CN109609773A - 一种用多层风口、高焦柱鼓风炉对高锑二次烟尘进行还原脱砷和挥发除砷的熔炼方法 - Google Patents

一种用多层风口、高焦柱鼓风炉对高锑二次烟尘进行还原脱砷和挥发除砷的熔炼方法 Download PDF

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Abstract

一种用多层风口、高焦柱鼓风炉对高锑二次烟尘进行还原脱砷和挥发除砷的熔炼方法，该方法是将高锑二次烟尘与纯碱及低温碳化还原剂加水配料后压型成料块；然后与焦炭叠层投入具有3～6层风口和高焦炭柱的鼓风炉内进行控风控温熔炼；使料块下移过程中经烘干升温到400～600℃的过程中，其中的三氧化二砷被还原挥发；下移的料块加热超过600℃后，料块中的三氧化二锑及未被挥发的剩余三氧化二砷熔化后还原成的金属液滴沿焦炭柱的焦炭间隙炉缸流动，经不断滴落、反复碰撞，金属液滴中的砷被还原挥发。本方法在一次熔炼的同时就脱除了料块中大部分的砷，产出的锑合金中砷含量减小到1％量级，能大幅地节省后续深度脱砷精炼的生产成本。

Description

一种用多层风口、高焦柱鼓风炉对高锑二次烟尘进行还原脱 砷和挥发除砷的熔炼方法
技术领域
本发明涉及锑的鼓风炉熔炼技术和脱砷冶炼技术，具体涉及一种对风口和焦炭柱高度进行改进后的多层风口和高焦炭柱鼓风炉对高锑二次烟尘进行还原脱砷和挥发除砷的熔炼方法。
背景技术
有色冶炼的锑行业，以火法处理铅阳极泥熔炼回收锑铅合金过程中多产生含砷铅较高的高锑二次烟尘(文中单独提及高锑二次烟尘时皆表示含较高砷铅的高锑二次烟尘)，该高锑二次烟尘常被还原熔炼成锑合金再利用。传统上一般用反射炉将其还原熔炼，但存在一个严重的问题是，烟尘原料中的有害杂质砷在反射炉条件下有超过70％的量被还原重新进入到锑合金中，给后续的除砷精炼造成很大的负担。另外，反射炉生产热效率低，单位炉床面积产能效率也较低。能否用高效率的鼓风炉来熔炼这种二次烟尘呢？有人做过尝试：先将原料配硅铁钙渣型(因二次烟尘与传统矿石一次资源不同，几乎没有需造渣的脉石成份，故造渣量很少)混合配料后压型成块料，将块料投入普通炼铅的鼓风炉内，选择与传统鼓风炉炼铅的工艺参数，熔炼这种高锑料块，结果是：料块中的锑和铅几乎全部变成烟尘挥发了，在炉缸内得不到锑铅合金，在出渣口无法得到稳定流出的炉渣，得出经验结论：高锑二次烟尘不适合传统鼓风炉熔炼。本发明人在深入研究过程中发现：
(1)在鼓风炉炼铅模式下风口鼓风强度较大，一般为30～50m3/m2·min。风口上高温区温度可高达1350～1450℃，燃气中CO/CO2比值约为0.8～0.9，属弱中等还原性。
(2)高锑少渣的入炉料块熔点较低，为600～700℃，与铅相比氧化态的锑还原速度要小的多，而蒸气压要比铅高2～3个数量级，在炉内1350℃的高温下熔化的锑氧化物还未来得及还原成金属锑就迅速地气化挥发了。
(3)若使用鼓风炉熔炼高锑二次烟尘必须减小熔炼强度，降低炉内温度。
因此，本发明的目的是，针对上述现有技术中存在的问题，提供一种用多层风口、高焦柱鼓风炉对高锑二次烟尘进行还原脱砷和挥发除砷的熔炼方法，对高锑二次烟尘，用改进的鼓风炉直接熔炼并且在熔炼的同时脱除大部分的砷，产出低砷锑合金，大幅降低合金后续精炼的生产成本和大幅提高锑金属直收率。
为达上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用多层风口、高焦柱鼓风炉对高锑二次烟尘进行还原脱砷和挥发除砷的熔炼方法，该方法步骤如下：
步骤一：配料、混合、调湿度压型。将高锑二次烟尘、熔剂纯碱、低温碳化还原剂按重量比70～80︰8～20︰3～10进行配料，混匀，加水润湿，控制含水量为7～14％，压型成鼓风炉熔炼用料块(按传统鼓风炉炼铅对原料的要求进行压型)；
其中，低温碳化还原剂是具有较低温度着火点的淀粉或者木炭粉，以利于在低温时还原砷，有利于在锑原料熔化还原之前的400～600℃温度范围内就能有效地把料块中的砷大部分优先还原成气态的砷，挥发进入烟气中；用于造渣的熔剂主要是较大比重的纯碱而非传统的硅铁钙渣，这样一方面适应高锑二次烟尘含硅铁钙总量极少的特点，另一方面更重要的是降低入炉料块的熔化温度，使炉温处在适宜的900～1100℃范围，避免因炉温过高加剧锑的挥发。
步骤二：对传统鼓风炉的风口区和焦炭柱进行改进，风口区高度为2～4m，并设有3～6层风口，相邻风口层之间的间距为0.4～0.8m，风口区内的焦炭柱高度与风口区顶端平齐；将料块按一层焦炭一层料块叠层投入鼓风炉内，焦炭用量为料块重量的14～18％；然后对各层风口控风控温熔炼：靠炉身熔料区的最顶层风口的鼓风强度控制在4～10m3/m2·min，其余风口的鼓风强度控制在2～6m3/m2·min范围内，使最顶层风口上方的焦炭柱的温度保持在1000～1100℃范围内，其余焦炭柱区域的温度保持在900～1000℃范围，在这样的鼓风炉燃烧及温度条件下，配合步骤一配料形成的入炉料块，较低熔点约600℃，可使得料块在熔炼过程中不出现过高温度，使相对于铅有更高挥发蒸汽压的锑，在此鼓风炉环境下能够顺利还原熔炼。通过对各层风口的鼓风强度的控制达到控温效果，同时造成料块中砷的高效挥发条件；砷的有效挥发分二个阶段：前期还原挥发和后期自由表面挥发；前期还原挥发是指入炉的料块与炉内上升的高温燃气逆流向下移动过程中，经过烘干逐步预热升温到400～600℃，在此过程中配入料块中的低温碳化还原剂充分碳化升温，对400℃以上的三氧化二砷有较强的还原能力，使料块中的三氧化二砷在400～600℃范围时就有效地还原挥发，而这时料中的三氧化二锑还未达到还原温度，不被还原出来，这一过程可脱除大部分约70％的砷；后期自由表面挥发是指，前述下移的料块加热超过600℃后三氧化二锑及未被挥发的剩余三氧化二砷和熔剂纯碱一道熔化，除纯碱外料块被上升的CO高效地还原成金属，汇聚成液滴后沿焦炭柱的焦炭间隙通道向炉底的炉缸流动，经不断滴落、反复碰撞，金属液滴中少量砷在高温焦炭的缝隙通道内向炉缸滴落的过程中被有效地自由挥发出来，最后金属液滴落入炉缸中。本发明特别强调的“高焦柱”正是为此而设计，设计足够高度的焦炭柱，使金属液滴在焦炭间隙中流动时历经足够长的路程和时间，才有可能达到足够高的挥发效果。比较一般炼铅鼓风炉的底焦层高度0.8～1.8m，本发明选择焦炭柱的高度范围是2.0～4.0m，而在其上的入炉料料柱高度一般选择2.5～3.5m。
步骤三：对熔炼产物(烟气尘、锑合金和熔渣)分别进行收集处置。产出的烟气尘产率较大，原料的砷有92％以上的挥发进入了烟尘，成为高砷烟尘，应特别注意环保操作和防止职业病发生；产出的合金含锑很高，挥发性大，且熔点高，特别要注意出口过冷结死和过热挥发；熔渣多是硅酸钠玻璃，具有可溶性，不宜造水渣，应用斗车盛容冷却。
本发明方法用专门设计的多层风口、高焦柱、控风控温鼓风炉，高效地进行还原脱砷熔炼高锑二次烟尘，在一次熔炼的同时，就大部分地脱除了料块中的砷，使产出的锑合金中砷含量减小到1％量级，能大幅地节省后续深度脱砷精炼的生产成本，大幅地提高脱砷精炼金属直收率，使利用高锑二次烟尘生产高档锑白变成有利可行。
具体实施方式
实施例1
以耒阳某公司按本发明方法进行实施试产，具体情况如下：准备生产原料详见下表：
表1生产原料备用表
步骤一，利用该公司炼铅系统设备按本发明方法配料、压型。具体配料比为：①高锑二次烟尘︰②助熔剂纯碱︰③低温碳还原剂淀粉＝79︰16︰5。按此配方配料，调水到12％，压成φ120×H120的圆柱状料块，风干备用。
步骤二：对鼓风炉进行改进：风口设为5层风口，风口层间距0.6m，底焦层采用3.0m的焦炭柱高。鼓风炉系统，炉床面积0.78m2、φ1.0m。加底焦点火，控制从下到上1～4层风口鼓风强度为4m3/m2·min。用热电偶测出焦炭柱区域平均温度960±30℃，最上层风口鼓风强度6m3/m2·min，其上焦层温度1100℃。按一层料块叠加一层焦炭交替加料入鼓风炉进行熔炼(焦炭的总加入量为料块总重量的16％)。料柱高度选择3m，炉况稳定运行后达到12吨料/天产能。
步骤三：熔炼产物收集。将高砷的烟尘气经表面冷却管后入布袋收尘室收尘，产出总量40.72T。布袋室烟尘平均含量：As68重量％、Sb12重量％、Pb 0.5重量％、C 0.5重量％；产出锑合金201.3吨，含Sb84重量％、Pb 14重量％、As0.56重量％，铸成500Kg/锭；产出熔渣55.6T，铸成150Kg/锭堆存。
对比实施例2：
按本发明方法的步骤一进行配料准备后以相同方式加入到传统炼铅鼓风炉中按传统方法进行熔炼，鼓风炉不能顺产，有超过60％的炉料进入烟尘，在炉缸中仅得到少量合金，其成份Sb74重量％、Pb 18重量％、As6.8重量％，很难准确统计生产数据。

