PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69016593T2 07.09.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0427699
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Zinkkonzentraten.
Anmelder A. Ahlstrom Corp., Noormarkku, FI
Erfinder Malmström, Rolf, SF-00200 Helsingfors, FI;
Petersson, Stig, S-932 00 Skelleftehamm, SE
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, Anwaltssozietät, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69016593
Vertragsstaaten BE, DE, FR, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 08.11.1990
EP-Aktenzeichen 908702103
EP-Offenlegungsdatum 15.05.1991
EP date of grant 01.02.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.1995
IPC-Hauptklasse C22B 19/00

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Zinkkonzentraten zur Gewinnung von Zink, und insbesondere ein aus den aufeinanderfolgenden Schritten des Schmelzen und Fuming bestehendes Verfahren. Während der Schmelzphase wird Zinkkonzentrat dadurch oxidiert und geschmolzen, daß ihm Luft oder Sauerstoff enthaltendes Gas zugeführt wird, wobei Schwefeldioxid abgezogen und das dadurch erzeugte Zinkoxid verschlackt wird. Die in der Schmelzstufe erzeugte Schlacke wird in der Fuming-Stufe durch die Zufuhr eines reduzierenden Mittels wie etwa Kohle oder Kohlenwasserstoff reduziert, wobei ein z.B. CO, CO&sub2; und metallisches Zink enthaltendes reduzierendes Gas abgezogen wird. Schlacke wird aus der Fuming-Stufe abgelassen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Behandlung von Zinkkonzentraten, welche Vorrichtung einen Schmelzofen und einen damit in Verbindung angeordneten Schlackebehandlungsofen umfaßt. Eine Trennwand trennt die Gasräume von Schmelz- und Schlackebehandlungsofen voneinander, und eine andere Trennwand trennt die Schlackeschichten voneinander.

Heute wird fast all Zink durch einen hydrometallurgischen Prozeß, d.h. durch Elektrolyse, oder durch einen pyrometallurgischen Prozeß nach ISP, d.h. dem Imperial Smelting Process erzeugt.

Dein elektrolytischen Prozeß zufolge, der in der Regel bei Zinkkonzentraten mit hohem Zinkgehalt angewandt wird, wird das Zinkoxid direkt aus geröstetem Zinkkonzentrat gelaugt. Die Zinklösung wird gereinigt, und Zink wird aus der gereinigten Lösung mittels Elektrolyse gewonnen, wobei inetallisches Zink elektrolytisch gefällt wird. Um eine gute Zinkausbeute zu erreichen, soll auch Eisen gelaugt und dann ausgefällt werden, in der Regel als Jarosit oder Goethit. Jarosit stellt ein großes Abfallproblem dar, teilweise weil es in großen Mengen anfällt und eingelagert werden soll, und teilweise, weil es Zn und möglicherweise Cd enthalten kann, die beide, zumindest in großen Mengen, für giftig gehalten werden. Es ist daher immer schwieriger geworden, Genehmigungen für die Einlagerung desselben zu erhalten. Man hat verschiedene Methoden untersucht, um das Jarosit in eine Form zu überführen, in der es ohne Gefährdung der Umgebung gelagert werden könnte. Man hat verschiedene hydrometallurgische Prozesse vorgeschlagen. Man hat z.B. Laugungsprozesse empfohlen, die Eisenoxid mit feinen Partikeln erzeugen. Es ist jedoch schwierig, zweckmäßige Verwendung für Eisenoxid mit feinen Partikeln zu finden. Es sind auch Schmelzprozesse zur Erzeugung eines zur Einlagerung geeigneten Endprodukts vorgeschlagen worden. Das Trocknen und Schmelzen von Jarosit würde jedoch ein beachtliches Wärmevolumen erfordern.

Dem pyrometallurgischen ISP-Prozeß zufolge ist es auch möglich, Zink aus Erzkonzentraten mit relativ niedrigem Zinkgehalt zu gewinnen. Der Prozeß umfaßt zwei Stufen. Zunächst wird das Zinkkonzentrat in einer Sinter- oder Kalzinierstufe behandelt, um SO&sub2; abzuscheiden und Zn zu ZnO zu oxidieren. In einer zweiten, getrennten Stufe wird das Zinkoxid erhaltende Produkt in einem Schmelzofen geschmolzen. Im Schmelzprozeß wird gewöhnlich Koks sowohl als Brennstoff als auch als Reduktionsmittel verwendet. Von den Reduktionsgasen mitgeführt wird metallisches Zink aus dem Schmelzofen abgelassen und gewöhnlich in einem Einspritzkondensator zurückgehalten. Das aus dem ISP-Prozeß erhaltene Zink ist nicht von so hoher Qualität wie das aus dem elektrolytischen Prozeß erhaltene Zink.

