JPH05503120A - Condensation of metal vapor in a fluidized bed - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス流からの金属蒸気の捕獲、例えば溶鉱炉の廃ガスからの亜鉛蒸気 の捕獲に関する。[Detailed description of the invention] The present invention is suitable for the capture of metal vapors from gas streams, e.g. zinc vapors from blast furnace waste gas. Concerning the capture of.
！−見 硫化物から亜鉛を抽出するための従来の方法には、イオウを除去するため濃縮物 を煤焼させ、その後還元して、亜鉛の一部分又は全部をヒユーム（ｆｕＩＩｌｅ ）として除去する作業が関与している。このとき、亜鉛は凝縮によりこのヒユー ム（煙霧）から回収される。! -See Traditional methods for extracting zinc from sulfide include using a concentrate to remove the sulfur. is soot-roasted and then reduced to remove some or all of the zinc. ) involves the work of removing it. At this time, zinc is concentrated in this flame due to condensation. collected from fumes.
硫化物から他の比較的揮発性の高い金属を回収するために類似の方法が用いられ ている。本発明は、本書において亜鉛の回収に関してまず記述されているものの 、発煙か関与する乾式製錬手段によって生成され得る錫、鉛、マグネシウム、カ ドミウム、マンガンなどを含むその他の金属にも利用可能であるということも理 解できることてあろう。こ二で用いている「ヒユーム（ｒｕｍｅ） Ｊという語 は、第１に気体又は蒸気のことであるが、飛沫同伴された液体及び／又は粒状物 質を伴う気体又は蒸気をも含んでいる。Similar methods have been used to recover other relatively volatile metals from sulfides. ing. Although the present invention is first described herein with respect to zinc recovery, , tin, lead, magnesium, carbon, which may be produced by pyrometallurgical means involving fuming or It also stands to reason that other metals including domium, manganese, etc. There may be something that can be solved. The word “rume” used in Koji primarily refers to gas or vapor, but also entrained liquid and/or particulate matter. It also includes gases or vapors with certain qualities.
例えば、亜鉛高炉は一般に、液体亜鉛として亜鉛蒸気を捕獲し、凝縮生成物の活 性を低下させるため鉛スプラッシュコンデンサ（例えば英国特許第５７２９６１ 号明細書に記載のもの）を用いている。この方法は、比較的大きい資本投資を必 要とし、メンテナンスコストも高い。For example, zinc blast furnaces typically capture zinc vapor as liquid zinc and activate the condensation products. Lead splash capacitors (e.g. British Patent No. 572,961) (as described in the specification) is used. This method requires a relatively large capital investment. maintenance costs are also high.
現在使用されている金属蒸気捕獲のもう１つの態様は、鉛製造施設からのスラグ からヒユームとして亜鉛を除去し、それに続いて酸化を行なうことから成る。Another aspect of metal vapor capture currently in use is slag from lead manufacturing facilities. The process consists of removing zinc as fume from the metal, followed by oxidation.
この方法においては、亜鉛蒸気は、溶融スラグ浴の表面から発煙させられ、浴表 面に付随する乱流から充分離隔した場所に達するまで上向きに移動させられる。In this method, zinc vapor is fumed from the surface of the molten slag bath and It is moved upward until it reaches a location well separated from the turbulence associated with the surface.
この場所において、空気の如き酸素含有ガスが取込まれ、亜鉛蒸気が急速に酸化 亜鉛に変換される点まで温度及び酸素ポテンシャルの両方が上昇させられる。酸 化亜鉛は、金属亜鉛に比べはるかに低い蒸気圧を有し、その結果、細かい粉末と してガス流から沈殿する。酸化亜鉛は、さらに電気化学的方法により純化される のに適しているが、まず第１に、適切な除塵装置内で捕獲されなくてはならない 。At this location, oxygen-containing gases such as air are introduced and the zinc vapor is rapidly oxidized. Both the temperature and oxygen potential are increased to the point where it is converted to zinc. acid Zinc chloride has a much lower vapor pressure than metallic zinc, resulting in a fine powder and and precipitate from the gas stream. Zinc oxide is further purified by electrochemical methods first of all, it must be captured in a suitable dedusting device. .
この非常に細かいダストは、取扱いにくく、その捕獲にはさらに又多大な資本投 資が必要である。This extremely fine dust is difficult to handle, and capturing it also requires a large investment of capital. capital is required.
