EA004782B1

EA004782B1 - Способ стабилизации псевдоожиженного слоя в обжиговой печи

Info

Publication number: EA004782B1
Application number: EA200300564A
Authority: EA
Inventors: Пекка Таскинен; Маййя-Лена Метсяринта; Енс Нюберг; Айя Рютиола
Original assignee: Оутокумпу Ойй
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2004-08-26
Also published as: PE20020712A1; EA200300564A1; KR20030048146A; EP1339881A1; FI20002495A; US20040050209A1; KR100774233B1; CA2427389C; BR0115313B1; EP1339881B1; AU1506402A; MXPA03004269A; FI20002495A0; JP2004514057A; CA2427389A1; US6926752B2; NO20032057L; ATE285481T1; WO2002040723A1; FI111555B

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу стабилизации псевдоожиженного слоя, используемого для обжига, путем регулировки в слое содержания кислорода в газе, подаваемом для обжига. Мелкоизмельченный материал, предназначенный для обжига, подают в печь над псевдоожиженным слоем, и подаваемый для обжига, образующий псевдоожиженный слой газ подают из нижней части печи через решетку. В этом способе вычисляют общее количество кислорода в газе, подаваемом для обжига, и среднее значение общей потребности по кислороду для материала, предназначенного для обжига, и отношение между ними регулируют так, чтобы коэффициент содержания кислорода в слое превышал 1.

Description

Настоящее изобретение относится к способу стабилизации псевдоожиженного слоя, используемого для обжига, путем регулирования в слое количества кислорода в газе, подаваемом для обжига. Мелкоизмельченный материал, предназначенный для обжига, подают в печь над уровнем псевдоожиженного слоя, и подаваемый для обжига, формирующий псевдоожиженный слой газ поступает из нижней части печи через решетку. В этом способе вычисляют общее количество кислорода в газе, подаваемом для обжига, и усредненное общее значение потребности по подаче кислорода для обжигаемого материала и отношение между ними регулируют так, чтобы коэффициент содержания кислорода в слое превышал 1.

Обжиг можно производить в печах нескольких различных типов. Однако в настоящее время обжиг мелкоизмельченного материала обычно производят с использованием способа псевдоожиженного слоя. Материал, предназначенный для обжига, подают в обжиговую печь через блоки подачи, установленные в стенке печи над уровнем псевдоожиженного слоя. В нижней части печи установлена решетка, через которую подают газ, содержащий кислород, для создания псевдоожиженного слоя концентрата. В качестве газа, содержащего кислород, обычно используют воздух. Под решеткой обычно устанавливают порядка 100 сопел подачи газа на квадратный метр. По мере формирования псевдоожиженного слоя концентрата высота слоя сырья повышается приблизительно до половины высоты слоя неподвижного материала. Падение давления в печи образуется из-за сопротивления решетки и слоя. Сопротивление слоя, в большей или меньшей степени, определяется массой слоя, когда слой находится в псевдоожиженном состоянии. Падение давления может быть в диапазоне от 240 до 280 мбар.

Обжиг сульфидов описан, например, в книге автора Розепсрэзк Т.: Рппс1р1ез о£ Ехйасйуе Ме!а11шду (Основы металлургического извлечения металлов из руд), стр. 245-255, МсСга\\Н111, 1974, США. В соответствии с книгой автора Розепсраз! обжиг представляет собой окисление сульфидов металлов, в результате которого повышается количество окислов металлов и двуокиси серы. Например, сульфид цинка и пирит окисляются следующим образом:

2Ζηδ+3Ο₂->2/ηΟ·28Ο; (1)

2бе8;-5/О; >бе_;О_;-48О; (2)

Кроме того, могут происходить другие реакции, такие как образование 8О₃, сульфатирование металлов и образование комплексных окислов, таких как феррит цинка (ΖηΕε₂Ο₄). Типичные материалы для обжига представляют собой сульфиды меди, цинка и свинца. Обжиг обычно происходит при температурах ниже точки плавления сульфидов и окислов, обычно ниже 900-1000°С. С другой стороны, для того чтобы реакции происходили при приемлемой скорости, температура должна поддерживаться на уровне, по меньшей мере, порядка 500600°С. В книге приведены балансовые графики, которые представляют условия, требуемые для образования различных продуктов обжига. Например, когда в качестве газа для обжига используется воздух, парциальное давление δΟ₂ и О₂ составляет приблизительно 0,2 атм. Реакции, проходящие при обжиге, являются строго экзотермическими, и поэтому в слое требуется использовать устройство для охлаждения.

