DE102016105574A1

DE102016105574A1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines schwefelhaltigen Erzes

Info

Publication number: DE102016105574A1
Application number: DE102016105574.3A
Authority: DE
Inventors: Hannes Storch; Daum Karl-Heinz; Jörg Hammerschmidt; Stefan Bräuner; Alexandros Charitos; Jochen Güntner
Original assignee: Outotec Finland Oy
Current assignee: Outotec Finland Oy
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Also published as: CA3018017C; EP3433388B1; WO2017162857A1; CL2018002651A1; RS61023B1; US20190017143A1; CN108884514A; PL3433388T3; EP3433388A1; EA201891921A1; CA3018017A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung einer schwefelhaltigen Erzes, in welchem das Erz bei Temperaturen zwischen 600 und 1200 °C in Gegenwart von Sauerstoff in einem Reaktor geröstet wird, so dass zwischen 1 und 90 Gew.-% des im Erz enthaltenen Schwefels zu Schwefeldioxid verbrannt und enthaltene Verunreinigungen gasförmig ausgetrieben werden. Das entstehende, das Schwefeldioxid enthaltendes Abgas wird einer wenigstens eine Komponente aufweisenden Gasreinigung zugeführt und/oder das geröstete Erz wird wenigstens einer weiteren Prozessstufe zugeführt. Ein Abgas aus der Gasreinigung und/oder der Prozessstufe und/oder ein zur Kühlung innerhalb der Gasreinigung oder ein zur Kühlung innerhalb der weiteren Prozessstufe verwendetes Gas wird als Recyclinggas mit einer Temperatur > 100 °C wenigstens teilweise in den Reaktor zurückgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur thermischen Behandlung einer schwefelhaltigen Erzes, in welchem das Erz bei Temperaturen zwischen 600 und 1200 °C in Gegenwart von Sauerstoff in einem Reaktor geröstet wird, so dass zwischen 1 und 90 Gew.-% des im Erz enthaltenen Schwefels zu Schwefeldioxid verbrannt und enthaltene Verunreinigungen gasförmig ausgetrieben werden, in welchem entstehendes, das Schwefeldioxid enthaltendes Abgas einer wenigstens eine Komponente aufweisenden Gasreinigung zugeführt und/oder in welchem das geröstete Erz wenigstens einer weiteren Prozessstufe zugeführt wird.
Durch die zunehmende Nachfrage von Rohstoffen werden metallische Vorkommen, insbesondere auch kupfer-, kobalt-, gold- und nickelhaltige Erze, immer weiter ausgebeutet. Dies führt dazu, dass leicht zugängliche oder hochreine Vorkommen mittlerweile stark erschöpft sind. Nun abgebaute Erzvorkommen weisen einen größeren Anteil von Verunreinigungen auf, insbesondere ist bei kupfer-, kobalt- und/oder nickelhaltigen Erzen das Vorkommen von Arsen und Antimon bekannt. Der Gehalt dieser Verunreinigungen muss stark reduziert werden, bevor das Erz geschmolzen wird.
Üblicherweise wird dazu das Erz bei einer Temperatur zwischen 600 und 1200 °C, vorzugsweise 600 bis 900 °C, erhitzt. Dieser Vorgang wird auch als Rösten bezeichnet. Durch das Erhitzen verbrennt ebenfalls im Erz enthaltener Schwefel zu Schwefeldioxid (SO₂), wodurch wiederum Wärme freigesetzt wird. Vorzugsweise kann daher dieser Prozess nach dem Zünden mit extern zugeführtem Brennstoff autotherm geführt werden.
Aufgrund der stärkeren Verunreinigung des verwendeten Erzes und damit verbunden der Notwendigkeit, größere Anteile zu verdampfen, steigt der Energiebedarf dieses Verfahrens mit den Verunreinigungen des Erzes. Dadurch ist der enthaltene Schwefel entweder überhaupt nicht mehr in der Lage, eine autotherme Prozessführung zu ermöglichen oder aber ein sehr großer Anteil des enthaltenen Schwefels wird bereits während dieses Röstverfahrens verbraucht, wodurch in späterer Schmelze des Erzes mehr Brennstoff extern zugeführt werden muss.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem der Energiebedarf zur Entfernung von Verunreinigungen während des Röstens reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dazu wird ein schwefelhaltiges Erz in einen Reaktor eingebracht und dort bei einer Temperatur zwischen 600 und 1200 °C, bevorzugt 600 und 900 °C, besonders bevorzugt 650 bis 750 °C, in Gegenwart von Sauerstoff thermisch behandelt. Dadurch werden 1 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 60 Gew.-% des im Erz enthaltenen Schwefels zu Schwefeldioxid verbrannt und enthaltene Verunreinigungen gasförmig ausgetrieben. Ein solches Verfahren wird als partielle Röstung bezeichnet.

