) continuous removal of the metallic copper base: 178 tpd copper
fers. 'Material balance
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nach- 35 Naßkonzentrate......... 30 t/hThe device according to the invention is after 35 wet concentrates ......... 30 t / h
folgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Angenommeneexplained in more detail below with reference to the drawing. Adopted
F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch ein allgemein Zusammensetzung...... 26%-"Cu .F i g. 1 is a longitudinal section through a general composition ...... 26% - "Cu.
horizontal angeordnetes Reaktionsgefäß nach der 30% Fehorizontally arranged reaction vessel after 30% Fe
Erfindung; , . 33% S . ■Invention; ,. 33% S. ■
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch das Reaktions- 40 4% SiO2 ,Fig. 2 is a cross section through the reaction 40 4% SiO 2 ,
gefäß nach Fi g. 1. 7% H2Ovessel according to Fi g. 1. 7% H 2 O
In F i g. 1 hat das allgemein mit A bezeichnete Erzeugter Kupferstein . -In Fig. 1 has the Generated Copper Stone, generally designated A. -
Reaktionsgefäß einen feuerfesten Mantel 1, eine Be- (29% Cu) 26,7 t/hReaction vessel a refractory jacket 1, a loading (29% Cu) 26.7 t / h
schickungsöffnung 2 ist in dem Mantel 1 für die Ein- Volumen des KupfersteinsSend opening 2 is in the jacket 1 for the one volume of the copper stone
führung der zu reduzierenden Konzentrate vorgesehen. 45 (spezifisches Gewicht .management of the concentrates to be reduced provided. 45 (specific weight.
Ein Brenner 3, der in Konstruktion und Betrieb her- = 4,1) ...............6,4 m3/hA burner 3, which in construction and operation was- = 4.1) ............... 6.4 m 3 / h
kömmlich sein kann, ist ebenso am Beschiekungsende Quarzzuschläg '. 7 t SiO2Zhcan be convenient, quartz surcharge is also at the end of the coating . 7 t SiO 2 Zh
des Reaktiortsgefäßes angeordnet. Ein Abzugsrohr 4 Erzeugte Schlacke '..·.. 21,1 t/hthe Reaktiortgefäßes arranged. A discharge pipe 4 produced slag '.. · .. 21.1 t / h
ist in dem normalerweise oberen Teil des Reaktions- Angenommene , Λ : ■is in the normally upper part of the reaction- assumed, Λ : ■
gefäßes vorgesehen. Es sei bemerkt, daß die horizon- .50 Zusammensetzung 45% Fe (58% FeO)vessel provided. It should be noted that the horizontal .50 composition 45% Fe (58% FeO)
tale Länge des Gefäßes in einzelne Reaktionszonen 30% SiO2 Total length of the vessel in individual reaction zones 30% SiO 2
eingeteilt ist, und zwar erstens eine Zone X für das , . 12 % Al2O3, ZnO, usw.is divided, firstly a zone X for the,. 12% Al 2 O 3 , ZnO, etc.
