EA018252B1

EA018252B1 - Способ для производства обожжённых продуктов и установка для его осуществления

Info

Publication number: EA018252B1
Application number: EA201100204A
Authority: EA
Inventors: Йорг Хаммершмидт; Бернд Керстиенс; Петер Штурм
Original assignee: Оутотек Ойй
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2013-06-28
Also published as: BRPI0915842A2; WO2010003693A1; CA2728781C; US8337801B2; CL2010001614A1; US20110195016A1; DE102008033558A1; CA2728781A1; EA201100204A1; ZA201008750B

Abstract

В способе производства обожжённых продуктов путём полного обжига концентрата сульфида металла, в частности концентрата с низким содержанием серы, например концентрата сульфидов металлов платиновой группы, концентрат обжигается в циркулирующем псевдоожиженном слое реактора (1) при температуре примерно от 950 до 1050°С, отходящий газ псевдоожиженного слоя пропускается через рекуператор для предварительного нагрева по меньшей мере части флюидизирующего воздуха или через сушилку Вентури для высушивания по меньшей мере части предназначенного для обжига концентрата, и полученный в псевдоожиженном слое в результате обжига обожжённый продукт направляется на последующую переработку с содержанием серы <1 маc.%.

Description

Настоящее изобретение относится к способу для производства обожжённых продуктов путём полного обжига концентрата сульфидов металлов, в частности концентрата с низким содержанием серы (< 15 мас.%) типа концентрата сульфида МГН (металлов группы платины) и установке для его осуществления.

Концентраты сульфидов МГН имеют содержание серы примерно от 2 до 7 мас.%. Такое содержание серы слишком велико для проведения обработки концентрата непосредственно в электропечи и т.п. за счет выделения 8О₂. но при этом слишком низко для переработки концентратов на традиционной комплексной установке, включающей обжиговую печь, газоочистную и сернокислотную установки, поскольку концентрация генерируемого газообразного 8О₂ является слишком низкой для переработки на сернокислотной установке, работающей в автотермическом режиме.

Из ЕР 1157139 В1 известен способ, в котором концентрат подвергается полному обжигу и затем плавится в электродуговой печи в восстановительных условиях, в результате чего металл или металлы скапливаются в сплаве. Операцию обжига проводят в реакторе с псевдоожиженным слоем таким образом, чтобы образовывался непрерывный поток 8О₂-содержащего газа, который может использоваться в качестве сырья для производства серной кислоты. Отходящий 8О₂-содержащий газ может подвергаться газоочистке. В документе не показан способ, с помощью которого можно достичь относительно низкого содержания серы в обожжённом концентрате.

Из публикации СопКоай: ΌΟ агс ктсИшд οί бсаб гоа&сб 8н1Пбс сопссп1га1ск (Прямоточная дуговая плавка полностью обожжённых сульфидных концентратов) (Ы1р://тетете.руготс1а11игд1с.со.7а./МЕЭТЕ1С/СопКоак1. УопКоак1.Ыт1) известен способ обработки концентрата сульфида никеля, меди и МИГ, в котором серу выводят из обжигового реактора и используют в непрерывном потоке 8О₂-содержащего отходящего газа для подачи на сернокислотную установку. Нолностью обожжённый концентрат плавят в прямоточной электродуговой печи, используя железо в качестве коллектора для никеля, меди, кобальта и МНГ.

Целью настоящего изобретения является разработка такого способа, в котором обожжённый концентрат имел относительно низкое содержание серы и в то же время концентрация 8О₂ в отходящем газе, отводимом до подачи на кислотную установку, была бы как можно более высокой, чтобы обеспечить автотермическую работу кислотной установки и при этом для такого рода технологии требовалась относительно небольшая подача дополнительной энергии.

Согласно изобретению, эта цель достигается с помощью способа, в котором концентрат обжигается в циркулирующем псевдоожиженном слое при температуре примерно от 950 до 1100°С, 8О₂содержащий отходящий газ псевдоожиженного слоя пропускается через рекуператор для предварительного нагрева по меньшей мере части флюидизирующего воздуха, подаваемого в псевдоожиженный (флюидизируемый) слой, или пропускается через сушилку Вентури для высушивания по меньшей мере части предназначенного для обжига концентрата и полученный в псевдоожиженном слое в результате обжига обожжённый продукт с содержанием серы < 1 мас.%, в частности < 0,5 мас.% направляется на последующую переработку. Содержащаяся в обожжённом продукте энергия переносится в электропечь с обожжённым продуктом. Отходящий 8О₂-содержащий отходящий газ преимущественно направляется в сернокислотную установку.

