CN101871725A

CN101871725A - 卧式底吹熔池脱硫炉及用于含铅物料的氧化脱硫方法

Info

Publication number: CN101871725A
Application number: CN201010219091A
Authority: CN
Inventors: 郭学益; 李卫峰; 田庆华
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: CN101871725B

Abstract

本发明公开了一种卧式底吹熔池脱硫炉及用于含铅物料的氧化脱硫方法。其卧式底吹熔池脱硫炉的炉体是一个内衬铬镁砖的可回转卧式圆筒形结构，在炉体顶部中间设有1-3个加料口，在炉体顶部的一端设有出烟口，在出烟口一端的炉体端面部设有与配氧装置连通的配氧口，在炉体的另一端面部设有与天然气连通的燃烧器口和与流槽连通的渣铅虹吸口，在炉体底部外侧均布有若干个垂直于炉筒体的氧枪，富氧气体通过氧枪喷入口喷进炉内。本发明可使氧气不直接与金属硫化物接触，抑制了SO₃的可逆生成，可充分利用矿石的表面能、存储的化学能，脱硫过程能耗低；脱硫效率高达99%、渣残硫低、粗炼产品与渣或冰铜分离好、脱硫装置易密封、过程控制好、生产环境优良。

Description

卧式底吹熔池脱硫炉及用于含铅物料的氧化脱硫方法

技术领域

本发明涉及一种卧式底吹熔池脱硫炉及用于含铅物料的氧化脱硫方法。

背景技术

矿石中硫回收技术主要分为冶炼前脱硫、冶炼中脱硫和冶炼后烟气脱硫三类。传统的冶炼前脱硫技术--焙烧工艺存在脱硫不彻底、物料残硫高、烟气量大、SO₂浓度低等问题日益突出，在铅冶炼方面，烧结锅、烧结机焙烧已有被富氧熔池熔炼取代的趋势，在铜、镍冶炼方面，三菱炼铜法在物料集约脱硫上也有优势。国内自主开发的氧气底吹--鼓风炉还原炼铅工艺，以及引进国外的艾萨炉（ISA）、卡尔多炉（Kaldo）、澳斯麦特等技术都已得到了工业应用。这些都是借助富氧技术，淘汰低温氧化焙烧技术，把金属硫化矿中硫从矿石中分离出来。但这几种新技术在应用过程中，大都仍存在过程控制难度大、中间物料残硫仍较高、粗炼产品与渣或冰铜分离不好、不能有效地处理硫酸盐物料等问题。如卡尔多炉（Kaldo）炼铅时过程控制难度大，氧化还原气氛的平衡点难以掌握，致使氧化段脱硫不彻底，还原终渣达不到弃渣要求，不能经济运行。艾萨炉（ISA）炼铅法不宜处理硫酸铅物料，产出的高铅渣残硫也高达1～3%。氧气底吹炼铅工艺虽能处理硫酸铅物料，但粗铅质量不好，精炼时铜浮渣产率比传统鼓风炉粗铅高5～7%。因此，有必要研究金属硫化矿的富氧熔池氧化脱硫过程，提高各熔炼炉的作业效率和设备运转率，避免物料中硫的分散，减少环境污染。

发明内容

本发明的目的在于克服传统脱硫工艺的不足之处，提供一种卧式底吹熔池脱硫炉及用于含铅物料的氧化脱硫方法。以实现连续投料、连续脱硫、连续排渣铅的高效大规模集约脱硫生产模式，并取得渣残硫低、脱硫装置易密封、过程控制好、生产环境优良的效果。

本发明的卧式底吹熔池脱硫炉的炉体是一个内衬铬镁砖的可回转卧式圆筒形结构，在炉体顶部中间设有加料口，在炉体顶部的一端设有出烟口，在出烟口一端的炉体端面部设有与配氧装置连通的配氧口，在炉体的另一端面部设有与天然气连通的燃烧器口和与流槽连通的渣铅虹吸口，在炉体底部一端设有底铅口。在炉体底部外侧分布有若干个垂直于炉筒体的氧枪及氧枪装置，卧式底吹熔池脱硫炉正常运行时炉内形成高温熔池，富氧气体经DCS系统控制调节，通过氧枪喷入口喷进炉内先与熔池反应，在熔池上方形成有利于脱硫的高温低氧分压气氛的烟气。

