DD262677A5 - METHOD AND APPARATUS FOR OBTAINING METALS OR METAL ALLOYS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen, bei dem Metalle bzw. Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen, durch Reduktion von Metalloxiden in einer Reduktionszone, die aus einem von Reduktionsgas durchstroemten Kohlebett gebildet wird, gewonnen werden. Um Metalle zu erhalten, welche eine hohe Affinitaet zu Sauerstoff besitzen, wird stueckiges, oxidisches Einsatzmaterial unter Schwerkrafteinwirkung durch das Kohlebett, bestehend aus drei Festbettschichten geleitet, wobei eine unterste, einen fluessigen Sumpf aus reduziertem Metall und Schlacke bedeckende Schicht aus entgaster Kohle vorgesehen wird. Weiterhin wird in eine mittlere Schicht Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingeleitet, um ein im wesentlichen aus CO bestehendes heisses Reduktionsgas zu bilden, und in eine oberste Schicht werden Verbrennungsgase aus Kohlenstoffteilchen und Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigem Gas eingeleitet. FigurThe invention relates to a method and a plant for recovering metals or metal alloys, in which metals or metal alloys, in particular ferroalloys, by reduction of metal oxides in a reduction zone, which is formed from a carbon gas permeated by reducing coal bed, are obtained. In order to obtain metals which have a high affinity for oxygen, heavy-duty oxidic feedstock is passed through the coal bed consisting of three fixed bed layers, providing a lowermost degassed coal bed covering a reduced metal and slag liquid sump. Further, oxygen or an oxygen-containing gas is introduced into a middle layer to form a hot reducing gas consisting essentially of CO, and combustion gases of carbon particles and oxygen or oxygen-containing gas are introduced into an uppermost layer. figure
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen durch Reduktion von Metalloxiden in einer Reduktionszone, die aus einem von Reduktionsgas durchströmten Kohlebett gebildet wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a process for the recovery of metals or metal alloys, in particular ferroalloys by reduction of metal oxides in a reduction zone, which is formed from a carbon bed through which the reducing gas flows, and to a plant for carrying out the process.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik —Characteristic of the known state of the art -
Inder EP-A-0174291 ist ein Verfahren zum Schmelzen von Metallen, wie Kupfer, Blei, Zink, Nickel, Kobalt undZinn, aus oxidischen feinkörnigen Nichteisenmetallerzen beschrieben, wobei das Einsatzmaterial in eine Reduktionszone eingebracht wird, die von einer Kohlewirbelschicht in einem Einschmelzvergaser gebildet wird. Beim Passieren dieser Reduktionszone wird das oxidische Einsatzmaterial zu Metall reduziert, welches im unteren Teil des Einschmelzvergasers gesammelt wird. Es hat sich gezeigt, daß das Verfahren nach der EP-A-0174291 zur Reduktion von Oxiden, die mit elementarem Kohlenstoff bei Temperaturen unter 1000°C reagieren, mit Vorteil angewendet werden kann, daß es jedoch bei der Gewinnung von Metallen undIn EP-A-0174291 a process is described for melting metals such as copper, lead, zinc, nickel, cobalt and tin from fine grained non-ferrous metal ores wherein the feedstock is introduced into a reduction zone formed by a coal fluidized bed in a melter gasifier , As it passes through this reduction zone, the oxide feedstock is reduced to metal, which is collected in the lower part of the melter gasifier. It has been found that the process according to EP-A-0174291 can be used with advantage for the reduction of oxides reacting with elemental carbon at temperatures below 1000 ° C, but that it can be used in the recovery of metals and
Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen, wie Ferromangan, Ferrochrom und Ferrosilicium, welche aus ihren Oxiden erst bei Temperaturen von über 1000°C mit elementarem Kohlenstoff als Reduktionsmittel gewonnen werden können, zu Schwierigkeiten kommen kann, weil die Kontaktzeit dieses bei höheren Temperaturen reagierenden oxidischen Einsatzmaterials mit den die Wirbelschicht bildenden Kohlenstoffteilchen relativ kurz ist.Metal alloys, in particular ferroalloys, such as ferromanganese, ferrochrome and ferrosilicon, which can be obtained from their oxides only at temperatures above 1000 ° C with elemental carbon as the reducing agent, may cause difficulties because the contact time of this reaction at higher temperatures oxidic feedstock with the the fluidized bed-forming carbon particles is relatively short.