PL169605B1 - S posób pirometalurgicznego wytapiania materialu i urzadzenie do pirometalurgicznegowytapiania materialu PL PL - Google Patents

Abstract

1 Sposób pirometalurgicznego wytapiania materialu, w którym dostarcza sie rozdrobniony material w stanie stalym do naczynia, topi sie go tworzac faze zuzla 1 faze kamienia oraz utlenia i/lub redukuje za pomoca lancy, znamienny tym, ze topi sie wstepna ilosc materialu w naczyniu (40) wytwarzajac kapiel roztopionego mate- rialu (50), a nastepnie umieszcza sie lance (44) w naczy- niu (40) ustawiajac jej koniec wylotowy (32) pod po- wierzchnia roztopionego materialu (50) lub bezposrednio nad ma, po czym wpuszcza sie przez lance (44) gaz utle- niajacy dobierajac predkosc jego wyplywu z konca wylo- towego (32) lancy (44), przy której tworzy sie w roztopio- nym materialem (50) nieckowate wglebienie, stanowiace obszar strefy utleniania (58), a wokól mego obszar strefy nasiarczania lub redukcji (60), zas nastepnie, do utworzo- nego wglebienia, przez lance (44), wprowadza sie dalszy rozdrobniony material oraz gaz utleniajacy do utleniania w przelocie wprowadzanego materialu we wglebieniu stanowiacym obszar strefy utleniania (58) F i g 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pirometalurgicznego wytapiania materiału i urządzenie do pirometalurgicznego wytapiania materiału

Przykładem procesów pirometalurgicznych są procesy wysokotemperaturowego wytapiania. Procesy takie często przeprowadza się w dwóch naczyniach, z których jedne używane jest do nagrzania materiału i stopienia go, a drugie wykorzystywane jest do utleniania materiału. Stosowanie dwóch naczyń wiąże się z kilkoma niedogodnościami, z których jedna polega na trudnościach przy przenoszeniu roztopionego materiału z jednego naczynia do drugiego.

W Australii wynaleziono lance, które umożliwiają wprowadzanie paliwa i gazu utleniającego w podawany materiał w procesie jego stapiania Typowa lanca tego rodzaju opisana jest w australijskim opisie patentowym nr 520 351. Składa się ona z rury zewnętrznej i rury wewnętrznej. Ciekłe paliwo dla procesu przepływa do dołu rurą wewnętrzną i wypływa poprzez dyszę do strefy mieszania. W przypadku stosowania paliwa stałego lanca nie ma takiej dyszy. Gaz utleniający przepływa kanałem utworzonym pomiędzy rurą wewnętrzną a rurą zewnętrzną do strefy mieszania. Gaz utleniający działa jako chłodziwo rury zewnętrznej Działanie chłodzące tego gazu na rurę zewnętrzną umożliwia krzepnięcie żużla lub innego materiału rozbryzganego na tę rurę z roztopionej masy, co zapewnia izolowanie i ochronę rury. Przy stosowaniu tego rozwiązania, dla roztapiania i utleniania lub redukcji materiału, potrzebna jest więcej niż jedna lanca Wszystkie te operacje mogą przebiegać w jednym naczyniu. Ponadto zastosowanie takiej lancy powoduje powstanie strumienia paliwa/gazu utleniającego, w wyniku czego roztopiony podawany materiał jest energicznie, a nawet gwałtownie, mieszany.

Opisany powyżej sposób p^ometalurgicznego obrabiania podawanego materiału z zastosowaniem lancy według patentu australijskiego nr 520 351 jest procesem w roztopionym materiale, w którym podawany materiał jest roztapiany i częściowo utleniany na żużlu, który znajduje się w stanie silnej turbulencji, powodowanej przez wprowadzanie z dużą prędkością gazu utleniającego z lancy Znany jest również proces pirometalurgicznego wytapiania materiału, tak zwany w przelocie, przy którym podawany materiał w postaci suchej i dobrze rozdrobnionej, spala się w strumieniu powietrza wzbogaconego w tlen w pionowym szybie. Produkty spalania spadają na roztopiony materiał poniżej, gdzie oddzielają się od siebie frakcja żużla i frakcja kamienia. Takie procesy w przelocie przeprowadzane są w dużych piecach, których wykonanie i obsługa są kosztowne.

