CN102021347B - 熔渣粉煤直接还原炼铅工艺及煤粉还原炼铅卧式熔炼装置 - Google Patents

熔渣粉煤直接还原炼铅工艺及煤粉还原炼铅卧式熔炼装置 Download PDF

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Abstract

铅还原熔炼方法，将液态富铅渣直接进入还原炉，连续将作为还原剂的粉煤向还原炉内熔渣中补充，并连续将作为助燃剂的富氧空气向还原炉内补充，同时将作为保护气体的氮气向还原炉内补充；将天然气或煤层气热源向还原炉内补充，保持炉内还原反应温度为1200±50℃；富铅渣和还原剂连续进入，粗铅连续放出，间断或连续排渣。煤粉还原炼铅卧式熔炼装置，包括还原炉，还原炉是卧式圆形还原炉，它还包括还原剂供给系统；还原剂供给系统包括还原剂储仓、流态化仓和多个稳压供给仓；稳压供给仓连接粉煤喷枪。它实现无焦还原熔炼，能耗低，余热利用率高，能耗指标优于行业准许值；密闭性好，负压操作，粉尘和铅雾明显减弱，各项排放指标低于国家相关许可值。

Description

熔渣粉煤直接还原炼铅工艺及煤粉还原炼铅卧式熔炼装置
技术领域  本发明属于金属冶炼领域，具体地说涉及一种铅还原熔炼方法，本发明还涉及铅还原熔炼方法所应用的装置。
背景技术  我国铅冶炼技术由烧结机加鼓风炉还原技术，转型为底吹炉加鼓风炉还原技术，底吹炉加鼓风炉炼铅构成我国目前铅冶金的主体；同时还存在部分顶吹炉加鼓风炉还原炼铅技术。目前鼓风炉还原构成了我国还原炼铅的主体，鼓风炉还原是一个传统技术，尽管技术成熟，但是，其一是炉内进料为固体块状物料，将固态物料转化成液态需要消耗二次能源焦炭，CO分压高，固气反应速率慢，热效率低，耗能高；其二还原过程炉内正压操作，会产生大量的粉尘和烟尘，环境污染严重，区域性铅毒危害严重。有色金属工业是“十一五”推进节能降耗的重点行业，鼓风炉已经进入了限制新建阶段。因此，国内急需寻找一种新的铅的还原熔炼工艺。
发明内容  本发明要解决的技术问题在于提供一种耗能低、热效率利用高、降低熔炼成本并且环境污染小的铅还原熔炼工艺；本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种煤粉还原炼铅卧式熔炼装置。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种熔渣粉煤直接还原炼铅工艺，其特征在于；将液态富铅渣直接进入还原炉，将作为还原剂的粉煤连续向还原炉内熔渣中补充，并连续将作为助燃剂的富氧空气向还原炉内补充，同时将作为保护粉煤喷射装置的氮气通过喷枪向还原炉内补充；将天然气或煤层气热源向还原炉内补充，保持炉内还原反应温度为1200±50℃；富铅渣和还原剂连续进入，粗铅连续放出，间断或连续排渣。
液态熔融形态的富铅渣通过溜槽从进料口加入还原炉内；石灰石与石英石从进料口进入还原炉内；同时，采用粉煤喷射装置即粉煤喷枪，连续将粉煤、富氧空气和保护气体一同从位于还原炉下部的还原剂入口吹入还原炉液态渣中，富氧空气以70～120m3/h的速度通过粉煤喷射装置喷入炉内，达到诱发加快反应的作用；氮气为保护气体，以55～65m3/h的速度通过粉煤喷射装置喷入炉内，起到冷却喷嘴和制造空腔的作用；同时，冷却水以15～18L/h的速度通过氮气雾化后由喷枪喷入炉内，起到强化冷却喷嘴和诱发水煤气反应作用；实现快速、连续还原。
