DE975892C - Device for roasting sulfidic ores - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Rösten sulfidischer Erze Es ist bekannt, sulfidische Erze nach dem sogenannte,n Wirbelschichtverfahren in der Weise abzurösten, daß das verhältnismäßig feinkörnige Erz einem Reaktionsraum aufgegeben wird, in dem es durch von unten aufsteigende sauerstoffhaltige Gase durchwirbelt wird. Die weitgehend aus fertig abgeröstetem Abbrand bestehende Wirbelschicht wird bei den bekannten Verfahren stets oberhalb eines gasdurchlässigen Tragbodens aufgebaut. Obwohl es bei anderen Wirbelschichtverfahren, vor allem bei der Kohlevergasung nach Wink 1 e r und bei der Durchführung katalytischer Reaktionen, bekannt ist, Wirbelkammern zu verwenden, die sich nach oben zu erweitern, ist diese Maßnahme beim Rösten sulfidischer Erze bisher noch nicht angewendet worden. Die Verwendung von nach oben zu erweiterten Reaktionsräumen ist bei der Kohlevergasung hauptsächlich zu dem Zweck vorgesehen, um eine ausreichende Durchwirbelung der in die untersten Schichten absinkenden Schlacke zu gewährleisten. Diese Absicht ist aber bei den bekannten Winkler-Generatoren nur sehr unvollkommen erreicht worden, so daß es notwendig war, die untersten Schichten des Wirbelbettes, in denen sich die Schlacke ungewirbelt ansammelt, durch einen mechanischen Rührer zu bewegen. Ein ähnlicher Vorschlag ist auch für die krackende Destillation von Ölschiefer in der Wirbelschicht bekanntgeworden, wobei ebenfalls die untersten Zonen eines in einem konischen Reaktor mit nicht näher definiertem Öffnungswinkel befindlichen Wirbelbettes mechanisch gerührt werden müssen. Da die mit der Anwendung erweiterter Wirbelräume verfolgte Absicht bei den Winkler-Generatoren und ölschiefer-Schwelanlagen doch nicht in ausreichendem Maße erreicht werden konnte und bei der Röstung sulfidischer Erze eine Schlackenbildung ohnehin nicht in dein Ausmaß wie bei der Kohlevergasung zu erwarten war und dort auch keine Schwelrückstände anfallen, ist diese Maßnahme beim Rösten sulfidischer Erze gar nicht erst versucht worden. Man hat sich vielmehr bemüht, eine ausreichende Durchwirbelung auch der untersten Schichten dadurch zu erzielen, daß man von vornherein die Gasgeschwindigkeit so hoch gewählt hat, daß sie für die Durchwirbelung auch der gröbsten Anteile ausreicht. Dabei mußte man aber auf eine ziemlich gleichmäßige Korngröße des. Aufgabegutes achten, weil sonst zu viel Feingut vom Gasstrom ausgeblasen worden wäre.Apparatus for roasting sulfidic ores It is known, sulfidic ores To roast ores according to the so-called fluidized bed process in such a way that the relatively fine-grained ore is given up to a reaction chamber in which it passes through Oxygen-containing gases rising from below are swirled through. The largely fluidized bed consisting of completely roasted burn-off is used in the known Process always built above a gas-permeable support floor. Although it in other fluidized bed processes, especially in coal gasification according to Wink 1 e r and in performing catalytic reactions, is known, vortex chambers To use that expand upwards, this measure is more sulfidic when roasting Ores have not yet been used. The use of upward to extended Reaction chambers in coal gasification are mainly intended for the purpose of to ensure sufficient swirling of the slag that sinks into the lowest layers to ensure. This is the only intention with the well-known Winkler generators very imperfectly had been achieved so that it was necessary to the lowest layers of the fluidized bed, in which the slag collects without being swirled, through a mechanical stirrer to move. A similar suggestion is also for the cracking one Distillation of oil shale in the fluidized bed became known, and also the lowermost zones of one in a conical reactor with unspecified Aperture angle located fluidized bed must be stirred mechanically. Since the The intention of the Winkler generators was to use expanded vortex spaces and Oil shale smoldering systems have not yet been reached to a sufficient extent and slag formation anyway during the roasting of sulphidic ores not to the extent that was to be expected with coal gasification, and none there either If there are smoldering residues, this measure is even better when roasting sulfidic ores not tried first. Rather, efforts have been made to ensure sufficient turbulence even the lowest layers can be achieved by adjusting the gas velocity from the start has chosen so high that it is sufficient for the turbulence of even the coarsest parts. In doing so, however, the grain size of the feed material had to be fairly uniform Pay attention, because otherwise too much fine material would have been blown out by the gas flow.

