NO116523B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av sinkkonsentratpellets for bruk

i en elektrotermisk sinkreduksjonsovn.

Foreliggende - oppfinnelse vedrorer fremstilling av sinkkonsen-tratpellet ved reduksjon av sinkmalm. Mer spesielt vedrdrer oppfinnelsen en forbedret fremgangsmåte til fremstilling av sinkoksydpellets beregnet for bruk i en elektrotermisk reduksjonsprosess til fremstilling av sink.

Mer enn $ 0% av den fremstilte sink kommer fra malmer som inneholder sinken i form av dets sulfid. Sinkinnholdet i malmen konsen-treres vanligvis ved hjelp av en flotasjonsprosess. Typisk kommersi-elle konsentrater inneholder 54-64$ sink, 31-34$ svovel, opp til 10$ jern, opp til 2% bly, opp til 1% kadmium og også noe kopper, mangan og silisium.

For at det skal være egnet som materiale til bruk i elektrotermiske reduksjonsovner, må sinkkonsentratet være avsvovlet og fortrinnsvis behandles for å fjerne urenheter så som bly og kadmium. Konsentratet tilfores ovnen i form av porose agglomerater med en viss storrelse.

Den vanlige praksis ved fremstilling av sinkmetall (jfr. norsk patent nr. 95 431 og. britisk patent nr. 718 7^9), er å oppvarme sink-sulfidmalm-konsentrat i en ikke-oksyderende atmosfære for å avdestil-lere bly og kadmium-urenhéter og deretter videre å oppvarme eller roste konsentratet i en oksyderende atmosfære for å omdanne sinksul-fidet til sinkoksyd. De to oppvarmingstrinn er separate operasjoner, men de kan imidlertid foretaes i separate soner i en enkelt ovn. Det andre oppvarmingstrinn er et fluidiseringstrinn og produktet består av relativt finkornede partikler. Disse partiklene agglomereres ved sintring med et karbonholdig brensel for det fores til reduksjonsovner Britisk patent nr. 718 769 foreslår en slik agglomerering. Det sin-trede materialet knuses og siktes for således å oppnå den onskede onskede storrelse som kan brukes som tilforingsmateriale i den elektrotermiske ovnen.

Det er funnet at sinkkonsentrat som formes til pellets alene eller sammen med re-sirkulert findelt materiale fra reduksjonsovner eller med annen re-sirkulert eller sinkholdige materialer og et bindemiddel, kan varmebehandles i en ovn med et enkelt bevegelig lag for å flyktiggjore bly og kadmiumsulfider og for å avsvovie konsentratet. Den ovre delen av ovnen, som har en atmosfære hvor det er et underskudd på oksygen, opprettholdes ved temperaturer som er egnede.for flyktiggjorelse av bly og kadmiumsulfider. Den nedre delen av ovnen, som inneholder et relativt overskudd av oksygen, holdes ved temperaturer som er egnet for å oksydere sulfidsvovelet til svoveldioksyd. På samme tid herdes pellets av sinkkonsentrat ved at de utsettes for de forhoyede tempe-raturer som kreves ved rensingen og avsvovlingen.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte til fremstilling av sinkkonsentratpellets for bruk i en elektrotermisk sinkreduksjonsovn, ved foring av et sinkmalmkon-sentratmateriale nedover gjennom en vertikal sjaktovn som har to oppvarmingssoner, utsette dette materiale i en 6vre oppvarmingssone for en temperatur på ca. 1150°C i en atmosfære som har et underskudd på oksygen fcr å fordampe og avdrive bly- og kadmiumsulfider fra materialet, og ved å utsette materialet i en lavere oppvarmingssone for en temperatur på mellom ca. 900°-1025°C i nærvær av tilstrekkelig oksy- . gen for således å omdanne sulfidsvovelinnholdet i konsentratet til svoveldioksyd og sinkverdiene til sinkoksyd, og foring av minst noe av svoveldioksydet fra den andre oppvarmingssone til den forste oppvarmingssone, kjennetegnet ved at det anvendes et sinkmalmkonsentrat-materiale med en partikkelstorrelsesfordeling på ca. 98$ av -100 mesh og 50-60$ av -325 mesh og at det benyttede sinkmalmkonsentratmateri-

ale for behandlingen omdannes til pellets med en diameter på ca. 12

mm.

De to forskjellige temperatursonene ti-lveiebringes ved å kontrollere oksygenmengden som tilfores til hver sone og stromningsret-ningen på rostingsgassene. Ytterligere temperaturkontroll kan opp-

nås ved å regulere mengden på kjolegassen som innfores i hver av sonene.

Selv om foreliggende oppfinnelse er beskrevet under spesiell henvisning til en fremgangsmåte til fremstilling av pellets fra sinkkonsentrat som er egnet som materiale i elektrotermiske reduksjonsovner, er oppfinnelsen også anvendbar for fremstilling av sinkkonsentratpellets som er egnet som tilforingsmateriale i andre reduksjons-

og smelteprosesser. Den generelle fremgangsmåte ifolge foreliggende oppfinnelse kan f.eks. benyttes til fremstilling av pellets som er egnet som materiale til fremstilling av sink og/eller sinkoksyd ved hjelp av masovner, roterende ovner, horisontale retorter og "gitter-ovner.

Foreliggende oppfinnelse skal videre illustreres ved fSlgende beskrivelse og eksempler: Sinkmalmkonsentratet pelletiseres ved hjelp av konvensjonelle metoder. De resulterende pellets må ha tilstrekkelig mekanisk styrke til å motstå passasje gjennom ovnen som benyttes til rensing 'Og avsvovling av konsentratet. Pelletmaterialet må også væfe i stand til å kunne varmeherdes slik at det får den mekaniske styrke som er n5d-vendig til den påfolgende bruk av dette materiale i elektrotermiske sinkreduksjonsovner.

Sinkkonsentratet males fortrinnsvis f6r pelletiseringen. Maling reduserer storrelsen av de relativt få tilstedeværende grovkornede partiklene og forbedrer vanligvis fordelingen av partikkelstSrrel-sen. Pellets som er laget fra malt konsentrat er tettere og sterkere og har en relativt st5vfri overflate. Re-sirkulerte sinkholdige-materialer eller andre sinkholdige materialer males også fortrinnsvis far pelletiseringen. Oppmalt finkornede partikler av restmaterialet fra den elektrotermiske reduksjonsovnen har, når det er innfort i pelletblandingen, liten virkning på pelletmaterialets styrke.

Konvensjonelle bindemidler som leire og silisiumholdige materialer, tilsettes til pelletblandingen for å forbedre pelletmaterialets mekaniske styrke. Bentonit, en silisiumoksyd-aluminium-oksydleire, er et spesielt foretrukket bindemiddel. De mekaniske egenskaper til pelletene forbedres også ved innforing av en sinksul-fatopplosning i pelletblandingen. Forskjellige fremgangsmåter for fremstilling av pellets er velkjente for fagmannen, og foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til de i beskrivelsen omtalte pelleti-seringssystemer.

Som angitt ovenfor, kan sinkkonsentratet inneholde bly- og kadmiumforurensninger. Disse forurensninger er vanligvis tilstede

som sulfider. Fordampning av disse sulfider fra konsentratet begunstiges ved forhoyede temperaturer, og rensing ved maksimum temperaturer foretrekkes. Temperaturer på opp til ca. 1150°C kan trygt brukes uten å bevirke at de enkelte pellets fester seg til hverandre. Fordampning av bly- og kadmiumsulfider begunstiges i nærvær av en atmosfære som er mangelfull når det gjelder oksygen. Når for mye oksygen er tilstede, omdannes bly-og kadmiumsulfidene til mindre flyktige oksyder derav. Ved temperaturer mellom 1000 og 1150°C er imidlertid damptrykket til oksydene enda av vesentlig storrelse og rensingen av pelletene vil fortsette, men ved en langsommere hastighet. Til-stedeværelsen av små mengder vanndamp i rostingsgassen synes å hjelpe fjerningen av bly og kadmium antagelig ved å hindre omdannelse av disse til oksyder.