In der internationalen Patentanmeldung WO 87/03010 hat man auch vorgeschlagen, Zink dadurch zu gewinnen, daß Zinkkonzentrat direkt oxidierend zu metallischem Zink geschmolzen wird. Jenem Verfahren zufolge erfolgen Schmelzen, Oxidation und Reduktion in einem zweistufigen Ofen, wo ein Schmelzofen und ein Fuming-Ofen zusammen eine Einheit bilden. Der Ofen ist in einen Schmelzabschnitt mit einer Oxidationszone und einen Fuming-Abschnitt mit einer Reduktionszone durch eine vertikale Trennwand unterteilt, die den oberen Abschnitt der Ofens in zwei Teile teilt. Die Trennwand ist im Ofen so arrangiert, daß sie den Transport von Schlacke zwischen den verschiedenen Zonen unter besagte Wand hindurch bewirkt. Zinkkonzentrat und oxidierendes Gas werden durch Lanzen in den Schmelzofen oder in die Oxidationszone eingeführt, um Zink zu Zinkoxid zu verschlacken und SO&sub2; auszutreiben.

Die Zinkoxid enthaltende Schlacke wird unter die Trennwand hindurch von der Oxidationszone zum Fuming-Ofen zur Reduktion der Schlacke geleitet. Reduktionsmittel wird in die Reduktionszone durch Lanzen eingegeben, wobei Zinkoxid zu metallischem Zink reduziert wird, das mit den Abgasen aus dem Ofen abgelassen wird.

Das US-Patent 4,741,770 stellt ein Verfahren zur Gewinnung von Zink aus eisenhaltigem Zinkkonzentrat. Dies geschieht in einem Ofen, der in einen Schmelzabschnitt mit einer Oxidationszone und einen Fuming-Abschnitt mit einer Reduktionszone geteilt ist. Zinkkonzentrat wird verschlackt, um in der Oxidationszone Zinkoxid zu erzeugen und wird anschließend der Reduktionszone zugeführt. In der Reduktionszone wird ZnO zu Zn reduziert, das mit den Rauchgasen abgezogen wird. In die Rauchgase und Schlacke in der Reduktionszone wird Wärmeenergie eingeführt, indem ein Teil der in der Reduktionszone verbleibenden reduzierenden Gase direkt über der Schlackeoberf läche verbrannt wird. Eisenhaltige Schlacke wird aus der Reduktionszone abgestochen.

Dem in der obigen US-Patentanmeldung dargestellten verfahren zufolge kann ein Teil der aus dem Fuming-Abschnitt abgelassenen Schlacke in eine zusätzliche Reduktionsstufe geleitet werden, wo ein Teil des in der Schlacke enthaltenen Eisens reduziert wird. Das reduzierte Eisen wird dem Fuming-Abschnitt rückgeführt, wo es zu Reduktion von ZnO zu Zn beiträgt. Die Schlacke von der zusätzlichen Reduktionsstufe kann dann weiter in den Schmelzofen geleitet werden, um dort die Verschlackung des eisenhaltigen Zinkkonzentrats zu erleichtern.

Trotz direkter Zirkulation von geschmolzener Schlacke vom Schmelzofen zum Fuming-Ofen, Nutzung des im Erzkonzentrat enthaltenen Eisens zur Reduktion von ZnO und Rückführung von Schlacke von der zusätzlichen Eisenreduktionsstufe zum Schmelzofen ist der Energiebedarf der obenbeschriebenen Prozesse verhältnismäßig hoch.

Bei der Gewinnung von Zink aus zinkreichen Erzkonzentraten erhebt sich ein Problem bei der Verschlackung, weil der Zinkgehalt der Zinkschlacke 25 % nicht übersteigen kann; anderenfalls wird ihre Viskosität zu hoch. Die Zugabe von weiteren Schlackekomponenten zur Haltung des Zinkgehalts auf einem niedrigen Niveau, um eine maximale Zinkoxidmenge aus der Schlacke zu erhalten, erfordert mehr Energie für das Aufheizen und Schmelzen der Schlackekomponenten.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für die Gewinnung von Zink aus Zinkkonzentrat vorzusehen, bei welchem Verfahren der Bedarf an Reduktionsmitteln und Brennstoff, wie Kohle oder Kohlenwasserstoff, erheblich niedriger ist als bei den obenbeschriebenen Verfahren gemäß dem Stand der Technik.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erzeugung von Schlacke vorzusehen, die sich leichter lagern läßt.

Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache und kompakte Vorrichtung zur Gewinnung von Zink aus Zinkkonzentrat vorzusehen.

Dem Anspruch 1 zufolge ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Gewinnung von Zink dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der in der Fuming-Stufe ausgetragenen Schlacke direkt in die Schmelzstufe zurückgeführt wird, um Zinkoxid aus der Schlacke in der Schmelzstufe zu gewinnen. Die in der Schmelzstufe gebildete Schlacke wird vorzugsweise in zwei aufeinanderfolgenden Fuming- Stufen auf solche Weise reduziert, daß

- Schlacke von der Schmelzstufe in der ersten Fuming-Stufe auf einen Zinkgehalt von 5 bis 15 %, vorzugsweise > 10 % reduziert wird, und

- ein Teil der ausgetragenen, reduzierten Schlacke von der ersten Fuming-Stuf e der Schmelzstufe rückgeführt wird, und

- ein anderer Teil der ausgetragenen, reduzierten Schlacke weiter in eine zweite Fuming-Stufe geleitet wird, wo die Schlacke auf einen Zinkgehalt < 5 % reduziert wird. Die Schlacke wird vorzugsweise auf einen Zinkgehalt < 2 % in der zweiten Reduktionsstufe reduziert. Weitere Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 13 dargestellt.

Dem Anspruch 14 zufolge ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Zink aus Zinkkonzentrat dadurch gekennzeichnet, daß

- der Schlackebehandlungsofen in eine Eintrittszone und eine eigentliche Fuming-Zone durch eine Trennwand geteilt ist, die sich von der Decke des Ofens abwärts erstreckt, welche Trennwand so arrangiert ist, daß die oberen Gasräume und die oberen Schlackeschichten sowohl der Eintrittszone als auch der Fuming-Zone voneinander getrennt sind, und daß die Eintrittszone und die Fuming-Zone hauptsächlich im untersten Teil des Ofens miteinander in Verbindung stehen,

- ein Überlauf in der Trennwand zwischen dem Schinelzofen und der Eintrittszone angeordnet ist, um den Schlackefluß vom Schmelzofen, wo der Schlackespiegel höher ist, zur Eintrittszone zu erleichtern, und daß

- ein zweiter Überlauf in der Trennwand zwischen der eigentlichen Fuming-Zone und dem Schmelzofen angeordnet ist, um den Fluß reduzierter Schlacke zum Schmelzofen von der Fuming-Zone zu erleichtern, wo der Schlackespiegel über den Schlackespiegel im Schmelzofen durch Einführung von Luft, Kohle oder Kohlenwasserstoff angehoben worden ist.

Das Zinkkonzentrat, d.h. Zinksulfidkonzentrat, kann in einem Schmelzflammofen, einem Zyklonofen oder einem anderen fürs Schmelzen von Erzkonzentrat geeigneten Ofen oxidiert und geschmolzen werden. Die Zinkoxid enthaltende geschmolzene Schlacke kann direkt einem kontinuierlichen Prozeß in einem Schlackebehandlungsofen zur Reduktion von Zink zu metallischem Zink zugeführt werden, wobei die Schlacke mittels einer Gießpfanne vom Schmelzofen zum Schlackebehandlungsofen befördert werden kann. Der Prozeß kann auch in Chargen ablaufen.

Das sich aus einer zu hohen Schlackeviskosität bei hohem Zinkgehalt erhebende Problem, wenn Zink aus zinkreichem Konzentrat gewonnen wird, wird der Erfindung zufolge durch die Rückführung von zinkarmer Schlacke aus dem Schlackebehandlungsofen zur Schmelzstufe vermieden. Die zinkarme Schlacke setzt den Zinkgehalt der Schlacke in der Schmelzstufe herab, wobei die Schlacke ihre Viskosität beibehält. Der Zusatz von bereits geschmolzener heißer Schlacke erfordert keine zusätzliche Energie für das Erhitzen oder Schmelzen. Schlacke kann in solchem Maße rückgeführt werden, daß die sog. Sättigungsgrenze für Zink erreicht wird. Die Sättigungsgrenze wird durch die Viskosität der Schlacke festgelegt. Bei der Mehrheit von Zinkkonzentraten liegt die Sättigungsgrenze bei rund 25 % Zinkgehalt. Schlacke aus dem Schlackebehandlungsofen kann entweder kontinuierlich oder mittels einer Gießpfanne zum Schmelzofen transportiert werden.

