CN100412213C - 有色金属冶炼装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种熔炼炉，所说熔炼炉包括：设有风口的圆柱形悬浮熔炼炉和二次中间风焦反应器，配套通用的还原电炉，其悬浮熔炼炉包括下述三部分：圆柱形沉淀池、圆柱形反应塔、上升烟道。本发明提供的炉具有下述优点，该炉是一种多功能熔炼炉，它主要用来炼铅，同时也能炼铜、炼镍；连续稳定、炉体密闭、劳动安全条件好；烟气量少，SO₂浓度高，烟气治理可靠、环保好；实现了一步炼铅，冶化反应热得到了充分利用，节省能源。本发明提供的炉是一种熔炼强度高，具有多项优势的铅冶炼工艺。该炉原料适应性强，可以冶炼低品位铅矿，也能够炼含锌较高的物料。冶炼单耗较低，生产成本低；采用余热锅炉系统，蒸汽用来发电和干燥炉料，余热利用充分；冶炼烟气量低，因烟气带出的烟尘就少，烟尘率也相对较低。

Description

有色金属冶炼装置

技术领域

本发明涉及一种有色冶炼装置，具体讲涉及一种铅冶炼炉。

背景技术

铅冶炼方法概括为传统法、直接炼铅法。传统法即烧结——鼓风炉熔炼法；直接炼铅法即取消硫化铅精矿烧结过程，生精矿直接入炉熔炼的方法。多年来传统法是铅的主要生产方法，但随着人类对环保、节能认识要求的不断提高，传统法的缺点日显突出，世界上很多铅冶炼厂逐步地采用直接炼铅法替代传统法。直接炼沿法可归纳为一段炉法，如吉夫赛特法、QSL法、卡尔多法、瓦纽科夫法，在一台炉中完成粗铅冶炼过程。两段炉法如澳斯麦特法、艾萨法、水口山法，在两台炉中完成粗铅生产过程。以下对各种粗铅生产方法简要评述：

1)传统法

传统法使用时间久远、技术成熟可靠、生产稳定。但传统法存在人们较难继续接受的缺点。

(1)烧结机、鼓风炉产生气量大，而SO₂浓度低的烟气，难以经济地治理，以致对环境会造成严重污染。

(2)烧结过程中大量氧化反应热未得到充分利用，而烧结块冷却后在鼓风炉熔炼又将大量消耗昂贵的冶金焦，能耗高。

(3)工艺流程长、设备多；物料周转多，烧结块返回破碎、混合料烧结、鼓风炉熔炼作业产生含铅粉尘和含铅蒸汽、SO₂的烟气，低空污染严重、操作环境差、劳动、工业卫生条件差、对职工身体健康有较大危害。

由于传统法劳动安全卫生条件差，能耗高，烟害难以治理，所以逐渐被改造或被其它工艺所替代。

2)氧化熔炼加鼓风炉还原熔炼的方法

当代中外不少铅冶炼厂采用一段氧化炉熔炼、生产高铅渣，再用传统的鼓风炉还原熔炼高铅渣生产粗铅。该方法优缺点：

氧化炉烟气量小、SO₂浓度高、烟气易于治理、90％以上的硫得到回收利用，对环境污染及劳动工业卫生条件比传统法有较大改善，但缺点：

(1)除了氧化炉外，还要一段鼓风炉还原熔炼。

(2)氧化炉烟气得到很好治理，但还原鼓风炉烟气依然量大、SO₂浓度低、较难治理。

(3)氧化反应产生的高铅渣需冷却、破碎、再在鼓风炉还原熔炼、配加昂贵的冶金焦，反应热利用不充分、能耗仍然较高。

该方法直接炼铅不是彻底，完善的直接炼铅工艺，如果澳斯麦特法进一步改进实现熔融物料转移在第2台竖炉中还原，不用鼓风炉还原，(原研发目标)则可进一步改善劳动条件，减轻污染，节约能耗，但直至现在一些澳斯麦特法炼铅厂家对竖炉还原未予认同，仍然采用鼓风炉还原。所以从炉寿命、能耗、生产操作条件方面考虑这样的两段法还不是理想的直接炼铅方案。

