CN109022818B - 减少有色冶炼烟气中三氧化硫浓度并回收有价成分的方法 - Google Patents

减少有色冶炼烟气中三氧化硫浓度并回收有价成分的方法 Download PDF

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Abstract

一种减少有色冶炼烟气中三氧化硫浓度并回收有价成分的方法，包括以下步骤：(1)在铜精矿火法冶炼设备的上升烟道内设置一级喷嘴和二级喷嘴，分别位于烟气进口处和烟气出口处；(2)铜精矿火法冶炼进行过程中，分别通过两级喷嘴喷吹一级脱氧剂和二级脱氧剂；(3)控制上升烟道的漏风量使漏入空气占烟气体积的5％以下。本发明的方法中烟气的SO2转化成小，烟尘中有价金属回收率大幅提高，熔池中有价金属回收率也显著提升。

Description

减少有色冶炼烟气中三氧化硫浓度并回收有价成分的方法
技术领域
本发明涉及有色金属冶金技术领域，具体涉及一种减少有色冶炼烟气中三氧化硫浓度并回收有价成分的方法。
背景技术
铜精矿火法冶炼主要采用闪速熔炼加闪速吹炼工艺，艾萨炉熔炼等火法冶炼工艺；冶炼过程中，原料中的有价金属铅、铜、锌、镉等有价金属在高温下挥发，在氧化气氛以及高二氧化硫的条件下，形成易挥发的富含铅、铜、锌、镉等有价金属氧化物、硫化物的烟尘；同时，在冶炼流程中，烟道中高浓度的二氧化硫烟气在某些氧化物(根据文献报道主要是烟尘中的氧化铁、氧化铝等)以及氧气存在的条件下氧化形成三氧化硫，三氧化硫在低于露点时，形成污酸对烟道以及其他设备造成腐蚀。
目前，烟道中有价金属的综合回收以及冶炼过程中产生的二氧化硫烟气对环境产生的污染都是必须解决的问题；现有的铜火法冶金烟气处理方案中，一般会采用除尘措施如重力除尘、电除尘、布袋除尘等一种或几种，烟气除尘之后进入制酸工序，之后通过尾气处理使烟气中的二氧化硫满足环保排放标准。
而除尘设施收取的烟尘，因为其中含有待冶炼的金属，部分返回冶炼工序，这些烟尘一方面增加了收尘设备的负担、能耗；另一方面，由于烟尘反复循环，烟尘中一般含有Zn、Pb 等金属，不断的循环富集，会造成炉身和烟道结瘤等危害；如果这些烟尘不返回冶炼工序，同样涉及烟尘中大量有价金属的回收问题。
针对这些冶炼过程中存在的问题，近年来冶金工作者开展了许多的研究；例如专利CN 205241764U提出了一种综合回收烟气中有价金属的除尘装置，通过对熔池、反应塔及上升烟道，以及喷嘴的重新设置实现有价金属的回收和烟尘捕集；专利CN 206950957U提出了一种冶锌冶炼过程烟气除硫装置，采用除尘器产出的氧化锌烟尘为吸收剂，经脱硫塔喷淋吸收锅炉烟气中的SO2，循环吸收后产生ZnSO3溶液，ZnSO3溶液经过空气氧化后返回浸出生产线，从而实现锅炉尾气达标排放及有价金属综合回收利用的目的；但是烟尘中的有价金属回收，以及烟气中高浓度二氧化硫转变为三氧化硫，仍是铜火法冶炼过程中比较棘手的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种减少有色冶炼烟气中三氧化硫浓度并回收有价成分的方法，通过向上升烟道中喷吹脱氧剂，以及控制进入上升烟道中的空气量，使有价金属返回熔池并控制烟气中二氧化硫转化率，减少设备腐蚀。
本发明的方法包括以下步骤：
1、在铜精矿火法冶炼设备的上升烟道内设置一级喷嘴和二级喷嘴，一级喷嘴位于上升烟道底部的烟气进口处，二级喷嘴位于上升烟道顶部的烟气出口处；所述的铜精矿火法冶炼设备包括熔池、反应塔和上升烟道；所述的上升烟道为倒置的锥台形，上升烟道底部与反应塔连通，反应塔下方为熔池；
2、铜精矿火法冶炼进行过程中，产生的烟气在上升烟道内向上流动，通过一级喷嘴以温度800～1000℃的氮气为载气，向上升烟道内喷吹一级脱氧剂，同时通过二级喷嘴以温度 800～1000℃的氮气为载气，向上升烟道内喷吹二级脱氧剂；所述的一级脱氧剂为硫化锌粉、硫化铅粉和冰铜粉的混合物，按质量百分比含硫化锌粉20～40％，硫化铅粉20～40％，其余为冰铜粉；所述的二级脱氧剂为硫化锌粉和硫化铅粉的混合物，或者为硫化锌粉、硫化铅粉和活性炭粉的混合物，按质量百分比含硫化锌粉40～60％，硫化铅粉40～60％，活性炭粉0～20％；所述的烟气中粉尘含量为70～100g/m3；
3、烟气在上升烟道内向上流动时，控制上升烟道的漏风量以控制烟气中的氧含量，使漏入上升烟道的空气占烟气总体积的5％以下。
上述的一级喷嘴共设置3～4个，各一级喷嘴沿烟气进口的圆周均匀分布，且各一级喷嘴开口方向朝下，优选开口方向与上升烟道的轴线夹角为45°。
上述的二级喷嘴共设置3～4个，各二级喷嘴沿烟气出口的圆周均匀分布，且各二级喷嘴开口方向朝下，优选开口方向与上升烟道的轴线夹角为45°。
上述方法中，一级喷嘴喷吹一级脱氧剂时，喷吹量按单位时间内一级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:(10～20)。
上述方法中，二级喷嘴喷吹二级脱氧剂时，喷吹量按单位时间内二级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:(20～50)。
上述方法中，一级喷嘴喷吹一级脱氧剂时，一级脱氧剂的流速与烟气在烟气进口处的流速相同；二级喷嘴喷吹二级脱氧剂时，二级脱氧剂的流速与烟气在烟气出口处的流速相同。
本发明的原理是：利用硫化铅/锌等有效富集有价金属的性质，在上升烟道内富集的金、银返回熔池中，铅、铜、锌、镉等被硫化铅/锌捕集进入烟尘中，提高烟尘中有价金属含量；喷入硫化铅/锌粉消耗烟道中的氧气以及氧化物，从而降低烟气中二氧化硫生成三氧化硫的转化率；利用喷嘴向下的吹力将烟尘中不易挥发的氧化铁、氧化铝等吹入熔池中参与造渣反应，从而减少这些氧化物对烟气中二氧化硫转化率的影响；保证烟道的密封性，防止空气中的氧气进入烟道，控制冶炼过程及进入烟道的氧含量，能够进一步减少二氧化硫转化率；利用烟道的倒锥形，使烟气上升时流速逐渐减缓，在惯性以及二级喷嘴的作用下，烟气中的部分粉尘落入熔池参与熔池反应；二级喷嘴中喷吹活性炭的情况下，活性炭能吸附烟气中粉尘、二氧化硫等，降低除尘压力。
铜冶炼过程中，烟气从反应塔刚进入通过烟道后，烟气本身具有高温，利用烟气中烟尘颗粒粒径小，比表面积大的特性，通过快速的传热、传质和气-固、气-液反应，在一级喷嘴喷入硫化锌、硫化铅或者冰铜等，迅速完成了烟尘中氧化还原反应；通过控制流速等工艺条件从而达到期望的冶金效果；喷入硫化锌、硫化铅以及冰铜的粉体进行脱氧后与落入熔池的烟尘中的氧化物造渣，在熔池中形成渣层、金属液相层和粗铅合金层，粗铅合金层可以起到富集多种有价金属的作用，比如金、银、铋、铟等；而铅、铜、锌、镉等有价金属能够在烟尘中富集。
具体实施方式
本发明实施例中采用EPA method 8A中的控制冷凝法检测工艺烟道中的SO3含量。
本发明实施例中采用的硫化锌粉为市购产品，粒度200目以下。
本发明实施例中采用的硫化铅粉为市购产品，粒度200目以下。
本发明实施例中采用的冰铜为市购产品，粒度200目以下。
本发明实施例中活性炭粉的粒径≤0.18mm。
本发明实施例中的烟气中SO2的体积百分比为10～25％，N2的体积百分比为65～75％，其余为二氧化碳、水蒸气、氧气以及粉尘。
本发明实例中的烟气按质量百分比含SO2 14.2％，CO2 3.8％，H2O 4.6％，O22.5％，N2 74.9％。
本发明实例中的烟气在上升烟道内的平均流速为75000m3/h，温度为1100～1300℃。
本发明实施例中烟气中的粉尘按质量百分比含Cu 38.5％，Fe 19.1％，S 13.7％，SiO2 8.0％， Pb 3.97％，Zn 0.84％，As 1.5％，Sb 0.17％，Bi 1.28％，In 0.007％，Te0.068％，同时含有Au 8～10g/t， Ag 197～270g/t。
本发明实施例中一级脱氧剂和二级脱氧剂进入上升烟道时的温度在800～900℃。
本发明实施例中烟气经过上升烟道后，检测其SO2转化成SO3的转化率≤2％。
实施例1
在铜精矿火法冶炼设备的上升烟道内设置一级喷嘴和二级喷嘴，一级喷嘴位于上升烟道底部的烟气进口处，二级喷嘴位于上升烟道顶部的烟气出口处；所述的铜精矿火法冶炼设备包括熔池、反应塔和上升烟道；所述的上升烟道为倒置的锥台形，上升烟道底部与反应塔连通，反应塔下方为熔池；其中一级喷嘴共设置3个，各一级喷嘴沿烟气进口的圆周均匀分布，且各一级喷嘴开口方向朝下，优选开口方向与上升烟道的轴线夹角为45°；二级喷嘴共设置3 个，各二级喷嘴沿烟气出口的圆周均匀分布，且各二级喷嘴开口方向朝下，优选开口方向与上升烟道的轴线夹角为45°；
所冶炼的铜精矿按质量百分比含Cu 14.99％，S 31.52％，Fe 34.15％，Pb+Zn>6％，As 1.06％；
铜精矿火法冶炼进行过程中，产生的烟气在上升烟道内向上流动，通过一级喷嘴以温度 800℃的氮气为载气，向上升烟道内喷吹一级脱氧剂，同时通过二级喷嘴以温度800℃的氮气为载气，向上升烟道内喷吹二级脱氧剂；所述的一级脱氧剂为硫化锌粉、硫化铅粉和冰铜粉的混合物，按质量百分比含硫化锌粉30％，硫化铅粉30％，其余为冰铜粉；所述的二级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉40％，硫化铅粉60％；所述的烟气中粉尘含量为70g/m3；
一级喷嘴喷吹一级脱氧剂时，喷吹量按单位时间内一级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:10；二级喷嘴喷吹二级脱氧剂时，喷吹量按单位时间内二级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:20；一级喷嘴喷吹一级脱氧剂时，一级脱氧剂的流速与烟气在烟气进口处的流速相同；二级喷嘴喷吹二级脱氧剂时，二级脱氧剂的流速与烟气在烟气出口处的流速相同；
烟气在上升烟道内向上流动时，控制上升烟道的漏风量以控制烟气中的氧含量，使漏入上升烟道的空气占烟气总体积的5％以下；
烟气经过上升烟道后，检测其SO2转化成SO3的转化率1％，烟尘中铜、铅、锌、镉等有价金属回收率提高19％，熔池中金、银、铋、铟等有价金属回收率也显著提升。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)一级喷嘴共设置4个；二级喷嘴共设置4个；
(2)载气氮气的温度为900℃；一级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉20％，硫化铅粉 40％，其余为冰铜粉；二级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉60％，硫化铅粉40％；烟气中粉尘含量为80g/m3；
(3)单位时间内一级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:(10～20)，二级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:(20～50)；
烟气经过上升烟道后，检测其SO2转化成SO3的转化率1.5％，烟尘中铜、铅、锌、镉等有价金属回收率提高18％，熔池中金、银、铋、铟等有价金属回收率也显著提升。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)一级喷嘴共设置3个；二级喷嘴共设置4个；
(2)载气氮气的温度为1000℃；一级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉40％，硫化铅粉 20％，其余为冰铜粉；二级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉50％，硫化铅粉50％％；烟气中粉尘含量为90g/m3；
(3)单位时间内一级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:12，二级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:24；
烟气经过上升烟道后，检测其SO2转化成SO3的转化率1.2％，烟尘中铜、铅、锌、镉等有价金属回收率提高20％，熔池中金、银、铋、铟等有价金属回收率也显著提升。
实施例4
方法同实施例1，不同点在于：
(1)一级喷嘴共设置4个；二级喷嘴共设置3个；
(2)载气氮气的温度为850℃；一级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉25％，硫化铅粉 35％，其余为冰铜粉；二级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉40％，硫化铅粉40％，活性炭粉 20％；烟气中粉尘含量为100g/m3；
(3)单位时间内一级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:14，二级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:30；
烟气经过上升烟道后，检测其SO2转化成SO3的转化率1.4％，烟尘中铜、铅、锌、镉等有价金属回收率提高18％，熔池中金、银、铋、铟等有价金属回收率也显著提升。
实施例5
方法同实施例1，不同点在于：
(1)一级喷嘴共设置4个；二级喷嘴共设置4个；
(2)载气氮气的温度为950℃；一级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉35％，硫化铅粉 25％，其余为冰铜粉；二级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉45％，硫化铅粉45％，活性炭粉 10％；烟气中粉尘含量为85g/m3；
(3)单位时间内一级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:16，二级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:40；
烟气经过上升烟道后，检测其SO2转化成SO3的转化率1.3％，烟尘中铜、铅、锌、镉等有价金属回收率提高19％，熔池中金、银、铋、铟等有价金属回收率也显著提升。
实施例6
方法同实施例1，不同点在于：
(1)一级喷嘴共设置4个；二级喷嘴共设置4个；
(2)载气氮气的温度为1000℃；一级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉33％，硫化铅粉33％，其余为冰铜粉；二级脱氧剂按质量百分比含硫化锌粉51％，硫化铅粉44％，活性炭粉 5％；烟气中粉尘含量为95g/m3；
(3)单位时间内一级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:20，二级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:50；
烟气经过上升烟道后，检测其SO2转化成SO3的转化率1％，烟尘中铜、铅、锌、镉等有价金属回收率提高20％，熔池中金、银、铋、铟等有价金属回收率也显著提升。
以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种减少有色冶炼烟气中三氧化硫浓度并回收有价成分的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在铜精矿火法冶炼设备的上升烟道内设置一级喷嘴和二级喷嘴，一级喷嘴位于上升烟道底部的烟气进口处，二级喷嘴位于上升烟道顶部的烟气出口处；所述的铜精矿火法冶炼设备包括熔池、反应塔和上升烟道；所述的上升烟道为倒置的锥台形，上升烟道底部与反应塔连通，反应塔下方为熔池；
（2）铜精矿火法冶炼进行过程中，产生的烟气在上升烟道内向上流动，通过一级喷嘴以温度800~1000℃的氮气为载气，向上升烟道内喷吹一级脱氧剂，同时通过二级喷嘴以温度800~1000℃的氮气为载气，向上升烟道内喷吹二级脱氧剂；所述的一级脱氧剂为硫化锌粉、硫化铅粉和冰铜粉的混合物，按质量百分比含硫化锌粉20~40%，硫化铅粉20~40%，其余为冰铜粉；所述的二级脱氧剂为硫化锌粉和硫化铅粉的混合物，或者为硫化锌粉、硫化铅粉和活性炭粉的混合物，按质量百分比含硫化锌粉40~60%，硫化铅粉40~60%，活性炭粉0~20%；所述的烟气中粉尘含量为70~100g/m3；一级喷嘴喷吹一级脱氧剂时，喷吹量按单位时间内一级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:（10~20）；二级喷嘴喷吹二级脱氧剂时，喷吹量按单位时间内二级脱氧剂与烟气中的粉尘的质量比为1:（20~50）；
（3）烟气在上升烟道内向上流动时，控制上升烟道的漏风量以控制烟气中的氧含量，使漏入上升烟道的空气占烟气总体积的5%以下。
2.根据权利要求1所述的一种减少有色冶炼烟气中三氧化硫浓度并回收有价成分的方法，其特征在于步骤（2）中一级喷嘴喷吹一级脱氧剂时，一级脱氧剂的流速与烟气在烟气进口处的流速相同；二级喷嘴喷吹二级脱氧剂时，二级脱氧剂的流速与烟气在烟气出口处的流速相同。
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