EA 32531B1 20190628

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000032531b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ удаления сульфидов мышьяка и/или сурьмы из частиц руды, содержащей медь, никель и/или золото, в котором частицы руды подают в реактор, в реактор вводят ожижающий газ для формирования псевдоожиженного слоя, содержащего по меньшей мере часть частиц руды и инертные частицы, частицы руды нагревают в присутствии инертных частиц до температуры от 500 до 850°С и частицы руды выводят из реактора, отличающийся тем, что по меньшей мере 60 мас.% инертных частиц формируют первую зону псевдоожиженного слоя и по меньшей мере 60 мас.% частиц руды формируют вторую зону, расположенную над первой зоной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр по меньшей мере 70 мас.% частиц руды составляет менее 60 мкм и/или диаметр по меньшей мере 70 мас.% инертных частиц составляет от 0,5 до 1,5 мм.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что инертные частицы представляют собой частицы SiO ₂ .

4. Способ по любому из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере более 50 мас.%, предпочтительно более 80 мас.%, а еще более предпочтительно более 90 мас.% частиц руды, выводимых из реактора, отбирают из положения, находящегося выше псевдоожиженного слоя.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что оставшиеся частицы руды выводят из псевдоожиженного слоя через выпускное отверстие, расположенное по меньшей мере примерно на 80% общей высоты псевдоожиженного слоя, измеренной от днища реактора.

6. Способ по любому из предшествующих пп.1-5, отличающийся тем, что между днищем реактора и псевдоожиженным слоем расположен слой инертных частиц.

7. Способ по любому из предшествующих пп.1-6, отличающийся тем, что среднее время пребывания частиц руды в реакторе составляет от 0,5 до 1 ч.

8. Способ по любому из предшествующих пп.1-7, отличающийся тем, что в реактор подают частицы руды с содержанием воды от 5 до 10 мас.%.

9. Способ по любому из предшествующих пп.1-8, отличающийся тем, что частицы руды, подаваемые в реактор, имеют содержание серы более 25 мас.% в расчете на частицы руды в сухом состоянии.

10. Способ по любому из предшествующих пп.1-9, отличающийся тем, что в качестве ожижающего газа используют воздух или любой другой кислородсодержащий газ.

11. Способ по любому из предшествующих пп.1-10, отличающийся тем, что ожижающий газ вводят в реактор со скоростью от 0,2 до 2 м/с.

12. Способ по любому из предшествующих пп.1-11, отличающийся тем, что инертные частицы подают в реактор непрерывно.

13. Устройство для удаления сульфидов мышьяка и/или сурьмы из частиц руды, содержащей медь, никель и/или золото, способом по любому из пп.1-12, включающее реактор (20), в котором в ходе работы формируют псевдоожиженный слой (31), по меньшей мере один трубопровод (21) для введения частиц руды в реактор (20), средства (23) подачи ожижающего газа в реактор (20), по меньшей мере одно выпускное отверстие (26) для выведения частиц руды из реактора (20), при этом выпускное отверстие (26) расположено так, что в ходе работы оно находится выше псевдоожиженного слоя (31), и верхний выпуск (25) для выведения частиц руды из псевдоожиженного слоя (31), причем верхний выпуск (25) находится в положении, расположенном по меньшей мере на 80% общей высоты псевдоожиженного слоя (31), измеренной от днища реактора (20).

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что для перемещения частиц руды из трубопровода (21) в реактор (20) оно снабжено герметичным загрузочным устройством (30).

15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что для введения ожижающего газа в реактор (20) оно снабжено распределительной решеткой (32).

16. Устройство по любому из пп.13-15, отличающееся тем, что для выведения частиц руды из псевдоожиженного слоя (31) оно снабжено нижним выпуском (34), причем нижний выпуск (34) размещен в положении примерно не выше 20% от общей высоты псевдоожиженного слоя, измеренной от днища реактора (20).

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что инертные частицы представляют собой частицы SiO ₂ .

