CN212247151U - 射流熔炼电热还原炉 - Google Patents

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CN212247151U CN202020559563.5U CN202020559563U CN212247151U CN 212247151 U CN212247151 U CN 212247151U CN 202020559563 U CN202020559563 U CN 202020559563U CN 212247151 U CN212247151 U CN 212247151U
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李东波
黎敏
邓兆磊
宋言
茹洪顺
曹珂菲
吴卫国
许良
苟海鹏
冯双杰
李兵
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Abstract

本实用新型公开了射流熔炼电热还原炉,射流熔炼电热还原炉包括射流熔炼炉和电热还原炉,所述射流熔炼炉包括物料入口、含氧气体喷枪、熔炼烟气出口和高锌渣出口;所述电热还原炉包括高锌渣入口、电极、还原剂喷枪、含锌蒸汽出口、排渣口和金属熔体出口,其中,所述高锌渣入口与所述高锌渣出口相连。由此,采用该射流熔炼电热还原炉可以实现含锌物料的短流程和低能耗处理,并且铅、铁、银、铟、锗等有价金属均得到综合回收,而且锌元素具有较高的直收率。

Description

射流熔炼电热还原炉
技术领域
本实用新型属于冶金领域,具体涉及一种射流熔炼电热还原炉。
背景技术
锌是一种广泛应用于国民经济各个方面的重要金属。锌消费主要在镀锌、锌合金、黄铜、化工等领域,其广泛应用于建筑、交通运输、机械制造和电子等行业。从市场需求看,过去10年,我国市场对锌的需求量大幅增长。为了满足国民经济建设的需要,我国每年需要大量进口锌精矿,未来我国锌精矿进口水平将达到200万吨左右,并继续增长。锌的来源在我国主要来自含锌矿物、锌浸出渣以及含锌二次物料的处理。
含锌矿物主要包括锌硫化矿、锌氧化矿和铅锌复合矿等。传统的锌冶炼工艺主要冶炼锌精矿,采用传统焙烧+湿法浸出的工艺流程,锌精矿经氧化焙烧处理后进行浸出,得到硫酸锌溶液经净液、电解沉积得到阴极锌片,经锌熔铸得到锌锭。该流程工序较多、过程复杂、投资巨大、能耗偏高,单电积工序的吨锌直流电耗就达到3000kWh。值得注意的是,该工艺流程会产生超过50%的浸出渣、铁渣等,这些渣均属于危险废物,如不处理会造成大量污染。若进行无害化处理,又会造成了大量的能源消耗。锌冶炼鼓风炉、竖罐和电炉是目前仅存的火法炼锌工艺。其中,鼓风炉、竖罐对原料成分要求较高、备料过程复杂;电炉需控制炉内气氛和温度,防止铁的大量还原,操作困难;三种火法炼锌工艺均存在能耗偏高、锌直收率较低等问题。目前,除单台鼓风炉的产能可达10万吨锌/年以上,竖罐和电炉的单系列产能仅为几千吨/年,完全无法满足现代工业化大生产的要求。
锌浸出渣是湿法炼锌过程中产生的固体废渣,成分复杂,含有锌、铅、铜、铟、银等多种有价金属。但由于这些有价金属元素含量较低,受目前的经济、技术限制,很难对其进行充分的回收利用,从而导致锌浸出渣大量堆存。而锌浸出渣属于危险废物,其处置必须严格执行《危险废物贮存污染控制标准》(GB18597-2001)的相关规定,处理处置费用昂贵,极大增加了企业负担。湿法炼锌浸出渣处理处置一直是有色冶炼过程中的一个难题,不同的工艺流程产出的渣成分各异,渣的性质不同,处理的方法也各不相同。目前,锌浸出渣综合回收的方法主要有火法和湿法两种。火法主要包括回转窑工艺、顶吹炉工艺及烟化炉工艺等,其中回转窑处理锌浸出渣,其工艺操作简单,技术比较成熟,但是存在能耗较高、银回收率低等问题;烟化炉处理浸出渣冷料存在能耗较高、床能率低,投资较高等缺点;顶吹炉处理浸出渣技术引进费用过高,建设投资大,目前仅个别企业使用该技术。湿法工艺目前尚处在实验室研究阶段,尚无法大规模应用,并且在锌浸出渣湿法(酸液或碱液)处理过程中会产生废酸或废碱液,处理最终形成的渣中会残留浸出剂(酸或碱),使渣中的脉石成分变成二次渣,不仅不能加以利用,而且会造成二次污染。
