直接煉鉛綜合冶金裝置及冶煉工藝的製作方法
2023-06-05 08:16:16 1
專利名稱：直接煉鉛綜合冶金裝置及冶煉工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有色金屬冶煉反應裝置及其冶煉工藝，特別涉及一種節能、高效的直接煉鉛綜合冶金裝置及其冶煉工藝。
背景技術：
目前世界上已廣泛採用熔池熔煉技術來處理硫化鉛精礦，其特點是都採用了用富氧或純氧強化熔煉。由於煙氣量的減少，煙氣中的二氧化硫濃度大大提高。與傳統的冶煉方法相比，環境汙染問題得到了基本解決，鉛的清潔生產已成為現實。但這些煉爐還存在不足之處對爐料要求苛刻，氧氣吹風噴槍結構複雜，壽命較短，還原率較低，等等。在我國鉛冶煉廠大部採用底吹爐、部分採用澳斯麥特爐處理硫化鉛礦，產出的氧化鉛渣經鑄塊冷凝後用傳統的鼓風爐還原熔煉得粗鉛。這樣熔融氧化鉛渣的熱能未能利用全部損失。而高鉛渣在鼓風爐還原過程中，需用昂貴的焦炭將高鉛渣再次熔化，並用焦炭還原得到金屬鉛。同時為了回收存在鼓風爐爐渣中的氧化鋅，常用的方法將鼓風爐產出的爐渣用電熱前床存放起來，以供周期性生產的煙化爐揮發回收氧化鋅。以上方法，熱能造成的巨大浪費，及鼓風爐生產低濃度二氧化硫煙氣回收困難，已引起了鉛冶煉的生產廠家和冶金工作者的高度重視，目前，取代鼓風爐的還原方法及提高熱的利用率的方法正在積極的開發和試驗中。
發明內容
針對現有有色冶金熔煉爐的缺點，根據氧氣側吹熔池熔煉爐具有氧化、還原、煙化的功能，本發明設計一種新的熔煉爐，把其功能組合起來，形成直接煉鉛綜合冶金裝置，使其作用得到最大的發揮。本發明包括三臺熔池熔煉爐第一爐、第二爐和第三爐；三臺熔池熔煉爐由兩道連接溜槽串接在一起組成一整體；兩連接溜槽分別連接在前一臺熔池熔煉爐的出渣口和後一臺熔池熔煉爐的熔融渣加料口之間。其中，第二爐由爐缸和位於爐缸上的爐身構成；所述爐身由下部爐身和上部爐身組成一體，下部爐身由銅質水套構成；上部爐身外由鋼製水套圍成，內襯耐火材料；全爐身的水套內通有循環水路，供通入循環水強制循環冷卻。上部爐身的頂端設有排煙口，下部爐身的上方位置設有爐料加料口和熔渣加料口，在下部爐身的底部位置設有渣虹吸井，渣虹吸井上設有出渣口，爐缸底部還設有金屬虹吸出口 ；在所述的爐身的兩側壁上各安有三排送風口 一次風口、二次風口和三次風口 ；一次風口設在下部爐身下方，位於熔融區內，二次風口設在下部爐身的中部，位於鼓泡層表面之上的區域，三次風口設在上部爐身的上方或排煙口下方的位置。根據冶煉製度的不同，採用不同的富氧濃度和送風制度。本發明綜合了反應各階段的特點，在氧化熔煉時採用富氧熔煉技術，充分利用了熔煉自身的氧化反應熱，熱損失少、熱利用率高，基本達到自熱熔煉水平，產出高濃度的二氧化硫煙氣，更有利於滿足制酸的需要；在還原熔煉時，氧化熔煉產出的熔融高鉛熱渣直接流入還原爐，充分利用了熱融渣的熱量，還原劑以煤代焦，用量大幅下降，同時還可通入天燃氣或煤質氣，可加速還原速度，縮短還原時間，使渣中鉛金屬含量降至最低水平；在煙化揮發鋅時，取消了電熱前床，熱爐渣從還原爐直接流入煙化爐，使用粒狀煤作還原劑直接加入爐內，取締了粉煤系統。與其它煉鉛方法相比，本發明具有佔地面積小，投資省，熱能得到了充分利用，在生產過程中三爐均採用了富氧技術，煙氣產出量小，燃燒效率高，煙氣中有害成份含量低，更為有效地解決了環境汙染的問題。該裝置做到連續處理、綜合回收、節能減排、低耗環保。
