DE3140260C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein gattungsgemäßes Verfah­ ren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine Reihe von wirtschaftlichen Verfahren zum Schmelzen von Kupfer- und Nickel-Sulfid-Konzentra­ ten sind in den vergangenen 30 Jahren entwickelt wor­ den. Beispiele sind unter den Namen Inco-, Mitsubishi-, Noranda- und Outokumpu-Verfahren bekannt. In der Literatur finden sich detaillierte Beschreibungen dieser Verfahren, z. B. in Extractive Metallurgy of Copper, Me­ tallurgical Society A.I.M.E., 1976, Vol. 1. Diese Verfahren haben neben ihren vielfältigen Vorteilen aber den Nachteil, daß in den Ofenschlacken bedeutende Anteile an wertvollen Elementen und in den Ofen-Abgasen ho­ he Anteile an problematischen, ultrafeinen Konzentrat-Teilchen enthalten sind. Weiterhin werden neben Kup­ fer, Nickel, Kobalt und dem toxischen Arsen wertvolle, flüchtige Metalle und metallartige Nebenelemente häu­ fig in den Abgasen abgegeben, z. B. Antimon, Wismut, Cadmium, Germanium, Indium, Blei, Quecksilber, Mo­ lybdän, Osmium, Rhenium, Selen, Tellur, Zinn und Zink. Die Ofen-Schmelze enthält ebenfalls diese Verunreini­ gungen, doch wird ein großer Bruchteil davon in Form der Konverter-Schlacke zum Ofen rückgeführt oder elektrostatisch ausgefällt. Diese Elemente sind in der Ofen-Schlacke entweder in Lösung als homogene Mi­ schung oder als heterogene Mischung von in der Schlak­ kengrundmasse suspendierten Schlackenteilchen ent­ halten. Externe Schlackenreinigungsverfahren, z. B. Schlacken-Flotation oder elektrische Ofenbehandlung, werden häufig eingesetzt, um die Verluste an wertvollen Materialien in der Ofen-Schlacke zu verhindern. Exter­ ne Staubreinigungssysteme, z. B. elektrostatische Aus­ fäller, Filter oder Naßabschneider, werden häufig einge­ setzt, um die Verluste in den Ofen-Abgasen zu senken. Solche Installationen sind auch erforderlich um das Ent­ weichen von toxischen Elementen, z. B. Arsen, Cadmi­ um, Blei und Quecksilber, in die Umgebung zu verhin­ dern. Es sollte weiterhin festgehalten werden, daß der Staub der Abgase auch für die Dampferhitzer schädlich sein kann, die üblicherweise zur Wärmerückgewinnung aus dem Abgas eingesetzt werden.

Es ist auch wohlbekannt, daß bei herkömmlichen Kupfer- und Nickel-Strahlungsöfen sehr hohe Kosten für die fossilen Brennstoffe anfallen. Ein weiterer Nacht­ eil der herkömmlichen Öfen ist der unerwünscht niedri­ ge Schwefeldioxidanteil der staubhaltigen Ofenabgase, die unerwünscht geringe Konzentration wertvoller Me­ talle in der Ofenschmelze sowie der sehr große Anteil von wertvollen Metallen an der Ofenschlacke.

In der DE-OS 29 51 745 ist ein Verfahren zum Sauer­ stoff-Sprüh-Schmelzen von Sulfid-Konzentraten be­ schrieben, bei dem eine Mischung von nicht-eisenhalti­ gem, metallhaltigem, sulfidischem Mineralkonzentrat mittels vertikal angeordneter Brenner als paraboloid­ förmige Suspensionen in die eingeschlossene, heiße Schwefeldioxidatmosphäre des Horizontalofens inji­ ziert wird. Dabei ist ggf. vorgesehen, Kohle als Reduk­ tionsmittel zuzusetzen. Diese bekannte Kombination von Sauerstoff-Sprüh-Schmelzen und Reduktionsmittel ist insofern nachteilig, da Kohle sehr leicht ist und stets auf der Oberfläche der Schmelze schwimmt. Dement­ sprechend kann sie nicht wirkungsvoll zur Reduktion der Schlacke beitragen. Darüber hinaus sieht das be­ kannte Verfahren keinerlei Vorsichtsmaßnahmen gegen den Verlust von Ultrafeinteilchen vor, die nicht nur die Entstaubungsanlagen bzw. die Umwelt belasten, son­ dern auch wertvolles Metall mit sich führen, das auf diese Weise verloren geht.

