BG63823B1

BG63823B1 - Метод и съоръжение за суспензионно топене

Info

Publication number: BG63823B1
Application number: BG99430A
Authority: BG
Inventors: Pekka Hanniala; Risto Saarinen; Erkki Krogerus; Ilkka Kojo
Original assignee: Outokumpu Engineering Contractors Oy
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 2003-02-28
Also published as: AU687946B2; CN1107183A; ES2110350A1; RU2130975C1; PL192493B1; US5772955A; RU95102125A; JP4047398B2; BG99430A; PL307282A1; US5565016A; FI98380C; CA2142639C; KR100349047B1; KR950032659A; ZA95695B; FI940739A0; ES2110350B1; CA2142639A1; FI940739A

Abstract

Изобретението се отнася до метод и съоръжение за суспензионно топене на сулфидна, фино раздробена суровина, съдържаща метали, като мед, никел и олово, в обогатена на кислород среда. По метода суровината се подава в суспензионната топилна пещ (1) заедно с флюс и окисляващ газ, при което стените на реакционната зона на пещта се охлаждат, като се образуват най-малко две стопени фази. Степента на обогатяване с кислород на окисляващия газ е поне 40%,с което температурата на частичките в суспензиятасе повишава най-малко с 2000С над температурата на газовата фаза за подобряване на кинетиката на процеса. Стените (18) около реакционната зона се охлаждат с монтирани в тях охлаждащи елементи, изработени от мед чрез леене с изтегляне. В резултат на това, независимо от обема на производството и отделяната топлина, се осъществява равномерно топлоотвеждане от стените на шахтата (2) около реакционното пространство, благодарение на равномерната дебелина на отложения автогенно слой по стените на пещта.

Description

Област на приложение

Настоящото изобретението се отнася до метод и съоръжение за суспензионно топене на сулфидни суровини, съдържащи метали като мед, никел и олово, при което се прилага висока степен на кислородно обогатяване на окисляващите газове, които се подават в топилното съоръжение, за да се повиши температурата на частичките в суспензията.

Предшестващо състояние на техниката

При традиционното суспензионно топене фино раздробените сулфидни суровини, съдържащи металите мед, никел и олово, рециркулиращите с газовете пещен прах и флюси, както и въздухът и/или кислородната смес, използвана като окисляващ газ, предварително загрети или студени, се подават през вертикална реакционна шахта на суспензионната топилна пещ в посока отгоре надолу, така че окислителната реакция да се извършва при висока температура. Благодарение на реакционната топлина и тази от евентуално допълнително гориво, основната част от реакционните продукти се стапя. От реакционната шахта суспензията се придвижва към хоризонталната част на пещта, т.е. към утаителя, който съдържа поне два, а понякога и три стопени слоя. Ако утаителят съдържа три слоя, най-долният представлява металът, съдържащ се в суровината. Найчесто слоевете на стопилката са два: долен слой от щейн или метал и върху него слой от шлака. При температура, равна на температурата на шлакообразуване, основната част от стопените или твърди частички от суспензията попадат директно в стопилката, намираща се в долната част на реакционната шахта, а най-фино раздробените частички продължават заедно с газовете да се придвижват към другия край на пещта. По време на целия си път суспензионните частички се утаяват в стопилката в утаителя. В другия край на утаителя отработените газове се подават директно във вертикалната шахта на суспензионната топилна пещ, откъдето газовете се подават по-нататьк в устройството за преработка на газовете, състоящо се от загряван с отработени газове котел и електрофилтър. Обикновено се правят опити стапянето в суспензионната топилна пещ да се осъ ществява в по-галяма степен автогенно, без допълнително гориво, чрез предварително загряване и/ или чрез обогатяване с кислород на подавания в реакционното пространство окисляващ газ.

Реакциите, които започват да се извършват в реакционната зона, например в реакционната шахта на суспензионната топилна пещ, завършват след като частичките попаднат в стопилката в утаителя на суспензионната топилна пещ. С цел да се компенсират топлинните загуби и да се обезпечат реакциите в утаителя, в него се въвежда масло през горелки, разположени върху стените, както в долната част на реакционната шахта, така и в други части на утаителя. Изгарянето на маслото, обаче, увеличава съдържанието на вода в газа, излизащ от суспензионната топилна пещ, което е вредно за последващата обработка на този газ. От друга страна, тъй като при изгарянето се използва въздух, нараства общото количество на напускащия пещта газ. По-голямото общо количество газ при суспензионното стапяне намалява и производителността на суспензионната топилна пещ, което допълнително увеличава производствената стойност на процеса.