Пепел удаляют из печи частично через отверстие перетока, и частично он выносится вместе с газами в бойлер отбросного тепла и оттуда в циклоны и электростатические осадители, из которых получают пепел. Обычно отверстие перетока расположено на противоположной от блоков подачи стороне печи. Удаляемый пепел охлаждают и мелко измельчают для последующего выщелачивания.

Для хорошего обжига важно управлять состоянием слоя, то есть слой должен иметь стабильную структуру и должен иметь другие хорошие свойства псевдоожижения и псевдоожижение должно быть контролируемым. Сгорание должно быть как можно более полным, то есть сульфиды должны полностью окисляться в окислы. Пепел также следует удалять из шахты печи, то есть размеры частиц пепла должны иметь определенные пределы. На размер частиц пепла, как известно, влияют химический состав и минералогия концентрата, а также температура газа, подаваемого для обжига.

Концентраты сульфида цинка, обрабатываемые в печах для обжига цинка, в последнее время становятся все более загрязненными. В настоящее время практически не встречаются концентраты, приближающиеся по составу к чистой цинковой обманке, сфалериту, и содержащие существенное количество железа. Железо может быть растворено в решетке сфалерита либо может находиться в форме пирита или пирротита. Кроме того, концентраты часто содержат сульфидный свинец и/или медь. Химический состав и минералогия концентратов существенно изменяются. При этом количество кислорода, требуемое для окисления концентратов, также изменяется, так же, как и количество тепла, получаемого при сгорании. При используемой в настоящее время технологии подача концентрата в обжиговую печь регулируется в соответствии с температурой слоя, с использованием, например, нечеткой логики. При этом существует опасность, что давление кислорода в псевдоожиженном слое упадет до слишком низкого уровня, то есть количество кислорода будет недостаточным для обжига концентрата. В результате, в слое не будет происходить нормальная агломерация, он останется слишком мелкодисперсным, и одновременно противодавление слоя может упасть до очень низкого уровня, поскольку в мелкодисперсном слое прекращается псевдоожижение, и происходит канализирование. Действительная потребность в кислороде псевдоожиженного слоя неизвестна, поскольку обычно не производится непрерывное предварительное вычисление смеси концентрата на основе его точного состава, и в слое отсутствуют какие-либо устройства, предназначенные для измерения содержания кислорода. Поэтому трудно регулировать работу печи с псевдоожиженным слоем и поддерживать его стабильность.

Размер частиц концентрата сульфида цинка, предназначенного для обработки, также изменяется. В результате, трудно определить, какая часть концентрата будет сгорать в слое и какая часть над слоем при выносе с отходящим газом. Если существенное количество концентрата сгорает над слоем, в слое выделяется меньшее количество энергии, чем обычно, и, в зависимости от способа регулирования, это может привести к повышению подачи.

Как указано выше, из вычислений баланса и графиков баланса, приведенных в литературе, известно, что медь и железо вместе и отдельно образуют оксисульфиды, которые плавятся при температурах обжига и даже при более низких температурах. Аналогично, цинк и свинец, так же, как железо и свинец, образуют сульфиды, плавящиеся при низких температурах. Такое поведение сульфидов является возможным, и вероятность его растет, если количество кислорода в слое будет меньшим, чем обычно требуется для окисления концентрата.

Обычно в ходе обжига в псевдоожиженном слое происходит агломерация продукта, то есть пепел, несомненно, имеет более крупный размер частиц, чем подаваемый концентрат. Вышеуказанное образование расплавленных сульфидов, тем не менее, повышает агломерацию до опасного уровня, когда движение агломератов с сульфидным ядром происходит вокруг решетки. Агломераты образуют отложения на решетке и, с течением времени, блокируют сопла подачи газа, расположенные под решеткой. В печах для обжига цинка было отмечено, что отложения, содержащие загрязненные компоненты, формируются в печи, в частности в области решетки под блоками подачи концентрата.

