NO781121L - Fremgangsmaate til termisk behandling av faste stoffer - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte til termisk behandling av faste stoffer.

Description

Opprinnelsen vedrører en fremgangsmåte til termisk behandling av finkorn.ede faste stoffer som ved behandlings-temperaturer gir smelteflytende og gassformede produkter med oksygenrike gasser i et syklonkammer med en aksehelning fra 0 - 15° i forhold til horisontalen samt et anvendelsen på pyrometallurgiske prosesser.

Som i fyringsteknikken (sammenlign Leuger "Lexikon

der Energitechnik und Kraftmaschinen" bind 7 L-Z Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart 1965) har også i pyrometallurgien syklonkammere funnet økende stor interesse (sammenlign f.eks.

I.A. Onajew "Zyklonschmelzen von Kupfer und polymetallischen Konzentraten" Neue Hiitte 10 (19 65) side 210 ff). Nye anven-delses tilfell er respektive utforminger i driftsmåten for om-

råde av pyrometallurgi er omtalt i tyske utlegningsskrifter 11 61 033, 19 07 20k, 20 10 872 DOS 21 09 350 samt DOS Sch. Tschokin, "Freiburger Forschnungshefte" B 150 Leipzig, 1969

side 41 ff, G.Melcher et al respektive E. Muller i "Erzmetall<1>,<1>bind 28 (1975), side 313 ff. respektive bind 29 (1976) side 322 ff. respektive bind 30 (1977), side 5k ff.

Den spesielle betydning med anvendelsen av syklonkammere fremkommer på den ene side av de betraktelig høye produksjonsydelser pr. reaktorvolumenhet og på den annen si-

de av de høyt innstillbare reaksjonstemperaturer som mulig-

gjør flyktiggjøring av enkeltkomponenten av ifyllingsgodset.

En med betraktelig fordeler forbundet videreutvik-

ling av syklonkammerdriften foreskriver å sammenblande reak-sjonsdeltagerne før innføringen.i syklonkammeret og å la ut-reagere mest mulig i en vertikal brenns trekning (DOS 22 53

074). I forskjell fra drift av syklonkammere uten brennstrekning, unngås herved at visse deler av ifyllingsgodset ut-skilles før avslutning av forbrenninger eller utreaksjon i syklonkammeret idet i syklonkammeret innbindes alltid tilstedeværende smeltefilm og derved unndras for en fullstendig

oms etning.

Enskjønt spesielt med ovennevnte siterte fremgangs-måter er syklonpros esser fordelaktig gjennomførbare på tek-

nisk enkél måte, byr adskillelsen av de med gassene fra syklonkammeret medrevne smeltedråper undertiden vanskeligheter.

I slik det er vanlig ved syklonfyringer, vannavkjølte fang-rister vokser hurtig til spesielt ved pyrornetallurgiske prosesser på grunn av den. høye spesifike gassbelastning ved ifyl-ling i syklonkammeret som fortsetter inntil avgasstrømmen.

Oppfinnelsens oppgave er,å tilveiebringe en fremgangsmåte som unngår de kjente,spesielt overnevnte ulemper,

er enkel i anvendelse og gjennomførbar uten stor apprativ oppbyd.

Oppgaven løses, idet fremgangsmåten og den innled-ningsvis nevnte type, ifølge oppfinnelsen og utformes således at man tar ut det smelteflytende produkt som utskiller

seg over en i det nedre område av mantelen av syklonkammerét anbragt åpning, innfører dan for smelteflytende produkter best mulig befridde gasstrøm ved hjelp av en tilnærmet i syklonkammerets akseliggende åpning i avslutningsveggen i et kjøle-kammer,og senker der dets temperatur ved avkjøling således at de ved inntreden i kjølekammeret i gasstrømmen tilstedeværende små smeltedråper avkjøles i fritt fall under stivningspunktet.

Det til syklonkammeret over en forbindelseskanal

med en lengde ifølge 0,5 til 5 D>fortrinnsvis 1 til 2 D

(D= diameter av utredelsesåpning i avslutningsveggen åv syklonkammeret), etterkoblede kjølekammer kan ha en horisontal til ca. 15° nedad hellende, eller en vertikal akse. I sist-nevnte tilfelle kreves det selvsagt en omstyring av gasstrøm-

men rundt ca. 90°. Kjølekammeret bør være symmetrisk inntil et gjennom syklonkammerets akse tenkt loddrett plan, og eksempelvis ha firkantet,sirkelformet,eliptisk eller polygonalt tverrsnitt.