所述富氧气体喷入口的方向与铅垂线的夹角为0°≤α≤30°。

本发明用于含铅物料的氧化脱硫方法，包括以下步骤：

（1）卧式底吹熔池脱硫炉正常运行时炉内形成高温熔池，含氧量为40～99.99％的富氧气体经DCS系统控制调节，经氧枪的喷入口喷进卧式底吹熔池脱硫炉底部先与熔池反应，在熔池上方形成有利于脱硫的高温低氧分压气氛的烟气；所述烟气含氧量范围为：0～25％；控制氧气用量与入炉物料量之比为50～150m³/t，将底铅氧化成有氧化性的高铅高铁四元液态熔渣层，熔渣层上浮至熔池表面，控制熔渣层的厚度为200～900mm；

（2）将含硫量为10～29％的含铅物料经配入辅料（视情况配少量煤或焦粉）后，从卧式底吹熔池脱硫炉加料口连续进料，控制熔池温度为850～1200℃、维持熔渣层厚度为200～900mm，以含铅物料为稀相、以有氧化性的高铅高铁四元液态熔渣层为浓相、在富氧气体产生的鼓泡强搅拌作用下，高温液相表面发生液-固反应，氧化性液态渣中的PbO或PbO_2、Fe2O₃、Fe₃O₄与物料中硫化矿交互反应，产生金属和高浓度SO₂气体，物料中的金属硫酸盐在有氧化性的高温液态熔渣中分解成金属氧化物和SO₃气体；

（3）高浓度含硫烟气经卧式底吹熔池脱硫炉的配氧口补充配氧，从排烟口负压连续抽出，经余热锅炉冷却后，从排烟口负压连续抽出冷却，送除尘装置收尘，再进入硫酸制备系统回收硫酸；

（4）连续入炉的含铅物料经交互反应产生的铅的一部分补充底铅消耗，其余与液态熔渣层一起，通过卧式底吹熔池脱硫炉的渣铅虹吸口连续放出，送去还原熔炼回收铅。

所述含铅物料是铅精矿、金铅精矿或脆硫铅锑矿、或湿法锌浸出渣、废蓄电池铅膏中的一种或一种以上的混合物。

所述高铅高铁四元渣型的熔渣层，其熔渣层中各组分的质量比分别为：Pb为18～45%，FeO为13～22%，SiO₂为9～15%，CaO为4～10%，各组分的质量百分比之和不大于100%。

所述熔渣层中各组分的质量比是：FeO/SiO₂=1.2～2.5；CaO/SiO₂=0.3～0.8。

所述卧式底吹熔池脱硫炉的熔池温度优选为1000～1100℃。

本发明的卧式底吹熔池脱硫炉用于含铅物料的氧化脱硫，可使氧气不直接与金属硫化物接触，而是通过将底铅氧化，控制高温液态渣中PbO（或PbO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄等）的浓度来控制液态渣的氧化性，不仅使交互反应顺利进行，而且避免了富氧气体与反应产生的SO₂气体的接触，抑制了SO₃的可逆生成，液态高铅渣含硫率得以降低，也使采用火法工艺有效处理硫酸盐物料并脱除其中的硫成为现实。在处理含硫4%的再生铅膏时，一般高铅渣残硫可控制在0.4～0.8%之间，和烧结机的结块残硫2～3%、艾萨炉的富铅渣含硫0.8～1.2%相比，本发明产出的高铅渣残硫低，脱硫效率高达98%。可充分利用矿石的表面能、存储的化学能，脱硫过程能耗低；由于采用熔池氧化脱硫的方法，充分利用了矿石物料的表面能、化学能，在加速氧化脱硫反应的同时，提高了反应体系的温度，并且抑制了PbSO₄的生成；由于采用卧式底吹熔池脱硫炉是密闭的容器，反应过程的余热可很方便地回收利用，大大降低了氧化脱硫过程的综合能耗。较烧结机的综合能耗可降低50～100㎏cee/t渣（块）。且这种密封容器，可实现负压作业，生产环境优良，烟气SO₂浓度高，有利于烟气制酸过程中使用富氧气体强化脱硫反应，产生的烟气量小，烟气SO₂浓度高，易于实现烟气制酸，脱硫装置使用弧型烟罩密封烟气出口，易于形成负压作业工况，生产环境优良；对原料适应性强，可用于处理多种含铅物料，既可处理高品位铅精矿、含硫再生铅膏，也可处理金铅精矿、脆硫铅锑矿、含铅锌杂矿，还可以处理低品位的湿法锌浸出渣等难处理物料，同时还可综合回收金、银、锑、铋、锌、铜等有价金属；可根据物料成分的不同，控制不同作业条件，控制脱硫沉铅率的高低，产出低残硫的高铅渣和高浓度的SO₂烟气，达到理想的脱硫效果，且自动化水平高。

本发明的含铅物料的氧化脱硫方法中，底吹熔池脱硫炉的控制过程采用集散控制系统（DCS）,对于单位时间内下料量、炉内温度、收尘系统负压及喷枪参数均可适时监控、调节，并可进行历史数据查询。主要设备还可实现远程监控，可减少操作人员及降低劳动强度。

附图说明

图1是底吹熔池脱硫炉的平面结构示意图；

图2是含铅物料的氧化脱硫工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来详细解释本发明所提供的技术方案，但不作为对本发明权利要求保护范围的限制。

实施例1：卧式底吹熔池脱硫炉

参见图1：本发明的卧式底吹熔池脱硫炉的炉体7是一个内衬为铬镁砖的可回转卧式圆筒形结构，在炉体顶部中间设有加料口1，在炉体顶部的一端设有出烟口2，在出烟口一端的炉体端面部设有与配氧装置连通的配氧口6，在炉体的另一端面部设有与天然气连通的燃烧器口3和与流槽连通的渣铅虹吸口4，在炉体底部一端设有底铅出口9，在炉体底部的熔池8内形成有底铅层，在炉体底部外侧分布着若干个垂直于炉筒体的氧枪，富氧气体经DCS系统控制调节，经氧枪的喷入口5喷进炉内先与熔池反应，在熔池上方形成有利于脱硫的高温低氧分压气氛的烟气。富氧气体喷入方向与底铅层垂线的夹角为0°≤α≤30°。

结合图2：

含铅物料的底吹熔池氧化脱硫的工艺过程是：成份不同的含铅物料经过兑翻，按比例配成成份均匀的混合矿，再与石英石、石灰石、碎煤、烟灰等混合、湿润、制粒，制备出理化性能合适的粒料，然后通过定量给料机连续从底吹熔池脱硫炉的上部加料口1送进底吹熔池脱硫炉内，进行氧化脱硫和造渣的循环复合过程，生产过程对氧料比、底吹炉的温度、渣型等参数进行合理的技术控制，确保氧化脱硫和造渣的顺利进行。反应产出的高浓度SO₂烟气在底吹熔池脱硫炉内与配氧口6配入的氧气混合后，经出烟口2进入余热锅炉、电收尘降温除尘后，送往硫酸系统制取硫酸。经氧化脱硫和沉铅造渣反应产出粗铅和低硫高铅渣一起，经虹吸铅渣口4连续排出。

以下通过实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例2

将成分（%）为：Pb44～49，FeO15～18，S18～22，SiO₂8～11，CaO0.5～1.8的云南祥云某铅锌复杂混合矿选出的铅精矿，按照FeO/SiO₂和CaO/SiO₂的质量比为1.6和0.5控制渣型，进行混合配料，入炉物料粒度控制在10mm以内，物料含水6～8%，连续加入到有熔融氧化底渣（Pb＞50%）的底吹熔池脱硫炉中，在950～1150℃温度下，富氧气体经DCS系统控制调节，经氧枪的喷入口5喷进炉内先与熔池反应，富氧气体喷入方向与底铅层垂线的夹角为5°。控制氧气量与入炉物料量之比为:110m³/t的条件下进行氧化脱硫熔池熔炼，连续进料，连续放铅，间断放渣，脱硫沉铅率约为25～30%，产出的高铁高铅渣含铅为42～45%，含硫0.4～0.7%，烟气SO₂浓度为10～12％。

实施例3

将成分（%）为：Pb30～39，FeO18～22，S25～28，SiO₂3～5.9，CaO0.5～1.28的云南保山矿的铅精矿，按照FeO/SiO₂和CaO/SiO₂的质量比为：1.8和0.4控制渣型，进行混合配料，入炉物料粒度控制在10mm以内，物料含水6～8%，连续加入到有熔融氧化底渣（Pb＞50%）的底吹熔池脱硫炉中，在1000～1150℃温度下，含氧90%的富氧气体从DCS控制系统中供给经氧枪的喷入口5喷进炉内，富氧气体喷入方向与底铅层垂线的夹角为6°，控制氧气量与入炉物料量之比为:120m³/t的条件下进行氧化脱硫熔炼，连续进料，间断放铅，间断放渣，脱硫沉铅率约为0～5%，产出的高铁高铅渣含铅为38～41%，渣含硫0.6～0.8%，烟气SO₂浓度为12～14％。

