CN1107183A - 悬浮熔炼方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用富氧气体悬浮熔炼含有金属如 铜，镍和铅的细碎硫化物原料的方法和装置。在本方 法中，将待熔炼原料与助熔剂和氧化气体一起送入悬 浮熔炼炉，对悬浮熔炼炉的反应空间的壁进行冷却并 生成至少两种熔融相。氧化气体的富氧度至少为 40％，以便将悬浮体颗粒温度提高到至少比悬浮体 气相温度高200℃，以改善反应空间中反应的反应动 力学状况，借助拉铸法制成的，装在反应空间壁中的 冷却元件，根据悬浮熔炼炉产量调整反应空间的壁的 衬层厚度。

Description

本发明涉及悬浮熔炼含金属如铜，镍和铜的硫化物原料的方法和装置，其中，在氧化气体中采用高富氧度以便提高悬浮体中颗粒的温度。

在传统的悬浮熔炼中，细碎的含有金属如铜，镍和铅的硫化物原料，循环的烟道尘和助熔剂，以及用作氧化气体的空气和/或氧气混合物，经过预热或不经预热，从顶部至底部送过悬浮熔炼炉，使氧化反应在高温下进行。由于反应热的影响和附加的燃料，反应产物的主要部分将熔化。悬浮体从反应竖筒落入炉的水平部分，即沉降器中，沉降器含有至少两个但有时是三个熔融层。如果沉降器含三个熔融层，那么最下层是生金属层。大多数情况中有两层，最下面的冰铜或金属层以及在其顶部的炉渣层。悬浮体中的熔融的或固体的颗粒的大多数在大致为炉渣的温度下直接落至竖筒下的熔体上，而大多数细碎的成分继续与气体一起移向炉的另一端。在整个路途中，悬浮体颗粒落入沉降器的熔体中。废气从沉降器的另一端直接通过悬浮熔炼炉的上升竖筒上移，废气进而移至废气处理装置，废气处理装置具有一废料加热锅炉和一个电过滤器。一般都试图通过预热和/或向反应空间送入富氧的氧化气体而使悬浮熔炼炉中的熔炼尽可能自动地，无需另加燃料地进行。

在反应空间即悬浮熔炼炉的反应竖筒中开始的反应在颗粒落入悬浮熔炼炉的沉降器中的熔体之后完成。为了补偿热量损耗和保证沉降器中的反应，通过燃烧器向沉降器中送入油，燃烧器在反应竖筒之下和沉降器的其它部分与壁相连。然而，油的燃烧肯定会增加从悬浮熔炼炉中排出的气体中的水含量，这对气体的进一步处理是有害的。同时，从悬浮熔炼炉中排出的气体总量会增加，这是因为在燃烧中要使用空气。气体总量大也会减小悬浮熔炼的熔炼能力，这会进一步增加悬浮熔炼的损伤成本及其总成本。

除了悬浮体中的最细碎的颗粒部分之外，那些在反应竖筒中未反应和熔化的颗粒也倾向于随气体流出悬浮熔炼炉，这是因为其面积/重量比高于熔化颗粒的面积/重量比。这些颗粒连同悬浮体中最细碎的颗粒部分在废料加热锅炉和电过滤器中从废气处理装置中的气相中分离出来。在废气处理装置中，分离出的固体，即，烟道尘被返送回悬浮熔炼炉。烟道尘的循环增加了在悬浮熔炼炉的反应竖筒中的能量需求，这种需求一般需要送入附加燃料。附加燃料的使用增加了悬浮熔炼炉中的总气量，并减少了原来硫化物原料的熔化量。

本发明的目的是消除现有技术中的一些缺陷，并提供一种悬浮熔炼含有金属如铜，镍和铅的硫化物原料的改进的方法和装置，使得在悬浮熔炼炉中发生的反应以及颗粒的熔化可以有利地在颗粒落入悬浮熔炼炉的沉降器中之前完成。本发明的重要的新颖特征可从权利要求书中明显地看出。

按照本发明，为了改善发生在悬浮熔炼炉中的反应动力学状况，在悬浮熔炼中使用的氧化气体是工业氧气，带有最大为75%的空气含量，因而富氧度至少为40%。高富氧度有利于改善在悬浮熔炼炉的反应空间中发生的反应动力学状况，这是因为在这些反应中的驱动力，即，氧的分压较高，特别是在反应开始时。因此，反应得以迅速进行，而且在这些反应中释放的热量可利用来熔化颗粒，并使反应比使用外来热量，即，使用附加燃料时进行至更高的程度。这些颗粒的温度显著地高于周围气相的温度。

