ES2272552T3 - Metodo para la reduccion de una acumulacion sobre una rejilla de un horno de calcinacion. - Google Patents

Abstract

Método para reducir y eliminar una acumulación que se forma sobre una rejilla de un horno de lecho fluidizado durante la calcinación de un concentrado de zinc de grano fino que contiene componentes impuros tales como hierro, cobre y/o plomo sulfídico, método en el que el concentrado se alimenta al horno de calcinación desde la pared del horno y se alimenta gas que contiene oxígeno a través de boquillas de gas bajo la rejilla en la parte inferior del horno con el fin de fluidizar y oxidar el concentrado durante la fluidización, caracterizado porque en el punto de alimentación del concentrado de grano fino se evita un déficit de oxígeno y como resultado del mismo la formación de material sulfídico fundido a temperaturas de calcinación porque el contenido de oxígeno de la alimentación de gas se aumenta en comparación con el contenido de oxígeno del gas alimentado al resto de la rejilla en la que el número de boquillas de gas en la rejilla de alimentación es al menos un 5% superior al número deboquillas de gas en el área de rejilla restante o el área de sección transversal de las boquillas de gas en la rejilla de alimentación es al menos un 5% más grande que el área de sección transversal de las boquillas de gas en el resto de la rejilla.

Description

Método para la reducción de una acumulación sobre una rejilla de un horno de calcinación.

La presente invención se refiere a un método, que ayuda a reducir y eliminar la acumulación formada sobre la rejilla de un horno de lecho fluidizado durante la calcinación de un concentrado de zinc de grano fino que contiene componentes impuros tales como hierro, cobre y/o plomo sulfídico. El concentrado se alimenta al horno desde la pared del horno de calcinación y se alimenta gas que contiene oxígeno a través de boquillas de gas bajo la rejilla en la parte inferior del horno con el fin de fluidizar el concentrado y oxidarlo durante la fluidización. Por debajo del punto de alimentación del concentrado, conocido como rejilla de alimentación, el contenido en oxígeno del gas que ha de alimentarse está aumentado en comparación con el gas alimentado en cualquier otro sitio.

La calcinación puede realizarse en varios hornos diferentes. Sin embargo, en la actualidad, la calcinación de material de grano fino tiene lugar habitualmente con el método de lecho fluidizado. El material que ha de calcinarse se alimenta al horno de calcinación a través de unidades de alimentación en la pared del horno sobre el lecho fluidizado. En la parte inferior del horno existe una rejilla, a través de la cual se alimenta gas que contiene oxígeno con el fin de fluidizar el concentrado. El gas que contiene oxígeno usado habitualmente es el aire. Generalmente hay del orden de 100 boquillas de gas/m^{2} bajo la rejilla. Mientras el concentrado se fluidiza, la altura del lecho de alimentación aumenta hasta aproximadamente la mitad del lecho de material fijo.

La calcinación de sulfuros se describe por ejemplo en el libro de Rosenqvist, T.: Principles of Extractive Metallurgy, páginas 245-255, McGraw-Hill, 1974, EE.UU.. Según Rosenqvist, la calcinación es la oxidación de sulfuros de metal, dando lugar a óxidos de metal y dióxido de azufre. Por ejemplo, el sulfuro de zinc y la pirita se oxidan tal como sigue:

(1)2ZnS + 3O_{2} \ -> 2ZnO + 2SO_{2}

(2)2FeS_{2} + 5 ^{1}/_{2} O_{2} \ -> Fe_{2}O_{3} + 4SO_{2}

Además, pueden producirse otras reacciones tales como la formación de SO_{3,} la sulfatación de metales y la formación de óxidos complejos tales como ferrita de zinc (ZnFe_{2}O_{4}). Materiales típicos para la calcinación son sulfuros de plomo, zinc y cobre. La calcinación tiene lugar comúnmente a temperaturas inferiores al punto de fusión de sulfuros y óxidos, generalmente inferiores a de 900 - 1.000ºC. Por otro lado, con el fin de que las reacciones se produzcan a una velocidad razonable, la temperatura debe ser al menos del orden de 500 - 600ºC. El libro presenta gráficos de equilibrio, que muestran las condiciones demandadas para la formación de diversos productos de calcinación. Por ejemplo, cuando se usa aire como gas de calcinación, la presión parcial de SO_{2} y O2 es de aproximadamente 0,2 atm. Las reacciones de calcinación son considerablemente exotérmicas, y por tanto el lecho necesita una disposición de refrigeración.

