DE4002876A1

DE4002876A1 - Verfahren und einrichtung zur hochtemperaturbehandlung von feinkoernigen feststoffen in einem schmelzzyklon

Info

Publication number: DE4002876A1
Application number: DE19904002876
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Schleimer; Dieter Dipl Ing Ameis
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1991-08-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hochtemperaturbe handlung von feinkörnigen, bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte ergebenden Feststoffen, insbeson dere Nichteisenmetallerzkonzentraten, die in einen Schmelzzyklon eingebracht werden, in den tangential über wenigstens eine Düse sauerstoffhaltiges Gas eingeblasen wird, wobei die feinkörnigen Stoffe im Wirbelstrom des Schmelzzyklons bei hoher Temperatur geschmolzen werden und unterhalb des Schmelzzyklons die Schmelze vom Abgas ge trennt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrich tung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur pyrometallurgischen Behandlung von feinkörnigen sulfi dischen Erzkonzentraten in einem Schmelzzyklon ist es be kannt (DE-AS 20 10 872 und DE-OS 33 35 859), die feinkör nigen Feststoffe in Rohrleitungen pneumatisch zum Schmelz zyklon zu fördern und die Feststoff-Förderluft-Suspension durch im Schmelzzyklonmantel tangential angeordnete Düsen mit hoher Geschwindigkeit in den Schmelzzyklon einzubla sen, wo das Erzkonzentrat bei hoher Temperatur im Wirbel strom kontinuierlich geröstet und geschmolzen wird. Im Schmelzzyklon sind infolge des intensiven Stoffaustausches zwischen Gas und Feststoff hohe Verflüchtigungsraten ver flüchtigbarer Feststoffkomponenten und hohe Schmelzraten nicht verflüchtigbarer Bestandteile erzielbar. Daher hat das bekannte Suspensionsschmelzen im Schmelzzyklon für die pyrometallurgische Direktgewinnung z. B. von Kupfer aus sulfidischen Kupfererzkonzentraten, auch aus komplexen Konzentraten, mit Erhalt eines vergleichsweise reinen Roh kupfers und einer kupferarmen Schlacke besondere Bedeutung erlangt.

Da die Entfernungen zwischen dem Vorratsbunker des fein körnigen Feststoffes und dem Schmelzzyklon in technischen Großanlagen in der Regel erheblich sind, ist der pneumati sche Feststofftransport zum Schmelzzyklon meistens uner läßlich. Besonders in den Fällen, bei denen an den Ein blasdüsen des Schmelzzyklons eine Feststoff-Förderluft- Suspension mit hoher Geschwindigkeit ankommt, ist die Gefahr nicht ausgeschlossen, daß die Einblasdüsen für die feinkörnigen Feststoffe vorzeitig verschleißen und daß die mit entsprechendem Impuls in den Schmelzzyklon pneumatisch eingeschleuderten Feststoffe, besonders wenn diese nicht zur Schmelzung gelangen, an der Aufprallstelle der feuer fest ausgekleideten Zykloninnenwandung einen deutlichen Verschleiß verursachen, wodurch die betriebliche Verfüg barkeit des Schmelzzyklons beeinträchtigt werden kann. Außerdem kann bei einem Schmelzzyklon, in den das Fest stoffmaterial zusammen mit einem Trägergasstrom einge schleudert wird, die zum Ausreagieren und Schmelzen der einzelnen Feststoffteilchen benötigte Reaktionszeit, für welche praktisch nur die Flugstrecke der Teilchen von der Einblasdüse zur gegenüberliegenden Zykloninnenwandung zur Verfügung steht, zu kurz werden, was sich dadurch be merkbar machen kann, daß die exotherme Röstreaktion zum Erliegen kommt und die Gefahr des Einfrierens des Schmelz zyklones besteht und/oder daß der mit dem Abgasstrom unten aus dem Schmelzzyklon ausgetragene Staubanteil hoch wird. Diese möglichen Nachteile bleiben auch dann erhalten, wenn die Feststoff-Trägergas-Suspension von der Oberseite des Schmelzzyklones mit vertikalem Strahl mit hohem Impuls in den Schmelzzyklon eingedüst werden würde. Der mittels tangential eingeblasener Sekundärluft hervorgerufene Wir belstrom im Schmelzzyklon kann dann im Verhältnis zum Ver tikalimpuls der Feststoff-Trägergas-Suspension zu schwach werden, besonders wenn statt Sekundärluft O₂-angerei cherte Luft oder gar technisch reiner Sauerstoff einge setzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Hochtem peraturbehandlung feinkörniger Stoffe in einem Schmelzzy klon, dem die Feststoffe über längere Strecken pneumatisch als Feststoff-Trägergas-Suspension zugefördert werden, dafür zu sorgen, daß bei hohen Schmelzraten und möglichst geringen Schmelzzyklonverschleißerscheinungen und Abgas staubverlusten sowie bei möglichst geringem Energieaufwand die einzelnen Teilchen des Feststoffmateriales möglichst vollständig ausreagieren können.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 6 gelöst.