Допълнително към най-фино раздробените фракции частички на суспензията, частичките, които не са се стопили, проявяват тенденция да следват потока на газа извън суспензионната топилна пещ, тъй като съотношението повърхност/ тегло при тях е по-високо от това при стопените частички. Тези частички се отделят от газовата фаза в устройството за преработване на отработените газове в нагрявания с отработен газ котел и в електрофилтъра, заедно с фракцията от най-фино раздробени частички от суспензията. В устройството за преработка на отработените газове, отделените твърди частички, например пещен прах, се връщат в суспензионната топилна пещ. Рециркулацията на пещния прах увеличава разхода на енергия, което се компенсира с подаване на допълнително гориво. Увеличаването на използваното допълнително гориво, обаче, увеличава общото количество газ в суспензионната топилна пещ и намалява количеството на стопената изходна сулфидна суровина.

Известен е метод за суспензионно топене на сулфидна фино раздробена суровина, съдържаща метали, като мед, никел и олово, включващ подаване в суспензионната топилна пещ на суровината, заедно с флюс и окисляващ газ до образуване на суспензия на частици в реакционната шихта на пещта и наймалко две стопени фази (патент US 4 139 371).

Проблемът, който се решава в настоящото изобретение, е да се създаде подобрен метод и съоръжение за суспензионно топене, при което протичащите в реакционната зона на суспензионната топилна пещ процеси, както и стапянето на частичките завършват успешно, преди частичките да попаднат в утаителя на суспензионната топилна пещ.

Техническа същност на изобретението

Методът за суспензионно топене на сулфидна фино раздробена суровина, съдържаща метали, като мед, никел и олово в обогатена на кислород среда се състои в подаване на суровината в суспензионната топилна пещ заедно с флюс и окисляващ газ, при което стените на реакционната зона на суспензионната топилна пещ се охлаждат, като се образуват най-малко две стопени фази. Съгласно изобретението степента на обогатяване с кислород на окисляващия газ е поне 40%, с което температурата на частичките в суспензията се повишава най-малко с 200°С над температурата на газовата фаза за подобряване на кинетиката на процеса, а стените около реакционната зона се охлаждат с помощта на монтирани в тях охлаждащи елементи. В резултат на това, независимо от обема на производството и отделяната топлина, се осигурява равномерно топлоотвеждане от стените на шахтата около реакционното пространство, благодарение на равномерната дебелина на отложения автогенно слой (налеп) по стените на пещта.

Съоръжението, в което се осъществява метода за суспензионно топене, се състои от приспособление за подаване на суровината, подлежаща на топене, на флюса и на окисляващия газ, приспособление за отвеждане на стопените фази, получени в пещта и на газовата фаза, приспособление за охлаждане на стените около реакционната зона на пещта и с приспособление за захранване с допълнително гориво. Съгласно изобретението в стените около реакционната зона е монтиран поне един охлаждащ елемент, изработен от мед чрез леене с изтегляне, при което разстоянието на охлаждащия канал на охлаждащия елемент до края, намиращ се най-близко до вътрешната част на реакционната шахта, е поне 40% от разстоянието между края на охлаждащия елемент, най-близък до вътрешната част на реакционната шахта и края, най-близък до стената на реакционната пещ.