La calcina se elimina del horno parcialmente a través de una abertura de desbordamiento, y se transporta parcialmente con los gases a la caldera de recuperación de calor y desde aquí al ciclón y los precipitadotes electrostáticos, desde donde se recupera la calcina. Habitualmente la abertura de desbordamiento se encuentra en el lado opuesto del horno de las unidades de alimentación. La calcina eliminada se enfría y se muele finamente para su lixiviación.

Para una buena calcinación es importante controlar el lecho, es decir el lecho debe ser de construcción estable y tener otras propiedades de fluidización buenas y la fluidización debe estar bajo control. La combustión debe ser lo más completa posible, es decir los sulfuros deben oxidarse completamente a óxidos. Igualmente la calcina debe salir bien del horno. Se sabe que el tamaño de partícula de la calcina se ve afectado por la composición química y mineralogía del concentrado así como por la temperatura del gas de calcinación.

Se han intentado diferentes maneras de regular las condiciones de calcinación. La patente de los EE.UU. número 5803949 se refiere a un método para estabilizar el lecho fluidizado durante la calcinación de sulfuros de metal, en el que la estabilización se produce controlando el tamaño de partícula de la alimentación. En la patente de los EE.UU. número 3957484 la estabilización se produce mediante la alimentación del concentrado como una suspensión. Según la patente de los EE.UU. número 6110440 el gas se alimenta a un horno de calcinación a través de un conducto colector a la parte central de la rejilla y el gas se distribuye uniformemente por toda la sección transversal del horno por medio de diferentes conductos de derivación. Los conductos de derivación están equipados con boquillas de diferente tamaño de modo que el diámetro de las boquillas más alejadas del conducto colector es superior al de las boquillas situadas más próximas al conducto colector. El diámetro de las boquillas varía entre 1,5 - 20 mm. El gas puede alimentarse al lecho fluidizado a través de diversos sistemas de tubo de distribución de gas y entonces, por ejemplo, uno de los sistemas de tubo es para gases que contienen oxígeno y el otro para gases que contienen material orgánico.

El documento US-A-2.825.628 se refiere a la calcinación de mena de sulfuro de grano muy fino, en particular de concentrados de flotación que presentan tamaños de grano inferiores a 0,2 mm. Un problema es que la profundidad de la capa de calcinación turbulenta debe mantenerse más baja en la calcinación de concentrados de flotación que en la calcinación de material granular y no puede aumentarse a voluntad. En consecuencia, la cantidad de calor que puede extraerse de la capa turbulenta con la ayuda de elementos de refrigeración integrados será inferior que en el caso de profundidades mayores. Según la enseñanza del documento US-A-2.825.628 se introduce una alimentación adicional de aire o aire enriquecido con oxígeno en la capa turbulenta cerca del punto en el que tiene lugar la alimentación de la mena sulfídica a la capa. Esto dará como resultado un sobrecalentamiento local con una aglomeración consiguiente más o menos marcada de las partículas de mena que han de calcinarse, es decir un aumento del tamaño de partícula promedio en la capa fluidizada. Mediante el engrosamiento de los granos puede aumentarse y mantenerse constante la altura de la capa turbulenta. Esto hace que la operación de calcinación sea más segura y pueda extraerse más calor de la capa turbulenta.

En un horno de calcinación de zinc, los concentrados de sulfuro de zinc, que son puros o impuros, pueden manipularse en función de la situación. Los concentrados ya no están próximos a la blenda de zinc pura, esfalerita, pero pueden contener una cantidad considerable de hierro. El hierro se encuentra o bien disuelto en estructura reticular de la esfalerita o bien en la forma de pirita o pirrotita. Además, los concentrados contienen a menudo cobre y/o plomo sulfídico. La composición química y mineralogía de los concentrados varía enormemente. De este modo la cantidad de oxígeno requerido para la oxidación de los concentrados también varía, tal como la cantidad de calor producido durante la combustión. En la técnica actualmente en uso la alimentación del concentrado del horno de calcinación se regula según la temperatura del lecho usando por ejemplo la lógica difusa. Por tanto, existe el peligro de que la presión de oxígeno en el gas de fluidización caiga demasiado, es decir que la cantidad de oxígeno sea insuficiente para calcinar el concentrado. Al mismo tiempo la presión de retroceso del lecho puede caer demasiado.