在金属锌的生产和使用过程中,会产生许多含锌二次物料。含锌二次物料属于危险废物,一方面大量占用土地,造成严重环境污染,另一方面造成极大的资源浪费。目前,含锌二次物料已成为锌生产的重要原料,全球30%的锌来源于含锌二次物料,但是,由于我国含锌二次物料利用起步较晚,再生锌供应水平较低,市场潜力巨大。含锌二次物料主要来源于以下几个行业:(1)热镀锌行业;(2)化工及化学品生产;(3)锌加工和回收行业;(4)医药行业;(5)其它行业。据国际锌协会的数据,欧洲再生锌的基本原料来源是:黄铜42%;镀锌渣27%;压铸厂品废料16%;钢铁工业钢烟灰6%;锌材料加工半成品废料6%;化学工业锌废料2%;其他1%。由于我国锌产品尚在积累和发展阶段,目前主要含锌二次物料包括钢铁工业钢烟灰、镀锌渣、锌材料加工半成品废料、化学工业锌废料等。含锌二次物料的处理方法主要有湿法和火法。湿法工艺主要包括碱浸和酸浸。其中碱浸工艺存在生产率低,浸出液和浸出渣难处理造成二次污染等问题。酸浸工艺存在设备投资大,浸出液和浸出渣难处理造成二次污染等问题。火法工艺包括回转窑烟化挥发(威尔兹法)、等离子炉熔炼、电热竖炉熔炼、垂直喷射火焰烟化等。其中回转窑烟化挥发工艺存在备料过程复杂,细烟灰需制粒干燥,能耗大,还原剂用量大,窑维修费用大,主要是耐火材料寿命短等问题。等离子炉熔炼工艺存在单系列处理规模小,电能消耗大(如以钢烟灰为例,电能消耗1400kWh/t烟灰),投资大等问题。电热竖炉熔炼工艺存在工艺流程长,投资大,电能消耗大等问题。垂直喷射火焰烟化工艺存在需建设制氧机站和空压机站,投资大等问题。因此,现有的含锌物料处理技术有待改进。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本实用新型的一个目的在于提出一种射流熔炼电热还原炉,采用该射流熔炼电热还原炉可以实现含锌物料的短流程和低能耗处理,并且铅、铁、银、铟、锗等有价金属均得到综合回收,而且锌元素具有较高的直收率。
在本实用新型的一个方面,本实用新型提出了一种射流熔炼电热还原炉。根据本实用新型的实施例,所述射流熔炼电热还原炉包括:
射流熔炼炉,所述射流熔炼炉内限定出熔炼空间,并且所述射流熔炼炉包括:
物料入口,所述物料入口设在所述射流熔炼炉顶部;
含氧气体喷枪,所述含氧气体喷枪设在所述射流熔炼炉侧壁;
熔炼烟气出口,所述熔炼烟气出口设在所述射流熔炼炉;
高锌渣出口,所述高锌渣出口设在所述射流熔炼炉;
电热还原炉,所述电热还原炉内限定出还原空间,并且所述电热还原炉包括:
高锌渣入口,所述高锌渣入口设在所述电热还原炉上,并且所述高锌渣入口与所述高锌渣出口通过保温溜槽相连;
电极,所述电极从所述电热还原炉顶部伸入到所述电热还原炉内;
还原剂喷枪,所述还原剂喷枪设在所述电热还原炉;
含锌蒸汽出口,所述含锌蒸汽出口设在所述电热还原炉;
排渣口,所述排渣口设在所述电热还原炉底部;
金属熔体出口,所述金属熔体出口设在所述还原空间底部。
根据本实用新型实施例的射流熔炼电热还原炉,通过设置射流熔炼炉和电热还原炉,并且射流熔炼炉上的高锌渣出口与电热还原炉上的高锌渣入口通过保温溜槽相连,同时在射流熔炼炉设置含氧气体喷枪,在电热还原区设置电极、还原剂喷枪和含锌蒸汽出口,将含锌物料和熔剂混合后的混合料供给至射流熔炼炉中,混合料发生熔化,得到熔炼烟气,而混合料中的SiO2参与造渣,形成的熔融高锌渣直接通过保温溜槽进入电热还原炉进行还原,降低电热还原炉内的能耗,改善了作业环境,并且可以控制电热还原炉内还原空间在较高的温度,实现锌的高效彻底还原,提高锌的直收率和回收率,并且大部分铟、锗等随锌蒸汽挥发得到富集,得到锌蒸汽浓度高的含锌蒸汽,同时可将铁、铅等还原,得到含铅铁的金属熔体,实现含锌物料的综合利用。具体的,本申请的单台射流熔炼电热还原炉的含锌物料处理能力满足1~30万吨等各种规模。
