RO120005B1 - Metodă pentru reducerea conţinutului de metal neferos al unei zguri generată la producerea metalului neferos într-un cuptor de topire în suspensie - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o metodă cu ajutorul căreia conţinutul de metal neferos, din zgura generată la producerea metalelor neferoase, cum este cuprul sau nichelul, într-un cuptor de topire în suspensie, este redus prin alimentarea în cuptor, a cocsului metalurgic, ale cărui dimensiuni variază de la 1 la 25 mm, prin cuplarea de şicane poziţionate de la plafonul cuptorului către în jos, prin intermediul cărora particule mici, conţinând cupru şi nichel, sunt împiedicate de a fi antrenate către partea din spate a cuptorului şi de a fi evacuate cu zgura. Şicanele forţează particulele mici să se depună în zona de reducere a cuptorului. ŕ

Description

Invenția se referă la o metodă pentru reducerea conținutului de metal neferos al unei zguri generate la producerea metalului neferos într-un cuptor de topire în suspensie.

Este cunoscut faptul că zgura cu conținut scăzut de cupru poate fi produsă în cuptoare de topire în suspensie, cum sunt cuptoarele cu arc electric, atunci când se folosește cocs nevolatil sau alte substanțe carbonacee în reducerea zgurei și a oxidului de cupru dizolvat în aceasta și în mod special - a magnetitei, care mărește viscozitatea zgurii și încetinește separarea particulelor de mată topită conținute în zgură, prin sedimentare.

în brevetul US 5662370 este descrisă o metodă în care este esențial ca, respectiv, conținutul de carbon al materialului carbonaceu ce urmează a fi alimentat în cuva de reacție să fie de cel puțin 80%, ca cel puțin 65% din particulele de material să fie sub 100 pm și cel puțin 25% să fie între 44 și 100 pm. Dimensiunea particulelor este definită în mod precis, întrucât, conform numitului brevet, reducerea magnetitei cu cocs nears decurge prin două mecanisme și dimensiunea particulelor este de importanță decisivă cu privire lanumitele mecanisme. Dacă dimensiunea pulberii de cocs grosier este de aproximativ 100 pm sau mai mare, partea nearsă a dimensiunii particulelor este de asemenea mare și, din acest motiv, cocsul rămâne să plutescă pe suprafața zgurii, iar reacțiile sunt încete. Atunci când dimensiunea particulelor este redusă, cocsul sub formă de pulbere intră în zgură și apoi intră în contact direct cu magnetita ce urmează a fi redusă, ceea ce accelerează viteza de reacție.

în cererea de brevet JP 58-221241 este descrisă o metodă în care cocsul mărunt sau cocsul mărunt, împreună cu cărbunele pulverizat, sunt alimentate în cuva de reacție a unui cuptor de topire cu arc electric printr-un arzător de minereu preparat. Cocsul este alimentat în cuptor, astfel încât întreaga suprafață a topiturii în cuptorul inferior să fie în mod uniform acoperită cu pulbere de cocs nears. Conform cererii de brevet, menționate gradul de reducere a magnetitei descrește atunci când dimensiunea granulelor este ultrafină, astfel încât dimensiunea granulelor utilizate este preferabil să se situeze între 44 pm și 1 mm. Stratul de zgură acoperit de cărbune nears, care rămâne pe baia de zgură topită, coboară considerabil presiunea parțială a oxigenului. Atmosfera puternic reducătoare, care este generată de stratul de cocs, produce, de exemplu, vătămarea căptușelii cuptorului.

în brevetul JP 90-24898 este descrisă o metodă în care cocsul pulverizat sau cărbunele cu dimensiunea particulelor sub 40 mm este alimentat într-un cuptor de topire cu arc electric, pentru a înlocui uleiul utilizat ca combustibil suplimentar și pentru a menține temperatura dorită în cuptor.

Cererea de brevet JP 9-316562 folosește aceeași metodă ca și brevetul US 5662370, menționat anterior. în metoda din brevetul US materialul carbonaceu este alimentat în partea inferioară a cuvei de reacție a cuptorului de topire cu arc electric, pentru a preveni ca numitul material să ardă înainte ca el să atingă zgura și ca magnetita conținută în aceasta să fie redusă. Dimensiunea particulelor de material carbonic este în mod esențial aceeași ca distribuția descrisă în brevetul US.

în unele dintre metodele descrise anterior, dimensiunea mică a particulelor de cocs reprezintă un punct slab, prin aceea că particulele mici de cocs nu se sedimentează deloc din faza de gaz, ci continuă să se deplaseze cu faza de gaz către canalul vertical al cuptorului și către boilerul de căldură reziduală ca agent de reducere. în boiler, particulele de cocs reacționează și generează energie în mod nenecesar într-un loc greșit, ceea ce poate chiar limita capacitatea totală a procedeului, întrucât capacitatea boilerului de căldură reziduală se diminuează.

