Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia metalicznego kamienia z koncentratu mineral¬ nego zawierajacego siarczek metalu niezelaznego.Zastosowanie pieca plomieniowego do wytapia¬ nia z siarczków metali niezelaznych — niezelaz¬ nych kamieni, poddawanych nastepnie dalszej ob¬ róbce i rafinowanych w celu otrzymania cennego metalu niezelaznego, bylo jednym z pierwszych sposobów wyodrebniania metali, takich jak miedz, nikiel i podobne.Istnieja i sa utrzymywane w ruchu liczne tego typu zaklady wytwarzajace te metale niezelazne, aczkolwiek ostatnie zmiany w sytuacji energetycz¬ nej i ochronie srodowiska stworzyly problemy w stosowaniu pieców plomieniowych.Takie piece plomieniowe maja postac poziomych zbiorników z wykladzina ogniotrwala, z palnika¬ mi znajdujacymi sie przy jednym koncu. Szero¬ kosc takiego zbiornika we wnetrzu wynosi okolo 11,3—15,8 m, jego dlugosc wynosi zwykle okolo 45 m, a wysokosc, tzn. odleglosc miedzy sklepie¬ niem i spodem wynosi okolo 4,5—6,8 m. Rózne sa konstrukcje sklepienia, przy czym zwykle stosuje sie sklepienie podwyzszone, zasadowe lub sklepie¬ nie odcinkowe, krzemionkowe.Piec opalany jest paliwem kopalnym za pomoca palników umieszczonych z jednej jego strony ale, oczywiscie, palniki mozna rozmiescic rozmaicie w piecu. Piec mozna ogrzewac spalajac olej opalowy, gaz ziemny lub sproszkowany wegiel, przetapia¬ jac siarczki na kamien. Gazy spalinowe na ogól wyplywaja z pieca w koncu przeciwleglym do palników. Piec posiada zazwyczaj otwór spustowy zuzla znajdujacy sie w poblizu konca przeciw- 5 leglego do palników, natomiast otwory spustowe kamienia umieszczane sa rozmaicie. Koncentrat siarczku i topnik laduje sie zwykle do pieca z boku, wzdluz scian pieca.Jak wiadomo, piece plomieniowe pochlaniaja io duzo paliw kopalnych, a ponadto sa szkodliwe dla otoczenia. Takie piece, jak na przyklad sto¬ sowane do przetapiania surowych koncentratów siarczku miedzi, odznaczaja sie mala sprawnoscia cieplna i mala wydajnoscia jako reaktory che- 15 miczne. Pozostaje to sluszne, nawet jezeli jako wsad do pieca stosowac goracy produkt prazony zamiast wilgotnego placka filtracyjnego. Takie piece zuzywaja duze ilosci gazu ziemnego, oleju lub wegla, których cena bardzo obecnie wzrasta, 20 a podaz moze zmalec, badz tez innych paliw, które mozna- wykorzystac do wazniejszych celów.Z konwencjonalnych pieców plomieniowych otrzymuje sie duze ilosci zapylonych gazów odlo¬ towych o malej zawartosci dwutlenku siarki, na 35 przyklad 1%. Powoduje to koniecznosc bardzo kosztownego odpylania. Zawartosc. dwutlenku siar¬ ki jest przy tym zbyt niska, aby ekonomicznie odzyskiwac siarke, a jeszcze za duza, aby zyskac zezwolenie organów ochrony srodowiska na wy- 30 puszczenie gazów do atmosfery. 122 628122 628 Koszt odpylania jest bezposrednio zwiazany z objetoscia gazów wymagajacych obróbki. Fabryka kwasu siarkowego potrzebuje surowca zawieraja¬ cego co najmniej okolo 4f/o dwutlenku siarki, aby mogla sprawnie pracowac. Ze wzgledów ekono¬ micznych korzystniejsza jest przeróbka surowca zawierajacego 8V§ SO* Alternatywne sposoby wia¬ zania siarki wymagaja gazu jeszcze bogatszego w dwutlenek siarki, jezeli maja byc ekonomiczne.Sprawnosc spalania paliwa w konwencjonalnych piecach plomieniowych jest niska, przede wszyst¬ kim z uwagi na zly kontakt gazu z cialem sta¬ lym i, tym samym, mala szybkosc