Способ переработки твердого топлива, содержащего германий

 

Изобретение относится к переработке твердых топлив, содержащих летучие металлы, например германий, в жидкой шлаковой ванне. Твердое топливо, например уголь, загружают в шлаковый расплав и производят обработку его путем изменения коэффициента расхода кислорода α, что достигается за счет чередования окислительной и восстановительной обработки расплава, что позволяет повысить извлечение германия из отвального зольного шлака и тем самым общее извлечение германия при переработке твердого топлива. 1 табл.

Изобретение относится к переработке твердых топлив, содержащих летучие металлы, например германий, в жидкой шлаковой ванне.

Известен способ сжигания углей в циклонных топках разной производительности с жидким шлакоудалением [1].

Недостатком данного способа сжигания углей является то, что он не обеспечивает необходимой степени извлечения металлов из жидкого шлака, а получаемые возгоны загрязняются золоуносами, достигающими 20% от загрузки.

Прототипом изобретения является способ сжигания углей в жидкой шлаковой ванне, включающий загрузку твердого топлива на поверхность барботируемой окислительным газом шлаковой ванны [2].

Недостатком этого способа сжигания германийсодержащего угля является то, что свыше 10% германия теряется с отвальными шлаками из-за невозможности их доработки ввиду их вывода из процесса в момент образования.

Целью изобретения является повышение степени извлечения германия в возгоны за счет снижения его потерь с отвальными зольными шлаками.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки твердого топлива, содержащего германий, включающем загрузку твердого топлива в шлаковый расплав и последующую обработку расплава окислительным газом, содержащим кислород, с получением газовой фазы, возгонов и зольного шлакового расплава, согласно изобретению обработку расплава ведут при изменяющемся коэффициенте расхода кислорода α путем чередования окислительной и восстановительной обработки расплава.

Необходимость изменения α - коэффициента расхода кислорода обусловлена тем, что при обычных промышленных условиях с зольными шлаками теряется до 15% германия, содержащегося в угле, в виде летучих соединений. При температурах топочного пространства 1200-1300^oC летучий GeO за счет реакции диспропорционирования "разлетается" на нелетучие Ge и GeO₂, которые остаются в жидких зольных шлаках. Для того, чтобы удалить эти нелетучие соединения из шлака, необходимо изменение условий сжигания угля. Для удаления металлического германия его необходимо окислить до монооксида (GeO) при избытке кислорода в дутье (против стехиометрии), а для удаления нелетучего диоксида германия (GeO₂) необходима восстановительная атмосфера, т.е. наличие в газовой фазе CO. Для удаления его из зольного шлака в первом случае германий необходимо окислить до летучей моноокиси, а во втором - восстановить до летучей моноокиси, что можно достичь за счет чередования циклов окислительной и восстановительной продувки расплава.

Данный процесс может быть осуществим только в объеме зольного шлака, накопленного в ванне. Он позволяет вести соответствующую обработку для удаления из зольного шлака германия.

Способ проверен в лабораторных условиях. В качестве исходного материала для экспериментов взят зольный шлак, полученный по прототипу, т.е. полученный при одной окислительной обработке расплава, и который обычно выводится в отвал. Расчеты показывают, что при зольности топлива 10% отвального зольного шлака получается 10 кг, в который извлекается 18% германия. При таком извлечении содержание германия в отвальном зольном шлаке составляет 180 г/т. Использование зольного шлака для экспериментов обусловлено тем, что предлагаемое изобретение предусматривает повышение извлечения германия при сжигании углей только за счет потерь германия с отвальными зольными шлаками.

Пример.

Навеска шлака состава, %: SiO₂ - 43,5, Al₂O₃ - 21,5, GeO - 18,8, Mo - 5,7, Fe₂O₃ - 7,0, прочие - 3,5, Ge - 180 г/т, весом один килограмм в алундовом тигле помещалась в силитовую лабораторную печь, где проплавлялась в нейтральной атмосфере. При достижении температуры расплава 1370^oC отбиралась контрольная проба на содержание германия. После этого производилась окислительно-восстановительная обработка расплава шлака. Процесс окислительно-восстановительной обработки зольного шлака осуществляют путем продувки расплава через погружную алундовую трубку смесью природного газа и воздуха. При окислительной продувке коэффициент расхода кислорода составлял α = 1,5, при восстановительной - α = 0,5. Изменение α осуществлялось за счет соответствующего изменения расхода воздуха при постоянном расходе природного газа.

Проведено три серии плавок: в первой серии проведено 20 окислительно-восстановительных циклов, каждый из которых равнялся четырем минутам; во второй серии проведено 15 циклов, каждый длительностью шесть минут; в третьей серии проведено 10 циклов по восьми минут каждый.

Во всех сериях в каждом цикле длительность восстановительных и окислительных периодов по времени были равны. После каждого цикла отбиралась проба шлака для определения содержания германия. Данные по извлечению германия из отвальных зольных шлаков приведены в таблице.

Из результатов, приведенных в таблице, видно, что общее извлечение германия за счет доработки отвального зольного шлака увеличилось во всех сериях опытов по сравнению с прототипом с 82% до 93%, что позволяет значительно повысить рентабельность технологии производства германия из углей.

Формула изобретения

Способ переработки твердого топлива, содержащего германий, включающий загрузку твердого топлива в шлаковый расплав и последующую обработку расплава окислительным газом, содержащим кислород, с получением газовой фазы, возгонов и зольного шлакового расплава, отличающийся тем, что обработку шлакового расплава ведут при изменяющемся коэффициенте расхода кислорода α путем чередования окислительной и восстановительной обработки расплава.

РИСУНКИ

Рисунок 1