SE467109B - Slaggbehandlingsfoerfarande - Google Patents

Description

467 109 2 vol. l6B, september 1985, sid 513-527, arbetar enligt den ovan gjorda generella beskrivningen. Dessa för- faranden har viktiga nackdelar i det att samtliga förfaranden utnyttjar stora mängder bränsle/reduktions- medel och syrahaltig gas och generellt arbetar med en likformig fördelning av stora mängder bränsle/reduk- tionsmedel över hela ugnen. Dessa nackdelar har all- mänt accepterats inom industrin. Alla försök att för- bättra förfarandet har legat i optimering av konven- tionella parametrar. Ett sådant försök beskrives i "Development and Application of Computer Model of the Slag Fuming Process at Port Pirie", R.M. Grant och L.J. Barnett, i Australasian I.M.M. Conference, South Australia, juni 1975, sid 247-265.

Summering av uppfinningen Det har nu upptäckts, att de ovannämnda nackdelarna kan i väsentlig grad övervinnas och att slaggblåsnings- förfarandet kan drivas med väsentligt mindre mängder bränsle/reduktionsmedel genom att bränsle/reduktions- medlet på ett kontrollerbart sätt bringas i beröring med och infángas i slaggen. Det har sålunda upptäckts, att den verkliga reduktionen av metallvärdena i slag- gen till ångformigt tillstånd sker på bräns1et/reduk- medlet, som infångas i slaggen vid gasinjektion. Vid de tryck, vid vilka gasen inblåses i slaggen under normala blåsningsförfaranden, utträder gasen från en tätta i form av enskilda eller diskreta bubblor.

Dessa bubblor stiger väsentligen vertikalt upp från tättorna och bryts upp i bubblor med mindre storlek.

Ungefär en tredjedel av bränsle/reduktionsmedlet, som injiceras tillsammans med gasen genom tättorna, infângas i slaggen. Reduktionsmedel har observerats i slaggprover, som tagits från ugnen. Resten av bräns- let/reduktionsmedlet kommer i stort att förbrännas även om en liten del kan passera genom ugnen utan att förbrukas. Blåsnings- och reduktionsförfarandet kan sålunda anses vara två samtidigt skeende processer, G1 467 109 3 dvs reduktion av metallvärden på infångat bränsle/reduk- tionsmedel i slaggen och förbränning och upphettning av slaggen genom förbränning av bränslet/reduktionsmedlet medelst den injicerade, syrehaltiga gasen.

På basis av dessa insikter har vi upptäckt, att injektion av blandningar av bränsle/reduktionsmedel och fluidum vid hög hastighet kan utnyttjas för att åstadkomma den nödvändiga reduktionen. En del av den totala mängd bränsle/reduktionsmedel, som tillföres blåsningsförfarandet matas in i ugnen via ett litet antal tättor, som är höghastighetstättor. Antalet höghastighetstättor är beroende av ugnsutformningen och är vanligtvis l-4. Den genom höghastighetstättorna tillförda mängden bränsle/reduktionsmedel ligger i området ca 20-60% av den totala mängd bränsle/reduk- tionsmedel, som tillföres under blåsningsförfarandet.

Bränsle/reduktionsmedlet injiceras konventionellt medelst ett fluidum, som kan vara en vätska eller en gas. Hastigheten hos blandningen av bränsle/reduk- tionsmedel och fluidum genom höghastighetstättan eller -tättorna är över ca 50 m/s och är företrädesvis i området från ca 80 till 115 m/s. Resten av bränsle/re- duktionsmedlet och den syrehaltiga gasen injiceras i den smälta slaggen genom resterande (normala) tättor vid de kända låga hastigheterna för att förbränna bränsle/reduktionsmedel för tillföring av värmeenergi för förfarandet och för att åstadkomma en tillräck- ligt hög temperatur i ugnen. Det fluidum, som injiceras med bränsle/reduktionsmedlet genom höghastighetstättan eller -tättorna, kan vara en syrehaltig gas, t ex luft, syre eller syreberikad luft eller en icke-syre- haltig gas såsom kväve, argon, naturgas eller liknande, men kan även vara en vätska såsom vatten, flytande kolväte och liknande eller kan vara en blandning av en eller flera av de ovan nämnda gaserna och vätskorna.