wymiany cie¬ pla miedzy goracymi gazami a wsadem wprowa- dzailym j&zez^t%?czne qtwory w scianach pieca.Cynikiem tego Jest' ucieczka polowy ciepla spa- lania z gazami odlotowymi z pieca. Wydajnosc reakcji-«chemiflenej jest niska, poniewaz slaby jest nie|tJ^kb^ko»taht gazu z cialem stalym, ale takze gazu z ciecza i"cieczo z ciecza.Szybkosc wymiany masy i ciepla w piecu plo¬ mieniowym jest niewielka, bowiem maly jest sto¬ sunek aktywnej powierzchni do masy skladników wprowadzanych do pieca. Tak wiec, procesy w takim piecu zachodza powoli. Powoduje to straty energii we wszystkich jego postaciach.Ponadto, piece te wywieraja ujemny wplyw na srodowisko.Ze wzgledu na wysokie koszty zastapienia pie¬ ców plomieniowych nowoczesniejszymi urzadzenia¬ mi i sposobami przeprowadzono wiele badan i eksperymentów, tak w przemysle, jak w insty¬ tucjach rzadowych, w poszukiwaniu ulepszen pie¬ ców plomieniowych, pozwalajacych na zmniejsze¬ nie zanieczyszczania powietrza, a zwlaszcza emisji SOi, oszczednosc paliwa i poprawe wydajnosci me¬ talurgicznej.Szczególnie intensywnie badana alternatywa, niestety z niekorzystnymi na ogól wynikami, jest wymywanie gazów odlotowych, na przyklad za pomoca zawiesiny weglanu wapnia w celu usu¬ niecia SOj w postaci zawiesiny siarczanu wapnia.Inny kosztowny sposób obróbki gazów z pieców plomieniowych obejmuje zwiekszenie zawartosci SOi przez absorpcje w rozpuszczalniku organicz¬ nym i przeprowadzenie stezonego SO2 w siarke elementarna, kwas siarkowy lub ciekly SO* Poniewaz wiekszosc gazów odlotowych stanowia produkty spalania paliwa kopalnego, w tym rów¬ niez azot z powietrza do spalania, przeto w nie¬ których instalacjach czesc powietrza dostarczane¬ go do palników zastapiono tlenem uzyskujac po¬ prawe sprawnosci cieplnej pieca i zwiekszenie je¬ go przerobowosci.Sprawdzono równiez wplyw wprowadzania tlenu lancami wprowadzonymi przez sklepienie pieca plomieniowego na szybkosc przetapiania i zawar¬ tosc SOb w gazach odltowych spodziewajac sie zmniejszenia zuzycia paliwa, jednak nie osiagnie¬ to sukcesów handlowych. Napotykano na takie problemy, jak uszkodzenie wymurówki na skutek lokalnych przegrzan i rozpryskiwanie kapieli Wprowadzanie tlenu lancami mozna stosowac w celu uzyskania dobrego kontaktu gazu, cieczy i ciala stalego w obrotowych konwertorach, a to na skutek wytworzenia burzliwego ruchu kapieli.Sposób taki znany jest z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 3 004 846, 3 030 201, 3 069 254, 3 468 629, 3 516 818, 3 605 361 i O 3 615 362.Zastosowanie silnych strumieni tlenu do nada¬ nia ruchu turbulentnego kapieli w piecach plo¬ mieniowych nie jest jednak rozwiazaniem prak¬ tycznym. Podsumowujac wyzej przedyskutowane i w inne uprzednio zaproponowane modyfikacje ist¬ niejacych pieców plomieniowych i operacji pomoc¬ niczych, zadna z nich nie zyskala powszechnej akceptacji, ani tez nie wydaje sie, aby którakol¬ wiek mogla opóznic wylaczenie z eksploatacji W wiekszosci z tych pieców.Nowoczesny sposób obróbki koncentratów siarcz¬ ków metali niezelaznych calkowicie odrzuca wy¬ tapianie w piecach plomieniowych i stosowanie czesci lub wszystkich urzadzen pomocniczych. * Przykladami sa w tym wzgledzie sposoby ciaglego wytapiania wg technologii firm Noranda i Mitsu¬ bishi.Ostatnim osiagnieciem tych firm jest ciagly spo¬ sób, zwany Q-S Oxygen Process, autogenicznej 