DE2209384A1

DE2209384A1 - Verfahren und vorrichtung zum alkalischen oxidierenden roesten von chromerz

Info

Publication number: DE2209384A1
Application number: DE19722209384
Authority: DE
Inventors: Wataru Naruse; Toshiharu Ukawa
Original assignee: Nippon Denko Co Ltd
Current assignee: Nippon Denko Co Ltd
Priority date: 1971-09-22
Filing date: 1972-02-28
Publication date: 1973-03-29
Also published as: GB1352978A; JPS4838817A; FR2153223B1; IT948730B; FR2153223A1

Description

NIPPON PENKO 00., LTD. , Tokyo, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum alkalischen oxidierenden Rösten

von Chromerz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum alkalischen oxidierenden Rösten von Metalloxiden, wie Chromerz, vanadiumhaltigern Material und dergleichen.

Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von Natriumchromat durch alkalisches oxidierendes Rösten von Chromerz bekannt, bei welchem feinverteiltes Chromerz mit Ätznatron oder Natriumcarbonat und gegebenenfalls mit pulverförmigen Zusätzen, wie Kalkstein, Dolomit, sowie dem Rückstand des Extraktes aus der vorhergehenden Stufe usw. vermischt wird. Das so erhaltene, in pulverförmiger oder granulierter Form vorliegende Material wurde dann in einer oxidierenden Atmosphäre in einem Drehrohrofen geröstet, wobei das in dem Erz vorhandene Chrom in Alkalichromat überführt wurde.

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Bei diesem bekannten Verfahren wurde das Material durch Brennstoffe, wie Schweröl, Gas und dergleichen erhitzt. Gleichzeitig mit der Erhitzung durch die Verbrennungsflamme und das Verbrennungsgas auf hohe Temperatur wurde ein Sauerstoff überschuss in dem Verbrennungsgas aufrechterhalten, durch welchen die Oxidation zu Alkalichromat erfolgte. Die Temperatur, bei welcher eine heftige Oxidation des Materials eintritt, liegt zwischen 1000 und 1200⁰C. Unter 1000⁰C nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit stark ab. Bei Temperaturen über 1200⁰C schmilzt ein Teil des Reaktionsprodukts aus, wobei die Schmelze einen Film auf der Oberfläche des Materials bildet· Hierdurch wird das Eindringen von Sauerstoff in das Innere des Materials verhindert, so daß die Reaktionsgeschwindigkeit ebenso abfällt wie bei Temperaturen unter 1000⁰C; ausserdem nimmt hierbei die Viskosität des Materials in unerwünschter Weise zu, so daß dieses an der Innenseite des Ofens haftet. Bei einem herkömmlichen Drehrohrofen, bei welchem die Verbrennung am einen und die Ableitung des Verbrennungsgases am anderen Ende erfolgt, ist die Zone, in welcher das sich bewegende Material im optimalen Temperaturbereich von 1000 bis 1200⁰C gehalten wird, naturgemäss auf eine kurze Strecke begrenzt. Dadurch wird die Röstkapazität des Drehrohrofens stark herabgesetzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, denjenigen Bereich, in welchem der Drehrohrofen auf 1000 bis 120O⁰C gehalten wird, zu vergrössern und damit die Röstkapazität des Drehrohrofens zu steigern.

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Die Erfindung schafft ein Verfahren zum alkalischen oxidierenden Rösten Ton Chromerz und dergleichen, dessen Besonderheit darin besteht, dass man ein auf hohe Temperatur erhitztes und hauptsächlich aus Luft und im übrigen aus Verbrennungsgas bestehendes oxidierendes Gas am einen Ende und im mittleren Teil eines zylindrischen Drehrohrofens einleitet und so die Verweilfläche, auf welcher das von einem zum anderen Ende des Ofens wandernde Material auf dein Reaktionstemperaturbereich gehalten wird, vergrö'ssert.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum alkalischen oxidierenden Rösten von Chromerz und dergleichen, gekennzeichnet durch einen Hauptbrenner am einen Ende des Drehrohrofens und einem oder mehreren Nebenbrennern innerhalb und etwa in der Mitte des Drehrohrofens, wobei diese Nebenbrenner durch den Mantel des Drehrohrofens hindurchgehen und von verschleissfestern Material umgeben sind, dessen Innenseite mit einer Kühlvorrichtung versehen ist.

Bei der praktischen Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind einer oder mehrere Nebenbrenner in der Nähe der Materialbeschickungsstelle angebracht, welche sich praktisch auf einer Temperatur unterhalb des Reaktionstemperaturbereichs und etwa in der Mitte des Drehrohrofens befindet, in welchen ein heisses Mischgas, bestehend aus dem Verbrennungsgas des Brenners und einer Hauptmenge Luft, am einen Ende eingeführt wird, wobei das Material auf einer Temperatur gehalten wird, welche die obere Grenze von 1200⁰C des Reaktionstemperaturbereichs nicht übersteigt.