I utformningen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med anvendelse av et kjølekammer med horisontal eller inntil ca. 15° nedadhellende akse bør dets flate fortrinnsvis minst utgjøre 5»5 ganger spesielt 10- 30 ganger flaten av syklonkammerets utredelsesåpning. Ved anvendelse av et kjølekammer med vertikal akse er det tilstrekkelig på grunn av mangel på en bevegelsestilstand av smelte-/fasstoffpartiklene langs en kasteparabel med mindre tverrsnittdimensjoner. Fortrinnsvis utgjør i dette tilfelle tverrsnittsflaten minst 4,5 ganger fortrinnsvis 8 til 25 ganger flaten av utredelsesåpningen i syklonkammeret. I alle tilfelle bør diameteren av utredelsesåpningen ikke være under 0,3 ni.

Ved anvendelsen av kjølekammeret med de nevnte dimensjoner er det sikret at de til å begynne med smelteflytende partikler i det minste er stivnet overflatelig før de får kon-takt med kjølekammerets vegg. En klebing til kjølekammerveggen er derved utelukket. De faller i stedet på kjølekarets bunn og kan der bortføres på enkel måte med transportinnretninger f. eks. avkjølte transportsnekker.

For ved utformning av fremgangsmåten med horison-talt kjølekammer og forme borttransporten av det stivnede produkt spesielt enkelt, lønner det seg å utføre kjølekammeret således at et tverrsnitt dannes av en firkant med nedad påsatt trapes hvis korte paralellside viser nedad.

Kjølekammerets lengde skal tilfredsstille ligningen 3~|y^F~<l><L OoYf"<1>der i det F betyr dets flate.

Avkjølingen av gassen i kjølekammeret kan foregå ved hjelpuav vann- eller dampavkjølte kjølekammervegger, men også ved tilsetning av gass formet eller vandig medi. Begge utfør-elsesformer kan også kombineres med hverandre. Hvis avkjølin-gen foregår ved tilførsel av en koldgass, bør impulsen av den fra syklonkammeret utredende gass samt den tilførte gass ut-nyttes til god gjennomblanding. Gjennomblanding av komponent-ene påvirkes spesielt gunstig når utredelseshastigheten av gasstrålen fra f orbindels eskanalen inn i kjølekammeret ligger' mellom 30 og 300 ni pr sek, fortrinnsvis mellom 50 og 120 m pr sek. Ved de høye strømningshastighetér og de overnevnte kjøle-kammerdirnens j oner, danner det seg en symmetrisk til kjølekamme-rets akse lagret resirkulasjonsstrømning. Ved tilførsel av kjø-lemedium i resirkulasjonsstrømningen lar resirkulasjon og kjø-ling seg intensivere.

En spesielt foretrukket utførelse av oppfinnelsen er gitt når kjølemediet tilblandes ved hjelp av flere åpninger hvis utredelsesretninger ligger i mantelen av en tenkt kjegle med en åpning fra 30 til 160°. Derved er kjegleaksen iden-tisk med forbindelseskanalens forlengede akse og har kjeg-lespissen i strømningsretningen.

Med avkjøling ved tilførsel av gassformede eller vandig medier kan det samtidig forbindes kjemiske reaksjoner. Eksempelvis kan i syklonkammeret til en CO-rik gass partielt forbrendt karbon i kjølekammeret ved tilsetning av vanndamp eliher flytende vann transformeres til vanngass. Ved en fra en- røstprosess dannende svoveldioksidholdig gass kan avfalls-svovelsyre. spaltes.

Fortrinnsvis bør kjølingen gjennomføres således at temperaturen av gasstrømmen som trer ut av syklonkammeret senkes til ca. 100°C under de smelteflytende partiklers myk-kningspunkt. Det betyr vanligvis en avkjøling til 600 til 1200°C. Herved vil regelmessig være sikret, at partiklene

er tilstrekkelig stivnet før berøring av kjølekammerets vegg.

Forbindelseskanalen mellom syklonkammer og kjøle-kammer kan være formet sylindrisk,men også kjeglestumpformet idet ved kjeglestumpformet utformning er utvidelsen mulig i eller mot gasstrømnitigen.

Det kan være fordelaktig, under munningen av for-bindels eskanalen i kjølekammeret å, anordne en vannkanal,

som oppfanger smelte som drypper av fra forbindelseskanalen og muliggjør en borttransport av det deretter stivnede produkt .

