CN213388843U - 含锗煤灰挥发富集锗的装置 - Google Patents

Abstract

一种含锗煤灰挥发富集锗的装置，采用多膛炉进行挥发富集锗，多膛炉包括：炉体，炉体内沿竖向分隔成多层炉膛，炉体顶部设有进料孔，炉体底部设有排料口，多个膛炉内部设有燃烧器，每层炉膛均设有烟气出口，各烟气出口连通至收尘系统，燃气燃烧使从进料口进入的锗煤灰球团颗粒在炉膛内发生还原反应，高价锗氧化物还原为低价锗氧化物从烟气出口进入收尘系统；靶动机构，包括沿中心穿透炉体的空心中心轴，以及在中心轴上对应每个炉膛延伸出的靶臂；第一鼓风机，与中心轴下端连通，第一鼓风机从中心轴下端鼓入的冷空气对中心轴及靶臂冷却后从中心轴上端排出。本实用新型无需添加碳酸钙、铁红来调配渣型，不会带来额外固体废弃物，冶炼能耗利用系数高。

Description

含锗煤灰挥发富集锗的装置

技术领域

本实用新型涉及冶金技术领域，具体地说，涉及含锗煤灰挥发富集锗的装置。

背景技术

锗是一种重要的稀有稀散金属，是除硅以外的最重要的半导体材料。锗系列产品广泛应用于半导体工业、航空航天、光纤通讯、化学催化剂、红外光学、太阳能电池等领域。目前锗的来源主要有：

(1)含锗褐煤燃烧发电得到的锗煤灰；(2)重金属冶炼过程中得到的副产物，如含锗的铅锌矿、铁矿、铜矿的冶炼过程的副产物；(3)锗的加工及使用过程产生的肥料等等。

含锗煤灰大多采用氯化蒸馏工艺提取四氯化锗。由于锗煤灰的品位低，需要消耗大量的盐酸，尾气吸收也需要消耗大量的石灰等辅料，进而产生大量的废水废渣。中国专利CN105907979公布了一种采用电炉冶炼工艺。锗煤灰与粉煤、石灰混合造粒，然后置于电炉内，控制炉内还原气氛，温度1200～1500℃，还原发挥2～18h，收尘得到锗富集料。得到的锗富集料再经氯化蒸馏工艺提取四氯化锗，可显著减少盐酸、石灰等的消耗量和废水废渣的产生量。

然而电炉冶炼锗煤灰还原挥发回收率高。而且电炉冶炼工艺为静态熔池熔炼还原挥发工艺，冶炼时间长(2～18h)，温度高(1200～1500℃)，能耗高。现有电炉熔池熔炼技术的反应温度高(1200～1500℃)、能耗高，且由于需要调配渣型需要加入大量的碳酸钙、铁红等，熔炼完后会得到大量熔炼渣固体废弃物。

截至目前，针对以上问题，暂未有较好的解决方案。

实用新型内容

针对上述工艺的缺点，本实用新型提出一种含锗煤灰挥发富集锗的装置，采用多膛炉进行挥发富集锗，所述多膛炉包括：

炉体，为直立筒状结构，炉体内部沿竖向分隔成多层炉膛，在炉体的顶部设置有供锗煤灰与粉煤制粒成的锗煤灰球团颗粒进入炉膛的进料孔，在炉体的底部设置有排料口，多个膛炉内部设置有燃烧器，且燃烧器均与燃气入口相连通，每层炉膛均设有烟气出口，各烟气出口汇合连通至收尘系统，

燃气燃烧使得从进料口进入的锗煤灰球团颗粒在炉膛内发生还原反应，使得高价不易挥发的锗氧化物还原为低价易挥发的锗氧化物从每层炉膛的烟气出口进入收尘系统；

靶动机构，包括在炉体内沿中心穿透整个炉体的空心的可转动的中心轴，以及在中心轴上对应每个炉膛延伸出的靶臂；

第一鼓风机，第一鼓风机通过管路与中心轴下端连通，第一鼓风机从中心轴下端向中心轴内鼓入的冷空气对中心轴及靶臂冷却后转变为热风从中心轴上端排出。

优选地，收尘系统包括表面冷却器和布袋收尘器，低价易挥发的锗氧化物经过表面冷却器降温后由布袋收尘器收集并再次被氧化为高价锗烟尘。

优选地，炉体采用钢制炉壳并内衬150mm～250mm的耐火砖。

优选地，还设置有第二鼓风机，从中心轴上端排出的热风通过第二鼓风机、热风回用管道鼓入燃烧器，并且，在所述热风回用管道上还设置有调整热风回用风量的阀门。

本实用新型首次提出采用多膛炉挥发富集锗，相比现有电炉冶炼工艺，本发明工艺无需添加大量的碳酸钙、铁红来调配渣型，不会带来额外固体废弃物，冶炼能耗利用系数高；传统多膛炉的烟气出口在多膛炉顶部，不利于低层炉膛的含锗烟气挥发，本实用新型提出在每层炉膛侧部收集烟气并通过管道汇集，能够有利于含锗烟气的挥发和收集。另外，传统多膛炉的中心轴冷却风经热交换后得到热风外排，造成了能源的极大浪费，本实用新型提出中心轴出口热风回用，供给天然气燃烧，能大大提高热量利用率。

