[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wertstoffgewinnung sauerstoffgebundener
Metalle durch Reduktion in metallurgischen Gefäßen und eine Schmelzofenanlage mit
einer das Gefäß in zwei Teile trennende von der Ofendecke in das Gefäß hineinragenden
Trennwand, mit einer Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie, Materialzufuhr- und
Schmelzabfuhrvorrichtungen sowie einen Anschluß an eine Gasreinigungsanlage.
[0002] Bei metallurgischen Prozessen zur Gewinnung von sauerstoffgebundenen Wertmetallen,
wie beispielsweise Blei oder Kupfer, durch Reduktion, wird das für den Reduktionsprozeß
erforderliche Reduktionsmittel regelmäßig durch Schüttung auf das schmelzflüssige
Bad gegeben. Als Folge des großen Unterschiedes im spezifischen Gewicht zwischen dem
Reduktionsmittel, in den meisten Fällen Koks, und der metallurgischen Schmelze, die
einer Schlackenschmelze gleichzusetzen ist, kann das Reduktionsmittel in Form von
Koks nur als Schicht auf der Schmelze schwimmen. Dies bedingt einen nur wenig effektiven
Kontakt der Reduktanten mit dem großen zu reduzierenden Volumen des metallurgischen,
oxydischen Bades. Die Folgen dieses schlechten Kontaktes sind sehr lange (bis zu Tagen)
Verweil- und Reduktionszeiten mit erheblichem Aufwand an Warmhalteenergie.
[0003] Weiterhin ist aus der DE OS 25 09 061 ein Verfahren bekannt, bei dem metalloxydhaltiges
Material in einem glühenden Koksbett reduziert wird, das als horizontaler Ring geformt
ist und auf elektrischem Wege erwärmt wird. Bei diesem Verfahren, das im wesentlichen
zur Gewinnung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze aus metalloxydhaltigem Material
dient, wird das erschmolzene Metall daran gehindert, eine zusammenhängende Schmelzenschicht
unter dem Koksbett zu bilden.
[0004] Als Nachteile dieses Verfahrens sind neben der schwierigen Steuerung der Verhinderung
des Bildens einer zusammenhängenden Schmelzenschicht unter dem Koksbett der Einsatz
eines Ringofens mit der Fülle seiner beweglichen und verschleißanfälligen Einzelteile.
[0005] Aus der Schrift DE 36 14 048 A1 ist eine Anlage mit einem mit flüssigem Metall gefüllten
Reaktor bekannt, bei dem im mittleren Bereich des Reaktors eine Trennwand angeordnet
ist, die am Boden des Reaktors wenigstens eine Durchlaßöffnung für das flüssige Metall
aufweist. Diese Anlage dient der Vergasung minderwertige Brennstoffe in einem feuerflüssigen
Metallschmelzbad, insbesondre einem Eisenschmelzbad, und ist zur Reduktion einer oxydischen,
metallurgischen Wertschmelze nicht geeignet. Hierbei werden minderwertige Brennstoffe,
u.a. Altöl, Hausmüll, Sperrmüll, Abfallstoffe, Autoreifen u. ä., in die Metallschmelze
eingeführt. Der im minderwertigen Brennstoff enthaltene Kohlenstoff sowie auch der
Schwefel gehen im Eisenbad in Lösung. Die nicht vergasbaren bzw. nicht löslichen Bestandteile
der minderwertigen Brennstoffe werden verschlackt und sofort über das Abzugsorgan
aus der Reaktorkammer abgezogen. Ein inniger Kontakt zwischen einem Reduktionsmittel
und der Schlackenschmelze liegt hier nicht vor.
[0006] Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und die dazu erforderliche
Schmelzofenanlage zur Wertstoffgewinnung sauerstoffgebundener Metalle anzugeben, mit
denen die Ausbringung erhöht wird bei gleichzeitiger Verkürzung der Reduktionszeit.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrensanspruchs
1 und des Vorrichtungsanspruchs 5.
Erfindungsgemäß wird ein erster Ofenteil des metallurgischen Gefäßes mit einer in
die Schlacke eintauchenden Trennwand ausgerüstet, die einen Teil des Herdraumes abtrennt.
Die oxydische Schmelze drängt unter der Trennwand durch in abgetrennten Teil des Herdes
und nimmt dort das gleiche Höhenniveau an.
Der zweite Ofenteil ist als Schacht ausgebildet und mit Koks verfüllt, und zwar so
hoch, daß das Kokssäulengewicht so groß wird, daß die Auftriebkraft des oxydischen
Bades überwunden wird und der Koks über die gesamte Höhe des auf der Metallschmelze
aufschwimmenden Schlackebades eintaucht. Damit entsteht ein inniger effektiver Kontakt
zwischen Reduktionsmittel und dem in der Schmelze befindlichen Metallwertstoffoxyden.
Hierdurch wird die Reduktion eingeleitet und das ausreduzierte Metall wird sich unterhalb
der Wertschlacke ansammeln.
