Способ получения штейна и/или металла и устройство для его осуществления

 

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.

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 1200-1300^оС. Когда газ охлаждается, Pb и PbO будут конденсироваться, в то время как химическое равновесие смещается таким образом, что образуется сульфат свинца при 900-500^оС 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 50-100^оС.

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 900^оС. 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 600-700^оС, 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 700^оС 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 700 600^oС.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1