A comparison of two different particle smelting processes using computational fluid dynamics

摘要

The following paper compares two different types of particle smelting processes : Flash smelting and cyclone smelting. Today this can be done by experimental methods or by means of a technique called "Computational Fluid Dynamics". - Using the commercial CFD-package FIRE, the fluid flow of the gas phase and of the concentrate particles inside the smelting shaft of a flash smelting furnace and inside a smelting cyclone reactor is calculated. The influence of the nozzle-arrangement, the inlet velocity, the particle size and the throughput are discussed on actual pilot plant scale.%Bei der Gewinnung von Metallen, insbesondere aus sulfidischen Konzentraten, wurden in den letzten Jahren einige neue Verfahren entwickelt. Großtechnisch werden heute hauptsächlich zwei Partikel/Schwebeschmelzverfahren angewandt, nämlich das Outokumpu-Schwebeschmelzverfahren und das Zyklonschmelzverfahren. Bei beiden Verfahren wird feines sulfidisches Konzentrat in den Reaktionsraum eingeblasen, wo der Schwefel mit Luft bzw. Sauerstoff verbrennt. - Beim Schwebeschmelzverfahren wird Konzentrat gemeinsam mit vorgewärmter Luft und Zusatzstoffen von oben in einen Schacht (4-5 m Durchmesser, 10 m Höhe) eingeblasen. Der Schmelzzyklon ist ein zylindrischer Reaktor mit tangentiellen Einlassen für Sauerstoff und Konzentrat. Aufgrund der hohen Einblasgeschwindigkeit (bis 100 m/s) herrschen im Reaktor hochturbulente Strömungsverhältnisse und damit sehr hohe Stoff- und Wärmeübergänge. Der spezifische Durchsatz beträgt 0,18 t/m~3h für das Schwebeschmelzen und 2,3 t/m~3h für das Zyklonschmelzen. - Wegen des hohen Aufwandes sind experimentelle Untersuchungen sehr schwierig, weshalb im vorliegenden Artikel versucht wird, die Strömung der Gasphase und der Konzentratpartikel mit Hilfe des Strömungssimulationsprogrammes FIRE zu berechnen. Bei beiden Reaktortypen werden der Einfluß der Anordnung der Konzentratbrenner bzw. Einblasdüsen, die Einblasgeschwindigkeit, der mittlere Korndurchmesser des Konzentrats und der Durchsatz untersucht.