In der DE-OS 21 56 041 ist ein Verfahren zum konti­ nuierlichen Schmelzen und Windfrischen von Kupfer­ konzentraten offenbart, bei dem die Schmelz- und Windfrischreaktionen in einer einzigen Reaktionszone durchgeführt werden, das aber zur Durchführung des gattungsgemäßen Schmelzverfahrens nicht geeignet ist.

In der Zeitschrift Erzmetall 33 (1980), Nr. 7/8, Seiten 371-377 ist ein Verfahren zur pyrometallurgischen Ge­ winnung von Kupferfeinstein aus sulfidischem Konzen­ trat beschrieben, bei dem die Feinteilchen aus dem Ofenabgas gefiltert und dem Ofen wieder zugeführt werden. Diese Feinteilchen sind aber bereits oxidiert und können daher bei einer Rückführung in den Ofen nicht als Reduktionsmittel eingesetzt werden. Darüber hinaus werden die abgetrennten Feinteilchen bei dieser bekannten Verfahrensführung sehr wahrscheinlich zum größten Teil nach der Eingabe in den Ofen wieder mit den Ofenabgasen fortgerissen.

Aus der US-PS 41 62 915 schließlich ist ein Stufenver­ fahren zur Behandlung von Blei-Kupfer-Schwefel-Chargen bekannt, bei dem die Feinanteile der Charge zusammen mit Stäuben aus den Abgasen pelletisiert und zusammen mit der Charge dem Ofen zugeführt werden. Zum einen ist bei diesen bekannten Verfahren die Re­ duktionsfähigkeit der Pellets durch die Zugabe von be­ reits oxidierten Staubteilchen herabgesetzt, zum ande­ ren werden die bereits erwähnten Nachteile der be­ kannten Verfahren durch diese Maßnahme noch nicht in befriedigender Weise überwunden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen von Steinschmel­ zen zur Verfügung zu stellen, welches eine effektive und kostengünstige Entlastung der Abgase von Stäuben er­ möglicht und gleichzeitig eine metallärmere Schlacke und einen metallreicheren Metallstein herzustellen er­ laubt.

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

In den Unteransprüchen 2-5 sind Ausbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 angegeben.

Erfindungsgemäß wird also die Notwendigkeit exter­ ner Schlacken-Reinigungsverfahren zum Senken der Verluste dadurch umgangen, daß in einem Sauerstoff- Flammofen das Sauerstoff-Potential der durch mehrere Haupt-Konzentrat-Brenner erzeugten Schlacke ge­ senkt wird, indem sie der Reihe nach mit Reduktionsmit­ teln wachsender Stärke behandelt wird. Diese Brenner arbeiten bei erhöhten Temperaturen und produzieren eine Schmelze mit hohem Sauerstoff-Potential. Viele der oben aufgelisteten Elemente werden verflüchtigt, verlassen den Ofen als Dampf oder Rauch im Abgas und werden deshalb zum Großteil nicht durch die Ofen­ schlacke oder die Schmelze eingefangen.

Die genannten, in ihrer Stärke anwachsenden Reduk­ tionsmittel können geschmolzene, ultrafeine Konzen­ trat-Teilchen sein, gefolgt von geschmolzenen, eisensul­ fidreichen Konzentraten, an welche sich wiederum me­ tallische eisenreiche Materialien anschließen.

Die genannten ultrafeinen Teilchen - kurz Mikro­ teilchen - haben vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als 5 µm; sie bestehen aus einem feinen Bruch des Haupt-Konzentrats und können leicht beim Trok­ kenprozeß abgetrennt werden. Dieses Material kann über der Schlacke in flüssiger Form nach dem Schmel­ zen in einem geeigneten Brenner mit fossilen Brennstof­ fen und sauerstoffreichem Gas verteilt werden. Die Schlacke wird sodann mit eisenhaltigem Sulfid-Konzen­ trat besprüht, welches mittels eines Sauerstoff-Sprüh-Brenners unter Verwendung von Kohle geschmolzen wurde. Die abschließende Reduzierung, beispielsweise zur Kobalt-Rückgewinnung, kann dadurch erreicht werden, daß metallische, eisenhaltige Partikel auf die Schlacke aufgesprüht werden, die vorzugsweise Koh­ lenstoff und/oder Silizium enthalten.

Die Haupt-Einspeisungsbrenner werden bei erhöhten Flammtemperaturen betrieben, wobei ein vorzüglicher Oberflächenkontakt und eine gute Mischung erfolgt. Es wird eine Schmelze mit großer Oberfläche und hohem Sauerstoff-Potential erzeugt. Die Sulfide eines Groß­ teils der oben aufgeführten Elemente werden leicht ver­ flüchtigt ebenso wie Sulfide, Metall- oder Oxiddämpfe oder -rauch und erscheinen deshalb im Abgas, werden also nicht in der Ofen-Schlacke oder in der Schmelze gefangen.