En fordelaktig videreutforming av oppfinnelsen består i,å blande faste stoffer som skal forarbeides før ifyl-ling i syklonkammeret med oksygenrik gass og eventuelt ener-gibærere under reaksjonstemperaturen til en suspensjon,inn-føre med en hastighet...som.utelukker..tilbaketenning i et ver-tikalt brennstrekning og der bringe til reaksjon, og å inn-føre de dannede nu overveiende smelteflytende partikkelhold-ig suspensjon i syklonkammeret. Derved bør oppholdstiden i brenns trekningen innstilles således,at suspensjonens reaksjon ved å forlate brennstrekningen avsluttes til minst 80$.

Inntak av suspensjonen med en hastighet som utelukker tilbaketenning kan foregå på forskjellig måte. Eksempelvis kan sammenblanding av reaksjonskomponentene alle-rede gjennomføres således at suspensjonen har den tilstrekkelig høye hastighet. Spesielt fordelaktig er det i-midlertid før brennstrekningen å innbygge en medyseaktig innsnevnring utrustet inntaksinnretning hvori det foregår en akselerering til en tilstrekkelig stor hastighet. I denne for-holsregel oppløses de ellers i suspensjonen lett opptredende strenger og baller. Suspensjonen homogeniseres fullstendig og dermed gjøres partikkeloverflaten fullt nyttbar for reaksjon.

Suspensjonens oppholdstid i brennstrekningen kan oppnås ved tilsvarende dimensjoner. Den til torarøre refererte gasshastighet utgjør ca08 til 30 m pr sek.

Den spesifike overflaten av de faststoffartikler som skal ifylles til syklonkammeret og som er blandet til suspensjon og som skal innføres i brennstrekningen bør utgjøre 10

2 2

til 1000 m pr kg, fortrinnsvis k0 til 300 m pr kg. Dette tilsvarer omtrent en midlere partikkeldiameter på 3 til 300 u respektiv 10 til 80 u, idet den midlere partikkeldiameter er definert således at 50 vekt$ ligger over og 50 vekt$> under den eventuelle verdi.

Oksygenrike gasser innen oppfinnelsens ramme er slike med et oksygeninnhold på minst 30 volum-, De oksygenholdige g gasser ikke fra begynnelsen står til disposisjon med den øn-skede konsentrasjon, fremstilles de ved sammenblanding av høy-prosentig oksygen med luft og/eller andre gasser. Dette kan foregå idet ved sammenblanding av de finkornede faste stoffer tilfører oksygen, luft og/eller annen gass adskilt eller blandet på forhånd.

Hvis reaksjonen av de faste stoffer som skal behandles ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med de oksygenrike gasser er endoterm eller ikke så sterkt eksoterra, at pro-sessen forløper av seg selv, iblandes til syklonkammeret eller suspensjonen en ønskelig energibærer. Med energibærer skal det forstås slike stoffer som ved forbrenning med oksygen i varme. De kan være gassformede, flytende eller faste0 Hver av disse brennstoffer kan anvendes for seg alene eller i blanding med andre.

Derved forblandes hensiktsmessig gassformede brenn-stoff med de oksygenrike gasser og faste brennstoffer med de finkornede faste stoffer som skal behandles. I stedet for kar-bonholdig brennstoffer kan det også anvendes karbonfrie stoffer som ved omsetning med oksygen frembringer varme»eksempelvis pyrit og svovel. I dette tilfelle er det selvsagt å

ta hensyn til reaksjonens karakter som ikke bør påvirkes ved dannelse av svoveldioksid.

I syklonkammeret lar det seg oppnå en utskillelses-grad med hensyn til dannet smelte og 85$ og mer.

Prinsipielt er det mulig å utryste to syklonkammere med et felles kjølekammer.

Fortrinnsvis er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendbar på pyrometallurgiske prosesser og herved spesielt til avrøsting av sulfidiske malmer, malmkonsentrater og pros-essmellomprodukter.

Oppfinnelsen kan forklares eksempelvis ved hjelp av tegningsfigurene og eksemplene.

Figur 1 viser et syklonkammer med et kjølekammer

som har en horisontal akse; Figur 2 viser et kjølekammer ifølge fig. 1 i snitt;

Figur 3 viser et syklonkammer med et kjølekammer

som har en vertikal akse;

Figur h viser to syklonkammere med et felles kjøle-kammer som har vertikal akse.

