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Verfahren zum Rösten von sulfidischen Erzen
Leitet man durch eine in
einem schachtförmigen Raum befindliche Schüttung eines körnigen festen Körpers einen
nach aufwärts gerichteten Ga.sstrom, so beginnen sidl die Teilchen der Festsubstanz
von einer bestimmten Minimal gasgeschwindigkeit an zu bewegen, und das Festkörperbett
beginnt sich auszudehnen. Mit zune;hmender Geschwindigkeit wächst diese Ausdehnung
an, und auch die Lewegungsimpulse der einzelnen Körper werden kräftiger, und die
Anzahl der Zusammenstöße nimmt zu. Die Festkörper-Gas-Suspension ähnelt in diesem
Zustand einer beim Kochen aufwallenden Flüssigkeit und besitzt eine ausgeprägte
Oberfläche. Ein in einen solchen Zustand gebrachtes Kornhaufwerk hat die Eigenschaft,
mit dem Trägergas und unter sich selbst in außerordentlich gutem Kontakt zu stehen,
so daß sich chemische Reaktionen sehr schnell abspielen und Temperaturunterschiede
nur in ganz geringem Umfange innerhalb der Wirbelschicht bestehen können. Das in
die Wirbelschicht eingeführte Gas tritt aus der Oberfläche der Schicht aus. Es führt
feinste Anteile der behandelten Feststoffe in Form von Staub mit sich, von dem ein
Teil schon im Gasraum über der Wirbelschicht ausfällt und in die Wirbelschicht zurückgelangt
und der Rest in besonderen Staubabscheidern, die im Gasraum über der Wirbelschicht
oder außerhalb des Behandlungsraumes vorgesehen sein können, vom Gasstrom abgeschieden
wird. Dieser Rest kann aus dem Verfahren ausgeschieden oder in die Wirbelschicht
zurückgeführt werden.
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Aus der Wirbelschicht können die Feststoffe durch einen in der Nähe
der Schichtoberfläche liegenden Überlauf und/oder durch einen am Boden der Schicht
ansetzenden Auslauf entnommen werden.
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Solche Wirbelschichtverfahren sind schon zur Durchführung von katalytischen
und anderen Reaktionen verwendet worden, bei i denen man im ganzen Reaktionsraum
konstante Temperaturen benötigte. Sie sind sowohl für exotherm als auch für endotherm
verlaufende Reaktionen benutzt worden, wobei diese Reaktionen unter oxydierenden
oder reduzierenden Bedingungen verliefen. So wurden z. B. sulfidische Erze im Wirbelbett
geröstet. Auch hat man aus einem Gemisch von feinkörnigen festen Stoffen wesentlich
gröbere Anteile in der Weise al>getrennt, daß das Wirbelbett so l>etrielen
wurde, daß die groben Körner sich unten absetzen und abgezogen wurden, während die
feinen oben über einen Überlauf austraten oder durch Verengung des Strömungsquerschnittes
des Raumes über dem Wirbelbett oder durch zusätzlich in diesen Raum eingeführtes
Gas oder durch ein in das Wirbelbett eintauchendes Rohr pneumatisch abtransportiert
wurden. Andererseits wurde bei der Verarbeit'ung von festen Stoffen mit einem sehr
breiten Kornspektrum der aus dem abziehenden Gas zurückgewonnene Staub, gegelienenfalls
zusammen mit aus dem zu behandelnden und/oder belwandelten Gut abgetrenntem Feinkorn,
in den untersten Teil der Wirbelschicht zurückgegeben, um der unerwünschten Trennung
von besonders grobem und besonders feinem Korn innerhall> der Schicht entgegenzuwirken.
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Von der Wirkung eines durch ein Haufwerk hindurchgeblasenen Luft-
oder Gasstromes wird auch bei den pneumatischen Förderern oder Elevatoren Gebrauch
gemacllt. Hier wird die Luft mit einer so großen Geschwindigkeit durch das körnige
Gut hindurchgeblasen oder -gesaugt, daß die Schwebegeschwindigkeit der Teilchen
überschritten wird und diese mitgerissen werden. Dieses Verfahren ist zum Oxydieren
von Erzen, insbesondere sulfidischen Bleierzen, in der Weise benutzt worden, daß
feines Erz von einem Luftstrahl aufwärts durch Verbrennuiigsgase hindurdigeführt
wurde, die von besonderen Brennern erzeugt wurden. Aus den Gasen wurde das oxydierte
Erz mit bekannten Mitteln abgetrennt. Das Verfahren benötigte indessen wesentliche
Mengen zusätzlicher Wärme und große Ofenräume.