Es wurde nun gefunden, daß diese bekannte Arbeitsweise auch noch die weiteren Nachteile mit sich bringt, daß man durch die zu hohe Gasgeschwindigkeit in das Gebiet stark inhomogener Wirbelschichten gelangt, bei denen ein Großteil des Gases in Form von größeren Blasen die Wirbelschicht praktisch ungenutzt durchbricht. Man hat daher eine ungenügende Ausnutzung der Röstluft, verbunden mit einem unerwünscht hohen Sauerstoffgehalt und entsprechend niedrigem S O.-Gehalt der Röstgase, in Kauf zu nehmen.It has now been found that this known mode of operation is also the further disadvantages brings that one by the excessively high gas velocity gets into the area of highly inhomogeneous fluidized beds, in which a large part of the gas in the form of larger bubbles breaks through the fluidized bed practically unused. There is therefore an insufficient use of the roasting air, combined with an undesirable effect high oxygen content and correspondingly low SO content of the roasting gases, in purchase gain weight.

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung, die es ermöglicht, auch sulfidische Erze mit einer weiten Korngrößenverteilung nach dem Wirbelschichtprinzip so abzurösten, daß die Röstluft praktisch restlos ausgenutzt wird, wobei man ein Röstgas mit hohem S 02 und verschwindend niedrigem Sauerstoffgehalt erhält und außerdem einen weitgehend abgerösteten Abbrand von großer Gleichmäßigkeit erzielen kann.The present invention describes a device which makes it possible also sulfidic ores with a wide grain size distribution based on the fluidized bed principle to be roasted in such a way that the roasting air is practically completely used, whereby one Roasting gas with a high S 02 and a negligibly low oxygen content is preserved and also can achieve a largely roasted burn of great uniformity.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht im wesentlichen auf einer Weiterentwicklung des für andere Wirbelschichtprozesse bekannten Gedankens der Verwendung von nach oben zu erweiterten Reaktionsräumen und seiner Anpassung auf die besonderen Probleme der Röstung sulfidischer Erze. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Öffnungswinkel des erweiterten Reaktionsraumes nicht willkürlich bzw. zufällig zu wählen, sondern bewußt nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten aus der Korngrößenverteilung des Feststoffanteiles der Wirbelschicht zu berechnen.The inventive device is based essentially on one Further development of the concept of use, which is known for other fluidized bed processes from above to extended reaction spaces and its adaptation to the special Problems with the roasting of sulphide ores. According to the invention it is provided that the opening angle of the extended reaction space not to be chosen arbitrarily or at random, but deliberately according to certain regularities from the grain size distribution of the solid content to calculate the fluidized bed.

Zu diesem Zweck wird der Feststoffanteil der Wirbelschicht gedanklich in eine Anzahl von Fraktionen verhältnismäßig gleichmäßiger Korngröße zerlegt. Da die Wirbelschicht zum weitaus überwiegenden Teil aus Abbrand besteht und der Anteil an Rohmaterial in ihr nur gering ist, ist für die nachstehend geschilderten Maßnahmen der Korngrößenaufbau des Abbrandes und nicht der des Eintragsgutes maßgeblich.For this purpose, the solids content of the fluidized bed is imagined broken down into a number of fractions of relatively uniform grain size. There the fluidized bed consists for the most part of burnup and the proportion there is little raw material in it is for the measures outlined below the grain size structure of the burn-up and not that of the input material is decisive.

Es wird hierauf für jede Fraktion die für eine gleichmäßige Durchwirbelung und optimalen Wärmeübergang günstigste Gasgeschwindigkeit bestimmt. Die Bestimmung dieser Gasgeschwindigkeit ist an sich bekannt und ist für sich allein nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Man kann diese Gasgeschwindigkeit z. B. nach bekannten Formeln errechnen. Man kann sie aber auch durch einen einfachen Kleinversuch im Laboratorium experimentell festlegen.It is then necessary for each fraction to ensure uniform swirling and optimal heat transfer, the most favorable gas velocity is determined. The determination this gas velocity is known per se and is not part of it alone of the present invention. You can use this gas speed z. B. after known Calculate formulas. But you can also do a simple experiment in the Establish laboratory experimentally.

Aus der optimalen Gasgeschwindigkeit für die gröbste Fraktion wird hierauf der unterste Querschnitt der Wirbelkammer berechnet. Gedanklich wird zunächst für diese gröbste Fraktion ein zylindrischer Schacht berechnet, dessen Höhe sich aus dem Volumenanteil dieser Fraktion am Gesamtkornaufbau ergibt.The optimal gas velocity for the coarsest fraction becomes then the lowest cross-section of the vortex chamber is calculated. First of all, mentally a cylindrical shaft is calculated for this coarsest fraction, the height of which is from the volume share of this fraction in the total grain structure.

Auf die gleiche Weise wird anschließend Querschnitt und Höhe eines zylindrischen Schachtes berechnet, der für die optimale Durchwirbelung und optimalen Wärmeübergang der nächstkleineren Kornklasse erforderlich ist. Ebenso werden weitere zylindrische Schächte für jede Kornfraktion berechnet. Man erhält auf diese Weise einen diskontinuierlichen, d. h. treppenförmig gebauten, sich nach oben zu erweiternden Reaktor. Durch die dadurch näherungsweise bestimmte Wirbelkammerform wird hierauf ein kontinuierlich verlaufender Rotationskörper hindurchgelegt, indem die einzelnen Treppenstufen abgeschrägt werden, um Stauungen zu vermeiden. Die Anzahl und Breite der Fraktionsschnitte wird so gewählt, daß eine gute Annäherung durch einen kontinuierlich verlaufenden Rotationskörper möglich ist. Zweckmäßig wird die Berechnung der Reaktorform mit einer größeren Anzahl engerer Korngrößenschnitte solange wiederholt, bis eine weitere Verfeinerung der Korngrößenschnitte keine wesentliche Änderung der Reaktorform mehr bringt. Man wird sich selbstverständlich im allgemeinen bemühen, diesen Rotationskörper so einfach wie möglich zu gestalten. Bei vielen sulfidischen Erzen hat sich überraschenderweise gezeigt, daß eine gute Annäherung sogar durch einen geradlinigen kegelstumpfartigen Verlauf erzielt werden kann.In the same way, the cross-section and height of a cylindrical shaft calculated for the optimal turbulence and optimal Heat transfer of the next smaller grain class is required. Likewise, there will be more cylindrical shafts calculated for each grain fraction. One gets in this way a discontinuous, d. H. built in steps, expanding upwards Reactor. The shape of the vortex chamber is approximately determined thereby a continuously running body of revolution laid through it by the individual Steps should be beveled to avoid congestion. The number and width the fraction cut is chosen so that a good approximation through a continuous running body of revolution is possible. It is useful to calculate the shape of the reactor repeated with a larger number of narrower grain size cuts until one further refinement of the grain size sections no significant change in the reactor shape brings more. One will of course try in general, this body of revolution as simple as possible. In the case of many sulfidic ores, surprisingly shown that a good approximation even by a rectilinear frustoconical Course can be achieved.

Selbstverständlich muß aber im Bedarfsfall auch damit gerechnet werden, daß sich der Offnungswinkel der Wirbelkammer mit der Höhe ändert, etwa in Form eines Kelches.Of course, if necessary, it must also be expected that the opening angle of the vortex chamber changes with height, for example in the form of a Calyx.

Wird die Reaktorform nach der erfindungsgemäßen Lehre auf den Korngrößenaufbau des Feststoffanteils auf die Wirbelschicht abgestimmt, dann erzielt man den Vorteil, daß man mit Gasgeschwindigkeiten arbeiten kann, die sehr nahe der für Wirbelschichten zulässigen oberen Grenze der Gasgeschwindigkeiten liegen, oberhalb derer das Bett aus dem Reaktor ausgeblasen wird. Mit den üblichen schachtförmigen Wirbelröstöfen konnte man dagegen nicht nahe an dieser Grenze arbeiten, weil schon geringfügige Schwankungen der Gasgeschwindigkeit und/oder der Korngrößenzusammensetzung einen großen Einfluß auf die Wirbelschichtbildung hatten und man Gefahr lief, das Bett aus dem Reaktor auszublasen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch kleinere Schwankungen im Korngrößenaufbau durch die Reaktorform automatisch ausgeglichen werden, weil die Suspension in dem sich nach oben zu erweiternden Reaktionsraum stets eine Zone findet, in der die Gasgeschwindigkeit niedrig genug ist, um die Oberfläche zu begrenzen. Es ist demnach nicht notwendig, die Reaktorform zu ändern, solange die Schwankungen in der Korngrößenzusammensetzung des Feststoffes die übliche Variationsbreite eines beliebigen Erzes bestimmter Herkunft und bestimmter Zerkleinerungsart nicht überschreiten.If the reactor shape according to the teaching according to the invention is based on the grain size structure the solids content matched to the fluidized bed, then one achieves the advantage of that you can work with gas velocities very close to those for fluidized beds permissible upper limit of the gas velocities, above which the bed is blown out of the reactor. With the usual shaft-shaped vortex roasting ovens on the other hand, one could not work close to this limit because it was already insignificant Fluctuations in the gas velocity and / or the grain size composition one had a great influence on the formation of the fluidized bed and there was a risk of the bed to blow out of the reactor. Another advantage of the invention is that also smaller fluctuations in the grain size structure automatically due to the reactor shape be balanced because the suspension is in the reaction space that widens towards the top always a zone finds in which the gas velocity is low enough is to limit the surface. It is therefore not necessary to have the reactor shape to change as long as the fluctuations in the grain size composition of the solid the usual range of variation of any ore of a certain origin and certain Do not exceed the size of the shredding type.

In der Praxis haben sich erfindungsgemäß berechnete Ofen vor allem bei der Röstung von nicht spratzenden Kiesen, z. B. Meggener Kies, aber auch für bleihaltige Zinkblenden, die zum Agglomerieren neigen, bewährt.In practice, ovens calculated according to the invention have above all proven themselves when roasting gravel that does not crack, e.g. B. Meggener gravel, but also for lead-containing zinc blends that tend to agglomerate are tried and tested.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Ausführungsbeispiel Ein handelsüblicher Kies mit folgender Kornverteilung 23% unter o,5 mm, 35 % unter i,o mm, 58% unter 2,o mm, 80% unter 5,o mm, ergab einen Abbrand von folgender Kornverteilung: q.50/0 unter o,5 mm, 550/0 unter i,o mm, 70% unter 2,o mm, 96% unter 5,o mm. Er wurde in einem sich nach oben erweiternden Schacht nach der Abbildung abgeröstet. Der Ofen hatte eine Höhe von 3,0 m. Der Eintrittsquerschnitt i betrug 0,25 m2. Bei 2 betrug der Querschnitt 0,5 m2, und bei 3 war der Querschnitt 2 m2. Die Form des Ofens wurde auf die geschilderte Weise so bestimmt, daß für jede Korngrößenfraktion - im vorliegenden Beispiel sind der Anschaulichkeit halber weniger Schnitte angegeben, als der tatsächlichen Berechnung zugrunde gelegt wurden - die für die Durchwirbelung und den Wärmeübergang optimale Gasgeschwindigkeit festgestellt und zunächst je ein zylindrischer Teil mit dem dieser Gasgeschwindigkeit für den vorgesehenen Durchsatz entsprechenden Durchmesser gewählt wurde.The device according to the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. Embodiment A commercially available gravel with the following grain size distribution 23% below 0.5 mm, 35% below i, o mm, 58% below 2.0 mm, 80% below 5.0 mm resulted in a burn of the following particle size distribution: q.50 / 0 under 0.5 mm, 550/0 under i, o mm, 70% under 2.0 mm, 96% under 5.0 mm. It was roasted in a shaft that widened towards the top as shown in the illustration. The furnace had a height of 3.0 m and the inlet cross-section i was 0.25 m2. In the case of 2 the cross section was 0.5 m2, and in the case of 3 the cross section was 2 m2. The shape of the furnace was determined in the manner described in such a way that for each grain size fraction - in the present example, for the sake of clarity, fewer sections are given than the actual calculation was based on - the optimal gas velocity for the turbulence and heat transfer was determined and one for each cylindrical part with a diameter corresponding to this gas velocity for the intended throughput.

