DE2103065C3 - Verfahren zum Calzinieren eines Phosphatminerals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Calzinieren eines bei einer tieferen Temperatur a!s der CaI-tinierungstemperatur einer exothermen Reaktion Unterliegenden Phosphatminerals, wobei das Phosphatmineral vor dem Einbringen in den von einem Brenner beheizten Drehrohrofen vorgewärmt wird.

Bei den bekannten Verfahren werden die Mineralien getrocknet, dann auf eine Temperatur von 900 bis 1000 ' C gebracht und mit Hilfe von heißen Gasen calziniert, die mit den in pulvriger oder körniger Form aufbereiteten Mineralien in Gegenstrom in Berührung gebracht werden. Im Zuge dieser Erwärmung auf die Calzinierungstemperatur wird bei etwa 400 bis 600 C eine exotherme Reaktion ausgelöst, die auf der Verbrennung von zur Oberfläche der Mineralien abdestillierendem und hier in gasförmigem Zustand in Erscheinung tretendem organischem Material beruht. Diese von der exothermen Reaktion gelieferte Wärmemenge reicht aber nicht aus, um die Mineralien bis zur Calzinicrungslemperatur aufzuheizen, so daß eine äußere Wärmequelle (Brenner) vorgesehen werden muß. Andererseits steht aber dann für die Trocknung, Vorwärmung und Aufbereitung der Mineralien in den Abgasen eine größere Wärmemenge als zu diesem Zweck erforderlich zur Verfügung. Folglich müssen die in den gleichen oder gleichartigen Calzinierungsanlagen nicht mehr auswertbaren Abgase mit relativ hoher Temperatur in die Atmosphäre abgelassen werden, was zu einem relativ schlechten thermischen Wirkungsgrad führt. Anders geartete Verhältnisse liegen bei einem bekannten Verfahren (USA.-Patentschrift 1 884 348) vor, das sich auf das Röstin von Schwefelverbindungen des Zinks, Eisens, Bleis und Kupfer bezieht. Bei derartigen Mineralien besteht die Besonderheit, daß die exotherme Reaktion anläßlich der Verbrennung des Schwefels eine Wärmemenge erzeugt, die größer oder mindestens gleich der für den Röstvorgang verbrauchten ist. Eine äußere Wärmequelle und tue hierdurch bedingten Erwägungen hinsichtlich des thermischen Wirkungsgrades können daher entfallen. Bei den bekannten Röstverfahren werden die Mineralien in Trocknungskaminern eingebracht, die oberhalb der eigentlichen Röstkammer angeordnet sind und von deren Strahlungswärme beheizt werden. Die Mineralien werden aus der der Rostkammer benachbarten Trocknungskammer abgezogen und mit einem Luftstrom in den oberen Teil der Röstkammei eingeblasen, wobei das Schwcfeldioxyd und die gerösteten Mineralien am Boden abgezogen werden. Eine hohe Temperatur dieses Abgases ist ohne Belang, weil für den gesamten Röstvorgang keine externe Wärmequelle eingesetzt werden mußte.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern, d. h. die mit der externen Wärmequelle zuzuführende Wärmemenge zu reduzieren.

Die Aufgabe wird erlindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil des. Phosphatminerals mit einer geringeren Temperatur als für die Auslösung der exothermen Reaktion erforderlichen in eine dem Brenner naheliegende Zone des Drehrohrofcns eingebracht wird.

Als die für die Auslösung der exothermen Reaktion erforderliche Temperatur ist hierbei die mittlere Temperatur zu verstehen, bei der der größere Teil der Mineralien in die Reaktion eintritt, wenn deren Temperatur langsam erhöht wird. Wegen der Einführung der Mineralien in eine dem Brenner benachbarte Zone werden diese schnell erhitzx, so daß die ergänzend eintretende exotherme Reaktion auf einem höheren Temperaturniveau erfolgt und hierdurch die aus der exothermen Reaktion resultierende Wärme auch anläßlich der Erhitzung der Mineralien bis zur Calzinierungstemperatur verwertet werden kann.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für den Fall der EinlDringung nur eines Teils des Minerals benachbart zum Brenner das Phosphatmineral vor Einbringung in den Drehrohrofen hinsichtlich seiner Korngröße klassiert und es wird in die dem Brenner naheliegende Zone das die kleineren Kornabmessungen aufweisende Mineral eingeführt. Letzteres besitzt eine minimale thermische Trägheit, so daß es von dem Brenner schnell auf und über die zur Auslösung der exothermen Reaktion erforderlichen Temperatur erhitzt wird.

Das erfindungsgcmäße Verfahren wird nachstehend im Zuge der Erläuterung von drei in den Zeichnungen dargestellten Calzinieranlagen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Anlage,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer zwei ten Anlage, bei der dem Drehrohrofen ein dessen Aufgabe teilweise übernehmender Zyklonvorwärme! vorgeschaltet ist, und

F i g. 3 eine schematischc Ansicht einer der Anlage nach F i g. 2 ähnlichen dritten Anlage, bei der dei Brenner an der Materialeintrittsseite des Drehrohrofens angeordnet ist.

