用熱乾燥氣體直接接觸乾燥硫化物礦石的方法

2023-04-23 21:55:51

專利名稱:用熱乾燥氣體直接接觸乾燥硫化物礦石的方法
本發明是關於用熱乾燥氣體直接接觸乾燥硫化物礦石的方法，其中硫化物礦石得到加工處理，同時產生含SO2的氣體。這含SO2的氣體經接觸法制酸裝置製備硫酸，制酸過程中所得到的餘熱用來加熱乾燥氣體。
硫化物礦石或者金屬富集礦，如銅、鎳、鉛、錫、鐵的礦石及其任意混合物，例如粗礦砂、石灰石以及從礦渣中回收的金屬富礦，在冶煉之前往往需要經過乾燥。冶煉過程或者是在焙燒之後進行，或者在冶煉的過程中同時進行焙燒。由此產生的含SO2氣體可以經接觸法在制酸設備中處理來製備硫酸。特別是在焙燒和冶煉同時進行的情況下，乾燥後的礦物含水量必須達到很低，以保證礦石在一定的溫度下起燃。另一方面，進行乾燥的過程中也應該考慮到礦石的可燃性，因為必須避免礦石在乾燥的過程中起燃。這可以通過合理選擇乾燥氣的進口溫度來實現。在選擇該進口溫度時，要考慮到氣體中的氧含量以及氣體、固體的流動形式。通常乾燥使用固體燃料燃燒所產生的熱煙道氣。乾燥過程中蒸發水份需要大量的熱，用此需要耗費大量的一次能源。
從1983年4月出版的《冶金學》37卷第四冊299頁(「Metall」，Vol.37，No.4，April 1983，page 299)的文中可知利用接觸法制酸過程產生的餘熱加熱乾燥空氣。然後用該空氣去乾燥銅礦石。該方法節約了相應量的一次能源。但這樣節約的一次能源必須用高溫餘熱來代替，這部分高溫餘熱可以在以高濃度SO2氣體為原料的接觸法制酸過程中獲得，在其它情況下，該餘熱可用來產生高壓蒸汽。
本發明的目的在於使乾燥所用的高品位熱量的用量最小。
根據本發明，實現這一目的的方法是，使用接觸法制酸過程所產生的熱乾燥尾氣作為乾燥氣體。
這裡所說的「尾氣」指的是接觸法制酸裝置中從SO2吸收塔最後一塊接觸板所排放的乾燥廢氣。乾燥廢氣中基本上不含SO2和SO3。該氣體的溫度通常在60～80℃，如果吸收在高溫下進行，該出口尾氣的溫度可高達140℃以上。該尾氣僅含有少量的殘餘氧氣。使用制酸過程中所產生的餘熱對該尾氣進行間接式加熱。
依照優選的另一個特徵，供入乾燥器的尾氣速率相當於該乾燥裝置的「單位氣流額定值」(Specific gas flow rating)，用接觸法產生的餘熱加熱所用尾氣到這樣溫度，使之有足夠的熱量供給乾燥設備以蒸發礦石所含水份，並且溼的乾燥用空氣離開乾燥器的溫度高於其露點溫度，以免在後繼的過程中出現蒸汽冷凝。乾燥設備的「單位氣流額定值」是指所用的乾燥器氣流通道上單位截面積允許通過的最大體積流速，同時也兼顧隨輸送固體顆粒所帶走氣體的允許負荷以及用於氣體輸送的能量。乾燥後的溼空氣溫度要求高於其露點溫度，即使對於吸塵器之類的後續設備也應如此。而另一方面又要求離開乾燥器的溼空氣溫度儘量可能地低，以使得隨排放的氣體和固體帶來的熱量損失最小。「接觸法制酸裝置所產生的餘熱」指的是在SO2反應過程中所不需要的那部分熱。而且該部分熱必須除去以使反應向生成的SO3方向進行。獲取適用的該餘熱的速率依賴於原料氣中SO2的濃度以及反應裝置所處理的氣體速率。如果礦石所含的硫量比較高，則接觸法制酸過程中產生的餘熱足以在整套裝置中完全乾燥所處理的礦石，即使在SO2氣濃度較低，例如SO2的體積百分數為8～10%的情況下也是如此。接觸法制酸所用的原料氣中SO2濃度越高，產生餘熱的速率也就越大。接觸法制酸裝置所生的餘熱其溫度通常在150～700℃。其溫度下限主要取決於含SO3氣體的露點溫度。由於提供給乾燥流程的乾燥氣體其速率，溫度較高，(乾燥氣溫度僅稍低於礦石燃燒所允許的最高溫度)，使得熱的利用大大地改善了。