Die Höhe jedes Zylinders ergab sich als Quotient des für diese Fraktion zur Verfügung zu stellenden Zylindervolumens zu durch die Gasgeschwindigkeit bestimmtem Ouerschnitt. Die Grenze des Bettes befand sich bei 4 unterhalb des Querschnittes 3. Der Eintrag erfolgte bei 5 durch eine Förderschnecke, und der Austrag erfolgte bei 6 und 7. Über dem sich erweiternden Teil schließt sich diesem ein kurzer Schacht 8 konstanten Querschnittes an, der in einen Gasaustritt 9 mündet. Die Röstluft wurde mit einem Überdruck von 850 mm Wassersäule aus einem Windkasten io durch eine Düsenplatte i i in den Reaktionsraum eingeblasen. Wenn der Ofen konzentrierte Röstgase ergeben soll, wird zweckmäßig eine Innenkühlung 12 eingebaut, die vorzugsweise aus parallel zur Wandung laufenden aufrechtstehenden Rohrbündeln besteht. Der Kies hatte einen Schwefelgehalt von 38% und wurde in der Menge von o,5 t/Std. bei 5 eingetragen. Im Fluidbett herrschte eine mittlere Temperatur von 85o° C. Den Ofen verließen iooo m3 Röstgas je Stunde mit 12,5 Volumprozent S 02, wobei der Staubanfall 30 g/m3 betrug und eine maximale Korngröße von 150 w hatte.The height of each cylinder resulted from the quotient of the cylinder volume to be made available for this fraction to the cross section determined by the gas velocity. The border of the bed was at 4 below the cross-section 3. The entry took place at 5 by a screw conveyor, and the discharge took place at 6 and 7. Above the widening part, this is followed by a short shaft 8 of constant cross-section, which into a Gas outlet 9 opens. The roasting air was blown into the reaction space from a wind box io through a nozzle plate ii with an excess pressure of 850 mm water column. If the furnace is to produce concentrated roasting gases, internal cooling 12 is expediently installed, which preferably consists of upright tube bundles running parallel to the wall. The gravel had a sulfur content of 38% and was used in the amount of 0.5 t / hour. entered at 5. The average temperature in the fluidized bed was 85o ° C. 1,000 cubic meters of roasting gas per hour with 12.5 volume percent S 02 left the furnace, the amount of dust being 30 g / cubic meters and a maximum grain size of 150 w.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zum Rösten sulfidischer Erze mit weiter Kornverteilung nach dem Wirbelschichtverfahren, gekennzeichnet durch einen nach oben sich erweiternden Wirbelschichtraum, dessen Querschnitt in der Weise zunimmt, daß für jede Fraktion etwa einheitlicher Korngröße eine Zone vorhanden ist, in der die Gasgeschwindigkeit für die gleichmäßige Durchwirbelung und für den Wärmeübergang optimal wäre, wenn diese Fraktion sich in diesem Querschnitt allein befinden würde. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 720 079, 437 970# 578 710; deutsche Patentanmeldungen C 509 VI/4oa (bekanntgemacht am 17. 5. 195i), D 949 VI/4oa (bekanntgemacht am 22.3. 1951), P:24213 VI/40a (bekanntgemacht am 10. 5. 1950; USA.-Patentschriften Nr. 2 453 740, 2 525 790, 2 536 307, 2 397 352, 2 379 711, 2:268 187, 2 536 099, 2 48o 670, 2 487 984, 2 485 604, 1 687 118, 1 776 876; britische Patentschriften Nr. 661 56o, 321 422, 498 094; Bios Final Report, S. 7 und 33; Chemical Engineering, Dezember 1947, S. 112 bis 115; 1947, S. i05 bis 1o8; 1949, S. 112 bis 114; Mining Congress Journal, März 1951, Sonder-Druck der Dow Company; Engineering and Mining Journal, Vol. 151, Nr. 3, S. 84; The Canadian Mining and Metallurgical, Bulletin for April 1949, S. 178 bis 187; Canadian Chemistry and Process Industries, August 195o, S. 632 bis 639; Die Chemische Fabrik, 1934, S. i bis io; Grundriß der Chemischen Technik, 1944, S. 309; Chemie-Ingenieur-Technik, i952, Nr.2.PATENT CLAIM: Device for roasting sulfidic ores with a wide grain distribution according to the fluidized bed process, characterized by a fluidized bed chamber which widens upwards and whose cross-section increases in such a way that for each fraction of approximately uniform grain size there is a zone in which the gas velocity for uniform turbulence is present and for the heat transfer it would be optimal if this fraction were to be found alone in this cross section. Considered publications: German Patent Specifications No. 720 079, 437 970 # 578 710; German patent applications C 509 VI / 4oa (published on May 17, 195i), D 949 VI / 4oa (published on March 22, 1951), P: 24213 VI / 40a (published on May 10, 1950; USA patents no 2 453 740, 2 525 790, 2 536 307, 2 397 352, 2 379 711, 2: 268 187, 2 536 0 99, 2 48o 67 0 , 2 487 984, 2 485 604, 1 687 1 18, 1 776 876; British Patent Nos. 661 56o, 321 422, 498 094; Bios Final Report, pp. 7 and 33; Chemical Engineering, December 1947, pp. 112 to 115; 1947, pp. 105 to 108; 1949, pp. 112 to 114; Mining Congress Journal, March 1951, special print by the Dow Company; Engineering and Mining Journal, Vol. 151, No. 3, p. 84; The Canadian Mining and Metallurgical, Bulletin for April 1949, p. 178 to 187; Canadian Chemistry and Process Industries, August 195o, pp. 632 to 639; Die Chemische Fabrik, 1934, pp. I to io; Grundriß der Chemischen Technik, 1944, p. 309; Chemie-Ingenieur-Technik, i952, no. 2.