FI70729B - Foerfarande foer kontinuerlig direkt smaeltning av metalliskt bly ur svavelhaltiga blymaterial - Google Patents

Description

1 70729

Menetelmä metallisen lyijyn jatkuvaa suoraa sulattamista varten rikkipitoisista lyijymateriaaleista Tämä keksintö koskee menetelmää lyijyn jatku-5 vaa suoraa sulattamista varten rikkipitoisista lyijy-materiaaleista pitkänomaisessa makaavassa reaktorissa, jolloin reaktorissa ylläpidetään kuonataasista ja lyijy-faasista muodostuva sula, kuonafaasi ja lyijyfaasi johdetaan vastavirtaan -eaktorin lävitse, kaasuatmosfääri 10 johdetaan vastavirtaan reaktorin lävitse, kaasuatmos-fääri johdetaan reaktorin lävitse vastavirtaan kuona-faasiin nähden, lyijyn laskureiän puolella olevaan hapet-tamisvyöhykkeeseen puhalletaan säädeltyjä määriä happea alhaalta päin sulaan ja rikkipitoista lyijymateriaalia 15 panostetaan säädeltyjä määriä sulaan, kuonan laskureiän puolella olevassa pelkistysvyöhykkeessä viedään pelkis-tysainetta sulaan ja kaasutilassa tapahtuu lisäkuumennus, hapettamispotentiaali hapettamisvyöhykkeessä asetellaan siten, että tapahtuu panoksen autoterminen sulaminen me-20 talliseksi lyijyksi ja lyijyoksidia sisältäväksi kuonaksi ja pelkistysaineen määrä ja lämpötila pelkistys-vyöhykkeessä säädellään siten, että muodostuu lyijyköyhä kuona.

Julkaisusta DE-OS 28 07 964 tunnetaan sellainen 25 menetelmä lyijysulfidikonsentraattien jatkuvasti konvertoimiseksi juokseviksi lyijyfaasiksi ja kuonafaasiksi pitkänomaisessa makaavassa reaktorissa vyöhykkeittäisesti SC^-pitoisessa kaasuatmosfäärissä, jolloin sulfidista lyijykonsentraatteja ja lisäaineita panostetaan sulaan, 30 lyijyfaasi ja lyijyköyhä kuonafaasi otetaan reaktorin vastakkaisista päistä ja faasit virtaavat toisiinsa nähden vastakkaisiin suuntiin olennaisesti jatkuvina kerros-maisina virtauksina kohti laskupäitä,ainakin osa hapesta puhalletaan useiden, toisistaan riippumattomasti ohjat-35 tujen ja reaktorin hapettamisvyöhykkeelle jaettujen suuttimien kautta alhaalta päin sulaan, kiinteä panostus panostetaan reaktoriin useiden, toisistaan riippumattomasti ohjattujen ja reaktorin huomattavalle pituudelle jaettujen panostus laitteiden kautta porrastetusti 2 70729 happiaktiiviteetin gradientti sulassa asetellaan paikalliselle syötöllä ja sisäänjohdettujen happimäärien ja kiinteiden aineiden määrien säätämisellä siten, että se maksimista lyijyn tuottamiseksi tämän laskupäässä 5 alenee etenevästi pelkistysvyöhykkeessä minimiin lyijyköyhän kuonafaasin tuottamiseksi sen laskupäässä, hapen mukana puhalletaan sisään sulaan kaasumaisia ja/tai juoksevia suoja-aineita säädeltyjä määriä suojaksi suuttimille ja ympäröivälle päällysteelle ja avuksi 10 prosessilämpötilan säätämiselle, että hyvään aineiden vaihdutaan riittävä pyörteily syntyy kylvyssä ilman että faasien kerrosmainen virtaus ja happiaktiviteetin gradientti olennaisesti häiriintyvät ja kaasuatmosfääri reaktorissa johdetaan vastavirtaan kuonafaasin virtauk-15 seen nähden ja poistokaasu otetaan reaktorista lyijyfaa-sin laskupäästä. Pelkistysvyöhykkeessä viedään sulaan pelkistysaineita lyijyköyhän kuonan tuottamiseksi ja kuumentaminen tapahtuu kaasutilassa. Kuumentamisella viedään sisään pelkistyslämpö ja saavutetaan kuonan 20 lämpötilan nousu pelkistysvyöhykkeessä. Hapettamis- ja pelkistämisvyöhykkeen väliin ja hapettamisvyöhykkeen eteen ja pelkistämisvyöhykkeen taakse on järjestetty tyyn£ymisvyöhykkeet, joissa sulaan ei puhalleta mitään kaasuja.

