DE2420639A1

DE2420639A1 - Verfahren zur selektiven reinigung von heissgasen

Info

Publication number: DE2420639A1
Application number: DE2420639A
Authority: DE
Inventors: Stig Arvid Petersson
Original assignee: Boliden AB
Current assignee: Boliden AB
Priority date: 1973-05-02
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1974-11-21
Also published as: AU6842674A; DE2420639B2; US3899308A; SU1103784A3; JPS5852683B2; JPS5014572A; ES425846A1; BG32267A3; DD111295A5; BE830252Q; FR2227904A1; SE373114B; CA1030078A; PH10157A; FR2227904B1; ZA742669B

Description

DIPL.-ING. Hans wiemuth

dipl.-ING. PETER- C. SROKA

PATENTANWÄLTE

4OaSSELDORF 11 dominikanerstr. 37, postfach728 Telefon (0211)574022

TELEGR. PATENTBRYDGES DOSSELDORF

26. April Ü974 - 14/13 1-4471

Boliden Aktiebolag Sturegatan 22

Stockholm/Schweden

Verfahren zur selektiven Reinigung von Heißgasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Reinigung von Heißgasen, die komplexen bzw. aus mehreren Stoffen zusammengesetzten Staub enthalten, wobei das Gas zuerst einem Elektrofilter zugeführt wird, in dem partikelförmiges Material abgeschieden wird, bevor das Gas in einer ersten Kühlstufe einer Kühlung unterworfen und danach einem zweiten Elektrofilter und anschließend einer Waschstufe zugeführt wird, in der das Gas mit Wasser gewaschen wird, bevor es abschließend einer zweiten Kühlstufe zugeleitet wird, in der das Gas einem indirekten Kühlprozeß unterworfen wird.

Bei pyrometallurgischen Prozessen werden ausnahmslos Gase erzeugt, die Staubpartikel mit sich führen. Diese Gase müssen gereinigt werden, bevor sie beispielsweise zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet oder in die Atmosphäre abgeleitet

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Z.

werden. Es sind bereits CJasreinigungsverfahren bekannt, wobei Zyklone oder Filter, beispielsweise Filtersäcke oder Elektrofilter, benutzt werden. Die bekannten Verfahren haben alle zum Ziel, die Feststoffe in größtmöglichem ünfang von den Gasen abzutrennen.

Von den Verfahren _f bei denen Staub aus Gasen entfernt werden muß, sind insbesondere die Verfahren sehr schwierig, die in Verbindung mit einem Röstprozeß durchgeführt werden, bei dem feinkörnige Sulfide geröstet v/erden, da das Ausgangsmaterial häufig von sehr komplexer bzw. verschiedenartiger Natur ist. Die Abgase können aus diesem Grund eine Vielzahl unterschiedlicher Substanzen mit sehr unterschiedlicher Korngrößenverteilung enthalten. Abgase* die von Röstprozessen stammen, haben zusätzlich häufig sehr hohe Temperaturen, so daß sie neben Feststoffen auch flüchtige Bestandteile wie beispielsweise As, Se und Hg enthalten können. Als typische Beispiele von Prozessen, bei denen Abgase sehr unterschiedlicher Zusammensetzung entstehen, können das Rösten von Kupferkonzentraten, das Eisenpyritrösten und das Rösten von Sulfiderzen erwähnt werden, die Ni, Mo, Sb, Kh, Zn und As enthalten. Bei Schmelzprozessen, an denen die erwähnten Elemente beispielsweise in oxydierter Form teilnehmen, treten im wesentlichen die gleichen Gasreinigungsprobleme auf wie beim Rösten von Sulfiden.

Beim Chalkopyritrösten beispielsweise wird zuerst ein Flotationskonzentrat in dem Ofen geröstet, in dem der Schwefelanteil der Sulfide entweder ganz oder teilweise zu Schwefeldioxyd oxydiert wird. Das geröstete Material wird anschließend einem pyrometallurgischen Prozeß in Reaktoren unterworfen, die für die Kupfergewinnung geeignet sind. Die Kupfersulfiderze sind in ihrem natürlichen Znstand häufig sehr komplex und enthalten.

oft Verunreinigungen, wie beispielsweise PbS₉ ZnS, Sb^S,, ASpS^z und HgS. Diese Verunreinigungen lassen sich häufig nicht vollständig durch beispielsweise Erzaufbereitungsverfahren abtrennen, und auch, nicht durch andere bekannte Anreiclierungs- ver£ahren_$ was der Grund, dafür ist, daß bei der pyrooetallur-

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gischen Behandlung von Chalkopyritkonzentrat in den Abgasen ein sehr komplexer bzw. verschiedenartiger Staub vorhanden ist, wobei diese Abgase zusätzlich Schwefeldioxyd als einen wesentlichen Bestandteil enthalten. Schwefeldioxyd wird normalerweise zur Herstellung von flüssigem Schwefeldioxyd und Schwefelsäure benutzt. Bei der Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren müssen die Gase staubfrei sein, um die Verunreinigung bzw. Vergiftung der katalytischen Substanz zu verhindern. Der von pyrometallurgischen Prozessen herrührende Staub ist häufig sehr wertvoll, so daß der Staub bzw. die wertvollen Staubbestandteile wiedergewonnen werden müssen.