25 przemiany siarczków metali niezelaznych na ka- ' mien lub metal, znany z opisu patentowego Sta¬ nów Zjednoczonych Ameryki nr 3 941587, wedlug którego autogeniczna przemiane prowadzi sie w jednym reaktorze wprowadzajac tlen ponad i do 30 wnetrza stopu.Dwa sposoby natychmiastowego przetapiania, to jest sposób tlenowy INCO i sposób Outukumpu Oy, stanowia dobra odmiane znanych sposobów wytapiania w piecach plomieniowych., Do ich re- » alizacji stosuje sie piece o specjalnej konstrukcji.W przypadku sposobu tlenowego INCO, znanego z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ame¬ ryki nr 2 668 107, do pieca typu plomieniowego w postaci naczynia z plaszczem stalowym wtryskuje <• sie, przez poziomo umieszczone palniki, mieszani¬ ne siarczku, topnika i tlenu. Palniki te sa podob¬ ne do znanych palników na sproszkowany wegiel. i zasilane sa suchym, stalym surowcem, wtryski¬ wanym w silnym strumieniu tlenu. v « W konwencjonalnych sposobach zasadniczymi urzadzeniami do przetapiania mineralnych kon¬ centratów metali niezelaznych sa piece plomie¬ niowe. Zastapienie ich nowoczesniejszymi sposoba¬ mi moze byc trudne ze wzgledów ekonomicznych. 50 Stale uzytkowanie takich pieców plomieniowych ma natomiast, jak wspomniano, powazne wady, takie jak niska ich sprawnosc energetyczna i za¬ nieczyszczanie srodowiska.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wy- 55 tapiania koncentratów, który mozna realizowac w istniejacych piecach plomieniowych, pozbawiony niedogodnosci zwiazanych z ich stosowaniem, któ¬ ry umozliwialby uzytkowanie istniejacych pieców plomieniowych po stosunkowo prostych i niekosz- 80 townych przeróbkach, w celu przetapiania mine¬ ralnych siarczków metali niezelaznych na kamien przy znacznie zwiekszonej zdolnosci produkcyjnej, zmniejszonym zuzyciu paliwa i zwiekszonej za¬ wartosci dwutlenku siarki w gazie odlotowym z w pieca.122 5 Byloby korzystne, aiby w sposobie tym mozna bylo stosowac tlen technologiczny, tak aby stan¬ dardowa, przestarzala praktyke wytapiania w pie¬ cach plomieniowych latwo bylo zastapic procedura wydajna i ekonomiczna. Sposób wedlug wynalaz- * ku umozliwia oszczednosc duzych kapitalów wy¬ maganych dla adaptacji urzadzenia, tak aby byc w zgodzie z przepisami dotyczacymi energii i ochrony srodowiska.Sposób przetapiania mineralnych siarczków me-i * tali niezelaznych wedlug wynalazku umozliwia stosowanie sproszkowanego wegla w niewielkich ilosciach w celu regulacji zawartosci cennego me¬ talu w kamieniu i zuzlu.Sposób wytwarzania kamienia zawierajacego .co ** najmniej jeden metal niezelazny z grupy sklada¬ jacej sie z miedzi, niklu i kobaltu, z koncentra¬ tów zawierajacych siarczek metalu w poziomym piecu plomieniowym zawierajacym stopiony ka¬ mien i zuzel oraz goraca atmosfere o duzej za- 3° wartosci dwutlenku siarki, wedlug wynalazku po¬ lega na tym, ze do goracej atmosfery wtryskuje sie mieszanine siarczku metalu, topnika i gazu bogatego w tlen, przy czym wieksza czesc mie¬ szaniny wtryskuje sie w dól, przez pionowo * umieszczone palniki, w postaci spokojnego desz¬ czu, tak ze utlenianie koncentratu siarczkowego zachodzi zasadniczo przed zetknieciem czastek z kapiela i w wiekszej czesci pieca równomierny jest rozdzial ciepla i masy. 30 Na ogól gaz bogaty w tlen zawiera 33—99,5% tlenu, a przez pionowo usytuowane palniki-zrasza- cze wtryskuje sie w dól