圖1是本發明單爐結構示意圖。圖2是圖1所示單爐的右視剖面圖。圖3是本發明直接煉鉛綜合冶金裝置示意圖。圖中1.爐缸、2.下部爐身、3.熔融渣加料口、4.爐料加料口、5.上部爐身、6.備用加料口、7.排煙口、8.三次風口、9. 二次風口、10. —次風口、11.燃氣管道、12.金屬虹吸出口、13.渣虹吸井、14.出渣口、15.低爐底、16.坡形面、17.高爐底、18.爐基、19.連接溜槽、20.爐支撐架、21.支撐調節杆、22.第一爐、23.第二爐、24.第三爐。
具體實施例方式本發明直接煉鉛綜合冶金裝置，包括三臺熔池熔煉爐，其間採用兩道連接溜槽連接在一起而成。一步完成鉛精礦的氧化，還原，和鋅的煙化過程，具體實施方式
如下參見圖1-圖3，本發明直接煉鉛綜合冶金裝置由三臺熔池熔煉爐組成第一爐22、 第二爐23和第三爐M ；三臺熔池熔煉爐之間由兩道連接溜槽19串接在一起各連接溜槽 19分別連接在前一臺熔池熔煉爐的出渣口 14和後一臺熔池熔煉爐的熔融渣加料口 3之間， 使三臺熔池熔煉爐形成一整體設備。其中，第二爐23的結構為它由爐缸1和位於爐缸1上的爐身構成；整個熔池熔煉爐架設在爐基18上，由豎立地安裝在爐基18外側的爐支撐架20和支撐調節杆21支撐，並利用支撐調節杆21進行平衡調節。所述爐身由下部爐身2和上部爐身5組合而成一體；下部爐身2由銅質水套構成；上部爐身5外部由鋼製水套圍成，內襯耐火材料；全爐身水套內通有循環水路，供通入循環水強制循環冷卻。上部爐身5頂設有排煙口 7和備用加料口 6， 在下部爐身2的上方後端位置設有爐料加料口 4(即冷料及輔料加料口)和熔融渣加料口 3 (即熱料加料口)。由於兩加料口與現有熔池熔煉爐不同，不是位於爐體最頂端，與爐內的熔體距離縮短，加料時減少了煙塵飛揚，滿足了環保的要求。在下部爐身2的底部前端位置設有渣虹吸井13，在渣虹吸井13上設有出渣口 14。在爐缸1底部還設有金屬虹吸出口 12。 在所述的爐身的兩側壁上安有三個送風口 一次風口 10、二次風口 9和三次風口 8 ；一次風口 10設在下部爐身2下方，位於熔融區內，二次風口 9設在下部爐身2的中部，位於鼓泡層表面之上的區域，所述的二次風口 9中心線與水平線間形成向下傾斜的1° -60°角，三次風口 8設在上部爐身5的上方或排煙口下方的位置。各風口的數量根據還原爐的大小及處理量而不同，標準設計為，從一次風口到三次風口數量逐層遞減，即一次風口 10的數量最多，二次風口 9的數量次之，三次風口 8的數量最少。對於一般容積的還原爐，每一側的一次風口 10數量為3-30個，二次風口 9為2-15個，三次風口 8為1_10個。在下部爐身2還可安裝輸入燃氣的燃氣管道11，燃氣管道11插入在一次風口 10中。下部爐身2的爐底由高爐底17和低爐底15構成，高、低爐底由坡形面16過渡相連。爐底的這種高低形狀的設計，提供了爐缸1低處的深度，節省了高處金屬區的空間，減少了爐缸1的容積，降低金屬產出物在爐內的停留時間，加快熱交換，保持爐缸1有足夠高的溫度。節約能源並保證了爐內熔體良好的熱交換。