BR112020006699B1 - METHODS FOR ROASTING METAL SULFIDE MATERIAL AND FOR MODIFYING THE OPERATION OF A FLUIDIZED BED ROASTER. - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a injetar oxigênio na caixa de vento de uma torrefadora de minério em leito fluidizado para formar um fluxo de gás fluidificante e oxidante de alto teor de oxigênio que é alimentado apenas para a zona de alimentação na qual o minério a ser fluidizado é alimentado.The present invention relates to injecting oxygen into the windbox of a fluidized bed ore roaster to form a flow of high oxygen fluidizing and oxidizing gas that is fed only to the feed zone in which the ore to be fluidized is fed.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório US n° de série 62/571.838, depositado em sexta-feira, 13 de outubro de 2017, que é incorporado ao presente documento a título de referência.[001] This application claims the benefit of US provisional application serial No. 62/571,838, filed on Friday, October 13, 2017, which is incorporated herein by reference.
[002] A presente invenção refere-se à torrefação de material de sulfeto metálico, como minérios metálicos, em leitos fluidizados.[002] The present invention relates to the roasting of metal sulfide material, such as metallic ores, in fluidized beds.
[003] Em geral, processos para a torrefação de materiais de sulfeto em leito fluidizado são tecnicamente e comercialmente conhecidos. As matérias-primas (concentrados de minério) são alimentadas em uma torrefadora onde são fluidizadas, em um leito fluidizado que é mantido pela passagem de ar para cima através de uma grade ou placa de distribuição que incorpora vários bocais de ar que passam através da grade ou placa. O gás fluidificante, tipicamente ar, contém oxigênio que reage com o material de sulfeto para converter sulfetos em óxidos. A profundidade do leito fluidizado é controlada mediante a retirada do concentrado torrado como transbordamento ou subfluxo do leito. O gás, depois de passar através do leito e fluidizar o leito, pode conter partículas mais finas que são arrastadas no fluxo de gás e são subsequentemente separadas do gás por técnicas conhecidas, tais como filtros ou precipitadores eletrostáticos. O gás do leito contém dióxido de enxofre, de modo que o gás é tipicamente enviado a uma usina de ácido sulfúrico. O produto torrefeito é geralmente referido como calcina. A oxidação de compostos de sulfeto no material é autotérmica e calor em excesso está disponível a partir da reação de oxidação. Exemplos de minerais de sulfeto processados em torrefadoras de leito fluidizado incluem materiais que contêm sulfetos de zinco, cobre, chumbo, ferro, níquel e molibdênio.[003] In general, processes for roasting sulfide materials in a fluidized bed are technically and commercially known. The raw materials (ore concentrates) are fed into a roaster where they are fluidized, in a fluidized bed that is maintained by passing air upward through a grid or distribution plate that incorporates several air nozzles that pass through the grid. or plate. The fluidizing gas, typically air, contains oxygen that reacts with the sulfide material to convert sulfides to oxides. The depth of the fluidized bed is controlled by removing the roasted concentrate as overflow or underflow from the bed. The gas, after passing through the bed and fluidizing the bed, may contain finer particles that are entrained in the gas stream and are subsequently separated from the gas by known techniques, such as filters or electrostatic precipitators. The bed gas contains sulfur dioxide, so the gas is typically sent to a sulfuric acid plant. The torrefied product is generally referred to as calcine. The oxidation of sulfide compounds in the material is autothermal and excess heat is available from the oxidation reaction. Examples of sulfide minerals processed in fluidized bed roasters include materials containing zinc, copper, lead, iron, nickel, and molybdenum sulfides.
[004] Pode ser desejável que a quantidade de oxigênio que está disponível para interação com o material de sulfeto seja diferente em locais diferentes na placa ou grade de distribuição, por exemplo, para ser capaz de lidar com diferentes características do material de leito mais próximo e do mais distante da zona para a qual o material de sulfeto é alimentado.[004] It may be desirable for the amount of oxygen that is available for interaction with the sulfide material to be different at different locations on the plate or distribution grid, for example, to be able to handle different characteristics of the nearest bed material. and from the furthest from the zone to which the sulfide material is fed.
[005] Técnicas anteriores para a variação da quantidade de oxigênio que é passada para dentro do leito de material de sulfeto têm geralmente variado o número de passagens e/ou o tamanho das passagens, através da grade ou placa de distribuição, através da qual o gás contendo oxigênio é alimentado para o leito a partir do espaço abaixo do leito. Dessa forma, quando se deseja fornecer um teor de oxigênio maior em uma região do leito, seriam fornecidas mais passagens e/ou passagens maiores, em relação ao número de passagens e/ou o tamanho das passagens que alimentam o oxigênio - contendo gás fluidificante para outras regiões do leito.[005] Previous techniques for varying the amount of oxygen that is passed into the bed of sulfide material have generally varied the number of passages and/or the size of the passages, through the grid or distribution plate, through which the Oxygen-containing gas is fed to the bed from the space below the bed. Thus, when it is desired to provide a higher oxygen content in a region of the bed, more passages and/or larger passages would be provided, in relation to the number of passages and/or the size of the passages that feed the oxygen - containing fluidizing gas to other regions of the bed.