promieniowo, do goracej atmosfery pieca, suche cialo stale w postaci drob¬ nej zawiesiny powstajacej wskutek istnienia duzej M poziomej skladowej predkosci uzyskiwanej pod¬ czas wtryskiwania surowca.Korzystne jest, aby skladowa pozioma byla wieksza od skladowej pionowej, bowiem wówczas uzyskuje sie spokojne opadanie szerokiego strumie- 40 nia wstrzyknietych czastek stalych w postaci desz¬ czu do kapieli stopionych substancji.Wedlug wynalazku z koncentratem siarczkowym i topnikiem mozna zmieszac drobno zmielony we¬ giel i wtryskiwac wraz z gazem bogatym w tlen, ** regulujac w ten sposób jakosc kamienia. Homo¬ geniczna mieszanine koncentratu siarczkowego i wegla mozna wprowadzac tylko w poblizu otworu do odprowadzenia zuzla z pieca. Wskutek tego znacznie zmniejsza sie zawartosc metalu w zuzlu, 50 tak ze mozna go juz odrzucic.Na figurze 1 na rysunku przedstawiono schema¬ tycznie przekrój pieca plomieniowego zmodyfiko¬ wanego tak, aby mozna bylo go stosowac w spo¬ sobie wedlug wynalazku. 55 Na figurze 2 na rysunku pokazano przekrój te¬ go pieca wzdluz linii II-II zaznaczonej na sche¬ matycznym rysunku fig. 1.Siarczki metali niezelaznych przeprowadza sie sposobem wedlug wynalazku w kamien cennego w metalu przy uzyciu zmodyfikowanego pieca plo¬ mieniowego.Sposób wedlug wynalazku jest szczególnie uzy¬ teczny przy wytwarzaniu wytsokojakosciowego ka¬ mienia z koncentratów siarczków miedzi, niklu i 65 e kobaltawo-zelazowych, taflach jak chaUcopóryt, pen- tLandyt, linnieit, piryt i pdirotyn.Ponizszy opis dotyczy wprawdzie przeróbki kon¬ centratów npedziowych, ale sposobem wedlug wy¬ nalazku mozna takze obrabiac mieszaniny kon¬ centratów siarczków miedzi, niklu i kobaltowo- -zelazowych.Koncentrat miedzi i topnik suszy sie, drobno miele i miesza, tak aby mozna bylo rozpylic je w postaci lagodnego deszczu drobnych kropelek nad stopem w piecu plomieniowym.Korzystne jest rozdrobnienie siarczków do roz¬ miarów ponizej okolo 0^4 mm, a .to w celu za¬ pewnienia odpowiednich warunków reakcji siarcz¬ ku z tlenem znajdujacym sie w fazie gazowej po¬ nad stopem, zanim czastki zetkna sie z kapiela.Z podobnych przyczyn, to znaczy zapewnienia do¬ brych warunków wymiany masy i ciepla, najko¬ rzystniejszy jest topnik o uiziarnieniu ponizej oko¬ lo 0,4 mm.Koncentrat siarczkowy wtryskuje sie do pieca z gazem bogatym w tlen, którego stezenie ma wplyw na przebieg reakcji z siarczkami. Stoso¬ wany tu termin „gaz bogaty w tlen" oznacza gaz zawaierajacy co najmniej 33% tlenu, az do dostep¬ nego w handlu tlenu technicznego o zawartosci okolo 9<5—09,Si°/o O2. Korzystne jest wytapianie przy uzyciu gazu zawierajacego okolo 80—99y5°/« tlenu, ze wzgledu na najwyzsza sprawnosc ope¬ racji prowadzonej w tym obszarze stezen.Koncentrat siarczkowy, topnik i gaz bogaty w tlen wtryskuje sie do pieca plomieniowego w taki sposób, aby utworzyc paraboloidalny strumien drobnej, spokojnie opadajacej zawiesiny czastek mineralnych. Surowce rozpryskuje sie pod skle¬ pieniem pieca, wskutek czego reakcja siarczku z tlenem dobiega zasadniczo do,konca w „ognistej kulce" przed opadnieciem materialu siarczkonos- nego do kapieli znajdujacej sie w piecu. Tak wiec, tlen styka sie z siarczkami w fazie gazowej, powyzej- cieklego zuzla znajdujacego sie w piecu.Zachodza wówczas egzotermiczne reakcje chemi¬ czne umozliwiajace autogeniczne, w razie potrze¬ by, prowadzenie operacji.W celu zakonczenia reakcji koncentratów siarcz¬ ku z tlenem przed zetknieciem sie z kapiela oraz w celu zapewnienia rownoimaiernej temperatury i rozdzialu materialu w piecu koncentrat siarczko¬ wy wtryskuje sie do goracej atmosfery w wielu miejscach pod sklepieniem pieca. Te pionowo skierowane strumienie mozna wprowadzac przez wiele pionowo usytuowanych palników znajduja¬ cych sie w sklepieniu pieca, pozwalajacych na wtrysniecie koncentratów siarczkowych w taki sposób, aby utworzyl sie paraboloidalny strumien zawiesiny. Stale surowce wtryskuje sie do goracej atmosfery bogatej w dwutlenek siarki rozprasza¬ jac je równomiernie nad przewazajaca czescia po¬ wierzchni kapieli w piecu, czym zapewnia sie równomierny rozdzial temperatury i materialu.Korzystne jest, aby pozioma skladowa pred¬ kosci wtrysnietego wsadu byla wieksza od skla¬ dowej pionowej wynoszacej ponad 45 nVs, w celu zapewnienia lagodnego opadania rozleglego para¬ sola deszczu na stop. T)ermin „atmosfera bogata122 628 w dwutlenek siarki" oznacza atmosfere zawiera¬ jaca ponad 10% objetosciowych dwutlenku siarki.Tak wstrzykujac koncentraty z gazem bogatym w tlen znacznie przyspiesza sie wytapianie, bo¬ wiem czastki koncentratu siarczkowego otoczone sa gazem o wysokim stezeniu tleniu.Znacznie zwiekszona jest równiez powierzchnia miedzyfazowa po osiagnieciu kapieli pnzez ciekle reagenty. Taki sposób wtryskiwania surowców daje tez doskonale zdyispetrgowame mieszaniny ka¬ mien/zuzel i dobra regulacje wymiany ciepla, przy czym calosc utrzymywana jest w spokoju, co umozliwia opadanie fazy kamienia w fazie zuzlo¬ wej.Wielka zaleta rozprysikiwania koncentratów w postaci irozdrobnionej, jednorodnej mieszaniny koncentratu, topnika i gazu bogatego w tlen w postaci paraboloidalnego strumienia jest to, ze pozadane reakcje przebiegaja w goracej atmosfe¬ rze powyzej zuzla. Wiele palników rozpyla ma¬ terialy tak, ze powstaje zasadniczo ciagly, duzy owalny obszar wzdluz osi pieca, w którym stopio¬ ne produkty stykaja sie z zuzlem.Temperatura materialu w piecu przed wprowa¬ dzeniem koncentratu siarczkowego, topnika i gazu bogatego w tlen powinna wynosic ponad 5#0°C, aby mogla zachodzic spontaniczna reakcja kon¬ centratu z tleniem.Sposób wedlug wynalazku mozna realizowac przez mieszanie sproszkowanego wegla z koncen¬ tratem i wtryskiwanie tej mieszaniny z gazem bogatym w tlen. Ze wzgledu na zasysanie powie¬ trza do pieca plomieniowego i straty ciepla do otoczenia droga konwekcji, przewodzenia lub pro¬ mieniowania, czasami cieplo utleniania mineral¬ nych koncentratów jest mniejsze od ciepla odpro¬ wadzanego z pieca.Na przyklad, proces trzeba czasami prowadzic w warunkach, w których powstaje kamien mie¬ dziany zawierajacy miedz w stezeniu mniejszym od optymalnego, bowiem cieplo egzoteffimicznerj re¬ akcji nie wystarcza na pokrycie strat cieplnych i autogeniczny przebieg procesu wedlug wynalaz¬ ku, nawet mimo stosowania technicznego tlenu.W takiej sytuacji z koncentratem mineralnym mozna mieszac wegiel w niewielkich ilosciach w celu dostarczenia ciepla do pieca droga spalenia go i pokrycia ewentualnych strat cieplnych, a tym samym zbilansowania operacji pod tym wzgledem.Ponadto sposób wedlug wynalazku mozna rea¬ lizowac dodajac wegiel tylko do palnika umiesz¬ czonego najblizej otworu spustowego zuzla z pie¬ ca, na przyklad w polowie