SE465831B - Foerfarande och anordning foer framstaellning av skaersten och/eller metall ur sulfidisk finkornig malm eller malmkoncentrat - Google Patents

Description

465 831 10 15 20 25 30 2 Det är även känt att smälta malmkoncentrat i en oxiderande atmosfär i en smältcyklon, såsom visats i den amerikanska patentskriften US 4,414,022. Gaserna från smältcyklonen leds också i detta fall ned i sättugnen tillsammans med smältan och får därifrån avgå genom ett skilt utlopp.

Vid smältning av sulfidiska koncentrat uppstår problem med avgaserna som har en stor benägenhet att sintra och så för- svåra värmeåtervinningen ur avgaserna. T.ex. vid smältn- ing av bly-haltigt koncentrat bildas vid 1200 - 1300 'C en Pb-Pb0 mättad S0,-haltig rökgas. När gasen kyls kondenseras Pb och Pb0 samtidigt som den kemiska jämvikten förskjuts så att det vid 900-500 °C bildas blysulfat, som avskiljs ur gasen som en dimma. Förhållandena är speciellt fördelak- tiga för sulfatbildningen vid värmeöverföringsytor, som följaktligen.lätt blir täckta av sulfatavlagringar. Benägen- heten för sintring av annat stoft i rökgaserna ökar på grund av sulfatbildningen och är ett vanligt problem i de flesta smältprocesser där sulfidiska koncentrat smältes och vid vilka det bildas bly, koppar, zink, nickel och liknande ångor vilka kan bilda sulfater vid kylning.

Problemen accentueras vid processer där syreanrikad luft' eller rent syre används, emedan vid dessa uppstår höga temperaturområden vid vilka S02-koncentrationerna stiger med påföljande sulfatbildning. Man har även börjat utnyttja kopparkoncentrat med allt högre halter bly och zink, vilket har lett till ökade halter av förångade komponenter och sulfater :i processgaserna och därmed ökade problem med nedsmutsning av värmeöverföringsytorna.

I Den föreliggande uppfinningen har som avsikt att åstadkomma _ ett förfarande där avgasernas värme enklare än tidigare 35 skall kunna utnyttjas.

Uppfinningen avser även att åstadkomma ett förfarande med vilket mindre mängder och samtidigt renare avgser uppstår. 10 15 20 25 30 35 4es,s31 3 Genom föreliggande uppfinning har man på ett överraskande enkelt sätt löst problemet med de tidigare beskrivna processerna genom att a) malmen eller malmkoncentratet inblåses med oxiderande medel i en flamkammare, varvid svavel och lättoxiderbara metaller oxideras under frigörande av energi, så att åtminstone en del av det fasta materialet i flamkammaren smälter och avskiljs på väggarna i flamkammaren och flyter nedåt till en sättugn eller uppsamlingskammare för slagg och skärsten, b) i flamkammaren bildade S02 uppåt som fluidiseringsgas till gaskylaren, som utgöres av en reaktor med fluidiserad bädd, varvid gaserna och med gaserna medföljande fasta och smälta partiklar snabbt kyls i den fluidiserade bädden, c) de kylda partiklarna avskiljs från gaserna i en par- tikelavskiljare och d) en del av de avskilda partiklarna återcirkuleras till den fluidiserade bädden. innehållande gaser leds Framställning av skärsten och/eller metall ur sulfidisk finkornig malm eller malmkoncentrat kan enligt föreliggande uppfinning ske i en anordning som omfattar a) en flamkammare, vilken i sin övre del är ansluten till en gaskylare och i sin nedre del till en sättugn för slagg och skärsten och vilken har åtminstone ett intag för malm och/eller malmkoncentrat samt oxiderande medel b) en gaskylare bestående av en reaktor med fluidiserad bädd i sin nedre del ansluten till flamkammaren och i sin övre del till en partikelavskiljare, c) en partikelavskiljare, som har ett uttag för renade gaser och ett uttag för avskilda partiklar, varvid uttaget för partiklar är anslutet genom en första ledning för återcirkulerande material till reaktorn med fluidiserad bädd och genom en andra ledning till flamkammaren.

Reaktionskinetiken i. förfarandet enligt uppfinningen är ungefär likadan som vid övriga suspensionssmältningspro- 465 831 _ sättugnen, 10 15 20 25 30 35 4 cesser. Skillnaden ligger i att gaserna från smältprocessen enligt uppfinningen ej föres ut genom sättugnen utan avskiljs fràn smältan och tas direkt till kylning.

Därvid kommer sättugnens atmosfär, än flamkammarens t.ex. som kan vara en annan på grund av tillskottsbrännare i inte att inverka pà gasen och det stoft som medföljer gasen. I underugnen kunde stoftets oxidationsgrad förändras i icke önskad riktning och t.ex. de flyktiga metallerna i stoftet kunde överoxideras och bilda mindre_ flyktiga komponenter.

Genom att leda ut gasen direkt ur flamkammaren undviks även kontamination av redan förflyktigade, icke önskade kom- ponenter i slagg eller skärsten.

Gassammansättningen kan bättre inställas i. förfarandet enligt uppfinningen. Tillförsel av kolväten eller syre ger möjligheter till att styra reaktionerna i gasen. Detta har betydelse bl.a. vid As och Sb avdrivning ur malmkon- centrat.

I flamkammaren àstadkommes en blandning av reaktionskom- ponenterna, varvid utbytesreaktioner mellan överoxiderade partiklar och sådana där ännu oreagerat material finns sker. Små partiklar i en suspension blir lätt överoxiderade emedan reaktionerna i dem sker snabbare än i de större partiklarna, I en konven- som inte blir genomoxiderade. tionell flashsmelter sker utbytesreaktionerna som är endpterma, först i smält badet under schaktet, varvid temperaturen pà smältan kyls 50-100'C.

En anordning enligt uppfinningen kan göras som en ombyggnad i. en existerande flam- eller elugn. Platsbehovet för anordningen är relativt litet. Genmn att gasen tas ut direkt ur flamkammaren och inte genom den relativt otäta ugnen fàs lättare en mera koncentrerad S02-gas. Gasutrymmet i underugnen kan delas i tvá delar med en mellanvägg, 10 15 20 25 30 35 'Ltfèïšë ïàfzñ 5 varvid man kan få de S02-rika gaserna ur den första delen ut via flamkammaren och gaser med möjligast lág S02 halt ur den andra delen ut genom ugnens gasutlopp ut i atmosfä- ren.

I det följande beskrivs uppfinningen med hänvisning till figuren som visar schematiskt en anordning för utövande av uppfinningen.

Anordningen uppvisar i huvuddrag en flamkammare l, en på den anordnad virvelbädds- eller flytbäddsreaktor 2 med fluidi- serad bädd ansluten till en partikelseparator 3. Flamkam- maren är anordnad pá en sättugn 4, som genom en öppning är ansluten till flamkammarens nedre del.

Sulfidisk malm eller malmkonoentrat 6' inbláses i flamkam- maren med oxiderande medel genom intag 15 i flamkammarens väggar. I flamman som bildas kommer svavel och lättoxider- bara metaller i malmen eller malmkoncentratet att oxideras under frigörande av energi. Det oxiderande medlet kan utgöras av luft, syreanrikad luft eller ren syrgas. Genom att ändra syrgashalten i det oxiderande medlet kan man inverka på metalliseringsgraden i det smälta materialet eller på temperaturen.

Med fördel inmatas malmen eller malmkoncentratet i flamkam- maren sá, att materialet får en, kring en tänkt vertikal axel, roterande rörelse varvid suspensionen av partiklar och gas får en fördröjd uppehàllstid i flamkammaren.

Samtidigt erhålls en god separering av partiklar och gas.

