CN112981098A - 一种白云石冶炼装置及其冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白云石冶炼装置，包括还原罐、连接管和结晶器，其中，还原罐包括还原罐罐体、进料盖和挡火板，结晶器包括结晶器Ⅰ、结晶器Ⅱ、结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ；冶炼方法：(1)制备白云石粉末；(2)制备铝粒；(3)将白云石粉末和金属铝混合均匀，压制为球团；(4)打开进料盖，将球团加入还原罐罐体中，升温，形成的高温金属蒸汽流通过挡火板依次经过结晶器Ⅰ、结晶器Ⅱ、结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ，得到金属结晶混合物。本发明通过铝热还原反应，将白云石中的金属单质进行分离和提取，一方面提高了对白云石的利用率，另一方面也减少了白云石对环境和人类的危害。

Description

一种白云石冶炼装置及其冶炼方法

技术领域

本发明涉及金属冶炼技术领域，更具体的说是涉及一种白云石冶炼装置及其冶炼方法。

背景技术

贵州省大部分地区，特别是在黔南地区有贮量丰富的含镁、锌、铅、镉、砷等金属硫化物的白云石矿资源。白云石中的镁、锌、铅、镉、砷均为低沸点金属，硫化态的重有色金属均可采用浮选法选出，再进行焙烧，得到焙砂，然后再用火法或湿法进行提取其金属，而矿石中的脉石则为优质的白云石，却被废弃排放。由于其在浮选过程中，部分镁、锌、铅、镉、砷尚存在于被废弃的白云石尾矿中，排放后对环境造成了极大危害，甚至不能从事农业活动，因为受其污染后，农作物中粮食、蔬菜、水果以及水塘中鱼、虾类都检测出有害的金属元素，其危害之大，成为贵州经济发展的瓶颈。

镁、锌、铅、镉、砷等元素均为低沸点有色金属，是遥感技术、电子技术、新能源激光等尖端技术的重要材料，但另一方面它们在传统的提取过程中又对环境和人类造成极大的危害。

因此，如何提供一种白云石冶炼装置，以消除其对环境和人类的危害，化害为利造福人类，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种白云石冶炼装置及其冶炼方法，以解决现有技术中的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种白云石冶炼装置，包括还原罐、连接管和结晶器；其中，还原罐包括还原罐罐体、进料盖和挡火板，还原罐罐体通过连接管与结晶器连接，进料盖设置于还原罐罐体外部且远离连接管的一端，挡火板设置于还原罐罐体内部且靠近连接管的一端；结晶器包括结晶器Ⅰ、结晶器Ⅱ、结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ，结晶器Ⅰ通过连接管与还原罐罐体连接，结晶器Ⅱ、结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ依次与结晶器Ⅰ连接。

本发明白云石冶炼装置的有益效果在于：

还原罐罐体采用管状反应罐，用煤气、天然气或其它燃料进行均匀加热，作为铝热反应的反应容器；进料盖用于向还原罐罐体中加入白云石粉末和铝粒压制成的球团，并用于取出还原罐罐体中的还原渣；挡火板用于将还原罐罐体与结晶器进行分隔，同时保证高温金属蒸汽流的通过；连接管用于将还原罐和结晶器进行连接；结晶器Ⅰ用于结晶高温粗镁蒸汽，结晶器Ⅱ、结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ用于结晶高温锌、铅、镉、砷等蒸汽，最终形成金属结晶混合物。

进一步，上述白云石冶炼装置还包括进料盖密封胶垫，进料盖密封胶垫设置于还原罐罐体和进料盖之间。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，进料盖密封胶垫能够保证进料盖与还原罐罐体紧密结合，保证还原罐罐体的真空高温状态不被破坏，从而提高铝热还原的反应效率。

进一步，上述白云石冶炼装置还包括硅酸铝纤维保温层，硅酸铝纤维保温层设置于连接管的外部。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，硅酸铝纤维保温层将连接管与外界空气隔绝，保证了高温金属蒸汽流的稳定性和结晶效率。

