NO781266L - Fremgangsmaate til flyktiggjoering av sink - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til flyktiggjøring av sink.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til flyktig-gjøring av sink og eventuelt bly fra finfordelte oksydiske malmer, malmkonsentrater eller produksjonsmellomprodukter (innsatsstoff), hvor det anvendte stoff omsettes sammen med karbonholdig material og oksygenrik gass i et syklonkammer over sinks flyktiggjøringstemperatur og sink samt eventuelt medflyktiggjort bly kondenseres fra avgasstrømmen fra syklonkammeret ved avkjøling.

Ved den pyrometallurgiske utvinning av sink fra sinkmalmer eller sinkoksyder har det spesielt vist seg egnet sjaktovner, hvori det foregår en reduksjon til metallisk sink. Sink unviker sammen med de ytterligere reaksjonsgasser i form

av sinkdamp og utskilles vanligvis i en etterkoblet kondensator som f.eks. arbeider med smelteflytende bly av ca. 5 00°C (tyske patent nr. 823.937, 824.259, 941.391, 943.726, 965.954).

Ved siden av anvendelse av sjaktovner er det også kjent en varmebestandig utforet vertikalsyklon til reduksjon og fordampning av sink. Under den befinner det seg et slaggkammer for smelteflytende på syklonveggen nedadløpende produkt. Dens gassledning er forbundet med en kondensator (britisk patent nr. 971.729).

Enskjønt forarbeidelsen av sinkmalmer i sjaktovner

i betraktelig utstrekning kunne anvendes, ligger det en ulempe i dens lille produksjonsydelse pr. reaktorvolumenhet. En ytterligere ulempe er begrunnet ved den vanskelighet innen sjaktovnen å innstille resp. opprettholde den ønskede gassatmosfære. På grunn av den til sjaktovndrift generelt nødvendige gasspermeabi-litet er det nødvendig med anvendelsen av et grovkornet koks med relativt snevert kornspektrum. Det er også ved sinkflyktiggjøring

i sjaktovner vanligvis nødvendig å heve avgasstemperaturen ved etterforbrenning av avgassene for derved å hindre eller å ned-sette reoksydasjonen av det metalliske sink til sinkoksydftysk patent 941.391).

Ved den kjente sinkflyktiggjøring i syklonkammeret mangler det spesielt en hensiktsmessig tilbakeføring av avgassenes latente energiinnhold i prosessen. Også kan den ved syklon-kammerprosessen vanlige høye avgasstemperatur føre til vanskelig-heter ved drift av kondensatoren.

Oppfinnelsens oppgave er å tilveiebringe en fremgangsmåte som ikke har de kjente spesielt ovennevnte ulemper, er enkel i gjennomføring og muliggjør en høy energiutnyttelse.

Oppgaven løses idet fremgangsmåten av den innledningsvis nevnte type ifølge oppfinnelsen utformes således at man gjennomfører flyktiggjøring av sink i et syklonkammer med en aksehelling i forhold til horisontalen fra 0 til 15° ved en temperatur over 1300°C, fra avgassen til det etterkoblede kondensasjonstrinn fjerner karbondioksyd og tilbakefører den derved dannede karbonmonoksydrike gass i syklonkammeret og/eller før kondensasjonstrinnet.

Oksygenrike gasseirrinnen oppfinnelsens ramm er slike med et oksygeninnhold på minst 30 volum%. Hvis de ikke står til disposisjon med den ønskede konsentrasjon, fremstilles de ved sammenblanding av luft og høyprosentig oksygen. Dette kan foregå idet luft og oksygen adskilt eller på forhånd blandet tilføres syklonkammeret.

Den spesifikke geometriske partikkeloverflate av

de anvendte stoffer bør utgjøre 10 til 1000 m 2/kg, fortrinnsvis 40 til 3 00 m o/kg. Dette tilsvarer omtrent en midlere partikkeldiameter fra 3 til 300 y, resp. 10 til 80 y, idet den midlere partikkeldiameter er definert således at 50 vekt% ligger over og 50 vekt% under den eventuelle verdi.

Som karbonholdig materiale kan det anvendes faste, flytende eller gassformede brennstoffer, innbefattende kårbon-oksydgass.