Ein typisches Erz hat dabei folgende Zusammensetzung: Tabelle 1: Typische Erzzusammensetzung.

Element	Bereich in Gew.-%	bevorzugter Bereich in Gew.-%
Kupfer	20–45	25–35
Kobalt	0–5	0–2
Schwefel	20–35	25–30
Arsen	1–15	2–5
Antimon	0–2	0.5–1
Iron	5–25	10–20

Durch die thermische Behandlung entsteht ein Abgas, welches sowohl das Schwefeldioxid als auch gasförmige Verunreinigungen enthält und welches einer Gasreinigung zugeführt wird, die wenigstens eine Komponente umfasst. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, das geröstete Erz wenigstens einer weiteren Prozessstufe zuzuführen.
Um den Energiebedarf in dem Verfahren zu verringern, werden entweder ein Abgas aus einer Komponente der Gasreinigung und/oder ein Abgas aus der weiteren Prozessstufe als Recyclinggas in den Reaktor zugeführt. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, ein zur Kühlung vor, innerhalb und/oder nach der Gasreinigung und/oder ein zur Kühlung vor, innerhalb und/oder nach einer Prozessstufe verwendetes Gas als Recyclinggas zu nutzen. In jedem Fall aber muss das Recyclinggas eine Temperatur von mehr als 100 °C aufweisen und somit durch Einbringung in den Reaktor den Energiebedarf für einen Betrieb im gegebenen Temperaturbereich verringern.
Dadurch wird der Energiebedarf im Reaktor verringert, wodurch weniger im Erz enthaltener Schwefel verbrannt werden muss. Dadurch können auch Erze mit geringerem Schwefelgehalt leichter geröstet werden. Weist das Erz zwar einen ausreichenden Schwefelbedarf für die Röstung auf, ist die erfindungsgemäße Verfahrensführung ebenfalls bevorzugt, da so das geröstete Erz einen größeren Schwefelgehalt aufweist, der wiederrum in nachgeschalteten Verarbeitungsstufen als interner Energielieferant wirken kann.
Vorzugweise enthalten die ausgetriebenen Verunreinigungen Arsen und/oder Antimon in Mengen zwischen 0,1 und 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 und 5 Gew.-%, bezogen auf die in den Reaktor eingebrachte Erzzusammensetzung. Arsen und Antimon sind Verbindungen, die insbesondere bei Temperaturen zwischen 650 und 750 °C verdampfen und somit gasförmig ausgetragen werden können. Gleichzeitig sind Arsen und Antimon hoch giftig und müssen daher möglichst früh aus dem Erz entfernt werden.
Bevorzugt enthält das Erz weiterhin wenigstens 20 Gew.-% Kupfer, Kobalt, Gold und/oder Nickel, wodurch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders wirtschaftlich ist.
Weiterhin sieht eine günstige Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Reaktor autotherm betrieben wird, d. h. dass im stationären Betrieb kein Brennstoff zugeführt oder der Reaktor gekühlt werden muss. Dies erleichtert den apparativen Aufwand deutlich, da so kein Brennstoff in den Reaktor eingebracht werden muss. Der autotherme Betrieb erfolgt dadurch, dass der im Erz ebenfalls enthaltene Schwefel zu SO₂ in ausreichender Menge verbrannt wird: S + O₂ -> SO₂, ΔH_R = –297,03 kJ.
Vorzugsweise wird dabei die Temperatur im Reaktor durch die Menge des zugeführten Sauerstoffs gesteuert, da nur so viel Schwefel verbrannt werden kann, wie Sauerstoff zur Verfügung gestellt wird.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Reaktor als Wirbelschichtreaktor betrieben wird. Besonders begünstigt ist es dabei, wenn das Recyclinggas als Fluidisierungsgas in die Wirbelschicht eingetragen wird. Zum einen wird so die Gasmenge für die Wirbelschicht vorerzeugt, zum anderen besteht nicht das Problem, dass durch kalte Fluidisierungsluft der Reaktor abgekühlt wird.