25 Sulan lämpötila sekä hapettamisvyöhykkeessä että myös pelkistämisvyöhykkeessä on pidettävä mahdollisimman alhaisena. Täten vältetään ylikuumentuneen kuonan hyökkäys muurausta vastaan ja sen vuoksi muutoin korkeammissa lämpötiloissa tarpeellinen muurauksen jäähdyttäminen, 30 metallien tai metalliyhdisteiden voimakas höyrystyminen ja lyijyfaasin tarpeeton ylikuumentuminen. Alhaisissa toimintalämpötiloissa syntyy kuitenkin vaara sulan ali-jäähtymisestä käyttövaihteluiden aikana.

Julkaisusta DE-AS 23 20 548 tunnetaan suora 35 lyijynsulatusmenetelmä, jossa hienojyväisen lyijysylfidin ja hapen seos sytyttämällä ja liekinmuodostuksella ylhäältä kaadetaan sulakylpyyn, jolloin uuniatmosfäärissä jo tapahtuu hapettumista huomattavassa määrin. Liekin lämpötila on yli 1300°C ja sulan lämpötila välillä n 0 n n n 9 g 3 f u .· Z. y 1100...1300°C.Kuonafaasi ja uunin atmosfääri virtaavat samaan suuntaan läpi uunin. Kuona otetaan uunista vähintään 35 % lyijyä lyijyoksidina sisältävänä ja pelkistetään erillisessä pelkistysuunissa. Lyijyfaasin tuottami-5 seen tarvitaan 98...120 % stökiometrisesti lasketusta happimäärästä, joka olisi tarpeen lyijysulfidin täydelliseen muuttamiseen metalliseksi lyijyksi. Happisyöttöä noin 120 % voidaan lyhyinä aikoina käyttää lyijyoksidin lisääntyneeseen siirtymiseen kuonaan ja siten uunin 10 lämpötilan säätämiseen. Tämä lämpötilan säätö ei kuitenkaan ole sopiva edellä kuvattuun menetelmään, jossa on hapettamis- ja pelkistämisvyöhykkeet yhdessä reaktorissa ja lyijyköyhän kuonan poisto. Sitäpaitsi tämä lämpötilan säätö ei estä korkeista sulalämpötiloista ja 15 ylikuumentuneesta kuonasta johtuvia epäkohtia.

Esillä olevan keksinnön lähtökohtana on tehtävä sillä tavoin käyttää edellä kuvattua suoraa lyijynsula-tusmenetelmää, että sulan lämpötilat koko reaktorissa pidetään mahdollisimman alaisina ja vakioina ja myös 20 käytön heilahteluissa estetään sulan alijäähtyminen.

Tämän tehtävän ratkaisu tapahtuu keksinnön mukaisesti siten, että sulan lämpötila pelkistysvyöhyk-keessä kuumennusta säätämällä pidetään vakiona ja sulan lämpötila hapettamisvyöhykkeessä säätämällä hapetettavan 25 rikin suhdetta happeen pidetään vakiona sillä tavoin, että lämpötilan noustessa suurennetaan rikin suhdetta happeen kuonan lyijyoksidipitoisuuden alentamiseksi, lämpötilan laskiessa pinenennetään rikin suhdetta happeen kuonan lyijyoksidipitoisuuden nostamiseksi ja rikin ja 30 hapen suhteen suurentamista tai pienentämistä ohjataan ottamalla ennalta huomioon kuonan muutetusta lyijyoksidi-pitoisuudesta johtuva muutettu länpösisältc pelkistys-vyöhykkeestä hapettamisvyöhykkeeseen siirtyvässä kaasussa.