За подобряване кинетиката на протичащите в реакционното пространство на суспензионната топилна пещ реакции, използваният като окислител газ е кислород, като съотношението кислород/въздух може да бъде 75% и повече. От друга страна, тази степен на обогатяване с кислород трябва да бъде поне 40%. Високият процент на обогатяване на окисляващия газ с кислород влияе благоприятно на кинетиката на реакциите, протичащи в пещта, тъй като движещата сила на тези реакции, т.е. парциалното налягане на кислорода, е високо, особено в началото на процеса. Следователно, реакциите протичат по-бързо, като освободената при това топлина може да бъде използвана при топенето на частичките и за извършване на реакцията в по-голяма степен, отколкото при използването на външно подгряване, например използването на допълнително гориво. Температурата на частичките е значително по-висока от тази на заобикалящата ги газова фаза. Използването на енергията, получена при повишено парциално налягане на кислорода, посредством обогатяване на газа с кислород, следователно, се отличава от използването на енергия, получена при изгарянето на допълнително гориво, тъй като целта на използването на това гориво е частичките да се загреят от горещата газова фаза. Вследствие на благоприятната температура на частичките, получена при прилагане на метода съгласно изобретението, се намалява също и количеството на рециркулирашия пещен прах, тъй като се намалява вероятността от наличие на нереагирали и нестопени частички. Следователно, в реакционната зона на суспензионната топилна пещ може да бъде подадено по-голямо количество от изходната сулфидна суровина, което от своя страна повишава производителността на суспензионната топилна пещ, както по отношение на щейна, така и по отношение на метала.

Вследствие на благоприятната температурна разлика между частичките и газовата фаза, средната температура на суспензията се повишава до такава степен, до която би се повишила при съответния етап на реакцията, когато се използва допълнително гориво. Специално в реакционната зона, където реакциите протичат по-интензивно, стените на реактора са подложени на по-интензивно нагряване в сравнение с известните методи, поради повишената температура на частичките и по-голямото излъчване на топлина. Поради високото загряване, на което са подложени стените на реакционната зона на суспензионната топилна пещ съгласно настоящото изобретение, необходимо е те да се охлаждат по подходящ начин чрез монтирани в тях охлаждащи елементи, изработени от мед, в които елементи циркулира охлаждаща среда в режим на усилена циркулация. Съгласно изобретението монтираните в ограждащите реакционната зона стени охлаждащи елементи са изработени чрез леене с изтегляне. По този начин структурата на излятото изделие е хомогенна, за разлика от структурата на изделия, получени например чрез леене под налягане, където, поради интензивната сегрегация, примесите, които понижават проводимостта на медта, проявяват тенденция да се концентрират в някои точки на отлетия елемент. Основната част от каналите за охлаждащата среда в произведения чрез леене с изтегляне охлаждащ елемент се образуват по време на изработването на елемента от подходящ за леене материал. В този случай не се създават съществени препятствия за пренасяне на топлината от охлаждащия елемент към охлаждащата среда, каквито съществуват в случая на отливане на елементите в пясъчни форми, а за канали за протичане на охлаждащата среда се използват медни тръби.

Когато се използват отлятите с изтегляне охлаждащи елементи съгласно настоящото изобретение, в резултат на хомогенните свойства на отливката и на топлопроводността на каналите за охлаждащата среда, топлопренасянето е толкова благоприятно, че е възможно увеличаване на отстоянието на каналите за охлаждащата течност от повърхността на охлаждащия елемент, който е в контакт с високите температури. Удачно е разстоянието между канала за охлаждащата среда, който се намира най-близо до високотемпературната зона и повърхността на охлаждащия елемент, който е най-близо до високотемпературната зона, да бъде поне 40% от разстоянието между повърхността на охлаждащия елемент, намиращ се най-близо до вътрешността на реакционната зона и повърхността на охлаждащия елемент, намиращ се найблизо до мястото, където се намира шахтата. Така се намалява съществено опасността от пропукване на канала за охлаждащата течност и охлаждащият елемент издържа по-дълго на прекъсвания на протичането на охлаждащата среда, предизвикани от погрешни действия. Освен това, охлаждащият елемент е закрепен към стената, ограждаща реакционната зона така че, когато е необходимо, той може да бъде сменен, без прекъсване работата на пещта. Защитата на реакционната зона на суспензионната топилна пещ посредством охлаждане се ос новава на факта, че вследствие на осъщественото охлаждане на вътрешната стена, ограждаща реакционната зона на суспензионната топилна пещ съгласно настоящото изобретение, се образува автогенен слой от шлака, в частност метал и/или щейн, който предпазва огнеупорната изолация на реакционната зона, както и охлаждащите елементи от термични, механични и химични натоварвания. Този слой служи и като изолация, намалявайки топлинните загуби в реакционната шахта.