Avkjølingen av syklonkammeret foregår hensiktsmessig ved vanndampfordampning ved minst 10 atm. trykk.

Den midlere oksygenkonsentrasjon av de i syklonkammeret innførte oksygenrike gasser utgjør fortrinnsvis 40 til 80 volum%.

Innføringen av det anvendte stoff og det karbonholdige materiale i syklonkammeret foregår fortrinnsvis i retning av sekanter. Ved dannelse av syklonveggen som dampavkjølt, stiftet og med sfeampemasse utforet rørvegg, lar det seg ved innfrysning oppnå et tynt sjikt av stivnet smelteprodukt en natur-lig beskyttelse av syklonveggen.

Temperaturen i syklonkammeret innstilles fortrinnsvis på over 1450°C.

Den i syklonkammeret praktisk talt fullstendig ut-skilte smelteflytende slagg - en utskillingsgrad på 85% og høyere er oppnålig - uttas over en i syklonkammerets mantel anbragt åpning i en ovn, kan der separeres fra eventuelt verdifulle stoffer som befinner seg med i smeiten.

Kondensasjonen av den i avgasstrømmen fra syklonkammeret inneholdte sink og eventuelt bly kan foregå ved tilbake-føring av så høye mengder karbonoksydrike gasser, at metallene kondenseres direkte. Dette er tilfelle ved avkjøling til ca. 700°C. Fortrinnsvis foregår imidlertid kondensasjonen ved vasking med skurer av smelteflytende bly og/eller sink av en temperatur på ca. 500°C. Derved adskilles de i dampfasen befinnende metaller praktisk talt fullstendig oppløses i metallsmelten. Fra metallsmelten kan da ved avkjøling en metallisk sinkfase adskilles og separeres eller også overskytende sink utsluses.

I tilknytning til kondensasjonen foregår fjerning av karbondioksyd fra gasstrømmen. Dette kan foregå ved sterk av-kjøling av gassen, eventuelt under ekstra anvendelse av trykk, spesielt fordelaktig imidlertid ved vasking av gassen med egnede vaskevæsker, som opptar karbondioksyd absorbtivt, som lavere-alkylolaminer, fe.ks. monoetanolamin, eller også pottaskeoppløs-ning. Ved oppvarming ved anvendelse av pottaskeoppløsning i tillegg ved foregående avspenning, kan vaskevæsken regenereres til fornyet absorbsjon av karbondioksyd.

Den fra karbondioksyd mest mulig befridde og spesielt karbonmonoksydrike gasstrøm tilbakeføres tilsvarende oppfinnelsen i det minste delvis i syklonkammeret, og/eller før kondensasjonstrinnet i prosessen. Foregår karbondioksydfjerningen ved vasking, er det å anbefale å fjerne det høye vanndampinnholdet i gassen, f.eks. ved vasking med svovelsyre. Ved utførelsesformen ifølge oppfinnelsen med tilbakeføring av karbonmonoksydrikegass i syklon kammeret kan det innspares en betraktelig den av de forøvrig nødvendige karbonholdige materialer, da gasstrømmen på grunn av sin sterke karbondioksydfrihet og sitt høye karbonmonoksydinn-

hold har en betraktelig varmverdi. Gassenes energiinnhold lar seg dessuten øke ytterligere når i en ytterligere fordelaktig utførmning av oppfinnelsen gassen foroppvarmes ved indirekte varmeutveksling. Den hertil nødvendige varme kan leveres ved forbrenning av en overskytende ikke i prosessen tilbakeførbar del av den karbonmonoksydrike gass.

Ved den andre utførelse av oppfinnelsen som er kom-binert med ovennevnte, avkjøles den i det vesentlige karbon-dioksydf rie og høye karbonmonoksydholdige gass i varmgasstrømmen i syklonkammeret umiddelbart før dets inntreden i kondensatoren. Ved den foretrukne senkning til ca. 800°C undertrykkes best mulig reoksydasjonenav sinkdampen til sinkoksyd og dermed trass-dannelsen. På samme måte virker i tillegg den ved tilbakegass-tilsetning bevirkede nedsettelse av partialtrykket av sinkdamp og karbondioksyd.