另外,根据本实用新型上述实施例的射流熔炼电热还原炉还可以具有如下附加的技术特征:
在本实用新型的一些实施例中,所述射流熔炼炉为竖式炉体。
在本实用新型的一些实施例中,上述射流熔炼电热还原炉包括多个所述含氧气体喷嘴,并且多个所述含氧气体喷嘴对称布置在所述射流熔炼炉的两侧。
在本实用新型的一些实施例中,所述还原剂喷枪设在所述电热还原炉顶部和/或侧壁。
在本实用新型的一些实施例中,上述射流熔炼电热还原炉包括多个所述电极,所述多个电极在所述电热还原炉均匀分布。由此,可以保证电热还原炉内温度均匀。
在本实用新型的一些实施例中,上述射流熔炼电热还原炉,进一步包括:碳质燃料喷枪,所述碳质燃料喷枪设在所述射流熔炼炉上。由此,可以提高射流熔炼炉内熔炼效率。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是根据本实用新型一个实施例的射流熔炼电热还原炉的纵截面结构示意图;
图2是根据本实用新型一个实施例的射流熔炼电热还原炉的射流熔炼炉的纵截面结构示意图;
图3是根据本实用新型一个实施例的射流熔炼电热还原炉的电热还原炉的纵截面结构示意图;
图4是根据本实用新型一个实施例的射流熔炼电热还原炉处理含锌物料的方法流程示意图;
图5是根据本实用新型再一个实施例的射流熔炼电热还原炉处理含锌物料的方法流程示意图;
图6是根据本实用新型又一个实施例的射流熔炼电热还原炉处理含锌物料的方法流程示意图;
图7是根据本实用新型又一个实施例的射流熔炼电热还原炉处理含锌物料的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,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,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述,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实用新型的限制。
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至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,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,除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实用新型的一个方面,本实用新型提出了一种射流熔炼电热还原炉。根据本实用新型的实施例,参考图1-3,该射流熔炼电热还原炉包括射流熔炼炉100和电热还原炉200。
根据本实用新型的实施例,参考图1-2,射流熔炼炉100内限定出熔炼空间10,并且射流熔炼炉100包括有物料入口101、含氧气体喷枪102、熔炼烟气出口103和高锌渣出口104,优选的,物料入口101设在熔炼区的顶部,含氧气体喷枪102设在熔炼区的侧壁,熔炼烟气出口103设在射流熔炼炉100的顶部和/侧壁,高锌渣出口104设在射流熔炼炉100的底部侧壁上。具体的,所述含锌物料为选自含锌矿物、锌浸出渣和含锌二次物料中的至少之一,其中,所述含锌矿物为选自硫化锌精矿、铅锌复合矿和含锌氧化矿中的至少之一,所述含锌浸出渣为湿法炼锌浸出渣,所述含锌二次物料为选自镀锌渣、钢铁行业所产钢烟灰、锌材料加工半成品废料和化学工业锌废料中的至少之一。具体的,含锌物料分为自热物料和非自热物料,其中自热物料包括含锌矿物中的硫化锌精矿和铅锌复合矿;非自热物料包括含锌矿物中的含锌氧化矿、锌浸出渣和含锌二次物料。