Sposób pirometalurgicznego wytapiania materiału, w którym dostarcza się rozdrobniony materiał w stanie stałym do naczynia, topi się go tworząc fazę żużla i fazę kamienia oraz utlenia i/lub redukuje za pomocą lancy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że topi się wstępną ilość materiału w naczyniu wytwarzając kąpiel roztopionego materiału, a następnie umieszcza się lancę w naczyniu ustawiając jej koniec wylotowy pod powierzchnią roztopionego materiału lub bezpośrednio nad nią, po czym wpuszcza się przez lancę gaz utleniający dobierając prędkość jego wypływu z końca wylotowego lancy, przy której tworzy się w roztopionym materiale nieckowate wgłębienie, stanowiące obszar strefy utleniania, a wokół niego obszar strefy nasiarczania lub redukcji, zaś następnie, do utworzonego wgłębienia, przez lancę, wprowadza się dalszy rozdrobniony materiał oraz gaz utleniający do utleniania w przelocie wprowadzanego materiału we wgłębieniu stanowiącym obszar strefy utleniania.

Korzystnie dostarczanym materiałem jest ruda siarczkowa lub koncentrat.

Korzystnie dostarczany materiał zawiera tlenek lub mieszaninę tlenków.

169 605

Korzystnie dobiera się prędkość wypływu gazu utleniającego z końca wylotowego lancy, przy której w strefie nasiarczania lub redukcji powstaje turbulencja.

Korzystnie podaje się przez lancę materiał rozdrobniony do przeciętnej wielkości cząstki poniżej 100 μm.

Korzystnie jako gaz utleniający stosuje się gaz wybrany spośród tlenu, powietrza wzbogaconego w tlen i powietrza.

Korzystnie dobiera się prędkość wypływu gazu utleniającego z końca wylotowego lancy, przy której w strefie nasiarczania i redukcji powstaje tylko w fazie żużla.

Korzystnie rozdrobniony materiał wprowadza się do wgłębienia, stanowiącego strefę utleniania centralnie, a gaz utleniający wprowadza się jako strumień pierścieniowy otaczający rozdrobniony materiał.

Korzystnie doprowadza się gaz utleniający dobierając prędkość jego wypływu z lancy nie większą niż 100 m/s, a szczególnie korzystnie w zakresie od 50 do 70 m/s.

Korzystnie stapia się materiał doprowadzając paliwo poprzez lancę i wytwarzając jego rozbieżny strumień wypływający z końca wylotowego lancy.

Korzystnie wywołuje się turbulencję w strumieniu gazu utleniającego wewnątrz lancy za pomocą zawirowaczy.

Urządzenie do pirometalurgicznego wytapiania materiału, według wynalazku, zawierające naczynie ze spustem oraz umieszczoną w nim lancę do dostarczania gazu utleniającego i paliwa, przy czym lanca zawiera co najmniej dwie współśrodkowe rury zewnętrzną i wewnętrzną o różnych średnicach i ma kanał wewnętrzny oraz kanał zewnętrzny połączony ze źródłem gazu utleniającego, charakteryzuje się tym, że lanca zawiera rurę środkową usytuowaną pomiędzy rurą zewnętrzną i wewnętrzną, a pomiędzy rurą wewnętrzną i rurą środkową jest utworzony kanał pośredni, który jest połączony ze źródłem paliwa, przy czym kanał wewnętrzny jest połączony z przewodem doprowadzającym rozdrobniony przerabiany materiał.

Korzystnie w kanale zewnętrznym są umieszczone zawirowywacze do wywoływania turbulencji w przepływie gazu utleniającego.

Korzystnie kanał pośredni ma wylot o szerokości dobranej do wytwarzania rozbieżnego przepływu paliwa z niego wypływającego.

Należy zauważyć, że powstawanie dwóch obszarów reakcji gdzie mają miejsce różne reakcje, nie zachodzi w procesie przetapiania z zastosowaniem lancy opisanej w patencie australijskim nr 529 351. Przy stosowaniu takiej lancy strumień gazu i/lub paliwa opuszcza lancę tworząc silne turbulencje w roztopionym materiale. Przerabiany materiał nie jest dostarczany przez lancę i nie ma utleniania w przelocie.

Sposób wytapiania według wynalazku jest skuteczniejszy od znanego, ponieważ osiąga się większe prędkości reakcji, a zastosowanie dokładnie rozdrobnionego przerabianego materiału oznacza, że nie ma nierozpuszczonego materiału w zawiesinie w żużlu. Ponadto silna turbulencja występuje tylko w strefie nasiarczania i redukcji co powoduje mniejsze zużywanie się ogniotrwałego wyłożenia naczynia. Wreszcie penetrację gazu utleniającego w fazę kamienia można lepiej kontrolować, ponieważ koniec wylotowy lancy może być usytuowany bliżej fazy kamienia niż jest to możliwe w sposobach znanych.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wylotowy koniec lancy stosowanej w urządzeniu do pirometalurgicznego wytapiania w przekroju, a fig. 2 przedstawia w przekroju urządzenie do pirometalurgicznego wytapiania, do przeprowadzania procesu pirometalurgicznego według wynalazku, w przekroju.

Na fig. 1 przedstawiono przykład wykonania lancy 44 stosowanej w sposobie według wynalazku. Pokazano tu końcową część lancy 44, która ma trzy współosiowe rury zewnętrzną 10, środkową 12 i wewnętrzną 14 o różnych średnicach. Rura środkowa 12 jest usytuowana wewnątrz rury zewnętrznej 10, a rura wewnętrzna 14 jest usytuowana wewnątrz rury środkowej 12 Rury 10, 12, 14 są typowo wykonane z miękkiej stali, chociaż ich części wystające bezpośrednio przed końcem wylotowym 32, który jest zwykle zanurzony w roztopionym materiale, mogą być wykonane ze stali nierdzewnej

169 605

Pomiędzy rurami 10, 12, 14 utworzone są trzy kanały. Kanał zewnętrzny 16 jest utworzony pomiędzy rurami zewnętrzną 10 i środkową 12. Kanał wewnętrzny 18 jest utworzony wewnątrz rury wewnętrznej 14, a kanał pośredni 20 jest utworzony pomiędzy rurami środkową 12 i wewnętrzną 14. W kanale zewnętrznym 16 umieszczone są zawirowywacze 22 przepływu do tworzenia turbulencji przepływu gazu. Zawirowywacze 22 są przymocowane do zewnętrznej powierzchni rury środkowej 12. Kanały zewnętrzny 16, wewnętrzny 18 i pośredni 20 mają wyloty 24, 26 i 28, które są otwarte do strefy mieszania 30 lancy 44.

Lanca 44 przedstawiona na fig. 1 jest używana do wprowadzania podawanego materiału, paliwa i gazu utleniającego do naczynia przeznaczonego do przetapiania materiału lub prowadzenia innego procesu pirometalurgicznego. Gaz utleniający jest wprowadzany do strefy mieszania 30 kanałem zewnętrznym 16, materiał zmieszany z gazem utleniającym, jest wprowadzany kanałem wewnętrznym 18, a paliwo kanałem pośrednim 20. Koniec wylotowy 28 kanału pośredniego 20 jest bardzo wąski, zwykle o szerokości w przybliżeniu 0,5 mm, tak więc kiedy paliwo jest doprowadzane pod odpowiednim ciśnieniem kanałem pośrednim 20, wpływa ono przez jego wylot 28 w postaci rozchodzącego się stożka jak pokazano liniami przerywanymi. Szybki przepływ paliwa na skutek wąskiego kanału pośredniego 20 chroni również paliwo przed przegrzaniem, a więc krakingiem. Wylot 28 kanału pośredniego 20 służy więc za dyszę pierścieniową, tworzącą dokładną mieszaninę paliwa z gazem utleniającym, który wypływa z wylotu 24 kanału zewnętrznego 16, co prowadzi do lepszego wykorzystania paliwa.

