RU2023037C1

RU2023037C1 - Method of processing sulfide raw materials

Info

Publication number: RU2023037C1
Application number: SU914951994A
Authority: RU
Inventors: П.А. Ковган; В.А. Волков; А.В. Тарасов; В.Д. Шустицкий; В.В. Козырев
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет"
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: metallurgy, namely procession of sulfide ores, concentrates and industrial products of nonferrous metals. SUBSTANCE: method comprises steps of after burning sulfur in exhaust gases by oxygen-containing gas with simultaneous heating of a charge in a cyclone heat exchanger, mounted over an oxidizing zone of a bubbling double - zone furnace; ejecting the charge by an inert gas into an upper part of the above mentioned heat exchanger; feeding the oxygen-containing gas through nozzles, arranged along a periphery of the exchanger in and spaced by a distance, equal to (0.25-0.3) of a height of the heat exchanger with a pitch, being determined according to a formula

, where D_h.ex.- a diameter of the heat exchanger; d_noz.- a diameter of a nozzle; n- a number of nozzles, with a rate, providing penetration of a gas jet into a flow of exhaust gases by a depth, equal to (0.15-0.17) of the diameter of the heat exchanger. EFFECT: enhanced efficiency. 1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке сульфидных руд, концентратов и промпродуктов цветных металлов. The invention relates to ferrous metallurgy and can be used in the processing of sulfide ores, concentrates and intermediate products of non-ferrous metals.

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. A known method of autogenous mine smelting of sulfide ores, concentrates and non-ferrous metals, including melting in a shaft furnace with matte and slag on the blast, enriched with oxygen up to 28-30%. Top gas contains up to 23% by volume of sulfur dioxide and up to 35% of elemental sulfur contained in the charge. After purification from elemental sulfur, gases are supplied to the sulfuric acid production.

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. The disadvantages of this method include a significant emission into the atmosphere of elemental sulfur with exhaust gases, reaching 35-40% of all sulfur contained in the charge. Utilization of this sulfur increases the cost of the dust collection system due to additional energy resources associated with the purification of exhaust gases from sulfur. In addition, the process of autogenous mine smelting can be carried out only on lumpy materials, for which it is necessary to have a briquette installation of the charge.

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. Closest to the technical nature of the claimed method is a method of processing sulfide raw materials, including feeding the mixture, smelting in a bubbler dual-zone furnace and afterburning of sulfur in the exhaust gases with an oxygen-containing gas. In this method, the matte and slag smelting products are separated in a deep tuyere space and are discharged through the corresponding notches. Waste gases containing sulfur dioxide up to 20%, after cooling in the recovery boiler, go to the production of sulfuric acid.

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. The disadvantages of this method include the high consumption of energy and significant removal of elemental sulfur, reaching 10% by weight of the loaded sulfur. In addition, it should be noted low smelting performance, difficult operating conditions of waste heat boilers.

Цель изобретения - снижение расхода энергоресурсов и уменьшение уноса серы с отходящими газами. The purpose of the invention is to reduce energy consumption and reduce the entrainment of sulfur with exhaust gases.

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 π D_т/пd_c. 4,0-6,0 со скоростью обеспечивающей проникновение струи газа в поток на глубину 0,15-0,17 диаметра теплообменника.This goal is achieved by the fact that in the known method of processing sulfide raw materials, including feeding the mixture, smelting in a bubbler dual-zone furnace and afterburning of sulfur in the exhaust gases with an oxygen-containing gas, according to the claimed method, the afterburning of sulfur with simultaneous heating of the mixture is carried out in a shaft heat exchanger installed above the oxidizing zone of the furnace in the upper part of which the charge is tangentially ejected with an inert gas, and the oxygen-containing gas is fed through nozzles located along the perimeter of the heat exchanger to Toyan constituting 0.25-0.30 its height, with the relative pitch defined by the formula π D _m / pD _c. 4.0-6.0 with a speed ensuring the penetration of a gas stream into the stream to a depth of 0.15-0.17 of the diameter of the heat exchanger.

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.The essence of the proposed method is as follows. Studies have shown that since the higher iron sulfides that form the basis of the autogenicity agent during heating are degraded with the release of elemental sulfur, it would be advisable to fully ignite the elemental sulfur released during the heating of the charge, so as to maximize its heat to ensure autogeneity melting process, increase its productivity. In addition, this ensures reliable operation of the gas path of the furnace and reduces the temperature of the exhaust gases to 200-250 ^about C.

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. The task facing the researchers was successfully achieved due to the original solution - the implementation of the regime of sulfur afterburning in a swirling high-temperature stream with oxygen-containing gas supplied to the stream in the hydraulic mode of afterburning established during the experiments. It was proposed to carry out the afterburning of sulfur in the exhaust gases while heating the mixture in a cyclone heat exchanger mounted above the oxidation zone of the furnace. The charge is ejected tangentially into the upper part of the heat exchanger with an inert gas, and the process gases from the furnace enter the lower part towards the charge. The use of a cyclone-type heat exchanger, which ensures swirling of the charge and exhaust gas flows moving in countercurrent to each other, can significantly intensify the heat transfer process. The tangential feed of the charge into the upper part of the cyclone heat exchanger minimizes the possible dust removal, which also allows to ensure the optimal mode of afterburning of sulfur. Experimentally, the optimal mode of supplying oxygen-containing gas to the cyclone heat exchanger was established.

