DE60123110T2 - Verfahren zur verringerung der bildung von ablagerungen auf einem röstofengitter - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, das dazu verhilft, die sich auf dem Rost eines Fließbett-Ofens beim Rösten von fein gemahlenem Zinkkonzentrat, das Verunreinigungsbestandteile wie Eisen, sulfidisches Blei und/oder Kupfer enthält, gebildeten Ablagerungen zu reduzieren und zu entfernen. Das Konzentrat wird von der Wand des Röstofens in den Ofen eingebracht, wobei Sauerstoff enthaltendes Gas über Gasdüsen unter dem Rost am Boden des Ofens eingebracht wird, um das Konzentrat zu verflüssigen und es während der Verflüssigung zu oxidieren. Unterhalb des Zuführpunktes des Konzentrats, bekannt als Zuführrost, wird der Sauerstoffgehalt des einzuführenden Gases angehoben im Vergleich mit der Gaszufuhr von anderswo.
• Ein Rösten kann in mehreren verschiedenen Öfen vollzogen werden. Heutzutage läuft das Rösten von fein gemahlenem Material jedoch normalerweise gemäß dem Flüssigbett-Verfahren ab. Das zu röstende Material wird in den Röstofen über die Zuführeinheiten in der Wand des Ofens oberhalb des Flüssigbettes eingebracht. Am Boden des Ofens liegt ein Rost vor, über den Sauerstoff enthaltendes Gas eingebracht wird, um das Konzentrat zu verflüssigen. Das normalerweise verwendete Sauerstoff enthaltende Gas ist Luft. Normalerweise liegen Düsen in der Größenordnung von 100 Gasdüsen/m² unter dem Rost vor. Beim verflüssigen des Konzentrates steigt die Höhe des Einspeisbettes um ca. die Hälfte derjenigen Höhe des festen Materialbettes an.
• Das Rösten von Sulfiden ist beispielsweise im Buch von Rosenqvist, T.: „Principles of Extractive Metallurgy", Seiten 245–255, McGraw-Hill, 1974, USA beschrieben. Gemäß Rosenqvist entspricht das Rösten dem Oxidieren von Metallsulfiden, was zu einem Anstieg von Metalloxiden und Schwefeldioxiden führt. Zinksulfide und Pyrit oxidieren beispielsweise wie folgt: 2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂ (1) 2 FeS₂ + 5½ O₂ → Fe₂O₃ + 4 SO₂ (2)
• Überdies können andere Reaktionen auftreten, wie beispielsweise die Bildung von SO₃, die Sulfatisierung von Metallen und die Bildung von Oxidkomplexen, wie beispielsweise Zinkferrit (ZnFe₂O₄). Typische Materialen zum Rösten sind Kupfer-, Zink- und Bleisulfide. Ein Rösten erfolgt gewöhnlicherweise bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes von Sulfiden und Oxiden, im Allgemeinen unterhalb von 900–1000°C. Anderseits muss die Temperatur zumindest im Bereich von 500–600°C für die in einem zuverlässigen Maß ablaufenden Reaktionen vorliegen. Das Buch zeigt Funktionsgraphen, die die für die Bildung verschiedener Röstprodukte erforderlichen Bedingungen aufzeigen. Wenn Luft als das Röstgas verwendet wird, beträgt z. B. der Partialdruck von SO₂ und O₂ ca. 0,2 atm. Röstreaktionen sind stark exotherm, weshalb das Bett eine Kühleinrichtung erforderlich macht.
• Das Kalzin wird aus dem Ofen teilweise über eine Überlauföffnung entnommen, wobei es teilweise mit den Gasen an den Abhitzekessel transportiert und von dort an den Zyklon und elektrostatische Prezipitatoren geführt wird, von wo das Kalzin rückgewonnen wird. Normalerweise ist die Überlauföffnung auf der gegenüberliegenden Seite des Ofens bezüglich der Zuführeinheiten angeordnet. Das abgeschiedene Kalzin wird gekühlt und zum Laugen fein gemahlen.