(19)
Евразийское
патентное
ведомство
032531
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2019.06.28
(21) Номер заявки 201792200
(22) Дата подачи заявки 2016.04.25
(51) Int. Cl.
C22B1/10 (2006.01) C22B11/00 (2006.01) C22B15/00 (2006.01) C22B 23/00 (2006.01)
(54)
СПОСОБ ЧАСТИЧНОГО ОБЖИГА СОДЕРЖАЩИХ МЕДЬ, НИКЕЛЬ И/ИЛИ ЗОЛОТО КОНЦЕНТРАТОВ
(31) 10 2015 107 435.4
(32) 2015.05.12
(33) DE
(43) 2018.06.29
(86) PCT/EP2016/059170
(87) WO 2016/180624 2016.11.17
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОУТОТЕК (ФИНЛЭНД) ОЙ (FI)
(72) Изобретатель:
Чаритос Др. Александрос, Гюнтнер Йохан, Бухман Маркус, Хаммершмидт Др.-Инг. Йёрг (DE), Кюнш Мартин (CH), Вробель Маций, Маттих Кристиан (DE)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В., Соколова М.В., Путинцев А.И., Черкас Д.А., Игнатьев А.В. (RU)
(56) WO-A1-2008036824 GB-A-677050
(57) Изобретение касается способа удаления сульфидов мышьяка и/или сурьмы из частиц руды, содержащей медь, никель и/или золото. Частицы руды подают в реактор, в который вводят ожижающий газ для формирования псевдоожиженного слоя, содержащего по меньшей мере часть частиц руды. Частицы руды нагревают в присутствии инертных частиц до температуры от 500 до 850°С и выводят из реактора. По меньшей мере 60 мас.% инертных частиц формируют первую зону псевдоожиженного слоя и по меньшей мере 60 мас.% частиц руды формируют вторую зону, расположенную над первой зоной.
Изобретение относится к способу и устройству для удаления сульфидов мышьяка и/или сурьмы из частиц руды, содержащей медь, никель и/или золото, где частицы руды подают в реактор, частицы руды нагревают в присутствии инертных частиц до температуры от 500 до 850°С в псевдоожиженном слое и частицы руды отбирают из реактора.
Медь (Cu), кобальт (Со), никель (Ni), золото (Au) и цинк (Zn) получают из сульфидных руд. Эти металлы сами по себе представляют ценные продукты, которые в дальнейшем можно переработать различными способами; но для этой последующей обработки они должны быть представлены в очень чистой форме. Такую степень чистоты получают посредством пирометаллургических методов. Под пирометаллургией понимают дополнительную термическую обработку руд или уже полученных металлов, каким-либо методом окисления, то есть нагреванием с добавлением кислорода, или методом восстановления, то есть нагреванием в присутствии предпочтительно газообразного восстановителя.
Одним из пирометаллургических методов является частичный обжиг. Частичный обжиг представляет собой способ очистки концентрата от сульфидов мышьяка и/или сурьмы с получением при этом подходящего исходного материала для протекающих далее по ходу технологического потока стадий процесса, например, для печи выплавки меди. В случае частичного обжига меди, концентраты, например, такие как энаргит (Cu3AsS4) или тенантит (Cu12As4S12), содержат значительное количество мышьяка, который является нежелательным для следующей далее по ходу технологического потока пирометаллур-гической и гидрометаллургической переработки, и который следует в значительной степени удалить. При температуре от 500 до 850°С происходит серия химических реакций, в результате которых происходит образование твердых и газообразных соединений, а также окисление серы. В качестве примера ниже приведена реакция удаления мышьяка из энаргита:
2CU3ASS4(TB) -> As2S3 (г) + 3Cu2S (тв) + S2 (г), ЛН°70ос = - 48,53 кДж
Основное количество образующейся энергии получают за счет окисления серы, однако последующие реакции являются экзотермическими. Окисление серы может происходить путями, которые включают окисление газообразной серы и окисление газообразных или твердых сульфидов. Однако окисляется только часть серы. Процентное содержание серы в сульфидной форме в твердом продукте частичного обжига обычно составляет в диапазоне 15-25 мас.%. С другой стороны, подаваемый в устройство концентрат содержит 25-35 мас.%, серы в сульфидной форме. После очистки технологического газа из диоксида серы получают серную кислоту.
Кроме того, руда после выхода из реактора имеет содержание мышьяка ниже 0,3 мас.%. Соответствующий минералогический состав включает, среди прочих, такие химические соединения, как борнит (Cu5FeS4), халькопирит (CuFeS2), материал пустой породы, магнетит (Fe3O4) гематит (Fe2O3), халькоцин (Cu2S), пирротин (FeS), небольшие количества арсенатов железа и минералов, связанных с составом концентрата, подаваемого в обжиговую печь. Общее содержание мышьяка зависит от элементов, которые склонны образовывать арсенаты. Если концентрат также содержит ртуть, отходящий газ можно обработать с помощью так называемого каломельного процесса. Подробное описание всех этих реакций можно найти, среди прочего, в статьях "Physico-chemistry and Kinetics Mechanisms of Partial Roasting of High-Arsenic Copper Concentrates" (Физическая химия и механизмы кинетики частичного обжига медных концентратов с высоким содержанием мышьяка), I.Wilkomirsky I., R.Parra, F.Parra и E.Balladares в Copper 2013, Сантьяго, Чили, и в "Development of partial roasting technology for arsenic containing copper concentrates" (Разработка технологии частичного обжига для содержащих мышьяк медных концентратов), A.Holmstrom, G.Berg и M.Andersson в Copper 2013, Сантьяго, Чили.
Одной из основных проблем частичного обжига является спекание. Спекание является результатом образования фаз, находящихся в "расплавленном" состоянии, что может быть вызвано образованием горячих точек из-за локального окисления серы, сопровождающегося недостаточным локальным переносом тепла к остальному псевдоожиженному слою; или может быть следствием повышенной концентрации соединения, что приводит к образованию "расплавленных фаз" даже при нормальных рабочих температурах. Дополнительный механизм включает непрерывный рост частиц в результате реакций, протекающих внутри частиц руды. Следовательно, образование "расплавленных фаз", непрерывный рост частиц зависит от отношения руды/продуктов обжига и химически инертного материала, в то время как образование горячих точек особенно создает проблемы в областях, в которые вводят кислород. Таким образом, спекание главным образом связано с (i) окрестностями распределительной решетки реактора; (ii) ситуациями горячего останова реактора, когда прекращают подачу ожижающего воздуха, поскольку максимизирована концентрация соединений, способных образовывать плавящиеся фазы, в то время как движение частиц отсутствует; и (iii) процедурами запуска, так как система предрасположена к образованию горячих точек по мере перехода от состояния неподвижного слоя к состоянию псевдоожиженного слоя.
