CN105329894A

CN105329894A - 电石闪速熔炼方法

Info

Publication number: CN105329894A
Application number: CN201510736750.XA
Authority: CN
Inventors: 范小刚
Original assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Current assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: CN105329894B

Abstract

本发明涉及一种电石闪速熔炼方法，具体为，制备粉状碳基原料和粉状钙基原料，并对粉状碳基原料和粉状钙基原料进行干燥处理；将粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体由闪速炉的混合喷嘴同时高速喷入闪速炉内，形成一次燃烧反应区，该一次燃烧反应区温度控制在1600～2000℃，以在闪速炉的熔池内形成CaC₂-CaO共熔层；向闪速炉内喷吹富氧气体，使由CaC₂-CaO共熔层逸出的CO气体至少部分燃烧，形成二次燃烧喷溅区。采用闪速熔炼的方法生产电石，可充分利用粉状原料的活性表面，强化电石冶炼反应过程，降低反应温度，缩短反应时间；并且熔炼产生的部分CO，用于二次燃烧放热，促进电石熔炼充分反应。

Description

电石闪速熔炼方法

技术领域

本发明属于电石生产技术领域，具体涉及一种电石闪速熔炼方法。

背景技术

电石是有机合成化学工业的基本原料，其主要化学成分是碳化钙（CaC₂）。工业上电石生产方法主要是电热法和氧热法。

电热法冶炼电石，是借助电弧炉将电能转化为热能，加热粒径5~30mm的石灰和碳素原料，在2000～2200℃高温条件下制取电石。电石合成反应是一个固相吸热反应，化学动力学过程时间长；由于块状原料接触面积小，严重影响反应速率和传热传质效率，因此，电热法冶炼电石需要2000℃以上的高温。电热法工艺成熟，缺点是采用高品位的电能供热，能耗高、效率低。

氧热法冶炼电石，是由前联邦德国巴登笨氨纯碱公司率先开发，直接利用燃烧热为电石生产供热。氧热法以含碳燃料的燃烧作为热源，提供足够的热量满足电石生成所需的温度和反应吸热。氧热法避免了能量的二次转化，它的热效率显著高于电热法。但是，由于氧热法的高温环境和物料的运动方式与电热法不同，燃料燃烧供热对电石熔融和纯度的影响也与电热法不同，氧热法还没有得到广泛的工业应用。尽管如此，氧热法避免了电极的使用和消耗，副产煤气（含大量CO）可联产利用，有利于降低投资，节约成本。氧热法电石生产技术具有广阔的发展前景，相关的基础研究仍在不断深化之中。神雾环境能源科技公司申请的制备电石的方法的相关专利（申请号CN201310728767.1、CN201310729034.X、CN201310728116.2等）中，将钙基和碳基原料经过热解或煅烧处理后，制备电石。这些方法虽然可以提高反应速率、降低能耗，但难以保证反应充分完成，制得的电石品味相对较低。

闪速熔炼工艺广泛应用于有色冶金行业，该工艺是充分利用细磨物料巨大的活性表面，强化冶炼反应过程的熔炼方法。有色金属闪速熔炼的技术特征是将深度脱水的粉状精矿（含水小于0.3%），与热空气或氧气混合后，以高速度（60～70m/s）喷入反应塔内，在反应区产生高温（1450～1550℃）。闪速熔炼被较多应用于冰铜的冶炼，此工艺的一个突出优点是充分利用精矿粉的表面能和硫化物的燃烧热，从而达到产量大、能耗低、回收率高、污染小的目的。

发明内容

本发明实施例涉及一种电石闪速熔炼方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种电石闪速熔炼方法，包括以下步骤：

步骤一，制备粉状碳基原料和粉状钙基原料，并对粉状碳基原料和粉状钙基原料进行干燥处理；

步骤二，将粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体由闪速炉的混合喷嘴同时高速喷入闪速炉内，形成一次燃烧反应区，该一次燃烧反应区温度控制在1600～2000℃，以在闪速炉的熔池内形成CaC₂-CaO共熔层；