需說明的是，第一爐22和第三爐M可以是與第二爐23相同的熔池熔煉爐，這是一種最佳組合；但也可以各與第二爐23不同，如第一爐22可以採用頂吹爐、底吹爐、或者是閃速爐；第三爐M可以採用常規的煙化爐。但第一爐22和第三爐M不論採用哪種熔池熔煉爐，三爐之間的連接方式是不變的，均是兩連接溜槽分別連接在前一臺爐的出渣口和後一臺爐的熔融渣加料口之間使之聯接成為一整體設備。本發明的冶煉工藝為以三臺熔池熔煉爐串聯，其間採用兩道連接溜槽連接在一起而成。一步完成鉛精礦的氧化熔煉，還原熔煉，和鋅的煙化過程。下面先用三臺相同結構的熔池熔煉爐(即都與上述的第二爐23結構相同)為最佳實施例來說明本發明的冶煉工藝參見圖1-圖3，首先，鉛精礦、含鉛爐料從第一爐(即第一爐22)冷料加料口 4加入，落入熔池，氧化熔煉在1200-1400K下溫度下進行。在一次風口 10鼓入富氧空氣(其富氧體積濃度可為80-99%，風口風壓0. 8-1. 5Mpa，風口風速180-250m/s)的作用下，氣體對熔渣進行激烈的攪拌，爐料被迅速捲入熔渣中熔化，並發生下列主要化學反應PbS+3/202
=Pb0+S02......(l)PbS+2Pb0 = 3Pb+S02......(2)，同時在氣體對熔渣強列攪拌的作用
下，熔渣在一次風口 10以上形成一鼓泡層，反應產生的鉛滴相互碰撞，長大，迅速下沉進入一次風口 10以下的相對安靜區，在這裡進行渣鉛分層，而後從各自的虹吸道排出熔鉛從金屬虹吸出口 12排出，熔渣通過渣虹吸井13從出渣口 14排出。為了創造使反應(2)進行的有利條件，必須提高PbO在渣中的活度，即必須提高它在熔體在的濃度。因此，氧化熔煉階段可得到不超過總鉛量60%的金屬鉛，還必然要得到含鉛較高的爐渣。反應生成的可燃氣體上升與爐料帶入沒有落入熔池已高溫升華的元素硫，進入再燃燒區與二次風口 9鼓入的空氣相遇發生氧化反應，氧化產生的熱量部分返回熔池。從三次風口 8送入過量的空氣或富氧空氣的作用是將爐氣內剩餘的CO、元素硫等有害物質充分燃燒，過量的空氣或富氧空氣的鼓入量控制在煙氣含氧量佔煙氣總量的3-5% (體積)。三次風從設置在上部爐身5的三次風口 8送入爐內。再燃燒後煙氣進入上升煙道從排煙口 7 排出。為了得到含鉛低的爐渣，第二爐23進行還原熔煉，還原熔煉在較高溫度 (1473-1523K)下進行，此時從第一爐22產出的熔融富鉛渣經出渣口 14流出，經連接溜槽 19從第二爐23的熔融渣加料口 3加入，同時從第二爐23的加料口 4加入的還有還原煤和造渣熔劑石灰石，還原煤、石灰石的加入量分別為熔體重量的5-10%和3-5%。富氧空氣從第二爐23的一次風口 10鼓入高溫熔融的渣層內，保證了煤燃燒及爐內化學反應fb0+C0 = Pb+C02，鼓入熔融渣層的富氧空氣，對熔渣強列攪拌，此時被還原的細小金屬鉛粒相互碰撞而迅速長大，形成大的顆粒下沉，進入爐缸1與渣分離，而後從各自的虹吸道排出熔鉛從金屬虹吸出口 12排出，熔渣通過渣虹吸井13從出渣口 14排出。根據需要，在第二爐23的一次風口 10中還可插入燃氣管道11，燃氣管道11中送入的燃氣可為煤質氣或天燃氣等氣體，在使用時與富氧空氣混合通過一次風口 10同時通入熔池中，可有效的對熔體進行快速升溫。還可利用氣態還原劑配合固態還原劑，加快高鉛渣的還原速度。