炉内の温度及び酸素ボテンシャルの適切な調整により、硫化物含有物質からの蒸 気としての金属の商業的に有意な直接的分離を達成することが可能であることが わかった。しかしながら、この場合、炉の廃ガスは金属蒸気と共に二酸化イオウ を含み、この二酸化イオウは、スプラッシュコンデンサ内で溶融金属と反応する 。したがって、回収前に蒸気を酸化する必要があるだろうとこれまで考えられ本 発明の目的は、蒸気として金属を含む高温ガス流から金属を回収するため、又さ らに限定的に言うと金属との反応性をもつ種かガス流の中に存在する場合に、許 容可能な収量で金属を回収するための改良型の及び／又はより費用可動性の高い 手段を提供することにある。Proper adjustment of the temperature and oxygen potential in the furnace can reduce evaporation from sulfide-containing materials. It is possible to achieve commercially significant direct separation of metals as gas. Understood. However, in this case, the furnace waste gas contains sulfur dioxide along with metal vapor. This sulfur dioxide reacts with the molten metal in the splash capacitor. . Therefore, it was previously thought that it would be necessary to oxidize the steam before recovery. The object of the invention is to recover metals from hot gas streams containing metals as vapors and More specifically, if a species that is reactive with metals is present in the gas stream, Improved and/or more cost-mobile methods for recovering metals with acceptable yields It is about providing the means.
本発明は、流動層での固体粒子の比較的低温の表面上又はその近辺に高温廃ガス から直接金属蒸気を凝縮させることによりこの目的を達成している。The present invention provides for the application of hot waste gas on or near the relatively cool surfaces of solid particles in a fluidized bed. This objective is achieved by condensing the metal vapor directly from the
コ態様に従うと、本発明は、蒸気として金属を含むガス流から金属を回収する方 法において、 （ａ）１０ｋｇ／ｍ３以上の粒子負荷をもつ固体粒子の流動層と前記ガス流を直 接接触させる工程、及び （ｂ）層と熱交換関係にある状態で、蒸気の温度を金属の凝縮温度以下まで低下 させて金属蒸気を凝縮させるような組合せ質量（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍａｓｓ ） 、比熱及び温度を持つ粒子のインヘントリ（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ）を含む よう流動層を制御する工程、を含む方法を備えている。According to a third aspect, the present invention provides a method for recovering metals from a gas stream containing metals as a vapor. In law, (a) a fluidized bed of solid particles with a particle load of 10 kg/m or more and said gas flow directly; a step of bringing it into contact; and (b) While in a heat exchange relationship with the layer, the temperature of the steam is lowered to below the condensation temperature of the metal. combined mass such that the metal vapor condenses ), including an inventory of particles with specific heat and temperature controlling the fluidized bed in such a manner.
炉の廃ガス流は、時として、炉内の飛沫同伴の結果としてか、或いは又熱回収を 改善するべく下流の冷却面上の成長を減少させるための研摩剤の導入の結果とし て、粒状物質を含んでいる。Furnace waste gas streams are sometimes generated as a result of entrainment within the furnace or are also subject to heat recovery. As a result of the introduction of abrasives to reduce growth on downstream cooling surfaces to improve contains particulate matter.
しかしながら、このような場合、粒子密度は低く、即ち１０ｋｇ／ｍ３以下で、 通常はこれよりはるかに低い。当該ケースにおいては、流動層は、好ましくは２ ００ ｋｇ／ ｍ 以上、さらに好ましくは４００ｋｇ／ｍ３、さらには１６０ ０ｋｇ／ｍ３以上もの粒子負荷を有する。However, in such cases the particle density is low, i.e. below 10 kg/m3, Usually much lower. In that case, the fluidized bed preferably has 2 00 kg/m or more, more preferably 400 kg/m3, and even 160 kg/m3 It has a particle load of more than 0 kg/m3.
好ましくは、流動層内の粒子の熱質量（比熱を質量に乗じたもの）は、層が冷却 されていない場合、炉の廃ガスと熱交換関係にある状態の層の温度上昇速度が１ ００℃／秒未満、望ましくは２０℃／秒未満であるようなものである。Preferably, the thermal mass (mass multiplied by the specific heat) of the particles in the fluidized bed is If not, the temperature rise rate of the layer in a heat exchange relationship with the furnace waste gas is 1 00°C/sec, preferably less than 20°C/sec.
好ましくは、廃ガス流は、流動層への進入時点で９６０℃以上（より好ましくは １１００℃以上）の温度を有し、層を離れるガスの温度は、１秒未満、さらに好 ましくは１００ミリセカンド未満、望ましくは１ミリセ力ンド未満の時間以内で 、約５００℃以下（基本的には金属蒸気の凝縮温度以下、好ましくは凝縮すべき 金属の融点以下、例えば亜鉛の場合は４１９℃以下、鉛の場合には３２７℃以下 、そして錫の場合には３２１℃以下）に低下させられる。Preferably, the waste gas stream is at a temperature of 960°C or higher (more preferably 1100° C.), and the temperature of the gas leaving the layer is less than 1 second, more preferably preferably within a time of less than 100 milliseconds, preferably less than 1 millisecond , about 500°C or less (basically below the condensation temperature of the metal vapor, preferably the temperature that should be condensed) Below the melting point of the metal, e.g. below 419°C for zinc, below 327°C for lead , and in the case of tin, below 321°C).