odleglosci miedzy scia¬ nami. Przy takim sposobie postepowania staly ma¬ terial wtryskiwany tym palnikiem do goracej atmosfery moze byc pozbawiony topnika, stano¬ wiac mieszanine koncentratu siarczkowego, na przyklad chalkopirytu lub pirytu z niewielka ilo¬ scia wegla, a jako gaz bogaty w tlen, korzystnie zawierajacy &0—09j5tyo O2, mozna stosowac powie¬ trze wzbogacone tlenem, zawierajace na przyklad 33% O2. W odpowiednich warunkach koncentraty siarczku miedzi, niklu, kobaltu lub zelaza topia sie kosztem ciepla spalania wegla, co w konse¬ kwencji powoduje „odpafrowanie,, ich labilnych atomów siarki.Uzyskany tak ciekly kamien bogaty w siarczek zelaza, a ubogi w miedz, nikiel lub kobalt roz- 5 pryslkiwany jest nad duzym obszarem zuzla w poblizu srodkowej jednej/trzeciej czesci pieca. Ten staly „deszcz" cieklego, niskojakosciowego kamie¬ nia styka sie z zuzlem duza powierzchnia i w czasie na tyle dlugim, aby obnizyc zawartosc 10 cennego metalu w zuzlu przed spustem z pieca, a to skutkiem polaczonego dzialania chemicznego, rozcienczania i wymywania zraszajacym siarcz¬ kiem zelazowym.Sposobem wedlug wynalazku uzyskuje sie spo- 15 kojna kapiel, wskutek czego nieznaczny jest dy¬ fuzyjny ruch masy przez stosunkowo niewielka powierzchnie pozioma miedzy fazami: krzemiano¬ wa i siarczkowa w kapieli. W konsekwencji nie osiaga sie stanu równowagi miedzy tymi dwoma *o fazami. Sposób wytapiania z takim dodatkiem we¬ gla umozliwia znaczne zwiekszenie odzysku cen¬ nego metalu, na przyklad wytwarza sie kamien o duzej zawartosci miedzi i zuzel o malej zawar¬ tosci miedzi, nawet bez korzystnego przeciwpra- 25 dowego przeplywu faz. Produkcja takiego zuzla o malej zawartosci miedzi pozwala na wyrzucanie zuzla bez potrzeby kosztownej i energochlonnej obróbki zuzla w celu odzyskania zen miedzi.Na rysunkach przedstawiono schematycznie piec 30 plomieniowy tak zmodyfikowany, aby mozna bylo realizowac w nim sposób wedlug wynalazku. Piec plomieniowy 1 wylozony jest materialem ognio¬ trwalym i zaopatrzony jest w spust zuzla 3, spust kamienia 5 i wylot gazów odlotowych 7. Piec w moze posiadac urzadzenia 9 do ladowania zuzla, ewentualnie zawracanego do pieca w celu od¬ zyskania cennego, znajdujacego sie w nim me¬ talu.W dolnej czesci pieca znajduje sie stopiony ma- 40 terial zawierajacy warstwe stopionego kamienia 11 i ponad nia warstwe zuzla 13. W obszarze 15, miedzy faza zuzlowa 13 a sklepieniem 17 pieca, znajduje sie ogrzana atmosfera bogata w dwutle¬ nek siarki. Wzdluz sklepienia 17 umieszczonych *5 jest wiele rozpylaczy-palników tlenowych wytwa¬ rzajacych w ogrzanej atmosferze paraboloidalny strumien zawiesiny koncentratu siarczkowego, top¬ nika i gazu bogatego w tlen.Przewodami 21 do palników doprowadza sie ho- 50 mogeniczna mieszanine koncentratu siarczkowego (S) i topnika (F) zmieszana w palnikach 19 z ga¬ zem bogatym w tlen doplywajacym przewodami 23. Calosc wprowadza sie do goracej atmosfery powyzej stopionego zuzla 13. W razie potrzeby 55 dodaje sie wegiel gruntownie zmieszany z kon¬ centratem, ladujac mieszanine do pieca wraz z tlenem za pomoca palników 19.Jak uwidoczniono na rysunku, koncentrat siarczkowy, topnik i gaz bogaty w tlen tworza oo wiele paraboloidalnych strumieni zawiesiny 25.W tych promieniowo i w dól plynacych strumie¬ niowych zawiesin 25 koncentratu siarczkowego, topnika i gazu bogatego w