DED0000124MA - Verfahren zum Rösten sulfidhaltiger Zinkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Rösten sulfidhaltiger Zinkerze, das den Zweck hat, den Schwefelgehalt herabzusetzen und eine leichte Gewinnung des Zinkes durch Auslaugen oder durch andere übliche Verfahren zu ermöglichen. Das Verfahren gemäss der Erfindung ist besonders zum Rösten von Konzentraten von Zinksulfiderzen geeignet.

Konzentrate von Zinkerzen werden zur Zeit meistens in Röstöfen geröstet, welche im wesentlichen aus einer Kammer mit einer oder mehreren Abteilungen bestehen. In den Öfen werden solche Temperaturen und Bedingungen aufrechterhalten, bei denen eine Oxydation des Schwefels eintritt. Die Zinkerzkonzentrate werden dabei abwärts durch die Kammer oder Kammern hindurchbefördert.

In Wedgeöfen werden die Zinkerzkonzentrate durch Rechen über eine Reihe übereinanderliegender Herde geführt, wobei sie von dem einen Herd jeweils auf den nächsten fallen. Das Gas strömt dagegen aufwärts, sodass sich das Gas und die Konzentratteilchen im Gegenstrom bewegen. In anderen, nach dem Schweberöstverfahren arbeitenden

Röstöfen ist anstelle der Etagenherde eine Röstkammer vorhanden, durch welche sich die Konzentratteilchen im allgemeinen zusammen mit dem Gasstrom abwärts hindurchbewegen.

Wenn die Zinkerzteilchen beim Aufwärtswandern durch die beschriebenen Öfen auf eine Temperatur gebracht werden, bei welcher der Schwefel oxydiert, so bildet sich gasförmiges Schwefeldioxyd und der Zinksulfidbestandteil des Erzkonzentrates wird grösstenteils in die säurelösliche Oxydform umgewandelt, wobei allerdings auch etwa Zinksulfat anfällt. Die entschwefelten Konzentratteilchen werden auf einem unteren Herd gesammelt, von welchem sie dann herausgeharkt werden.

Röstöfen dieser Art haben gewisse Mängel, und zwar insbesondere den einer ungenügenden Regelung der Temperatur der Erzteilchen in der Röstzone. Die dem Röstprozess unterliegenden Erzteilchen erreichen häufig wesentlich höhere Temperaturen als die sie begleitende gasförmige Atmosphäre, wodurch ein örtliches Überhitzen der Erzteilchen stattfinden kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Röstöfen liegt darin, dass in den rohen Zinkerzkonzentraten gewisse Mindestmengen an Eisensulfid vorhanden sein müssen, um das Röstverfahren überhaupt durchführbar zu machen.

Es wurde nun gefunden, dass die geschilderten Mängel vermieden werden, wenn die sulfidhaltigen Zinkerze und insbesondere durch Flotation gewonnene Konzentrate solcher Erze so fein zerkleinert werden und das daraus gebildete Erzbett in einer geschlossenen Röstkammer derart einem durch das Bett hindurchgeleiteten Strom freien Sauerstoff enthaltenden Gases ausgesetzt wird, dass die Erzteilchen mit dem Gas in der Kammer eine feststoffreiche, fliessfähige, wirbelnde Gemischschicht mit ausgeprägter Oberfläche bilden, wobei die Schicht in einem engeren Bereich der üblichen Oxydationstemperaturen des Schwefels gehalten wird, in welchem sich weder wesentliche Mengen von klebrigen Sulfaten bilden noch ein erhebliches, die Bildung der fliessfähigen, wirbelnden Gemischschicht beeinträchtigendes Sintern stattfindet.

Die durch den Gasstrom in ständiger wirbelnder Bewegung gehaltene Gemischschicht ist, wie gesagt, verhältnismässig feststoffreich. Es kommen in ihr etwa 0,16 bis 1,6 kg feste Stoffe auf einen Liter des Schichtvolumens. Dadurch unterscheidet sich die wirbelnde Gemischschicht, die bei dem Verfahren nach der Erfindung Anwendung findet, von verdünnten Dispersionen oder Suspensionen wie z.B. von staubiger Luft, wo die Feststoffkonzentration nur im Bereiche von allenfalls 0,3 g pro Liter liegt. Trotzdem verhält sich die Wirbelschicht des erfindungsgemässen Verfahrens etwa wie eine Flüssigkeit. Infolge ihrer hohen Feststoffkonzentration und der kräftigen Durchwirbelung findet eine schnelle Wärmeübertragung zwischen den festen und gasförmigen Bestandteilen statt, sodass die Schicht durchweg eine gleichmässige Temperatur aufweist. Örtliche Über- oder Unterhitzungen können also nicht auftreten.