Erfindungsgemäß werden die pneumatisch zugeförderten fein körnigen Feststoffe in wenigstens einem Abscheider, der mit Vorteil im Bereich oberhalb des Schmelzzyklones ange ordnet ist, aus der Feststoff-Fördergas-Suspension abge trennt. Die im Abscheider, z. B. Zyklonabscheider oder auch Filter, abgetrennten Feststoffe werden dann ohne För dergas von oben in den Schmelzzyklon allein durch Schwer kraftwirkung ohne Vertikalimpuls eingeführt, wo sie sofort vom Wirbelstrom des tangential eingeblasenen sauerstoff haltigen Gases erfaßt werden. Zur Verstärkung des Dralls des Wirbelstromes wird unter Ausnutzung der Energie des Trägergasstromes der pneumatisch geförderten Feststoff- Trägergas-Suspension wenigstens ein Teil des Fördergases nach der im Abscheider erfolgten Feststoffabtrennung tan gential in den Schmelzzyklon eingeblasen, wodurch die in der Feststoff-Fördergas-Suspension enthaltene Strömungs energie wenigstens zum Teil im Schmelzzyklon nutzbar ge macht wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung haben die einzelnen Feststoffteilchen ausreichend Zeit, möglichst vollständig auszureagieren, z. B. den Sulfidschwefel voll ständig in SO₂ umzusetzen, und zu schmelzen, so daß die Reaktions- und Schmelzrate im Schmelzzyklon vergleichswei se hoch und dessen Abgasstaubverluste vergleichsweise ge ring sind.

Die Erfindung und deren weitere Vorteile werden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei spieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine pyrometallurgische Einrichtung zur Verhüttung von feinkörnigem sulfidischem Kupfererzkonzentrat, das zusammen mit Zuschlagstoffen wie Schlackenbildner aus einem Vorratsbunker (10) über eine Dosiervorrichtung (11) kontinuierlich in die Druckleitung (12) eines Verdichters (13) zum pneumatischen Transport der Feststoff-Fördergas-Suspension eingespeist wird. Als Fördergas zum pneumatischen Transport der feinkörnigen Feststoffe kann Luft oder ein mit Sauerstoff z. B. bis etwa 40% O₂ angereichertes Gas verwendet werden. Die in der Leitung (12) pneumatisch geförderte Feststoff-Träger gas-Suspension wird nicht unmittelbar in den Schmelzzyklon (14) eingeblasen, sondern zunächst wenigstens einem der Schmelzzyklonoberseite unmittelbar zugeordneten Feststoff abscheider wie z. B. Zyklonabscheider (15) zugeführt, in welchem die Feststoffe (16) vom Fördergas (17) abgetrennt werden. Der Feststoffaustrag des Zyklonabscheiders (15) ist über einen mechanischen Feststoff-Förderer wie Förder schnecke (18), Schwingförderer oder dergleichen und über ein gekühltes Rohrstück (19) mit wenigstens einer im Deckel des Schmelzzyklons (14) angeordneten Feststoffein führungsöffnung (20) verbunden. Im Ausführungsbeispiel sind z. B. vier über den Umfang der Schmelzzyklonoberseite (21) verteilte Feststoffeinführungsöffnungen vorhanden, denen je ein Zyklonabscheider (15) zugeordnet ist. Es be steht jedoch auch die Möglichkeit, einen zentralen Zyklon abscheider (15) vorzusehen und dessen Feststoffaustrag auf die vier Feststoffeinführungsöffnungen (20) des Schmelzzy klons (14) zu verteilen.