还原炉内物料包括富铅渣和还原剂，富铅渣和粉煤的重量比是富铅渣∶粉煤＝10∶1。
富铅渣从炉体上部的进料口进入还原炉，粉煤还原剂通过粉煤喷枪从炉体下部进入还原炉内。
根据终渣成分，补充作为造渣添加剂的石灰石和石英石的加入量。
液态富铅渣的技术要求为：含铅30％以上，含锌15％以下，含硫≤1％；
粉煤的技术要求是：含固体碳60～80％，灰分10％以下，挥发分8％以下，水分≤2％，硫≤1％；粉煤粒径80目～200目；
石英石的技术要求是：含SiO2≥90％，Fe2O3≤3％；
石灰石的技术要求是：含CaO≥50％，SiO2≤3％。
石英石和石灰石是造渣添加剂，用于对炉内物料进行造渣，以达到炉渣与还原后的粗铅分离。造渣添加剂加入量的基本原则是使氧化亚铁的重量百分比与氧化钙的重量百分比之和对于二氧化硅的重量百分比比值为2.0～2.5之间，即FeO+CaO/SiO2＝2.0～2.5。
富氧空气的技术要求是：氧含量50～70％，氮气含量30～50％；氮气的氮含量不低于99％。
本发明工艺实现了无焦铅熔渣粉煤直接还原熔炼。
渣型：FeO 30～37％，CaO 15～18％，SiO222～28％。
本发明工艺的优点在于：液态渣不需冷却成固态块状，还原剂不需二次能源焦炭，粉煤用量比鼓风炉焦炭用量大幅减少，能耗低，余热利用率高，能耗指标优于行业准许值；本工艺实现负压操作，密闭性好，粉尘和铅毒基本消除，各项排放指标低于国家相关许可值；过程自动化程度高，操作劳动强度低，工艺单元简化，易于大型化，在行业中推行完全能够取代鼓风炉。
为达到良好的还原效果，本发明解决第二个技术问题所采取的技术方案是：
一种煤粉还原炼铅卧式熔炼装置，包括还原炉，其特征在于：还原炉是卧式圆形还原炉，还原炉下部设有多个还原剂入口；它还包括还原剂供给系统；还原剂供给系统包括还原剂储仓、流态化仓和多个稳压供给仓；还原剂储仓、流态化仓和稳压供给仓分别设有搅拌器，还原剂储仓出口与流态化仓入口连接，流态化仓与数个稳压供给仓分别连接；稳压供给仓连接粉煤喷枪；还原炉下部设数个还原剂入口；粉煤喷枪的喷嘴出口与炉体还原剂入口对应；还原剂储仓设进料口，进料口经粉煤进料管与粉煤和氮气源连接。
每个稳压供给仓连接两支粉煤喷枪，单支粉煤喷枪安装角度与垂直方向夹角是8～30°，根据位置不同角度大小不同，每支粉煤喷枪夹角的大小与放铅口的位置距离成反比，喷射装置的套数在具体设计中依据产能及物料特性具体确定。
本发明的煤粉还原炼铅卧式熔炼装置的还原炉炉型为卧式圆形还原炉，富铅熔渣直接入炉，完全不同于鼓风炉竖式料堆式还原炉。
由于本发明的还原剂即粉煤，是从还原炉炉体下部直接喷入熔渣中参与直接还原，极大地提高了反应效率。
本发明与传统的鼓风炉还原熔炼相比，其优点在于：
1、铅鼓风炉工艺主要反应是固气反应，要求反应层透气性要好，铅烧结块料和焦炭要形成料堆，反应速度较液、固、气要慢，要求过剩CO浓度高；工艺要求物料为铅烧结块料和焦炭，因此要将液态渣冷却成型，增加了过程单元，逸散口很多，加重了作业区域铅雾和粉尘，环境较差；因进入炉内的必需为块状物料，必需添加焦炭，固态冷料最终要形成液态其熔化过程需要热量，同时要在固气间发生主要反应，增加了焦炭使用量，使生产成本提高。
而本发明中富铅渣直接以液态熔融形态进入炉内，不需要额外的热量熔化，既提高了热能利用率，又缩短了还原时间，减少了过程的单元。
2、鼓风炉需要热风，炉气量加大，再加上大量的空气鼓入势必会带走大量的热量，增加焦炭的使用量；鼓风炉逸散口多，存在密闭性差，要求操作正压，操作环境较差，易发铅中毒。
而本发明采用的新炉型采用全密闭结构，保温性好，工艺过程采用负压操作，环境状况好，多余热量随烟气进入余热锅炉回收，提高了热能利用率，完全符合国家现阶段节能减排的要求。
3、传统工艺采用焦炭作为还原剂，目前鼓风炉炼铅消耗焦炭450Kg/t以上，而本工艺耗粉煤不超过300Kg/t。同时本工艺一般都采用大型化炉体，易于提高产业集中度，利于综合利用水平提高，余热利用是易于实现，大大节约了能源。
4、目前，国家发改委已经明确发文禁止新建新的鼓风炉设备，而本发明能很好的弥补富铅渣还原的技术要求，具有很好的发展前景。
本发明在安阳市岷山有色有限责任公司22×104t/a液态富铅渣无焦还原炼铅技术改造工程中作为实验项目实际应用。
附图说明  图1是还原炉的结构示意图；
图2是图1中A-A剖视图；
图3是图1中B-B剖视图；
图4是还原剂供给系统的结构示意图；
图5是粉煤喷枪的结构示意图；
图6是图5中C-C剖视图。
图中：1-进料口，2-加热孔，3-烟气出口，4-还原剂入口，5-排渣口，6-放铅口，7-烤炉燃烧器孔，8-检修放空口，9-测温口，10-托辊，11-传动齿轮，12-还原剂储仓，13-流态化仓，14-稳压仓，15-粉煤喷枪，16-粉煤进料管，17-储仓搅拌器，18-流态化仓搅拌器，19-稳压仓搅拌器，20-氮气通道，21-粉煤通道，22-氧气通道，23-水通道，24-喷射总管，25-卧式圆形还原炉。
具体实施方式  下面结合附图对本发明进行进一步说明。
装置实施例  如图1与图4所示：一种煤粉还原炼铅卧式熔炼装置，包括还原炉，还原炉是卧式圆形还原炉25，卧式圆形还原炉25下部设有十个还原剂入口4；它还包括还原剂供给系统；还原剂供给系统包括还原剂储仓12、流态化仓13和多个稳压供给仓14；还原剂储仓12、流态化仓13和稳压供给仓14分别设有储仓搅拌器17、流态化仓搅拌器18和稳压仓搅拌器19；还原剂储仓12出口与流态化仓13入口连接，流态化仓13与五个稳压供给仓14分别连接；稳压供给仓14连接粉煤喷枪15；粉煤喷枪15的喷嘴出口与卧式圆形还原炉25的还原剂入口4对应；还原剂储仓12设进料口，进料口经粉煤进料管16与粉煤和氮气源连接。
本还原剂供给系统是用加压氮气作为输送流体将粉煤送入还原剂储仓12，输送安全可靠，确保送入还原剂储仓12的粉煤不发生燃烧，不会爆炸，保证还原剂供给系统安全生产。
参见图4：每个稳压供给仓14连接两支粉煤喷枪15，参见图2与图3：单支粉煤喷枪15安装角度与垂直方向的夹角β是8～30°，根据位置不同夹角β大小不同，每支粉煤喷枪15与垂直方向的夹角β的角度大小与放铅口6的位置距离成反比；如图2与图3所示：A-A处距离放铅口6的位置较近，粉煤喷枪15安装角度与垂直方向的夹角βa是30°，而在距离B-B处距离放铅口6的位置较远，粉煤喷枪15安装角度与垂直方向的夹角βb是8°。