另一個優選的特徵是，送到乾燥設備的尾氣用接觸法制酸過程所產生的餘熱進行預熱，隨後將該氣體經間接式換熱方式加熱至乾燥器所要求的進口溫度。這方案需要一個輔助的換熱器，當接觸法制酸系統所產生的餘熱不夠時可採用該方案，使用間接式換熱方式為的是儘可能的保留使用乾燥尾氣所具有的優點。
依照另一個特徵，使用接觸法制酸過程，產生的餘熱預熱供給乾燥器的尾氣，隨後將其與熱煙道氣直接混合，使尾氣達到乾燥器所要求的進口溫度。混合氣進入乾燥器的體積速率相當於該裝置的單位氣流額定值。調節進口溫度使之有足夠的熱量提供給乾燥設備以蒸發礦石所含的水分，並且離開乾燥器的溼的乾燥用氣體溫度高於其露點溫度。這樣，前面所提到的其它要求也能適當滿足。煙道氣處於最高溫度時與尾氣進行直接混合，這樣可使煙道氣的混合速率最小，由此帶入的水量也就最少。因為煙道氣為燃燒礦物燃料所產生，因此不可避免會帶有水份。提供給產生煙道氣的燃燒室的氣體是接觸法制酸裝置提供的乾燥尾氣，而不用未經乾燥的二次空氣。當接觸法制酸過程所產生的餘熱不夠乾燥礦石的情況下採取此方案。該方案能基本保留使用乾燥尾氣乾燥礦石所具有的優點。
依照另一個優選的特徵，要求離開乾燥設備的溼的乾燥空氣溫度高出該氣體露點溫度30～70℃，在這種情況下，乾燥氣體的熱利用率高，且可以避免後繼設備中出現冷凝。
乾燥過程以在乾燥器中進行為好，所用的乾燥器最好具有高的單位氣流額定值，這樣在操作的過程中，氣體的進出口溫差可以維持較低的水平，這樣的裝置通常由下列設備組成懸浮式乾燥器，流化床乾燥器或轉鼓式乾燥器。
本發明將參照附圖和實施例來作更詳細的說明。
圖1為流程示意圖，圖示富銅礦石的冶煉與製備硫酸相結合的流程，在該流程中，乾燥礦石使用的是轉鼓式乾燥器。
圖2為流化床乾燥器的流程示意圖。
圖3為轉鼓式乾燥器結合懸浮式乾燥器的流程示意圖。
富礦石以及添加物經供料器1進入乾燥器2，2a，2b，2c。熱尾氣經管線3供入乾燥器，載有水份的廢氣離開乾燥器經管線3進入氣體淨化器5，隨後經管線6去煙囪。乾燥後的固體混合物經管線7排出，與氣體淨化器5收集的固體顆粒7a一起經管線8去銅礦冶煉爐9。冶煉是在懸浮式冶煉爐(suspension smelting furnace)中進行的，冶煉爐後接轉化器，在冶煉過程中由吹風爐吹進工業用純氧。冶煉過程中產生的高濃度SO2氣體經管線10進入氣體淨化器11，為了調節O2濃度和SO2濃度到所需要的比值，還需在淨化後的氣體中摻入空氣。隨後該氣體經管線12供給接觸法制酸裝置13製備硫酸。制酸裝置13所產生的尾氣經管線14輸出，其中一部分尾氣經管線15循環回到制酸裝置13使之得到加熱。加熱後的尾氣經管線3供給乾燥器2。如果接觸法制酸裝置13產生不了足夠的餘熱來加熱該乾燥尾氣的支流，使其達到乾燥器所要求的進口溫度，這時燃料油和一次空氣分別經管線16和管線17進入燃燒室18燃燒以產生煙道氣。
圖1表示了為轉鼓式乾燥器，上有固體出料孔7和氣體出口管線4。
圖2表示出為流化床乾燥器2a，其中所有的固體顆粒以及氣體經管線4a進入流化床床體5(bag house 5)。得到的固體顆粒經管線7a至管線8。
圖3表示出是流化床乾燥器和懸浮式乾燥器聯合使用的情況，固體顆粒經短式轉鼓2預乾燥，乾燥後的粒子與氣體進入籠式研磨機2b。在那裡繼續進行乾燥，並且粗固體顆粒在其中得到研磨。隨後氣固混合物進入懸浮式乾燥器2c作最後的乾燥。乾燥後的氣固混合物經管道4a進入旋風分離器5a，大部份的固體顆粒經旋風分離器回收，並經管線7送至管線8，剩餘的少量固體和氣體經管線4b送至靜電除塵器5除去灰塵。