RO 120005 Β1 într-un cuptor de topire în suspensie, nu numai materialul pulverizat cum sunt oxizii 1 cuproși este antrenat cu faza de gaz către spatele cuptorului și către canalul vertical al cuptorului, ci și particulele de mată de cupru. Atunci când aceste particule mici se separă din 3 fluxul de gaze în partea din spate a cuptorului și se depun la suprafața fazei de zgură, acest fenomen este foarte încet datorită, în mod sigur, dimensiunii mici a particulelor. întrucât 5 zgura este în principal evacuată din partea din spate sau laterală a cuptorului, aceste particule nu reușesc să se depună prin faza de zgură, ci mai degrabă ele sunt antrenate în 7 conexiunea de evacuare a zgurii în afara cuptorului și se adaugă la conținutul de cupru al zgurii. 9

Este cunoscută o metodă de reducere prin topire de materiale conținând metale (Cu,

Ni, Co) și cel puțin parțial oxizi ai acestora, prin combustia sau încălzirea particulelor de 11 material fin divizate în suspensie în atmosferă de gaz neutru cu conținut de oxigen, particulele de material supraâncălzite fiind dirijate către un strat de particule de cocs fin 13 divizate, cu dimensiunea granulelor de 5...25mm, dispus pe suprafața băii metalice formate în cuptor și care astfel acționează ca reducător pentru zgura formată, furnizarea pulberii de 15 cocs putând fi făcută și printr-un arzător plasat în acoperișul cuptorului, (US 4857104) și o metodă de reducere a oxidului de zinc prin introducerea în cuptorul de reacție a oxidului de 17 zinc sub formă de particule împreună cu praf de cocs în suspensie într-un curent de gaz inert sau reducător, și prin prevederea în interiorul cuptorului a unor șicane din material 19 refractar, formând pasaje de trecere a suspensiei de particule către partea de evacuare a gazului purtător de particule oxidare (GB 191926379). 21

Aceste șicane au însă rolul de acumulatori de căldură și nu folosesc la reducerea conținutului de metal neferos, la producerea de metale neferoase în cuptoare de topire în 23 suspensie.

Metoda conform invenției rezolvă problema reducerii conținutului de metal neferos 25 din zgura generată la producerea metalelor neferoase cum este cuprul sau nichelul într-un cuptor de topire în suspensie, prin alimentare în cuptor a cocsului metalurgic sub formă de 27 pulbere ale cărei particule au dimensiuni ce variază de la 1 la 25 mm, și prin amplasarea de șicane de la plafonul cuptorului către în jos, prin intermediul cărora particule mici conținând 29 cupru și nichel sunt împiedicate de a fi antrenate către partea din spate a cuptorului și de a ieși o dată cu zgura. Șicanele prezintă avantajul că forțează particulele mici să se depună 31 în zona de reducere a cuptorului.

Metoda conform invenției prezintă avantajul că permite reducerea conținutului de 33 metal neferos la producerea de metale neferoase în cuptoare de topire în suspensie, cu materiale ieftine și fără consum energetic suplimentar. 35

Invenția este prezentată pe larg în continuare în legătură și cu fig. 1 și 2, care reprezintă: 37

- fig. 1, secțiune transversală printr-un cuptor de topire în suspensie;

- fig. 2, diagrama efectului cantității de alimentare cu cocs asupra produselor finale 39 într-un cuptor de topire în suspensie.

Metoda conform invenției are drept scop coborârea conținutului de metale neferoase 41 al zgurii generate la producerea de metale neferoase, cum este cuprul sau nichelul, într-un cuptor de topire în suspensie, astfel încât zgura ar putea fi o zgură ce se poate evacua fără 43 a fi necesar un tratament ulterior. în această metodă, cocsul metalurgic, ale cărui dimensiuni variază de la 1 până la 25mm, este utilizat pentru a reduce zgura, caz în care cea mai mare 45 parte din cocsul ce urmează a fi alimentat prin cuva de reacție se separă în cuptorul inferior al cuptorului de topire în suspensie, din faza de gaz, și se depune pe suprafața fazei de 47

RO 120005 Β1 zgură, unde reducerea zgurii are loc într-o zonă în care cea mai mare parte din produsul obținut ca mată și zgură se separă unul de celălalt. Caracteristica esențială a invenției va deveni evidentă în revendicările de brevet atașate prezentei descrieri.

în această metodă, este preferabil a se utiliza cocs metalurgic, întrucât cantitatea de substanțe volatile conținute în el este mică. Ca urmare, cea mai mare parte a potențialului de reducere a materiilor prime în chestiune poate fi utilizată la reducere, fără a genera energie termică adițională redundantă atunci când substanțele volatile din materialul de reducere ard. în același timp, numărul de reacții de legare a oxigenului care au loc în cocs în cuva de reacție este micșorat, ceea ce permite un control mai bun al calității matei rezultate. în mod tradițional, acest control a fost obținut prin ajustarea coeficientului de aer în proces (oxigen / cantitate de minereu preparat, Nm³ /I).