进一步，上述白云石冶炼装置还包括结晶器套管Ⅰ、结晶器套管Ⅱ和保温套管，结晶器套管Ⅰ设置于结晶器Ⅰ和结晶器Ⅱ的外部，结晶器套管Ⅱ设置于结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ的外部，保温套管设置于结晶器套管Ⅰ的外部。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，结晶器套管Ⅰ、结晶器套管Ⅱ和保温套管将结晶器Ⅰ、结晶器Ⅱ、结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ与外界空气隔绝，进一步保证了高温金属蒸汽流的稳定性和结晶效率。

更进一步，上述白云石冶炼装置还包括结晶器套管法兰Ⅰ和结晶器套管法兰Ⅱ，结晶器套管Ⅰ依次与结晶器套管法兰Ⅰ、结晶器套管法兰Ⅱ、结晶器套管Ⅱ连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，结晶器套管法兰Ⅰ和结晶器套管法兰Ⅱ保证了结晶器套管Ⅰ和结晶器套管Ⅱ的紧密结合。

更进一步，上述白云石冶炼装置还包括法兰密封胶垫，法兰密封胶垫设置于结晶器套管法兰Ⅰ和结晶器套管法兰Ⅱ之间。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，法兰密封胶垫进一步保证了结晶器套管Ⅰ和结晶器套管Ⅱ的紧密结合。

进一步，上述白云石冶炼装置还包括真空接管，真空接管设置于结晶器Ⅳ的末端。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，真空接管用于取出金属结晶混合物。

上述白云石冶炼装置的冶炼方法，具体包括以下步骤：

(1)将白云石进行破碎，然后焙烧，研磨，过筛，得到白云石粉末，备用；

(2)将金属铝进行熔化，然后吹入空气，得到铝粒，备用；

(3)将白云石粉末和金属铝混合均匀，压制为球团；

(4)打开进料盖，将球团加入还原罐罐体中，升温至1100-1200℃后在0-10Pa的真空状态下维持7-10h，形成的高温金属蒸汽流通过挡火板依次经过结晶器Ⅰ、结晶器Ⅱ、结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ后结晶，得到金属结晶混合物。

本发明冶炼方法的有益效果在于：

将含镁、锌、铅、镉、砷等金属硫化物的白云石经过焙烧制成金属氧化物，再利用有较高活性的金属铝作还原剂，在高温和真空条件下进行铝热还原，制出镁、锌、铅、镉、砷的单质粗结晶体，在收集过程中再利用各元素的不同沸点进行分离和提取，残渣用于生产水泥或高铝水泥，或用于铝矾土提取氧化铝，脱除铝矾坤的二氧化硅，合金钢冶炼的脱氧剂和脱硫剂，彻底消除传统白云石冶炼方法对环境和人类造成的危害。

进一步，上述步骤(1)的具体操作步骤为：将白云石破碎至10-30mm，在900-1100℃温度下焙烧2-3h，研磨后过80-120目筛，得到白云石粉末，备用；步骤(2)的具体操作步骤为：将金属铝加热至660-700℃熔化，然后吹入空气，得到粒径为0.5-1.0mm的铝粒，备用；步骤(3)中，金属铝的用量为反应理论值的1.05-1.1倍。

进一步，上述冶炼方法还包括步骤(5)，将金属结晶混合物进行精馏，分别得到镁、锌、铅、镉、砷的工业结晶品。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、通过铝热还原反应，将白云石中的金属单质进行分离和提取，一方面提高了对白云石的利用率，另一方面也减少了白云石对环境和人类的危害。

