способ получения металлического олова

Формула изобретения

Способ получения олова из оловосодержащих материалов, включающий обработку окатышей в двухзонном реакторе шахтного типа с температурой нижней зоны 810 900^oС и восстановление их газом, содержащим водород, моноокись углерода, двуокись углерода и пары воды, последующее отделение расплавленного олова от твердого остатка, отличающийся тем, что в нижней зоне реактора окатыши восстанавливают при отношении суммы концентраций двуокиси углерода и паров воды к сумме концентраций моноокиси углерода и элементарного водорода до 1,0, на границе зон посредством фурм подают воздух в количестве, превышающем 10 30% от теоретически необходимого на дожигание восстановительных газов, при этом в верхней зоне ведут нагрев окатышей при поддержании температуры 830 950^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано предприятиями, перерабатывающими оловянные концентраты и промпродукты.

Известен способ восстановления оловянных концентратов, по которому оловянные концентраты в смеси с 5 извести восстанавливаются газом, содержащим 48 50 водорода и 41 49 моноокиси углерода (см. Цветная металлургия. 1969, 8, с. 48 49).

Недостатком способа является неустойчивость процесса восстановления мелкодисперсного оловянного сырья вследствие его спекания.

Известен и выбран в качестве прототипа способ получения олова по заявке N 4379387/02 (положит. реш. от 31. 01. 92), где смесь оловосодержащего материала с коксиком обрабатывают раствором соды, окатывают, а затем проводят нагрев окатышей в реакторе, поддерживая в одной зоне температуру 650 600^oC и соотношение суммы концентраций двуокиси углерода и паров воды к сумме концентраций моноокиси углерода и водорода 1,2 1,4, а в другой зоне - температуру 810 900^oC и соотношение вышеуказанных компонентов в восстановительном газе 0,2 0,8, при этом отделение расплавленного олова от твердого остатка ведут раздавливанием окатышей в восстановительной среде.

Недостатками известного способа являются:

пожаро-взрывоопасность отходящих из реактора газов при указанных соотношениях концентрацией газовых компонентов, вследствие чего все оборудование установки реактора должно быть выполнено во взрывобезопасном исполнении, а строительные конструкции также должны отвечать специальным требованиям безопасности, что требует значительных капитальных вложений;

дополнительный расход топлива на нагрев шихты до температуры восстановления, с сжиганием его в специальных топочных устройствах;

снижение удельной производительности реактора, поскольку в реактор, кроме оловосодержащего сырья, загружается также твердый восстановитель (коксик) в количестве 10 от веса сырья.

Целью изобретения является снижение расхода топлива и снижение взрывоопасности.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что окатыши нагревают и подвергают восстановительному обжигу в вертикальном реакторе шахтного типа, по высоте разделенном фурмами на две зоны: верхнюю нагревательную и нижнюю восстановительную с температурой 810 900^oC. Через фурмы, разделяющие шахту на зоны, подается в реактор воздух (или кислородсодержащей газ) для дожигания поступающих из нижней зоны недоиспользованных водорода и моноокиси углерода. В результате дожигания горючих газов в верхней зоне концентрации их в отходящих из реактора газах становятся ниже пределов взрываемости, а выделяющееся при этом тепло используется на нагрев окатышей до температуры 830 950^oC, необходимой для протекания реакций восстановления в нижней зоне. Воздух подают в количестве, превышающем теоретически необходимое для полного сжигания неиспользованных газов на 10 30 В отходящих из реактора газах содержится водорода 1,0 моноокиси углерода 1,0 т. е. значительно ниже пределов взрываемости этих газов (4,0 и 12,5 соответственно). Концентрации газов восстановителей, выходящих из зоны восстановления, находятся выше пределов их взрываемости, т. к. они не могут быть использованы в восстановительном процессе на 100 Для протекания реакций восстановления концентрации моноокиси углерода и водорода должны быть выше концентраций этих газов в равновесных составах. Например, при температуре 800^oC равновесный состав газовых компонентов для реакций восстановления олова составляет, об. CO 20; CO₂ 80; H₂ 22; H₂O 78.

Восстановленная масса окатышей в том же реакторе на выходе из зоны восстановления механическим способом раздавливается, подвергается вибрации и поступает в емкость с жидким оловом, при этом капельки переходят в расплав, а твердый остаток всплывает на поверхность и периодически удаляется. За счет подогрева окатышей до максимально возможной температуры в верхней зоне появляется возможность повышения теплопотребления в нижней зоне из реакции восстановления, благодаря чему достигается повышение удельной производительности реактора.

В верхней зоне окатыши нагреваются до 830 950^oC против 650 - 800^oC по прототипу. Таким образом обеспечивается теплом процесс восстановления, который протекает с большой затратой тепла, например, SnO₂ + 2H₂ Sn + 2H₂O 22500 ккал/кгмоль. Газ, подаваемый в нижнюю зону, выполняет двойную функцию, являясь не только восстановителем, но и теплоносителем. Однако повышение температуры газа сверх 900^oC недопустимо из-за спекания материала.