并且熔炼情况分为以下三种:1)含锌物料全部为自热物料,在熔炼过程只需要喷入含氧气体,不需要供给碳质燃料补热;例如含锌物料为含锌矿物中的硫化锌精矿和铅锌复合矿中的至少之一,将上述含锌矿物与熔剂(硅质熔剂、钙质熔剂和铁质熔剂中的至少之一)混合后的混合料经物料入口101供给至射流熔炼炉100,同时通过含氧气体喷枪102仅向射流熔炼炉100喷吹含氧气体(含氧气体中氧气体积浓度不低于50%),使得含氧气体与含锌矿物中部分组成燃烧进行供热进行氧化熔炼(维持射流熔炼炉100内温度为不低于1150℃),混合料发生熔化,得到熔炼烟气(二氧化硫体积含量不低于10%),而混合料中的SiO2参与造渣,形成的熔融高锌渣(硫含量低于0.5wt%);2)全部为非自热物料,熔炼过程中除喷入含氧空气外,必须喷入碳质燃料进行补热,例如含锌物料为含锌氧化矿、锌浸出渣和含锌二次物料中的至少之一,将含锌氧化矿、锌浸出渣和含锌二次物料中的至少之一与熔剂(硅质熔剂、钙质熔剂和铁质熔剂中的至少之一)混合后的混合料经物料入口101供给至射流熔化炉100,同时通过含氧气体喷枪102向射流熔炼炉100喷吹含氧气体(含氧气体中氧气体积浓度不低于50%)和燃料燃烧进行氧化熔炼(维持射流熔炼炉100内温度为不低于1150℃),混合料熔化,得到熔炼烟气,而混合料中的SiO2参与造渣,形成的熔融高锌渣;3)含锌物料为自热物料和非自热物料的混合料,此时必须根据实际情况,进行热平衡计算,确定是否需要喷入碳质燃料进行补热,例如含锌物料搭配硫化锌精矿和铅锌复合矿中至少之一和含锌氧化矿、锌浸出渣和含锌二次物料中的至少之一,需要根据实际情况确认是否需要喷入碳质燃料进行补热。上述含锌矿物和/或含锌浸出渣和/或含锌二次物料形成的熔融高锌渣(高锌渣的渣型为ZnO-FeO-SiO2型、ZnO-FeO-SiO2-CaO型、ZnO-FeO-SiO2-CaO-ZnO型,含锌20~60wt%)通过高锌渣出口104排出。
进一步地,本领域技术人员可以根据实际需要对射流熔炼炉100的炉型进行选择,优选射流熔炼炉100采用竖式炉体。同时,可以根据实际需要在射流熔炼炉100上设置碳质燃料喷枪(未示出)向射流熔炼炉100喷吹碳质燃料参与燃烧为射流熔炼炉100补热,优选的碳质燃料可以是天然气、粉煤和高热值煤气中的至少之一,并且本领域技术人员可以根据实际需要对碳质燃料喷枪的具体布置位置进行选择,例如设置在射流熔炼炉100的顶部和/或侧壁,同时在射流熔炼炉100侧壁上可以设置多个含氧气体喷枪102,并且多个含氧气体喷枪102在射流熔炼炉100的侧壁上对称布置。
根据本实用新型的实施例,参考图1和3,电热还原炉200内限定出还原空间20,并且电热还原炉200包括高锌渣入口201、电极202、还原剂喷枪203、含锌蒸汽出口204、排渣口205和金属熔体出口206,高锌渣入口201与高锌渣出口104通过保温溜槽11相连。优选的,高锌渣入口201设在电热还原炉200的侧壁的底部,电极202从电热还原炉200顶部伸入到电热还原炉200内,还原剂喷枪203设在电热还原炉200的顶部和/或侧壁;含锌蒸汽出口204设在电热还原区炉200的顶部;排渣口205设在电热还原炉200底部;金属熔体出口206设在电热还原炉200的底部。具体的,电热还原炉200在电极202的加热下维持温度不低于1200℃,优选不低于1500℃,并且通过还原剂喷枪203向电热还原炉200内喷吹还原剂(焦炭、煤气和天然气中的至少之一),同时射流熔炼炉100内形成的熔融高锌渣通过保温溜槽11直接进入电热还原炉200与还原剂接触进行还原,高锌渣中大部分铟、锗等随锌蒸汽发挥得到富集得到锌蒸汽浓度高的含锌蒸汽,该含锌蒸汽从设在电热还原炉200的含锌蒸汽出口204排出后进入冷凝系统生产粗锌,同时可以控制电热还原炉内还原空间在较高的温度,实现锌的高效彻底还原,提高锌的直收率和回收率,并且将高锌渣中的铁、铅等还原得到含铁铅的金属熔体,而剩余炉渣(炉渣含锌低于0.5wt%)由位于电热还原炉200底部的排渣口205排出,水碎后外卖给建材企业生产水泥等建筑材料,而含铁铅的金属熔体从设在电热还原炉200底部的金属熔体出口206排出。需要说明的是,本申请电热还原炉200排渣口205和金属熔体出口206可以是同一个口或单独两个口,本领域技术人员可以根据实际需要进行设置,此处不再赘述。