В патенте США 4626279 описывается процесс, в котором концентрат медной руды и газ подают в циркуляционный реактор с псевдоожиженным слоем и нагревают там как минимум до температуры выше температур расщепления или разложения сложных минералов, содержащих сульфиды мышьяка и/или сурьмы и висмута, присутствующих в концентрате, т.е. температуры от 600 до 850°С. Кислородный по
тенциал в реакторе регулируют, чтобы предотвратить образование нелетучих соединений упомянутых примесей. Время пребывания концентрата в реакторе регулируют таким образом, чтобы обеспечить заданное минимальное устранение примесей. Газ и твердые вещества выводят из реактора и направляют в разделительные устройства, в которых, по существу, не содержащие примесей твердые вещества можно отделить от газа. Для того чтобы избежать спекания меди, не следует превышать ни заданного температурного диапазона, ни заданного времени пребывания.
Из EP 2652161A1 известен еще один процесс частичного обжига содержащих медь минералов, который включает двухстадийный процесс обжига, включающий первую стадию обжига в первом реакторе обжига и вторую стадию обжига во втором реакторе обжига. Формируют газовую смесь из первого компонента технологического газа, полученного с первой стадии обжига, и из второго компонента технологического газа, полученного со второй стадии обжига. В камере дожигания происходит дожигание газовой смеси. Процесс дожигания работает с упомянутым восстановительным и обогащенным сульфидами газовым компонентом из первого процесса, а второй компонент технологического газа работает как газ-окислитель, чтобы разложить SO3 в газовой смеси с целью снижения содержания SO3. Риск образования агрегатов и коррозии в камере дожигания и на последующих стадиях снижается, так как первую стадию обжига проводят при очень низком кислородном потенциале. Таким образом, высокая локальная скорость реакции окисления серы ограничена доступностью кислорода.
Однако оба эти способа очень ограничены по условиям проведения реакции и приводят к высоким капитальным затратам на соответствующее оборудование.
Из этих соображений, спекания избегают традиционным способом, путем добавления частиц SiO2 в форме песка. Частицы руды (полностью или частично прореагировавшие) с дополнительным содержанием песка переводят в псевдоожиженное состояние в реакторе с псевдоожиженным слоем. Термин "дополнительный песок" относится только к песку, дополнительно смешанному с подаваемым концентратом, и не относится к песку, который уже содержался в руде. Дополнительный песок в некоторой степени разбавляет частицы руды в псевдоожиженном слое, который рассматривают как гомогенный реактор в отношении атмосферы, температуры и распределения твердых веществ, что, таким образом, замедляет процессы спекания. Так как, согласно уровню техники в результате разбавления дополнительный песок способствует предотвращению спекания, из этого следует, что его добавление должно быть существенным. Однако дополнительный песок оказывает отрицательное воздействие на процесс плавки, который обычно предусмотрен ниже по ходу технологического потока. Кроме того, разбавление твердых веществ в реакторе может происходить за счет интенсивных потоков воздуха, которые являются типичными для циркуляционного псевдоожиженнго слоя, предложенного в Патенте США 4626279. Такие установки обычно требуют скоростей газа на входе выше 2 м/с для псевдоожижающего газа, что приводит к сечениям установки, позволяющим иметь низкое содержание твердого вещества, так что трудно получить времена пребывания, необходимые для достижения содержания мышьяка в продукте обжига ниже 0,3 мас.%.
Таким образом, целью данного изобретения является обеспечить гибкий и экономичный способ и устройство для частичного обжига частиц руды, содержащей медь и/или никель и/или золото, с получением очищенной руды с очень низким содержанием песка/инертной добавки, или без повышенного содержания песка/инертной добавки, в котором это повышенное содержание является результатом процесса обжига.
Эту проблему решают способом по п.1 формулы изобретения. Частицы руды, содержащей медь и/или никель и/или золото, подают в реактор. Там частицы руды и инертные частицы переводят в псев-доожиженное состояние с помощью ожижающего газа, который вводят через распределительную решетку реактора. При этом получают псевдоожиженный слой, работающий при температуре от 500 до 850°С, предпочтительно от 630 до 720°С. По истечении конкретного времени пребывания частицы руды выводят из реактора, в то время как соответствующие химические реакции уже проведены. Что наиболее важно, особенностью псевдоожиженного слоя являются две зоны, которые расположены друг над другом по высоте реактора. По меньшей мере 60 мас.%, инертных частиц находятся в первой зоне псевдо-ожиженного слоя, в то время как по меньшей мере 60 мас.% частиц руды находятся во второй зоне, расположенной над первой зоной. Формирование этих двух зон происходит в ходе стационарной работы реактора, и оно особенно заметно в ходе постепенного снижения интенсивности подачи ожижающего газа (в случаях контролируемых отключений или останова устройства).
