CN102374781A - 直接炼铅综合冶金装置及冶炼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能、高效的直接炼铅综合冶金装置。它由三台熔池熔炼炉串联组成：第一炉、第二炉和第三炉；所述第二炉由炉缸和位于炉缸上的炉身构成。其上部炉身顶部设有排烟口和备用加料口；在下部炉身的上方位置设有炉料加料口和熔渣加料口；在下部炉身的底部位置设有渣虹吸井。炉身安有三排送风口。炉缸底部设有金属虹吸出口。本发明热损失少、热利用率高，产出高浓度的二氧化硫烟气，更有利于满足制酸的需要；氧化熔炼产出的熔融高铅热渣直接流入还原炉，充分利用了热融渣的热量。本发明占地面积小，投资省，热损失少、热利用率高，热能得到了充分利用，大量节约了能耗，烟气产出量小，烟气中有害成份含量低，更为有效地解决了环境污染的问题。

Description

直接炼铅综合冶金装置及冶炼工艺

技术领域

本发明涉及一种有色金属冶炼反应装置及其冶炼工艺，特别涉及一种节能、高效的直接炼铅综合冶金装置及其冶炼工艺。

背景技术

目前世界上已广泛采用熔池熔炼技术来处理硫化铅精矿，其特点是都采用了用富氧或纯氧强化熔炼。由于烟气量的减少，烟气中的二氧化硫浓度大大提高。与传统的冶炼方法相比，环境污染问题得到了基本解决，铅的清洁生产已成为现实。但这些炼炉还存在不足之处：对炉料要求苛刻，氧气吹风喷枪结构复杂，寿命较短，还原率较低，等等。

在我国铅冶炼厂大部采用底吹炉、部分采用澳斯麦特炉处理硫化铅矿，产出的氧化铅渣经铸块冷凝后用传统的鼓风炉还原熔炼得粗铅。这样熔融氧化铅渣的热能未能利用全部损失。而高铅渣在鼓风炉还原过程中，需用昂贵的焦炭将高铅渣再次熔化，并用焦炭还原得到金属铅。同时为了回收存在鼓风炉炉渣中的氧化锌，常用的方法将鼓风炉产出的炉渣用电热前床存放起来，以供周期性生产的烟化炉挥发回收氧化锌。

以上方法，热能造成的巨大浪费，及鼓风炉生产低浓度二氧化硫烟气回收困难，已引起了铅冶炼的生产厂家和冶金工作者的高度重视，目前，取代鼓风炉的还原方法及提高热的利用率的方法正在积极的开发和试验中。

发明内容

针对现有有色冶金熔炼炉的缺点，根据氧气侧吹熔池熔炼炉具有氧化、还原、烟化的功能，本发明设计一种新的熔炼炉，把其功能组合起来，形成直接炼铅综合冶金装置，使其作用得到最大的发挥。

本发明包括三台熔池熔炼炉：第一炉、第二炉和第三炉；三台熔池熔炼炉由两道连接溜槽串接在一起组成一整体；两连接溜槽分别连接在前一台熔池熔炼炉的出渣口和后一台熔池熔炼炉的熔融渣加料口之间。

其中，第二炉由炉缸和位于炉缸上的炉身构成；所述炉身由下部炉身和上部炉身组成一体，下部炉身由铜质水套构成；上部炉身外由钢制水套围成，内衬耐火材料；全炉身的水套内通有循环水路，供通入循环水强制循环冷却。上部炉身的顶端设有排烟口，下部炉身的上方位置设有炉料加料口和熔渣加料口，在下部炉身的底部位置设有渣虹吸井，渣虹吸井上设有出渣口，炉缸底部还设有金属虹吸出口；在所述的炉身的两侧壁上各安有三排送风口：一次风口、二次风口和三次风口；一次风口设在下部炉身下方，位于熔融区内，二次风口设在下部炉身的中部，位于鼓泡层表面之上的区域，三次风口设在上部炉身的上方或排烟口下方的位置。根据冶炼制度的不同，采用不同的富氧浓度和送风制度。