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.PRI me R 1. A copper concentrate containing in mass,%: copper 20.3; iron 21.7; sulfur 27.7; calcium oxide 1.4; silicon oxide 17.5 and lime flux with a fractional composition of 0-1 mm were loaded into a cyclone heat exchanger installed above the oxidation zone of the ПЖВ furnace. The mixture was fed into the upper part of the cyclone heat exchanger countercurrent to the gases leaving the melting space. The amount of exhaust gas was 3000 m ³ / h. The afterburning of elemental sulfur in the exhaust gas stream was carried out in the specified cyclone heat exchanger, for which an oxygen-containing gas was supplied through the tuyeres installed in accordance with the claimed formula in the cyclone body. The depth of penetration of the jet of oxygen-containing gas was 0.16 diameter of the cyclone. The tuyere row of the cyclone heat exchanger was located at a distance of 0.25 of its height, while the tuyeres along the perimeter of the cyclone were installed with a relative pitch of 6. The hydraulic resistance of the gas path was 5.5 kPa.

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.Heated to 900 ^{° C} from the cyclone preheater charge enters in solid form into the bath, bubbling an oxygen containing gas having an oxygen content in the blast 30%. Smelting was carried out without the addition of natural gas and clinker containing combustible substances.

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.The resulting matte settles in the tuyere space of the furnace bath. Slag contains as much copper as its slags contain during smelting in the Vanyukov furnace. Moreover, the productivity of the furnace increases to 75-80 t / m ² per day. With the exhaust gases, 0.3% of sulfur was removed from the mass of loaded sulfur.

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.PRI me R 2 (prototype). To carry out the tests according to the prototype method, a mixture of the same composition as in Example 1 was studied. The melting was carried out in a ПЖВ furnace, similar to Example 1. The plant productivity was 40-45 t / m ² ˙ day. The oxygen content in the blast is 30%. The temperature of the exhaust gases 1350 ^o C, the mixture is cold (20 ^o C). The resulting slag contained 0.34-0.57% copper.

Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 1-2. The results of experimental studies are given in table. 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.As follows from the data given in table. 1, the studies performed allowed us to establish the optimal value of the relative step with which nozzles were installed around the perimeter of the cyclone heat exchanger:

where D _t is the diameter of the heat exchanger;
d _c is the diameter of the nozzle;
n is the number of nozzles.

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. As is known, the afterburning of sulfur in a heat exchanger is a physicochemical process. At a high temperature in the heat exchanger, the rate of chemical conversion (combustion itself) is so high that it does not limit the speed of the combustion process. The main factor limiting the combustion process is turbulent mixing, which affects the speed and quality of the combustion process as a whole.

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. It was experimentally established that it is advisable to reduce the relative spacing of nozzles through which oxygen-containing gas is supplied (from 8 to 6-4), since it allows one to significantly intensify the process of mixing fuel and oxidizer, and, therefore, to burn sulfur more efficiently.

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. However, studies have shown that a further decrease in the relative step (an increase in oxygen-containing jets) reduces the cross-section for process gases and increases the total volume of gases (the speed increases), which leads to an increase in the hydraulic resistance of the heat exchanger.

Таким образом, оптимальный диапазон относительного шага составляет 4-6. Thus, the optimal range of the relative step is 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. Studies have shown that oxygen-containing gas for the afterburning of sulfur must be supplied to the cyclone heat exchanger through nozzles located along the perimeter of the heat exchanger at a distance of 0.25-0.30 of its height from the bottom of the mine. When this value is less than 0.25, fused particles of iron sulfide appear in the gas stream, which leads to overgrowth of the cyclone outlet. When this value is more than 0.3, the elemental sulfur content in the gas stream increases due to the deterioration of the afterburning conditions.

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. As follows from the above data, the oxygen-containing gas must enter the heat exchanger at a speed that ensures the penetration of the gas stream into the stream to a depth of 0.15-0.17 of the diameter of the heat exchanger. When the depth of penetration of the jets of oxygen-containing gas is less than 0.15 of the diameter of the heat exchanger, the movement of the oxidizer is carried out on the periphery, while what needs to be burned (sulfur) is mainly in the center, so the afterburning is prolonged. Sulfur burn is growing. When the penetration depth of the jets is greater than 0.17 of the diameter of the heat exchanger, the jets penetrate the gas flow and merge on the walls. The same pattern of motion of the oxidizing agent and the combustible component is observed as with a shallow penetration depth. The resistance in this latter case increases due to a decrease in the cross section for the main gas stream, which is extremely undesirable.

В табл. 2 приведены экспериментальные данные по сопоставлению заявляемого технического решения с прототипом. In the table. 2 shows experimental data comparing the claimed technical solution with the prototype.

Таким образом, применение заявляемого способа позволяет значительно сократить расход энергоресурсов и снизить расход серы с технологическими газами. Thus, the application of the proposed method can significantly reduce energy consumption and reduce the consumption of sulfur with process gases.

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 It should also be noted that the proposed method allows to increase productivity by 35-40%, reduce the oxygen consumption per ton of the charge is melted in 2.5-3.0 times and reduce the flue gas temperature to 200-250 ^{° C}

Claims

METHOD FOR PROCESSING SULPHIDE RAW MATERIALS, including feeding the charge, melting in a bubble zone dual-zone furnace, and afterburning sulfur in the exhaust gases with an oxygen-containing gas, characterized in that, in order to reduce the consumption of energy resources and reduce the entrainment of sulfur with the exhaust gases, sulfur is re-burned to the cycle with sulfur a heat exchanger mounted above the oxidation zone of the furnace, into the upper part of which an inert gas is tangentially ejected charge, and oxygen-containing gas is fed through nozzles located along etru exchanger at a distance of 0.25 - 0.30 of its height, with a pitch determined by the formula

= 4-6,
where D _t is the diameter of the heat exchanger;
d _{with the} diameter of the nozzle;
n is the number of nozzles,
and with a speed that ensures the penetration of the gas stream into the exhaust gas stream to a depth of 0.15 - 0.17 of the diameter of the heat exchanger.