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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines S02-
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haltigen Gases aus Metallerzen, insbesondere aus feinkörnigem Flotationspyrit
für die Herstellung von Schwefelsäure. Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bisher sind verschiedene Verfahren
zur Herstellung von S02-haltigen Gasen durch Röstung von Pyrit bekannt.
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Eines dieser bekannten Verfahren ist das Röstverfahren in mechanischen
Wedge-Etagenöfen. Dabei wird jedoch nur ein Gas mit niedriger S02-Konzentration
erzeugt. Ferner ist die Belastung des Ofens niedrig, wodurch eine niedrige Intensivität
des Prozesses und eine niedrige Ofenleistung herbeigeführt wird.
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Zum Rösten von sehr feinkörnigen Flotationspyriten werden auch Suspensionsöfen
verwendet, in welche ein Strom eines Luft/Pyrit-Gemisches eingeblasen wird.
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Die Verbrennung erfolgt in einer Kammer mit Abkühlungs-Wasserschirmen
und mittels Zuführung von Sekundärluft. Die Verbrennung verläuft bei einer Temperatur
von etwa 1000 OC und das erzeugte Gas enthält ungefähr 10% S02 mit einem wesentlichen
S03-Anteil 3 und einer bedeutenden Abbrandmenge, die bis 300 g/Nm des Gases beträgt.
Die Leistung des Suspensionsofens beträgt bis 1400 3 kg/m3-Std. Ein Nachteil dieses
Verfahrens besteht in: der Notwendigkeit der Pyrittrocknung bis auf 25% des Feuchtigkeitsgehaltes,
der Schwierigkeit der Aufrechterhaltung der Stabilität des Verbrennungsprozesses,
bedeutender
Störanfälligkeit der Anlage infolge der Verklebung der Abkühlungsschirme, des Abgasdampfkessels
und der trockenen arbeitenden Elektrofilter durch in dem Gas vorhandener nicht verbrannter
Teilchen, dem Schwefelgehalt in dem Abbrand in einer Menge von 2 t 2,5%; der Abbrand
enthält ferner NE-Metalle und bildet wegen seiner staubförmigen Form und seines
Schwefelgehaltes einen schwierig zu bewirtschaftenden Abfall, die staubartige Form
der Abbrände führt zu einer erheblichen Verunreinigung der Umwelt.
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Es ist auch ein Verfahren zum Pyritrösten in Wirbelschichtöfen bekannt.
Das Rösten erfolgt in der Wirbelschicht oder teilweise in der Wirbelschicht und
teilweise in der Zone über dieser Wirbelschicht.
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Die Temperatur der Wirbelschicht beträgt 750 * 850 OC und die Gase
erreichen am Ausgang des Ofens eine Temperatur bis zu 950 OC.
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3 Das so gewonnene Gas enthält ungefähr 300 g/Nm3 des Abbrandes je
nach der Körnigkeit des Pyrites und der Gasströmungsgeschwindigkeit. Das Gas enthält
bis zu 15,9% S02 und bis 0,38 S03. Der Ofen 3 erreicht eine Leistung bis zu 1000
kg/m .Std. Zu den Nachteilen dieses Verfahrens zählen: fehlende Stabilität des Verfahrens
und Verminderung der spezifischen Leistung bei Einsatz von feinstkörnigen Flotationspyriten,
z. B. bei einem 50% überschreitenden Gehalt an Körnern mit einem 0,03 mm unterschreitenden
Durchmesser,
3 das Gas enthält bis ungefähr 300 g/Nm3 an Abbrand,
wodurch eine große Störanfälligkeit der Anlage wegen der Verklebung der inneren
Bauteile des Abgasdampfkessels und der trockenen betriebenen Elektrofilter durch
den Abbrand verursacht wird: Das macht eine häufige manuelle Reinigung erforderliche
der Gesamtschwefelgehalt in dem Abbrand beträgt bis zu 2%; der Abbrand enthält auch
NE-Metalle, Schwierigkeiten bei der Bewirtschaftung des staubartigen Abbrandes und
aufgrund seines Schwefelgehaltes; es ist eine vollkommene Abdichtung der Transport-
und Lagereinrichtungen erforderlich, große Verschmutzung des Werkgeländes durch
den Abbrand, Notwendigkeit der Einrichtung von Haltenkippen, welche die Verunreinigung
der Umwelt bewirken; Einsatznotwendigkeit hoher Drücke in den Kühlsegmenten der
Anlage zur Verhinderung der Kondensation von H2S04.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage
zur Durchführung eines Verfahrens der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben,
die sich durch Umweltfreundlichkeit, vereinfachte Wartung, Vereinfachung des apparativen
Aufwandes und verbesserte Qualität der erzeugten Produkte und Nebenprodukte auszeichnen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Herstellung
eines S02-haltigen Gas mit Einsatz eines bekannten Fliehkraftofens (z. B. polnisches
Patent 107 058) mit Brennkammer, Reaktionskammer und Separationskammer dadurch,
daß gleichzeitig mit der Schwefeloxydation in der Reaktionskammer des Fliehkraftofens
das Abdampfen der NE-Metalle und das Verschmelzen der schwefelhaltigen Erze (Pyrite)
teilweise durch die Wärme aus dem Brennstoff/Luft-Gemisch und teilweise durch die
bei der Schwefeloxydation erzeugte Wärme herbeigeführt wird und wonach die flüssige
Eisenschmelze in der Separationskammer dieses Ofens abgetrennt und das heiße Gas
in einem separaten Kühler, vorzugsweise einem Wirbelschichtkühler abgekühlt wird.