值得关注的是，澳斯麦特公司在印度锌公司已用1台澳斯麦特炉进行氧化熔炼、还原熔炼、炉渣烟化处理，1炉3用，粗铅生产能力达50kt/a，取得工业化成功，已开始实践原研发宗旨。这种1炉多用的澳斯麦特炉，原料适应性广、备料简单、工序少，投资省，是一种较好的工艺技术。

但是，澳斯麦特熔炼存在炉寿命较短，还原期、烟化期烟气要配入SO₂方能连续制酸等缺点，是制约该技术推广的主要原因。

3)一段炉直接炼铅法

瓦纽柯夫法

瓦纽柯夫炉主要用于炼铜，现有个别厂用于炼铅，但规模小。瓦纽柯夫法劳动条件差，炉衬寿命短，适于中小及装备要求不高的企业。

QSL法

QSL法曾在德国斯托尔伯格、韩国温山、中国西北冶炼厂、加拿大科明科建厂使用，由于一个炉内氧化、还原气氛难以控制，操作难度大，炉衬冲刷侵蚀快，氧枪寿命短，结渣堵塞等问题，中国西北冶炼厂15年仅试车3次合计运行不足12个月停产。科明科建成4年无法正常运行而改造为吉夫赛特法。韩国温山经过试车改造，将氧化与还原分开为双室，生产至今已13年。德国斯托尔伯格近10年多次技术改造，维持生产。可见QSL法炉衬、氧枪寿命短、难以控制和操作、设备故障多，不宜采用。

卡尔多炉

卡尔多炉为同一台炉氧化、还原熔炼分期间断操作，还原期炉烟气SO₂很少，不得不在氧化期吸收，压缩冷凝一部分SO₂为液体在还原期解析补充到烟气中以维持烟气制酸系统连续正常运行，操作比较麻烦。制酸也是该技术推广的极大困难。

吉夫赛特法

吉夫赛特法研发于原苏联，1988年在哈萨克斯坦的乌斯季卡缅诺戈斯克建成日处理400～500t炉料的铅冶炼厂，1986年意大利埃尼利索斯公司建设80kt/a的威斯麦冶炼厂。

加拿大科明科废弃原QSL炉在1994年建设特雷尔100kt/a铅吉夫赛特法冶炼厂。吉夫赛特法实际是一种闪速一步熔炼法。吉夫赛特炉由两个反应区组成，炉内设以隔墙，隔墙一侧为氧化反应区，另一侧为还原区。氧化区设有竖式反应塔，粒度＜1mm，含水＜1％炉料由塔顶喷咀喷入，在高氧位(含氧90～95％)、高温(750～1400℃)的条件下，自上而下呈悬浮状态，飘浮下落，通过传热，传质和气-固、气-液反应，完成炉料的氧化脱硫和造渣。氧化反应熔融物经过氧化熔炼塔下的溶池进入焦炭层得到第一阶段还原，大部分金属铅在氧化熔体中滤出。铅渣混合物再进入液相连通的电炉还原区，在电炉中加入焦炭在还原气氛下铅锌氧化物被还原，锌蒸汽在电炉出口段氧化为氧化锌，在还原烟气中通过收尘可以回收。吉夫赛特炉气相被隔墙分隔，氧化段烟气含SO₂高，通过余热锅炉降温及收尘后送往制酸。炉渣与粗铅由还原区不同高位的出口放出。

吉夫赛特炉特点：

(1)原料适应性强，含铅20～70％，硫13.5～28％，银100～8000g/t的原料都可应用并可处理含锌炉料，还可处理渣料。

(2)炉子运行连续稳定，炉寿长，维修费省。

(3)主要金属的回收率高，铅回收率可达98％，金银可达99％，原料中的锌回收率可达60％以上。

(4)烟气量小，烟气SO₂浓度高，便于治理，有利环境保护。

(5)氧化还原在一台炉中完成，反应热充分利用，能耗低。

(6)炉体密闭，易于实现自动化、机械化，炉体烟尘烟气逸散少、操作条件好、劳动安全、工业卫生条件好。

(7)对铅锌联合企业更具优势，吉夫赛特炉可以处理湿法炼锌渣，回收铅锌、银、铟。吉夫赛特炉烟气、氧化锌可送炼锌系统处理作到铅锌互补。

吉夫赛特炉缺点是：投资费用多，特别是取得吉夫赛特技术许可渠道难；另外，操作技术要求精度较高。

综上所述，当今世界各炼铅法都有不足之处。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上各种冶炼方法的缺点，开发新的有色金属冶炼炉和其冶炼技术，本专利申请发明人研发的多功能熔炼炉，既可用来炼铅也可用以炼铜、炼镍，根据市场情况可以改变功能模式。

本发明专利申请提供的多功能熔炼炉，它主要用来炼铅，同时也可用以炼铜、炼镍等有色金属，根据市场情况可以改变功能模式。

本发明提供的熔炼炉包括：1.设有风口的圆柱形悬浮熔炼炉和二次中间风焦反应器，配套通用的还原电炉；2、整个工艺采用一段深度氧化，三段深度还原；3、工艺连续，制酸稳定，热利用率高。

本发明提供的冶炼炉包括：1设有风口的圆柱形悬浮熔炼炉、二次中间风焦反应器及还原电炉相配合的冶炼体系；2、圆柱形悬浮熔炼炉(含风口)和二次中间风焦反应器；3、一段氧化、三段还原的冶炼工艺。

本发明提供的冶炼炉包括，圆柱形悬浮熔炼炉、二次中间风焦反应器和一座紧邻的电炉。悬浮炉产生的炉渣通过溜槽排入二次中间风焦反应器进行富氧还原，还原后熔体流入电炉进行深度铅还原，整个工艺过程连续进行。

附图说明

附图1熔炼炉

附图2熔炼炉炼铅工艺流程图

实施例

1.本发明提供的悬浮熔炼炉包括三部分：圆柱形沉淀池、圆柱形反应塔、上升烟道。

所说反应塔上升烟道架设在沉淀池侧边，反应塔高度约8米。反应塔由铬镁砖砌筑，也可以其他结构形式，设有冷却元件保护。塔顶设有一个备用天然气烧咀或轻柴油烧咀，供停料保温用。中央烧咀外均布3个精矿喷咀；或者中央设置1个精矿喷咀，烧咀设在顶侧面。精矿喷咀中央插装有下料管，下料管外有富氧空气或氧气风套，风套进入塔后收缩成喉管，然后再扩大呈喇叭口，下料管直插到咽喉口，粉状炉料通过下料管从咽喉口处给出，富氧空气或纯氧气在咽喉口成高速射流，将炉料引入并经喇叭口分散成雾状送入反应塔。喷咀将反应空气，炉料混合分散并送入塔，风料呈悬浮状，进入高温区即发生冶金化学反应；在反应塔内从塔顶往下温度从800多℃逐步升高到1380℃，在一定的氧化气氛下，进行分解与氧化反应，并以2.1～3m/sec飘落，在2.5～3.5sec时间完成冶化反应。反应后融熔物先降落到渣线上高200mm的焦点区，通过焦点区若干个风口鼓入氧气浓度30-50％的富氧空气进行第一次还原熔炼，约70-80％的PbO与焦点区的焦炭层中被还原成金属Pb，铅与渣在沉淀池分离，大部份粗铅从沉淀池放铅口放出，少部分铅呈PbO进入高铅渣。反应塔烟气进入沉淀池，以5～7m/sec速度流向上升烟道，沉淀池设有侧墙钢管，水平水套，垂直水套冷却保护。为使烟气携带的烟尘下沉，上升烟道烟气速度＜7m/s，为减轻融熔烟尘粘结，上升烟道做成垂直向上，高度约十多米，直接与余热锅炉辐射冷却段相连。

2、悬浮熔炼炉炉渣经流槽流到二次中间风焦反应器。风焦反应器由水套、风口、熔池等组成。液态炉渣在流过该炉的高温焦碳柱时，被第二次还原。焦碳柱的1200度左右的焦点区温度，主要靠从风口鼓入的富氧空气与焦碳反应产生。

3、经过二次还原后，二次中间风焦反应器内的渣和铅一起流入电炉，烟气与电炉烟气混合后进余热锅炉收集余热和收尘。电炉功率满足热平衡要求，设有3根电极，电加热维持还原温度，还原剂为15～30mm碎焦炭或碎煤，高铅渣加入电炉还原，还原后渣含铅为1-2％。还原渣用包子吊往烟化炉处理。

本发明提供的炉炼铅的主要反应：

分解与氧化反应：

Cu₂S+2O₂＝2CuO+SO₂；

S+O₂＝SO₂

4FeS₂+11O₂＝2Fe₂O₃+8SO₂；

CaCO₃＝CaO+CO₂.

MgCO₃＝MgO+CO₂

造渣反应

2FeO+SiO₂＝2FeO·SiO₂；CaO+SiO₂＝CaO·SiO₂；PbO+SiO₂＝PbO·SiO₂

通过焦点区、二次风焦还原炉和电炉后还原反应

2PbO+C＝2Pb+CO₂；2Fe₂O₃+C＝4FeO+CO₂

本发明提供的炉熔炼具有以下优点，氧化段状态属悬浮状熔炼，冶化反应时间短，几秒钟完成冶化反应，同时在氧化段增设还原焦点区进行鼓风还原；本发明提供的炉熔炼还原段分两个炉体进行，还原反应比较彻底，过程控制简单；除塔内的焦点区以外，氧化和还原反应过程相对独立，工艺控制比较容易。这与吉夫赛特炉完全不一样。吉夫赛特炉氧化段和与还原段设有隔墙，结构复杂，隔墙安全隐患较大，生产工艺控制困难，渣含铅相对高一些。本发明提供的炉与其它的冶炼炉系统也不同。本发明提供的炉在铅冶炼工艺上作了重大的突破。

(1)据目前掌握的数据经过定性分析比较可知本发明提供的炉是一种多功能熔炼炉，它主要用来炼铅，同时也能炼铜、炼镍；本发明提供的炉连续稳定、炉体密闭、劳动安全条件好；本发明提供的炉烟气量少，SO₂浓度高，烟气治理可靠、环保好；本发明提供的炉是一步炼铅法、冶化反应热充分利用、节省能源。所以本发明提供的炉是一种熔炼强度高具有多项优势，为新的铅冶炼工艺。

(2)本发明提供的炉原料适应性强，可以冶炼低品位铅矿，也能够炼含锌较高的物料。

(3)冶炼单耗较低，生产成本低；

(4)采用余热锅炉系统，蒸汽用来发电和干燥炉料，余热利用充分；

(5)冶炼烟气量低，因烟气带出的烟尘就少，烟尘率也相对较低。

Claims (7)

1. 一种熔炼装置，所述熔炼装置包括：设有风口的圆柱形悬浮熔炼炉、二次中间风焦反应器和配套通用的还原电炉，其特征在于：所述圆柱形悬浮熔炼炉包括下述三部分：圆柱形沉淀池、圆柱形反应塔和上升烟道。

2. 根据权利要求1所述的熔炼装置，其特征在于：所述上升烟道架设在所述圆柱形沉淀池侧边，高为7.5-8.5米。

3. 根据权利要求1或2所述的熔炼装置，其特征在于：所述圆柱形反应塔由铬镁砖砌筑，圆柱形反应塔下设有风口，对焦点区的焦炭进行鼓风，创造初步还原氛围。

4. 根据权利要求3所述的熔炼装置，其特征在于：所述圆柱形反应塔塔顶设有备用天然气烧嘴或轻柴油烧嘴，精矿喷嘴设在炉顶中央，所述天然气烧嘴或轻柴油烧嘴布置在精矿喷嘴的外侧。

5. 根据权利要求4所述的熔炼装置，其特征在于：所述精矿喷嘴中央插装有下料管，所述下料管外设有富氧或氧气风套，所述富氧或氧气风套进入圆柱形反应塔后收缩成喉管，然后再扩大成喇叭口，下料管直插到喉管口，粉状炉料通过下料管从喉管口处给出，富氧空气或纯氧气在喉管口呈高速射流将粉状炉料引入并经喇叭口分散成雾状送入圆柱形反应塔。

6. 根据权利要求5所述的熔炼装置，其特征在于：所述二次中间风焦反应器包括水套、风口和熔池。

7. 将前述任一权利要求所述的熔炼装置用于熔炼铅的用途。

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