På fig. 1 er det med en brennstrekning 1 utstyrt i syklonkammer 2 forbundet med frontsiden av kjølekamme-ret 3 med horisontal akse over en forbindelseskanal k. Over led-ningen 5 tilføres det gassformede eller flytende kjølemedium. Som vist i snitt på fig. 2, består kjølekammeret av en søyle med en av en firkant og påsatt trapesdannet grunnflate. Inntreden av forbindelseskanal k er vist skravert på fig. 2.

På fig. 3 er brennstrekning 1 og syklonkammer 3 forbundet over forbindelseskanal h og et oms tyringsstykke 6 med kjølekammeret 3»Inntak av kjølemiddel foregår over ledning 5«

Fig. k viser utformning av oppfinnelsen, hvor to syklonkammere 2 med tilhørende brennstrekninger 2 har et felles kjølekammer 3»

På figurene 3 og k har kjølekamrene 3 sirkelformet tverrsnitt. For bedre uttak av de i kjølekammer i fritt fall stivnede tidligere smelteflytende partikler er det ved dets nedre ende hver gang påsatt en konus 7 méd utløpsåpning 8.

Gassuttredende er på figurene 1, 3 og 4 vist med

tallet 9 i resirkulas j onshvirvelen med 10.

Eksempel 1

Til gjennomføring av eksemplet tjente en innretning hvis hrennstrekning 1 har en diameter p 0,400 m og en lengde på 1,3 m og hvis syklonkammer 2 har en diameter på 1,3 m og

en lengde på 0,93 m. Det som strålingskammer utformede hori-sontale kjølkB-mmer 3 hadde formen ifølge fig. 2 med en firkant av sidelengde 2,1 x 1,3 m og en trapes av høyde på 1,3 m og lengden av smalsiden på 0,48 m. Kjølkammerets samlede lengde utgjorde 12,5 m.

Diameteren av utredelsesåpningen av syklonkammeret

2 og dermed av forbindelseskanal 4 målte 0,520 m. Lengden av f orbindels eskanal 4 utgjorde 0,6 ni.

Til brennstrekningen 1 ble det fylt en homogen sam-menblandet suspensjon av

6120 kg pr t pyritkonsentrat med 40 velctfo Fe, 46 vektfo S, 1 vektfo Zn og 0,6 vekt$ Pb samt

7480 Nm pr t oksygenholdig gass med 40 volum/o 0^, resten N^(pyritkonsentratets midlere partikkeldiameter 25yu) og bragt i rekasjon. Reaksjonen førte til de vesentlige produkter FeO og SO,,. I syklonkammer 2 hvor der hersket en midlere temperatur på 1620°C ble den dannede avbrann oppsamlet som smelte og fjernet gjennom en åpning i veggen i en mengde på 3650 kg pr t og granulert i vann.

Avgassen og syklonkammer 2 som fremkommer i en mengde på 7380 Nm 3pr t og hadde sammensetningen

27 volum/o S02

6.2 volunr/o H20

6,7 volum- 0£

Resten N^

kom over forbindelseskanal 4 inn i kjølekammer 3 og ble der over ledning 5 påvirket med 2900 kg pr t avfallsvovelsyre av 50°C med en syrekonsentrasjon på 65 vekt$ H^SO^. Ved fordamp-ning og spaltning av avfallssyren kjølte gassen seg av til 900° C. Kjølkammeret 3 forlot over gassuttreden 9 en- gass (9760 Nm pr t) og sammensetning

24,7 volum- S02

22 volum- H20

7.3 volum- 02

Resten .

Ved hjelp av en avkjølt transportsnekke ble det

fra bunnen av kjølkammeret 3 fjernet 100 kg pr t risledyktig støv. Oppbakninger i kjølkammer 3 kunne ikke iakttas.

Eksempel 2

Til gjennomføring av fremgangsmåten tjente den i eksempel 1 omtalte innretning, idet kjølkammeret 3 var tvangs-avkjølt mot vann,

I brennstrekningen 1 ble det innført

10 900 kg pr t kobberkonsentrat med 28,6 vekt$ Cu, 29,3 vekt$ Fe, 33,4 vekt$ S,

6,0 vekt$ SiO^, resten forurensnin-ger som Ni, As, Sb, CaO, Al^O^og MgO,

1 850 kg pr t sand 400 kg pr t kalkstein

600 kg pr t flyvestøv, som fremkom i kjølekamm-eret ,

5 340 Nm pr t oksygenholdig gass med 50 volum-

resten N^av 20 C

(midlere partikkeldiameter av det forblandede faste

stoff 50 yu)

og der omsatt til kobbersten og slagg samt SO^-holdige gass. Den flytende fase (kobbersten og slagg) ble utskilt i syklonkammer 2, hvis midlere temperatur lå ved 1600°C, i en mengde på 11 200 kg pr t og bortført over en i veggen anbragt uttaks-åpning i en forovn for adskillelse av de smelteflytende faser i sten og slagg.