Det re-sirkulerende finkornede materiale fra den elektrotermiske reduksjonsovnen som tilsettes til pelletblandingen, inneholder en viss mengde karbon. Det meste av dette karbonet fjernes i bly og kadmiumrensingstrinnet ved oksydasjon til gassformige oksyder.

Det resterende sulfidsvovelinnhold i sinkkonsentratet fjernes i vesentlig grad ved omdannelse av sinksulfid til sinkoksyd. Denne omdannelse favoriseres ved forhoyede temperaturer og foregår ikke med onsket hastighet under 550°C. Omdannelsen forblir ufullstendig ved temperaturer opp til 750°Cy'<i>' idet sinken er i form av dets sulfat. Svovelfjerningen foregår med maksimum hastighet mellom 900°-1025°C. Hastigheten med hvilken svovel fjernes minker merkbart ved temperaturer storre enn 1025°C. Avsvovling begunstiges i nærvær av overskudd oksygen i rostingsgassen. Svovelet fjernes som svoveldioksyd og tilstrekkelig oksygen må tilfores slik at det kan forbinde seg med alt tilstedeværende sulfidsvovel og sink. Den avtagende hastighet for avsvovlingens vedkommende ved hoyere temperaturer, skyldes at pelletene mister sin porositet overfor oksygen ved temperaturer over ca. 1025°C.

Det er tydelig at de betingelser som favoriserer flyktiggjorelse av bly- og kadmiumsulfider fra sinkkonsentratet, ikke er de samme som de som begunstiger fullstendig avsvovling av konsentratene. Optimal fjerning av bly og optimal avsvovling kan ikke oppnås i en enkelt rostesone. Av denne grunn, er ovnen som anvendes ved utførel-sen av foreliggende oppfinnelse, delt i minst to soner. Den forste eller ovre sone opprettholdes ved temperaturer som er egnet for for-flyktigelse av bly-og kadmiumsulfider; den andre eller nedre sone opprettholdes ved temperaturer som er egnet for avsvovling av sinksulfid. Tilstrekkelig luft tilfores den andre oppvarmingssonen slik at det overskudd oksygen som kreves til avsvovlingen, stadig forefinnes i nevnte sone. På samme tid opprettholdes en atmosfære, som har et underskudd på oksygen, i den forste. sonen. I en foretrukken utfor-

else av oppfinnelsen strommer varme svoveldioksydholdige gasser fra den andre sonen til den forste sonen for således å bistå overforingen av varme fra den andre til den forste sonen, for å hjelpe til å opprettholde et underskudd av oksygen i atmosfæren i den forste sonen og for å virke som en feiegass og således fremme forflyktigelsen av bly og kadmiumsulfider.

Varmeherding av konsentratpellets finner sted på samme tid

som konsentratet gjores fritt for bly og avsvovles, ved gjennomføring gjennom den varme ovnen. De varme pellets som kommer ut fra ovnen kan avkjoles ved varmeutveksling med luften som tilfores ovnen. I

det tilfelle de pellets som kommer ut av ovnen ikke har tilstrekkelig mekanisk styrke til å motstå forholdene i den elektrotermiske sink-reduksjonsovnen, kan pelletene videre varmeherdes ved en temperatur på ca. 1225°C. Herding ved temperaturer over 1300°C bevirker at pelletene mister sin porositet og mottakelig overfor reduksjon.

Rostingsgassene som kommer ut av bly og svovelfjerningsovnen, inneholder svoveldioksyd og bly- og kadmiumsulfider. De varme gassene blir fortrinnsvis avkjolt og deres varmeinnhold gjenvunnet ved gjen-nomf oring gjennom spillvarmekjeier. Bly- og kadmiumverdiene kan sepa-reres fra gass-strommen ved elektrostatisk utfelling og våtvasking, og kan gjenvinnes ved hjelp av egnet kjemisk behandling. Svovelverdiene som er tilstede i gass-strommen kan gjenvinnes ved omdannelse

av svoveldioksydet til svovelsyre.

