DE2839794C3 - Verfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer Zwischenprodukte, sulfidischer Erze und/oder Erzkonzentrate - Google Patents
Verfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer Zwischenprodukte, sulfidischer Erze und/oder ErzkonzentrateInfo
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Classifications
-
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Description
30
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer Zwischenprodukte, sulfidischer Erze
und/oder Erzkonzentrate in Gegenwart von sauerstoffhaltigen Gasen und Brennstoff bei einer Flammentemperatur
von mindestens 1500° C unter Bildung von Schwefeldioxid und von schmelzflüssiger Phase.
Es sind zahlreiche Verfahren tür Verarbeitung von
hüttenmännischen Zwischenprodukten, sulfidischen Erzen und/oder Erzkonzentraten bekannt, die nicht
autogen ablaufen, sondern insbesondere zur Überführung der schmelzbaren Bestandteile in schmelzflüssige
Phasen einen Zusatz von Brennstoff benötigen. Derartige Verfahren können z. B. in Herdflammöfen,
Kurztrommelöfen, Drehtrommelöfen durchgeführt werden. Von besonderem Interesse ist das sogenannte
Schwebeschmelzen oder das Flammofenschmelzen, bei dem aus dem mehr oder minder erzreichen Aufgabegut
nach Zugabe von Schmelzzusätzen und zusätzlicher Verbrennung von Brennstoff ein »Konzentrat«, z. B.
von Kupferstein mit — je nach Beschaffenheit des Aufgabegutes — unterschiedlichem Gehalt von Nickel-,
Zink- und Bleisulfid erhalten wird (vgl. Meyers Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaften,
Bibliographisches Institut Mannheim, Wien, Zürich, 3. Band, Seite 2308; Winnacker und Küchler, Chemische
Technologie, Band 6, Carl Hanser Verlag München 1973, Seiten 228/229).
Ein Mangel der vorstehend skizzierten Verfahren ist, fco daß in Abhängigkeit vom Aufgabegut zum Erreichen
angestrebter Reaktionstemperaturen mitunter beträchtliche Brennstoffmengen erforderlich sind, die im
Extremfall die Anwendung des Verfahrens unter wirtschaftlichen Aspekten ausschließt. e >
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer Zwischenprodukte, sulfidischer
Erze und/oder Erzkonzentrate bereitzustellen.
das insbesondere die Brennstoffkosten reduziert, dennoch die Verfahrensführung nicht kompliziert und in
herkömmlichen Anlagen anwendbar ist
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der
eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man mindestens einen Teil
des Brennstoffes durch Säureharz mit einem Gehalt von max. 85 Gew.-% anorganischen Bestandteilen austauscht
Säureharz ist ein bei der Raffination von Mineralölen mittels Schwefelsäure anfallendes Abfallprodukt, dessen
Weiter- oder Aufarbeitung meist mit großen Schwierigkeiten verbunden ist Neben Verfahren zur thermischen
Zersetzung von Säureharz zu Spaltkoks und Schwefeldioxid (DE-PS 15 71 664) und zur Verbrennung in
bekannten Brennkammern, wie sie zur Verbrennung von Elementarschwefel, Pyrit oder anderen schwefelhaltigen
Stoffen verwendet werden (US-PS 14 59 084) sind auch solche beschrieben, bei denen eine gemeinsame
Verarbeitung von Säureharz und kohlenstoffarmer Abfallschwefelsäure zwecks Rückgewinnung von
Schwefeldioxid bzw. Schwefelsäure oder Oleum erfolgt (DE-PS 9 60 184, AT-PS 2 54 220). Abgesehen von der
Spaltkokserzeugung haben sich sämtliche Verfahren wegen der nur unvollständigen Verbrennung der
organischen Bestandteile des Säureharzes und der Entstehung beträchtlicher Schwefel-Trioxidmengen in
der Praxis nicht durchsetzen können.