Существование этих различных зон можно регулировать посредством различных диаметров или различных плотностей частиц руды (так и инертных частиц, так как диаметр и плотность частиц являются параметрами, связанными с соответствующими минимальными скоростями ожижения (флюидиза-ции)). Если рассматривать частицы SiO2 в форме песка в качестве инертного материала и частицы руды, можно заметить, что плотности этих материалов являются сходными, и, следовательно, образование вышеупомянутых зон должно быть основано только на различии в размерах частиц. Если рассматривать другие инертные материалы, имеющие потенциально более высокую плотность, чем частицы руды, то различие плотностей также может способствовать образованию зон. Соответственно, минимальная скорость ожижения представляет собой скорость, которая является как раз настолько высокой, чтобы части
цы в слое переходили в псевдоожиженное состояние. При достижении минимальной скорости ожижения слой поднимается как единое целое. Это происходит в результате того факта, что под действием направленного вверх потока ожижающего газа сила, действующая на индивидуальные частицы снизу, превышает силу тяжести. При превышении минимальной скорости ожижения перепад давления в слое остается постоянным, поскольку теперь газ течет мимо псевдоожиженных частиц. Таким образом, с помощью уравнения Эргуна (Ergun, S. Fluid flow through packed bed columns (Течение текучей среды через колонны с неподвижным слоем), Chemical Engineering Progress, 48, 1954, с. 89-94), можно рассчитать среднюю скорость ожижения следующим образом:
АР_ 150(1 -е)2 \AJmf | 1.75(1-?> 7т/р/ L <р]гъ [d2P) ?3(p,dp
где
AP - перепад давления (Па);
L - высота псевдоожиженного слоя (м);
dp - средний диаметр частиц (м);
pf - плотность текучей среды (кг/м );
|д - вязкость текучей среды (Нс/м );
cpS - параметр сферичности (безразмерный);
8 - доля пустот (безразмерная);
Umf - минимальная скорость ожижения (м/с).
Поднимая частицы руды во второй зоне псевдоожиженного слоя и над первой зоной, сформированной из инертных частиц, можно отбирать, по меньшей мере, основную часть частиц руды без какого-либо дополнительного инертного материала. Более того, отмечено, что образование этих двух зон становится более явным при постепенном снижении подачи ожижающего газа в реактор, что приводит к "безопасному" (с точки зрения вероятности спекания) краткому или более длительному отключению реактора, как разъяснено в приведенных ниже абзацах.
Кроме того, образование двух упомянутых зон в ходе работы является благоприятным по следующим причинам. В случае, если частицы руды соединились друг с другом, эффективный размер частиц этих агломератов будет более значительным и, следовательно, они будут иметь более высокую массу; таким образом, они будут опускаться из второй зоны в первую зону псевдоожиженного слоя. В данном случае инертные частицы из-за их более высокой концентрации предохраняют уже слипшиеся частицы руды от спекания, как это хорошо известно.
Кроме того, формирование двух вышеупомянутых зон приводит к более равномерной реакции содержащегося в ожижающем газе кислорода и серы, находящейся внутри частиц руды. Это происходит, поскольку концентрация кислорода является максимальной на распределительной решетке и уменьшается на протяжении первой и второй зон псевдоожиженного слоя, в то время как концентрация серы изменяется прямо противоположным образом, то есть является минимальной или равной нулю на распределительной решетке, более высокой в первой зоне и самой высокой во второй зоне. В результате более равномерного окисления серы избегают образования горячих точек, которые являются основной причиной спекания. В этом контексте первая зона из инертных веществ работает как некая форма изолирующего слоя, в то время как термин "инертный" используют для описания вещества, которое в ходе частичного обжига не является реакционноспособным.
Кроме того, такой режим работы защищает печь от спекания также и в ходе запланированных или непредвиденных технологических остановок. Постепенное снижение подачи ожижающего газа приводит к более четкому образованию двух зон псевдоожижения, так как скорость в реакторе становится близкой к минимальной скорости псевдоожижения для инертных частиц или меньше нее (в ходе постепенного снижения подачи ожижающего газа), в то время как она все еще выше соответствующей минимальной скорости псевдоожижения для частиц руды. Дальнейшее постепенное снижение подачи газа до точки, в которой инертные частицы больше не являются псевдоожиженными, с последующим резким прекращением подачи ожижающего газа, приводит к останову, в условиях которого первая зона содержит максимизированное количество инертного вещества (выше, чем при стационарной работе); таким образом, невозможно получить спекания в ходе периода, когда реактор не работает. Более того, возможность спекания в ходе пуска реактора также сведена к минимуму, так как окрестности насадок покрыты первой зоной, которая имеет максимизированное содержание инертного вещества. Любые процессы "спекания", происходящие во второй зоне, в ходе запуска изменяют направление на противоположное, из-за начального импульса и получаемого в результате интенсивного перемещения первой зоны.
Предпочтительно диаметр по меньшей мере 70 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 80 мас.% частиц руды составляет ниже 60 мкм, и/или диаметр по меньшей мере 70 мас.%, предпочтительно 80 мас.% инертных частиц составляет от 0,5 до 1,5 мм. Таким образом, две зоны явно выражены в ходе стационарной работы и более четко - в ходе постепенного снижения производительности воздуходувки в ходе запланированного или незапланированного останова. Кроме того, эти размеры типичны для руды и частиц SiO2 в форме песка, поэтому не требуется предварительная обработка.
Особенно экономически эффективным является использование частиц SiO2 в качестве инертных частиц, поскольку песок дешев, легко доступен и удобен в обращении. Другим возможным материалом является гранулированный шлак.