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Der in die Nebenbrenner eingeführte Brennstoff verbrennt dann in dem säuerstoffhaltigen heissen Gasstrom, wodurch die Verweilfläche der Beschickung, auf welcher diese auf eine Temperatur innerhalb des Reaktionstemperaturbereichs erhitzt wird, vergrössert wird.

Auf diese Weise wird die Beschickung vollständig umgesetzt und die Röstkapazität des Drehrohrofens beträchtlich vergrössert

Die bei der Erfindung angewendeten Nebenbrenner werden vorzugsweise an der vorherbestimmten Stelle des Drehrohrofens durch dessen Mantel hindurch angebracht. Falls diese Nebenbrenner aber nicht mit einer geeigneten Schutzvorrichtung versehen sind, verschleissen sie in nur wenigen Tagen infolge der aus dem alkalihaltigen Material entstehenden Alkalischmelze sowie des mechanischen Abriebs durch die in dem Ofen sich fortbewegenden. Teilchen, auch wenn der zylindrische Körper des mit der Beschickung in Berührung kommenden Nebenbrenners aus verschleissfestem, schwerschmelzbarem Material von bester Qualität hergestellt ist. Es wurde nun gefunden, daß dieser ausserordentliche Verschleiss hauptsächlich auf die Korrosion durch die Alkalischmelze in der Hochtemperaturatmosphäre und weniger auf den Abrieb durch die durch den Ofen sich fortbewegenden Teilchen hervorgerufen wird. Erfindungsgemäss wurde nun diese Verschieisserscheinung beseitigt, indem der gesamte zylindrische Körper jedes Nebenbrenners mittels eines Mantels mit Wasser oder luft gekühlt wird. Dadurch wird das Auftreten einer Korrosion durch eine Alkalischmelze verhindert. Zusätzlich wird die zylindrische Aussenfläche der Brenner aus einem verschleisefesten Material hergestellt.

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Obwohl die Erfindung bisher anhand der Herstellung von Natriumehromat erläutert wurde, eignen sich das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung auch zum alkalischen oxidierenden Rösten von vanadiumhaltigem Material, welches in demselben Ofen wie bei der Herstellung von Natriumehromat, jedoch unter Anwendung eines anderen Temperaturbereichs, verarbeitet werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung und der Beispiele weiter erläutert.

In der Zeichnung bedeuten:

Fig.1 einen Längsschnitt durch eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Drehrohrofens zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig.2 einen vergrösserten Längsschnitt durch eine beispielsweise Ausführungsform eines Brenners zur Verwendung bei der Vorrichtung gemäss Fig.1;

Fig.3 einen vergrösserten Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Hebenbrenners zur Verwendung bei der Vorrichtung gemäss Fig.1.

In Fig.1 ist ein zylindrischer Drehrohrofen 1 vom Gegenstrom-Typ und in Fig.2 ein wassergekühlter Nebenbrenner zur Verwendung in dem Drehrohrofen 1 dargestellt. Ein Hauptbrenner 2 ist am einen Ende des Ofens und ein Auslass 3 für Abgas'am gegenüberliegenden Ende angebracht. Das Beschickungsgemisch wird durch einen in der Nähe des Auslasses 3 angebrachten Schacht 4 eingeführt. Das so eingeführte Beschickungsgemisch wandert dann

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nach links durch den in Pig.1 dargestellten Ofen, wird erhitzt und bei erhöhter Temperatur getrocknet, anschliessend umgesetzt und schliesslich am Auslass 5 aus dem Ofen 1 ausgetragen. Der Nebenbrenner 6 ist an der Stelle A und der Nebenbrenner 6¹ an der Stelle B in geringem Abstand von der Flamme des Brenners angebracht, wo die Temperatur des Materialgemisches auf weniger als 1000⁰G herabgesetzt wird.

