FI66199B - Anordning foer separering av fasta och smaelta partiklar fraonmetallurgiska ugnars avgaser samt saett att aotervinna bl y raon dylika avgaser - Google Patents

Description

1 66199

Laite kiinteiden ja sulien osasten erottamiseksi metallurgisten uunien poistokaasuista ja tapa ottaa talteen lyijyä tällaisista kaasuista Tämä keksintö kohdistuu laitteeseen sulien osasten, erityisesti lyijypisaroiden erottamiseksi metallurgisten uunien, kuten liekkisulatusuunin ja sähköuunin poistokaasuista ja palauttamiseksi uunitilaan. Lisäksi tämä keksintö kohdistuu tapaan ottaa talteen lyijyä metallurigisen uunin, kuten lyijyrikasteita käsittelevän liekkisulatusuunin ja tällaisesta uunista saadun kuonan puhdistukseen käytetyn sähköuunin poisto-kaasuista .

Useiden pyrometallurgisten uunien toiminnalle on tyypillistä, että osa käsiteltävästä materiaalista poistuu uunikaasujen mukana pölynä.

Pöly voidaan jakaa kahteen pääryhmään, ns. "mekaanisiin pö-lyihin", jotka kulkevat kaasun mukana hienojakoisuuteensa perustuen joko sulassa tai kiinteässä muodossa sekä "pölyi-hin", jotka korkean höyrypaineensa johdosta poistuvat uunista kaasumaisessa muodossa. Edelliseen ryhmään kuuluvat pölyt ovat tavallisesti kuonakomponentteja, tuotettavia metalleja tai niiden yhdisteitä.. Jälkimmäiseen ryhmään kuuluvat usein haitalliset epäpuhtaudet, kuten arseeni, vismutti, antimoni, lyiju ja sinkki. Kaasumaisessa muodossa poistuvat pölyt kondensoituvat ensin pieniksi sulapisaroiksi ja sitten hienojakoiseksi pölyksi lämpötilan laskiessa uunin jälkeen höyrystymispisteen ja sulamispisteen alapuolelle.

Tavallisesti poistokaasun mukana poistuvat pölyt palautetaan uudelleen syötteen mukana uuniin. Pölyn palautuksesta johtuvien kustannusten lisäksi pölystä koituu suuria vaikeuksia jätelämpökattilan toiminnalle ja kattilan puhtaanapidolle. Hyvin haitallista on myös se, että haihtuvat epä- 2 661 99 puhtaudet rikastuvat pölykiertoon alentaen prosessin epäpuhtauksien sietoa.

Ennestään tunnetaan (DE-OS 2 946 032) prosessi, jossa kuilu-uunissa tapahtuvista lyijynvalmistuksesta tulevat lyijy- ja sinkkipitoiset poistokaasut käsitellään erillisessä konden-sointilaitteistossa. Kondensointilaitteistossa kaasu kulkee useamman, sulaa lyijyä sisältävän kondensointiyksikön läpi. Näiden jälkeen kaasujen suuntaa muutetaan noin 90° ja samalla kaasu törmää joko laitteiston seinämissä oleviin ulokkeisiin tai erillisiin poikkeuttaviin levyihin. Näiden tarkoituksena on pyörteistää kaasua siten, että kaasussa vielä jäljellä olevat sulapisarat putoavat alla olevaan lyijysulaan. Menetelmällä saadaan kaasun sisältämä lyijy-höyry kondensoiduksi ja osittain myös sinkki, mutta suurin osa sinkistä jää kaasufaasiin ja poistuu laitteistosta.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada laite sulien osasten, esimerkiksi lyijyn tai kuona-pisaroiden erottamiseksi metallurgisten uunien poistokaasuista ja palauttamiseksi uunitilaan, joka laite on hyvin yksinkertainen ja halpa, ja jonka avulla poistokaasuista erottuneet sulat osaset voidaan palauttaa uunitilaan juoksevassa muodossa pelkästään poistokaasujen luovuttaman lämmön turvin. Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on lisäksi aikaansaada tapa ottaa talteen lyijyä metallurgisen uunin, kuten rikkisulatusuunin tai sähköuunin poistokaasuista, siten että mahdollisimman suuri osa poistokaasujen sekä kaasumaisesta että kondensoituneesta lyijystä saadaan erotetuksi poistokaasuista ja palautetuksi uuniin samalla kun poistokaasujen sisältämät haihtuvat aineet, esim. sinkki, jäävät kaasufaasiin poistuen kaasujen mukana.