Das Fuming, d.h. die Reduktion von Zn aus der Schlacke kann in einem konventionellen Fuming-Ofen, einem Elektroofen, einem mit Lanzen bestückten Ofen oder einem für einen Reduktionsprozeß geeigneten Ofen eines anderen Typs stattfinden.

Das Zink wird aus dem Schlackebehandlungsofen mit den Abgasen in Form von flüchtigem metallischem Zink abgelassen. Das Zink kann zu ZnO oxidiert und elektrolytisch abgeschieden oder in einem Einspritzkondensator direkt aus den Abgasen kondensiert werden.

Der Erfindung zufolge geht der Bedarf an Reduktionsmittel und Brennstoff für den Zinkprozeß dadurch erheblich zurück, daß die Reduktion von Zinkoxid in zwei Stufen erfolgt. In der ersten Stufe wird die Schlacke auf einen Zinkgehalt von 5 bis 15 %, vorzugsweise auf ungefähr 10 % reduziert. Die Reduktion auf einen Zinkgehalt von 5 bis 10 % läßt sich sehr schnell und leicht durchführen, und der Bedarf an Reduktionsmitteln ist erheblich geringer bei einem hohen Zinkgehalt als bei einem Zinkgehalt unter 5 %.

Ein Teil der Schlacke aus der ersten Reduktionsstufe wird dem Schmelzofen rückgeführt, und nur z.B. 25 bis 50 % der Schlacke werden in eine zweite Reduktionsstufe weitergeführt, um dort auf einen Zinkgehalt < 2 % reduziert zu werden. Die Menge der Schlacke in der zweiten Reduktionsstufe ist viel größer als in der ersten Reduktionsstufe. Die Menge der Schlacke in der zweiten Reduktionsstufe ist eine Funktion des Fe- oder SiO&sub2;- Gehalts des Erzkonzentrats. Weil nur eine geringe Menge Schlacke auf einen niedrigen Zinkgehalt reduziert wird, ist der Bedarf an Reduktionsmitteln viel geringer, als wenn die gesamte Schlackemenge von der ersten Reduktionsstufe auf einen niedrigen Zinkgehalt reduziert würde. Von der zweiten Reduktionsstufe erhält man eine inerte Silikatschlacke, mit anderen Worten Schlacke, die nicht leicht reagiert und die sich daher leicht einlagern und zu verschiedenen Zwecken verwenden läßt.

Einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zufolge kann der Transport mittels Gießpfannen vermieden werden, indem der Schmelzofen und der Schlackebehandlungsofen zu einer Einheit zusammengefaßt werden. Der Schlackebehandlungsofen ist so konstruiert, daß er kontinuierliche Rückführung von Schlacke von der Fuming-Zone in den Schmelzofen und den Transport von Schlacke vom Schmelzofen zur Eintrittszone des Schlackebehandlungsofens ermöglicht.

Es sei betont, daß der Erfindung zufolge ein den Umweltsauflagen genügender Prozeß entwickelt worden ist, der auch in puncto Energie Vorzüge aufweist. Wenn die Erfindung auf einen Prozeß mit elektrolytischer Zinkgewinnung angewandt wird, ist der Prozeß einfacher, da die saure Laugungsstufe und die Eisen-Fällungsstufe entbehrlich sind, weil das Eisen in der Schlacke zurückbleibt. Ein weiterer Vorteil des neuen erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die erhaltene Schlacke inert ist und leicht gelagert werden kann. Das Verfahren zur Gewinnung von Zink gemäß der Erfindung verbraucht weniger Kohle oder Kohlenwasserstoff als der ISP-Prozeß. Dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge können auch zinkreiche Konzentrate verwertet werden, ohne daß Bedarf für den Zusatz großer Mengen an schlackebildenden Komponenten besteht.

Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt dabei

Fig. 1 das Prinzipschema des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 in Draufsicht einen Schnitt durch einen kombinierten Schmelz- und Schlackebehandlungsofen,

Fig. 3 einen Schnitt entlang Linie A-A des Ofens aus Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie B-B des Ofens aus Fig. 2, und

Fig. 5 einen Schnitt entlang Linie C-C des Ofens aus Fig. 2.