2、铝热还原反应后产生的还原渣，可以用作以下几个方面：

(1)用作铝矾土中提氧化铝的脱硅剂，并把其中氧化铝重新提出，使铝元素在其过程中得以循环回收和重新利用；

(2)利用还原渣中的氧化铝(含量为40％-50％)和氧化钙(含量为50％左右)，经粉磨和焙烧后生产高铝水泥和耐火材料，用于水泥、冶金等工业；

(3)利用还原渣中的氧化铝和氧化钙，用作优质合金钢生产的脱氧剂、脱硫剂及保护渣；

(4)利用还原渣中氧化铝和氧化钙，配成如抢险工程所需的早凝早硬及矿井锚固等特种水泥。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的白云石冶炼装置的结构示意图；

图2附图为本发明提供的冶炼方法的工艺流程示意图；

其中，1-还原罐罐体，2-进料盖，3-挡火板，4-结晶器Ⅰ，5-结晶器Ⅱ，6-结晶器Ⅲ，7-结晶器Ⅳ，8-进料盖密封胶垫，9-硅酸铝纤维保温层，10-结晶器套管Ⅰ，11-结晶器套管Ⅱ，12-保温套管，13-结晶器套管法兰Ⅰ，14-结晶器套管法兰Ⅱ，15-法兰密封胶垫，16-真空接管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明实施例公开了一种白云石冶炼装置，如图1所示，包括还原罐、连接管和结晶器。其中，还原罐包括还原罐罐体1、进料盖2和挡火板3，还原罐罐体1采用管状反应罐，用煤气、天然气或其它燃料进行均匀加热，作为铝热反应的反应容器，通过连接管与结晶器连接；进料盖2设置于还原罐罐体1外部且远离连接管的一端，用于向还原罐罐体1中加入白云石粉末和铝粒压制成的球团，并用于取出还原罐罐体1中的还原渣；挡火板3设置于还原罐罐体1内部且靠近连接管的一端，用于将还原罐罐体1与结晶器进行分隔，同时保证高温金属蒸汽流的通过。结晶器包括结晶器Ⅰ4、结晶器Ⅱ5、结晶器Ⅲ6和结晶器Ⅳ7，结晶器Ⅰ4通过连接管与还原罐罐体1连接，用于结晶高温粗镁蒸汽；结晶器Ⅱ5、结晶器Ⅲ6和结晶器Ⅳ7依次与结晶器Ⅰ4连接，用于结晶高温锌、铅、镉、砷等蒸汽，最终形成金属结晶混合物。

在一个实施例中，白云石冶炼装置还包括进料盖密封胶垫8，进料盖密封胶垫8设置于还原罐罐体1和进料盖2之间。本发明进料盖密封胶垫8能够保证进料盖2与还原罐罐体1紧密结合，保证还原罐罐体1的真空高温状态不被破坏，从而提高铝热还原的反应效率。

在一个实施例中，白云石冶炼装置还包括硅酸铝纤维保温层9，硅酸铝纤维保温层9设置于连接管的外部。本发明硅酸铝纤维保温层9将连接管与外界空气隔绝，保证了高温金属蒸汽流的稳定性和结晶效率。

在一个实施例中，白云石冶炼装置还包括结晶器套管Ⅰ10、结晶器套管Ⅱ11和保温套管12，结晶器套管Ⅰ10设置于结晶器Ⅰ4和结晶器Ⅱ5的外部，结晶器套管Ⅱ11设置于结晶器Ⅲ6和结晶器Ⅳ7的外部，保温套管12设置于结晶器套管Ⅰ10的外部。本发明结晶器套管Ⅰ10、结晶器套管Ⅱ11和保温套管12将结晶器Ⅰ4、结晶器Ⅱ5、结晶器Ⅲ6和结晶器Ⅳ7与外界空气隔绝，进一步保证了高温金属蒸汽流的稳定性和结晶效率。

在一个实施例中，白云石冶炼装置还包括结晶器套管法兰Ⅰ13和结晶器套管法兰Ⅱ14，结晶器套管Ⅰ10依次与结晶器套管法兰Ⅰ13、结晶器套管法兰Ⅱ14、结晶器套管Ⅱ11连接。本发明结晶器套管法兰Ⅰ13和结晶器套管法兰Ⅱ14保证了结晶器套管Ⅰ10和结晶器套管Ⅱ11的紧密结合。

