Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Material

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Material.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Reinigung von Schlacken aus der Eisen- und Nichteisengewinnung sowie aus der Edelmetallgewinnung, sowie die Verbesserung des Metallausbringens bei schlackenbasierten Ferrolegierungsprozessen.

Aus der EP 1 807 671 B1 ist eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Metalls aus einer das Metall enthaltenden Schlacke bekannt, mit einem ersten als Wechselstrom-Elektroofen ausgebildeten Ofen und einem zweiten als Gleichstrom- Elektroofen ausgebildeten Ofen, wobei zwischen dem ersten Ofen und dem zweiten Ofen ein Verbindungsmittel für Schmelze vorgesehen ist, so dass die Schmelze nach dem Erhitzen in dem ersten Ofen in den zweiten Ofen verbracht werden kann.

Die intensive Schlackenreinigung mittels DC - Technologie mit einer oder mehrerer Elektroden und Bodenelektrode(n) und quer gerichtetem Magnetfeld ist bereits vorgeschlagen worden. Der runde oder rechteckige Elektroreduktionsofen ist ein bewährtes Standard -Aggregat zur Reinigung von z.B. Kupferschlacken.

Nachteile:

Eine Anlage zur intensiven Schlackenreinigung erfordert demzufolge 2 hintereinander geschaltete Aggregate. Dies erfordert entsprechend Platz, eine entsprechende Logistik, verbindende Rinnen, eine doppelte Ausführung von Teilen wie z.B. Steuerung oder Abgaskaminen. Zwischen den beiden Aggregaten kommt es zur Abkühlung der Schlacke und somit zu thermischen Verlusten. Standardofen und nachgeschalteter Ofen könnten von unterschiedlichen Lieferanten bezogen werden.

Aufgabe der Erfindung ist die bislang nur in einem separaten nachgeschalteten Ofen vorgesehenen Schlackenreinigung mittels DC - Feld und Magnetfeld in das bekannte industrielle Objekt SAF (Submerged Are Furnance) zu integrieren, ferner die

Effizienzsteigerung der klassischen Ofentechnologie in nur einer Stufe und nur einem Aggregat und die Bündelung der Kompetenz in nur einem Aggregat, sowie ein unkomplizierteres Handhabung. Damit soll der Verzicht auf die Notwendigkeit von zwei Aggregaten und die Reduzierung der elektrothermischen Verluste ermöglicht werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Metallverbindungen, aus einem das Metall oder die Metallverbindung enthaltenden Material, mit einem Ofengefäß, mit einem ersten Einlass für die Zuführung des Materials, einem ersten Auslass zum Abführen von Abgas, eine oder mehrere Elektroden zum Schmelzen und/oder Reduzieren des zugeführten

Materials, die in das Ofengefäß ragen, mit einer als Kathode ausgebildeten Bodenelektrode, einem im Bereich des Schlackenabstichs vorgesehenen, als Absetzzone dienenden

Raum, mit einem Elektro- oder Permanentmagneten, der derart am Ofengefäß platziert ist, dass ein im Ofengefäß erzeugter DC Stromfluss vom Magnetfeld gekreuzt wird, so dass mittels der überlagerten Strom- und Magnetfelder und der daraus resultierenden

Kräfte, das im Ofen befindliche Medium derart in Bewegung versetzt wird, dass sich in

Kombination der Effekte eine Rührwirkung ergibt, sowie mit einem Abstich zur Entnahme von dem geschmolzenen Metall oder der

Metallverbindung und einem überlauf oder Abstich für die Schlacke.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in das Ofengefäß 3 oder 6 in Reihe oder auf einem Teilkreis angeordnete Elektroden ragen und das Ofengefäß rund oder eckig ausgebildet ist.

Der DC Stromfluss zur Bodenelektrode kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung durch eine zusätzliche Elektrode, mit der Funktion einer Anode, erzeugt werden, die im Bereich des beim Schlackenabstich verbleibenden Raumes angeordnet ist.

Vorzugsweise ist zwischen dem Bereich des Ofengefäßes, in den die Elektroden ragen, und dem Bereich, in den die zusätzliche Elektrode ragt, ein die Bereiche trennender Querschott vorgesehen.

Eine Vereinfachung üblicher öfen unter Berücksichtigung der Kernidee der Erfindung lässt sich dadurch erreichen, dass unter Verzicht auf die zusätzliche Elektrode die vorhandenen Elektroden auf DC Betrieb mit der Bodenelektrode umschaltbar sind.

Der Kern der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Grundprinzip des quer zu einem DC - Stromfluss gerichteten Magnetfeldes in das Konzept eines Standard - SAF integriert wird. Man erzielt eine konsequente schrittweise Behandlung der Schlacke in Abhängigkeit der metallurgischen Prozesse, der Prozess der Schlackenbehandlung wird nicht unterbrochen, Temperaturverluste werden vermieden, die Gesamtanlage wird deutlich kleiner, die elektrische Ausrüstung kann gebündelt werden, das Handling des Abgases wird einfacher.

Hieraus ergeben sich eine Reihe von Vorteilen:

Der Prozess der intensiven Schlackenreinigung kann gezielt in einem Ofengefäß gesteuert werden.

Die überlagerung der verschiedenen elektrischen Größen kann optimal aufeinander abgestimmt werden.

Es wird weniger Platz benötigt und

es entfällt ein Transportschritt durch den Wegfall von einem zusätzlichen Ofengefäß.

Eine Ausführung der Erfindung ist in der Figur schematisch dargestellt und soll nachfolgend beschrieben werden.

Diese Ausführung beinhaltet die Kombination eines klassischen rund oder eckig ausgeführten Elektro - Reduktionsofens (SAF), üblich mit Wechselstrom (AC) betrieben, und einem DC- Reduktionsofen mit Anode und Kathode, ergänzt um einen quer dazu

ausgerichteten Dauer- oder Elektromagneten. Der Ofen vereint somit den bekannten Elektro - Reduktionsofen und einen Intensiv - Schlackenreinigungs - Ofen prozesstechnisch und ausführungsmäßig in einem Aggregat.

Dieser an sich übliche Ofen ("Enforced slag cleaning furnace"), der mit 15 bezeichnet worden ist, besitzt in der Regel 3 oder 6 in Reihe oder auf einem Teilkreis angeordnete Elektroden 1 in einem rund oder eckig ausgeführten Ofengefäß 2. Mittels dieser Elektroden, die üblicherweise im AC Betrieb arbeiten, wird dem Medium (Schlacke) 14 die zur Reduktion, zum Schmelzen und zum Absetzen erforderliche Energie zugeführt. Der Ofen wird nun im Gegensatz zu den bekannten öfen jedoch in der Art ausgeführt, dass im Bereich des Schlackenabstichs ein Raum 16 verbleibt, in dem mindestens eine weitere Elektrode 4, mit der Funktion einer Anode, angeordnet sein kann. Außerdem wird der Ofen mit einer Bodenelektrode als Kathode 5 ausgeführt. Von dieser / diesen zusätzlichen Elektrode(n) ausgehend wird nun eine Spannung zur Bodenelektrode angelegt, so dass ein zusätzlicher Stromfluss (DC) durch das Medium entsteht. Der Kern eines Elektro- oder Permanentmagneten 6 wird nun so am Ofengefäß platziert, dass der DC Stromfluss im rechten Winkel (oder mit ähnlicher Wirkung) vom Magnetfeld gekreuzt wird. Mittels dieser überlagerten Strom- und Magnetfelder und der daraus resultierenden Kräfte (3-Finger-Regel) wird im Ofen das Medium (die Schlacke) in Bewegung versetzt, so dass sich in Kombination der Effekte eine Rührwirkung ergibt, die die Wirkung des klassischen Ofenprozesses unterstützt, indem insbesondere das Absetzen noch in der Schlacke vorhandener kleiner Metallteilchen verbessert wird.

über das DC - System wird dabei in der Regel nur die Leistung zugeführt, die für die forcierten Prozesse erforderlich ist. Das Magnetfeld erzielt seine Wirkung auch bei geringen magnetischen Feldstärken < 100 Gauss. In Kombination aller 3 Energieeintragungsarten (AC, DC, Magnetfeld) lassen sich die einzelnen Anteile noch optimieren.

Denkbar für spezielle Prozesse sind auch Varianten mit einer zusätzlichen DC -Elektrode (Anode) im Bereich des Schlackeneinlaufs.

Während im Bereich der Anoden eine Schüttung 13 z.B. in einer Höhe gleich dem Elektrodendurchmessers und somit vergleichsweise hoch erwünscht ist, um eine Leiterplatte auf der Schlacke darzustellen (also die Anode zu vergrößern), ist diese hohe Schüttung im Bereich der üblichen Elektroden eher unerwünscht, da sie zu elektrischen Querströmen

führen kann. Sollte sich zwischen diesen beiden entgegengerichteten Aspekten im Einzelfall kein Kompromiss finden lassen, so ist der Einbau eines Querschottes 7 zur Trennung der Prozessräume oberhalb des Schlackenbades ähnlich wie bei Kivcet - öfen möglich.

Eine Variante der Erfindung stellt eine Umschaltbarkeit der klassischen z. B. 3-6 Elektroden dar in Verbindung mit einer Art Batch - Prozess. In diesem Falle würden die sonst im AC Betrieb arbeitenden Elektroden 1 auf DC Betrieb umgeschaltet werden und in diesem Fall könnte auf die zusätzliche Elektrode 4 verzichtet werden. Die Verschaltung der Elektroden 1 würde somit zeitweilig auf einen DC - Betrieb mit der Bodenelektrode 5 gewechselt werden. Das heißt, es würde entweder ein klassischer Reduktionsofenprozess betrieben ODER es würde ein DC - Ofenprozess mit 3-6 parallel geschalteten Elektroden und Bodenelektrode betrieben und dieser vom Magnetfeld überlagert, wie beschrieben. Auf diese Art ließen sich bestehende öfen noch leichter nachrüsten.

Hinsichtlich der übrigen Bezugszeichen sei bemerkt, dass in der Zeichnung mit 8 der Abstich für das Metall bzw. die Metallverbindung bezeichnet ist, das/die sich unten im Ofengefäß unter der Schlacke 14 bei 9 angesammelt hat.

Die Abgase werden durch den Kamin 10 abgeführt.

Zum Entfernen der Schlacke 14 aus dem Ofengefäß dient der Schlackenabstich 12.