In Fig. 1 bezieht sich das Bezugszeichen 10 auf einen Schmelzofen, wo durch einen Eintrittskanal 12 eingeführtes Zinkkonzentrat geschmolzen und dann mit Luft oder anderem Sauerstoff enthaltendem Gas verschlackt wird, welches Gas durch einen Einlaß 14 zugeführt wird. Schwefeldioxidhaltige Abgase werden aus dem Schmelzofen durch einen Austrittskanal 16 abgezogen. Ein Teil des ZnO und möglicherweise PbO werden mit den Abgasen abgezogen. Die Menge an ZnO und eventuell PbO in den Abgasen ist von Zinkkonzentrat und Luftmenge abhängig. Im Schmelzofen gebildete Schlacke wird durch einen Kanal 18 in den Schlackebehandlungs- oder Fuming-Ofen 20 geleitet. Im Fuming-Ofen wird die Schlacke mittels Kohle oder Kohlenwasserstoffreduziert, die durch Düsen 22 eingegeben werden. Die Wärme im Fuming-Ofen wird durch teilweise Verbrennung von Luft oder sauerstoffhaltigem Gas aufrechterhalten, die ebenfalls via Düsen 22 eingeführt werden. Zinkoxid wird zu metallischem Zink reduziert, das bei der Fuming-Temperatur in einer flüchtigen Form vorliegt und durch einen Austrittskanal 28 mit den reduzierenden Gasen aus dem Fuming-Ofen 28 abgelassen wird. Die Abgase bestehen hauptsächlich aus CO, CO&sub2;, eventuell H&sub2; und H&sub2;O, falls bei der Reduktion Kohlenwasserstoff verwendet wurde.

Sowohl Zn als auch ZnO können mit den Abgasen aus der Fuming-Stufe abgezogen werden. Bei niedrigeren Temperaturen wird Zink zu Zinkoxid oxidiert. Nach dem Prozeß, der in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, werden die Gase und Metalle in den Abgasen durch die Zuführung von Luft zu besagten Gasen im Austrittskanal 28 oxidiert. Die Luft wird durch den Einlaß 26 eingeführt. Die oxidierten Abgase werden danach einer Wärmerückgewinnungsanlage 30 zugeführt. ZnO wird in eine elektrolytische Zn-Gewinnungsstufe weitergeleitet.

Wenn das Zink als metallisches Zink abgeschieden wird, wird die Temperatur der Abgase vorzugsweise so hoch gehalten, daß das Reaktionsgleichgewicht Zn ZnO vorzieht. Die metallisches Zink enthaltenden Abgase werden danach schnell durch einen kurzen Austrittskanal in einen Einspritzkondensator zur Kondensation der Zinkdämpfe geleitet.

In gewissen Fällen ist es wünschenswert, Zink als Zinkoxid abzuscheiden, wobei das Zink im oder nach dem Fuming-Ofen oxidiert wird. Das Zinkoxid kann dann einem elektrolytischen Prozeß zur Ausfällung von Zink zugeführt werden.

Das aus dem Gasstrom gewonnene Zinkoxid bildet ein bestens geeignetes Material für die Laugung in einem elektrolytischen Prozeß. In diesem Fall kann das Zinkoxid in einem neutralen Laugungsprozeß gelaugt werden, und erfordert keine saure Laugung wie die konventionelle Zinkgewinnung, die über Elektrolyse erfolgt. Der gelaugte Rückstand ist vollkommen inert. Je nach dem Ausgangskonzentrat kann der gelaugte Rückstand hauptsächlich aus PbSO&sub4; bestehen, das zur weiteren Aufbereitung geeignet ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird bei der Laugung die Entstehung von Jarosit vermieden, weil das Eisenoxid im Fuming-Ofen in der Schlacke zurückbleibt.

Die Schlacke wird im Fuming-Ofen hauptsächlich zu Fayalitschlacke mit einem Zinkgehalt von 5 bis 15 % reduziert. Dem Ablaufdiagramm von Fig. 1 zufolge wird ein Teil der reduzierten Schlacke üben den Kanal 32 vom Fuming-Ofen zum Schmelzofen zurückgeführt. Die rückgeführte Schlacke trägt zur Zunahme des Schlackevolumens im Schmelzofen bei, was das Schmelzen und Verschlacken des Zinkkonzentrats leichter macht. Bei der Verschlackung von Erzkonzentrat mit einem hohen Zinkgehalt, was Schlacke mit mehr als 25 % Zink erzeugen würde, trägt die Rückführung zur Verringerung des Zinkgehalts der im Schmelzofen vorhandenen Schlacke bei.

Somit sieht die Rückführung von Schlacke von der Fuming-Stufe zur Schmelzstufe eine Vereinfachung des Schmelzprozesses selbst vor. Die zurückzuführende Schlacke braucht nicht völlig zinkfrei zu sein, wie es früher der Fall war, sondern kann z.B. 10 % Zink enthalten. Somit erfodert das Fuming auf jenen Zinkgehalt in der Reduktionsstufe eine erheblich geringere Menge Reduktionsmittel als das konventionelle Fuming auf etwa 1 % Zink.

