способ переработки сульфидного сырья

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНОГО СЫРЬЯ, включающий подачу шихты, плавку в барботажной двухзонной печи и дожигание серы в отходящих газах кислородсодержащим газом, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода энергоресурсов и уменьшения уноса серы с отходящими газами, дожигание серы осуществляют с одновременным нагревом шихты в циклонном теплообменнике, установленном над окислительной зоной печи, в верхнюю часть которого инертным газом тангенциально эжектируют шихту, а кислородсодержащий газ подают через сопла, расположенные по периметру теплообменника на расстоянии, составляющем 0,25 - 0,30 его высоты, с шагом, определяемым по формуле

= 4-6,

где D_т - диаметр теплообменника;

d_с - диаметр сопла;

n - число сопл,

и со скоростью, обеспечивающей проникновение струи газа в поток отходящих газов на глубину 0,15 - 0,17 диаметра теплообменника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке сульфидных руд, концентратов и промпродуктов цветных металлов.

Известен способ автогенной шахтной плавки сульфидных руд, концентратов и цветных металлов, включающий в себя плавку в шахтной печи с получением штейна и шлака на дутье, обогащенном кислородом до 28-30%. В колошниковых газах содержится до 23% объемных диоксида серы и до 35% элементарной серы, содержащейся в шихте. После очистки от элементарной серы газы подаются на сернокислотное производство.

К недостаткам известного способа необходимо отнести значительный выброс в атмосферу элементарной серы с отходящими газами, достигающий 35-40% от всей серы, содержащейся в шихте. Утилизация этой серы увеличивает стоимость системы газопылеулавливания за счет дополнительных энергоресурсов, связанных на очистку отходящих газов от серы. Кроме того, процесс автогенный шахтной плавки может быть осуществлен только на крупнокусковых материалах, для чего необходимо иметь установку брикетирования шихты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ переработки сульфидного сырья, включающий подачу шихты, плавку в барботажной двухзонной печи и дожигание серы в отходящих газах кислородосодержащим газом. В этом способе продукты плавки штейн и шлак разделяются в глубоком подфурменном пространстве и выпускаются через соответствующие летки. Отходящие газы, содержащие диоксид серы до 20%, после охлаждения в котле-утилизаторе поступают на производство серной кислоты.

К числу недостатков известного способа следует отнести большой расход энергоресурсов и значительный вынос элементарной серы, достигающей 10% от массы загружаемой серы. К тому же следует отметить низкую производительность плавки, тяжелые условия эксплуатации котлов-утилизаторов.

Цель изобретения - снижение расхода энергоресурсов и уменьшение уноса серы с отходящими газами.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе переработки сульфидного сырья, включающем подачу шихты, плавку в барботажной двухзонной печи и дожигание серы в отходящих газах кислородсодержащим газом, согласно заявляемому способу дожигание серы с одновременным нагревом шихты осуществляют в шахтном теплообменнике, установленном над окислительной зоной печи, в верхнюю часть которого инертным газом тангенциально эжектируют шихту, а кислородсодержащий газ подают через сопла, расположенные по периметру теплообменника на расстоянии, составляющем 0,25-0,30 его высоты, с относительным шагом, определяемым по формуле D_т/пd_c. 4,0-6,0 со скоростью обеспечивающей проникновение струи газа в поток на глубину 0,15-0,17 диаметра теплообменника.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем. Проведенные исследования показали, что поскольку высшие сульфиды железа, составляющие основу агента автогенности при нагревании деструктируют с выделением элементарной серы, было бы целесообразно осуществить как можно более полное поджигание элементарной серы, выделяющейся во время нагрева шихты, так, чтобы максимально использовать ее тепло для обеспечения автогенности процесса плавки, повышения его производительности. Кроме того, при этом достигается надежная работа газового тракта печи и снижается температура отходящих газов до 200-250^оС.

Стоящая перед исследователями задача была успешно выполнена за счет оригинального решения - осуществления режима дожига серы в закрученном высокотемпературном потоке кислородсодержащим газом, поданным в поток в установленном в ходе экспериментов гидравлическом режиме дожигания. Было предложено осуществить дожигание серы в отходящих газах с одновременным нагревом шихты в циклонном теплообменнике, установленном над окислительной зоной печи. В верхнюю часть теплообменника инертным газом тангенциально эжектируют шихту, а в нижнюю часть навстречу шихте поступают технологические газы из печи. Применение теплообменника циклонного типа, обеспечивающего закрутку потоков шихты и отходящих газов, движущихся в противотоке друг к другу, позволяет значительно интенсифицировать процесс теплообмена. Тангенциальная подача шихты в верхнюю часть циклонного теплообменника максимально снижает возможный пылевынос, что также позволяет обеспечить оптимальный режим дожига серы. Опытным путем был установлен оптимальный режим подвода кислородсодержащего газа в циклонный теплообменник.