[006] Essa técnica é descrita na patente US n° 7.044.996, que ensina que um déficit de oxigênio nas proximidades da área (a grade de alimentação) onde o material do leito é alimentado para a torrefadora pode ser remediado mediante o aumento do número de bocais de gás nas proximidades da grade de alimentação e através do uso de bocais de gás maiores nas proximidades da grade de alimentação, em relação ao número de bocais de gás e o tamanho dos bocais de gás que são usados para alimentar gás no resto da grade. Essa patente se refere a essas técnicas de aumentar o "teor de oxigênio" do gás que é alimentado na grade de alimentação, mas é evidente que "teor de oxigênio" para essa patente significa a quantidade total de oxigênio que é alimentada a uma região ou outra na grade. A patente US n° 7.044.996 não reconhece de modo algum a inovação que os presentes inventores descobriram que se refere ao aumento da concentração de oxigênio real do gás fluidificante que passa através de um número limitado selecionado de passagens através da grade, em relação à concentração de oxigênio real do gás fluidificante que passa através de outras passagens para outras regiões do leito. Em particular, ao comparar a presente invenção com a revelação da patente US n° 7.044.996, pode ser visto que a patente US n° 7.044.996 não contém nenhuma revelação sobre o fornecimento tais concentrações variadas de oxigênio passando através de várias aberturas na grade, nem qualquer descrição de como se poderia realizar a obtenção de tais concentrações variadas de oxigênio. Em vez disso, a patente US n° 7.044.996 apenas ensina o uso de apenas um único gás fluidificante contendo oxigênio gasoso que passa através de cada uma das passagens na grade.[006] This technique is described in US patent No. 7,044,996, which teaches that an oxygen deficit in the vicinity of the area (the feed grid) where bed material is fed to the roaster can be remedied by increasing the number of gas nozzles in the vicinity of the supply grid and through the use of larger gas nozzles in the vicinity of the supply grid, relative to the number of gas nozzles and the size of the gas nozzles that are used to feed gas into the rest of the grid. This patent refers to these techniques of increasing the "oxygen content" of the gas that is fed into the feed grid, but it is clear that "oxygen content" for this patent means the total amount of oxygen that is fed to a region or another on the grid. US Patent No. 7,044,996 does not in any way recognize the innovation that the present inventors have discovered which relates to increasing the actual oxygen concentration of the fluidizing gas passing through a selected limited number of passes through the grate, relative to the actual oxygen concentration of the fluidizing gas that passes through other passages to other regions of the bed. In particular, when comparing the present invention with the disclosure of US Patent No. 7,044,996, it can be seen that US Patent No. 7,044,996 contains no disclosure about providing such varying concentrations of oxygen by passing through various openings in the grade, nor any description of how such varying concentrations of oxygen could be achieved. Instead, US Patent No. 7,044,996 only teaches the use of only a single fluidizing gas containing gaseous oxygen that passes through each of the passages in the grid.
[007] A presente invenção obtém as numerosas vantagens que são aqui descritas em um método para torrefação de material de sulfeto metálico que compreende: (A) alimentar o material de sulfeto metálico particulado sólido em uma torrefadora que tem uma placa de distribuição que sustenta o material particulado sólido alimentado na torrefadora, sendo que o material é alimentado para dentro de uma zona de alimentação acima da placa de distribuição que compreende menos do que a totalidade da superfície superior da placa de distribuição, sendo que a torrefadora inclui o espaço abaixo da placa de distribuição e sendo que as passagens estão presentes através da placa de distribuição que tem entradas que são abertas para o espaço e tem saídas na superfície superior da placa de distribuição que estão na zona de alimentação, e sendo que as passagens estão presentes através da placa de distribuição que tem entradas que são abertas para o espaço e tem saídas na superfície superior da placa de distribuição que não estão na zona de alimentação; (B) alimentar o gás contendo oxigênio no espaço que está sob a placa de distribuição; (C) injetar gás de enriquecimento contendo oxigênio cuja concentração de oxigênio é mais alta que a concentração de oxigênio do gás contendo oxigênio em uma região do dito espaço que está sob a dita zona de alimentação e misturar o dito gás de enriquecimento contendo oxigênio com gás contendo oxigênio na dita região para formar gás enriquecido com oxigênio na dita região; e (D) alimentar o dito gás oxidante enriquecido com oxigênio do dito espaço através de passagens na dita placa de distribuição sob e dentro do material de sulfeto metálico na zona de alimentação enquanto alimenta, ao mesmo tempo, o dito gás contendo oxigênio do dito espaço através de passagens na dita placa de distribuição que não está sob a zona de alimentação.[007] The present invention obtains the numerous advantages that are described herein in a method for roasting metal sulfide material comprising: (A) feeding the solid particulate metal sulfide material into a roaster having a distribution plate that supports the solid particulate material fed into the roaster, the material being fed into a feed zone above the distribution plate that comprises less than the entire upper surface of the distribution plate, the roaster including the space below the plate and wherein the passages are present through the distribution plate which has inlets that are open to the space and has outlets on the upper surface of the distribution plate which are in the supply zone, and wherein the passages are present through the plate distribution board that has inlets that are open to the space and has outlets on the upper surface of the distribution plate that are not in the supply zone; (B) feeding the oxygen-containing gas into the space under the distribution plate; (C) injecting oxygen-containing enrichment gas whose oxygen concentration is higher than the oxygen concentration of the oxygen-containing gas into a region of said space which is under said feed zone and mixing said oxygen-containing enrichment gas with gas containing oxygen in said region to form oxygen-enriched gas in said region; and (D) feeding said oxygen-enriched oxidizing gas from said space through passages in said distribution plate under and within the metal sulfide material in the feed zone while at the same time feeding said oxygen-containing gas from said space through passages in said distribution board which is not under the supply zone.