Podczas pirometalurgicznego procesu wytapiania przerabiany materiał w postaci rozdrobnionej wprowadza się do naczynia 40 do roztapiania (fig. 2). Lanca 44 jest usytuowana w naczyniu 40 tak, że jej koniec wylotowy 32 znajduje się tuż nad materiałem. Paliwo dostarcza się do dołu kanałem pośrednim 20, a gaz utleniający dostarcza się kanałem zewnętrznym 16. W strefie mieszania 30 lancy 44 odbywa się mieszanie, a następnie mieszanina gazów jest zapalana. Wytworzone ciepło powoduje topienie rozdrobnionego materiału w naczyniu 40, przy czym ilość stopionego materiału wzrasta stopniowo. Część roztopionego materiału rozbryzguje się na lancy 44. Ten roztopiony materiał krzepnie na zewnętrznej powierzchni rury zewnętrznej 10 lancy 44, która jest chłodzona przez gaz utleniający przepływający kanałem zewnętrznym 16. Chłodzenie to jest wspomagane przez działanie zawirowywaczy 22 na przepływ gazu utleniającego. Taki zakrzepły materiał działa jako izolacja i chroni rurę zewnętrzną 10 lancy 44.

Po powstaniu wystarczającej ilości roztopionego materiału lancę 44 opuszcza się umieszczając jej koniec wylotowy 32 w roztopionym materiale. Ten etap przedstawiono na fig. 2. Pokazane na fig. 2 naczynie 40 jest piecem posiadającym ogniotrwałe wyłożenie. Wewnątrz naczynia 40 znajduje się obszar 42 reakcji. Lanca 44 przechodzi przez wierzchołek 46 naczynia 40 i wchodzi w obszar 42 reakcji tak, że koniec wylotowy 32 jest umieszczony w roztopionym materiale 50. Ten roztopiony materiał 50 składa się z dwóch faz: z fazy żużla 52 i z fazy kamienia 54 Podawany materiał wprowadzany jest do lancy 44 przez przewód 56, a gaz utleniający przez przewód 66 Podawany materiał przechodzi do dołu kanałem wewnętrznym 18 lancy 44, a gaz utleniający przepływa zewnętrznym kanałem 16 lancy 44, jak opisano to powyżej w odniesieniu do fig. 1. Przy przetapianiu pewnych koncentratów siarczkowych w tym etapie procesu nie jest konieczne stosowanie żadnego paliwa, ponieważ w reakcjach utleniania powstaje wystarczająca ilość ciepła by utrzymać potrzebną temperaturę.

Prędkość przepływu gazu utleniającego przez wylotowy koniec 32 lancy 44 dobiera się tak, że w fazie żużla 52 wytwarza się miachowata wgłębiania. To wgłębienie stanowi obszar strefy utleniania 58, w którym materiał, wychodzący z wylotowego końca 32 lancy 44 poddawany jest utlenianiu w przelocie. W strefie tej uzyskuje się doskonałe prędkości utleniania. W fazie żużla 52 powstaje obszar strefy nasiarczania lub redukcji 60, w której zachodzi turbulencja i w której utlenione produkty reakcji i inna tkanka ze strefy utleniania 58 poddawane są wtórnemu nasiarczaniu lub redukcji, zależnie od rodzaju przerabianego materiału. Tak więc utlenianie w przelocie odbywa się w strefie utleniania 58 a powtórne nasiarczanie lub redukcja odbywa się w żużlu roztopionego materiału w strefie nasiarczania lub redukcji 60.

169 605

Produkty powtórnego nasiarczania lub redukcji są przemieszczane do dołu poprzez fazę żużla 52 do fazy kamienia 54. Obie te fazy 52, 54 mogą być od czasu do czasu spuszczane przez wylot 62. Wylot 62 służy do wypuszczania gazów, takich jak dwutlenek siarki, które powstają w tym procesie.

Na fig. 2 pokazano przykład wykonania, w którym koniec wylotowy 32 lancy 44 jest usytuowany w fazie żużla 52 w roztopionym materiale. Proces może również przebiegać z końcem wylotowym 32 usytuowanym tuż nad roztopionym materiałem. W takim przypadku strefa reakcji utleniania jest tworzona pomiędzy wylotowym końcem 32 lancy 44 a powierzchnią wgłębienia, które powstaje w fazie żużla 52. Jednakże w takich warunkach może nastąpić większe rozpylenie.