Реакционната зона на суспензионната топилна пещ, обаче, е чувствителна на температурни промени, както по отношение на времето, така и по отношение на местоположението. При непрекъснат режим на работа суспензионната топилна пещ работи по принцип с пълен капацитет. В някои случаи, обаче, например при малки ремонти, е необходимо да се прекъсне производственият процес. Когато се работи при намален капацитет, намалява термичното натоварване на реакционната зона. Ако топлинните загуби са такива, каквито са при пълен капацитет на натоварване, това би означавало реакциите да протичат при по-ниски температури. При използване на метода и съоръжението съгласно изобретението дебелината на автогенния изолационен слой може да се регулира така, че при голям производствен обем слоят да бъде по-тънък и изолационният ефект - по-слаб. Когато суспензионната топилна пещ работи при намален капацитет, охлаждащият ефект от прилагането на охлаждащите елементи се понижава, поради увеличаването на дебелината на автогенния изолиращ слой. По този начин изолиращият ефект на автогенния слой е по-висок и топлинните загуби - по-ниски.

Кислородното обогатяване съгласно изобретението подобрява работата на суспензионната топилна пещ, тъй като чрез него при реакцията между сулфидните частички и кислорода се отделя топлина там, където тя е осолено необходима. По този начин в придвижващата се в реакционната зона суспензионна фаза точно частичките, които ще се стапят, са с по-висока температура в сравнение с газовата фаза, така че температурната разлика между частичките и газовата фаза е минимум 200°С. Високата температура на частичките, подлежащи на стапяне, дава възможност за напълно автогенно стапяне, при което съществува необходимост от допълнително въвеждане на гориво в реакционната шахта. Ако се използва допълнително гориво обаче, например когато е ограничено количеството на използвания кислород, все пак необходимостта от допълнително гориво в реакционната шахта за стапяне на частичките е значително по-малка в сравнение с известните решения в тази област.

Поради високата температура на частичките, както и поради това, че температурата на стопените фази, отделно една от друга, е също висока, отчасти се намалява нуждата от допълнително гориво в утаителя. Когато е необходимо, допълнителното гориво се изгаря в горелка (поне една) . Тази горелка е монтирана в горната част на утаителя, така че да е насочена отгоре към стопилката и към газовия поток, което спомага посредством създадения от нея газов поток отделянето на съдържащия се в газовата фаза пещен прах. Така създаденият при горенето газов поток стимулира сблъскването между частичките и падането им в стопилката.

Високата температура на стопените в реакционната зона частички, постигната с метода съгласно изобретението, спомага също за разделянето на твърдата и стопената фаза от газовата фаза в хоризонталната част на суспензионната топилна пещ, например в утаителя. Вследствие на високата температура основната част от частичките в газовата суспензия, идващи от реакционната зона, са в стопено състояние, така че съотношението тегло/повърхност на частичките е благоприятно за отделянето им от газовата фаза. Високата температура на частичките, достигната в реакционната зона, освен това, води до създаване на ситуация в утаителя, при която температурата на шлаката и на шейна, както и тази на попадналите в пещта сурови частички, е значително повисока непосредствено под реакционната зона, където основната част от частичките се отделят от газовата фаза. Установено е, че в съответствие с естествените закони, фракциите на частичките с различен размер в суспензията реагират с различна скорост, така че част от тях могат да бъдат в неокислено състояние по отношение на термодинамичното равновесие, докато по-младите частички реагират по-бързо до оксиди. Причина за това е фактът, че при стапянето на частичките факторът, определящ скоростта на реакцията, е дифузията в стопено състояние, вместо ситуацията, при която скоростта на реакцията се определя от масообмена между газовата фаза и фазата на стопените частички, който пренос на материал означава, че става придвижване на кислород от заобикалящата газова фаза към частичките и че реакционният продукт се отделя от повърхността на частичките по посока на газовата фаза. В участъка от утаителя, разположен под реакционната зона, протичащите реакции достигат особено бързо до равновесие, поради високата температура, която се постига по метода от настоящото изобретение, тъй като по принцип, колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е скоростта на реакцията.

