Elektroreduktionsofen Die Erfindung betrifft einen Elektroreduktionsofen zur Durchführung von Reduk- tionsprozessen, insbesondere zur Reduktion von Schlacke zur Rückgewinnung metallischer Bestandteile, mittels elektrischer Energie, die über mindestens eine Elektrode in das Ofeninnere eingebracht wird. Hierbei weist der Reduktionsofen eine Chargieröffnung in der Ofenwandung oder im Ofendeckel für das Beschik- kungsmaterial auf sowie eine Öffnung zur Ableitung für das während des Re- duktionsprozesses entstehenden Gases aus dem Ofen.

Die zu reinigende Schlacke wird in den Ofen chargiert und reduziert. Die mit der Schlacke chargierten Metalle liegen in oxidischer (z. B. Cu2o), sulfidischer (z. B.

Cu2S) und metallischer Form (z. B. Cu) vor. Die oxidischen Bestandteile werden durch Zugabe eines Reduktionsmittels zu Metallen reduziert. Die metallischen und sulfidischen Bestandteile setzen sich aufgrund der unterschiedlichen Dich- ten am Ofenboden ab.

Bei derartigen Reduktionsöfen zur Reduktion bzw. Reinigung von Schlacken ist es bekannt, dass das Prozessgas, wie CO, teilweise oder vollkommen im Ofen verbleibt und verbrannt wird.

Hierbei wird das CO-haltige Prozessgas mit Luft, die durch geeignete Öffnun- gen im Ofenmantel oder in der Ofendecke angesaugt wird, oberhalb der Schmelze bzw. Schlacke im Ofen verbrannt und auf eine bestimmte Tempera- tur abgekühlt, die durch den Typ der nachgeschalteten Entstaubungsanlage vorgegeben ist.

Dies ist mit folgenden Nachteilen verbunden. Bei teilweiser Verbrennung des Prozessgases besteht zum einen die Gefahr einer CO-Explosion oder des Aus- tretens des giftigen CO-Gases in das Ofenhaus.

Zum anderen kommt es aufgrund der Verbrennung der Gase sowie auch gas- förmiger Metalldämpfe im Ofen zu einem erhöhten Abbrand der Elektroden so- wie auch der Reduktionsmittel, wie Koks, Kohle usw. Dies wiederum ist mit ho- hen Energieverlusten verbunden, die in der Größenordnung von 3 bis 5 Tonnen Koks pro Tag und 0,5 bis 0,8 kg Elektrodenmaterial pro Tonne Einsatz liegen können. Bei einer Ofenanlage, die etwa 1.000 Tonnen Schlacke am Tag abrei- nigt, bedeuten dies Mehrkosten von 1.000 bis 1.500 US$ pro Tag.

Durch die Produktion von diesem zusätzlichen Abgas durch die unerwünschte Verbrennung der Elektroden und Reduktionsmittel sind Entstaubungsanlagen für höhere Abgasvolumina erforderlich. Zudem wird die Ausmauerung im Ofen- gasraum, speziell die Deckenausmauerung, stark thermisch belastet.

Ein Elektroreduktionsofen zur Reduktion von Schlacke ist aus der japanischen Veröffentlichungsschrift 2000039118 A bekannt. Pulverförmiges Einsatzmaterial wird über eine Beschickungseinrichtung durch eine entsprechende Chargieröff- nung in der Seitenwand des Ofens auf Höhe der Schlackenschicht eingebracht und elektrisch eingeschmolzen. Bei der Reduktion entstehende Gase, wie ins- besondere CO-Gas, wird mittels einer Abzugeinrichtung durch eine separate Ableitung in einer Tür im Ofendeckel abgezogen.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Elektroreduktionsofen derart weiterzubilden, dass die oben genannten Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird durch den Ofen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge- löst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrie- ben.

Kern der Erfindung ist die Ausführung des Ofens in einer luftabgedichteten Bauweise, indem durch eine luftdichte Öffnung im Ofen gleichzeitig Beschik- kungsgut, insbesondere flüssige Schlacke, chargiert und gleichzeitig das Ofen- gas abgeleitet oder abgesaugt wird. Auf diese Weise wird der Ofen optimal ge- gen unerwünschtes Lufteindringen geschützt. Eine Oxidation der Elektroden und/oder des Reduktionsmittels wird unterbunden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beschik- kungseinrichtung, die vorzugsweise als Chargierrinne ausgebildet ist und die durch die gemeinsame Chargier-und Abgasöffnung in das Ofeninnere hinein- ragt, eine Abdeckung auf. Diese Abdeckung ist gegenüber dem Ofengefäß ab- gedichtet und nach oben hin als Abgaskamin ausgebildet ist.

Diese Ausführungsform ermöglicht eine Chargierung mittels Schlacke bei gleichzeitiger luftdichter Abdichtung und gleichzeitigem Verhindern des uner- wünschten Abbrandes von Elektroden und Reduktionsmitteln. Die Abdeckung erlaubt eine kontinuierliche Chargierung, weil sie permanent wirksam ist. Bei einer Ofenfahrweise mit leichtem Überdruck verlässt das Prozessgas den Ofen über die Chargieröffnung im Ofenmantel durch den aus der Chargierrinne und ihrer Abdeckung gebildeten Abgaskamin.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, diese gemeinsame Öffnung zum Chargieren und Ableiten von Gas mittels eines Schiebers abzudichten. Dies kommt aber nur dann in Frage, wenn nicht kontinuierlich chargiert wird.

Die Kaminform der Abdeckung wird bevorzugt dadurch ausgebildet, dass die Abdeckung der Beschickungseinrichtung etwa ofennah ein Kaminrohr zur Gas- ableitung aufweist, an das sich eine Nachverbrennungskammer anschließt. In diesem Kaminrohr kann es zu einer Teilverbrennung der Prozessgase kommen, weil nicht gänzlich vermieden werden kann, dass von der Einfüllseite her Luft durch die Beschickungseinrichtung mit in das Kaminrohr eingesaugt wird. Es

wird aber gänzlich ein Eintritt von Luft in den Ofen vermieden. Eingezogene Luft wird durch den Kamineffekt nämlich nicht in den Ofen gesogen, sondern in das durch die Abdeckung gebildete Kaminrohr. In der sich anschließenden Ver- brennungskammer wird durch die geregelte Zufuhr von zusätzlicher Luft die Verbrennung der Prozessgase vollendet und das verbrannte Abgas auf die er- forderlichen niedrigeren Temperaturen abgekühlt.

Der Transport des Beschickungsmaterials über die Beschickungseinrichtung in Form einer Chargierrinne in den Ofen erfolgt vorzugsweise mittels Schwerkraft bzw. Fließkraft. Es ist aber auch von der Erfindung umfasst, diesen Transport mittels mechanischer Mittel, wie Rüttler und Rotationswalzen, zu unterstützen.

Die zum Einsatz kommenden Schlacken liegen zum Großteil in flüssiger Form vor. Flüssige Schlacken werden durch die gemeinsame Chargier-und Abgas- öffnung chargiert. Gleichzeitig wird auch feste, stückige Schlacke chargiert. Diese wird nach einer Ausführungsform des Reduktionsofens zusammen mit dem Reduktionsmittel mittels Beschickungsrohren, die durch die Ofendecke in das Ofeninnere hereinragen, zugegeben.

Es ist nach einer weiteren Ausführungsform möglich, über die gemeinsame Chargier-und Abgasöffnung auch Feststoffe zu chargieren. Dies ist insbeson- dere für das Reduktionsmittel vorteilhaft, weil die oxidischen Bestandteile der Schlacke bereits während des Einfüllens in den Ofen intensiv mit dem Redukti- onsmittel vermischt werden.

Insgesamt werden weitere Vorteile durch die Erfindung erreicht : - Senkung der Betriebskosten von 300.000 bis 400.000 US$ pro Jahr ; - geringere Investitionskosten für die Entstaubungsanlage, da das Abgasvolu- men der Verbrennungs-und Kühlluft für Koks und Elektroden entfällt ; -geringere Energieverluste durch ein kälteres Abgas ; - eine geringere thermische Belastung der Ofendecke durch den Wegfall der latenten Wärme, da im Ofen keinerlei Verbrennung stattfindet ;

- eine einfachere Ausführung des Elektrodenstranges, da das Nachsetzen der Elektroden stark reduziert wird ; - Gewährleistung einer reduzierenden Ofenraum-Atmosphäre, die für die Ge- winnung der Wertstoffe, die als Oxid vorliegen, von Vorteil ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- sprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in der einzigen Figur dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird. Hierbei zeigt die einzige Figur einen Schnitt durch eine schematisch angedeutete Re- duktionsofenwand mit einer Öffnung, die gleichzeitig als Chargieröffnung und als Abgasöffnung dient.

