BG64236B1 - Метод и пещ за преработване на вторични оловни суровини - Google Patents

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод и пещ за преработване на вторични оловни суровини и по-специално на недесулфатизирани и десулфатизирани металсъдържащи фракции от амортизирани оловни акумулатори и окислени оловосъдържащи продукти, както и полупродукти от оловното производство.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е метод за претопяване на вторични оловни суровини, при който шихта, съдържаща едро надробена шлака, кокс, флюси и други оловосъдържащи материали, се подава в шахтова пещ и противоточно на вертикалния стълб от шихта се продухва въздух. В резултат на протичане на сложен комплекс от процеси, оловото и антимонът се концентрират в металната фаза, а останалите компоненти преминават в шлаковата и щейновата фаза. Шахтовата пещ за осъществяване на метода включва шахта и топилна камера, като в горната част на шахтата е оформена газова камера, а долната й част е оформена от водоохлаждаеми кесони, които лягат върху стените на огнеупорен тигел. В кесонираните стени на шахтата, в долния й край, са оставени отвори за вдухване на въздух, а в стените на тигела или на границата между тигела и кесоните са оформени отвори за изпускане на стопилката, които могат да бъдат сифонни (Худяков И. В., А. П. Дорошкевич, И. В. Карелов. Металлургия вторичннх цветннх металлов, изд. “Металлургия”, Москва, 1987 г., стр. 284.

Недостатък на този метод и пещ е, че се използват труднотопими материали (едра шлака, флюси или др.) с цел да разтворят пепелта на кокса. Това води до повишаване разхода на гориво и до получаване на относително голямо количество запрашени газове на единица добит метал, а също така до влошаване на условията на труда и екологичните условия в околната среда.

Известен е също така метод за преработване на предварително промити метал ни и повърхностно окислени метални късове от вторични оловни суровини, при който подаваното в горивна камера течно гориво при смесването му с въздух изгаря напълно и получените горещи газове преминават противоточно през вертикален стълб от шихта, включваща метални и повърхностно окислени вторични оловни материали, на който отдават топлината си и ги стопяват. Стопените материали се събират на дъното на горивната камера, от която се изпускат. Пещта за осъществяване на метода е от шахтов тип, като в долната част на шахтата е разположена странично горивна камера. Дъното на шахтата е с наклон към горивната камера и е свързана с нея с отвор, разположен в долния край на шахтата. Горивната камера е снабдена с един или два отвора за изпускане на стопените материали, които могат да са и сифонни (BG 51112 “Пещ за преработване на вторични оловни суровини”, публ. на 15.02.93).

Недостатък на известния метод е преминаването на оксидите, съдържащи се в преработваните материали, и на допълнително окислен метал в оксидна стопилка, която се преработва допълнително. Недостатък на известната пещ е, че стопилките се събират в горивната камера, в която температурата е най-висока, с което се създават условия за по-голямо изпарение на оловото и оловния оксид. Друг недостатък на пещта е тежката конструкция на горивната камера, която е и сборник за оловото и оксидните стопилки. Поради това изискванията към огнеупорите и конструкцията й се увеличават.

Известен е метод за преработване на десулфатизирани и обогатени металсъдържащи фракции от амортизирани акумулатори, при който шихта от озърнен десулфатизиран материал се зарежда във вертикален стълб в пещ от шахтов тип и в противоток на шихтата отдолу нагоре се подават горещи газове, получени извън шахтата при изгаряне на течно или газообразно гориво при коефициент на разход на въздух ас от 0,6 до 0,95 спрямо този за пълното изгаряне. Пещта за осъществяване на метода включва шахта, снабдена в горния си край с отвор за зареждане и газоход. Шахтата има наклонено дъно, в най-ниската точка на което е оформен изпускателен отвор за стопилката. Към дол ния край на пещта към едната дълга страна на шахтата е монтирана горивна камера, като дъното й е наклонено към дъното на шахтата.

