SK281303B6 - Spôsob pyrometalurgického spracovania minerálnych materiálov - Google Patents

Abstract

Minerálny materiál a oxidačný plyn sa privádzajú do taveniny minerálneho materiálu alebo tesne nad ňu a oxidačné produkty sa podrobujú sulfidácii alebo redukcii v tavenine v druhom reakčnom pásme, ktoré je v styku s prvým reakčným pásmom vytvoreným vplyvom podtlaku v tavenine, v ktorom prebieha oxidácia privádzaného minerálneho materiálu vo vznášaní. Ako privádzaný minerálny materiál sa obvykle spracováva sulfidová ruda alebo jej koncentrát, alebo minerálny materiál obsahujúci oxidy olova alebo zinku a ich zmesi.ŕ

Description

Výstupný koniec horáka sa môže umiestniť nad roztaveným kúpeľom alebo v roztavenom kúpeli. Ak sa umiestni výstupný koniec horáka do roztaveného kúpeľa, vytvára oxidačný plyn v kúpeli podtlak, ktorým je definovaná αβρού časť hranice prvého reakčného pásma. Aby sa to dosiahlo, volí sa obvykle rýchlosť prúdu oxidačného plynu tak, aby nepresahovala 100 metrov za sekundu, výhodne potom 50 a 70 metrov za sekundu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 znázorňuje bočný prierez výstupného konca horáka na použitie v pyrometalurgickom spôsobe podľa tohto vynálezu a obr. 2 znázorňuje bočný prierez pece, v ktorej sa môže pyrometalurgický postup podľa vynálezu uskutočňovať.

Na obr. 1 je znázornené vyhotovenie horáka, ktoré sa môže používať pri spôsobe podľa tohto vynálezu. Na tomto obrázku je znázornený výstupný koniec horáka, ktorý sa skladá z rúrok 10,12 a 14, ktoré sú sústredné a majú rôzne priemery. Rúrka 12 je umiestnená vnútri rúrky 10 a rúrka 14 je vnútri rúrky 12. Rúrky sú obvykle vyrobené z mäkkej ocele, aj keď časť, ktorá presahuje bezprostredne koniec 32, ktorý je obvykle ponorený do roztaveného kúpeľa, môže byť vyrobený z nehrdzavejúcej ocele.

Medzi rúrkami sú tri kanály. Medzi rúrkami 10 a 12 je vonkajší kanál 16, vnútorný kanál 18 sa nachádza vnútri rúrky 14 a prostredný kanál 20 sa nachádza medzi rúrkami 12 a 14.

Víriče toku 22, ktoré vytvárajú v prúde plynu vírenie, sú umiestnené v kanáli 16. Tieto víriče priliehajú k vonkajšiemu povrchu rúrky 12.

Kanály 16, 18 a 20 sú vybavené výstupnými otvormi

24,26 a 28, ktoré ústia do miešacieho pásma 30.

Horák znázornený na výkrese sa môže používať na prívod surovinového materiálu, paliva a oxidačného plynu do zariadenia na tavenie alebo na iné pyrometalurgické postupy. Oxidačný plyn postupuje dole kanálom 16, privádzaná surovina zmiešaná s oxidačným plynom prechádza dole kanálom 18 a palivo sa privádza dole kanálom 20. Výstupný otvor 28 kanála 20 je veľmi úzky, obvykle široký asi 0,5 mm, takže ak sa privádza palivo pod vhodným tlakom smerom dole kanálom 20, vystupuje výstupom 28 vo forme rozbiehavého kužeľa, ako je na výkrese znázornené prerušovanými čiarami. Rýchly tok paliva, spôsobovaný úzkym kanálom, chráni tento kanál pred prehriatím a teda krakovaním. Výstup takto slúži ako kruhová dýza, ktorá vytvára dobre premiešanú zmes paliva s oxidačným plynom.

