CN104880059B

CN104880059B - 一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑

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Publication number: CN104880059B
Application number: CN201510298010.2A
Authority: CN
Inventors: 朱兴发; 李亚逸; 严晓敏; 陈志强; 黄森根
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2017-06-06
Anticipated expiration: 2035-06-03
Also published as: CN104880059A

Abstract

本发明是一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑，其结构包括窑头罩、汞矿石喂料斗、高温合金钢内胆窑筒体、轮带、可移动式托轮组、传动装置、齿轮副、固定式托轮组、轨道、水泥墩；优点：一种最清洁的能源，解决了用煤炉培烧的炼汞回转窑，存在的生产效率低下、环境污染严重、能耗高等问题。除了取用和分配方便之外，还具有热效高、无烟气、无灰渣带走显热、窑体结构简单紧凑、散热面积小、散热损失少、易于自动控制调节、窑温控制精度高、适合较窄预烧温度工艺要求等特点，这是燃油和燃气等加热方式所不能比拟的。生产效率高、节约能源消耗，减少环境污染物排放。汞冶炼炉窑节能环保及装备技术的创新。

Description

一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑

技术领域

本发明涉及的是一种节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑，特别是一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑，属于汞金属冶炼装备技术领域。

背景技术

中国汞矿主要分布于贵州东部、湖南西部。已探明的汞矿资源仅次于西班牙，居世界第二位。《明史食货志》记载，贵州大万山长官司有水银朱砂场局，据此可以推知该地采汞至少有六百多年的历史。近代采汞始于19世纪末，1899年英法商人以借款办矿为名，建立了“英法水银公司”，建竖炉炼汞。1908年清政府收回了矿权，转为民营开采。1941年国民党政府成立了资源委员会汞业管理处（后改名西南汞矿局）经营汞业，1946年改组为益民公司中华人民共和国成立后，对湖南贵州一带汞矿进行了全面勘探和规划；改进采矿方法；建立机械化选矿设施；采用新型冶炼设备，其中蒸馏法和回转窑处理汞矿的技术达到了国际先进水平，使汞工业有了新的发展。80年代初有汞企业13个，其中贵州汞矿历史悠久，规模较大。1982年汞产量是1952年的 9.1倍，朱砂 (HgS)产量是1952年的33倍。汞仍是中国重要出口品之一，1950～1980年累计出口汞约 1.8万吨。在防护汞中毒方面，从70年代开始做了大量的工作，使矿区环境保护和安全防护状况有了显著改善。

战国时已有采汞的矿业。春秋末战国初期已有用汞齐鎏金的技术。炼汞的原料是硫化汞(HgS)，古称丹砂、砂或辰砂。硫化汞在空气中加热即能分解成汞，其关键在于如何使生成的汞蒸气不被氧化并有效地冷凝收集。

汞冶炼有火法和湿法两种。火法炼汞是在不太高的温度下(450～800℃)，将汞矿石或精矿进行焙烧，直接将汞还原呈气态分离出来，而后冷凝成液态汞。火法炼汞工序较简单，技术经济指标较高，为国内外传统的炼汞方法。常用的焙烧设备有回转窑、多膛炉、液态化焙烧和机械蒸馏炉等。湿法炼汞是用硫化钠或次氯酸盐溶液浸出汞精矿，浸出液净化后用电解或置换等方法获得金属汞。湿法能减少汞的污染，但流程复杂，技术经济指标不如火法，因而未被广泛应用。美国还研究出一种从辰砂矿石中提取汞的电氧化法，汞的回收率为90%～99%，但未见有生产报道。从开采矿石提炼出来的汞金属，称为原生汞，纯度通常大于99.9%，且具有纯净而明亮的外观，在工业上有许多用途。汞的用途较广，在总的用量中，金属汞的占30%，化合物状态的汞约占70%。冶金工业常用汞齐法（汞能溶解其它金属形成汞齐）提取金、银和铊等金属。化学工业用汞作阴极以电解食盐溶液制取烧碱和氯气。汞是制造汞弧整流器、水银真空泵、新型与酒精、浓硝酸溶液混合加热制成的。汞的一些化合物在医药上有消毒、利尿和镇痛作用，汞银合金是良好的牙科材料。在中医学上，汞用作治疗恶疮、疥癣药物的原料。汞可用作精密铸造的铸模和原子反应堆的冷却剂以及镉基轴承合金的组元等。另外汞在军事工业中应用更广。

由于汞密度非常大，物理学家托里拆利利用汞第一个测出了大气压的准确数值。某些特殊用途，如电子技术方面要求汞的纯度在99.9999%以上，称为高纯汞。它是将精汞在真空或充满惰性气体的气氛下进行蒸馏或电解而制取的。我国汞矿山生产的精汞，一般含汞在99.99%以上。贵州汞矿、务川汞矿和铜仁汞矿还可生产出高纯汞。

我国炼汞目前多采用浮选精矿-蒸馏炉工艺。贵州汞矿还建有双层单稀相流态化焙烧炉，用来处理含汞0.1%以下的低品位粉碎矿。有些地区的小矿仍使用老式高炉处理原矿，对环境污染严重。贵州地区还有一定数量的用煤炉培烧的炼汞回转窑，这种煤炉培烧的炼汞回转窑，生产效率低下、环境污染严重、能耗高。工业炉窑也耗能大户之一，目前，我国共有各类工业炉约11 万台，约占全国总能耗的1/4，占工业总能耗的60%。以我国工业炉窑中污染最重的电石行业为例，每年产生的炉窑尾气超过150 亿立方米，绝大部分被直接燃烧排放，造成能源极大的浪费，每年因此相当于损失240 万吨标准煤，同时排放1200 万吨二氧化碳和90 余万吨粉尘，其中粉尘含量超过了国家标准（GB9078-1996 的限值100mg/Nm3）400 倍左右，严重破坏了生态环境。工业炉窑尾气大量排放造成的环境污染和资源浪费备受关注。自改革开放以来，我国工业炉窑工艺技术有了较大的进步，但工业炉窑能源利用总体水平不高，仅相当于发达国家20世纪50～60 年代的水平，工业炉的热效率平均不到30%，而国际上工业炉的热效率平均为50%以上。工业炉窑密闭生产和高温尾气净化与循环利用装置作为节能环保技术的载体，应用于高能耗、重污染行业，随着国家对电石、铁合金、钢铁行业等“两高”行业准入标准的重新修订，原有落后生产设备亟需进行改造，工业炉窑节能环保技术和设备的推广速度不断提高；目前间热式回转窑的加热方式，主要有电热、燃油、燃气（人工煤气或液化石油气）三种。

发明内容

本发明提出的是一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑，其目的旨在采用变频电源通过套在回转窑外管的感应加热圈对回转窑内窑管表面高温加热区感应加热，由于窑管是匀速旋转的，窑管受热十分均匀一般加热温度在450度-1000度自动调功调温，对回转窑中的汞矿石培烧加热到800度左右，回转窑中的汞矿石蒸发出汞蒸汽，让汞蒸汽通过冷凝器收集到汞金属；电磁感应回转窑的产量能与电热、燃煤、燃油或燃气焙烧回转窑相媲美。解决用煤炉培烧的炼汞回转窑，存在的生产效率低下、环境污染严重、能耗高等问题。电磁感应加热是一种最清洁的能源，除了取用和分配方便之外，还具有热效高、无烟气、无灰渣带走显热、窑体结构简单紧凑、散热面积小、散热损失少、易于自动控制调节、窑温控制精度高、适合较窄预烧温度工艺要求等特点，这是燃油和燃气加热方式所不能比拟的。

本发明的技术解决方案：一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑，其结构包括1．一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑，其特征是包括窑头罩1、汞矿石喂料斗2、高温合金钢内胆窑筒体3、轮带4、可移动式托轮组5、传动装置6、齿轮副7、固定式托轮组8、轨道18、水泥墩12；

其中汞矿石喂料斗2固定在窑头罩1顶部，三个轮带4按规定间距焊接固定在高温合金钢内胆窑筒体3的筒外，可移动式托轮组5和固定式托轮组8上的托轮通过轮带4与高温合金钢内胆窑筒体3相接，工作时将高温合金钢内胆窑筒体3托起，支撑其全部重力，并使其可在二个可移动式托轮组5和一个固定式托轮组8上的托轮上滚动；

所述高温合金钢内胆窑筒体3通过齿轮副7连接传动装置6；轨道18、固定式托轮组8和一个传动装置6固定在水泥墩12。

本发明的优点及积极效果：

（1）电磁感应加热是一种最清洁的能源，除了取用和分配方便之外，还具有热效高、无烟气、无灰渣带走显热、窑体结构简单紧凑、散热面积小、散热损失少、易于自动控制调节、窑温控制精度高、适合较窄预烧温度工艺要求等特点，这是燃油和燃气加热方式所不能比拟的。包括

1）电热回转窑是采用电阻材料作为电热元件而进行加热的。1980年代从德国Riedhammer公司引进的回转窑，其加热元件是采用镍铬合金（1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20Si2）或铁铬铝合金（ 0Cr13Al4或0Cr25Al5）制成螺旋形发热体，一般按窑墙两侧和窑底三面布置安装。几经国产化后，现已改进为用硅碳棒（SiC）作加热元件，在窑底单面布置。这样虽然是单面辐射传热，但由于窑管是匀速旋转的，窑管受热仍很均匀；

2）燃油回转窑其加热方式系采用3~4台轻柴油燃烧器，成直线地均布于加热窑体的一侧，明焰式火焰直接喷射在窑管外表面上，使窑管受热后将热能传递给管内物料。特点是油雾燃烧反应迅速，升温过程较快，有利缩短窑炉冷态升温过程，缩短升温时间。但是，在油蒸汽碳氢化合物燃烧反应过程中放出的氢原子，除了与氧分子作用生成羟基之外，还可能与S原子生成H₂S，H₂S虽然也可以燃烧并放出一定的热量，但燃烧后又可生成SO₂气体，这种气体不仅对窑管起腐蚀作用，而且通过排气管排出后还会污染大气环境；

3）燃气回转窑燃气回转窑的燃料一般有人工煤气和液化石油气两种。采用的燃烧装置则分别是人工煤气燃烧器和液化石油气燃烧器。燃烧器使用的数量和安装布置的形式与燃油回转窑基本相同。燃气燃烧也是明焰式火焰燃烧，同样有升温速度较快的特点。人工煤气的热值较低，一般为5400kJ/m³，不能获得较高的火焰温度。液化石油气的热值较高，一般在22500~62800kJ/m³的范围内，只要有变压设备就能方便使用。液化石油气的气态和液态体积比高达250∶1，有利于实现液体贮运，气态使用。但贮站和变压设备投资较大，且安全管理工作亦十分重要。

（2）与电、油、气加热方式比较。在电、油、气三种加热方式中，电热是一种最清洁的能源，除了取用和分配方便之外，还具有热效高、无烟气、无灰渣带走显热、窑体结构简单紧凑、散热面积小、散热损失少、易于自动控制调节、窑温控制精度高、适合较窄预烧温度工艺要求等特点，这是燃油和燃气加热方式所不能比拟的；

另外，电热回转窑不仅无需建设燃料贮运站场，简化了燃料采购运输和安全管理工作，而且还可以避免因SO₂气体腐蚀窑管和污染环境的弊端，因此其经济社会效益是非常明显的；

三种加热方式的经济指标比较，在生产能力指标相同条件下，假定贮油站投资以10万元计，液化气贮站投资以30万元计，则设备初期投资总额，燃油回转窑是电热回转窑的2.6~2.9倍，燃气回转窑是电热回转窑的3.1~3.3倍，而运行耗能成本则燃油、燃气回转窑分别高出电热回转窑48%和25%。电磁感应回转窑的运行能耗成本比电阻丝加热的成本更低，因为电磁感应回转窑，是通过套在回转窑外径的感应加热圈对回转窑的高温加热区高温合金钢内胆感应加热，窑外径有较厚的保温层；

按初期投资、运行成本、简化管理、保护环境等多方面因素分析比较，回转窑选择电磁感应加热方式最经济、最合适。

（3）节能环保背景：“节能环保”是低碳经济的重要一环，关系国民经济的长远发展，特别是对于人均能源资源严重不足而能源需求持续增长的我国来说，更具有战略性意义。另外我国还面临环境形势严峻和碳减排压力巨大等问题，推行节能环保势在必行。

附图说明

附图1是一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑的主视图。

附图2是一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑的剖面图。

附图1中的1是窑头罩、2是汞矿石喂料斗、3是高温合金钢内胆窑筒体、4是轮带、5是托轮组一、6是传动装置、7是齿轮副、8是托轮组二、9是废矿石卸料管、10是汞蒸汽排出管、11是窑尾罩、12是水泥墩。

附图2中的13是保温圈、14是感应加热圈、15是磁轭、16是炉壳、17是炉架、18是轨道。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：

如附图1和附图2所示，一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑，其结构包括窑头罩1、汞矿石喂料斗2、高温合金钢内胆窑筒体3、轮带4、可移动式托轮组5、传动装置6、齿轮副7、固定式托轮组8、废矿石卸料管9、汞蒸汽排出管10、窑尾罩11、水泥墩12、保温圈13、感应加热圈14、磁轭15、炉壳16、炉架17、轨道18；其中一个保温圈13、一个感应加热圈14、二十四个磁轭15、一个炉壳16和一个炉架17，组成一个感应加热器；三个轮带4按一定的间距，焊接固定在高温合金钢内胆窑筒体3的筒外，四根轨道18、一个固定式托轮组8和一个传动装置6固定在水泥墩12，二个感应加热器、一个窑头罩1、一个窑尾罩11和二个可移动式托轮组5，通过各自所带的车轮，置放在轨道18上，并各可在轨道上滚动，分别移动二个感应加热器、一个窑头罩1、一个窑尾罩11和二个可移动式托轮组5，同时，各单元到位后，各有配套的锁紧机构锁紧；二个可移动式托轮组5和一个固定式托轮组8上的托轮，通过三个轮带4，将高温合金钢内胆窑筒体3托起，支撑其全部重力，并使其可在二个可移动式托轮组5和一个固定式托轮组8上的托轮上滚动，同时，高温合金钢内胆窑筒体3成一定斜度；传动装置6通过齿轮副7，驱动高温合金钢内胆窑筒体3旋转滚动。另外，汞矿石喂料斗2固定在窑头罩1顶部，汞蒸汽排出管10固定在窑尾罩11顶部，废矿石卸料管9则固定在在窑尾罩11底部。

本发明的工作过程：传动装置6通过齿轮副7，驱动高温合金钢内胆窑筒体3旋转滚动，至特定温度达到一定工艺要求→通过位于窑头罩1上部的汞矿石喂料斗2，将汞矿石原料加入已预热好的高温合金钢内胆窑筒体3内→汞矿石原料在高温合金钢内胆窑筒体3内，先后被滚动至两个高温加热区域，在滚动翻转的同时被均匀培烧，蒸发出汞蒸汽→被蒸发出的汞蒸汽通过位于窑尾罩11上部的汞蒸汽排出管10排出，进入外部冷凝器收集到汞金属。同时，废矿石通过位于窑尾罩11下部的废矿石卸料管9，排出窑筒体，另行处理→按以上过程，汞提炼工作持续循环完成。

当年计划中修检修时，检测高温合金钢内胆窑筒体严重变形或电磁感应加热器情况后应更换感应加热器。

更换感应加热器工作过程：关闭加热电源，感应加热圈继续通水冷却至室温；同时传动装置6通过齿轮副7，驱动高温合金钢内胆窑筒体3旋转滚动，将窑内矿石通过位于窑尾罩11下部的废矿石卸料管9，全部排出窑筒体→断开感应加热器所有电和水接口→锁紧机构松开相关单元→二个感应加热器、一个窑头罩1、一个窑尾罩11和二个可移动式托轮组5可依次从窑筒体两头，被移出窑筒体→感应加热器被吊出，进行检修或更换零部件→感应加热器检修完成，吊入并置放在轨道18上→二个感应加热器、一个窑头罩1、一个窑尾罩11和二个可移动式托轮组5可依次从窑筒体两头，被移入窑筒体相应工作位→锁紧机构锁紧相关单元→连接感应加热器所有电和水接口→准备进行电磁感应焙烧回转窑汞冶炼工作循环→更换感应加热器工作过程完成。

随着国家对电石、铁合金、钢铁行业等“两高”行业准入标准的重新修订，原有落后生产设备亟需进行改造，工业炉窑节能环保技术和设备的推广速度不断提高。

Claims

1.一种φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑，其特征是包括窑头罩、汞矿石喂料斗、高温合金钢内胆窑筒体、轮带、可移动式托轮组、传动装置、齿轮副、固定式托轮组、轨道、水泥墩；

其中汞矿石喂料斗固定在窑头罩顶部，三个轮带按规定间距焊接固定在高温合金钢内胆窑筒体的筒外，可移动式托轮组和固定式托轮组上的托轮通过轮带与高温合金钢内胆窑筒体相接，工作时将高温合金钢内胆窑筒体托起，支撑其全部重力，并使其可在二个可移动式托轮组和一个固定式托轮组上的托轮上滚动；

所述高温合金钢内胆窑筒体通过齿轮副连接传动装置；轨道、固定式托轮组和一个传动装置固定在水泥墩；

所述固定在水泥墩上的轨道有四根，固定式托轮组和传动装置各有一个；

所述高温合金钢内胆窑筒体成一斜度；

所述轨道上置放二个感应加热器、一个窑头罩、一个窑尾罩和二个可移动式托轮组；

所述二个感应加热器、一个窑头罩、一个窑尾罩和二个可移动式托轮组是通过各自所带的车轮置放在轨道上的；并各可在轨道上滚动，分别移动二个感应加热器、一个窑头罩、一个窑尾罩和二个可移动式托轮组，同时，各单元到位后，各有配套的锁紧机构锁紧；

所述二个感应加热器中的单个感应加热器是由一个保温圈、一个感应加热圈、二十四个磁轭、一个炉壳和一个炉架组成；

所述窑尾罩的顶部固定蒸汽排出管，窑尾罩的底部上固定废矿石卸料管。

2.如权利要求1的φ2000×18米节能环保型汞冶炼电磁感应焙烧回转窑的生产方法，其特征是包括：

1）传动装置通过齿轮副，驱动高温合金钢内胆窑筒体旋转滚动，至温度450～800℃，汞矿石或精矿进行焙烧，直接将汞还原呈气态分离出来，而后冷凝成液态汞；

2）通过位于窑头罩上部的汞矿石喂料斗，将汞矿石原料加入已预热好的高温合金钢内胆窑筒体内；

3）汞矿石原料在高温合金钢内胆窑筒体内，先后被滚动至两个高温加热区域，在滚动翻转的同时被均匀培烧，蒸发出汞蒸汽；

4）被蒸发出的汞蒸汽通过位于窑尾罩上部的汞蒸汽排出管排出，进入外部冷凝器收集到汞金属；同时，废矿石通过位于窑尾罩下部的废矿石卸料管，排出窑筒体；

5）按以上过程，汞提炼工作持续循环完成，当年计划中修检修时，检测高温合金钢内胆窑筒体严重变形或电磁感应加热器情况后应更换感应加热器；

所述更换感应加热器的方法，包括

1）关闭加热电源，感应加热圈继续通水冷却至室温；同时传动装置通过齿轮副驱动高温合金钢内胆窑筒体旋转滚动，将窑内矿石通过位于窑尾罩下部的废矿石卸料管，全部排出窑筒体；

2）断开感应加热器所有电和水接口；

3）锁紧机构松开相关单元；

4）二个感应加热器、一个窑头罩、一个窑尾罩和二个可移动式托轮组依次从窑筒体两头，被移出窑筒体；

5）感应加热器被吊出，进行检修或更换零部件；

6）感应加热器检修完成，吊入并置放在轨道上；

7）二个感应加热器、一个窑头罩、一个窑尾罩和二个可移动式托轮组可依次从窑筒体两头，被移入窑筒体相应工作位；

8）锁紧机构锁紧相关单元；

9）连接感应加热器所有电和水接口；

10）准备进行电磁感应焙烧回转窑汞冶炼工作循环；

11）更换感应加热器工作过程完成。