Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen insbesondere aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Feststoff. Die Erfindung betrifft daher insbeson- dere eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und weiterhin ein Verfahren gemäß Anspruch 11.

Stand der Technik

Häufig liegen Metalle oder Metallverbindungen mit Feststoffen gemeinsam vor, so dass es technisch aufwändig ist, das Metall oder die Metallverbindung von dem Feststoff zu trennen um es anderen Zwecken und Verarbeitungen zuzuführen. Daher werden die Metalle bzw. Metallverbindungen von den Feststoffen mittels Vorrichtungen zur Gewinnung solcher Metalle bzw. Metallverbindungen getrennt. Solche Vorrichtungen und Verfahren zur Gewinnung von Metallen o- der Metallverbindungen aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Feststoff sind im Stand der Technik bekannt.

So ist beispielsweise durch die WO 2006/131372 eine Vorrichtung bekannt geworden, bei welcher in einem Lichtbogenofen eine verflüssigte metallhaltige Schlacke erhitzt wird, wobei die metallhaltige Schlacke in einem ersten Wechselstrom- oder Gleichstromofen erhitzt wird und die Schmelze dann von dem ersten Ofen in einen zweiten Ofen, der als Gleichstrom-Elektroofen ausgebildet ist, verbracht wird.

Weiterhin ist die EP 0714 860 B1 bekannt geworden, bei welcher ein Verfahren zur Aufbereitung von festen Rückständen aus Müllverbrennungsanlagen offenbart ist, bei welchem Schlacke in mehreren Heizkammern geschmolzen wird, wobei in einer ersten Heizkammer die Schlacke oxidiert wird, in einer zweiten Heizkammer das Metall reduziert wird und in einer dritten Heizkammer das Me- tall sedimentiert wird, um es anschließend in eine vorangehende Heizkammer zuzuführen, wo es gesammelt wird und woraus es entnommen wird.

Die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zeigen eine mangelnde Effizienz aus, wobei der Anteil des gewonnenen Metalls bzw. der Metallverbin- düng noch zu gering ist und der Anteil des verbleibenden nicht gewonnenen Metalls bzw. der Metallverbindung noch deutlich zu hoch ist. Darüber hinaus ist die Lagerung dieser Schlacken oder Stoffe mit hohen Kosten verbunden, wie beispielsweise die Lagerung von Schlacken aus der Ferro-Legierungsindustrie oder der Nichteisenindustrie, bei welcher bei der Herstellung oder dem Umgang mit Platin, Kupfer, Nickel, Blei etc. typischer Weise große Mengen an Schlacken anfallen, was daher zu hohen Kosten führt.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mittels welcher bzw. mittels welchem der Anteil des aus Feststoffen gewonnenen Metalls erhöht werden kann bzw. der Anteil des im Feststoff enthaltenen Metalls bzw. der Metallverbindung auf ein geringeres Niveau reduziert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Dabei wird die Aufgabe erreicht mit einer Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen, insbesondere aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Material, mit einem Gehäuse mit einem ersten Einlass für die Zuführung des Materials und einem

ersten Auslass zum Entweichen von Abgas, wobei weiterhin in dem Gehäuse eine erste Elektrode als Anode und eine zweite Elektrode als Kathode zum e- lektrischen Heizen des in dem Gehäuse vorgesehenen Materials vorgesehen ist, weiterhin ein Abstich zur Entnahme von geschmolzenem Metall oder Metallverbindung und ein überlauf für die Schlacke.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn weiterhin eine Zuführung von Schlacke vorgesehen ist, mittels welcher Schlacke dem Inneren des Gehäuses zugeführt werden kann. Dadurch kann erreicht werden, dass beispielsweise metallhaltige Schlacke der Vorrichtung zur Entreicherung zugeführt werden kann.

Zum Heizen des Inhalts der Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die erste Elektrode vorteilhaft von oben in das Gehäuse ragt und bis in eine Schicht des elektrisch leitenden Materials reicht.