în metoda conform invenției, cocsul metalurgic utilizat este de o anumită dimensiune a granulelor, astfel încât cea mai mare parte a cocsului ce urmează a fi alimentat prin cuva de reacție se separă de faza de gaz în cuptorul inferior al cuptorului de topire în suspensie și se depune pe suprafața fazei de zgură, unde reducerea zgurii are loc într-o zonă în care atât mata cât și zgura, care reprezintă partea principală a produselor, se separă din faza de gaz. Reducerea are loc într-o zonă optimă din punct de vedere al economiei de energie; căldura necesară pentru reducere vine de la conținutul de căldură al produselor ce vin de la cuva de reacție, fără ca vreo energie adițională să fie necesară la reducere.

Dimensiunea granulelor cocsului metalurgic este preferabil să fie de la 1 până la 25 mm. O dimensiune mai mare a cocsului prezintă o arie specifică atât de mică, încât el nu va reacționa în mod eficient cu zgura. Dacă este utilizată o dimensiune mai mică a granulelor, așa cum s-a menționat anterior, de 1 până la 25 mm, cocsul va reacționa în mod activ încă, în cuva de reacție și o parte mai mare din acesta va fi antrenat cu faza de gaz către canalul vertical al cuptorului și contactul dorit cu zgura, precum și efectul de reducere, vor fi mai slabe. Atunci când cocsul granulat fin este antrenat cu faza de gaz către canalul vertical al cuptorului și /sau către boilerul de căldură reziduală, se produce energie într-o fază când ea nu este necesară și va reduce în acest fel capacitatea boilerului. Cocsul alimentat este controlat într-un asemenea mod încât o cantitate considerabilă de cocs să nu se acumuleze în cuptor, cel mult doar câțiva centimetri, ci mai degrabă toată cantitatea de cocs să fie consumată în reacțiile de reducere.

De asemenea, în metoda conform invenției, depunerea materialului matei pulverizate pe suprafața fazei de zgură constituie aceeași problemă, pânâ la o anumită extindere, ca și cea descrisă anterior: particule mici conținând cupru sau nichel nu reușesc să se depună prin faza de gaz, ci rămân în zgură, mărind în acest fel conținutul de cupru și nichel al zgurii care este evacuată. Conform metodei, această problemă este rezolvată prin poziționarea unor șicane de la plafonul secțiunii cuptorului inferior al cuptorului de topire în suspensie. Aceasta va evita antrenarea particulelor fine de granule cu faza de gaz către partea din spate a cuptorului, în apropierea orificiilor de evacuare. Șicanele sunt poziționate de la plafonul cuptorului către în jos, astfel încât la partea lor inferioară ele ating fie baia de zgură topită, fie sunt aproape de suprafața ei. Șicanele sunt construite, de preferință, din elemente de cupru răcite cu apă, care sunt protejate cu un material rezistent la foc cum ar fi cărămizile sau masa refractară.

Datorită șicanelor, mata conținând cel mai fin cupru sau nichel granulat este făcută să se depună în zona de reducere. în acest mod, zgura, în zona de evacuare, nu mai conține substanțe formate din particule de metal neferos, care se depun încet și măresc conținutul de cupru al zgurei. Zgura care este evacuată prin orificiul de evacuare are un conținut mai scăzut de cupru sau nichel decât atunci când se operează fără reducerea de cocs și fără șicane.

RO 120005 Β1 în fig. 1, un cuptor de topire în suspensie 1 constă dintr-o cuvă de reacție 2, un 1 cuptor inferior 3 și un canal vertical 4. Cocsul metalurgic este alimentat prin intermediul unui arzător de minereu preparat, amplasat la partea superioară a cuvei de reacție 2 în cuptorul 3 cu minereu de cupru preparat în adaos cu un fondant și un gaz conținând oxigen. în cuva de reacție, materialele de alimentare reacționează împreună, cu excepția cocsului și 5 formează un strat de mată 6, în partea de fund a cuptorului inferior, la partea superioară a căruia este un strat de zgură 7. Reacțiile care au loc în cuva de reacție între cocsul 7 metalurgic și alte materiale alimentate în aceasta sunt minore, datorită dimensiunii selectate a granulelor și cocsul se depune sub forma unui strat 8 la partea superioară a stratului de 9 zgură 7, în care au loc reacțiile de reducere dorite.