Durch kontinuierliches Abfließenlassen des gewonnenen Metalls und diskontinuierliches
Abstechen von abgereicherter oder ausreduzierter Schlacke im Erdbereich des Reduktionsmittelschachtes
entsteht ein kontinuierlicher Fluß von oxydischer Wertschlacke zum Reduktionsbereich
des Herdes unter dem Koks/Reduktionsschacht.
Zur Aufbringung des für den Reduktionsvorgang erforderlichen Energie werden schräg
in den Reduktionsmittelschacht hineinragende Elektroden vorgesehen, die mit einer
Elektroenergiequelle versehen sind. Bei Beaufschlagung der Elektroden mit einer elektrischen
Spannung fließt durch den elektrischen Widerstand des Reduktionsmittels ein Strom
von Elektrode zu Elektrode, der die für den Reduktionsprozeß erforderliche joul'sche
Wärme erzeugt.
Das bei der Reduktion entstehende Gas durchstreift die Koksschichten des Schachtes
entgegen der Förderrichtung des Koks. Evtl. beim Prozeßverlauf entstehendes Kohlendioxyd
wird durch das Reduktionsmittel reduziert, so daß in Summe oberhalb der Koksschüttung
ein hochwertiges Brenngas gewonnen wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgesehen, das im ersten Ofenteil entstehende
Gas durch die Trennwand in den Reduktionsmittelschacht zu leiten. Im Reduktionsmittelschacht
wird dieses Kohlendioxyd durch das Reduktionsmittel zu Wertgas reduziert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Staublast des Abgases aus dem ersten Ofenteil
im Koksgerüst sich niederschlägt und in den Prozeß zurückgeführt wird. Hierdurch wird
das Gasreinigungssystem entlastet und die Wertgasmenge vergrößert.
[0007] Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Hierbei zeigen
die Figur 1 eine Seitenansicht, Figur 2 eine Draufsicht.
[0008] Die Figuren zeigen einen ersten Ofenteil 11 und einen zweiten Ofenteil 12, die durch
einen gemeinsamen Gefäßboden 15 miteinander verbunden sind. Der Ofenteil 11 ist durch
eine Ofendecke 13 abgeschlossen, durch die Elektroden 51 bis 53 und Zuführung 33 zur
Zufuhr von festem Möller vorgesehen sind. In der Seitenwand 18 des Ofenteils 11 ist
eine Zufuhr 32 für flüssigen Möller vorgesehen, der durch eine Pfanne 35 bedient werden
kann.
[0009] Zwischen dem Ofenteil 11 und dem schachtförmig ausgeführten Ofenteil 12 ist eine
Trennwand 21 vorgesehen. Diese Trennwand 21 besitzt eine Länge, die einen so weiten
Abstand der Mündung 22 zum Gefäßboden zuläßt, daß die Trennwand während des Betriebes
nicht mit Flüssigmetall in Kontakt kommt.
In der Trennwand 21 ist eine Öffnung 23 vorgesehen, durch die Gas von im Ofenteil
11 in den Ofenteil 12 gelangen kann.
Der Teil der Trennwand 21, der während des Betriebes in die Schlacke eintaucht, ist
aus Kühlelementen 24 aufgebaut, durch die ein Kühlmittel führbar ist.
In der Seitenwand 19 des Ofenteils 12 sind ein Abstich 17 für Schlacke S und ein Abstich
16 für Flüssigmetall M vorgesehen. Der Abstich 16 ist auf gleicher Höhe wie der unter
einem Neigungswinkel abfallenden Gefäßboden 15 angeordnet.
[0010] Das Kopfende des schachtförmigen Ofenteils 12 ist deckelartig eingezogen und weist
in seinem Zentrum eine Zufuhr 31 für das Reduktionsmittel R auf. Die Zufuhr 31 wie
auch die Zufuhr 33 besitzen Schleusen 34, die ein Ausströmen des Gases aus dem Ofen
verhindern. Im Bereich des Kopfendes 14 des Ofenteils 12 ist ein Anschluß 41 an eine
Gasreinigung 42 vorgesehen. Der Gesamtschacht des Ofenteils 12 besitzt eine Schachthöhe
H, die deutlich höher ist als die Säulenhöhe h des Reduktionsmittels R.
[0011] Die Figur 2 zeigt die Lage der in das Reduktionsmittel R bis oberhalb des Schlackepegels
hineinragenden Brenner 54, 55 (in Figur 1 nicht weiter dargestellt), die an eine Energieeinrichtung
56 für Gleichstrom angeschlossen sind.
Die Elektroden 51 bis 53 sind an eine Energieeinrichtung 57 für Wechselstrom angeschlossen.
Zum Betreiben der Ofenanlage sind auch Energieeinrichtungen für andere Medien zur
Wärmezufuhr möglich.