Ein anderer Teil der reduzierten Schlacke wird aus dem Fuming-Ofen durch einen Kanal 34 in eine zweite Reduktionsstufe 40 geleitet. In der zweiten Reduktionsstufe wird die Schlacke auf einen Zinkgehalt < 5 %, vorzugsweise < 2 %, reduziert und anschließend als inerte Silikatschlacke ausgetragen. Die Abgase aus der zweiten Reduktionsstufe 40 können auf die gleiche Weise behandelt werden als die Abgase aus der ersten Reduktionsstufe. Die Abgase können einzeln oder alle zusammen behandelt werden.

Falls der Kohleverbrauch in einem konventionellen Fuming-Prozeß bei ca. 1,5 bis 2 kg Kohle pro Kilogramm Zn bei der Reduktion auf ca. 1 % Zink in der Schlacke liegt, ist der entsprechende Wert beim erfindungsgemäßen Fuming-Prozeß nur etwa 0,5 kg Kohle pro Kilogramm Zn.

Kupfer und wertvolle Metalle, die dem Fuming-Ofen durch die Primäreingabe von nichtbrennbaren Sulfiden in den Schmelzofen oder durch die Zugabe von Sulfiden in den Fuming-Prozeß selbst zugeführt worden sind, bleiben in einer Matte zurück, die vom Boden des Fuming-Ofens durch eine Austrittsöffnung 42 im Fuming-Ofen 40 oder durch eine Austrittsöffnung 36 aus dem Fuming-Ofen 20 ausgetragen wird.

Fig. 2 bis 5 sind schematische Darstellungen eines Schnittes durch einen bevorzugten kombinierten Ofen fürs Schmelzen und Fuming von Zinkkonzentrat gemäß der Erfindung. In Fig. 2, die den Ofen in Draufsicht darstellt, bezieht sich das Bezugszeichen 10 auf den Schmelzofen und 20 auf den Schlackebehandlungsofen. Die Gasräume des Schmelzofens und des Schlackebehandlungsofens sind durch eine Trennwand 15 voneinander getrennt. Die Trennwand 15 erstreckt sich nach unten in die Schlackeschicht selbst im Schmelzofen, wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist. Ein Spalt 17 unter der Trennwand in der Schlackeschicht sorgt für die Verbindung zwischen den Öfen. Die Schlackeschichten im Schmelz- und Schlackebehandlungsofen sind durch eine zweite Trennwand 19 voneinander getrennt.

Der Schlackebehandlungsofen ist mittels einer dritten Trennwand 21 in eine Eintrittszone 23 und eine Fuming- Zone 25 aufgeteilt. Der Schlackespiegel a im Schmelzofen ist höher als der Schlackespiegel b in der Eintrittszone 23, und ein Abschnitt 19, der Trennwand 19 dient als Überlauf für die Schlacke vom Schmelzofen zur Eintrittszone.

Die Trennwand 21 im Schlackebehandlungsofen trennt die Gasräume und einen großen Teil der Schlackeschichten in der Eintrittszone und Fuming-Zone voneinander. Ein Spalt 27 unter der Trennwand 21 sorgt für die Verbindung zwischen den Schlackeschichten in den verschiedenen Zonen.

Feine Kohle oder feiner Kohlenwasserstoff wird durch die Düsen 22 in den Fuming-Abschnitt zur Reduktion der Schlacke eingeführt. Luft oder anderes sauerstoffhaltiges Gas wird ebenfalls durch die Düsen 22 eingeblasen. Die Einführung von Gasen erhöht den Schlackespiegel c im Fuming-Abschnitt auf solche Weise, daß er höher ist als der Schlackespiegel a im Schmelzofen. Die Trennwand 19 funktioniert daher als Überlauf für die Schlacke vom Fuming-Ofen zum Schmelzofen im Abschnitt 19'' zwischen Fuming-Zone und Schmelzofen. Die Unterschiede im Schlackespiegel zum einen zwischen Schmelzofen und Eintrittszone und zum anderen zwischem Fuming-Ofen und Schmelzofen erleichtern die kontinuierliche Beförderung von Schlacke zwischen den Öfen.

Beispiel

In einer Anlage des in Fig. 1 dargestellten Typs wird Zink aus Zinkkonzentrat mit 53 % Zn, 10 % Fe und 1 bis 2 % SiO&sub2; gewonnen.