Die Abgas-Teilchen, die z. B. Kupfer, Nickel oder Ko­ balt enthalten und die Abgas-Rauche bzw. kondensier­ ten Dämpfe, die z. B. Arsen, Wismut, Cadmium, Blei, Molybdän und Zink enthalten, werden gesammelt und hydrometallurgisch extrahiert. Ihr Kupfer-, Nickel- und Kobaltanteil kann, falls erwünscht, zum Schmelz-Ofen rückgeführt werden.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung anhang der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung eines Quer­ schnittes eines Horizontal-Ofens, wie er für das erfin­ dungsgemäße Verfahren eingeführt wird, mit bevorzug­ ten Anordnungen zum Einspritzen verschiedener fester und gasförmiger Substanzen und Einrichtungen zum Entnehmen verschiedener Produkte, wobei die Schlak­ ke und die Schmelze in entgegengesetzter Richtung strömen, während die Strömungsrichtung der Schlacke und des Gases übereinstimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist als ein verbes­ sertes Flamm-Schmelzen (flash-smelting) von eisenfrei­ en, metallhaltigen Mineral-Sulfiden in einem Horizon­ tal-Ofen zu bezeichnen, durch welches der Verlust von wertvollen Elementen in den Ofenprodukten gesenkt wird. Ein besonderes Flamm-Schmelzverfahren, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, ist beispiels­ weise in der DE-OS 29 51 745 beschrieben.

Das vorliegende Verfahren ist insbesondere einsetz­ bar bei der Umwandlung von Kupfer-, Nickel- und Ko­ baltferro-Sulfid-Konzentraten, d. h. bei Konzentraten, die reich an Mineralien sind wie z. B. Bornit, Chalkozit (Kupferglanz), Chalkopyrit, Carrollyt, Pentlandit (Eisen­ nickelkies), Linneit (Kobaltkies), Pyrit (Eisenkies) oder Pyrrhotin (Magnetkies), in hochwertige Schmelze, sau­ bere Schlacke und saubere Abgase.

Die Mineralien dieser Gruppe enthaltenden Konzen­ trate werden zusammen mit Flußmittel und sauerstoff­ reichem Gas in eine heiße, eingeschlossene, schwefel­ dioxidreiche Atmosphäre in einem Horizontal-Ofen ein­ geführt, der eine geschmolzene Schmelze enthält, auf der eine Schlacken-Schicht schwimmt, wobei die Schichten (Schmelze und Schlacke) an entgegengesetz­ ten Endabschnitten des Ofens entnommen werden. Die­ se Sulfid-Konzentrate werden mittels Sauerstoff-Sprüh- Brennern in die eingeschlossene, heiße, schwefeldioxid­ reiche Atmosphäre eingegeben und mischen und rea­ gieren wirkungsvoll mit dem sauerstoffreichen Gas auf­ grund der großen Kontaktfläche bei hohen Temperatu­ ren, bevor sie mit der geschmolzenen Schlacke im Hori­ zontal-Ofen in Berührung kommen. Der Ausdruck "sau­ erstoffreiches Gas" wird hierbei für Gase verwendet, die einen Anteil von 33% oder mehr Sauerstoff enthalten, wobei es sich auch um Sauerstoff aus Flaschen handeln kann, welcher eine Reinheit von etwa 80 bis 99,5% hat.

Im Sprüh-Brenner wird in dessen Paraboloid ein sehr schneller Temperaturanstieg erreicht, da eine besonders feine Dispersion von Metall-Sulfid-Teilchen in dem sau­ erstoffreichen Träger-Gas gegeben ist. Die resultieren­ de, extrem große Reaktions-Kontaktfläche bedingt eine optimale Ausnützung der hohen Reaktionsgeschwindig­ keit der Reaktion zwischen Ferro-Sulfiden und Sauer­ stoff unter Bildung von Ferro-Oxiden und Schwefeldio­ xid. Weiterhin wird jegliche Grenzschicht-Hemmung des Massentransportes bei dieser Reaktion dadurch mi­ nimiert, daß am Ausgang des Sprüh-Brenners gemischt und gereinigt wird. Die Flammen-Temperatur im obe­ ren Abschnitt des Paraboloids übersteigt deshalb 1450°C. Als Folge werden die eingespeisten Sulfid-Mi­ neral-Teilchen geradezu augenblicklich in diskrete flüs­ sige Tröpfchen verwandelt, wobei die Temperaturen ausreichen, um den Großteil der enthaltenen Elemente mit größeren Dampfdrücken im Elementar-, Sulfid- oder Oxidzustand zu verdampfen.