Ko. laitteen toimintalämpötilan tulee olla kaasun sisältämien sulapisaroiden jähmettymispisteen yläpuolella. Koska metallurgisten sulatusuunien lämpötila usein on vain vähän 3 66199 käsiteltävien aineiden sulamispisteen yläpuolella, tulee laitteen olla rakenteeltaan sellainen, että mahdollisimman pieni osa kaasusta kerättyjen sulien lämpösisällöstä poistuu lämpöhäviöinä ja sulat pysyvät juoksevassa olomuodossa.

Käytettäessä syklonia kaasun sisältämän pölyn erottamiseen, sykloni sijoitetaan tavallisesti varsinaisen uunin ulkopuolelle. Tällöin on kaasun lämpötilan syklonissa oltava sellainen, että pöly eräitä alhaalla sulavia metalleja lukuunottamatta on kiinteässä olomuodossa. Korkealla sulavien kuona- ja metallisulien johtaminen uunin ulkopuolelta syklonista takaisin uunitilaan on äärimmäisen vaikeaa ja vaatii kaasutiiviiden rännien lisäksi tehokkaat kuumennuslaitteet.

Esillä olevan keksinnön mukaan on uunitilaan tai sen välittömään läheisyyteen sovitettu sykloni, joka on olennaisesti sijoitettu siten, että se ja siihen liittyvä kanava talteenotetun sulan johtamiseksi takaisin uunitilaan uunin lämpötilan johdosta pysyvät riittävän korkeassa lämpötilassa, ja jossa on olennaisesti pystysuora sylinterimäinen kammio, uunitilasta tangentiaalisesti kammioon johtava kanava poistokaasujen johtamiseksi kammioon, poistoaukko kammion yläosassa kaasujen poistamiseksi ja laskuaukko kammion alaosassa kaasusta erottuneen sulan aineen palauttamiseksi uunitilaan. Koska keksinnön mukainen sulasykloni on sovitettu itse uunitilaan tai sen välittömään läheisyyteen, on lämmönhukka poistokaasuista ja uunitilaan palautettavasta sulasta ympäristöön mahdollisimman vähäinen, sulasykloni voidaan sijoittaa uunitilan pohjaa korkeammalle ja tällöin valuu poistokaasuista erottunut sula itsestään takaisin uunitilaan .

Poistokaasujen sisältämän lyijyn kondensoimiseksi mahdollisimman täydellisesti ennen sulasyklonia voidaan sykloniin johtavan tangentiaalisen kanavan eteen sovittaa jäähdytys-elin poistokaasujen jäähdyttämiseksi ennen niiden johtamista sykloniin.

4 66199

Keksinnön mukainen sula sykloni voidaan edullisesti sovittaa liekkisulatusuunin nousukuilun alaosaan tai sähköuuniin.

Sulatettaessa lyijyrikasteita liekkisulatusuunissa saadaan tuotteena metallista raakalyijyä ja kuonaa, joka sisältää lyijyn lisäksi sinkkiä hapettuneessa muodossa. Prosessissa kyseinen kuona voidaan pelkistää esim. sähköuunissa tämän lyijyn talteenottamiseksi.

Lämpötilasta ja pelkistysasteesta riippuen suurempi tai pienempi osa kuonan sisältämästä sinkistä pelkistyy metalliksi ja suuresta höyrynpäineestaan johtuen joutuu uunin kaasuti-laan^jonne myös osa pelkistetystä lyijystä on höyrystynyt.

Keksinnön mukaisessa tavassa säädetään uunista poistuvan kaasun lämpötila ja happipaine siten, että kaasussa oleva lyijy kondensoituu suurelta osin metallisumuksi, mutta sinkki jää edelleen kaasumaiseen olomuotoon. Tämän jälkeen lyi-jysumu poistetaan uunikaasusta keksinnön mukaisesti sula-syklonissa kun taas sinkki sekä kaasussa vielä jäljellä oleva kaasumainen lyijy kulkevat syklonin läpi ja ne voidaan myöhemmin poistaa kaasusta tunnetuilla tavoilla esim. polton ja kaasun jäähdytyksen jälkeen pussisuodattimilla.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää sivukuvantoa keksinnön mukaisen menetelmän yhteydessä käytettäväksi tarkoitetusta liekkiuunilaitteis-tosta, leikattuna pitkin viivaa B-B kuviossa 2, kuvio 2 on leikkaus pitkin viivaa A-A kuviossa 1, kuviossa 3 on esitetty sinkin ja lyijyn pitoisuudet kaasussa lämpötilan ja happipaineen funktiona, kuvio 4 esittää pitkin viivaa B-B kuviossa 5 leikattua sivukuvantoa sähköuunista, johon sulasykloni on sijoitettu, ja kuvio 5 on leikkaus pitkin viivaa A-A kuviossa 4.

5 66199

Liekkisulatusuunin eli suspensiosulatusuunin holvilta syötetään rikaste ja happi tai happirikastettu ilma rikaste-hajottimen 1 kautta suspensiona reaktiokuiluun eli suspensio-sula tus vyöhykkeeseen 2. Kun suspension suuntaa liekkisula-tusuunissa käännetään 90°, erottuu pääosa suspension sula/ kiintoaineesta kaasuista ja laskeutuu alauunin 3 pohjalle. Alauunissa 3 suspensiosta erotettu rikkidioksidipitoinen kaasu sisältää mekaanista pölyä ja sulapisaroita (esim. lyijy-yhdisteitä).

Nousukuilu eli nousuvirtausvyöhyke 4 muodostuu itse asiassa sulaerottimesta eli sulasyklonista, josta puhdistetut kaasut poistuvat aukosta 5. Kaasu saatetaan tangentiaaliseen liikeeeseen ja tällöin kaasun sisältämät sulapisarat sinkoutuvat syklonin seinille ja valuvat alauuniin kanavan 6 kautta. Kanava 6 on järjestetty siten, että alaspäin valuvat sulapisarat eivät kohtaa kaasuja, sillä kanava 6 päättyy sulan pinnan 7 alle. Kaasujen tangentiaalinen sisään-menoaukko 8 sykloniin 4 on sulan pinnan yläpuolella ja se on mitoitettu siten, että kaasujen nopeus on optimaalinen sulapisaroiden talteensaantia ajatellen. Jotta olennainen osa kaasufaasissa olevista lyijyn yhdisteistä voitaisiin syklonin avulla erottaa, voidaan kaasuja jäähdyttää ennen syklonia kohdassa 9 jäähdyttävän aineen esim. veden avulla.

Kuvassa 3 on esitetty kaasumaisen lyijyn ja sinkin pitoisuudet lämpötila-happi-painetasossa termodynaamisesti laskettuna ZnO-aktiivisuudella 1. Samoin kuviossa 3 on esitetty metallisen raudan stabiilisuusraja FeO:n aktiivisuudella 1.

Lyijyprosessin kuonan puhdistuksessa sähköuunissa kuonan happipaine säädetään mahdollisimman alhaiseksi, kuitenkin niin, että metallista rautaa ei muodostu. Säätämällä happipaine kuviossa 3 olevan raudan stabiilisuuskäyrän lähelle, sen korkeamman happipaineen puolelle sekä lämpötila kaasun sinkkisisällön huomioon ottaen minimiinsä, mahdollisimman 66199 suuri osa kaasun metallisesta lyijystä saadaan kondensoitumaan lyijysumuksi. Kun kaasu johdetaan sähköuunista keksinnön mukaisen syklonin kautta, lyijysumu erkautuu kaasusta ja palautuu pelkistysuuniin.

Jos esim. lyijykuonan pelkistysuunin kaasun happipaine ja lämpötila säädetään kuvaan merkittyyn pisteeseen (1), voi poistokaasu sisältää sinkkiä n. 13,1 g/mooli ja lyijyä ainoastaan n. 0,57 g/mooli eli sinkin ja lyijyn massasuhde uunista poistuvassa kaasussa on n. 23:1.

