Способ восстановления окисных и сульфидных руд

ОП ИГРАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (Ii) 479302

Воюе ооеетоющ

3оцналнотичеокик

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Зависимый от патента (22) Заявлено 17.09.71 (21) 1698179/22-2 (51) М. Кл. С 21b 13/08 (32) Приоритет 18.09.70 (31) 73389 (33) США (Эпубликовано 30.07.75. Б|оллетсиь No 28

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР ио делам нзабретений н отнры1нй (53) УДК 669.1:622.782.6 (088,8) Дата опубликоваш:я описания 14.10.75 (72) Автор изобретения

Иностранец

Роберт Фред Кохл (США) Иностранная фирма

«Аллис Чалмерз Корпорейшн» (США) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСНЫХ

И СУЛЪФИДНЫХ РУД

Изобретение относится к усовершенствованному способу восстановления минеральной руды для получения прочных и стойких к расщеплению частиц минеральной руды, имеющих повышенное содержание металла, и в частности касается способа восстановления, проводимого во вращающейся печи, имеющей отверстия для получения предварительно восстановленной минеральной руды. Непосредственной задачей изобретения является контролируемый подвод углеводородного топлива и окислительных газов во вращающуюся печь для проведения процесса восстановления в кислороде, но не с целью получения жидкого металла, а для увеличения содержания металла в частицах или агломерате (обы шо в твердом состоянии) посредством уменьшения содержания кислорода, для приготовления предварительно восстановленной шихты, имеющей широкое применение в химических процессах, где требустсН минерал в металлической форме или где требуется увеличить производительность и эффективность использования тороплива в последующих процессах плавки рафинирования, Цель изобретения — повышение эффективности восстановления руд.

Для этого по предлагаемому способу руду перед продувкой углеводородным топливом нагревают до 1922 — 2282 F.

Способ осуществляется в несколько стадий; а) загрузка зоны горизонтальной вращающейся печи, имеющей по псриферии открывающиеся B печь отверстия, газопроницаемым слоем пористых масс минеральной руды, пред5 ставляющей собой окисные и сульфидные руды железа, вольфрама, никеля, цинка, меди, марганца, хрома или фосфора; б) нагрев газопроницаемого слоя минеральной руды по меньшей мере до температуры

10 1800 Г; в) вращение печи вокруг центральной оси для движения вокруг центральной оси отверстий, которые проходят под или над газопроницаемым слоем;

15 г) подача окислптельного газа через отверстия только в зону печи, имеющую отверстия, расположенные над газопроницасмым слоем для создания окислительной атмосферы над слоем руды;

20 д) подача жидкого углеводородного топлива, по существу свободного от окислитсльных газов, через отверстия в тот момент, когда они находятся под газопроницаемым слоем; е) нагрев углеводородного топлива до

25 2000 F посредством направления его вверх из отверстия и через газопроницаемый слой минеральной руды с целью обеспечения начальной пиролитической дпссоциации части жидкого углеводородного топлива на углерод и во30 дород. При этом сохраняется тесный контакт

3 с окиспой рудой для обеспечения быстрого восстановления по меньшей мере части окисной руды до низшего состояния окисления с сопутствующей повторной ориентацией молекул минерала и кислорода в твердом состоянии, увеличивающей площадь поверхности и обеспечивающей непрерывное восстановление руды и риформинг топлива посредством непрерывного пиролиза топлива для получения углерода и водорода и горения топлива с кислородом из руды для получения окиси углерода. Таким образом, углерод, водород и окись углерода находятся в тесном контакте с молекулами окисной минеральной руды, что способствует быстрому предварительному восстановлению окисной минеральной руды до металлической формы без жидкой фазы.

Последующие стадии включают в себя приготовление из тонкоизмельченных частиц руды агломератов, сушку агломератов и предварительный 1)х нагрев для получения проницаемого слоя.

После того, как агломераты приобретают достаточную прочность для выдерживания уларов при загрузке слоем, они укладываются и предварительно нагреваются до температуры 2000 F во вращающейся печи с отверстиями. Когда слой нагретых агломератов при температуре 2000 F движется аксиально в печь, то отверстия, расположенные по периферии печи, устанавливаются под солем, и естественный газ, свободный от окпслптельных газов, проходит через отверстия в слой для начального и промежуточного контакта с нагретыми агломератами.