Schmelzendes Konzentratesund Verblasen des Kupfer- Schlackenvolumen ■ '..'-"'....'-■''■ Melting concentrate and blowing the volume of copper slag ■ '..'- "'....'- ■ '' ■
steins, zweitens eine Zone Y für das Verblasen des (spezifisches Gewicht ^stone, secondly a zone Y for blowing the (specific gravity ^
weißen Kupfersteins, drittens eine Zone Z für die 55 =3,6) ..:. 5,7 m3/hwhite copper stone, thirdly a zone Z for the 55 = 3.6) ..:. 5.7 m 3 / h
Kupferabscheidung und Schließlich eine Schlacken- Erzeugter Spurstein (Cu2S) 9,8 t/h . :,Copper deposition and finally a slag- produced trace stone (Cu 2 S) 9.8 t / h. :,
reduktionszone R und eine Trennzone S am Abstich- Volumen (spezifisches . . .:reduction zone R and a separation zone S on the tapping volume (specific...:
ende des Reaktionsgefäßes. Es sei jedoch bemerkt, Gewicht = 5,9) 1,6 rri3/hend of the reaction vessel. It should be noted, however, weight = 5.9) 1.6 rri 3 / h
daß die Unterteilung dieser Zonen nur grob ist. Sie Erzeugtes Kupfermetall .... 7,8 t/hthat the subdivision of these zones is only rough. You produced copper metal .... 7.8 t / h
sind keine getrennten und deutlich verschiedenen Re- 60 Volumen (spezifischesare not separate and clearly different Re- 60 volumes (specific
aktionszonen in dem Sinn, daß sie physikalisch durch Gewicht = 8) 0,95 m3/hAction zones in the sense that they are physically by weight = 8) 0.95 m 3 / h
Trennwände od. dgl. unterteilt wären. Düsen 5 sind LuftbedarfPartitions or the like would be divided. Nozzles 5 are air requirements
über die Länge der Kupfersteinverblasezone ange- a) erstes Verblasen:over the length of the copper stone blow zone - a) first blow:
ordnet, wie in der Zeichnung dargestellt ist. FeS in FeO bei 95%arranges as shown in the drawing. FeS in FeO at 95%
Diese Düsen dienen zur kontinuierlichen Einführung 65 Sauerstoffausnutzung.... 440 m3/min LuftThese nozzles are used for the continuous introduction of 65 oxygen utilization .... 440 m 3 / min air
von Luft, um sicherzustellen, daß die Kontinuität des Luftvolumen pro 51 mmof air to ensure that the continuity of the air volume per 51 mm
Verfahrens gewahrt bleibt. Die Einlasse für ein redu- Düse 7,1 m3/min LuftProcedure is preserved. The inlets for a redu- nozzle 7.1 m 3 / min of air
zierendes Gas sind in der Zeichnung bei 6 angedeutet. (derzeitige Betriebspraxis) 14,2 m3/minornamental gas are indicated at 6 in the drawing. (current operating practice) 14.2 m 3 / min
erforderliche Düsenzahl.. 62
erf orderliche Reaktorlänge
(bei Düsenzentren mit
153 mm Abstand gemäß
derzeitiger Betriebspraxis) 9,75 m b) zweites Verblasen:
Cu2S in Cu bei 95 °/0 required number of nozzles .. 62
required reactor length
(for nozzle centers with
153 mm distance according to
current operating practice) 9.75 mb) second blowing:
Cu 2 S in Cu at 95 ° / 0
Sauerstoffausnutzung 113 m3/min LuftOxygen utilization 113 m 3 / min air
Düsenzahl 16Number of nozzles 16
erforderliche Reaktorlänge (Düsen-Zentren mitrequired reactor length (nozzle centers with
153 mm Abstand)....... 2,75 m153 mm distance) ....... 2.75 m
Verweilzeiten der Materialien im ReaktorResidence times of the materials in the reactor
Das Reaktorgefäß A kann in seiner Konstruktion dem herkömmlichen Peirce-Smith-Konverter sehr ähnlich sein. , '.The construction of the reactor vessel A can be very similar to the conventional Peirce-Smith converter. , '.
Eine vollkommene Umwandlung wird somit in der gleichen Zeitdauer erzielt wie bei dem derzeitigen diskontinuierlichen Betrieb. Dementsprechend wird die Verweilzeit des Materials etwa 2 Stunden in der ersten Verblasezone X und etwa 0,5 Stunden in der zweiten Verblasezone Y betragen. Ferner wird eine Verweilzeit von etwa 1 Stunde für die Abtrennung des Kupfers in der Zone Z und etwa 0,5 Stunden für das reduzierende Verblasen der Schlacke sowie 1 Stunde für die Abtrennung der Schlacke in Zone S vorgesehen.A perfect conversion is thus achieved in the same period of time as in the current batch operation. Accordingly, the residence time of the material will be about 2 hours in the first blowing zone X and about 0.5 hours in the second blowing zone Y. Furthermore, a dwell time of about 1 hour for the separation of the copper in zone Z and about 0.5 hours for the reducing vaporizing of the slag and 1 hour for the separation of the slag in zone S is provided.