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Die Oxydation des Schwefels erfolgt in dem Temperaturbereich, der
durch die niedrigste Temperatur der Schmelztemperatur des schwefelhaltigen Erzes
(Pyrites) und die höchste durch die Dampftemperatur der NE-Metalle bestimmt wird,
vorzugsweise in den Grenzen von 1600 . 1800 OC.
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Die Abkühlung des heißen Gases besteht in dem membranartigen Wärmeaustausch
mit der Luft und mit dem Wasser in der Wirbelschichtkühlung, in welcher die Wirbelschicht
mittels des abzukühlenden Gases in den einen fluidizierenden Zustand gebracht wird,
und durch den Kontakt des Gases mit den in dieser Wirbelschicht angeordneten Kühlelementen
wird eine Kondensation und Kristallisation der NE-Metalldämpfe und des Eisenschmelzennebels
hervorgerufen, welche von dem Gas mitgeführt werden. Die beim Abkühlungsprozeß des
Gases in dem Wirbelschichtkühler abgegebene Wärme erwärmt die
Luft
und diese wird unmittelbar in die Brennkammer des Fliehkraftofens als Verbrennungsluft
eingeführt. Das Wesen der erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung eines S02-haltigen
Gases besteht in der Verbindung eines bekannten Fliehkraftofens mit einem Gaskühler,
vorzugsweise einem Wirbelschichtkühler, derart, daß der Gasaustritt aus der Separationskammer
des Ofens mittels einer Gasleitung mit dem Gaseintritt in dem Kühler unter der Wirbelschicht,
und der Luftaustritt der durch die Wärme dieses Gases erwärmten Kühlluft aus den
Kühlelementen des Kühlers mit der Verbrennungskammer des Fliehkraftofens verbunden
ist Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage
besteht in der Möglichkeit der Oxydation des Schwefels aus Pyriten oder anderen
Metallerzen, deren granulometrische Zusammensetzung durch einen höchstmöglichen
Anteil an feinsten Fraktionen, und insbesondere mit Durchmessern der Körner unter
0,06 mm gekennzeichnet ist. Das erhaltene Gas enthält S02 in einer zur Herstellung
der Schwefelsäure geeigneten Menge. Das Verfahren ermöglicht eine separate Herstellung
der Eisenschmelze und die Wiedergewinnung fast aller NE-Metalle.
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Ein Effekt der Separation der flüssigen Eisenschmelze aus dem Gas
besteht in der Vermeidung des Transportes von betriebenem Abbrand, des Abbrandlagers
und dem Einsatz von trockenen Elektrofiltern.
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Das hergestellte Gas enthält nur Spurenmengen des S03, wodurch die
Lebensdauer der Apparate in dem Kühlteil der Schwefelsäureanlagen erhöht und die
Menge der herzustellenden technischen
Säure zugunsten der reinen
Schwefelsäure vermindert wird.
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Die wiedergewonnene Eisenschmelze und die NE-Metalle sind ein Rohstoff,
der für die Wiederverwendung bei Hüttenverfahren geeignet ist.
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Die Beseitigung der ungünstigen Herstellung von staubartigen Abbränden
erhöht die Reinheit der Atmosphäre und beseitigt die Verunreinigung der natürlichen
Umwelt; der Einsatz des Wirbelschichtgaskühlers begrenzt hingegen in einem wesentlichen
Maß die Gasimmission im Bereich der Produktionsräume und vermeidet so schwierige
periodische Reinigungen der Anlagen, insbesondere der trocken betriebenen Elektrofilter,
der Kessel u. dgl..
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert, in der das Schema der Anlage zur Herstellung
eines S02-haltigen Gases aus Flotationspyrit gezeigt ist.
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Wie die Zeichnung zeigt, besitzt die erfindungsgemäße Anlage einen
bekannten Fliehkraftofen 1 und einen Wirbelschichtgaskühler 2. Der Ofen 1 enthält
eine Brennkammer 3, eine Reaktionskammer 4 und eine Separationskammer 5, welchen
eine zu einem Block vereinigte Funktionseinheit zur Verbrennung von dispergierten
Metallerzen, z. B. von Pyrit, bilden.