Кроме того, предпочтительное воплощение данного изобретения обеспечивает количество ожи-жающего газа в диапазоне от 200 до 600 м3 (н.у.)/ч, предпочтительно от 300 до 500 м3 (н.у.)/ч, на тонну подаваемых частиц руды, в расчете на сухое состояние. В данном контексте м3 (н.у.) обозначает нормальный кубический метр, что означает кубический метр, измеренный в нормальных условиях по температуре и давлению. Также это количество ожижающего газа обеспечивает псевдоожиженный слой с двумя зонами.
Предпочтительно скорость ожижения регулируют таким образом, чтобы после сушки и снижения содержания серы в частицах руды они поднимались выше второй зоны в так называемую зону уноса. Оттуда частицы можно отобрать совместно с потоком ожижающего газа и отделить, например, с помощью циклона.
В предпочтительном воплощении данного изобретения по меньшей мере более 50 мас.%, предпочтительно более 80 мас.% и еще более предпочтительно более 90 мас.% частиц руды, выводимых из реактора, отбирают из положения над псевдоожиженным слоем, то есть из зоны уноса. Таким образом, большую часть руды отбирают практически без какого-либо дополнительного содержания песка.
Предпочтительно оставшиеся частицы руды выводят из псевдоожиженного слоя через выпускное отверстие, расположенное примерно на 80-99% общей высоты псевдоожиженного слоя, измеренной от днища реактора, предпочтительно от распределительной решетки. Таким образом, выведение посредством этого верхнего выпуска осуществляют на высоте второй зоны, где большая часть частиц представляют собой частицы руды, при условии, что в процесс, являющийся целью данного изобретения, не добавляют дополнительного песка или другого инертного материала. Если такой материал добавляют, например, чтобы скомпенсировать абразивный износ инертного материала, то протяженность первой зоны увеличивается до верхнего выпуска, в то время как вторая зона представляет собой тонкий слой над первой зоной. Следовательно, в случае непрерывного добавления в реактор инертного материала, материал, выходящий по трубопроводу, будет состоять как из частиц инертного материала, так и из частиц руды. Относительная аналогия между инертными частицами и частицами руды будет определяться на основании количества инертных твердых веществ, поступающих в реактор, и процентного содержания частиц руды, выходящих через верхний выпуск (остальные частицы руды выходят через зону уноса).
Как описано выше, согласно изобретению реактор способен работать также при отсутствии дополнительного инертного материала, или при его минимальном количестве. Однако если в ходе работы осуществляют непрерывное добавление инертного материала, конечный продукт можно очистить, так как диаметр частиц руды значительно меньше, чем диаметр песка. Таким образом, способом очистки может быть разделение частиц руды и песка посредством рассева, в результате чего можно отобрать руду без какого-либо дополнительного содержания песка.
Кроме того, предпочтительно, чтобы распределительная решетка на дне реактора была покрыта песком или инертными частицами, предпочтительно имеющими размер частиц более 2 мм. Частицы с диаметром более 2 мм не подвергаются псевдоожижению, так как они слишком велики. В результате они образуют на распределительной решетке реактора слой, который выполняет функцию мембраны для введения ожижающего газа. Предпочтительно этот слой составляет от 5 до 20 см. Действие этого слоя можно объяснить, как действие мембранного слоя, проницаемого для ожижающего газа, поступающего из распределительной решетки на дне реактора и следующего в пседоожиженный слой с его двумя зонами. Таким образом, частицы руды не могут проникать через этот мембранный слой к распределительной решетке. Следовательно, избегают спекания с распределительной решеткой из-за высокой локальной концентрации кислорода. Кроме того, дополнительный мембранный слой действует как пористая распределительная пластина из-за присущей ему пористой структуры неподвижного слоя. Таким образом, ожижающий газ можно вводить в реактор более однородно, избегая при этом горячих точек и сводя к минимуму возможность спекания.
В другом предпочтительном воплощении данного изобретения среднее время пребывания частиц руды в реакторе составляет от 0,5 до 1 ч. Благодаря этому содержание мышьяка в обожженной руде снижают ниже 0,3 мас.%.
Предпочтительно в реактор подают частицы руды с содержанием воды от 5 до 10 мас.%, предпочтительно от 7 до 8 мас.%, которое получают в результате происходящего выше по ходу технологического потока фильтрования продукта флотации. Эта влага дает то преимущество, что только что введенные частицы руды тонут во втором и в первом слоях псевдоожиженного слоя. При их перемещении в слое частицы высыхают и, таким образом, достигают верхней части слоя; наконец, их выгружают из слоя через верхний выпуск. Этот механизм обеспечивает необходимое время пребывания. Более высокое содержание влаги приводит к проблемам дозирования твердого вещества, в то время как более низкие значения приводят к низким временам пребывания, так как частицы руды сразу же могут быть увлечены в зону уноса или вынесены через верхний выпуск слоя.
В предпочтительном примере воплощения данного изобретения частицы руды подают в реактор с
содержанием серы 25-35 мас.%, в расчете на частицы руды в сухом состоянии. При таком составе заявленный способ можно осуществить наиболее эффективно, так как полученное содержание серы в продукте обжига соответствует требованиям энергетического баланса расположенной ниже по ходу технологического потока печи для плавки во взвешенном состоянии.
Использование в качестве ожижающего газа воздуха является предпочтительным, так как воздух является дешевым источником кислорода, необходимого для частичного обжига руды. Однако можно применять азот или любой другой инертный газ; при этом предпочтительным является газ с повышенным содержанием кислорода, также как и воздух после соответствующего обогащения кислородом.