在一个实施例中，白云石冶炼装置还包括法兰密封胶垫15，法兰密封胶垫15设置于结晶器套管法兰Ⅰ13和结晶器套管法兰Ⅱ14之间。本发明法兰密封胶垫15进一步保证了结晶器套管Ⅰ10和结晶器套管Ⅱ11的紧密结合。

在一个实施例中，白云石冶炼装置还包括真空接管16，真空接管16设置于结晶器Ⅳ7的末端。本发明真空接管16用于取出金属结晶混合物。

实施例1

上述白云石冶炼装置的冶炼方法，具体包括以下步骤：

(1)将白云石破碎至10mm，在900℃温度下焙烧2h，研磨后过80目筛，得到白云石粉末，备用；

(2)将金属铝加热至660℃熔化，然后吹入空气，得到粒径为0.5mm的铝粒，备用；

(3)将白云石粉末和金属铝混合均匀，压制为球团；

(4)打开进料盖2，将球团加入还原罐罐体1中，升温至1100℃后在1Pa的真空状态下维持7h，形成的高温金属蒸汽流通过挡火板3依次经过结晶器Ⅰ4、结晶器Ⅱ5、结晶器Ⅲ6和结晶器Ⅳ7后结晶，得到金属结晶混合物；

(5)将金属结晶混合物进行精馏，分别得到镁、锌、铅、镉、砷的工业结晶品。

实施例2

上述白云石冶炼装置的冶炼方法，具体包括以下步骤：

(1)将白云石破碎至20mm，在1000℃温度下焙烧2.5h，研磨后过100目筛，得到白云石粉末，备用；

(2)将金属铝加热至680℃熔化，然后吹入空气，得到粒径为0.8mm的铝粒，备用；

(3)将白云石粉末和金属混合均匀，压制为球团；

(4)打开进料盖2，将球团加入还原罐罐体1中，升温至1150℃后在5Pa的真空状态下维持8h，形成的高温金属蒸汽流通过挡火板3依次经过结晶器Ⅰ4、结晶器Ⅱ5、结晶器Ⅲ6和结晶器Ⅳ7后结晶，得到金属结晶混合物；

(5)将金属结晶混合物进行精馏，分别得到镁、锌、铅、镉、砷的工业结晶品。

实施例3

上述白云石冶炼装置的冶炼方法，具体包括以下步骤：

(1)将白云石破碎至30mm，在1100℃温度下焙烧3h，研磨后过120目筛，得到白云石粉末，备用；

(2)将金属铝加热至700℃熔化，然后吹入空气，得到粒径为1.0mm的铝粒，备用；

(3)将白云石粉末和金属铝混合均匀，压制为球团；

(4)打开进料盖2，将球团加入还原罐罐体1中，升温至1200℃后在10Pa的真空状态下维持10h，形成的高温金属蒸汽流通过挡火板3依次经过结晶器Ⅰ4、结晶器Ⅱ5、结晶器Ⅲ6和结晶器Ⅳ7后结晶，得到金属结晶混合物；

(5)将金属结晶混合物进行精馏，分别得到镁、锌、铅、镉、砷的工业结晶品。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、通过铝热还原反应，将白云石中的金属单质进行分离和提取，一方面提高了对白云石的利用率，另一方面也减少了白云石对环境和人类的危害。

2、铝热还原反应后产生的还原渣，可以用作以下几个方面：

(1)用作铝矾土中提氧化铝的脱硅剂，并把其中氧化铝重新提出，使铝元素在其过程中得以循环回收和重新利用；

(2)利用还原渣中含量为40-50％的氧化铝和含量为50％左右的氧化钙，经粉磨和焙烧后生产高铝水泥和耐火材料，用于水泥、冶金等工业；

(3)利用还原渣中的氧化铝和氧化钙，用作优质合金钢生产的脱氧剂、脱硫剂及保护渣；

(4)利用还原渣中氧化铝和氧化钙，配成如抢险工程所需的早凝早硬及矿井锚固等特种水泥。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种白云石冶炼装置，其特征在于，包括还原罐、连接管和结晶器；