Auch ist es dazu vorteilhaft, wenn die zweite Elektrode am Gehäuseboden angeordnet ist oder im Gehäuseboden integriert ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich im Betrieb der Vorrichtung eine Schichtstruktur in dem Gehäuse ergibt, die eine Schicht elektrisch leitenden Materials, einer Schicht Schlacke und eine Schicht geschmolzenem Metall oder Metallverbindung aufweist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Elektrode oder ein Heizstab in dem Gehäuse vorgesehen ist, mittels welchem ein Widerstandsheizen des im Gehäuse vorgesehenen Materials, der Schlacke und/oder der Schmelze durchgeführt werden kann.

Auch ist es zweckmäßig, wenn weiterhin eine Elektrode oder ein Heizstab in dem Gehäuse vorgesehen ist, mittels welchem im Lichtbogenbetrieb ein Heizen des im Gehäuse vorgesehenen Materials, der Schlacke und/oder der Schmelze durchgeführt werden kann.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn eine Zuführung von Reduktionsmittel in das Gehäuse vorgesehen ist.

Vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Elektromagnet oder eine Spule eines E- lektromagneten in dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei der Elektromagnet bzw. die Spule vorzugsweise auf Höhe der Schlacke vorgesehen ist, um eine Bewegung bzw. ein Umrühren des Materials in dem Gefäß zu erreichen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Metall oder die Metallverbindung enthal- tende Material ein Feststoff, wie beispielsweise ein Schüttgut, ist.

Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst. Dabei betrifft das Verfahren ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen insbesondere aus einem das Metall oder die Me- tallverbindung enthaltenden Materials mit einem Gehäuse mit einem ersten Ein- lass für die Zuführung des Materials und einem ersten Auslass zum Entweichen von Abgas, weiterhin in dem Gehäuse eine erste Elektrode als Anode und eine zweite Elektrode als Kathode zum elektrischen Heizen des in dem Gehäuse vorgesehenen Materials vorgesehen ist, weiterhin ein Abstich zur Entnahme von geschmolzenem Metall oder Metallverbindung und ein überlauf für die Schlacke, wobei das Material in die Vorrichtung verbracht wird und dort aufgeschmolzen wird, in dem elektrische Energie durch Widerstandsheizen oder Lichtbogenbetrieb eingebracht wird.

Vorteilhaft ist es, wenn eine chemische Reduktion durchgeführt wird, wobei dazu Reduktionsmittel zugeführt werden.

Auch ist es zweckmäßig, wenn eine Entfernung von Einschlüssen durchgeführt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in der Vorrichtung eine Rührung der Schmelze und/oder der Schlacke mittels eines oder mehrerer von außen eingeprägter Magnetfelder und beispielsweise einem Gleichstromfeld erfolgt.

Auch ist es zweckmäßig, wenn eine elektrolytische Abscheidung der zu gewin- nenden Metalle oder Metallverbindungen durchgeführt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäße Vorrichtung und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäße Vorrichtung.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt schematisch eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Metall oder Metallverbindungen, wie beispielsweise Legierungen, aus mit diesen verbundenen oder vermischten oder diese enthaltenden Feststoffen. Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches vorzugsweise gut Wärme isolierend ausgebildet ist, so dass im Inneren des Gehäuses der Feststoff und/oder das enthaltende Metall bzw. die Metallverbindung aufgeschmolzen werden kann und die dazu aufzuwendende Energie nicht allzu stark durch Wärmeverluste erhöht wird. Daher ist das Gehäuse auch doppelwandig aus einer inneren Gehäusewandung 3 und einer äußeren Gehäusewandung 4 aufgebaut. Auf der Oberseite des Gehäuses 2 ist ein erster Anschlussstutzen 5 vorgesehen, der nach Art eines Versorgungskanals oder -rohrs ausgebildet ist. Durch diesen Anschlussstutzen, wie Einlass, 5 kann der das Metall enthaltende Feststoff, beispielsweise als Schüttgut, in die Vorrichtung 1 eingebracht werden. Weiterhin ist an der Oberseite des Gehäuses 2 ein weiterer Anschlussstutzen, wie Auslass, 6 vorgesehen, welcher ebenfalls nach Art eines Entsorgungskanals oder -rohrs ausgebildet ist. Der Anschluss 6 dient der Entsorgung oder dem Entweichen von Abgas aus der Vorrichtung.