借助富氧度增加氧的分压，从而获得能量，这必然不同于使用通过燃烧附加燃料而获得的能量，这是因为使用附加燃料的目的是借助气相来加热颗粒。由于采用本发明有利地获得了颗粒温度，使循环的烟道尘量减少，这是因为不反应和不熔化的颗粒出现的可能性减小了。因此，原来的硫化物原料能够以比从前更大的程度送入悬浮熔炼炉，这部分地增加了悬浮熔炼炉的生金属生产。

由于颗粒和气相之间的有利的温差，使悬浮体的平均温度并不会增加至如果使用附加燃料使反应水平有相同增加而会发生的那种程度。但是，特别是在反应区，那里的反应发生得最迅速，反应空间的壁，由于颗粒温度的增加和增加的热辐射，要承受比从前更强的热应变。由于对本发明悬浮熔炼炉反应空间的壁部的热应变，反应空间的壁都最好被冷却，在壁内安装铜制的冷却元件，在这些元件中冷却介质以强制循环的方式流动。按照本发明，在反应空间的壁中使用的冷却元件是通过拉铸（draw casting）制造的。（拉铸的意思是铸造起始点固化后通过与铸件连接的“起始端”从铸造装置中拉拔铸件）因此这种铸件的结构与模铸相比特别均匀，例如，由上于强的分凝，消弱铜的导热性的杂质倾向于集中在铸件的某些部位。在拉铸制成的冷却元件中，当制造铸材的冷却元件本身时冷却介质的大多数通道已经形成。在这种情形下，热传递的主要障碍，不象例如生产砂铸件，铸造中为形成冷却介质通道要使用冷却铜管那样，存在于冷却元件和流动的冷却介质之间。

当采用按照本发明的拉铸冷却件时，由于特别均匀的铸造性质和冷却介质通道的热传导性，在整个冷却元件中的热传递性能使从与高温接触的冷却元件表面开始的冷却介质通道的距离得到增加，这很有利。在与高温最接近的冷却介质通道和与高温最接近冷却元件的表面之间的距离至少为在最接于反应空间内部的冷却元件表面和最接近于框架结构的冷却元件表面之间的距离的40%，这也是有利的。这样，冷却介质通道爆裂的危险显著降低，而且冷却元件可长期耐受因误操作引起的冷却介质流的可能的中断。另外，冷却元件在反应空间的壁上的连接，使得必要时可以在相当短的时间内更换冷却元件而无需冷却悬浮熔炼炉。借助冷却对悬浮熔炼炉的反应空间的保护的基础在于，由于按照本发明而布置的冷却，在反应空间的内壁形成了一个自然生成的矿渣的和部分是金属和/或冰铜形成的衬层，这个自生的衬层可保护反应空间的防火衬层本身以及冷却元件以抵卸热、化学和机械应变。这个自生的衬层也用作绝热层以减少反应竖筒中的热损失。

但是，悬浮熔炼炉的反应空间在时间和位置两个方面对变化的热负载都是敏感的。在连续的大批量生产过程中，悬浮熔炼炉主要是以全容量运行的。然而，在某些情况下，例如在小修时，必须削减生产量。当以较小的生产量运行时，在反应空间中热应变就减小了，假如热损失与全容量生产有相同的大小，那么这就意味着反应是在较低的温度下进行的。当采用本发明的方法和装置时，绝热的自生衬层的厚度是可以调整的，因此，在大生产量运行时，该衬层较薄，因而绝热效果减弱。当悬浮熔炼炉以较低生产量运行时，冷却元件的有关冷却效果增长，自生衬层的厚度也增加，因此，自生衬层的绝热效果较强，热损失较小。

按照本发明所采用的高富氧度，对于悬浮熔炼炉操作的改进之处在于，富氧度高时，在硫化物颗粒和氧气之间的反应中形成热量，其中，有特殊需要时就将热量释放掉。因此，在反应空间中流动的悬浮相，精确地说是待熔化的颗粒处在高于气相的温度下，使颗粒和气相之间的温差至少为200℃。待熔化的颗粒的高温使熔化能够完全均匀地进行，在反应竖筒中无需另外使用燃料。然而，如果使用了附加燃料，例如，当氧的产量是一个限制因素时，在反应竖筒中为熔化颗粒而对附加燃料的需求比起现有技术的方案来说要显著减小。

