SE406929B - Forfarande for framstellning av rajern ur jernsulfidhaltiga material - Google Patents

Description

7708lß62-2 m' zink och arsenik, medför även att en deponering av bränderna blir dyrbar, då man måste tillse att en eventuell utlakning av dessa metaller med tiex. regnvatten ej får ske.

För att reducera föroreningsnivâerna i stål, i de fall där kisbrän- der ingår som råvara, är det vanligt att man helt enkelt späder ut dessa med järnmalmsslig, som vanligen ej innehåller dessa förore- ningar, vilket medför att värdefulla metaller som koppar, nickel, kobolt och i vissa fall även ädelmetaller ej kan tillvarataqas ur kisbränderna.

Det-har därför under åren utvecklats olika processer som medger en rening av kisbränderna samt agglomerering av dessa, vilket gör dem mera lämpliga som järnråvara samtidigt som övriga metallvärden kan tas tillvara. Ett vanligt sätt är att behandla bränderna med klor eller klorhaltigt material för att överföra föroreningarna till klorider, som genom uppvärmning eller utlakning kan separeras och sedan tillvaratagas. Processer av denna tyy har många olägenheter, bl.a. är anläggningarna dyra i drift till följd av stora investe- ringar och en avsevärd kemikalieförbrukning samt besvärande korro- fsionsangrepp på apparaturen. Vidare leder användning av klor till krav på kostnadskrävande miljöskyddsåtgärder. Lönsamheten av nämnda klorerande raffinering är dessutom beroende av relativt höga halter av förorenande och utvinnbara värdefulla metaller.

Föreliggande uppfinning innebär ett förfarande för framställning av råjärn ur järnsulfidhaltiga material och kännetecknas av att det järnsulfidhaltiga materialet tillföres ett ugnsrum och där till- sammans med ett silikathaltigt material och syre smältes till en järnsilikatsmälta under förbränning av närvarande sulfidsvavel, var-' vid en smälta erhålles innehållande ca 70 - 90 viktprocent järn räk- nat som järn(II)oxid, varefter till nämnda järnsilikatsmälta sättes ett reduktionsmedel så att järnhalten i silikatsmältan räknat som järn(II)oxid sjunker till ca 60% genom bildning av råjärn, som av-Z skiljes, varefter järnhalten åter höjes genom tillsats av järnsulfid- haltigt material och syre för en förnyad smältning och reduktion.

Genom förfarandet enligt uppfinningen_möjliggöres sålunda direkt ut- nyttjande av pyrit, förutom som råvara för svaveldioxíd och svavel- syraframställning, även som råvara för järnframställning, genom att pyriten tillsättes en smältugn, såsom en flashsmältugn t.ex. enligt 7708462-2 den amerikanska patentskriften 3 790 366, tillsammans med kiselsyra, t.ex. kvartssand, och smältes autogent genom tillförsel av syrgas eller syreanrikad luft, under bildning huvudsakligen av en järn- silikatsmälta. Vid ovan nämnda förfarande kan man, i de fall större mängder icke järnmetaller är närvarande, se till att förbränningen av svavel icke är fullständig, så att icke-järnmetaller med större affínitet till svavel än järn har, vilka vanligen finns som förore- ning i pyrit, med svavel bildar en skärsten. Skärsten har högre specifik vikt än den oxidiska järnkiselsyrasmältan och är olöslig i denna, varför den lätt separerar ut och kan separat avtappas. Den övervägande delen av smältan bestående av järnoxid-kiselsyra, även kallad fajalitslagg, och innehållande ca 70 - 90% järn räknat som järn(II)oxid används sedan som råvara för järnframställning. Fajalit- slaggen reduceras i smält form så att järnhalten i denna sjunker till ca 60% räknat som järn(II)oxid med hjälp av ett reduktionsmedel som kol, olja eller en reducerande gas under samtidig syretillförsel under bildning och avskiljning av en råjärnsmälta. Vid den autogena smältningen av pyrit kan bildat överskottsvärme utnyttjas för att smälta andra råvaror, såsom järnoxider, kisbränder, järnhaltiga slagger och lakåterstoder innehållande väsentliga mängder järn.