Positionsliste:
[0012]
- 10
- Schmelzofenanlage
- 11
- Ofenteil 1
- 12
- Ofenteil 2
- 13
- Ofendecke
- 14
- Kopfende
- 15
- Gefäßboden
- 16
- Abstich für Metallschlacke
- 17
- Abstich für Schlacke
- 18
- Seitenwand 11
- 19
- Seitenwand 12
- 20
- Trennung
- 21
- Trennwand
- 22
- Mündung
- 23
- Öffnung
- 24
- Kühlelement
- 30
- Materialzufuhr
- 31
- Zufuhr Reduktionsmittel
- 32
- Zufuhr Möller flüssig
- 33
- Zufuhr Möller fest
- 34
- Materialschleuse
- 35
- Pfanne
- 40
- Gasreinigungsanlage
- 41
- Anschluß
- 42
- Gasreinigung
- 50
- Energiezufuhr
- 51, 52, 53
- Elektrode
- 54, 55
- Brenner
- 56
- Energieeinrichtung Gleichstrom
- 57
- Energieeinrichtung Wechselstrom
- H
- Schachthöhe
- L
- Länge Trennwand
- M
- Flüssigmetall
- S
- Schlacke
- R
- Reduktionsmittel
- h
- Säulenhöhe
- α
- Neigungswinkel
1. Verfahren zur Wertstoffgewinnung durch Reduktion sauerstoffgebundener Metalle in metallurgischen
Gefäßen,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine feste oder flüssige Beschickung in einer ersten Reaktionszone soweit mit
Wärmeenergie beaufschlagt wird, bis sich bei fester Beschickung ein Schmelzbad bildet
oder bei flüssiger Beschickung ein Schmelzbad aufrechterhalten wird, bei dem flüssige
Schlacke auf einem Metallschmelzbad schwimmt,
daß das Schmelzbad einer zweiten Reaktionszone zugeführt wird, bei der die Schlacke
innig mit einem Reduktionsmittel in Kontakt kommt, und
daß der Schmelze in der Reduktionszone zusätzlich eine ein Einfrieren verhindernde
Wärmeenergie zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reduktionsmittel säulenförmig aufgehäuft ist und die Säulenhöhe so gewählt
wird, daß sein Gewicht die Auftriebskraft des oxydischen Schlackebades überwindet.
3. Verfahren nach 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallschmelze kontinuierlich und die Schlacke nach der Reduktionsarbeit diskontinuierlich
abgestochen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das in der ersten Reaktionszone vorhandene Rauchgas durch das Reduktionsmittel
geführt und anschließend zusammen mit den Stickoxyden der zweiten Reaktionszone nach
Abgabe seiner fühlbaren Wärme gereinigt wird.
5. Schmelzofenanlage mit einer das Ofengefäß in zwei Teile trennende von der Ofendecke
in das Gefäß hineinragenden Trennwand, mit einer Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie,
mit Materialzufuhr- und Schmelzenabfuhrvorrichtungen sowie einem Anschluß an eine
Gasreinigungsanlage,
zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennwand (21) von der Ofendecke (13) des ersten Ofenteils (11) eine Länge
(L) aufweist, bei der die Trennwandmündung (22) in die während des Schmelzbetriebes
sich befindende Schlacke (S) bis nahe oberhalb des Flüssigmetallpegels (M) hineinragt,
daß die Trennwand (21) im Bereich der Ofendecke (13) eine Öffnung (23) vom ersten
zum zweiten Ofenteil (11, 12) aufweist,
daß der zweite Ofenteils (12) schachtförmig ausgebildet ist mit einer Schachthöhe
(H), die über die Säulenhöhe (h) des Reduktionsmittels hinausragt und dessen Kopfende
(14) mit einem Anschluß (41) zur Verbindung mit der Gasreinigung (42) versehen ist,
und
daß seitwärts in das zweite Ofengefäßteil (12) im Bereich oberhalb der Schmelze Brenner
(54, 55) ragen, die an einer Energiezufuhreinrichtung (56) angeschlossen sind.
6. Schmelzofenanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennwand (21) im Bereich der Decke (13) Öffnungen (13) in einer Größe aufweist,
durch die Gas strömen kann, ohne daß Reduktionsmittel (R) in den ersten Ofenteil (11)
gelangt.
7. Schmelzofenanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bereich der Trennwand (21) der während des Schmelzbetriebes in die Schlacke
(S) eintaucht, mit flüssigen Medien zu kühlende Elemente (24) aufweist.
8. Schmelzofenanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Kopfende (14) oberhalb des Gasabzuges (41) des zweiten Ofengefäßes (12) eine
mit einer Schleuse (34) versehene Zufuhr (31) für das Reduktionsmittel (R) vorgesehen
ist.
9. Schmelzofenanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gemeinsame Boden (15) des ersten und zweiten Ofengefäßteils (11,12) zum Abstich
(16) hin unter einem Neigungswinkel α von 1o bis 7o abfällt.