Przedmiotem wynalazku jest sposób ciaglego prowadzenia procesów w których pochlaniane jest cieplo, zwlaszcza endotermicznych reakcji redukcji metalurgicznych. Wynalazek umozliwia ciagle prowadzenie endotermicznych reakcji redukcji, przykladowo miedzy stalymi skladnikami redukujacymi zawierajacymi wegiel i stalymi tlenkami, których prowadzenie w sposób ciagly napotykalo na duze trudnosci.Sposób ten z latwoscia daje sie przystosowac do przemyslowego wykorzystania w procesie segregacji rud miedzi i niklu, za pomoca którego zwiazki miedzi i niklu redukuje sie, bez wytapiania ich z rud tlenkowych,do postaci czastek metalicznych takiej wielkosci, ze mozna je nastepnie oddzielic od skaly plonnej za pomoca flotacji lub w przypadku niklu równiez przez rozdzial magnetyczny. Sposób wedlug wynalazku stanowi ulepszenie w omawianym procesie na etapie redukcji i jest szczególnie przydatny dla garnierytowej rudy niklowej.W trakcie badan laboratoryjnych stwierdzono, ze proces segregacji moze byc zastosowany do wydzielania niklu z rud tlenkowych. Badania te potwierdzily to, ze mieszajac tlenkowe rudy niklowe z CaCI2 • 2H20 i koksem w dokladnie zdyspergowanej postaci, a nastepnie ogrzewajac mieszanine w atmosferze azotu do okolo 1000°C i utrzymujac ja w tej temperaturze przez odpowiedni okres czasu doprowadza sie mieszanine do tego, ze nikiel imala ilosc zelaza wydzielaja sie w postaci czastek, które moga byc nastepnie oddzielone od skaly plonnej przez flotacje lub za pomoca magnesów.Nie opracowano jednakze sposobu, który móglby byc zastosowany na skale przemyslowa. Jedna z trudnosci napotykanych w przemyslowym stosowaniu procesu rozdzielania polega na utrzymaniu odpowiedniej atmosfery w naczyniu, w którym prowadzi sie reakcje. Proces przebiega najlepiej, gdy w sklad atmosfery w naczyniu wchodza tylko gazy wytworzone w samym procesie.Zagadnienie wprowadzenia tzw. procesu segregacji na skale przemyslowa zostalo rozwiazane w procesie TORCO przeznaczonym do segregacji rudy miedzi. Polega on na tym, ze najpierw rude redukuje sie wstepnie2 90 954 ogrzewajac do wystarczajaco wysokiej temperatury i wprowadza nastepnie bez dalszego doprowadzania ciepla razem z reagentami do specjalnego pieca, w którym ma miejsce proces. Proces ten nie nadaje sie do wykorzystania dla rud niklu, gdyz wymagalby wstepnego ogrzania rudy do temperatury 1200—1300°C.Jednakze/ jak stwierdzono wstepne ogrzewanie rudy do temperatury powyzej 900°C obniza uzysk niklu przy rozdzielaniu, poniewaz uzysk maleje wraz ze wzrostem temperatury wstepnego nagrzewania w temperaturze powyzej 900°C. Niezaleznie od powyzszego nie istnieje w ogóle mozliwosc wstepnego ogrzewania rudy garnierytowej do temperatury 1200—1300°C, poniewaz ruda ulega wyraznemu spiekaniu, gdy tylko temperatura przekroczy 1150°C.Celem wynalazku bylo przystosowanie procesu segregacji do rud niklu na skale przemyslowa, przez opracowanie sposobu prowadzenia redukcji w warunkach optymalnych, zwlaszcza w odniesieniu do atmosfery pieca, umozliwiajac w tym samym czasie rozdrobnienie rudy do czastek o bardzo drobnych wielkosciach. To rozdrobnienie rudy jest niezbedne dla umozliwienia oddzielania zelazoniklowych czasteczek od skaly plonnej srodkami mechanicznymi.Wedlug wynalazku endotermiczne reakcje redukcji metalurgicznych prowadzi sie w izolowanym cieplnie naczyniu reakcyjnym zwanym piecem mechanicznym, obracanym z predkoscia nizsza od predkosci przy której zanika ruch wsadu wzgledem sciany pieca w miejscu najblizszym tej scianki. Skladniki biorace udzial w reakcji sa stale wprowadzane do pieca w temperaturze otoczenia lub wstanie wstepnie ogrzanym, a otrzymane produkty reakcji wyladowywane sa w sposób ciagly, przy czym zaladunek surowców i wyladunek produktów reakcji prowadzi sie w taki sposób, aby zapobiec wprowadzaniu powietrza do przestrzeni pieca. Cieplo potrzebne na ogrzanie wsadu pieca do temperatury niezbednej do prowadzenia procesu dostarcza sie jedynie przez obracanie pieca.Jak podano powyzej sposób wedlug wynalazku realizuje sie w odpowiednim piecu. W piecu tym komora i glowice maja sztywna powloke wewnatrz której znajduje sie warstwa izolujaca cieplnie, pokryta wykladzina zaroodporna, odporna na scieranie i korozje powodowana przez gazy reakcyjne, przy czym otwory do ladowania i wyladowywania wsadu maja uszczelnienie dla uniemozliwienia przenikania powietrza do komory pieca.Jesli w procesie rozdzielania rudy niklowej wprowadzi sie do obracanego mechanicznie pieca rude kalcynowana w temperaturze 700—900°C bez ochladzania, lacznie z koniecznymi reagentami, zuzycie energii wynosi 200-300 kWh na 1 tone kalcynowanej rudy. Stanowi to polowe ilosci energii potrzebnej do stopienia goracej kalcynowanej rudy w piecu elektrycznym i wyprodukowania zelazoniklu w procesie stosowanym obecnie powszechnie przy przerobie rud garnierytowych.P r z y k l a d. Sposób wedlug wynalazku mozna realizowac w urzadzeniach uwidocznionych na zalaczonych rysunkach. Fig. 1 przedstawia piec, w którym wsad jest dostarczany po uprzednim wstepnym podgrzaniu i ewentualnie kalcynowany w innym piecu,fig. 2 podobny piec,w którym material opuszczajacy piec mechaniczny jest chlodzony powietrzem w rekuperacyjnym wymienniku ciepla, a uzyskane w ten sposób wstepnie ogrzane powietrze wykorzystuje sie nastepnie do spalania w piecu pierwszym, fig. 3 — piec w którym material dostarczony polega przeróbce bez wstepnego podgrzewania, fig.4 —piec w którym material wyladowywany chlodzi sie za pomoca wymienników ciepla, a powietrze podgrzane sluzy do zasilania wymiennika ciepla po stronie ladowania i podgrzewania materialu ladowanego do pieca.Wszystkie figury pokazuja jeden i ten sam piec mechaniczny, który jest wyposazony w rózne pomocnicze urzadzenia do realizacji sposobu wedlug wynalazku. Czesci wspólne na róznych figurach oznaczone sa tymi samymi liczbami.Piec ma postac prostego cylindra 1 o poziomej osi 2 i lekko stozkowych glowicach 3. Piec wypelnia sie nieco mniej niz do polowy ruda i srodkami rozdrabniajacymi 4. Wsad nagrzewa sie na skutek obracania sie pieca dookola jego osi poziomej.Sciany pieca skladaja sie z powloki stalowej 5, wylozonej izolujaca cieplna warstwa 6. Wewnatrz warstwy 6 izolujacej cieplnie znajduje sie zaroodporna wykladzina 7. Wykladzina zaroodporna 7 ma dobra odpornosc na scieranie mechaniczne oraz na inne warunki panujace wewnatrz pieca. Wykladzina zaroodporna 7 wykonana jest na przyklad z lanego tlenku glinu lub weglika krzemu. Kazde zakonczenie pieca ma umieszczony centralnie czop, w którym jest wykonany centralny otwór 8, 9. Otwór 8 posiada