Die Anlage gemäß Fig. 1 enthält einen für die Trocknung von festem, körnigem oder pulverförmigern Phosphatmineral geeigneten Trockner 10 be kannter Bauart, einen langen Drehrohrofen 12, einet Kühler 14 bekannter Bauart und einen Sorticrappa rat 15.

An dem Ende des Drehrohrofens 12. ;in dem da calzinierte Mineral austritt, ist ein die äußere Wärme quelle bildender Brenner 16 angeordnet, dcssei durch die Verbrennung von Heizmaterial er/eugtci heißen Gase in Gegenstrom zu dem Mineral den Ofci durchlaufen. In Fig. 1 ist mit gestrichelten Linici der Bewegungssinn des Minerats und mit ausgczogc

nen Linien der Bewegungssinn der Gase erläuternd angegeben.

Das Phosphatmineral wird zuerst den Trockner 10 zugeführt, der es mittels der aus dem Drehrohrofen 12 austretenden heißen Gasen trocknet und vorwärmt Das Phosphatmineral hat beim Verlassen des Trockners 10 eine Temperatur von 400 bis 500 ' C, während die in den Trockner mit einer Temperatur von 1000 bis 1200⁰C eintretenden Gase diesen mit einer Temperatur von etwa 120' C verlassen und in die Atmosphäre abgegeben werden.

Von dem den Trockner 10 verlassenden Phosphatmineral wird ein Teil bei A in das vom Brenner 16 abgekehrte Ende des Drehrohrofens 12 eingebracht, während der andere Teil dem Sorticrapparat 15 zugeführt und in eine feinkörnige und eine grobkörnige Gruppe klassiert wird. Die grobkörnige Gruppe wird ebenfalls an der Stelle A in den Drehrohrofen eingeführt, während die feinkörnige Gruppe bei B am anderen Ende dieses Ofens eingeführt wird.

Das bei A eingeführte Mineral wird im Drehrohrofen 12 progressiv auf seine Calzinicrungstempcratur gebracht, d. h. auf etwa 950 C. Erreicht das Mineral im Zuge dieser Erwärmung eine Temperatur von 400 bis 600° C, so erfolgt eine exotherme Reaktion, die vermutlich auf der Verbrennung von darin enthaltener organischer Stoffe beruht. Die von der exotlhermen Reaktion freigegebene Wärme wird von den im Drehrohrofen im Gegenstrom zum Mineral zirkulierenden Gasen abtransportiert. Mit dieser Wärme wird das bei A in den Drehrohrofen eingeführte Mineral auf die für die Auslösung der exothermen Reaktion erforderliche Temperatur gebracht und diese Wärme wird weiterhin dazu verwendet, um das Mineral im Trockner 10 zu trocknen und vorzuwärmen.

Danach wird das Mineral auf eine Temperatur von 950 bis 1000⁰C gebracht und calzinicrt. Die für diese weitere Erhitzung, ausgehend von der für die Auslösung der exothermen Reaktion erforderlichen Temperatur und die für die Durchführung der Dekarbonisierung erforderlichen Wärmemengen werden einerseits von dem Brenner 16 und andererseits von der exothermen Reaktion geliefert, die sich bei dem an der Stelle B in den Drehrohrofen eingeführten Mineral vollzieht. Die zur Verbrennung erforderliche Nebenluft wird wenigstens teilweise durch die vom Kühler 14 stammende heiße Luft geliefert, welcher eine Temperatur von etwa 500 bis 600° C

Nach Verlassen des Drehrohrofens 12 gelangt das gesamte calzinierte Mineral in den Kühler 14, in dem es mit kalter Luft in Berührung gebracht wird und hierdurch von einer Temperatur von etwa 850 bis 950" C auf eine Temperatur von 120' C abgekühlt wird.

Das in den Drehrohrofen an der Stelle B eingeführte feine Phosphatmineral wird in dieser wegen der Nähe des Brenners 16 eine hohe Temperatur aufweisenden Zone plötzlich auf eine Temperatur gebracht, die höher ist, als bei der sich normalerweise die exotherme Reaktion vollzieht. Mit der Wärme der exothermen Reaktion, die ausgehend von dieser höheren Temperatur stattfindet, kann den Energiebedarf des Dekarbonisierungsprozesscs dekken und gegebenenfalls auch noch herangezogen weiden, das an der Stelle A eingeführte Mineral bis zur Cal/.inierungstcmperatur zu erhitzen.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist es erforderlich, daß die Temperatur zwecks Einführung an der Stelle B klassierten Minerals zu niedrig ist, daß bei diesem eine exotherme Reaktion noch nicht eingeleitet ist 5 oder höchstens nur bei einem kleinen Prozentsatz der zugeführten Menge eingesetzt hat.

Auf diese Weise kann der größere Teil oder die gesamte, durch die exotherme Reaktion freigesetzte Wärmemenge innerhalb der Anlage nutzbar gemacht weiden und deren Wärmebedarf auf ein Minimum reduziert werden. Da das Phosphatmaterial an der Stelle B nur mit kleiner Korngröße eingeführt wird, besitzt es eine geringe thermische Trägheit, so dali die einzelnen Körner schnell bis zur Calzinierungstemperatur aufgeheizt werden und deren Calzinierung trotz des kurzen Aufenthalts im Drehrohrofen sichergestellt ist.

Bei der in Fig. 2 veranschaulichten geänderten Alisführungsform der Anlage ist der lange Drehrohrao ofen durch einen kurzen Drehrohrofen 22 mit einem vorgeschalteten Zyklonvorwärmer 20 ersetzt. Der Drehrohrofen 22 weist ebenfalls einen an der Austrittsseite des calzinierten Minerals angeordneten Brenner 24 auf. Der Betrieb dieser Anlage ist ähna5 lieh wie derjenige nach Fig. 1.

Nach dem Verlassen des Trockners 10' wird ein Teil des Minerals dem Sortierapparat 15' zugeführt. Die feinkörnigen Bestandteile werden an der Stelle B an dem Ende des Drehrohrofens 22 eingeführt, an dem sich der Brenner 24 befindet und somit eine Zone hoher Temperatur vorhanden ist.

Der restliche Teil des den Trockner 10' bzw. den Sortierapparat 15' verlassenden Minerals wird mit einer Temperatur von etwa 100° C in den Zyklonvorwärmer 20 eingebracht, wo es durch die aus dem Drehrohrofen 22 austretenden Gas auf eine Temperatur von 600 bis 800° C erhitzt wird. Ein Teil der zum Trocknen und Vorheizen des Minerals erforderlichen Wärme wird von der exothermen Reaktion geliefert, die in der oder den letzten Stufen des Vorwärmers 20 und gegebenenfalls im ersten Teil des Drehrohrofens 22 stattfindet. Die dem Drehrohrofen mit einer Temperatur von 900 bis 1000ⁿ C verlassenden Gase werden in den Trockner 10' mit einer Temperatur von 600 bis 800° C eingeführt und verlassen letzteren mit etwa 120° C.

Der Drehrohrofen 22 dient bei dieser Ausführungsform fast ausschließlich der Calzinierung des Minerals. Die zur Erhitzung des den Vorwärmer verlassenden Minerals auf die Calzinierungstemperatur von etwa 850 bis 950° C erforderliche Wärme wild teilweise von dem Brenner 24 und teilweise durch die exotherme Reaktion geliefert, welche an dem an der Stelle ß in den Drehrohrofen eingeführten Teil der Mineralien stattfindet. An Stelle die für die Einführung an der Stelle B bestimmten Mineralien am Ausgang des Trockners 10' auszuscheiden, könnte dies auch am Ausgang einer der Stufen des Zyklonvorwärmers 20 erfolgen.

60 Die erläuterte Anlage hat die gleichen Vorteile wie diejenigen entsprechend der ersten Ausführungsform, weist aber noch den zusätzlichen Vorteil eines besseren thermischen Wirkungsgrades auf, da der Wärmeaustausch in dem Zyklonvorwärmer 20 wirk-65 sanier ist als in dem der Vorwärmung dienenden Teil des Drehrohrofens 12 der ersten A.usführungsform.

Die in Fi g. 3 veranschaulichte dritte Ausführungsform der Anlage kann dieselben Einrichtungen um-

fassen, wie für die zweite Ausführungsform im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. Der Brenner 24' ist jedoch an der Eintrittsseite des Drehrohrofens 22' angeordnet, an der auch die gesamte Menge an Phosphatmineral nach Verlassen des Vorwärmers 20' eingeführt wird, wobei das Mineral und die Gase in der gleichen Richtung im Inneren des Drehrohrofens 22' zirkulieren.

In diesem Fall verläßt das Mineral den Vorwärmer mit einer Temperatur von etwa 400 bis 500' C. Diese Temperatur erhöht sich wegen der Einführung des Minerals in die heiße Zone des Ofens schnell. Die exotherme Reaktion vollzieht sich daher zum größeren Teil bei einer höheren Temperatur als der Auslösungstemperatur für die exotherme Reaktion entspricht. Folglich steht die von der exothermen Reaktion gelieferte Wärmemenge auf einem höheren Temperaturniveau zur Verfügung und kann wenigstens teilweise zur Dekarbonisierung des Minerals verwertet werden, wodurch ebenfalls die von der ίο äußeren Wärmequelle zuzuführende Energie reduziert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Calzinieren eines bei einer lieferen Temperatur als der Calzinierungstempefatur einer exothermen Reaktion unterliegenden Phosphatminerals, wobei das Phosphatmineral »or dem Einbringen in den von einem Brenner beheizten Drehrohrofen vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens »in Teil des Phosphatminerals mit einet geringefen Temperatur als für die Auslösung der exothermen Reaktion erforderlichen in eine dem Brenner naheliegende Zone des Drehrohrofens eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphalmineral vor Einbringung in den Drehrohrofen hinsichtlich seiner Korngriiße klassiert wird und daß in die dttn Brenner naheliegende Zone das die kleinere Korngröße aufweisende Mineral eingeführt wird. ao