FI92151C - Menetelmä jätekipsin ja rautapitoisen materiaalin sulattamiseksi niukkaliukoisen kuonan ja rikin talteensaamiseksi - Google Patents

Description

92151

MENETELMÅ JÅTEKIPSIN JA RAUTAPITOISEN MATERIAALIN SULATTAMISEKSI NIUKKALIUKOISEN KUONAN JA RIKIN TALTEENSAAMISEKSI

Tårna keksinto kohdistuu menetelmåån jåtekipsin ja rautapitoisen materiaalin sulattamiseksi yhdesså liekkisulatusuunissa, jolloin tuotteena saadaan niukka-liukoinen kuona, joka soveltuu jatkokåyttbon tai varas-toitavaksi, sekå rikkidioksidia, jonka pitoisuus on optimoitavissa rikin talteenottamiseksi joko elementti-rikkinå, nestemåisenå rikkidioksidina tai rikkihappona.

Jåtekipsin hyotykåyttoå on nykyisin paljon tutkittu, jotta voitaisiin pååstå eroon yhå suurenevasta jåtekipsimååråstå. Fosforihapon valmistuksessa syntyy jåtekipsiå, joka on ongelmallista, koska se ei kovetu, ja siten siihen sitoutuneet raskasmetallit saattavat pienesså måårin liueta siitå. Voimaloiden savukaasujen puhdistuksen rikinpoistojåtteenå syntyvå kipsi ei kovetu tåysin, vaan sitå pitåå stabiloida ennen sijoittamista kaatopaikalle tai kåyttbå maarakenteissa, ja kuivuttuaan kipsijåte saattaa aiheuttaa pblyongelmia. Siten jåtekipsi aiheuttaa ongelmia sekå ilman stabilointia ettå stabiloituna. Jos savukaasujen rikinpoisto toteutetaan laajamittaisesti kalkkilisåysmenetelmillå, arvioidaan vuonna 2000 rikinpoistojåtteitå ja tuhkaa syntyvån yksin Suomessa yli miljoona tonnia vuodessa.

·_ Tåmån keksinndn mukaisesti on nyt kehitetty menetelmå, jossa jåtekipsiå sulatetaan yhdesså rautapitoisen materiaalin kuten pasutusjåtteen, rautasulfaatin tai pyriitin kanssa liekkisulatusuunissa kåyttåen energialåhteenå hiiltå, koksia, hiilivetyjå (kaasut, oljy) ja/tai sulfidisen materiaalin, esim. pyriittirikasteen palamisesta 2 92151 vapautuvaa energiaa. Prosessikaasuna kåytetåån joko happea tai happirikastettua ilmaa. Liekkisulatusuunin kuilussa kipsin kalsiumsulfaatti (CaS04) hajoaa kalsium- oksidiksi rikin mennesså rikkidioksidina kaasufaasiin. Kalsiumoksidi muodostaa yhdesså raudan oksidien ja prosessiin mahdollisesti sydtettåvån silikaattisen mate-riaalin kanssa sulan, matalarikkisen (alle 1 p-% S) , kalsiumferriitti- tai oliviinikuonan liekkisulatusuunin alauunissa. Ko. kuona lasketaan alauunista ja valetaan joko kiinteåksi valanteeksi tai granuloidaan. Koska kipsin ja prosessiin syotettåvån rautapitoisen materi-aalin sisåltåmåt epåpuhtaudet (raskasmetallit jne.) ovat kuonassa niukkaliukoisessa muodossa, voidaan kuona kåyt-taå esim. maantåyttoaineena tai varastoida aiheuttamatta ympåristohaittoja. KeksinnOn olennaiset tunnusmerkit kåyvåt esille vaatimuksista.

Riippuen syotettåvåstå materiaalista se joko hapetetaan tai pelkistetåån reaktiokuilussa. Sydtettåesså rautapi-toista materiaalia, jossa rauta on oksidisena tai jonka kalsinoitumistuotteena rauta syntyy oksidisena, såådetåån prosessin pelkistyspotentiaali polttoaineen happikertoi-men avulla sellaiseksi, ettå syntyvån kuonan raudan oksidien suhde (Fe2+/Fe^+) on sellainen, ettå kuona on sulassa tilassa halutulla låmpotila-alueella. Rautapi-toinen, pelkistystå vaativa materiaali voi olla esimer-kiksi rikkihapon valmistuksessa syntyvå pasutusjåte tai titaanioksidin valmistuksessa syntyvå ferrosulfaatti, joka kalsinoidaan (FeS0417H20 -> FeS041H20 + 6 H2O ) ennen sulatusta.

Kipsin ja rautapitoisen materiaalin sydttosuhteet valitaan siten, ettå syntyvån kuonan CaO-pitoisuus on 10 - 45 p-%.

