FI69644C - Foerfarande och anordning foer utvinning av zink ur en gas sominnehaoller zinkaonga - Google Patents

Description

1 69644

Menetelmä ja laite sinkin talteenottamiseksi sinkkihöyryä sisältävästä kaasusta Tämä keksintö koskee menetelmää ja laitetta sinkin 5 talteenottamiseksi sinkkihöyryä sisältävästä kaasusta.

Sinkin talteenotossa saadaan kaasu, joka sisältää sinkkihöyryä vaihtelevina pitoisuuksina. Tämän sinkki-höyryn talteenottaminen ja muuttaminen puhtaaksi metalliseksi sinkiksi on monimutkainen prosessi.

10 Nykyään käytetään pääasiassa kahta eri tyyppistä prosessia sinkkihöyryn jäähdyttämiseksi ja tiivistämiseksi. Käytettäessä ns. St Joe-uunia sinkkihöyryn muodostamiseksi saadaan kaasu, joka sisältää noin 40 % sinkki-höyryä ja on vain vähän tulistettu. Poistettava lämpö on 15 näin ollen lähinnä sinkin tiivistysmislämpöä. Siihen tarkoitukseen käytetään kuplalauhdutinta, joka on saanut nimensä siitä, että kaasu saatetaan kuplimaan sulan sink-kikerroksen läpi. Sinkki kiertää lauhduttimessa, josta puuttuvat liikkuvat osat kaasun kulkutilasta, ja saa 20 kulkea altaan kautta, jossa on vettä täynnä olevia osia, jotka uppoavat sinkkiin ja toimivat kaasun sisältämän lämmön lopullisina vastaanottajina. Tämä lauhdutin on yksinkertainen, mutta kaasun ja jäähdyttävän sinkin välinen kosketuspinta on siinä pieni.

25 Muodostettaessa sinkkihöyry ISF-uunien (Imperial

Smelting Furnaces) avulla saadaan kuumemmaksi tulistettu kaasu, joka sisältää vain noin 6 % sinkkiä. Tällöin täytyy käyttää huomattavasti monimutkaisempaa lauhdutinta, osaksi siitä syystä, että sinkin tiivistymislämpö muodos-30 taa vain murto-osan pois siirrettävästä lämmöstä ja osaksi siitä syystä,että kaasu sisältää CO:a, C02:a, N2:ä ja sinkkihöyryä. Sen vuoksi kaasu täytyy pikajäähdyttää, jotta ei-toivottua hapettumista takaisin ZnO:ksi kaasumaisen sinkin ja hiilidioksidin välisellä reaktiolla ei 35 esiinny. Siksi käytetään ns. suihkulauhdutinta, jossa suuri määrä lyijyä kiertää. Siinä lyijyä sekoitetaan 2 69644 suuria sekoittamia käyttäen, kaasu johdetaan sekoitetun lyijyn läpi, ja tällöin sinkki liukenee lyijyyn. Jokaista talteenotettua sinkkitonnia kohti kiertää noin 400 tonnia lyijyä.

5 Kumpikaan edellä kuvatuista prosesseista ei so vellu erityisen hyvin sinkin talteenottamiseen kaasusta, joka on syntynyt sinkkipitoista ainetta suoraan pelkistettäessä masuunissa. Tätä prosessia voidaan käyttää monille erilaisille raaka-aineille, kuten rikasteelle, 10 joka sisältää jopa 50 % ZnO:a ja 10 % PbO:a, tai toisista prosesseista peräisin oleville pölyille, jotka sisältävät joskus vain muutaman prosentin ZnO:a. Karkean arvion mukaan jokaista lähtöaineen sisältämää sinkki-prosenttia kohti saavutetaan 1 %:n Zn-pitoisuus kaa-15 sussa.

Tämän keksinnön tavoitteena on näin ollen saada aikaan prosessi, joka soveltuu sinkkihöyryn tiivistämiseen pitoisuuden vaihdellessa laajalla alueella ja joka mahdollistaa kiinteiden epäpuhtauksien poistamisen 20 yksinkertaisella tavalla, ja laite menetelmän toteuttamiseksi.