Kuviossa 4 on esitetty sulasyklonin käyttö sähköuunin yhteydessä. Sähköuuni on merkitty viitenumerolla 10 ja sykloni viitenumerolla 11. Sähköuunista 10 poistuvat kaasut johdetaan tangentiaalisen sisääntuloaukon 12 kautta sykloniin 11. Kaasusta eronneet sulapisarat valuvat alas sulaan kanavan 13 kautta. Sulapisaroista puhdistuneet kaasut poistuvat syklonista aukon 14 kautta.

Varustamalla metallurginen uuni keksinnön mukaisella sulasyk-lonilla voidaan kaasusta poistaa valtaosa "mekaanisista" lentopölyistä. Tällöin uunista poistuu kaasun mukana pääasiassa kaasumaisessa muodossa olevia epäpuhtauksia. Pölyjä ei enää tarvitse palauttaa uuniin ja prosessin epäpuhtauksien sieto kohoaa.

Eräs suuri probleema lyijyrikasteiden sulatuksessa on ollut suuret pölymäärät, jotka johtuvat lyijy-yhdisteiden, ennen kaikkea sulfidin ja oksidin korkeista höyrynpaineista. Si-säänsyötetystä lyijystä saattaa pahimmassa tapauksessa useita kymmeniä prosentteja mennä pölyyn.

Korkeassa happipaineessa lyijy on uunin poistokaasussa pääasiassa oksidina. Normaaleissa sulatuslämpötiloissa lyi-jyoksidin höyrynpaine on korkea, esim. 1300°C:ssa yli 0,1 baaria. Se alenee kuitenkin nopeasti lämpötilan laskiessa.

7 66199 1100°C:ssa paine on enää n. 0,01 baaria. Huolehtimalla siitä, että poistokaasun lämpötila on kohtuullinen, suuri osa kaasun sisältämästä lyijystä voidaan erottaa sulasyklo-nissa. Koska metallisen lyijyn höyrynpaine on vielä alempi kuin oksidin, voidaan pölymäärää edelleen alentaa säätämällä kaasun happipaine metallisen lyijyn alueelle suomalaisen patenttihakemuksen 801213 mukaisesti.

Claims (7)

1. Laite kiinteiden ja sulien osasten erottamiseksi metallurgisten uunien poistokaasuista ja palauttamiseksi uuniti-laan (3, 10), tunnettu uunitilassa tai sen välittömässä läheisyydessä olevasta syklonista, jossa on olennaisesti pystysuora sylinterimäinen kammio (4, 11), uunitilasta (3, 10) tangentiaalisesti kammioon (4, 11) johtava kanava (8, 12) poistokaasujen johtamiseksi kammioon, poistoaukko (5, 14) kammion yläosassa kaasun poistamiseksi ja laskuauk-ko (6, 13) kammion alaosassa kaasusta erottuneen sulan aineen palauttamiseksi uunitilaan (3, 10).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että sykloni on sijoitettu uunitilan pohjaa korkeammalle.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu uunitilaan (3),välittömästi sykloniin johtavan tangentiaali-sen kanavan (8) eteen sovitetusta elimestä (9) poistokaasujen jäähdyttämiseksi ennen niiden johtamista sykloniin.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on sovitettu liekkisulatusuunin (2, 3, 4) nousukuilun (4) alaosaan.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on sovitettu ainakin osittain sähköuunin (10) sisään.

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on sovitettu ainakin osittain metallurgisen uunin sisään.

7. Tapa ottaa talteen lyijyä metallurgisen uunin poisto-kaasuista, tunnettu siitä, että poistokaasujen hapen osapaine säädetään alueelle noin 10 ^ τ 10 ^ atm läm- 66199 pötilassa 1250-1450 K, niin että mahdollisimman suuri osuus poistokaasujen kaasufaasissa olevasta lyijystä kondensoituu lyijysumuksi ja että poistokaasut olennaisesti välittömästi saatetaan alttiiksi keskipakoiserotukselle lyijysumupisaroiden erottamiseksi kaasusta ja näin erotetun sulan lyijyn palauttamiseksi uuniin. 10 66199