Vorteilhafterweise weist das Recyclinggas eine Temperatur zwischen 200 und 500 °C, besonders bevorzugt zwischen 300 und 450 °C, auf, da so möglichst viel Wärme in den Reaktor eingebracht wird. Gleichzeitig ist das Gas bei diesen Temperaturen nicht so heiß, dass das apparative Equipment zu hohen Temperaturen ausgesetzt wäre und dadurch entsprechend kostenintensiver in der Anschaffung wäre.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Recyclinggas einen Sauerstoffanteil zwischen 3 und 20 Gew.-% aufweist. Ein solcher Sauerstoffanteil ist bei der erfindungsgemäßen Reaktionsführung ausreichend, um den Reaktor bei den benötigten Temperaturen autotherm zu betreiben. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass aufgrund der Tatsache, dass nun weniger Schwefel zum Erreichen der benötigten Temperaturen verbrannt werden muss, der Reaktion auch weniger Sauerstoff angeboten werden muss. Durch eine Absenkung des Sauerstoffgehaltes ist es jedoch möglich, zuverlässig zu vermeiden, dass sich Arsen- und/oder Antimonoxide bilden, die dann nicht mehr gasförmig aus dem Erz entfernt werden können, sondern darin verbleiben und die Qualität mindern.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Recyclinggas eine Mischung aus mehreren Abgasen und/oder zur Kühlung verwendeter Gase ist. Insbesondere, wenn eine Mischung so erfolgt, dass der Sauerstoffgehalt gezielt auf die gewünschte Temperatur im Reaktor aufgrund der Schwefelverbrennung eingestellt wird, ist eine solche Mischung von Vorteil.
Zudem hat es sich als günstig herausgestellt, wenn das Erz nach dem Reaktor in eine als Schmelze ausgestaltete Prozessstufe eingeleitet wird und Gase aus dieser Schmelze und/oder einer ihr nachgeschalteten Kühlung als Recyclinggas oder Bestandteil des Recyclinggases in den Reaktor zurückgeführt wird. Der Vorteil liegt insbesondere darin, dass die Schmelze bei sehr hohen Temperaturen (> 1200 °C) durchgeführt wird, so dass auch Kühl- und/oder Abgas aus der Schmelze entsprechend hohe Temperaturen aufweisen und ein geringer Gesamtgasstrom zurückgeführt werden muss, da dieser bereits einen sehr hohen Energiegehalt hat. Es ist hierbei auch denkbar, dass geringe Mengen sehr heißes Kühl und/oder Abgas aus der Schmelze vor den Reaktor geführt wird, und dort mit Frischluft vermischt wird, so dass die Temperatur des Gases die Anlagenteile nicht unnötig belastet, der zurückgeführte Gasstrom aber geringer ist und somit auch die apparative Ausgestaltung kleiner dimensioniert werden kann.
Eine vorzugsweise Gestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Gasreinigung ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure aus dem im Abgas enthaltenen Schwefeldioxid umfasst. Ein solches Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure ist beispielsweise in der DE 10 2005 008109 A1 beschrieben. Ein solches Verfahren setzt vergleichsweise viel Energie frei, weshalb es von Vorteil ist, diese Energie in Form des Recyclinggases für die Röstung wieder zu verwenden.
Vorzugsweise wird in einem solchen Verfahren zunächst SO₂ unter Zugabe von Luft heterogen katalysiert zu SO₃ umgesetzt. Als Sauerstoffquelle dient dabei Luft. Neben SO₃ resultiert aus dieser Umsetzung auch ein sauerstoffarmes Gas, wobei sauerstoffarm im Sinne der Erfindung ein Sauerstoffanteil geringer als 21 Vol.-%, vorzugsweise geringer als 18 Vol.-%, meint. Dieses sauerstoffarme Gas kann dann erfindungsgemäß als Recyclinggas oder als Bestandteil des Recyclinggases in den Reaktor zurückgeführt werden, wodurch hier das Sauerstoffangebot minimiert und damit die Gefahr der Bildung von Arsen- und/oder Antimonoxiden deutlich verringert wird.
Enthält die Gasreinigung ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure aus SO₂, hat sich weiterhin als günstig herausgestellt, dass das SO₃ mit Schwefelsäure in wenigstens zwei Stufen absorbiert wird und zwischen zwei benachbarten Stufen die Schwefelsäure einen Wärmetauscher durchläuft. Ein solches Rückgewinnungsverfahren ist ebenfalls in der DE 10 2005 008109 A1 beschrieben. Erfindungsgemäß verwendet der Wärmetauscher Luft oder ein anderes Gas, vorzugsweise mit einem Sauerstoffgehalt < 20 Vol.-%, so dass das Kühlgas des Wärmetauschers als Recyclinggas oder Bestandteil des Recyclinggases in den Reaktor zurückgeführt wird.
Besonders bevorzugt sieht die Erfindung vor, dass das Schwefeldioxid zuerst zu Schwefeltrioxid umgesetzt wird und anschließend das Schwefeltrioxid in Schwefelsäure absorbiert wird. Dabei wird sowohl das sauerstoffarme Gas aus der heterogenen Umsetzung von SO₂zu SO₃ mit Luft als auch die erwärmte Luft aus dem wenigstens einen Wärmetauscher zwischen den beiden Absorbern in der Absorptionsstufe gemischt, so dass ein spezifischer Sauerstoffgehalt zwischen 3 und 20 Gew.-% eingestellt wird, wodurch die Temperatur im Reaktor geregelt oder gesteuert werden kann, indem durch den Sauerstoffgehalt die Menge des zu verbrennenden Schwefels und damit der zusätzliche Energiebetrag geregelt oder gesteuert wird.
Zusätzlich ist auch denkbar, innerhalb der Schwefelsäureherstellung noch zusätzlich Schwefel zu verbrennen. Die aus dieser Verbrenunng resultierende Wärme kann entweder direkt in Form des Abgases oder indrekt als Dampf ebenfalls in der partiellen Röstung genutzt werden.
Die Erfindung umfasst weiterhin auch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorzugsweise ist eine solche Anlage zur Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 13 ausgelegt.
Eine solche Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines schwefelhaltigen Erzes weist einen Reaktor auf, in welchem das Erz bei Temperaturen zwischen 600 und 1200 °C, vorzugsweise 600 und 900 °C, besonders bevorzug 650 bis 750 °C in Gegenwart von Sauerstoff geröstet wird. Weiterhin umfasst eine solche Vorrichtung wenigstens eine Komponente einer Gasreinigung und/oder eine weitere Prozessstufe zur Behandlung des Erzes.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung weiterhin eine Rückführleitung aus wenigstens einer Komponente der Gasreinigung und/oder der weiteren Prozessstufe und/oder eine Rückführleitung aus einer Kühlung innerhalb der Gasreinigung und/oder einer Kühlung für die weitere Prozessstufe auf. So kann erwärmtes Gas als Recyclinggas in den Reaktor zur Röstung zurückgeführt werden, wodurch der zusätzlich durch Verbrennung von Schwefel zur Erbringung der Energieeintrag abgesenkt wird. Dadurch kann zum einen der Sauerstoffgehalt in dem Röstreaktor gesenkt werden, was die Gefahr der Entstehung von schlecht zu entfernenden Oxiden absenkt, zum anderen muss so weniger Schwefel verbrannt werden. Es kann daher sowohl Erz verarbeitet werden, dessen Schwefelgehalt nicht ausreichend ist, um überhaupt die benötigte Temperatur zu erbringen, oder aber der Schwefelgehalt des gerösteten Erzes bleibt höher, wodurch das Erz in nachgeschalteten Prozessstufen durch den inhärenten Energiegehalt besser verarbeitet werden kann.
Besonders bevorzugt ist der Reaktor als Wirbelschichtreaktor ausgestaltet, da dieser sehr homogene Bedingungen über die gesamte Wirbelschicht ausbildet.
Es ist jedoch auch prinzipiell denkbar, die Reaktion in einem Drehrohrofen oder einem Etagenofen durchzuführen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Verfahrensführung.
In 1 wird über Leitung 1 in den Reaktor 10 ein Erz eingebracht, welches folgende Zusammensetzung aufweist: Tabelle 2: Zusammensetzung des eingebrachten Erzes.

Element wt-%

Cu 28.1

Fe 12.9

S 24.5

As 3.3

Sb 0.1

Pb < 0.1

Zn 0.6

Ag < 0.1
Das beschriebene Verfahren ist aber gleichermaßen für jede unter Tabelle 1 aufgeführte Erzzusammensetzung möglich.
In dem Reaktor 1 wird das Erz bei Temperaturen zwischen 550 und 1000 °C, vorzugsweise 680 und 720 °C in einem sogenannten Röstprozess thermisch behandelt. Dabei wird zum einem im Erz enthaltener Schwefel verbrannt, wodurch SO₂ und Wärme entstehen. Zum anderen werden bei den herrschenden Reaktionstemperaturen Verunreinigungen, insbesondere Arsen und/oder Antimon verdampft. Abgase, die sich aus der eingebrachten Luft, dem entstandenen SO₂ und gasförmigen Verunreinigungen zusammensetzen, werden anschließend über Leitung 11 abgezogen und einem Zyklon 20 zugeführt.
In diesem Zyklon 20 werden die von dem Abgasstrom mitgerissenen Partikel von dem Gasstrom abgetrennt. Das derart von Stäuben und Kleinpartikeln (< 20 µm) gereinigte Gas wird dann einer Gasreinigung 22 zugeführt.
Die Gasreinigung 22 weist vorzugsweise eine Heißfiltration und/oder einen Quench, vorzugsweise mit Wasser, und/oder eine Nassfiltration und/oder eine Quecksilberentfernung und/oder eine Gastrocknung besonders bevorzugt in dieser Anordnung auf. Dabei entstehende Abgase und/oder Gas, welches zur Kühlung einer der genannten Gaskomponenten oder zwischen den genannten Gasreinigungskomponenten verwendet wird, kann über Leitung 23, 41 und 40 dann als Recyclinggas in den Reaktor 10 zurückgeführt werden, wobei dieses Recyclinggas eine Temperatur oberhalb von 100 °C, vorzugsweise 300 bis 450 °C aufweist.
Weiterhin wird das Gas aus der Gasreinigungsvorrichtung 22 oder auch direkt aus Leitung 21 über Leitung 23 in einen Schwefeltrioxidreaktor 30 zur heterogen-katalysierten Umsetzung von SO₂ zu SO₃ eingebracht. Der für diese Umsetzung benötigte Sauerstoff wird über Leitung 31 eingebracht. Gleichermaßen wäre auch eine Einbringung in Leitung 22 oder 23 denkbar. Das entstehende Abgas, welches sauerstoffverarmt ist, da aus der Luft Sauerstoff zur Umsetzung von SO₂ zu SO₃ verwendet wurde, wird über Leitung 42 und Leitung 40 als Recyclinggas in den Reaktor 10 eingebracht.
Über Leitung 32 wird das entstandene SO₃ wenigstens einer Absorptionsstufe 33 zugeführt. In dieser Absorptionsstufe 33 wird über Leitung 34 Schwefelsäure eingebracht und über Leitung 35 wieder abgezogen. In der Schwefelsäure bildet sich durch SO₃ und H₂SO₄ Dischwefelsäure H₂S₂O₇, welche in Kontakt mit Wasser zu zwei Molekülen Schwefelsäure zerfällt. Dieses Produkt wird über Leitung 35 abgezogen.
Vorzugsweise ist die Absorption wie dargestellt wenigstens zweistufig ausgeführt, so dass die Leitung 35 nicht sofort das Endprodukt abführt, sondern in eine zweite Absorptionsstufe 36 mündet, aus der dann das Endprodukt über Leitung 37 abgezogen wird. In der Leitung 35 befindet sich ein Wärmetauscher 39, welcher ebenfalls ein Gas, vorzugsweise Luft, als Wärmeträgermedium nutzt. Dadurch kann die über Leitung 38 in den Wärmetauscher 39 geführte Luft erwärmt und über Leitung 44, 43 der Recyclingleitung 40 zugeführt werden. Gleichermaßen wäre auch die Verwendung von sauerstoffarmem Prozessgas anstatt Luft denkbar.
