FI111555B - Menetelmä pasutusuunin leijukerrospedin stabiloimiseksi - Google Patents

Description

1 111555

MENETELMÄ PASUTUSUUNIN LEIJUKERROSPEDIN STABILOIMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään pasutuksessa käytettävän leiju-i kerrospedin stabiloimiseksi säätämällä pedin pasutuskaasun happipitoi- 5 suutta. Pasutettava hienojakoinen materiaali syötetään leijupetiin pedin yläpuolelta ja leijutuksen aikaansaava pasutuskaasu syötetään uunin pohjalta arinan kautta. Menetelmässä lasketaan leijukerrospetiin syötettävän pasutuskaasun kokonaishappimäärä ja pasutettavan materiaalin keskimääräinen kokonaishapentarve ja säädetään näiden suhde eli happikerroin 10 olemaan pedissä yli 1.

Pasutus voidaan tehdä lukuisissa erilaisissa uuneissa. Nykyisin kuitenkin hienojakoisen materiaalin pasutus tapahtuu yleensä leijupetimenetelmällä. Pasutettava materiaali syötetään pasutusuuniin uunin seinässä olevien 15 syöttöyhteiden kautta leijukerrospedin yläpuolelle. Uunin pohjassa on arina, jonka kautta syötetään happipitoista kaasua rikasteen leijuttamiseksi. Happipitoisena kaasuna käytetään yleensä ilmaa. Arinan alla on yleensä kaasusuuttimia luokkaa 100 kpl/m2. Kun rikaste leijuu, syöttöpedin korkeus nousee noin puolella kiinteän materiaalipedin korkeuteen nähden. Uunin 20 vastapaine muodostuu arinan vastuksesta ja pedin vastuksesta. Pedin vastus on suunnilleen pedin massa, kun peti on leijutilassa. Vastapaine on luokkaa 240 - 280 mbar.

Sulfidien pasutusta on kuvattu esimerkiksi kirjassa Rosenqvist, T.: 25 Principles of Extractive Metallurgy, ss. 245-255, McGraw-Hill, 1974, USA.

Sen mukaan pasutus on metallisulfidin hapettamista, jonka tuotteena saadaan metallioksidia ja rikkidioksidia. Esimerkiksi sinkkisulfidi ja pyhitti hapettuvat seuraavasti: 2ZnS + 3 O2 -> 2 ZnO + 2 S02 (1) 30 2 FeS2 + 5½ 02 --> Fe203 + 4 S02 (2) 111555 2

Lisäksi saattaa tapahtua muita reaktioita kuten SO^n muodostumista, metallien sulfatoitumista ja kompleksioksidien kuten sinkkiferriitin (ZnFe204) muodostumista. Tyypillisiä pasutettavia materiaaleja ovat kupari-, sinkki- ja lyijysulfidit. Pasutus tapahtuu tavallisesti sulfidien ja oksidien sulamispisteitä 5 alhaisemmissa lämpötiloissa, yleensä alle 900 - 1000 °C. Toisaalta, jotta reaktiot tapahtuisivat kohtuullisella nopeudella, täytyy lämpötilan olla ainakin luokkaa 500 - 600 °C. Kirjassa on esitetty tasapainopiirroksia, joista nähdään, mitä olosuhteita vaaditaan eri pasutustuotteiden muodostumiseksi. Esimerkiksi kun pasutuskaasuna käytetään ilmaa, S02:n ja 02:n 10 osapaine on noin 0,2 atm. Pasutusreaktiot ovat voimakkaasti eksotermisiä, ja tämän vuoksi petiin pitää järjestää jäähdytys.

Pasute poistetaan uunista osittain ylivuotoaukon kautta, osittain se kulkeutuu kaasujen mukana jätelämpökattilaan ja sieltä edelleen sykloniin ja 15 sähkösuotimille, joista pasute otetaan talteen. Yleensä ylivuotoaukko sijoitetaan vastakkaiselle puolelle uunia kuin syöttöyhteet. Uunista poistettu pasute jäähdytetään ja hienonnetaan liuotusta varten.

Pasutuksen kannalta on tärkeää hallita petiä, eli pedin pitää olla stabiili 20 rakenteeltaan ja muilta leijumisominaisuuksiltaan kunnossa, ja leijuminen ; hallittua. Palamisen pitää tapahtua mahdollisimman täydellisesti, eli esimerkiksi sulfidien tulee hapettua täydellisesti oksideiksi. Pasutteen tulee myös tulla hyvin ulos uunista, eli pasutteen raekoko tulee olla tietyissä rajoissa. Pasutteen raekokoon tunnetusti vaikuttaa mm. rikasteen kemial-25 linen koostumus ja mineralogia sekä pasutuskaasun lämpötila.

\

Sinkkipasutolla käsiteltävät sinkkisulfidirikasteet ovat aikaa myöten muuttuneet entistä epäpuhtaammiksi. Rikasteet eivät enää ole läheskään puhdasta sinkkivälkettä, sfaleriittia, vaan ne saattavat sisältää huomattavan 30 määrän rautaa. Rauta on joko sinkkivälkkeen hilaan liuenneena tai sitten pyriittinä tai pyrrotiittina. Lisäksi rikasteet sisältävät usein sulfidista lyijyä 3 111555 ja/tai Kuparia. Rikasteiden kemiallinen koostumus ja mineralogia vaihtelevat huomattavasti. Tällöin vaihtelee myös rikasteiden hapettumiseen tarvittava happimäärä samoin kuin rikasteiden palaessaan tuottama lämpömäärä. Nykyisin käytössä olevan tekniikan mukaisesti pasuton rikasteen syöttöä 5 säädetään pedin lämpötilan mukaan esimerkiksi sumean logiikan avulla. Tällöin on vaarana, että leijupedissä olevan hapen paine pääsee laskemaan liian matalaksi eli happimäärä ei riitä pasuttamaan rikastetta. Tämän seurauksena peti ei agglomeroidu normaalisti vaan jää liian hienojakoiseksi ja samalla myös pedin vastapaine voi laskea liian matalaksi, koska hieno 10 peti lakkaa leijumasta ja tapahtuu kanavoitumista. Leijupedin todellista hapentarvetta ei tiedetä, koska sitä ei yleensä lasketa jatkuvasti etukäteen rikasteseoksen tarkan koostumuksen perusteella eikä pedissä ole laitteita happipitoisuuden mittaamiseksi. Siten leijukerrosuunin toimintaa on vaikea säätää ja pitää stabiilina.

15

Myös käsiteltävien sinkkisulfidirikasteiden raekoko vaihtelee. Tämän seurauksena on vaikea tietää, mikä osa rikasteesta milloinkin palaa pedissä ja mikä poistokaasun kuljettamana pedin yläpuolella. Jos palamista tapahtuu merkittävästi pedin yläpuolella, energiaa syntyy pedissä tavallista 20 vähemmän ja säätötavasta riippuen tämä saattaa lisätä syöttöä.

» *

Kuten edelläkin todettiin, tasapainolaskelmista ja kirjallisuudessa esitetyistä tasapainopiirroksista tiedetään, että kupari ja rauta yhdessä ja erikseen muodostavat oksisulfideja, jotka ovat sulia pasutuslämpötiloissa ja jo näitä 25 alhaisemmissakin lämpötiloissa. Samoin sinkki ja lyijy sekä rauta ja lyijy kumpikin yhdessä muodostavat alhaisissa lämpötiloissa sulavia sulfideja. Tällaisten sulfidien esiintyminen on mahdollista ja todennäköisyys niiden esiintymiseen kasvaa, jos hapen määrä pedissä on pienempi kuin mitä rikasteen normaaliin hapettumiseen tarvittava määrä edellyttää.

30 4 111555

Leijukerrospasutuksen aikana tapahtuu normaalistikin tuotteen agglomeroitumista eli pasute on selvästi karkeampaa kuin syötetty rikaste. Edelläkuvattujen sulfidisulien muodostuminen lisää kuitenkin agglomeroitumista häiritsevässä määrin, sillä isommat agglomeraatit 5 sulfidiytimineen jäävät pyörimään arinalle. Agglomeraatit aiheuttavat kasvannaisia arinan päälle ja tukkivat aikaa myöten arinan alla olevia kaasusuuttimia. Sinkkipasutolla on huomattu, että epäpuhtauskomponentteja sisältäviä kasvannaisia muodostuu uuniin erityisesti rikasteen syöttöyhteiden alapuolella olevalle arinaosuudelle.

10

Artikkelissa Nyberg, J. et ai: Recent Process Improvements in the Kokkola Zinc Roaster, Lead-Zinc Symposium 2000, Pittsburgh, USA, October 22-25, 2000, sivut 399-415, on pasuton leijupedin yleisesti todettu menevän epästabiiliin tilaan, kun hienoimman fraktion osuus pedissä kasvaa. Tällöin 15 kontrollitermoelementtien lämpötilat erkanevat, mikä on seurausta siitä, että peti on liian hienojakoinen leijuakseen ja tapahtuu kanavoitumista. Lisäksi pedin vastapaine laskee ja syötöt laskevat.

Kirjallisuudessa on esitetty tutkimuksia sinkkisulfidin hapettumismallista, joka 20 toimii erittäin matalissa happipitoisuuksissa. Tämän mallin mukaan sinkkioksidi syntyy matalissa happipaineissa kaasureaktioiden kautta eikä kiintoaine-kaasureaktioina kuten normaalisti. Tämä merkitsee, että kondensoitunut sinkkioksidi on erittäin hienojakoista. Arinan alapuolella olevien puhaltimien teho ei aina kuitenkaan riitä lisäämään kaasunsyöttöä ja 25 samalla hapen määrää. Toisaalta myös pasuton jälkeen oleva happotehdas voi aiheuttaa kapasiteettirajoituksia. Rikaste voi myös olla niin hienojakoista, että jos kaasunsyöttöä lisätään, materiaali ei enää pysy leijupedissä vaan ^ lentää kaasuvirran mukana ulos. Toisinaan taas rikasteen laatu ei salli pedin lämpötilan muuttamista ja sen mukana syötön vähentämistä ja hapen 30 määrän kasvattamista tätä kautta riittäväksi. Voi olla myös tilanteita, joissa 5 111555 kumpikaan edellämainittu säätötapa ei ole mahdollinen.

Pasutusolosuhteita on pyritty säätämään eri tavoin. US-patentti 5803949 koskee menetelmää leijukerrospedin stabiloimiseksi metallisulfidien 5 pasutuksessa, jolloin stabilointi tapahtuu syötteen raekokoa säätämällä. US-patentissa 3957484 stabilointi tapahtuu syöttämällä rikaste lietteenä. Artikkelissa MacLagan, C. et ai: Oxygen Enrichment of Fluo-Solids Roasting at Zincor, Lead-Zinc Symposium 2000, Pittsburgh, USA, October 22-25, 2000, sivut 417-426, on todettu, että pasutusuunin poistokaasun 10 happipitoisuutta kontrolloidaan mittauksilla, jotka tapahtuvat kaasulinjasta kattilan tai syklonin jälkeen. Nämä mittaukset eivät kuitenkaan kerro leijukerrospedin tilaa, koska kaasulinjan mittauksissa on jo mukana vuotoilmoja.

is Edellä esitettyjen puutteellisuuksien korjaamiseksi on tämän keksinnön mukaisesti nyt kehitetty menetelmä hienojakoisen materiaalin pasutuksessa käytettävän leijukerrospedin stabiloimiseksi säätämällä pedissä olevan kaasun happipitoisuutta. Jotta esimerkiksi rikasteen sinkkisulfidi hapettuisi sinkkioksidiksi, pitää leijukerrospedin happikertoimen teoreettisesti olla 20 vähintään yksi. Happikerroin saadaan, kun lasketaan pasutuskaasun kokonaishapensyöttö ja verrataan sitä rikastesyöttöseoksen # ' * kokonaishapentarpeeseen. Kehitetyn menetelmän mukaisesti happikerroin säädetään olemaan yli 1, edullisesti ainakin 1,03. Tarkemman säädön toteuttamiseksi mitataan happipitoisuus myös itse pedissä. Leijukerrospedin 25 stabiloiminen happikerrointa säätämällä estää kapasiteettitappioita, jotka ovat seurausta arinalle muodostuneista kasvannaisista ja niiden " aiheuttamista tuotantokatkoista. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista vaatimuksista.

30 Nyt kehitetyn menetelmän mukaisesti happikertoimen säätö on mahdollista tehdä kahden prosessitiedon perusteella: Lasketaan ensin syöttöseoksen 6 111555 keskimääräinen hapentarve (Nm3 02 It rikasteseos) käyttäen hyväksi kunkin rikasteen tutkitun kemiallisen ja mineralogisen koostumuksen perusteella laskettuja hapentarpeita. Rikasteseoksen hapentarve syötetään prosessin ohjauslaitteille aina seoksen vaihtuessa. Toinen tarvittava prosessitieto on 5 kokonaishapentarve, joka lasketaan syöttöseoksen hapentarpeen ja jatkuvasti mitattavan rikastesyötön (t/h) perusteella. Pasutuksen aikana prosessin ohjauslaitteet mittaavat prosessin happikerrointa eli vertaavat kokonaishapensyöttöä laskettuun kokonaishapentarpeeseen. Kokonais-hapensyöttö saadaan mittaamalla arinan kautta syötettävä kaasumäärä ja 10 sen happipitoisuus. Ohjauslaitteille annetaan sopiva raja-arvo, ja jos happikerroin menee tämän raja-arvon alle, laitteisto reagoi säädetyllä tavalla kuten hälyttämällä tai tietyillä säätötoimenpiteillä. Tällaisia säätötoimenpiteitä ovat tilanteesta riippuen happikertoimen säätö oikealle alueelle joko muuttamalla lämpötilaa, arinailman määrää tai happirikastusta 15 joko erikseen tai yhdessä eri yhdistelmissä. Happirikastuksena voidaan arinakaasun mukana syöttää puhdasta happea.

Kuten edellä on todettu, pasutuksessa ei tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa pystytä määrittelemään, mikä osa rikasteesta hapettuu pedissä 20 ja mikä vasta pedin yläpuolella ja mikä on vuotoilmojen osuus. Siten ei ole tarkkaa kuvaa happimäärän riittävyydestä pedissä. Tämän vuoksi on säätötoimenpiteiden tarkentamiseksi tarpeellista suorittaa happipitoisuuden mittaus myös pedistä. Tämän keksinnön mukainen happipitoisuuden hienosäätö voidaan suorittaa joko jatkuvatoimisesti tai esimerkiksi vain 25 syöttöseoksen vaihtuessa. Mittalaitteena käytetään esimerkiksi sondia.

Mittauksen perusteella suoritetaan tarpeen vaatiessa edelläkuvatut \ toimenpiteet happikertoimen säätämiseksi oikealle alueelle. Erityisesti happirikastusta käytettäessä pitää huomioida turhien kustannusten välttäminen eli hapen syöttö ylimäärin, koska puhdas happi on kallista.

30

Keksintöä kuvataan vielä oheisen esimerkin avulla: 7 111555

Esimerkki 1

Verrattiin erään sfaleriittisen koostumuksen omaavaa rikastetta pyriittipitoiseen sinkkirikasteeseen. Laskemalla rikasteiden hapentarve nähdään, että sfaleriittirikasteen hapentarve pasutuksessa on 338 Nm3/t ja 5 pyriittipitoisen 378 Nm3/t, eli pyriittipitoisen rikasteen hapentarve on yli 10% suurempi kuin sfaleriittisen rikasteen. Rikasteiden mineraalipitoisuudet oheisessa taulukossa 1.

10 Taulukko 1

Mineraali Sfaleriittirikaste Pyriittipitoinen rikaste pl% pl%

CuFeSj <M» Ϊ73 _ 2^4 2^

FeSj 0,35 21,63

ZnS 9Ϊ|66 68jl

PbS ϊ 37Ϊ1

CdS Öj24 0,18

SiÖ^ Ö94 0^43

CaSÖi 0^83 Ö/j —

CaCOj TT» Ö3 muut 1,3 1,36 ♦ ·

Claims (11)

111555

1. Menetelmä hienojakoisen materiaalin kuten rikasteen pasutuksessa käytettävän leijukerrospedin stabiloimiseksi, tunnettu siitä, että lasketaan 5 leijukerrospetiin syötettävän pasutuskaasun kokonaishappimäärä ja pasutettavan materiaalin keskimääräinen kokonaishapentarve, ja säädetään näiden suhde eli happikerroin olemaan pedissä yli 1, ja happikertoimen säätämiseksi happipitoisuuden mittaus suoritetaan leijukerrosuunin pedistä. ίο

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happikerroin säädetään olemaan ainakin 1,03.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happikerrointa säädetään muuttamalla lämpötilaa. 15

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happikerrointa säädetään muuttamalta pasutusilman määrää.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 pasutuskaasu on ilmaa.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pasutuskaasuna käytetään happirikastettua ilmaa.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happikerrointa säädetään muuttamalla pasutuskaasun happirikastusta.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happipitoisuuden mittaus pedistä suoritetaan jatkuvasti. 30 111555

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happipitoisuuden mittaus pedistä suoritetaan syöttöseoksen muuttuessa.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 pasutettava materiaali on sinkkirikaste.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pasutettava materiaali on rautaa sisältävä sulfidirikaste.

10 PATENTKRAV