CN1276103C - 在焙烧炉中稳定流态床的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在焙烧中通过调节流态床中焙烧气体的含氧量稳定流态床的方法。焙烧的细颗粒材料供入炉中到流态床的上方，造成流态化的焙烧气体通过格栅供入炉子的底部。在该方法中，计算要供入的焙烧气体中的氧量和要焙烧的材料的平均的总的需氧量，调节该比值使流态床中的氧系数大于1。
Description
本发明涉及通过调整流态床中焙烧气体中氧气含量稳定在焙烧中流态床的方法。用于焙烧的磨细材料在流态床上方供入炉中，和形成流态床的焙烧气体通过格栅供入焙烧炉的底部。在该方法中，供入的焙烧气体中的总的含氧量和要焙烧的材料的平均的总的对氧的需求进行了计算，调整该两值的比例使得流态床中的氧系数大于1。
焙烧可在一些不同的炉中进行。但是，现在磨细的材料的焙烧通常用流态床方法进行。在炉子的底部设有一个格栅，含氧气体通过该格栅供入以便使焙料呈流态化。通常使用的含氧气体是空气。通常在格栅下有量级为100个气体喷嘴/m2随着焙料流态化，供料床的高度升起到固定材料床的约一半。炉中的压力降由格栅和流态床的阻力造成。当流态床在流态状态，流态床的阻力多少与流态床的质量有关。压力降的范围为240-280mbar。
例如，在Rosenqvist，T著的书“Principles of ExtractiveMetallurgy”245-255页(McGraw-Hill，1974，USA)中说明了硫化物的焙烧。按照该文献，焙烧是金属硫化物的氧化，生成金属氧化物及二氧化硫。例如，硫化磷和二硫化铁氧化如下：
另外，可发生其它反应，例如形成SO3，金属硫酸盐和形成如铁酸锌(ZnFe2O4)之类的复杂氧化物。焙烧的典型材料是硫化铜、硫化锌和硫化铅。焙烧一般在低于硫化物和氧化物的熔点温度(一般低于900-1000℃)下进行。另一方面，为了以合理的速度进行反应，温度必须至少在500-600℃。该文献示出了平衡图，示出了形成各种焙烧产品要求的条件。例如，当空气用作焙烧气体，SO2和O2的分压为0.2atm。焙烧条件是强放热的，因此流态床需要有冷却装置。
焙砂部分通过溢流孔从炉中部分除去，和部分与气体一起传送到废热锅炉，和从锅炉传送到离心式除尘器和静电沉淀器，熔砂从该处回收。通常溢流孔位于焙烧炉中与供料单元相对的一侧。除去的焙砂冷却和细磨用于浸出。
对于好的焙烧，重要的是控制流态床，也就是流态床必须有稳定的结构和有其它好的流态化性能和必须在控制下进行流态化。燃烧应尽可能地完全，也就是硫化物必须完全氧化成氧化物。焙砂必须很好地从炉中排出，也就是焙砂的颗粒尺寸要在一定的范围内。已知焙砂的颗粒尺寸被焙料的化学成份，焙料的矿物学特性和焙烧气体的温度所影响。
在锌焙烧炉中处理的硫化锌焙料经一段时间成为更不纯。焙料不再接近纯闪锌矿，隐晶闪锌矿，但含有相当量的铁。铁或者溶解在闪锌矿晶格中，或者成黄铁矿或磁黄铁矿的形式。另外，焙料常含有硫化铅和/或硫化铜。焙料的化学成分和矿物学特性变化很多。这样，焙料氧化要求的氧量也变化，在燃烧时产生的热量也变化。在现在用的技术中，例如焙烧炉焙料的供给按照流态床的温度使用模糊逻辑来调节。因此有在流态床中氧压力降低太低的危险，也就是对于焙烧焙料而言氧量不足。结果，流态床不是正常地聚结，而是留下太细，和同时流态床的背压降到太低，因为细的床停止流态化和发生沟流流态床的真实的氧的需求是未知的，因为一般焙料混合物不是事先在其精确的成分基础上连续地计算，在流态床中也没有测量氧含量的装置。因此流态床炉子的操作难以调节和保持稳定。
被处理的硫化锌颗粒的尺寸也变化。结果，难以知道焙料的什么部分在流态床中燃烧和什么时候和在流态床上方的什么部分被废气传送。如果相当量的燃烧在流态床的上方发生，在流态床中产生的能量比通常少，和根据调节方法，这会增加供料。
如上所述，从文献中的平衡计算和平衡图已知铜和铁可一起和分开形成氧硫化物，该氧硫化物在焙烧温度和甚至在更低的温度熔化。类似地，锌和铅及铁和铅形成在低温熔化的硫化物。如果在流态床中的氧量小于氧化焙料通常要求的量，这种硫化物状态可以和可能增长。
在流态床焙烧中，通常发生产品的聚结，也就是焙砂比供入的焙料更粗。上述形成熔化的硫化物仍然使聚结增加到烦人的程度，其中聚结物和它们的硫化物核心保持绕着格栅运动。聚结造成在格栅上积聚，和经一段时间，阻塞格栅下的气体喷嘴。已注意到在锌焙烧炉中含有不纯成分的积聚物形成在炉中，特别在焙料供入单元下在格栅部分。
在Nyberg，J等的论文“Recent Process Improvemants in theKokkola Zinc Roaster”(铅锌论文集2000，Pittsburgh，USA，2000年10月22-25日，399-415页)中，提出了当在流态床中细颗粒部分增加，焙烧炉流态床一般向一个不稳定状态运动。在这种情形下，控制热元件的温度分散，结果流态床对流态化是太细，和发生沟流。另外，流态床的背压降低和供料降低。
该文献包括对硫化锌的氧化模型的研究，氧化是在很低的氧含量下进行。按照该模型，在低的氧的压力下通过气体反应而不是如通常那样通过固体-气体反应生成氧化锌。这意味着冷凝的氧化锌是很细的。但是在格栅下的风扇的功率对增加气体供应和增加氧气量并不总是足够的。另一方面，在焙烧炉后面酸性的装置也可能使容量受限制。焙料也是如此细，使得如果增加气体的供应，材料不再耽在流态床中，而会飞到气体流中。有时焙料的量不允许流态床的温度变化，和随之减少供料，这意味着氧量增加到足够的水平。还会发生没有一种上述的调节方法可用的情况。
已有用不同的方法调节焙烧条件的企图。US 5803949涉及在焙烧金属硫化物时稳定流态床的方法，其中通过控制供料的颗粒尺寸进行稳定。在US 3957484中通过供应焙料成浆料来稳定。在MacLagan，C等的著作“Oxygen Enrichment of Fluo-Solids Roasting at Zincor”铅锌论文集2000，pittsburph，USA，2000.10.22-25，第417-426页)中，提出了通过在锅炉或离心式除尘器后的气体管路中取样测量来控制焙烧炉废气中的氧含量。但是，该测量不能告知流态床的状况，因为气体管道的测量已经包括泄漏进的空气。
为了解决上述问题，发展了本发明的方法，通过调节在流态床中气体中的氧含量来稳定在焙烧细料时用的流态床。为了使例如硫化锌焙料氧化成氧化锌，理论上流态床的氧系数至少应该为1。当计算出焙烧气体的总的供氧量和与焙料供料混合物总的氧的需求相比较就得到氧系数。按照现在发展的该方法，氧系数调节到大于1，优选地至少为1.03。为了进行更精确的调节，也在流态床中测量氧量。通过调节氧系数来稳定流态床防止了生产率损失，生产率损失是在格栅上的积聚和它们造成的生产停顿而导致的。本发明的特点在所附的权利要求中清楚地说明。
按照本方法，可基于两个过程参数调节氧系数：首先使用各焙料的研究的化学和矿物学成分计算的需氧量来计算供料混合物的需氧量(Nm3O2/每吨焙料混合物)。在混合物改变时，把焙料混合物的需氧量输入过程控制设备中。要求的第二过程参数是总的需氧量，该值基于供料混合物的需氧量和被连续测量的焙料供料(t/h)计算出。在焙烧中，过程控制设备测量过程的氧系数，也就是，它比较总的供氧量与计算的总的需氧量。通过测量给格栅供入的气体量和它的含氧量来得到总的供氧量。对控制设备给予合适的极限值，和氧系数低于该极限值，该设备以指定的方式反应，例如用一个警报或一定的调节程序反应。根据具体的情况，这些种类的调节程序是通过分开改变温度、格栅空气量或富氧物的量或改变它们的组合，把氧系数调节到正确的范围。纯氧可作为富氧物与格栅气体一起供入。
如前面所述，在焙烧的现有技术的实施例中，不可能确定焙料中什么部分会在流态床中氧化，和什么部分仅仅在流态床的上方和泄漏空气的百分比是多少。因此，为了规定调节作用，也必须进行流态床中的氧含量的测量。在本发明中，可以连续地或例如仅仅当改变供料混合物时进行氧量的细调。例如测管可用作测量装置。在该测量的基础，上述的作用按要求进行以便把氧系数调节到正确的范围。特别当使用富氧物，由于纯氧较贵，应记住避免浪费的成本或过份的供氧。
下面通过实例进一步说明本发明：
实例1
一种带有闪锌矿成分的焙料与含有黄铁矿的锌焙料比较。计算焙料的需氧量表明在焙烧中闪锌矿焙料的需氧量是338Nm3/t，而含黄铁矿的焙料为378Nm3/t，换言之，含黄铁矿的焙料需氧量比闪锌矿焙料的需氧量大10％。焙料的矿物含量示于表1。
表1
| 矿物 | 闪锌矿物焙料 | 含黄铁矿焙料 |
| 重量百分比 | 重量百分比 | |
| CuFeS2 | 0.09 | 1.73 |
| FeS | 2.54 | 2.85 |
| FeS2 | 0.35 | 21.63 |
| ZnS | 91.66 | 68.11 |
| PbS | 1 | 3.11 |
| CdS | 0.24 | 0.18 |
| SiO2 | 0.94 | 0.43 |
| CaSO4 | 0.83 | 0.1 |
| CaCO3 | 1.05 | 0.5 |
| 其余 | 1.3 | 1.36 |
Claims (11)
1.一种在焙烧细粒材料时稳定流化床的方法，其特征在于计算要供入的焙烧气体中的氧量和要焙烧的材料的平均的总的需氧量，调节该比值使流态床中的氧系数大于1，和进行流态床中氧含量测量，以便调节氧系数。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于氧系数调节到至少为1.03。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于通过改变温度调节氧系数。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于通过改变焙烧空气的量调节氧系数。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于所述的焙烧气体是空气。
6.按照权利要求1的方法，其特征在于富氧空气用作焙烧气体。
7.按照权利要求1的方法，其特征在于通过改变焙烧气体的氧浓度调节氧系数。
8.按照权利要求1的方法，其特征在于在流态床中氧含量的测量是连续进行的。
9.按照权利要求1的方法，其特征在于当改变供料混合物时进行在流态床中氧含量的测量。
10.按照权利要求1的方法，其特征在于要焙烧的材料是锌焙料。
11.按照权利要求1的方法，其特征在于要焙烧的材料是含铁的硫化物焙料。
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