Sposób pirometalurgicznego wytapiania według wynalazku, jest sposobem pirometalurgicznym, w którym materiał poddaje się utlenianiu w przelocie, a przynajmniej niektóre produkty reakcji tego utleniania w przelocie przenosi się do strefy nasiarczania i redukcji 60, gdzie poddaje się je nasiarczaniu lub redukcji. Strefa nasiarczania i redukcji 60 usytuowana jest w materiale będącym w stanie ciekłym.

Materiałami, które mogą być wytapiane tym sposobem, mogą być rudy lub koncentraty o różnych składach, np. ruda lub koncentrat w postaci siarczku, takiego jak chalkopiryt, magnetopiryt, piroksan i skaleń. Przy stosowaniu talach rud lub koncentratów w stopionym materiale powstają faza żużla 62 i faza kamienia 54. Przy takich materiałach w strefie nasiarczania i redukcji 60 następuje wtórne nasiarczanie utlenionych produktów wytworzonych w strefie utleniania 58.

Materiałem może być również tlenek, taki jak tlenek cynku lub tlenek ołowiu. Tlenki takie mogą mieć postać rudy, popiołu lotnego lub koncentratu. W strefie utleniania 58 następuje wówczas utlenianie niektórych jego składników, a w strefie nasiarczania i redukcji 60 następuje redukcja niektórych produktów utlenionych powstałych w taki sposób oraz innych tlenków. W takim stopionym materiale również powstają faza żużla 52 i faza kamienia 54.

Tam, gdzie roztopiony materiał zawiera fazę żużla 52 i fazę kamienia 54, strefa nasiarczania i redukcji 60 jest utworzona tylko w fazie żużla 52. W tej postaci wynalazku reakcje, które przebiegają w strefie nasiarczania i redukcji 60 są w rzeczywistości reakcjami w żużlu.

Materiał i gaz utleniający korzystnie wprowadza się w strefę utleniania 58 poprzez wylotowy koniec 32 lancy 44, przy czym materiał wprowadza się przez kanał wewnętrzny 18 a gaz utleniający przez kanał zewnętrzny 16. Kanał wewnętrzny 18 i jego koniec wylotowy 26 mają taki przekrój poprzeczny, że możliwe jest przeprowadzenie przez niego rozdrobnionego materiału. Typowo przerabiany materiał cząstki o wielkości nie większej niż 100 μm, chociaż mogą być stosowane cząstki większe. Z tym rozdrobnionym podawanym materiałem może być zmieszane rozdrobnione paliwo w postaci stałej, takie jak węgiel kamienny lub antracyt. Materiał może również zawierać topniki. Kanał wewnętrzny 18 materiał korzystnie kołowy przekrój poprzeczny, a kanał zewnętrzny 16 tworzy pierścień otaczający kanał wewnętrzny 18.

Wylotowy koniec 32 lancy 44 umieszcza się powyżej powierzchni roztopionego materiału lub w tym materiale. Kiedy wylotowy koniec 32 lancy 44 jest usytuowany w roztopionym materiale, gaz utleniający tworzy zagłębienie w roztopionym materiale, które określa przynajmniej część granicy obszaru reakcji utleniania 58. Osiąga się to dobierając prędkość wypływu gazu utleniającego zwykle nie większą niż 100 m/s, a korzystnie w zakresie 50-70 m/s.

Natężenia przepływu, ciśnienie i wielkość cząstek podawanego materiału zmieniają się w zależności od rodzaju stosowanych materiałów. Zwykle proces prowadzi się przy następujących typowych natężeniach przepływu, ciśnienia i wielkości cząstek: masowe natężenia przepływu podawanego materiału (łącznie z topnikiem i węglem) wynosi 50-200 kg/h przy ciśnieniu powietrza do 200 kPa, objętościowe natężenie przepływu przez lancę 44 powietrza wzbogaconego w tlen wynosi 50-200 Nm³/h przy ciśnieniu do 200 kPa, objętościowe natężenie przepływu powietrza przenoszącego cząstki materiału w stanie stałym, przy wyżej wymienionym masowym natężeniu przepływu wynosi 20-50 Nm³/h, objętościowe natężenie przepływu oleju opałowego dobiera się z zakresu 5-15 1/h przy temperaturze 20°C do 700 kPa, rozmiar cząstek materiału jest następujący. Koncentrat siarczkowy: 70-80% poniżej 74 μm, topniki (al169 605 bo krzemionka albo wapno palone): 70-80% poniżej 74 μηι, węgiel lub antracyt: 80-90% poniżej 74 μην

Przeprowadzono przykładowe procesy wytapiania sposobem według wynalazku przy użyciu lancy 44 i naczynia 40 jak opisano i przedstawiono na fig. 1 i 2.

Przykład I. Wytapiano siarczki miedzi i niklu sposobem według wynalazku. Ogrzewano piec przez spalanie. Podczas rozruchu niewielką ilość płynnego gazu wprowadzono przez lancę dla wstępnego nagrzania pieca. Gdy tylko trzon pieca osiągnął temperaturę 700°C, gaz został zastąpiony olejem napędowym i piec nagrzano do temperatury pracy 1350°C, przy wzbogaceniu powietrza tlenem. Przeciętne natężenie przepływu oleju napędowego wynosiło: 10 1/h, przy ciśnieniu 680 kPa. Przeciętne wzbogacenie tlenem wynosiło lONmTh podczas podgrzewania wstępnego. Po osiągnięciu temperatury pracy został uruchomiony pneumatyczny układ podawania i kontrolowane ilości rozdrobnionego koncentratu i topnika podawano pneumatycznie elastycznym wężem do kanału wewnętrznego 18 lancy 44 i do pieca. Pneumatyczny układ podawania pracował przy ciśnieniu powietrza 150 kPa i przy natężeniu przepływu powietrza 20-40 Nm³/h, zależnie od mieszaniny topnika i koncentratu. W roztopionym materiale utworzono wgłębienie stanowiące strefę utleniania 58. W strefie utleniania 58 dokonywano utleniania w przelocie siarczków koncentratu. Produkty tej reakcji, mianowicie mieszanina tlenków i siarczków metali, przechodziły do fazy żużla 52 i do utworzonej strefy nasiarczania i redukcji 60, po czym następowały dalsze reakcje pomiędzy tlenkami metali i dokładnie zdyspergowanymi cząstkami roztopionego kamienia. W wyniku intensywnego mieszania w obszarze 60 reakcje te przebiegały szybko i szybko została osiągnięta równowaga, co w wyniku zapewniło bardzo krótki czas przebywania. Zawartość SO₂ w gazach odlotowych była kontrolowana i odprowadzana do wytwarzaniu kwasu, przy czym utrzymywane było jego stężenie w granicach 5-15% po wprowadzeniu powietrza chłodzącego.

Powstał roztopiony kamień zawierający około 20% żelaza i roztopiony żużel zawierający materiał płonny i topnik. Możliwe jest również zmniejszenie zawartości żelaza w kamieniu do żądanej wartości, przez co zmniejsza się do minimum potrzebę stosowania dalszych operacji przetwarzania.

Przed spustem wstrzymano doprowadzanie koncentratu, lancę 44 unoszono na odległość od 0,5 do 1 m od trzonu pieca, aby roztopiony materiał mógł zestalić się i by w ten sposób zmniejszyć do minimum wchodzenie kamienia w żużel. Spustu pieca dokonywano przez otworzenie otworu spustowego 62, przy czym kamień i żużel spuszczano do żelaznych wózków, chłodzono, oddzielano, ważono i pobierano próbki do analiz chemicznych.

W tym przykładzie, utlenianie w strefie utleniania 58 odbywa się na powierzchniach różnego rodzaju cząstek siarczków, na skutek czego powstają tlenki. Przebiegają następujące reakcje:

FeS + 5 O₂-> Fe₃O₄ + 3 SO₂

0,5 (Ni, Fe)gS₃ + 6,87 O₂--> 1,125 NiFe₂O₄ + 1,25 NiO + 4 SO₂

CuFe₂ + 3 O₂--> 0,5 Cu₂O + Fe₂O₃ + 2 SO₂

Ponieważ reakcje te są silnie egzotermiczne, temperatur,' cząstek mogą znacznie przewyższyć 1773 K, na skutek czego siarczek znajdujący się pod powierzchnią cząstki podlega utlenianiu, dysocjuje i topi się, czego przykładem jest zachodzenie reakcji:

CuFe^)--» 0,5 Cu₂S_(C) + FeS_w + 0,25 gdzie indeksy w nawiasach, mianowicie s, c i g, oznaczają odpowiednio ciało stałe, ciecz i gaz. W ten sposób powstaje roztopiony pęcherzyk Cu-Fe-S. Podobnie, w przypadku innego rodzaju siarczków występujących w koncentracie siarczkowym, powstają roztopione pęcherzyki Fe-S i Ni-Fe-S. Produktami reakcji przebiegających w strefie utleniania 58 są zatem tlenki i roztopione siarczki.

W żużlu 52 przebiegają reakcje, w których składnik FeS roztopionych pęcherzyków siarczkowych reaguje z tlenkami zelaza, niklu i miedzi, dając w wyniku redukcję trójwartościowych jonów zelaza do stanu dwuwartościowego, jak również powtórne nasiarczenie tlenków niklu i miedzi. Niektóre z tych reakcji są następujące.

169 605

FeS + 3 Fe₂O₄--> 10 FeO + SO₂

FeS + Cu₂O--> Cu₂S + FeO

Reakcje te są wspomagane przez obecność krzemionki, która jest zawarta w koncentracie siarczkowym i wspomaga reakcje w żużlu 52, w związku z zachodzeniem reakcji.

FeO + SiO₂-> Fe₂SiO4 gdzie produktem jest fajalit (Fe₂SiO4).

Przykład II. Wytapiano metal z koncentratu stybnitowego i z materiału zawierającego półprodukty arsenowe sposobem według wynalazku.

W celu ułatwienia bezpiecznego i skutecznego rozruchu pieca, olej opałowy dostarczany lancą 44 tymczasowo zastąpiono przez butan (gaz płynny). Gaz zapalono i lancę 44 opuszczono na złoże koksu na dnie pieca. Kiedy koks stał się czerwony, płynny gaz zastąpiono olejem opałowym i dalej nagrzewano piec do temperatury w przybliżeniu 1200°C olejem opałowym, przy stosowaniu wzbogacania tlenem. Powietrze chłodzące przepływało cały czas przez kanał zewnętrzny 16 lancy 44, stosowano natężenie przepływu powietrza 100-130 Nm3h przy ciśnieniu 120 kPa. Ponadto utrzymywano przepływ oleju opałowego kanałem pośrednim w zakresie natężenia 5-15 1/h przy ciśnieniu 680 kPa.

Po osiągnięciu w piecu 40 temperatury 1200°C, ciśnienie w zbiorniku zasilającym doprowadzono do wartości 150 kPa, uruchomiono obrotowy podajnik łopatkowy i rozpoczęto zasilanie pneumatyczne materiałem.

W przypadku koncentratu stybnitowego, stybnik wchodzący do gorącego pieca przy końcu lancy 44 kanałem wewnętrznym 18 natychmiast reagował z tlenem tworząc lotny surowy tlenek antymonu, który usuwany, skraplany i zbierany w workowni. Zanieczyszczenia koncentratu wynoszące około 15%, roztapiały się tworząc żużel. Niewielka ilość antymonu rozpuszczała się w roztopionym żużlu jako tlenek antymonu. Ponieważ około 85% ilości materiału metalonośnego jest lotna trzeba wiele czasu na napełnienie pieca. Kiedy piec był juz napełniony do około 0,5 m, przeprowadzono etap redukcji, w którym tlenek antymonu został zredukowany do postaci metalicznej, przez dodanie około 20 kg koksu w czasie ponad 20 min.

Na 5 minut przed spustem lancę 44 podnoszono, aby roztopiony materiał mógł się zestalić i aby uniknąć przedostawania się metalu do żużla. Spustu pieca dokonywano przez otworzenie otworu spustowego 62. Żużel i stop metali spuszczano do żeliwnych wózków, chłodzono, oddzielano, ważono i pobierano próbki do analiz chemicznych.

W przypadku przetapiania materiału zawierającego półprodukty arsenowe, proces jest podobny jak w przypadku koncentratu stybnitowego. Jedyna różnica polega na tym, że jest więcej materiału płonnego i powstaje znacznie więcej żużla.