Weiterhin verfügt die Vorrichtung 1 über eine optionale Zuführung 7 für Schlacke, die seitlich des Gehäuses angeordnet ist und beispielsweise als Rinne o- der Rohr die Wandung des Gehäuses 2 durchsetzt.

In dem Gehäuse 2 der Vorrichtung sind zwei Elektroden 8,9 einer elektrischen Heizung vorgesehen, wobei die Anode 8 stabförmig durch die obere Gehäusewandung ins Innere des Gehäuses 2 ragt, wobei zur Durchführung der Anode durch die Gehäusewandung eine Durchführung 10 vorgesehen ist, welche die Anode 8 in dem Gehäuse 2 führt und hält. Weiterhin ist die Kathode 9 im unteren Boden des Gehäuses 2 eingelassen oder am Boden des Gehäuses ange- ordnet. Sie ist vorzugsweise flächig ausgebildet.

Am unteren Bereich des Gehäuses ist der Abstich 11 vorgesehen, mittels welchem das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Metallverbindung 12, die sich am Boden des Gehäuses 2 sammelt entnommen werden kann.

Im Betrieb sammelt sich das schwere Metall bzw. die schwere Metallverbindung 12 am Boden des Gehäuses 2. Darüber sammelt sich die Schlacke in einer Schicht 13 an. über der Schlackeschicht 13 befindet sich eine Schicht 14 des leitenden Schüttguts des Feststoffs.

Seitlich an dem Gehäuse ist ein überlauf 16 für die Schlacke 13 vorgesehen, welcher dafür sorgt, dass das Niveau der Schlacke 13 nach oben begrenzt ist und nicht weiter nach oben ansteigt. Dadurch ist die Lage der Schicht 14 im Wesentlichen festgelegt, in welche die Anode ragt.

Auf Höhe der Schlacke 13 ist ein Elektromagnet 15 angeordnet, welcher dafür sorgt, dass die Schlacke 13 und die Schicht 12 des Metalls bzw. der Metallverbindung in seiner jeweiligen Ebene in Bewegung, wie beispielsweise in kreisförmige Bewegung versetzt wird.

Die Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 20, bei der zusätzlich zu den in Figur 1 erläuterten Merkmalen weitere Merkmale realisiert sind. In Figur 2 sind die bereits in Figur 1 dargestellten Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Gegenüber der Vorrichtung 1 der Figur 1 weist die Vorrichtung 20 der Figur 2 ein Zuführmittel 21 für feste und/oder flüssige und/oder gasförmige Reduktionsmittel auf. Dieses Zuführmittel 21 ist in Figur 21 als Rohr ausgebildet, das von außerhalb des Gehäuses 2 in das Gehäuse 2 hineinragt und bis in den Bereich der Schlacke 13 hinein ragt, so dass das durch das Rohr geleitete Reduktionsmittel bis in die Schlacke eingetragen wird. Durch die Zuführung von Re- duktionsmitteln in den Gehäuseinnenraum, beispielsweise Koks, Kohle, Holzkohle, Petrolkoks, Kalzium-Karbid und/oder Gase, die sich auch aus Kohlenstoff

oder Wasserstoff zusammensetzen, kann die gezielte Reaktion in dem Gehäuse kontrolliert werden.