实施例4

将脆硫铅锑精矿与铅精矿按1:1混合所得的成分（%）为：Pb36～41，Sb10～16，FeO15～19，S18～21，SiO₂8～11，CaO3.5～5.5的混合精矿，按照FeO/SiO₂和CaO/SiO₂的质量比为：1.4和0.6控制渣型，进行混合配料，入炉物料粒度控制在10mm以内，物料含水6～8%，连续加入到有熔融氧化底渣（Pb+Sb＞50%）的底吹熔池脱硫炉中，在950～1150℃温度下，富氧气体经DCS系统控制调节，经氧枪的喷入口5喷进炉内先与熔池反应，富氧气体喷入方向与底铅层垂线的夹角为0°，控制氧气量与入炉物料量之比为:105m³/t的条件下进行氧化脱硫熔炼，连续进料，连续放铅，间断放渣，脱硫沉铅率约为40～50%，产出的高铁高铅渣含铅为48～51%，渣含硫0.4～0.6%，渣含锑3～5％，烟气SO₂浓度气为10～12％。

实施例5：

将含硫4%的再生铅膏与铅精矿按1:3混合所得的成分（%）为：Pb51～57，FeO14～18，S15～19，SiO₂8～12，CaO2.5～4.5的混合精矿，按照FeO/SiO₂和CaO/SiO₂的质量比为：1.6和0.45控制渣型，进行混合配料，入炉物料粒度控制在10mm以内，物料含水6～8%，连续加入到有熔融氧化底渣（Pb＞50%）的底吹熔池脱硫炉中，在950～1100℃温度下，富氧气体经DCS系统控制调节，经氧枪的喷入口5喷进炉内先与熔池反应，控制氧气量与入炉物料量之比为:90m³/t的条件下进行氧化脱硫熔炼，连续进料，连续放铅，间断放渣，脱硫沉铅率约为50～60%，产出的高铁高铅渣含铅为43～46%，渣含硫0.3～0.5%，烟气SO₂浓度为9～10％。

Claims

1.．卧式底吹熔池脱硫炉，其特征在于，炉体是一个内衬铬镁砖的可回转卧式圆筒形结构，在炉体顶部中间设有1-3个加料口，在炉体顶部一端设有出烟口，在出烟口一端的炉体端面部设有与配氧装置连通的配氧口，在炉体的另一端面部设有与天然气连通的燃烧器口和与流槽连通的渣铅虹吸口，在炉体底部一端设有底铅口，在炉体底部外侧分布有2-10垂直于炉体能喷入富氧气体的氧枪。

2.根据权利要求1所述的卧式底吹熔池脱硫炉，其特征在于，所述富氧气体喷入口的方向与铅垂线的夹角为0°≤α≤30°。

3.一种权利要求1所述卧式底吹熔池脱硫炉应用于含铅物料的氧化脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）将含硫量为10～29％的含铅物料经配料后，从卧式底吹熔池脱硫炉加料口连续进料，控制熔池温度为850～1200℃、维持熔渣层厚度为200～900mm，以含铅物料为稀相、以有氧化性的高铅高铁四元液态熔渣层为浓相、在富氧气体产生的鼓泡强搅拌作用下，高温液相表面发生液-固反应，氧化性液态渣中的PbO或PbO_2、Fe2O₃、Fe₃O₄与物料中硫化矿交互反应，产生金属和高浓度SO₂气体，物料中的金属硫酸盐在有氧化性的高温液态熔渣中分解成金属氧化物和SO₃气体；

（3）高浓度含硫烟气经卧式底吹熔池脱硫炉的配氧口补充配氧，从排烟口负压连续抽出，经余热锅炉冷却后，送除尘装置收尘，再进入硫酸制备系统回收硫酸；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述含铅物料是铅精矿、金铅精矿或脆硫铅锑矿、或湿法锌浸出渣、废蓄电池铅膏中的一种或一种以上的混合物。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高铅高铁四元渣型的熔渣层，其熔渣层中各组分的质量比分别为：Pb为18～45%，FeO为13～22%，SiO₂为9～15%，CaO为4～10%，各组分的质量百分比之和不大于100%。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高铅高铁四元渣型的熔渣层，其熔渣层中各组分的质量比是FeO/SiO₂=1.2～2.5；CaO/SiO₂=0.3～0.8。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，控制熔池温度为1000～1100℃。