Die Gasgeschwindigkeit muss zwar so gross sein, dass sie die Schicht in den erwähnten Wirbelzustand versetzt, darf jedoch keinen so hohen Wert annehmen, dass alle oder ein wesentlicher Teil der Erzteilchen aus der Schicht mitgerissen wird. Im allgemeinen wird eine Gasgeschwindigkeit, gemessen über der Schichtoberfläche, von 0,06 bis 0,6 m pro Sekunde in Betracht kommen.

Die geringste Schichthöhe wird durch die Höhenlage der Mündung des die gerösteten Erzteilchen aus der Kammer herausführenden Auslassrohres bestimmt. Sie wird im allgemeinen etwa 0,3 bis 1,6 m betragen.

Wie schon gesagt, ist die Wirbelschicht zwar auf einer Temperatur zu halten, bei der eine Oxydation des Schwefels eintritt. Andererseits ist jedoch nicht der ganze Bereich der üblichen Oxydationstemperaturen brauchbar, sondern man muss sich in einem engeren Bereich zwischen etwa 850 bis 930°C halten. Unterhalb dieses engeren Temperaturbereiches bildet sich zähes, klebriges Zinksulfat, während die Erzteilchen oberhalb desselben die Neigung haben, zu sintern und zu schmelzen. Diese Erscheinungen werden bei den bekannten Verfahren hingenommen und man versucht, ihnen durch stärkeres Rechen oder Mahlen des Erzes entgegenzuwirken. Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung müssen diese Erscheinungen jedoch vermieden werden, weil durch grössere Zusammenballungen der Erzteilchen der Gasdurchlassquerschnitt des Röstofens verringert und so die Gasgeschwindigkeit erhöht wird, wodurch dann feine Teilchen, die sich zudem noch teilweise in ungeröstetem Zustand befinden, in grösserem Masse aus der

Schicht herausgetragen werden. Klebrige Zinksulfate führen überdies zu einer Verstopfung des Ofens. Findet dagegen infolge zu hoher Temperatur eine Sinterung der Erzteilchen statt, so schliessen die zusammengesinterten Stücke meist ungeröstete Teilchen ein, sodass das Röstprodukt schlechtere Löslichkeitseigenschaften hat und die Wirtschaftlichkeit des nachfolgenden Auslaugungsprozesses verringert wird.

Die Gasgeschwindigkeit, die Höhe der Wirbelschicht, die günstigsten Mittel zur Regelung der Temperatur der Wirbelschicht und die sonstigen zweckmässigen Arbeitsbedingungen werden am besten für jede Erzsorte in einem Vorversuch festgestellt.

Das verwendete, Sauerstoff enthaltende Gas soll genügend reich an Sauerstoff sein, um im wesentlichen den ganzen Sulfidgehalt des Erzkonzentrates in gasförmiges Schwefeldioxyd zu verwandeln, das dann zusammen mit dem Behandlungsgas aus dem Ofen entfernt werden kann.

Bemerkt sei noch, dass sich bei Einhaltung der obengenannten Verfahrensbedingungen in dem dem Röstprozess unterliegenden Erz im wesentlichen keine unerwünschten Sulfate, Ferri- oder Ferroverbindungen bilden, und zwar unabhängig von der Behandlungsdauer des Erzes in dem Röstofen, und dass fernerhin die Durchführung des Verfahrens von dem Eisengehalt des Erzes im wesentlichen unabhängig ist.

Eine beispielsweise Ausführungsform einer Röstkammer zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung zeigt die Zeichnung, und zwar sind:

Fig. 1 ein senkrechter Schnitt durch die Kammer,

Fig. 2 ein senkrechter Schnitt durch einen Teil einer die Wirbelschicht in der Kammer tragende Düsenplatte in vergrössertem Masstabe und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Betriebsverlaufes.