Das Einschmelzen einer Tonne Erzkonzentrat ergibt eine Verschlackung von rund 45 % des Zinks. Die ungefähr 450 kg Zink enthaltende geschmolzene Schlacke wird zur ersten Reduktionsstufe befördert. In der ersten Reduktionsstufe wird die Schlacke auf einen Zinkgehalt von 10 % mit rund 450 kg Zn pro Tonne Erzkonzentrat reduziert. 10 % des Zinks, rund 45 kg also, bleiben in der Schlacke zurück und werden der zweiten Reduktionsstufe zugeführt, um dort auf ungefähr 1 % Zn in der Schlacke reduziert zu werden.

Zinkkonzentrat wird oxidiert und auf einen Zinkgehalt von etwa 25 % in einem Schmelzofen verschlackt. Die dadurch gebildete Schlacke wird in eine erste Reduktionsstufe geleitet, wo die Schlacke auf einen Zinkgehalt von ungefähr 10 % reduziert wird. Ein Großteil der reduzierten Schlacke wird dem Schmelzofen rückgeführt.

Nur etwa 145 kg Zink pro Tonne Erzkonzentrat können verschlackt werden, wenn der maximale Zinkgehalt der Schlacke bei etwa 25 % liegt. Bei der Reduktion auf einen Zinkgehalt von 10 % werden rund 100 kg Zink abgeschieden. Zur Reduktion von 450 kg Zink pro Tonne Erzkonzentrat sollte die Zirkulation von Schlacke von der Reduktionsstufe zum Schmelzofen ungefähr vierfach sein, um 4 x 100 kg Zink in der ersten Stufe abzuscheiden. Die restlichen 10 % Zinkoxid in der Schlacke von der ersten Reduktionsstufe werden dann in einer zweiten Reduktionsstufe auf etwa 1 % Zink reduziert.

Der Verbrauch am im Beispiel verwendeten Reduktionsmittel liegt bei etwa 1,3 bis 1,5 kg pro Kilogramm Zn bei der Reduktion auf Zinkgehalte von 1 bis 2 % in einer Stufe. Der Verbrauch an Reduktionsmitteln pro Kilogramm Zn bei der Reduktion auf Zinkgehalte > 10 % ist viel weniger, ungefähr 0,3 bis 0,4 kg Reduktionsmittel pro Kilogramm Zn.

Im obigen Beispiel beläuft sich somit der Verbrauch an Reduktionsmittel auf

400 kg x 0,35 kg Red.mittel/kg Zn = 140 kg Red.mittel

45 kg x 1,4 kg Red.mittel/kg Zn = 140 kg Red.mittel

445 kg Zn 203 kg Red.mittel

Bei der Reduktion von Zink gemäß dem Beispiel werden 203 kg Reduktionsmittel pro 445 Kilogramm Zn = 0,45 kg Reduktionsmittel pro Kilogramm Zn verbraucht.

Die Erfindung ist nicht auf die oben mit Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Behandlung von Zinkkonzentrat zur Gewinnung von Zink, welches Verfahren besteht aus

- einer Schmelzstufe, wo Zinkkonzentrat durch die Zufuhr von Luft oder sauerstoffhaltigem Gas auf solche Weise oxidiert wird, daß Schwefeldioxid abgezogen und das dadurch erzeugte Zinkoxid verschlackt wird,

- einer der Schmelzstufe nachgeschalteten Fuming-Stufe, in welcher Fuming-Stufe die in der Schmelzstufe erzeugte Schlacke durch die Zufuhr von Reduktionsmittel, wie etwa Kohle oder Kohlenwasserstoff auf solche Weise reduziert wird, daß reduzierendes Gas, das z.B. Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und metallisches Zink enthält, abgezogen wird, und

- Schlacke aus der Fuming-Stufe ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Teil der aus der Fuming-Stufe ausgetragenen Schlacke der Schmelzstufe zur Absorption von Zinkoxid direkt rückgeführt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Schmelzstufe gebildete Schlacke in zwei aufeinanderfolgenden Fuming-Stufen auf solche Weise reduziert wird, daß

- Schlacke von der Schmelzstufe in einer ersten Fuming-Stufe auf einen Zinkgehalt von 5 bis 15 % reduziert wird,

- ein Teil der ausgetragenen reduzierten Schlacke von der ersten Fuming-Stuf e zurück in die Schmelzstufe geführt wird, und daß