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen zur Anwendung zu bringen, mit dem eine Gewinnung von Metallen und Metallegierungen unter günstigen technologischen und kostensenkenden energetischen Bedingungen vorgenommen werden kann.It is the object of the invention to use a method and a plant for the production of metals or metal alloys, with which a recovery of metals and metal alloys can be carried out under favorable technological and cost-reducing energetic conditions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen durch Reduktion von Metalloxiden in einer Reduktionszone, die aus einem von Reduktionsgas durchströmten Kohlebett gebildet wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche es ermöglichen, Metalle und Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen, wie Ferromangan, Ferrochrom und Ferrosilicium, aus stückigem oxidischem Einsatzmaterial in einem Einschmelzvergaser herzustellen, wobei das Metall eine so hohe Affinität zu Sauerstoff hat, daß es erst oberhalb 10OO0C mit elementarem Kohlenstoff reagiert.The invention has for its object to provide a method for recovering metals or metal alloys, in particular ferroalloys by reduction of metal oxides in a reduction zone, which is formed from a coal bed of carbon dioxide flowing through, as well as a system for performing the method, which make it possible , metals and metal alloys, in particular of ferro-alloys, such as ferro manganese, ferro chromium and ferro-silicon to produce from lumpy oxidic feedstock in a melter gasifier, wherein the metal has such a high affinity for oxygen, it reacts only above 10OO 0 C with elemental carbon.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stückiges oxidisches Einsatzmaterial unter Schwerkrafteinwirkung durch ein Kohlefestbett, bestehend aus drei Schichten, geleitet wird, wobeiThis object is achieved in that lumpy oxidic feed is passed under the action of gravity through a fixed bed of coal, consisting of three layers, wherein
— eine unterste, einen flüssigen Sumpf aus reduziertem Metall und Schlacke bedeckende Schicht aus entgaster Kohle vorgesehen wird,A lowermost slag of reduced-metal and slag-covering layer of degassed coal is provided,
— in eine mittlere Schicht Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingeleitet wird, um ein im wesentlichen aus CO bestehendes heißes Reduktionsgas zu bilden, und- In a middle layer of oxygen or an oxygen-containing gas is introduced to form a consisting essentially of CO hot reducing gas, and
— in eine oberste Schicht Verbrennungsgase aus Kohlenstoffteilchen und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältiges Gas eingeleitet werden.Combustion gases of carbon particles and oxygen or oxygen-containing gas are introduced into a topmost layer.
Vorteilhaft wird stückiges oxidisches Einsatzmaterial mit einer Korngröße von 6 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 30 mm, eingesetzt.It is advantageous to use lumpy oxidic feedstock having a particle size of 6 to 50 mm, preferably 10 to 30 mm.
Zweckmäßig wird zur Bildung der Festbettschichten Kohle mit einer Korngröße von 5 bis 100mm, insbesondere 5 bis 30 mm, verwendet.It is expedient to use coal having a particle size of 5 to 100 mm, in particular 5 to 30 mm, for the formation of the fixed bed layers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dicke der mittleren und obersten Festbettschicht zwischen 1 und 4m gehalten.According to a preferred embodiment, the thickness of the middle and uppermost fixed bed layer is kept between 1 and 4 m.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß aus dem die Festbettschichten (Reduktionszonen) passierenden Abgas staubförmige Kohlenstoffteilchen abgeschieden werden und diese Kohlenstoffteilchen, vorzugsweise in heißem Zustand, zusammen mit Sauerstoff oder sauerstoffhältigem Gas Brennern zugeführt werden, die in die oberste Festbettschicht gerichtet sind.A further embodiment of the method according to the invention is characterized in that dust-shaped carbon particles are deposited from the exhaust gas passing through the fixed bed layers (reduction zones) and these carbon particles, preferably in the hot state, are fed together with oxygen or oxygen-containing gas to burners which are directed into the uppermost fixed bed layer ,
Als Kohle wird vorzugsweise solche Kohle eingesetzt, die nach der Entgasung ihren stückigen Charakter beibehält, so daß bei einem eingesetzten Korngrößenbereich von 5 bis 100 mm, vorzugsweise 5 bis 30 mm, nach Entgasung noch mindestens 50% der entstandenen entgasten Kohle innerhalb des ursprünglichen Korngrößenbereiches von 5 bis 100mm bzw. von 5 bis 30 mm vorhanden ist und der Rest als Unterkorn vorliegt.As coal, preferably such coal is used, which retains its lumpy character after degassing, so that at a grain size range used from 5 to 100 mm, preferably 5 to 30 mm, after degassing at least 50% of the resulting degassed coal within the original particle size range of 5 to 100mm or from 5 to 30 mm is present and the rest is present as undersize.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß alle bekannten Vorteile der Reduktionsprozesse in mit fossiler Energie gefeuerten Schachtofen erhalten bleiben, wie Gegenstromwärmetausch, metallurgische Reaktion im Festbett mit elementarem Kohlenstoff, welche für die Reduktion von Oxiden unedler Metalle erforderlich ist, sowie gute Trennung von Metall und Schlacke.The inventive method has the advantage that all known advantages of the reduction processes in fossil-fired shaft furnace remain, such as countercurrent heat exchange, metallurgical reaction in a fixed bed with elemental carbon, which is required for the reduction of oxides of base metals, and good separation of metal and Slag.