Die Röstkammer 11 hat einen metallischen, gasdichten Mantel 12, einen abnehmbar an diesem befestigten Deckel 13 und einen Boden 14, welcher von dem Mantel 12 abnehmbar ist. Der Mantel und der Deckel ist mit einer feuerfesten Ausfütterung, z.B. aus feuerfesten Ziegeln versehen. Das Wandfutter ist mit 15 und das Deckelfutter mit 16 bezeichnet. Zwischen der Ausfütterung 15 und dem äusseren Mantel 12 befindet sich Isolierstoff 46. Eine Düsen- Rostplatte 17 teilt den Innenraum der Kammer in eine untere zur Einführung von sauerstoffhaltigem Gas bestimmte Abteilung 18 und in eine Abteilung oder Zone mit einer Wirbelschicht 19 über der Platte 17, wo die Röstung stattfindet.

Durch ein Rohr 20 mit einem einstellbaren Schieber oder Ventil 21 wird Luft oder ein anderes Sauerstoff enthaltendes Gas regelbar unter die Platte 17 geleitet.

Ein Rohr 22 führt in den unteren Teil der Wirbelschicht 19, ist also kurz über den Düsenplatte 17 angeordnet.

Es besitzt einen Schieber oder Hahn 23 und dient der Brennstoffzufuhr zu der Kammer beim Anheizen oder wenn zusätzlicher Brennstoff in die Schicht 19 des zu behandelnden fein verteilten Erzes eingeführt werden soll. Der Brennstoff kann dabei flüssig oder gasförmig sein.

Das zur Aufrechterhaltung der Verbrennung und auch zur Temperaturregelung dienende sauerstoffhaltige Gas wird, nachdem der zur Inbetriebsetzung genötigte Brennstoff abgestellt worden ist, unter Druck in die untere Kammer 18 geleitet, aus welcher es durch die Öffnungen 24 der Düsenplatte 17 nach oben strömt und von da in der zu behandelnden Wirbelschicht 19 gleichmässig verteilt wird.

Das zu röstende Erzkonzentrat enthält oxydierbare Bestandteile, welche in Gegenwart des sauerstoffhaltigen Gases wie z.B. Luft unter Abgabe von Wärme verbrennen und wenn das Anheizen mit Hilfe von Gas oder Oel stattgefunden hat, so wird die erforderliche Wärme zur Fortsetzung des Verfahrens von den stattfindenden exothermen Reaktionen geliefert.

Aus der Kammer führt eine mit einem Einstellventil 38 versehene Auslassleitung 25 für die gerösteten Produkte nach unten und aussen heraus. Das Mündungsende 26 dieses Rohres dient dazu, den im Betrieb innezuhaltenden Flüssigkeitsspiegel 60 der Wirbelschicht 19 von der Höhe 62 zu bestimmen. Die Höhe der Mündung 26 dieser Auslassleitung 25 liegt höher als das Ausströmende des Brennstoffzuführungsrohres 22.

Für die Zuführung des Erzkonzentrates in die Kammer ist eine Transportschnecke 27 vorgesehen. Diese befindet sich unterhalb der Oberfläche 60 der Wirbelschicht 19 und in einer entsprechenden Entfernung von der Mündung 26 des Auslassrohres 25.

Eine Leitung 28 für das ausströmende Gas führt von dem oberen Teil des Innenraumes der Kammer 11 zu Staubabscheidern. Die Temperatur in der freien, eine verdünnte Phase enthaltenden Abteilung 29 kann durch ein Thermoelement 30 und die in den oberen und unteren Teilen der Wirbelschicht 19 durch Thermoelemente 31 bzw. 32 gemessen werden.

Den Druck in dem freien Raum 29 kann man durch das Sondenrohr 33 und den Druck in der Wirbelschicht 19 in ähnlicher Weise durch das Sondenrohr 34 messen.

Während der Ingangsetzung und auch während des normalen Betriebes wird als sauerstoffhaltiges Gas z.B. Luft durch die Leitung 20 nach aufwärts kräftig durch die Öffnungen 24 der Düsenplatte 17 gepresst und unter gleichmässiger Verteilung in den unteren Teil der Wirbelschicht 19 geleitet, wodurch die Erzteilchen des Bettes in die Form einer durchwirbelten, dichten d.h. feststoffreichen Suspension gelangen und in dieser gehalten werden. Die so gebildete Gemischschicht ähnelt einer kochenden Flüssigkeit und ist wie eine solche fliessfähig. Die Kammer wird also bei der Betriebsaufnahme zuerst durch Verbrennung von zugeführtem Heizmaterial mittels Luft o.dgl. vorerhitzt.