Ожижающий газ вводят в реактор со скоростью от 0,2 до 2 м/с, предпочтительно от 0,5 до 1,5 м/с. Такая скорость поступления ожижающего газа обеспечивает образование псевдоожиженного слоя с двумя зонами, что является целью данного изобретения, особенно для частиц руды, характеризующихся диаметром от 20 до 60 мкм, и инертных частиц, характеризующихся диаметром от 0,1 до 2 мм.
Иногда сама применяемая руда содержит SiO2 или другие инертные вещества, в результате чего в реактор не нужно добавлять каких-либо дополнительных инертных веществ. Однако возможно также непрерывно вводить инертные частицы в реактор. Подачу песка можно осуществлять по отдельному трубопроводу или совместно с подачей частиц руды.
Данное изобретение дополнительно включает устройство для удаления сульфидов мышьяка и/или сурьмы из частиц руды, содержащей медь, никель и/или золото, которое отличается тем, что указано в п.12 формулы изобретения. Такое устройство включает реактор, в котором в ходе работы формируют псевдоожиженный слой. Реактор отличается наличием по меньшей мере одного трубопровода для подачи частиц руды в реактор, средств введения в реактор ожижающего газа, по меньшей мере одного выпускного отверстия для выведения из реактора частиц руды и потока газа, а также по меньшей мере одного верхнего выпуска для выведения частиц руды из псевдоожиженного слоя. Является существенным, чтобы выпускное отверстие было расположено таким образом, чтобы в ходе работы оно находилось над псевдоожиженным слоем, а верхний выпуск был расположен на 80-99% от общей высоты псевдоожи-женного слоя, измеренной от днища реактора, предпочтительно от распределительной решетки. При таком устройстве можно отбирать руду при очень малом увеличении содержания SiO2.
Кроме того, устройство по данному изобретению предпочтительно снабжают по меньшей мере одним герметичным загрузочным устройством (устройствами), для перемещения частиц руды из трубопровода в реактор без добавления дополнительного количества кислорода. Таким образом избегают образования локальных горячих точек, вызванного высокой скоростью окисления серы. Возможное загрузочное устройство представляет собой герметичный конвейер-рудомет, который подает материал выше уровня псевдоожиженного слоя и работает как устройство, распределяющее материал по всему сечению реактора, поскольку конвейер-рудомет состоит из ленты транспортера, вращающейся с высокой скоростью и вводящей частицы с высокой скоростью. Альтернативно, можно также использовать герметичный шнековый питатель, который может осуществлять подачу в псевдоожиженный слой или над поверхностью псевдоожиженного слоя, и может включать такие стандартные компоненты, как винтообразный вал, корпус, двигатель и т.д., а также устройство верхнего выпуска газа/твердых веществ между концом вращающегося винтообразного вала и входом в псевдоожиженный слой. Последнее устройство служит для целей защиты вращающегося винтообразного вала от высокой температуры, а также от протекания реакций внутри шнекового питателя. Дополнительным выбором герметичного устройства может быть вращающаяся лопасть, расположенная в верхней точке купола реактора, под бункером-питателем. Распределение подаваемого вещества в пределах площади сечения псевдоожиженного слоя осуществляют с помощью подающих труб, проходящих оптимальным образом от купола обжиговой печи в соответствии с площадью сечения псевдоожиженного слоя.
В предпочтительном воплощении изобретения ожижающий газ подают в реактор с псевдоожижен-ным слоем через так называемую распределительную решетку (nozzle grid), т.е. пластину, в которой сделано 10-300 отверстий на м2. В отверстия решетки вставлены насадки, которые могут быть нескольких типов, включая следующие:
(i) не выступающие из распределительной решетки и имеющие одно выпускное отверстие, направленное вверх;
(ii) выступающие над распределительной решеткой и имеющие одно или более выпускных отверстий, направленных под углом 0-180°;
(iii) такая же распределительная решетка, как и в последнем случае, но с дополнительной особенностью в виде колпачка для дополнительной защиты от забивания выпускных отверстий.
Предпочтительно данное устройство также характеризуется наличием нижнего выпуска из псевдо-ожиженного слоя для выведения любого материала слишком большого размера, который затрудняет работу первого и второго слоев псевдоожиженного слоя. Такой материал слишком большого размера может получаться из-за агломерации частиц продукта обжига, агломерации продукта обжига и инертных частиц, наличия частиц руды/инертного материала слишком большого размера в сырье из псевдоожи-женного слоя; при этом нижний выпуск размещен в положении примерно до 20% от общей высоты псев-доожиженного слоя, измеренной от распределительной решетки реактора.
Дополнительные направления развития, преимущества и возможные применения данного изобретения можно также получить из последующего описания чертежей и примера воплощения. Все описанные и/или проиллюстрированные отличительные особенности формируют объект данного изобретения, сами по себе или в любой комбинации, независимо от их включения в формулу изобретения или обратных ссылок.
Фиг. 1 схематически изображает реактор обжига в соответствии с уровнем техники и фиг. 2 схематически изображает реактор обжига по данному изобретению.
На фиг. 1 изображен реактор 10 для частичного обжига частиц руды, содержащей медь, никель и/или золото, с целью удаления сульфидов мышьяка и/или сурьмы. Руду подают в реактор 10 по трубопроводу 11, в то время как частицы SiO2 в форме песка подают в реактор 10 по трубопроводу 12.
Частицы руды и SiO2 в форме песка образуют псевдоожиженный слой 1 над распределительной решеткой 2 реактора, так как частицы ожижают ожижающим газом. Ожижающий газ вводят из распределительной решетки 2 реактора посредством трубопровода 13.
Кроме того, можно добавлять дополнительное количество воды по трубопроводу 14, чтобы регулировать температуру в реакторе.
По трубопроводу 15 смесь обоих видов частиц выводят из псевдоожиженного слоя 1. Между тем, очень легкие частицы перемещаются в зону 3 уноса, которая находится над псевдоожиженным слоем 1. Оттуда частицы совместно с ожижающим газом выводят по трубопроводу 16.