由于颗粒的高温，在沉降器中相互分离的熔融相的温度也是高的，这部分地减少了在沉降器中对附加燃料的需要。当必要时，附加燃料是在燃烧器中燃烧的，至少一个燃烧器安装在沉降器的顶部，最好安装在沉降器的顶板上，因此，从上方指向沉降器熔体和沉降器气流的燃烧器，借助于其产生的气流，有助于通过迫使沉降器的主气流朝向熔融相的方法使气相中的烟道尘分离出来。因此，由燃烧器产生的气流有助于颗粒碰撞并落入熔融相。

按照本发明的方法所获得的，在反应空间中待熔化的颗粒的高温也有助于在悬浮熔炼炉的水平部分即在沉降器中使固态相和熔融相与气相分离开。由于上述高温，来自反应空间的气悬浮体的大多数颗粒处于熔融状态，因此，颗粒的重量对面积的比有利于气相的分离。在反应空间获得的颗粒的高温导致沉降的下述情形：炉渣和冰铜（matte）的温度以及在炉内可能产生的生金属相的温度显著高于紧邻反应空间下方的温度，在那里颗粒的显著部分从气相中分离出来。应指出的是，按照自然定律，在悬浮体中不同粒度的部分以不同的速度反应，因此，部分颗粒相对于热动力学平衡来说可处于氧化不足的状态，而起码较小的颗粒可较快地反应成氧化物，其基础在于，当颗粒熔化时，调节反应速度的因素是熔融相的扩散，而反应速度并不是由在气相和颗粒的熔融相之间的物质传递来调整的。上述物质传递的意思是，氧从周围的气相转移至颗粒，而反应产物从颗粒的表面层传递至气相。在位于反应空间的下方的沉降器部分中，由于按照本发明获得的高温，在反应空间中发生的反应相当迅速地被平衡，这主要是因为温度越高，反应速度越高。

在悬浮熔炼炉的位于反应空间下方的沉降器部分中，有利的是熔融相的温度高，因而粘度低，所以熔融相迅速被分离，熔融相之间的反应迅速接近于热力学平衡状态。在沉降器中生成的熔融相，即，熔渣和冰铜或熔渣和生金属在沉降器的上升竖筒端部从沉降器中放出，在这种情况下熔融相具有充足时间被分离而不必保持高的沉降器熔融表面。因此，熔融相能够以基本连续的形式从沉降器中放出，从而在沉降器中也可以将熔体表面保持在一个基本恒定的高度上。这样，在沉降器的气体空间的高度也可有利地保持恒定，这使通过沉降器的气流十分平稳。在气相从炉的空间本身排出之前，上述平稳的气流进而对颗粒从气相中的分离也是有利的。

通过采用本发明的方法和装置，可提高悬浮熔炼炉的生产能力，或可制造尺寸特别是宽度和高度较小的悬浮熔炼炉，特别是悬浮熔炼炉的沉降器。同样，由于平稳的气流，气体处理装置的尺寸可设计得料小。另外，按照本发明的方法，悬浮熔炼炉的冷却可以大大减少更新反应空间的衬层的需要，而且在悬浮熔炼炉中进行的熔炼过程不必因更新衬层而中断。

现对照以下附图详述本发明。

图1是本发明推荐实施例的侧视图;

图2是图1所示实施例的悬浮熔炼炉的炉壁（横截面A）的详图;

图3a是由图2中冷却元件形成的，悬浮熔炼炉的炉壁的温度分布图;