参见图5与图6：粉煤喷枪15包括喷射总管24，喷射总管24的出口是喷嘴；喷射总管24设有环形的氮气通道20、粉煤通道21、氧气通道22和水通道23；氮气通道20、粉煤通道21、氧气通道22和水通道23与各自的来源通道分别连接；粉煤与压缩空气、氮气、氧气和水从各自通道进入到喷射总管24设有的四个环形管通道，经由喷射总管24的出口即喷嘴喷射出来，从卧式圆形还原炉25下部设有的十个还原剂入口4进入还原炉炉内，参与炉内反应。在粉煤喷枪的喷嘴前端通过氮气和水制造微型反应空腔，以提高喷嘴的寿命。
参见图1：卧式圆形还原炉25顶部设有三个进料口1，卧式圆形还原炉25顶部设有十个助燃空气及点火烤炉时使用的加热孔2和连接至余热锅炉的烟气出口3，卧式圆形还原炉25下部一端设有放铅口6、另一端设有排渣口5，卧式圆形还原炉25设有两个兼人孔的烤炉用燃烧器孔7，卧式圆形还原炉25设有检修放空口8及测温口9，卧式圆形还原炉25外壁两端设有主要起支撑炉体作用的托辊10，卧式圆形还原炉25外壁两端设有主要起非工作状态时转动炉体作用的传动齿轮11。
上述实施例并不意味对煤粉还原炼铅卧式熔炼装置的限制；实际应用时，根据还原炉的规格与产能规模确定还原剂入口4的数量、稳压供给仓14的数量及粉煤喷枪15的数量。卧式圆形还原炉的主要规格：熔池内径不小于2.4m，不大于3.5m；熔池长度不小于20m，不大于40m。实际应用时，根据产能规模和物料特性来确定炉体具体尺寸数据。
富铅液态渣还原作业方法实施例
物料按下述重量比例进入还原炉体：富铅渣∶粉煤＝10∶1；
并向炉体加入石灰石1.5％，石英石0.8％(是指按富铅渣计，重量百分数，)。
其中具体成分为：
富铅渣的组成包括：铅31％，锌4.5％，铁9.4％，铜1.5％，硫1％；
粉煤的组成包括：固定碳69％，灰分15％，挥发分8％，水分2％，硫1％；粉煤粒径80～200目；
石英石的组成包括：SiO290％，Fe2O33％；
石灰石的组成包括：CaO 50％，SiO23％；
渣型控制：FeO+CaO/SiO2＝2.0-2.5。
富氧空气的组成是：氧含量55～62％，氮气含量不大于45％；
氮气的组成是：氮气含量99％。
具体工作过程为：富铅渣由以液态的形式从进料口1进入卧式圆形还原炉内，粉煤(稳压供给仓14输出的)、富氧空气、保护气体氮气和水分别从粉煤喷枪15的粉煤通道21、氧气通道22、氮气通道20和水通道23进入喷射总管24连续从喷嘴喷入的卧式圆形还原炉炉内，喷嘴所喷出的气体剧烈搅动炉内熔体，还原剂与富铅液态渣对流运动，使之其接触充分，加之诱发水煤气反应的存在，同时推动布多尔反应，促使液态渣中PbO的还原反应速率快于鼓风炉的固气反应，能达到良好的还原效果；向还原炉内补充天然气热源，粉煤的喷入量由图2所示的粉煤供给系统调节。还原后炉渣由排渣口5排出，粗铅由放铅口6流出，烟气由烟气出口3送往余热锅炉，回收热量，已达到节能减排的目的。
粉煤以150～400kg/h通过富氧空气以70～120m3/h的速度经粉煤喷枪15喷入炉内，达到诱发加快反应的作用；氮气为保护气体，以55～65m3/h的速度通过粉煤喷枪15喷入炉内，起到冷却喷嘴和制造空腔的作用；同时，冷却水以15～18L/h的速度通过粉煤喷枪15喷入炉内，起到强制冷却粉煤喷枪15及诱发水煤气反应的作用。

Claims (6)

1.一种熔渣粉煤直接还原炼铅工艺，其特征在于：将液态富铅渣通过溜槽直接进入还原炉，连续将作为还原剂的粉煤向还原炉内熔渣中补充，并连续将作为助燃剂的富氧空气向还原炉内补充，同时将作为保护气体的氮气向还原炉内补充；将天然气或煤层气热源向还原炉内补充，保持炉内还原反应温度为1200±50℃；富铅渣和还原剂连续进入，粗铅连续放出，间断或连续排渣；