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Zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen festen und gasförmigen
Stoffen, z. B. solchen, bei denen die festen und d gasförmigen Stoffe unter Wärmeentwicklung
mitei, nander reagieren, oder zur katalytischen Krackung von Kohlenwasserstoffen
ist auch schon ein Verfahren entwickelt worden, das einem Zwischenzustand zwischen
diesen beiden ersten Verfahren entspricht. Hierbei wird mit einer Gasgeschwindigkeit
gearbeitet, die höher ist, als zur Aufrechterhaltung des Wirbelschichtzustandes
zulässig wäre, gleichzeitig wird die Einspeisegeschwindigkeit des Feststoffes über
einen in bezug auf die beiden anderen Verfahrensgruppen ungewöhnlich hohen kritischen
Wert eingestellt. Durch die gleichzeitige Anwendung dieser beiden Maßnahmen (Erhöhung
der Gasgeschwindigkeit und Erhöhung der Einspeisegeschwindigkeils an Feststoff)
wird ein Zustand erreicht, bei dem zwar die Feststoffteilchen ganz oder überwiegend
vom Gasstrom mitgeführt werden jedoch mit einer gegenüber dem Gas strom verzögerten
Geschwindigkeit.
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Hierbei kann eine vielfach höhere Feststoffdichte im Reakt'ionsraum
eingehalten werden als bei der pneumatischen Förderung, und zwar von 10 bis 15 Volumprozent
und etwas mehr. Das entspricht bei einem mittleren spezifischen Gewicht des Feststoffes
von 2,4 einer Feststoffbelastung von 200 kg/m3 je m8 Trägergas, im Gegensatz zu
der bei Wirhelschichten herrschenden Feststoffdichte von im allgemeinen etwa 50
Volumprozent und minimal 35 bis 30 Volumprozent und zu der bei der pneumatischen
Förderung normalen Feststoffdichte von I bis 3 Volumprozent. Wurde dieses Verfahren
für katalytische Reaktionen verwendet, so hat man den mit den Gasen aus dem Reaktionsraum
abgeführten Katalysator nach bekannten Verfahren von den Gasen getrennt, gekühlt
und wieder in den Reaktionsraum zurückgeffihrt, um mit dem gekühlten Katalysator
zu verhindern, daß die Reaktionstemperatur über einen bestimmten Wert anstieg. Andererseits
wurden bei diesen Verfahren zur Aufrechterhaltung gleichmäßiger Reaktionsverhältnisse
auch schon die in das Verfahren frisch eingeführten Stoffe auf die Reaktionstemperatur
vorgewärmt. In beiden Fällen waren zusätzliche Einrichtungen für die Kühlung bzw.
Erwärmung notwendig. Ferner wurde bei der Durchführung katalytischer Reaktionen
in der Wirbelschicht ein Teil des Katalysators ständig oder periodisch aus der Wirbelschicht
entnommen, in einer anderen Wirbelschicht regeneriert und der regenerierte Katalysator
wieder in den Reaktionsraum geleitet.
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Nach der Erfindung wird dieses bekannte Verfahren der übersättigen
pneumatischen Förderung in der Weise abgeändert, daß es mit besonderem Erfolg zum
Abrösten sulfidischer Erze brauchbar ist. Erfindungsgemäß werden sulfidische Erze,
z. B.
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Schwefelkiese, bei Gasgeschwindigkeiten, die über den im Wirbelbett
noch zulässigen liegen, in den zur Erzeugung des Zwischenzustandes zwischen Wirbelbett
und pneumatischer Förderung notwendigen Mengen in den Reaktionsraum eingeführt,
und es wird heißer, von den Röstgasen aus dem Reaktionsraum fortgeführter Abbrand
in die Zonen hoher Dichte im Reaktionsraum zurückgeführü Hieraus ergibt sich der
Vorteil, daß sehr hohe Durchsatzleistungen bei gutem Schwefel ausbringen, besonders
schwefelarmen Abbränden und schwefeldioxydreichem, sauerstoffarmem Röstgas erzielt
werden können. Ferner wird verhindert, daß selbst bei diesen hohen Durchsatzleistungen
das sulfidische Erz agglomeriert und Klumpen-oder Ansatzbildung auftritt', die den
Röstvorgang
stört. Schließlich wird durch die Rückführung des Erzes
die momentane Zündung des frisch in das Verfahren eingeführten Gutes gewährleistet,
ohne daß Vorwärmung des Erzes oder der Röstluft erforderlich ist.
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Während des Emporsteigens des Erzes im Reaktionsraum nimmt infolge
der exothermen Röstreaktion die Temperatur der Erzteilchen stark zu.
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Überraschenderweise hat sich indessen ergeben, daß auch diese Temperatursteigerung
kein Zusammensintern der Erzteilchen zu unzulässig grobem Korn verursacht. Es hat
sich nämlich gezeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Feststoffdichte
im Reaktionsraum von unten nach oben abnimmt. Diese Erscheinung beruht offenbar
auf einer Art Anlaufvorgang, in dem die unten eingespeisten Feststoffteilchen ihre
dem physikalischen Gleichgewichtszustand entsprechende Endgeschwindigkeit erst nach
einer Anlaufsfrecke erhalten, die überraschenderweise gerade den üblichen Bauhöhen
von Röstöfen, nämlich einigen Metern, entsprechen. Dadurch, daß die Feststoffkonzentration
nach oben heim Verfahren gemäß der Erfindung stark ahnimmt, wird in diesen Teilen
des Reaktionsraumes der Teilchenabstand so weit vergrößert, daß auch dort die Gefahr
des Agglomerierens der Erzteilchen beseitigt ist.