Nach Beendigung der Anheizdauer wird dann das sulfidhaltige Zinkerzkonzentrat durch die Schnecke 27 vorzugsweise unterhalb des Spiegels 60 in die Kammer 11 eingeführt und die Luftzufuhr wird so eingestellt, dass die Gasgeschwindigkeit die Bildung der Wirbelschicht ermöglicht, d.h. in einem Bereich von etwa 0,06 bis etwa 0,6 m pro Sekunde liegt, während die Temperatur des Wirbelgemisches innerhalb des kritischen Bereiches von etwa 850°C und etwa 930°C gehalten wird.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Düsenplatte 17 mit Öffnungen 24 versehen ist, durch die das Gas oder z.B. Luft nach oben strömt und dann in die sich erweiternden Abschnitte 36 gelangt.

Die Fig. 3 veranschaulicht den Weg der verschiedenen Materialien in die und aus der Röstkammer 11. Das zu verarbeitende Erz kommt aus dem Trichter 37 und gelangt durch die Schnecke 27 in die Reaktionskammer 11. Der zur Inbetriebsetzung erforderliche Brennstoff wird durch die Leitung 22 in die Kammer 11 eingebracht und durch das Ventil 23 geregelt. Die Luft gelangt durch die Leitung 20 in den unteren Teil der Reaktionskammer 11 und wird durch das Ventil 21 geregelt. Das abströmende Gas, welches in der Regel staubhaltig ist, verlässt die Kammer 11 durch die Leitung 28 zu dem Staubabscheider 39, aus welchem das staubfreie Gas durch die Leitung 40 zur Weiterverwendung ausströmt. Die aus dem Gas durch den Abscheider 39 abge- trennten feinen Erzteilchen werden entweder in die Kammer 11 zurückgeleitet oder sie wandern durch die Leitung 41 nach unten und werden durch das Ventil 42 geregelt. Die gerösteten festen Erzteilchen verlassen die Wirbelschicht 19 durch die schräge Auslassleitung 25, welche durch das Ventil 38 geregelt wird und vereinigen sich gegebenenfalls mit den feinen Erzteilchen aus dem Staubabscheider 39. Die gesammelten gerösteten festen Erzteile wandern durch den Kühler 43 und die Leitung 45 zu einer weiteren Verarbeitungsstelle.

Da die Oxydationsreaktion der sulfidhaltigen Bestandteile des Zinkerzkonzentrates exotherm ist, so könnte die Temperatur der Wirbelschicht, wenn sie nicht geregelt werden würde, weit über die für das Verfahren brauchbare Höhe ansteigen. In Tabelle I ist die Analyse einiger Flotationszinkerzkonzentrate angegeben, welche nach dem Verfahren gemäss der Erfindung abgesehen von der Inbetriebsetzungsphase ohne Verwendung von zusätzlichem Brennstoff geröstet werden können.

Einige der nach dem neuen Verfahren gerösteten Konzentrate enthalten eine Korngrösse, die durch ein Sieb mit etwa 2 mm lichter Maschenweite hindurchgeht, obwohl im allgemeinen für das Verfahren Konzentrate verwendet wurden, welche feinere Korngrössen, als durch ein Sieb mit etwa 0,15 mm lichter Maschenweite hindurchgingen, enthielten.

Tabelle I.

In der Tabelle II sind die Temperaturen angegeben, auf welche die Wirbelschicht aus einer Erzkonzentratbeschickung mit einem Schwefelgehalt ähnlich den in Tabelle I angegebenen ansteigt, wenn man von trockenem Material ausgeht und wenn die Temperatur nur durch die Einleitung einer Luftmenge geregelt wird, welche die für die vollständige Verbrennung des Sulfidschwefels zu Schwefeldioxyd theoretisch erforderliche übertrifft. Wie man sieht, hält ein 90%iger Luftüberschuss die Temperatur des Erzes in den Grenzen gemäss der Erfindung.

Tabelle II.