本发明综合了反应各阶段的特点，在氧化熔炼时采用富氧熔炼技术，充分利用了熔炼自身的氧化反应热，热损失少、热利用率高，基本达到自热熔炼水平，产出高浓度的二氧化硫烟气，更有利于满足制酸的需要；在还原熔炼时，氧化熔炼产出的熔融高铅热渣直接流入还原炉，充分利用了热融渣的热量，还原剂以煤代焦，用量大幅下降，同时还可通入天燃气或煤质气，可加速还原速度，缩短还原时间，使渣中铅金属含量降至最低水平；在烟化挥发锌时，取消了电热前床，热炉渣从还原炉直接流入烟化炉，使用粒状煤作还原剂直接加入炉内，取缔了粉煤系统。与其它炼铅方法相比，本发明具有占地面积小，投资省，热能得到了充分利用，在生产过程中三炉均采用了富氧技术，烟气产出量小，燃烧效率高，烟气中有害成份含量低，更为有效地解决了环境污染的问题。该装置做到连续处理、综合回收、节能减排、低耗环保。

附图说明

图1是本发明单炉结构示意图。

图2是图1所示单炉的右视剖面图。

图3是本发明直接炼铅综合冶金装置示意图。

图中：1.炉缸、2.下部炉身、3.熔融渣加料口、4.炉料加料口、5.上部炉身、6.备用加料口、7.排烟口、8.三次风口、9.二次风口、10.一次风口、11.燃气管道、12.金属虹吸出口、13.渣虹吸井、14.出渣口、15.低炉底、16.坡形面、17.高炉底、18.炉基、19.连接溜槽、20.炉支撑架、21.支撑调节杆、22.第一炉、23.第二炉、24.第三炉。

具体实施方式

本发明直接炼铅综合冶金装置，包括三台熔池熔炼炉，其间采用两道连接溜槽连接在一起而成。一步完成铅精矿的氧化，还原，和锌的烟化过程，具体实施方式如下：

参见图1-图3，本发明直接炼铅综合冶金装置由三台熔池熔炼炉组成：第一炉22、第二炉23和第三炉24；三台熔池熔炼炉之间由两道连接溜槽19串接在一起：各连接溜槽19分别连接在前一台熔池熔炼炉的出渣口14和后一台熔池熔炼炉的熔融渣加料口3之间，使三台熔池熔炼炉形成一整体设备。

其中，第二炉23的结构为：它由炉缸1和位于炉缸1上的炉身构成；整个熔池熔炼炉架设在炉基18上，由竖立地安装在炉基18外侧的炉支撑架20和支撑调节杆21支撑，并利用支撑调节杆21进行平衡调节。所述炉身由下部炉身2和上部炉身5组合而成一体；下部炉身2由铜质水套构成；上部炉身5外部由钢制水套围成，内衬耐火材料；全炉身水套内通有循环水路，供通入循环水强制循环冷却。上部炉身5顶设有排烟口7和备用加料口6，在下部炉身2的上方后端位置设有炉料加料口4(即冷料及辅料加料口)和熔融渣加料口3(即热料加料口)。由于两加料口与现有熔池熔炼炉不同，不是位于炉体最顶端，与炉内的熔体距离缩短，加料时减少了烟尘飞扬，满足了环保的要求。在下部炉身2的底部前端位置设有渣虹吸井13，在渣虹吸井13上设有出渣口14。在炉缸1底部还设有金属虹吸出口12。在所述的炉身的两侧壁上安有三个送风口：一次风口10、二次风口9和三次风口8；一次风口10设在下部炉身2下方，位于熔融区内，二次风口9设在下部炉身2的中部，位于鼓泡层表面之上的区域，所述的二次风口9中心线与水平线间形成向下倾斜的1°-60°角，三次风口8设在上部炉身5的上方或排烟口下方的位置。各风口的数量根据还原炉的大小及处理量而不同，标准设计为，从一次风口到三次风口数量逐层递减，即一次风口10的数量最多，二次风口9的数量次之，三次风口8的数量最少。对于一般容积的还原炉，每一侧的一次风口10数量为3-30个，二次风口9为2-15个，三次风口8为1-10个。在下部炉身2还可安装输入燃气的燃气管道11，燃气管道11插入在一次风口10中。下部炉身2的炉底由高炉底17和低炉底15构成，高、低炉底由坡形面16过渡相连。炉底的这种高低形状的设计，提供了炉缸1低处的深度，节省了高处金属区的空间，减少了炉缸1的容积，降低金属产出物在炉内的停留时间，加快热交换，保持炉缸1有足够高的温度。节约能源并保证了炉内熔体良好的热交换。

需说明的是，第一炉22和第三炉24可以是与第二炉23相同的熔池熔炼炉，这是一种最佳组合；但也可以各与第二炉23不同，如：第一炉22可以采用顶吹炉、底吹炉、或者是闪速炉；第三炉24可以采用常规的烟化炉。但第一炉22和第三炉24不论采用哪种熔池熔炼炉，三炉之间的连接方式是不变的，均是两连接溜槽分别连接在前一台炉的出渣口和后一台炉的熔融渣加料口之间使之联接成为一整体设备。

本发明的冶炼工艺为：

以三台熔池熔炼炉串联，其间采用两道连接溜槽连接在一起而成。一步完成铅精矿的氧化熔炼，还原熔炼，和锌的烟化过程。

下面先用三台相同结构的熔池熔炼炉(即都与上述的第二炉23结构相同)为最佳实施例来说明本发明的冶炼工艺：

参见图1-图3，首先，铅精矿、含铅炉料从第一炉(即第一炉22)冷料加料口4加入，落入熔池，氧化熔炼在1200-1400K下温度下进行。在一次风口10鼓入富氧空气(其富氧体积浓度可为：80-99％，风口风压0.8-1.5Mpa，风口风速180-250m/s)的作用下，气体对熔渣进行激烈的搅拌，炉料被迅速卷入熔渣中熔化，并发生下列主要化学反应：PbS+3/2O2＝PbO+SO2......(1)PbS+2PbO＝3Pb+SO2......(2)，同时在气体对熔渣强列搅拌的作用下，熔渣在一次风口10以上形成一鼓泡层，反应产生的铅滴相互碰撞，长大，迅速下沉进入一次风口10以下的相对安静区，在这里进行渣铅分层，而后从各自的虹吸道排出：熔铅从金属虹吸出口12排出，熔渣通过渣虹吸井13从出渣口14排出。为了创造使反应(2)进行的有利条件，必须提高PbO在渣中的活度，即必须提高它在熔体在的浓度。因此，氧化熔炼阶段可得到不超过总铅量60％的金属铅，还必然要得到含铅较高的炉渣。

反应生成的可燃气体上升与炉料带入没有落入熔池已高温升华的元素硫，进入再燃烧区与二次风口9鼓入的空气相遇发生氧化反应，氧化产生的热量部分返回熔池。从三次风口8送入过量的空气或富氧空气的作用是将炉气内剩余的CO、元素硫等有害物质充分燃烧，过量的空气或富氧空气的鼓入量控制在烟气含氧量占烟气总量的3-5％(体积)。三次风从设置在上部炉身5的三次风口8送入炉内。再燃烧后烟气进入上升烟道从排烟口7排出。

为了得到含铅低的炉渣，第二炉23进行还原熔炼，还原熔炼在较高温度(1473-1523K)下进行，此时从第一炉22产出的熔融富铅渣经出渣口14流出，经连接溜槽19从第二炉23的熔融渣加料口3加入，同时从第二炉23的加料口4加入的还有还原煤和造渣熔剂石灰石，还原煤、石灰石的加入量分别为熔体重量的5-10％和3-5％。富氧空气从第二炉23的一次风口10鼓入高温熔融的渣层内，保证了煤燃烧及炉内化学反应：PbO+CO＝Pb+CO2，鼓入熔融渣层的富氧空气，对熔渣强列搅拌，此时被还原的细小金属铅粒相互碰撞而迅速长大，形成大的颗粒下沉，进入炉缸1与渣分离，而后从各自的虹吸道排出：熔铅从金属虹吸出口12排出，熔渣通过渣虹吸井13从出渣口14排出。