燃氣管根據需要可快速的安裝和撤除。此時，從設立在爐身2的二次風口 9 向爐內送入二次風(空氣或富氧空氣)，使二次風燃燒CO同時，與飛濺的熔渣滴(噴沫)充分接觸，將噴沫加熱，使從熔體內溢出的CO燃燒，而使在爐內鼓泡、向上噴濺的熔渣被加熱回落爐內，保證最有效的加熱被氣體帶出的爐渣噴沫作為熱的載體，將二次燃燒(從熔體出來的CO等可燃物質在熔體上空間燃燒)產生的熱量重新返回熔池，有效的降低了能耗， 節省還原熔煉的燃料。為了保持爐內的還原氣氛，從二次風口 9的送風使爐內的CO沒有完全燃燒，還保留了 10-15%的體積含量，三次風口 8送入的空氣或富氧空氣的作用是將爐氣內剩餘的CO等有害物質充分燃燒。三次風從設置在上部爐身5的三次風口 8送入爐內。為回收爐渣內的鋅及其它有價金屬，充分利用爐渣的熱量，在第二爐23的後面設置了第三爐(即第三爐對)。煙化揮發鋅在1473-1571溫度下進行。此時從第二爐23產出的爐渣經其出渣口 14流出，經連接溜槽19從第三爐M的熔融渣加料口 3加入，富氧空氣從第三爐M的一次風口 10鼓入高溫熔融的渣層內，對熔渣進行強烈的攪拌，並與從加料口 4加入的還原煤充分接觸，還原煤加入量為熔體重量的5-10%。在強還原氣氛下，爐渣中氧化鋅被還原成金屬鋅並煙化成鋅蒸氣離開熔體，在煙道中被重新氧化成氧化鋅，經冷凝從冷卻煙道和袋式收塵器得到回收。從設置在第三爐M爐身上的二次風口 9送入的二次風使從熔體內溢出的CO燃燒，達到與第二爐二次送風同樣的目的。三次風口 8的作用也與在第三爐M內三次送風相同。第三爐M產出的爐渣從出渣口 14排出，水淬後作其它用途。在實際生產工藝中，可以有幾種不同的生產設備結構一、第一爐採用現有的頂吹爐或底吹爐、第三爐採用與第二爐相同的熔池熔煉爐；二、第一爐採用與第二爐相同的熔池熔煉爐、第三爐採用常規的煙化爐；或者三、第一爐採用現有的頂吹爐或底吹爐、第三爐採用常規的煙化爐。現以第一爐22、第三爐M各與第二爐23不同為例說明其冶煉工藝以第一爐採用現有的頂吹爐或底吹爐、第三爐採用常規的煙化爐為例，其工藝為 含鉛爐料從第一爐冷料加料口加入，經與現有頂吹爐或底吹爐相同工藝的冶煉後，熔鉛從金屬出料口排出。熔融富鉛渣從出渣口流出，經連接溜槽從第二爐的熔融渣加料口加入，在第二爐中經與上述實施例的第二爐相同的工藝過程冶煉，從第二爐產出的爐渣經其出渣口流出，經連接溜槽從第三爐的熔融渣加料口加入，經與現有煙化爐相同工藝的冶煉後，爐渣中氧化鋅被還原成金屬鋅並煙化成鋅蒸氣離開熔體，在煙道中被重新氧化成氧化鋅，經冷凝從冷卻煙道和袋式收塵器得到回收，爐渣從出渣口排出。
權利要求
1.一種直接煉鉛綜合冶金裝置，其特徵在於它包括三臺熔池熔煉爐第一爐、第二爐和第三爐；三臺熔池熔煉爐之間由兩道連接溜槽串接在一起組成一整體，各連接溜槽分別連接在前一臺熔池熔煉爐的出渣口和後一臺熔池熔煉爐的熔融渣加料口之間。
2.根據權利要求1所述的冶金裝置，其特徵在於所述第二爐由爐缸和位於爐缸上的爐身構成；所述爐身由下部爐身和上部爐身組成一體；所述下部爐身由銅質水套構成；上部爐身外由鋼製水套圍成，內襯耐火材料；全爐身的水套內通有循環水路，供通入循環水強制循環冷卻；上部爐身的頂端設有排煙口和備用加料口，在下部爐身的上方位置設有爐料加料口和熔渣加料口，在下部爐身的底部位置設有渣虹吸井，在渣虹吸井上設有出渣口，爐缸底部還設有金屬虹吸出口 ；在所述的爐身的兩側壁上各安有三排送風口 一次風口、二次風口和三次風口 ；一次風口設在下部爐身下方，位於熔融區內，二次風口設在下部爐身的中部，位於鼓泡層表面之上的區域，三次風口設在上部爐身的上方或排煙口下方的位置。