Unter diesen Elementen befinden sich insbesondere Arsen, Wismut, Cadmium, Blei, Molybdän und Zink bzw. deren Verbindungen. Befinden sich diese Stoffe in den Sulfid-Konzentraten in geringen aber wesentlichen Mengen, so erscheinen über 75% dieser leichtflüchtigen Substanzen als Dampf oder Rauch in den Ofenabgasen, wo sie mittels herkömmlicher Einrichtungen rückge­ wonnen werden können, beispielsweise mittels elektro­ statischer Ausfüllung oder Naßabscheidern. Auch ist ei­ ne hydrometallurgische Extraktion und Isolation mög­ lich. Auf diese Weise wird ihre Lösung bzw. Reaktion mit dem Ferro-Silikat oder den Metall-Sulfiden des Ofens minimiert, was angesichts der Schwierigkeiten und Kosten ihrer nachfolgenden Entfernung und Isola­ tion, beispielsweise von der metallischen Phase, höchst wünschenswert ist.

Im unteren Abschnitt des Paraboloids hat das System einen Großteil seiner Radial-Geschwindigkeit verloren, so daß das gut durchmischte Teilchensubstrat relativ langsam auf die Schlackenoberfläche absinkt. Die Strö­ mungszeiten sind in diesem Abschnitt um eine Größen­ ordnung länger als in dem oberen Abschnitt, so daß ein ausgezeichneter Wärme-Transport zwischen den Gas-, Flüssig- und Festphasen der Dispersion erzielt wird. Zu­ sätzlich dazu, daß zusätzliche Zeit für die Verflüchti­ gung von Verunreinigungen gegeben wird, senken sich die eisenhaltigen, oxidreichen und siliziumreichen Teil­ chen langsam bei Temperaturen oberhalb 1300°C auf die Schlackenoberfläche und reagieren wirksam in dem Bad, um die erwünschte schnelle Produktion von Ferro-Silikat zu bewirken. Eisentrioxidreiche und eisenmono­ sulfidreiche Teilchen reagieren zur erwünschten effekti­ ven Reduktion des Magnetits zu Eisenmonoxid, mit gleichzeitiger Oxidation von Eisenmonosulfid zu Eisen­ monoxid und Schwefeldioxid. Insgesamt sichert dieses Verfahren, daß die Ofen-Schlacke mit der durchströ­ menden Schmelze im Gleichgewicht ist und einen guten Flüssigkeitsgrad aufweist, um eine gute Schlacken- Schmelzen-Separation zu gewährleisten. Es ist festzu­ halten, daß aufeinanderfolgende Paraboloide im Ofen­ gasstrom als Sprüh-Abschneider für zuvor im Gas er­ zeugte feine Teilchen wirken, die sich stromab bewegen.

Die eisenfreien, metallhaltigen Konzentrate werden in trockenem, zerkleinertem Zustand eingespeist, vor­ zugsweise sind sie gleichmäßig mit Flußmittel gemischt und ihre Teilchengröße ist geringer als 0,23 mm, um eine schnelle Reaktion der Sulfid-Teilchen mit Sauerstoff in der Gasphase oberhalb der geschmolzenen Schlacke zu gewährleisten, bevor die Teilchen mit der geschmolze­ nen Schlacke in Kontakt kommen.

Ein typisches eisenfreies, metallhaltiges Konzentrat kann beispielsweise 10 Gew.-% von Teilchen mit einer Größe enthalten, die geringer ist als 5 µm, wobei die Edelmetall-Werte etwa denen des gesamten Konzen­ trats entsprechen können. Dieser halbkolloide Staub ist leicht mit dem Abgas aus dem Ofen zu transportieren, bevor er sich auf dem geschmolzenen Bad absetzt. Eini­ ges sammelt sich im Kamin oder erzeugt Ablagen im Rückgewinnungs-Dampferzeuger, während der Rest die Staubreinigungseinrichtungen belastet und die Kon­ zentration von Verunreinigungen im rückgewonnenen Staub verdünnt.

Erfindungsgemäß können die eisenfreien, metallhalti­ gen Sulfid-Konzentrate mit einer Teilchengröße unter­ halb 5 µm von den restlichen Konzentraten getrennt werden, was mit der Wasserentfernung geschehen kann, beispielsweise mittels Flüssigbett-Trocknung, wonach die feinen Partikel verdichtet werden. Das ultrafeine Material, mit z. B. bis zu 5 µm Durchmesser, kann durch Schmelzen verdichtet und in geschmolzenem Zustand in den Ofen injiziert werden, wobei die Schmelzung in einem geeignetem Brenner unter Verwendung fossiler Brennstoffe und sauerstoffreichen Gases als Haupt­ energiequelle erfolgen kann. Ein Beispiel eines geeigne­ ten Brenners in der Ofenwand ist ein Zyklon-Brenner, dessen Längsachse gegen die Horizontalebene geneigt ist, beispielsweise einen Winkel von 30° mit ihr bildet. Die Teilchen können auch durch Agglomeration ver­ dichtet werden, welche vorzugsweise unter Bildung har­ ter Körnchen mit einer Größe im Bereich von 1-10 mm Durchmesser erfolgt. Bei der Erzeugung dieser Ag­ glomerate können auch andere Materialien verwendet werden, wie Reste oder andere Produkte der obener­ wähnten hydrometallurgischen Behandlung.

Diese verdichteten Teilchen werden in den Horizon­ tal-Ofen durch dessen Dach oder Seitenwände auf die Schlacke injiziert, wobei der Einspritzort vorzugsweise gerade stromabwärts des Paraboloids des letzten Haupt-Konzentrat-Sprüh-Brenners liegt.

Erfindungsgemäß wird die in der Flammschmelzung eisenfreien, metallhaltigen Sulfid-Konzentrats erzeugte Schlacke dadurch gereinigt, daß ihr Sauerstoff-Potential gesenkt wird, indem eine Reihe zunehmend starker Re­ duktionsmittel zugesetzt wird, d. h. der Magnetit-Anteil wird zunehmend reduziert bis ein befriedigend niedri­ ges Niveau von etwa 5 Gew.-% oder weniger erreicht ist. Für diesen Zweck ist es höchst vorteilhaft, die Schmelze und die Schlacke in entgegengesetzter Rich­ tung strömen zu lassen, während die Schlacke und das Gas in gleicher Richtung strömen.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß eine hohe Schlacken-Temperatur aufrechterhalten wird, welche eine niedrige Schlacken­ viskosität zur Folge hat.

Das erste in der Reihe von Reduktionsmittel ist die Schmelze aus den verdichteten, ultrafeinen Konzentrat­ teilchen die an einer Stelle in den Ofen und auf die Schlacke gegeben werden, die benachbart der letzten paraboloidförmigen Suspension und entfernt von der Schlacken-Entnahmestelle des Ofens liegt.