Der Elektroreduktionsofen 1 ist mit Hilfe der Ofenwandung 2 angedeutet. Ein solcher Elektroreduktionsofen 1 dient zur Durchführung beispielsweise von Re- cycling-Prozessen wie oxidischen Abfallprozessen und insbesondere zur Reini- gung von Schlacken zur Rückgewinnung metallischer Bestandteile. Hierzu wird in das Ofeninnere Oi mindestens eine Elektrode (nicht gezeigt) eingeführt, wo- bei das Beschickungsmaterial über die eingebrachte Energie aufgeschmolzen oder auf hohe Temperaturen gebracht wird, so dass die Reduktionsprozesse mit Hilfe der eingeführten Reduktionsmittel, wie Kohle und Koks, ablaufen kön- nen.

In die Ofenwandung 2 ist eine Chargieröffnung 3 eingebracht. Durch diese ragt eine Beschickungseinrichtung 4, hier in Form einer Chargierrinne 5 oder Schlackeneinlaufrinne, die durch eine Gestell 6 gestützt ist. Mittels der Char- gierrinne 5 wird Schlacke in den Ofen chargiert (Pfeil I). Gleichzeitig dient diese Öffnung 3 auch als Ableitungsöffnung für die während der Reduktion entste- henden Prozessgase, die hier mit CO und aufgrund gasförmiger Metalldämpfe, wie Zink, mit Zn} bezeichnet sind (Pfeil II) Grundsätzlich ist diese Öffnung 3 die einzige Abgasöffnung. Für Notfälle kann allerdings ein Notkamin für das Abgas vorgesehen sein.

Die Chargierrinne 5 ist luftdicht gegenüber der Ofenwand 2 abgedichtet. Hierzu ist sie mit einer Abdeckung 7 in Form eines metallischen Gehäuses versehen, die sich von der Ofenwand 2 bis zur Eintrittsöffnung 8 der Chargierrinne 5 er- streckt. Es ergibt sich somit eine Art Tunnel für das Beschickungsgut. Auf Sei- ten der Eintrittsöffnung 8 ist die Abdeckung 7 etwas aufgebogen, um Raum für das Beschickungsgut zu gewähren. Ofennah erstreckt sich von einer Öffnung 9 in der Abdeckung 7 ein Kaminrohr 10 weg von der Abdeckung 7. Auf diese Weise ist die Abdeckung 7 in eine obere Richtung als Abgaskamin ausgebildet.

An das Kaminrohr 10 schließt sich in Abgasströmungsrichtung eine Nachver- brennungskammer 11 an. In diese mündet ein Zuflusskanal 12, der Luft in die Nachverbrennungskammer 11 transportiert.

Nachfolgend soll der Prozess erläutert werden. Beschickungsmaterial, wie flüs- sige Schlacke, wird kontinuierlich über die Chargierrinne 5 in das Ofeninnere chargiert (Pfeil I). Reduktionsmittel wird über separate Beschickungsrohre im Ofendeckel oder ggfs. ebenfalls über die Chargierrinne chargiert. Gleichzeitig strömen Prozessgase entgegen der Chargierrichtung durch die gleiche Öffnung 3 in die kaminartige Abdeckung (Pfeil II). Sie fließen durch das Kaminrohr ab (Pfeil ici). Luft (Pfeil IV), die mit dem Beschickungsmaterial mit eingesogen wird, wird ebenfalls durch das Kaminrohr 10 abgeleitet (Pfeil V). Mit dieser Luft kann eine Teilverbrennung der Gase in diesem Kaminrohr 10 stattfinden, die eigentli- che Nachverbrennung mit geregelter Luftzufuhr findet aber in der nachgeord- neten Verbrennungskammer 11 statt, in die geregelt Luft eingeführt wird (Pfeil V).

Insgesamt wird mit der Erfindung ein geschlossener Elektroreduktionsofen zur Reinigung von flüssigen Schlacken geschaffen, der eine geschlossene Bauwei- se erhält, indem nur noch eine Gasöffnung im Ofen vorgesehen ist, durch die gleichzeitig flüssige Schlacke chargiert und das Ofengas abgesaugt wird. Da- durch kann keine Falschluft in den Ofen eindringen.

Bezugszeichenliste : 1 Elektroreduktionsofen 2 Ofenwandung 3 Chargieröffnung 4 Beschickungseinrichtung 5 Chargierrinne 6 Gestell 7 Abdeckung 8 Eintrittsöffnung 9 Öffnung in Abdeckung 10 Kaminrohr 11 Nachverbrennungskammer 12 Zuflusskanal für Luft Oi Ofeninneres Pfeil I Chargierrichtung von Schlacke und Reduktionsmittel Pfeil II Abströmrichtung der Prozessgase Pfeil 111 Fluss der Prozessgase durch Kamin Pfeil IV eingesaugte Luft von der Einfüllseite her Pfeil V Ableitung der eingesaugten Luft durch den Kamin Pfeil VI geregelte Luftzufuhr für Nachverbrennung