进一步地,电热还原炉200上设有多个电极202,并且多个电极202在电热还原炉200上均匀分布。由此,可以保证电热还原炉内温度均匀。并且电热还原炉200上根据锌挥发的工艺特点,设计良好的炉体密封结构,而射流熔炼炉100和电热还原炉200各部位根据需要采用不同的冷却方式,同时,采用整体弹性骨架炉型,以保证炉体寿命。
根据本实用新型实施例的射流熔炼电热还原炉,通过设置射流熔炼炉和电热还原炉,并且射流熔炼炉上的高锌渣出口与电热还原炉上的高锌渣入口通过保温溜槽相连,同时在射流熔炼炉设置含氧气体喷枪,在电热还原区设置电极、还原剂喷枪和含锌蒸汽出口,将含锌物料和熔剂混合后的混合料供给至射流熔炼炉中,混合料发生熔化,得到熔炼烟气,而混合料中的SiO2参与造渣,形成的熔融高锌渣直接通过保温溜槽进入电热还原炉进行还原,降低电热还原炉内的能耗,改善了作业环境,并且可以控制电热还原炉内还原空间在较高的温度,实现锌的高效彻底还原,提高锌的直收率和回收率,并且大部分铟、锗等随锌蒸汽挥发得到富集,得到锌蒸汽浓度高的含锌蒸汽,同时可将铁、铅等还原,得到含铅铁的金属熔体,实现含锌物料的综合利用。
为了方便理解,下面对采用上述射流熔炼电热还原炉冶炼含锌物料的方法进行描述。根据本实用新型的实施例,参考图4,该方法包括:
S100:将含锌物料和熔剂进行混合
该步骤中,所述含锌物料为选自含锌矿物、锌浸出渣和含锌二次物料中的至少之一,其中,所述含锌矿物为选自硫化锌精矿、铅锌复合矿中和含锌氧化矿中的至少之一,所述含锌浸出渣为湿法炼锌浸出渣,湿法炼锌过程中产生的固体废渣,成分复杂,含有锌、铅、铜、铟、银等多种有价金属,所述含锌二次物料为选自镀锌渣、钢铁行业所产钢烟灰、锌材料加工半成品废料和化学工业锌废料中的至少之一,将该含锌物料与熔剂按照铁硅质量比为1.0~1.5或钙硅质量比为0.3~0.5进行混合。具体的,熔剂采用硅质熔剂、钙质熔剂和铁质熔剂中的至少之一,例如所述的硅质熔剂为石英石,所述的钙质熔剂为石灰石,所述的铁质熔剂为氧化亚铁。
S200:将步骤S100得到的混合料通过物料入口加入射流熔炼电热还原炉的射流熔炼炉,使得混合料在射流熔炼炉和电热还原炉依次进行熔炼和还原
该步骤中,含锌物料分为自热物料和非自热物料,其中自热物料包括含锌矿物中的硫化锌精矿和铅锌复合矿;非自热物料包括含锌矿物中的含锌氧化矿、锌浸出渣和含锌二次物料。并且熔炼情况分为以下三种:1)含锌物料全部为自热物料,在熔炼过程只需要喷入含氧气体,不需要供给碳质燃料补热;例如含锌物料为含锌矿物中的硫化锌精矿和铅锌复合矿中的至少之一,将上述含锌矿物与熔剂(硅质熔剂、钙质熔剂和铁质熔剂中的至少之一)混合后的混合料经物料入口101供给至射流熔炼炉100,同时通过含氧气体喷枪102仅向射流熔炼炉100喷吹含氧气体(含氧气体中氧气体积浓度不低于50%),使得含氧气体与含锌矿物中部分组成燃烧进行供热进行氧化熔炼(维持射流熔炼炉100内温度为不低于1150℃),混合料发生熔化,得到熔炼烟气(二氧化硫体积含量不低于10%),而混合料中的SiO2参与造渣,形成的熔融高锌渣(硫含量低于0.5wt%);2)全部为非自热物料,熔炼过程中除喷入含氧空气外,必须喷入碳质燃料进行补热,例如含锌物料为含锌氧化矿、锌浸出渣和含锌二次物料中的至少之一,将含锌氧化矿、锌浸出渣和含锌二次物料中的至少之一与熔剂(硅质熔剂、钙质熔剂和铁质熔剂中的至少之一)混合后的混合料经物料入口101供给至射流熔化炉100,同时通过含氧气体喷枪102向射流熔炼炉100喷吹含氧气体(含氧气体中氧气体积浓度不低于50%)和燃料燃烧进行氧化熔炼(维持射流熔炼炉100内温度为不低于1150℃),混合料熔化,得到熔炼烟气,而混合料中的SiO2参与造渣,形成的熔融高锌渣;3)含锌物料为自热物料和非自热物料的混合料,此时必须根据实际情况,进行热平衡计算,确定是否需要喷入碳质燃料进行补热,例如含锌物料搭配硫化锌精矿和铅锌复合矿中至少之一和含锌氧化矿、锌浸出渣和含锌二次物料中的至少之一,需要根据实际情况确认是否需要喷入碳质燃料进行补热。