Недостатък на този известен метод е, че редукционните процеси протичат главно на границата на озърнената шихта и газовете от горивната камера и следователно скоростта на протичането им зависи от големината на контактната повърхност и съответно от едрината на озърнената шихта. Друг недостатък на този метод е, че се получава противоречие между степента на използване на топлинния капацитет на горивото и желания редукционен капацитет на газове, т.е. редукционният капацитет е толкова по-голям, колкото по-малък е разходният коефициент X, а това има като следствие намаляване на топлинния капацитет на газовете. Друг недостатък на метода е получаването на взривоопасни газове при непълното горене в горивната камера при ниските стойности на разходния коефициент, което изисква по-сложна и скъпа осигурителна система за предпазване от аварии.

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде метод и пещ за преработване на вторични оловни суровини, с които да се осигури по-висока степен на извличане на метала в метална стопилка и да се създаде възможност за избягване на предварителна десулфатизация на пастовите съставки на амортизираните акумулатори, употребата на труднотопими материали и флюси в шихтата, както и да се намали опасността от образуването на взривоопасни газови смеси в горивната камера. Пещта за осъществяване на метода да е с опростен конструкция и повишена степен на безопасност.

Методът за преработване на вторични оловни суровини се състои в зареждане на шихтата от вторични оловни суровини във вертикален стълб в пещ от шахтов тип. В противоток на шихтата, отдолу нагоре се подават горещи газове, получени извън шахтата при изгарянето на течно или газообразно гориво при контролиран недостиг на кислород спрямо този за пълното изгаряне на горивото. Съгласно изобретението шихтата съ държа допълнително въглероден редуктор в количество от 0,5 до 4,0% тегл., а коефициентът на разход на въздух е от 0,90 до 1,0 спрямо този за пълното изгаряне на горивото в горивната камера. Горещите газове се подават към вертикалния стълб от шихтата с налягане, достатъчно за преодоляване на хидравличното му съпротивление, като при филтрацията през шихтата я нагряват, създават условия за дисоциация на сложни оловни оксиди, карбонати и сулфати и газифицират съдържащия се в нея въглероден редуктор. Късчетата олово и оловни сплави се стопяват, а газовата фаза, получена при взаимодействието на газовете от газовата камера с редуктора в шихтата е с редукционен капацитет, достатъчен за протичане на интензивна редукция на оксидните оловни съединения до метално олово.

Когато шихтата съдържа пастови съставки от амортизирани акумулатори, въглеродният редуктор е вграден в озърнената или брикетираната шихта.

При друг вариант на изпълнение на метода, когато шихтата включва метална фракция от сепарирани оловни акумулатори или от друг вид отпадъци, въглеродният редуктор се зарежда в шахтата на порции преди всяка порция метална фракция.

Пещта за осъществяване на метода включва шахта, снабдена в горния си край с отвор за зареждане и газоход. Шахтата има наклонено дъно, в най-ниската точка на което е оформен изпускателен отвор за стопилката. Към долния край на двете дълги страни на шахтата се монтирани двустранно горивни камери, снабдени с наклонени към шахтата дъна, облицовани са отвътре с огнеупорен материал, а отвън са обхванати от въздушни камери. Съгласно изобретението дъното на шахтата е с V-образна форма и е с наклон към изпускателния отвор за стопилката, разположен към една от двете къси стени на шахтата.

Предимствата на метода съгласно изобретението се изразяват в следното. Изгарянето на горивото при коефициент на разход на въздух ос от 0,90 до 1,0 и присъствието на въглероден редуктор в шихтата осигуряват освен топилни функции, частичен редукционен капацитет и условия за дисоциация на сложните оксиди и карбонати, също така и по-висока скорост на протичане на редукционните процеси и висока степен на използване на топлинния капацитет на горивото. В резултат производителността на процеса е по-висока. Освен това не е задължителна предварителната десулфатизация на пастовите съставки на металсъдържащите фракции на амортизираните акумулатори, тъй като се осигуряват условия за дисоциация на сложните оксиди, карбонати, сулфати и други съединения. Друго предимство на метода е получаването на богати на серен двуоксид газове при преработването на недесулфатизирани материали, които газове са годни за включване в газови потоци за производство на сярна киселина. Предимство на метода е възможността за омекотяване на получената оловна сплав чрез окисляване на антимона от металната фракция при съвместното й претопяване с озърнената пастова фракция и използване на намалено съдържание на редуктор с тази фракция. Избягва се и възможността за получаване на взривоопасни газови смеси в горивната камера.