Die Feststoffe (22) werden durch die Förderschnecke (18) zusammen mit Sperrluft gefördert, welche eine Rückzündung der sulfidischen Erzkonzentrate sowie deren Anschmelzung an den Förderorganwandungen verhindert. Ansonsten werden die Feststoffe (22) ohne Vertikalimplus nur unter Schwer krafteinwirkung durch die Einführungsöffnungen (20) in den Schmelzzyklon (14) eingebracht. Die Einströmungsgeschwin digkeit der Sperrluft an den Einführungsöffnungen (20) kann z. B. etwa 2 m/sec betragen. Es besteht auch die Möglichkeit, den Feststoffen (22) Kohlenstaub als Zusatzbrennstoff oder als Reduktionsmittel zuzumischen.

Entsprechend den vier über den Umfang der Schmelzzyklon oberseite (21) verteilten Feststoffeinführungsöffnungen (20) sind am Mantel des Schmelzzyklon (14) vier tangential angeordnete Einblasdüsen (23) vorhanden, die jeweils in der Vertikalebene durch die Feststoffeinführungsöffnungen (20) angeordnet sind. Das Fördergas (17) wird nach der im Zyklonabscheider (15) erfolgten Feststoffabtrennung über die Leitung (24) zur Düse (23) bzw. zu den vier Düsen ge fördert und zusammen mit Sauerstoff (25) und Zusatzbrenn stoff (26) wie z. B. Erdgas tangential in den Schmelzzy klon (14) eingeblasen. Das Fördergas (17) kann auch je weils zwischen den Feststoffeinführungsöffnungen (20) in den Schmelzzyklon (14) eingeblasen werden. In jedem Fall wird durch das tangentiale Einblasen des Fördergases (17) dessen Energie ausgenutzt und dadurch der sich im Schmelz zyklon (14) ausbildende Wirbelstrom (27) verstärkt.

Die von oben in den Schmelzzyklon (14) eingebrachten Fest stoffe (22) werden bei momentaner Erhitzung auf hohe Tem peratur von z. B. 1600°C in Bruchteilen von Sekunden, noch während sie sich im Schwebe- bzw. Wirbelzustand be finden, vollständig geröstet und geschmolzen. Die Verbren nung des Sulfidschwefels und gegebenenfalls anderer oxi dierbarer Bestandteile in der Sauerstoffatmosphäre kann genügend Wärme liefern, um den Röst- und Schmelzvorgang auch autogen ablaufen zu lassen. An der Unterseite des Schmelzzyklons (14) wird das staubarme Abgas (28) getrennt von der Schmelze (29) abgezogen, die als Schmelzefilm an der Schmelzzykloninnenwandung spiralförmig nach unten wandert.

Zahlenbeispiel

Eintragsmengen in den Schmelzzyklon 14, jeweils Gesamt mengen:

Feststoffe 22 (feinkörniges sulfidisches Kupfererzkonzentrat plus Zuschläge)\|25 t/h
Sauerstoff 25	4160 Nm³/h
Brennstoff (Erdgas)	930 Nm³/h
Förderluft 17 (nach Feststoffabtrennung)	2400 Nm³/h
Stäube im Schmelzzyklonabgas 28 (werden zum Schmelzzyklon rezirkuliert)	<3%

Es versteht sich, daß in der pyrometallurgischen Einrich tung des zeichnerischen Ausführungsbeispieles außer sulfi disches Kupfererzkonzentrat auch andere NE-metallhaltige Erze bzw. Konzentrate sowie auch Rückstände und Schlacken metallurgischer Prozesse verarbeitet werden können, um solche Stoffe zu entsorgen oder um metallangereicherte Produkte zu gewinnen.