上述含锌矿物和/或含锌浸出渣和/或含锌二次物料形成的熔融高锌渣(高锌渣的渣型为ZnO-FeO-SiO2型、ZnO-FeO-SiO2-CaO型、ZnO-FeO-SiO2-CaO-ZnO型,含锌20~60wt%)通过高锌渣出口104排出。同时射流熔炼炉100内形成的熔融高锌渣通过保温溜槽11直接进入电热还原炉200与还原剂接触进行还原(维持温度不低于1200℃,优选不低于1500℃),高锌渣中大部分铟、锗等随锌蒸汽发挥得到富集得到锌蒸汽浓度高的含锌蒸汽,该含锌蒸汽从设在电热还原炉200的含锌蒸汽出口204排出后进入冷凝系统生产粗锌,同时可以控制电热还原炉内还原空间在较高的温度,实现锌的高效彻底还原,提高锌的直收率和回收率,并且将高锌渣中的铁、铅等还原得到含铁铅的金属熔体,而剩余炉渣(炉渣含锌低于0.5wt%)由位于电热还原炉200底部的排渣口205排出,水碎后外卖给建材企业生产水泥等建筑材料,而含铁铅的金属熔体从设在电热还原炉200底部的金属熔体出口206排出。
进一步地,可以根据实际需要通过设置在射流熔炼炉100上的碳质燃料喷枪向射流熔炼炉100喷吹碳质燃料参与燃烧为射流熔炼炉200补热,优选的碳质燃料可以是天然气、粉煤和高热值煤气中的至少之一。
根据本实用新型实施例的冶炼含锌物料的方法,通过将含锌物料和熔剂混合后的混合料供给至射流熔炼炉中,混合料发生熔化,得到熔炼烟气,而混合料中的SiO2参与造渣,形成的熔融高锌渣直接通过保温溜槽进入电热还原炉进行还原,降低电热还原炉内的能耗,改善了作业环境,并且可以控制电热还原炉内还原空间在较高的温度,实现锌的高效彻底还原,提高锌的直收率和回收率,并且大部分铟、锗等随锌蒸汽挥发得到富集,得到锌蒸汽浓度高的含锌蒸汽,同时可将铁、铅等还原,得到含铅铁的金属熔体,实现含锌物料的综合利用。
进一步地,参考图5,上述冶炼含锌物料的方法还包括:
S300:将熔炼烟气经余热回收和除尘后进行制酸
该步骤中,将上述射流熔炼炉100得到的熔炼烟气进行余热回收和除尘,例如余热回收可以采用余热锅炉,除尘过程采用电除尘,使得熔炼烟气余热得以回收利用,而得到的三氧化硫气体进入到制酸体系进行制酸,从而实现熔炼烟气的资源化利用。需要说明的是,该制酸过程为现有技术中的常规操作,此处不再赘述。
进一步地,参考图6,上述冶炼含锌物料的方法还包括:
S400:将含锌蒸汽进行冷凝
该步骤中,将上述电热还原炉200得到的含锌蒸汽进行冷凝,以便得到粗锌、粗铅和烟气。需要说明的是,本领域技术人员可以根据实际需要对冷凝过程的具体操作条件进行选择,只要能够实现锌和铅的分离即可,此处不再赘述。
S500:将烟气进行净化,并将煤气供给至射流熔炼炉
该步骤中,将上述冷凝后得到的烟气进行净化,得到煤气,并将该煤气供给至射流熔炼炉100作为碳质燃料使用。由此,实现烟气的资源化利用。需要说明的是,本领域技术人员可以根据实际需要对烟气净化过程的具体操作进行选择,此处不再赘述。
下面参考具体实施例,对本实用新型进行描述,需要说明的是,这些实施例仅仅是描述性的,而不以任何方式限制本实用新型。
实施例1
参考图7,将硫化锌精矿(含Zn:50%)和熔剂(FeO、SiO2和CaO)按照质量比为10:1进行混合,得到的混合料由射流熔炼炉设置的加料口直接加入,富氧空气(富氧空气中氧气浓度80%)从射流熔炼炉的侧部喷入,然后使锌精矿与富氧空气进行氧化熔炼(熔炼温度为1300℃),得到熔炼烟气(SO2含量大于20%)和高锌渣,该熔炼烟气经余热锅炉降温和电除尘器收尘后送烟气制酸,得到的高锌渣的渣型为ZnO-FeO-SiO2型、ZnO-FeO-SiO2-CaO型、ZnO-FeO-SiO2-CaO-ZnO型,上述熔融高锌渣通过保温溜槽进入电热还原炉中,同时在加热电极的加热作用及还原剂焦炭的还原作用下进行电热还原(温度为1300℃),得到含锌蒸汽、金属熔体和炉渣,含锌蒸汽中包括锌蒸气、铅蒸汽和CO,该含锌蒸汽进行冷凝得到粗锌、粗铅和煤气,而炉渣经水淬后出售。