nieco wieksza srednia niz otwór 9. Piec jest w pozostalej czesci calkowicie uszczelniony. Materialy uzywane w reakcji sa dostarczane przez otwór 9, a produkty reakcji sa wyladowywane przez otwór 8. Gdy jednym ze skladników reakcji jest gaz, moze okazac sie korzystne w pewnych okolicznosciach wprowadzanie go przez otwór 8, a wyprowadzanie przez otwór 9. W ten sposób wchodzacy gaz razem z gazem wytwarzanym w piecu bedzie przeplywal w przeciwpradziedo materialów stalych. Nawet wtedy gdy nie dostarcza sie do pieca reagentów gazowych, moze byc korzystne wyprowadzanie wytwarzajacych sie gazów przez otwór 9.90954 3 Materialy stale z zasobnika 11, w którym jest magazynowana mieszanina wsadu,dostarcza sie do wnetrza pieca za pomoca przenosnika srubowego 10.Na fig. 1 i 2 przedstawiono piec dostosowany do obróbki sposobem wedlug wynalazku garnierytowych rud niklowych, które poza zawartoscia co najmniej 20% wody w postaci wilgoci powierzchniowej zawieraja równiez co najmniej 10% wody zwiazanej chemicznie. Te wilgoc usuwa sie przez kalcynowanie rudy, korzystnie po czesciowym wysuszaniu, przesianiu i wstepnym rozdrobnieniu. Material wstanie ogrzanym do temperatury 700—900°C przenosi sie do*pieca razem z koniecznymi reagentami.Piec ma podgrzewacz 12 gdzie ruda jest wstepnie ogrzana i z którego spada do zasobnika 11. Podgrzewacz 12 jest zasilany goracym powietrzem z przewodu 38 za pomoca wentylatora 34. Przenosnik srubowy 10 moze korzystnie byc zaopatrzony w wal chlodzony woda. Inne skladniki takie, jak wegiel i chlorek wapnia, stosowane w procesie segregacji niklu, dodaje sie korzystnie po podgrzaniu rudy i dostarczane sa do zasobnika 11 z oddzielnego zasobnika 13.Na fig. 3 przedstawiono piec do którego doprowadza sie skladnik plynny. Piec ma przewód 40 przecho¬ dzacy przez wydrazony wal 41 przenosnika srubowego. Plyn pompuje sie ze zbiornika 43 za pomoca pompy 42.Przewód 40 jest uszczelniony wzgledem walu za pomoca dlawicy 44. Wprowadzenie skladnika gazowego lub wy¬ prowadzenie gazów wytworzonych w procesie, przez otwór 9 moze byc przeprowadzone w zasadzie w ten sam sposób, jak doprowadzanie skladnika w stanie plynnym, na przyklad poprzez wydrazony wal 41 przenosnika srubowego.Material staly dostarcza sie do zasobnika 11 za pomoca przenosnika tasmowego 45. Poziom materialu w zasobniku 11 wskazywany jest przez czujniki poziome 14, na przyklad czujniki typu opartego na promieniowaniu gamma.Piec podparty jest na lozyskach hydrostatycznych 15 przy czopach wlotowym i wylotowym. Czopy lozyskowe tak, jak pozostala czesc pieca sa zaopatrzone w warstwe izolujaca cieplnie oraz wykladzine z materialu zaroodpornego i odpornego na scieranie. Lozyska 15 sa chlodzone obiegowo olejem podtrzymujacym czopy. W celu ulatwienia transportu materialu poprzez czopy wlotowy i wylotowy, wnetrze wykladziny moze byc wykonane w postaci gwintu 16.Otwór czopa wylotowego jest umieszczony bezposrednio w zasobniku 19. Zasobnik 19 jest calkowicie uszczelniony, za wyjatkiem wylotu 37 gazu. Do wylotu 37 gazów odlotowych podlaczone jest urzadzenie oczyszczajace gazy odlotowe wraz z kolektorem 31. Poziom materialu jest sygnalizowany i sterowany za pomoca czujników 20, na przyklad typu opartego na promieniowaniu gamma. Wyladowanie zasobnika moze byc przeprowadzane przez podajnik 21' typu komorowego lub srubowego. W tych przypadkach, kiedy zalezy na ochronie goracógo materialu przed utlenianiem, wskazane jest aby material opadal do rynny zsypowej 22 (fig. 4). Spadajacy material napotyka szeroki strumien wody 23 skierowany w kierunku rynny zsypowej. Ilosc zuzywanej wody reguluje sie tak, aby nastapilo gwaltowne ochlodzenie materialu do temperatury ponizej 100°C bez tworzenia nadmiernych ilosci pary. Strona zewnetrzna zasobnika 19, wal i obudowa podajnika srubowego 21 moga byc chlodzone woda.Objetosc gazów wylotowych z pieca jest w zasadzie mala. Jednak zasobnik 19 wyladowywanego z pieca materialu moze byc wyposazony w komore pylowa 36, w której osiada wieksza czesc pylu towarzyszacego gazom. W przypadku, gdy, gazy piecowe sa wydzielane przez otwór 9, umieszcza sie w nim równiez odpowiednie wyposazenie.W piecu pokazanym na fig. 2 i 4 material jest chlodzony posrednio przed osiagnieciem zasobnika,a cieplo w ten sposób otrzymane jest wykorzystywane do podgrzewania powietrza do spalania,do wstepnego nagrzewania pieca lub do wstepnego nagrzewania materialu dostarczanego do pieca. Zarówno chlodzenie jak i wstepne nagrzewanie przeprowadzane jest za pomoca bebnów zawierajacych wewnetrzne powloki 24 i zewnetrzne powloki 25 z materialu zaroodpornego. Powloki 24 wewnetrzne sa dolaczane do czopów wlotowego i wylotowego za pomoca kolnierza 26. Wewnetrzne powloki 24 maja wewnetrzny gwint 27, który transportuje material podczas obrotowego bebna. W przestrzeni miedzy wspólsrodkowymi powlokami 24 i 25 bebna znajduja sie stalowe srubowe zeberka 28, których krótsze strony sa sztywno polaczone z powlokami 24,25 lub przynajmniej tworza uszczelnienie z powierzchnia powloki. Stalowy pierscien 29 jest umieszczony blisko zakonczenia zewnetrznej powloki 25 bebna dalej od pieca. Pierscien stalowy 29 jest podtrzymywany przez walki . Zewnetrzna powloka 25 jest nieco krótsza od powloki wewnetrznej 24. Nieruchoma, wykonana w postaci spirali obudowa 33 tworzy uszczelnienie z kolnierzami 26 i 32 na koncu wlotowym bebna chlodzacego oraz na obu koncach wlotowych i wylotowych bebna podgrzewajacego (fig. 4). Obudowa 33 moze byc dolaczona do wentylatora 34, który przepycha podgrzane powietrze przez przewód 38' do podgrzewacza 12, gdzie jest zuzywane jako powietrze do spalania (fig. 2).Piec przedstawiony na fig. 4 ma dwie obudowy 33 po stronie wlotowej i wylotowej bebna polaczone za pomoca przewodu 38". Obudowa konca wlotowego bebna jest dolaczona do wentylatora 39. Wentylator 394 90 954 zasysa powietrze z konca wylotowego bebna chlodzacego poprzez srubowa przestrzen utworzona przez stalowe zebro 28 I dwie powloki 24, 25. Powietrze wstepnie ogrzane jest tloczone przez przewód 38" i przez beben do podgrzewania i jest chlodzone zanim przejdzie do wentylatora 39.Na koncach wlotowym i wylotowym pieca znajduje sie uszczelnienie 35, które zapobiega dostawaniu sie powietrza do pieca oraz zetkniecia sie go z goracymi produktami reakcji. Material w zasobnikach 11,19 na obu koncach pieca jest utrzymywany powyzej z góry okreslonego poziomu, co zapobiega wydostawaniu sie gazów wylotowych i dostawaniu sie powietrza do pieca przez podajniki 10, 21. Gaz wytwarzajacy sie w piecu jest odprowadzany przez wylot gazowy, w którym cisnienie jest utrzymywane na poziomie cisnienia w piecu redukcyjnym i otaczajacej atmosfery.Piec moze byc napedzany róznymi sposobami. Jeden ze sposobów, korzystny pod wzgledem technicznym i ekonomicznym, polega na napedzaniu za pomoca jednego, a w przypadku wiekszych mocy, dwóch pierscieni zebatych, umieszczonych na glowicach wsadowej i/lub wyladowczej na tym samym kolnierzu, który laczy glowice z powloka. Naped pierscieni zebatych odbywa sie w znany sposób za pomoca walka zebatego,zebatego kola redukcyjego lub silnika.Zamiast zakladania pierscienia zebatego na glowicach, mozna go zalozyc na czopach lozyskowych poza lozyskami. Przy takich rozwiazaniach srednica pierscienia zebatego nie wplywa ograniczajaco na srednice pieca.Calkowicie odmienny sposób napedzania polega na napedzaniu pieca bezposrednio za pomoca synchronicznego silnika elektrycznego o niskiej czestotliwosci, którego stojan 17 obejmuje powloke pieca, a wirnik 18 jest przytwierdzony do powloki (fig. 1, 2, 3 i 4). Mozliwe jest równiez przymocowanie silnika do czopa pieca. Bezposredni naped jest szczególnie korzystny przy bardzo duzych mocach. Ma to jeszcze i te zalete, ze moze byc zmieniana szybkosc obracania. Regulujac szybkosc obracania, mozna regulowac ilosc energii na tone materialu przechodzacego przez piec przy stalym wsadzie. Jest to niemozliwe przy uprzednio opisanym sposobie napedu, chyba ze sa zastosowane specjalne silniki napedowe.W celu umozliwienia chlodzenia pieca podczas konserwacji i przegladów, konieczne jest zapewnienie napedzania pieca z mala predkoscia w granicach od jednej dziesiatej do jednej setnej szybkosci normalnej. Jezeli piec jest zasilany normalnymi ilosciami materialu nie ogrzanego wstepnie, piec ochlodzi sie bardzo szybko.Zmniejszenie predkosci mozna osiagnac znanymi sposobami dla dowolnego rodzaju stosowanego napedu.Piec obraca sie z szybkoscia nizsza od tak zwanej szybkosci krytycznej, powyzej której wsad znajdujacy sie najblizej scian przestaje przemieszczac sie wzgledem sciany.Przy szybkosciach nizszych od szybkosci krytycznej wsad bedzie poruszany energicznie na skutek obracania sie pieca. Przez dobranie dla pieca wystarczajaco duzej dlugosci i srednicy oraz przez zabezpieczenie scian pieca, mozna wytwarzac cieplo konieczne do prowadzenia procesu wylacznie przez przemieszczanie mieszaniny reakcyjnej wewnatrz pieca. Równoczesnie dzialanie obracajacego sie pieca zapewnia skuteczne wymieszanie i mechaniczne rozdrobnienie (sproszkowanie) wsadu. Obydwa te czynniki sprzyjaja postepowi reakcji chemicznej.Majac na uwadze to, ze gestosc mieszaniny reakcyjnej jest z zasady niska, czesto jest wskazane wprowadzenie do wsadu pieca pewnej ilosci obcych srodków rozdrabniajacych. Musza one byc odporne na dzialanie atmosfery we wnetrzu pieca, oraz powinny byc wykonane z materialu mozliwie ciezkiego, gdyz zuzy¬ cie mocy przez piec i wskutek tego wytworzenie ciepla we wsadzie wzrasta z gestoscia wsadu. Zuzycie mocy wzrasta z iloscia zastosowanego srodka rozdrabniajacego az do punktu, w którym piec jest wypelniony srodkiem rozdrabniajacym do 50% jego pojemnosci. Poniewaz czas przetrzymywania mieszaniny reakcyjnej w piecu obniza sie w miare wzrostu ilosci srodka rozdrabniajacego, a zmniejszenie czasu przetrzymywania w piecu moze miec ujemny.wplyw na reakcje, najlepiej jest zwykle stosowac wsad ze srodkiem rozdrabniajacym ponizej 50% pojemnosci pieca. Nawet wzglednie mala ilosc ciezkiego srodka rozdrabniajacego zwieksza znacznie moc znamionowa pieca, gdyz moc znamionowa wzrasta proporcjonalnie do iloczynu ciezaru wsadu i odleglosci miedzy osia obrotu pieca i srodkiem ciezkosci wsadu, a ciezkie srodki rozdrabniajace wykazuja tendencje do zajmowania miejsca odleglego od osi obrotu. Odpowiednim srodkiem rozdrabniajacym dla procesu rozdzielania niklu jest ferronikiel wytwarzany np. przez stopienie i odlanie proszku ferroniklowego otrzymanego w procesie segregacji, gdyz jest on trwaly w atmosferze korozyjnej panujacej wewnatrz pieca. Innym materialem nadajacym sie do uzycia w postaci srodka rozdrabniajacego jest tlenek aluminium. Jezeli stosuje sie srodek rozdrabniajacy, korzystne jest wstepne rozdrobnienie rudy tak, jak to tylko jest mozliwe, gdyz bedzie mozna stosowac mniejsza ilosc srodka rozdrabniajacego, co wplynie na mniejsze zuzycie wykladziny pieca.Sposób wedlug wynalazku chociaz zostal opisany w zwiazku z procesem oddzielania niklu, nie jest ograniczany tylko do tego procesu. Moze on byc równiez korzystnie stosowany do przeprowadzania innych reakcji.Przykladami takich reakcji sa:90954 5 Fe203 + 3C = 2Fe + 3CO CuO +C = Cu + CO NiO +C = Ni + CO ZnO +C = Zu + CO Reakcje wedlug wzorów (1), (2) i (3) zachodza w temperaturach, przy których nie nastepuje normalnie topnienie wsadu. W reakcji (4) cynk jest wydalany w postaci gazowej w znany sposób, chociaz nie ma potrzeby topnienia wsadu równiez i w tym przypadku.Sposób wedlug wynalazku umozliwia równiez redukcje wiekszej czesci zawartosci zelaza w magnetycie zzielaziakiem tytanowym i w ilmenicie do postaci proszku magnetycznegof który moze byc nastepnie oddzielony magnetycznie. Niemagnetyczna pozostalosc moze byc uzyta do wytwarzania tlenku tytanu, i ewentualnie nawet tlenku wanadu w sposób bardziej ekonomiczny niz przy uzyciu materialu pierwotnego.Pewne dodatki, jak boraks, weglan sodu, fluoryt, fosfor i siarka moga wywierac dodatni wplyw na otrzymywanie czastek zelaza o dostatecznej wielkosci.Poza tym sposób wedlug wynalazku zapewnia rozwiazanie jednego z najbardziej powaznych problemów zanieczyszczenia atmosfery, gdyz umozliwia wydzielanie miedzi, niklu, cynku, zelaza i innych metali bezposrednio z ich koncentratów siarczkowych, wiazac równoczesnie siarke w siarczek wapnia.Przykladami takich reakcji sa: CuFeS2 + 2CaO + 2C = Cu + Fe + 2CaS + 2CO NiS + CaO + C = Ni + CaS + CO FeS + CaO + C = Fe + CaS + CO ZnS + CaO + C = Zn + CaS + CO CaS moze byc nastepnie zuzyty razem z NaCl, woda i powietrzem do wytwarzania Na2C03, S i CaCl2 sposobem opisanym w U.S. Bureau of Mines Report of lnvestigation 6928.Przykladami innych reakcji, których przeprowadzanie sposobem wedlug wynalazku moze zapewnic korzysci sa: FeS2 = FeS + S 2NaCl + H2S04 = Na2S04 + 2HCI Al203 • 2Si02 • 2H20 + 4(NH4)2S04 = 2(NH4)Al(S04)2 + 2Si02 + 6NH3 + 5H20 W reakcjach (9) do (11) jest wazne, aby mozna bylo zbierac produkty gazowe wstanie czystym i w mozliwie stezonej postaci. Okazalo sie, ze jest to niemozliwe przy obecnie powszechnie stosowanych konstrukcjach pieców, ale moze byc dokonywane za pomoca pieca stosowanego w sposobie wedlug wynalazku. PL