NO121036B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av elementært

svovel fra pyritt eller pyrittkonsentrater.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av elementært svovel ved en hoy temperatur-reaksjon mellom findelt pyritt eller pyrittkonsentrater, brennstoff og oksygenholdig gass hvori slike materialer er dispersert eller suspendert.

Det er kjent en rekke fremgangsmåter for fremstilling av elementært svovel fra pyritt ved termisk dekomponering etter reaksjonen :

Når temperaturen blir tilstrekkelig hoy, vil gassformet pyrittisk svovel bli frigjort og kan bli oppsamlet separat fra jern-sulfidet, som teoretisk inneholder ca. halvparten av det pyrittiske svovel.

Ifolge en tidligere kjent fremgangsmåte, blir pyritt (FeS£) oppvarmet i en digel, men pyrittens dårlige varmeledningsevne gir dårlige resultater samtidig som brennstoff-forbruket er hoyt.

I en annen tidligere kjent fremgangsmåte blir et fast pyritt-sjikt oppvarmet i en sylinderformet ovn ved hjelp av varm oksy-genfri gass som presses igjennom pyrittsjiktet, hvoretter det frigjorte svovel innvinnes fra gassene. De varme gassene fremstilles ved å brenne et egnet brennstoff i et forbrenningskammer utenfor ovnen.

I disse fremgangsmåter er det nodvendig å unngå temperaturer som skaper smeltede faser, ettersom dette forårsaker sintring som gjor hele driften vanskelig.

Finsk patent nr. 32 4^5 angår en fremgangsmåte ved hvilken finmalt pyritt-konsentrat blir behandlet med ikke-oksygerende gasser ved hoye temperaturer i et sylinderformet kammer, slik at det fremstilte jernsulfid smelter. En slik fremgangsmåte er også beskrevet i US patent nr. 3 306 708. Det vesentlige trekk ved slike tidligere kjente fremgangsmåter er at den oksygenfrie oppvarmningsgass fremstilles ved å brenne et egnet brennstoff utenfor det kammer i hvilket pyritten blir behandlet.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av elementært svovel fra pyritt eller pyrittkonsentrater med termisk dekomponering, hvorved nevnte materialer tilfores i findelt form til den ovre del av et sjaktformet reaksjonskammer, brensel og oksygenholdig gass tilfores til ovre del av nevnte kammer for derved å danne en suspensjon av nevnte materiale i brensel-gassblandingen, temperaturen i reaksjonskammeret holdes på mellom 1100° og l600°C, suspensjonens stromningsretning forandres slik at partikler i smeltet tilstand treffer et smeltebad av slike partikler på bunnen av reaksjonskammeret, og de gassformige produkter fjernes for etterfølgende svovelutskillelse, kjennetegnet ved at brenselets oksydasjon og den termiske dekomponering av nevnte materiale til smeltet FeS og svovelholdig gass, foretas samtidig i samme reaksjonskammer.

Ved fremgangsmåten forblir ca. halvparten av det pyrittiske svovel i det smeltede jernsulfid mens resten forlater sjaktovnen i form av svoveldamper. Mengden elementært svovel kan okes ved å an-vende visse kjemiske reaksjoner som under de anvendte betingelser gjor det mulig å oppnå en del av svovelet i det smeltede jernsulfid i form av elementært svovel uten at dette påvirker egenskapene for det smeltede jernsulfid.

Tidligere måtte brennstoffet brennes sammen med luft i et separat forbrenningskammer utenfor reaksjonskammeret for derved å få fremstilt den nodvendige oksygenfrie gass. Hette er ikke nodvendig i foreliggende fremgangsmåte, hvor det anvendte brennstoff, som kan være findelt kull eller koks, flytende eller gassformet brennstoff, reagerer med oksygen inne i reaksjonskammeret. Til tross for dette har man ikke kunnet observere at det skjer en forurensning av svovelet med sot på grunn av en dekomponering av hydrokarbonene i brennstoffet.