[008] Um outro aspecto da presente invenção é um método de modificar a operação de uma torrefadora de leito fluidizado, no qual o material de sulfeto metálico particulado sólido de trabalho é alimentado em uma torrefadora que tem uma placa de distribuição que sustenta o material particulado alimentado na torrefadora, sendo que o material é alimentado para dentro de uma zona de alimentação acima da placa de distribuição que compreende menos do que a totalidade da superfície superior da placa de distribuição, sendo que a torrefadora inclui o espaço abaixo da placa de distribuição e sendo que passagens estão presentes através da placa de distribuição, as quais têm entradas que são abertas para o espaço e têm saídas na superfície superior da placa de distribuição que estão na zona de alimentação, e sendo que passagens estão presentes através da placa de distribuição, as quais têm entradas que são abertas para o espaço e têm saídas na superfície superior da placa de distribuição que não estão na zona de alimentação, e o gás contendo oxigênio é alimentado no espaço que está sob a placa de distribuição, sendo que o método compreende: (A) injetar gás de enriquecimento contendo oxigênio cuja concentração de oxigênio é mais alta que a concentração de oxigênio do gás contendo oxigênio em uma região do dito espaço que está sob a dita zona de alimentação e misturar o dito gás de enriquecimento contendo oxigênio com gás contendo oxigênio na dita região para formar gás enriquecido com oxigênio na dita região; e (B) alimentar o dito gás oxidante enriquecido com oxigênio do dito espaço através de passagens na dita placa de distribuição sob e dentro do material de sulfeto metálico na zona de alimentação enquanto alimenta, ao mesmo tempo, o dito gás contendo oxigênio do dito espaço através de passagens na dita placa de distribuição que não está sob a zona de alimentação.[008] Another aspect of the present invention is a method of modifying the operation of a fluidized bed roaster, in which solid particulate metal sulfide working material is fed into a roaster that has a distribution plate that supports the particulate material. fed into the roaster, the material being fed into a feed zone above the distribution plate that comprises less than the entire upper surface of the distribution plate, the roaster including the space below the distribution plate and wherein passages are present through the distribution plate, which have inlets which are open to the space and have outlets on the upper surface of the distribution plate which are in the supply zone, and wherein passages are present through the distribution plate, which have inlets which are open to the space and have outlets on the upper surface of the distribution plate which are not in the supply zone, and the oxygen-containing gas is fed into the space which is under the distribution plate, the method comprising : (A) inject oxygen-containing enrichment gas whose oxygen concentration is higher than the oxygen concentration of the oxygen-containing gas into a region of said space which is under said feed zone and mix said oxygen-containing enrichment gas with oxygen-containing gas in said region to form oxygen-enriched gas in said region; and (B) feeding said oxygen-enriched oxidizing gas from said space through passages in said distribution plate under and within the metal sulfide material in the feed zone while at the same time feeding said oxygen-containing gas from said space through passages in said distribution board which is not under the supply zone.
[009] A Figura 1 é um fluxograma de um processo de torrefação de minério contendo sulfeto.[009] Figure 1 is a flowchart of a sulfide-containing ore roasting process.
[0010] A Figura 2 é uma vista lateral em seção transversal de uma torrefadora com a qual a presente invenção pode ser praticada.[0010] Figure 2 is a cross-sectional side view of a roaster with which the present invention can be practiced.
[0011] A Figura 3 é uma vista em seção transversal da torrefadora da Figura 2.[0011] Figure 3 is a cross-sectional view of the roaster of Figure 2.
[0012] A presente invenção é útil no processamento de um material de sulfeto metálico, pelo qual se entende material particulado sólido que contém um ou mais sulfetos de um ou mais metais. Exemplos preferenciais são os minérios e misturas de minérios de metal. Os metais tipicamente presentes em materiais que podem ser processados usando esta invenção incluem zinco, cobre, chumbo, ferro, níquel e molibdênio. Por exemplo, quando o zinco está presente, a principal reação geral após a torrefação com oxigênio presente é [0012] The present invention is useful in processing a metal sulfide material, by which we mean solid particulate material that contains one or more sulfides of one or more metals. Preferred examples are metal ores and mixtures of metal ores. Metals typically present in materials that can be processed using this invention include zinc, copper, lead, iron, nickel and molybdenum. For example, when zinc is present, the main overall reaction after roasting with oxygen present is
[0013] Um trem de processamento típico no qual a presente invenção pode ser utilizada é mostrado na Figura 1. O material de sulfeto metálico é alimentado através da porta de alimentação 1 na torrefadora 2 onde ele é acumulado como um leito 3 sustentado pela placa de distribuição 5. As torrefadoras com as quais a presente invenção pode ser praticada podem ter uma porta de alimentação, conforme mostrado, ou podem ter mais de uma porta de alimentação (cada qual seria conforme mostrado nas figuras). A caixa de vento 4 situa-se abaixo da placa de distribuição 5. De preferência, a caixa de vento 4 constitui um único espaço unitário não dividido sob placa de distribuição 5, ou seja, não deve haver nenhuma partição ou barreira que divida a caixa de vento 4 em mais de um espaço. Nessa disposição preferencial, o gás em qualquer ponto da caixa de vento 4 não é impedido de ser acessível para as passagens aqui descritas através da placa de distribuição.[0013] A typical processing train in which the present invention can be utilized is shown in Figure 1. The metal sulfide material is fed through the feed port 1 into the roaster 2 where it is accumulated as a bed 3 supported by the distribution 5. The roasters with which the present invention may be practiced may have one feed port, as shown, or may have more than one feed port (each of which would be as shown in the figures). The wind box 4 is located below the distribution plate 5. Preferably, the wind box 4 constitutes a single undivided unitary space under the distribution plate 5, i.e. there should be no partition or barrier dividing the box. of wind 4 in more than one space. In this preferred arrangement, gas at any point in the windbox 4 is not prevented from being accessible to the passages described herein through the distribution plate.