- ein zweiter Teil der ausgetragenen reduzierten Schlacke in eine zweite Fuming-Stufe weiterbefördert wird, wo die Schlacke auf einen Zinkgehalt < 5 % reduziert wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schlacke in der ersten Fuming-Stufe auf einen Zinkgehalt > 10 % reduziert wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß reduzierte Schlacke von der ersten Fuming-Stufe in die Schmelzstufe in solchem Maße eingegeben wird, daß die Schlacke vorzugsweise in solchem Maße eine passende Konsistenz beibehält, daß der Zinkgehalt 25 % nicht übersteigt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Hälfte der reduzierten Schlacke von der Fuming-Stufe der Schmelzstufe rückgeführt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schlacke in der zweiten Fuming-Stufe auf einen Zinkgehalt < 2 % reduziert wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß heiße Schlacke von der ersten Fuming-Stufe der Schmelzstufe rückgeführt wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schlacke kontinuierlich von einem Schmelzofen einem Fuming-Ofen zugeführt und vom Fuming-Ofen zum Schmelzofen kontinuierlich rückgeführt wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die Behandlung von Zinkkonzentrat in einem Schmelzofen und einem Schlackebehandlungsofen erfolgt, wo die Schmelzzone mittels einer Trennwand von der Schlackebehandlungzone getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Schlackespiegel im Schmelzofen mindestens auf dem gleichen Niveau gehalten wird wie der entsprechende Schlackespiegel in der Eintrittszone des Schlackebehandlungsofens,

- Schlacke via einen Über lauf vom Schmelzofen zur Eintrittszone des Schlackebehandlungsofens geleitet wird, welche Eintrittszone durch eine Trennwand von der eigentlichen Fuming-Zone getrennt ist,

- Schlacke durch einen Spalt unter der Trennwand von der Eintrittszone zur eigentlichen Fuming-Zone geleitet wird,

- Zinkoxid in der Fuming-Zone zu Zink reduziert wird,

- der Schlackespiegel in der eigentlichen Fuming-Zone angehoben wird, indem für den Fuming-Prozeß erforderliches Gas eingeblasen wird, um einen gegenüber dem Schlackespiegel im Schmelzofen höheren Schlackespiegel zu erreichen,

- ein Teil der reduzierten Schlacke von der Fuming-Zone durch einen zweiten Überlauf von der Fuming-Zone zum Schmelzofen geleitet wird, und daß

- ein zweiter Teil der reduzierten Schlacke in eine zweite Fuming-Stufe befördert wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der ersten Fuming-Stufe produzierte Zink und die dort reduzierten Gase nachverbrannt werden, um Zinkoxid zu erhalten.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennung im Fuming-Ofen über der Schlackeschicht stattfindet, wobei ein Teil der bei der Verbrennung erzeugten Wärme im Fuming-Prozeß verwertet werden kann.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gase von der Fuming-Zone einem Einspritzkondensator zur Gewinnung von metallischem Zink zugeführt werden.

13. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man von der zweiten Fuming-Stufe zur Einlagerung geeignete Silikatschlacke erhält.

14. Vorrichtung zur Behandlung von Zinkkonzentrat, bestehend aus einem Schmelzofen (10) und einem damit in Verbindung angeordneten Schlackebehandlungsofen (20), einer Trennwand (15), die die Gasräume von Schmelz und Schlackebehandlungsofen voneinander trennt und einer zweiten Trennwand (19), die die Schlackeschichten voneinander trennt, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Schlackebehandlungsofen (20) durch eine sich von der Decke des Ofens abwärts erstreckende Trennwand (21) in eine Eintrittszone (23) und eine eigentliche Fuming-Zone (25) geteilt ist, welche Trennwand (21) so arrangiert ist, daß sie den oberen Gasraum und die obere Schlackeschicht der Eintrittszone und Fuming-Zone voneinander trennt und daß die Eintrittszone und Fuming-Zone hauptsächlich im untersten Teil des Ofens miteinander in Verbindung (27) stehen,

- ein Überlauf in der Trennwand (19') zwischen Schmelzofen und Eintrittszone angeordnet ist, um dem Schlackefluß vom Schmelzofen, wo der Schlackespiegel (a) höher steht als der Schlackespiegel (b) in der Eintrittszone zur Eintrittszone zu erleichtern, und daß

- ein zweiter Überlauf in der Trennwand (19'') zwischen der eigentlichen Fuming-Zone und dem Schmelzofen angeordnet ist, um den Fluß reduzierter Schlacke zum Schmelzofen vom Fuming- Abschnitt zu begünstigen, wo der Schlackespiegel (c) über den Schlackespiegel (a) im Schmelzoffen durch die Einführung von Luft, Kohle oder Kohlenwasserstoff durch eine Eintrittsöffnung (22) in der Fuming-Zone angehoben worden ist.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com