Claims (1)

1.一种用多层风口、高焦柱鼓风炉对高锑二次烟尘进行还原脱砷和挥发除砷的熔炼方法，其特征在于，该方法步骤如下：
步骤一：将高锑二次烟尘、熔剂纯碱及低温碳化还原剂按重量比70～80︰8～20︰3～10进行配料，混匀，加水润湿，控制含水量为7～14％，压型成鼓风炉熔炼用料块；其中，低温碳化还原剂为淀粉或木炭粉；
步骤二：以传统鼓风炉为基础，将风口区设为2～4m高，并设有3～6层风口，相邻风口层之间的间距为0.4～0.8m，风口区内的焦炭柱高度与风口区顶端平齐；再将料块按一层焦炭一层料块叠层投入鼓风炉内，焦炭用量为料块重量的14～18％，然后对各层风口控风控温熔炼；其中，对各层风口控风控温是指控制靠炉身熔料区的最顶层风口的鼓风强度为4～10m3/m2·min，其余风口的鼓风强度为2～6m3/m2·min，使最顶层风口上方的焦炭柱的温度保持在1000～1100℃范围内，其余焦炭柱区域的温度保持为900～1000℃；从而使料块与炉内上升的高温燃气逆流向下移动时，料块经烘干逐步预热升温到400～600℃的过程中，料块中的三氧化二砷与低温碳化还原剂作用还原挥发；下移的料块加热超过600℃后，料块中的三氧化二锑及未被挥发的剩余三氧化二砷熔化后被上升的CO还原成金属液滴，金属液滴沿焦炭柱的焦炭间隙通道向炉缸流动，经不断滴落、反复碰撞，其中的砷被还原挥发；
步骤三：对熔炼产物进行收集。
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