CN110106363B - 一种模块化连续烟化生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续烟化生产工艺，包括：由一台或多台功能熔池组成连续烟化炉，用于烟化生产的工艺，功能熔池结构近似，其渣线深度超过1.0米的熔池，潜渣烧嘴沿功能熔池侧壁四周布置，且喷口在渣线以下，熔融态或冷态含有价金属冶金物料被直接加入，或者被预处理后再被加入功能熔池，通过潜渣烧嘴的燃烧与强烈搅动作用，控制熔池内的气氛和冶金化学反应过程，物料在烟化炉内被加热、熔化、硫化、氧化、还原、烟化处理，使有价金属随烟气带出熔体形成烟尘，进入余热回收与收尘系统，余热锅炉回收余热，通过收尘实现物料中多种有价金属的富集与回收。本发明提高了生产效率和改善了生产环境，并降低了劳动强度，经济效益非常显著。
Description
技术领域
本发明属于有色金属冶炼领域，涉及一种连续烟化生产工艺。
背景技术
烟化炉烟化法处理含铅、锌、锡、锑、铟、锗等等多种有价金属的物料，是在烟化炉中通过燃料的燃烧产生高温，熔化含有价金属的物料，在不同氧化性或还原性气氛下，使有价金属以蒸气、氧化物或硫化物等不同形态从物料中逸出，最后在收尘系统以烟尘形式收集，从而实现有价金属的富集和回收的生产工艺。烟化炉烟化法是一项比较成熟的工艺，经济效益和环保效益非常明显，工业上获得了广泛的应用。传统的烟化炉是周期性间歇操作，加料-升温熔化-吹炼烟化-排渣为一个周期，这样导致生产周期长，工人劳动强度大，吹炼终点难判断，金属回收率不是很高，而且有影响余热锅炉稳定运行、烧嘴和炉体寿命短等等一系列问题，促使人们对烟化法作更大的革新，以达到提高效率和增强设备适应性的目的。如何将烟化操作从间断式作业变为连续作业并取得经济上的效益，是一个很有吸引力的课题。
连续烟化是指熔融热态物料或固态冷物料连续地加入烟化炉中，在炉内稳定的工况条件下进行吹炼烟化，经烟化贫化后的熔融废渣从炉中连续流出，收尘系统回收有价金属烟尘的一种烟化工艺。从1960年代开始，俄罗斯、保加利亚、德国、加拿大等国家，我国的云南驰宏锌锗、江西铜业(CN201420172572.3)、昆明冶金院(CN92101870.3)、长沙有色院(CN201410017026.7)、中国恩菲(CN201420191744.1)等有关研究机构和冶炼企业就通过水利模型、半工业实验对铅、锌、锡的生产熔渣进行连续烟化研究，不断探索，取得了丰富的连续烟化研究成果，为了节能还采用了富氧吹炼方式(CN201120306030.7)。但这些连续烟化工艺大多采用隧道式结构的烟化炉，由于能耗高、成本高等诸多问题导致在技术上和经济上还未取得成功。
目前上述连续烟化工艺存在的主要问题体现在：1)在与间歇作业生产率相同的情况下，弃渣含金属远远达不到通常要求的水平；2)不能在原料变化时保持稳定的操作效果；3)为了防止液渣回流需设置隔墙，在保证相同生产率的情况下，烟化炉风口区断面积需扩大到间歇作业烟化炉的3-4倍，增加了建设和维修的费用；4)从实际操作的角度来看，当处理量不是足够大时，连续进料和排放时单位时间的渣流量太小，溜槽不便照应。由于这些形式的连续烟化工艺未能表现出足够的优越性，故目前仍停留在半工业试验的阶段。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化连续烟化工艺，通过一台或几台功能熔池串、并联的组合方式，实现含有价金属物料的连续加入、连续升温、连续烟化和连续排出的烟化生产工艺。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种模块化连续烟化生产工艺，包括：
由一台或多台功能熔池组合成连续烟化炉，用于烟化生产的工艺，功能熔池结构近似，其渣线深度超过1.0米的熔池，潜渣烧嘴沿功能熔池侧壁四周布置，且喷口在渣线以下；
熔融态或冷态含有价金属冶金物料被直接加入功能熔池，或者被预处理后再被加入功能熔池，通过潜渣烧嘴的燃烧与强烈搅动作用，控制熔池内的气氛和冶金化学反应过程，物料在烟化炉内被加热、熔化、硫化、氧化、还原、烟化处理，使有价金属随烟气带出熔体形成烟尘，进入余热回收与收尘系统；
余热锅炉回收余热，通过收尘实现物料中多种有价金属的富集与回收，以此实现冶金物料的连续烟化的生产工艺。
在一个具体实施方式中，所述潜渣烧嘴使用气体燃料、煤粉或焦粉作为燃料和还原剂，空气或富氧空气作为助燃剂和氧化剂。通过烧嘴的燃烧与强烈搅动作用，实现对物料的加热、熔化、硫化、还原、烟化等过程。
在一个具体实施方式中，所述功能熔池是实现加热、熔化、硫化、氧化、还原、烟化各种功能的熔池，熔池采用圆形、椭圆形、多边形和圆角多边形的截面结构，渣线深度超过1米；一台功能熔池可单独使用完成某一种功能，也可同时完成某几种功能，多台功能熔池可通过串、并联方式组合使用，实现物料中多种有价金属的连续烟化生产工艺。
在一个具体实施方式中，所述功能熔池之间的组合是通过溜槽连接实现的，熔体从一个功能熔池沿溜槽流入下一个功能熔池。
在一个具体实施方式中，所述连续烟化工艺可与预处理工序联合使用。
在一个具体实施方式中，冶金物料在电炉内加热沉清分离后再加入功能熔池。
在一个具体实施方式中，冷态粉状物料经过制粒后再加入功能熔池。
在一个具体实施方式中，所述连续烟化工艺可与烟气和弃渣后处理工序联合使用。
在一个具体实施方式中，烟气在余热锅炉中回收余热，在收尘系统中回收烟尘，在脱硫系统中完成烟气脱硫；在冲渣系统完成渣制粒。
与现有烟化工艺相比，本发明在实现了连续烟化生产的同时，可获得令人满意的金属回收率，具有常规烟化炉无可比拟的技术与经济优势：
a、冶金反应强度提高，生产效率提高。没有进料和出料等待时间，而进料和出料时间在常规间断式烟化炉操作中占到了一个生产操作周期的10～30％左右，而且环境恶劣，劳动强度大；该工艺实现烟化生产连续化的同时，大幅度提高了生产效率，改善了生产环境，并且降低了劳动强度。
b、燃料适应性强。可使用廉价煤制气，高炉煤气，转炉煤气，焦炉煤气，天然气，煤粉，焦粉等等多种燃料；煤气和空气燃烧反应迅速，比煤粉的燃烧快得多，可使炉渣和冷料快速升温，大幅度减少了加热和熔化时间，而且热效率高，大大提高了烟化炉的可操控性和经济性。
c、冶金原料适应性强。不同种类金属，以及不同金属化合物形态的烟化反应难易程度不同，冶金反应要求的气氛也不同，冶金原料来源不同，冶金原料的理化性状不同，但是通过功能熔池的合理组合，可以针对性地选择最合适的流程，实现高效经济地烟化生产。
d、圆形、椭圆形、多边形和圆角多边形等截面结构的深度熔池容易实现挂渣，大幅度延长了炉体使用寿命；熔体的强烈搅动与无死区流动方式，延长了熔渣停留时间，使有价金属烟化过程更彻底。
e、燃烧烟气气泡上升搅动的同时，也大幅度增加了熔体中金属挥发速度，深度熔池同时也是热量熔池和气氛熔池，维持了一个很好的反应温度和气氛条件，加速了冶金反应过程。
f、由于熔池温度较高，维持在1150～1350℃，渣流动性好，传热传质速率高，有利于强化烟化操作。
g、功能熔池结构基本一致，有利于规范化和标准化生产加工，炉窑质量有保证。
附图说明
图1组合方案一示意图：
其中：1-电炉，2-升温熔池，3-熔化熔池，4-溜槽，5-还原烟化熔池，6-熔渣，7-冷渣，8-弃渣。
图2组合方案二示意图：
其中：1-升温氧化熔池，2-溜槽，3-还原烟化熔池，4-熔融炉渣，5-弃渣。
图3组合方案三示意图：
其中：1-升温硫化烟化熔池，2-熔渣，3-弃渣。
图4双功能熔池串联结构实施例示意图：
其中：1-升温熔化池，2-还原烟化池，3-潜渣烧嘴，4-溜槽，5-上升烟道去余热锅炉和收尘，6-进料口，7-排渣口，8-渣线。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明：
由于不同来源物料性状的差别、含有的有价成分理化特性的差别，不同金属化合物对烟化工艺要求的差别，本发明连续烟化工艺将一种或几种功能熔池通过串、并联组合完成连续烟化生产；具体组合方案要根据工艺实际情况而定，实现连续烟化生产，完成冶金物料中有价金属的烟化、富集和回收的冶金工艺，最终实现经济技术指标的最优目标。下面是根据不同企业具体现场情况提出的组合方式说明，但不仅限于下列几种组合方案。
组合方案一、某企业应用模块化连续烟化生产工艺回收金属铅和锌，处理物料为含有金属态铅和氧化态锌的熔融炉渣，另外还需要添加处理大量冷态粒状含锌渣，其连续烟化生产工艺如图1所示。
熔渣流入电炉1中预处理，金属态的铅在重力作用下沉清分离于电炉底部得到回收，上部含氧化锌的熔渣通过溜槽4连续流入升温熔池2，大量冷态粒状含锌渣加入熔化熔池3，熔融后的渣通过溜槽4连续流入升温熔池2，两部分熔渣在升温熔池2中混合，并且渣温上升到1150～1350℃，升温后的熔渣通过溜槽4流入还原烟化熔池5，还原烟化熔池5为强还原性气氛，氧化锌还原为锌蒸气随烟气逸出熔池，在熔池上部氧化为氧化锌烟尘随烟气进入上升烟道，由收尘系统收集完成烟化，贫化后的弃渣8从排渣口连续排出烟化炉。
组合方案二、某企业应用模块化连续烟化生产工艺回收金属锌，处理物料为含锌的熔融炉渣，渣中含有大量硫元素，硫化锌在传统烟化炉中较难烟化，其连续烟化生产工艺如图2所示。
熔融炉渣4流入升温氧化熔池1，熔池内为强氧化气氛，硫迅速氧化成二氧化硫进入烟气，硫化锌氧化成氧化锌，且熔渣温度上升到1150～1350℃，升温后的熔渣通过溜槽2流入还原烟化熔池3，其为强还原性气氛，氧化锌还原为锌蒸气随烟气逸出熔池，在熔池上部氧化为氧化锌烟尘随烟气进入上升烟道，由收尘系统收集完成烟化，贫化后的弃渣5从排渣口连续排出烟化炉。
组合方案三、某企业应用模块化连续烟化生产工艺回收金属锡，物料为反射炉富锡渣，渣中锡以氧化态形式存在，其连续烟化生产工艺如图3所示。
炉渣2加入升温硫化烟化熔池1，熔渣温度上升到1150～1350℃，氧化锡遇到硫化剂生成硫化锡，硫化锡蒸气随烟气逸出熔池，在熔池上部氧化为氧化锡烟尘随烟气进入烟道，由收尘系统收集完成烟化，贫化后的弃渣3从排渣口连续排出烟化炉。
下面实施例为某典型铅锌密闭鼓风炉的炉渣采用模块化连续烟化生产工艺处理，回收铅锌，由于需要大量处理冷料，采用双功能熔池串联结构的烟化炉模式，如图4所示，包括升温熔化池1、还原烟化池2，熔池结构的截面为圆形，熔池深度大于1.0m，潜渣烧嘴3沿熔池下部的侧壁四周切圆布置，升温熔化池1与还原烟化池2通过溜槽4连接，升温熔化池1、还原烟化池2的上方设有收尘系统5，升温熔化池1的顶部设有进料口6，还原烟化池2的侧壁设有排渣口7，控制升温熔化池1的温度为1250～1300℃，用于将炉渣升温和熔化，使部分金属还原与烟化；还原烟化池2用于将高温熔融的炉渣迅速贫化，还原烟化池2的温度为1250～1300℃，实现有价金属的烟化过程。
具体工艺相关参数为：
(a)烟化工艺需处理熔融电热前床炉渣10万吨/年，另要处理冷料，包括历史累积未处理的电热前床炉渣、烟尘、二次物料等等10万吨/年，炉渣成分为：
| Fe | Pb | Zn | CaO | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> |
| 27.18 | 0.60 | 9.96 | 18.35 | 18.75 | 5.46 |
连续烟化工艺采用双功能熔池串联结构的烟化炉模式，一个是升温熔化池，主要功能是将炉渣升温和熔化达到1250～1300℃，也同时在熔池内进行部分铅锌还原与烟化过程，为提高升温和熔化速度，空气消耗系数控制在0.7～1.0；另一个是还原烟化池，主要功能是将高温熔融的炉渣迅速贫化，实现有价金属的烟化过程，熔池温度稳定，为提高金属还原烟化速度，空气消耗系数控制在0.5～0.7；
(b)将冷态含铅锌的二次物料或制粒炉渣，从升温熔化池顶部的进料口加入熔池中央区域，物料由于温度较低，密度大，逐渐沉入熔池下部，多个潜渣烧嘴沿熔池下部的侧壁四周切圆布置，发生炉煤气、煤粉和压缩空气用烧嘴高速喷入熔池，煤气与空气迅速混合燃烧，释放热量加热熔渣，部分煤粉也在此过程中燃烧，剩下的煤粉进入熔体中，熔体温度迅速升高，在接触到未完全燃烧的CO、H2、C等还原性成分，部分ZnO和PbO发生还原反应，生成Zn和Pb金属蒸气随气泡带出熔体，在熔池上部空间遇到氧燃烧，生成ZnO和PbO烟尘被收尘系统收集，高速气流带动熔体沿圆周流动的同时，由于气泡的浮力上升作用也带动熔体螺旋上升；
(c)加入的炉渣和冷料在升温熔化池中下降与上升的过程中，迅速变成1250～1300℃的熔体，为了更快速地完成还原烟化过程，熔体通过溜槽流入还原烟化池，这里由于空气消耗系数较小，具有更强的还原性气氛，ZnO和PbO更快速地发生还原反应，生成Zn和Pb金属蒸气随气泡带出熔体，在熔池上部空间遇到氧燃烧，变成ZnO和PbO烟尘被收尘系统收集；
(d)经烟化工艺贫化后的炉渣从排渣口连续流出还原烟化池，弃渣成分为：
| Fe | Pb | Zn | CaO | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> |
| 29.23 | 0.05 | 0.91 | 19.17 | 18.54 | 5.86 |
本实施例最终得到的Pb回收率为92％，Zn金属回收率为91％，每年回收金属铅1100吨，金属锌18000吨，经济效益非常显著。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种模块化连续烟化生产工艺，其特征在于，包括：
由多台功能熔池组合成连续烟化炉，用于连续烟化生产工艺，功能熔池结构近似，其渣线深度超过1.0米，潜渣烧嘴沿功能熔池侧壁四周布置，且喷口在渣线以下；
熔融态或冷态含有价金属冶金物料被直接加入功能熔池，或者被预处理后再被加入功能熔池，通过潜渣烧嘴的燃烧与强烈搅动作用，控制熔池内的气氛和冶金化学反应过程，物料在烟化炉内被加热、熔化、硫化、氧化、还原、烟化处理，使有价金属随烟气带出熔体形成烟尘，进入余热回收与收尘系统；
余热锅炉回收余热，通过收尘实现物料中多种有价金属的富集与回收，以此实现冶金物料的连续烟化的生产工艺；
所述功能熔池是实现加热、熔化、硫化、氧化、还原、烟化各种功能的熔池，熔池采用圆形、椭圆形、多边形和圆角多边形的截面结构；一台功能熔池单独使用完成某一种功能或者同时完成某几种功能，多台功能熔池通过串、并联方式组合使用，实现物料中多种有价金属的连续烟化生产工艺；
所述功能熔池之间的组合是通过溜槽连接实现的，熔体从一个功能熔池沿溜槽流入下一个功能熔池。
2.根据权利要求1所述的一种模块化连续烟化生产工艺，其特征在于，所述潜渣烧嘴使用气体燃料、煤粉或焦粉作为燃料和还原剂，空气或富氧空气作为助燃剂和氧化剂。
3.根据权利要求1所述的一种模块化连续烟化生产工艺，其特征在于，所述连续烟化工艺与预处理工序联合使用。
4.根据权利要求3所述的一种模块化连续烟化生产工艺，其特征在于，冶金物料在电炉内加热沉清分离后再加入功能熔池。
5.根据权利要求3所述的一种模块化连续烟化生产工艺，其特征在于，冷态粉状物料经过制粒后再加入功能熔池。
6.根据权利要求1所述的一种模块化连续烟化生产工艺，其特征在于，所述连续烟化工艺与烟气和弃渣后处理工序联合使用。
7.根据权利要求6所述的一种模块化连续烟化生产工艺，其特征在于，烟气在余热锅炉中回收余热，在收尘系统中回收烟尘，在脱硫系统中完成烟气脱硫；在冲渣系统完成渣制粒。
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