FI88176C - Förfarande och anordning för framstälnning av skärsten och/eller metal l - Google Patents

Description

5 88176 Förfarande och anordning för framställning av skärsten och/eller metali.

Metallikiven ja/tai metallin valmistusmenetelmä ja laite.

Föreliggande uppfinning hänför sig tili ett förfarande för framställning av skärsten och/eller metall ur sulfidisk finkornig malm eller malmkoncentrat i en reaktor bestäende av en flamkammare och en gaskylare, varvid malmen eller 10 malmkoncentratet inbläses med oxiderande medel i en flamkammare, sä att svavel och lättoxiderbara metaller oxideras under frigörande av energi och ätminstone en del av det fasta materialet i flamkammaren smälter och flyter nedät tili en sättugn för slagg och skärsten. Föreliggande 15 uppfinning hänför sig även tili en anordning för framställning av skärsten och/eller metall ur sulfidisk finkornig malm eller malmkoncentrat omfattande en flamkammare, vilken i sin övre del är ansluten tili en gaskylare och i sin nedre del tili en sättugn för slagg och skärsten och vilken 20 har ätminstone ett intag för malm och/eller malmkoncentrat samt oxiderande medel.

Framställning av skärsten kan ske genom flere olika suspen- sionssmältningsförfaranden. Vid flamsmältning inmatas malm 25 eller malmkoncentrat tillsammans med luft i ett nedätgäende schakt, varvid oxidationsreaktioner vid hög temperatur : sker. Reaktionsprodukterna leds tili en sättugn nedanom *.*.· schaktet. Vid f lamsmältning strävar man till att köra *...* processerna autogent, sä att det vid reaktionen utvecklade : 30 värmet räcker tili för att värma reaktionsprodukterna och för att bibehälla den för reaktionen erforderliga temperatu- ren. Processerna utförs sä att gaserna tas ut via sättugns- delen, vilket i vissa fall visat sig vara en nackdel.

____: Bl.a. kan sättugnens atmosfär inverka negativt pä slaggen ..._ 35 och/eller gasen och det stoft som medföljer gasen. De i + · · « · ♦ ♦ * • · * φ · 2 38176 gasen ingäende förflyktigade komponenterna kan ä sin sida inverka pä slaggen eller skärstenen i smältan.

Det är även känt att smälta malmkoncentrat i en oxiderande 5 atmosfär i en smältcyklon, säsom visats i den amerikanska patentskriften US 4,414,022. Gaserna frän smältcyklonen leds ocksä i detta fall ned i sättugnen tillsammans med smältan och fär därifrän avgä genom ett skilt utlopp.

10 Vid smältning av sulfidiska koncentrat uppstär problem med avgaserna som har en stor benägenhet att sintra och sä för-svära värmeätervinningen ur avgaserna. T.ex. vid smältning av bly-haltigt koncentrat bildas vid 1200 - 1300 ° C en Pb-PbO mättad S02-haltig rökgas. När gasen kyls kondenseras 15 Pb och PbO, samtidigt som den kemiska jämvikten förskjuts sä att det vid 900-500 °C bildas blysulfat, som avskiljs ur gasen som en dimma. Förhällandena är speciellt fördelak-tiga för sulfatbildningen vid värmeöverföringsytor, som följaktligen lätt blir täckta av sulfatavlagringar. Benägen-20 heten för sintring av annat stoft i rökgaserna ökar pä grund av sulfatbildningen och är ett vanligt problem i de fiesta smältprocesser där sulfidiska koncentrat smältes och vid vilka det bildas bly, koppar, zink, nickel och liknande ängor vilka kan bilda sulfater vid kylning.

; : 25 Problemen accentueras vid processer där syreanrikad luft eller rent syre används, emedan vid dessa uppstär höga temperaturomräden vid vilka S02-koncentrationerna stiger med päföljande sulfatbildning. Man har även börjat utnyttja kopparkoncentrat med allt högre halter bly och zink, vilket 30 har lett tili ökade halter av förängade komponenter och sulfater i processgaserna och därmed ökade problem med nedsmutsning av värmeöverföringsytorna.

Den föreliggande uppfinningen har som avsikt att ästadkomma '.35 ett förfarande där avgasernas värme enklare än tidigare skall kunna utnyttjas.

3 88176

Uppfinningen avser även att ästadkomma ett förfarande med vilket mindre mängder och samtidigt renare avgser uppstär.

Genom föreliggande uppfinning har man pä ett överraskande 5 enkelt sätt löst problemet med de tidigare beskrivna processerna genom att a) smält material avskiljs pä väggarna i flamkammaren och flyter nedät längs dessa tili sättugnen, 10 b) i flamkammaren bildade S02 innehällande gaser leds uppät som fluidiseringsgas tili gaskylaren, som utgöres av en reaktor med fluidiserad bädd, varvid gaserna och med gaserna medföljande fasta och smälta partiklar snabbt kyls 15 i den fluidiserade bädden, c) de kylda partiklarna avskiljs frän gaserna i en par-tikelavskiljare och 20 d) en del av de avskilda partiklarna ätercirkuleras tili den fluidiserade bädden.

Framställning av skärsten och/eller metall ur sulfidisk finkornig malm eller malmkoncentrat kan enligt föreliggande : 25 uppfinning ske i en anordning som omfattar a) en gaskylare bestäende av en reaktor med fluidiserad ; .·. bädd, i sin nedre del ansluten tili flamkammaren och i sin V. Övre del tili en partikelavskiljare, : : 30 '·** b) en partikelavskil jare, som har ett uttag för renade gaser och ett uttag för avskilda partiklar, varvid uttaget *** - för partiklar är anslutet genom en första ledning för ' - - ätercirkulerande material till reaktorn med fluidiserad : .·. 35 bädd och genom en andra ledning tili flamkammaren.

Reaktionskinetiken i förfarandet enligt uppfinningen är • ’·· ungefär likadan som vid övriga suspensionssmältningspro- cesser. Skillnaden ligger i att gaserna frän smä1tprocessen enligt uppfinningen ej föres ut genom sättugnen utan avskiljs frän smältan och tas direkt till kylning.

0 0 17 ·-’ 4 ° u 1 1 ° 5 Därvid kommer sättugnens atmosfär, som kan vara en annan än flamkammarens t.ex. pä grund av tillskottsbrännare i sättugnen, inte att inverka pä gasen och det stoft som medföljer gasen. I underugnen kunde stoftets oxidationsgrad förändras i icke önskad riktning och t.ex. de flyktiga 10 metallerna i stoftet kunde överoxideras och bilda mindre flyktiga komponenter.

Genom att leda ut gasen direkt ur flamkammaren undviks även kontamination av redan förflyktigade, icke önskade kom-15 ponenter i slagg eller skärsten.

Gassammansättningen kan bättre inställas i förfarandet enligt uppfinningen. Tillförsel av kolväten eller syre ger möjligheter till att styra reaktionerna i gasen. Detta 20 har betydelse bl.a. vid As och Sb avdrivning ur malmkon-centrat.

I flamkammaren ästadkommes en blandning av reaktionskom-ponenterna, varvid utbytesreaktioner mellan överoxiderade 25 partiklar och sädana där ännu oreagerat material finns, sker. Smä partiklar i en suspension blir lätt överoxiderade, emedan reaktionerna i dem sker snabbare än i de större partiklarna, som inte blir genomoxiderade. I en konven-tionell flashsmelter sker utbytesreaktionerna som är 30 endoterma först i smalt badet under schaktet, varvid temperaturen pä smältan kyls 50-100°C.

En anordning enligt uppfinningen kan göras som en ombyggnad i en existerande flam- eller elugn. Platsbehovet för 35 anordningen är relativt litet. Genom att gasen tas ut direkt ur flamkammaren och inte genom den relativt otäta ugnen fäs lättare en mera koncentrerad S02-gas. Gasutrymmet i underugnen kan delas i tvä delar med en mellanvägg.

5 38176 varvid man kan fä de S02-rika gaserna ur den första delen ut via flamkammaren och gaser med möjligast läg S02 halt ur den andra delen ut genom ugnens gasutlopp ut i atmosfä-ren.

5 I det följande beskrivs uppfinningen med hänvisning till figuren som visar schematiskt en anordning för utövande av uppfinningen.

10 Anordningen uppvisar i huvuddrag en flamkammare 1, en ρέ den anordnad virvelbädds- eller flytbäddsreaktor 2 med fluidi-serad bädd ansluten till en partikelseparator 3. Flamkammaren är anordnad pä en sättugn 4, som genom en öppning är ansluten till flamkammarens nedre del.

15

Sulfidisk malm eller malmkoncentrat 6' inbläses i flamkammaren med oxiderande medel genom intag 15 i flamkammarens väggar. I flamman som bildas kommer svavel och lättoxider-bara metaller i malmen eller malmkoncentratet att oxideras 20 under frigörande av energi. Det oxiderande medlet kan utgöras av luft, syreanrikad luft eller ren syrgas. Genom att ändra syrgashalten i det oxiderande medlet kan man inverka pä metalliseringsgraden i det smälta materialet ; eller pä temperaturen.

7.6 25 .·-·. Med fördel inmatas malmen eller malmkoncentratet i flamkam-maren sä, att materialet f4r en, kring en tänkt vertikal ·;·_ axel, roterande rörelse varvid suspensionen av partiklar och gas fär en fördröjd uppehAllstid i flamkammaren. *.·.* 30 Samtidigt erhälls en god separering av partiklar och gas.

Enligt ett fördelaktigt utförande inmatas malmen eller "··: malmkoncentratet sekantiellt i flamkammaren. Inmatningen sker fördelaktigt genom minst tvä munstycken 16 pä olika . \ sidor av flamkammaren. Materialet inmatas sä att de bildade 35 gaserna fär en roterande rörelse, sä att gaserna hindras ”·“ frän att direkt bläsa ut ur flamkammarens mitt.

6 88176

Uppvärmningen av materialet sker i själva flamman varvid ätminstone en del av det inmatade fasta materialet smälter i flamkammaren. Den roterande rörelsen ästadkommer en centrifugalavskiljning varvid det smälta och fasta materia-5 let slungas ut mot väggarna. Frän flamkammaren flyter materialet sedan nedät tili sättugnen eller uppsamlingskam-maren för slagg och skärsten.

Väggarna i flamkammaren kan vara kylda, varvid ett fast 10 skikt av material kommer att bildas närmast väggen. Vid läg belastning bildas ett tjockt skikt vid väggen, vilket medför mindre kylning i flamkammaren. Vid hög belastning fäs ett tunnare skikt vid väggen och en i motsvarande grad större kylning i flamkammaren.

15

De i flamkammaren bildade gaserna leds uppät som fluidise-ringsgaser tili gaskylaren 2, som utgöres av en reaktor med fluidiserad bädd. I den fluidiserade bädden kommer gaser, förängade och smälta partiklar, samt fint stoft som medföl-20 jer gasen att snabbt kylas när de kommer i kontakt med i gaskylaren befintligt cirkulerande material. Gasen kyls fördelaktigt tili en temperatur mellan 750 - 900°C. I

gaskylaren cirkulerar tillräckligt material för att den inkommande gasen snabbt skall kylas tili en temperatur där 25 den inte längre förorsakar sintring eller avlagringar pä värmeöverföringsytor. Gaserna och det cirkulerande materialet i gaskylaren leds uppät i gaskylaren förbi värmeö-verföringsytorna 19 där fortsatt kylning av gas och partiklar sker. För att undvika oönskad sulfatisering av stoftet 30 i gaserna är det i de fiesta fall fördelaktigt att sänka temperaturen tili mellan 600 - 700 °C, vid vilken temperatur sulfatisering sker längsamt. Sulfatiseringsreaktionerna kan orsaka icke önskad höjning av temperaturen. Sulfatise-ringen binder svavel, vilket inte är önskvärt dä man man i 35 de fiesta fall strävar till att fä allt svavel som S02.

Enligt förfarandet enligt uppfinningen är det möjligt att reglera temperaturen pä det med gaserna inkommande materia- 7 88176 let i den fluidiserade bädden till en för god metallurgisk process fördelaktig temperatur. T.ex. vid flamsmältning av orent Cu-koncentrat bildas en processgas, som innehäller värdefulla metaller säsom Cu, Zn och Pb samt eventuellt 5 Fe. Genom att reglera temperaturen och genom att styra reaktorns syrepotential till en tillräckligt hög nivä, kan man ästadkomma förhällanden under vilka de värdefulla metallerna, Cu, Zn och Pb bildar vattenlösliga sulfater men järnet förblir som oxid. Genom att reglera partikel-10 mängden i reaktorn och genom att reglera syrepotentialen i reaktorn kan man ästadkomma optimala förhällanden för olika metallurgiska processer. Dessutom kan man ta till vara värme bäde frän smältprocessen och sulfatiseringsreak-tionerna som högtrycksänga genom att leda den renade gasen 15 tili en värmeätervinningspanna.

Gaserna och bäddpartiklarna leds ut ur gaskylaren genom en kanal 8 tili en partikelavskiljare 3, där bäddpartiklarna 20 avskiljs frän gaserna, som uttas genom ett utlopp 9. De avskilda partiklarna leds genom ett uttag 12 via en kanal 10 tillbaks tili gaskylaren eller via en kanal 11 tili flamkammaren. Genom förfarandet enligt uppfinningen uppnäs . en snabb Aterföring av stoft frän gasreningen i separatorn 25 3 tili processen i f lamkammaren.

.**! Man kan i gaskylaren genom intag 6' ' inmata en del av malmen *"/ eller malmkoncentratet för att pä sä sätt förvärma materia- let och ta tili vara en del av gasernas värmeenergi. Det 30 förvärmda materialet leds sedan efter separering i par-tikelavskiljaren 3 genom kanal 11 ned tili ett intag 15 i flamkammaren. Malmkoncentrat innehällande flyktig Sb, Bi : och/eller As förvärmes fördelaktigt tili en temperatur . ’. vid vilken dessa flyktiga ämnen avgär som flyktiga sulfider “I.* 35 med gaserna redan i virvelbäddsreaktorn före koncentratets *;· inmatning i flamkammaren. Vid behov kan syrepotentialen i • ·· systemet regleras med tillsats av kolväten eller luft.

Reaktionstemperaturen är fördelaktigt över 700°C, för 0 ö 8 i / c optimal avgäng av flyktiga sulfider. Temperaturen är dock även beroende av det inmatade materialets sintringsegen-skaper.

5 Slaggbildare kan inmatas direkt i flamkammaren genom intag 15 eller genom separata intag. Vid behov kan slaggbildaren förvärmas och inmatas dä i gaskylaren 2 och leds via partikelavskiljaren 3 och kanal 11 till flamkammaren. Aterföringen av med avgaserna utgänget stoft blir mycket 10 enkel med förfarandet enligt uppfinningen samtidigt som gasreningen blir effektiv.

Den bildade skärstenen, metallen och slaggen flyter ned i uppsamlingskammaren eller sättugnen 4 nedanom flamkammaren. 15 Sättugnen kan vara t.ex. en flamugn eller en elugn. Sättug-nens gasutrymme är genom en mellanvägg 21 uppdelat i en första kammare 22 och en andra kammare 23. Den första kammaren är anordnad under flamkammaren, varvid gaserna ur den första kammaren stiger uppät till flamkammaren. Dessa 20 gaser kan ännu innehälla relativt höga halter S02 och tas fördelaktigt ut tillsammans med gaserna frän flamkammaren. Den andra kammaren har ett gasutlopp 24 för förbrännings-gaser, som inte innehäller betydande mängder S02 . S02 bildas till största delen i flamkammaren och leds därifrän 25 ut via gaskylaren. Därtill leds även gasen frän den första delen i sättugnen, där S02 ännu kan bildas, ut via flamkammaren. Sättugnsatmosfären i gaskamrarna 22 och 23 kan vara olika, beroende pä processerna och om tillskotts-brännare används i sättugnens senare del eller inte.

30

Anordningen enligt uppfinningen är lätt att köra upp och ner dä den inte fordrar uppvärmning av schakt säsom en konventionell flashsmelter.

35

Claims (17)

1. Förfarande för framställning av skärsten och/ellar 5 matall ur sulfidisk finkornig malm aller malmkoncentrat 1 en reaktor bestäende av en flamkammare och gaskylare varvid «taimen aller malmkoncentratet inbläsas mad oxlderande medal 1 en flamkammare, sä att svavel och lättoxlderbara mataller oxldaras under frlgöranda av anergl och ätminstone 10 en del av det fasta materlalet i flamkammaren smälter och flyter nedät tili en sättugn för slagg och skärsten, kännetecknat därav, att a) smält material avskiljs pä väggarna i flamkammaren och flyter nedät längs dessa tili sättugnen, 15 b) i flamkammaren bildade S02 innehällande gaser leds uppät som fluidiseringsgas tili gaskylaren, som utgöres av en reaktor med fluidiserad bädd, varvid gaserna och med gaserna medföljande fasta och smälta partiklar snabbt kyls 20. den fluidiserade bädden, c) de kylda partiklarna avskiljs frän gaserna i en par- - - tikelavskiljare och 25 d) en del av de avskilda partiklarna ätercirkuleras tili den fluidiserade bädden.

2. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att slaggbildare inmatas i flamkammaren. .7 : 30

3. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att en del av de kylda och avskilda partiklarna äterföres tili flamkammaren. 35

4. Förfarande enligt patentkrav 3 kännetecknat därav, att slaggbildare tillföres reaktorn med fluidiserad bädd varvid slaggbildaren uppvärmes före införing i flamkammaren. 10 8 81 7 £

5. Förfarande enligt patentkrav 3 kännetecknat därav, att en del av malmen och/eller malmkoncentratet inmatas i reaktorn med fluidiserad bädd, varvid malmen och/eller 5 malmkoncentratet uppvärmes före inmatning i flamkammaren.

6. Förfarande enligt patentkrav 5 kännetecknat därav, att malmen och/eller malmkoncentratet uppvärms i reaktorn med fluidiserad bädd till en temperatur vid vilken flyktiga 10 ämnen säsom Sb, Bi och/eller As avgär med gaserna.

7. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att gaserna kyls i reaktorn med fluidiserad bädd till en temperatur mellan 600 - 700 eC. 15

8. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att det oxiderande medlet, som inbläses i flamkammaren, är luft. 20 9. Förfarande enligt patentkrav 8 kännetecknat därav, att luften är syreanrikad.

9 8817ο

10. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att det oxiderande medlet som inmatas i flamkammaren är syrgas. 25

11. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att malmen och/eller malmkoncentratet inmatas med det oxiderande medlet i flamkammaren sä att materialet i flamkammaren fär en, kring en tänkt vertikal axel, roterande rörelse varvid 30 suspensionen av partiklar och gas fär en fördröjd uppehälls-tid i flamkammaren och en god separering av partiklar och gaser erhälles.

12. Förfarande enligt patentkrav 11 kännetecknat därav, 35 att malmen och/eller malmkoncentratet inmatas sekantiellt i flamkammaren och genom minst tvä inmatningsmunstycken.

13. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att li 8 817c a) malmen eller malmkoncentratet inbläses med syreanrikad luft i nedre delen av en flamkammare, sä att materialet 1 flamkammaren f&r en roterande rörelse och smälta eller delvis smälta partiklar, bestäende av slagg och skärsten, 5 avskiljs pä väggarna i flamkammaren och flyter nedät till en sättugn, b) i flamkammaren bildade S02 innehällande gaser leds uppät och ut ur flamkammaren, 10 c) gaserna och med dem följande smälta och fina fasta partiklar leds som fluidiseringsgas in i en ovanför flamkammaren anordnad reaktor med fluidiserad bädd, 15 d) slaggbildande ämnen och eventuellt inert material leds in i nedre delen av den fluidiserade bädden, e) gaserna kyls av partiklar, som har en lägre temperatur än gaserna i den nedre delen av den fluidiserande bädden 20 till en temperatur av 750 - 900 °C och av kylytor i den Övre delen av den fluidiserade bädden till en temperatur av 600 - 700 eC och att f) frän den fluidiserade bäddens Övre del leds gaserna och 25 medföljande partiklar in i en partikelavskiljare frän vilken gaserna leds ut ur reaktorn och en del av de avskilda partiklarna returneras till den nedre delen av den fluidiserade bädden och en del leds ner till flamkammaren.

14. Anordning för framställning av skärsten och/eller metall ur sulfidisk finkornig malm eller malmkoncentrat omfattande en flamkammare (1), vilken i sin övre del är ansluten tili en gaskylare (2) och i sin nedre del tili en sättugn (4) för slagg och skärsten och vilken har 35 ätminstone ett intag (6) för malm och/eller malmkoncentrat samt oxiderande medel, kännetecknad därav, att anordningen omfattar 12 381 76 a) en gaskylare (2) bestäende av en reaktor med fluidiserad bädd 1 sin nedre del ansluten till flamkammaren (1) och 1 sln Övre del tili en partikelavskiljare (3), 5 b) en partikelavskiljare (3), som har ett uttag (9) för renade gaser och ett uttag (12) för avskilda partiklar, varvid uttaget (12) för partiklar är anslutet genom en första lednlng (10) för ätercirkulerande material till reaktorn med fluidiserad bädd och genom en andra ledning 10 (11) tili flamkammaren (1).

15. Anordning enligt patentkrav 14 kännetecknad därav, att i Övre delen av reaktorn med fluidiserad bädd anordnats kylytor (19). 15

16. Anordning enligt patentkrav 14 kännetecknad därav, att uppsamlingskammaren (4) för slagg och skärsten är en sättugn säsom en flamugn eller en el-ugn.

17. Anordning enligt patentkrav 16 kännetecknad därav, att flamugnens gasutrymme (20) är genom en mellanvägg (21) uppdelat i en första kammare (22) och en andra kammare (23), varvid flamkammaren (1) är anordnad ovanför den första kammaren (22) och ett gasutlopp (24) för förbrän-25 ningsgaser ovanför den andra kammaren (23). 13 381 76