望ましくは、廃ガス流は、浸漬ランスを介して、内にガスが射出される浴を含む 一般に閉鎖した炉の中で生成され、廃ガスは予冷装置に対して予め露呈されるこ となく流動層粒子と接触する。Preferably, the waste gas stream comprises a bath into which the gas is injected via an immersion lance. Generally produced in a closed furnace, the waste gas is pre-exposed to a pre-cooling device. contact with the fluidized bed particles.
本発明は、流動層内の低温粒子の表面上又はその近くでの凝縮により高温廃ガス から直接金属蒸気を捕獲することを意図している。本発明の好ましい実施態様に おいては、凝縮のために用いられる流動層と溶鉱炉の間には直接的結合が存在す る。即ち、炉と流動層の間に位置づけられた熱回収の著しい試みは全く無い。The present invention reduces hot waste gas by condensation on or near the surface of cold particles in a fluidized bed. It is intended to capture metal vapors directly from In a preferred embodiment of the invention In some cases, there is a direct connection between the fluidized bed used for condensation and the blast furnace. Ru. That is, there is no significant attempt at heat recovery located between the furnace and the fluidized bed.
望ましくは、浴温度との関係における廃ガス温度を維持又は上昇させる工程がと られる。さらに、本発明は、酸化物としててはなくむしろ金属元素として金属の 全てとまでは言わなくとも、かなりの割合を回収し、かくしてその後電解採取に より酸化物を金属に変換する必要性を無くしている。Preferably, the step includes maintaining or increasing the exhaust gas temperature in relation to the bath temperature. It will be done. Furthermore, the present invention provides for the use of metals as metallic elements rather than as oxides. A significant percentage, if not all, is recovered and thus subsequently used for electrowinning. This eliminates the need to convert oxides to metals.
亜鉛凝縮の場合、熱力学的に、酸素及び二酸化イオウを含む標準的な亜鉛装荷式 乾式精練炉の廃ガスが冷却するにつれて（例えば１２００がら５００’Ｃ’まて ）、亜鉛蒸気が酸化亜鉛又は硫化亜鉛に戻るということは周知のことである。こ のような非金属物質の形成は、過去における直接凝縮プロセスの開発途上におい て主要な障害であった。For zinc condensation, thermodynamically the standard zinc loading formula with oxygen and sulfur dioxide As the dry smelting furnace waste gas cools (e.g. from 1200 to 500'C' ), it is well known that zinc vapor reverts to zinc oxide or zinc sulfide. child The formation of nonmetallic materials such as This was a major obstacle.
本発明は、関与する急冷作用の迅速性によりこの問題点を避けようとしている。The present invention seeks to avoid this problem by the rapidity of the quenching action involved.
非金属化合物の形成のための熱力学的駆動力は許容されるが、このような化合物 の実際の形成は、動力学的要因により抑制されている。望ましくない（非金属） 物質の形成の反応速度は、低温（例えば１００℃〜３５０℃）において形成かあ まりにも緩慢すぎるためにこの情況下で、たとえ熱力学的駆動力が強くても著し いものとなり得ないようなものであるということがわかった。急冷作用には、非 常に急速に蒸気の金属の融・へ以下の温度まで高温精練炉廃ガス（例えば二酸化 イオウを含む場合には１２００℃〜１３００’Ｃ）を冷却することか関与してい る。Although thermodynamic driving forces for the formation of nonmetallic compounds are acceptable, such compounds The actual formation of is suppressed by kinetic factors. undesirable (non-metallic) The reaction rate for the formation of a substance is the rate at which it is formed at low temperatures (e.g. It is so slow that in this situation even a strong thermodynamic driving force can cause significant damage. I realized that it was something that could never become a thing. For rapid cooling action, non- The high temperature smelting furnace waste gas (e.g. dioxide If it contains sulfur, cooling (1200°C to 1300'C) is required. Ru.
その結果として、現在の技術に付随する問題点及び経済的ペナルティを数多く避 けることのできる可動なシステムか得られる。As a result, many of the problems and economic penalties associated with current technology are avoided. You will get a mobile system that can be moved.