Enligt ett fördelaktigt utförande inmatas malmen eller malmkoncentratet sekantiellt i. flamkammaren. lnmatningen sker fördelaktigt genom minst två munstycken 16 pà olika sidor av flamkammaren. Materialet inmatas så att de bildade gaserna får en roterande rörelse, så att gaserna hindras från att direkt blåsa ut ur flamkammarens mitt. 465 831 10 15 20 25 35 6 Uppvärmningen av materialet sker i själva flamman varvid åtminstone en del av det inmatade fasta materialet smälter i flamkammaren. Den roterande rörelsen åstadkommer en centrifugalavskiljning varvid det smälta och fasta materia- let slungas ut mot väggarna. Från flamkammaren flyter materialet sedan nedåt till sättugnen eller uppsamlingskam- maren för slagg och skärsten.

Väggarna i flamkammaren kan vara kylda, varvid ett fast skikt av material kommer att bildas närmast väggen. Vid låg belastning bildas ett tjockt skikt vid väggen, vilket medför mindre kylning i flamkammaren. Vid hög belastning fås ett tunnare skikt vid väggen och en i motsvarande grad större kylning i flamkammaren.

De i flamkammaren bildade gaserna leds uppåt som fluidise- ringsgaser till gaskylaren 2, som utgöres av en reaktor med fluidiserad bädd. I den fluidiserade bädden kommer gaser, förångade och smälta partiklar, samt fint stoft som medföl- jer gasen att snabbt kylas när de kommer i kontakt med i gaskylaren befintligt cirkulerande material. Gasen kyls fördelaktigt till en temperatur mellan 750 - 900'C. I gaskylaren cirkulerar tillräckligt material för att den inkommande gasen snabbt skall kylas till en temperatur där den inte längre förorsakar sintring eller avlagringar på värmeöverföringsytor. Gaserna och det cirkulerande materia- let i gaskylaren leds uppåt i gaskylaren förbi värmeö- verföringsytorna 19 där fortsatt kylning av gas och partik- lar sker. För att undvika oönskad sulfatisering av stoftet i gaserna är det i de flesta fall fördelaktigt att sänka temperaturen till mellan 600 - 700 'C, vid vilken temperatur sulfatisering sker långsamt. Sulfatiseringsreaktionerna kan orsaka icke önskad höjning av temperaturen. Sulfatise- ringen binder svavel, vilket inte är önskvärt då man man 1 de flesta fall strävar till att få allt svavel som S02.

Enligt förfarandet enligt uppfinningen är det möjligt att reglera temperaturen på det med gaserna inkommande materia- 'ul 10 15 20 25 30 35 465 ss1 7 ~let i den fluidiserade bädden till en för god metallurgisk process fördelaktig temperatur. T.ex. vid flamsmältning av orent Cu-koncentrat bildas en processgas, som innehåller värdefulla metaller såsom Cu, Zn och Pb Fe. Genom att reglera temperaturen och genom att styra reaktorns syrepotential till en tillräckligt hög nivå, kan man åstadkomma förhållanden under vilka de värdefulla metallerna, Cu, Zn och Pb bildar vattenlösliga sulfater men järnet förblir som oxid. Genom att reglera partikel- mängden i reaktorn och genom att reglera syrepotentialen i reaktorn kan man åstadkomma optimala förhållanden för Dessutom kan man ta till samt eventuellt olika metallurgiska processer. vara värme både från smältprocessen och sulfateringsreak- tionerna som högtrycksånga genom att leda den renade gasen till en värmeåtervinningspanna.

Gaserna och bäddpartiklarna leds ut ur gaskylaren genom en kanal 8 till en partikelavskiljare 3, där bäddpartiklarna avskiljs från gaserna, De avskilda partiklarna leds genom ett uttag 12 via en kanal 10 tillbaks till gaskylaren eller via en kanal ll till flamkammaren. Genom förfarandet enligt uppfinningen uppnås en snabb återföring av stoft från gasreningen i separatorn 3 till processen i flamkammaren. som uttas genom ett utlopp 9.