Keksintö koskee menetelmää sinkin talteenotta-miseksi sinkkihöyryä sisältävästä kaasusta saattamalla sinkkihöyryä sisältävä kaasu läheiseen kosketukseen juok-25 sevassa muodossa olevan hienojakoisen lyijyn kanssa, joka syötetään jäähdytystornin yläosaan, jolloin kerätyn lyijyn sisältämä sinkki erotetaan puhtaan juoksevan, metallisen sinkin muodossa erotuskammiossa seegraamalla ja sinkistä vapautettu lyijy kierrätetään takaisin lisäjääh-30 dytyksen jälkeen. Menetelmälle tunnusomaista on, että sinkkihöyryä sisältävä kaasu saatetaan kosketukseen hienojakoisen lyijyn kanssa kahdessa vaiheessa, jolloin kaasun annetaan virrata myötävirtaan syötetyn lyijyn kanssa ensimmäisessä vaiheessa ja vastavirtaan lyijyyn nähden 35 toisessa vaiheessa.

Keksintö koskee myös menetelmän toteuttamiseksi käytettävää laitetta, jolle on tunnusomaista, että se

II

69644 käsittää kaksi erillistä jäähdytystornia 21, 22, joiden yläosassa on syöttölaitteita juoksevaa hienojakoista lyijyä varten, jolloin kaasun sisääntulo 23 ensimmäisessä jäähdytystornissa on, katsottuna kaasun syöttösuuntaan, 5 sovitettu tornin yläosaan, ja ulostulo 24 sen alaosaan ja jolloin kaasun sisääntulo 24 ensimmäisestä tornista 21 tulevalle kaasulle on sovitettu toisen tornin 22 alaosaan ja kaasun ulostulo 25 on sovitettu toisen tornin 22 yläosaan niin, että kaasu kulkeutuu myötävirtaan ensimmäi-10 sessä ja vastavirtaan toisessa jäähdytystornissa.

Edellä esitetyt viitenumerot liittyvät oheiseen kuvioon.

Keksinnön mukaisen menetelmän erään toteutustavan mukaan kerätään lyijy kummastakin jäähdytysvaiheesta 15 yhteen.

Erään toisen toteutustavan mukaan jäähdytetty lyijy kierrätetään takaisin siten, että sillä on positiivinen lämpötilagradientti takaisinkierrätysputkessa syöttösuuntaan katsottaessa, edullisesti johtamalla takaisin-20 kierrätysputki kaasun tulo- ja/tai menoputken läpi jääh-dytystorniin tai -torneihin.

Lyijyn takaisinkierrätysputki asennetaan edullisesti osaksi kaasun sisääntulo- ja/tai ulostuloputken sisään vastaavissa jäähdytystorneissa. Näin saavutetaan 25 positiivinen lämpötilagradientti lyijyn takaisinkierrätysputkessa ja myös, siinä tapauksessa että lyijyn lämpötila putkessa kohoaa korkeintaan 10°C,varmistetaan se, että kiinteät epäpuhtaudet eivät saostu ruiskutettaessa lyijy jäähdytystorneihin. Suuttimia käytettäessä olisi 30 tukkeutuminen muuten väistämätöntä.

Lyijyn hienojakoiseksi tekeminen voi tapahtua lukuisten takaisinkierrätysputkeen liitettyjen suutti-mien avulla. Vaihtoehtoisesti käytetään hajoituspintaa, jota vasten lyijy putoaa, pumpataan tai ruiskutetaan ja 35 jolla määrää ja putouskorkeutta säätämällä voidaan saada sulasta lyijystä hyvin hienojakoisia pisaroita. Lisäksi 4 69644 voidaan käyttää jotakin pyörivää laitetta, esim. pyörivää levyä, joka sinkoaa ulos lyijypisaroita.

Keksinnön muut luoteenomaiset ominaisuudet ja edut käyvät ilmi seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauk-5 sesta, jossa viitataan oheiseen kuvioon.

Kuvio esittää keksinnön mukaista laitetta, jossa on kaksi erillistä jäähdytystornia.

Jäähdytystornit 21 ja 22 on yhdistetty toisiinsa. Kaasu saapuu tuloputken 23 kautta ensimmäisen jäähdytys-10 tornin 21 yläosaan. Hienojakoinen lyijy johdetaan jääh-dytystornin yläosaan asennettujen suuttimien 5 läpi.

Lyijyn syöttöputki 6 kulkee jonkin matkaa kaasun tulo-putken sisällä, ja itse suuttimet sijaitsevat jonkin verran alaspäin jäähdytystornin huipusta. Näin varmistetaan se, 15 että suuttimet eivät tukkeudu kiinteiden epäpuhtauksien erottumisen seurauksena.