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Durch die Erfindung wird also erreicht, daß einerseits die Suspension
am Eintrittsende der kalten Röstluft und des Gutes dicht genug ist, um ein verläßliches
Zünden des Erzes zu gewährleisten, andererseits aber die Wärmeentwicklung noch nicht
so hoch ist, daß die Erzteilchen sich zu größeren Klumpen zusammenballen. Es ist
möglich, im Verfahren gemäß der Erfindung im unteren Teil des Reaktionsraumes Fest'stoffkonzentrationen
aufrechtzuerhalten, die bis nahezu 30 Volumprozent ansteigen, bei Gasgeschwindigkeiten,
die zwischen den bei Wirbelschichtverfahren maximal zulässigen und den für die pneumatische
Förderung erforderlichen liegen.
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Der erfindungsgemäß anzuwendende Zustand ist in der Abb. C schematisch
und beispielsweise dargestellt, während die Abb. A und B zum Vergleich ebenso schematisch
und beispielsweise den Wirbelzustand hzw. den pneumatischen Förderungszustand darstellen.
Aus dem Reaktionsraum tritt ein Gemisch von festen Körpern und Gas aus, welches
nach verschiedenen bekannten Verfahren voneinander getrennt werden kann.
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Der in das Verfahren zurückzuführende Abbrandanteil kann in bekannter
Weise dem aus der Röstung kommenden Gemisch von Röstgas und Abbrand entnommen werden,
z. B. mit einem Zyklon aus dem die Röstung verlassenden Gasstrom für sich abgeschieden
werden. Aus dem Zyklon fließt Abbrand durch ein Standrohr in die Zonen hoher Dichte
im Reaktionsraum zurück.
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Die Menge des Abbrandes, die jeweils zurückgeführt wird, kann mit
bekannten Mitteln eingestellt werden. Wird beispielsweise ein Zyklon für die Abtrennung
des zurückzuführenden Abbrandes verwendet, so führt man diesem die gewünschte Teilstrommenge
des Gemisches von Röstgas und Abbrand zu, während die Restmenge als Produktion das
Verfahren verläßt.
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Die Vorgänge im Reaktionsraum, insbesondere die Feststoffdichte,
können auch noch dadurch beeinflußt werden, daß ein Teil des Materials schon unten
aus dem Reaktionsraum abgeführt wird.
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Dieses Material enthält bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zwar
noch einen hohen Gasanteil.
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Dieser Anteil ist aber nicht nachteilig, vielmehr bewirkt er eine
Nachröstung des seitlich abgezogenen Gutes.
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Dabei hat das Verfahren gemäß der Erfindung noch den weiteren Vorteil,
daß man die Röstreaktion auch mit höheren Temperaturen durch führen kann, als sie
in der Wirbelschichtröstung zulässig sind, ohne daß die Gefahr eines Zusammenbackens
auftritt.
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Die Erfindung sei an einem Beispiel näher erläutert: Ein pyritisches
Erz mit 390/a S in der Trockensubstanz und 10% Feuchtigkieit und einer Korngröße
von 90% unter 5 mm und 50% unter 3,5 mm wurde unterhalb der Mitte eines Schachtes
von I qm Querschnitt und 4 in Höhe in der Menge von 2 t/Std. durch einen Preßluftinjektor
eingeführt. Der Schacht war unten durch eine Siebplatte abgeschlossen, durch die
5000 Ncbm/Std.
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Luft durchgepreßt wurde. Pro Stunde wurde 1,0 t Abbrand mit I, 3r°/o
S in zwei nachgeschalteten Fliebkraftscbeidern gewonnen. Zusätzlich wurden durch
einen über der Siebplatte angeordneten Austragsstutzen o, 37 t Abbrand pro Stunde
mit 1,80/0 S abgezogen. Das Röstgas enthielt 10,0 Volumprozent SO2 un dhatte eine
Temperatur von 1000°C Wurden erfindungsgemäß 8 t Abbrand pro Stunde in die Zonen
hoher Dichte zurückgeführt, dann konnte die Belastung auf 2,2 t erhöht werden, die
Restgaskonzentration überstieg 12,0 Volumprozent 5 SO9, und der Abbrand enthielt
nunmehr 0,5 bis o,60h Schwefel.
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PATrNTANspaücnE: I. Verfahren zum Rösten sulfidischer Erze in einer
aufstelgenden Wirhelsuspension von Festkörpern in Gasen, in der die Luftgeschwindigkeit
den für die Aufrechterhaltung des Wirbelscbichtzustandes zulässigen Wert und die
Einspeisegeschwindigkeit an Erz den für die Aufrechterhaltung des pneumatischen
Förderzustandes zulässigen Wert so weit übersteigt, daß sich ein Gefälle der Erzkonzentration
im Behandlungsraum von unten nach oben einstellt und die Suspension ganz oder zum
überwiegenden Teil nach oben ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil
des heißen gerösteten Gutes in die Zonen hoher Dichte zurückgeführt wird.