Il 3 92151

Syotettåesså sulfidista rautapitoista materiaalia saadaan pååosa prosessin vaatimasta energiasta ko. materiaalin palamisesta vapautuvana låmpdnå. Tållainen rautapitoinen materiaali voi olla esimerkiksi pyriittirikaste. Tålloin prosessin happipotentiaali såådetåån prosessihapen måårållå sellaiseksi, ettå syntyvån kuonan raudan oksidien suhde (Fe2+/Fe3+) on sellainen, ettå kuona on sulaa halutulla alueella. Sopivaksi låmpdtila-alueeksi on osoittautunut 1150 - 1400 °C. Prosessilåmpotilasta ja kuonan CaO-pitoisuudesta riippuen sopiva Fe2+/Fe3+ suhde kuonassa on 0.4 - 3.0.

Prosessiin voidaan syottåå haluttaessa myos kuonan muodostajana silikaattisia materiaaleja, esimerkiksi hiekkaa. Tålldin em. materiaalien syottosuhteet såådetåån sellaiseksi, ettå kuonan koostumus on halutunlainen esim. ns. oliviinikuona. Syntyvån kaasun rikkipitoisuus voidaan sååtåå mm. sulfidisen materiaalin sydtdllå siten, ettå se on optimaalinen rikin talteenottamiseksi joko rikkihap-pona, nestemåisenå rikkidioksidina tai elementaarisena rikkinå. Tarvittaessa voidaan prosessikaasuja laimentaa ilmalla.

Kipsin ja rautapitoisten materiaalien sisåltåmåt » epåpuhtaudet, kuten raskasmetallit, rikastuvat osittain prosessissa syntyviin lentopolyihin, jotka voidaan helposti kåsitellå erikseen esim. mahdollisten arvo-metallien talteenottamiseksi. 1

Keksintoå kuvataan vielå oheisten esimerkkien avulla.

4 92151

Esimerkki 1 226 kg kuivattua jåtekipsiå (22.5 % S, 33 % Ca, <0.15 % Fe) sulatettiin yhdesså 553 kg ferrosulfaatin (FeSO^f^O, 18.9 % S, 0.4 % Ca, 31.6 % Fe) kanssa pienoisliekkisula-tusuunissa noin 11 tunnin aikana, jolloin keskimååråiset kiintoainesyotemååråt olivat 20.6 kg/h kipsiå ja 50.3 kg/h ferrosulfaattia. Pienoisliekkisulatusuunin reaktio-kuilun korkeus oli 2430 mm ja halkaisija 300 - 400 mm. Sulatukseen kåytettiin keskimåårin 12.5 kg/h butaania ja 25.9 Nm^/h happea. Reaktiokuilun låmpdtila oli keskimåårin 1397 °C.

Pienoisliekkisulatusuunin alauuniin syotettiin låmpo-håvioiden kattamiseksi keskimåårin 2.8 kg/h butaania ja 6.2 Nm^/h happea. Koejakson pååtyttyå laskettiin reaktorin alauuniin kertynyt sula kuona uunista. Kuonan analyysi oli 0.04 % S, 45.5 % Fe ja 25.9 % CaO. Fe2+/Fe^+ suhde kuonassa oli Satmagan-menetelmållå tehdyn magnetiittimåårityksen mukaan 1,90. Koejakson kaasuana-lyysi oli seuraava: 0,7% H2, 1,1% 02+Ar, 16,9% N2, 0,8% CO, 49,0% C02 ja 31,4% S02.

Esimerkki 2

Esimerkin 1 perusteella on taulukkoon 1 laskettu ainetaseet prosesseille, joissa yhdesså kipsin kanssa syotetåån kiintoaineena a) ferrosulfaattia, b) pyriitti-pasutetta ja c) pyriittirikastetta. Kiintoainesydtto on yhteenså 28000 kg/h. Kuonan ja kaasun låmpdtiloiksi on oletettu 1400 °C. Låmpohåvioiksi on laskelmissa oletettu 22000 MJ/h. Laskelmissa ei ole huomioitu mahdollisia vuotoilmamååriå. Kussakin tapauksessa tuotetun kuonan rikkipitoisuus on luokkaa 0.04 %, mutta prosessiolo- suhteet voidaan haluttaessa sååtåå sellaisiksi, ettå 5 92151 rikkipitoisuus on tåtå alhaisempi. Kussakin tapauksessa tuotetun kaasun rikkidioksidipitoisuus on sellainen, ettå siitå voidaan ottaa rikkidioksidi talteen mahdollisesti laimentamalla kaasua kåyttåen tunnettuja menetelmiå rikkihapon, nestemåisen rikkidioksidin tai elementaa-risen rikin valmistamisessa.

Taulukko 1.

ISISÅÅN IKIPSI kg/h | 8 145| 12 885 | 10 480 I

I I % S I 22.5 I 22.5 I 22.5 I

I I % Fe I 0.15 | 0.15 I 0.15 I

I I % Ca I 33.3 | 33.3 | 33.3 |

I I------------------I---------1---------I---------I

I I Iferro- Ipyriitti-Ipyriitti-I

I I IsulfaattiIpasute Irikaste |

II I I I I

I I kg/h I 19 855 | 15 115 | 17 520 |

II I I I I

I I % S I 18.9 I 0.4 I 48.3 I

I I % Fe I 31.6 I 65.7 | 46.1 | I I % Ca I 0.4 I 0.4 I 0.1 |

I I------------------I---------I---------I---------I

I IKIINTOAINE- I I I I

I ISYOTT0 kg/h I 28 000 | 28 000 | 28 000 I

I I------------------I---------I---------I......— I

I IBUTAANI kg/h | 3 710 | 3 370 I 175 I

I IHAPPI Nm3/h | 7 463 | 6 800 | 7 470 I

I .........I------------------I---------I---------I.........I

ITUOTTEET IKUONA kg/h | 12 370 I 19 780 | 16 618 I

II I I I I

I I % S I 0.04 I 0.04 I 0.04 I

I I % Fe I 52.8 | 50.2 I 48.6 I

I I % CaO I 29.6 | 29.8 I 30.4 I

I I Fe2VFe3*| 2.71 | 2.00 I 1.67 |

I I------------------I---------I---------I---------I

I IKAASU Nm3/h | 19 772 I 14 052 | 8 332 I

II I I I I

I I % HjO I 50.1 I 47.7 | 5.7 |

I I * COj I 28.3 I 36.5 I 3.3 I

I I % S02 I 19.7 I 14.0 I 90.9 I

I-------------------------------—.........................I

Esimerkki 3 234 kg jåtekipsiå (23,0% S, 33,4% Ca, 0,12% Fe) sulatettiin yhdesså 365,7 kg pyriittipasutteen (Fe203( 0,42% S, 0,42% Ca, 65,7% Fe) kanssa pienoisliekki-sulatusuunissa noin 9,5 tunnin aikana, jolloin keskimååråiset kiintoainesydttdmååråt olivat 24,9 kg/h 6 92151 kipsiå ja 38,9 kg/h pyriittipasutetta. Pienoisliekkiuunin koko sama kuin esimerkisså 1. Sulatukseen kåytettiin keskimåårin 12,8 kg/h butaania ja 25,9 Nm3/h happea. Reaktiokuilun låmpotila oli keskimåårin 1386°C.

Em. PiLSU:n alauuniin syotettiin låmpohåvididen kattamiseksi keskimåårin 2,8 kg/h butaania ja 6,2 Nm3/h happea. Koejakson pååtyttyå laskettiin reaktorin alauuniin kertynyt sula kuona uunista. Kuonan analyysi oli <0,1% S, 53,4% Fe, 14,2% CaO. Fe2+/Fe3+-suhde kuonassa oli Satmagan-menetelmållå tehdyn magnetiitti-måårityksen mukaan 2,8. Kaasuanalyysi oli keskimåårin seuraava: 3,5% H2, 0,5% 02+Ar, 18,5% N2, 7,1% CO, 57,4% C02 ja 14,8% S02.

Claims (3)

92151

1. Menetelmå jåtekipsin ja rautapitoisen materiaalin su- lattamiseksi låmpotilassa 1150 - 1400°C, tunnettu siitå, ettå jåtekipsiå ja rautapitoista materiaalia kuten pasutusjåtettå, rautasulfaattia tai pyriittiå syotetåån liekkisulatusuuniin nåiden sulattamiseksi sellaisessa suhteessa, ettå syntyvån kuonan CaO-pitoisuus on 10 - 45 p-%, jolloin energialåhteenå kåytetåån hiiltå, koksia, hiilivetyjå ja/tai sulfidisen rautapitoisen materiaalin palamisesta vapautuvaa energiaa ja prosessikaasuna kåytetåån joko happea tai happirikastettua ilmaa, jolloin kipsin kalsiumsulfaatti hajoaa kalsiumoksidiksi rikin mennesså rikkidioksidina kaasufaasiin, jolloin muodos-tuvan kaasun rikkidioksidipitoisuus on 4 - 92%, ja syntyvå kalsiumoksidi muodostaa yhdesså raudan oksidien kanssa liekkisulatusuunin alauuniin sulan, alle 1% rikkiå sisåltåvån kuonan, jossa raudan oksidien suhde (Fe2+/Fe3+) on 0.4 - 3.0.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, t u η n e t-t u siitå, ettå liekkisulatusuuniin sydtetåån kuonan muodostajaksi silikaattista materiaalia.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå rikki talteenotetaan liekki-sulatusuunissa syntyvåsta kaasusta joko rikkihappona, nestemåisenå rikkidioksidina tai elementaarisena rikkinå. 92151