實施例使用富銅礦，其組成以幹礦計列出如下銅 25%鐵 32%硫 34.5%其溼含量為8%。
所用的添加物為礦砂和由礦渣所得的精選礦渣，其水份含量分別為8%和12%每小時所投的混合料中，富銅礦石為51800公斤，礦砂為7900公斤，精選礦渣為2600公斤，以上原料均以乾料計。進料溫度為20℃。
得到的混合物含水份為8.1%，以每小時67800公斤的速率供給乾燥器。
整套裝置的接觸法制酸能力為93800公斤/小時，以上以100%的硫酸濃度計。
例1至例3(圖1)編號 能量決定參數 例1 例2 例3煙道氣 尾氣 尾氣+煙道氣8 固體顆粒速度噸/小時 62.5 62.5 62.5殘餘的水份 %水 0.3 0.3 0.3溫度 ℃ 100 80 9018 氣體速率(幹氣) (標準立方米)/(小時) 38，330 39，960 40，600水含量 克水/標準立方米 39 0 8幹氣氣體溫度 ℃ 450 408 4234 氣體速率(幹氣) (標準立方米)/(小時) 47，260 46，860 47，430水含量 克水/標準立方米幹氣 179 134 140露點溫度 ℃ 64 53 54氣體溫度 ℃ 120 100 11016 燃料油速率 公斤/小時 580 … 17017 空氣燃燒速率 (標準立方米)/(小時) 38，330 … 5，230(以幹空氣計)水含量 克水/標準立方米幹氣 20 … 20空氣溫度 ℃ 20 … 203 尾氣速率(為幹氣) (標準立方米)/(小時) … 39，961 40，603水含量 克水/標準立方米幹氣 … 0 0尾氣溫度 ℃ … 450 405
編號 能量決定參數 例1 例2 例3煙道氣 尾氣 尾氣+煙道氣12 SO2濃度體積%SO210.5 11.2 10.5氣體速率 (標準立方米)/(小時) 84，120 79，000 84，120(以幹氣計)14 尾氣速率 (標準立方米)/(小時) 75，540 61，830 75，540(以幹氣計)尾氣溫度 ℃ 70 70 70例4至例6(圖2)編號 能量決定參數 例4 例5 例6煙道氣 尾氣 尾氣+煙道氣8 固體顆粒速度 噸/小時 62.5 62.5 62.5殘餘的水份 %H2O 0.3 0.3 0.3溫度 ℃ 100 95 9518 氣體速率 (標準立方米)/(小時) 57，140 59，310 39，000(以幹氣計)含水量 克水/標準立方米幹氣 34 0 2氣體溫度 ℃ 320 314 3154 氣體速率 (標準立方米)/(小時) 66，596 66，280 66，160(以幹氣計)含水量 克水/標準立方米幹氣 127 90 93
編號 能量決定參數 例4 例5 例6煙道氣 尾氣 尾氣+煙道氣露點溫度 ℃ 52 46 47氣體溫度 ℃ 100 95 9516 燃料油速率 公斤/小時 610 … 5217 空氣燃燒速率 (標準立方米)/(小時) 57，625 … 1，610(以幹氣計)含水量 克水/標準立方幹氣 20 20空氣溫度 ℃ 20 203 尾氣速率 (標準立方米)/(小時) … 59，310 57，500(以幹氣計)含水量 克水/標準立方米幹氣 … 0 0尾氣溫度 ℃ … 320 28912 SO2濃度體積%SO210.5 11.8 10.5氣體速率 (標準立方米)/(小時) 84，120 74，610 84，120(以幹氣計)14 尾氣速率 (標準立方米)/(小時) 75，540 61，380 75，540(以幹氣計)尾氣溫度 ℃ 70 70 70