4 7 0 7 2 9

Syötetyn lyijysulfidin osittainen hapettuminen metalliseksi primäärilyijyksi ja PbO-rikkaaksi primääri-kuonaksi hapettamisvyöhykkeessä tapahtuu likimäärin seuraavan kaavan mukaisesti: 5

PbS + - - ~--n- O, = n Pb + (1 - n) PbO + SO„ 2 1 1

Kun n = 0, menee kaikki lyijy Pb0:na kuonaan, 10 kun n = 1, tulee kaikki lyijy metallisena lyijynä.

Kun n = 0,5, menee puolet lyijystä PbO:na kuonaan ja toinen puoli saadaan metallisena lyijynä. Yksinkertaisuuden vuoksi on hapetettavana rikkinä esitetty vain sulfidina lyijyyn sidottu rikki ja happena vain kaasumaisessa muo-15 dossa sisäänviety happi. Kun lämpötila hapettamisvyöhykkeessä nousee yli toivotun arvon, suurennetaan sisään-viedyn hapetettavan rikin suhdetta happeen hapettamisvyöhykkeessä, minkä johdosta tuotetaan enemmän metallista lyijyä ja kuonaan vähemmän PbO:ta ja vastaavasti kehittyy 20 vähemmän lämpöä. Rikin suhdetta happeen ei kuitenkaan suurenneta lämpötilannousua vastaavasti, koska kuonan pinennetystä Pb0-pitoisuudesta sen tullessa pelkistys-vyöhykkeeseen on seurauksena täällä pelkistämiseen tarpeellisen lämpömäärän pieneneminen. Koska lämpötila 25 pelkistämisvyöhykkeessä pidetään vakiona, viedään siihen kuumennuksella vähemmän lämpöä ja vastaavasti tuo kaasu pelkistysvyöhykkeestä tietyllä viivästyksellä vähemmän lämpöä hapettamisvyöhykkeeseen. Tämä pienennetty lämpö-määrä otetaan huomioon suurennettaessa rikin suhdetta 30 happeen ja tätä suhdetta suurennetaan vain vastaavasti.

Kun lämpötila hapettamisvyöhykkeessä laskee, menetellään päinvastaisesti. Ilman lämpötilan pitämistä vakiona pelkistämisvyöhykkeessä ja ilman pelkistämisvyöhykkeestä hapettamisvyöhykkeeseen tulevien kaasujen muuttuneen 35 lämpösisällön huomioonottamista johtaa rikin ja hapen n 5 70729 suhteen muuttaminen jatkuviin lämpötilaheilahteluihin. Rikin suhteen happeen suurentuessa enenee PbS:n höyrystyminen, minkä johdosta lisäksi vielä esiintyy tietty jäähdytysefekti, kun taas suhteen pienentyessä esiintyy 5 päinvastaisia vaikutuksia. Rikin ja hapen suhteen muutoksen suuruus lämpötilan muuttuessa hapettamisvyöhyk-keessä riippuu reaktorista ja käyttöolosuhteista. Tarpeellinen suuruus voidaan laskea tai saada empiirisesti.

Säätö voi tapahtua myös askelittaiserti.

10 Edullinen suoritusmuoto perustuu siihen, että sulan lämpötila hapettamisvyöhykkeessä asetellaan arvoon 900.. .1000°C ja pelkistämisvyöhykkeessä arvoon 1100... 1200°C. Näissä lämpötiloissa saavutetaan hapettamisvyöhykkeessä hyvä reaktionopeus ja pelkistämisvychyk- 15 keessä lyijyköyhä kuona vähäisellä hapen- ja lämmön-kulutuksella ja sulan alijäähtyminen voidaan varmasti välttää lämpötilan säädön avulla. Sitäpaitsi ovat vielä höyrystyshäiriöt suhteellisen vähäiset.

