SE450582B - Sett att rena en gasstrom innehallande zinkanga - Google Patents

Description

"lo 15 20 25 30 45oÅss2 inte uppnås genom införande av kylelement i gasströmmen, dels därför att sådana skulle ta alltför stor plats, dels därför att det inte finns något lämpligt konstruktions- material för effektiv värmeöverföring vid temperaturer omkring 1200°C.

Sättet enligt föreliggande uppfinning kännetecknas av att den heta gasblandningen kyles till nära mättnadstemperatur för zinkångagenom att i denna införes fast eller flytande metallisk zink, som därvid smälter och/eller förångas och för att sedan återvinnas i en kondensor.

Gasblandningen kyles effektivtgenom den kraftiga värme- 7 överföringen mellan het gas och kall, finfördelad kylme- tall. Zink är mest effektiv som kylmetall beroende på att den efter eventuell smältning och upphettning till för- ångningstemperatur kan absorbera stora värmemängder genom förångning till dess att termiskjämvikt uppnås, då gas- blandningen innehåller mättad zinkånga. Det kan vara för- delaktigt att använda ett litet överskott av kylzink, då detta överskott kan lösa ångor av metaller med lägre ångtryck än zink, t ex bly och tenn.

Den förångade kylzinken återvinnes i kondensorn och kan efter kylning recirkuleras. I detta fall måste kondensorn dimensioneras så att dess kylsystem kan bortföra överskotts- värmet i den heta ugnsgasen.

Då gasblandningen snabbt kyles till en temperatur under kondensationspunkten för zink, uppstår momentant en liten underkylning av zinkångan. Denna kommer företrädesvis att kondensera på i gasen befintliga stoftpartiklar, som däri- genom blir större och kan mekaniskt separeras från gas- blandningen, t ex i en cyklon. Den härvid före den huvud- sakliga kondensationen utskilda produkten kan med fördel återcirkuleras i processen för upparbetning. (1 10 V15 20 25 ao 450' 582 Ur den renade gasblandningen, som innehåller mättad zink- ånga, kan nu zinkinnehållet med gott utbyte kondenseras i en kondensor av konventionell typ.

I praktiken kan tillförsel av kylmetall till den heta ga- sen ske på olika sätt. Enligt en utföringsform av uppfin- ningen införes kylmetallen i reduktionsugnen ovanför den del där reduktionen äger rum, så att kylmetallen rinner ned i motström mot den uppstigande gasblandningen och ky- ler densamma. Härigenom utkondenseras i kylmetallen metal- ler med lägre ångtryck än zink, t ex bly, tenn och silver, vilka metaller, sedan zinköverskottet, såväl kylzink som i kylmetallen kondenserad zink, destillerats av vid passage nedåt genom hetare zoner kommer att samlas i ugnens botten där de kan avtappas tillsammans med verkblyet.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen införes kyl- metallen längre fram i systemet i en från reduktionsugnen skild del så att den vid kylningen kontaminerade kylmetal- len inte kan flyta tillbaka ned i reduktionsugnen. Detta är lämpligt, när beskickningen innehåller t ex för zinkvalite- ten skadliga ämnen t ex arsenik och klorider. Om kylzink an- vändes, kan härvid utseparerat blymfisegras och återföras till reduktionsprocessen, efter separation från de skadliga beståndsdelarna.

Uppfinningen är avsedd att kunna tillämpas på alla slag av- zinkreduktionsugnar. I vissa avseenden passar den bäst för sådana ugnar eller reaktorer genom vilka beskiçkningen kon- tinuerligt passerar genom inverkan av tyngdkraften t ex vertikalretorter enligt New Jersey, ugnar värmda genom strömpassage genom beskickningen enligt St. Joseph Zinc, schaktugnar enligt Imperial Smelting eller PLASMAZINC-ugnar enl SKF Steel. Uppfinningen kommer bäst till nytta för så- dana metoder, i vilka resten efter utreduktion och förång- ning av zinken avtappas i flytande form, och därför skall dess tillämpning särskilt diskuteras för PLASMAZIN -metoden. 10 15 20 25 30 450 582 Ytterligare fördelar och kännetecken hos uppfinningen kom- mer att framgå av nedanstående detaljerade beskrivning i anslutning till bifogade ritningar, på vilka fig; 1 schematiskt visar en första utföringsform av uppfinningen där kylningen sker i själva reaktor- toppen, och fig. 2 visar en andra utföringsform av uppfinningen, där kylningen sker âtskild från reduktionsugnen.

I figur 1 betecknar 1 en ugn för reduktion av zinkoxidhal- tigt material enligt PLASMAZINÉÉÄ Reaktorn innehåller en fyllning 2 av koks. Plasmageneratorer 3 (enast en visas på ritningen) är anordnade i reaktorns nedre del med tillhö- rande tillförselanordningar 4, 5 för det zinkoxidhaltiga materialet resp reduktionsmedel. Normalt är ett tre-tal, dvs 3 eller 6 plasmageneratorer anordnade i reduktions- ugnen av nämnt slag. I reaktorns topp finns ett uppsätt- av koks för att hela tiden hål- la koksfyllningen 2 över en viss bestämd miniminivå. En ut- ningsmål 6 för tillförsel loppsledning 7 för avgående gas utgår från reaktortoppen.

I reaktorns nedre del är anordnat ett slaggutlopp 8 där även utreducerade icke flyktiga metaller kan tappas.

Enligt uppfinningen är anordnade organ 9, 10 för tillför- sel av kylmetall ovanför koksfyllningen i reaktorn. Vidare kan plasmageneratorerna vara anordnade osymmetriskt, så att en svalare zon kan utbildas invid en del av reaktor- väggen. Anläggningens funktion beskrives närmare nedan.

Ett plasma alstras av plasmageneratorn 3 genom passage av en lämplig gas, t ex luft, recirkulerad reduktionsgas etc och en mycket het gasmassa erhålles. I denna heta gas- massa införes dels zinkoxidhaltigt utgångsmaterial, dels reduktionsmedel. Utgångsmaterialet kan exempelvis vara rostad zinkslig med ett typiskt innehåll av 50% ZnO, 20% PbO, eller ett ugnsstoft från andra processer, exem- pelvis innehållande 20% ZnO, 2% Pb0. Reduktionsmedlet 10 15 20 25 30 450 582 skall vara kolhaltigt, t ex flytande eller gasformigt kolväte, kokspulver.

Framför plasmageneratorn 3, brännes ett reaktionsrum ut i vilket införda oxider reduceras och lättflyktiga me- taller förångas; temperaturen är där ca 1800°C, Svårreducerbara metaller samlas upp i slaggen i reaktorns botten, vilket slagg avtappas genom utloppet 8. Metaller som kan reduceras men som har låga ångtryck, samlas i botten av ugnen under denna slagg. Den uppåtstigande gasblandningen kyles något men har vid reaktorns topp normalt en temperatur på minst ca 1200°C och måste därför förkylas. Förutom zinkånga innehåller gasbland- ningen vid behandling av förekommande zinkråvaror också ângor av andra metaller, bland vilka bly så gott som alltid förekommer.

Enligt uppfinningen tillföres flytande eller fast kyl- metall genom tillförselanordningarna 9, 10, så att den tillförda nedrinnande metall i finfördelad form möter den uppåtstigande gasen. Gasen kyles genom förvärmning, och ev smältning av metallen samt i fall av kylzink förângning av zinken. Härvid kondenserar metaller med högre kokpunkt ut, exempelvis bly och silver. Genom att kylzonen ligger i själva reaktorn kommer dessa utkonden- serade faser att rinna ned igen genom reaktorn, före- trädesvis vid sidan av högtemperaturzonen, t ex närmare ugnsväggen, och sedan tas ut i reaktorns botten genom ett utlopp 11. Eventuellt medföljande zink kommer att förångas igen under nedåtströmningen i motström mot den heta reaktionsgasen.

Temperaturen hos gasblandningen efter kylningen skall vara sådan att däri ingående zinkånga i det närmaste är mättad; 10 15 20 25 30 450 582 vid stoftrik gas bör den t o m vara övermättad enligt vad som diskuterats ovan.

Efter förkylningen lämnar gasblandningen reaktorn genom utloppsledningen 7. Lämpligen kyles gasen ytterligare något, så att en liten del av zinken faller ut på evenf tuellt närvarande stoftpartiklar. Dessa kan sedan lätta- re separeras av i en cyklon 12. Härefter leds gasen in i en kondensor av konventionellt slag, varvid problemen med t ex drossbildning kommer att vara om inte helt eliminerade så dock väsentligt reducerade.

Figur 2 återger en andra utföringsform av uppfinningen där gasblandningen kyles utanför reduktionsugnen. Sär- skilt när, såsom nämnts tidigare, gasblandningen är kraftigt förorenad, är detta förfarande att rekommendera.

Exempel på föroreningar, som ej bör få anrikas i reak- torn är t ex klorider och vissa andra ämnen såsom arsenik.

Härvid får den heta gasblandningen strömma ut genom led- ningen 7 och in i en separat kylare 13. Kylaren 13 kan givetvis också utgöra en del av reaktortoppen, men ändå åtskild från själva reaktorutrymmet, så att utkonden- serade fasen inte kan rinna ned igen genom reaktorn.

I ovannämnda kylare 13, som gärna bör utformas som en koksfylld 14 kolonn, tillföres finfördelad fast eller flytande kylmetall genom tillförselanordnümßr15, 16 på lämpligt sätt, företrädesvis i motström mot gasbland- ningen. överskott av kylmetall samt däri kondenserade metaller mm utskiljes och rinner ned i kolonnen. Kylme- tallen lämnar kolonnen 13 genom ett utlopp 17 i dess botten, och får därefter passera en kylare 18 innan den âterföres till tillförselanordningarna 15, 16 i kolonnens 13 topp genom en pumpförsedd 19 ledning 20. Gasbland- ningen får fortsätta till cyklonen 21 för avskiljning 22 av stoft enligt ovan beskriven metodik. 10 15 20 450 582 Det i kylaren 13 avskilda materialet vidarebehandlas på lämpligt sätt. Det i cyklonen 21 avskilda, med zink blandade stoftet kan efter ev. förbehandling för avlägs- nande av icke önskvärda beståndsdelar âterföras till reaktionszonen i reduktionsugnen.

Temperaturen hos från reaktorn resp kylaren utgående gas kan lämpligen användas för att styra processen. Nor- malt är man bunden till en viss given effekt i plasma- generatorerna. Det som kan regleras är mängden tillförd kylmetall i förhållande till mängden inmatat utgångsma- terial.

Den önskade temperaturen i utgångende gas bestäms vid konstant tillförd plasmaenergi av den kvantitet be- stândsdelar i ingående material som kan undergâ endo- terma reaktioner. Om värmekonsumtionen i reaktionszonen av någon anledning skulle minska, blir utgående gas överhettad, och detta kan snabbkompenseras genom till- försel av mera kylmetall.

Nedan återges två utföringsexempel som ytterligare belyser uppfinningen. 10 15 20 25' 450 582 Exemgel 1 Ett stoftmaterial innehållande 10% Zn, 2% Pb och 50% Fe i form av oxider inmatades i ett koksfyllt schakt och behandlades enligt PLASMAZIN -metoden.

Den genererade gasen hade i schaktefišövre del en tempera- tur av 1200°C och följande sammansättning: co _72% H2 23% N2 16 Zn(g) 46 Pb Û,2 % värmeinnehållet 1 ovanstående gas vid 12oo°c är 1708 MJ/1ooo m?un(mQtsvarande 474 kwh/1ooo mêun).

Såsom framgår av ângtryckskurvan för zinkânga är nämnda gas kraftigt överhettad med avseende på zinkångans partial- tryck, och gasen måste därför kylas kraftigt före utkon- denseringen. Tidigare har detta skett i kondensorn, vil- ket medför att denna måste överdimensioneras. Genom att kyla gasen enligt uppfinningen ned till exempelvis 950°C eller till 750°C kan kondensorns dimensioner reduceras flerfaldigt.

Vid 950°C har nämnda gas ett värmeinnehåll pâ 1393 MJ/1000nê(n)och vid 750°C på 1144 MJ/1000n§(n)- Kylbehovet från 12oo°c till 95o°c blir sålunda 315 MJ och till 75000 564 MJ, räknat på 1000në(n)gas.

Nedanstående tabell visar mängd cirkulerande metall som erfordras för kylning i de båda fallen ovan, vid använd- ning av bly resp flytande zink. 10 15 20 25 450 582 Tabell kg cirkulerad metall / 1000n§(n)gas Pb Zn 12oo°c - 95o°c 3600 161 12oo°c - 75o°c 1o4oo 314 Såsom framgår av tabellen är zink mer effektivt som kylmedium än bly.

Exempel 2 Ett stoftmaterial innehållande 20% Zn, 5% Pb och 25% Fe _ i form av oxider inmatade precis som i exempel 1 i en schaktung och behandlades också enligt PLASMAZIN Reme- toden.

Den genererade gasen hade i schaktet övre del en tempera- tur av 12oo°c och följande sammansättning; Pbw) Värmeinnehållet per 1000nê(n)i ovannämnda gas vid 1200°C är 2065 MJ, vid 9so°c är värmelnnehållet 1745 MJ och vid 7so°c är värmelnnehåller 1496 MJ. xylbehovet vid kylning av 1ooonÉ(n)gas till 95o°c är sålunda 320 MJ och till 75o°c 569 MJ. 450 582 10 Kylbehovet för denna gassammansättning är således unge- fär densamma som för den i exempel 1, och samma mängder av bly resp zink åtgår för kylningen.

Genom användning av pulverformig zink kan zinkförbruk- ningen ev reduceras upp till 10% ytterligare.

Claims (4)

450 582 ll P a t e n t k r a v

1. Sätt att rena en vid reduktion av zinkoxidhaltigt material i en ugn erhållen gasblandning från medföljande ångor av metaller eller föreningar med högre kokpunkt än zink och från medryckta stoftpartiklar samt kyla gasen till nära mättnadstemperatur, k ä n n e t e c k n a t av att den heta gasblandningen kyles till nära mättnads- temperatur för zinkånga genom att i denna införes fast eller flytande metallisk zink, som därvid smälter och/ eller förångas och för att sedan återvinnas i en kondensor.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att i ett separat steg genomföres en ytterligare liten tempe- ratursänkning för utkondensering av en liten mängd zink på i gasblandningen innehâllna stoftpartiklar för under- lättande av dessas mekaniska avskiljande.

3. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att den för kylning avsedda metallen införes åtskilt från reduktionsugnen.

4. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att den produkt som uppsamlas i samband med stoftrening av gasen återcirkuleras i processen för upparbetning.