而且，采用多膛炉挥发富集锗，锗煤灰球团颗粒在多膛炉内逐层通过，在炉床上不断翻动，为动态挥发工艺，炉内还原气氛均匀，锗挥发的动力学条件良好，炉料在炉膛内短时间停留即可实现锗的还原和挥发，能最大限度提高锗的挥发率，锗挥发率可达99％以上。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本实用新型的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示本实用新型实施例的含锗煤灰挥发富集锗的装置的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本实用新型所述的含锗煤灰挥发富集锗的装置的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

含锗煤灰挥发富集锗的装置采用多膛炉，如图1所示，多膛炉包括炉体1、第一鼓风机2、第二鼓风机3，炉体1为直立圆筒状结构。炉体1可以采用钢制炉壳并内衬150～250mm耐火砖。炉体1内部沿竖向分隔成多层炉膛，可以设置为7～12层，每层均设有烟气出口。在炉体1的顶部设置有进料孔11，在炉体1的底部设置有排料口12。还设置有靶动机构，靶动机构包括炉体1上的中心轴13和每层炉膛的靶臂14。具体说，在炉体1内沿中心设置有穿透整个炉体1的中心轴13，在中心轴13上沿径向对应每个炉膛都延伸出用于拨动物料的靶臂14。中心轴13采用双层夹套式结构，冷却风由配套内层通入，外层排出。多个膛炉内部有多个燃烧器，各燃烧器与燃气入口一一对应设置，且燃烧器与对应的燃气入口相连通，以天然气燃烧得到的气氛供给炉膛热量并调节炉内温度，精确控制多膛炉各层温度，各炉膛温度范围是500～1000℃。

在中心轴13的下端连通有第一鼓风机2，第一鼓风机2通过管路与中心轴下端连通，由第一鼓风机2向中心轴13内鼓入冷空气，冷却中心轴13及靶臂14，冷风经过中心轴后转变为200℃左右的热风排出。优选地，热风可通过第二鼓风机3、热风回用管道鼓入燃烧器，热风回用管道设有阀门，可手动调整热风回用风量。多膛炉每层炉膛均设有烟气出口，且各烟气出口汇合连通至收尘系统15，能够有效收集含锗高温烟气。

其生产过程是，锗煤灰与粉煤制粒后的球团颗粒作为物料均匀给料到多膛炉的第一层炉膛，通过中心轴13带动靶臂14和靶臂上的靶齿搅动物料，使物料在单数层由炉体中部下落，双数层由炉床外侧的下料口下落，锗煤灰球团由底部的排料口12排出。控制锗煤灰球团颗粒加料速度，使每层炉膛料层厚度在1～500mm。控制中心轴13及靶臂14的搅动速度，使锗煤灰球团颗粒在炉膛停留时间约1～5h。锗煤灰球团颗粒在炉膛温度和弱还原气氛条件下发生还原反应，高价不易挥发的锗氧化物还原为低价易挥发的锗氧化物，还原反应的化学式如下：

2CH4(g)+3O2(g)＝2CO(g)+4H2O(g)(还原挥发段)

GeO₂+C(s)＝GeO(g)+CO(g)(还原挥发段)

GeO₂+CO(g)＝GeO(g)+CO₂(g)(还原挥发段)

低价易挥发的锗氧化物进而挥发从每层的烟气出口进入收尘系统15。收尘系统15包括表面冷却器和布袋收尘器。高温烟尘经过表面冷却器降温后由布袋收尘器收集得到高品位锗烟尘，在冷却收尘过程中低价锗再次被氧化为高价锗氧化物，其化学反应如下：

2GeO(g)+O₂(g)＝2GeO₂(s)(收尘段)。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种含锗煤灰挥发富集锗的装置，其特征在于，采用多膛炉进行挥发富集锗，所述多膛炉包括：

炉体，为直立筒状结构，炉体内部沿竖向分隔成多层炉膛，在炉体的顶部设置有供锗煤灰与粉煤制粒成的锗煤灰球团颗粒进入炉膛的进料孔，在炉体的底部设置有排料口，多个膛炉内部设置有燃烧器，且燃烧器均与燃气入口相连通，每层炉膛均设有烟气出口，各烟气出口汇合连通至收尘系统，燃气燃烧使得从进料口进入的锗煤灰球团颗粒在炉膛内发生还原反应，使得高价不易挥发的锗氧化物还原为低价易挥发的锗氧化物从每层炉膛的烟气出口进入收尘系统；

靶动机构，包括在炉体内沿中心穿透整个炉体的空心的可转动的中心轴，以及在中心轴上对应每个炉膛延伸出的靶臂；

第一鼓风机，第一鼓风机与中心轴下端连通，第一鼓风机从中心轴下端向中心轴内鼓入的冷空气对中心轴及靶臂冷却后转变为热风从中心轴上端排出。

2.根据权利要求1所述的含锗煤灰挥发富集锗的装置，其特征在于，

收尘系统包括表面冷却器和布袋收尘器，低价易挥发的锗氧化物经过表面冷却器降温后由布袋收尘器收集并再次被氧化为高价锗烟尘。

3.根据权利要求1所述的含锗煤灰挥发富集锗的装置，其特征在于，

炉体采用钢制炉壳并内衬150mm～250mm的耐火砖。

4.根据权利要求1所述的含锗煤灰挥发富集锗的装置，其特征在于，

还设置有第二鼓风机，从中心轴上端排出的热风通过第二鼓风机、热风回用管道鼓入燃烧器，并且，在所述热风回用管道上还设置有调整热风回用风量的阀门。

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