3.根據權利要求2所述的冶金裝置，其特徵在於在下部爐身還安裝輸入燃氣的燃氣管道，燃氣管道插入在一次風口中；二次風口中心線與水平線間形成向下傾斜的1° -60°
4.根據權利要求2、3所述的冶金裝置，其特徵在於下部爐身的爐底由高爐底和低爐底構成，高、低爐底由坡形面過渡相連。
5.根據權利要求2、3、4所述的冶金裝置，其特徵在於第一爐和第三爐是與第二爐相同的熔池熔煉爐。
6.根據權利要求2、3、4、5所述的冶金裝置，其特徵在於所述第一爐採用現有的頂吹爐或底吹爐、第三爐採用與第二爐相同的熔池熔煉爐；或者第一爐採用與第二爐相同的熔池熔煉爐、第三爐採用常規的煙化爐；或者第一爐採用現有的頂吹爐或底吹爐、第三爐採用常規的煙化爐。
7.一種採用權利要求5所述冶金裝置的直接煉鉛冶煉工藝，其步驟是鉛精礦、含鉛爐料從第一爐冷料加料口加入，落入熔池，在一次風口鼓入富氧空氣的作用下，氣體對熔渣進行激烈的攪拌，其中富氧體積濃度可為80-99% ；爐渣被迅速捲入熔池熔渣中熔化，並發生氧化、還原反應，同時鼓入的，在一次風口以上形成一鼓泡層，反應產生的鉛滴相互碰撞，長大，下沉進入一次風口以下的相對安靜區，在這裡進行渣鉛分層而後從各自的虹吸道排出熔鉛從金屬虹吸出口排出，熔渣通過渣虹吸井從出渣口排出；反應後從熔體內溢出的氣體上升與爐料帶入沒有落入熔池已高溫升華的元素硫進入再燃燒區與二次風口鼓入的空氣相遇發生氧化反應，氧化產生的熱量部分返回熔池，再燃燒後煙氣進入上升煙道從排煙口排出；三次風口送入過量空氣或富氧空氣的作用是將爐氣內剩餘的 CO、S等有害物質充分燃燒。三次風從設置在上部爐身的三次風口送入爐內；從第一爐產出的熔融富鉛渣經出渣口流出，經連接溜槽從第二爐的熔融渣加料口加入，同時從第二爐的加料口加入的還有還原煤和熔劑石灰石，還原煤、熔劑的加入量分別為熔體重量的5-10%和3-5% ；富氧空氣從第二爐的一次風口鼓入高溫熔融的渣層內，保證了煤燃燒及爐內化學反應；鼓入熔融渣層的富氧空氣，對熔渣強列攪拌，此時被還原的細小金屬鉛粒相互碰撞而迅速長大，形成大的顆粒下沉，進入爐缸與渣分離；此時，從設立在爐身的二次風口向爐內送入二次風，使二次風燃燒CO同時，與飛濺的熔渣滴充分接觸，將噴沫加熱，使從熔體內溢出的CO燃燒，而使在爐內鼓泡、向上噴濺的熔渣被加熱回落爐內，保證最有效的加熱被氣體帶出的爐渣噴沫作為熱的載體，將二次燃燒產生的熱量重新返回熔池，有效的降低了能耗，節省還原熔煉的燃料；為了保持爐內的還原氣氛，從二次風口的送風使爐內的CO沒有完全燃燒，還保留了 10-15%的體積含量，三次風口送入的空氣或富氧空氣的作用是將爐氣內剩餘的CO等有害物質充分燃燒，三次風從設置在爐身的三次風口送入爐內；第二爐產出的爐渣經第二爐的出渣口流出，經連接溜槽從第三爐的熔融渣加料口加入，富氧空氣從第三爐的一次風口鼓入高溫熔融的渣層內，對熔渣進行強烈的攪拌，並與從第三爐的加料口加入的還原煤充分接觸，加入量為熔體重量的5-10%。