实施例2
与实施例1的区别在于:射流熔炼炉使用的富氧空气中氧气浓度90%。
实施例3
与实施例1的区别在于:射流熔炼炉使用的纯氧进行熔炼。
实施例4
与实施例3的区别在于:电热还原炉熔炼温度1500℃。
实施例5
与实施例3的区别在于:电热还原炉熔炼温度1600℃。
实施例6
与实施例1的区别在于:硫化锌精矿改为铅锌复合矿(含Zn:28%,含Pb:22%),电热还原炉得到含锌蒸汽、金属熔体和炉渣。
实施例7
与实施例6的区别在于:射流熔炼炉使用的富氧空气中氧气浓度90%。
实施例8
与实施例6的区别在于:射流熔炼炉使用的纯氧进行熔炼。
实施例9
与实施例8的区别在于:电热还原炉熔炼温度1500℃。
实施例10
与实施例8的区别在于:电热还原炉熔炼温度1600℃。
实施例1至5中锌精矿的熔炼方法中锌元素和铁元素的回收率见表1。
表1
比较实施例1-5可知,将射流熔炼炉富氧空气中氧气浓度及电热还原炉的温度限定在本申请范围内有利于进一步提高金属锌和铁的回收率。
实施例6至10中铅锌复合矿的熔炼方法中锌元素、铅元素和铁元素的回收率见表2。
表2
根据实施例6~10可知,将射流熔炼炉富氧空气中氧气浓度及电热还原炉的温度限定在本申请范围内有利于进一步提高金属锌、铅和铁的回收率。
实施例11
参考图7,将锌浸出渣(含Zn:18%)、含锌氧化矿(含Zn:17.8%)和硅质熔剂石灰石按照质量比为5:4:1进行混合,得到的混合料由射流熔炼炉设置的加料口直接加入,富氧空气(富氧空气中氧气浓度80%)从射流熔炼炉的侧部喷入,然后使混合料与富氧空气进行氧化熔炼(熔炼温度为1300℃),得到熔炼烟气和高锌渣,射流熔炼炉得到的熔炼烟气经余热锅炉降温、电除尘器收尘后送烟气制酸,得到的高锌渣的渣型为ZnO-FeO-SiO2型、ZnO-FeO-SiO2-CaO型、ZnO-FeO-SiO2-CaO-ZnO型,上述熔融高锌渣通过保温溜槽进入电热还原炉中,同时在加热电极的加热作用及还原剂焦炭的还原作用下进行电热还原(温度为1300℃),得到含锌蒸汽、金属熔体和炉渣,含锌蒸汽中包括锌蒸气、铅蒸汽和CO,该含锌蒸汽进行冷凝得到粗锌、粗铅和煤气,而炉渣经水淬后出售。
实施例12
与实施例11的区别在于:射流熔炼炉使用的富氧空气中氧气浓度90%。
实施例13
与实施例11的区别在于:射流熔炼炉使用的纯氧进行熔炼。
实施例14
与实施例13的区别在于:电热还原炉熔炼温度1500℃。
实施例15
与实施例13的区别在于:电热还原炉熔炼温度1600℃。
实施例11~15中锌浸出渣和含锌氧化矿的熔炼方法中锌元素和铁元素的回收率见表3。
表3
根据实施例11~15可知,将射流熔炼炉富氧空气中氧气浓度及电热还原炉的温度限定在本申请范围内有利于进一步提高金属锌、铅和铁的回收率。
实施例16
参考图7,将含锌二次物料(钢烟灰,含Zn:18.5%)、硫化锌精矿(含Zn:51.3%)和造渣剂(FeO、SiO2和CaO)按照质量比为2:7:1进行混合,得到的混合料由射流熔炼炉设置的加料口直接加入,富氧空气(富氧空气中氧气浓度80%)从射流熔炼炉的侧部喷入,然后使锌精矿与富氧空气进行氧化熔炼(熔炼温度为1200℃),得到熔炼烟气和高锌渣,该熔炼烟气经余热锅炉降温和电除尘器收尘后送烟气制酸,得到的高锌渣的渣型为ZnO-FeO-SiO2型、ZnO-FeO-SiO2-CaO型、ZnO-FeO-SiO2-CaO-ZnO型,上述熔融高锌渣通过保温溜槽进入电热还原炉中,同时在加热电极的加热作用及还原剂焦炭的还原作用下进行电热还原(温度为1250℃),得到含锌蒸汽、金属熔体和炉渣,含锌蒸汽中包括锌蒸气、铅蒸汽和CO,该含锌蒸汽进行冷凝得到粗锌、粗铅和煤气,而炉渣经水淬后出售。
实施例17
与实施例16的区别在于:电热还原炉的熔炼温度为1350℃。
实施例18
与实施例16的区别在于:电热还原炉的熔炼温度为1450℃,电热还原炉内得到含锌蒸汽烟气、炉渣和含铁熔体。
实施例19
与实施例18的区别在于:电热还原炉的熔炼温度为1550℃。
实施例20
与实施例18的区别在于:电热还原炉的熔炼温度为1600℃。
实施例16~20中含锌二次物料(钢烟灰,含Zn:18.5%)、硫化锌精矿的熔炼方法中锌元素和铁元素的回收率见表4。
表4
根据实施例16~20可知,将射流熔炼炉富氧空气中氧气浓度及电热还原炉的温度限定在本申请范围内有利于进一步提高金属锌、铅和铁的回收率。
实施例21
与实施例16的区别在于:含锌二次物料改为镀锌渣(含Zn:60%),锌精矿改为含锌氧化矿(含Zn:17.5%,Pb:7.3%,Fe:7.5%),射流熔炼炉采用纯氧,熔炼温度为1400℃,电热还原炉得到含锌蒸汽、炉渣和含铅金属熔体。
实施例22
与实施例21的区别在于:电热还原炉的熔炼温度为1300℃。
实施例23
与实施例21的区别在于:电热还原炉的熔炼温度1450℃,电热还原炉内得到含锌蒸汽、炉渣、含铅铁金属熔体。
实施例24
与实施例23的区别在于:电热还原炉的熔炼温度为1550℃。
实施例25
与实施例23的区别在于:电热还原炉的熔炼温度为1650℃。
实施例21~25镀锌渣和含锌氧化矿的熔炼方法中锌元素、铅元素和铁元素的回收率见表5。
表5
根据实施例21~25可知,将射流熔炼炉富氧空气中氧气浓度及电热还原炉的温度限定在本申请范围内有利于进一步提高金属锌、铅和铁的回收率。
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实用新型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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种射流熔炼电热还原炉,其特征在于,包括:
射流熔炼炉,所述射流熔炼炉内限定出熔炼空间,并且所述射流熔炼炉包括:
物料入口,所述物料入口设在所述射流熔炼炉顶部;
含氧气体喷枪,所述含氧气体喷枪设在所述射流熔炼炉侧壁;
熔炼烟气出口,所述熔炼烟气出口设在所述射流熔炼炉;
高锌渣出口,所述高锌渣出口设在所述射流熔炼炉;
电热还原炉,所述电热还原炉内限定出还原空间,并且所述电热还原炉包括:
高锌渣入口,所述高锌渣入口设在所述电热还原炉上,并且所述高锌渣入口与所述高锌渣出口通过保温溜槽相连;
电极,所述电极从所述电热还原炉顶部伸入到所述电热还原炉内;
还原剂喷枪,所述还原剂喷枪设在所述电热还原炉;
含锌蒸汽出口,所述含锌蒸汽出口设在所述电热还原炉;
排渣口,所述排渣口设在所述电热还原炉底部;
金属熔体出口,所述金属熔体出口设在所述还原空间底部。
2.根据权利要求1所述的射流熔炼电热还原炉,其特征在于,所述射流熔炼炉为竖式炉体。
3.根据权利要求1所述的射流熔炼电热还原炉,其特征在于,包括多个所述含氧气体喷枪,并且多个所述含氧气体喷枪对称布置在所述射流熔炼炉的两侧。
4.根据权利要求1所述的射流熔炼电热还原炉,其特征在于,所述还原剂喷枪设在所述电热还原炉顶部和/或侧壁。
5.根据权利要求1所述的射流熔炼电热还原炉,其特征在于,包括多个所述电极,所述多个电极在所述电热还原炉均匀分布。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的射流熔炼电热还原炉,其特征在于,进一步包括:碳质燃料喷枪,所述碳质燃料喷枪设在所述射流熔炼炉上。
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