Das zweite Reduktionsmittel der Serie ist ein Kon­ zentrat, das einen geringen Anteil eisenfreien Metalls und einen reichen Anteil an Eisensulfid hat, welches eine Schlackenreinigung bewirkt, in der chemische und ande­ re Waschvorgänge zusammenwirken, welche beim Auf­ sprühen einer flüssigen Schmelze über die Ofenschmel­ ze entstehen, wobei die flüssige, aufgesprühte Schmelze reich an Eisensulfid und arm an eisenfreiem Metall ist; die Ofenschmelze wird also quasi einer Säurebehand­ lung unterzogen. Ein Beispiel für ein derartiges Material ist ein Chalkopyrit-Pyrit-Zwischenkonzentrat, welches 5 Gew.-% Kupfer enthalten kann oder auch ein Pyrit- Konzentrat, welches 0,5 Gew.-% Kupfer enthalten kann. Ein anderes Beispiel ist ein Pentlandit-Pyrrhotin-Zwischen­ konzentrat, welches 2 Gew.-% Nickel enthal­ ten kann oder ein Pyrrhotin-Konzentrat, welches 0,6 Gew.-% Nickel enthalten kann. Eine wichtige chemi­ sche Wirkung des Eisensulfids ist die Reduktion des Magnetits und des dreiwertigen Eisen-Anteils der Schlacke zu Eisenmonoxid, wobei gleichzeitig gelöste eisenfreie Metalloxide in Sulfide für ihren Eintritt in die Schmelze umgewandelt werden. Die Reduktion des Ma­ gnetits wird begleitet von einem erheblichen Abfall der Schlackenviskosität, weshalb die Schmelze schneller und vollständiger absetzt. Das in der chemischen Reak­ tion gebildete, siedende SO₂ bewirkt einen zusätzlichen vorteilhaften Mischeffekt. In diesem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung wird dann weiter die Wert-Metall-Rück­ gewinnung im Ofen gesteigert, indem das Sauer­ stoff-Potential der Schlacke unter den Wert gesenkt wird, der durch Zugeben von Eisensulfid alleine erreich­ bar ist. Dies wird durch die letzte Reduktionsmittelzufü­ gung erreicht. Dadurch wird die Kobaltrückgewinnung gegenüber einem Nickel-Strahlungsofen verdreifacht. Die relativ geringe Menge an Reduktionsmittel, die im letzten Falle über die Schlacke gesprüht wird, beispiels­ weise 2 Gew.-% der Schlacke, ist reich an metallischem Eisen und enthält Kohlenstoff und/oder Silizium sowie Roheisen, silberglänzendes Roheisen, Ferrosilizium, Schwammeisen und/oder Alteisen, wie z. B. Eisenspäne. Geringwertiges, reichlich Kohlenstoff und reichlich Schwefel enthaltendes Schwammeisen ist ein befriedi­ gendes Reduktionsmittel, welches leicht und wirtschaft­ lich aus Pyrrhotin-Konzentrat gewonnen werden kann, welches in der Nickelindustrie anfällt. Kohlenstoff al­ leine kann bekanntlich als Reduktionsmittel eingesetzt werden, doch ist seine Wirksamkeit aufgrund seines ge­ ringen spezifischen Gewichtes gering, da es auf der Schlacke schwimmt. Seine Einspritzung in die Schlacke, beispielsweise durch Lanzen, kann Betriebsschwierig­ keiten bewirken. Diese letztgenannte Zufügung eines Reduktionsmittels wird durch Aufsprühen desselben über die Schlacke an einer Stelle durchgeführt, die von der Schlacken-Entnahmestelle des Horizontal-Ofens entfernt ist und ausreichend Abstand hat von den Ab­ stich-Löchern, um eine angemessene Absetz-Zeit für die neugebildete Schmelze zu gewährleisten.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ge­ genüber herkömmlichen eisenfreien Schmelzverfahren sei am nachfolgenden Beispiel illustriert: Ein Chalkopy­ rit-Konzentrat aus 25% Cu, 28% Fe, 31% S und 8% SiO₂ und einem geringen, aber wichtigen Anteil von Arsen, Wismut, Cadmium, Blei, Molybdän oder Zink, der insgesamt weniger als 2 Gew.-% ausmacht, wird durch Luftaufbereitung und Flüssig-Bett-Trocknung in Antei­ le mit Teilchengrößen von weniger bzw. mehr als 5 µm getrennt. Die so abgetrennten ultrafeinen Teilchen ha­ ben ein Gewicht von weniger als 7% des Gesamt-Kon­ zentrats und weisen eine ähnliche Zusammensetzung auf. Sie werden durch Schmelzen verdichtet, wobei ein mit Sauerstoff und fossilem Brennstoff betriebener Ofenbrenner benutzt wird. Die erzeugte Schmelze wird an einer Stelle über die Schlacke gesprüht, die der letz­ ten der drei paraboloiden Suspensionen benachbart ist. Das Konzentrat wird mittels Sauerstoff-Sprüh-Schmel­ zen in eine hoch angereicherte Schmelze geschmolzen, wobei wiederum Sauerstoff und 3 Sprüh-Brenner einge­ setzt werden. Ein Großteil der Verunreinigungen, z. B. Arsen, Wismut, Cadmium, Blei, Molybdän und Zink, wird aufgrund der paraboloidförmigen Flamme und der vorzüglichen Oberflächenkontakte sowie der Mischung bei hohen Temperaturen, die 1450°C überschreiten, und des hohen Sauerstoff-Potentials in den Paraboloi­ den, das einer Schmelze mit mehr als 65% Cu entspricht, verdampft. Das Ofen-Gas, das mehr als 20 Vol.-% SO₂ aufweist, wird kontinuierlich aus dem Ofen abgelassen und enthält mehr als 75% des Arsen-, Wismut-, Cadmi­ um-, Blei-, Molybdän-, Zink- bzw. Schwefelanteils der gesamten Sulfid-Ladung. Ein Reduktionsmittel zur Schlackenreinigung, das benachbart der Eingabestelle für die ultrafeinen Teilchen und entfernt von der Schlak­ ken-Entnahmestelle (um der Schmelze genügend Setz-Zeit zu lassen) eingegeben wird, weist ein Chalkopyrit-Pyrit mit 4% Cu, 40% Fe und 45% S auf, wird geschmol­ zen und über die Schlacke gesprüht. Die erzeugte, hoch­ angereicherte Schmelze weist 45% Cu, 10% Fe und 22% S auf, während die Schlacke im Endzustand 0,4% Cu aufweist, was einer Rückgewinnung von über 98% des Kupfers entspricht.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Pentlandit-Konzentrat mit 12% Ni, 0,4% Co, 38% Fe, 31% S und 8% SiO₂ sowie geringen, aber wich­ tigen Anteilen von Cadmium, Blei und Zink, die zusam­ men weniger als 1% des Gewichtes ausmachen, mittels Luftaufbereitung und Flüssig-Bett-Trocknung in Bruch­ teile mit Teilchengrößen von jeweils mehr bzw. weniger als 5 µm getrennt. Das abgetrennte Material mit Teil­ chengrößen unterhalb von 5 µm hat ein Gewicht von etwa 7% des Gesamtkonzentrats und eine entsprechen­ de chemische Zusammensetzung. Es wird durch Schmel­ zen verdichtet, in den Ofen injiziert und an einer Stelle über die Schlacke gesprüht, die benachbart der letzten paraboloidförmigen Suspension des Konzentrats ist. Der Rest des Konzentrats wird mittels Sauerstoff- Sprüh-Schmelzen unter Verwendung von kommerziell erhältlichem Sauerstoff und einer Vielzahl von Sauer­ stoff-Sprüh-Brennern in eine hochangereicherte Schmelze geschmolzen. Aufgrund der hohen Tempera­ tur, die 1450°C überschreitet, und des großen Sauer­ stoff-Potentials in dem Paraboloid, das einer Schmelz- Anreicherung von über 55% Ni entspricht, wird ein Großteil der in dem Konzentrat vorhandenen elementa­ ren Verunreinigungen, wie Cadmium, Blei und Zink, den Ofen im Abgas als Dampf bzw. Rauch verlassen. Dieses Gas mit mehr als 20 Vol.-% SO₂ wird kontinuierlich aus dem Ofen abgelassen, wobei mehr als 75% des Cadmi­ um-, Blei-, Schwefel- bzw. Zinkanteiles der gesamten Sulfid-Ladung mitgenommen werden. Ein eisensulfid­ reiches Reduktionsmittel zur Schlackenreinigung aus Pentlandit-Pyrrhotin mit 2% Ni, 56% Fe und 34% S wird geschmolzen und mittels Sauerstoff-Sprüh-Bren­ nern unter Verwendung von fossilen Brennstoffen als Wärmequelle geschmolzen und an einer Stelle über die Schlacke gesprüht, die benachbart der Eingabestelle für die kompaktierten Fein-Teilchen und entfernt von der Entnahmestelle für die Schlacke angeordnet ist. Das letzte Reduktionsmittel in der Reihe von Reduktions­ mitteln, für das Roheisen mit einem Anteil von 4,5% C und 1,5% Si vorgesehen ist, wird in den Ofen an einer Stelle eingegeben, die benachbart der Eingabestelle für die letztgenannte Schmelze liegt und einen angemesse­ nen Abstand von der Schlacken-Entnahmestelle hat. Die erzeugte, hochangereicherte Schmelze weist 55% Ni, 1,55% Co, 10% Fe und 26% S auf, während die Schlacke letztlich 0,15% Ni und 0,07% Co aufweist, was einer Rückgewinnung von etwa 99% und 83% des Nickels bzw. Kobalts entspricht.

Die Figur veranschaulicht schematisch die Ein­ laß-Öffnungen für das Einspritzen der ultrafeinen Teilchen in flüssiger Form, des eisensulfidreichen Konzentrats in flüssiger Form und des eisenreichen Reduktionsmittels nach der Erfindung, wobei die Konzentrate mittels Sau­ erstoff-Sprüh-Schmelzen geschmolzen werden. Der Horizontal-Ofen 1 weist eine Schlacken-Entnahmestelle 3, eine Schmelzen-Entnahmestelle 5 und einen Ab­ gas-Auslaß 7 auf. Eine Ladeeinrichtung 9 dient der Beschik­ kung mit Konverter-Schlacke. Eine Schmelze 11 befin­ det sich in einem unteren Abschnitt des Ofens und eine Schicht geschmolzener Schlacke 13 befindet sich dar­ über. Im Raum 15 ist eine erhitzte, schwefeldioxidreiche Atmosphäre zwischen der Schlacke 13 und dem Dach des Ofens eingeschlossen. Drei Sauerstoff-Sprüh-Bren­ ner 19 sind vorgesehen, um Suspensionen von Sulfid- Konzentrat S, sauerstoffreichem Gas und vorzugsweise Flußmittel F in der erhitzten Atmosphäre des Ofens zu erzeugen. Mischungen aus Sulfid-Konzentrat und Fluß­ mittel werden über die Leitungen 21 den Brennern 19 zugeführt. Durch Leitungen 23 wird sauerstoffreiches Gas eingespeist, um in der heißen Atmosphäre im Raum 15 des Ofens paraboloidförmige Suspensionen 25 zu bilden. Benachbart der letzten paraboloidförmigen Sus­ pension 25 und entfernt von der Schlacken-Entnahme­ stelle 3 ist eine Einspritz-Vorrichtung 27 vorgesehen, mit der die verdichteten, ultrafeinen, eisenfreien Metall-Mineral-Konzentrat-Teilchen 29 in geschmolzener Form in den Ofen und auf die Schlacke 13 eingespritzt werden. Ebenfalls sind Einspritzvorrichtungen 31 be­ nachbart den Einspritzvorrichtungen 27 und entfernt von der Schlacken-Entnahmestelle 3 vorgesehen, mit­ tels derer gering angereichertes Konzentrat 33, das ei­ nen hohen Eisensulfid-Anteil und einen geringen eisen­ freien Metallanteil aufweist, in den Ofen und auf die Schlacke 13 gesprüht wird.

Ebenfalls vorgesehen sind Einspritzvorrichtungen 35, die von der Schlacken-Entnahmestelle 3 entfernt sind und einen ausreichenden Abstand vom Loch 5 aufwei­ sen, um das metallische, eisenreiche Material 37 in den Ofen und auf die Schlacke 13 injizieren zu können.

Für den Fachmann ist offenkundig, daß einige Aus­ führungsformen dieser Erfindung benutzt werden kön­ nen, um andere Flamm-Schmelzverfahren oder kontinu­ ierliche Verfahren zu verbessern; besonders bevorzugt ist aber die Anwendung der Erfindung bei Sauerstoff- Sprüh-Schmelzverfahren und entsprechenden Vorrich­ tungen, weil der Wärme- und Massentransport sowie deren Verteilung besonders günstig sind und weil die erforderlichen Modifikationen am Ofen relativ einfach und billig sind.

Claims (5)

1. Verfahren zum Erzeugen einer Steinschmelze aus Nichteisenmetalle, insbesondere Kupfer, Nik­ kel, Kobalt oder deren Gemische, enthaltendem Sulfid-Mineral-Konzentrat durch Aufschmelzen des Konzentrates mit einer Korngröße von weni­ ger als 0,23 mm, das Teilchen mit geringerem Durchmesser als 5 µm enthält, in einem Horizontal­ ofen mit einer Steinschmelze und einer Schlacke unter einer eingeschlossenen, heißen, schwefeldio­ xidreichen Atmosphäre, wobei die Abgase, die Steinschmelze und die Schlacke getrennt abgezo­ gen werden und der Verlust an Nichteisenmetallen, nämlich Kupfer, Nickel, Kobalt oder deren Mi­ schung, verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Nichteisenmetall enthaltendem Sul­ fid-Mineral-Konzentrat die Teilchen mit einem kleineren Durchmesser als 5 µm abgetrennt wer­ den, die abgetrennten Konzentratteilchen getrennt aufgeschmolzen werden und die aufgeschmolzenen Konzentratteilchen in den Ofen und auf die Schlak­ ke gegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich ein geschmolzenes, eisen­ sulfidreiches Sulfid-Konzentrat mittels eines Bren­ ners benachbart der Eingabestelle des verdichteten Konzentrats und entfernt von der Entnahmestelle für die Schlacke in den Ofen eingesprüht und über die Schlacke verteilt wird, wobei fossile Brennstof­ fe und sauerstoffreiches Gas als Hauptenergiequel­ le dienen, und das ein Reduktionsmittel benachbart dem Einsprühbereich des geschmolzenen, eisensul­ fidreichen Sulfid-Konzentrats und entfernt von der Entnahmestelle der Schlacke in den Ofen einge­ spritzt und über die Schlacke verteilt wird, wobei das Reduktionsmittel ein metallisches, eisenreiches Material ist, das Kohlenstoff und/oder Silizium ent­ hält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Reduktionsmittel Schwammeisen verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mi­ schung eines Großteils des restlichen Sulfid-Mine­ ral-Konzentrats und des sauerstoffreichen Gases mittels auf dem Ofen vertikal angeordneter Bren­ ner als paraboloidförmige Suspensionen in die schwefeldioxidreiche, heiße Atmosphäre des Ofens eingespritzt werden, um eine im wesentlichen gleichförmige Wärme- und Massenverteilung im Ofen zu gewährleisten.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stein­ schmelze und die Schlacke entgegengesetzte Rich­ tungen vorgesehen werden.