Kaasu virtaa lähelle tornien alaosia asennettua yhdysputkea 24 pitkin ensimmäisestä tornista toiseen torniin ja virtaa sitten vastavirtaan hienojakoiseen lyijyyn 20 nähden, joka johdetaan putkeen 6a ja suuttimien 5a kautta toisen tornin yläosaan. Syöttöputki 6a kulkee jonkin matkaa tornin 22 yläosassa olevan kaasun menoputken 25 sisällä aikaisemmin esitetystä syystä.

Sinkkiä sisältävä lyijy poistetaan tornien ala-25 osista putkia 7 ja 7a pitkin ja johdetaan yhdistettynä erotuskammioon 8. Tähän kammioon on asennettu jäähdytys-kierukka 9 sekä menoputket 10, 11 ja 12. Putki 12 johtaa vielä toiseen kammioon 13, joka on myös varustettu jääh-dytyskierukalla 14. Tämä kammio 13 on edullisesti sijoi-30 tettu kammion 8 tason alapuolelle.

Putki 15 yhdistää kammion 13 poistokaasun meno-putkeen asennettuun syöttöputkeen 6. Putkeen 15 on liitetty pumppu 16. Kammioon 8 on asennettu kaavin 17 tai vastaava kiinteiden epäpuhtauksien ja vastaavien, joita 35 erottuu kammiossa olevan nesteen pinnalle, poistamiseksi.

Il 5 69644

Eräs kaksitornijärjestelmän suurista eduista on se, että jäähdytystornia ei tarvitse tehdä niin korkeaksi. Sinkin liukeneminen lyijyyn vaatii tietyn kosketusajän, vaikka tapahtuma onkin suhteellisen nopea lyijyn ollessa 5 hyvin hienojakoista.

Seuraavana selostetaan muutamia suoritettuja kokeita keksinnön edelleen valaisemiseksi.

Kokeet suoritettiin poistokaasulla, joka oli peräisin PLASMAZINC^-laitoksesta, jota käytettiin osaksi 10 10 % Zn:ä sisältävän pölyn ja osaksi 20 % Zn:ä sisältä vän pölyn käsittelemiseen.

Poistokaasun lämpötila sen poistuessa PLASMAZINC^^· laitoksesta on noin 1200°C. Kokeissa tämä kaasu syötettiin suoraan sekä eriasteisesti jäähdytettynä.

15 Lyijy jäähdytetään sen hyväksikäytön optimoimi seksi noin 350°C:een ennen kierrättämistä takaisin, ja sen lämpötilan annetaan nousta 550°C:een, jossa lämpötilassa se poistetaan jäähdytystornista.

Erotuskammiossa lyijy jäähdytetään noin 450°C:een, 20 jolloin sinkki erottuu lyijyn päälle sulaksi kerrokseksi. Jäähdytettäessä seuraavassa jäähdytysvaiheessa 450°C:sta 350°C:een saostuu jonkin verran lisää kiinteitä epäpuhtauksia ja myös sinkkiä. Tämä kierrätetään edullisesti takaisin PLASMAZINC® -prosessiin.

25 10 % Zn:ä sisältävästä pölystä peräisin oleva poistokaasu sisältää 71,8 % CO:a, 23 % HjSä, 1 % ^rä, 4 % Zn (g):ä ja 0,2 % Pb (g):ä, ja 20 % Zn:ä sisältävästä pölystä peräisin oleva poistokaasu sisältää 67 % CO:a, 21 % I^iä, 1 % ^rä, ”10 % Zn (g):ä ja 1 % Pb (g):ä.

30 Allaolevasta taulukosta käy selville poistokaasu jen, joilla on eri sinkkihöyrypitoisuus ja eri syöttö-lämpötila, jäähdytystarve käyttäen yksikkönä tonnia lyijyä/1000 m poistokaasua (tilavuus normaalipaineessa). Kaasun tulolämpötila laitteistosta on kaikissa tapauk-35 sissa 550°C.

6 69644 3 Jäähdytystänne tonnia Pb/1000 m (normaalipaineessa)

Poistokaasun syöttö- lämpötila 4 % Zn^ poistokaasussa 10 % Zn^ pois tokaasussa 5 1200 30,3 40,1 950 21,0 29,6 750 13,7 23,3 10 Kierrätettävän lyijyn määrää voidaan siis vähentää huomattavasti, jos syötettävän kaasun lämpötila voidaan alentaa.

Lyijyn syöttöputki järjestetään edullisesti siten, että lyijyn lämpötila kohoaa 350°C:sta 360°C:een, ennen 15 kuin se saavuttaa suuttimet, silloin kun sellaisia käytetään. Näin poistetaan kiinteiden epäpuhtauksien erottumisen ja suuttimien tukkeutumisen vaara.

Il

Claims (12)

1. Menetelmä sinkin talteenottamiseksi sinkkihöyryä sisältävästä kaasusta saattamalla sinkkihöyryä sisältävä kaa- 5 su läheiseen kosketukseen juoksevassa muodossa olevan hienojakoisen lyijyn kanssa, joka syötetään jäähdytystornin yläosaan, jolloin kerätyn lyijyn sisältämä sinkki erotetaan puhtaan juoksevan, metallisen sinkin muodossa erotuskammiossa seegraamalla ja sinkistä vapautettu lyijy kierrätetään takai-10 sin lisäjäähdytyksen jälkeen, tunnettu siitä, että sinkkihöyryä sisältävä kaasu saatetaan kosketukseen hienojakoisen lyijyn kanssa kahdessa vaiheessa, jolloin kaasun annetaan virrata myötävirtaan syötetyn lyijyn kanssa ensimmäisessä vaiheessa ja vastavirtaan lyijyyn nähden toisessa vai-15 heessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lyijy kerätään molemmista vaiheista yhteen.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että kaasu jäähdytetään noin 500 - 550 °C:n poistolämpötilaan.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sen jälkeen kun lyijy on poistettu jäähdytystornista tai -torneista se jäähdytetään en- 25 simmäisessä vaiheessa noin 450 °C:een sinkin seegraamiseksi.

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lyijy jäähdytetään toisessa vaiheessa noin 350 °C:een.

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että 350 °C:een jäähdytetty lyijy kierrätetään takaisin jäähdytystorniin tai -torneihin siten, että sisään menevä ja/tai ulos tuleva kaasuvirta esilämmit-tää lyijyä hieman, edullisesti noin 360 °C:een.

7. Patenttivaatimusten 1-6 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että lyijyä jäähdytetään jäähdytys-vesikierukoita käyttäen.

7 69644

8. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän to- 69644 teuttamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää kaksi erillistä jäähdytystornia (21, 22), joiden yläosassa on syöttölaitteita juoksevaa hienojakoista lyijyä varten, jolloin kaasun sisääntulo (23) ensimmäisessä jäähdytystornissa 5 on,katsottuna kaasun syöttösuuntaan, sovitettu tornin yläosaan, ja ulostulo (24) sen alaosaan ja jolloin kaasun sisääntulo (24) ensimmäisestä tornista (21) tulevalle kaasulle on sovitettu toisen tornin (22) alaosaan ja kaasun ulostulo (25) on sovitettu toisen tornin (22) yläosaan niin, että 10 kaasu kulkeutuu myötävirtaan ensimmäisessä ja vastavirtaan toisessa jäähdytystornissa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että lyijyn takaisinkierrätysputki (15) on osaksi sovitettu kaasuvirran sisääntulo- tai ulostuloputkeen (6; 15 23, 25; 35, 36), jotta lyijylle saadaan positiivinen lämpö- tilagradientti takaisinkierrätysputkessa (15) ja siten vältetään kiinteiden aineiden muodostuminen mahdollisiin suut-timiin (5, 5a) tehtäessä lyijyä hienojakoiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laite, 20 tunnettu siitä, että laite (4, 4a) lyijyn tekemiseksi hienojakoiseksi käsittää joukon takaisinkierrätysputkeen liitettyjä suuttimia tai suukappaleita (5, 5a).

11. Patenttivaatimusten 8-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite lyijyn tekemiseksi hieno- 25 jakoiseksi käsittää hajoituspinnan, jota vasten lyijy pumpataan tai ruiskutetaan niin, että se sinkoutuu pinnasta pieninä hiukkasina.

12. Patenttivaatimusten 8-11 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite (4, 4a) lyijyn tekemisek- 30 si hienojakoiseksi on pyörivä levy, josta juokseva lyijy sinkoutuu pieninä pisaroina. 9 69644