流動層／ステムの正確な形状は、重要ではないと考えられる。これは浅い発泡／ 噴出層であってもよいし、或いは又循環する流動層であってもよい。システムが いずれの形状をとろうと、層内への高温ガスの進入点の近辺で低温粒子の多大な インベントリを維持するように設計されなくてはならない。粒子は、入りガスの ものに比べて大きい熱質量をもつよう、又さらに熱及び質量の伝達のため、ガス にさらされた大きな存効表面積を有するように選択される。その結果、極めて急 速な冷却（１秒未満、標準的には１００ミリセカンド未満、望ましくは１ミリセ 力ンド未満）が得られ、これが望ましくない物質の過度の形成、例えば金属のイ オウ又は酸素化合物への戻りを防いている。The exact shape of the fluidized bed/stem is not believed to be critical. This is shallow foam/ It may be a spouted bed or a circulating fluidized bed. the system Regardless of the configuration, a large amount of cold particles are generated near the point of entry of the hot gas into the formation. Must be designed to maintain inventory. The particles are In order to have a large thermal mass compared to the gas selected to have a large effective surface area exposed to As a result, extremely rapid Rapid cooling (less than 1 second, typically less than 100 milliseconds, preferably 1 millisecond) (less than 100% strength) and this can lead to excessive formation of undesirable substances, e.g. metal ions. Prevents return to sulfur or oxygen compounds.
使用される粒子固体の性質も同様に決定的な意味は無いものの、凝縮中のものと 同し物質の固体を使用すると有利である。適切なシード（種）添加の場合、粒子 金属の直接生成装置として凝縮ユニットを作動させることが可能である。粒度範 囲は、用途によって異なるか、システム内で保持し得る限り細かい分布で作動す ることが一般に有利である。層内の最大粒度は、好ましくは２１未満、さらに好 ましくは０． ５ｇｓ未満である。The nature of the particulate solids used is similarly not decisive, but it is important to note that It is advantageous to use solids of the same substance. With proper seeding, particles It is possible to operate the condensation unit as a direct metal production device. Particle size range The range may vary depending on the application or may operate with as fine a distribution as can be maintained within the system. It is generally advantageous to The maximum particle size within the layer is preferably less than 21, more preferably Preferably 0. It is less than 5gs.
エネルギー収支の制約条件は、流動層からの熱除去が必要とされるようなもので ある。これは、冷却液に対する直接的な水付加又は熱伝達といった数多くの方法 で達成できる。冷却液の場合、必要とされた熱伝達領域の配置は、エンジニアリ ングの便宜上の問題であり、選ばれた流動層の形状によって左右される。The energy balance constraints are such that heat removal from the fluidized bed is required. be. This can be done in a number of ways, such as direct water addition to the coolant or heat transfer. This can be achieved with In the case of coolant, the required heat transfer area placement is an engineering It is a matter of modeling convenience and depends on the fluidized bed geometry chosen.
好ましい実施態様の説明 本発明に従った２つの実施態様について、ここで、以下の添付図面を参照しなか ら、単なる一例として記述する。Description of preferred embodiments For two embodiments according to the invention, reference will now be made to the accompanying drawings below. This is just an example.
図１は、非再循環形の浴−溶解炉である。FIG. 1 is a non-recirculating bath-melting furnace.
図２は、再循環形の浴−溶解炉である。FIG. 2 shows a recirculating bath-melting furnace.
これらの内、第１のものは、非再婚環式流体層凝縮を概略的に示し、第２のもの は、循環式流体層（ＣＦＢ）凝縮を概略的に示している。Of these, the first schematically depicts non-remarriage annular fluid layer condensation, the second schematically depicts circulating fluid bed (CFB) condensation.
非再循環式凝縮 図１を参照すると、炉１０１は、ランス１０２を介しての酸素含有ガス及び原鉱 ／スラグ／石炭供給物１０３の導入により、適切な炉温度（例えば、浴温度１２ ００℃）及び酸素ポテンシャルに維持されている。金属蒸気、例えば亜鉛精練の 場合の亜鉛蒸気は液体浴１０４を離れ、炉の廃ガスと共にガススペース１０５の 中に入り、ここから炉口（ｔｈｒｏａｔ） １０６内へと流入する。この炉口内 の速度は、固体が流動層から炉１０１の中に下向きに落下しないようにする値に 維持される。non-recirculating condensing Referring to FIG. 1, a furnace 101 includes oxygen-containing gas and raw ore through a lance 102. /slag/coal feed 103, the appropriate furnace temperature (e.g. bath temperature 12 00°C) and oxygen potential. Metal vapors, e.g. zinc smelting The zinc vapor leaves the liquid bath 104 and enters the gas space 105 together with the furnace waste gas. From here it flows into the throat 106. Inside this furnace The velocity of is set to a value that prevents the solids from falling downwards from the fluidized bed into the furnace 101. maintained.
炉口１０６の上に上向きに広がるダクトは、第１のゾーンを構成する密度の高い 流動層１０７の形状内で、低温（亜鉛の場合は５００℃以下、好ましくは４１９ ℃以下、例えば約３６０℃）の金属粒子を含んでいる。平均層密度は２００から １６００ｋｇ／ｍ の範囲内にあり、好ましくは４００ｋｇ／ｍ３以上である。The duct extending upwardly above the furnace mouth 106 has a high density that constitutes the first zone. Within the shape of the fluidized bed 107, a low temperature (500°C or less in the case of zinc, preferably 419°C or less) ℃ or less, for example, about 360℃). Average layer density starts from 200 It is within the range of 1600 kg/m, preferably 400 kg/m or more.