Das Rösten eines den in Tabelle I angegebenen ähnlichen Erzes kann mit Erfolg durchgeführt werden, indem man die Temperatur der Wirbelschicht auf verschiedene Weise innerhalb der kritischen Grenzen hält. Ein Mittel besteht z.B. darin, einen genügenden Luftüberschuss über den zur vollständigen Verbrennung theoretisch erforderlichen, in die Kammer einzuleiten. Man kann aber auch zu diesem Zweck verhältnismässig feuchtes Erz in die Reaktionskammer einbringen und die überschüssige Reaktionswärme durch Verdampfung der Flüssigkeit aus dem Erz binden. Weiterhin kann Wasser oder eine andere nicht verbrennbare, verdampfende Flüssigkeit zusätzlich in die Wirbelschicht eingespritzt werden. Wenn Wasser zur Regelung der Temperatur verwendet wird, so soll dieses 30% des Trockengewichtes der nicht gashaltigen Erzzufuhr nicht überschreiten, wenn das Erz ungefähr 32% Schwefel enthält. Zur Regelung der bei der exothermen Reaktion auftretenden Temperatur kann eines von diesen Mitteln allein oder in Verbindung mit einem oder mehreren anderen angewendet werden.

Wenn der Gehalt des Zinkerzkonzentrates an brennbaren Stoffen zu niedrig ist, so kann man einen zusätzlichen Brennstoff verwenden. Ein solcher wird durch die Leitung 22 in geregelten Mengen unmittelbar in die Wirbelschicht eingeführt, sodass der Arbeitstemperaturbereich eingehalten werden kann.

Mit fortschreitender Zuführung des Zinkerzkonzentrats steigt der Spiegel 60 der Wirbelschicht 19 allmählich an bis er die Ebene der Mündung 26 des Rohres 25 erreicht. Das Ventil 38 wird dann so eingestellt, dass das geröstete Erz ausfällt, ohne dass wesentliche Mengen Gas mit ausströmen.

Wenn ein übermässiges Mitreissen von feinen Erzteilchen mit dem Gasstrom vermieden wird, so hängt die Aufenthaltsdauer der Erze in der Wirbelschicht 19 von der zugeführten Erzmenge je Zeiteinheit, von dem Querschnitt des Reaktorraumes und der Höhe der Wirbelschicht ab. Es wurden Beschickungsmengen eingebracht, wobei das Material ununterbrochen ungefähr 18 Stunden in der Kammer unter Reaktionsbedingungen verblieb. Trotzdem fand kein Über- oder Unterhitzen statt.

Wie schon gesagt, ist der Eisengehalt des Erzkonzentrates bei dem erfindungsgemässen Verfahren ohne wesentliche Bedeutung. Es wurden nach dem Verfahren Erzkonzentrate geröstet, welche einen Eisengehalt 1,9 bis 10,4 Gewichtsprozent

Sulfidgehalt des fertigen ger

flusst wurde.

Claims (9)

1.) Verfahren zum Rösten sulfidhaltiger Zinkerze oder -konzentrate, dadurch gekennzeichnet, dass die Erze so fein zerkleinert und das daraus gebildete Erzbett in einer geschlossenen Röstkammer derart einem durch das Bett hindurchgeleiteten Strom freien Sauerstoff enthaltenden Gases ausgesetzt wird, dass die Erzteilchen mit dem Gas in der Kammer eine feststoffreiche fliessfähige wirbelnde Gemischschicht mit ausgeprägter Oberfläche bilden, wobei die Schicht in einem engeren Bereich als der üblichen Oxydationstemperatur des Schwefels gehalten wird, in welchem sich weder wesentliche Mengen von klebrigen Sulfaten bilden noch ein erhebliches, die Bildung der fliessfähigen Wirbelschicht beeinträchtigendes Sintern stattfindet.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom aufwärts gerichtet ist.

3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht in einem Temperaturbereich zwischen etwa 850 und etwa 930°C gehalten wird.

4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Schicht durch die der Schicht in der Zeiteinheit zugeführten Gasmenge geregelt wird.

5.) Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Temperatur in der Schicht durch Einleiten einer verdampfenden, nicht brennbaren Flüssigkeit geregelt wird.

6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schicht Wasser in einer Menge eingeleitet wird, die 30% des Trockengewichtes der nicht gasförmigen, der Schicht zugeführten Stoffe nicht wesentlich übersteigt.

7.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das freien Sauerstoff enthaltende Gas aus Luft besteht und die zugeführte Luftmenge ausreicht, um über der Schichtoberfläche eine Gasgeschwindigkeit von etwa 0,06 bis 0,6 m/sec aufrechtzuerhalten.

8.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gerösteten Erzteilchen im oberen Teil der Schicht abgezogen und das Schwefeldioxyd enthaltende Gas oberhalb der Schicht abgeleitet wird.

9.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röstkammer mit einem Sulfid enthaltenden Zinkerzkonzentrat beschickt wird, dessen Eisengehalt unter etwa 2% liegt.