Eräs edullinen suoritusmuoto perustuu siihen, että 20 hapettamisvyöhykkeessä asetellaan kuonatyyppi 45...50 %

ZnO + FeO + Al^, 15...20 % CaO + MgO + BaO ja 30.. .35 % S1O2 lyijyttömästä kuonasta laskettuna, ja 30.. .70 % PbO. Tämä kuonatyyppi tekee mahdolliseksi alhaisten lämpötilojen erittäin hyvän ylläpitämisen 25 hyvin käyttötuloksin.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin esimerkkien avulla.

Esimerkit

Lyijykondensentraatti, joka sisälsi 73,6 % 30 Pb ja 15,8 % S, sekoitettiin 20 % lyijysulfaattilento-pölyyn (62,3 % Pb, 6,5 % S) sekä kuonaa muodostaviin lisäaineisiin ja pelletoitiin, jolloin muodostui seuraavan koostumuksen omaavia pellettejä: 7 0 7 2 9 67,9 % Pb

12,3 % S

0,9 % Zn

4.7 % FeO

5 1,3 % CaO

0,3 % MgO

3,5 % Si02 6.8 % kosteutta 10 Nämä PbS-rikkaat pelletit panostettiin jatkuvasti tulenkestävästi muurattuun reaktoriin, jolla oli makaavan sylinterin muoto, sisäpituus 4,50 m ja sisähalkaisija 1,20 m, joka etupuolisella päätysivulla oli varustettu apupolttimella ja ylijuoksulaskulla kuonaa varten ja 15 takapäätysivulla poistokaasuaukolla. Panostusaukko oli sijoitettu reaktorin vaippaan poistokaasupuolisen pääty-seinän välittömään läheisyyteen.

Tällä tavoin pakotettiin kaasufaasi ja kuonafaasi virtaamaan vastakkaisiin suuntiin. Reaktori oli tosin 20 liian lyhyt, jotta samanaikaisesti ja tilan suhteen rinnakkain olisi voitu toteuttaa lyijysulfidin hapettaminen ja lyijyrikkaan primäärikuonan pelkistäminen.

Ennen kokeitten alkua panostettiin reaktori 2,5 tonnilla metallista lyijyä ja 1 tonnilla lyijyoksidi-25 rikasta kuonaa (65 % Pb), jotka polttimolla sulatettiin ja kuumennettiin lämpötilaan 950° C. Reaktorin pohjalla olevaan lyijykylpyyn puhallettiin sitte n suuttimien lävitse teknillisesti puhdasta happea ajallisesti sellainen määrä, että kylpyyn panostetut pelletit tulivat 30 muutetuiksi metalliseksi lyijyksi,lyijyoksidirikkaaksi kuonaksi ja lentopölyn kuormittamaksi S02“kaasuksi.

1 . Ensimmäisessä kokeessa ylläpidettiin ajalli- 3 sesti vakinainen happimäärä (ilman vuotoilmaa) 150 m /h (NPT) samalla kuin vaihdeltiin ajallisesti syötettyä 35 pellettimäärää.

li 7 70729

Osoittautui, että polttimen katkaisemisen jälkeen voitiin sulan vakiolämpötila 950°C ylläpitää silloin, kun ajallinen pelettimäärä oli tarkalleen 2.1 t)h. Reaktorista virtaava kuona sisälsi näissä 5 olosuhteissa keskimäärin 63,4 % Pb. Pellettien sisältämä lyijy jakaantui 44% metallifaasiin, 40 % kuonafaasiin ja 16 % kaasufaasiin, josta se jäähdyttämisen ja soilla muuttamisen jälkeen erotettiin lyijysulfaatti--lentopölynä.

10 2. Toisessa kokeessa, joka aluksi aloitettiin ana logisesti ensimmäisen kanssa, voitiin tutkia syötettyjen pellettimäärien ajallisen vaihtelun vaikutusta sulan lämpötilaan. Niinpä aiheutti ajallisen pellettimäärän vähentäminen 2,0 tonniiin tunnissa lämpötilan nousun 15 965°C:een samalla kun kuonan Pb-sisältö nousi 65,1 %:iin.

Ajallisen pellettimäärän nousulla 2,2 tonniin tunnissa aski sulan lämpömäärä 940°C:een samalla kun kuonan Pb-sisältö aleni 59,8 %:iin.

3. Kolmannessa kokeessa, joka jälleen aloitettiin 20 analogisesti ensimmäisen kanssa, nostettiin sulan lämpötila polttimen avulla 1000°C:een pitämällä ajallinen 3 happimäärä 150 m /h (NPT ja ajallinen pellett umäärä 2.1 t/h.

Tällä tavoin simuloitiin lämmön vientiä kuona-25 virtausta vastaan virtaavalla kaasufaasi11a oletetusta, korkeammassa lämpötilassa olevasta pelkistämisvyöhyk-keestä.

Näissä olosuhteissa oli kuonan Pb-sisältö 63,7 %.

Polttimen tehoa ja ajallista hapen vientiä muut-30 tamatta nostettiin sitten varovaisesti ajallista pel-lettimäärää. Osoittautui, että sulan lämpötila 950°C saavutettiin ajallisella pellettimäärällä 2,7 t/h.

8 70729

Reaktorista ulosyirtaava kuona sisälsi enää noin 48/8 % Pb, samalla kun pellettien sisältämä lyijy jakaantui 51 % metallifaasiin, 29 % kuonafaasiin ja 20 % kaasu-faasiin.

5 Keksinnön etuja ovat, että voidaan toimia al haisissa lämpötiloissa, että voidaan välttää reaktorin jäähdytys, että lämmönkulutus ja hapenkulutus voidaan pitää minimissä ja että tästä huolimatta varmasti voidaan välttää sulan alijäähtyminen.

n

Claims (3)

9 70729

1. Menetelmä metallisen lyijyn jatkuvaa suoraa sulattamista varten rikkipitoisista lyijymateriaaleista 5 pitkänomaisessa, makaavassa reaktorissa, jolloin reaktorissa pidetään kuonataasista ja lyijyfaasista muodostunut sula, kuonafaasi ja lyijyfaasi johdetaan reaktorin lävitse vastakkaisiin suuntiin, lyijyn laskuaukon puolella olevassa hapettamisvyöhykkeessä puhalletaan al-10 haalta päin happea säädellyin määrin sulaan ja panostetaan rikkipitoista lyijymateriaalia säädellyin määrin sulaan, kuonan laskuaukon puolella olevassa pelkistämis-vyöhykkeessä sulaan viedään pelkistämisaineita ja tapahtuu kuumennus kaasutilassa, hapettamisvyöhykkeessä 15 hapettamispotentiaali asetellaan siten, että tapahtuu panoksen autoterminen sulaminen metalliseksi lyijyksi ja lyijyoksidia sisältäväksi kuonaksi ja pelkistämis-aineen määrä ja lämpötila pelkistämisvyöhykkeessä säädellään siten, että muodostuu lyijyköyhä kuona, t u n-20 n e t t u siitä, että sulan lämpötila pelkistämisvyöhykkeessä kuumennusta säätämällä pidetään vakiona ja sulan lämpötila hapettamisvyöhykkeessä hapetettavan rikin suhdetta happeen säätämällä pidetään sillä tavoin vakiona, että lämpötilan noustessa suurennetaan rikin 25 suhdetta happeen kuonan lyijyoksidipitoisuuden pienentämiseksi, lämpötilan laskiessa rikin suhdetta happeen pienennetään kuonan lyijyoksidipitoisuuden suurentamiseksi ja rikin hapen suhteen suurentamista vast, pienentämistä ohjataan ottamalla ennalta huomioon kuonan muuttuneesta 30 lyijyoksidipitoisuudesta johtuva muutos hapettamisvyö- hykkeeseen pelkistämisvyöhykkeestä tulevan kaasun lämpö-sisällössä. 10 707 2 9

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulan lämpötila hapetta-misvyöhykkeessä asetellaan välille 900...1000°C ja pelkistämisvyöhykkeessä välille 1100...1200°C.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u n n e t t siitä, että hapettamisvyöhykkeessä asetellaan kuonatyyppi 45...50 % ZnO + FeO + A^O^/ 15...20% CaO + MgO + BaO ja 30...35 % Si02 lyijyttömästä kuonasta laskettuna, sekä 30...70 % PbO. n 70729 Patentkrav;