В статье авторов ИуЬегд, I. и др.: Весей! Ргосс55 1трготетеп15 ίη 111е Кокко1а 2шс Воайег, Ьеаб^шс 81тро§шт 2000 (Последние улучшения технологического процесса в обжиговой печи для цинка Коккола, Симпозиум свинца и цинка, 2000 г.), г. Питсбург, США, 2225 октября 2000 г., стр. 399-415, отмечено, что псевдоожиженный слой обжиговой печи обычно перемещается в направлении стабильного состояния, когда процентное содержание наиболее мелкодисперсной фракции в псевдоожиженном слое повышается. В этом случае темпе ратура контрольных тепловых элементов отклоняется от нормы в результате того, что слой становится слишком мелкодисперсным для псевдоожижения, и происходит канализирование. Кроме того, падает противодавление слоя и снижается подача.

В источниках литературы содержатся исследования модели окисления сульфида цинка, которая работает при исключительно низком содержании кислорода. В соответствии с этой моделью окисел цинка образуется при низком давлении кислорода в ходе реакции в газовой фазе, а не в ходе реакции между твердым веществом и газом, как обычно. Это означает, что конденсированный окисел цинка получается исключительно мелкодисперсным. Однако мощность вентиляторов, расположенных под решеткой, не всегда достаточна для повышения подачи газа и одновременно количества кислорода. С другой стороны, кислотная установка после обжиговой печи также может накладывать ограничения на производительность. Концентрат также может быть настолько мелкодисперсным, что, если повысить подачу газа, материал не останется в псевдоожиженном слое, но, вместо этого, улетит вместе с потоком газа. Иногда качество концентрата не позволяет изменять температуру слоя и одновременно уменьшать подачу, то есть повышать количество кислорода до достаточного уровня. Также могут возникнуть ситуации, когда невозможно использовать ни один из вышеуказанных способов регулирования.

Делались попытки использования различных способов регулирования условий обжига. Американский патент 5803949 относится к способу стабилизации псевдоожиженного слоя при обжиге сульфидов металла путем управления размером подаваемых частиц. В американском патенте 3957484 стабилизация происходит путем подачи концентрата в виде гидросмеси. В статье авторов МасЬадап, С. и др.: Охудеп ЕппсЕтеШ о£ Е1ио-8оНб5 ВоаШпд а! 2шсог, Ьеаб^тс 8утрокшт 2000 (Повышение концентрации кислорода при обжиге псевдоожиженных твердых веществ в Цинкор, Симпозиум свинца и цинка, 2000 г.), г. Питсбург, США, 22-25 октября 2000 г., стр. 417-426, указано, что содержание кислорода в отходящих газах обжиговой печи контролируется с помощью измерений, проводимых в линии газа после бойлера или циклона. Эти измерения, однако, не позволяют определять состояние псевдоожиженного слоя, поскольку результаты измерений в линии газа уже включают просачивающийся воздух.

Для устранения приведенных выше недостатков был разработан способ в соответствии с настоящим изобретением, предназначенный для стабилизации псевдоожиженного слоя при обжиге мелкоперемолотого материала путем регулирования содержания кислорода в слое газа.

Для проведения окисления, например, концен5 трата сульфида цинка в окисел цинка коэффициент содержания кислорода в псевдоожиженном слое теоретически должен быть равен по меньшей мере единице. Коэффициент содержания кислорода получают, когда вычисляют общее количество кислорода в подаваемом обжиговом газе и сравнивают его с общей потребностью по кислороду для смеси подаваемого концентрата. В соответствии с разработанным способом коэффициент содержания кислорода регулируется до величины, превышающей 1, предпочтительно по меньшей мере до 1,03. Для повышения точности регулировок содержание кислорода также измеряют в самом слое. Стабилизация псевдоожиженного слоя путем регулировки коэффициента содержания кислорода предотвращает потери производительности изза отложений, образующихся на решетке, и остановки в результате этого производственного процесса. Существенные признаки настоящего изобретения будут очевидны из прилагаемой формулы изобретения.

В соответствии со способом по настоящему изобретению становится возможным регулировать коэффициент содержания кислорода на основе двух данных, получаемых в процессе: во-первых, вычисляют среднее значение потребности кислорода в смеси подачи (нормальных кубометров кислорода на тонну смеси концентрата) с использованием расчетных значений потребности по кислороду по результатам анализа химического и минералогического состава каждого сорта концентрата. Потребность по кислороду смеси концентрата вводят в оборудование, осуществляющее управление процессом всякий раз при изменении смеси. Вторые данные, необходимые для процесса, представляют общую потребность по кислороду, которую вычисляют на основе потребности по кислороду смеси подачи и подачи концентрата (т/ч), которую непрерывно измеряют. В ходе обжига оборудование, осуществляющее управление процессом, измеряет коэффициент содержания кислорода в процессе, то есть производит сравнение общей подачи кислорода с расчетной общей потребностью в кислороде. Общую подачу кислорода получают путем измерения количества газа, подаваемого через решетку, и содержания в нем кислорода. В управляющее оборудование вводят соответствующее предельное значение, и, если коэффициент содержания кислорода падает ниже этого предельного значения, оборудование реагирует соответствующим образом, например вырабатывает сигнал тревоги или осуществляет определенную процедуру регулировки. Процедуры регулировки такого вида представляют собой, в зависимости от ситуации, регулировку коэффициента содержания кислорода до требуемого диапазона либо изменение температуры, количества воздуха, подаваемого через решетку, или степени обогащения кислородом, по отдельности или вместе в различных комбинациях. Вместе с газом, подаваемым через решетку, может подаваться чистый кислород при обогащении кислородом.

Как указано выше, в известном уровне техники в области обжига отсутствовала возможность определения, какая часть концентрата окисляется в слое, и какая часть окисляется только над слоем, и какой процент составляет просачивающийся воздух. Таким образом, отсутствует точное представление о достаточности количества кислорода в слое. Поэтому для проведения действий по регулировке необходимо также осуществлять измерение содержания кислорода в слое. В настоящем изобретении точная регулировка содержания кислорода может осуществляться либо непрерывно, либо, например, только при изменении смеси подачи. В качестве устройств измерения используют, например, зонды. На основе этих измерений, описанные выше действия осуществляют в соответствии с необходимостью для регулировки содержания кислорода до требуемого диапазона. В частности, при использовании обогащения кислородом следует учитывать необходимость снижения затрат или подачи избыточного кислорода, так как чистый кислород является дорогостоящим.

Настоящее изобретение описано ниже на следующем примере.

Пример 1.

Концентрат с составом сфалерита сравнивали с концентратом цинка, содержащим пирит. Вычисления потребности по кислороду для концентратов показали, что при обжиге концентрата сфалерита требуется 338 нм³/т кислорода, а для концентрата, содержащего пирит, требуется 378 нм³/т, другими словами, потребность по кислороду концентрата, содержащего пирит, на 10% превышает потребность по кислороду концентрата сфалерита. Минеральный состав концентратов представлен в таблице.

Минерал	Концентрат сфалерита, мас.%	Концентрат, содержащий пирит, мас.%
СиЕе§2	0,09	1,73
Ее8	2,54	2,85
Ее82	0,35	21,63
Ζηδ	91,66	68,11
РЬ8	1	3,11
С68	0,24	0,18
Ξ1Ο2	0,94	0,43
Са8О₄	0,83	0,1
СаСОэ	1,05	0,5
Другие	1,3	1,36

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims

1. Способ стабилизации псевдоожиженного слоя, используемый при обжиге мелкоизмельченного материала, отличающийся тем, что регулируют отношение между общим количеством кислорода в газе, подаваемом для обжига, и

Ί средним общим значением потребности по кислороду материала, предназначенного для обжига, так, чтобы коэффициент содержания кислорода в слое превышал 1, при этом для регулирования коэффициента содержания кислорода в псевдоожиженном слое производят измерение его содержания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент содержания кислорода регулируют до величины, по меньшей мере, 1,03.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент содержания кислорода регулируют путем изменения температуры.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент содержания кислорода регулируют путем изменения количества воздуха, подаваемого для обжига.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ, подаваемый для обжига, представляет собой воздух.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа, подаваемого для обжига, используют воздух, обогащенный кислородом.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что коэффициент содержания кислорода регулируют путем изменения степени обогащения кислородом газа, подаваемого для обжига.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение содержания кислорода в слое осуществляют непрерывно.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение содержания кислорода в слое осуществляют при изменении смеси подачи.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал, предназначенный для обжига, представляет собой концентрат цинка.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал, предназначенный для обжига, представляет собой концентрат сульфида, содержащий железо.