Der letzte Wert beruht auf experimentellen Untersuchungen der Abtrennung von Kupferschlacke. Wie gesagt, finden keine getrennten Verblasevorgänge als solche statt, jedoch ziemlich getrennte Reaktionen oder Stufen in dem Prozeß auf Grund des kontinuierlichen Verblasens und der kontinuierlichen Einführung von Luft durch die Düsen 5.The last value is based on experimental investigations into the separation of copper slag. As said there are no separate fading processes as such, but rather separate reactions or stages in the process due to continuous blowing and continuous introduction of air through the nozzles 5.
35 Wärmebilanz (pro Betriebsstunde) 35 heat balance (per operating hour)
a) Kupferstein —■ Verblasezonea) Copper stone - ■ blown zone
Wärmeinhalt des flüssigen
Kupfersteins bei 12000CHeat content of the liquid
Copper stone at 1200 0 C
Wärmeinhalt der flüssigen
Schlacke (einschließlich 9 t/h Zuschläge) ... bei 12000CHeat content of the liquid
Slag (including 9 t / h surcharges) ... at 1200 0 C
Wärmeinhalt der LuftzufuhrHeat content of the air supply
bei 1200°C Wärmeinhalt des Wasserdampfesat 1200 ° C heat content of the water vapor
bei 1200°Cat 1200 ° C
Wärmeverluste (Betriebserfahrung 9,15 m— Konverter) ...Heat losses (operating experience 9.15 m - converter) ...
Insgesamt benötigte Wärme Total heat required
Wärme aus der FeS-Reaktion und der Bildung von Silikatschlacke ,Heat from the FeS reaction and the formation of silicate slag,
Hilfswärmezufuhr am Beschickungsende des Reaktors (z.B. 2,8t Kohle mit 42% nutzbarer Wärme) Auxiliary heat supply at the feed end of the reactor (e.g. 2.8t coal with 42% usable heat)
Insgesamt verfügbare Wärme ...Total available heat ...
b) Spurstein — Verblasezoneb) Spurstein - blown zone
Wärmeinhalt desQuarzzuschla gesHeat content of the quartz surcharge
(2,2 t) bei 12000C(2.2 t) at 1200 0 C
Wärmeinhalt von LuftHeat content of air
bei12000C Wärmeverluste :at 1200 0 C heat loss:
5 670 000 kcal/h Wärme der Umsetzung von Cu2S
mit Sauerstoff (477 kcal/kg Cu)..
Somit insgesamt verfügbare
Wärme 5 670 000 kcal / h heat of the conversion of Cu 2 S
with oxygen (477 kcal / kg Cu) ..
Thus the total available
warmth
c) Kupfertrenn-, Schlackenreduktions- und Schlackentrennzonen
(erforderliche Gesamtlängec) Copper separation, slag reduction and slag separation zones
(required total length
" 9,15 m geschätzt)
Wärmeinhalt des reduzierenden
Gases (1,56 ms/Min. Erdgas) ...
Wärmeverluste "9.15 m estimated)
Heat content of the reducing
Gas (1.56 m s / min. Natural gas) ...
Heat losses
Insgesamt benötigte Wärme Total heat required
Hilfswärmequelle (Brenner am
Abstichende des Reaktors
6,45m3/Min. Erdgas mit 50%
nutzbarer Wärme) ....Auxiliary heat source (burner on
Tapping end of the reactor
6.45m 3 / min. Natural gas with 50%
usable heat) ....