Oppfinnelsen er videre illustrert ved hjelp av folgende eksempler og under henvisning til tegningene hvor: fig. 1 er et stromningsdiagram som viser den generaliserte drift av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen. Som vist på figuren er f5rste trinn i prosessen, fremstilling av konsentratpellets. Sink-malmkonsentråt, findelt restmateriale fra elektrotermiske reduksjonsovner og et bindemiddel males sammen og lages til pellets. Pelletene blir sortert og deretter torket for å fjerne det vann som er benyttet til pelletfremstillingen. Som vist innfores pelletene i toppen på en vertikal ovn. Fjerning av bly og kadmium foregår i den ovre delen av ovnen. Luft tilfores til midten av den nedre del av ovnen for å være behjelpelig med avsvovlingen av det pelletformede konsentrat. De rensede, avsvovlede og varmeherdede pellets tas ut ved bunnen av ovnen. De varme rostingsgassene fjernes på steder nær toppen og bunnen av ovnen for deretter å sendes til spillvarmesjeien for gjenvinning av varme og bly,' kadmium og svovélverdier som finnes i disse rostings-gasser.

I andre valgfrie fremgangsmåter som ikke er vist på figuren, kan de varme pellets som er laget av konsentrat og som kommer ut av ovnen, avkjoles ved varmeutveksling med en oksygenholdig gass. Gassen kan være en del av eller all den luften som tilfores ovnen. Oppvarming av den tilforte luft kan tilveiebringes i en tredje sone i ovnen, hvori de varme, fullstendig avsvovlede pellets av konsentrat, bringes i ber5ring med luft som sendes til reaksjonssonene i ovnen. Avsvovling er en eksotermisk reaksjon og temperaturen innen avsvovlingssonen kontrolleres ved å regulere temperaturen og hastigheten med hvilken luft tilfares til avsvovlingssonen.

Fig. 2 er et stromningsdiagram som viser en spesiell utforelse av foreliggende oppfinnelse. Sinkmalmkonsentrat, finkornet restmateriale fra den elektrotermiske reduksjonsovn, returnerte finkornede materialer og eventuelt forskjellig re-sirkulert eller sinkholdig til-fQringsmateriale sendes fra sine respektive lagringstanker til en ku-lemolle. En typisk kjemisk analyse som foretas på Balmat-sinkmalmkonsentratet er som folger:

Selv om det meste av sinkkonsentratene kan pelle.tiseres i den form de mottas, forbedrer maling, av de grovkornede konsentratene de fysiske egenskapene til de resulterende pellets. Folgende tabell viser siktanalyse av et typisk konsentrat. Porsjon I er konsentratet i den form det mottas, porsjonene II og III er det samme konsentrat utsatt for forskjellige grader av maling.

Sinkkonsentrater innen de ovenfor angitte storrelsesområder kan lett pelletiseres. De grovkornede partikler i umalt konsentrat gir imidlertid opphav til en pellet med en ujevn overflate, som utsettes for nedslitning under håndtering, spesielt når pelletene er t6rre.

For å gjore tapet ved nedslitning så lite som mulig, er det onskelig

å male de grovkornede konsentratene for å fjerne det meste av +100 mesh materialet.

Konsentrat som er underkastet maling og som har en storrelse i likhet med det som er angitt under porsjon II, gir en pellet med en jevn, fast overflate og god fysisk styrke. Ytterligere maling av dette materialet er unodvendig og virker skadelig på pelletstyrken.

Konsentrater underkastet ekstra maling og som har en storrelse som angitt under porsjon III, danner lett pellets, men pelletmaterialet er vanligvis uregelmessig og misdannet. Ytterligere maling av konsentratet forverrer bare denne tilstand. Uregelmessige pellets er svakere enn sfæriske pellets og danner mindre gjennomtrengelige lag.

Den benyttede partikkelstorrelsesfordelingen på sinkmalmkonsen-tratmaterialet er omtrent 98$ av -100 mesh og $ 0- 60% av -325 mesh. Konsentrater som er mer grovkornet enn dette bor males videre, konsentrater som er mer finkornet enn dette, kan blandes med annet grovkornet konsentrat for å oppnå det onskede partikkelstorrelsesområde.

Blandingen som tilfores til kulemSllen, inneholder ca. 80 vektprosent Balmat-konsentrat og 20 vektprosent -4-0 mesh finkornet materiale fra den elektrotermiske reduksjonsovn. Typiske' finkornede rest-materialer inneholder 16.5$ Zn, 0.28$ Pb, 0.91$ S, 19.0$ C og 16.0$ Fe. Blandingen males i ca. l/2 time for den luftklassifiseres og sendes til lagringstanken for malt tilforingsmateriale. Ekstra maling eller malingen av blandingen til en altfor finkornet storrelse, vil resultere i at det dannes en svakere pellet i de etterfølgende operasjons-trinn.

En blanding av det oppmalte tilforingsmateriale og ca. 2 vektprosent bentonit sendes til en kollergang. Den torre blandingen fuk-tes med vann og omdannes til pellets i en roterende kuleformings-trommel. Pellets dannes ved skiftevis å tilsette små mengder konsentrat og vann til systemet inntil pelletene har en diameter på ca. 12 mm. Utskiftning av en del eller alt vannet med en sinksulfatopp-losning som inneholder 36 g sink per liter, hadde en tendens til å forbedre pelletmaterialets bruddstyrke. Sink- og svovelverdiene i opplosningen inkorporeres i konsentratpelletene og blir siden gjenvunnet i prosessen.

Hastigheten på svovelfjerningen og derfor oppholdstiden for pelletmaterialet i avsvovlingsovnen, avhenger blant annet av storrelsen på de pellets som gjennomgår avsvovling. Lignende forhold gjelder også i den elektrotermiske reduksjonsovn. Jevn storrelsesfordeling av pellets gjor det lettere mulig å opprettholde optimale driftsvil-kår under avsvovling og siden under reduksjon.

En pelletsstorrelse hvor diameteren er ca. 12 mm blir benyttet både i avsvovlingsovnen og den elektrotermiske reduksjonsovn. Mindre pellets pakkes mer tett sammen og bruk av disse ville resultere i en uonsket okning i motstand overfor den totale gass-stromning gjennom pelletlaget. Storre pellets har tendens til å trenge en lenger oppholdstid for disse pellets i avsvovlingsovnen så vel som i den elektrotermiske reduksjonsovn.

De sorterte pellets torkes ved hjelp av varmluft for de sendes til ovnen for fjerning av bly og avsvovling. Man fjerner ikke alt vannet som er tilsatt i pelletiseringsprosessen, fordi tilstedeværel-sen av noe vanndamp har en fordelaktig virkning, idet den hemmer oksydasjon mens konsentratet gjores fritt for bly. Det kan også tilsettes fuktighet for å kontrollere temperaturen i blyfjerningssonen. For blyfjerning og avsvovling gir typiske pellets, som er dannet av 80$ Balmat-konsentrat og 20$ finkornet restmateriale fra den elektrotermiske ovn pluss 2% bentonit og pelletisert med sinksulfatopplos-ning, folgende analyse på torr basis:

som tilfores ovnen. Knusestyrken til pelletene er ca. 31-5 kg og de reduseres lettere i en elektrotermisk sinkreduksjonsovn enn i en kon-vensjonell sintringsovn. I tilfelle det trenges pellets med storre mekanisk styrke, kan pelletene herdes videre ved oppvarming i luft ved ca. 1225°C. Under disse betingelser heves knusestyrken til pelletene til over 4-5 kg etter 10 minutters oppvarming og til over ca.

90 kg etter 1 times oppvarming.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av sinkkonsentratpellets for bruk

   i en elektrotermisk sinkreduksjonsovn, ved foring av et sinkmalmkon-sentratmateriale nedover gjennom en vertikal sjaktovn som har to oppvarmingssoner, utsette dette materialet i en ovre oppvarmingssone for en temperatur på ca. 1150°C i en atmosfære som har et underskudd på oksygen for å fordampe og avdrive bly- og kadmiumsulfider fra materialet, og ved å utsette materialet i en lavere oppvarmingssone for en temperatur på mellom ca. 900°-1025°C i nærvær av tilstrekkelig oksygen for således å omdanne sulfidsvovelinnholdet i konsentratet til svoveldioksyd og sinkverdiene til sinkoksyd, foring av minst noe av svoveldioksydet fra den andre oppvarmingsisone til den forste oppvarmingssone,karakterisert vedat det anvendes et sink-malmkonsentratmateriale med en partikkelstorrelsesfordeling på ca. 98$ av -100 mesh og 50-60$ av -325 mesh og at det benyttede sinkmalm-konsentratmateriale for behandlingen omdannes til pellets med en diameter på ca. 12 mm. De sorterte og torkede pellets sendes til toppen av en vertikal sjaktovn som er inndelt i to oppvarmingssoner som indikert ved hjelp av den stiplede linjen. Bly- og kadmiumforbindelser fordampes og av-drives i den ovre sonen, konsentratet avsvovles i den nedre sonen. Den ovre oppvarmingssone opprettholdes ved ca. 1150°C og den nedre sone ved ca. 900°-1025°C for å fremme blyfjerning og avsvovling res-pektivt. Som vist på figuren sendes luft til flere steder i den nedre oppvarmingssone for å tilveiebringe den oksygen som trenges til avsvovlingen. Den varme gassen som passerer gjennom den ovre eller blyfjerningssonen, har blitt gjort lite oksygenholdig og inneholder svoveldioksyd som er dannet i avsvovlingssonen. • Varm avgitt gass opp-samles på steder nær toppen eller bunnen av ovnen for gjenvinning av varme, svovel, bly- og kadmiumverdier som omtalt tidligere. En typisk avgitt gass inneholder 2.6$ 02, 9.1$ S02, 3.7$ C02, 8.3$<H>20 og 76.3$ N2. Graden av rensing og avsvovling av sinkkonsentratet kontrolleres også av hastigheten med hvilken konsentratpelletene passerer gjennom ovnen. Ved å regulere stromningshastigheten på pellets slik at det gis en oppholdstid på ca. 13 timer, 4 timer i den ovre oppvarmingssonen og 9 timer i den nedre oppvarmingssonen, gir et pelletprodukt med folgende typiske analyse:

   Blyinnholdet i konsentratet er blitt redusert fra 0.24 til 0.005$, kadmiuminnholdet fra 0.11 til 0.02$ og svovelinnholdet fra 25-9 til 0.01$. Det. fremkommer at det er vanskeligere å eliminere kadmium enn det er å eliminere bly. Forsok har vist at det oppnås maksimal blyfjerning ved 1150°C innen omtrent ltime, men forsokene har også vist. at mens det meste av kadmiumet også fjernes i den forste timen, trenges det 3_4 timer ved den nevnte temperatur for kurven for kadmium-fjerning flater ut. Oppholdstiden for pelletmaterialet i blyfjern-' ingssonen er satt til ca. 4 timer for å fremme maksimal .kadmiumfjer-ning. Så godt som fullstendig fjerning av svovel oppnås ved å gi en oppholdstid for konsentratet i avsvovlingssonen på ca. 9 timer. De varme rensede og avsvovlede pellets av konsentrat, tas ut ved bunnen av ovnen. Pelletmaterialet luftkjSles, noe som ikke er vist på figuren, og dets varmeinnhold kan brukes til å varme den luften