Man kan i gaskylaren genom intag 6" inmata en del av malmen eller malmkoncentratet för att på så sätt förvärma materia- let och ta till vara en del av gasernas värmeenergi. Det föryärmda materialet leds sedan efter separering i. par- tikelavskiljaren 3 genom kanal ll ned till ett intag 15 i flamkammaren. Malmkoncentrat innehållande flyktig Sb, Bi och/eller' As förvärmes fördelaktigt ^till. en 'temperatur vid vilken dessa flyktiga ämnen avgår som flyktiga sulfider med gaserna redan i virvelbäddsreaktorn före koncentratets inmatning i flamkammaren. Vid behov kan syrepotentialen i systemet regleras med tillsats av kolväten eller luft.

Reaktionstemperaturen är fördelaktigt över 700°C, för 465 851 10 15 20 25 30 35 8 optimal avgång av flyktiga sulfider. Temperaturen är dock även beroende av det inmatade materialets sintringsegen- skaper.

Slaggbildare kan inmatas direkt i flamkammaren genom intag 15 eller genom separata intag. Vid behov kan slaggbildaren förvärmas och inmatas dà i gaskylaren 2 och leds via partikelavskiljaren 3 och kanal ll till flamkammaren. Återföringen av med avgaserna utgànget stoft blir mycket enkel med förfarandet enligt uppfinningen samtidigt som gasreningen blir effektiv.

Den bildade skärstenen, metallen och slaggen flyter ned i uppsamlingskammaren eller sättugnen 4 nedanom flamkammaren.

Sättugnen kan vara t.ex. en flamugn eller en elugn. Sättug- nens gasutrymme är genom en mellanvägg 21 uppdelat i en första kammare 22 och en andra kammare 23. Den första kammaren är anordnad under flamkammaren, varvid gaserna ur den första kammaren stiger uppåt till flamkammaren. Dessa gaser kan ännu innehålla relativt höga halter S02 och tas fördelaktigt ut tillsammans med gaserna fràn flamkammaren.

Den andra kammaren har ett gasutlopp 24 för förbrännings- gaser, som inte' .innehåller betydande mängder S02 . S02 bildas till största delen i flamkammaren och leds därifrån ut via gaskylaren. Därtill leds även gasen fràn den första delen i sättugnen, där S02 ännu kan bildas, ut via flamkam- maren. Sättugnsatmosfären i gaskamrarna 22 och 23 kan vara olika, beroende pà processerna och om tillskotts- brännare används i sättugnens senare del eller inte.

Anordningen enligt uppfinningen är lätt att köra upp och ner då den inte fordrar uppvärmning av schakt såsom en konventionell flashsmelter. fi:

Claims (17)

10 15 20 25 30 35 4* ox QI1 '. mn ' (N ...x P a t e n t k r a v

1. Förfarande för framställning av skärsten och/eller metall ur sulfidisk finkornig malm eller malmkoncentrat i en reaktor bestående av en flamkammare och gaskylare kånnetecknat därav, att a) malmen eller malmkoncentratet inblåses med oxiderande medel i en flamkammare, varvid svavel och lättoxiderbara metaller oxideras under frigörande av energi, så att åtminstone en del av det fasta materialet 1 flamkammaren smälter och avskiljs på väggarna i flamkammaren och flyter nedåt till en sättugn för slagg och skärsten, b) i. flamkammaren bildade S02 uppåt som fluidiseringsgas till gaskylaren, som utgöres av en reaktor med fluidiserad bädd, varvid gaserna och med gaserna medföljande fasta och smälta partiklar snabbt kyls i den fluidiserade bädden, innehållande gaser leds c) de kylda partiklarna avskiljs från gaserna i en par- tikelavskiljare och d) en del av de avskilda partiklarna àtercirkuleras till den fluidiserade bädden.

2. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att slaggbildare inmatas i flamkammaren.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att en del av de kylda och avskilda partiklarna återföres till flamkammaren.