tlen wzajemnie na siebie oddzialywuja koncentrat, topnik i tlen znaj- 05 dujace sie w goracej atmosferze w obszarze 15122 628 9 10 Tablica 1 PFE dla plomieniowego wytapiania wilgotnego wsadu Szybkosc wytapiania: 1040 ton koncentratu dziennie Podgrzanie powietrza: 7&% do 22lO°C Ilosc paliwa: 5,075 • 106 kJ/tone koncentratu Zuzycie 98% tlenu: nie stosowano Jakosc kamienia: 3i5%Cu Tony kjwasui/tone miedzi anodowej: 2^87 Wydajnosc tlenowa: 90% TonVkoncentratu/tone miedzi anodowej: 3,440 U i. Przetapianie: a) olej opalowy b) sprezone powietrze do spalania (0,102 MPa) c) para do podgrzania po¬ wietrza do spalania d) para do podgrzania oleju opalowego ie) para do atomizacji oleju opalowego f) gaz do odpylania i obróbki g) topnik . h) uznanie za pare: 1) zuzycie w c, d, e 2) wytworzona energia elektr. 2. Proces konwertorowy: a) calkowite zuzycie energii na: b) wytworzona energia elek¬ tryczna 3. Produkcja miedzi anodowej 4. Rózine (operacje miedzywy¬ dzialowe i inne) 5, Wytwarzanie kwasu: a) gaz konweirto.rowy (7,62% S02) b) gaz do atmosfery RAZEM Zuzycie na 1 tone miedai anodowej Ilosc 0,426 m3 4080 Nm3 — — — 6i5|20 Nm3 0,041 ton — 427,6 kWh 1,0)42 tony pretów 171,1 kWh 1,0 tona 48,2 kWh 216,6 kWh Energia jednostkowa 41-10* kJAn3 23,5 kJ/Nm3 — — — 9(3,9 kJ/Nm3 105,5 kJ/t — 11 078 kJykWh 3,45i3-10* kJ/t 11078 kJ/kWh 1,414-10* kJ/t 11078 kJ/kWh 11 078 kJ/kWh _J ' calkowita, min kJ 17,450 ¦ 0,096 1,3^5 0,083 0,3121 0,61(2 0,004 ^1,779 —4,737 3,598 —.1,896 1,420 0^534 2,400 19,480 | PFE=10,48' 10* kJi/tone miedzi ainodowej pieca, gdzie sa odpowiednie warunki wymiany ciepla, i zasadniczo do konca dobiega reakcja che¬ miczna przed zetknieciem z zuzlem 13. Jak to pokazano, korzystne jest przenikanie sie lub sty¬ kanie parasoli zawiesin, kt6rych rzuty tworza owal.Jezeli do mineralnych siarczków dodaje sie we¬ giel w celu dostarczenia dodatkowego ciepla do pieca, wówczas wprowadza sie go przewodami 27a, 27b i 27c i gruntownie miesza z siarczkiem uzys¬ kujac homogeniczna mieszanine przed wstrzyknie¬ ciem przez palniki 19.W przypadku gdy wegiel dodaje sie tylko do palnika 19 najblizszego otworowi spustowemu zu¬ zla, wegiel doprowadza sie przewodem 27c, miesza z koncentratem mineralnego siarczku i wstrzykuje tylko palnikiem 19, najblizszym otworowi spusto¬ wemu zuzla 3 pieca 1.Sposób wedlug wynalazku zilustrowano poniz¬ szymi przykladami, przy czym przyklad I doty¬ czy konwencjonalnego pieca plomieniowego. 45 Przyklad 1. Jako przyklad znanego sposobu przetapiania siarczków miedzi przy uzyciu pieca plomieniowego wybrano opisany w publikacji H. H. Kelloga i J. M. Hendersona, „Energy USe 50 in Sulfide Smelting of Copper, Rozdzial 19, Toim 1, Extractive Metallurgy of Copper, Metallurgical Society of AIME, 1976, stor. 373^-375-; odpowiada mu Process Fuel Equivalent (PFE) podany na str. 397. Jak podano w tej publikacji, typowym spo¬ sobem wytapiania w piecu plomieniowym prze- 55 rabiano 1040 ton dziennie koncentratu zawiera¬ jacego 29,5% miedzi, 26% zelaza, 31% siarki i 8% krzemionki. Straty cieplne pieca przez przewodze¬ nie, konwekcje i promieniowanie wynosily 9108 kJTs. Zawartosc miedzi w otrzymanym kamieniu 60 wynosila 35%, a w zuzlu 0,46%. Gazy odlotowe z pieca zawieraja okolo 1% objetosciowego SO2.Process Fuel Equivalent dla tego procesu poda¬ no w tablicy 1.Przyklad II. W przypadku zastosowania spo- 65 