CN109835938A - 一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置及其使用方法，属于冶金设备领域，解决了硝酸铜溶液综合利用难的问题。本发明包括雾化器、热解炉、加热器、收尘系统、进料系统和高压风机，进料系统包括相互连接的物料管路和供料泵，物料管路上设有物料阀门，供料泵的出料口与雾化器相连，雾化器位于热解炉上方，热解炉下端与收尘系统相连，高压风机的进风口与收尘系统相连、出风口与加热器相连，加热器与热解炉上端相连，高压风机的出风口设有外排管道，外排管道上设有烟气抽风机，高压风机与加热器之间的管道上设有烟气阀门。本发明能将硝酸铜溶液体系转化为铜氧化物和氮氧化物气体，整个热解过程不引入杂质、不产生废水废渣，清洁无污染。

Description

一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置及其使用方法

技术领域

本发明属于冶金设备领域，具体涉及一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置及其使用方法。

背景技术

随着近年来装备技术的发展，硝酸在镍、铜、钴等有色金属湿法冶炼领域的应用越来越广，使用硝酸可实现有色金属的高效选择性浸出，而且硝酸可以循环利用，可有效降低酸耗成本。但是，随着硝酸的应用，如何将其产物硝酸铜溶液处理、实现综合利用，已成为硝酸体系冶金工艺的技术瓶颈。

传统铜湿法冶金工艺中，多采用硫酸体系不溶电积或可溶电解工艺生产电铜，而硝酸铜溶液应用较少。根据硝酸铜加热至一定温度后，可分解为氧化铜和氮氧化物气体的特点，若将硝酸铜溶液加热使其干燥并热解为氧化铜，则与后续硫酸体系可衔接，或氧化物铜粉可作为一种产品。因此，采用何种工艺装备，实现硝酸铜溶液干燥并分解，成为本领域的技术难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，以解决硝酸铜溶液综合利用难的问题。

本发明的另一目的是提供一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置的使用方法。

本发明的技术方案是：一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，包括雾化器、热解炉、加热器和收尘系统，还包括进料系统和高压风机，进料系统包括物料管路和供料泵，物料管路与供料泵的进料口相连，物料管路上设有物料阀门，供料泵的出料口通过管道与雾化器相连，雾化器位于热解炉上方，热解炉下端通过管道与收尘系统相连，高压风机的进风口与收尘系统相连，高压风机的出风口通过管道与加热器相连，加热器通过管道与热解炉上端相连，高压风机的出风口还设有外排管道，外排管道上设有烟气抽风机，在高压风机与加热器之间的管道上设有烟气阀门。高压风机用于烟气内循环，且高压风机能够克服收尘系统和管道内的阻力。内循环烟气与外排烟气的量通过烟气阀门控制分配。供料泵不仅用于输送物料，并且提供相应的雾化压力。

作为本发明的进一步改进，收尘系统包括相互串联的旋风收尘器和金属膜收尘器，旋风收尘器通过管道与热解炉下端相连，金属膜收尘器与高压风机的进风口相连，旋风收尘器和金属膜收尘器下方设有氧化物收集槽。

作为本发明的进一步改进，在高压风机与加热器之间的管道上设有第一流量计，在外排管道上设有第二流量计。

作为本发明的进一步改进，进料系统还包括水管路，水管路与供料泵的进料口相连，水管路上设有水阀门。

作为本发明的进一步改进，热解炉为圆筒状，底部为锥形底，锥形底便于物料聚集。

作为本发明的进一步改进，在外排管道上设有余热利用换热器。

作为本发明的进一步改进，雾化器作为本发明的进一步改进，采用压力式或离心式。

作为本发明的进一步改进，热解炉作为本发明的进一步改进，上部设有蜗壳式气体分布器，使得经加热后的烟气进入热解炉后螺旋推进，这样可减少热解后的物料在炉内壁的附着。

一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、关闭水阀门和物料阀门，开启烟气阀门，然后开启第一流量计和第二流量计，最后依次开启高压风机、加热器和烟气抽风机，进行预热；

步骤二、当热解炉内温度达到500℃时，开启水阀门，接着开启供料泵，利用水对管路和雾化器进行冲洗；

步骤三、关闭水阀门，开启物料阀门，硝酸铜溶液由供料泵输送至雾化器，通过雾化器使硝酸铜溶液形成雾状，雾状硝酸铜溶液在热解炉内受热分解成铜氧化物颗粒和氮氧化物气体，铜氧化物颗粒和氮氧化物气体在高压风机的作用下从热解炉底部排出，经过旋风收尘器和金属膜收尘器两级沉降分离后，铜氧化物颗粒进入氧化物收集槽形成产品，氮氧化物气体一部分输送至加热器，再进入热解炉内进行循环利用，另一部分在烟气抽风机的作用下经余热利用换热器进行余热利用后由外排管道排出；

步骤四、生产结束后，关闭物料阀门，然后开启水阀门，利用水对管路和雾化器进行冲洗，冲洗结束后，关闭供料泵和水阀门，最后依次关闭加热器、高压风机、烟气抽风机和烟气阀门。

进一步地，在步骤三中，通过观察第一流量计，调节烟气阀门进行循环烟气的流量控制，通过观察第二流量计获知排出烟气的量。

本发明的有益效果是：

1. 本发明能在一定温度下将硝酸铜溶液体系转化为铜氧化物和氮氧化物气体，整个热解过程不会引入杂质、不产生废水废渣，清洁无污染，除了硝酸铜溶液，还可适用于多种金属硝酸盐类溶液的处理，符合绿色发展理念，是一种高效清洁的冶金设备，具有良好的经济效益和资源环境效益；

2. 由外排管道排出的烟气可用于制酸，实现硝酸再生回用；

3. 通过在外排管道上设置余热利用换热器，可使外排烟气的热量得到回用；

4. 本发明采用烟气内循环的设计，有效地降低了能耗；

5. 硝酸铜在不同温度分解时，得到的氧化物的性能不同，硝酸铜溶液热解时，若物料温度达不到分解温度，易形成盐类结垢，且结垢不易脱落，若分解温度高于550℃，则氧化物过烧；本发明将加热器设置在热解炉外，热量通过热烟气传递，使得热解温度可控，因此，通过精确控制热烟气温度可实现热解温度的精确控制，避免了物料过烧；

6. 硝酸铜热分解后的氧化物中，若残留有未分解的硝酸铜，表明硝酸铜分解不彻底，即热解率未达到95%以上，影响热解率的因素主要是雾化粒径（不同的喷头结构及参数，就会得到不同的雾化粒径，雾化粒径完全由雾化喷头决定，此为常规技术）、热解炉内温度、热解时间（即物料在炉内停留时间）；按本发明的结构特征，影响炉内温度与热解时间的因素是热循环风的风量与风温，风温越高，热解炉内温度越高，风量越大，热解时间越短；因此，本发明通过控制循环风量与循环风温度，保证工艺要求的95%的热解率的同时，可实现热解时间的控制；

7. 硝酸铜溶液在热分解过程中产生的烟气，其主要成份为水蒸汽、氮氧化物气体和氧气，为保证硝酸回用（即将热解产生的氮氧化物气体回收制酸），烟气经冷凝汽水分离后，氮氧化物浓度必须≥12%才能满足回收制酸的工艺要求；因此，本发明装置在运行过程中，采用烟气循环加热的方式，即热解产生的烟气经高温收尘后，部分返到加热器加热后，重新进入热解炉加热雾化的液滴使其受热分解，另外一部分外排回收制酸，这就保证了整个体系中无外界气体进入，烟气氮氧化物浓度未被稀释，浓度≥12%；因此，烟气做为热载体进行内循环加热是本发明的特征之一；

8. 本发明设计高温烟气回用，必须要求收尘在高温下进行（温度不低于350℃），收尘系统中，旋风收尘器的收尘率可达80%以上，经金属膜收尘器后收尘率达到99%以上，二者相结合，实现了高温收尘；

9. 本发明使用方法简单，易于操作。

附图说明

图1是一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置。

图中，1-物料管路；2-供料泵；3-热解炉；4-雾化器；5-加热器；6-氧化物收集槽；7-旋风收尘器；8-金属膜收尘器；9-高压风机；10-余热利用换热器；11-烟气抽风机；12-水管路；13-外排管道；V01-水阀门；V02-物料阀门；V03-烟气阀门；SW1-第一流量计；SW2-第二流量计。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，包括雾化器4、热解炉3、加热器5和收尘系统，还包括进料系统和高压风机9，进料系统包括物料管路1和供料泵2，物料管路1与供料泵2的进料口相连，物料管路1上设有物料阀门V02，供料泵2的出料口通过管道与雾化器4相连，雾化器4位于热解炉3上方，热解炉3下端通过管道与收尘系统相连，高压风机9的进风口与收尘系统相连，高压风机9的出风口通过管道与加热器5相连，加热器5通过管道与热解炉3上端相连，高压风机9的出风口还设有外排管道13，外排管道13上设有烟气抽风机11，在高压风机9与加热器5之间的管道上设有烟气阀门V03。

收尘系统包括相互串联的旋风收尘器7和金属膜收尘器8，旋风收尘器7通过管道与热解炉3下端相连，金属膜收尘器8与高压风机9的进风口相连，旋风收尘器7和金属膜收尘器8下方设有氧化物收集槽6。

在高压风机9与加热器5之间的管道上设有第一流量计SW1，在外排管道13上设有第二流量计SW2。

进料系统还包括水管路12，水管路12与供料泵2的进料口相连，水管路12上设有水阀门V01。

热解炉3为圆筒状，底部为锥形底。在外排管道13上设有余热利用换热器10。雾化器4采用压力式或离心式。热解炉3上部设有蜗壳式气体分布器。

热解炉3采用浮筒的架构方式 （即设备坐在支架上，没有焊死），以补偿热解炉3的热胀冷缩变化。

加热器5可采用电加热方式，也可采用天然气等其它加热方式。通过调节加热器参数可精确控制加热器出口的烟气温度。

本装置要求热解温度可控，即保证处理量的同时，热解炉3内部的温度可在350~550℃范围内可调，且炉内热场均匀，不能局部过热。

图1中的箭头示出了物料及烟气的走向。

硝酸铜溶液热分解采用喷雾热解工艺，其优点是将溶液雾化后，受热表面积极大地增加，雾化后的小液滴粒径可达到10～50μm，受热后小液滴迅速蒸发变为硝酸盐结晶，若此时温度达到分解温度，硝酸盐结晶迅疾分解为氧化铜粉末和氮氧化物气体。

本装置及热解技术条件如下：

雾化方法：离心式或者压力式；

加热方式：电加热或天然气加热；

产品粒度：10～50μm；

物料热解温度：400～450℃；

热解率＞95%；

金属综合回收率≥95%；

设备漏风率≤5%；

热解炉内温度控制范围：350～550℃。

使用方法如下：

步骤一、关闭水阀门V01和物料阀门V02，开启烟气阀门V03，然后开启第一流量计SW1和第二流量计SW2，最后依次开启高压风机9、加热器5和烟气抽风机11，进行预热；预热启动后，首先确认第一流量计SW1、第二流量计SW2以及其他电气设备工作正常；

步骤二、当热解炉3内温度达到500℃时，开启水阀门V01，接着开启供料泵2，利用水对管路和雾化器4进行冲洗；

步骤三、确认所有设备工作正常后进行正常生产：关闭水阀门V01，开启物料阀门V02，硝酸铜溶液由供料泵2输送至雾化器4，通过雾化器4使硝酸铜溶液形成雾状，雾状硝酸铜溶液在热解炉3内受热分解成铜氧化物颗粒和氮氧化物气体，铜氧化物颗粒和氮氧化物气体在高压风机9的作用下从热解炉3底部排出，经过旋风收尘器7和金属膜收尘器8两级沉降分离后，铜氧化物颗粒进入氧化物收集槽6形成产品，氮氧化物气体一部分输送至加热器5，再进入热解炉3内进行循环利用，另一部分在烟气抽风机11的作用下经余热利用换热器10进行余热利用后由外排管道13排出，排出的烟气可用于制酸进行回收利用；

步骤四、生产结束后，关闭物料阀门V02，然后开启水阀门V01，利用水对管路和雾化器4进行冲洗，冲洗结束后，关闭供料泵2和水阀门V01，最后依次关闭加热器5、高压风机9、烟气抽风机11和烟气阀门V03。

设备运转前，设备及管道内有空气；生产时，这些空气被加热，为热解炉3提供热量，运行过程中，进入的硝酸铜溶液受热后，变成烟气，系统内的烟气需不断外排，以保持系统内的烟气量平衡。

Claims (10)

1.一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，包括雾化器、热解炉、加热器和收尘系统，其特征在于：还包括进料系统和高压风机（9），所述进料系统包括物料管路（1）和供料泵（2），物料管路（1）与供料泵（2）的进料口相连，物料管路（1）上设有物料阀门（V02），供料泵（2）的出料口通过管道与雾化器（4）相连，雾化器（4）位于热解炉（3）上方，热解炉（3）下端通过管道与收尘系统相连，高压风机（9）的进风口与收尘系统相连，高压风机（9）的出风口通过管道与加热器（5）相连，加热器（5）通过管道与热解炉（3）上端相连，高压风机（9）的出风口还设有外排管道（13），外排管道（13）上设有烟气抽风机（11），在高压风机（9）与加热器（5）之间的管道上设有烟气阀门（V03）。

2.根据权利要求1所述的一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，其特征在于：所述收尘系统包括相互串联的旋风收尘器（7）和金属膜收尘器（8），所述旋风收尘器（7）通过管道与热解炉（3）下端相连，所述金属膜收尘器（8）与高压风机（9）的进风口相连，旋风收尘器（7）和金属膜收尘器（8）下方设有氧化物收集槽（6）。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，其特征在于：在高压风机（9）与加热器（5）之间的管道上设有第一流量计（SW1），在外排管道（13）上设有第二流量计（SW2）。

4.根据权利要求3所述的一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，其特征在于：所述进料系统还包括水管路（12），所述水管路（12）与供料泵（2）的进料口相连，水管路（12）上设有水阀门（V01）。

5.根据权利要求4所述的一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，其特征在于：所述热解炉（3）为圆筒状，底部为锥形底。

6.根据权利要求5所述的一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，其特征在于：在外排管道（13）上设有余热利用换热器（10）。

7.根据权利要求6所述的一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，其特征在于：所述雾化器（4）采用压力式或离心式。

8.根据权利要求7所述的一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置，其特征在于：所述热解炉（3）上部设有蜗壳式气体分布器。

9.一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、关闭水阀门（V01）和物料阀门（V02），开启烟气阀门（V03），然后开启第一流量计（SW1）和第二流量计（SW2），最后依次开启高压风机（9）、加热器（5）和烟气抽风机（11），进行预热；

步骤二、当热解炉（3）内温度达到500℃时，开启水阀门（V01），接着开启供料泵（2），利用水对管路和雾化器（4）进行冲洗；

步骤三、关闭水阀门（V01），开启物料阀门（V02），硝酸铜溶液由供料泵（2）输送至雾化器（4），通过雾化器（4）使硝酸铜溶液形成雾状，雾状硝酸铜溶液在热解炉（3）内受热分解成铜氧化物颗粒和氮氧化物气体，铜氧化物颗粒和氮氧化物气体在高压风机（9）的作用下从热解炉（3）底部排出，经过旋风收尘器（7）和金属膜收尘器（8）两级沉降分离后，铜氧化物颗粒进入氧化物收集槽（6）形成产品，氮氧化物气体一部分输送至加热器（5），再进入热解炉（3）内进行循环利用，另一部分在烟气抽风机（11）的作用下经余热利用换热器（10）进行余热利用后由外排管道（13）排出；

步骤四、生产结束后，关闭物料阀门（V02），然后开启水阀门（V01），利用水对管路和雾化器（4）进行冲洗，冲洗结束后，关闭供料泵（2）和水阀门（V01），最后依次关闭加热器（5）、高压风机（9）、烟气抽风机（11）和烟气阀门（V03）。

10.根据权利要求9所述的一种用于硝酸铜溶液喷雾热解的装置的使用方法，其特征在于：在步骤三中，通过观察第一流量计（SW1），调节烟气阀门（V03）进行循环烟气的流量控制，通过观察第二流量计（SW2）获知排出烟气的量。