Преимущество заявленного способа заключается в том, что за счет установки воздушных фурм в середине шахты зоны строго разграничены на восстановительную и нагревательную. При этом собственно в реакторе практически полностью используются подаваемые в него моноокись углерода и водород на химические реакции восстановления олова и нагрев материала в верхней зоне. Поэтому, по сравнению с прототипом, где процесс восстановления осуществляется в обеих зонах по всей высоте шахтного реактора газами, отличающимися только своим восстановительным потенциалом, изменяются температурный режим и состав газов в верхней зоне и теплопотребление в нижней зоне. Это приводит к стабильности процесса, позволяет сохранить извлечение олово на том же уровне при снижении расходов топлива и кислорода на 15 20

Весьма существенным является получение отходящих дымовых газов пожаро-взрывобезопасными, благодаря чему капитальные вложения на строительство установок по сравнению с прототипом сокращаются на 25 40 в зависимости от мощности установки и условий строительства (новое строительство, реконструкция).

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом на полупромышленной установке.

Оловосодержащие материалы различного состава (богатые концентраты, бедные концентраты, огарки после обжига, фьюминг-возгоны) окатывают и сушат. Сухие окатыши загружают в шахтный реактор внутренним диаметром 250 мм. В серии опытов производительность реактора поддерживалась постоянной 20 кг/ч. Окатыши восстанавливали в нижней зоне реактора продуктами конверсии природного газа кислородом.

Для определения оптимальных режимов процесса в ходе экспериментов изменяли расход природного газа в диапазоне 2,0 3,6 нм³/ч, кислорода - 2,5 3,0 нм³/ч. При этом в реактор подавался конверсированный газ различного состава при колебании соотношения в пределах 0,15 1,0. Температуру конверсионного газа изменяли от 800 до 920^oC. Продолжительность пребывания гранул в зоне восстановления составляла около 2 часов. Через фурму в средней части реактора подавали холодный воздух в количестве от 3,2 нм³/до 8,5 нм³/ч соответственно, избыток воздуха на дожигание составлял 8 40 по сравнению с теоретически необходимым на дожигание. За счет тепла, выделяющегося от дожигания остаточного количества моноокиси углерода и водорода, не использованных в зоне восстановления, окатыши нагревали в верхней зоне до температуры 780 980^oC. Режимные параметры серии опытов приведены в табл. 1.

Экспериментально установили, что реактор работает устойчиво с достижением высоких показателей по степени восстановления олова в случае соблюдения следующих условий:

температура конверсированного газа на входе в реактор 810 - 900^oC;

соотношение в конверсированном газе до 1,0;

температура нагрева окатышей в верхней зоне 830 950^oC;

избыток воздуха на дожигание горючих газов в верхней зоне по сравнению с теоретически необходимым количеством 10 30

Одним из основных условий, определяющих стабильность процесса с обеспечением оптимальной производительности по переработке гранул без их спекания и высоких показателей по восстановлению олова является температура восстановительного газа и его состав. При температуре газа на входе в реактор 800^oC и ниже отметили тенденцию снижения степени восстановления олова, а повышение температуры до 910 950^oC привело к спеканию гранул при полном расстройстве процесса, т. е. при отсутствии схода гранул происходило переполнение реактора и загрузку прекращали. Эксперименты возобновляли после удаления спеков с изменением режимных параметров.

При переработке богатого оловянного сырья использовался конверсированный газ, в котором соотношение составляло 0,15. При изменении состава газа в сторону снижения соотношения показатели по восстановлению олова практически не увеличились. Однако, отметили резкое повышение содержания сажистого углерода в газе с отложениями его в подводящих к реактору трубопроводах. Для бедного оловянного сырья оптимальная величина этого соотношения определена равной 1,0. Дальнейшее повышение этого соотношения с увеличением содержания газов окислителей влечет за собой снижение степени восстановления.

Другим определяющим фактором является температура нагрева гранул в верхней зоне, также связывая влияние и на устойчивость работы реактора, и на показатели извлечения олова (см. таблицу). Третий фактор количество подаваемого воздуха на дожигание. От этого технологического параметра зависят и состав отходящих газов и температура нагрева гранул в верхней зоне.

При избытке воздуха меньшее 10 по сравнению с теоретически необходимым отметили возможность недожега газов при довольно высоких концентрациях моноокиси углерода и водорода в отходящих из реактора газах. Соответственно снижается температура нагрева гранул до 800 820^oC, которая является недостаточной для последующего активного процесса восстановления. Как следствие, зафиксировали снижение степени восстановления олова.

Отрицательно влияет на процесс и повышенный расход воздуха. При избытке воздуха более 30 достигается практически полное дожигание газов. Однако за счет разбавления продуктов горения повышенным количеством холодного воздуха также снижается температура гранул в верхней зоне. ТТТ1 ТТТ2