Beim Einsatz des Säureharzes innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens treten diese Nachteile nicht
auf. Es wird eine vollständige Verbrennung der organischen Bestandteile erzielt Infolge der beim
erfindungsgemäßen Verfahren einzustellenden hohen Flammtemperatur wird ein praktisch schwefeltrioxidfreies
Gas erhalten.
Die Erfindung ist bei allen Verfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer Zwischenprodukte, sulfidischer
Erze und/oder Erzkonzentrate anwendbar, die einerseits mit der Entstehung schmelzflüssiger Phasen und
andererseits ohnehin mit der Bildung schwefeldioxidhaltiger Abgase verbunden sind. Hierbei handelt es sich
insbesondere um Schwebeschmelz- oder Flammofenschmelzverfahren
und um Verfahren, die in Herdflammöfen, Kurztrommelöfen, Drehtrommelöfen durchgeführt
werden.
Der Eintrag des Säureharzes· kann mittels herkömmlicher
für hochviskose Flüssigkeiten ausgelegte Brenner, insbesondere Zerstäubungsbrenner, erfolgen. Infolge
der Eigenschaft des Säureharzes, bei höheren Temperaturen zur Verkokung zu neigen und bei Normaltemperatur
kaum mehr pumpfähig zu sein, ist eine Eintragslanze besonders geeignet, die ein Innenrohr für
das Säureharz, einen darumliegenden, inneren Ringraum für ein Temperiermedium, wie Wasser, und einen
Ringraum für das Zerstäubungsmedium aufweist. Die Temperaturkonditionierung des Brennerkopfes verringert
entscheidend die Korrosionswirkung an dieser Stelle. Zweckmäßigerweise werden mehrere Säurelanzen
eingesetzt, die über eine Ringleitung versorgt werden können.
Die Dosierung des Säureharzes erfolgt vorteilhafterweise mit Hilfe einer drehzahlgeregelten Zahnradpumpe,
der ein Mengen- bzw. Druckmesser nachgeschaltet ist. Auf diese Weise kann ein geschlossener Regelkreis
aufgebaut werden.
Bei der Bemessung der zum Austausch mindestens eines Teils des Brennstoffes bestimmten Säureharzmenge
sind die Heizwerte beider in Relation zu setzen.
Beispielsweise hat schweres Heizöl einen Heizwert von 40100 kj/kg und ein Säureharz mit 50 Gew.-%
Schwefelsäure und 50 Gew.-°/o Kohlenwasserstoffen einen solchen von 18 800 kj/kg. Beim Säureharz ist der
tatsächlich zur Verfügung stehende Heizwert eingesetzt, d. h, die zur Spaltung der Schwefelverbindungen
aufzuwendende Wärmemenge ist in Abzug gebracht Die Mengeneinheit Heizöl ist daher durch die 2,13fache
Mengeneinheit Säureharz austauschbar. Mit zunehmendem Schwefelsäuregehalt und abnehmendem Kohlenstoffgehak
wird der Faktor größer und mit abnehmendem Schwefelsäuregehalt und zunehmendem Kohlenstoffgehalt
kleiner. Das Diagramm gemäß F i g. 1 veranschaulicht den Heizwert in MJ/kg (Mega-Joule/
Kilogramm) des Säureharzes in Abhängigkeit von seinem Schwefelsäuregehalt Dabei ergibt sich die
Spreizung der Kurve aus den unterschiedlichen Beschaffenheiten einzelner Säureharze, insbesondere
aus den verschiedenen Gehalten an organischen Schwefelverbindungen, die neben der Schwefelsäure
einen weiteren Wärmeanteil zur Spaltung benötigen.
Bei stöchiometrischer Verbrennung von Heizöl bzw. Säureharz der vorgenannten Qualität mit Luft entstehen
theoretische Verbrennungstemperaturen von 21000C (Heizöl), bzw. von 19000C (Säureharz). Die bei
der Verbrennung von Säureharz gebildeten Abgase mit gegenüber Heizöl hohen Schwefeldioxid- und Wasserdampfpartialdrjcken
bewirken eine Vergrößerung der Strahlungsintensität, so daß die niedrigere Flammentemperatur
sich im Wärmeübertragungsverhalten zwischen Flamme und Ausgangsmaterial wenig auswirkt.