根据需要，在第二炉23的一次风口10中还可插入燃气管道11，燃气管道11中送入的燃气可为煤质气或天燃气等气体，在使用时与富氧空气混合通过一次风口10同时通入熔池中，可有效的对熔体进行快速升温。还可利用气态还原剂配合固态还原剂，加快高铅渣的还原速度。燃气管根据需要可快速的安装和撤除。此时，从设立在炉身2的二次风口9向炉内送入二次风(空气或富氧空气)，使二次风燃烧CO同时，与飞溅的熔渣滴(喷沫)充分接触，将喷沫加热，使从熔体内溢出的CO燃烧，而使在炉内鼓泡、向上喷溅的熔渣被加热回落炉内，保证最有效的加热被气体带出的炉渣喷沫作为热的载体，将二次燃烧(从熔体出来的CO等可燃物质在熔体上空间燃烧)产生的热量重新返回熔池，有效的降低了能耗，节省还原熔炼的燃料。为了保持炉内的还原气氛，从二次风口9的送风使炉内的CO没有完全燃烧，还保留了10-15％的体积含量，三次风口8送入的空气或富氧空气的作用是将炉气内剩余的CO等有害物质充分燃烧。三次风从设置在上部炉身5的三次风口8送入炉内。

为回收炉渣内的锌及其它有价金属，充分利用炉渣的热量，在第二炉23的后面设置了第三炉(即第三炉24)。烟化挥发锌在1473-1573K温度下进行。此时从第二炉23产出的炉渣经其出渣口14流出，经连接溜槽19从第三炉24的熔融渣加料口3加入，富氧空气从第三炉24的一次风口10鼓入高温熔融的渣层内，对熔渣进行强烈的搅拌，并与从加料口4加入的还原煤充分接触，还原煤加入量为熔体重量的5-10％。在强还原气氛下，炉渣中氧化锌被还原成金属锌并烟化成锌蒸气离开熔体，在烟道中被重新氧化成氧化锌，经冷凝从冷却烟道和袋式收尘器得到回收。从设置在第三炉24炉身上的二次风口9送入的二次风使从熔体内溢出的CO燃烧，达到与第二炉二次送风同样的目的。三次风口8的作用也与在第三炉24内三次送风相同。第三炉24产出的炉渣从出渣口14排出，水淬后作其它用途。

在实际生产工艺中，可以有几种不同的生产设备结构：一、第一炉采用现有的顶吹炉或底吹炉、第三炉采用与第二炉相同的熔池熔炼炉；二、第一炉采用与第二炉相同的熔池熔炼炉、第三炉采用常规的烟化炉；或者三、第一炉采用现有的顶吹炉或底吹炉、第三炉采用常规的烟化炉。

现以第一炉22、第三炉24各与第二炉23不同为例说明其冶炼工艺：

以第一炉采用现有的顶吹炉或底吹炉、第三炉采用常规的烟化炉为例，其工艺为：含铅炉料从第一炉冷料加料口加入，经与现有顶吹炉或底吹炉相同工艺的冶炼后，熔铅从金属出料口排出。熔融富铅渣从出渣口流出，经连接溜槽从第二炉的熔融渣加料口加入，在第二炉中经与上述实施例的第二炉相同的工艺过程冶炼，从第二炉产出的炉渣经其出渣口流出，经连接溜槽从第三炉的熔融渣加料口加入，经与现有烟化炉相同工艺的冶炼后，炉渣中氧化锌被还原成金属锌并烟化成锌蒸气离开熔体，在烟道中被重新氧化成氧化锌，经冷凝从冷却烟道和袋式收尘器得到回收，炉渣从出渣口排出。

Claims (10)

1.一种直接炼铅综合冶金装置，其特征在于：它包括三台熔池熔炼炉：第一炉、第二炉和第三炉；三台熔池熔炼炉之间由两道连接溜槽串接在一起组成一整体，各连接溜槽分别连接在前一台熔池熔炼炉的出渣口和后一台熔池熔炼炉的熔融渣加料口之间。

2.根据权利要求1所述的冶金装置，其特征在于：所述第二炉由炉缸和位于炉缸上的炉身构成；所述炉身由下部炉身和上部炉身组成一体；所述下部炉身由铜质水套构成；上部炉身外由钢制水套围成，内衬耐火材料；全炉身的水套内通有循环水路，供通入循环水强制循环冷却；上部炉身的顶端设有排烟口和备用加料口，在下部炉身的上方位置设有炉料加料口和熔渣加料口，在下部炉身的底部位置设有渣虹吸井，在渣虹吸井上设有出渣口，炉缸底部还设有金属虹吸出口；在所述的炉身的两侧壁上各安有三排送风口：一次风口、二次风口和三次风口；一次风口设在下部炉身下方，位于熔融区内，二次风口设在下部炉身的中部，位于鼓泡层表面之上的区域，三次风口设在上部炉身的上方或排烟口下方的位置。

3.根据权利要求2所述的冶金装置，其特征在于：在下部炉身还安装输入燃气的燃气管道，燃气管道插入在一次风口中；二次风口中心线与水平线间形成向下倾斜的1°-60°角。

4.根据权利要求2、3所述的冶金装置，其特征在于：下部炉身的炉底由高炉底和低炉底构成，高、低炉底由坡形面过渡相连。

5.根据权利要求2、3、4所述的冶金装置，其特征在于：第一炉和第三炉是与第二炉相同的熔池熔炼炉。

6.根据权利要求2、3、4、5所述的冶金装置，其特征在于：所述第一炉采用现有的顶吹炉或底吹炉、第三炉采用与第二炉相同的熔池熔炼炉；或者第一炉采用与第二炉相同的熔池熔炼炉、第三炉采用常规的烟化炉；或者第一炉采用现有的顶吹炉或底吹炉、第三炉采用常规的烟化炉。

7.一种采用权利要求5所述冶金装置的直接炼铅冶炼工艺，其步骤是：

铅精矿、含铅炉料从第一炉冷料加料口加入，落入熔池，在一次风口鼓入富氧空气的作用下，气体对熔渣进行激烈的搅拌，其中富氧体积浓度可为80-99％；炉渣被迅速卷入熔池熔渣中熔化，并发生氧化、还原反应，同时鼓入的，在一次风口以上形成一鼓泡层，反应产生的铅滴相互碰撞，长大，下沉进入一次风口以下的相对安静区，在这里进行渣铅分层而后从各自的虹吸道排出：熔铅从金属虹吸出口排出，熔渣通过渣虹吸井从出渣口排出；反应后从熔体内溢出的气体上升与炉料带入没有落入熔池已高温升华的元素硫进入再燃烧区与二次风口鼓入的空气相遇发生氧化反应，氧化产生的热量部分返回熔池，再燃烧后烟气进入上升烟道从排烟口排出；三次风口送入过量空气或富氧空气的作用是将炉气内剩余的CO、S等有害物质充分燃烧。三次风从设置在上部炉身的三次风口送入炉内；

从第一炉产出的熔融富铅渣经出渣口流出，经连接溜槽从第二炉的熔融渣加料口加入，同时从第二炉的加料口加入的还有还原煤和熔剂石灰石，还原煤、熔剂的加入量分别为熔体重量的5-10％和3-5％；富氧空气从第二炉的一次风口鼓入高温熔融的渣层内，保证了煤燃烧及炉内化学反应；鼓入熔融渣层的富氧空气，对熔渣强列搅拌，此时被还原的细小金属铅粒相互碰撞而迅速长大，形成大的颗粒下沉，进入炉缸与渣分离；此时，从设立在炉身的二次风口向炉内送入二次风，使二次风燃烧CO同时，与飞溅的熔渣滴充分接触，将喷沫加热，使从熔体内溢出的CO燃烧，而使在炉内鼓泡、向上喷溅的熔渣被加热回落炉内，保证最有效的加热被气体带出的炉渣喷沫作为热的载体，将二次燃烧产生的热量重新返回熔池，有效的降低了能耗，节省还原熔炼的燃料；为了保持炉内的还原气氛，从二次风口的送风使炉内的CO没有完全燃烧，还保留了10-15％的体积含量，三次风口送入的空气或富氧空气的作用是将炉气内剩余的CO等有害物质充分燃烧，三次风从设置在炉身的三次风口送入炉内；

第二炉产出的炉渣经第二炉的出渣口流出，经连接溜槽从第三炉的熔融渣加料口加入，富氧空气从第三炉的一次风口鼓入高温熔融的渣层内，对熔渣进行强烈的搅拌，并与从第三炉的加料口加入的还原煤充分接触，加入量为熔体重量的5-10％。在强还原气氛下，炉渣中氧化锌被还原成金属锌并烟化成锌蒸气离开熔体，在烟道中被重新氧化成氧化锌，经冷凝从冷却烟道和袋式收尘器得到回收；从二次风口送入的二次风使从熔体内溢出的CO燃烧，达到与第二炉二次送风同样的目的；三次风口的作用也与在第二炉内三次送风相同；根据需要，在第二炉的一次风口中插入的燃气管道中送入的燃气可为煤质气或天燃气等气体，在使用时与富氧空气混合通过一次风口同时通入熔池中，可有效的对熔体进行快速升温；第三炉产出的炉渣从出渣口排出。

8.一种采用权利要求6所述冶金装置的直接炼铅冶炼工艺，其步骤是：当第一炉采用现有的顶吹炉或底吹炉，第三炉采用与第二炉相同的熔池熔炼炉时，铅精矿、含铅炉料从第一炉冷料加料口加入，落入熔池后，经与现有顶吹炉或底吹炉相同工艺的冶炼后，熔铅从金属出料口排出，熔融富铅渣从出渣口流出，经连接溜槽从第二炉的熔融渣加料口加入，在第二炉中经与权利要求7的第二炉相同的工艺过程冶炼，从第二炉产出的炉渣经其出渣口流出，经连接溜槽从第三炉的熔融渣加料口加入，经与权利要求7的第三炉相同的工艺过程，最后完成冶炼工序。

9.一种采用权利要求6所述冶金装置的直接炼铅冶炼工艺，其步骤是：当第一炉采用与第二炉相同的熔池熔炼炉，第三炉采用常规的烟化炉时，第一炉与第二炉中的冶炼工序与权利要求7中相同，从第二炉产出的炉渣经其出渣口流出，经连接溜槽从第三炉的熔融渣加料口加入，经与常规的烟化炉相同的工序冶炼，最后完成冶炼工序。

10.一种采用权利要求6所述冶金装置的直接炼铅冶炼工艺，其步骤是：当第一炉采用现有的顶吹炉或底吹炉，第三炉采用常规的烟化炉时，铅精矿、含铅炉料从第一炉冷料加料口加入，落入熔池后，经与现有顶吹炉或底吹炉相同工艺的冶炼后，熔铅从金属出料口排出，熔融富铅渣从出渣口流出，经连接溜槽从第二炉的熔融渣加料口加入，在第二炉中经与权利要求7的第二炉相同的工艺过程冶炼，从第二炉产出的炉渣经其出渣口流出，经连接溜槽从第三炉的熔融渣加料口加入，经与常规的烟化炉相同的工序冶炼，最后完成冶炼工序。

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