Smältning till fajalitslagg och reduktion av densamma till bildning av råjärn kan ske i-en kontinuerlig ugn. Emellertid torde fördelar I kunna ernås om separata ugnsenheter utnyttjas för de olika delpro- cesser, såsom smältning i en flashsmältugn, varefter bi1dad.fajalit- slagg överföras till en smdltreduktionsuqn för reduktion. Fördelarna att ha separata uqnnenhetur är bJ.a. den ökade flexibiliteten, möj- ligheten att utnyttja redan känd och etablerad teknik, samt att anord- na separata hållugnar mellan ugnsenheterna för utjämning av varia- tioner i processen. Som ytterligare fördelar kan nämnas användning av separata ugnsenheter som underlättar gasrening och processtyrning.

Fajalitslagg med minskad FeO-halt återföres sedan från reduktions- enheten till smältugnen. Genom att förfara på ovannämnda sätt kommer kiselsyran sålunda att cirkulera i processen. Järnhalten i slaggen räknat som järn(II)oxid begränsas nedåt av att smältpunkten stiger mycket kraftigt om halten understiger ca 60 viktprocent och uppåt av att halten järn(III)oxid och därmed graden av magnetitbildning blir alltför hög om ca 90% överskrides. Före reduktionen måste så- ledes slaggen innehålla minst ca 70 viktprocent järn för att man skall vid reduktionen få ett tillfredsställande råjärnsutbyte ur slaggen. Lämpliga smältreduktionsförfaranden är beskrivna i t.ex. 770846-2-2 då de tyska patentskrifterna 508 966 och 1 458 75Ä samt i en artikel i Kemisk Tidskrift nr 6, 1976.

Då pyrit vanligen förutom tungmetaller även innehåller en del gång- arter, 0,5 - 2%, måste en del av slaggen, motsvarande den mängd ^12°3 _ en uppbyggnad av gångarter, bl.a. Al¿O3 i slaggen. l praktiken be- som bl.a. ingår i gångarterna, avtappas så att man inte får tyder detta ofta, att ca 1 - 5% av slaggen måste avtappas, vilken kan.användas som tillsatsmaterial i exempelvis masugnar.

Förfarandet enligt uppfinningen medger att man på ett mycket energi- snålt sätt kan framställa svaveldioxid och råjärn ur pyrit och andra järnsulfidhaltiga material under samtidigt tillvaratagande av even- tuella värdefulla icke-järnmetaller. Vidare medger processen att kiselsyraförbrukningen blir mycket låg, då kiselsyran i stort sett cirkulerar i processen.

En annan fördel med processen är att finkorniga järnmaterial kan chargeras till en flashugn i det skick materialet erhålles i vid anrikníngen, vilket ger betydande besparing i jämförelse med t.ex. schaktugnar, där endast sintrat järnråmaterial i styckeform kan an- vändas. _Förfarandet enligt uppfinningen medger att temperaturerna under förfarandet kan hållas relativt låga, exempelvis 1250 - l350¿, vilket är gynnsamt med hänsyn till ugnsinfodringen. När risk för magnetit- avsättningar föreligger torde temperaturen behöva höjas något hundra- tal grader.

Förfarandet beskrivs enklast med hänvisning till en föredragen ut- föringsform enligt fig. 1.

Pyrit tillföres ugnen 1 via tillförselanordningen J (antydd med en pil) tillsammans med andra järnråvarorg t.ex. järnmalmsslig eller kisbränder i form av hematit eller magnetit i sådan mängd, att en flytande fajalitslagg, vilken âterförts från det nedan beskrivna järnreduktionsproceasteget erhåller en ökning av järnhalten från ca uu - 01% FeO till ca 70 - UU, företrädesvis ca 85 viktprocent Peo, räknat som järn(I1)oxid. 7708462-2 'v Genom tillsats av syre eller syreanrikad luft via ledningen 1 för- bränns svavelinnehållet i pyriten under stark värmeutveckling i flashugnens 1 flamshakt 4, varvid det tillsatta järnsulfidhaltiga materialet smältes och bildar ett smältbad Sluvudsakligen bestående av fajalit. Som ovan nämnts innehåller järnsulfidhaltiga material vanligen icke-järnmetaller såsom koppar, nickel och kobolt, vilka bildar en sulfidfas 6, i vilken även eventuella ädelmetaller åter- finnas. Sulfidfasen 6 är olöslig i den oxidiska fajalitslaggen 5 samt har högre specifik vikt än denna, varför den avsätter sig på flash- ugnens 1 botten och avtappas via ledningen 7 med jämna mellanrum.