Gas₂ das von der Chalkopyritröstung herrührt* führt somit mitgerissene Feststoffpartikel_s flüchtige Substanzen wie beispielsweise ASgO^ sowie Se- und Hg-Verbindungen mit sich. Der Staub bzw. die Staubpartikel werden gewöhnlich zuerst in einem Trockenabscheidungsverfahrenj beispielsweise innerhalb eines Zyklons, wiedergewonnen bzw. abgetrennt, bevor das Gas gewaschen und beispielsweise in einem Naßelektrofilter gereinigt wirdj um die restlichen festen oder flüchtigen Partikel abzuscheiden» Wie bereits erwähnt, ist eine möglichst vollständige Abscheidung sämtlicher von dem Gas mitgeführter Bestandteile erwünschto Die Elementaranalyse des bei der Kupferpyritlösung insgesamt abgeschiedenen Staubes ergibt beispieleweise die folgende aufs Gewicht bezogene Verteilung;

Cu	8%
Pb	6%
Zn	7%
Sb	*V/o*
As	*20%*

Fe 8%

Die Zusammensetzung variiert naturgemäß von Fall zu Fall innerhalb weiter Grenzen, und zwar in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterialsο

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Beim Rösten von Pyriten wird beispielsweise der Wärmeinhalt der Abgase normalerweise in einem Dampfkessel wiedergewonnen, der direkt hinter dem Röstofen liegt. Derartige Anlagen sind beispielsweise in den schwedischen Patentschrift 303 737 und 304 295 beschrieben. Andere Anlagen sind in Erzbergbau und Metallhüttenwesen XXX (NFX]CIl) Jahrgang 1934, Seiten 197 201 beschrieben. Sine mehr allgemeine Übersicht von angewandten Gasreinigungstechniken findet sich in Batel s"Entstaubungstechnik" Berlin 1972, Seiten 180 ff.. In dieser Vorveröffentlichung ist ein Fließdiagramm zum Abscheiden von Schwefeldioxyd aus Gasen beschrieben, die aus einem Wirbelbettofen stammen, der bei der Pyritlösung benutzt wird. Aus der US-Patentschrift 1 204 906 ist es weiterhin bekannt;, daß Staub selektiv mittels mehrerer hintereinanderliegender Elektrofilter abgeschieden werden kann.

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der Gasreinigung oft um große Mengen Staub, dessen Bestandteile sehr wertvoll sein können und deshalb wiedergewonnen werden müssen. Der Staub, der ausnahmslos sehr komplex bzw» verschiedenartig ist, wird daher wieder in den Röstofen zurückgeführt, was su einer Ansammlung bzw» Anreicherung bestimmter Substanzen innerhalb des Prozesses führt. Um eine Anreicherung bzw. Ansammlung dieser Art zu verhindern, ist es In diesen Fällen notwendig, einen Teil des Staubes einer getrenten Behandlung zuzuführen. Für eine derartige gesondere Behandlung werden häufig aufwendige Anlagen und teure Prozess® benötigt«,

Ausgehend davon liegt der Erfindung öl© Aufgabe zugrunde_s ein einfaches und billiges Verfahren sur Abscheidung der verschiedenartigsten Bestandteil© aus Gas zn seJaaffeSp wobei beispielsweise die Möglichkeit gegeben sein SoIl₉ ela© Fraktion₉ die zu keiner Akkumulierung bzw* Jnreichenmg innerhalb des Pro« zesses führt, in eine iforangeliend© ¥©Ffairir©asstiifg 2«r-üek2iiführen.j, während dl© übrigen Fraktionen ©Isisf gesonderten Be=-

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgase in der ersten Kühlstufe durch Verdampfung von Wasser gekühlt wird, das in einer solchen maximalen Menge eingesprüht wird, daß die in dem Gas enthaltene Wärmemenge ausreicht, das zugeführte Wasser vollständig zu verdampfen, das aus der Wasserwaschstufe und aus der zweiten Kühlstufe in Form von Kondenswasser zugeführt wird, so daß die in der ersten Kühlstufe kondensierten und die in der Wasserwaschstufe abgeschiedenen Produkte in dem zweiten Elektrofilter in trockenem Zustand erhalten werden.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß es möglich ist, eine selektive Reinigung von Gasen durchzuführen, die verschiedene Bestandteile in Partikel- und Gasform enthalten, indem das Gas zuerst einem Warmelektrofilter zugeführt wird, in dem partikelförmiges Material abgetrennt wird, bevor das Gas durch Verdampfungskühlung abgekühlt wird, so daß Gasbestandteile kondensieren können, die anschließend in einem zweiten Elektrofilter abgeschieden werden. Das Gas selbst wird anschließend mit Wasser gewaschen, um noch in dem Gas verbliebene Restpartikel zu entfernen und dieses Waschwasser wird dann in der Kühlstufe als das verdampfende Mittel verwendet«,

Erfindungsgemäß lassen sich anstelle des an erster Stelle benutzten Heißelektrofilters auch andere Abscheider wie Zyklone und Filtersäcke verwenden_c In bestimmten Fällen ist die anfallende Staubmenge verhältnismäßig klein, so daß es möglich ist, auf die Heißelektrofilterstufe zu verzichten und die gesamte Staubmenge in der zweiten Elektrofilterstufe abzuscheiden. Dadurch wird jedoch die Selektivität des Verfahrens herabgesetzt.

Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft herausgestellt, bestimmte herausgewaschene Staubbestandteile dadurch abzuscheiden, daß das Wasser dem heißen Gas zugeführt wird, so daß das Wasser verdampft und damit eine Kühlung herbeiführt. Die in

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dem Medium enthaltenen Feststoffe werden zu frei schwebenden Partikeln, die in dem anschließenden Staubfilter wirksam abgeschieden v/erden können. Bas erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer praktisch hundertprozentigen selektiven Wiedergewinnung der Äbgasbestandteilej wobei gleichzeitig die Abführung des in der Waschstufe benötigten Wassers -vermieden wird.

Das Verfahren wird an Hand der Figur beschrieben, die ein Fließschema einer .Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeigt· Im vorliegenden Fall handelt es sich um die Reinigung von Gasen, die Schwefeldioxid enthalten und beim Rösten von Chalkopyriten anfallen.

Die Chalkopyrite werden einem Mehrstufenofen 1 durch eine Leitung 2 zugeführt, und daß geröstete Material verläßt den Ofen such eine Leitung 3. Dem Röstofen wird Luft durch die Leitung 4 zugeführt. Mit Staub beladenes Gas wird durch eine Leitung 5 einem Zyklon 6 zugeführt, in dem die Staubpartikel im wesentlichen aus dem Gas abgeschieden werden. Die abgeschiedenen Feststoffe werden durch die Leitung 7 wieder In den Ofen 1 zurückgeführt. Das zum großen Teil von den Feststoffen befreite Gas wird durch eine Leitung 8 einem Heißelektrofilter zugeführt, in dem die warmen Gase, die eine Temperatur von etwa 300° C haben, von noch mitgeführten Staubpartikeln gereinigt werden, bei denen es sich hauptsächlich um Kupfer-, Zink-, Blei-, Eisen- und Antimonverbindungen handelt. Die abgetrennten Feststoffe werden durch die Leitung 10 wieder in den Ofen 1 zurückgeführt. Weim. die in dem Heißelektrofilter abgetrennten Feststoffe größere Mengen Blei und Antimon enthalten, kann der Staub, bevor er in den Ofen 1 zurückgeführt wird, mittels bekannter und in der Zeichnung nicht dargestellter Verfahren hinsichtlich des Bleis und des Antimons gereinigt werden.

Das gereinigte Gas gelangt durch eine Leitung 11 in einen Kühlturm 12, in dem eine Verdampfungskühlung stattfindet, indem

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durch die Leitung 13 Wasser in den Kühlturm 12 eingespritzt wird. Nachdem das Gas auf eine Temperatur etwa zwischen 100° C und 150° G abgekühlt worden ist, wird es durch eine Leitung 14 in einen zweiten Elektrofilter 15 geleitet, in dem kondensierte Arsen-, Selen- und Quecksilberpartikel abgeschieden und durch eine Leitung 16 abgeführt werden. Die gewählte Temperatur hängt von der Schwefeltrioxydmenge und dem Kondensationspunkt des Gases ab. In dem Elektrofilter braucht keine Kondensation des Wassers stattfinden. Das auf diese Weise weiter gereinigte Gas wird dann durch eine Leitung 17 einem Waschturm 18 zugeführt, in dem das Gas mit Wasser gewaschen wird, das durch die Leitung 19 zugeführt und durch die Leitung 20 abgeleitet wird. Die Leitung 20 ist über eine Zwischenleitung 21 mit der Leitung 19 verbunden. Ein Teil des beim Waschprozeß verunreinigten Waschwassers wird über eine Zweigleitung 22 der Leitung 13 zugeführt, so daß es als Kühlwasser bei dem Verdampfungskühlprozeß innerhalb des Kühlturms 12 verwendet werden kann. Das Gas gelangt durch eine Leitung 23 in eine Kühlanlage 24, die aus einem indirekten •Kühlaggregat besteht, in dem das Gas mittels Wasser gekühlt wird;, das durch die Leitung 25 zugeführt und durch die Leitung 26 weggeleitet wird. Bei diesem Kühlprozeß kondensiert ein Teil des in den Gasen enthaltenen Wassers; das kondensierte Wasser wird durch eine Leitung 27 in den durch den Waschturm 18 zirkulierenden Waschwasserkreislauf oder durch die Leitungen 30 und 13 in den Kühlturm 12 geleitet. In bestimmten Fällen ist es notwendig ₉ eine kleinere Menge des durch den Waschturm zirkulierenden Waschwasser aus dem Kreislauf herauszuführen, wenn das Waschwasser Schwefeltrioxid absorbiert hat_o Das Abscheiden von gebildeter Schwefelsäure kasan auch durch Zusatz von ICaIk₅ AsEßoniumhydroxyd oder Natriumhyäroscyd erfolgen <, In der Praxis wurde die Verdampfungskünlung iia ferbin&ung mit einer Gasmenge von 40000 Nnr /h 33hrt, wobei das Gas etwa 0_s8 rs? HgO/h enthielt, ü&B durch, die Leitung 23 abgeführte Gas 1 m EUO/h enthielt« Dem System mußte daher Wasser in einer Geschwindigkeit von 0₅2 m/h zugeführt werden» Diese Wasserzufuhr erfolgt

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vorzugsweise durch die Leitung 29. Das System enthält somit nur drei Materialausgange, nämlich die Leitung 3 für geästetes Material, die Leitung 16 für Arsen, Selen und Quecksilber und die Gasauslaßleitung 28 für das gereinigte Gas. Für den adiabatischen Kühlprozeß wurden etwa 4 nr H^O/h benötigt, was 0,1 1/Std. und Nnr Gas entspricht. Der größte Teil des in der Verdampfungskühlungsstufe benötigten Wassers wird durch indirekte Kühlung der letzten Stufe erhalten. Um eine Ansammlung bzv/. Anhäufung von Staub in dem in dem Waschturm 18 benötigten Waschwasser zu verhindern, wird ein Teil dieses Wassers der ersten Kühlstufe zugeführt wordurch die ausgewaschenen Partikel freigegeben und im Elektrofilter 15 abgeschieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur in Verbindung mit Röstprozessen anwendbar, sondern auch auf verschiedenen anderen Gebieten, beispielsweise auf dem Gebiet der Pyrometallurgie.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur selektiven Reinigung von Heißgasen, die komplexen bzw. aus mehreren Stoffen zusammengesetzten Staub enthalten, wobei das Gas zuerst einem Elektrofilter zugeführt wird, in dem partikelförmiges Material abgeschieden wird, bevor das Gas in einer ersten Kühlstufe einer Kühlung unterworfen und danach einem zweiten Elektrofilter und anschließend einer Waschstufe zugeführt wird, in der das Gas mit Wasser gewaschen wird, bevor es abschließend einer zweiten Kühlstufe zugeleitet wird, in der das Gas einem indirekten Kühlprozeß unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgase in der ersten Kühlstufe durch Verdampfung von Wasser gekühlt wird, das in einer solchen maximalen Menge eingesprüht v/ird, daß die in dem Gas enthaltene Wärmemenge ausreicht, das zugeführte Wasser vollständig zu verdampfen, das aus der Wasserwaschstufe und aus der zweiten Kühlstufe in Form von Kondenswasser zugeführt wird, so daß die in der ersten Kühlstufe kondensierten und die in der Wasserwaschstufe abgeschiedenen Produkte in dem zweiten Elektrofilter in trockenem Zustand erhalten werden.

2. Verfahren.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen in der ersten Kühlstufe durch Zuführung eines Teiles des zirkulierenden Wassers aus der Wasserwaschstufe durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der zweiten Kühlstufe gebildete kondensierte Wasser innerhalb des Prozesses im Kreislauf geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das

qer

kondensierte Wasser/in der Wasserwaschstufe zirkulierenden Wassermenge zugeführt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Reinigung von Röstgasen verwendet wird, die von einem Pyritröstprozeß stammen, und daß die im ersten Elektrofilter abgeschiedenen Partikel wieder in den Röstofen zurückgeführt werden.

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