I tidligere fremgangsmåter måtte de oksygenfrie oppvarm-ningsgasser tennes i et noytralt miljo under noyaktig regulerte betingelser for å sikre at forbrenningen ikke fant sted på den reduserende side eller i det sotfrembringende område. Hvis dette skulle opptre, ville soten forbli ureagert og gjore at karboninnholdet i det elementære svovel steg over de tillatte grenser.

Det er også anbefalelsesverdig å oke oksygeninnholdet i brennstoffet, idet man da oppnår den fordel at noe av svovelet i jern-sulfidet vil bli oksygert til svoveldioksyd. Dette vil sammen med svovel og svovelholdige gasser bli skilt fra den gjenværende smeltede blanding av jernsulfid og jernoksyd. Den ovennevnte gassblanding kan så tilfores ytterligere brennstoff som reduserer svoveldioksydet, hvorved man får fremstilt en storre mengde elementært svovel.

Den vedlagte tegning viser skjematisk en sjaktovn I for utforelse av fremgangsmåten ifolge foreliggende oppfinnelse. Ovre del av ovnen består av et reaksjonskammer II som i ovre ende tilfores (gjennom egnet tilforselsanordning vist skjematisk ved III) oksygenholdig gass som luft, findelt pyritt eller pyrittkonsentrater samt brennstoff. Partiklene av pyritt eller pyrittkonsentrater disperseres i gassene og blir i alt vesentlig jevnt fordelt utover ovnens horisontale tverrsnittsareal og kan selvfolgelig tilfores ovnen med den onsk-ede hastighet.

Forbrenningskammeret i ovn I holdes på en temperatur vari-erende fra 1100° til l600°C ved at det skjer en forbrenning av brennstoffet inne i ovnen. Gassene sammen med findelt pyritt eller pyritt-konsentrat fores så nedover i ovnen, som må være tilstrekkelig hoy til at pyritjfén eller pyrittkonsentratet dekomponerer og de gjenværende FeS-partikler smelter. Ved punkt 5 i den nedre del av sjakt II, presses gassene inn i den horisontale del VI, mens smeltede eller faste partikler vil synke til bunns i den horisontale del av ovnen hvor de vil danne et smeltebad med et nedre lag VIII og et ovre lag

VII.

Ved den bortre ende av del VI stiger gassene opp gjennom en vertikal sjakt IV. Ved den ovre ende av denne sjakt blir så gassene igjen fort horisontalt ut til vanlige avkjolings- og svovelinn-vinningsapparater (ikke vist).

Smeltebadet på bunnen av ovnen dannes av smeltet jernsulr fid (FeS) (lavere lag VIII) og av og til et slagg (ovre lag VII), nen smeltede jernsulfidmatte fjernes fra ovnen og omdannes til granulater med passende storrelse for videre behandling.

F,n spesiell fordel ved foreliggende oppfinnelse er at man i samme sjaktformede reaksjonskammer både kan dispersere pyritten samtidig som man utvikler den varme som er nodvendig, f.eks. ved å brenne kull i en oksygenholdig gass. I tidligere kjente fremgangsmåter var dette ikke mulig.

Som et resultat av dette kan brennstoffmengden reguleres meget noyaktig alt etter varmebehovet, og mengden av oksygenholdige gasser kan reguleres for å sikre at når gassene forlater kammeret, så er alt oksygen bundet til brennstoffet, pyritten er blitttermalt de-komponert, blandingen av jernsulfid og jernoksyd er i smeltet tilstand, og det frigjorte svovel folger de gasser som forlater reaksjonskammeret.

Hvis man anvender hydrogenholdig drivstoff, eller hvis vanndamp er tilstede i de anvendte gasser, så vil vanndampen reagere med FeS ifolge et av de to folgende reaksjonsskjemaer:

Ved de temperaturer som foreligger under de anvendte betingelser, så er det mest sannsynlig at forstnevnte reaksjon skjer. Reaksjonsgassene vil i dette tilfelle innbefatte hydrogensulfid, som så kan omdannes til elementært svovel ved hjelp av SC>2 ved dette reak-sjonsskjerna:

På denne måten kan man få fremstilt mer elementært svovel

enn det som er vanlig ved termisk dekomponering av pyritt.

Reaksjonen mellom vanndamp og smeltet jernsulfid gir FeO, som under de anvendte betingelser blir opplost i FeS til en smelte med et lavere smeltepunkt enn ren FeS.

Svoveldioksyd i den gassblanding som kommer inn i utblås-ningskammer.IX, kan så reduseres ved at kammer IX tilfores brennstoff ved punkt X, eller dette kan tilfores i den lavere del av reaksjonskammer II.

Eksempel 1

Kull som brensel

Forsoket ble utfort i en flammesmeltningsovn bestående av et reaksjonskammer med en indre diameter på 1.2 meter og en hoyde på 5.2 meter, samt en settimentasjonsdel 5*2 meter lang, 1.2 meter bred og 1 meter hoy.

Forsoksmaterialet var et pyrittkonsentrat bestående av

45$ jern, 51$ svovel og 2% silisiumdioksyd. Som brensel anvendt vanlig kullpulver inneholdende ca. 13% aske og fra 1-2% fuktighet. Pyrittkonsentratet og kullpulveret ble fra separate foretraktere ved hjelp av foreskruer fort inn i en vanlig blandeskrue, fra hvilken blandingen ble fort gjennom forbrenningskammeret og inn i ovre del av reaksjonssjakten. For å forbrenne kullet, ble luft forvarmet til ca. 500°C fort inn i forbrenningskammeret i en mengde tilsvarende ca. 4% over den teoretiske mengde, dvs. ca. 7«5 Nm^ luft/l kg kull. Pyrittkonsentratet ble tilfort i en mengde tilsvarende ^ 00 kg per time i hele forsoket, som varte i flere dager. For å oppnå den gass-sammen-setning som tilsvarer storskaladrift i dette forsoksanlegget, hvor varmetapene er hoye i forhold til de mengder som tilfores, ble fast, elementært svovel i en mengde tilsvarende 200 kg per time tilfort den ovre del av reaksjonskammeret. Kullstovforbruket var 225 kg per time mens luftforbruket var 1710 Nm^/time.

De videre mengder som ble fremstilt hver time var 310 kg, FeS matte, 32 kg slagg samt 58 kg stov som ble fort ut av ovnen. Matten inneholdt 64.8$ jern, 29.5% svovel og 0.4% silisiumdioksyd, slagget 15% jern, 0.2% svovel og 33-4$ silisiumdioksyd mens stovet inneholdt 38% jern, 25$ svovel og 13% silisiumdioksyd. Ovnsgassene som hadde en temperatur på ca. 1250°C, ble fort gjennom en varmeveksler, et elektrostatisk utfellingskammer samt en svovel kondensasjons-koker, slik dette er beskrevet i det ovennevnte US patent nr. 3306 708. Det fremstilte svovel hadde en ren, klar gulfarge, og dens.askeinnhold var bare 0.07%. I ovnsgassen som forlot ovnen ved en t-emperatur på 1250°C, var volumet av reduserende komponenter som Hg, HgS, CO, COS og CSg, det dobbelte av volumet for svoveldioksyd.. En kromatografisk analyse på torrgassen ga som resultat Hg = 0.9, HgS = 0.6, COS = 0.2, CSg = 0.05, CO = 4.9 og S02 = 3.3, alt angitt i volumprosent. Ca. 100 Nm^/time av gassene fra det elektrostatiske utfellingskammer ble fort inn i et tidligere beskrevet to-trinns katalysatorsystem, og gassene fra dette system inneholdt totalt fra 1 - 1.5% svovel i forskjellige svovelforbindelser.

Eksempel 2

Butangass som brensel.