Die Verkokung bzw. die Entgasung von Kohle kann ohne Bildung von Teer und anderer kondensierbarer Verbindungen durchgeführt werden. Das bei der Entgasung der Kohle gebildete Gas wirkt als zusätzliches Reduktionsmittel zu den aus der Vergasung der entgasten Kohle gebildeten Reduktionsgasen.The coking or degassing of coal can be carried out without the formation of tar and other condensable compounds. The gas formed during the degassing of the coal acts as an additional reducing agent to the reducing gases formed from the gasification of the degassed coal.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Reduktion von Oxiden unedler Elemente, wie beispielsweise Silicium, Chrom, Mangan ohne Verwendung von elektrischer Energie durchgeführt werden kann. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einfache Weise die für die Entgasung der Kohle erforderliche Energie gesteuert, da das Unterkorn (kleiner als 5mm) mit den heißen Abgasen des Einschmelzvergasers ausgetragen, abgeschieden, in die obere Einblaszone sauerstoffhältiger Gase rückgeführt und mittels der sauerstoffhältigen Gase oxidiert wird, wobei Wärme frei wird.A particular advantage of the method is the fact that the reduction of oxides of base elements, such as silicon, chromium, manganese can be carried out without the use of electrical energy. In the process according to the invention, the energy required for degassing the coal is controlled in a simple manner since the undersize (less than 5 mm) is discharged with the hot exhaust gases of the melter gasifier, separated, returned to the upper injection zone of oxygen-containing gases and oxidized by means of the oxygen-containing gases, whereby heat is released.
Das Kornzerfallsverhalten wird so getestet, daß eine Kornfraktion von 16 bis 20mm einer einstündigen Entgasung in einer auf 14000C vorerhitzten Kammer unterworfen wird. Das Kammervolumen beträgt 12dm3. Nach Abkühlung durch Spülen mit kaltem Inertgas wird die Kornverteilung bestimmt.The grain disintegration behavior is tested so that a grain fraction of 16 to 20mm of a one-hour degassing in a preheated to 1400 0 C chamber is subjected. The chamber volume is 12dm 3 . After cooling by rinsing with cold inert gas, the particle size distribution is determined.
Die Erfindung umfaßt des weiteren eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem feuerfest ausgekleideten schachtförmigen Einschmelzvergaser, der im Oberteil Chargieröffnungen zum Einbringen von Kohle und von stückigem oxidischem Einsatzmaterial sowie eine Ableitung für Abgas aufweist, die Seitenwand des Einschmelzvergasers von Zuleitungen für Kohle und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältiges Gas durchsetzt ist und ein unterer Abschnitt zum Sammeln von schmelzflüssigem Metall und flüssiger Schlacke vorgesehen ist. Diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß unter Bildung von drei übereinander angeordneten Festbettschichten A, B, CThe invention further comprises a plant for carrying out the method with a refractory lined shaft-shaped melter gasifier having in the upper part Chargieröffnungen for introducing coal and particulate oxide feedstock and a derivative for exhaust gas, the side wall of the melter gasifier of coal and oxygen and oxygen-containing gas is interspersed and a lower section for collecting molten metal and liquid slag is provided. This plant is characterized in that the formation of three superimposed fixed bed layers A, B, C
— im Bereich zwischen der untersten Festbettschicht A und der mittleren Festbettschicht B ein Kranz von Einblasrohren für Sauerstoff bzw. sauerstoffhältiges Gas vorgesehen ist, undIn the area between the lowermost fixed-bed layer A and the middle fixed-bed layer B, a ring of injection pipes for oxygen or oxygen-containing gas is provided, and
Kohlenstoffteiichen und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältigem Gas beschickten Brennern vorgesehen ist. Vorteilhaft ist in der Ableitung für Abgas ein Heißzyklon zum Abscheiden von Kohlenstoffteilchen aus dem Abgas vorgesehen und das Austragsende dieses Heißzyklons ist mit dem Kranz von Brennern leitungsmäßig verbunden.Carbon particles and oxygen or oxygen-containing gas fed burners is provided. Advantageously, a hot cyclone for separating carbon particles from the exhaust gas is provided in the discharge for exhaust gas and the discharge end of this hot cyclone is connected in terms of line with the ring of burners.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage zur Durchführung des Verfahrens sind in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Zeichnung einer schematischen Darstellung des Einschmelzvergasers mit daran angeschlossenen Zusatzeinrichtungen entspricht.The method and the system for carrying out the method according to the invention are explained in more detail in an exemplary embodiment, wherein the drawing corresponds to a schematic representation of the melter gasifier with additional devices connected thereto.