９６０℃以上好ましくは１１００℃以上の高温炉ガスが粒子物質と接触に入るか 又は少なくとも粒子物質と熱交換関係に入るにつれて、急速な急冷が達成され、 粒子の表面上又はその近辺に物質が凝縮する。２１１１未満の粒径が好ましく、 さらに好ましくは、直径０． ５ｍｉ未満である。Does high-temperature furnace gas at a temperature of 960°C or higher, preferably 1100°C or higher, come into contact with the particulate matter? or at least as it enters into heat exchange relationship with the particulate material, rapid quenching is achieved; Material condenses on or near the surface of the particles. Particle sizes less than 2111 are preferred; More preferably, the diameter is 0. It is less than 5mi.
冷却されたガスは、フリーボード（上部空間）領域１０８内で固体から解放され 、出口１０９を介してシステムから出る。The cooled gas is released from the solids in the freeboard region 108. , exits the system via exit 109.
流動層１０７の冷却は、例えば、容器の壁面、容器内の管束及び／又は水噴霧噴 射１１０の組合せ冷却によって達成される。システムから急速に固体を排出する ため、弁付きダクト１１１が具備されている。これは主として金属回収、運転停 止のため及び緊急時に使われる。The fluidized bed 107 can be cooled, for example, by the wall of the container, the tube bundle inside the container, and/or the water spray. This is achieved by the combined cooling of radiation 110. Rapidly eject solids from the system Therefore, a duct 111 with a valve is provided. This is mainly due to metal recovery, Used for emergency stoppages and emergencies.
再循環式凝縮 符号２０１から２０６までは、機能的に図１の部品１０１から１０６まてに対応 する図２の部品を指示しており、このシステムは前述のものに比べ、炉口（ｔｈ ｒｏａｔ） ２０６より上方で用いられる流動層の形状に関して異なっているに すぎない。recirculating condensing Codes 201 to 206 functionally correspond to parts 101 to 106 in Figure 1. The parts shown in Figure 2 are shown in Figure 2, and compared to the previous system, this system The shape of the fluidized bed used above 206 differs. Only.
ＣＦＢの実施態様においては、垂直立上り管２０７が具備されており、このダク ト（第１ゾーン）内のガス速度は、第１のゾーン内で１立方メートルあたり１０ から４００ ｋｇ、好ましくは２００から４００ ｋｇｓ／ｍ３の範囲内に平均 浮遊密度が維持されるようなものである。これらのガス速度は２から１５ｍ／秒 の範囲内にある。立上り管の上部から出るガス及び飛沫同伴された固体は、サイ クロン２０８中に入り、ガスは出口２０９を介してシステムから出る。サイクロ ン内に捕獲された固体は、適当な移送装置を介して立上り管の下部領域に戻され る。このような装置の１つとしてループシール２１０がある。In the CFB embodiment, a vertical standpipe 207 is provided and the duct The gas velocity in the first zone is 10 per cubic meter in the first zone. to 400 kg, preferably within the range of 200 to 400 kgs/m3 Such that buoyant density is maintained. These gas velocities range from 2 to 15 m/s is within the range of Gases and entrained solids emanating from the top of the risepipe are Gas enters the clone 208 and exits the system via outlet 209. cyclo The solids trapped in the pipe are returned to the lower region of the riser via suitable transfer devices. Ru. One such device is loop seal 210.
製品金属は、出口２０っで粒子を含まないガスを放出する単数又は複数のサイク ロン２０８を用いて連続的に取出す二とかできる。サイクロン２０８内に回収さ れた固体の一定の割合のものは、第２のゾーンで冷却され、流体層中に導き戻さ れ、一方残りの部分は弁つきダクト２１１を介して製品として収集される。The product metal has one or more cycles releasing particle-free gas at the outlet 20. It is possible to take out the material continuously using the Ron 208. Collected in cyclone 208 A proportion of the solids released are cooled in the second zone and guided back into the fluid layer. Meanwhile, the remaining portion is collected as a product via a valved duct 211.
流動層の冷却は、例えば立上り管の壁面及び／又はサイクロンの壁面上及び／又 は立上り管内の管束の熱伝達表面を介して達成される。水噴霧冷却２１１がオプ ションとして用いられる。Cooling of the fluidized bed can be carried out, for example, on the walls of the riser and/or on the walls of the cyclone and/or is achieved through the heat transfer surfaces of the tube bundle within the riser. Water spray cooling 211 is turned on. used as an option.