例7至例9(圖3)編號 能量決定參數 例7 例8 例9煙道氣 尾氣 尾氣、煙道氣8 固體顆粒速率 噸/小時 62.5 62.5 62.5殘餘的水份 %水 0.3 0.3 0.3溫度 ℃ 75 75 7518 氣體速率 (標準立方米)/(小時) 55，100 59，100 57，600(以幹氣計)含水量 克水/標準立方米幹氣 33 0 5氣體溫度 ℃ 300 286 3004 氣體速率 (標準立方米)/(小時) 64，300 66，000 65，000(以幹氣計)含水量 克水/標準立方米幹氣 130 91 98露點溫度 ℃ 53 46 48氣體溫度 ℃ 80 80 8016 燃料油速率 公斤/小時 550 … 15717 空氣燃燒速率 (標準立方米)/(小時) 55，550 … 4，740(以幹氣計)含水量 克水/標準立方米幹氣 20 … 20空氣溫度 ℃ 20 … 20
編號 能量決定參數 例7 例8 例9煙道氣 尾氣 尾氣、煙道氣3 尾氣速率 (標準立方米)/(小時) … 59，123 53，000(以幹氣計)含水量 克水/標準立方米幹氣 … 0 0尾氣溫度 ℃ … 300 24712 SO2濃度體積%SO29.0 10.8 9.0氣體速率 (標準立方米)/(小時) 97，552 81，926 97，552(以幹氣計)14 尾氣速率 (標準立方米)/(小時) 84，315 68，670 84，315(以幹氣計)尾氣溫度 ℃ 70 70 70本發明的優點在於不用或少用昂貴的一次能源，由於利用了尾氣的低品位熱，使得制酸過程中得到的高品位餘熱的消耗大大地降低了。
權利要求
1.熱乾燥空氣直接接觸乾燥硫化物礦石的方法，其中硫化物礦石隨著含SO2氣體的產生得到加工處理，該氣體經接觸法製備硫酸，在制酸過程中所產生的餘熱用於加熱乾燥氣體，其特徵在於，利用接觸法制酸過程中所產生的熱乾燥尾氣作為乾燥用的氣體。
2.按照權項1所述的方法，其特徵在於，進入乾燥器的尾氣速率相當於該設備的單位氣流額定值，用制酸過程中所產生的餘熱加熱乾燥尾氣到這樣使溫度，使之有足夠的熱量提供給乾燥器以蒸發礦石所含的水份，並且離開乾燥器的溼的乾燥用氣體溫度高於其露點溫度，以免在後繼的過程中出現冷凝。
3.按照權項2所述的方法，其特徵在於，送至乾燥設備的尾氣用接觸法制酸過程中所產生的餘熱進行預熱，然後將其間接加熱至乾燥設備所要求的進口溫度。
4.按照權項1所述的方法，其特徵在於，送至乾燥設備的尾氣用接觸法制酸過程中所產生的餘熱進行預熱，然後與熱煙道氣直接混合將其加熱到乾燥器所要求的進口溫度，進入乾燥器的混合氣其體積流速相當於該設備的單位氣流額定值。乾燥氣的進口溫度要適當調整以使提供給乾燥設備的熱量足以蒸發礦石所含水份，並且離開乾燥器的溼的乾燥用氣體的出口溫度要比其露點溫度高得多。
5.按照權項2到4中任何一項所述的方法，其特徵在於，離開乾燥器的溼的乾燥用氣體的出口溫度高出其露點溫度30～70℃。
6.隨硫酸的製備過程處理硫化物礦石的方法，其中，硫化物礦石與熱乾燥空氣接接觸得到乾燥和加工處理產生含SO2的氣體，該氣體經接觸法製備得到硫酸，制酸過程所產生的餘熱用來加熱乾燥用氣體，其特徵在於，用接觸法制酸過程中所產生的熱乾燥尾氣作為乾燥用的氣體。
專利摘要
用接觸法制酸裝置製備硫酸的過程中得到的熱乾燥尾氣直接接觸乾燥硫化物礦石，將乾燥後的礦石加熱並進行冶煉，然後使從冶煉得到的含SO
文檔編號C22B1/00GK85104183SQ85104183
公開日1986年11月26日 申請日期1985年6月1日
發明者卡爾·海因斯·多爾, 烏爾裡克·桑德, 阿方斯·舒爾茨, 海因裡希·特勞爾森 申請人:金屬股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan