CN114574715A - 一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，将天然气和工业纯氧送入侧吹炉炉内混合后在渣层中燃烧，并充分搅拌熔池，为熔化物料和金属的还原提供热量；含锑物料(还原渣和锑氧粉)以一定配比进入侧吹炉，加入还原剂进行还原熔炼产出粗锑；锑、铅、铋等有价金属被还原成金属以粗锑形式产出，金、银被富集在粗锑内；天然气在纯氧中燃烧充分，热值高，较空气中燃烧热量增大5倍，废气排放大大减少，相当于空气燃烧产生的废气体积的五分之一，是节能减排非常有效的途径。

Description

一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法

【技术领域】

本发明涉及有色金属冶金技术领域，具体涉及一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法。

【背景技术】

全球锑矿资源分为两大类：1、单锑矿(主成分Sb，包括硫化锑矿、氧化锑矿和混合锑矿，约占锑资源的80％)；2.脆硫铅锑矿(主成分Pb、Sb、Ag，约占锑资源的20％)。脆硫铅锑矿源主要集中在广西河池。传统处理的脆硫铅锑矿采用烧结-鼓风炉还原熔炼-灰吹-反射炉精炼工艺，该工艺由于存在二氧化硫烟气污染等问题，已被行业淘汰。

目前，相关锑冶炼企业均在发展更先进和绿色环保的工艺以取代该工艺。本申请人现采用锑冶炼富氧侧吹有柱熔炼工艺，该工艺针对目前锑冶炼工艺的现状，具有高浓度富氧熔炼、降低能耗、提高金属回收率、提高烟气SO₂浓度并实现制酸、清洁生产的特点，总体而言，富氧侧吹有柱熔炼工艺用于处理脆硫铅锑矿，渣中锑品位降低至1％以下，铅品位降低至0.3％以下，银品位降低至20g/t以下，日处理矿量达到80吨以上，尾气处理达标排放，金属回收率、处理量均处于行业领先水平。富氧侧吹有柱熔炼炉所产锑氧粉需进行还原熔炼产出锑合金，下一步再直接生产三氧化二锑产品销售。

在锑冶炼行业，锑精矿进行挥发熔炼后，产出的锑氧粉进入反射炉进行还原熔炼成锑锭。目前针对锑氧粉的还原熔炼，是采用传统的反射炉还原熔炼工艺。反射炉炉膛面积一般为 15-18m²，处理锑氧粉量10-15吨/天·炉，单炉锑锭产量40-60吨，单炉生产周期为4-6天，平均日产量为10吨，此种反射炉还原熔炼方式由上个世纪六十年代湖南锡矿山矿务局开发并沿用至今，此种反射炉处理锑氧粉主要存在以下几个方面：(1)热能消耗高，燃料热利用率不足，加工成本高，传统的锑冶炼反射炉，一般采用烟煤或者燃气作为燃料，由于炉膛面积过大，炉体散热面大，造成系统热损失过多，另一方面大的炉膛面积需较大的负压将炉内烟气、粉尘带走，从而导致大量热能随烟气进入冷却系统，由于以上两方面原因，造成反射炉燃料热利用率低，燃料费用占生产成本的30％-50％；(2)产能低，设备利用率不足，锑冶炼反射炉锑氧粉处理量仅为为10-15吨/天，而富氧侧吹炉产出的氧粉35吨/天，需配置2-3台反射炉才能满足富氧侧吹炉的生产能力；(3)自动化程度低，劳动强度大，反射炉进料，耙渣、铸锭基本由人工完成，劳动强度大；(4)烟气、粉尘外溢，污染环境，由于采用人工操作，炉门和放锑等位置烟气粉尘等易产生外泄，形成无组织排放污染。目前采用富氧侧吹有柱熔炼工艺处理脆硫铅锑矿，日产锑氧粉约40吨，传统反射炉处理锑氧粉存在能耗高、生产成本高、劳动强度大、烟尘外溢等问题，已不适用处理脆硫铅锑矿产出的锑氧粉。国内外也在不断的进行技术研究，例如济宁市万洋冶炼集团有限公司与中南大学合作，研发富氧侧吹还原熔炼高铅熔渣技术；长沙有色院研发氧气侧吹还原熔炼锌浸出渣技术；河南新乡中联总公司与中南大学合作研发氧气侧吹还原炼铅技术。

因此，开发新的锑氧粉还原熔炼工艺以配套富氧侧吹有柱熔炼，并在行业中发展，对于脆硫铅锑矿处理具有非常重要的意义。

【发明内容】

针对现有技术中传统反射炉处理锑氧粉存在能耗高、生产成本高、劳动强度大、烟尘外溢等问题，本发明提供了一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，将纯氧侧吹还原熔炼技术应用于脆硫铅锑矿锑氧粉的还原熔炼，以代替现有高能耗、高成本的反射炉生产。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，包括如下步骤：

1)按照含锑物料:还原剂＝(9.5-10.5):1的重量配比，混合均匀，通过上料系统投入侧吹炉中，通过炉底部、炉侧部和炉顶部不间断向炉内鼓入纯氧燃烧还原剂提供热量，原辅料充分熔化还原；

2)步骤1)熔化还原后得到粗锑、渣层和含锑烟灰；粗锑位于侧吹炉炉底，通过虹吸道被连续压出；渣层位于侧吹炉上部，通过沉淀从渣口放出；含锑烟灰通过烟灰收尘系统返回熔炼炉配料。

本发明中：

步骤1)中，按照含锑物料:还原剂＝10:1的重量配比；所述的含锑物料，包括锑氧粉、阳极泥锑渣或者其他含锑原料，混合时为任意比例；所述的还原剂，为无烟煤。

步骤1)所述的侧吹炉，炉体耐火材料采用特种材料U型水管冷却，有效延长了耐火材料的使用寿命，所述的特种材料选自铝铬尖晶石。

步骤1)所述的通过上料系统投入侧吹炉中，是上料系统采用抓斗行车配料，计量皮带计量后由皮带将物料直接送入侧吹炉内。

步骤1)所述的鼓入纯氧，压力控制在10-15kPa、流速为80-90m³/h，控制炉内温度在 1150-1450℃。

步骤2)所述的含锑烟灰通过烟灰收尘系统返回熔炼炉配料，是指含锑烟灰通过烟灰收尘系统采用全密封方式输送最后制成的颗粒返回熔炼炉配料，其中的烟灰收尘系统采用DCS 全方位参数监控，重要控制点DCS精确控制，实现了自动化，使过程控制更精准。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明所述的一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，将天然气和工业纯氧送入侧吹炉炉内混合后在渣层中燃烧，并充分搅拌熔池，为熔化物料和金属的还原提供热量；含锑物料(还原渣和锑氧粉)以一定配比进入侧吹炉，加入还原剂进行还原熔炼产出粗锑；锑、铅、铋等有价金属被还原成金属以粗锑形式产出，金、银被富集在粗锑内；天然气在纯氧中燃烧充分，热值高，较空气中燃烧热量增大5倍，废气排放大大减少，相当于空气燃烧产生的废气体积的五分之一，是节能减排非常有效的途径。

2、本发明所述的一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，侧吹炉炉体耐火材料采用特种材料 U型水管冷却，有效延长了耐火材料的使用寿命；上料系统采用抓斗行车配料，计量皮带计量后由皮带将物料直接送入炉内，减少了人与物料接触的机会，大大降低了劳动强度，改善了工作环境；烟灰收尘系统采用全密封方式输送最后制成颗粒返回熔炼炉配料，烟灰收尘系统采用DCS全方位参数监控，重要控制点DCS精确控制，实现了自动化，使过程控制更精准。

3、本发明所述的一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，主要技术经济指标：渣含锑小于 2.5％，直收率大于90％。

【附图说明】

图1是本发明一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法的工艺流程图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1：

一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，包括如下步骤：

1)按照含锑物料:还原剂＝10:1的重量配比，混合均匀，上料系统采用抓斗行车配料，计量皮带计量后由皮带将物料直接送入侧吹炉内，通过炉底部、炉侧部和炉顶部不间断向炉内鼓入纯氧燃烧还原剂提供热量，压力控制在10-15kPa、流速为80-90m³/h，控制炉内温度在1150-1450℃，原辅料充分熔化还原；

所述的含锑物料，包括锑氧粉、阳极泥锑渣或者其他含锑原料，混合时为任意比例；所述的还原剂，为无烟煤；所述的侧吹炉，炉体耐火材料采用特种材料(铝铬尖晶石)U型水管冷却；

2)步骤1)熔化还原后得到粗锑、渣层和含锑烟灰；粗锑位于侧吹炉炉底，通过虹吸道被连续压出；渣层位于侧吹炉上部，通过沉淀从渣口放出；含锑烟灰通过烟灰收尘系统采用全密封方式输送最后制成的颗粒返回熔炼炉配料，其中的烟灰收尘系统采用DCS全方位参数监控，重要控制点DCS精确控制。

实施例2：

一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，和实施例1相比，步骤1)按照含锑物料:还原剂＝9.5:1的重量配比，其他同实施例1。

实施例3：

一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，和实施例1相比，步骤1)按照含锑物料:还原剂＝10.5:1的重量配比，其他同实施例1。

实验例：

发明人将本申请应用在广西华远金属化工有限公司：

富氧侧吹工艺已在铜、铅渣等冶炼领域开展应用，根据申请人计算和初步设计，应用于锑氧粉还原熔炼预计将可以实现，不存在明显的技术风险：

(一)研究的主要内容：

针对目前锑冶炼现状，将纯氧侧吹还原熔炼技术应用于脆硫铅锑矿锑氧粉的还原熔炼，以代替现有高能耗、高成本的反射炉，主要研究内容如下：

1.基础理论数据计算：

(1)物料平衡、热平衡的理论数据计算；

(2)纯氧侧还原吹炉内还原渣与锑金属热传导理论数据计算；

2.实验室试验部分：

(1)氧气、天然气入炉量对炉温的影响；

(2)氧气、天然气入炉量对锑氧粉还原熔炼过程的影响；

(3)氧枪位置对锑抢氧粉还原熔炼过程的影响；

3.纯氧侧吹还原熔炼炉的设计

(1)锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼的生产工艺流程确定；

(2)纯氧侧吹还原炉炉型、下料装置、冷却收尘系统设计；

(二)拟解决的关键技术问题：

1、节能问题

传统的锑冶炼反射炉，一般采用烟煤或者燃气作为燃料，由于炉膛面积过大，炉体散热面大，造成系统热损失过多，另一方面大的炉膛面积需较大的负压将炉内烟气、粉尘带走，从而导致大量热能随烟气进入冷却系统。

本申请的目的就是降低锑氧粉还原过程中的节能问题，通过两种方法得以实现：一是采用纯氧+天然气方式入炉，一方面最大程度增加天然气燃烧热能，另一方面采用纯氧作为燃烧助剂，减少炉内气体总量，从而减少随气体进入冷却系统的热能；二是缩小炉膛面积，设计还原炉设计炉膛面积为2平方米，从而减少炉身散热导致的热能损失，控制指标吨锑合金天然气消耗量≤100m³。

2、产量问题

传统反射炉产能0.6-0.8t/m²·d，产能较低。本申请设计的纯氧侧吹还原炉，在高温条件下，采用连续进料、连续放渣，连续产出产品方式进行24小时连续作业，每天处理量可达 60吨，产出锑合金40吨，产能达到20t/m²·d以上，单位面积产能为传统反射炉25倍以上。

3、环保问题

传统反射炉进料采用炉顶进料方式，单次进料约2-4吨，进料过程中由于单次入炉量过多，另外进料过程为半开放式，导致有粉尘外溢，污染现场环境。

本申请设计的纯氧侧吹还原炉采用密闭式炉顶，连续均匀进料，从而避免了粉尘外溢的情况发生。

4、自动化进料问题

传统反射炉的进料，耙渣、铸锭基本由人工完成，劳动强度大。本申请根据纯氧侧吹炉特点，全部采用DCS在线控制，自动化控制进料、放渣、铸锭，最大程度降低人工劳动强度。

(三)优点

1、将纯氧侧吹炉还原熔炼应用于河池脆硫铅锑矿所产锑氧粉还原熔炼，每吨产品天然气消耗≤100立方米，相比传统反射炉天然气消耗降低约50％。

2、全部采用DCS在线控制，控制自动连续进料、连续产出的方式作业，取代传统人工作业，产能达到20t/m²·d以上，单位面积产能为传统反射炉25倍以上。

3、采用全密闭式炉顶，配合全自动进料，杜绝无组织排放污染。

4、形成脆硫铅锑矿富氧侧吹有柱熔炼+纯氧侧吹还原熔炼冶炼工艺，替代传统铅锑冶炼工艺。

结果：

关于将5#反射炉改造成纯氧侧吹还原精炼炉的情况说明：

一、改造的必要性

公司熔炼车间4#、5#反射炉用于氧粉生产成合金的还原熔炼，已经试生产一年多时间，反射炉日处理氧粉量10吨/天.炉，操作工人18人，专职管理人员2人。

近两年内，新型的纯氧侧吹还原精炼炉技术逐渐成熟，各项冶炼指标更优，传统的反射炉与纯氧侧吹还原精炼炉相比较，存在以下问题：

1、燃料(天然气、氧气)热利用率低，加工成本高。

单台反射炉日耗天然气量1800m³，氧气日耗量2.6m³(液态)，平均每吨合金燃料费用占合金加工成本的40％，而纯氧侧吹还原精炼炉加工费为现有方法的40-50％。

2、日处理量低，设备利用率低。

传统反射炉日处理量为10吨，纯氧侧吹还原精炼炉日处理量可达60吨，是传统反射炉处理量的6倍。

3、炉体耐火材料腐蚀快，炉龄短。

4、自动化程度低，操作工人劳动强度大。

5、加料时烟尘有外溢。

根据目前状况，将5#反射炉参照实施例1改造成纯氧侧吹还原精炼炉生产，主要技术经济指标：渣含锑小于2.5％，直收率大于90％。

二、改造后经济效益及社会效益计算

1、日处理量不低于60吨，除了能够及时处理完自产氧粉外，还可以用来处理结氧等渣物料。

2、冷却、过滤系统利用5#反射炉系统改造即可满足，节约电能，降低设备折旧费用。

3、实现自动化配料、进料，机械放渣铸锭，工人劳动强度降低40％以上。

4、炉体密封性好，加料口无外溢烟气，一方面改善环境，另一方面提高回收率。

三、建设周期

建设周期耗时约10个月。

四、成果实施后预期经济指标

本申请实施后，锑氧粉还原熔炼生产成本将下降50％，大大提升锑冶炼行业的社会效益与经济效益。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。

Claims (7)

1.一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)按照含锑物料:还原剂＝(9.5-10.5):1的重量配比，混合均匀，通过上料系统投入侧吹炉中，通过炉底部、炉侧部和炉顶部不间断向炉内鼓入纯氧燃烧还原剂提供热量，原辅料充分熔化还原；

2)步骤1)熔化还原后得到粗锑、渣层和含锑烟灰；粗锑位于侧吹炉炉底，通过虹吸道被连续压出；渣层位于侧吹炉上部，通过沉淀从渣口放出；含锑烟灰通过烟灰收尘系统返回熔炼炉配料。

2.根据权利要求1所述的一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，其特征在于：步骤1)中，按照含锑物料:还原剂＝10:1的重量配比；所述的含锑物料，包括锑氧粉、阳极泥锑渣或者其他含锑原料，混合时为任意比例。

3.根据权利要求1所述的一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，其特征在于：步骤1)所述的还原剂，为无烟煤。

4.根据权利要求1所述的一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，其特征在于：步骤1)所述的侧吹炉，炉体耐火材料采用特种材料U型水管冷却，所述的特种材料选自铝铬尖晶石。

5.根据权利要求1所述的一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，其特征在于：步骤1)所述的通过上料系统投入侧吹炉中，是上料系统采用抓斗行车配料，计量皮带计量后由皮带将物料直接送入侧吹炉内。

6.根据权利要求1所述的一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，其特征在于：步骤1)所述的鼓入纯氧，压力控制在10-15kPa、流速为80-90m³/h，控制炉内温度在1150-1450℃。

7.根据权利要求1所述的一种锑氧粉纯氧侧吹还原熔炼方法，其特征在于：步骤2)所述的含锑烟灰通过烟灰收尘系统返回熔炼炉配料，是指含锑烟灰通过烟灰收尘系统采用全密封方式输送最后制成的颗粒返回熔炼炉配料，其中的烟灰收尘系统采用DCS全方位参数监控，重要控制点DCS精确控制。

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