Из трубопровода 16 смесь частицы/газ подают в циклон 17, в котором частицы отделяют от потока газа. Поток газа выпускают из циклона 17 по трубопроводу 18, в то время как частицы проходят в трубопровод 15 по трубопроводу 19.
Основной проблемой, с которой сталкиваются при использовании этого реактора обжига, является высокое дополнительное содержание песка выше > 10 мас.% и до 20 мас.%, в расчете на сухое вещество, что вызывает увеличенный объемный расход на последующих технологических стадиях, загрязнение обожженной руды песком и проблемы в отношении среднего времени пребывания, так как дополнительное содержание песка требует высоких скоростей ожижающего газа.
Эксплуатация реактора, описанного на фиг. 1, в диапазоне скоростей от 0,5 до 1,5 м/с, для получения значений времени пребывания в диапазоне 0,5-1 ч, с приемлемым содержанием песка до 10 мас.%, в расчете на сухую руду, могла бы привести к низкой концентрации песка в псевдоожиженном слое, следовательно, к слишком высоким локальным концентрациям руды. В результате песок не защищает должным образом частицы руды от спекания.
На фиг. 2 схематически изображен реактор 20 по изобретению. Влажную руду с содержанием серы 25-35 мас.%, вводят в реактор 20 по трубопроводу 21. Если это необходимо, по трубопроводу 22 можно добавлять дополнительные частицы SiO2 в форме песка, например, в случае чрезвычайно сильно абразивного износа инертного материала. И трубопровод 21, и трубопровод 22 открываются в герметичное подающее устройство 30, 30' для перемещения частиц руды в реактор без какого-либо контакта с кислородом.
Дополнительный поток SiO2 предпочтительно задают от 0 до 3 мас.% от общего массового потока, но в любом случае ниже 10 мас.%. Кроме того, отличительной особенностью частиц SiO2 является распределение частиц по размерам от 0,1 до 2 мм. Вместо дополнительного песка можно применять любой другой инертный материал, особенно вещества, имеющие плотность частиц, сходную с плотностью руды или превышающую ее, а именно выше 2000 кг/м3. Возможным веществом является гранулированный шлак из плавильной печи, применяемой на предприятии для проведения очистки меди.
По трубопроводу 23 в распределительную решетку 32 реактора 20 вводят воздух или любую другую окислительную среду, например воздух, смешанный с азотом из блока разделения воздуха. Таким образом создают псевдоожиженный слой 31 со скоростью ожижающего газа на входе в диапазоне от 0,5 до 1,5 м/с и средним временем пребывания частицы руды от 0,5 до 1 ч.
Технологическую воду вводят по трубопроводу 24 и применяют для регулирования температуры в реакторе 20.
Верхний выпуск 25 размещен в положении, находящемся по меньшей мере на 80% общей высоты псевдоожиженного слоя 31, измеренной от распределительной решетки 32 реактора 20. Посредством верхнего выпуска частицы руды можно выводить из псевдоожиженного слоя 31. В типичном реакторе верхний выпуск 25 располагается на 0,5-1,5 м выше распределительной решетки 32.
Кроме того, частицы руды выводят также совместно с ожижающим газом через выпускное отверстие 26, которое расположено таким образом, чтобы в ходе работы оно находилось над псевдоожижен-ным слоем, в области зоны уноса. Частицы и газ проходят из выпускного отверстия 26 в циклон 27, где газ и частицы разделяют. Содержащий SO2 газ удаляют по трубопроводу 28, в то время как частицы подают в трубопровод 25 по трубопроводу 29. Нижний выпуск 34 применяют для периодического отвода инертных частиц.
В соответствии с идеей данного изобретения на фиг. 2 описаны две зоны 31b, 31c и слой 31а, расположенный ниже этих зон. Действие этих двух зон и слоя, которое приводит к успешной работе данного изобретения, разъяснено ниже.
Неподвижный слой 31а защищает распределительную решетку 32 от спекания. Такой слой 31а создают путем распределения, перед запуском реактора, инертных частиц, имеющих диаметр более 2 мм, предпочтительно слоем толщиной 5-20 см над распределительной решеткой 32. Эти частицы являются неподвижными и действуют как газопроницаемая стенка, не позволяющая содержащим серу продуктам обжига контактировать с наконечниками насадок распределительной решетки. Перепад давления на этом слое является низким, то есть в диапазоне 0,1-1 кПа, в зависимости от точного гранулометрического состава и формы данных частиц. Следовательно высокие температуры на отверстиях насадок и соответствующее спекание являются невозможными, так как в этот слой 31а не погружаются частицы руды. Плотность твердого вещества в этой зоне составляет более 1500 кг/м3.
Первая зона 31b обогащена инертными веществами. Первая зона 31b является самой большой зоной псевдоожиженного слоя 31. Руда, которая контактирует с первой зоной 31b, защищена от спекания, поскольку содержание инертных частиц, например частиц SiO2 в форме песка, является высоким. Предпочтительными условиями формирования первой зоны 31b являются применение верхнего выпуска 25; распределение инертных частиц по размеру, учитывающее, что 80 мас.%, частиц имеют размеры 0,5-1,5 мм, но в любом случае 100 мас.%, частиц имеют размеры 0,1-2 мм; распределение частиц руды по размеру, учитывающее, что 80 мас.%, частиц имеют размеры менее 60 мкм, но в любом случае 100 мас.% частиц имеют размеры от 0 до 200 мкм; при этом скорость ожижающего газа в пределах этой зоны составляет
0,2-2 м/с.
Вторая зона 31с обогащена частицами руды и, таким образом, формирует плавающий слой продуктов обжига над первой зоной 31b. Для получения такой второй зоны необходимо соблюдать технологические параметры, уже упомянутые в связи с первой зоной 31b. Хотя эта зона 31с обогащена продуктами обжига, склонными к спеканию, движение нижележащего обогащенного песком слоя защищает руду от спекания.