ガス温度を４１９℃以下まで下げることにより、亜鉛の場合、粒子が金属の融点 以下となり、かくして粒子は溶融亜鉛を形成せず、蒸気から直接成長することに なる。しかしながら、このプロセスは、亜鉛蒸気凝縮において使用することに制 限されるわけではない。図示されている両実施態様においては、初期流体層を確 立するために前の作業からの微細なスラグ、砂又は金属の粒子を用いることが直 径２００ＩＩＩｌ、高さ３ｍの立上り管を伴う再循環式流体層凝縮器を、亜鉛含 有鉛高炉スラグを１２００℃で溶融させ石炭で還元させて凝縮器用の金属亜鉛蒸 気の供給源を形成することのできる炉の上に据えつけた。さらに、溶融され蒸発 されるべく固体金属亜鉛を炉の中に同様に供給することにより、ガスを金属亜鉛 蒸気で濃縮した。高炉スラグを、１時間あたり１４０ｋｇの割合で供給し、亜鉛 金属を１時間あたり２６ｋｇで供給した。こうして、１時間あたり４４ｋｇの合 計亜鉛供給速度が生み出された。炉を一定温度まで加熱し安定化させた後、炉上 に循環式流体層凝縮器を取付け４０分間作動させた。In the case of zinc, by lowering the gas temperature to below 419°C, the particles reach the melting point of the metal. Thus, the particles do not form molten zinc but grow directly from the steam. Become. However, this process is limited to use in zinc vapor condensation. It is not limited. In both illustrated embodiments, the initial fluid layer is It is straightforward to use fine slag, sand or metal particles from previous operations to A recirculating fluid bed condenser with a 200III diameter and 3 m high riser was installed in a zinc-containing Leaded blast furnace slag is melted at 1200℃ and reduced with coal to produce metal zinc vapor for condensers. It was installed on top of a furnace that could form a source of Qi. Furthermore, it is melted and evaporated By similarly feeding solid zinc metal into the furnace, the gas can be converted into zinc metal. Concentrate with steam. Blast furnace slag is supplied at a rate of 140 kg per hour, and zinc Metal was fed at 26 kg per hour. In this way, the total weight is 44 kg per hour. A total zinc feed rate was produced. After heating the furnace to a certain temperature and stabilizing it, A circulating fluid layer condenser was installed and operated for 40 minutes.
再循環式流体層凝縮器は、作動のために以下のように準備した。A recirculating fluid bed condenser was prepared for operation as follows.
２５ＯＮｍ３／時で凝縮器を通して低温空気を引き出し、破砕されたンリカを付 加して約４００ｋｇ／ｍ３の密度の流動層を形成した。サイクロンアセンブリを 通して及び層への戻りの固体再循環速度は２ ｋｇ／秒であり、層を通しての数 多くの再循環の後の粒度は表１に示されている。粒子の９０％以上が０．５１未 満の平均体積直径を有していた。次に凝縮器を炉内に降下させ、空気を除去し、 亜鉛蒸気を含むガスを凝縮器の中に引き込んだ。層温度は、層の周りの外部ジャ ケット内を循環する冷却水によって１９０℃に保持した。冷却水内への標準的な 熱抽出レートは６８ｋｖであった。試験中、流体層への進入時点における亜鉛蒸 気の温度は、９６０から１１００℃までの範囲内にあり、平均温度は１０３０℃ であった。層材料の表面上に亜鉛金属が凝縮した。The low temperature air is drawn through the condenser at 25ONm3/hour and crushed liqueur is added. In addition, a fluidized bed with a density of about 400 kg/m3 was formed. cyclone assembly The solids recirculation rate through and back to the bed is 2 kg/s, and the number through the bed is The particle sizes after multiple recirculations are shown in Table 1. More than 90% of particles are less than 0.51 It had an average volume diameter of 100%. The condenser is then lowered into the furnace, removing the air, Gas containing zinc vapor was drawn into the condenser. The layer temperature is controlled by an external jacket around the layer. The temperature was maintained at 190° C. by cooling water circulating inside the container. Standard into cooling water The heat extraction rate was 68kv. During the test, the zinc evaporation at the point of entry into the fluid layer Air temperature ranges from 960 to 1100℃, with an average temperature of 1030℃ Met. Zinc metal condensed on the surface of the layer material.
層物質の試料は定期的に採取した。結果は表２に示されている。Samples of layer material were taken periodically. The results are shown in Table 2.
層材料の全亜鉛含有量は、４０分の試験にわたり重量百分率で最高１５％まで徐 々に増大することがわかった。層材料の金属亜鉛含有量は、−貫して合計亜鉛含 有量の６０％であった。残りは酸化亜鉛及び硫化亜鉛であった。３つの相、即ち 亜鉛金属蒸気、酸化亜鉛及び硫化亜鉛の間の亜鉛の平衡分布の熱力学的計算は、 凝縮器に対する１つの範囲のガス入口温度についての試験の条件に関して、表３ に与えられている。The total zinc content of the layer material was gradually increased up to 15% by weight over a 40 minute test. It was found that it increases gradually. The metallic zinc content of the layer material is - throughout the total zinc content. It was 60% of the amount. The remainder was zinc oxide and zinc sulfide. Three phases viz. The thermodynamic calculation of the equilibrium distribution of zinc between zinc metal vapor, zinc oxide and zinc sulfide is Table 3 for test conditions for a range of gas inlet temperatures to the condenser is given to.