在強還原氣氛下，爐渣中氧化鋅被還原成金屬鋅並煙化成鋅蒸氣離開熔體，在煙道中被重新氧化成氧化鋅，經冷凝從冷卻煙道和袋式收塵器得到回收；從二次風口送入的二次風使從熔體內溢出的CO 燃燒，達到與第二爐二次送風同樣的目的；三次風口的作用也與在第二爐內三次送風相同； 根據需要，在第二爐的一次風口中插入的燃氣管道中送入的燃氣可為煤質氣或天燃氣等氣體，在使用時與富氧空氣混合通過一次風口同時通入熔池中，可有效的對熔體進行快速升溫；第三爐產出的爐渣從出渣口排出。
8.一種採用權利要求6所述冶金裝置的直接煉鉛冶煉工藝，其步驟是當第一爐採用現有的頂吹爐或底吹爐，第三爐採用與第二爐相同的熔池熔煉爐時，鉛精礦、含鉛爐料從第一爐冷料加料口加入，落入熔池後，經與現有頂吹爐或底吹爐相同工藝的冶煉後，熔鉛從金屬出料口排出，熔融富鉛渣從出渣口流出，經連接溜槽從第二爐的熔融渣加料口加入，在第二爐中經與權利要求7的第二爐相同的工藝過程冶煉，從第二爐產出的爐渣經其出渣口流出，經連接溜槽從第三爐的熔融渣加料口加入，經與權利要求7的第三爐相同的工藝過程， 最後完成冶煉工序。
9.一種採用權利要求6所述冶金裝置的直接煉鉛冶煉工藝，其步驟是當第一爐採用與第二爐相同的熔池熔煉爐，第三爐採用常規的煙化爐時，第一爐與第二爐中的冶煉工序與權利要求7中相同，從第二爐產出的爐渣經其出渣口流出，經連接溜槽從第三爐的熔融渣加料口加入，經與常規的煙化爐相同的工序冶煉，最後完成冶煉工序。
10.一種採用權利要求6所述冶金裝置的直接煉鉛冶煉工藝，其步驟是當第一爐採用現有的頂吹爐或底吹爐，第三爐採用常規的煙化爐時，鉛精礦、含鉛爐料從第一爐冷料加料口加入，落入熔池後，經與現有頂吹爐或底吹爐相同工藝的冶煉後，熔鉛從金屬出料口排出，熔融富鉛渣從出渣口流出，經連接溜槽從第二爐的熔融渣加料口加入，在第二爐中經與權利要求7的第二爐相同的工藝過程冶煉，從第二爐產出的爐渣經其出渣口流出，經連接溜槽從第三爐的熔融渣加料口加入，經與常規的煙化爐相同的工序冶煉，最後完成冶煉工序。
全文摘要
本發明涉及一種節能、高效的直接煉鉛綜合冶金裝置。它由三臺熔池熔煉爐串聯組成第一爐、第二爐和第三爐；所述第二爐由爐缸和位於爐缸上的爐身構成。其上部爐身頂部設有排煙口和備用加料口；在下部爐身的上方位置設有爐料加料口和熔渣加料口；在下部爐身的底部位置設有渣虹吸井。爐身安有三排送風口。爐缸底部設有金屬虹吸出口。本發明熱損失少、熱利用率高，產出高濃度的二氧化硫煙氣，更有利於滿足制酸的需要；氧化熔煉產出的熔融高鉛熱渣直接流入還原爐，充分利用了熱融渣的熱量。本發明佔地面積小，投資省，熱損失少、熱利用率高，熱能得到了充分利用，大量節約了能耗，煙氣產出量小，煙氣中有害成份含量低，更為有效地解決了環境汙染的問題。
文檔編號C22B13/00GK102374781SQ20101025514
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月17日 優先權日2010年8月17日
發明者盧一明, 唐成河, 唐海河, 唐紅軍, 賓萬達, 李元香, 李小兵, 杜天貞, 藺公敏 申請人:安陽市豫北金鉛有限責任公司, 新鄉縣中聯金鉛有限公司, 濟源市萬洋冶煉(集團)有限公司