En ytterligere fordelaktig utførelse ifølge oppfinnelsen består i å blande det anvendte stoff/~~~den~ oksygenrike gass og karbonholdig materiale under reaksjonstemperaturen til en suspensjon, innføre med en hastighet som utelukker tilbaketenning i en over syklonkammeraksen praktisk talt rettvinklet anordnet brennstrekning, og der bringe til reaksjon, og å innføre den dannede nå overveiende smelteflytende partikkelholdige suspensjon i syklonkammeret. I>'dennesammenheng innstilles hensiktsmessig oppholdstiden i brennstrekningen således at suspensjonens reaksjon er avsluttet til minst 80% ved uttaket.

Inntaket av suspensjonen med en hastighet som utelukker tilbaketenning kan foregå på forskjellig måte. Eksempel-vis kan blandingen av reaksjonskomponentene gjennomføres alle-

rede således at suspensjonen har en tilsvarende høy hastighet. Spesielt fordelaktig er det imidlertid før brennstrekningen å innbygge en med dyselignende forsnevring utrustet inntaksinnret-ning, hvori det foregår en aksellerering til en tilstrekkelig stor hastighet. Ved denne forholdsregel oppløses de ellers i suspensjonen lett opptredende strenger og baller. Suspensjonen homogeniseres fullstendig og dermed gjøres partikkeloverflaten fullstendig nyttbar for reaksjonen. Den til tomrøret refererte

gasshastighet i brennstrekningen utgjør ca. 8 til 30 m^sek.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er anvendbar for opparbeidelsen av sinkholdige materialer av ønsket beskaffenhet. Det kan derved dreie seg om materialer med sammenligningsmessig like blyinnhold, som praktisk talt kvantitativt forflyktes med sinken, men også om slike hvis blyinnhold eventuelt er høyere enn sinkinnholdet. I dette tilfelle flyktiggjøres nu bare en ubetydelig del av blyet. Hovedmengden av det metalliske bly ved utformningen av oppfinnelsen med forkoblet brennstrekning som dannes allerede i brennstrekningen, fjernes deretter fra selve syklonkammeret og føres inn i herden til separasjon fra slagget.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til figuren og utførelseseksempler.

Figuren viser et forenklet arbeidsdiagram og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Oksydisk sinkmalm og koks innføres fra forrådsbunker

1 resp. 2 gjennom doseringsbåndvekter 3 resp. 4 i en blandeinn-retning 5. Herifra tilføres blandingen over ledning 6 til brennstrekning 7 etter at den på forhånd ved tilsetning av oksygen-

rik gass over ledning 8 og hvis tilsiktet - av karbonmonoksyd-riketilbakegass over forvarmer 9 og ledning 10 har fått en grundig, gjennomBlanding av faststoff og gass.

Fra brennstrekningen 7 kommer den i det vesentlige av smelteflytende partikler og gass bestående suspensjon inn i syklonkammeret 27. Den smelteflytende fase uttas over en i veggen av syklonkammeret anbragt uttaksåpning og ledning 11. Gasstrømmen kommer inn i en kondensator 12 drevet med smelteflytende bly, hvori det ved røreinnretningen 13 frembringes en metalldusj. I

en utførelsesform av oppfinnelsen kan det umiddelbart før inntreden av gasstrømmen i kondensatoren 12 tilblandes karbonoksyd-rik returgass over ledningen 14.

Kontinuerlig føres metallsmelten fra kondensatoren 12 over kjøleren 15 og befris der for separerttsink, som utsluses over ledning 16.

Avgassen av kondensatoren 12 kommer over ledning 17 inn i en gassvasker 18, hvori sink-og blyholdige svevestoffer adskilles, deretter i en dråpeutskiller 19 og endelig i en vasker 20 for fjerning av karbondioksyd. Den med karbondioksyd oppladede vaskevæske befris i regeneratoren 21 for karbondioksyd, som over ledning 22 f.eks. kommer til fyllanlegg. Den regenererte vaskevæske tilbakeføres over ledning 23 inn i vaskeren 20.