Beim \ustauäch von Brennstollen, insbesondere
durch kohlenwasserstoffärmeres Säureharz, erhöht sich die Abgasmenge um mehrere Zehnerprozent. In
bestehenden Anlagen, in denen die Installation zur Aufnahme der Abgase bereits bei Verwendung von
Brennstoff ausgelastet ist, würde bei unverändertem Einsatz von hüttenmännischen Zwischenprodukten,
sulfidischen Erzen und/oder Erzkonzentraten eine über die Gaskapazität hinausgehende Abgasmenge anfallen,
die nicht aufgenommen werden könnte. Dem könnte nur durch Senkung der Durchsatzmenge der Ausgangsstoffe
begegnet werden.
Um diesen gegebenenfalls auftretenden Nachteil zu vermeiden, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der
Erfindung vor, den Sauerstoffgehalt in dem zuzuführenden sauerstoffhaltigen Verbrennungswind in Abstimmung
auf die ausgetauschte Säureharzmenge derart zu bemessen, daß gegenüber dem Zustand ohne Brennstoffaustausch
die Abgasmenge nicht vermehrt wird. Eine konstante Abgasmenge wird erhalten, wenn der
Sauerstoffgehalt des anteiligen, auf die Säureharzverbrennung entfallenden Verbrennungswindes entsprechend
der Formel
γ J" Ui
HuB
eingestellt wird.
Hierbei bedeuten:
Hierbei bedeuten:
X = Sauerstoffgehalt des Verbrennungswindes für
Säureharzverbrennung (mXVm3 Wind);
MO2 = Sauerstoffbedarf für Säureharzverbrennung 2;kg Säureharz);
MO2 = Sauerstoffbedarf für Säureharzverbrennung 2;kg Säureharz);
Ma = Abgasmenge aus Säureharzverbrennung bei
Verbrennung mit reinem Sauerstoff (mVkg Säureharz);
Hus = unterer Heizwert des Säureharzes unter
Berücksichtigung der Spaltwärme (kj/kg Säu
reharz)·,
Hub = unterer Heizwert des bislang eingesetzten
Brennstoffes (kj/kg Brennstoff);
Sma = Spezifische Abgasmenge des bislang eingesetzten
Brennstoffes (mVkg Brennstoff).
(m3 bedeutet jeweils das Voiumen unter Normalbedingungen.)
Während die Abgasmenge bei Verbrennung von schwerem Heizöl mit einem Heizwert von 40 100 kj/kg
bei etwa Il,3m3/kg liegt, sind für das jeweilige
Säureharz die Abgasmengen bei Verbrennung mit reinem Sauerstoff und die für die Verbrennung
erforderliche Sauerstoffmenge und — sofern die Angaben in der F i g. 1 nicht genau genug erscheinen —
auch der Heizwert durch Vorversuche zu ermitteln.
Die Erfindung wird mittels der F i g. 1 bis 3 sowie des Ausführungsbeispiels näher und beispielsweise erläutert:
Fig. 1 beinhaltet die bereits in der allgemeinen Beschreibung der Anmeldung erläuterte Abhängigkeit
des Heizwertes in MJ/kg (Mega-Joule/Kilogramm) vom Schwefelsäuregehalt des Säureharzes. Die Spreizung
der Kurve ergibt sich aus der unterschiedlichen
jo Beschaffenheit verschiedener Säureharze, insbesondere
aus den verschiedenen Gehalten an organischen Schwefelverbindungen, die neben der Schwefelsäure
einen weiteren Wärmeanteil zur Spaltung beanspruchen. Das Diagramm läßt außerdem erkennen, daß
r> Säureharz mit mehr als 85 Gew.-% anorganischen Bestandteilen praktisch keinen Heizwert mehr besitzt
und mithin für das erfindungsgemäße Verfahren ungeeignet ist.
Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine zum Eintrag des Säureharzes vorzugsweise einzusetzende Lanze. Sie
weist ein Innenrohr 1 für das Säureharz, einen inneren ringförmigen Temperierraum 2 und einen äußeren
Raum 3 zur Zufuhr des Zerstäubungsmediums auf. Der Durchmesser des Innenrohres 1 ist dabei so gewählt,
4> daß Verstopfjngen vermieden werden. Lediglich der
Austrittsquerschnitt 4 des Innenrohres 1 ist verengt ausgeführt, so daß eine Austrittsgeschwindigkeit des
Säureharzstrahles bis 10m/sec erreic1-' r ist. Der
innere Ringraum 2 für das Temperiermeüium ist durch
•">o eine durchgehende Wand 5 in einen Zulaur und einen
Ablaufteil getrennt. Bei Temperierung auf 30 bis 8O0C ist einerseits einwandfreie Pumpbarkeit des Säureharzes
gewährleistet, andererseits werden Verkokung und Korrosion des Werkstoffes vermieden.
» Der äußere Ringraum 3 wird vorzugsweise mit Preßluft oder Dampf als Zerstäubungsmedium beaufschlagt.
Zum Austritt des Zerstäubungsmediums sind ringförmig angeordnete, gegen den Säurcharzstrahl
gerichtete Bohrungen 6 vorgesehen, wobei die Aus-
«) trittsgeschwindigkeit des Zerstäubungsmediums nahezu
Schallgeschwindigkeit erreichen kann. Die Bohrungen 6 können auch als Lavaldüse ausgeführt werden, so daß
das Zerstäubungsmedium mit Überschallgeschwindigkeit austritt.
Ein Schwebeschmelzofen mit einer Durchsatzleistung von 50 t/h Kupferkonzentrat wurde bislang unter
Verwendung von 2100 kg/h Schweröl betrieben, dessen Zugabe mit 750 kg/h über mehrere am Schacht und mit
1350 kg/h über mehrere am Unterofen angeordnete Brenner erfolgt.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden 500 kg/h Schweröl durch 1600 kg/h Säureharz
ersetzt. Es wurc en mithin aufgegeben:
1600 kg/h Schweröl,
1600 kg/h Säureharz.
1600 kg/h Säureharz.
Vom Schweröl wurden 620 kg/h dem Schacht und 980 kg/h dem Unterofen, jeweils über Brenner, zugeführt.
Die Säureharzzugabe erfolgte mit 400 kg/h im Schacht und mit 1200 kg/h im Unterofen, jeweils mittels
zweier Lanzen gemäß F i g. 2 und F i g. 3. Hierbei waren die ringförmigen Temperierräume 2 mit Wasser auf
5O0C temperiert. Als Zerstäubungsmedium diente ein Luft/Sauerstoff-Gemisch, das in Mengen von 0,5 mVkg
Säureharz und mit einem Druck von 4 bar zugeführt wurde.
Die Heizwerte waren
Schweröl Schweröl + Säureharz
II)
für das Säureharz
für das Schweröl
für das Schweröl
13,6 MJ/kg,
40,6 MJ/kg.
40,6 MJ/kg.