Obvykle sa privádzaný surovinový materiál privádza vo forme častíc do tavného zariadenia. Horák je v takom zariadení umiestnený tak, aby koniec 32 bol práve nad materiálom. Palivo sa vedie dole kanálom 20 a oxidačný plyn smerom dole kanálom 16. Miešanie nastáva v pásme 30 a zmes plynov sa potom zapáli. Vznikajúcim teplom sa častice suroviny tavia a postupne sa tak v zariadení vytvára vo zväčšujúcom sa množstve kvapalná hmota alebo roztavený kúpeľ privádzanej suroviny. Isté množstvo roztaveného materiálu sa rozstrieka na horák. Tento roztavený materiál tuhne na vonkajšom povrchu rúrky 10, ktorá je chladená oxidačným plynom postupujúcim dole kanálom 16. Chladenie sa zlepšuje pôsobením víričov na prúd oxidačného plynu. Tento stuhnutý materiál pôsobí ako izolátor a chráni rúrku 10.

Sotva sa taveninový kúpeľ vytvorí v dostatočnom množstve, môže sa horák znižiť tak, aby koniec 32 horáka zasahoval do taveninového kúpeľa. Toto je znázornené na obr. 2 priložených výkresov. Na tomto obrázku je reakčným zariadením 40 pec vyložená žiaruvzdorným materiálom, vnútri ktorej je reakčný priestor 42. Horák 44 prechádza hlavou 46 zariadenia 40 a zasahuje do reakčného priestoru tak, že výstupný koniec 48 (32 na obr. 1) siaha do taveninového kúpeľa 50 privádzaného surovinového materiálu. Taveninový kúpeľ 50 sa skladá z dvoch fáz - troskovej fázy 52 a kamienkovej fázy 54. Surovina sa privádza do horáka vstupom 56 a oxidačný plyn prívodom 58. Surovina postupuje smerom dole vnútorným kanálom horáka a oxidačný plyn smerom dole vonkajším kanálom horáka, ako je už opísané s odvolaním na obr. 1. Ak sa tavia isté sulfidové koncentráty, nie je potrebné používať v tomto stupni postupu žiadne palivo, pretože oxidačnými reakciami sa vyvíja dostatok tepla, aby sa mohla udržiavať požadovaná teplota.

Oxidačný plyn opúšťa výstupný koniec 48 horáka takou rýchlosťou, že sa vo vrstve trosky vytvára podtlak 58. Tento podtlak 58 definuje prvé reakčné pásmo, v ktorom sa privádzaná surovina, ktorá opúšťa výstupný koniec 48 horáka, podrobuje oxidácii vo vznášaní. V tomto pásme sa dosahujú výborné oxidačné rýchlosti. Oblasť alebo pásmo 60, znázornené bodkovaním, sa vytvára v troskovej vrstve 52. V tomto pásme nastáva vírenie a je ním definované druhé reakčné pásmo, v ktorom sa zoxidované reakčné splodiny a iné oxidy z prvého reakčného pásma 58 podrobujú opätovnej sulfidácii (resulfidácii) alebo redukcii, a to podľa povahy privádzaného surovinového materiálu. Takto nastáva oxidácia vo vznášaní, ktorá prebieha v pásme 58, a resulfidácia alebo redukcia v troske, ktoré prebiehajú v roztavenom kúpeli v pásme 60.

Produkty opätovnej sulfidácie alebo redukcie postupujú smerom dole troskovou vrstvou 52 do kamienkovej vrstvy 54. Vrstvy trosky a kamienka sa môžu občas vypustiť vývodom 62. Výstup 64 sa používa na výfukové plyny, ako,je oxid siričitý, ktoré vznikajú počas postupu.

Na obr. 2 je znázornené uskutočnenie, pri ktorom je výstupný koniec horáka umiestnený do troskovej vrstvy roztaveného kúpeľa. Postup sa môže uskutočňovať tiež týmto výstupným koncom umiestneným bezprostredne nad roztaveným kúpeľom. V tomto prípade je prvé pásmo definované medzi výstupným koncom 48 horáka a povrchom podtlaku, ktorý sa vytvára vo vrstve trosky. Pri týchto podmienkach však nastávajú vyššie straty prachu.

Je nutné poznamenať, že vznik dvoch pásiem, v ktorých prebiehajú rozdielne reakcie, nenastáva pri tavnom postupe, pri ktorom sa používa horák typu, ako je opísaný v austrálskom patente č. 520 351. Pri použití takého horáka vytvára prúd vystrekovaného plynu a/alebo paliva na výstupe z horáka vyšší stupeň vírenia v roztavenom kúpeli. Surovinový materiál sa neprivádza horákom, takže nenastáva oxidácia vo vznášaní. Pri postupe podľa tohto vynálezu je tavenie účinnejšie, pretože sa dosahujú väčšie reakčné rýchlosti a použitie jemne rozomletej suroviny znamená, že v troske nie je suspendovaný žiadny nevylúhovaný materiál. Ďalej, významné vírenie nastáva len v pásme 60, čo má za následok menšie opotrebenie žiaruvzdorného obloženia. Nakoniec, môže sa lepšie kontrolovať prenikanie oxidačného plynu do vrstvy kamienka, pretože sa výstupný koniec horáka môže umiestniť ďalej nad vrstvou kamienka, ako je to možné pri horáku podľa citovaného austrálskeho patentu.

Rýchlosti prúdov, tlaky a veľkosti častíc surovinového materiálu sa menia podľa povahy používaných materiálov. Príklady typických rýchlostí prúdov, tlakov a veľkosti častíc sú:

1. Rýchlosť toku hmoty privádzanej suroviny (vrátane troskotvomej prísady a uhlia): 50 až 200 kg/h pri tlaku

SK 281303 Β6 vzduchu do 200 kPa (pretlaku).

2. Objemová rýchlosť toku vzduchu obohateného kyslíkom z horáka: 50 až 200 Nm³/h pri tlaku do 200 kPa (pretlaku).

3. Objemová rýchlosť toku vzduchu, ktorý unáša tuhé látky (pozri 1.): 20 až 50 Nm³/h.

4. Objemová prietoková rýchlosť nafty: 5 až 15 litrov/h pri 20 °C do 700 kPa.

5. Veľkosť Častíc:

Sulfídový koncentrát: 70 až 80 % menej ako 74 um. Troskotvomé prísady: (buď kremeň alebo hasené vápno): 70 až 80 % menej ako 74 pm.

Uhlie alebo antracit: 80 až 90 % menej ako 74 um. Vynález je bližšie opísaný nasledujúcimi príkladmi taviacich postupov uskutočňovaných s použitím horáka a pece, ako boli opísané a zobrazené na obr. 1 a 2.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Tavenie obvyklého meďno-nikelnatého sulfidu

Pec sa vyhrieva spaľovaním. Na začiatku postupu sa na predohriatie pece nastrekne horákom malé množstvo butánu. Sotva sa ohnisko pece ohreje na 700 °C, nahradí sa plynný bután naftou a pec sa zahreje na prevádzkovú teplotu (1350 °C) vzduchom obohateným kyslíkom. Priemerná rýchlosť prietoku nafty je 10 litrov/h pri tlaku 680 kPa. Priemerné obohatenie kyslíkom je 10 Nm³/h počas predohrievacieho cyklu. Sotva sa dosiahne prevádzková teplota, uvedie sa do činnosti pneumatická privádzacia sústava a kontroluje sa množstvo rozomletého koncentrátu a troskotvomej prísady, ktoré sa privádzajú pneumaticky ohybnou hadicou do kanála 18 horáka a do pece. Prevádzka pneumatickej privádzacej sústavy sa udržiava pri tlaku vzduchu 150 kPa a rýchlosť prúdenia vzduchu na 20 až 40 Nm³/h, čo závisí od troskotvornej prísady a zmesi koncentrátu. V roztavenom kúpeli sa vytvorí podtlakové alebo prvé reakčné pásmo 58. V tomto pásme nastáva oxidácia vo vznášaní sulfidov, ktoré sa nachádzajú v koncentráte. Splodiny tejto reakcie, t. j. zmes zásaditých kovových oxidov a sulfidov vstupuje potom do vrstvy trosky (pásmo 60), kde nastávajú ďalšie reakcie medzi zásaditými kovovými oxidmi a jemne dispergovanými globulámymi časticami roztaveného kamienka. Následkom intenzívneho miešania v pásme 60 prebiehajú reakcie rýchlo a rýchlo nastáva rovnováha, výsledkom čoho je veľmi krátky retenčný čas (zdržanie). Oxid siričitý SO₂ vo výfukových plynoch sa monitoruje na výrobu kyseliny a udržiava sa pri koncentrácii medzi 5 a 15 % po privedení chladiaceho vzduchu.

Vytvára sa kvapalný kamienok, ktorý obsahuje asi 20 g železa, a kvapalná troska, ktorá obsahuje hlušinu a troskotvomé prísady. Je možné tiež znížiť hladinu železa v kamienku na akúkoľvek požadovanú hodnotu, čím sa minimalizuje potreba nákladného postupu premeny.

Pred odpichom sa stanoví obsah koncentrátu, horák sa vytiahne 0,5 až 1 m od ohniska pece, aby sa kúpeľ usadil a tým sa znížilo na minimum vniknutie kamienka do trosky. Pec sa odpichuje dúchaním kyslíka do odpichovacieho otvoru. Kamienok a troska sa odpichujú do liatinových foriem, ochladia sa, oddelia, odvážia a odoberú sa z nich vzorky na chemickú analýzu.

V tomto príklade nastáva oxidácia v pásme vznášania na povrchu rôznych častíc sulfidu, pričom sa vytvára rad oxidov. Pritom prebiehajú tieto reakcie:

FeS + 5 O₂ —> Fe₃O₄ + 3 SO₂

0,5 (Ni, FejsSg+6,87 (¾ -> 1,125 NiFezO^ 1,125 NiO+4 8(¾

CuFeS₂ + 3 O₂ -> 0,5 Cu₂O. Fe₂O₃ + 2 SO₂

Pretože tieto reakcie sú vysoko exotermické, môžu sa v časticiach dosahovať teploty, ktoré presahujú 1500 °C s tým výsledkom, že sa sulfid, ktorý sa nachádza pod povrchom častíc vystavených oxidácii, disociuje a taví. Príkladom je reakcia:

CuFeS_2(s) —> 0,5 Cu₂S(ij + FeS(i) + 0,25 S₂(gj, v ktorej indexy v zátvorkách, konkrétne s, 1 a g, znamenajú jednotlivo tuhú, kvapalnú a plynnú formu. Takto sa tvoria v tavenine Cu-Fe-A bubliny (vtrúseniny). Obdobne sa tvoria bubliny Fe-S a Ni-Fe-S s inými druhmi sulfidov, ktoré sa nachádzajú v sulfidovom koncentráte.

Pri reakciách, ktoré prebiehajú v pásme vznášania, vzniká preto rad oxidov a roztavených sulftdov. Na vstupe do trosky v nej nastávajú reakcie, pri ktorých zložka FeS roztavených sulfidových bublín (vtrúsenín) reaguje so železom, niklom a meďou, resp. s ich oxidmi, ktoré vznikajú pri redukcii trojmocného železa (iónov) na dvojmocné, ako aj pri opätovnej sulfidácii oxidov niklu a medi. Prebiehajú niektoré z týchto reakcií:

FeS + 3 Fe₃O₄ -> 10 FeO + SO₂ a FeS + Cu₂O -> Cu₂S + FeO

Tieto reakcie sú urýchľované prítomnosťou oxidu kremičitého, ktorý sa nachádza v sulfidovom koncentráte a urýchľuje reakcie v troske vzhľadom na výhodnosť reakcie:

FeO + SiO₂-> Fe₂SiO₄, pri ktorej vzniká olivín železnatý (FeSiO₄) ako produkt.

Príklad 2

Použitie horáka na spracovanie antimonitového koncentrátu a arzénového medziproduktového materiálu

Na bezpečné a účinné začatie prevádzaky pece sa prívod nafty do horáka dočasne nahradí prívodom plynného butánu. Plyn sa zapáli a horák sa zníži na lôžka koksu na dne pece. Sotva sa koks zahreje do červená, nahradí sa prívod butánu privádzaním nafty a pec sa potom zahreje približne na 1200 °C naftou za obohatenia vzduchu kyslíkom. Je dôležité, aby vonkajším kanálom 16 horáka prúdil neustále chladiaci vzduch. Používa sa prúd vzduchu s intenzitou 100 až 130 Nm³/h pri tlaku 120 kPa. Rýchlosť prívodu nafty kanálom 20 sa udržiava v rozsahu 5 až 15 1/h pri tlaku 680 kPa.

Keď sa pec zahreje na 1200 °C, zmení sa tlak privádzacieho zariadenia na kPa, uvedie sa do chodu rotačný lopatkový podávač a nastáva pneumatický prívod. Ak sa spracováva antimonitový koncentrát, uvádza sa antimonit do horúcej pece na konci horáka kanálom 18, pričom ihneď reaguje s kyslíkom za vzniku prchavého surového oxidu antimoničného, ktorý sa odstraňuje, kondenzuje a zhromažďuje v zachytávačom zariadení. Nečistoty, ktoré sa nachádzajú v koncentráte približne v množstve 15 %, sa tavia dole a vytvárajú troskový kúpeľ. Malé množstvo antimónu sa rozpúšťa v roztavenej troske ako oxid antimoničný. Vzhľadom na to, že približne 85 % privádzaného materiálu tvoria prchavé látky, trvá dlho, pokiaľ sa zariadenie pece naplní. Sotva sa pec naplní na približne 0,5 m, nastáva redukčný stupeň, pri ktorom sa oxid antimoničný redukuje na kov, pridaním asi 20 kg koksu počas 20 minút.

Horák je nutné zdvihnúť asi päť minút pred odpichom, aby sa kúpeľ usadil a zabránilo sa tak vniknutiu kovu do trosky. Pec sa odpichne dúchaním kyslíka do odpichového otvoru. Troska a surový kov sa vypúšťajú do liatinových foriem, ochladia sa, oddelia, odvážia a odoberú sa z nich vzorky na chemickú analýzu. Ak sa spracováva arzénový medziproduktový materiál, je postup zhodný s postupom používaným na antimonitový koncentrát. Jediným rozdielom je to, že je prítomné väčšie množstvo hlušiny a tým sa vytvára väčšie množstvo trosky.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob pyrometalurgického spracovania minerálnych materiálov, pri ktorom sa minerálny materiál privádza vo forme častíc do reakčného pásma pece, ktorá je vyhrievaná na vysoké teploty, spolu s oxidačným plynom, pričom vzniká tavenina minerálneho materiálu, vyznačujúci sa tým, že sa minerálny materiál a oxidačný plyn privádzajú do taveniny minerálneho materiálu alebo tesne nad ňu a oxidačné produkty sa podrobujú sulfídácii alebo redukcii v tavenine v druhom reakčnom pásme, ktoré je v styku s prvým reakčným pásmom vytvoreným vplyvom podtlaku v tavenine, v ktorom prebieha oxidácia privádzaného minerálneho materiálu vo vznášaní.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa ako privádzaný materiál spracováva sulfídová ruda alebo jej koncentrát.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa spracováva privádzaný materiál s obsahom oxidov olova alebo zinku, alebo ich zmesi.
4. 4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa tavenina v druhom reakčnom pásme uvádza do stavu vírenia.
5. 5. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa privádza časticový minerálny materiál, ktorého priemerná veľkosť častíc nepresahuje 100 pm.
6. 6. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa ako oxidačný plyn privádza kyslík, vzduch obohatený kyslíkom alebo vzduch.
7. 7. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa uskutočňuje v tavenine minerálneho materiálu obsahujúceho vrstvu trosky a vrstvu kamienka a v druhom reakčnom pásme iba vo vrstve trosky.