所述还原罐包括还原罐罐体、进料盖和挡火板，所述还原罐罐体通过所述连接管与所述结晶器连接，所述进料盖设置于所述还原罐罐体外部且远离所述连接管的一端，所述挡火板设置于所述还原罐罐体内部且靠近所述连接管的一端；

所述结晶器包括结晶器Ⅰ、结晶器Ⅱ、结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ，所述结晶器Ⅰ通过所述连接管与所述还原罐罐体连接，所述结晶器Ⅱ、所述结晶器Ⅲ和所述结晶器Ⅳ依次与所述结晶器Ⅰ连接。

2.根据权利要求1所述的一种白云石冶炼装置，其特征在于，还包括进料盖密封胶垫，所述进料盖密封胶垫设置于所述还原罐罐体和所述进料盖之间。

3.根据权利要求1所述的一种白云石冶炼装置，其特征在于，还包括硅酸铝纤维保温层，所述硅酸铝纤维保温层设置于所述连接管的外部。

4.根据权利要求1所述的一种白云石冶炼装置，其特征在于，还包括结晶器套管Ⅰ、结晶器套管Ⅱ和保温套管，所述结晶器套管Ⅰ设置于所述结晶器Ⅰ和所述结晶器Ⅱ的外部，所述结晶器套管Ⅱ设置于所述结晶器Ⅲ和所述结晶器Ⅳ的外部，所述保温套管设置于所述结晶器套管Ⅰ的外部。

5.根据权利要求4所述的一种白云石冶炼装置，其特征在于，还包括结晶器套管法兰Ⅰ和结晶器套管法兰Ⅱ，所述结晶器套管Ⅰ依次与所述结晶器套管法兰Ⅰ、所述结晶器套管法兰Ⅱ、所述结晶器套管Ⅱ连接。

6.根据权利要求5所述的一种白云石冶炼装置，其特征在于，还包括法兰密封胶垫，所述法兰密封胶垫设置于所述结晶器套管法兰Ⅰ和所述结晶器套管法兰Ⅱ之间。

7.根据权利要求1所述的一种白云石冶炼装置，其特征在于，还包括真空接管，所述真空接管设置于所述结晶器Ⅳ的末端。

8.一种如权利要求1-7任一项所述白云石冶炼装置的冶炼方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)将白云石进行破碎，然后焙烧，研磨，过筛，得到白云石粉末，备用；

(2)将金属铝进行熔化，然后吹入空气，得到铝粒，备用；

(3)将白云石粉末和金属铝混合均匀，压制为球团；

(4)打开进料盖，将球团加入还原罐罐体中，升温至1100-1200℃后在0-10Pa的真空状态下维持7-10h，形成的高温金属蒸汽流通过挡火板依次经过结晶器Ⅰ、结晶器Ⅱ、结晶器Ⅲ和结晶器Ⅳ后结晶，得到金属结晶混合物。

9.根据权利要求8所述的一种白云石冶炼装置的冶炼方法，其特征在于，步骤(1)的具体操作步骤为：将白云石破碎至10-30mm，在900-1100℃温度下焙烧2-3h，研磨后过80-120目筛，得到白云石粉末，备用；

步骤(2)的具体操作步骤为：将金属铝加热至660-700℃熔化，然后吹入空气，得到粒径为0.5-1.0mm的铝粒，备用。

10.根据权利要求8所述的一种白云石冶炼装置的冶炼方法，其特征在于，还包括步骤(5)，将金属结晶混合物进行精馏，分别得到镁、锌、铅、镉、砷的工业结晶品。

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