DE975892C - Vorrichtung zum Roesten sulfidischer Erze - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Rösten sulfidischer Erze Es ist bekannt, sulfidische Erze nach dem sogenannte,n Wirbelschichtverfahren in der Weise abzurösten, daß das verhältnismäßig feinkörnige Erz einem Reaktionsraum aufgegeben wird, in dem es durch von unten aufsteigende sauerstoffhaltige Gase durchwirbelt wird. Die weitgehend aus fertig abgeröstetem Abbrand bestehende Wirbelschicht wird bei den bekannten Verfahren stets oberhalb eines gasdurchlässigen Tragbodens aufgebaut. Obwohl es bei anderen Wirbelschichtverfahren, vor allem bei der Kohlevergasung nach Wink 1 e r und bei der Durchführung katalytischer Reaktionen, bekannt ist, Wirbelkammern zu verwenden, die sich nach oben zu erweitern, ist diese Maßnahme beim Rösten sulfidischer Erze bisher noch nicht angewendet worden. Die Verwendung von nach oben zu erweiterten Reaktionsräumen ist bei der Kohlevergasung hauptsächlich zu dem Zweck vorgesehen, um eine ausreichende Durchwirbelung der in die untersten Schichten absinkenden Schlacke zu gewährleisten. Diese Absicht ist aber bei den bekannten Winkler-Generatoren nur sehr unvollkommen erreicht worden, so daß es notwendig war, die untersten Schichten des Wirbelbettes, in denen sich die Schlacke ungewirbelt ansammelt, durch einen mechanischen Rührer zu bewegen. Ein ähnlicher Vorschlag ist auch für die krackende Destillation von Ölschiefer in der Wirbelschicht bekanntgeworden, wobei ebenfalls die untersten Zonen eines in einem konischen Reaktor mit nicht näher definiertem Öffnungswinkel befindlichen Wirbelbettes mechanisch gerührt werden müssen. Da die mit der Anwendung erweiterter Wirbelräume verfolgte Absicht bei den Winkler-Generatoren und ölschiefer-Schwelanlagen doch nicht in ausreichendem Maße erreicht werden konnte und bei der Röstung sulfidischer Erze eine Schlackenbildung ohnehin nicht in dein Ausmaß wie bei der Kohlevergasung zu erwarten war und dort auch keine Schwelrückstände anfallen, ist diese Maßnahme beim Rösten sulfidischer Erze gar nicht erst versucht worden. Man hat sich vielmehr bemüht, eine ausreichende Durchwirbelung auch der untersten Schichten dadurch zu erzielen, daß man von vornherein die Gasgeschwindigkeit so hoch gewählt hat, daß sie für die Durchwirbelung auch der gröbsten Anteile ausreicht. Dabei mußte man aber auf eine ziemlich gleichmäßige Korngröße des. Aufgabegutes achten, weil sonst zu viel Feingut vom Gasstrom ausgeblasen worden wäre.
• Es wurde nun gefunden, daß diese bekannte Arbeitsweise auch noch die weiteren Nachteile mit sich bringt, daß man durch die zu hohe Gasgeschwindigkeit in das Gebiet stark inhomogener Wirbelschichten gelangt, bei denen ein Großteil des Gases in Form von größeren Blasen die Wirbelschicht praktisch ungenutzt durchbricht. Man hat daher eine ungenügende Ausnutzung der Röstluft, verbunden mit einem unerwünscht hohen Sauerstoffgehalt und entsprechend niedrigem S O.-Gehalt der Röstgase, in Kauf zu nehmen.
• Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung, die es ermöglicht, auch sulfidische Erze mit einer weiten Korngrößenverteilung nach dem Wirbelschichtprinzip so abzurösten, daß die Röstluft praktisch restlos ausgenutzt wird, wobei man ein Röstgas mit hohem S 02 und verschwindend niedrigem Sauerstoffgehalt erhält und außerdem einen weitgehend abgerösteten Abbrand von großer Gleichmäßigkeit erzielen kann.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht im wesentlichen auf einer Weiterentwicklung des für andere Wirbelschichtprozesse bekannten Gedankens der Verwendung von nach oben zu erweiterten Reaktionsräumen und seiner Anpassung auf die besonderen Probleme der Röstung sulfidischer Erze. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Öffnungswinkel des erweiterten Reaktionsraumes nicht willkürlich bzw. zufällig zu wählen, sondern bewußt nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten aus der Korngrößenverteilung des Feststoffanteiles der Wirbelschicht zu berechnen.
