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Title:
PROCESS FOR IMPLEMENTING REDUCING PYROMETALLURGICAL PROCESSES WITH PELLETS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1989/008153
Kind Code:
A1
Abstract:
In a process for implementing reducing pyrometallurgical processes with oxyde ores, concentrates, intermediate products or metallic intermediate products by means of strongly reducing gases or oxygen-containing gases for producing and refining a molten metal, the reducing gas is injected at a speed greater than 100 m/s and less than 300 m/s through at least three nozzles onto the surface of a charge located in a cylindrical axial cavity of a furnace. The ascending gas, which has a high CO and H2 content, is deviated at the point of impact and burnt again in the cylindrical cavity of the oven by the air injected into the latter according to a secant.

Inventors:
Bock, Ulrich
Application Number:
PCT/DE1988/000097
Publication Date:
September 08, 1989
Filing Date:
February 25, 1988
Export Citation:
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Assignee:
Bahnemann
Manfred, Bock
Ulrich
International Classes:
C22B5/12; C22B9/05; F27B3/22; F27D99/00
Foreign References:
DE3629661A11988-03-10
DE3638204A11988-05-11
DE2922189B11980-10-09
US4671765A1987-06-09
FR2384848A11978-10-20
FR1168202A1958-12-05
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Durchführung reduzierender pyrometallurgischen Prozesse mit Pellets aus oxidischen Erzen, Konzentraten oder Zwischenpro¬ dukten, sowie metallurgischer Zwischenprodukten mittels stark reduzierender Gase oder sauerstoff haltiger Gase zur Erzeugung und Raffination einer Metallschmelze dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas durch mindestens drei Düsen auf die Oberfläche einer Charge, die sich in einem zylindrischen axialen Ofenraum befindet, mit einer Geschwindigkeit von größer als 100 m/s und kleiner als 300 m/s aufgeblasen wird, und daß das am Auf¬ treffpunkt umgelenkte und mit hohen Gehalten an CO und H wieder aufsteigende Gas durch in den Ofenraum sekantial eingeblasene Luft noch im zylindrischen Ofenraum nachverbrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen Aufblasstrahl und zylindrischer Wand eine Geschwindigkeit des auf¬ steigenden Gases von weniger als 1 m/s bewirkt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennungsluft über mehrere, mindestens aber zwei, axial angeordnete Düsen sekantial in den zylindrischen Ofenraum eingeblasen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennungsluft mit mehr als 100 m/s eingeblasen wird, so daß eine hohe tangentiale Geschwindigkeit des GasLuftgemisches mit starker Turbulenz entsteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untersten Luftdüsen in der zylindrischen Ofenwand so angeordnet sind, daß die durch die teilweise Verbrennung des aufsteigenden Gases freiwerdende Wärme zum Aufheizen des auf die Chargenoberfläche auftretenden Reduktionsgases dient und die eigene chemische Wärme des Reduktionsgases kaum genutzt wird und Überhitzungen am Auftreffpunkt des Reduktionsgases vermieden werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch diesen Aufheizeffekt das Reduktionsgas mit einem SauerstoffFaktor niedriger RO, 3 aufgeblasen werden kann.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die oberen axial angeordneten Luftdüsen außerhalb des Freistrahls des Reduktions¬ gases liegen und durch diese Düsen eingeblasene Luft den Nachverbrennungsvorgang vollständig noch im Ofenraum abschließt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die hohe Tangentialge schwindigkeit des nachverbrannten Gases im oberen Teil des zylindrischen Ofenraumes eine Verweilzeit dieses Gases von mehr als fünf Sekunden gegeben ist.
Description:
Verfahren zur Durchführung reduzierender pyrometallur¬ gischer Prozesse mit Pellets

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung reduzierender pyrometallurgischer Prozesse mit Pellets aus oxidischen Erzen, Konzentraten oder Zwischenpro¬ dukten, sowie metallischen Zwischenprodukten mittels stark reduzierender Gase oder sauerstoffhaltiger Gase zur Erzeugung und Raffination einer Metallschmelze.

Derartige Verfahren dienen beispielsweise zur Edel¬ metallrückgewinnung aus entsprechenden edelmetall- haltigen Abfällen. Hierbei geht es vor allem darum, daß der sonstige Abfall möglichst rasch und unschädlich durch Verbrennung beseitigt wird.

Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, hier ein neues Verfahren zu entwickeln, welches die bekannten Verfahren bezüglich Geschwindigkeit und Vollständigkeit der Verbrennung erheblich verbessert.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß das Reduktionsgas durch mindestens drei Düsen auf die Oberfläche einer Charge, die sich in einem zylindrischen, axialen Ofenraum befindet, mit einer Geschwindigkeit von größer als lOOm/sec. und kleiner als 300m/sec. aufgeblasen wird, und daß das am Auftreffpunkt umgelenkte und mit hohen Gehalten an CO und H_ wieder aufsteigende Gas durch in den Ofenraum sekantial eingeblasene Luft noch im zylindrischen Ofenraum nachverbrannt wird.

Zum Einleiten des Reduktionsgases ist in einem zylindrisch geformten Ofenraum zentral ein Lanzen¬ brenner eingeführt. Dieser Lanzenbrenner ist als Impulsbrenner ausgeführt. Durch seine Düsen wird eine stark reduzierende Flamme aus Gasen, wie Methan oder Propan in reiner Form oder mit wenig Sauerstoff gemischt, auf die Charge innerhalb des zylindrischen Ofenraumes geblasen. Gegenstand der Erfindung ist, daß diese Gase oder Sauerstoffgasgemische mit einer Ge¬ schwindigkeit von wenigstens lOOm/sec. aus der Düse austreten und auf die Badoberfläche noch mit einem solchen Impuls auftreffen, daß eine leichte Bewegung der Badschmelze erzeugt wird.

Durch die hohe Tangentialgeschwindigkeit des Gases im oberen Teil des zylindrischen Ofenraumes von ca. 30-50 m/sec.ist eine längere Verweilzeit des Gases von mindestens 5 sec. auf einem Temperaturniveau von mindestens 1000° C gewährleistet. Die hohe Turbulenz des zirkulierenden Gasstromes schafft kinetische Voraussetzungen für intensive Verbrennungsvorgänge, so daß zusammen mit der längeren Verweilzeit auch organische Substanzen, die in der Charge enthalten sein mögen, zerstört werden.

Die längere Verweilzeit des Gases bei hohem Temperatur¬ niveau im zylindrischen Oberofen hat ebenfalls einen positiven Einfluß auf die Partikelbildung des durch Verbrennung entstandenen Metalloxid. Es entsteht ein größeres Korn, das aber infolge der hohen Turbulenzen durch abrasive Einwirkung eine kugelige Form annimmt. Diese Oxide neigen nicht zum Verkleben und können deshalb leicht in Filtern mit sehr dichten Geweben aufgefangen werden.

Ein Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß die Reduktionsgase Methan oder Propan auf dem Weg von der Lanzendüse zur Chargenoberfläche im wesentlichen nicht durch eine Teilverbrennung, d. h. unter Nutzung des eigenen chemischen Wärmeeinhaltes wie es bei herkömmlichen Aufblasverfahren geschieht, aufgeheizt werden, sondern durch radiale und konvektive Wärme¬ übertragung aus dem teilweise nachverbrannten Abgas, das den Reduktionsstrahl zirkulierend umströmt. Der auf die Charge auftretende Reduktionsstrahl ruft an dieser Stelle keine Überhitzung hervor, so daß bei hoher Reduktionsgeschwindigkeit und Reduktionsgrad nur die Metalle mit hohem Dampfdruck bei Temperaturen unter 1300° c verdampfen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen schematisch dargestellten Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ofen. Dieser Ofen besteht aus einem gemauerten Ofenteil 3, in welchen ein zylindrischer Ofenraum 10 eingeformt ist. Dieser Ofenraum 10 ist von einer Ofenhaube 2 aus Stahl¬ blech überdeckt, welche gleichzeitig einen Oberofenraum 7 umgibt.

In den Ofenraum 10 ragt ferner ein Lanzenbrenner 1 ein, welcher im vorliegenden Fall wassergekühlt ist und drei Düsenköpfe mit Brennerdüsen 9 aufweist. Diese Brennerdüsen 9 senden in Gebrauchsläge Impuls-Brennstrahle 8 aus, welche auf eine Oberfläche 11 eines Schmelzebades 4 auftreffen. Diese Brennstrahle bestehen beispielsweise aus Gasen wie Methan oder Propan in reiner Form oder mit wenig Stauerstoff gemischt.

Der zylindrische Ofenraum 10 ist so konzipiert, daß die am Auftreffpunkt umgelenkten Gase mit einer wesentlich verminderten Geschwindigkeit entlang der Wand des zylindrischen Ofenraumes 10 aufsteigen. In den Ofenraum 10 münden im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei achs- parallele Luftdüsen 6, über welche Frischluft sekantial eingeblasen wird. Dies führt zu einer schnellen Ver¬ brennung der aufsteigenden Gase. Die dabei freigesetzte Wärme dient wesentlich zum Aufheizen der Brennstrahlen

8, so daß ein Brennstrahl 8 einen Sauerstoffpartikel- druck PO--10 -12at aufweisen kann und an der Chargen¬ oberfläche extrem hohe Reduktionsbedingungen bei Temperaturen zwischen 1000° bis 1300° C bewirkt.

Die auf die Chargen- bzw. Badoberfläche auftreffende Flamme wird umgelenkt, streicht über die Oberfläche hinweg und bewirkt einen Rühreffekt in der Schmelze. Der durch Konvektion erzielte Massenstrom zwischen Chargen- und Badoberfläche und Reduktionsflamme führt zu einer Reduktion der Metalloxide in der Schmelze.

Der zylindrische Ofenraum ist derart konzipiert, daß die am Auftreffpunkt umgelenkten Gase des Lanzen¬ brenners mit einer Geschwindigkeit von weniger als lm/sec. entlang der Wand des zylindrischen Ofenraumes aufsteigen. Die an den Seitenwänden des zylindrischen Ofenraumes aufsteigenden, noch CO und H- enthaltenden Gase werden durch tangentialen mit hoher Geschwindig¬ keit in den oberen Teil des zylindrischen Ofenraumes eintretende Luft nachverbrannt. Dieses Einbringen geschieht durch ein oder zwei Düsen und mit einer Ge¬ schwindigkeit von mehr als lOOm/sec. Dies führt zu einer schnellen TeilVerbrennung der aufsteigenden Gase. Die dabei freigesetzte Wärme dient wesentlich zum Auf¬ heizen der bei stark unterstöchiometrischer Fahrweise relativ kalten Reduktionsflamme, so daß der Freistrahl des Gaslanzenbrenners einen Sauerstoffpartikeldruck von PO 2 ~10 -12at aufweisen kann und an der Chargenoberfläche extrem hohe Reduktionsbedingungen bei Temperaturen zwischen 1000° und 1300° C bewirkt. Dies ermöglicht eine intensive Reduktionsarbeit bei erheblicher Ver¬ minderung des Energieaufwandes. Neben einer hohen Schmelzleistung und einem guten Reduktionswirkungsgrad können auch Metalle mit hohen Dampfdrücken wie As, Zn, Cd und Bi aus der Charge verflüchtigt werden.

Im oberen Teil des Ofens wird durch sekantiales Zu¬ führen von Verbrennungsluft mit hoher Geschwindigkeit die restliche Nachverbrennung, auch die der Metall¬ dämpfe, vollzogen.

Im oberen Teil des Ofenraumes 10 wird durch weiteres sekantiales Zuführen von Verbrennungsluft hoher Geschwindigkeit die restliche Nachverbrennung, bei¬ spielsweise auch der Metalldämpfe, vollzogen.

Die Geschwindigkeit, mit der die Gase im Brennstrahl 8 in den Ofenraum eingeblasen werden, soll wenigstens 100 m/s betragen. Sie steigen dann an der Wand des Ofenraumes 10 mit einer Geschwindigkeit von weniger als 1 m/s auf, bis sie dann in den Bereich der Luftdüsen 6 gelangen. Dort werden sie durch die sekantial eintretenden Luftstrahlen abgelenkt, so daß diese Gase im oberen Teil eine hohe Tangentialgeschwindigkeit von ca. 30 bis 50 m/s aufweisen. Dies bewirkt eine längere Verweilzeit des Gases von mindestens 5 Sekunden auf einem Temperaturniveau von mindestens 1000° C.

In einem Ausführungsbeispiel wurde entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem zylindrische Ofen¬ raum 10 mit einem Durchmesser von 0,5 m und einer Höhe von 0,7 m stündlich 100 kg Mischoxydpellets einge¬ schmolzen, welches 40% Pb, 25% Sn, 4% Zn, 0,5 Cd und 0,5% Bi enthielten. Zudem war dem Pellets 10% Feinkohle zugesetzt. Durch die Lanze 1 mit drei Düsenkδpfen wurden 8 kg Propan pro Stunde aufgeblasen. Über die untere Luftdüse 6 erfolgte zunächst die partielle Nach¬ verbrennung, so dann über die obere Luftdüse 6 die vollständige Nachverbrennung.

Als metallurgische Ergebnisse wurden folgende Werte bei Ausbringen gefunden:

Pb u. Sn in das Metall = 99%

Pb u. Sn in die Schlacke = 0,5%

Pb u. Sn in den Staub = 0,5%

Zn in den Staub = über 90%

Cd in den Staub = über 90% Bi in den Staub = über 90%

Mit einer Schmelzleisteung bei gleichzeitiger äußerst

2 intensiver Reduktion von 12,2 t Oxidpellets pro m

Herdfläche und Tag liegt dieser Wert verglichen mit herkömmlichen Schmelzöfen für eine solches Vormaterial um den Faktor 10 höher.