Den for karbondioksyd befridde og karbonmonoksydrike gass befris i en gasskjøler 24 for vanndamp og tilføres over ledning 25 etter valg ledning 10 og/eller ledning 14. En overskytende delstrøm kan avgrenes over ledning 26 og etter forbrenning anvendes til oppvarmning av forbarmeren 9.

Eksempel 11

Til flyktiggjøring av sink tjente et syklonkammer 27 med en diameter på 900 mm og en lengde på 990 mm, samt en foran-koblet brennstrekning 7 med en tverrsnittsflate på 225 x 410 mm og en lengde på 1000 mm.

Brennstrekningen 7 ble belastet med

33 30 kg/time sinkoksydkonsentrat med 66 vekt% Zn og

1,3 vekt% Pb

1220 kg/time koks med 83,5 vekt% C og 2,5 vekt%

hydrogen, samt

1130 kg/time kalk.

De faste anvendte stoffer var på forhånd blandet godt. Blandingen hadde en midlere partikkeldiameter på 60 y.

Dessuten ble det over ledning 8 tilført 1950 Nm 3/time oksygenholdig gass med 80 volum% 0~ og 20 volum% nitrogen, samt over ledning 10 3000 Nm 3/time returgass med 35 volum% CO,

0,05 volum% C02fr 7,2 volum% H2, 0,01'volum% H20, resten N2og en temperatur på 400°C.

I syklonkammeret innstilte det seg en reaksjonstem-peratur på 1500°C. Gassene som forlater syklonkammeret 27 i en mengde på o 6400 Nm 3/time hadde sammensetning:

Dens temperatur utgjorde 1500°C.

Fra cyklonkammeret 27 ble det over ledningen 11 uttatt 1570 kg/time smelte, overveiende slagg, i en avsetningse herd.

Deretter kom gassene med en temperatur på 1500°C inn i kondensatoren 12, hvori de ble behandlet med en dusj av smelteflytende metall som har en temperatur på 44 0°C og til 98 vekt% besto av metallisk bly og til 2 vekt% av metallisk sink. Ut-tredelsestemperaturen av det smelteflytende metall ved over-gangen i kjøleren 15 lå ved 550°C, sinkinnholdet var øket til 2,26 vekt%.

Over ledning 17 ble det bortført 564 0 Nm /time gass med sammensetning:

i vaskeren 18.

Gassen som inntrådte med en temperatur på 4 50°C ble ved overrisling med en vannmengde på 35 m^/time avkjølt til 40°C. Dessuten ble det utskilt 22 5 kg/time sink- og blyholdige svevestoffer.

Gassen, hvis mengde ved vannvaskingen var øket til 5960 Nm 3/time ble deretter innført i vaskeren 20 til fjerning av karbondioksyd og ved berøring med en vandig oppløsning av monoetanolamin befridd for karbondioksyd til et restinnhold på 0,05 volum%. Den ved karbondioksyd-fjerningen til 4290 Nm 3/time reduserte gassmengde kom deretter inn i gasskjøleren 24, som av-kjølte avgassen til 20°C og sterkt fjernet vanninnholdet. '

Etter å ha forlatt gasskjøleren 24 fremkom en gassmengde på 4090 Nm 3/time am. vpm. som — som nevnt ovenfor - ble tilført 3000 Nm 3/time over ledning 25 og 10 til syklonkammer 27. Den gjenblivende gassmengde på 960 Nm 3/time tjente etter forbrenning i det vesentlige til foroppvarming av hovedgasstrømmen i for oppvarme ren 9 .

Eksempel 2

Til innretningen brennstrekning 7/syklonkammer 27 ifølge Eksempel 1, ble det over ledning 6 ført:

(De faste anvendte stoffer var på forhånd blandet godt. Blandingen hadde en midlere partikkeldiameter på 60 y).

Over ledning 8 ble det tilført oksygenholdig gass med 50 volum% 02, resten N2med en temperatur på 20°C.

Fra syklonkammer 27 ble det over ledning 11 bortført 1650 kg/time smelte i en avsetningsherd.