平衡条件下で、８８０℃の入口蒸気温度で約６０％の金属亜鉛分留が得られるこ とになる。これは、凝縮器に対する蒸気人口の測定上の動作温度よりも約１５０ ℃低い。この温度差は、凝縮器の非平衡性を反映している。さらにこの試験にお いて、金属の収量は、ループシール２］０内の意図的でない漏れを介しての層内 への空気の漏洩によっても低下した。実際には、金属亜鉛としての亜鉛の相当す る収量が高くなればなるほど、平衡により近く接近することかできるということ が予想される。Under equilibrium conditions, a metallic zinc fraction of approximately 60% can be obtained at an inlet steam temperature of 880°C. It becomes. This is approximately 150° below the measured operating temperature of the steam population for the condenser. ℃low. This temperature difference reflects the non-equilibrium nature of the condenser. Furthermore, this test Therefore, the metal yield is limited to the intralayer through unintentional leakage within the loop seal. It was also lowered by air leakage into the air. In fact, the equivalent of zinc as metallic zinc The higher the yield, the closer we can approach equilibrium. is expected.
粒度＊ （μｍ） 体積％ １５、６−２２ ２． ３ ２２−３１． １ ５． ０ ３１、 １−４４ ８． ２ ４４−６２． ２ １０． ５ ６２、 ２−８８ １２． ３ ８８−１２４ １２．４ １２４−１７６ １１．３ １７６−２４９ １０．７ ２４９−３５２ ９．７ ３５２−４９８ １２．６ ４９８−７０４ ４．６ ”−平均体積直径 表３ ℃ 亜鉛蒸気 ＺｎＯＺｎＳ ４６０ ４７．８ ４６．０ ６．２ ８８０ ６１．９ ３１．９ ６．２ ９００ ７８．５ １５．３ ６．２ ９２０ ９３．８ ０．０ ６．２ １０３０ ９Ｂ、８ ０．０ ６．２ 本発明の実施においては、層内に入る蒸気流内の酸素ポテンシャルを制御するこ とか望ましい。ガス流か、金属と化学的平衡状態にある反応種を含んでいる場合 、ガス流内の酸素の分圧は、金属の形成を促進し反応生成物は復元生成物の形成 を抑制するべく制御される。この例においては、この酸素分圧は化学平衡条件下 での硫化亜鉛又は酸化亜鉛の形成を抑制するように制御されている。Particle size * (μm) Volume % 15, 6-22 2. 3 22-31. 1 5. 0 31, 1-44 8. 2 44-62. 2 10. 5 62, 2-88 12. 3 88-124 12.4 124-176 11.3 176-249 10.7 249-352 9.7 352-498 12.6 498-704 4.6 ”-average volume diameter Table 3 ℃ Zinc vapor ZnOZnS 460 47.8 46.0 6.2 880 61.9 31.9 6.2 900 78.5 15.3 6.2 920 93.8 0.0 6.2 1030 9B, 8 0.0 6.2 In the practice of the present invention, controlling the oxygen potential within the vapor flow entering the bed That's desirable. If the gas stream contains reactive species that are in chemical equilibrium with the metal , the partial pressure of oxygen in the gas stream promotes the formation of metals and the reaction products are restored to form the products controlled to suppress In this example, this oxygen partial pressure is controlled to suppress the formation of zinc sulfide or zinc oxide in
層へのガス流の進入地点における最適な酸素ボテンシャルは、標準的に、炉内の 精錬浴内て最適であるものとはかなり異なっている。The optimal oxygen potential at the point of gas flow entry into the formation is typically The smelting bath is quite different from what is optimal.
層への入口における蒸気流の酸素濃度は、炉に対し不活性ガスを導入するか又は 空気の進入を防ぐため正圧を維持するか又は予め定められた比率の酸素を消費す るよう供給物を調整するか、又は浴と流動層の間に配置されたアフターバ−ナー （再燃焼装置）を利用することによって制御することができる。The oxygen concentration of the steam stream at the inlet to the bed can be adjusted by introducing an inert gas into the furnace or Maintain positive pressure to prevent air ingress or consume a predetermined rate of oxygen. Adjust the feed so that the This can be controlled by using a reburning device (reburner).
同様にして、流動層に入る蒸気の温度は、急冷に先立つ熱損失を最小限に抑える ため、アフターバーナー又はその他のヒーターの使用によって及び／又は炉の設 計によって高いレベルで制御され得る。Similarly, the temperature of the steam entering the fluidized bed minimizes heat loss prior to quenching. by the use of afterburners or other heaters and/or by the furnace configuration. can be controlled at a high level by a meter.
炉ガス流は、反応種として、例を挙げると以下のようなものを含む可能性がある 二酸化イオウ、イオウ及び硫化水素の如きイオウ含有種、二酸化イオウ、二酸化 炭素及び−酸化炭素及び水蒸気の如き酸素含有種、塩化水素、７ノ化水素及び塩 化物の如きハロゲン含有種、及びＮＯＸ種。The furnace gas stream may contain reactive species such as: sulfur dioxide, sulfur-containing species such as sulfur and hydrogen sulfide, sulfur dioxide, Carbon and oxygen-containing species such as carbon oxides and water vapor, hydrogen chloride, hydrogen heptadide and salts halogen-containing species such as chemical compounds, and NOX species.
標準的には、ガス流は、金属及びその他の炉内容物の供給源並びに運転条件によ って変化するような種の混合物を含むことになる。Typically, the gas flow will depend on the source of metal and other furnace contents and operating conditions. It will contain a mixture of species that will vary.
−例として、亜鉛製錬炉のガス流の計算上の組成が表４に示されている。- By way of example, the calculated composition of the gas stream of a zinc smelting furnace is shown in Table 4.
条 件 ２５０ｋｇ炉 ３ｔｐｈの連続製錬：バッチ処理 バッチタップ 温度（’Ｃ） １２００ １３００ 組成Ｚｎ １．３ ５．１ （体積％） ＳＯ２＜０．０１ ６．６ 残りＮ２等 ６０．２ ６９．６ 各ケースにおいて、金属元素の最適な回収という結果をもたらすことになる層へ の人口における酸素ポテンシャル及び温度は、日々の実験によるその教示に基づ いて決定することができる。Conditions 250kg furnace 3tph continuous smelting: batch processing batch tap Temperature ('C) 1200 1300 Composition Zn 1.3 5.1 (volume%) SO2<0.01 6.6 Remaining N2 etc. 60.2 69.6 In each case, to the layer that will result in the optimal recovery of the metallic elements. The oxygen potential and temperature in the population of can be determined based on the
顕微鏡写真技術上の証拠によると、金属蒸気の大きな割合が、層のシリカ粒子の 表面上よりもむしろ流動層粒子の付近で凝縮することがわかる。かくして一定の 割合の金属が、シリカの全く無い非常に細かい金属粒子（例えば０．２マイクロ メートルあるいはそれ以下）の形で回収される。流動層のシリカ粒子上に見られ る金属の多くは、微細な金属粒子との衝突により層のシリカ粒子の上に析出され ると考えられている。Micrographic evidence shows that a large proportion of the metal vapor is absorbed by the silica particles in the layer. It can be seen that the condensation occurs near the fluidized bed particles rather than on the surface. Thus a certain The percentage of metal is very fine metal particles (e.g. 0.2 microns) with no silica. meter or less). found on silica particles in a fluidized bed Most of the metals deposited on the silica particles in the layer are caused by collisions with fine metal particles. It is believed that
金属粒子及び金属コーティングの施された層の粒子は、サイクロン、ノくグツ− ウスフィルタなどを含む従来の手段により、ガス流から分離され得る。The metal particles and the particles of the metal-coated layer are It may be separated from the gas stream by conventional means including a gas filter or the like.
本発明はまず第１に、金属との反応性を持つ種が存在するガス流からの金属の回 収に関して記述してきたが、本発明は同様に、例えば金属純化におけるこのよう な種が無い状態での金属の回収についても応用することができる。The present invention firstly provides for the recovery of metals from a gas stream in which species reactive with metals are present. Although described with reference to It can also be applied to the recovery of metals without seeds.
本書の教示から当業者には評価可能であるように、本発明は、本書に開示されて いる概念から逸脱することなく、その他の手段によっても実施することができる 。As can be appreciated by those skilled in the art from the teachings herein, the present invention It can also be implemented by other means without departing from the concept .
Ｎ守征ズＴＯπ侶ｍΣＲ−リゴαａＬＳシリ葎ＨＲＩコに訳？ＧＪ夕団膓ｎ訂庇 扁Ｏｎ１世「に乃ｑＩ諺φ娶Ｅｔａ）ＯＦ ＡＮＮＥＷTranslated into N Shuseizu TOπ MΣR-Rigo αaLS Siriyon HRI? GJ evening banquet n correction eaves Bian On1 “NinoqI proverb φ娶Eta) OF ANNEW
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-
1990
- 1990-11-07 JP JP51509990A patent/JP3388351B2/en not_active Expired - Lifetime
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