Способ по изобретению относится к разложению в псевдоожиженном слое сульфатов металлов, образуемых в металлургической промышленности. Разложение сульфатов металлов осуществляют так, что образованные оксиды металлов извлекают в такой чистой форме, что их можно повторно использовать в изготовлении таких металлических сплавов, как сталь. В частности, сульфаты, содержащие никель, железо и хром разлагают в окислительных условиях, используя пириты или пирротин в качестве топлива и материала слоя.

[0001] Способ разложения остатка, образованного в металлургической промышленности, включающий разложение по меньшей мере одного сульфата металла до оксида и диоксида серы, который используют для производства серы и/или серной кислоты, отличающийся тем, что разложение никельсодержащего сульфата металла выполняют в печи с псевдоожиженным слоем при температуре 800-900 °С, а энергию, требуемую для разложения сульфата, получают из обжига сульфида железа, используемого в качестве материала слоя в печи, причем разложение осуществляют в окислительных условиях с образованием оксида, содержащего максимально 0,5% серы, для его повторного использования в сталелитейном производстве.

[0002] Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфат металла является смешанным сульфатом, включающим сульфаты никеля, хрома и железа.

[0003] Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфат металла является сульфатом никеля, хрома и железа, образованным при травлении в сталелитейном производстве.

[0004] Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфат металла представляет собой сульфат никеля.

[0005] Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что сульфат металла является сульфатом никеля, образованным при электролитической очистке меди.

[0006] Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что сульфид железа представляет собой пирит или пирротин.

[0007] Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что время разложения составляет 1-5 ч.

Способ по настоящему изобретению относится к разложению в псевдоожиженном слое сульфатов металлов, образуемых металлургической промышленностью. Разложение сульфатов металлов осуществляют так, что образованные оксиды металлов извлекают в такой чистой форме, что их можно повторно использовать в производстве металлических сплавов, таких как сталь. В частности, сульфаты, содержащие никель, железо и хром, разлагают в окислительных условиях, используя пириты или пирротин в качестве топлива и материала, образующего слой.

Сульфаты металлов образуются в различных металлургических процессах, таких, например, как травление стали или электролитическая очистка металла в анодном шламе. Смешанные сульфатные отходы, содержащие серную кислоту, не могут быть использованы как таковые где-либо и являются чрезвычайно опасными отходами.

В патенте US 4824655 описан способ получения диоксида серы посредством термического разложения серосодержащих сульфатов металлов в псевдоожиженном слое. Сульфат металла в основном является сульфатом железа, который включает небольшое количество других металлов, таких как соединения алюминия, магния, титана, марганца, хрома и ванадия. Сульфат образуется большей частью при производстве титана. Разложение сульфата металла происходит при температуре 800-1100 °С. Существенно, что серосодержащий материал, такой как серные отходы или чистые пириты, используют в восстановлении сульфата для того, чтобы изготовить максимально возможное количество диоксида серы. Энергию, требуемую для восстановления сульфата, производят с помощью топлива, содержащего углерод, такого как уголь, кокс или мазут. Большую часть топлива вводят с материалом слоя, но некоторую часть подают отдельно с газом-носителем. Ключевым моментом данного способа является производство диоксида серы и не существует никакого упоминания об использовании производимых металлсодержащих твердых веществ, так что их отправляют в отходы. Количество отходов, производимых данным путем, является значительным. Подача дополнительного топлива, в частности дополнительного жидкого или газового топлива, затрудняет равномерное регулирование температуры, так как локализованная подача в слой может привести к образованию мест перегрева, которые вызывают спекание слоя. Топливо, содержащее углерод, приводит к выделению диоксида углерода и целью является уменьшение количества такого выделения.

Целью способа по изобретению является предотвращение недостатков способа, описанного выше. Целью разрабатываемого в настоящее время способа является разложение сульфатов металлов, образуемых в металлургической промышленности, в частности, смешанных сульфатов, содержащих никель, так, что топливо, используемое при их разложении, производит материал слоя при окислении, после чего равномерное распределение топлива предотвращает образование мест перегрева. Топливо также не содержит углерода, так что диоксид углерода не выделяется.

Существенные признаки изобретения ясны из приложенной формулы изобретения.

Данное изобретение относится к способу разложения до оксида остатка, образованного в металлургической промышленности, содержащего по меньшей мере один сульфат металла. Разложение сульфата металла выполняют в печи с псевдоожиженным слоем, в результате чего энергию, требуемую для разложения сульфата, получают из обжига сульфида железа, используемого в качестве материала слоя. Обжиг выполняют в окислительных условиях с образованием, по существу, не содержащего серы оксида для повторного использования в сталелитейной промышленности, и образованный диоксид серы используют в производстве серы и/или серной кислоты.

Согласно одному воплощению данного изобретения сульфат металла является смешанным сульфатом, включающим сульфат никеля, хрома и железа. Смешанный сульфат является, например, смешанным сульфатом, образованным при травлении стали.

Согласно другому воплощению данного изобретения сульфат металла является сульфатом никеля. Сульфат никеля образуется, например, при электролитической очистке меди.

Сульфид железа используют в качестве материала псевдоожиженного слоя, и производителем энергии является пирит и/или пирротин. Разложение сульфата выполняют при температуре 800-900 °С и времени пребывания в слое составляет примерно 1-5 ч. Концентрация серы в сплаве получаемого оксида или оксидов составляет максимально 0,5%.

Загрязненные осадки сульфатов образуются в металлургической промышленности, такой как производство стали и электролитическая очистка металлов; эти осадки содержат сульфаты никеля, хрома и железа и т.д. Сульфаты являются достаточно растворимыми, так что они не могут быть удалены из цикла как таковые, но к тому же содержащийся в них металл должен быть извлечен экологически чистым путем. Как описано в предшествующем уровне техники, осадки сульфатов, в частности такие, которые образованы при производстве титана, обрабатывают в печи с псевдоожиженным слоем, однако, в основном, для того чтобы получить газообразный диоксид серы для производства серной кислоты.