Arsenik, antimon och vismut kommer dels att drivas av vid nedsmält- ningen och dels att lösas i sulfidfasen.

Den på järn anrikade SiO2-FeO-haltiga slaggen överföres sedan via ledningen 8 till en reduktionsugn 9, där råjärn reduceras ut på konventionellt sätt genom smältreduktion, dvs. genom införande av syre via ledningen 10 samt ett reduktionsmedel såsom kol, olja, natur- gas och liknande i slaggsmältan via ledningen 11. Utreducerat råjärn bildar ett skikt 1; under slaggskiktet 13. Råjärn tappas via tapp- hälet 14 antytt med en pil. 7 Vid reduktionen ser man till att järnhalten i SiO¶-FeO-slaggen 13 reduceras till lägst 60%, varpå slaggen returneras via ledningen 15 som antydes av en pil till flashsmältugnen 1 efter att först en av- tappning via ledningen 16 skett för att förhindra uppbyggnad av föro- reningar i slaggen.

Den vid flashsmältningen bildade SO?-haltiga gasen ledes ut ur ugnen via gasutloppet 17 och föres till en icke visad svavelsyrafabrik eller en fabrik för framställning av flytande svaveldioxid efter att ha värmeväxlats och renats från stoft på konventionellt sätt.

Det lämpliga järnsulfidhaltiga materialet är, som tidigare nämnts, svavelkis och magnetkis. Dessutom kan järnhaltiga material av oxidisk typ såsom kisbränder och järnslig tillsättas och smältas med överskotts värme som uppstår vid den autogena smältníngen av sulfidmaterialet.

På grund av de starkt reducerande förhållandena under smältreduktionen kommer all eventuell närvarande zink att rykas av som metallånga och kan sedan tas tillvara i stoftfilter efter förbränning till zínkoxid på konventionellt sätt. Processen medger sålunda att järnråvarans 7708lr62-2 innehåll av icke-järnmetaller, som vanligen icke är önskade i rå- järnet, kan avskiljas och tillvaratagas.

Om man till flashugnen tillsätter bränder innehållande Fe(III) från konventionella pyritrostningsförfaranden bör man vid nedsmältningen se till, att magnetit ej bildas 1 större manga än högst ca 5 vikt- procent av den totala slaggmängden. Magnetit har nämligen hög smält- punkt och kommer att ge slaggen mycket hög viskositet, vilket för- svårar slaggtappningen. Genom tillsats av koks till smältbadet i flashugnen kan tillräckligt reducerande förhållanden åstadkommas för reduktion av Fe(III) till Fe(II), så att magnetithalten kan hållas nere. Även ur energisynpunkt är förfarandet mycket fördelaktigt, då slagg med hög järnhalt tillföres smältreduktionsugncn i smält form så att förbränningsvärmet från pyriten maximalt kan utnyttjas. Vidare cirku- lerar huvuddelen av den för processen nödvändiga kvartsen i smält I form.

Förbränning av pyrit med luft ger i och för sig betydande värmeöver- skott som kan utnyttjas för nedsmältning av oxidiska järnrävaror av den typ som nämnts tidigare. Genom att använda syreanrikad luft ellerh syrgas vid förbränning av pyrit kan detta värmeöverskott ökas avse- värt. f" _: fl' isilaningsvärmet för Feo och soz vid förbränning av svavel 1 looo kg pyrit är resp. 2174 MJ och 4750 MJ. Vid tillsats av SiO? i sådan mängd att föreningen fajalit (? PeO - S103) bildas är bildningsvärmet härför endast 99 MJ.

