DE2420639B2

DE2420639B2 - Anlage zur selektiven Reinigung von Heißgasen

Info

Publication number: DE2420639B2
Application number: DE2420639A
Authority: DE
Inventors: Stig Arvid Skelleftehamn Petersson
Original assignee: Boliden AB
Current assignee: Boliden AB
Priority date: 1973-05-02
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1981-04-23
Also published as: CA1030078A; ES425846A1; AU6842674A; FR2227904A1; BG32267A3; DD111295A5; SU1103784A3; DE2420639A1; JPS5014572A; BE830252Q; JPS5852683B2; PH10157A; US3899308A; FR2227904B1; SE373114B; ZA742669B

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur selektiven Reinigung von Heißgasen, die aus mehreren Stoffen zusammengesetzten Staub enthalten, mit einem ersten Elektroabscheider, einer ersten Kühlstufe, einem zweiten Elektroabscheider, einer Wasserwaschstufe sowie einer zweiten, indirekt arbeitenden Kühlstufe.

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 werden. Es sind bereits Gasreinigungsverfahren bekannt, wobei Zyklone oder Filter, beispielsweise Filtersäcke oder Elektroabscheider, benutzt werden. Die bekannten Verfahren haben alle zum Ziel, die Feststoffe in größtmöglichem Umfang von den Gasen zu trennen.

Von den Verfahren, bei dtnen 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 werden, 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, Mn, Zn und As enthalten. Bei Schmelzprozessen, an denen die erwähnten Elemente beispielsweise in oxidierter Form teilnehmen, treten im wesentlichen die gleichen GasreinigungsprobleniP. 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 Schwefeldioxid oxidiert wird. Das geröstete Material wird anschließend einem pyrometallurgischen Prozeß in Reaktoren unterworfen, die für die Kupfergewinnung geeignet sind. Die Kupfersulfiderze sind in ihrem natürlichen Zustand häufig sehr komplex und enthalten oft Verunreinigungen, wie beispielsweise PbS, ZnS, Sb₂S^ AS2S3 und HgS. Diese Verunreinigungen lassen sich häufig nicht vollständig durch beispielsweise Erzaufbereitungsverfahren abtrennen, und auch nicht durch andere bekannte Anreicherungsverfahren, was der Grund dafür ist, daß bei der pyrometallurgisehen Behandlung von Chalkoypritkonzentrat in den Abgasen ein sehr komplexer bzw. verschiedenartiger Staub vorhanden ist, wobei diese Abgase zusätzlich als

ία wesentlichen Bestandteil Schwefeldioxid enthalten. Schwefeldioxidgas wird normalerweise zur Herstellung von flüssigem Schwefeldioxid 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.

Gas, das von der Chalkopyritröstung herrührt, führt somit mitgerissene Feststoffpartikel, flüchtige Substanzen, wie beispielsweise AS2O3, sowie Se- und Hg-Verbindungen mit sich. Der Staub bzw. die Staubpartikel werden gewöhnlich zuerst in einem Trockenabscheidungsverfahren, beispielsweise innerhalb eines Zyklons, wiedergewonnen bzw. abgetrennt, bevor das Gas gewaschen und beispielsweise in einem Naßelektroabscheider gereinigt wird, um die restlichen festen oder flüchtigen Partikel abzuscheiden. Wie bereits erwähnt, ist eine möglichst vollständige Abscheidung sämtlicher von dem Gas mitgeführter Bestandteile erwünscht. Die Elementaranalyse des bei der Kupferpyritröstung insgesamt abgeschiedenen Staubes ergibt beispielsweise die folgende aufs Gewicht bezogene Verteilung:

Cu 8%

Pb 6%

Zn 7%

Sb 1%

As 20%

Kg 1,5%

Fe 8%

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

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 SE-PS'en 3 03 737 und 3 04 295 beschrieben. Andere Anlagen sind in Erzbergbau und Metallhüttenwesen XXX (NFXXII) Jahrgang 1934, Seiten 197-201 beschrieben. Eine mehr allgemeine Übersicht von

5C angewandten Gasreinigungstechniken findet sich in Batel: »Entstaubungstechnik« Berlin 1972, Seiten 180 ff. In dieser Vorveröffentlichung ist ein Fließdiagramm zum Abscheiden von Schwefeldioxid aus Gasen beschrieben, die aus einem Wirbelbettofen stammen, der bei der Pyritröstung benutzt wird. Aus der US-PS 12 04 906 ist es weiterhin bekannt, daß Staub selektiv mittels mehrerer hintereinanderliegender Elektroabscheider 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 ausnahmlos sehr komplex bzw. verschiedenartig ist,

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wird daher wieder in den Röstofen zurückgeführt, was zu 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 getrennten Behandlung zuzuführen. Für eine derartige gesonderte Behandlung werden häufig aufwendige Anlagen und teure Prozesse bsnötigt

Bei einer in der FR-PS 10 63 127 behandelten Gasreinigungsanlage der eingangs beschriebenen Art sind einer vorgeschalteten Kühlstufe ein kühlender Wärmetauscher und ein Speicherbehälter nachgeschaltet, dem auch Flüssigkeit von einem Elektroabscheider zugeführt wird. Aus dem Flüssigkeitskreislauf der vorgeschalteten Kühlstufe wird ein Teilstrom zum Kreislauf einer weiteren vorgeschalteten Direktkühlstufe abgezweigt, der wiederum ein Flüssigkeitsteilstrom entnommen wird. Bei all diesen Strömen handelt es sich um Flüssigkeitsströme, so daß alle aus den Kühlstufen und Elektroabscheidern stammenden Produkte in Form von pumpfähigen Flüssigkeiten oder pumpfähigem Schlamm vorliegen, der entweder zu Schwierigkeiten bei der Lagerung führt oder einer aufwendigen Nachreinigung zugeführt werden muß. Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Gasreinigungsanlage besteht somit darin, daß sie im nassen Milieu arbeitet.

Gemäß der DE-PS 6 67 791 ist es bei der Gasreinigung bekannt, der Reinigungsanlage eine Was scrwaschstufe nachzuschalten. Auch bei diesem bekannten System fallen die in dem Gas vorhandenen Verunreinigungen später als schwer zu behandelnder Schlamm an.

Aus der Zeitschrift »Zement-Kalk-Gips« 1970, Nr. 3, Seiten 110 und 111, sowie aus der US-PS 27 06 533 ist es bei der Reinigung von mit Staub beladenem Gas bekannt, den das Gas begleitenden Staub bis zu einem gewissem Niveau zu befeuchten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf dem sehr weitgehend erforschten und entwickelten Sachgebiet der Gasreinigung ein System zu schaffen, welches es gestattet, die im Gas mitgeführten Verunreinigungen in trockenem Zustand abzutrennen, ohne daß zum Schluß ein Schlamm anfällt, der aus dem System abgelassen werden muß und Schwierigkeiten bei der weiteren Behandlung bereitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Anlage dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Kühlstufe eine Wassereinlableitung zugeordnet ist, die Verbindung mit dem Auslaß der Wasserwaschstufe sowie mit dem Kondenswasserauslaß der zweiten, indirekt arbeitenden Kühlstufe hat und daß über die so Einlaßleitung in die erste Kühlstufe eine so große Wassermenge eingesprüht wird, daß diese unter Einwirkung der in den Heißgasen enthaltenen Wärmemenge vollständig verdampft.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird der das Gas begleitende Staub in trockenem Zustand in einem ersten Elektroabscheider entfernt. Diese Staubentfernung kann gegebenenfalls durch Konditionieren des Staubes gemäß der bekannten Technik verbesse^rt werden. Der große und wesentliche Unterschied gegenüber allen bekannten Gasreinigungssystemen besteht jedoch darin, daß ein Trockenabscheideverfahren mit einem Naßabscheideverfahren kombiniert wird unter Gewinnung von nur trockenen Produkten aus den Reinigungsstufen. Dieses wird dadurch erreicht, daß Verunreinigungen enthaltende flüssige Produkte aus nachfolgenden Wasch- und Kühlstufen als Kühlmedium der ersten Kühlstufe zugeführt werden, wodurch das im ersten Elektroabscheider vom Staub befreite Gi« gekühlt wird, so daß gleichzeitig die Flüssigkeit in den zugeführten Produkten ganz verdampft und die Verunreingigungen in dem zweiten Elektroabscheider abgeschieden und in trockenem Zustand abgeführt werden. Diese Kombination ist durch den Stand der Technik weder vorweggenommen und läßt sich auch aus diesem Stand der Technik nicht als naheliegende Maßnahme ableiten, wobei es auch nicht gegen die vorliegende Erfindung spricht, dsß die apparativen Voraussetzungen für das erfindungsgemäße System bereits vorhanden gewesen sind. Es ist vielmehr überraschen, daß unter Verwendung an sich bekannter und üblicher Apparaturen die Möglichkeit geschaffen wurde, das Entfernen von sowohl staubförmigen als auch gasförmigen Verunreinigungen in metallurgischen Gasen unter Gewinnung von nur trockenen und leicht hantierbaren Produkten zu kombinieren, ohne daß schwer zu lagernde oder schwer zu bearbeitende Schlammbeiprodukte entstehen.

Erfindungsgemäß lassen sich selektiv in trockenem Zustand teils metallhaltiger Staub, der vorteilhafterweise direkt einer vorhergehenden metallurgischen Bearbeitungsstufe zugeführt werden kann, und teils flüchtige Substanzen gewinnen, z. B. AS2O3. Es zeigt sich auch, daß dabei ein zur Weiterraffinierung gut verwendbares Material mit geeigneten physikalischen Eigenschaften erhalten «verden kann.

Die erfindungsgemäße Anlage führt somit bei der Reinigung von metallurgischen Gasen, d. h. auf einem seit langem und weitgehend durchforschtem Gebiet zu dem Vorteil, daß man aus staubhaltigen Heißgasen alle festen und kondensierbaren Bestandteile entfernen kann, ohne daß schwer zu handhabende flüssige oder feuchte Restprodukte anfallen.

Die erfindungsgemäße Anlage wird im folgenden an Hand der Figur in Verbindung mit der Reinigung von Gasen beschrieben, die Schwefeldioxid enthalten und beim Rösten von Chalkopyriten anfallen.

Die Chalkopyrite werden einem Mehrstufenofen 1 durch eine Leitung 2 zugeführt, und das geröstete Material verläßt den Ofen durch eine Leitung 3. Dem Röstofen wird Luft durch die Leitung 4 zugeführt. Mit Staub beladcnes 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 ersten Elektroabscheider 9 in Form eines Heißelektroabscheiders zugeführt, in dem die warmen Gase, die eine Temperatur von etwa 300⁰C 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. Wenn die in dem ersten Elektroabscheider 9 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 eine erste Kühlstufe 12, in der eine Verdampfungskühlung stattfindet, indem durch eine Wassereinlaßleitung 13 Wasser in die Kühlstufe 12 eingespritzt wird. Nachdem das Gas auf eine Temperatur etwa zwischen 100⁰C und 150⁰C abgekühlt worden ist, wird es durch

eine Leitung 14 in einen zweiten Elektroabscheider 15 geleitet, in dem kondensierte Arsen-, Selen- und Quecksilberpartikel abgeschieden und durch eine Leitung 16 abgeführt werden. Die gewählte Tempertur hängt von der Schwefeltrioxidmenge und dem Kondensationspunkt des Gases ab. In dem Elektroabscheider darf keine Kondensation des Wassers stattfinden. Das auf diese Weise weiter gereinigte Gas wird dann durch eine Leitung 17 einer Wasserwaschstufe 18 zugeführt, in der das Gas mit Wasser gewaschen wird, das durch die Leitung 19 zugeführt und durch den Auslaß 20 abgeleitet wird. Der Auslaß 20 ist über eine Zwischenleitung 21 mit der Leitung 19 verbunden. Ein Teil des beim Waschprozeß verunreinigten Waschwassers wird über eine Zweigleitung 22 der Wassereinlaßleitung 13 zugeführt, so daß es als Kühlwasser bei dem Yerdarnpfungskühlprozeß innerhalb der ersten Kühlstufe 12 verwendet werden kann. Das Gas gelangt durch eine Leitung 23 in eine zweite indirekt arbeitende Kühlstufe 24, die aus einem Kühlaggregat besteht, in dem das Gas mittels Wasser gekühlt wird, das durch die Leitung 25 zugeführt und durch die Leitung 26 abgeleitet wird. Bei diesem Kühlprozeß kondensiert ein Teil des in den Gasen enthaltenen Wassers; das kondensierte Wasser wird durch einen Kondenswasserauslaß 27 in den durch die Wasserwaschstufe 18 zirkulierenden Waschwasserkreislauf oder durch die Leitungen 30 und 13 in die erste Kühlstufe 12 geleitet. In bestimmten Fällen ist es notwendig, eine kleinere Menge des durch die Wasserwaschstufe 18 zirkulierenden Wasv-hwassers aus dem Kreislauf herauszuführen, wenn das Waschwasser Schwefeltiroxid absorbiert hat. Das Abscheiden von gebildeter Schwefelsäure kann auch durch Zusatz von Kalk, Ammoniumhydroxid oder Natriumhydroxid erfolgen. In der Praxis wurde die Verdampfungskühlung in Verbindung mit einer Gasmenge von 40 000 NmVh durchgeführt, wobei das Gas etwa 0,8 m³ H^O/h enthielt, während das durch die Leitung 23 abgeführte Gas 1 m^J H₂CVh enthielt. Dem

iü System mußte daher Wasser in einer Geschwindigkeit von 0,2 mVh zugeführt werden. Diese Wasserzufuhr erfolgt vorzugsweise durch die Leitung 29. Das System enthält somit nur drei Materialausgänge, nämlich die Leitung 3 für geröstetes Material, die Leitung 16 für Arsen, Selen und Quecksilber und die Gasauslaßleitung 28 für das gereinigte Gas. Für den adiabatischen Kühlprozeß wurden etwa 4 m³ HrQ/h benötigt, was 0,! 1/std. und Nm³ Gas entspricht. Der größte Teil des in der Verdampfungskühlungsstufe benötigten Wassers wird durch indirekte Kühlung der letzten Stufe erhalten. Um eine Ansammlung bzw. Anhäufung von Staub in dem in der Wasserwaschstufe 18 benötigten Waschwasser zu verhindern, wird ein Teil dieses Wassers der ersten Kühlstufe zugeführt, wodurch die ausgewaschenen Partikel freigegeben und weiter im Elektroabscheider 15 abgeschieden werden.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anlage zur selektiven Reinigung von Heißgasen, die aus mehreren Stoffen zusammengesetzten Staub enthalten, mit einem ersten Elektroabscheider, einer ersten Kühlstufe, einem zweiten Elektroabscheider, einer Wasserwaschstufe sowie einer zweiten, indirekt arbeitenden Kühlstufe, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Kühlstufe (12) eine Wassereinlaßleitung (13) zugeordnet ist, die Verbindung mit dem Auslaß der Wasserwaschstufe (18) sowie mit dem Kondenswasserauslaß (27) der zweiten, indirekt arbeitenden Kühlstufe (24) hat und daß über die Einlaßleitung (13) in die erste Kühlstufe (12) eine so große Wassermenge eingesprüht wird, daß diese unter Einwirkung der in den Heißgasen enthaltenen Wärmemenge vollständig verdampft