П р и м е р 1. Медный концентрат, содержащий в массе, %: медь 20,3; железа 21,7; сера 27,7; оксид кальция 1,4; оксид кремния 17,5 и известковый флюс с фракционным составом 0-1 мм загружались в циклонный теплообменник, установленный над окислительной зоной печи ПЖВ. Шихта подавалась в верхнюю часть циклонного теплообменника противоточно отходящим из плавильного пространства газам. Количество отходящих газов составляло 3000 м³/ч. Дожигание элементарной серы в потоке отходящих газов осуществлялось в указанном циклонном теплообменнике, для чего через фурмы, установленные в соответствии с заявляемой формулой в корпусе циклона, подавался кислородсодержащий газ. Глубина проникновения струи кислородсодержащего газа составила 0,16 диаметра циклона. Фурменный ряд циклонного теплообменника располагался на расстоянии, составляющем 0,25 его высоты, при этом фурмы по периметру циклона были установлены с относительным шагом, равным 6. Гидравлическое сопротивление газового тракта составило 5,5 кПа.

Нагретая до 900^оС шихта из циклонного теплообменника поступает в твердом виде в ванну, барботируемую кислородсодержащим газом с содержанием кислорода в дутье 30%. Плавка велась без добавки природного газа и клинкера, содержащих горючие вещества.

Полученный штейн отстаивается в подфурменном пространстве ванны печи. Шлак содержит столько же меди, сколько содержат ее шлаки при плавке в печи Ванюкова. При этом производительность печи возрастает до 75-80 т/м² в сутки. С отходящими газами выносилось 0,3% серы от массы загруженной серы.

П р и м е р 2 (по прототипу). Для проведения испытаний по способу-прототипу исследованиям подвергалась шихта того же состава, что и в примере 1. Плавка велась в печи ПЖВ, аналогичной примеру 1. Производительность установки 40-45 т/м² сут. Содержание кислорода в дутье 30%. Температура отходящих газов 1350^оС, шихта холодная (20^оС). Полученный шлак содержал 0,34-0,57% меди.

Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 1-2.

Как следует из данных, приведенных в табл. 1, проведенные исследования позволили установить оптимальную величину относительного шага, с которым установлены сопла по периметру циклонного теплообменника:

, где D_т - диаметр теплообменника;

d_c - диаметр сопла;

n - число сопл.

Как известно, дожигание серы в теплообменнике является физико-химическим процессом. При высокой температуре в теплообменнике скорость химического превращения (собственно горение) настолько велика, что она не лимитирует быстроту процесса горения. Основным фактором, лимитирующим процесс горения, является турбулентное перемешивание, которое влияет на скорость и качество процесса горения в целом.

Экспериментально было установлено, что целесообразным является уменьшение относительного шага размещения сопл, через которые подается кислородсодержащий газ (с 8 до 6-4), так как позволяет значительно интенсифицировать процесс перемешивания горючего и окислителя, а, следовательно, и более качественно дожечь серу.

Однако, как показали исследования, дальнейшее снижение относительного шага (увеличение кислородсодержащих струй) уменьшает проходное сечение для технологических газов и увеличивает общий объем газов (скорость возрастает), что приводит к возрастанию гидравлического сопротивления теплообменника.

Таким образом, оптимальный диапазон относительного шага составляет 4-6.

Исследования показали, что кислородсодержащий газ на дожигание серы необходимо подавать в циклонный теплообменник через сопла, расположенные по периметру теплообменника на расстоянии, составляющем 0,25-0,30 его высоты от низа шахты. При значении этой величины менее 0,25 в потоке газа наблюдается появление сплавленных частиц сульфида железа, что приводит к зарастанию выпускного отверстия циклона. При значении этой величины более 0,3 в потоке газа увеличивается содержание элементарной серы вследствие ухудшения условий дожига.

Как следует из приведенных данных, кислородсодержащий газ должен поступать в теплообменник со скоростью, обеспечивающей проникновение струи газа в поток на глубину, составляющую 0,15-0,17 диаметра теплообменника. При глубине проникновения струй кислородсодержащего газа, меньшей 0,15 диаметра теплообменника, движение окислителя осуществляется по периферии, тогда как то, что надо дожечь (сера) находится в основном в центре, поэтому дожигание носит затянутый характер. Растет недожог серы. При глубине проникновения струй больше 0,17 диаметра теплообменника струи пронизывают поток газа и сливаются на стенках. Наблюдается та же картина движения окислителя и горючей составляющей, что и при малой глубине проникновения. Сопротивление в этом последнем случае возрастает из-за уменьшения проходного сечения для основного потока газов, что крайне нежелательно.

В табл. 2 приведены экспериментальные данные по сопоставлению заявляемого технического решения с прототипом.

Таким образом, применение заявляемого способа позволяет значительно сократить расход энергоресурсов и снизить расход серы с технологическими газами.

Следует также отметить, что предлагаемый способ позволяет увеличить производительность на 35-40%, снизить расход кислорода на тонну проплавляемой шихты в 2,5-3,0 раза и снизить температуру отходящих газов до 200-250^оС