В участъка от утаителя, разположен под реакционната зона на суспензионната топилна пещ, температурата на разтопените фази е благоприятно висока, вследствие на което вискозитетът е нисък, поради което стопените фази се разделят бързо и реакцията между тях се извършва бързо, близко до състоянието на термодинамично равновесие. Образуването на разтопени фази в утаителя. като шлака и щейн или шлака и метал се отделят от утаителя във вертикалния му край, при който случай разтопените фази имат напълно достатъчно време да бъдат разделени, без да е необходимо да се поддържа повърхността на стопилката на нивото на утаителя. По такъв начин разтопените фази се извеждат от утаителя непрекъснато, което води до равномерно преминаване на газа през него. По този начин равномерният газов поток е благоприятен за отделяне на частичките от газовата фаза непосредствено преди изхода на газовата фаза от пещта.

При използване на метода и съоръжението съгласно изобретението, капацитетът на суспензионната топилна пещ може да се увеличи или съответно суспензионната топилна пещ и по-точно утаителят на пещта може да бъде с по-малки размери (ширина и височина). По същия начин, вследствие на равномерното преминаване на газа, устройството за преработка на газа може да бъде с по-малки размери. Освен това, охлаждането на суспензионната топилна пещ съгласно метода на изобретението, води до значително намаляване на необходимостта от подмяна на изолацията около реакционната зона, като при това топилният процес, осъществяващ се в суспензионната топилна пещ, не се прекъсва.

Описание на приложените фигури

Настоящото изобретение може да бъде пояснено детайлно по-долу със следните фигури, от които:

фигура 1 представлява страничен изглед на съоръжението в предпочитания вариант съгласно изобретението;

фигура 2 - напречно сечение по А на участък от стената на суспензионната топилня пещ, показана на фиг. 1;

фигура За - температурния профил на стената на суспензионната топилна пещ при използване на охлаждащия елемент от фиг. 2 и фигура ЗЬ - съответния температурен профил за използвания до момента в тази област на техниката охлаждащ елемент.

Примерно изпълнение на изобретението

Съгласно фиг. 1 в реакционната шахта 2 на суспензионната топилна пещ 1 посредством концентрична дюза 3 се подава фино раздробена суровина 4, съдържаща сулфидите на медта, никела и оловото, пещен прах 5, рециркулиран от суспензионната топилна пещ, флюс 6 и оксидиращ газ 7, съдържащ 45% кислород. Вследствие високата степен на обогатяване на оксидиращия газ с кислород съгласно изобретението в реакционната шахта 2 се създават такива условия, че в шахтата финораздробените частички са с температурата на заобикалящата ги газова фаза. Високата температура на частичките улеснява тяхното стапяне и следващото им разделяне от газовата фаза. Едновременно с взаимодействието между газовата фаза и частичките се осъществява и утаяване на различните фази в реакционната шахта 2 по продължение на хоризонталната част, по-точно на утаителя 8 на суспензионната топилна пещ 1. В утаителя 8 продължава разделянето на стопените фази шлаката 9 и металният щейн 10 от газовата фаза, така че на дъното на утаителя 8 се образуват отделни стопени фази 9 и 10, както е показано на фиг. 1. Газовата фаза и съдържащите се в нея нестопени твърди частички постъпват през вентилационната шахта 11 на суспензионната топилна пещ 1 в устройството за преработка на газа - котел 12 за нагряване с отработени газове и електрофилтър 13. В нагрявания с отработените газове котел 12 и електрофилтъра 13 твърдите частички се отделят от газовата фаза и се връщат като пещен прах, за да бъдат използвани при зареждане на суспензионната топилна пещ 1. Поради съдържанието на серен диоксид в газовата фаза, тя може да бъде използвана в този си вид като суровина за получаването на сярна киселина.

За да може разтопените частички да бъдат отделени по-пълно от газовата фаза, в утаителя 8 на суспензионната топилна пещ 1 може да бъде въведено допълнително гориво, като за удобство това се осъществява поне през една горелка 15, разположена на тавана 14 на утаителя. Стопените фази 9 и 10 в утаителя се отвеждат през изпускателни отвори 16 и 17, монтирани в този край на суспензионната топилна пещ, който е разположен откъм страната на вентилационната й шахта 11, предимно по непрекъснат метод, като се използва свързан с изпускателните отвори 16 и 17 изравнител, например работещ на принципа на сифона.