Vorzugsweise wird sauerstoffarmes Gas, also Gas mit einem Sauerstoffgehalt zwischen 5 und 20 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 14 Gew.-% über die Leitung 42 aus dem Schwefeltrioxid-Reaktor 30 abgezogen. Der Abzug kann auch an einem nicht dargestellten Kamin, also nach Durchlaufen der beiden Absorptionsstufen erfolgen. Durch Mischung der Gase in Leitung 42 und 44 kann der Sauerstoffgehalt in den Leitungen 43, 40, eventuell auch durch weitere Zumischung über Leitung 41, gesteuert oder geregelt werden. Durch eine Festlegung des Sauerstoffgehaltes ergibt sich auch der stöchiometrisch mögliche Umsatz von Schwefel in dem Reaktor 10, wodurch sich so auch die durch die Schwefelverbrennung erzeugte Wärmemenge und damit letztendlich die Temperatur in dem Reaktor 10 steuern lässt.
Das Erz aus dem Reaktor 10 wird über Leitung 12 abgezogen. Vorzugsweise werden ihm den im Zyklon 20 abgetrennten Partikel und Feinstäube mittels Leitung 24 zugeführt. Das Erz kann dann entweder anderenorts seiner Verwendung zugeführt werden oder aber in einem Anlagenverbund direkt weiterverarbeitet werden.
Alternativ oder ergänzend zur beschriebenen Recyclinggasführung aus der Gasreinigung ist es bei einer Weiterverarbeitung vor Ort möglich, auch Recyclinggas in einer nachgeschalteten Erzverarbeitungsstufe zu gewinnen. Vorzugsweise wird dabei das Erz über Leitung 51 einem Schmelzofen 50 zugeführt, in welchem das Erz weiter aufgereinigt wird. Dabei entstehende Abgasen, die entweder direkt aus dem Schmelzofen 50 oder auch einer nicht dargestellten, dem Schmelzofen 50 nachgeschalteten Kühlung stammen, können über eine Recyclinggasleitung 60 in den Reaktor 10 eingebracht werden.
Gleichermaßen sind auch andere Stufen zur Weiterbehandlung des Erzes denkbar, aus denen entweder direkt Gas und/oder aber in einer korrespondierenden Kühlung verwendetes Kühlgas als Recyclinggas oder als Bestandteil des Recyclinggases genutzt werden. In dem dargestellten Verfahren wird der Schmelzofen gleichzeig gekühlt und über dieselbe Recyclinggasleitung auch in seiner Funktion als Wärmeträgermedium erhitztes gas zurück in den Reaktor 10 geführt.
Grundsätzlich ist es weiterhin auch denkbar, Recyclinggas gleich welcher Herkunft aus der Recyclinggasleitung 60 mit dem Recyclinggas aus der Leitung 40 zu mischen.
Vorzugsweise ist der Reaktor 10 als Wirbelschichtreaktor ausgebildet, so dass das Recyclinggas ganz oder teilweise als Fluidisierungsgas verwendet wird.
Dabei ist eine stationäre Wirbelschicht ebenso möglich wie eine zirkulierende Wirbelschicht.
Bezugszeichenliste

1: Leitung
10: Reaktor
11, 12: Leitung
20: Zyklon
21: Leitung
22: Gasreinigungsstufe
23: Leitung
30: Schwefeltrioxidreaktor
31, 32: Leitung
33: Absorptionsstufe
34, 35: Leitung
36: Absorptionsstufe
37, 38: Leitung
39: Wärmetauscher
40–44: Leitung
50: Schmelzofen
51: Leitung
60: Leitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005008109 A1 [0021, 0023]

Claims

Verfahren zur thermischen Behandlung einer schwefelhaltigen Erzes, in welchem das Erz bei Temperaturen zwischen 600 und 1200 °C in Gegenwart von Sauerstoff in einem Reaktor geröstet wird, so dass zwischen 1 und 90 Gew.-% des im Erz enthaltenen Schwefels zu Schwefeldioxid verbrannt und enthaltene Verunreinigungen gasförmig ausgetrieben werden, in welchem entstehendes, das Schwefeldioxid enthaltendes Abgas einer wenigstens eine Komponente aufweisenden Gasreinigung zugeführt und/oder in welchem das geröstete Erz wenigstens einer weiteren Prozessstufe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgas aus der Gasreinigung und/oder der Prozessstufe und/oder ein zur Kühlung innerhalb der Gasreinigung oder ein zur Kühlung innerhalb der weiteren Prozessstufe verwendetes Gas als Recyclinggas mit einer Temperatur > 100 °C wenigstens teilweise in den Reaktor zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgetriebenen Verunreinigungen Arsen und/oder Antimon in Mengen zwischen 1 und 10 Gew.-% bezogen auf ihren Gehalt im eingesetzten schwefelhaltigen Erz enthalten und/oder dass das Erz zu wenigstens 70 Gew.-% Kuper, Kobalt, Gold und/oder Nickel enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor autotherm betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stell- oder Regelgröße für die Steuerung oder Regelung der Temperatur im Reaktor der Sauerstoffgehalt des Recyclinggases verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Recyclinggas als Fluidisierungsgas in dem als Wirbelschichtreaktor ausgestalteten Reaktor oder als Verbrennungsluft in dem als Drehrohrofen ausgestalteten Reaktor genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Recyclinggas eine Temperatur zwischen 100 und 600 °C aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Recyclinggas einen Sauerstoffanteil zwischen 3 und 20 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Recyclinggas eine Mischung aus mehreren Abgasen und/oder zur Kühlung verwendeten Gasen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erz nach dem Reaktor in eine Schmelze eingeleitet wird und Abgas aus dieser Schmelze und/oder ein Gas aus einer ihr nachgeschalteten Kühlung als Recyclinggas oder Bestandteil des Recyclinggases in den Reaktor zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasreinigung ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure aus dem im Abgas enthaltenen Schwefeldioxid umfasst und aus diesem Verfahren Gas als Recyclinggas oder Bestandteil des Recyclinggases in den Reaktor zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das SO₂ unter Zugabe von Luft zu SO₃ und einem sauerstoffarmen Gas umgesetzt wird und dass das sauerstoffarme Gas als Recyclinggas oder Bestandteil des Recyclinggases in den Reaktor zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das SO₃ mit Schwefelsäure in wenigstens zwei Stufen absorbiert wird, dass die Schwefelsäure zwischen zwei hintereinander geschalteten Stufen durch wenigstens einen Wärmetauscher geführt wird, dass in diesem Wärmetauscher Luft als Wärmetransportmedium verwendet wird und dass diese Luft als Recyclinggas oder Bestandteil des Recyclinggases in den Reaktor zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sauerstoffarmes Gas aus der Umsetzung von SO₂ zu SO₃ und erwärmte Luft aus dem wenigstens einen Wärmetauschen zwischen den beiden Absorptionsstufen so gemischt wird, dass ein spezifischer Sauerstoffgehalt zwischen 3 und 20 Gew.-% eingestellt wird, über den die Temperatur in dem Reaktor gesteuert oder geregelt wird.
Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines schwefelhaltigen Erzes, aufweisend einen Reaktor (10), in welchen das Erz bei Temperaturen zwischen 600 und 1200 °C in Gegenwart von Sauerstoff geröstet wird, wodurch aus im Erz enthaltenen Schwefel SO₂ entsteht, weiter aufweisend eine wenigstens eine Komponente aufweisende Gasreinigung (22, 30, 33, 36) und/oder wenigstens eine weitere das Erz behandelnde Prozessstufe (50), dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführleitung (40, 41, 42, 43, 60) für ein Abgas aus der Gasreinigung (22, 30, 33, 36) und/oder der weiteren Prozessstufe (50) in den Reaktor (10) und/oder eine Rückführleitung (40, 44) für Gas, welches in einer Kühlung (39) innerhalb der Gasreinigung (22, 30, 33, 36) und/oder in einer Kühlung innerhalb der weiteren Prozessstufe (50) verwendet wird, in den Reaktor (10) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10) als Wirbelschichtreaktor ausgebildet ist.