Plafonul cuptorului inferior 9 este prevăzut cu una sau mai multe șicane 10A și 10B, 11 care sunt suspendate de la plafon către în jos, pentru a atinge fie interiorul stratului de zgură topit 7 (ca șicana 10B), fie aproape de suprafața zgurii topite (ca șicanalOA). Se poate 13 vedea, de asemenea, din figură, că șicanele sunt plasate preferabil fie în față, fie în spatele evacuării, înainte de orificiul de evacuare a zgurei. Gazele generate de reacțiile din cuva de 15 reacție sunt îndepărtate prin intermediul canalului de evacuare 4 către boilerul de căldură reziduală 11. Zgura și mata de cupru din cuptorul inferior sunt evacuate prin orificiile de 17 evacuare 12 și 13, care sunt amplasate în spatele cuptorului.

Exemplu de realizare a invenției 19

Efectul cocsului metalurgic a fost demonstrat la scară mică, într-un cuptor de topire cu arc electric (MFSF - mini-scale flash smelting f urna ce), prin alimentarea unei doze exacte 21 de 100-150 kg/h de minereu preparat în cuptor. Analiza minereului preparat a fost în medie: 25,7 % Cu; 29,4 % Fe și 33,9 % S, împreună cu o zgură de convertor și un fondant de silice 23 necesar. Cantitățile de fondant și de zgură de convertor încărcate au corespuns unei cantități de minereu preparat de 26 - 33 %. Conținutul de cupru al matei produse a fost de 25 63 - 76 % Cu. în punctele de testare, unde alimentarea a inclus de asemenea cocs, încărcătura de cocs a reprezentat 2 până la 6 kg sau între 1,0 și 3,1 % din alimentarea cu mine- 27 reu preparat. A fost utilizat cocs de 80 % C nevolatil, cu un conținut de cenușă de 16,3 % și cantități de volatile de 3,3 %. Au fost utilizate în testele efectuate două fracțiuni diferite de 29 cocs și compușii acestora, o fracțiune de 1-3 mm și o fracțiune de 3-8 mm.

în campania de lucru, un test a durat între 3 și 5 h, după care produsul a fost evacuat 31 din cuptor. în unele din operațiile de testare nu a fost utilizat deloc cocs de reducere, în scopuri de comparație. Rezultatele campaniei de lucru sunt prezentate în fig. 2, care arată 33 distribuția cuprului lăsat în zgură față de total cupru alimentat, ca o funcție de procent de cupru în mata de cupru. Figura arată că chiar o mică adăugare de cocs a condus la o îmbu- 35 nătățire considerabilă a conținutului de cupru în zgura din numitul cuptor: într-o încărcătură mai mică de 3 kg/h cocs, aproape 77,5 % din cupru a rămas în zgură în comparație cu testul 37 care a fost efectuat fără utilizare de cocs. Atunci când au fost utilizate cantități mai mari de cocs, cantitatea de cupru din zgură a fost doar de 54,7 % în comparație cu testul efectuat 39 în absența cocsului. Prin urmare, eficiența metodei este dovedită. Un rezultat de reducere mai bun a fost realizat cu o fracțiune mai grosieră decât în cazul utilizării unei fracțiuni fine, 41 când până la o treime din cocs a fost deja reacționat în cuva de reacție a cuptorului cu arc electric la scară mică și nu s-a realizat o reducere eficientă pe zgură. 43

Claims (7)

1. Metodă pentru reducerea conținutului de metal neferos al unei zguri generate la producerea metalului neferos într-un cuptor de topire în suspensie prin alimentare de cocs metalurgic împreună cu minereu preparat, gaz cu conținut de oxigen și fondant, în scopul de a reduce zgura în care cocsul alimentat în cuptor este cocs metalurgic, care are dimensiune a particulei în domeniul 1-25 mm, caracterizată prin aceea că devierea particulelor mici conținând metal neferos, către partea din spate a cuptorului și în afara cuptorului, o dată cu zgura, este împiedicată prin plasarea în cuptor a unor șicane, (10) de la plafon către în jos.

2. Metodă în conformitate cu revendicarea 1, caracterizată prin aceea că, cocsul este alimentat prin intermediul unui arzător de minereu preparat.

3. Metodă în conformitate cu revendicarea 1, caracterizată prin aceea că șicanele (10) se extind în interiorul băii de zgură topită (7).

4. Metodă în conformitate cu revendicarea 1, caracterizată prin aceea că șicanele (10) se extind până în apropierea suprafeței stratului de zgură.

5. Metodă în conformitate cu revendicarea 1, caracterizată prin aceea că șicanele (10) sunt confecționate din elemente de cupru răcite cu apă, care sunt protejate cu un material rezistent la incendiu.

6. Metodă în conformitate cu revendicarea 1, caracterizată prin aceea că metalul neferos este cupru.

7. Metodă în conformitate cu revendicarea 1, caracterizată prin aceea că metalul neferos este nichel.