Por los cálculos de equilibrio y diagramas de equilibrio en la bibliografía se sabe que el cobre y el hierro juntos forman oxisulfuros, que se funden a temperaturas de calcinación e incluso también a temperaturas inferiores. De manera similar, el zinc y el plomo así como también el hierro y el plomo forman sulfuros fundidos a temperaturas bajas. Este tipo de aparición del sulfuro es posible y la probabilidad aumenta si la cantidad de oxígeno en el lecho es inferior a la requerida normalmente para oxidar el concentrado.

Durante la calcinación en lecho fluidizado normalmente se produce la aglomeración del producto, es decir la calcina es claramente más gruesa que la alimentación de concentrado. No obstante, la formación mencionada anteriormente de sulfuros fundidos aumenta la aglomeración hasta un grado alarmante, porque los aglomerados con sus núcleos de sulfuro siguen desplazándose alrededor de la rejilla. Los aglomerados dan lugar a acumulaciones sobre la rejilla y, a lo largo del tiempo, bloquean las boquillas de gas bajo la rejilla. Se ha observado en hornos de calcinación de zinc que las acumulaciones que contienen componentes impuros se forman en el horno, particularmente en la parte de la rejilla bajo las unidades de alimentación del concentrado.

Se ha observado en la investigación de laboratorio que algunos concentrados, por ejemplo concentrados de grano muy fino ricos en pirita se oxidan muy rápidamente cuando se someten a condiciones de calcinación. Por otro lado se ha observado que cuando se calcula según la composición química y mineralógica, este tipo de concentrados presenta una necesidad de oxígeno marcadamente superior que un concentrado de esfalerita pura. Cuando se alimenta una gran cantidad del concentrado impuro, altamente reactivo mencionado anteriormente al horno de calcinación, se produce un déficit de oxígeno en la proximidad inmediata de la unidad de alimentación evitando la oxidación de los concentrados a óxidos, el propósito real de la calcinación. Como resultado de la deficiencia de oxígeno, a temperaturas bajas se forma un material sulfídico fundido, que se aglomera fácilmente. Los aglomerados más grandes descienden hasta la rejilla, siguen desplazándose y se combinan para formar una capa de acumulación, que bloquea las boquillas de gas y de este modo aumenta adicionalmente la deficiencia de oxígeno.

El propósito del método desarrollado en este momento es reducir y eliminar la acumulación que se forma sobre la rejilla del lecho fluidizado durante la calcinación de un concentrado de zinc de grano fino que contiene componentes impuros tales como hierro, cobre y/o plomo sulfídico aumentando la alimentación de gas que contiene oxígeno, particularmente en aquella parte del horno de calcinación a la que se alimenta el material. Las características esenciales de la invención se harán evidentes en las reivindicaciones adjuntas.

La acumulación que se forma sobre la rejilla en el punto de las unidades de alimentación del horno de calcinación se reduce según la invención modificando la construcción convencional de la rejilla, por lo que la alimentación de gas a toda la sección transversal de la rejilla se produce uniformemente y se alimenta la misma cantidad de gas a todas las partes de la rejilla. Al utilizar el método desarrollado en este momento, la alimentación de gas que contiene oxígeno a aquella parte de la rejilla situada bajo las unidades de alimentación, conocida como rejilla de alimentación, aumenta en comparación con la alimentación de gas al resto de la rejilla. El aumento de la alimentación de gas se produce por ejemplo al aumentar el número de boquillas de gas hacia la rejilla de alimentación o mediante el uso de boquillas de gas más grandes (de sección transversal mayor) que en el resto de la rejilla. El número de boquillas de gas en la rejilla de alimentación es al menos un 5%, preferiblemente un 10-15% superior al número de boquillas de gas en el resto de la rejilla. Si la cantidad de oxígeno del gas de calcinación se aumenta mediante el aumento del área de sección transversal de las boquillas de gas en la rejilla de alimentación, el área de sección transversal de las boquillas en la rejilla de alimentación es al menos un 5%, preferiblemente un 10-15% más grande que el área de sección transversal de las boquillas en el resto de la rejilla. Puede alimentarse más gas rico en oxígeno a través de algunas de las boquillas que el gas alimentado al resto de la rejilla. La rejilla de alimentación constituye al menos el 5% del total de la rejilla del horno de calcinación, preferiblemente del 10-15%.

Cuando se aumenta la alimentación de gas que contiene oxígeno en el área de rejilla de alimentación del horno de calcinación se evita la formación de acumulaciones de dos maneras, es decir en primer lugar eliminando la deficiencia local de oxígeno y en segundo lugar, aumentando la alimentación de gas lo que significa que la velocidad de fluidización se aumenta en este área. La eliminación de la deficiencia de oxígeno evita la formación de aglomerados y el aumento de velocidad de fluidización mantiene las partículas más grandes de lo normal en el lecho sin que desciendan a la rejilla. Si se elimina la deficiencia de oxígeno mediante el aumento local del contenido en oxígeno del gas, no aumenta necesariamente la cantidad de la alimentación de gas y de este modo no mejora la velocidad de fluidización sino que más bien sólo provoca que las partículas de concentrado se oxiden evitando de este modo la formación de material fundido.

La invención se describirá adicionalmente en el siguiente ejemplo:

Ejemplo 1

Se comparó un concentrado con una composición de esfalerita con un concentrado de zinc que contenía pirita. El cálculo de la necesidad de oxígeno de los concentrados mostró que la necesidad de oxígeno del concentrado de esfalerita durante la calcinación es de 338 Nm^{3}/t y para el concentrado que contenía pirita, de 378 Nm^{3}/t, en otras palabras la necesidad de oxígeno del concentrado que contenía pirita es alrededor de un 10% superior que la del concentrado de esfalerita. Los contenidos minerales de los concentrados se muestran en la tabla 1.

TABLA 1

Mineral	Concentrado de esfalerita	Concentrado que contiene pirita
	% en peso	% en peso
CuFeS_{2}	0,09	1,73
FeS	2,54	2,85
FeS_{2}	0,35	21,63
ZnS	91,66	68,11
PbS	1	3,11
CdS	0,24	0,18
SiO_{2}	0,94	0,43
CaSO_{4}	0,83	0,1
CaCO_{3}	1,05	0,5
otros	1,3	1,36

Claims (6)

1. Método para reducir y eliminar una acumulación que se forma sobre una rejilla de un horno de lecho fluidizado durante la calcinación de un concentrado de zinc de grano fino que contiene componentes impuros tales como hierro, cobre y/o plomo sulfídico, método en el que el concentrado se alimenta al horno de calcinación desde la pared del horno y se alimenta gas que contiene oxígeno a través de boquillas de gas bajo la rejilla en la parte inferior del horno con el fin de fluidizar y oxidar el concentrado durante la fluidización, caracterizado porque en el punto de alimentación del concentrado de grano fino se evita un déficit de oxígeno y como resultado del mismo la formación de material sulfídico fundido a temperaturas de calcinación porque el contenido de oxígeno de la alimentación de gas se aumenta en comparación con el contenido de oxígeno del gas alimentado al resto de la rejilla en la que el número de boquillas de gas en la rejilla de alimentación es al menos un 5% superior al número de boquillas de gas en el área de rejilla restante o el área de sección transversal de las boquillas de gas en la rejilla de alimentación es al menos un 5% más grande que el área de sección transversal de las boquillas de gas en el resto de la rejilla.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el punto de alimentación del concentrado es decir la rejilla de alimentación, forma al menos el 5% del área de sección transversal total de la rejilla.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el punto de alimentación del concentrado, es decir la rejilla de alimentación, forma del 10-15% del área de sección transversal total de la rejilla.

4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el número de boquillas de gas en la rejilla de alimentación es un 10-20% superior al número de boquillas de gas en el área de rejilla restante.

5. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el área de sección transversal de las boquillas de gas en la rejilla de alimentación es un 10-20% más grande que el área de sección transversal de las boquillas de gas en el resto de la rejilla.

6. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el gas de fluidización se alimenta al horno a través de la rejilla de alimentación con un contenido en oxígeno superior al contenido en oxígeno del gas de fluidización en el resto de la rejilla.