Предимствата на устройството съгласно изобретението се състоят в това, че има повишена производителност, опростена и олекотена конструкция на горивната камера, която не е сборник на стопилки, с което огнеупорните материали не се подлагат на непосредствено въздействие на оловото и оловните съединения. От своя страна оловото и оловните съединения не се подлагат на непосредственото въздействие на високите температури в горивната камера, с което се намалява получаването на оловни изпарения.

Описание на приложените фигури

Фигура 1 представлява вертикален надлъжен разрез на пещта съгласно изобретението в двустранно разположени горивни камери;

Фигура 2 - вертикален надлъжен разрез по А-А от фиг. 1;

Фигура 3 - вертикален надлъжен разрез на пещ с едностранно разположена горивна камера съгласно заявка за патент BG per. № 102940.

Примери за изпълнение и приложение на изобретението

Пример 1. Устройството за преработване на вторични оловни суровини, показано на фиг. 1 и 2, представлява пещ от шахтов тип, която включва шахта 1, изградена от кесони 2 с водно или изпарително охлаждане, като входът 3 за водата е разположен в долния край на кесоните, а изходът 4 - в горния им край. В горния край на шахтата 1 е разположен отвор 5 на шихтата, оформен от чугунени плочи 10 и снабден с шарнирен капак 6. Газосъбирателна камера 7, снабдена с газоход 8 и люкове 9 за периодично почистване, обхваща горния край на шахтата 1. Шахтата 1 е снабдена с дъно lie V-образна форма, наклонено към изпускателен отвор за стопилката 13, разположен към една от двете къси стени на шахтата. Дъното 11 е облицовано отвътре с огнеупорен материал 12. Изпускателният отвор 13 е свързан с разделителен съд 14 чрез първи улей 27. Към дъното на разделителния съд 14 е монтиран сифон 15, свързан с втори улей 16, а в горния край на разделителният съд 14 е разположен преливник 17. В долния си край шахтата 1 е свързана с горивни камери 18 и 18’ чрез отвори, съответно 19 и 19’, оформени от най-високата част на наклоненото дъно 11 на шахтата 1, и кесонни греди 20 и 20’. Горивните камери 18 и 18’ са разположени двустранно към двете дълги страни на шахтата 1 и са снабдени с вътрешен слой от огнеупорни материали 21, 21’ и външен слой от топлоизолационни материали 22, 22’. Всяка от тях е обхваната от въздухонагревателна камера, съответно 23, 23’, и е снабдена с горелка 24, 24’ за течно или газообразно гориво, монтирана по оста на тръба 25, 25’, разположена в стената на горивната камера 18, 18’. Шахтата 1 на пещта и горивните камери 18 и 18’ са прикрепени към фундамент 27.

Показаната на фиг. 3 пещ е с една горивна камера 18, разположена към една от широките страни на шахтата. Конструктивните елементи и позициите са същите, както на фиг. 1 и фиг. 2 със следната разлика: дъното на пещта е с наклон към изпускателния отвор 13, разположен към другата дълга страна на шахтата 1.

Шахтата, снабдена с едностранна горивна камера, е широка от 300 до 500, а при двустранно разположени горивни камери е с широчина от 600 до 1000 mm.

Пример 2. В шахтата на пещ от фиг. 1 и фиг. 2 през отвор 5 се зареждат 1000 kg брикети от недесулфатизирана паста, примесена с 2% дървени въглища с едрина 0 до 4 mm, и 1000 kg метална фракция от амортизирани оловни акумулатори на редуващи се порции от и 500 kg по реда брикети - метална фракция - брикети. През така образувания вертикален стълб от шихта през отвора 19 се пропуска поток от нагрети газове, получени в горивните камери 18 и 18’ при изгарянето на около 50 kg/h природен газ при коефициент на разход на въздуха: = 0,90 спрямо този за пълното изгаряне на горивото. Въздухът се доставя от въздушните камери съответно 23 и 23’, които освен да подгряване на въздуха служат и за предотвратяване на избиването на газове през неплътностите на огнеупорната облицовка.

В резултат на протичащите топлообменни процеси в шахтата 1 на пещта, металната фракция се стопява, брикетите се нагряват, оловният диоксид се разпада на оловен оксид и кислород, който кислород участва в окислението на антимона от стопената метална фракция. Между твърдия въглероден редуктор, въглеродния оксид и водорода от газове и оловния оксид от брикетите протичат редукционни процеси, в резултат на което се получава стопено метално олово. Това олово се стича надолу и излиза извън пещта през изпускателния отвор 13. При температура над 1000°С започва дисоциацията на оловния сулфат, като образувалият се оловен оксид, свободен или свързан в комплексни сулфати, се редуцира до олово, стопява се и изтича извън пещта през изпускателния отвор 13, а отделеният при дисоциацията кислород се свързва с твърдия въглерод от брикетите или с въглеродния оксид и водорода от газовете, като образува въглероден диоксид и водни пари.

В резултат на горните процеси получената метална и окисна стопилка, изтичаща през изпускателния отвор 13, се подават към разделителния съд 14, който служи за отделяне на окисната стопилка от повърхността на стопеното олово. Чрез сифона 15 през улея 16 се отделя чиста оловна стопилка, а през преливника 17 се отделя окисната стопилка от повърхността на оловната стопилка. В получената метална стопилка се из влича около 90% от оловото, а в окисната стопилка се концентрира антимона, но в нея преобладава оловният оксид. Металната стопилка е в значителна степен обезантимонена. Газовете постъпват в газовата камера 7, отвеждат се извън пещта чрез газохода 8 и се подават на прахоулавяне. Получените прахове са около 5% спрямо вложената шихта и съдържат около 70% олово. В газовете се концентрира серния диоксид, получен при дисоциацията на оловния сулфат. Тези газове се включват в газови потоци за производство на сярна киселина или се подлагат на допълнително пречистване от серен диоксид по познати методи.

Пример 3. В шахтата 1 се зареждат 1000 kg брикети от недесулфатизирана паста, смесена с 2% дървени въглища с едрина 0 до 4 mm, като тези брикети се зареждат на порции от по 500 kg. През така образувания вертикален стълб от шихта се подава поток от нагрети газове, получени в горивните камери 18 и 18’ при изгарянето на 50 природен газ при разходен коефициент на въздух а = 0,96 спрямо този за пълното изгаряне на горивото. В резултат на протичащите топлообменни процеси в шахтата 1 на пещта брикетите се нагряват, оловният диоксид се разпада на оловен оксид и кислород, протичат редукционни процеси между твърдия въглерод, въглеродния оксид и водорода от газовете и оловния оксид от брикетите, при което се получава стопено метално олово. Това олово се стича надолу и излиза извън шахтата през изпускателния отвор 13. При температура над 1000°С започва дисоциацията на оловния сулфат, като образуваният оловен оксид, свободен или свързан в комплексни сулфати, се редуцира до олово, стопява се и изтича извън шахтата 1 през изпускателния отвор 13, а отделеният при дисоциацията кислород се свързва с твърдия въглерод от брикетите или с въглеродния оксид и водорода от газовете, като образува въглероден диоксид и водни пари.

В резултат на горните процеси се получава метална стопилка, оксидна стопилка, прахове и газове. В металната стопилка се извлича около 90% от оловото, а оксидната стопилка е предимно от оловен оксид. След преминаване на отработените газове през прахоуловителна система, получените прахове са около 5% спрямо вложената шихта, които се изнасят от газовете в прахоуловителната система и съдържат около 70% олово. В газовете се концентрира серния двуоксид от дисоциацията на оловния сулфат, поради което те се подлагат на допълнително пречистване от серен двуоксид по известни методи.

Пример 4. Работи се както в пример 3, с тази разлика, че в шахтата 1 се зареждат брикети от десулфатизирана паста, смесена с 1,5% дървени въглища. Получените резултати са същите, както в пример 3.

Пример 5. В шахтата 1 на устройството от фиг. 3 през отвор 5 се зареждат 1000 kg метална фракция от сепарирани оловни акумулатори на порции от по 500 kg и под всяка порция - 3% дървени въглища с едрина 2-3 cm. През така образуваният стълб от шихтов материал се пропуска поток от нагрети газове, получени в горивната камера 18 при изгарянето на 30 kg/h природен газ при разходен коефициент на въздухос = 1. В резултат на протичащите топлообменни процеси в шахтата 1 на пещта се стопява металната фракция и се получава около 900 kg течна оловно-антимонова сплав, около 5% прахове, изнесени от газовете в прахоуловителната система и около 5% оксидна стопилка, съставена от оловни и антимонови оксиди. При така описаната процедура се постига частично обезантимоняване на металната фракция.

В качеството на въглероден редуктор се използва нефтен кокс или дървени въглища с едрина от 1 до 5 mm.

Създаденият температурен градиент във вертикалния стълб от шихта осигурява термичната дисоциация на оловния диоксид и оловния карбонат още в горните слоеве, където се е изчерпал редукционният капацитет на газовете, но не се е изчерпала термичната им способност да отдават топлина и да нагряват материала до температури, повисоки от температурите на термична дисоциация на оловния диоксид и оловния карбонат и температурите на топене на оловото и оловните сплави, които се стопяват и се стичат надолу. В по-долните слоеве температурата е по-висока и започва газифицирането на въглеродния редуктор и дисоциацията на оловния сулфат съгласно следните реакционни схеми:

PbSO₄ - PbO +. SO₂ + 0,5О₂

2PbSO₄ - PbO.PbSO₄ + SO₂ + O₂ 4PbSO₄ = 3PbO.PbSO₄ + 3SO₂ + l,5O₂ 3PbO.PbSO₄ + 3CO = 3Pb + PbSO₄ +3CO₂ Тъй като горивото е вградено в зърната, е възможно и локално образуване на PbS по реакциите:

PbSO₄ + 2С = PbS + 2СО₂

PbSO₄ + 4СО = PbS + 4CO₂

Полученият оловен сулфид реагира с оловния сулфат по реакцията:

PbS + PbSO₄ = 2Pb + 2SO₂

В резултат на горните сумарни реакционни схеми оловните оксиди и сулфати се редуцират до метално олово както във вътрешността, така и по повърхността на зърната и полученото олово се стопява и се стича надолу. В по-долните слоеве на вертикалния стълб от шихта съдържанието на редукционните съставки в газовата фаза непрекъснато нараства, като се подновява непрекъснато от взаимодействието на възходящия поток от газове, получени при изгарянето на гориво извън шахтата и срутването на шихтов материал от по-горните слоеве, в който материал е вградено въглеродно гориво.

Приведените по-горе примери илюстрират използването на метода и пещта съгласно изобретението, без да го ограничават. Възможно е преработването и на други шихти и комбинации от състави, включващи вторични оловни суровини и полупродукти от оловното производство.

Claims (4)

1. Метод за преработване на вторични оловни суровини в пещ от шахтов тип, при който шихта от вторични оловни суровини се зарежда във вертикален стълб и в противоток на шихтата отдолу нагоре се подават горещи газове, получени извън шахтата при изгарянето на течно или газообразно гориво при контролиран недостиг на кислород спрямо този за пълното изгаряне на горивото, характеризиращ се с това, че шихтата съдържа допълнително въглероден редуктор в количество от 0,5 до 4,0 тегловни %, а коефициентът на разход на въздух х е от 0,90 до 1,0 спрямо този за пълното изгаряне на горивото.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че въглеродният редуктор е вграден в озърнената или брикетира- 5 ната шихта.

3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че когато шихтата включва метална фракция, въглеродният редуктор се зарежда в шахтата на порции пре- 10 ди всяка порция метална фракция.

4. Пещ за преработване на вторични оловни суровини, включваща шахта, в горния край на която са разположени отвор за зареждане и газоход, шахтата има наклонено дъно и в най-ниската му точка е оформен изпускателен отвор за стопилката, а към долния край на двете дълги страни на шахтата са монтирани двустранно горивни камери, снабдени с наклонени към шахтата дъна и обхванати от въздушни камери, характеризираща се с това, че дъното (12) на шахтата (1) е с V-образна форма и с наклон към изпускателния отвор за стопилката (13), разположен към една от двете къси стени на шахтата.