Согласно предпочтительному аспекту осуществления изобретения обжиг проводится в псевдоожиженном слое при температуре выше 1000°С, поскольку в этом случае в обожжённом продукте можно отметить сильное снижение концентрации серы.

Нрименение циркулирующего псевдоожиженного слоя, который, в частности, флюидизируется воздухом, даёт возможность использовать относительно небольшой высокопроизводительный реактор с псевдоожиженным слоем. Теплоотдача отходящего газа в расположенном далее рекуператоре для флюидизации в псевдоожиженном слое снижает потребление энергии, поскольку в этом случае в псевдоожиженном слое может быть сэкономлено топливо, например уголь (кокс) или газ. В то же время уменьшается поток отходящего газа и содержание в нем Ν₂ и СО₂, в результате чего концентрация 8О₂, измеряемая перед вводом воздуха, который, в свою очередь, расположен перед сернокислотной установкой, повышается до 3-6 об.%.

Нри получении тепла отходящего газа в сушилке Вентури, расположенной после псевдоожиженного слоя, также имеет место экономия топлива в псевдоожиженном слое и уменьшается поток отходящего газа, в результате чего концентрация 8О₂ в потоке отходящего газа, измеряемая перед вводом воздуха, который, в свою очередь, расположен перед сернокислотной установкой, также будет повышаться и вследствие этого обеспечивается возможность для работы сернокислотной установки в автотермическом режиме. Благодаря этому сернокислотная установка не нуждается в дополнительной подаче энергии.

В том случае, когда флюидизирующего воздуха из рекуператора не достаточно для флюидизации, в псевдоожиженный слой кроме подогретого в рекуператоре воздуха может подаваться дополнительный воздух, например, через вторую воздуходувку. Когда одновременно используются рекуператор и сушилка Вентури, флюидизирующий воздух может обогащаться техническим кислородом. Нри использовании рекуператора второй флюидизирующий воздух, который не был подогрет в рекуператоре, может быть заменён техническим кислородом или в любом случае обогащен им. Нрименение технического кислорода должно уменьшать объёмную скорость отходящего газа и повышать концентрацию 8О₂ перед кислот

- 1 018252 ной установкой, в результате чего последняя всё ещё может эксплуатироваться в автотермическом режиме с низкими концентрациями серы в предназначенном для обжига концентрате. Благодаря этому может быть увеличена гибкость процесса.

После соответствующей очистки отходящего газа его можно использовать для рециркуляции, с помощью которой можно также повысить содержание 8О₂ в потоке отходящего газа.

Поскольку не все твёрдые материалы могут быть отделены в циклоне, расположенном после псевдоожиженного слоя, следует полагать, что часть этих твёрдых материалов будет вновь реагировать с 8О₂-содержащим отходящим газом, отделённые твёрдые материалы также можно направлять на рециркуляцию в реактор с псевдоожиженным слоем. Этим путём можно поддерживать необходимую низкую концентрацию серы в общей смеси выгружаемого обожжённого продукта.

Поскольку большая часть указанных твёрдых материалов представляет собой тонкие частицы, то наряду с рециркуляцией материала в необработанном виде он может быть также частично или полностью подвергнут обработке в микрогрануляторе. После микрогрануляции средний размер зерна б₅₀ твёрдых материалов увеличивается, например, от 0,05 до 1,5 мм, предпочтительно от 0,3 до 0,7 мм.

Чтобы избежать повторного сульфатирования после печи с псевдоожиженным слоем, концентрация кислорода в отходящем газе после печи с псевдоожиженным слоем должна быть как можно более низкой, но при этом тем не менее обеспечивать полное сгорание топлива в печи с псевдоожиженным слоем. Согласно изобретению, концентрация кислорода в отходящем газе на выходе рециркуляционного циклона псевдоожиженного слоя должна составлять от 1 до 4 об.%, преимущественно от 2 до 3 об.%. Если топливо не сгорает полностью и, следовательно, в отходящем газе содержится СО, отходящий газ (или СО) согласно изобретению будет полностью сгорать в процессе дожигания.

При выделении тепла отходящий газ особенно предпочтительно быстро охлаждать в рекуператоре или сушилке Вентури до температуры ниже примерно 350°С в течение менее чем 10 с, предпочтительно менее чем за 5 с и, наиболее предпочтительно менее чем за 2 с. Это позволяет избежать или значительно снизить повторное сульфатирование пыли, содержащейся в потоке отходящего газа. Медленное охлаждение в устройстве типа котла-утилизатора при относительно длительном времени пребывания препятствовало бы получению малых содержаний серы в обожжённом концентрате. По этой причине для быстрого охлаждения преимущественно используют испарительные охладители, с помощью которых можно достичь времени охлаждения даже менее чем 1-2 с.

При использовании сушилки Вентури можно в значительной степени избежать повторного сульфатирования твёрдых материалов, захватываемых потоком отходящего газа, благодаря малому времени контакта потока отходящего газа со свежим концентратом. В том случае, если температура на выходе из сушилки Вентури к расположенному после неё циклону упадёт ниже примерно 800°С, часть потока концентрата может непосредственно вводиться в псевдоожиженный слой, благодаря чему температура в сушилке Вентури вновь повысится, что предотвратит сульфатирование в устройствах, расположенных далее по ходу процесса, таких как циклон. Во всех случаях содержание 8О₂ в потоке отходящего газа повышается с понижением повторного сульфатирования. По этой причине минимальная допустимая концентрация серы в концентрате снижается и в то же время автотермический режим работы кислотной установки всё ещё возможен.

Когда обожжённый продукт, получаемый при обжиге в псевдоожиженном слое, плавится в электродуговой печи, целесообразно подавать обожжённый продукт из псевдоожиженного слоя в электродуговую печь с целью утилизации тепла.

Установка, пригодная для осуществления описанного выше способа изобретения состоит по существу из реактора с псевдоожиженным слоем и рекуператора или сушилки Вентури, расположенных после реактора с псевдоожиженным слоем, предназначенных для потока отходящего газа, для передачи и рециркуляции тепла отходящего газа к флюидизирующему воздуху, вводимому в реактор с псевдоожиженным слоем, или к предназначенному для обжига концентрату.

В потоке отходящего газа после рекуператора или сушилки Вентури может быть установлен охладитель, представляющий собой преимущественно испарительный охладитель, с целью быстрого охлаждения потока отходящего газа до температуры ниже приблизительно 350°С.

В потоке отходящего газа установка, кроме того, может иметь работающий преимущественно на электростатическом принципе отделитель твёрдых материалов и микрогранулятор для обработки предназначенных для рециркуляции твёрдых материалов.

Другие цели, признаки, преимущества и возможные применения изобретения могут быть определены из приведённого ниже описания вариантов осуществления и приложенного чертежа. Все описанные и/или проиллюстрированные признаки образуют предмет изобретения сами по себе или в любом их сочетании независимо от их включения в независимые пункты формулы изобретения или в пункты, ссылающиеся на них.

На фигурах:

фиг. 1 - вариант установки для осуществления способа изобретения с использованием рекуператора для рекуперации тепла;

фиг. 2 - альтернатива показанного на фиг. 1 варианта, в котором вместо рекуператора в потоке от

- 2 018252 ходящего газа использована сушилка Вентури.

Показанная на фиг. 1 установка включает в себя реактор 1 с псевдоожиженным слоем (циркулирующим псевдоожиженным слоем) для полностью обожжённых концентратов сульфидов металлов, в частности концентратов сульфидов МИГ (металлов платиновой группы) для производства так называемых обожжённых продуктов. Обрабатываемый концентрат обжигается в реакторе 1 с циркулирующим псевдоожиженным слоем при температуре примерно от 950 до 1050°С. Обжиг проводится с использованием угля (кокса) или газа и флюидизирующего воздуха, возможно с добавкой кислорода. Установка может эксплуатироваться таким образом, чтобы обожжённый концентрат имел, например, содержание серы < 1 мас.%, в частности < 0,5 мас.% и наиболее предпочтительно < 0,3 мас.%. Содержание серы регулируется с помощью температуры и содержания воздуха в потоке отходящего газа. Установку можно эффективным и гибким образом адаптировать в отношении содержания в исходных материалах воды и серы. Концентрация кислорода в отходящем газе, измеряемая после первого рециркуляционного циклона псевдоожиженного слоя, составляет согласно изобретению от 1 до 4 об.%, преимущественно от 2 до 3 об.%. При обработке концентрата при примерно 1000°С в реакторе 1 с псевдоожиженным слоем основная часть получаемого обожжённого продукта непосредственно подаётся, например, в электродуговую печь для плавки.

Поток §О₂-содержащего отходящего газа из псевдоожиженного слоя реактора 1 пропускается для отделения твёрдых частиц от потока отходящего газа через центробежный сепаратор (циклон) 7 и через рекуператор 2 с целью подогрева по меньшей мере части флюидизирующего воздуха за счёт рекуперируемого тепла. На выходе из рекуператора 2 горячий отходящий газ имеет температуру от 700 до 900°С, в частности приблизительно 850°С. В качестве альтернативы применению рекуператора горячий отходящий газ может пропускаться через сушилку Вентури, где происходит сушка влажного концентрата, который затем отделяется от потока отходящего газа во втором циклоне. После этого нагретый флюидизирующий воздух и нагретый и полностью или частично высушенный концентрат вводятся в псевдоожиженный слой реактора 1.

Чтобы избежать повторной сульфатации, поток отходящего газа быстро охлаждают за доли секунды или за несколько секунд до температуры не выше примерно 350°С с помощью охладителя 3, который представляет собой испарительный охладитель, в результате чего поток отходящего газа поступает на газоочистку с приемлемой, не слишком высокой температурой.

В сепараторе 4 твёрдых материалов, расположенном в потоке отходящего газа после охладителя 3, который работает, например, на электростатическом принципе, происходит осаждение основной части оставшейся в отходящем газе пыли, по меньшей мере часть которой направляется на рециркуляцию в реактор 1 с псевдоожиженным слоем. Перед рециркуляцией твёрдых материалов в реактор 1 с псевдоожиженным слоем по меньшей мере часть этих материалов может также спрессовываться в микрогрануляторе 8, в результате чего образуются частицы со средним размером зерна б₅₀ преимущественно от 0,3 до 0,7 мм.

Перед направлением §О₂-содержащего отходящего газа с содержанием §О₂ 3-5 об.% (измеряемым перед вводом воздуха, расположенным перед сернокислотной установкой) на сернокислотную установку 6 поток отходящего газа подвергается влажной газоочистке 5.

Использование рекуператора 2 на такой установке имеет следующие преимущества: непосредственная рекуперация энергии в рекуператоре 2, снижение потребления топлива энергии в рекуператоре 2, снижение расхода топлива в реакторе 1 с псевдоожиженным слоем, дополнительное уменьшение объёмного расхода отходящего газа и связанное с этим уменьшение размеров установки, повышение концентрации §О₂ в потоке отходящего газа на входе в сернокислотную установку 6 и, следовательно, обеспечение возможности обработки концентратов с низкой концентрацией серы при сохранении автотермического режима работы сернокислотной установки 6.

Когда флюидизирующий воздух, подогретый за счёт рекуперации тепла, заменяется техническим кислородом или обогащенным кислородом воздухом, расход топлива в псевдоожиженном слое реактора 1 снижается, концентрация §О₂ в отходящем газе повышается, уменьшается объёмный расход отходящего газа и увеличивается гибкость процесса при обработке концентратов с низкой концентрацией серы. Таким образом, в этом случае можно также перерабатывать концентраты с низким содержанием серы.

С помощью рециркуляции пыли отходящего газа из электростатического сепаратора твёрдых материалов в псевдоожиженный слой можно дополнительно снижать концентрацию серы в обожжённом продукте. Когда содержание серы в обожжённом продукте из электростатического сепаратора 4 твёрдых материалов или в смеси обожжённого продукта из псевдоожиженного слоя реактора 1 по меньшей мере с частью потока из электростатического сепаратора 4 твёрдых материалов удовлетворяет требованиям, по меньшей мере часть потока обожжённого продукта может быть отведена после сепаратора 4 твёрдых материалов и направлена в электропечь.

Чтобы сэкономить энергию, обожжённый продукт можно также непосредственно подавать в электродуговую печь для плавки.

В варианте установки, показанном на фиг. 2, для обработки концентратов сульфидов металлов в реакторе 1 с псевдоожиженным слоем для рекуперации тепла вместо рекуператора 2 установлена сушилка

- 3 018252

Вентури 2', которая также включает в себя дополнительный центробежный сепаратор (второй циклон). В этом случае исходный материал должен вводиться в сушилку Вентури 2' с содержанием влаги от 10 до 20%, предпочтительно примерно 16%, без пропускания его вначале через предварительную сушку. В сушилке Вентури 2' влажный концентрат высушивается горячим отходящим газом циркулирующего псевдоожиженного слоя и выгружается с его помощью в расположенный далее центробежный сепаратор. Подаваемый материал высушивается отходящим газом, поступающим противотоком, из реактора 1 с псевдоожиженным слоем. В этом случае предварительная сушка концентрата до остаточной влажности примерно от 1 до 5% за пределами всего комплекса установки (газоочистка в псевдоожиженном слое сернокислотная установка) может не производиться.

Все части установки, расположенные после сушилки Вентури 2', соответствуют установке, показанной на фиг. 1. После центробежного сепаратора 2' имеется также испарительный охладитель, который охлаждает отходящий газ до температуры ниже 350°С. Таким образом, также достигается: рекуперация энергии из потока отходящего газа, экономия на отсутствии дополнительной сушилки концентрата перед псевдоожиженным слоем, экономия на топливе для высушивания концентрата в отдельной сушилке или в самом реакторе с псевдоожиженным слоем, снижение объёмного расхода отходящего газа, повышение концентрации §О₂ в потоке отходящего газа и снижение технически допустимой минимальной концентрации серы для обрабатываемого концентрата с целью обеспечения автотермического режима работы кислотной установки.

Список ссылочных номеров:

1. Реактор с псевдоожиженным слоем

2. Рекуператор

2'. Сушилка Вентури и центробежный сепаратор (циклон)

3. Охладитель, испарительный охладитель

4. (Электростатический) сепаратор твёрдых материалов

5. Влажная газоочистка

6. Сернокислотная установка

7. Центробежный сепаратор (циклон)

8. Микрогранулятор

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ производства обожжённых продуктов путём полного обжига концентрата сульфидов металлов, в частности концентрата с низким содержанием серы типа концентрата сульфида металла группы платины (МГП), в котором концентрат обжигают в циркулирующем псевдоожиженном слое реактора (1) при температуре примерно от 950 до 1050°С, отходящий газ псевдоожиженного слоя реактора (1) пропускают через рекуператор (2) для предварительного нагрева по меньшей мере части флюидизирующего воздуха или через сушилку Вентури (2') для высушивания по меньшей мере части предназначенного для обжига концентрата, и полученный в псевдоожиженном слое реактора (1) во время обжига обожжённый продукт с содержанием серы менее 1 мас.% направляют на последующую переработку.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обжиг осуществляют в псевдоожиженном слое реактора (1) при температуре выше 1000°С.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в подогретый или высушенный в рекуператоре (2) или в сушилке Вентури (2') флюидизирующий воздух в псевдоожиженный слой реактора (1) подают дополнительный воздух или кислород.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что часть отходящего газа из псевдоожиженного слоя реактора (1) после соответствующей очистки направляют на рециркуляцию в псевдоожиженный слой реактора (1).
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что содержащиеся в отходящем газе псевдоожиженного слоя (1) твёрдые материалы отделяют и по меньшей мере часть их направляют на рециркуляцию в псевдоожиженный слой реактора (1).
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере часть рециркулируемых в псевдоожиженный слой (1) твёрдых материалов подвергают обработке в микрогрануляторе (8) с целью получения заданного среднего размера зерна твёрдых материалов.
7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что концентрацию кислорода в отбросном газе после реактора (1) с псевдоожиженным слоем доводят до 1-4 об.%, преимущественно до 2-3 об.%.
8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что отходящий газ охлаждают в рекуператоре (2) или в сушилке Вентури (2') за 1 мин и преимущественно менее чем за 10 с до температуры ниже приблизительно 350°С.
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что после обжига полученный в псевдоожиженном слое реактора (1) обожжённый продукт плавят в электродуговой печи и затем подвергают гидрометаллургической обработке.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что обожжённый продукт псевдоожиженного слоя реактора (1) непосредственно подают в электродуговую печь.
11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что выделяющийся §О₂-содержащий отходящий газ направляют на сернокислотную установку (6).
12. Установка для осуществления способа по любому из предыдущих пунктов, включающая в себя реактор (1) с псевдоожиженным слоем и рекуператор (2) или сушилку Вентури (2'), расположенные после реактора (1) с псевдоожиженным слоем в потоке отходящего газа, для переноса тепла отходящего газа к флюидизирующему воздуху, вводимому после этого в реактор (1) с псевдоожиженным слоем, или в предназначенный для отжига концентрат, и микрогранулятор (8) для твёрдых материалов, рециркулируемых в псевдоожиженный слой.
13. Установка по п.12, содержащая охладитель (3), установленный после рекуператора (2) или сушилки Вентури (2') в потоке отходящего газа, представляющий собой преимущественно испарительный охладитель.
14. Установка по п.12 или 13, содержащая микрогранулятор (8) для твёрдых материалов, рециркулируемых в псевдоожиженный слой.