Spaltningsvärmet för Feá? (FeS ej inräknat) är 1380 MJ per ton, vilket ger en netto värmeutveckling för processen när 100% syrgas användes motsvarande (2174 + 4750 + 99) - 1380 MJ, vilket är lika med 5643 MJ.

Den utgående entalpín för produkterna vid l300% kan beräknas till ca 1400 MJ med hänsyn tagen till att den bildade fajalitslaggen retur- neras. Sålunda erhålles vid smältningen i ovan nämnda fall ett netto- överskott på ca 4250 MJ, vilket värmeöverskott måste kylas bort, företrädesvis genom tillsats och smältning av icke sulfidiska järnrå- i VarOIH

Claims (10)

1. 77081162-2 Förfarandet enligt uppfinningen medger att svavelkisslig direkt kan användas som råvara både för svaveldioxidutvinnlng och järnutvinning. Vid lörfarandut används i huvudsak det i svavelkissligen ingående svavlet som energikälla, vilken är avsevärt mycket billigare än mera högvärdiga bränslen som kol, olja och gas. Förutom att bränslet är billigt kommer värmeförlusterna att vara lägre än vid konventionella råjärnsförfaranden, då slaggen innehållande kiseldioxiden returneras till flashugnen i smält tillstånd, varför värmeförlusterna via slagg i stort sett elimineras. En annan och betydande fördel är att finkor- niga järnråvaror kan användas, vilket ej är fallet vid framställning av järn i t.ex. en schaktugn, där påsatt material måste vara stycke- formigt. Järnråvaror som innehåller föroreningar såsom Cu och Pb kan.användas i kända processer endast i de fall de renas i ett speciellt process- steg eller om föroreningarna utspädes genom tillsats av relativt stora mängder ren järnråvara. I det senare fallet kan värdefulla metaller ej utvinnas. PATENTKRAV l. Förfarande för framställning av råjärn ur järnsulfidhaltiga material, k ä n n e t e c k n a t av att det järnsulfidhaltiga materialet tillföres ett ugnsrum och där tillsammans med ett sili- kathaltigt material och syre smältes till en järnsilikatsmälta under förbränning av närvarande sulfídsvavel, så att nämnda smälta inne- håller ca 70 - 90 viktprocent järn räknat som järn(II)oxid, var- efter till nämnda järnsilikatsmälta sättes ett reduktionsmedel så att järnhalten räknat som järn(II)oxid sjunker till ca GG viktpro- cent och att bildat råjärn avskiljes, varefter järnhalten åter höjes i järnsilikatsmältan genom tillsats av järnsulfidhaltigt material och syre för förnyad smältning och reduktion.

2. Förfarande för framställning av råjärn ur järnsulfidhaltiga: material enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t- av att överskotte- värme bildat vid smältningen utnyttjas för smältning av järnoxid- material.

3. I Förfarande enligt krav ., k ä n n e t e c k n a t av att järnoxidmaterialet utgöres av kisbränder. 7708462-2'

4. Förfarande enligt krav 2, k ä nin e t e c k n a t av att järnoxidmaterialet utgöres-av_järnmalmslig.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att smältningen sker i en flashugn.

6. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nedsmältningen sker genom tillsats av syre eller syreanrikad luft. _

7. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e't e c k n a t av att reduktionen sker 1 en reduktíonsugn, där kol och syre insprutas genom formor eller lansarr

8. ,Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att smältning och reduktion sker i två från varandra skilda ugnsenheter och att en hållugn anordnats mellan de båda ugnarna.

9. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a-t av att smältníngen sker på_så sätt att kvarvarande svavelmängd är tillräck- - lig för att koppar, nickel och kobolt med detta svavel skall kunna bilda en skärsten, som kan avtappas. - 7 1

10. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att _ en mindre del av fajalitslaggen avtappas efter reduktion för att hindra uppbyggnad av halten av gångarter. ANFURDA PUBLIKATIONER: