Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШТЕЙНА И/ИЛИ МЕТАЛЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШТЕЙНА И/ИЛИ МЕТАЛЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШТЕЙНА И/ИЛИ МЕТАЛЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для производства штейна и/или металла из тонкоизмельченной сульфидной руды или концентрата сульфидной руды. Сущность: руду или рудный концентрат расплавляют в факельной камере таким образом, что по крайней мере часть твердого материала расплавляется в факельной камере и стекает вниз в печь с расплавом, в верхней части которой расположена факельная камера. Летучие металлические и сернистые компоненты выводятся вверх из факельной камеры к реактору псевдоожиженного слоя для использования в качестве псевдоожижающего газа. 2 с. и 10 з. п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2060284
Класс(ы) патента: C22B5/02
Номер заявки: 4613769/02
Дата подачи заявки: 29.03.1989
Дата публикации: 20.05.1996
Заявитель(и): Альстрем Корпорейшн (FI)
Автор(ы): Ханс Э.(.; Рольф Мальмстрем[FI]
Патентообладатель(и): Альстрем Корпорейшн (FI)
Описание изобретения: Изобретение относится к способу производства штейна и/или металла из тонкоизмельченной сульфидной руды или концентрата сульфидной руды в реакторе, состоящем из камеры горения и газоохладителя. Изобретение также относится к аппарату для осуществления способа.
Производство штейна может осуществляться различными способами перевода в суспензию-расплавления. При плавлении с пламенем руда или рудный концентрат подается вместе с воздухом в нисходящую шахту, благодаря чему происходит реакция окисления при высокой температуре. Продукты реакции перемещают вниз в плавильную печь с ванной, находящуюся под шахтой. При плавлении с пламенем целью является автогенное проведение процесса так, чтобы тепло, полученное в ходе реакции, было достаточным для разогрева продуктов реакции и для поддержания требуемой температуры реакции. Процессы проводятся путем отвода газов через участок печи с расплавленной ванной, который в некоторых случаях оказался помехой. Атмосфера печи с расплавом может иметь отрицательное воздействие на шлак и/или газы и на пыль, увлекаемую газом. Летучие компоненты, присутствующие в газе, могут ухудшать качество шлака или штейна при выплавке.
Известно плавление концентрата руды в окислительной атмосфере в циклоне для выплавки. Газы из циклона для выплавки в этом случае направляют вниз к печи с расплавом и выводятся оттуда через отдельное выпускное отверстие.
При плавлении сернистых концентратов возникают проблемы с отработанными газами, так как они имеют сильную тенденцию к спеканию и препятствуют отбору тепла от отработанных газов. Например, при плавлении свинецсодержащего концентрата насыщенный Pb-PbO топочный газ, содержащий SO2, будет образовываться при 1200-1300оС. Когда газ охлаждается, Pb и PbO будут конденсироваться, в то время как химическое равновесие смещается таким образом, что образуется сульфат свинца при 900-500оС и выделяется из газа в виде тумана. Условия особенно благоприятны для образования сульфата на поверхностях теплопередачи, которые таким образом будут покрываться слоями сульфата. Тенденция к спеканию другой пыли в топочных газах возрастает, так как образуется сульфат, что представляет собой проблему во многих процессах плавления, в которых плавятся сернистые концентраты и в которых образуются пары свинца, меди, цинка, никеля и т.п. которые могут образовывать сульфаты, когда газ охлаждается. Проблемы усиливаются в процессах, при которых используются насыщенный кислородом воздух или чистый кислород, так как при этих процессах возникают высокие температуры, при которых концентрации SO2 возрастают, приводя к последующему образованию сульфата. Концентрации меди с даже более высокими содержаниями свинца и цинка применяются, что приводит к увеличению содержания компонентов в виде паров, что приводит к повышению содержания испаряющихся компонентов и сульфатов в технологических газах и, следовательно, к проблеме усиления загрязнения поверхностей теплопередачи.
Цель изобретения создание более простого способа, чем ранее известные, для использования тепла из отходящих газов, а также способа, при котором образуется меньшее количество более чистых отходящих газов.
Цель достигается путем:
вдувания руды или рудного концентрата в камеру горения вместе с окислителем, что приводит к окислению серы и быстро окисляющихся металлов с высвобождением энергии, к расплавлению по крайней мере части твердого материала в камере горения и к выделению на стенках камеры горения с последующим стеканием вниз в печь с расплавом или в камеру сбора для шлака и штейна;
подведения газов, содержащих SO2, образовавшихся в камере горения, вверх к газоохладителю для использования в качестве псевдоожижающего газа; газоохладитель состоит из реактора с псевдоожиженным слоем, что приводит к быстрому охлаждению газов и твердых и расплавленных частиц, увлеченных газами, в псевдоожиженном слое;
отделения охлажденных частиц от газов в отделителе частиц;
рециркуляции части отдельных частиц в псевдоожиженный слой.
Производство штейна и/или металла из тонкоизмельченной сульфидной руды или рудного концентрата может быть осуществлено в аппарате, содержащем камеру горения, верхняя часть которой соединена с газоохладителем, а нижняя с печью с расплавом для шлака и штейна и которая имеет по крайней мере один вход для руды и/или рудного концентрата с окислителем; газоохладитель, состоящий из реактора псевдоожиженного слоя, нижняя часть которого соединена с камерой горения, а верхняя с отделителем частиц; отделитель частиц, имеющий выход для очищенных газов и выход для отделенных частиц; выход для частиц соединен через первый трубопровод для рециркуляции материала к реактору псевдоожиденного слоя и через второй трубопровод к камере горения.
Кинетика реакции приблизительно такая же, как и при других процессах суспендирования-плавления. Разница состоит в том, что газы продукты процесса плавления не удаляются из печи с расплавом, а отделяются от расплавленного металла и направляются непосредственно на этап охлаждения. Таким образом, атмосфера печи с расплавом, которая могла бы быть отличной от атмосферы камеры горения, например из-за дополнительной горелки в печи, не будет оказывать воздействия на газ и пыль, увлекаемую газом. В находящейся ниже печи степень окисления пыли могла бы быть изменена в нежелательную сторону и летучие металлы в пыли могли бы переокислиться и образовать менее летучие компоненты.
Направлением газа непосредственно из камеры горения предупреждается загрязнение штейна или шлака улетучившимися нежелательными компонентами. Добавление кислорода обеспечивает возможность регулирования реакций в газе. Это важно, например, при удалении As и Sb из рудных концентратов.
В камере горения вызывается смешивание компонентов реакции, что приводит к обменным реакциям между переокисленными частицами и теми, в которых еще присутствует непрореагировавший материал. Небольшие частицы в суспензии легко будут переокислены, так как реакции в них происходят более быстро, чем в частицах большего размера, которые не будут полностью окислены. В обычной плавильной печи быстрого горения обменные реакции, которые являются эндотермическими, происходят только в расплаве, находящемся под шахтой, при этом температура расплавленного металла падает на 50-100оС.
Аппарат согласно настоящему изобретению может быть выполнен путем переделки существующей пламенной или электрической печи. Требования по площади для этого аппарата явно не высоки. При отборе газа непосредственно из камеры горения, а не через посредство относительно негерметичной печи, получают более концентрированный газообразный SO2. Газовое пространство в нижележащей печи может быть разделено на две секции с помощью разделительной стенки, в результате чего газы, богатые SO2, могут быть выведены из первой секции через камеру горения, а газы, имеющие минимально возможное содержание SO2, могут быть выведены из второй секции через газовый выход из печи в атмосферу.
На чертеже изображен аппарат для осуществления изобретения.
Аппарат состоит из камеры 1 горения и реактора 2 с псевдоожиженным слоем, расположенного на ее верхней части и соединенного с отделителем 3 частиц. Камера горения расположена в верхней части печи 4, которая соединена с нижней частью камеры горения через отверстие. Сульфидная руда или рудный концентрат 6' вдувается в камеру горения вместе с окислителем через впускное отверстие 15 в стенке камеры горения. Сера и легко окисляющиеся металлы будут окисляться в пламени, выделяя энергию. Окислитель может представлять собой воздух, обогащенный кислородом воздух или чистый кислород. Регулируя содержание кислородсодержащего газа в окислителе, можно повлиять на температуру или на степень металлизации расплавленного материала.
Руда или рудный концентрат предпочтительно подается в камеру горения таким образом, что материал приводится во вращательное движение вокруг воображаемой вертикальной оси, приводя таким образом к увеличению времени удержания в камере горения для взвеси частиц и газа. В то же время достигается хорошее разделение частиц и газа. Руда или рудный концентрат подается в камеру горения последовательно. Материал должным образом подается через по крайней мере два сопла 16, расположенных на разных сторонах камеры горения. Материал подается таким образом, что газы приводятся во вращательное движение с целью предупреждения прямого выдувания газов из центра камеры горения.
Нагревание материала происходит в пламени, по крайней мере часть подаваемого твердого материала расплавляется в камере горения. Вращательное движение вызывает центробежное разделение, в результате чего расплавленный и твердый материал отбрасываются в стенки камеры горения. Затем материал стекает вниз в печь с расплавом или в камеру-накопитель для шлака и штейна.
Стенки камеры горения могут охлаждаться, приводя к созданию твердого слоя у стенки. При малой нагрузке у стенки образуется толстый слой, что приводит к ухудшению охлаждения камеры горения. При более высоких нагрузках образуется более тонкий слой, приводят к соответствующей степени усиления охлаждения в камере горения.
Газы, образовавшиеся в камере горения, отводятся вверх к газоохладителю 2 для использования в качестве газов для псевдоожижения, при этом газоохладитель состоит из реактора с псевдоожиженным слоем. В псевдоожиженном слое газы и испарившиеся и расплавленные частицы вместе с мелкой пылью, увлеченной газами, будут быстро охлаждаться при введении в контакт с циркулирующим материалом, присутствующим в охладителе. Газ охлаждается до температуры от 700 до 900оС. Достаточное количество материала циркулирует в газоохладителе для быстрого охлаждения поступающего газа до температуры, при которой не происходит ни спекания, ни образования слоя на теплообменных поверхностях. Газы и циркулирующий материал в охладителе направляют вверх в газоохладителе, через теплообменные поверхности 19, где продолжается охлаждение газа и частиц. Во избежание нежелательного сульфатирования пыли в газах в большинстве случаев целесообразно снизить температуру до 600-700оС, при которой сульфатирование замедляется. Реакции сульфатирования могут вызвать нежелательное повышение температуры. Сульфатирование связывает серу, что нежелательно, так как цель в большинстве случаев заключается в сборе всей серы в виде SO2.
Можно регулировать температуру материала, подаваемого с газами в псевдоожиженный слой, до такой, которая целесообразна с точки зрения металлургического процесса. Например, при плавлении с пламенем нечистого концентрата Сu технологический газ образуется с содержанием ценных металлов, таких как Cu, Zn и Pb, Fe. Регулируя температуру и кислородный потенциал в реакторе на достаточно высоком уровне, можно добиться условий, при которых ценные металлы, Cu, Zn и Pb образуют водорастворимые сульфаты, при этом железо остается в виде окиси. Регулируя количество частиц и кислородный потенциал в реакторе, можно получить оптимальные условия для различных металлургических процессов. Наряду с этим можно извлекать тепло как из процесса расплавления, так и из реакций сульфатирования в виде пара высокого давления, направляя очищенный газ в котел-утилизатор тепла.
Газы и частицы из псевдоожиженного слоя выводятся из газоохладителя через канал 8 к отделителю 3 частиц, где частицы из этого слоя отделяются от газов, которые выводятся через выходное отверстие 9. Отделенные частицы возвращают в газоохладитель через выходное отверстие 12 и канал 10, или через канал 11, в камеру горения. Пыль из стадии газоочистки в сепараторе 3 может быть быстро возвращена в процесс в камере горения.
Можно подавать часть руды или рудного концентрата в газоохладитель через входное отверстие 6" с целью предварительного разогрева таким образом материала и извлечения части тепловой энергии из газов. Предварительно нагретый материал затем направляют, после разделения в отделителе 3 частиц, через канал 11 ко входному отверстию 15 камеры горения. Рудный концентрат, содержащий летучие Sb, Bi и/или As, предварительно нагревается до температуры, при которой эти летучие вещества уже удаляются в реакторе псевдоожиженного слоя в виде летучих сульфидов вместе с газами до подачи рудного концентрата в камеру горения. При необходимости, кислородный потенциал в системе может быть отрегулирован путем добавления углеводородов или воздуха. Температура реакции предпочтительно выше 700оС для оптимального удаления летучих сульфидов. Температура также зависит от свойств спекания частиц подаваемого материала.
Шлакообразователь может подаваться непосредственно в камеру горения через входное отверстие 15 или через отдельные отверстия. Шлакообразователь может быть предварительно разогрет, при необходимости, и в этом случае подается в газоохладитель 2 и направляется через отделитель 3 частиц и канал 11 в камеру горения. Очень просто возвратить пыль, которая удаляется вместе с газами, в то время, как очистка газов очень эффективна.