• Für ein gutes Rösten ist es wichtig, das Bett zu steuern, d.h. das Bett muss einen stabilen Aufbau und andere gute Verflüssigungseigenschaften zeigen, wobei der Verflüssigungsvorgang kontrolliert ablaufen muss. Eine Verbrennung sollte so vollständig wie möglich sein, d.h. die Sulfide müssen vollständig zu Oxiden oxidiert werden. Auch das Kalzin muss aus dem Ofen in guter Qualität kommen. Die Partikelgröße des Kalzins wird bekanntlich von der chemischen Zusammensetzung und der Mineralogie des Konzentrates wie auch durch die Temperatur des Röstgases beeinflusst.
• Verschiedene Wege zum Regulieren von Röstbedingungen wurden angestrebt. Das US Patent 5,803,949 betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung des Flüssigbettes beim Rösten von Metallsulfiden, wobei eine Stabilisierung durch Kontrollieren der Partikelgröße in der Materialzufuhr vollzogen wird. In dem US Patent 3,957,484 wird eine Stabilisierung durch Zuführen des Konzentrats als Aufschlämmung vollzogen. Gemäß dem US Patent 6,110,440 wird einem Röstofen Gas durch eine Kopfleitung in den mittleren Teil des Rostes zugeführt, wobei das Gas gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Ofens mittels mehrer Abzweigleitungen verteilt wird. Die Abzweigleitungen sind mit Düsen verschiedener Größe ausgerüs tet, so dass der Durchmesser der Düsen mit größtem Abstand von der Kopfleitung größer ist als derjenige der Düsen, die näher an der Kopfleitung angeordnet sind. Der Durchmesser der Düsen variiert zwischen 1,5 bis 20 mm. In das Flüssigbett kann Gas über verschiedene Gas-Verteiler-Leitungssysteme zugeführt werden, wobei dann z. B. das eine Leitungssystem für Gase ist, die Sauerstoff enthalten, und das andere für Gase, die organisches Material enthalten.
• Die US-A-2,825,628 betrifft das Rösten von sehr fein gemahlenem Sulfiderz, insbesondere von Flotations-Konzentraten mit Korngrößen von weniger als 0,2 mm. Ein Problem liegt darin, dass die Tiefe der turbulenten Röstschicht beim Rösten von Flotations-Konzentraten tiefer gehalten werden muss als beim Rösten von granularem Material und nicht nach Bedarf angehoben werden kann. Im Ergebnis ist damit die Menge an Wärme, die von der turbulenten Schicht mit Hilfe eingebauter Kühlelemente abgezogen werden kann, geringer als im Falle größerer Tiefen. Gemäß der Lehre der US-A-2,825,628 wird eine zusätzliche Zufuhr an Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in die turbulente Schicht nahe des Punktes eingebracht, wo die Zufuhr des sulfidischen Erzes in die Schicht erfolgt. Das resultiert in einer lokalen Überhitzung mit der Folge von mehr oder weniger beachtlichen Agglomerationen der zu röstenden Erzpartikel, d.h. ein Anstieg der durchschnittlichen Partikelgröße in der Flüssigschicht. Durch Mahlen der Körner kann die Höhe der turbulenten Schicht vergrößert und konstant gehalten werden. Dies macht den Röstvorgang sicherer, wobei mehr Wärme aus der turbulenten Schicht abgezogen werden kann.
• In einem Zink-Röster können reine oder verunreinigte Zink-Sulfid-Konzentrate in Abhängigkeit der Situation gehandhabt werden. Konzentrate sind nicht länger annähernd gleichzusetzen mit reiner Zinkblende, Sphalerit, sondern sie können eine beträchtliche Menge an Eisen enthalten. Eisen ist entweder in dem Sphalerit-Gitter oder in der Form von Pyrit oder Pyrrhotit aufgenommen. Überdies enthalten Konzentrate oft sulfidisches Blei und/oder Kupfer. Die chemische Zusammensetzung und Mineralogie der Konzentrate kann enorm variieren. Diesbezüglich variiert auch die Menge an Sauerstoff, die für die Oxidation der Konzentrate erforderlich ist, wie auch die durch die Verbrennung erzeugte Wärmemenge. Bei der gegenwärtig angewendeten Technik wird die Konzentratzufuhr des Rösters gemäß der Temperatur des Bettes reguliert, beispielsweise unter Verwendung einer „Fuzzi Logic". Insofern besteht eine Gefahr darin, dass der Sauerstoffdruck in dem Verflüssigungsgas zu tief herab fällt, d.h. dass die Menge an Sauerstoff zum Rösten des Konzentrates unzureichend ist. Gleichzeitig kann der Gegendruck des Bettes zu weit abfallen.
• Aus Ausgleichsberechnungen und Ausgleichsdiagrammen in der Literatur ist es bekannt, das Kupfer und Eisen zusammen Oxidsulfide bilden, die bei Rösttemperaturen und selbst auch bei geringeren Temperaturen schmelzen. Gleichermaßen bilden auch Zink und Blei, wie auch Eisen und Blei Sulfide, die bei geringen Temperaturen schmelzen. Diese Art der Sulfid-Erscheinung ist möglich, wobei die Wahrscheinlichkeit steigt, wenn die Menge an Sauerstoff in dem Bett geringer ist als die normal erforderliche Menge zum Oxidieren des Konzentrates.
• Während dem Rösten des Flüssigbettes treten normalerweise Agglomerationen des Produktes auf, d.h. das Kalzin ist deutlich gröber als das zugeführte Konzentrat. Die oben erwähnte Bildung an geschmolzenen Sulfiden erhöht nichtsdestotrotz eine Agglomeration bis zu einem störenden Maß, bei dem die Agglomerate mit ihren Sulfidkernen bei einer Bewegung um den Rost verbleiben. Die Agglomerate bilden Ablagerungen auf dem Rost, und blockieren im Laufe der Zeit die Gas-Düsen unter dem Rost. Es wurde festgestellt, dass bei Zink-Röstern solche Ablagerungen, die Verunreinigungsbestandteile aufweisen, in dem Ofen insbesondere in dem Teil des Rostes unter den Konzentrat-Zuführeinheiten gebildet werden.
• Bei Laboruntersuchungen hat sich gezeigt, dass einige Konzentrate, wie Beispiel sehr fein gemahlene, an Pyrit reiche Konzentrate sehr schnell oxidieren, wenn sie den Röstbedingungen unterworfen sind. Andererseits hat sich gezeigt, dass bei Berechnungen gemäß chemischer und mineralogischer Zusammensetzung, diese Art Konzentrate einen beträchtlich höheren Sauerstoffbedarf haben, als reine Sphalerit-Konzentrate. Die größeren Agglomerate sinken an den Rost, führen verbleibend eine Kreisbewegung aus und fügen sich zusammen zur Bildung einer Schicht aus Ablagerungen, die die Gasdüsen blockieren und dadurch einen Sauerstoffmangel ferner vergrößern.
• Zweck des nun entwickelten Verfahrens ist es, die sich auf dem Flüssigbett-Rost beim Rösten von fein gemahlenen Zinkkonzentrat, das Verunreinigungsbestandteile wie Eisen, sulfidisches Blei und/oder Kupfer enthält, bildenden Ablagerungen zu reduzieren und zu entfernen, indem die Zufuhr an Sauerstoff enthaltendem Gas erhöht wird, insbesondere in dem Teil des Röstofens, in den das Material zugeführt wird. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung gehen aus den beigefügten Ansprüchen hervor.
• Die sich auf dem Rost an einem Punkt der Röster-Zuführeinheiten bildenden Ablagerungen wird gemäß der Erfindung reduziert, indem die herkömmliche Rostkonstruktion verändert wird, wodurch das über den gesamten Querschnitt des Rostes eingeführte Gas gleichförmig auftritt, und derselbe Betrag an Gas jedem Teil des Rostes zugeführt wird. Unter Verwendung des nun entwickelten Verfahrens wird die Zufuhr des Sauerstoff enthaltenden Gases an denjenigen Teil des Rostes unterhalb der Zuführeinheiten, bekannt als der Zuführrost, im Vergleich mit der Gaszufuhr an den Rest des Rostes erhöht. Die Erhöhung der Gaszufuhr findet beispielsweise durch Vergrößerung der Anzahl der Gasdüsen am Zuführrost oder durch Verwendung größerer Gasdüsen (größerer Querschnitt) gegenüber dem Rest des Rostes statt. Die Anzahl an Gasdüsen am Zuführrost ist um mindestens 5%, vorzugsweise 10–15% größer als die Anzahl der Gasdüsen in dem Rest des Rostes. Wenn die Sauerstoffmenge des Röstgases durch Vergrößern des Querschnittbereiches der Gasdüsen am Zuführrost erhöht wird, ist die Querschnittsfläche der Düsen in dem Zuführrost um mindestens 5%, vorzugsweise 10–15% größer als die Querschnittsfläche der Düsen in dem Rest des Rostes. Mehr sauerstoffreiches Gas kann über einige der Düsen als die Gaszufuhr an den Rest des Rostes zugeführt werden. Der Zuführrost bildet mindestens 5% des gesamten Rostofen-Rostes, vorzugsweise 10–15%.