169 605

169 605

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pirometalurgicznego wytapiania materiału, w którym dostarcza się rozdrobniony materiał w stanie stałym do naczynia, topi się go tworząc fazę żużla i fazę kamienia oraz utlenia i/lub redukuje za pomocą lancy, znamienny tym, że topi się wstępną ilość materiału w naczyniu (40) wytwarzając kąpiel roztopionego materiału (50), a następnie umieszcza się lancę (44) w naczyniu (40) ustawiając jej koniec wylotowy (32) pod powierzchnią roztopionego materiału (50) lub bezpośrednio nad nią, po czym wpuszcza się przez lancę (44) gaz utleniający dobierając prędkość jego wypływu z końca wylotowego (32) lancy (44), przy której tworzy się w roztopionym materiałem (50) nieckowate wgłębienie, stanowiące obszar strefy utleniania (58), a wokół niego obszar strefy nasiarczania lub redukcji (60), zaś następnie, do utworzonego wgłębienia, przez lancę (44), wprowadza się dalszy rozdrobniony materiał oraz gaz utleniający do utleniania w przelocie wprowadzanego materiału we wgłębieniu stanowiącym obszar strefy utleniania (58).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dostarczanym materiałem jest ruda siarczkowa lub koncentrat.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dostarczany materiał zawiera tlenek lub mieszaninę tlenków.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dobiera się prędkość wypływu gazu utleniającego z końca wylotowego (32) lancy (44), przy której w strefie nasiarczania lub redukcji (60) powstaje turbulencja.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podaje się przez lancę (44) materiał rozdrobniony do przeciętnej wielkości cząstki poniżej 100 gm.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako gaz utleniający stosuje się gaz wybrany spośród tlenu, powietrza wzbogaconego w tlen i powietrza.
7. 7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że dobiera się prędkość wypływu gazu utleniającego z końca wylotowego (32) lancy (44), przy której w strefie nasiarczania lub redukcji (60) powstaje tylko w fazie żużla (52).
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdrobniony materiał wprowadza się do wgłębienia, stanowiącego strefę utleniania (58) centralnie, a gaz utleniający wprowadza się jako strumień pierścieniowy otaczający rozdrobniony materiał.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że doprowadza się gaz utleniający dobierając prędkość jego wypływu z lancy (44) nie większą niz 100 m/s.
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że doprowadza się gaz utleniający dobierając prędkość jego wypływu z lancy (44) w zakresie od 50 do 70 m/s.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze stapia się materiał doprowadzając paliwo poprzez lancę (44) i wytwarzając jego rozbieżny strumień wypływający z końca wylotowego (32) lancy (44).
12. 12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wywołuje się turbulencję w strumieniu gazu utleniającego wewnątrz lancy (44) za pomocą zawirowaczy (22).
13. 13. Urządzenie do pirometalurgicznego wytapiania materiału, zawierające naczynie ze spustem oraz umieszczoną w nim lancę do dostarczania gazu utleniającego i paliwa, przy czym lanca zawiera co najmniej dwie współśrodkowe rury zewnętrzną i wewnętrzną o różnych średnicach i materiał kanał wewnętrzny oraz kanał zewnętrzny połączony ze źródłem gazu utleniającego, znamienne tym, ze lanca (44) za zawiera rurę środkową (12) usytuowaną pomiędzy rurą zewnętrzną (10) i wewnętrzną (14), a pomiędzy rurą wewnętrzną (14) i rurą środkową (12) jest utworzony kanał pośredni (20), który jest połączony ze źródłem paliwa,

    169 605 przy czym kanał wewnętrzny (18) jest połączony z przewodem (56) doprowadzającym rozdrobniony przerabiany materiał.
14. 14. Urządzenie wenihag edsug . 1S, zna^ ienne tym, zew, kanwę zewnęzewym(l<y są imi esz czone zawirowywacze (22) do wywoływania turbulencji w przepływie gazu utleniającego.
15. 15 Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że kanał pośredni (20) ma wylot (28) o szerokości dobranej do wytwarzania rozbieżnego przepływu paliwa z niego wypływającego.