В заключение, новый реактор может работать при содержании добавленных инертных веществ менее чем <10 мас.%, в частности при 0-3 мас.%. Из-за такого низкого содержания инертных частиц получают продукт высокого качества. Кроме того, можно получить среднее время пребывания твердых частиц руды в диапазоне 0,5-1 ч, которое является оптимальным для удаления мышьяка. Вместо воздуха можно использовать и другие окислительные среды, чтобы дополнительно контролировать возможность образования горячих точек в ходе стационарной работы или процедур запуска, так как выделение тепла в пределах псевдоожиженного слоя и вблизи распределительной решетки зависит от содержания кислорода в ожижающем газе.
Пример.
Следующий простой лабораторный тест описывает действие данного изобретения. 800 г частиц SiO2 в форме песка и 200 г частиц руды помещают в прозрачную плексигласовую колонку (диаметр: 0,1 м). Со дна колонки вводят воздух в качестве ожижающего газа, при этом его поток постепенно увеличивают. При скорости выше 0,1 м/с только частицы руды переходят в псевдоожиженное состояние, в то время как песок остается на дне колонки. При скорости ожижающего газа выше 0,6 м/с частицы SiO2 также переходят в псевдоожиженное состояние. При поддержании постоянной скорости образуются две зоны, в результате чего по меньшей мере 80 мас.%, частиц SiO2 находятся непосредственно над дном колонки, формируя видимый первый слой, а по меньшей мере 80 мас.%, частиц руды находятся во втором слое, над первым слоем.
Перечень сносок
1 - псевдоожиженный слой
2 - распределительная решетка
3 - зона уноса
10 - реактор с псевдоожиженным слоем
11-16 - трубопровод
17 - циклон
18, 19 - трубопровод
20 - реактор с псевдоожиженным слоем
21-26 - трубопровод
27 - циклон
28, 29 - трубопровод
30, 30' - герметичное загрузочное устройство 31 - псевдоожиженный слой 31а - неподвижный слой
31 b - первая зона 31с - вторая зона
32 - распределительная решетка
33 - зона уноса
34 - нижний выпуск.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ удаления сульфидов мышьяка и/или сурьмы из частиц руды, содержащей медь, никель и/или золото, в котором частицы руды подают в реактор, в реактор вводят ожижающий газ для формирования псевдоожиженного слоя, содержащего по меньшей мере часть частиц руды и инертные частицы, частицы руды нагревают в присутствии инертных частиц до температуры от 500 до 850°С и частицы руды выводят из реактора, отличающийся тем, что по меньшей мере 60 мас.% инертных частиц формируют первую зону псевдоожиженного слоя и по меньшей мере 60 мас.% частиц руды формируют вторую зону, расположенную над первой зоной.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр по меньшей мере 70 мас.% частиц руды составляет менее 60 мкм и/или диаметр по меньшей мере 70 мас.% инертных частиц составляет от 0,5 до 1,5 мм.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что инертные частицы представляют собой частицы
SiO2.
4. Способ по любому из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере более 50 мас.%, предпочтительно более 80 мас.%, а еще более предпочтительно более 90 мас.% частиц руды, выводимых из реактора, отбирают из положения, находящегося выше псевдоожиженного слоя.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что оставшиеся частицы руды выводят из псевдоожиженного слоя через выпускное отверстие, расположенное по меньшей мере примерно на 80% общей высоты псев-доожиженного слоя, измеренной от днища реактора.
6. Способ по любому из предшествующих пп.1-5, отличающийся тем, что между днищем реактора и псевдоожиженным слоем расположен слой инертных частиц.
7. Способ по любому из предшествующих пп.1-6, отличающийся тем, что среднее время пребывания частиц руды в реакторе составляет от 0,5 до 1 ч.
8. Способ по любому из предшествующих пп.1-7, отличающийся тем, что в реактор подают частицы руды с содержанием воды от 5 до 10 мас.%.
9. Способ по любому из предшествующих пп.1-8, отличающийся тем, что частицы руды, подаваемые в реактор, имеют содержание серы более 25 мас.% в расчете на частицы руды в сухом состоянии.
10. Способ по любому из предшествующих пп.1-9, отличающийся тем, что в качестве ожижающего газа используют воздух или любой другой кислородсодержащий газ.
11. Способ по любому из предшествующих пп.1-10, отличающийся тем, что ожижающий газ вводят в реактор со скоростью от 0,2 до 2 м/с.
12. Способ по любому из предшествующих пп.1-11, отличающийся тем, что инертные частицы подают в реактор непрерывно.
13. Устройство для удаления сульфидов мышьяка и/или сурьмы из частиц руды, содержащей медь, никель и/или золото, способом по любому из пп.1-12, включающее реактор (20), в котором в ходе работы формируют псевдоожиженный слой (31), по меньшей мере один трубопровод (21) для введения частиц руды в реактор (20), средства (23) подачи ожижающего газа в реактор (20), по меньшей мере одно выпускное отверстие (26) для выведения частиц руды из реактора (20), при этом выпускное отверстие (26) расположено так, что в ходе работы оно находится выше псевдоожиженного слоя (31), и верхний выпуск (25) для выведения частиц руды из псевдоожиженного слоя (31), причем верхний выпуск (25) находится в положении, расположенном по меньшей мере на 80% общей высоты псевдоожиженного слоя (31), измеренной от днища реактора (20).
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что для перемещения частиц руды из трубопровода (21) в реактор (20) оно снабжено герметичным загрузочным устройством (30).
15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что для введения ожижающего газа в реактор (20) оно снабжено распределительной решеткой (32).
16. Устройство по любому из пп.13-15, отличающееся тем, что для выведения частиц руды из псевдоожиженного слоя (31) оно снабжено нижним выпуском (34), причем нижний выпуск (34) размещен в положении примерно не выше 20% от общей высоты псевдоожиженного слоя, измеренной от днища реактора (20).
4.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
032531
- 1 -
032531
- 1 -
032531
- 1 -
032531
- 1 -
032531
- 1 -
032531
- 1 -
032531
- 1 -
032531
- 9 -
032531
- 9 -