[0014] Dezenas ou mesmo centenas (o número depende do tamanho da placa de distribuição) de passagens 6 se estendem através da placa de distribuição 5 para possibilitar que o gás fluidificante flua da caixa de vento 4 para a torrefadora 2 e para o leito 3 quando o leito 3 está presente. A placa distribuidora pode conter tipicamente na ordem de 100 bocais por metro quadrado da superfície da placa distribuidora. O gás contendo oxigênio 7 é alimentado na caixa de vento 4 sob a força do soprador 7A e flui para dentro, através e para fora das passagens 6 no leito 3, com energia cinética suficiente para que o gás passe para dentro e cause a fluidização do material do leito 3, onde o oxigênio no gás que reage com o material no leito. O gás contendo oxigênio 7 é tipicamente ar e pode ser ar enriquecido com oxigênio ou outra corrente gasosa que contenha oxigênio.[0014] Dozens or even hundreds (the number depends on the size of the distribution plate) of passages 6 extend through the distribution plate 5 to enable the fluidizing gas to flow from the windbox 4 to the roaster 2 and to the bed 3 when bed 3 is present. The distributor plate may typically contain on the order of 100 nozzles per square meter of the distributor plate surface. The oxygen-containing gas 7 is fed into the wind box 4 under the force of the blower 7A and flows into, through and out of the passages 6 in the bed 3, with sufficient kinetic energy for the gas to pass into and cause fluidization of the bed material 3, where the oxygen in the gas reacts with the material in the bed. The oxygen-containing gas 7 is typically air and may be oxygen-enriched air or another oxygen-containing gas stream.
[0015] A concentração de oxigênio do gás contendo oxigênio 7 deve estar na faixa de 20,9% em volume a 40% em volume e, de preferência, na faixa de 20,9 % em volume a 28% em volume.[0015] The oxygen concentration of the oxygen-containing gas 7 should be in the range of 20.9% by volume to 40% by volume and, preferably, in the range of 20.9% by volume to 28% by volume.
[0016] Em funcionamento, o oxigênio no gás contendo oxigênio 7 reage com o material de sulfeto para converter os sulfetos metálicos em óxidos metálicos e misturas de óxidos metálicos, com o enxofre do material de sulfeto convertido para formar dióxido de enxofre e geralmente outros óxidos de enxofre, sulfitos e/ou sulfatos que podem ser gasosos, bem como sólidos particulados. A temperatura na qual essas reações ocorrem no leito fluidizado 3 estão tipicamente na faixa de 900 a 970 °C. Deve-se tomar cuidado para controlar o fluxo de gás fluidificante e oxidante de modo que a temperatura no leito 3 não se torne tão alta a ponto de amolecer ou fundir o material do leito.[0016] In operation, the oxygen in the oxygen-containing gas 7 reacts with the sulfide material to convert the metal sulfides into metal oxides and mixtures of metal oxides, with the sulfur in the sulfide material converted to form sulfur dioxide and generally other oxides of sulfur, sulphites and/or sulfates that can be gaseous, as well as particulate solids. The temperature at which these reactions occur in the fluidized bed 3 are typically in the range of 900 to 970 °C. Care must be taken to control the flow of fluidizing and oxidizing gas so that the temperature in bed 3 does not become so high as to soften or melt the bed material.
[0017] A corrente 10 de material metálico oxídico oxidado é passada para fora da torrefadora 2 para a unidade 12 onde pode ser coletada e, de preferência, é resfriada. A corrente 8 de gás produzida pela torrefação é passada da torrefadora 2 para a unidade 9 onde a corrente 8 pode ser resfriada. O resfriamento é frequentemente realizado por transferência indireta de calor com água para produzir vapor. Quaisquer sólidos que sejam separados da corrente 8 na unidade 9 podem ser passados como a corrente 11 para se juntar à corrente 10, por exemplo na unidade 12.[0017] The stream 10 of oxidized oxide metallic material is passed out of the roaster 2 to the unit 12 where it can be collected and, preferably, is cooled. The gas stream 8 produced by roasting is passed from the roaster 2 to the unit 9 where the stream 8 can be cooled. Cooling is often accomplished by indirect heat transfer with water to produce steam. Any solids that are separated from stream 8 in unit 9 can be passed as stream 11 to join stream 10, for example in unit 12.