Соприкосновение топлива с агломератами окисной железной руды при такой высокой температуре заставляет часть топлива быстро пиролитически распадаться и крекироваться с образованием сильных восстановителей — углерода и вородода. Последние способствуют очень быстрому восстановлению по меньшей мере части железной руды до низшего состояния окисления с сопутствующей повторной ориентацией в твердом состоянии молекул железа и кислорода. Повторная ориентация молекул дает повышенную пористость, в результате чего большая площадь поверхности окисной железной руды испытывает действие сильных восстановителей для дополнительного и непрерывного восстановления, Часть некрекированного топлива в слое быстро риформируется посредством непрерывного пиролиза (для образования углерода и водорода) и реакции с кислородом из руды (для получения окиси углерода). В результате образуется дополнительное количество сильных восстановителей (на этой стадии процесса— углерод, водород и окись углерода), Получение сильных восстановительных веществ и предварительное восстановление железной руды непосредственно до металлического железа происходят в слое агломератов, движущихся через печь до тех пор, пока не будет получено в металлической форме 90%

4 или более железа, содержащегося в агломе-. ратах. Затем агломераты разгру каются, например, в охлаждающее устройство с косвенным охлаждением, которое охлаждает их в

5 безокислительной атмосфере для исключения повторного окисления.

Важным отличительным признаком настоящего способа является то, что углеводородное топливо, например, метан, свободный от окисI0 лительных газов, имеет начальный и промежуточный контакт с частицами руды в слое при температуре 2000 F при непрерывном восстановлении руды.

Пиролиз метана представляет собой реак15 цию термического разложения. Продуктами этой реакции являются углерод и водород.

Механизм термического разложения метана еще не достаточно понятен. Наиболее вероятными представляются следующие стадии ре20 акции: а) СН4 — «СНз+Н (начало); б) СНз+СН4 — «С НО+Н (реакция роста цепи); в) Н+СН4«СНз+Нз (реакция роста цепи); г) СНз-«С+3/2 Нз (окончание). — 100/Π— 30 — 65 — 85 — 95

1922 F

2012

2102

2192

2282 (после 1 сек) 45

50 По предлагаемому способу термическое (пиролитическое) разложение топлива происходит па месте, потому что топливо находится в тесном контакте с о кисной рудой, предварительно нагретой до температуры 2000 F или

55 выше. Благодаря этому топливо быстро разлагается, и продукты разложения (углерод и водород) сразу вступают в реакцию с кислородом из минеральной окисной руды, восстанавливая последнюю, тогда как оставшаяся

60 часть метана продолжает пиролитичсскп разлагаться или расщепляться в реакции частичного горения, которая может быть представлена следующей схемой:

65 Д) СН4+ /> Оз-«С+Нз

Степень разложения метана зависит от тем30 пературы: 1080 F — сте пень разложения достигает 53%, 1700 F — 97%, 2150% F — 99%.

Известно, что часть естественного топлива (метан) не разлагается и не крекируется до тех пор, пока не восстанавливается большая

З45 часть железной руды. Поэтому главное внимание всегда уделяли разложению и крекингу естественного газа для получения восстановителей в отдельном устройстве при применении никелевого катализатора. Эта трудность

40 устранена в предлагаемом способе. В результате степень разложения, метана за единицу времени является функцией температуры;

Образование указанных восстановителей, как подчеркивалось выше, способствует очень быстрому восстановлению ло меньшей мере части железной руды до низшего состояния окисления с сопутствующей повторной ориентацией атомов железа и кислорода в твердом состоянии, Повторная ориентация атомов образует значительную,пористость, и ббльшая площадь окисной железной руды подвергается действию сильных восстановителей для дополнительного непрерывного восстановления. Часть еще некрекированного топлива в слое быстро диссоциируется посредством непрерывного пи.ролиза в соответствии с реакциями а — г на углерод и водород. В результате взаимодействия с кислородом руды образуется окись углерода. Посредством реакции с газообразным кислородом, который, может присутствовать в слое, в соответствии с реакцией д образуется дополнительное количество сильных восстановителей — углерод, водород и окись углерода.

Предмет изобретения

Способ восстановления окисных и сульфидных руд во вращаюп1ейся трубчатой печи, 10 включающий предварительный нагрев и последующую обработку руды продуктами пиролиза топлива, продуваемого через ее слой, и дожигание газообразных .продуктов реакции в рабочем объеме печи над слоем материала, 15 отличающи йся тем, что, с целью повышения эффективности восстановления, руду перед продувкой углеводородным топливом HBгревают до температуры 1922 — 2282 F.

Составитель А. Харитонов

Редактор Н. Спиридонова Техред 3. Тараненко Корректор Т. Добровольская

Заказ 2511/21 Изд. № 1677 Тираж 648 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2