CS276452B6

CS276452B6 - A method of fluid whirling roasting of granular ores and metal waste materials

Info

Publication number: CS276452B6
Application number: CS909985A
Authority: CS
Inventors: Karel Dr Ing Niemiec
Original assignee: Karel Dr Ing Niemiec
Priority date: 1985-12-11
Filing date: 1985-12-11
Publication date: 1992-06-17
Also published as: CS8509099A2

Abstract

Způsob plynulého vířivě fluidačního pražení zrnitých rud a kovonosných odpadových materiálů spočívá v tom, že vlivem spalování směsi plynu a vzduchu přímo ve vrstvě zrnitého materiálu dojde k prudkému zahřátí a víření materiálu pouze kinetickou energií spalin. Pražením dojde k přeměně komplexních sloučei- nin a destrukci různých chemických a mineralogických vazeb, a tím k uvolnění užitkových kovonosných složek vázaných s hlušinou. Při naměření teploty zrnitého materiálu 700 až 900 °C a po vzplanutí vzduchopalivové směsi přímo ve vrstvě ' vířeného zrnitého materiálu, se sníží objem přiváděné vzduchopalivové směsi do turbulentně fluidní vrstvy vířené dále pouze kinetickou energií spalin.The method of continuous vortex fluidization roasting of granular ores and metal-bearing waste materials consists in the fact that due to the combustion of a mixture of gas and air directly in the layer of granular material, the material is heated rapidly and swirled only by the kinetic energy of the flue gases. Roasting leads to the transformation of complex compounds and the destruction of various chemical and mineralogical bonds, thereby releasing useful metal-bearing components bound to the tailings. When the temperature of the granular material is measured at 700 to 900 °C and after the ignition of the air-fuel mixture directly in the layer of swirled granular material, the volume of the air-fuel mixture supplied to the turbulent fluid layer is reduced, which is further swirled only by the kinetic energy of the flue gases.

Description

Vynález se týká způsobu plynulého vířivě fluidisačního pražení zrnitých rud, zejména různých kovonosných odpadů s možností provádění potřebných chemických a mineralogických přeměn v tuhé fázi, podle potřeby i s vhodnými přísadami, na vhodné sloučeniny pro další využití ve výrobě, při současném odehnání z praženého materiálu nežádoucí těkavé prvky.The invention relates to a process for the continuous vortex fluidization roasting of granular ores, in particular various metal-bearing wastes, with the possibility of carrying out the necessary chemical and mineralogical transformations in the solid phase, if necessary with suitable additives, to suitable compounds for further use in production. elements.

U dosud známých fluidních způsobů, jako sušení teplým vzduchem nebo chlazení 'studeným vzduchem anebo pražení horkými spalinami na děrovaných roštech, je nutno dmýchat velká množství plynného média, za účelem dosažení víření nebo fluidisace zrnitého materiálu na roštu. Těchto způsobů nelze použít v praxi u jemnozrnitých materiálů, protože velkým množstvím dmýchaného plynného média se většina tohoto materiálu odfouká z roštu ve formě úletu. ^K In known fluid processes, such as hot air drying or cold air cooling or hot flue gas roasting on perforated grids, large amounts of gaseous medium must be blown in order to swirl or fluidize the granular material on the grate. These methods cannot be used in practice with fine-grained materials, because with a large amount of blown gaseous medium, most of this material is blown out of the grate in the form of fly ash. ^TO

Kovonosné odpady představují většinou směs komplexních sloučenin užitkových kovů y s hlušinou, ve formě křemičitanů a hlinitanů a také nežádoucí příměsi těkavých prvků. Od-* dělení užitkových kovů od hlušiny je proto velmi obtížné, protože je závislé na způsobu jejich vazby s hlušinou v jednotlivých odpadech. Praxe ukázala, Že pro oddělení užitkových složek od hlušiny jsou efektivní pouze pyrometalurgické způsoby, kterými se dosáhne přeměny komplexních sloučenin, tj. pražení při vysokých teplotách kdy dochází k destrukci mineralogických i chemických vazeb, hlavně také k destrukci Fe-oxydické mřížky a uvolnění těkavých prvků, a tím i možnost jejich odehnání z praženého materiálu.Metal-bearing wastes are usually a mixture of complex compounds of utility metals with tailings, in the form of silicates and aluminates, as well as undesirable admixtures of volatile elements. Separation of utility metals from tailings is therefore very difficult, as it depends on the way in which they are bound to the tailings in the individual wastes. Experience has shown that only pyrometallurgical methods are effective for the separation of useful components from tailings, which achieves the conversion of complex compounds, ie roasting at high temperatures when the destruction of mineralogical and chemical bonds, especially the destruction of Fe-oxydic lattice and release of volatile elements , and thus the possibility of their removal from the roasted material.

Vzniklé podobné odpady se patřičně upravují s různými přísadami a v podobě sbalků nebo pelet (velikost 10 až 20 mm) vypalují a praží v rotačních nebo šachtových pecích a různých reaktorech. Tyto způsoby pražení jsou však velmi neekonomické a málo se využívají. U rotačních pecí přestupuje teplo výhradně sáláním, jednotlivé sbalky vsázky poskytují jen část svého povrchu pro ohřev a mají proto malou schopnost absorbovat teplo, čímž dochází k jeho malému využití. Navíc dochází ve vrstvě k oddělování částic velkých od menších, a tím k nestejnoměrnému zahřívání vsázky. Podobně je tomu u šachtových pecí, kde dochází také k oddělování částic podle velikosti a tak k nestejnoměrnému průchodu spalin vsázkou.The generated similar wastes are appropriately treated with various additives and burned and roasted in the form of bales or pellets (size 10 to 20 mm) in rotary or shaft furnaces and various reactors. However, these roasting methods are very uneconomical and little use. In rotary kilns, heat is transferred exclusively by radiation, the individual packages of the charge provide only a part of their surface for heating and therefore have little ability to absorb heat, which makes little use of it. In addition, particles from large to smaller are separated in the layer, and thus the charge is heated unevenly. The same is true for shaft furnaces, where the particles are also separated according to size and thus the flue gases pass unevenly through the charge.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob plynulého vířivě' fluidačního pražení podle vyhálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že se do vrstvy zrnitého materiálu na roštu přivádí zdola směs vzduchu a paliva, přičemž dochází k hoření na povrchu vrstvy zrnitého materiálu a současně se měří teplota ve vrstvě zrnitého materiálu, kdy při naměření teploty zrnitého materiálu 700 až 900 °C a po vzplanutí vzduchopalivové směsi přímo ve vrstvě zrnitého materiálu se sníží objem přiváděné vzducho-palivové směsi do turbulentně fluidní vrstvy, vířené dále pouze kinetickou energií spalin.These disadvantages are eliminated by the method of continuous vortex fluidization roasting according to the invention. Its essence lies in the fact that a mixture of air and fuel is fed into the layer of granular material on the grate from below, while the surface of the layer of granular material burns and at the same time the temperature in the layer of granular material is measured, when measuring the temperature of granular material 700 to 900 ° C and after the ignition of the air-fuel mixture directly in the layer of granular material, the volume of the supplied air-fuel mixture into the turbulent fluid layer, further swirled only by the kinetic energy of the flue gases, is reduced.

Vzhledem k velkému povrchu pro přestup tepla do zrnité hmoty, dochází současně k rychlému ohřátí materiálu na roštu, který ve žhavém stavu víří a teče ná roštu. Má vlastnosti * kapaliny, nulový sypný úhel, teče za roh a podle potřeby i meandrovitě protiproudem. Jelikož se fouká malé množství vzduchu, jen nutného pro spálení foukaného plynného paliva, vzniká malé množství spalin s minimálním úletem.Due to the large surface for heat transfer to the granular mass, the material on the grate rapidly heats up at the same time, which swirls in the hot state and flows through the grate. It has * liquid properties, zero pour angle, flows around the corner and, if necessary, meandering countercurrent. Because a small amount of air is blown, which is only necessary to burn the blown gaseous fuel, a small amount of flue gas is generated with minimal flight.