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Das Verfahren zur Herstellung des Gases verläuft folgendermaßen.
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Staubförmiger Pyrit mit einem Höchstgehalt von 10% der Fraktion 0,1
bis 0,2 mm und einem Gehalt von 38 bis 49% des Gesamtschwefels, 2,5% an NE-Metallen
wird mittels eines (in der Zeichnung nicht
dargestellten) Telleraufgabevorrichtung
durch den Einfülltrichter 6 in den Fliehkraftofen dosiert aufgegeben. Gleichzeitig
wird die Fliehkraftverbrennungskammer 3 durch den Gaseintrittsstutzen 7 mit Heizgas
und durch den Lufteintrittsstutzen 8 mit aufgeheizter Verbrennungsluft versorgt.
Aus der Verbrennungskammer 3 wird das Gas mit hoher Temperatur von ungefähr 1800
OC in die Reaktionskammer eingeführt, wo die Oxydation des im Pyrit in Form von
Sulfiden und Sulfaten enthaltenen Schwefels zu S02 und das Abdampfen der NE-Metalle
sowie das Verschmelzen des Pyrites zu einer Eisenschmelze erfolgt. Infolge der Fliehkraftwirkung
in der Brennkammer 3 und der Reaktionskammer 4 werden Heizgas und Pyrit aufgewirbelt,
was deren intensive Vermischung bewirkt, welche die Oxydation beschleunigt.
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Im Ergebnis wird nach der Verbrennung ein Gas mit einem Gehalt an
S02 von ungefähr 11,5%, 02 max. 0,3%, H20, C02, N2 - Rückstand und Spurenmengen
von SO3 und geringen Mengen der Tropfen der flüssigen Eisenschmelze und des NE-Metalldampfes
erzeugt.
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Die Oxydation des Schwefels erfolgt in einem Temperaturbereich, in
welchem die niedrigste Temperatur durch die Schmelztemperatur des schwefelhaltigen
Erzes (Pyrites) und die höchste durch die Dampftemperatur der abzudampfenden NE-Metalle
bestimmt ist.
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Darauf werden diese Produkte in die Separationskammer 5 eingeführt,
in welcher das Abtrennen des Gases von der flüssigen Eisenschmelze, und dann dessen
Ableitung durch den Ablaßstutzen 9 zu
dem Kristallisator (nicht
in der Zeichnung dargestellt) erfolgt.
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0 Das heiße Gas mit einer Temperatur von ca. 1600 C mit Verunreinigungen
in Form von Mikrotropfen der Eisenschmelze und der nicht kondensierten NE-Metalldämpfe
- wird aus der Separationskammer 5 durch den Austritt 10 und dann durch die Gasleitung
11 unter die Wirbelschicht des Kühlers 2 abgeleitet. Beim Wärmeaustausch zwischen
dem Verfahrens gas und den mittels in der Wrbelschicht untergebrachten Kühlelementen
geführten Luft und Wasser wird das Gas bis auf eine Temperatur von ungefähr 400
OC abgekühlt und durch den Austrittsstutzen 12 zu der Trocken- und Naßreinigungsanlage
für das Gas überführt. Das abgekühlte Gas enthält kondensierte Stäube der Eisenschmelze
und der NE-Metalle. Die Menge der Stäube in dem Gas beträgt max. 442 kg/h abhängig
von dem Gehalt an NE-Metallen in dem Pyrit.
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Die Luft wird zu den Kühlelementen des Kühlers 2 durch das Gebläse
13 gefördert und das Wasser wird aus der (nicht in der Zeichnung dargestellten)
Kesselanlage entnommen. Die Luft wird durch die Leitung 14 in die Brennkammer 3
eingeführt. Bei der Gasabkühlung erfolgt im Ergebnis in der Wirbelschicht eine ständige
Kristallisation und Kondensation der Mikrotropfen der Eisenschmelze und der im Gas
enthaltenen NE-Metalldämpfe. Ein Teil der Stäube mit einer Korngröße, die die der
Wirbelschicht überschreitet, geht durch diese Wirbelschicht hindurch, und wird periodisch
entfernt und der Staubteil mit einer Korngröße, die die der Wirbelschicht unterschreitet,
wird mit dem abgekühlten Gas ausgetrieben und vom Gas in anderen Reinigungssystemen
abgetrennt.
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In dem Verbrennungsverfahren gemäß der Erfindung wird die Masse des
schwefelhaltigen Erzes fast gänzlich vom Schwefel und von der Mehrheit der NE-Metalle
befreit, und das in der erzeugten Schmelze enthaltene Eisen liegt in Form von Eisenoxyden
vor.