Forsøksbetingelsene var de samme som angitt i eksempel 1, bortsett fra at man anvendte butangass som brensel. 500 kg per time pyrittkonsentrat og 220 kg per time elementært svovel ble fort inn i en vanlig spreder, som også ble tilfort 250 Nm^ dispersjonsluft per time. To butanbrennere ble plassert i den ovre del av reaksjonssjakten, symmetrisk i forhold til sprederen. I middel ble det anvendt 186 kg butan per time, mens luftmengden var 2300 Nm^ per time,som er ca. 4$ over den teoretiske forbrenningsmengde. Luften var kald og ble delt slik at 1025 Nm"^ per time gikk til hver brenner mens 250 Nm^ per time gikk til. sprederen.

Pyrittkonsentratet inneholdt 45«3% jern, 50.6% svovel og 1.2% silisiumdioksyd. Per time fikk man fremstilt ca. 320 kg FeS matte, 11 kg slagg og 25 kg stov. Matten inneholdt 64.5% jern, 29.9% svovel og 0.2% silisiumdioksyd, mens slagget inneholdt 17% jern, 0.2% svovel og 36% silisiumdioksyd. En mildere analyse av sttfvet ga Qlfo jern, 30% svovel og 6.7% silisiumdioksyd. Gassene hadde en temperatur på ca. 1250°C idet de forlot ovnen. De ble så fort gjennom en varmeveksler, et elektrostatisk utfellingskammer og en svovelkondensa-sjonskoker slik det er angitt i eksempel 1. Ovnsgassene hadde en sammensetning tilsvarende Hg = 1.9, HgS = 0.8, COS = 0.1, CSg = 0.0, CO = 3*4 og S0g = 3.1, alle tall angitt som volumprosent. Det fremstilte svovel var rent.

Eksempel 3

Forsokene ble utfort i en ilammesmeltningsovn av samme type

som 'angitt i de tidligere eksempler.

De angitte tall er tatt direkte fra et materialbalanse-forsok som ble utfort med anlegget. Som brensel for smeltingen og reduksjonen ble det anvendt butangass. Reduksjonen av gassene ble utfort i den nedre del av reaksjonskammeret.

For bedre å illustrere drift ved oksyderende betingelser, så er det også fra eksempel 2 tatt med et forsok ved mer noytrale driftsbetingelser. Dette er angitt i tabellene I og II, som gir et eksempel på foreliggende oppfinnelse.

Fra materialbalansene kan man f.eks. se, at når man anvender denne type oksyderende drift, så oppnår man en langt mindre svovelmengde i matten med mindre mengde brensel, enn ved noytrale betingelser (eksemplene 1 og 2) (23-9% svovel sammenlignet med 31-5$ svovel), således at man får fremstilt ca. 55*4 kg mer svovel per met-risk tonn konsentrat som tilfores ovnen, enn ved de driftsbetingelser som er angitt ifolge eksemplene 1 og 2.

1) Denne materialbalanse viser mengden av forskjellige elementer i forskjellige forbindelser i gassfasen (f.eks. den totale karbonmengde som er bundet i komponentene COS, CO og COg).

2) R = (Hg + H2S + CO + COS), volprosent

SOg = SOg, vol.prosent.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av elementært svovel fra pyritt eller pyrittkonsentrater med termisk dekomponering, hvorved nevnte materialer tilføres i findelt form til den øvre del av et sjaktformet reaksjonskammer, brensel og oksygenholdig gass tilføres til øvre del av nevnte kammer for derved å danne en suspensjon av nevnte materiale i brensel-gassblandingen, temperaturen i reaksjonskammeret holdes på mellom 1100° og 1600°C, suspensjonens strømningsretning forandres slik at partikler i smeltet tilstand treffer et smeltebad av slike partikler på bunnen av reaksjonskammeret, og de gassformige produkter fjernes for etterfølgende svovelutskillelse, karakterisert ved at brenselets oksydasjon og den termiske dekomponering av nevnte materiale til smeltet FeS og svovelholdig gass, foretas samtidig i samme reaksjonskammer.