Způsob pražení podle vynálezu je vhodný pro úpravy a zpracování základních kovonosných zrnitých surovin, ale hlavně také pro úpravu a zpracování různých kovonosných odpadů, tak zvaných druhotných surovin. Způsob umožňuje uvedené odpady, většinou jemného zrnění, některé s vysokým obsahem železa nebo jiných užitkových kovů, jako jsou vysokopecní i ocelárenské úlety, prachy, výhozy a kaly, využít ve výrobě. Dále jsou to odpady při těžbě různých druhů rud a různé strusky, kaly a loužence při výrobě neželezných kovů.The roasting method according to the invention is suitable for the treatment and processing of basic metal-bearing granular raw materials, but mainly also for the treatment and processing of various metal-bearing waste, so-called secondary raw materials. The method makes it possible to use said wastes, mostly fine-grained, some with a high content of iron or other useful metals, such as blast furnace and steelworks, dusts, discharges and sludges, in production. Furthermore, it is waste from the mining of various types of ores and various slags, sludges and leachates in the production of non-ferrous metals.

Spalováním směsi plynného paliva se vzduchem ve vrstvě zrnitého materiálu dochází k dokonalému promíchávání vsázky a k rychlému ohřátí na potřebnou teplotu pražení. Stejně rychle dochází, vzhledem k malému objemu jednotlivých částic, k přeměně chemických i mineralogických vazeb mezi sebou v jednotlivých zrnech vsázky, při současném uvolnění užitkových kovonosných složek.Combustion of the mixture of gaseous fuel with air in the layer of granular material results in perfect mixing of the charge and rapid heating to the required roasting temperature. Due to the small volume of the individual particles, the chemical and mineralogical bonds with each other in the individual grains of the charge are converted just as quickly, while the useful metal-bearing components are released.

Pro pražení odpadů fluidní technikou, je předem nutné patřičně upravit vhodnou zrnitost. Nejvhodnější je zrnění od 0,5 až 4 mm, které možno dosáhnout známými způsoby. Pro prachové materiály je známé sbalování na peletisační míse, výroba mikropelet, které séFor roasting waste by fluid technology, it is necessary to adjust the appropriate grain size in advance. Most suitable is a grain size of 0.5 to 4 mm, which can be achieved by known methods. For dusty materials it is known to pack on a pelletizing bowl, the production of micropellets which are

CS 276 452 B6 2 připravují, podle potřeby i s přísadou pojivá, pro redukční pražení i s přísadou redukční látky, mletého uhlí koksu a podobně. Také kaly je nutno před pražením ve fluidní vrstvě upravit na vhodnou zrnitost. Dobře se uplatnil způsob vysušování kalů odpadním teplem v bubnových sušárnách na pohyblivých pásech nebo roštech. Suchý kal se následovně drtí na potřebnou zrnitost a jemný podíl sbaluje.CS 276 452 B6 2 prepare, if necessary also with the addition of a binder, for reduction roasting also with the addition of a reducing agent, ground coke coal and the like. The sludge must also be adjusted to a suitable grain size before roasting in a fluidized bed. The method of drying sludge with waste heat in drum dryers on moving belts or grids has worked well. The dry sludge is then crushed to the required grain size and the fine fraction is packed.

Vířivě fluidační pražení zrnitého materiálu se provádí v zařízení s děrovaným roštem. Dmýchání směsi plynu se vzduchem se děje skrze děrovaný rošt směrem vzhůru do vrstvy zrnitého materiálu na roštu. Jednotlivé otvory o průměru 1 až 3 mm, podle druhu materiálu a jeho hmotnosti, s celkovým průřezem všech otvorů dohromady 2 až 6 % celkové plochy roštu, musí být provedeny stejnoměrně po celé ploše roštu. Místo děrovaného roštu pro přívod plynu a vzduchu možno použít rošt s rozviřovacími tryskami, zabudovanými do roštu.The vortex fluidization roasting of the granular material is carried out in a perforated grate device. The mixture of gas and air is blown through the perforated grate upwards into the layer of granular material on the grate. Individual holes with a diameter of 1 to 3 mm, depending on the type of material and its weight, with a total cross-section of all holes together of 2 to 6% of the total area of the grate, must be made evenly over the entire area of the grate. Instead of a perforated grate for the supply of gas and air, a grate with swirling nozzles built into the grate can be used.