• Wenn die Zufuhr des Sauerstoff enthaltenden Gases in dem Zuführrostbereich des Röstofens erhöht wird, wird die Bildung von Ablagerungen auf zweierlei Wege verhindert, d.h. erstens durch Aufhebung des lokalen Sauerstoffmangels und zweitens durch Erhöhen der Gaszufuhr, was bedeutet, das die Verflüssigungsrate in dem Bereich erhöht wird. Die Aufhebung des Sauerstoffmangels verhindert die Bildung von Agglomeraten, wobei die erhöhte Verflüssigungsrate Partikel größer erhält, als dies normal in dem Bett der Fall ist, mit ohne Absinken an den Rost. Wenn der Sauerstoffmangel durch lokale Erhöhung des Sauerstoffgehaltes des Gases aufgehoben wird, wird nicht notwendigerweise die Menge des zugeführten Gases erhöht, womit nicht die Verflüssigungsrate vergrößert wird, sondern dadurch lediglich veranlasst ist, dass die Konzentratpartikel oxidiert werden, womit eine Bildung an geschmolzenem Material verhindert wird.
• Die Erfindung wird des Weiteren in dem folgenden Beispiel beschrieben:
• Beispiel 1
• Ein Konzentrat mit einer Sphaleritzusammensetzung wurde mit einem Zinkkonzentrat verglichen, das Pyrit enthält. Die Berechnung des Sauerstoffbedarfs der Konzentrate zeigte, das der Sauerstoffbedarf des Sphaleritkonzentrates beim Rösten 338 Nm³/t und für das Pyrit enthaltende Konzentrat 378 Nm³/t ist, mit anderen Worten liegt der Sauerstoffbedarf des Pyrit enthaltenden Konzentrates mehr als 10% über dem des Sphaleritkonzentrates. Die Mineralbestandteile der Konzentrate sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
• Tabelle 1

  

Claims (6)

1. Verfahren zum Reduzieren und Entfernen von Ablagerungen, die sich auf einem Rost eines Flüssigbett-Ofens beim Rösten von fein gemahlenem Zinkkonzentrat bilden, das Verunreinigungsbestandteile wie Eisen, sulfidisches Blei und/oder Kupfer enthält, in welchem Verfahren das Konzentrat in den Röster von der Wand des Ofens zugeführt, und Sauerstoff enthaltendes Gas über Gasdüsen unter dem Rost im Bodenbereich des Ofens zugeführt wird, um das Konzentrat während einer Verflüssigung zu verflüssigen und zu oxidieren, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zuführpunkt des fein gemahlenen Konzentrates ein Sauerstoffmangel und als Ergebnis davon die Bildung von geschmolzenem sulfidischen Material bei Rösttemperaturen verhindert wird, indem der Sauerstoffgehalt der Gaszufuhr im Vergleich zum Sauerstoffgehalt der Gaszufuhr an den Rest des Rostes erhöht wird, wobei die Anzahl der Gasdüsen am Zuführrost mindestens 5% größer ist als die Anzahl der Gasdüsen in dem restlichen Rostbereich, oder die Querschnittsfläche der Gasdüsen am Zuführrost mindestens 5% größer ist als die Querschnittsfläche der Gasdüsen in dem Rest des Rostes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführpunkt des Konzentrates, d.h. der Zuführrost, mindestens 5% der gesamten Querschnittsfläche des Rostes bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführpunkt des Konzentrates, d.h. der Zuführrost, 10–15% der gesamten Querschnittsfläche des Rostes bildet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gasdüsen am Zuführrost 10–20% größer ist als die Anzahl der Gasdüsen in dem restlichen Rostbereich.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Gasdüsen an dem Zuführrost 10–20% größer ist als die Querschnittsfläche der Gasdüsen in dem Rest des Rostes.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ofen über den Zuführrost ein Verflüssigungsgas mit einem Sauerstoffgehalt eingeführt wird, der höher ist als der Sauerstoffgehalt des verflüssigenden Gases in dem Rest des Rostes.