Claims

1. Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von feinkörni gen, bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Pro dukte ergebenden Feststoffen, insbesondere Nicht eisenmetallerzkonzentraten, die in einen Schmelzzy klon eingebracht werden, in den tangential über wenigstens eine Düse sauerstoffhaltiges Gas eingebla sen wird, wobei die feinkörnigen Stoffe im Wirbel strom des Schmelzzyklons bei hoher Temperatur ge schmolzen werden und unterhalb des Schmelzzyklons die Schmelze vom Abgas getrennt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß die pneumatisch zugeförderten feinkör nigen Feststoffe in wenigstens einem Abscheider (15) aus der Feststoff-Fördergas-Suspension (12) abge trennt werden, daß die abgetrennten Feststoffe (16) ohne Fördergas von oben in den Schmelzzyklon (14) eingeführt werden, und daß wenigstens ein Teil des Fördergases (17) nach der im Abscheider (15) erfolg ten Feststoffabtrennung tangential in den Schmelzzy klon zur Verstärkung dessen Wirbelstromes (27) einge blasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergas (17) der pneumatisch geförderten Feststoff-Fördergas-Suspension (12), nach Abtrennung der Feststoffe (16), zusammen mit dem sauerstoffhal tigen Gas (25) und gegebenenfalls zusammen mit Zu satzbrennstoff (26) tangential in den Schmelzzyklon (14) eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsgeschwindigkeit des Gas-Brennstoff- Gemisches in den Schmelzzyklon (14), gemessen an der Düsenmündung (23), größer 100 m/sec. beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinkörnigen Feststoffe (16) nach Abtrennung des Fördergases (17) über mehrere über den Umfang der Schmelzzyklonoberseite (21) verteilte Einführungsöff nungen (20) in den Schmelzzyklon (14) eingebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördergas zum pneumatischen Transport der Feststoffe Luft oder ein mit Sauerstoff angereichertes Gas verwendet wird.

6. Einrichtung zur Hochtemperaturbehandlung von feinkör nigen, bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte ergebenden Feststoffen, insbesondere Nicht eisenmetallerzkonzentraten, mit wenigstens einer Lei tung zur pneumatischen Zuförderung der Feststoff-För dergas-Suspension (12) und mit einem Schmelzzyklon (14) mit wenigstens einer am Schmelzzyklonmantel an geordneten Einblasdüse (23) zum tangentialen Einbla sen eines sauerstoffhaltigen Gases (25), gekennzeich net durch folgende Merkmale:

a) in der pneumatischen Förderleitung ist wenigstens ein Feststoffabscheider (15) angeordnet;
b) die Oberseite (21) des im wesentlichen vertikal angeordneten Schmelzzyklons (14) weist wenigstens eine Feststoffeinführungsöffnung (20) auf, die mit dem Feststoffaustrag des Feststoffabscheiders (15) verbunden ist;
c) der Gasabzug des Feststoffabscheiders (15) steht mit wenigstens einer tangentialen Einblasdüse (23) des Schmelzzyklonmantels (14) in Verbindung.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffabscheider (15) ein Zyklonabscheider ist.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Feststoffaustrag des Feststoff abscheiders (15) über einen mechanischen Feststoff- Förderer wie Förderschnecke (18), Schwingförderer oder dergleichen mit der wenigstens einen Feststoff einführungsöffnung (20) des Schmelzzyklons (14) in Verbindung steht.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren über den Umfang der Schmelzzyklonoberseite (21) verteilten Feststoffein führungsöffnungen (20) mehrere am Schmelzzyklonmantel tangential angeordnete Sauerstoffeinblasdüsen (23) vorhanden sind, und daß die am Schmelzzyklonmantel angeordneten Einblasstellen des vom pneumatisch ge förderten Feststoff befreiten Fördergases (17) je weils in der Vertikalebene durch die Feststoffeinfüh rungsöffnungen (20) oder dazwischenliegend angeordnet sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasdüsen (23) auf mehrere unterschiedlich hoch gelegene Horizontalebenen des Schmelzzyklons (14) verteilt sind.