Wie aus Fig.2 ersichtlich, ist der Nebenbrenner 6 bzw. 6^f mit einem das Brennstoffrohr 7 umgebenden Wassermantel 8 zur verstärkten Kühlung versehen. Dieser ist durch den Mantel des Ofens 1 hindurchgeführt und die Düse am Ende des Brenners 6 oder 6' ist gegen die Materialbeschickungsseite des Ofens hin, also nach rechts in Fig.1, gerichtet. Das Auslassende des Brenners ist in der Nähe der Rotationsachse des Ofens angeordnet. Der Mantel 8 ist mittels eines Trennrohrs 10 in eine innere Wasserkammer 11 und eine äussere Wasserkammer 12 geteilt, welche am oberen Ende miteinander verbunden sind. Kühlwasser wird in die Kammer 12 am Kühlwassereinlass 13 eingeleitet, welcher sich am Unterteil des Brenners ausserhalb des Ofens befindet. Das Kühlwasser fliesst dann nach oben durch die Kammer 12 bis zu deren oberen Ende; von hier aus fliesst das Kühlwasser nach unten durch die innere Kammer 11 und wird schliesslich an dem ausserhalb des Ofenmantels angeordneten Auslass 14 ausgetragen. Ein aus verschleissfestem und hitzebeständigem Material hergestelltes Rohr 15 ist fest mit dem äusseren Teil des Mantels 8 verbunden, welcher welcher mit dem Materialgemisch in Berührung kommt. Dieses Rohr 15 kann an dem Mantel 8 befestigt sein oder ein Stück mit diesem bilden. In das Brennstoffrohr 7 wird Schwel öl am Ende 16 ausserhalb des Ofens eingeleitet. Komprimierte Luft wird in das Rohr 7 an dessen Einlassöffnung 17 eingepresst,

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wodurch das Schweröl in der Zerstäubervorrichtung 18 zerstäubt wird. Das zerstäubte Schweröl fliesst durch das Rohr 7 und wird an dessen Ende durch die Düse 9 in den Ofen ausgeblasen. Zusätzlich wird die komprimierte Luft durch einen weiteren, ebenfalls ausserhalb des Ofens angeordneten Einlass 19 eingepresst; diese Luft fliesst um das Brennstoffrohr 7 herum und wird durch das Blasloch 20 aus dem Mantel ausgeblasen, so dass sie das aus der Düse 9 ausgeblasene Schweröl umgibt und damit eine zur Aufrecht erhaltung einer stabilen Flamme geeignete Atmosphäre schafft.

In Fig.3 ist ein Beispiel für einen Nebenbrenner mit einem Mantel für Luftkühlung dargestellt. Der Mantel 8 besteht bei dieser Ausführungsform aus einer Spiralkammer 21 in einem Metallrohr 15; letzteres besteht beispielsweise aus einem Gusseisenrohr mit verschleissfester und hitzebeständiger Aussenwand. Die in die Kammer 21 durch den Einlass 22 eingepresste Kühlluft fliesst in rascher Spiralbewegung nach oben, wodurch das Rohr 15 vollkommen und rasch gekühlt wird. Anschliessend wird die Luft in den Ofen 1 ausgetragen.

Bei dem herkömmlichen Verfahren beträgt die Verweilfläche, auf welcher das Materialgemisch im Reaktionstemperaturbereich zwischen 1000 und 1200⁰C gehalten wird, nur etwa 1/4 bis 1/5 der Gesamtlänge des Ofens zwischen dem Düsenende des Hauptbrenners und dem gegenüberliegenden Ende des Ofens. Erfindungsgemäss kann diese Fläche jedoch um das zweifache verlängert werden, d.h. auf etwa 1/2 bis 2/5 der Gesamtlänge des Ofens. Dadurch kann die Röstkapazität des Drehrohrofens um 50 bis 100# vergrössert werden. Die Herstellungskosten lassen sich dabei

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sowohl durch den grösseren Druchsatz durch den Ofen als auch durch die Begünstigung der Umsetzung von Chromoxid in Natriumchromat verringern. Bisher war es allgemein üblich, die Leistung der Brenner zu vergrössern, um die Flammentemperatur zu erhöhen» damit die Röstkapazität des Drehrohrofens gesteigert werden kann. Hierbei übersteigt die Temperatur des direkt unterhalb des Brenners befindlichen Materials leicht die obere Grenze von 1200⁰C, bei welcher das Material in Form von Ringen an der Trommelwand haftet und sich zusammenballt, wobei das Verfahren instabil wird. Im Gegensatz hierzu ist es bei der Erfindung nicht nötig, die Leistung des Brenners zu erhöhen und die obengenannten Schwierigkeiten in Kauf zu nehmen. Trotzdem lässt sich die Umsetzung erfindungsgemäss vollständig und unter stabilen Bedingungen ausführen.

Beispiel 1

Es wurde ein Drehrohrofen gemäss Fig.1 mit einem Durchmesser von 3m, einer Länge von 45m und einer Neigung von 3.5/100 angewendet. Nebenbrenner 6.bzw. der Ausführungsform gemäss Fig.2 waren in dem Ofen an den entsprechenden Stellen in einer Entfernung von etwa 18 bzw, 25m vom Ende des Ofens auf der Seite des Hauptbrenners 2 angebracht. Das Rohr 15 aus rostfreiem Stahl war um den Mantel 8 der Brenner 6 bzw. 6' angebracht oder einstückig mit diesem verbunden.

22 Teile pulverisiertes Chromerz mit einem Gehalt von Cr₂O,, 18 Teile wasserfreies Soda, 22 Teile gelöschter Kalk und 30 Teile pulverisierter Extraktrückstand wurden vermischt und granuliert. Das Granulat wurde als Beschickungsmaterial verwen-

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det und das oxidierende Rösten wurde zu Vergleichszwecken "bei einem Versuch nach dem bekannten Verfahren und bei einem anderen Versuch nach dem erfindungsgemässen Verfahren ausgeführt.

Bei der Ausführung nach dem bekannten Verfahren wurde das Beschickungsmaterial in einer Menge von 6 to/Stunde und das Schweröl in einer Menge von 1000 l/Stunde zugeführt. Bei der Ausführung nach dem erfindungsgemässen Verfahren wurde das Beschickungsmaterial in einer Menge von 8 to/Stunde und das Schweröl in einer Menge von 700 l/Stunde zu dem Hauptbrenner und in einer Menge von 600 l/Stunde zu den Nebenbrennern bzw. in einer Gesamtmenge von 1300 l/Stunde zugeführt.

Analyse der Röstprodukte

(1) Bekanntes Verfahren

Gesamtchromgehalt 16,2#, berechnet als Cr Ausbeute an Natriumehromat 8,9#, " " ^w

(2) Erfindungsgemässes Verfahren

Gesamtchromgehalt 16,2#, berechnet als Cr Ausbeute an Natriumehromat 11,5# " ⁿ "

Die Ausbeute an Natriumehromat bei dem erfindungsgemässen Verfahren war also um etwa 70# höher als bei dem bekannten Verfahren.

Bei den erfindungsgemäss verwendeten Brennern waren selbst nach dreimonatiger Betriebsdauer nur sehr geringe Verschleiss erscheinungen festzustellen. Die erfindungsgemässen Brenner weisen also eine beträchtliche Dauerhaftigkeit auf.

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Beispiel 2

Das Verfahren gemäss Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch anstelle der Nebenbrenner 6 und 6' gemäss Pig.2 die Nebenbrenner gemäss Pig.3 angewendet wurden. Der Aussenmantel 8 dieser Nebenbrenner bestand aus verschleissfestern und hitzebeständigem Gusstahl.

Die Analyse des nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Röstprodukts führte zu dem folgenden Ergebnis:

Gresamtchromgehalt 16,OJi, berechnet als Cr Ausbeute an Natriumchromat 11,4#, " ^M "

Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltene Menge an Natriumchromat war also um etwa 70# grosser als bei dem bekannten Verfahren. Nach einmonatigem Betrieb war keinerlei Deformation des zylindrischen Körpers der Nebenbrenner zu beobachten. Hieraus ergibt sich, dass die Brenner eine sehr grosse Dauerhaftigkeit aufweisen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum alkalischen oxidierenden Rösten von Chromerz und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass man ein auf hohe Temperatur erhitztes und hauptsächlich aus Luft und im übrigen aus Verbrennungsgas bestehendes oxidierendes Gas am einen Ende und im mittleren Teil eines zylindrischen Drehrohrofens einleitet und so die Verweilfläche, auf welcher das vom einen zum anderen Ende des Ofens wandernde Material auf dem Reaktionstemperaturbereich gehalten wird, vergrössert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil des Drehrohrofens sich an oder in der Nähe der Stelle befindet, an welcher das Beschickungsmaterial sonst praktisch eine Temperatur unterhalb des Reaktionstemperaturbereichs aufweisen würde.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionstemperaturbereich praktisch zwischen 1000 und 1200⁰C liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierende Gas mittels des Hauptbrenners und wenigstens eines Nebenbrenners eingebracht wird.

5. Vorrichtung zum alkalischen oxidierenden Rösten von Chromerz und dergleichen, gekennzeichnet durch einen am einen Ende des Drehrohrofens (1) angeordneten Hauptbrenner (2) und einem oder mehreren, im Inneren und etwa in der Mitte des Drehrohrofens (1) angeordneten Nebenbrennern (6, 6·)» wobei diese Nebenbrenner (6, 6¹) durch den Mantel des Drehrohrofens (1) hindurchgehen und von einem verschleissfesten Material ummantelt sind, in dessen Innerem sich eine Kühl-

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vorrichtung befindet..

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das verschleissfeste Material auch hitzebeständig ist.¹

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung entweder mit Wasser- oder mit luftkühlung arbeitet.

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