Ett huvudsakligen fullständiga avlägsnandet av flyktiga beståndsdelar från slaggen kan uppnås väsentligt snabbare '4e7 109 4 och med en mindre mängd bränsle/reduktionsmedel. Följ- aktligen kan slaggblåsningsförfarandet utföras mera ekonomiskt än vad som hittills varit möjligt.

Enligt uppfinningen åstadkommes sålunda ett sätt för blåsning av metallurgiska slagger, som innehåller icke-järnmetallvärden inbegripande zink och bly, vid vilket sätt smält slagg matas till en ugn och ett bränsle/reduktionsmedel och en syrehaltig gas injiceras i den smälta slaggen genom ett flertal tättor i till- räcklig mängd för att förflyktiga slaggens flyktiga beståndsdelar, och detta förfarande kännetecknas enligt uppfinningen av att en del av nämnda bränsle/reduktions- medel injiceras tillsammans med ett fluidum i den smälta slaggen genom minst en höghastighetstätta vid en högre hastighet än den hastighet, med vilken bräns- le/reduktionsmedlet och den syrehaltiga gasen injiceras genom resterande tättor. Det fludium som injiceras genom höghastighetstättorna, väljes bland föreningar ur gruppen luft, syre, syreberikad luft, argon, kväve, naturgas och liknande, vatten, flytande kolväten och liknande och blandningar av en eller flera av de flytan- de och gasformiga fluiderna.

Företrädesvis är antalet höghastighetstättor 1-4; utträdeshastigheten för blandningen av bräns- le/reduktionsmedel och fluidum från höghastighetstättan eller -tättorna minst ca 50 m/s och ännu hellre i området från ca 80 till ca 115 m/s; tillföres fluidet till höghastighetstättan eller -tättorna vid ett tryck av minst ca 400 kN/m2 och ännu hellre ca 400 till 700 kN/m2; är mängdförhållandet eller ratiot mellan bränsle/reduktionsmedel och gas såsom fluidum i hög- hastighetstättan eller -tättorna i området ca -35 kg/normal-m3; är bränsle/reduktionsmedlet sten- kol; och är det mest föredragna fluidet luft.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas under hänvisning till en föredragen utföringsform Lä.. l0 467 109 och under jämförelse med det konventionella förfaran- det, varvid både uppfinningsförfarandet och det konven- tionella förfarandet genomföres i samma ugn. Enligt ett slaggblåsningsförfarande och en slaggblåsningsugn, som beskrives i AIME World Symposium on Mining & Metallurgy of Lead & Zink, Vol II, AIMME & PE, 1970, sid 330-347 behandlas slagg från blymasugnar direkt i en slaggblåsningsugn för att återvinna bly, zink, indium, kadmium, tenn, arsenik, antimon, germanium och andra metallvärden.

Slaggblàsningen utföres satsvis i en väsentligen rektangulär, vatten-kyld ugn, i vilken slaggen blåses med en blandning av bränsle/reduktionsmedel, företrädesvis pulverformigt stenkol, och en syrehaltig gas, varvid denna blandning injiceras under tryck genom ett fler- tal tättor, som är anordnade i ugnssidorna. Den före- dragna syrehaltiga gasen är luft, men det inses att syreberikad luft också kan användas. Mängdförhållandet mellan kol och luft regleras för att man skall upprätt- hålla kraftigt reducerande förhållanden, varigenom man genom blåsningen förflyktigar metallerna från slaggen. Metallàngor kommer därefter att på nytt oxide- ras medelst luft ovan för badet av smält slagg. Rök- gasblandningen, som innehåller metalloxider, avledes från ugnen tillsammans med gaserna via avgaspannor och rökgaskanaler till filterhus, där rökgasernas partiklar uppsamlas.

Genomloppshastigheten i ugnarna är beroende av hur snabbt zinken går i rök eller blåses, vilket är en funktion av slaggens sammansättning, och är också beroende av ekonomiska överväganden, som dikterar den utsträckning i vilken man önskar avlägsna zinken från slaggen.

Den slaggblåsningsugn, som beskrivits vid den ovannämnda AIME-referensen och som utnyttjas konven- tionellt och vid förfarandet enligt uppfinningen, har de nominella dimensionerna, 3 m x 3 m x 7,9 m längd. 4-67 109 6 Ugnsgolvet består av ett antal gjutjärnsbottenmant- lar, som har extra kraftiga kylrör, som är ingjutna i mantlarna. Den nedre delen av sidoväggarna bildas av mantlar av mjukt stål för tättorna. Insidan av dessa tättmantlar sluttar utåt från ugnens centrum- O, linje och ger tillräckligt kylutrymme. På dessa insidor och på manteländytorna är klockformiga stutsar fast- svetsade. Gallerverket av stutsar och sluttningen tjänar till att kvarhålla en slaggbeläggning på mant- larnas yta. Sluttningen underlättar också till slagg- cirkulationen vid inträngningen av blåsningsmedlet.

Vattenkylmantlarna hålles automatiskt vid ca 95°C.

Taket är av en vattenkylmantelkonstruktion. Ovan- för ugnen finns en förbränningskammare av tubväggs- konstruktion vilken övergår i en avgasångpanna.

Ugnen innehåller 72 standardtättor, 36 på varde- ra sidan och alla belägna 178 mm från ugnsbottnen.

Varje tätta har dubbla inlopp, ett för hantering av pulvriserat kol, som tillföres genom ett rör med dia- metern 19,1 mm, och ett annat för blåsningsluft, som tillföres genom ett rör med diametern 38,1 mm. Varje tätta är försedd med en kulventil för införing av en rengöringsstång och ett termoelement av inskjut- ningstyp.

Smält slagg och glödskal inmatades genom en vatten- kyld tratt, som inskjuter från ugnens framsida. Even- tuellt kan granulerad masugnsslagg inmatas under inver- kan av tyngkraften eller under inverkan av luftinjektorer tvärs över slaggbadets yta. Den blåsta slaggen avtappas genom två tapphål, som är belägna vid den motstående änden, räknat från den änden av ugnen där tillförsel- tratten är belägen. Tapphålen är placerad en viss sträcka nedanför raden av tättor i ugnen. Om så önskas, 1 kan den avtappade slaggen granuleras.

Vid den konventionella driften av slaggblåsnings- förfarandet i ugnen inmatades 50 ton smält slagg, som innehöll 17% Zn och hade temperaturen 1200°C, 467 109 7 i ugnen genom den vattenkylda inloppstratten under en tidrymd av 30 min. Härefter följdes en upphett- ningsperiod av ca 30 min. Under denna tidrymd kom den exotermiska förbränningen av kol i blandningen av kol och luft att höja slaggens temperatur till l300°C. När denna slaggtemperatur hade uppnåtts, bör- jade huvudslaggblåsningscykeln med en luftinförsel- hastighet av 4,7 normal-m3/min till varje tätta. Pulvri- serat kol, som hade en sådan kornstorlek att ca 80% passerade genom en sikt med den fria maskvidden 0,075 mm (200 mesh B.S.S), inmatades i den smälta slaggen genom varje tätta med en hastighet av 1,4 kg/min. Mängd- förhållandet mellan kol och luft var 0,30 kg kol per normal-m3 luft. Luften matades till tättorna med ett tryck av ca 50 kN/m2 (eller kPa). Utträdeshastigheten för blandningen av kol och luft vid varje tättas utlopp var 36 m/s. Tertiärluft tilläts inströmma i ugnen genom inloppstratten och mängden var icke reglerad men tillräcklig för att säkerställa oxidation av metall- ângorna. De sistnämnda inmatningshastigheterna för kol och syre upprätthölls, tills slaggens zinkhalt hade minskat till 2%, en haltnivå, som uppnåddes efter 120 min vid en total behandlingstid för satsen om 180 min. Under denna 120 min långa tidrymd, sjönk slaggens temperatur till l220°C.

Vid förfarandet enligt uppfinningen ersattes en av de 72 standardtättorna med en höghastighetstätta, som hade ett inlopp med diametern 6,8 mm för bräns- le/reduktionsmedlet och fluidet. 50 ton smält slagg (l7% Zn) med en temperatur av l220°C infördes i ugnen under en tidrymd av 30 min. Efter en upphettningsperiod av ca 30 min hade slaggen nått temperaturen l280°C.

Huvudblâsningsförfarandet började. Luft matades till varje standardtätta med ett tryck av ca 50 kN/m2, och luft, dvs'det mest föredragna fluidet, matades till höghastighetstättan med ett tryck av ca 400-700 kN/m2, vilket gav en utträdeshastighet av ca 36 m/s resp 467 09 8 80-115 m/s. Lufttillförselhastigheten till varje stan- dardtätta var 4,7 normal-m3/min och till höghastig- hetstättan 0,45 normal-m3/min. Pulvriserat kol matades t) med en hastighet av 15 kg/min till höghastighetstättan och med en hastighet av 1,2 kg/min till varje standard- tätta. Mängdförhållandet mellan stenkol och luft för fii' höghastighetstättan var 33 kg stenkol per normal-m3 luft och för varje standardtätta 0,26 kg stenkol per normal-m3 luft. Tertiärluft tilläts inströmma, liksom vid det konventionella förfarandet, för att säkerstäl- la oxidation av metallångorna. Efter 96 min var blås- ningen färdig, vilket gav en total behandlingstid för slaggsatsen av 156 min. Zn-halten hos den avtappa- de slaggen var 2%, och den från ugnen avtappade slag- gen hade en temperatur av l220°C. Denna operation resulterade i en tidsbesparing av ca 20% av huvudblås- ningscykeln, jämfört med de konventionella förhållandena under utnyttjande av enbart standardtättor. Man kan beräkna att stenkolsförbrukningen också minskades med ca 20%.

När två höghastighetstättor utnyttjas, är dessa tättor företrädesvis placerade diagonalt i förhål- lande till varandra. Den diagonalt motsatta place- ringen av två tättor åstadkommer en cirkulation i slaggbadet och förbättrar blåsningshastigheten. Om så önskas kan fyra höghastighetstättor utnyttjas, varvid en tätta placeras vid vart och ett av ugnens hörn. Istället för att ersätta en eller flera av stan- dardtättorna med höghastighetstättor kan man om så önskas komplettera ugnen med en eller flera höghas- tighetstättor. Generellt beror antalet höghastighets- tättor på ugnens geometri, men det inses, att mer än fyra höghastighetstättor kan utnyttjas om så er- fordras för att man skall uppnå de önskade resultaten.

Den mängd bränsle/reduktionsmedel, som tillföres under behandlingsförloppet, måste vara tillräckligt för att man skall uppnå och bibehålla den önskade 467 109 9 temperaturen och åstadkomma reduktionen. Detta förhål- lande begränsar det antal höghastighetstättor, som kan utnyttjas. För den ugn och de blåsningsförfaranden som beskrives här, är det maximala antalet höghastighets- tättor som kan utnyttjas ca 4. Utan att vara bunden till några teoretiska överväganden förmodas att de vanliga standardtättorna åstadkommer upphettningen och att höghastighetstättorna åstadkommer den nödvändiga reduktionen. Dessa effekter åstadkommes också genom en ojämn fördelning mellan de mängder bränsle/reduktions- medel som matas till tättorna. Vid det ovanstående exemplet matades ca 30% av kolet till höghastighets- tättan, medan resterande ca 70% av kolet matades till standardtättorna. Även om uppfinningen har i detalj beskrivits under hänvisning till en specifik ugn och en specifik sats av driftsförhållanden, inses att variationer och modfiikationer kan göras utan att man frångår uppfinningstanken. Mera speciellt kan uppfinningen utnyttjas vid blåsningsförfaranden, vid vilka slagg- blåsningen och -reduktionen genomföres kontinuerligt, varvid slaggen kontinuerligt införes i och avlägsnas från en ugn.

Slaggblåsningsförfarandet enligt uppfinningen genomföres generellt genom utnyttjande av minst en tätta, genom vilken en del av bränsle/reduktionsmed- let, till exempel koks eller stenkol, företrädesvis stenkol, i en mängd av ca 20-60% på den under blåsnings- förfarandet tillförda totala mängden bränsle/reduktions- medel injiceras med ett fluidum i en slaggsmälta med en högre hastighet än resterande delar av bränsle/reduk- tionsmedel, som injiceras i ugnen genom övriga tättor.

De högre injektionshastigheterna är sådana, att hastig- heten hos blandningen av bränsle/reduktionsmedel och fluidum vid utloppet av nämnda minst ena tätta är minst ca 50 m/s. Företrädesvis är denna hastighet i storleksordningen ca 80-115 m/s. Bräns1e/reduktions- 0467 09 medlet injiceras genom höghastighetstättan eller -tättor- na medelst ett lämpligt fluidum, som kan vara en vätska eller en gas. Lämpliga gaser är syrehaltiga gaser ry. eller icke-syrehaltiga eller inerta gaser. Gasen väljes företrädesvis ur den grupp som omfattar luft, syre, Ä syreberikad luft, kväve, argon, naturgas och liknande. .

Den mest föredragna gasen är luft. Om så önskas kan gasen vara förvärmd. Lämpliga vätskor är vatten, lämp- liga flytande kolväten och liknande. Om så önskas kan en blandning av en eller flera av gaserna och vätskorna utnyttjas för injicering av bränsle/reduk- tionsmedlet genom höghastighetstättan eller -tättorna.

Om så önskas kan bränsle/reduktionsmedlet injiceras genom höghastighetstättan eller -tättorna som en upp- slamning av bränsle/reduktionsmedlet i ett vätske- fluidum. Fluidumet matas till nämnda minst ena höghastig- hetstätta vid ett tryck av minst ca 400 kN/m2. Företrä- desvis är trycket i storleksordningen ca 400-700 kN/m2.

När fluidet är en gas, är mängdförhållandet mellan bräsle/reduktionsmedel och gas i de nämnda minst ena höghastighetstätta i storleksordningen ca 25-35 kg bränsle/reduktionsmedel per normal-m3 gas.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 W 467 109 PATENTKRAV

1. S1aggbehandlingsförfarande för blåsning av metal- lurgisk slagg, som innehåller icke-järnmetallvärden inbe- gripande zink och bly, vid vilket sätt smält slagg matas till en ugn och ett bränsle/reduktionsmedel och en syre- haltig gas injiceras i den smälta slaggen genom ett fler- tal tättor i tillräckliga mängder för att förflyktiga slaggens flyktiga beståndsdelar, k ä n n e t e c k - n a t därav, att en till 20-60% uppgående del av hela den tillförda mängden bränsle/reduktionsmedel, för att bränslet/reduktionsmedlet skall föras i beröring med och infångas i den smälta slaggen, injiceras i smältan medelst en gas, varvid mängdförhållandet mellan nämnda bränsle/reduktionsmedel och nämnda gas är 25-35 kg bränsle/reduktionsmedel per normal-m3 gas, och att injiceringen av denna del av bränslet/reduktionsmedlet sker genom minst en höghastighetstätta vid en högre hastighet än hastigheten för det bränsle/reduktionsmedel och den syrehaltiga gas, som injiceras genom resterande tättor, varvid bränsle/reduktionsmedlets och gasens hastighet vid utloppet av nämnda minst ena hög- hastighetstätta är 50-115 m/s samt varvid gasen matas till nämnda minst ena höghastighetstätta vid ett tryck av 400- 7oo kn/m2.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t därav, att 1-4 höghastighetstättor används.

3. Förfarande enligt patentkravet l eller 2, k ä n - n e t e c k n a t därav, att bränslet/reduktionsmedlet är stenkol.

4. Förfarande enligt något av de föregående patent- kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda gas är en gas ur gruppen luft, syre, syreberikad luft, kväve, argon och naturgas.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att hastigheten vid nämnda minst ena höghastighetstättans utlopp är 80-115 m/s. 467 109 /2

6. Förfarande enligt något av de föregående patent- kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att gasen för- värmes. 10 15 20 25 30 35