Штейн, металл и шлак, которые образуются, стекают вниз в камеру-сборник или в печь с расплавом под камерой горения. Печь с расплавом может представлять собой, например, пламенную или электрическую печь. Газовое пространство печи с расплавом разделено на первую камеру 22 и на вторую камеру 23 с помощью разделительной стенки 21. Первая камера расположена под камерой горения, посредством чего газы из первой камеры поднимаются к камере горения. Эти газы могут еще содержать довольно высокую концентрацию SO2 и отводятся вместе с газами из камеры горения. Вторая камера включает в себя газовый вывод 24 для горючих газов, которые не содержат значительные количества SO2. SO2, в основном, образуется в камере горения и выводится из нее через газоохладитель. В дополнение к этому, газ из первой камеры печи с расплавом, где еще может образовыватьcя SO2, выводится через камеру горения. Атмосфера в обеих газовых камерах 22 и 23 печи с расплавом может быть различной, в зависимости от процессов. Дополнительная горелка может быть использована для этой последней секции печи с расплавом.
Аппарат легко запускается в работу и останавливается, так как не требуется разогрева шахты, в противоположность обычной плавильной печи с быстрым горением.
Формула изобретения: 1. Способ получения штейна и/или металла из сульфидной мелкозернистой руды или рудного концентрата в устройстве, имеющем факельную камеру, плавильную печь, средства охлаждения газа и сепаратор, включающий подачу руды или рудного концентрата через два или более сопл в факельную камеру вместе с окисляющим агентом, при этом часть руды или рудного концентрата в факельной камере подвергают воздействию энергии, выделяющейся при окислении, и плавлению с образованием расплава, выделяющегося на стенки факельной камеры, который отводят вниз в плавильную печь, при этом образующиеся в факельной камере газы, содержащие диоксид серы, направляют вверх в средства охлаждения газа и затем в сепаратор для отделения от газа охлажденных частиц, в факельную камеру подают шлакообразующий материал, отделенные охлажденные частицы из сепаратора рециркулируют в факельную камеру, а руду или рудный концентрат подают в факельную камеру вместе с окисляющим агентом таким образом, чтобы материал вращался вокруг воображаемой вертикальной оси, отличающийся тем, что газы, отходящие из факельной камеры, охлаждают в псевдоожиженном слое частиц, причем газы из факельной камеры используют в качестве газового потока для создания псевдоожиженного слоя в средствах охлаждения газа, часть отделенных частиц возвращают в псевдоожиженный слой в средства охлаждения газа, а другую часть отделенных частиц возвращают в факельную камеру.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шлакообразующий материал перед введением в факельную камеру подают в реактор в псевдоожиженный слой частиц в средствах охлаждения газа.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть руды и/или рудного концентрата перед введением в факельную камеру подают в псевдоожиженный слой в средствах охлаждения газа.
4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что руду или рудный концентрат нагревают в псевдоожиженном слое частиц до температуры, при которой удаляют вместе с газами летучие сульфиды сурьмы, висмута и/или мышьяка.
5. Способ по п. 1 или 4, отличающийся тем, что газы в псевдоожиженном слое частиц в средствах охлаждения газа охлаждают до 700 600oС.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окисляющего агента используют воздух.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окисляющего агента используют воздух, обогащенный кислородом.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окисляющего агента используют газообразный кислород.
9. Устройство для производства штейна и/или металла, содержащее факельную камеру, плавильную печь, средства охлаждения газа и сепаратор, при этом факельная камера в своей верхней части соединена со средствами охлаждения газа, а в нижней части с плавильной печью и имеет по меньшей мере одно входное отверстие для руды и/или рудного концентрата и окисляющего агента, при этом средства охлаждения газа соединены в своей нижней части с факельной камерой, а в верхней части с сепаратором, соединенным с факельной камерой и имеющим выпускные отверстия для очищенного газа и для отделенных частиц, при этом факельная камера и средства охлаждения газа размещены друг над другом, отличающееся тем, что оно снабжено реактором с псевдоожиженным слоем, размещенным в средствах охлаждения газа, имеющих охлаждающие поверхности, размещенные в верхней части реактора.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что факельная камера и реактор с псевдожиженным слоем размещены непосредственно друг над другом.
11. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что выпускное отверстие для отделенных частиц соединено с реактором псевдоожиженного слоя с помощью первого трубопровода и с факельной камерой с помощью второго трубопровода.
12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что плавильная печь выполнена со стенкой, разделяющей плавильную печь на первую и вторую части, при этом факельная камера размещена сверху на первой части плавильной печи, а выпускное отверстие для газа размещено сверху на второй части плавильной печи.