Med samme temperatur trådte avgassene i en mengde på 5550 Nm 3 /time ut fra syklonkammeret 27. Den hadde sammenset;<->ning:

Umiddelbart før inntreden av gassen i kondensatoren 12 ble det tilblandet 6340 Nm 3/time returgass med en temperatur på 4 0°C og sammensetning:

Derved øket gassmengden seg til 11.89 0 Nm 3/time, gassens blandingstemperatur reduserte seg til 800°C. Bland&ngs-gassens sammensetning var

Med den ovennevnte temperatur ble gassene innført

i kondensatoren 12, som ble drevet med en metallsmelte på 2,02 vekt% sink, resten bly, av 440°C, der befridd fra praktisk talt samlet dampvarmet sink og bly og avkjølt til 4 50°C. Det over kjøler 15 sirkulerte smelteflytende metall hadde ved inntreden en temperatur på 550°C og et sinkinnhold på 2,35 vekt% (resten bly). Ved uttreden fra kjøleren 15 var temperaturen sunket til 44 0°C og sinkinnholdet ved separering til 2,02 vekt%. I kondensatoren 12 fremkom 320 kg/time trass.

Den i en mengde på 11.130 Nm 3/time fra kondensatoren 12 over ledning 17 uttredende gass hadde sammensetningen:

Den ble i vannvaskeren 18 ved ompumping bragt i kontakt med 35 m<3>/time vann og derved avkjølt til 4 0°C. Derved ble det også utskilt 225 kg/time sink- og blyholdige svevestoffer.

Ved opptak av fuktighet øket avgassmengden seg som ble tilført vaskeren 20 for karbondioksyd-fjerning til 11.400 Nm 3/ time. I vaskeren 20 foregikk gassvaskingen med en vandig monoetanolamin-oppløsning til et C0 z 9-restinnh3old på ca..0,05 volum%. Den resulterende gassmengde på 10.030 Nm /time kom i gasskjøleren 24 som avkjølte avgassen til 20°C og befridde gassen best mulig for vanndamp.

Etter å ha forlatt gasskjøleren 24 utgjorde gassmengden 9.74 0 Nm 3/time, hvorav som innledningsvis nevnt -

6340 Nm 3/time umiddelbart før kondensatoren 12 over ledning 25

og 14 ble tilbakeført i prosessen. Den resterende gass ble til-ført som varmgass til andre anvendelsesformålr

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til flyktiggjøring av sink og eventuelt bly fra finfordelte oksydiske malmer, malmkonsentrater og produksjonsmellomprodukter (anvendt stoff), hvor det anvendte stoff sammen med karbonholdig material og oksygenrik gass omsettéssi en syklon over flyktiggjøringstemperaturen for sink, og sink samt eventuelt medflyktiggjort bly kondenseres fra avgass-strømmen fra syklonkammeret ved avkjøling, karakterisert ved at man gjennomfører flyktiggjøringen av sink i et syklonkammer med en aksehelling i forhold til horisontalen fra 0 til 15° ved en temperatur over 1300°C fra avgassen fra det etterkoblede kondensasjonstrinn, fjerner karbondioksyd og derved tilbakefører dannet karbonmonoksydrik gass i syklonkammeret og/eller før kondensasjonstrinnet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man gjennomfører flyktiggjøringen ved en. temperatur over 14 50°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de dampformede metaller kondenserer fra syklonkammerets gasstrøm ved hjelp av flytende bly- og/eller sinkmetall..

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at man senker gasstrø mmens temperatur før konden-sas jonstrinnet ved tilbakeføring av karbonmonoksydrik gass til ca. 800°C.

5. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at man foroppvarmer i syklonkammeret tilbakeført karbonmonoksydrik gass ved indirekte varmeutveksling.

6. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at man blander det anvendte stoff, oksygenrik gass og karbonholdig materiale under reaksjonstemperaturen til en suspensjon, innfører en hastighet som utelukker tilbaketenning i en i forhold til syklonkammeraksen praktisk talt rettvinklet anordnet brennstrekning og der bringer til reaksjon og innfører den dannede suspensjon som nu overveiende inneholder smelteflytende partikler i syklonkammeret.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at man innstiller oppholdstiden i brennstrekningen således at suspensjonens reaksjon ved uttaket er avsluttet til minst 80%.

8. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-7, karakterisert ved at man ved ifylling av bly-rike anvendte stoffer fjerner smelteflytende metallisk bly fra syklonkammeret.