• Zu diesem Zweck wird der Feststoffanteil der Wirbelschicht gedanklich in eine Anzahl von Fraktionen verhältnismäßig gleichmäßiger Korngröße zerlegt. Da die Wirbelschicht zum weitaus überwiegenden Teil aus Abbrand besteht und der Anteil an Rohmaterial in ihr nur gering ist, ist für die nachstehend geschilderten Maßnahmen der Korngrößenaufbau des Abbrandes und nicht der des Eintragsgutes maßgeblich.
• Es wird hierauf für jede Fraktion die für eine gleichmäßige Durchwirbelung und optimalen Wärmeübergang günstigste Gasgeschwindigkeit bestimmt. Die Bestimmung dieser Gasgeschwindigkeit ist an sich bekannt und ist für sich allein nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Man kann diese Gasgeschwindigkeit z. B. nach bekannten Formeln errechnen. Man kann sie aber auch durch einen einfachen Kleinversuch im Laboratorium experimentell festlegen.
• Aus der optimalen Gasgeschwindigkeit für die gröbste Fraktion wird hierauf der unterste Querschnitt der Wirbelkammer berechnet. Gedanklich wird zunächst für diese gröbste Fraktion ein zylindrischer Schacht berechnet, dessen Höhe sich aus dem Volumenanteil dieser Fraktion am Gesamtkornaufbau ergibt.
• Auf die gleiche Weise wird anschließend Querschnitt und Höhe eines zylindrischen Schachtes berechnet, der für die optimale Durchwirbelung und optimalen Wärmeübergang der nächstkleineren Kornklasse erforderlich ist. Ebenso werden weitere zylindrische Schächte für jede Kornfraktion berechnet. Man erhält auf diese Weise einen diskontinuierlichen, d. h. treppenförmig gebauten, sich nach oben zu erweiternden Reaktor. Durch die dadurch näherungsweise bestimmte Wirbelkammerform wird hierauf ein kontinuierlich verlaufender Rotationskörper hindurchgelegt, indem die einzelnen Treppenstufen abgeschrägt werden, um Stauungen zu vermeiden. Die Anzahl und Breite der Fraktionsschnitte wird so gewählt, daß eine gute Annäherung durch einen kontinuierlich verlaufenden Rotationskörper möglich ist. Zweckmäßig wird die Berechnung der Reaktorform mit einer größeren Anzahl engerer Korngrößenschnitte solange wiederholt, bis eine weitere Verfeinerung der Korngrößenschnitte keine wesentliche Änderung der Reaktorform mehr bringt. Man wird sich selbstverständlich im allgemeinen bemühen, diesen Rotationskörper so einfach wie möglich zu gestalten. Bei vielen sulfidischen Erzen hat sich überraschenderweise gezeigt, daß eine gute Annäherung sogar durch einen geradlinigen kegelstumpfartigen Verlauf erzielt werden kann.
• Selbstverständlich muß aber im Bedarfsfall auch damit gerechnet werden, daß sich der Offnungswinkel der Wirbelkammer mit der Höhe ändert, etwa in Form eines Kelches.
• Wird die Reaktorform nach der erfindungsgemäßen Lehre auf den Korngrößenaufbau des Feststoffanteils auf die Wirbelschicht abgestimmt, dann erzielt man den Vorteil, daß man mit Gasgeschwindigkeiten arbeiten kann, die sehr nahe der für Wirbelschichten zulässigen oberen Grenze der Gasgeschwindigkeiten liegen, oberhalb derer das Bett aus dem Reaktor ausgeblasen wird. Mit den üblichen schachtförmigen Wirbelröstöfen konnte man dagegen nicht nahe an dieser Grenze arbeiten, weil schon geringfügige Schwankungen der Gasgeschwindigkeit und/oder der Korngrößenzusammensetzung einen großen Einfluß auf die Wirbelschichtbildung hatten und man Gefahr lief, das Bett aus dem Reaktor auszublasen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch kleinere Schwankungen im Korngrößenaufbau durch die Reaktorform automatisch ausgeglichen werden, weil die Suspension in dem sich nach oben zu erweiternden Reaktionsraum stets eine Zone findet, in der die Gasgeschwindigkeit niedrig genug ist, um die Oberfläche zu begrenzen. Es ist demnach nicht notwendig, die Reaktorform zu ändern, solange die Schwankungen in der Korngrößenzusammensetzung des Feststoffes die übliche Variationsbreite eines beliebigen Erzes bestimmter Herkunft und bestimmter Zerkleinerungsart nicht überschreiten.
• In der Praxis haben sich erfindungsgemäß berechnete Ofen vor allem bei der Röstung von nicht spratzenden Kiesen, z. B. Meggener Kies, aber auch für bleihaltige Zinkblenden, die zum Agglomerieren neigen, bewährt.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Ausführungsbeispiel Ein handelsüblicher Kies mit folgender Kornverteilung 23% unter o,5 mm, 35 % unter i,o mm, 58% unter 2,o mm, 80% unter 5,o mm, ergab einen Abbrand von folgender Kornverteilung: q.50/0 unter o,5 mm, 550/0 unter i,o mm, 70% unter 2,o mm, 96% unter 5,o mm. Er wurde in einem sich nach oben erweiternden Schacht nach der Abbildung abgeröstet. Der Ofen hatte eine Höhe von 3,0 m. Der Eintrittsquerschnitt i betrug 0,25 m2. Bei 2 betrug der Querschnitt 0,5 m2, und bei 3 war der Querschnitt 2 m2. Die Form des Ofens wurde auf die geschilderte Weise so bestimmt, daß für jede Korngrößenfraktion - im vorliegenden Beispiel sind der Anschaulichkeit halber weniger Schnitte angegeben, als der tatsächlichen Berechnung zugrunde gelegt wurden - die für die Durchwirbelung und den Wärmeübergang optimale Gasgeschwindigkeit festgestellt und zunächst je ein zylindrischer Teil mit dem dieser Gasgeschwindigkeit für den vorgesehenen Durchsatz entsprechenden Durchmesser gewählt wurde.
• Die Höhe jedes Zylinders ergab sich als Quotient des für diese Fraktion zur Verfügung zu stellenden Zylindervolumens zu durch die Gasgeschwindigkeit bestimmtem Ouerschnitt. Die Grenze des Bettes befand sich bei 4 unterhalb des Querschnittes 3. Der Eintrag erfolgte bei 5 durch eine Förderschnecke, und der Austrag erfolgte bei 6 und 7. Über dem sich erweiternden Teil schließt sich diesem ein kurzer Schacht 8 konstanten Querschnittes an, der in einen Gasaustritt 9 mündet. Die Röstluft wurde mit einem Überdruck von 850 mm Wassersäule aus einem Windkasten io durch eine Düsenplatte i i in den Reaktionsraum eingeblasen. Wenn der Ofen konzentrierte Röstgase ergeben soll, wird zweckmäßig eine Innenkühlung 12 eingebaut, die vorzugsweise aus parallel zur Wandung laufenden aufrechtstehenden Rohrbündeln besteht. Der Kies hatte einen Schwefelgehalt von 38% und wurde in der Menge von o,5 t/Std. bei 5 eingetragen. Im Fluidbett herrschte eine mittlere Temperatur von 85o° C. Den Ofen verließen iooo m3 Röstgas je Stunde mit 12,5 Volumprozent S 02, wobei der Staubanfall 30 g/m3 betrug und eine maximale Korngröße von 150 w hatte.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zum Rösten sulfidischer Erze mit weiter Kornverteilung nach dem Wirbelschichtverfahren, gekennzeichnet durch einen nach oben sich erweiternden Wirbelschichtraum, dessen Querschnitt in der Weise zunimmt, daß für jede Fraktion etwa einheitlicher Korngröße eine Zone vorhanden ist, in der die Gasgeschwindigkeit für die gleichmäßige Durchwirbelung und für den Wärmeübergang optimal wäre, wenn diese Fraktion sich in diesem Querschnitt allein befinden würde. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 720 079, 437 970# 578 710; deutsche Patentanmeldungen C 509 VI/4oa (bekanntgemacht am 17. 5. 195i), D 949 VI/4oa (bekanntgemacht am 22.3. 1951), P:24213 VI/40a (bekanntgemacht am 10. 5. 1950; USA.-Patentschriften Nr. 2 453 740, 2 525 790, 2 536 307, 2 397 352, 2 379 711, 2:268 187, 2 536 099, 2 48o 670, 2 487 984, 2 485 604, 1 687 118, 1 776 876; britische Patentschriften Nr. 661 56o, 321 422, 498 094; Bios Final Report, S. 7 und 33; Chemical Engineering, Dezember 1947, S. 112 bis 115; 1947, S. i05 bis 1o8; 1949, S. 112 bis 114; Mining Congress Journal, März 1951, Sonder-Druck der Dow Company; Engineering and Mining Journal, Vol. 151, Nr. 3, S. 84; The Canadian Mining and Metallurgical, Bulletin for April 1949, S. 178 bis 187; Canadian Chemistry and Process Industries, August 195o, S. 632 bis 639; Die Chemische Fabrik, 1934, S. i bis io; Grundriß der Chemischen Technik, 1944, S. 309; Chemie-Ingenieur-Technik, i952, Nr.2.