InsgesamtverbrauchteBrennstoffmenge: Total amount of fuel consumed:
etwa 2,8 t Kohle · 6 480 000 .=
8,07 m3 Erdgas/Min. · 60 ·
8 900 =about 2.8 t coal · 6,480,000. =
8.07 m 3 natural gas / min. 60
8 900 =
4040
7 400 000 kcal/h7,400,000 kcal / h
10 080 000 kcal/h 2 440 000 kcal/h10,080,000 kcal / h 2,440,000 kcal / h
1 510 000 kcal/h 27 100 000 kcal/h 1 510,000 kcal / h 27 100,000 kcal / h
19 260 000 kcal/h19,260,000 kcal / h
5555
7 840 000 kcal/h 27 100 000 kcal/h 7,840,000 kcal / h 27 100,000 kcal / h
755 000 kcal/h755,000 kcal / h
2 520 000 kcal/h 375 000 kcal/h 3 650 000 kcal/h 3 650 000 kcal/h2,520,000 kcal / h 375,000 kcal / h 3,650,000 kcal / h 3,650,000 kcal / h
130 000 kcal/h 1 510 000 kcal/h 130,000 kcal / h 1,510,000 kcal / h
1 640 000 kcal/h1,640,000 kcal / h
Insgesamt benötigte Wärme .... 3 650 COO kcal/h 1 640 000 kcal/hTotal heat required .... 3 650 COO kcal / h 1 640 000 kcal / h
18 150~0ÖlTkcal/h18 150 ~ 0 oil tkcal / h
4 310 000 kcal/h 22 460 000 kcal/h 4,310,000 kcal / h 22,460,000 kcal / h
Es folgt nun eine Beschreibung des Verfahrens unter Bezugnahme auf das vorstehend diskutierte spezielle Beispiel.There now follows a description of the method with reference to the particular discussed above Example.
Die nassen (oder trockenen) Konzentrate werden mit dem benötigten Mengenanteil an Kieselsäure-Schlackenbildner vorvermischt und über einen geeigneten Beschickungsmechanismus, z. B. einen Schwingschneckenförderer, einen Bandförderer, einen Carr-Förderer od. dgl. in. das Vorderende des Bades im Reaktorgefäß A eingebracht. Versuche haben gezeigt, daß die Reaktion zwischen den Konzentraten und dem Luftstrom aus den Düsen 5 einsetzt, sobald die Konzentrate eine Temperatur von etwa 540 bis 59O°C erreicht haben, und die exotherme Reaktionswärme bringt die Konzentrate auf die Schmelz- und Umwandlungstemperaturen.The wet (or dry) concentrates are premixed with the required proportion of silica slag former and fed through a suitable charging mechanism, e.g. In. As an oscillating screw conveyor, a belt conveyor, a Carr-conveyor od. Like. Introduced the leading end of the bath in the reactor vessel A. Experiments have shown that the reaction between the concentrates and the air stream from the nozzles 5 begins as soon as the concentrates have reached a temperature of about 540 to 59O ° C., and the exothermic heat of reaction brings the concentrates to the melting and conversion temperatures.
Die Wärmebilanz zeigt, daß der größte Teil der benötigten Wärme in dem Reaktor geliefert wird durch exotherme Wärme der Umwandlungsreaktionen. Eine zusätzliche Wärmequelle in Form eines Gas-, öl- oder Kohlebrenners kann am Beschickungsende des Reaktors angeordnet werden. Mit Sauerstoff angereicherte Luft kann benutzt werden, um den Bedarf bei zusätzlicher Wärmezufuhr zu vermindern.The heat balance shows that most of the heat required in the reactor is supplied by exothermic heat of the conversion reactions. An additional heat source in the form of a gas, oil or Coal burner can be placed at the feed end of the reactor. Enriched with oxygen Air can be used to reduce the need for additional heat.
Der Reaktorbehälter A weist ein zylindrisches Gefäß von etwa 3,4 m Innendurchmesser und 18,6 m Länge auf und kann eine ähnliche Konstruktion haben wie ein Peirce-Smith-Konverter mit der Änderung, daß am Abstichende ein erhöhter Herd vorgesehen ist, der die Trennung der Schichten von Schlacke und Spurstein ermöglicht. Düsen 5, die kontinuierlich 7,1 m3 Luft pro Minute abgeben, sind entlang der Zone X und Y der Reaktorlänge jeweils im Abstand von 153 mm, gemessen von Mitte zu Mitte, angeordnet. Wie bei dem herkömmlichen Peirce-Smith-Konverter kann das Reaktionsgefäß bis zu 90° gedreht werden, so daß die Düsen freiliegen, wenn der Luftzufluß unterbrochen wird.The reactor vessel A has a cylindrical vessel about 3.4 m inside diameter and 18.6 m length and can have a construction similar to that of a Peirce-Smith converter with the change that a raised hearth is provided at the tapping end to facilitate the separation which enables layers of slag and trace stone. Nozzles 5, which continuously discharge 7.1 m 3 of air per minute, are arranged along zone X and Y of the reactor length at a distance of 153 mm, measured from center to center. As with the conventional Peirce-Smith converter, the reaction vessel can be rotated up to 90 ° so that the nozzles are exposed when the air flow is interrupted.
Es ist zu beachten, daß die Rohmaterialien kontinuierlich eingeführt und die geschmolzene Schlacke und das geschmolzene Kupfer kontinuierlich aus dem Ofen abgezogen werden. Die Materialien fließen also unter dem Einfluß der Schwerkraft langsam im Gleich-It should be noted that the raw materials are continuously introduced and the molten slag and the molten copper is continuously withdrawn from the furnace. So the materials flow under the influence of gravity slowly
strom über die einzelnen Stellen in dem Reaktor hinweg (in der Zeichnung F i g. 1 von links nach rechts).current across the individual points in the reactor (in the drawing F i g. 1 from left to right).
In dem Maße wie die Konzentrate schmelzen, entstehen zwei Schichten, und zwar eine Schlackenschicht und eine Kupfersteinschicht, genau wie in dem herkömmlichen Flammofen. Beim Fließen der Kupfersteinschicht zum Abstichende des Gefäßes A wild sie ■ jedoch kontinuierlich der Umsetzung mit einem Luftstrom unterworfen, der durch kontinuierliche Ein-. führung von Luft durch die Düsen eingeblasen wird. In der Praxis wird ein M indestdruck von etwa 0,7 kg/cm2 angewandt werden. Es soll hier nidit gesagt werden, daß eine absolute Kontinuität der Lufteinführung . wesentlich sei. Kleine Unterbrechungen der Lufteinführung sind nicht kritisch, jedoch unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren ja gerade durch seine . kontinuierliche Verfahrensführung von den getrennten Verblasevorgängen bei dem diskontinuierlichen Verfahren, wie es bisher angewandt wurde.. ' ■ .As the concentrates melt, two layers are created, a slag layer and a copper stone layer, just like in the conventional furnace. When the copper stone layer flows to the tapping end of the vessel A, however, it is continuously subjected to the reaction with an air stream, which is caused by continuous intake. guidance of air is blown through the nozzles. In practice a minimum pressure of about 0.7 kg / cm 2 will be used. It should not be said here that there is an absolute continuity of the air intake. is essential. Small interruptions in the introduction of air are not critical, but the method according to the invention differs precisely through its. continuous process management of the separate blowing processes in the discontinuous process, as it has been used up to now .. '■.
Die eingeblasene Luft führt in erster Linie zu einer Oxydation des in dem Kupferstein· enthaltenen Eisensulfids zum Oxyd, das sich mit der überschüssigen Kieselsäure in der Schlacke zu einer Silikatschlacke verbindet. Wie bereits gesagt, wird Quarz mit den Konzentraten vermischt in den Ofen eingeführt. Eine zusätzliche Menge wird über die geeignete Beschickungsvorrichtungen in der Nähe des mittleren Bereichs des Ofens zugegeben.The air blown in leads primarily to a Oxidation of the iron sulphide contained in the copper stone to form the oxide, which dissolves with the excess Silica in the slag combines to form a silicate slag. As I said before, quartz comes with the Concentrates mixed and introduced into the oven. An additional amount is added via the appropriate loading devices added near the middle of the oven.
Die oben beschriebene Umwandlungsreaktion entspricht der ersten Verblaseperiode in herkömmlichen .Kupferkonvertern mit der Ausnahme, daß erfindungsgemäß ständig eine Schlackenschicht über dem Kupferstein liegt. In dieser Hinsicht ist die betrachtete Reaktion mit dem abschließenden Fluß in der ersten Verblaseperiode vergleichbar, wenn auch auf der Schicht von Spurstein eine Schlackenschicht schwimmt.The conversion reaction described above corresponds to the first fading period in conventional ones .Kupferkonvertern with the exception that according to the invention constantly a layer of slag over the Copper stone lies. In this regard, the reaction under consideration is with the final flow in the first Fading period comparable, even if a layer of slag floats on the layer of track stone.
Als Folge dieser Reaktion zwischen Kupferstein und Luft verarmt der Kupferstein kontinuierlich an FeS, bis er an einem in Strömungsrichtung weiter unten liegenden Punkt sich in Spurstein (Cu2S) umgewandelt hat.As a result of this reaction between copper matte and air, the copper matte is continuously depleted in FeS until it has converted into trace stone (Cu 2 S) at a point further down in the direction of flow.
Dieser wird dann der Umsetzung mit Luft durch die Düsen 5 unterworfen, und nun tritt das Äquivalent zu der zweiten Verblaseperiode beim konventionellen Konverterbetrieb ein. Dieser Teil der Reaktion ist mit der zweiten Verblaseperiode identisch mit der Ausnahme, daß über dem Spurstein eine Schlackenschicht liegt. . ·This is then subjected to the reaction with air through the nozzles 5, and now the equivalent occurs the second deflation period in conventional converter operation. That part of the reaction is identical to the second fading period with the exception that a layer of slag over the track stone located. . ·
Während der Spurstein der Wechselwirkung mit Luft unterworfen wird, trennt er sich in eine schwefelreiche und eine kupferreiche (98 bis 99% Cu) Phase, die eine höhere Dichte hat und sich deshalb als dritte flüssige Phase zur Kupfertrennzone Z des Reaktionsgefäßes A abscheidet. . While the trace stone is subjected to the interaction with air, it separates into a sulfur-rich and a copper-rich (98 to 99% Cu) phase, which has a higher density and is therefore deposited as the third liquid phase in the copper separation zone Z of reaction vessel A. .
Die Zone Z des Reaktionsgefäßes A dient zur Abtrennung dieses Kupfers, das dann kontinuierlich in einen oder mehrere kleine Induktionsöfen abgestochen wird, wo es vor dem Vergießen zu Anoden in kontinuierlichem Arbeitsgang entschwefeln und anschließend desoxydiert werden kann.Zone Z of reaction vessel A is used to separate this copper, which is then continuously tapped into one or more small induction furnaces, where it can be desulfurized in a continuous process before being cast into anodes and then deoxidized.
Die Schlackenschicht fließt aus der Kupfertrennzone in die Schlackenbehandlungszone R, wo sie, wie in F i g. 1 angedeutet, mit reduzierenden Gasen in Kontakt gebracht wird.The slag layer flows from the copper separation zone into the slag treatment zone R, where, as in FIG. 1 indicated, is brought into contact with reducing gases.
Diese Gase werden durch eine Reihe von Düsen 6 eingeleitet. Eine abschließende Schlackentrennzone S ist nach dem reduzierenden Verblasen vorges hen, und anschließend wird die Schlacke kontinuierlich aus dem Ofen abgestochen oder abgezogen. Das Kupfer, das sich aus der Schlacke abscheidet, fließt in die Kupfertrennzone Z zurück. Stattdessen kann man auch einen besonderen Setzofen vorsehen, wodurch kupferreiche Schlacke aus der Kupfertrennzone abgezogen oder abgestochen und reduziert wird, indem man sie mit reduzierenden Gasen verbläst und absitzen läßt, um ihren Kupfergehalt in Form von abgeschiedenem reichem Kupferstein zu gewinnen, der vom Boden eines derartigen Ofens abgestochen wird.These gases are introduced through a series of nozzles 6. A final slag separation zone S is provided after the reducing blowing, and then the slag is continuously tapped or withdrawn from the furnace. The copper that separates out of the slag flows back into the copper separation zone Z. Instead, a special setting furnace can be provided, whereby copper-rich slag is withdrawn from the copper separation zone or tapped and reduced by blowing it with reducing gases and allowing it to settle in order to obtain its copper content in the form of deposited rich copper stone, which is from the bottom of such a Oven is tapped.
Laboratoriums versuche und Versuche in halbtechnischem Maßstab haben die wesentlichen Teile der Erfindung wie folgt bestätigt:Laboratory experiments and experiments on a semi-industrial scale have the essential parts of the invention confirmed as follows:
a) Schmelzen — Konvertierena) Melting - Converting
Kupferkonzentrate wurden mit einer ausreichenden Menge Quarzzuschlag vermischt, um bei der Konversion eine glasige Eisenschlacke mit etwa 30 % SiO2 zu erzeugen. Die Versuche wurden in großen Tiegeln durchgeführt, ferner Tn~efnem VersuchsoferTTfrit -einem -Herd von 0,93 m Breite und 2,32 m Länge. Bei diesen Versuchsarten wurde das Verblasen unterbrochen, sobald gefunden wurde, daß die drei Phasen (Schlacke, Spurstein, Kupfer) nebeneinander in dem Ofen bestanden. Es sei bemerkt, daß Kupferstein undCopper concentrates were mixed with a sufficient amount of quartz aggregate to produce a glassy iron slag with about 30% SiO 2 during conversion. The experiments were carried out in large crucibles, as well as in an experimental oven-a-hearth 0.93 m wide and 2.32 m long. In these types of tests, the blowing was stopped as soon as the three phases (slag, trace stone, copper) were found to exist side by side in the furnace. It should be noted that Kupferstein and
• Kupfer am Abtrennende des Ofens gefunden wurden, während der Eisensulfidgehalt des Kupfersteins am Beschickungsende des Ofens noch nicht vollständig entfernt war. Es ist bei dem erfindungs-• Copper was found at the separating end of the furnace, while the iron sulfide content of the copperstone was not completely removed at the loading end of the furnace. It is with the inventive
x. gemäßen Verfahren also ein Konzentrationsgefälle von FeS in der Cu2S-Schicht festzustellen. Diese Versuche haben gezeigt, daß sich die Trennung der drei Phasen leicht erreichen läßt und daß sich das konvertierte Kupfer, schnell aus dem Spurstein absetzt und mit diesem eine sshr deutliche Grenzschicht bildet. Das metallische Kupfer enthielt 98,6 bis 99 % Kupfer. ,x. According to the method, a concentration gradient of FeS in the Cu 2 S layer can be determined. These experiments have shown that the separation of the three phases can easily be achieved and that the converted copper quickly settles out of the trace stone and forms a very clear boundary layer with it. The metallic copper contained 98.6 to 99% copper. ,
b) Reinigung der Schlackeb) cleaning the slag
Die Versuche wurden in großen Tiegeln durchgeführt, indem man die Schlacke mit. reduzierendem Gas (partiell oxydiertem Methan) verblies und das Kupfer aus der Schlacke absitzen ließ. Versuche haben gezeigt, daß Schlacke, die 25 bis 30°/0 SiO2 und bis zu 5 % Cu enthielt, reduziert war, wenn sie nur 15 Minuten mit Kohlenmonoxyd verblasen wurde. Die Schlacke konnteThe experiments were carried out in large crucibles by using the slag. reducing gas (partially oxidized methane) and let the copper settle out of the slag. Experiments have shown that the slag that was 25 to 30 ° / 0 SiO 2 and up to 5% of Cu contained is reduced, if it has been blown only 15 minutes with carbon monoxide. The slag could
• nach einer .Verweilzeit von 1 Stunde auf etwa 0,35% Cu gebracht.werden • after a dwell time of 1 hour to approx 0.35% Cu. Are brought
Die aus der Schlackenschicht entweichenden reduzierenden Gase können entweder abgezogen oder mit Luft, die an der Schlackenreduktionszone eingeführt wird, zur Erzeugungzusätzlicher Wärme am Abscheidungssnde des Reaktors verbrannt werden. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das erfindungsgemäße Konzept einer allmählichen Umwandlung entlang der Achse eines horizontalen Reaktionsgefäßes auf dem Gebiet der Kupfertechnologie neu ist, wenn es auch bereits in der chemischen Verfahrenstechnik angewandt wurde. Die verschiedenen Kräfte, die eine Bewegung von Schlacke und'Kupferstein hervorrufen können (Trägheit, Gravitation, Auftrieb usw.) sind untersucht und durch Dimensionsanalyse miteinander in Beziehung gesetzt worden, um das Verhalten von Kupferstein und Schlacke in dem Bad vorherzubestimmen und zu kontrollieren.The reducing gases escaping from the slag layer can either be drawn off or with air introduced at the slag reduction zone will be burned to generate additional heat at the deposition end of the reactor. In summary, the inventive concept of a gradual conversion along the axis of a horizontal Reaction vessel is new to the field of copper technology, even if it is already in the chemical engineering was applied. The various forces that a movement of Slag and copper stone (inertia, gravitation, buoyancy, etc.) are investigated and through dimensional analysis have been related to behavior of copper stone and slag in the bath to be determined and controlled beforehand.
Die Erfindung führt also zu einer wesentlichen Änderung in der Kupferkonvertierung, indem sie diese kontinuierlich im Gleichstrom durchführt, wenn sie auch die erste und die zweite Verblaseperiode effektiv unterscheidet durch progressive Oxydation des Kupfersteinflusses. Außerdem führt das kontinuierliche Konvertieren zu einem stetigen Schlackenstrom, der zur Verminderung seines Kupfergehaltes behandelt werden kann. Erfindungsgemäß unterwirft man die Schlacke einem reduzierenden Verblasen und läßt sie dann absitzen, wodurch ihr Kupfergehalt. auf einen annehmbaren und wirtschaftlichen Wert gesenkt wird. So kann die· Schlacke dann verworfen werden, was einen Flammofen überflüssig macht. Die Behandlung der Schlacke kann entweder in einer geeigneten Verlängerung des gleichen Ofens oder in einem benachbarten Setzofen erfolgen. Da die Schlacke durch diese Behandlung auf einen annehmbaren - Kupfergehalt gereinigt werden kann, wird der zweite Einwand gegen das kontinuierliche Konvertieren (nämlich das Vorhandensein von, Schlacke auf dem Spurstein während des zweiten Verblasens) überwunden. Die Erfindung bewirkt somit einen wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet des Kupferschmelzens und -konvertierens. -The invention thus leads to a substantial change in copper conversion by adding performs this continuously in direct current, even if it also has the first and second deflation periods effectively differentiates through the progressive oxidation of the stone flow. In addition, the continuous Convert to a steady stream of slag that reduces its copper content can be treated. According to the invention, the slag is subjected to reducing blowing and then lets them settle down, thereby reducing their copper content. to an acceptable and economic value is lowered. The slag can then be discarded, which makes a flame furnace superfluous. the Treatment of the slag can either be in a suitable extension of the same furnace or in a neighboring setting furnace. Since the slag is reduced to an acceptable level by this treatment - Copper content can be purified, becomes the second objection to continuous converting (namely, the presence of, slag on the track stone during the second fading) overcome. The invention thus brings about a significant advance in the field of copper smelting and converting. -
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