Вследствие на високата степен на кислородно обогатяване на окисляващия газ 7, въведен в реакционната шахта 2 на суспензионната топилна пщ 1, реакционната температура в шахтата 2 е висока. Поради това в рамковата конструкция 18 на стената на реакционната шахта 2 е монтиран, съгласно фиг. 2 в тухлената изолация 19, предимно в хоризонтално положение, поне един охлаждащ елемент 20, съдържащ канали 21 и 22 за преминаване на охлаждащата течност. Провеждащият канал 21 е разположен най-близко до вътрешната част на реакционната шахта 2 по такъв начин, че отстоянието му от края 23, най-близък до вътрешната част на реакционната шахта 2, е поне 40% от разстоянието между края 23 на охлаждащия елемент 20, най-близък до вътрешната част на реакционната шахта 2, и края 24, найблизък до рамковата конструкция 18 на реакционната шахта. Освен това, фиг. 2 показва автогенния слой 25, образуващ се върху стената на реакционната шахта 2 по време на процеса на суспензионното стапяне, като споменатият слой съдържа компоненти, които вземат участие в реакциите в реакционната шахта 2. Съгласно изобретението дебелината на автогенния слой 25 може да бъде регулирана в съответствие с произвежданото количество метален щейн или метал, получени в суспензионната топилна пещ 1.

Показаните на фиг. За и ЗЬ изотермични криви са за различни температури. Така например кривата, представена под № 1000, показва температура 1000°С между два охлаждащи елемента. От фиг. За и ЗЬ се вижда, че в областта на изолационната футеровка 19 на стената на пещта отделните температурни профили най-общо съответстват един на друг. В този случай е удачно да се използва охлаждащият елемент 20 съгласно изобретението, илюстриран на фиг. За, тъй като в резултат на разположението на канал 21, охлаждащият елемент 20 издържа по-добре на евентуално възникнали смущаващи ситуации в охлаждането на суспензионната топилна пещ в сравне ние с използвания в практиката до момента охлаждащ елемент. Това намалява опасността от προпукване на канала на охлаждащия елемент 20.

Claims

Патентни претенции 5

1. Метод за суспензионно топене на сулфидна фино раздробена суровина, съдържаща метали, като мед, никел и олово в обогатена на кислород среда, който се състои в подаване на суровината в суспензионната топилна пещ заедно с флюс и окисляващ газ, при което стените на реакционната зона на суспензионната топилна пещ се охлаждат, като се образуват най-малко две стопени фази, характеризиращ се с това, че степента на обогатяване с кислород на окисляващия газ е поне 40%, с което температурата на частичките в суспензията се повишава най-малко с 200°С над температурата на газовата фаза за подобряване на кинетиката на процеса, а стените около реакционната зона се охлаждат с помощта на монтирани в тях охлаждащи елементи, като в резултат на това, независимо от обема на производството и отделяната топлина, се осигурява равномерно топлоотвеждане от стените на шахтата около реакционното пространство, благодарение на равномерната дебелина на отложения автогенно слой по стените на пещта.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че дебелината на автогенно от ложения слой по стените на шахтата около реакционното пространство се регулира така, че да бъде по-малка при по-големи производствени обеми за компенсиране на топлинните загуби.
3. Съоръжение за осъществяване метода за суспензионно топене съгласно претенция 1, при което суспензионната топилна пещ е снабдена с приспособление за подаване на суровината, подлежаща на топене, на флюса и на окисляващия пез. приспособление за отвеждане на стопените фази. получени в пещта и на газовата фаза, приспособление за охлаждане на стените около реакционната зона на пещта и с приспособление за захранване с допълнително гориво, характеризиращо се с това, че в стените (18) около реакционната зона е монтиран поне един охлаждащ елемент (20), изработен от мед чрез леене с изтегляне, при което разстоянието на охлаждащия канал (21) на охлаждащия елемент (20) до края (23), намиращ се най-близко до вътрешната част на реакционната шахта (2), е поне 40% от разстоянието между края (23) на охлаждащия елемент (20), най-близък до вътрешната част на реакционната шахта (2), и края (24), най-близък до стената (18) на реакционната пещ (2).
4. Съоръжение съгласно претенция 3, характеризиращо се с това, че охлаждащият елемент (20) е изработен от мед.