Darüber hinaus befinden sich in bzw. an dem Gehäuse mehrere Magnetfeldspulen 15, die ein Magnetfeld im Innern des Gehäuses erzeugen zum Um- rühren des Materials in dem Gehäuse.

Weiterhin befindet sich eine Elektrode bzw. Heizstab 22 für die Beheizung der Medien bzw. Schlacke für den Widerstandsbetrieb in dem Gehäuse 2. Weiterhin befindet sich eine Elektrode bzw. Heizstab 23 für die Beheizung der Medien bzw. Schlacke für den Lichtbogenbetrieb in dem Gehäuse 2. Dadurch kann die Schmelze 12, das leitende Schüttgut 14 und/oder die Schlacke 13 durch Widerstandsheizen und/oder durch Lichtbogenheizen aufgeschmolzen bzw. temperiert werden. Dadurch kann der Energieeintrag deutlich erhöht werden und ggfs. auch vergleichmäßigt werden.

Die Figuren 3 und 4 zeigen erfindungsgemäße Vorrichtungen 30,40, die den Vorrichtungen 1 und 20 der Figuren 1 und 2 im Wesentlichen entsprechen, wobei die beiden Vorrichtungen 30, 40 sich dadurch unterscheiden, dass keine Magnetfelder zum Bewegen und Rühren der Schmelze bzw. Schlacke vorhan- den sind. Es kann daher in diesen Vorrichtungen ein reiner Gleichstrombetrieb mit Koksbett durchgeführt werden.

Durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 ,20,30,40 ist es vorteilhaft möglich, ein Verfahren zur Gewinnung von Metall oder von Metallverbindungen aus ein Metall oder eine Metallverbindung enthaltenden Feststoffen durchzuführen, bei welchem der Feststoff in einen Elektroofen verbracht wird und mittels des Elektroofens, vorzugsweise mittels eines Gleichstromelektroofens, aufgeschmolzen wird. Dies wird in einem Gleichstromelektroofen dadurch erreicht, dass ein Eintrag elektrischer Energie erfolgt durch einen Lichtbogenofen oder eine Widerstandsbeheizung der im Ofen befindlichen Schlacke.

Darüber hinaus kann eine chemische Reduktion durchgeführt werden und es kann eine Entfernung von Einschlüssen durchgeführt werden.

In dem Elektroofen erfolgt vorzugsweise ebenfalls eine Rührung der Schmelze mittels eines oder mehrerer von außen eingeprägter Magnetfelder und bei- spielsweise einem Gleichstromfeld im Ofen, das durch ein elektrisch leitendes Schüttgut und der Metall- oder Metallverbindungsphase am Ofenboden erzeugt wird.

Weiterhin kann eine elektrolytische Abscheidung der zu gewinnenden Metalle oder Metallverbindungen durchgeführt werden.

Dadurch kann vorteilhaft der Gewinnungsgrad von Metallen oder Metallverbindungen von Schlacken und Steinphasen erhöht werden, die beispielsweise bei der Herstellung von Nichteisenmetallen und Ferrolegierungen entstehen. Auch kann damit die Aufbereitung von kontaminierten Altlagerstätten durchgeführt werden. Es wird insgesamt ermöglicht, ein Armschmelzen von Feststoffen durchzuführen, so dass die dadurch entstehenden Schlacken weniger belastend sind.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen

2 Gehäuse 3 Gehäusewandung

4 Gehäusewandung

5 Anschlußstutzen, Einlass

6 Anschlußstutzen, Auslass

7 Zuführung 8 Elektrode

9 Elektrode

10 Durchführung

11 Abstich

12 geschmolzenes Metall oder Metallverbindung 13 Schicht, vorzugsweise Schlackeschicht

14 Schicht, vorzugsweise leitendes Schüttgut

15 Elektromagnet, Spule

16 überlauf 20 Vorrichtung 21 Zuführmittel

22 Heizstab, Elektrode

23 Heizstab, Elektrode 30 Vorrichtung

40 Vorrichtung