图3b是由现有技术的冷却元件形成的，相应于图3a的温度分布图。

如图1所示，含有金属硫化物如含有铜或铜和镍的硫化物的细碎的原料4，从悬浮熔炼炉循环的烟道尘5，助熔剂6和富氧度为45%的氧化气体7，借助一集合燃烧器3送入悬浮熔炼炉1的反应竖筒。按照本发明，由于在反应竖筒2中的高富氧度，有利地形成了下述状况：在反应竖筒2中。细碎的硫化物颗粒达到了高于周围气相的温度。颗粒的高温有助于其熔化，还有助于熔融颗粒与气相的分离。在气相和颗粒间反应的同时，不同的相在反应竖筒2中向着悬浮熔炼炉1的水平部分，即，沉降器8沉降。在沉降器8中，熔融相-炉碴9和冰铜或生金属10-与气相的分离继续进行，因而如图1所示，在沉降器8的底部形成了分离的熔融相9和10。气相和其中所含未熔化的固态颗粒通过悬浮熔炼炉1的上升竖筒11移至气体处理装置，废料加热锅炉12和电过滤器13。在废料加热炉12和电过滤器13中，固态颗粒从气相中分离出来并作为烟道尘5用作悬浮熔炼炉1的进料。由于在气相中的二氧化硫，这种气相例如可用作生产硫酸的原料。

为了尽可能有效地从气相中分离熔融颗粒，可以向悬浮熔炼炉1的沉降器8送入附加燃料，最好通过位于沉降器8的顶板14上的至少一个燃烧器15送入。在沉降器8中形成的熔融相9和10从沉降器8通过排出口16和17排出，排出口16和17位于悬浮熔炼炉1的上升竖筒11那一侧的端部，与排出口16和17一起使用，例如根据虹吸原理工作的熔融流均压管，使熔融相9和10以基本连续的过程排出。

由于送入悬浮熔炼炉的反应竖筒2中的氧化气体的高富氧度，在反应竖筒2中的反应温度是高的。因此，反应竖筒2的壁的框架结构18中，如图2所示，在砖衬19之间基本水平位置上，安装了至少一个吸铸制成的冷却元件20。冷却元件20有供冷却介质流动的冷却通道21和22。位置最靠近反应竖筒2的内部的流动通道21的定位使得流动通道21离开反应竖筒2内端最近的端部23的距离是至少为最接近反应竖筒2内部的冷却元件20的端部23和最接近于反应竖筒的框架结构18的端部24之间距离的40%。另外图2表示在反应竖筒2的壁上，在悬浮熔炼过程中自然生成的衬层25，衬层25含有参加反应竖筒2中的反应的成分。按照本发明，自然生成的衬层25的厚度可以在悬浮熔炼炉1中生成的冰铜或生金属产量的基础上调整，这是有利的。

图3a和3b中的曲线表示不同温度的限制曲线。例如数字1000指示的曲线说明在两个冷却元件之间的温度为1000°。从图3a和3b可以看出，使用本发明的冷却元件20是有利的（图3a），因为在流动通道21的定位的基础上，冷却元件20比起现有技术中的冷却元件可以更好地耐受悬浮熔炼炉的冷却中可能出现的干扰情况，这减少了冷却元件20的流动通道爆裂的危险。

Claims (5)

1、一种使用富氧气体悬浮熔炼含有金属如铜，镍和铅的细碎硫化物原料的方法，其中将待熔炼的所述原料与熔剂和氧化气体送入悬浮熔炼炉中，对悬浮熔炼炉反应空间的壁进行冷却，并生成至少两种熔融相，其特征在于：氧化气体的富氧度至少为40%，以便将悬浮体中颗粒的温度提高到至少比悬浮体中气相温度高200℃，从而改善在反应空间中发生的反应的反应动力学状况，借助安装在反应空间的壁内的冷却元件，根据悬浮熔炼炉的产量调整反应空间的壁的衬层厚度。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：在较大产量时将反应空间的壁的衬层厚度调整得比较小产量时较薄。

3、实施权利要求1所述方法的装置，其中，悬浮熔炼（1）设有用于送入待熔炼的原料（4，5），助熔剂（6）和氧化气体（7）的装置，用于排出在悬浮熔炼炉中生成的熔融相（9，10）和气相（16，17，12）的装置，用于至少冷却悬浮熔炼炉反应空间的壁的装置（20），以及用于送入附加燃料（15）的装置，其特征在于：在反应空间的壁（4）内装有通过拉铸法生产的至少一个冷却元件（20）。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述冷却元件（20）是由铜制成的。

5、如权利要求3或4所述的装置，其特征在于：冷却元件（20）的冷却通道（21）离开最接近于反应竖筒（2）内部的端部（23）的距离至少为冷却元件（20）的最接近于反应竖筒（2）内部的端部（23）和最接近于反应竖筒（2）的框架结构（18）的端部（24）之间的距离的40%。

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