Осадок смешанного сульфата получают на стадии травления при производстве стали; этот осадок содержит в добавление к сульфатам железа (FeSO ₄ ∙H ₂ O, Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ ) также сульфаты никеля и хрома (NiSO ₄ , Cr ₂ (SO ₄ ) ₃ ) и серную кислоту. В окислительных условиях сульфаты железа и сульфат хрома разлагаются при намного более низкой температуре, чем сульфат никеля. Сульфат никеля можно также разлагать при более низких температурах в восстановительных условиях, однако в этом случае существует опасность, что в дополнение к оксидам также образуются сульфиды. Когда целью является получение продукта, подходящего, например, для стальных заготовок, содержание серы в нем должно быть чрезвычайно низким, то есть ниже 0,5%.

Конечным продуктом пирометаллургического изготовления меди является медный анод, который затем очищают электролитически в чистую катодную медь. Образующийся при этом анодный шлам содержит примеси анода, из которых одним из наиболее значительных является никель в форме сульфата никеля.

Разложение сульфатов до оксидов является эндотермической реакцией. В способе согласно предшествующему уровню техники слой печи с псевдоожиженным слоем формировали так, что восстанавливающий серосодержащий материал и некоторые из углеродсодержащих топлив смешивали с сульфатами, гранулировали и затем подавали в печь. К тому же часть топлива подавали отдельно. В разрабатываемом в настоящее время способе топливо, требуемое для разложения, действует в качестве материала слоя, то есть не требуется никакого отдельного углеродсодержащего топлива. Сульфид железа, такой как пирит или пирротин, действует в качестве топлива и материала слоя, который обжигают и, одновременно, сульфаты, подаваемые в слой, разлагаются до их оксидов. Реакции, которые возникают при обжиге сульфида железа, являются настолько экзотермическими, что производимая теплота является достаточной для эндотермических реакций, протекающих при разложении сульфатов, без необходимости любого дополнительного нагревания.

Разложение сульфата выполняют при температуре 800-900 °С и времени нахождения в слое примерно 1-5 ч. В частности, разложение сульфата никеля требует упомянутой выше температуры для того, чтобы разложение в оксиды происходило за разумное время. Настоящее изобретение, таким образом, связано со способом разложения одного или более сульфатов металлов, где сульфат никеля является предпочтительным из сульфатов. Разложение сульфата выполняют в окислительных условиях, чтобы избежать сохранения серы в любой форме в оксидах. Не содержащие серу оксиды являются пригодными для повторного использования, например, в стальных заготовках. Образующиеся газы, содержащие диоксид серы, направляют в производство серы и/или серной кислоты, однако способ регулируют на основе производства оксидов металлов, которые являются настолько чистыми, насколько это возможно, а не на основе производства диоксида серы.

Предпочтительно сохранение содержания серы в оксидном сплаве, предназначенном для подачи в стальные заготовки настолько малым, насколько это возможно, так как это уменьшает потребность в кислороде, используемом для удаления серы при переработке.

Когда всю энергию, требуемую для разложения сульфата, поставляют в виде материала слоя, недостатков, которые могут возникать из-за отдельной подачи топлива в слой, можно избежать. Использование отдельного топлива является неудобным, потому что трудно подавать его в слой так равномерно, чтобы не образовывалось никаких локальных мест перегрева, в которых спекался бы материал слоя и сульфаты. Горячие локализованные точки являются также вредными для оборудования. Введение отдельного топлива в псевдоожиженный слой означает введения углеродсодержащего материала, обычно подаваемого газа, в слой. Недостатком углеродсодержащего топлива является то, что топливо приводит к выделению диоксида углерода и, к тому же, требуется камера дожигания в качестве дополнительного оборудования.

Когда сульфиды железа используют в качестве производителя энергии в разложении сульфатов в псевдоожиженном слое, легко регулировать свертывание слоя, а также нарушение нормальной подачи сульфата не вызывает проблем. Когда используют сульфиды железа, работу проводят в окислительных условиях, и не существует никаких дополнительных сульфидов, предназначенных для сжигания в слое. Если работу проводят в восстановительных условиях, и происходит нарушение нормальной работы, тогда сульфиды сгорают и возникают места перегрева, расплавленная фаза и спекание.

Пример 1.

Разложение загрязненного сульфата никеля осуществляли в печи с псевдоожиженным слоем, используя пирит в качестве материала слоя и топлива. Воздух использовали в качестве псевдоожижающего воздуха и псевдоожижение выполняли при скорости 0,2 м/с в слабо окислительных условиях. Через 1,5 ч концентрация серы в оксиде никеля, удаляемом из печи, составляла 0,34%, и через 3 ч она составляла 0,15%, так что оксид был весьма пригоден для повторного использования в сталелитейном производстве.

Пример 2.

Разложение смешанного сульфата выполняли в печи с псевдоожиженным слоем, в которой состав смешанного сульфата был следующим,%: Fe 12,8; Cr 1,8; Ni 1,8; Mo 0,08 и SO ₄ 44,4. Пирит использовали в качестве топлива и материала слоя. Воздух использовали в качестве псевдоожижающего воздуха, и псевдоожижение выполняли при скорости 0,2 м/с в слабо окислительных условиях. Через 1,5 ч концентрация серы в смеси оксидов, удаляемых из печи, составляла 0,32%, и через 3 ч она составляла 0,17%, так что они были весьма пригодны для повторного использования в сталелитейном производстве.