[0018] Sólidos oxídicos são passados da unidade 12 como a corrente 13 para serem transportados para uso ou para processamento adicional, tipicamente, para recuperar os valores de metal nos mesmos. O gás resfriado que é formado na unidade 9 passa da unidade 9 como a corrente 14 para a unidade de separação de gás-sólido 15, como um ciclone, onde sólidos particulados que tinham sido arrastados no fluxo de gás são removidos, e pode então ser passado como a corrente 16 que pode ser passada para processamento adicional. A corrente de gás que é produzida na unidade 15 é passada como a corrente 17 para outra unidade de separação de gás-sólido, como um precipitador eletrostático 18, para remoção de sólidos arrastados adicionais 19, formando assim a corrente limpa 30 que pode ser transportada para processamento adicional. O processamento típico adicional da corrente 30 envolve alimentar a corrente 30 para uma usina que converte os óxidos de enxofre na corrente 30 em ácido sulfúrico.[0018] Oxidic solids are passed from unit 12 as stream 13 to be transported for use or for further processing, typically, to recover the metal values therein. The cooled gas that is formed in unit 9 passes from unit 9 as stream 14 to gas-solid separation unit 15, like a cyclone, where particulate solids that had been entrained in the gas stream are removed, and can then be passed as stream 16 which can be passed for further processing. The gas stream that is produced in unit 15 is passed as stream 17 to another gas-solid separation unit, such as an electrostatic precipitator 18, for removal of additional entrained solids 19, thus forming the clean stream 30 that can be transported for further processing. Typical further processing of stream 30 involves feeding stream 30 to a plant that converts the sulfur oxides in stream 30 to sulfuric acid.
[0019] A Figura 2 mostra em seção transversal uma torrefadora típica com a qual a presente invenção pode ser praticada. A torrefadora 2 inclui uma porta de alimentação 1 através da qual o material de sulfeto metálico é alimentado na torrefadora 2 onde ele é acumulado como leito 3 na placa de distribuição 5. O gás contendo oxigênio 7 é alimentado na caixa de vento 4 e então passa para cima através das passagens 6 na placa de distribuição 5 para o leito 3. A corrente gasosa 8 formada pela torrefação sai da torrefadora 2. O produto sólido torrefeito 10 é passado para fora da torrefadora 2 periodicamente ou continuamente.[0019] Figure 2 shows in cross section a typical roaster with which the present invention can be practiced. The roaster 2 includes a feed port 1 through which the metal sulfide material is fed into the roaster 2 where it is accumulated as a bed 3 on the distribution plate 5. The oxygen-containing gas 7 is fed into the wind box 4 and then passes upwards through the passages 6 in the distribution plate 5 to the bed 3. The gaseous stream 8 formed by roasting leaves the roaster 2. The roasted solid product 10 is passed out of the roaster 2 periodically or continuously.
[0020] O material de sulfeto metálico sólido 1 que é alimentado na torrefadora 2 cai da extremidade a jusante da porta de alimentação 1 e repousa no interior da zona de alimentação 21, que é definida como a área sobre a superfície de topo do leito 3 sobre a qual o material que é alimentado através da porta de alimentação 1 pousa (quando o leito 3 já está presente na torrefadora 2). A zona de alimentação também pode ser definida como a seção do leito que é deficiente em oxigênio em relação ao teor total de oxigênio no leito. Assim como não pode haver mais de uma porta de alimentação, conforme mencionado acima, pode haver mais de uma zona de alimentação, tipicamente com uma zona de alimentação distinta para cada porta de alimentação. A zona de alimentação 21 também é vista de cima na Figura 3, onde a zona de alimentação 21 está sob a saída da porta de alimentação 1. As passagens 6 são mostradas, embora não sejam mostradas todas as passagens que estariam presentes em uma torrefadora usada na prática real.[0020] The solid metal sulfide material 1 that is fed into the roaster 2 falls from the downstream end of the feed port 1 and rests within the feed zone 21, which is defined as the area on the top surface of the bed 3 on which the material that is fed through feed port 1 lands (when bed 3 is already present in roaster 2). The feeding zone can also be defined as the section of the bed that is oxygen deficient relative to the total oxygen content in the bed. Just as there cannot be more than one power port, as mentioned above, there can be more than one power zone, typically with a separate power zone for each power port. Feed zone 21 is also seen from above in Figure 3, where feed zone 21 is under the outlet of feed port 1. Passages 6 are shown, although not all passages that would be present in a used roaster are shown. in real practice.
[0021] Na prática da presente invenção, a corrente 20 de gás de enriquecimento contendo oxigênio é fornecida à caixa de vento 4 através de uma parede lateral da caixa de vento 4. Nas torrefadoras recém-construídas e torrefadoras que já foram construídas, a corrente 20 pode ser fornecida mediante a perfuração de um orifício (ou orifícios) através de um lado da caixa de vento 4 existente e instalando-se uma lança 23 parcialmente através do orifício, de modo que a saída 24 da lança 23 esteja sob a zona de alimentação 21, e alimentação de gás de enriquecimento contendo oxigênio através da lança para dentro da região 21A sob a zona de alimentação 21. A concentração de oxigênio do gás de enriquecimento contendo oxigênio 20 deve estar na faixa de 25% em volume a 100% em volume, de preferência na faixa de 50% em volume a pelo menos 95% em volume, com mais preferência pelo menos 99% em volume a 100% em volume. O uso de oxigênio industrialmente puro (como pelo menos 99% em volume de oxigênio) minimiza o tamanho das lanças e simplifica o equipamento de controle de fluxo de modo que não é necessária a mistura de oxigênio e ar. Além disso, a concentração de oxigênio da corrente 20 deve ser maior que a concentração de oxigênio do gás contendo oxigênio 7.[0021] In the practice of the present invention, the oxygen-containing enrichment gas stream 20 is supplied to the windbox 4 through a side wall of the windbox 4. In newly built roasters and roasters that have already been built, the current 20 may be provided by drilling a hole (or holes) through one side of the existing wind box 4 and installing a boom 23 partially through the hole so that the outlet 24 of the boom 23 is under the wind zone. feed 21, and feed oxygen-containing enrichment gas through the lance into the region 21A under the feed zone 21. The oxygen concentration of the oxygen-containing enrichment gas 20 must be in the range of 25% by volume to 100% by volume. volume, preferably in the range of 50% by volume to at least 95% by volume, more preferably at least 99% by volume to 100% by volume. The use of industrially pure oxygen (such as at least 99 volume percent oxygen) minimizes lance size and simplifies flow control equipment so that mixing of oxygen and air is not necessary. Furthermore, the oxygen concentration of the stream 20 must be greater than the oxygen concentration of the oxygen-containing gas 7.
[0022] A corrente 20 é alimentada na caixa de vento 4 em um local que está verticalmente abaixo da zona de alimentação 21. A corrente 20 se mistura com o gás contendo oxigênio na caixa de vento 4 na região 21A que está sob a zona de alimentação 21 para formar gás oxidante enriquecido com oxigênio que tem uma concentração de oxigênio que é mais alta que a concentração de oxigênio do gás contendo oxigênio. A concentração de oxigênio do gás oxidante enriquecido com oxigênio 22, que não é necessariamente uniforme em toda a região 21A sob zona de alimentação 21, deve estar na faixa de 23% a 95% em volume e de preferência na faixa de 25% a 75% em volume.[0022] Stream 20 is fed into the wind box 4 at a location that is vertically below the feed zone 21. The stream 20 mixes with the oxygen-containing gas in the wind box 4 in the region 21A that is under the wind box 4. feed 21 to form oxygen-enriched oxidizing gas that has an oxygen concentration that is higher than the oxygen concentration of the oxygen-containing gas. The oxygen concentration of the oxygen-enriched oxidizing gas 22, which is not necessarily uniform throughout region 21A under feed zone 21, should be in the range of 23% to 95% by volume and preferably in the range of 25% to 75 % by volume.
[0023] O gás oxidante enriquecido com oxigênio (representado como 22) é passado através das passagens 6 que estão sob a zona de alimentação 21 e, dessa forma, passa para a porção do leito 3 que contém material de sulfeto metálico que foi recentemente alimentado para o leito 3 através da porta de alimentação 1. O gás contendo oxigênio (representado como 25) que não foi misturado com o gás de enriquecimento contendo oxigênio passa através das aberturas 6 que não estão sob a zona de alimentação 21. Dessa forma, a concentração de oxigênio do gás fluidificante que engata o material no leito 3 que está na zona de alimentação 21 é maior que a concentração de oxigênio do gás fluidificante que engata o material no leito 3 que não está na zona de alimentação 21. Esse resultado pode ser obtido mesmo se os tamanhos (áreas em seção transversal) das passagens 6 sob a zona de alimentação 21 e não sob a zona de alimentação 21 forem iguais, e mesmo se o número de passagens por unidade de área da placa de distribuição que estão presentes na zona de alimentação 21 for igual ao número de passagens por unidade de área da placa de distribuição que estão presentes não sob a zona de alimentação 21. Os bocais de fluidização são geralmente bocais convergentes com seções transversais redondas, mas outras configurações também são eficazes.[0023] The oxygen-enriched oxidizing gas (represented as 22) is passed through passages 6 that are under the feed zone 21 and thereby passes to the portion of the bed 3 that contains metal sulfide material that has recently been fed to bed 3 through the supply port 1. The oxygen-containing gas (represented as 25) that has not been mixed with the oxygen-containing enrichment gas passes through the openings 6 which are not under the supply zone 21. In this way, the oxygen concentration of the fluidizing gas that engages the material in bed 3 that is in the feeding zone 21 is greater than the oxygen concentration of the fluidizing gas that engages the material in bed 3 that is not in the feeding zone 21. This result can be obtained even if the sizes (cross-sectional areas) of the passages 6 under the supply zone 21 and not under the supply zone 21 are equal, and even if the number of passages per unit area of the distribution board that are present in the feed zone 21 is equal to the number of passes per unit area of the distribution plate that are present under the feed zone 21. Fluidizing nozzles are generally converging nozzles with round cross-sections, but other configurations are also effective.
[0024] Para formar o gás oxidante enriquecido com oxigênio desejado na caixa de vento 4 sob a zona de alimentação 21, a corrente 20 deve ser alimentada a uma taxa de alimentação em relação à taxa de alimentação do gás contendo oxigênio 7 de modo que a mistura das correntes 20 e 7 forme uma corrente 22 que tem a concentração enriquecida desejada de oxigênio. É possível que o gás fluidificante que engata o material no leito 3 que não está na zona de alimentação 21 possa ter uma concentração de oxigênio que é mais alta, como até 5% em volume mais alta, que o teor de oxigênio do gás contendo oxigênio que é alimentado na caixa de vento 4.[0024] To form the desired oxygen-enriched oxidizing gas in the wind box 4 under the feed zone 21, the stream 20 must be fed at a feed rate relative to the feed rate of the oxygen-containing gas 7 such that the Mixing streams 20 and 7 forms a stream 22 that has the desired enriched concentration of oxygen. It is possible that the fluidizing gas that engages the material in bed 3 that is not in the feed zone 21 may have an oxygen concentration that is higher, such as up to 5% by volume higher, than the oxygen content of the oxygen-containing gas. which is fed into wind box 4.
[0025] A implementação da presente invenção de preferência utiliza lanças de oxigênio 23 instaladas na parede lateral da caixa de vento 4. As lanças 23 são projetadas para emitir correntes de gás de enriquecimento de oxigênio direcionadas ao gás contendo oxigênio na área da caixa de vento 4 sob as passagens que alimentam o oxidante enriquecido com oxigênio diretamente na zona de alimentação 21. As correntes emergem a partir de uma saída 24 na extremidade de cada lança 23. Cada saída pode ser uma abertura única ou múltiplas aberturas.[0025] The implementation of the present invention preferably uses oxygen lances 23 installed on the side wall of the windbox 4. The lances 23 are designed to emit oxygen enrichment gas streams directed to the oxygen-containing gas in the area of the windbox 4 under the passages that feed the oxygen-enriched oxidizer directly into the feed zone 21. The streams emerge from an outlet 24 at the end of each lance 23. Each outlet may be a single opening or multiple openings.
[0026] Em um procedimento preferencial para projetar o equipamento e as condições que alcançam esses objetivos, é muito útil obter uma compreensão do campo de fluxo de fundo do ar (ou ar enriquecido com oxigênio) na caixa de vento 4. O campo de fluxo da caixa de vento 4 será exclusivo para cada torrefadora e depende dos parâmetros de fluxo e da geometria da caixa de vento. O fluxo de fundo é adicionalmente influenciado pela presença de suportes estruturais como vigas com perfil em I e posições de sonda. A abordagem preferencial para executar essa tarefa é simular o fluxo de ar na caixa de vento 4 com o uso de dinâmica de fluidos computacional ("CFD" - computational fluid dynamics).[0026] In a preferred procedure for designing equipment and conditions that achieve these objectives, it is very useful to gain an understanding of the background flow field of the air (or oxygen-enriched air) in wind box 4. The flow field of windbox 4 will be unique to each roaster and depends on flow parameters and windbox geometry. The bottom flow is additionally influenced by the presence of structural supports such as I-beams and probe positions. The preferred approach to performing this task is to simulate the airflow in windbox 4 using computational fluid dynamics ("CFD").
[0027] A saída do estudo de CFD fornece, então, o campo de velocidade de fundo no qual os jatos de gás de enriquecimento contendo oxigênio precisam penetrar de modo a interagir e misturar com o gás contendo oxigênio na caixa de vento 4 para produzir gás oxidante enriquecido com oxigênio que é o que se destina a entrar nas passagens que alimentarão esse gás para o leito 3 na zona de alimentação 21.[0027] The output from the CFD study then provides the background velocity field into which the oxygen-containing enrichment gas jets need to penetrate in order to interact and mix with the oxygen-containing gas in wind box 4 to produce gas oxidant enriched with oxygen which is what is intended to enter the passages that will feed this gas to bed 3 in supply zone 21.
[0028] Dado o conhecimento do campo de velocidade da caixa de vento de fundo (a partir da CFD), da geometria da caixa de vento e da localização da(s) zona(s) de alimentação, esse procedimento de design pode proceder a partir de uma primeira estimativa do número de injetores, posições, taxa de fluxo de oxigênio, design do bocal e posição de inserção de lança seguida de cálculos adicionais que são realizados iterativamente nas correntes injetadas na caixa de vento para otimizar as condições com base nos fluxos observados no leito 3 na zona de alimentação 21. Depois que um resultado satisfatório é obtido, as informações de design podem ser usadas para a fabricação de lanças comerciais.[0028] Given knowledge of the background windbox velocity field (from the CFD), the windbox geometry, and the location of the feed zone(s), this design procedure can proceed to starting from a first estimate of the number of injectors, positions, oxygen flow rate, nozzle design and lance insertion position followed by additional calculations that are performed iteratively on the currents injected into the wind box to optimize conditions based on the flows observed in bed 3 in feeding zone 21. After a satisfactory result is obtained, the design information can be used for manufacturing commercial booms.