Gjennom utredelsesåpningen av syklonkammer 2 kom avgassen med en temperatur på likeledes 1600°C over forbindelseskanalen 4 inn i kjølekammer 3«Gassmengden var 4680 Nm pr t, sammensetningen tilsvarte

40 volum- S0£

3 volum- 02

resten N2

På grunn av de vannavkjølte kjølekammervegger ble gasstemperaturen senket til 800°C. De med avgassen fra syklonkammer 2 innførte smelteflytende partikler stivnet i fritt fall, avsatte seg ved bunnen av kjølekammer 3 og ble med en avkjølt transportsnekke uttatt en mengde på 300 kg pr t.

De ble sammen med ydderligere ifyllingsgods igjen_tilført brennstrekningen 1.

Oppbakninger kunne ikke fastslås i kjølekammer 3»

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til termisk behandling av finkornede,, faste stoffer som ved behandlingstemperaturen gir smelteflytende og gassformede produkter med oksygenrike gasser i et syklonkammer med en aksehelning fra 0 til 15 o i forhold til horisontalen, karakterisert ved at man uttar det smelteflytende produkt som adskiller seg over en i de.t nedre område av mantelen av syklonkammeret anbra,gt åpning, innfører den fra smelteflytende produkt sterkt befridde gass-strøm gjennom en tilnærmet i syklonkammerets akseliggende åpning i avslutningsveggen inn i et kjølekammer og der senkes dets temperatur ved kjøling således at de ved inntreden i^ , kjølekammeret i gasstrømmen tilstedeværende smeltedråper av-kjøles i fritt fall under stivningspunktet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav Ikarakteris* ert ved at man innfører gasstrømmen i et kjølekammer med horisontal akse, hvis tverrsnitt minst utgjør 5»5 ganger fortrinnsvis 10 til 30 ganger flaten av åpningen i av-slutnings v egg en.;3. Fremgangsmåte ifølge krav Ikarakteris-e r t ved at man innfører gasstrømmen i et kjølekammer med vertikal akse hvis tverrsnitt minst utgjør 4,5 ganger fortrinnsvis 8 til 25 ganger flaten av åpningen i avslut-nings v egg en.;4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3 karakterisert ved at man innfører gasstrømmen i et kjø-lekammer, hvis lengde (L) tilsvarer forholdet 3~V ^ "'O-» O 0 "]/f ~" idet F betyr flaten av kjølekammeret.;5. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av krav 1 til 4 karakterisert ved at man senker temperaturen av gassen i kjølekammeret ved hjelp av en vann- eller dampkjølt kjølekammervegg.;60 Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1 til ^ karakterisert ved at man senker temperaturen av gassen i kjølekammeret ved tilsetning av gassformede eller vandig medier, som høy impuls tilføres rettet i inntre-dels ess trålen.;7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at man senker temperaturen av gassen i kjøle-kammeret ved tilsetning av gassformede vandige medier, i den resirkulasjonsstrøm som danner seg innen kjølekammeret rundt inntredelsess trålen.;8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7»karakterisert ved at man senker temperaturen av gassen i kjølekammeret ved tilsetning av gassformede eller vandige medier over flere åpninger,hvis utredelsesretningen ligger i mantelen av en tenkt kjegle med en åpning på 30 til 160°.;9. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1 til 8 karakterisert ved at man senker temperaturen av gasstrømmen til ca 100°C under de smelteflytende partiklers mykningspunkt.;10. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1 til 9*karakterisert ved at man blander faste stoff, oksygenrik gass og eventuelt energibærer under re-aksjons temperaturen til en suspensjon, innfører en hastighet som utelukker tilbaketenning i en vertikal brennstrekning og der bringe til reaksjon, og innfører den dannede nu overveiende smelteflytende partikkelholdige suspensjon i syklonkammeret.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert v, e d attman innstiller oppholdstiden i brennstrekningen således at reaksjonen av suspensjonen er avsluttet til minst 80$ ved avslutningen.

12. Anvendelse av fremgangsmåten ifølge et eller flere av kravene 1 til 11 på den pyrometallurgiske behandling av faste stoffer.

13» Anvendelse av fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1 til 11 på røsting av sulfidiske malmar, malmkonsentrater eller pros essmellomprodukter.