Proces vířivě fluidačního pražení probíhá v jednom sledu při různě nastavitelných teplotách v jednotlivých úsecích vířivé vrstvy na roštu nad mísícími komorami, do kterých jsou zaústěny přívody s regulací množství plynu a vzduchu. 'The vortex fluidization roasting process takes place in one sequence at differently adjustable temperatures in individual sections of the vortex layer on the grate above the mixing chambers, into which the inlets with regulation of the amount of gas and air open. '

Příkladné provedení zařízení k vířivě fluidačnímu pražení je schematicky znázorněno na připojeném výkrese, kde na obr. 1 je svislý osový řez zařízením a v nárysu a na obr. 2 je pohled na zařízení v půdorysu.An exemplary embodiment of a fluidized bed roasting apparatus is schematically shown in the accompanying drawing, where Fig. 1 is a vertical axial section of the apparatus and in front view, and Fig. 2 is a plan view of the apparatus.

Zařízení je v podstatě plynule pracující pec obdélníkového nebo jiného průřezu s děrovaným roštem £ a obvodovými stěnami 2, prostor pod roštem £ je rozdělen přepážkami £ na jednotlivé mísicí komory £, do každé je zaústěn přívod £ plynu a přívod £ vzduchu. Na přívod 6 vzduchu je napojen přívod £ pro případné přidávání redukční směsi do vzduchu během redukčního Vířivě fluidačního pražení. Materiál je přiváděn žlabem £ přes síto £ na rošt £, po kterém zrnitý materiál 10 protéká mezi přepážkami 11 meandrovitě, jak ukazují šipky 12, k výpadovému otvoru 13. Síto £ s otvory max. 5 mm má za účel zachytit zrna větších rozměrů. Výška vířivé vrstvy zrnitého materiálu 10 na roštu £ je udržována přepadem 14. Podle potřeby je možno regulovat výšku vrstvy materiálu 10 na jednotlivých úsecích roštu £ nad mísícími komorami £ zasunutými přesypy £5.The device is essentially a continuously operating furnace of rectangular or other cross-section with a perforated grate 6 and circumferential walls 2, the space under the grate 6 being divided by partitions 6 into individual mixing chambers 6, into each of which a gas inlet and an air inlet open. An inlet 6 is connected to the air inlet 6 for possible addition of the reducing mixture to the air during the reduction vortex fluidization roasting. The material is fed through a chute £ via a screen £ to a grate £, after which the granular material 10 flows meanderingly between the partitions 11, as indicated by the arrows 12, to the outlet opening 13. The screen £ with openings of max. 5 mm is intended to catch larger grains. The height of the fluidized bed of granular material 10 on the grate £ is maintained by the overflow 14. If necessary, it is possible to regulate the height of the layer of material 10 on the individual sections of the grate £ above the mixing chambers £ inserted by overflows £ 5.

V zařízení byly praženy ocelárenské kaly s obsahem 55 až 60 % hmot. Fe, předem upravené na potřebnou zrnitost, znehodnoceně příměsí zinku v množství 1,5 % hmot. Po počátečním předehřátí ocólárenských kalů ve fluidní vrstvě na teplotu přibližně 750 °C nastalo vzplanutí přiváděné Vzduchopalivové směsi přímo ve vrstvě zrnitého materiálu. Následně byly seškrceny přívody vzduchu a paliva do fluidní vrstvy, která dále vířila turbulentně, pouze kinetickou energií spalin.The plant was roasted steelworks sludge with a content of 55 to 60% by weight. Fe, pre-adjusted to the required grain size, degraded by zinc in an amount of 1.5% by weight. After the initial preheating of the ocular sludge in the fluidized bed to a temperature of approximately 750 ° C, the feed of the Airfuel mixture ignited directly in the layer of granular material. Subsequently, the air and fuel inlets were restricted to the fluidized bed, which further swirled turbulently, only by the kinetic energy of the flue gases.

Při vířivě fluidním pražení se po 5 minutách snížil obsah Zn na 0,2 % hmot., po dalších 5 min pod 0,10 % Zn, při průměrné teplotě 1 100 °C. Současně dochází k částečné redukci železa na tzv. houbu.In vortex fluid roasting, the Zn content decreased to 0.2% by weight after 5 minutes, below 0.10% Zn after a further 5 minutes, at an average temperature of 1100 ° C. At the same time, there is a partial reduction of iron to the so-called sponge.