[0029] A mistura das correntes 7 e 20 para formar a corrente misturada desejada 22 pode ser promovida pelo uso de tubos simples ou bocais convergentes com velocidade subsônica, ou pelo uso de injetores com um par de bocais convergentes instalados na ponta para inclinar os jatos e aumentar a cobertura da zona-alvo de alimentação. Em vez disso, jatos supersônicos podem ser usados, com bocais divergentes-convergentes para aumentar a penetração da corrente de alimentação de oxigênio através da atmosfera da caixa de vento.[0029] Mixing of streams 7 and 20 to form the desired mixed stream 22 can be promoted by the use of simple tubes or converging nozzles with subsonic velocity, or by the use of injectors with a pair of converging nozzles installed at the tip to angle the jets. and increase coverage of the target feeding zone. Instead, supersonic jets can be used, with divergent-convergent nozzles to increase penetration of the oxygen supply stream through the windbox atmosphere.
[0030] Além disso, as correntes 7 e 20 devem ser alimentadas em taxas de modo que, levando-se em conta a respectiva concentração de oxigênio em cada uma dessas correntes, e levando-se em conta a taxa na qual o material de sulfeto é alimentado na torrefadora e o teor oxidável desse material, as correntes 7 e 20 juntas fornecem oxigênio suficiente para oxidar completamente o teor de sulfeto do material que é alimentado na torrefadora. De preferência, a quantidade de oxigênio que é fornecida pelas correntes 7 e 20 deve ser de pelo menos 100%, e de preferência pelo menos 105%, das necessidades estequiométricas totais do material de sulfeto metálico. Essas quantidades e taxas podem ser prontamente determinadas a partir do conhecimento de fórmulas químicas e do teor do material de sulfeto, combinadas com as concentrações de oxigênio das correntes 7 e 20 a serem usadas.[0030] Furthermore, streams 7 and 20 must be fed at rates such that, taking into account the respective oxygen concentration in each of these streams, and taking into account the rate at which the sulfide material is fed into the roaster and the oxidizable content of that material, streams 7 and 20 together provide enough oxygen to completely oxidize the sulfide content of the material that is fed into the roaster. Preferably, the amount of oxygen that is supplied by streams 7 and 20 should be at least 100%, and preferably at least 105%, of the total stoichiometric requirements of the metal sulfide material. These quantities and rates can be readily determined from knowledge of chemical formulas and the content of the sulfide material, combined with the oxygen concentrations of the streams 7 and 20 to be used.
[0031] A presente invenção é especialmente vantajosa pelo fato de permitir que o operador supere a deficiência de oxigênio na região do leito 3 que está no lado de alimentação do forno. O "coeficiente de oxigênio" de uma torrefadora determina a disponibilidade de oxigênio para concluir a torrefação do concentrado, ou seja, a razão entre o oxigênio total no gás de processo e a necessidade de oxigênio da mistura de alimentação para a formação de óxidos estáveis e sulfatos no gás desprendido na torrefadora. De modo geral, o coeficiente de oxigênio na zona de alimentação é mais baixo devido à alta concentração local de sulfeto "combustível" (a partir da alimentação) e esta invenção é um método eficiente para corrigir esse desequilíbrio.[0031] The present invention is especially advantageous in that it allows the operator to overcome the oxygen deficiency in the region of bed 3 which is on the supply side of the furnace. A roaster's "oxygen coefficient" determines the availability of oxygen to complete roasting of the concentrate, i.e. the ratio of total oxygen in the process gas to the oxygen requirement of the feed mixture for the formation of stable oxides and sulfates in the gas released in the roaster. Generally speaking, the oxygen coefficient in the feed zone is lower due to the high local concentration of "fuel" sulfide (from the feed) and this invention is an efficient method of correcting this imbalance.
[0032] É também importante notar que a invenção pode ser usada para melhorar a capacidade de se torrar matérias-primas de qualidade inferior, ou seja, blendas concentradas com distribuição de tamanho de partícula mais fina e uma maior concentração de impurezas, especialmente, chumbo e cobre. O cobre é um componente crítico na torrefação e se comporta de modo diferente do chumbo. Quanto maior a impureza de cobre, maior deve ser o coeficiente de oxigênio para evitar a sinterização no leito (devido à fase de fusão com temperatura mais baixa), que permite problemas de fluidificação. Com alto teor de cobre, o coeficiente de oxigênio deve ser mantido alto para contrabalancear a operação em temperatura mais baixa do leito necessária para reduzir os fenômenos de aglomeração.[0032] It is also important to note that the invention can be used to improve the ability to roast lower quality raw materials, i.e. concentrated blends with finer particle size distribution and a higher concentration of impurities, especially lead. and copper. Copper is a critical component in roasting and behaves differently than lead. The greater the copper impurity, the greater the oxygen coefficient must be to avoid sintering in the bed (due to the lower temperature melting phase), which allows fluidization problems. With high copper content, the oxygen coefficient must be kept high to counterbalance the lower bed temperature operation required to reduce agglomeration phenomena.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762571838P | 2017-10-13 | 2017-10-13 | |
| US62/571838 | 2017-10-13 | ||
| US16/139,949 US10745777B2 (en) | 2017-10-13 | 2018-09-24 | Oxygen injection in fluid bed ore concentrate roasting |
| US16/139949 | 2018-09-24 | ||
| PCT/US2018/054808 WO2019074817A1 (en) | 2017-10-13 | 2018-10-08 | Oxygen injection in fluid bed ore concentrate roasting |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112020006699A2 BR112020006699A2 (en) | 2020-10-06 |
| BR112020006699B1 true BR112020006699B1 (en) | 2023-07-18 |
Family
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