Ein schachtförmiger Einschmelzvergaser 1 ist mit einer feuerfesten Auskleidung 2 versehen. Der Bodenbereich des Einschmelzvergasers 1 dient zur Aufnahme von schmelzflüssigem Metall 3 und schmelzflüssiger Schlacke 4. Eine Abstichöffnung 5 für Metall 3 und eine Abstichöffnung 6 für die Schlacke ist funktionell angeordnet. Im Oberteil des Einschmelzvergasers 1 ist eine Chargieröffnung 7 zur Zugabe von stückiger Kohle sowie eine Chargieröffnung 9 für stückiges oxidisches Einsatzmaterial vorgesehen. Oberhalb des Flüssigsumpfes ist das Kohlefestbett ausgebildet, u. zw. durch eine nicht durchgaste unterste Festbettschicht A aus entgaster Kohle, eine darüber befindliche durchgaste mittlere Festbettschicht B aus entgaster Kohle und eine darüber befindliche durchgaste oberste Festbettschicht C aus stückiger Kohle. Die Seitenwand des Einschmelzvergasers 1 ist von Einblasrohren 8 durchsetzt, u. zw. von einem Kranz von Einblasrohren 8 für Sauerstoff oder sauerstoffhältige Gase. Diese Einblasrohre 8 sind im Grenzbereich zwischen der nicht durchgasten Festbettschicht A und der Festbettschicht B angeordnet.A shaft-shaped melter gasifier 1 is provided with a refractory lining 2. The bottom portion of the melter gasifier 1 serves to receive molten metal 3 and molten slag 4. A taphole 5 for metal 3 and a taphole 6 for the slag is functionally arranged. In the upper part of the melter gasifier 1, a charging opening 7 for adding lumpy coal and a charging opening 9 for lumpy oxidic feedstock is provided. Above the liquid sump the coal fixed bed is formed, u. zw. By not durchgaste bottom Festbettschicht A degassed coal, an overlying durchgaste medium fixed bed layer B of degassed coal and an overlying durchgaste top fixed bed layer C of lumpy coal. The side wall of the melter gasifier 1 is penetrated by injection pipes 8, u. between a ring of injection tubes 8 for oxygen or oxygen-containing gases. These injection pipes 8 are arranged in the boundary region between the non-solidified bedding layer A and the fixed bed layer B.
Im Abstand darüber, u. zw. im Grenzbereich zwischen der Festbettschicht B und der Festbettschicht C, ist ein Kranz von die Seitenwand des Einschmelzvergasers 1 durchsetzenden Brennern 10 vorgesehen, in welche ein Gemisch aus staubförmigen Kohlenstoffteilchen und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältigem Gas eingeführt wird. Vom oberen Teil des Einschmelzvergasers 1 führt eine Ableitung 11 weg, die das entstandene Abgas zu einem Heißzyklon 12 führt. Staubförmige Kohlenstoffteilchen, die in dem Abgas suspendiert sind, werden im Heißzyklon 12 abgeschieden und vom Austragsende des Heißzyklon 12, in welchem eine Dosiereinrichtung 13 vorgesehen ist, durch eine Leitung 14 den kranzförmig angeordneten Brennern 10 zugeführt. Eine zu den Brennern 10 führende Leitung 15 ist für sauerstoffhältiges Gas vorgesehen. Mit der Dosiereinrichtung 13 kann der Füllstand des Heißzyklons 12 geregelt und die Abscheidewirkung des Heißzyklons 12 beeinflußt werden. Vom Oberteil des Heißzyklons 12 wird Abgas durch die Leitung 16 abgeführt.In the distance above, u. zw. in the boundary region between the fixed bed layer B and the fixed bed layer C, a ring of the side wall of the melter gasifier 1 passing through burner 10 is provided, in which a mixture of dust-like carbon particles and oxygen or oxygen-containing gas is introduced. From the upper part of the melter gasifier 1, a discharge line 11 leads away, which leads the resulting exhaust gas to a hot cyclone 12. Dust-shaped carbon particles suspended in the exhaust gas are separated in the hot cyclone 12 and supplied from the discharge end of the hot cyclone 12, in which a metering device 13 is provided, through a conduit 14 to the torches 10 arranged in a ring shape. A conduit 15 leading to the burners 10 is provided for oxygen-containing gas. With the metering device 13, the level of the hot cyclone 12 can be controlled and the separation efficiency of the hot cyclone 12 can be influenced. From the top of the hot cyclone 12 exhaust gas is discharged through the conduit 16.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft so ausgeführt, daß durch die Chargieröffnungen 8 im Oberteil des Einschmelzvergasers 1 Kohle und stückige oxidischs Einsatzmaterial gemeinsam eingebracht werden. Die Kohle wird in der Festbettschicht C entgast. Die für die Entgasung erforderliche Wärme wird einerseits von den heißen Reduktionsgasen geliefert, die aus der Festbettschicht B aufsteigen, andererseits durch Verbrennungswärme der Kohlenstoffteilchen, die mittels sauerstoffhältigerGasein den Brennern 10 verbrannt werden. Die vertikale Erstreckung der Festbettschicht C wird so gewählt, daß das die Festbettschicht C verlassende Gas eine Mindesttemperatur von 950°C aufweist. Dadurch ist sichergestellt, daß Teere und andere kondensierbare Verbindungen gekrackt werden. Eine Verstopfung der obersten Festbettschicht C ist damit ausgeschlossen. In der Praxis erweist sich eine Schichtdicke für die Festbettschicht C von 1 bis 4m als vorteilhaft. Eine vertikale Erstreckung von 1 bis 4m erweist sich auch für die Festbettschicht B als vorteilhaft. Die in der Festbettschicht C entgaste Kohle bildet beim Absinken nach unten die Festbettschicht B.The process according to the invention is advantageously carried out in such a way that coal and particulate oxidic feed are introduced together through the charging openings 8 in the upper part of the melter gasifier 1. The coal is degassed in the fixed bed layer C. The heat required for the degassing is supplied on the one hand by the hot reducing gases rising from the fixed bed layer B, on the other hand by combustion heat of the carbon particles burned by the burners 10 by means of oxygen-containing gas. The vertical extent of the fixed-bed layer C is chosen such that the gas leaving the fixed-bed layer C has a minimum temperature of 950 ° C. This ensures that tars and other condensable compounds are cracked. A blockage of the topmost fixed bed layer C is excluded. In practice, a layer thickness for the fixed-bed layer C of 1 to 4 m proves to be advantageous. A vertical extension of 1 to 4m also proves to be advantageous for the fixed-bed layer B. The carbon degassed in the fixed-bed layer C forms the fixed-bed layer B when it sinks downwards.
Das stückige oxidische Einsatzmaterial wird in der Festbettschicht B aufgeschmolzen und durch den elementaren Kohlenstoff reduziert. Die für das Schmelzen und die Reduktion erforderliche Wärme wird durch Vergasung von heißer entgaster Kohle mittels sauerstoffhaltiger Gase, die über die Einblasrohre 8 in den Vergaser eingebracht werden, aufgebracht. Das in der Festbettschicht B entstehende schmelzflüssige Metall und die schmelzflüssige Schlacke fließen nach unten und werden unterhalb der Festbettschicht A gesammelt und abgestochen.The lumpy oxide feedstock is melted in the fixed bed layer B and reduced by the elemental carbon. The heat required for melting and reduction is applied by gasification of hot degassed coal by means of oxygen-containing gases which are introduced into the gasifier via the injection pipes 8. The molten metal and the molten slag produced in the packed bed layer B flow downward and are collected below the packed bed layer A and tapped.
Beispielhaft soll das Verfahren bei der Herstellung von Ferromangan dargelegt werden. Ί.By way of example, the method in the production of ferromanganese will be set forth. Ί.
25%flüchtige Bestandteile 10% Asche 4% H2O25% volatiles 10% ash 4% H 2 O
Kornband: 1-40 mm 0Grain belt: 1-40 mm 0
Einsatz 1 750 kg Kohle pro t Ferromangan 75%igUse 1 750 kg of coal per t of ferromanganese 75%
3. Ferromangananalyse:3. Ferromanganese Analysis:
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Legal Events
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| IF04 | In force in the year 2004 |
Expiry date: 20040325 |