液态熔融形态的富铅渣通过溜槽从进料口加入还原炉内；石灰石与石英石从进料口进入还原炉内；同时，用粉煤喷枪连续将粉煤、富氧空气和氮气一同从位于还原炉下部的还原剂入口喷入还原炉液态渣中，富氧空气喷射速度70～120m3/h，氮气喷射速度55～65m3/h，同时冷却水以15～18L/h的速度由喷枪喷入还原炉；富铅渣和粉煤的重量比是富铅渣∶粉煤＝10∶1；
液态富铅渣的技术要求为：含铅30％以上，含锌15％以下，含硫≤1％；粉煤的技术要求是：含固体碳60～80％，灰分10％以下，挥发分8％以下，水分≤2％，硫≤1％；粉煤粒径80目～200目；石英石的技术要求是：含SiO2≥90％，Fe2O3≤3％；石灰石的技术要求是：含CaO≥50％，SiO2≤3％；富氧空气的技术要求是：氧含量50～70％，氮气含量30～50％；氮气的氮含量不低于99％。
2.一种煤粉还原炼铅卧式熔炼装置，包括还原炉，其特征在于：所述还原炉是卧式圆形还原炉(25)，所述卧式圆形还原炉(25)下部设有多个还原剂入口(4)；它还包括还原剂供给系统；所述还原剂供给系统包括还原剂储仓(12)、流态化仓(13)和多个稳压供给仓(14)；所述还原剂储仓(12)、所述流态化仓(13)和所述稳压供给仓(14)分别设有储仓搅拌器(17)、流态化仓搅拌器(18)和稳压仓搅拌器(19)；所述还原剂储仓(12)出口与所述流态化仓(13)入口连接，所述流态化仓(13)与数个所述稳压供给仓(14)分别连接；所述稳压供给仓(14)连接粉煤喷枪(15)；所述粉煤喷枪(15)的喷嘴出口与所述卧式圆形还原炉(25)的所述还原剂入口(4)对应；所述还原剂储仓(12)设进料口，所述进料口经粉煤进料管(16)与粉煤和氮气源连接。
3.如权利要求2所述的一种煤粉还原炼铅卧式熔炼装置，其特征在于：每个所述稳压供给仓(14)连接两支所述粉煤喷枪(15)，单支所述粉煤喷枪(15)安装角度与垂直方向夹角β是8～30°。
4.如权利要求2所述的一种煤粉还原炼铅卧式熔炼装置，其特征在于：所述粉煤喷枪(15)包括喷射总管(24)，所述喷射总管(24)的出口是喷嘴；所述喷射总管(24)设有环形的氮气通道(20)、粉煤通道(21)、氧气通道(22)和水通道(23)；所述氮气通道(20)、所述粉煤通道(21)、所述氧气通道(22)和所述水通道(23)与各自的来源通道分别连接。
5.如权利要求2至4任意一项所述的一种煤粉还原炼铅卧式熔炼装置，其特征在于：所述卧式圆形还原炉(25)顶部设有三个进料口(1)，所述卧式圆形还原炉(25)顶部设有十个加热孔(2)和烟气出口(3)，所述卧式圆形还原炉(25)下部一端设有放铅口(6)、另一端设有排渣口(5)，所述卧式圆形还原炉(25)设有两个燃烧器孔(7)，所述卧式圆形还原炉(25)设有检修放空口(8)及测温口(9)，所述卧式圆形还原炉(25)外壁两端分别设有托辊(10)和传动齿轮(11)。
6.如权利要求5所述的一种煤粉还原炼铅卧式熔炼装置，其特征在于：所述烟气出口(3)连接至余热锅炉。
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