sobu wedlug wynalazku do wytapiania koncen-122 628 11 12 tratu miedzi opisanego w przykladzie I w tej sa¬ mej ilosci 1040 ton dziennie, nawet przy uzyciu technicznego tlenu i otrzymywania kamienia za¬ wierajacego 75% miedzi (tzn. utleniane sa niemal wszystkie siarczki zelaza z koncentratu) cieplo * egzotermicznych reakcji przetapiania nie wystar¬ cza na podgrzanie stopionych produktów i powie¬ trza wnikajacego do pieca przez nieszczelnosci oraz pokrycie strat cieplnych, do czego potrzebnie jest zwiekszenie szybkosci przerobu koncentratu, osia- 10 gane sposobem wedlug wynalazku.Na podstawie danych dla znanych pieców plo¬ mieniowych z podwieszonym sklepieniem zasado¬ wym z zamknietymi palnikami, otworami zala¬ dowczymi i innymi oszacowano, ze do pieca za-; M Sysame jest powietrze w ilosci 4,7 Nm3/s, jezeli proces prowadzi sie tak, aby zapobiec przedosta¬ waniu sie dwutlenku siarki do atmosfery. Duzo tlenu pochodzacego z tego powietrza, na przyklad 75%, bierze udzial w reakcjach wytapiania, co M zmniejsza zuzycie technicznego tlenu.Nadmiar tlenu i caly azot, lacznie okolo 3,95 Nmtyls trzeba jednak ogrzac do temperatury wy¬ tapiania, co wymaga dostarczenia. ciepla w ilosci okolo 70(30 kJ/s. Przy podanej wyzej szybkosci ffi wytapiania laczne zuzycie ciepla na pokrycie strat i podgrzanie zasysanego powietrza wynosi okolo 1480 kJ/kg koncentratu. W celu autogenicznego prowadzenia przetapiania w tym konwencjonal¬ nym piecu plomieniowym trzeba wiec zwiekszyc 30 szybkosc wytapiania.Stosujac wiec sposób wedlug wynalazku, w któ¬ rym dokladnie zmieszany koncentrat miedzi, top¬ nik i gaz bogaty w tlen wtryskuje sie do gora¬ cej atmosfery w piecu typu plomieniowego, przy uzyciu wielu pionowo usytuowanych palników, o konstrukcji zapewniajacej wytworzenie parabo- loidalnego strumienia zawiesiny oraz uzyskanie zasadniczo równomiernego rozdzialu ciepla i ma- V w wiekszej czesci pieca, wytapianie mozna prowadzic autogenicznie, jezeli znacznie .zwiekszy sie jego szybkosc.Szacuje sie, ze dla rozwazanego przypadku po¬ winna ona wynosic 2000 ton koncentratu dziennie.Przy tych samych stratach cieplnych i ilosci cie¬ pla potrzebnej do podgrzania zasysanego powie¬ trza, zapotrzebowanie ciepla na pokrycie tych dwóch pozycji rozchodu energii wynosi tylko oko¬ lo 770 kJ/kg koncentratu, wobec 1480 kjykg kon¬ centratu przy mniejszym przerobie.Dzieki obecnosci zassanego powietrza w atmo¬ sferze pieca znajduje sie tlen w nadmiarze wy¬ starczajacym do utlenienia opadajacego pylu pod¬ czas jego ruchu przez strefe opadania. Jest to korzystne, bowiem zmniejsza to zawartosc siarki w pylach i podwyzsza ich temperature topnienia.Cala siarka elementarna utlenia sie do dwutlen¬ ku siarki.Dla wytapiania 2000 ton koncentratu dziennie sposobem wedlug wynalazku obliczono bilanse cieplne zakladajac rózne zuzycie tlenu technicz¬ nego oraz rózna zawartosc miedzi w kamieniu.Wyniki zestawiono w tablicy 2.Tablica 2 Bilanse cieplne dla autogenicznego, tlenowego wytapiania rozpryiskorwego 2000 ton koncentratu dziennie Sklad koncentratu: 29,5% Cu; 26,0% Fe; 31,0% S; 8,0M Si02 Sklad zuzla: 37,1% Fe; 3fl,3% SiOa Topnik: 81,5% SiOa Temperatura zuzla i kamienia — 1205°C lemperaitura gazów odlotowych — 1260°C Ilosc zasysanego powietrza — 4*7 Nmtys Zawartosc Cu w ka¬ mieniu (%) Zuzycie 98% Oit kgl/kg koncentratu Zawartosc S02 w ga¬ zach odlotowych PL