4. Förfarande enligt patentkrav 3 kännetecknat därav, att slaggbildare tillföres reaktorn med fluidiserad bädd varvid slaggbildaren uppvärmes före införing i flamkammaren. 465 831 l0 1s_ 10

5. Förfarande enligt patentkrav 3 kännetecknat därav, att en del av malmen och/eller malmkoncentratet inmatas i reaktorn med fluidiserad bädd, varvid malmen och/eller .malmkoncentratet uppvärmes före inmatning i flamkammaren. 'i ;.¿_fiÄ-'Äiïörfarande enligt patentkrav 5 kännetecknat därav, att

6. ..V_ 'malmen och/eller malmkoncentratet uppvärms i reaktorn med fluidiserad bädd till en temperatur vid vilken flyktiga ämnen såsom Sb, Bi och/eller As avgår med gaserna.

7. Förfarande enligt patentkrav a l kännetecknat därav, att gaserna kyls i reaktorn med fluidiserad bädd till en temperatur mellan 600 - 700 'C.

8.. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att -l 1 det oáiderande medlet, som inblàses i flamkammaren, är '20 25 30 35 luft. I

9. Förfarande enligt patentkrav 8 kännetecknat därav, att luften är syreanrikad .

10. Förfarande enligt patentkrav l kännetecknat därav, att det oxiderande medlet som inmatas i flamkammaren är syrgas.

11. ll. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav, att malmen ooh/ eller malmkoncentratet inmatas med det oxiderande medlet i flamkammaren så att materialet i flamkammaren får en, kring en tänkt vertikal axel, roterande rörelse varvid suspensionen av partiklar och gas får en fördröjd uppehålls- tid, i flamkammaren och en god separering av partiklar och gaser erhålles.

12. Förfarande enligt patentkrav ll kännetecknat därav, att malmen och/eller malmkoncentratet inmatas sekantiellt i flamkammaren och genom minst två inmatningsmunstycken. 10 15 20 25 30 35 465 351 11 i m

13. ' -Förfarande enligt något av patentkraven 1-12, k ä n n e t e c k n a t därav, att slaggbildande ämnen och eventuellt inert material leds in i nedre delen av den fluidiserade bädden, att gaserna kyls av partiklar, som har en lägre temperatur än gaserna i den nedre delen av den fluidiserande bädden, till en temperatur av 750-900°C och av kylytor i den övre delen av den fluidiserade bädden till en temperatur av 600-700°C, och att gaserna och med- följande partiklar leds från den fluidiserade bäddens övre del in i en partikelavskiljâre, frán vilken gaserna leds ut ur reaktorn och en del av de avskilda partiklarna re- turneras till den nedre delen av den fluidiserade bädden och en del leds ner till flamkammaren.

14. Anordning för framställning av skärsten och/eller metall ur sulfidisk finkornig malm eller malmkoncentrat kånnetecknad därav, att anordningen omfattar a) en flamkammare (1), vilken i sin övre del är ansluten till en gaskylare (2) och i sin nedre del till en sättugn eller uppsamlingskammare (4) för slagg och skärsten och vilken har åtminstone ett intag (6) för malm och/eller malmkoncentrat samt oxiderande medel ___ b) en gaskylare (2) bestående av en reaktor med fluidiserad bädd i sin nedre del ansluten till flamkammaren (1) och i sin övre del till en partikelavskiljare (3), c) en partikelavskiljare (3), som har ett uttag (9) för renade gaser och ett uttag (12) för avskilda partiklar, varvid uttaget (12) för partiklar är anslutet genom em första ledning (10) för átercirkulerande material till reaktorn med fluidiserad bädd och genom en andra ledning (ll) till flamkammaren (l){ 465 851 g W H 10 15

15. Anordning enligt patentkrav 14 kánnetecknad därav, att 1 övre delen av reaktorn med fluidiserad bädd anordnats kylytor (19) .

16. (anordning enligt patentkrav 14 kännetecknad därav, att :uppsamlingskammaren (4) för elagg och skär-sten är en sättugn såsom en flamugn eller en el-ugn.

17. Anordning enligt patentkrav 16 känna-tecknad därav, att flamugnens gasutrymme (20) är genom en mellanvägg (21) uppdelat :|. en första kammare (22) och en andra kanunare å(2a), varvid flamkammaren (1) ar anørdnaa ovanfar den §försra kammaren (22) een ett gasurlopp (24) för förbrän- Üningsgaser ovanför den andra kammaren (23).