Infolge der bilanzmäßig guten Erfaßbarkeit im Unterofen des Schwebeschmelzofens lassen sich dessen
Betriebsbedingungen besonders übersichtlich vergleichen und tabellarisch gegenüberstellen: in
| Schweröl | Schweröl + | |
| Säureharz | ||
| Energieeintrag [GJ/h) | 54,8 | 56,1 |
| Schwerölmenge [kg/h] | 1350 | |
| Säureharzmenge [kg/h] | - | 1200 |
| Luftmenge für Schweröl | 18600 | 13 500 |
| verbrennung [m3/h] | ||
| Luftmenge für Säureharz | 4800 | |
| verbrennung [m3/h] | ||
| Sauerstoffzusatz für Säure | — | 200 |
| harzverbrennung [mVh] | ||
| Sauerstoffgehalt des für die | - | 24,1 |
| Säureharzverbrennung be | ||
| stimmten Verbrennungs | ||
| windes [Vol.-%] |
Theoretische Verbrennungstemperatur [ C]
Abgasmenge [mVh]
(als Anteil des Unterofens
gerechnet)
Abgasmenge, bezogen auf
Energieeintrag [m3/GJ]
Energieeintrag [m3/GJ]
1670 1 675
19500 19900
19500 19900
355,8 354,7
In der erfindungsgemäßen Betriebsweise ist die gesamte eingesetzte Luflmenge anteilig für die Schwerölverbrennung
und für die Säureharzverbrennung ausgewiesen. Sie ergibt sich für das Schweröl aus dem
Wert für das Verfahren mit ausschließlicher Schwerölverbrennung durch entsprechende Umrechnung auf die
verringerte Schwerölmenge, für das Säureharz unter Verwendung der Formel von Spalte 3 der Beschreibung
mit den Werten für
MO2 = l,0(mVkg)
MA = 1,66 (mVkg)
Hus = 13,6 (MJ/kg)
Hub =40,6 (MJ/kg)
SMa = 14,4 (mVkg)
MA = 1,66 (mVkg)
Hus = 13,6 (MJ/kg)
Hub =40,6 (MJ/kg)
SMa = 14,4 (mVkg)
Der Sauerstoffgehalt des gesamten für die Säureharzverbrennung eingesetzten anteiligen Verbrennungswindes
betrug demnach 24,1 Vol.-% (entsprechend χ = 0,241). Außerdem war bei Ermittlung der Werte
vom ursprünglichen Betriebszustand mit alleiniger Schwerölverbrennung und einer Luftverhältniszahl
Λ = 1,3 (entsprechend dem l,3fachen des theoretisch erforderlichen Sauerstoffbedarfs) ausgegangen worden.
Insbesondere ein Vergleich der theoretischen Verbrennungstemperaturen
sowie der jeweiligen Abgasmengen, bezogen auf Energieeintrag, zeigt, daß gegenüber dem Zustand mit ausschließlicher Schwerölverbrennung
keine verfahrenswesentlichen Änderungen eingetreten sind und trotz Austausch einer
beträchtlichen Schwerölmenge gegen Säureharz die einwandfreie Betriebsweise des Schwebeschmelzofens
aufrechterhalten bleibt.
Auch folgt aus der im Prozeß insgesamt erzeugten Dampfmenge, in die auch der Betrieb des Schachts des
Schwebeschmelzofens eingeht, daß mit — für beide Betriebsfälle übereinstimmend — 0.85 t/t Kupferkonzentrat
keine das erfindungsgemäße Verfahren nachteilig beeinträchtigenden Unterschiede bestehen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer Zwischenprodukte, sulfidischer Erze und/oder Erzkonzentrate
in Gegenwart von sauerstoffhaltigen Gasen und Brennstoff bei einer Flammentemperatur
von mindestens 1500°C unter Bildung von Schwefeldioxid und von schmelzflüssiger Phase, dadurch
gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des Brennstoffes durch Säureharz mit einem
Gehalt von maximal 85 Gew.-% anorganischen Bestandteilen austauscht
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das mindestens einen Teil des
Brennstoffes austauschende Säureharz mittels einer Lanze einträgt, die ein inneres Zuführrohr (1) für das
Säureharz, einen das Zuführrchr (1) umfassenden inneren Ringraum (2) für ein Temperiermedium und
einen äußeren Ringraum (3) für das Zerstäubungsmedium aufweist
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Sauerstoffgehalt im
zuzuführenden sauerstoffhaltigen Gas in Abstimmung auf die auszutauschende Säureharzmenge
derart bemißt, daß gegenüber dem Zustand ohne Brennstoffaustausch die wärmespezifische Abgasmenge
nicht vermehrt wird.
Priority Applications (5)
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| US06/074,299 US4329170A (en) | 1978-09-13 | 1979-09-11 | Method of treating sulfur-containing metallurgical materials |
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