步骤三，通过设于闪速炉上的氧气喷吹机构向闪速炉内喷吹富氧气体，使由CaC₂-CaO共熔层逸出的CO气体至少部分燃烧，形成二次燃烧喷溅区；

步骤四，闪速炉排料得到电石液。

作为实施例之一，所述二次燃烧喷溅区偏离所述一次燃烧反应区。

作为实施例之一，所述二次燃烧喷溅区形成于所述闪速炉的烟道附近的熔池内。

作为实施例之一，所述氧气喷吹机构包括氧枪，所述烟道设于所述闪速炉的顶部，所述氧枪竖直穿设于所述烟道上且枪位可调。

作为实施例之一，步骤一中，控制所述粉状碳基原料和粉状钙基原料的粒径均在0.07~1mm范围内。

作为实施例之一，步骤一中，控制所述粉状碳基原料和粉状钙基原料中的水分的重量百分比均在0.3%以下。

作为实施例之一，步骤二中，混合料中，碳与氧化钙的摩尔比为1.5:1~3:1，氧气耗量为600~1600Nm3/t碳。

作为实施例之一，步骤二中，混合喷嘴的喷吹速度大于50m/s。

作为实施例之一，所述含氧气体与所述富氧气体均为工业纯氧。

作为实施例之一，经所述烟道排出的烟气输送至煤气净化系统处理以回收利用。

本发明实施例至少实现了如下有益效果：采用闪速熔炼的方法生产电石，可充分利用粉状原料的活性表面，强化电石冶炼反应过程，降低反应温度，缩短反应时间；并且熔炼产生的部分CO，用于二次燃烧放热，促进电石熔炼充分反应。本发明提供的电石熔炼方法热效率高，熔炼过程快，有利于降低能耗、缩短冶炼时间，提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电石闪速熔炼炉的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种电石闪速熔炼炉的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电石闪速熔炼系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例涉及一种电石闪速熔炼方法，包括以下步骤：

步骤一，制备粉状碳基原料和粉状钙基原料，并对粉状碳基原料和粉状钙基原料进行干燥处理。其中，制备原料过程中，控制所述粉状碳基原料和粉状钙基原料的粒径均在0.07~1mm范围内，使碳基原料和钙基原料呈细粉状，具有较高的表面活性，从而强化电石熔炼速率，降低反应温度。干燥处理过程中，控制所述粉状碳基原料和粉状钙基原料中的水分的重量百分比均在0.3%以下，使得碳基原料及钙基原料可用于闪速熔炼。

步骤二，将粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体由闪速炉101的混合喷嘴2同时高速喷入闪速炉101内，形成一次燃烧反应区3，该一次燃烧反应区3温度控制在1600～2000℃，以在闪速炉101的熔池内形成CaC₂-CaO共熔层5。粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体在混合喷嘴2内均匀混合，并以高速喷入闪速炉101内，可有效提高反应速率，其中，混合喷嘴2的喷吹速度大于50m/s。电石生成过程的最基本特点是形成液态低温CaC₂-CaO共熔物层，经过这一层，电石液才能不断提纯，并且该共熔物的存在使得电石可以在低于其熔点的条件下以熔融态排出熔炉。通过将一次燃烧反应区3温度控制在1600～2000℃，可以控制反应过程不断形成CaC₂-CaO共熔层5。为此，控制混合料中碳与氧化钙的摩尔比为1.5:1~3:1，氧气耗量为600~1600Nm3/t碳，可满足上述要求，获得良好的反应效果。其中，一部分碳基原料与氧气燃烧放热；一部分碳基原料与钙基原料迅速反应生成电石CaC₂，反应过程产生的CO则可与氧气燃烧形成辅助放热，反应产生CaC₂-CaO共熔物落入熔池，形成CaC₂-CaO共熔层5，CaC₂-CaO共熔层5内的CaO与C继续反应生成电石CaC₂。反应过程中可实时测定该一次燃烧反应区3温度，以及时调整混合料中各原料的加入量，使得熔炼反应持续稳定进行。

步骤三，通过设于闪速炉101上的氧气喷吹机构向闪速炉101内喷吹富氧气体，使由CaC₂-CaO共熔层5逸出的CO气体至少部分燃烧，形成二次燃烧喷溅区4。上述步骤二中所形成的CaC₂-CaO共熔层5内由于CaO与C继续反应会产生CO，因此可利用CO的二次燃烧放热为一次燃烧反应区3内电石熔炼及CaC₂-CaO共熔层5内电石生产反应提供热量支持，促进电石熔炼反应更快、更充分，有效提高电石液中电石的纯度。作为优选，可使得该二次燃烧喷溅区4形成于所述闪速炉101的烟道9附近的熔池内，具体可以为烟道9的抽风口下方的熔池区域或该区域附近，该区域及周围由于处于气体量集中的区域，因此CO的浓度较高，包括由上述CaC₂-CaO共熔层5内逸出的CO、步骤二中碳基原料与氧气不完全燃烧产生的CO以及钙基原料与碳基原料反应产生的CO，因此可获得较好的燃烧放热效果。另外，优选地，所述二次燃烧喷溅区4偏离所述一次燃烧反应区3，即二次燃烧喷溅区4不与一次燃烧反应区3重叠，避免喷入的富氧气体与碳基原料反应造成碳基原料消耗过多而与钙基原料反应的量不足，影响电石熔炼产量及生产效率。

步骤四，闪速炉101排料得到电石液。随着反应的进行，共熔层5内的CaO与C持续反应生产电石，因此，共熔层5内不断提纯得到电石液，碳基原料、钙基原料等原料中的灰分及杂质熔化成渣沉降在熔池底部。如图1，在熔池底部，自下而上依次形成渣液层7、电石液层6和CaC₂-CaO共熔层5，电石液和渣液一同定时或不定时从闪速炉101的出料口8排出。

上述方法中，所述含氧气体与所述富氧气体均优选为采用工业纯氧（含氧95%~97%），可通过同一套输氧系统供应。经所述烟道9排出的烟气输送至煤气净化系统102处理以回收利用，如图3，具体可以为：烟气经旋风除尘器等除尘后，经换热器回收热量进行利用（如发电等），回收热量的烟气可供给煤气用户进行综合利用。

如图2，作为本实施例的一种优选结构，所述氧气喷吹机构包括氧枪11及调节所述氧枪11高度的枪位调节机构，氧枪11竖直穿设于烟道9上。即氧枪11的枪位可调，从而控制二次燃烧喷溅区4的反应强度，可根据熔池底部共熔层5所处高度调节氧枪11高度，避免共熔层5喷溅效果过大，影响共熔层5均匀性及电石液提纯效果，同时防止炉壁挂渣，影响后续生产。所述枪位调节机构可借鉴现有的转炉氧枪枪位调节方式，或者，以烟道9作为支撑体设置竖直滑轨，氧枪11沿滑轨竖直滑移，实现其高度调节。

如图2，优选地，所述烟道9为圆筒形烟道9，且尽量靠近炉膛中间位置设置，可获得较好的CO聚集效果，所述氧枪11的中轴线优选为与所述烟道9的抽风口的竖直中轴线重合。

实施例二

如图1-图3，本发明实施例涉及一种电石闪速熔炼炉101，包括炉体1和设于所述炉体1上的烟道9，所述炉体1底部具有熔池，所述熔池上方的炉体1内腔形成炉膛，所述炉体1上还设有混合喷嘴2和氧气喷吹机构，所述混合喷嘴2连接有粉状碳基原料供应机构、粉状钙基原料供应机构及含氧气体输送机构，粉状碳基原料、粉状钙基原料及含氧气体由所述混合喷嘴2喷入所述炉膛内反应形成一次燃烧反应区3，富氧气体由所述氧气喷吹机构喷入所述炉膛内与炉内CO气体反应形成二次燃烧喷溅区4。其中，优选地，所述二次燃烧喷溅区4偏离所述一次燃烧反应区3；所述含氧气体与所述富氧气体均优选为采用工业纯氧（含氧95%~97%），可通过同一套输氧系统供应。熔池底部设有出料口8，用于排出电石液及渣液，生产时，在熔池底部，自下而上依次形成渣液层7、电石液层6和CaC₂-CaO共熔层5，电石液和渣液一同定时或不定时从闪速炉101的出料口8排出。

以下为上述电石闪速熔炼炉101的两种具体实施例：

（1）如图1，所述炉体1包括反应塔10和沉淀池，所述反应塔10及所述烟道9均设于所述沉淀池顶部，所述反应塔10内腔及所述沉淀池上部烟气区构成所述炉膛，所述混合喷嘴2设于所述反应塔10顶部，所述氧气喷吹机构设于所述烟气区的端墙上。其中，所述氧气喷吹机构采用氧气喷嘴12，至少于所述烟气区靠近所述烟道9的一侧端墙上设置有所述氧气喷嘴12，即可在烟气区的靠近烟道9的一侧端墙上设置氧气喷嘴12，或于两侧端墙上均设置氧气喷嘴12，视炉体1的规格大小而定，以获得较快的电石熔炼速率、较充分的反应程度为佳。当然，也可只于烟气区的远离烟道9的一侧端墙上设置氧气喷嘴12，能够达到与熔池内共熔层5中逸出的CO反应放热从而强化电石熔炼所需热量即可。如图1，氧气喷嘴12的数量可成对设置，控制各喷嘴12喷吹的方向及范围以达到所需的二次燃烧喷溅区4大小为宜。

（2）如图2，所述炉膛呈卧式炉膛，于所述炉膛对应的至少一侧端墙上设置有所述混合喷嘴2，所述氧气喷吹机构及所述烟道9均设于所述炉体1顶部。混合喷嘴2的布置视炉体1的规格大小而定，以获得较快的电石熔炼速率为佳，但应考虑炉膛内各区域的一次反应（钙基原料与碳基原料的反应）的均匀性。作为优选，所述氧气喷吹机构包括氧枪11，所述氧枪11竖直穿设于所述烟道9上；进一步地，所述氧气喷吹机构还包括调节所述氧枪11高度的枪位调节机构，即氧枪11的枪位可调，从而控制二次燃烧喷溅区4的反应强度，可根据熔池底部共熔层5所处高度调节氧枪11高度，避免共熔层5喷溅效果过大，影响共熔层5均匀性及电石液提纯效果，同时防止炉壁挂渣，影响后续生产。所述枪位调节机构可借鉴现有的转炉氧枪枪位调节方式，或者，以烟道9作为支撑体设置竖直滑轨，氧枪11沿滑轨竖直滑移，实现其高度调节。

本实施例提供的电石闪速熔炼炉101可使用实施例一中所述的电石闪速熔炼方法生产电石。

实施例三

本发明实施例涉及一种电石闪速熔炼系统，包括电石闪速熔炼炉101，该电石闪速熔炼炉101采用实施例二中所提供的电石闪速熔炼炉101，此处不再赘述。该电石闪速熔炼炉101的混合喷嘴2连接有粉状原料供应系统103、含氧气体输送机构及富氧气体输送机构；粉状原料供应系统103包括粉状碳基原料供应机构和粉状钙基原料供应机构，所述粉状碳基原料供应机构包括碳基原料制粉单元及碳基原料干燥单元，所述粉状钙基原料供应机构包括钙基原料制粉单元及钙基原料干燥单元。

作为实施例之一，所述电石闪速熔炼炉101的烟道9与煤气净化系统102连接，经所述烟道9排出的烟气输送至煤气净化系统102处理以回收利用；如图3，具体可以为：烟气经旋风除尘器等除尘后，经换热器回收热量进行利用（如发电等），回收热量的烟气可供给煤气用户进行综合利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电石闪速熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤四，闪速炉排料得到电石液。

2.根据权利要求1所述的电石闪速熔炼方法，其特征在于：所述二次燃烧喷溅区偏离所述一次燃烧反应区。

3.根据权利要求2所述的电石闪速熔炼方法，其特征在于：所述二次燃烧喷溅区形成于所述闪速炉的烟道附近的熔池内。

4.根据权利要求3所述的电石闪速熔炼方法，其特征在于：所述氧气喷吹机构包括氧枪，所述烟道设于所述闪速炉的顶部，所述氧枪竖直穿设于所述烟道上且枪位可调。

5.根据权利要求1所述的电石闪速熔炼方法，其特征在于：步骤一中，控制所述粉状碳基原料和粉状钙基原料的粒径均在0.07~1mm范围内。

6.根据权利要求1或5所述的电石闪速熔炼方法，其特征在于：步骤一中，控制所述粉状碳基原料和粉状钙基原料中的水分的重量百分比均在0.3%以下。

7.根据权利要求1所述的电石闪速熔炼方法，其特征在于：步骤二中，混合料中，碳与氧化钙的摩尔比为1.5:1~3:1，氧气耗量为600~1600Nm3/t碳。

8.根据权利要求1所述的电石闪速熔炼方法，其特征在于：步骤二中，混合喷嘴的喷吹速度大于50m/s。

9.根据权利要求1、4或7所述的电石闪速熔炼方法，其特征在于：所述含氧气体与所述富氧气体均为工业纯氧。

10.根据权利要求3或4所述的电石闪速熔炼方法，其特征在于：经所述烟道排出的烟气输送至煤气净化系统处理以回收利用。