Při pomalu probíhajících reakcích, zejména u výměnných reakcí, kdy během pražení dochází v tuhé fázi k výměně některých prvků odpadu s prvky příměsi, vyžaduje pražení delší dobu. Například při pražení loužence s přísadou reakční látky, předem upraveného na potřebnou zrnitost, probíhají reakce mezi chromém v louženci a prvky příměsi velmi pomalu a nutno prodloužit vířivou dráhu na roštu.In the case of slow-moving reactions, in particular in exchange reactions, in which some elements of the waste are exchanged with elements of impurities in the solid phase during roasting, roasting requires a longer time. For example, when roasting a leachate with the addition of a reactant, pre-adjusted to the required grain size, the reactions between the chromium in the leachate and the elements of the admixture proceed very slowly and it is necessary to extend the swirl path on the grate.

Vypražené zrnité základní i druhotné suroviny nutno nakonec převést v kusový materiál, vhodné velikosti, pro další zpracování v hutním cyklu. Při úpravě kusovosti nutno rozlišovat odpady se střední a vysokou kovnatostí a odpady s nízkým obsahem kovonosné substance, kterou nutno, například magnetickou separací, oddělit od hlušiny v podobě koncentrátu.The fried granular basic and secondary raw materials must finally be converted into piece material, of suitable size, for further processing in the metallurgical cycle. When modifying the piece size, it is necessary to distinguish between wastes with medium and high metallicity and wastes with a low content of metal-bearing substance, which must be separated from the tailings in the form of a concentrate, for example by magnetic separation.

V prvním případě možno vypražený zrnitý materiál převést v kusový briketací za horka. Například na výpad žhavého materiálu z roštu se napojí briketační zařízení válcovitého typu, což umožňuje současně využít teplo praženého materiálu pro samozpevnění briket. Další možnost zkusovění vypraženého zrnitého materiálu s vysokou kovnatostí je spečení materiálu přímo na roštu. Při zvýšení teploty v poslední fázi pražení dojde rychle ke spečení celé vsázky na roštu a utvoří se kusy pevné a těžké, slinuté kysličníky železa.In the first case, the fried granular material can be converted into hot briquetting. For example, a briquetting device of the cylindrical type is connected to the discharge of hot material from the grate, which makes it possible to use the heat of the roasted material at the same time to self-strengthen the briquettes. Another possibility of testing fried granular material with high metallicity is the sintering of the material directly on the grate. As the temperature rises in the last stage of roasting, the entire charge is quickly sintered on the grate and pieces of solid and heavy, sintered iron oxides are formed.

3' CS 276 452 B63 'CS 276 452 B6

Způsob plynulého vířivě fluidního pražení zrnitých materiálů, vířených pouze kinetickou energií spalin, přičemž turbulentně vířivý žhavý materiál teče na roštu jako kapalina, lze s výhodou použít v mnoha odvětvích průmyslu pro pražení nebo vypalování výchozích surovin a různých i nekovonosných odpadů v zrnitém stavu.The method of continuous vortex fluid roasting of granular materials, vortexed only by the kinetic energy of the flue gas, the turbulently vortex hot material flowing on the grate as a liquid, can be advantageously used in many industries for roasting or burning starting materials and various non-metallic granular wastes.

Popsaný způsob vířivě fluidního pražení zrnitého materiálu, turbulentně vířeného pouze kinetickou energií spalin, je pro odlišení od běžně známých fluidních způsobů, nazván vířivě fluidační.The described method of vortex fluid roasting of granular material, turbulently vortexed only by the kinetic energy of the flue gas, is called vortex fluidization to distinguish it from the commonly known fluid methods.

Claims

PATENT CLAIMS

A method of continuous vortex fluidization roasting of granular ores and metal-bearing waste materials, in which a mixture of air and fuel is fed into the layer of granular material on a grate from below, burning on the surface of the granular material layer and simultaneously measuring the temperature in the granular material layer. that when measuring the temperature of the granular material 700 to 900 ° C, and after igniting the air-fuel mixture directly in the layer of granular material, the volume of the supplied air-fuel mixture into the turbulent fluid layer, further swirled only by the kinetic energy of the flue gas