一种旋浮熔炼方法、喷嘴和冶金设备技术

本发明专利技术公开了一种旋浮熔炼方法，将粉状硫化精矿和含氧气体通过设备喷射到高温的反应塔的空间中。含氧气体在进入设备前被分成两部分：第二含氧气体以环状直流的方式喷入反应塔中形成钟罩形的风幕；第一含氧气体经设备转化为旋转射流，在风幕的中心的射入。在两股气流中间的环状空间内，精矿以偏向中心的方向进入，被旋转射流卷入并抽吸来自反应塔下部的高温烟气形成气粒混合的两相旋转射流。当硫化精矿被高温点燃，即与氧发生剧烈的燃烧反应并释放出富含SO2的烟气，同时形成含锍(或金属)和炉渣的混合熔融物，最终在反应塔的底部，锍(或金属)与炉渣分离完成冶金过程。为实现工艺目标，本发明专利技术还提供了一种冶金设备及其旋浮熔炼喷嘴。

【技术实现步骤摘要】
一种旋浮熔炼方法、喷嘴和冶金设备
本专利技术涉及有色冶金
，特别涉及熔炼含有铜、镍、铅、锌等金属硫化物精矿粉得到硫甚至金属产品的方法及设备。
技术介绍
在火法冶金行业，熔炼硫化物精矿就是利用硫化物矿中的硫和铁与氧反应最终被脱除而得到金属的过程。火法冶金工艺大致可分为熔池熔炼和空间悬浮熔炼两大类，空间悬浮熔炼的实质就是利用干燥后粉状硫化物矿的巨大表面积，使物料粒子与氧充分结合，在瞬间(2～3秒)内完成氧化反应。空间悬浮熔炼应用最广泛的是芬兰科学家于1949年专利技术的奥托昆普闪速熔炼，其工艺核心采用的是直流喷射技术，由于受直流特性的影响，生产中常常会出现氧利用率低、烟尘率高、炉衬被冲刷腐蚀严重、精矿没有反应在炉内堆积成生料堆等恶性状况。随着冶炼技术向高投料量、高负荷、高氧浓和高作业率的“四高”方向发展，直流喷射技术已越来越难适应现代火法冶金要求。近年来，旋流喷射技术在火法冶金行业得到了较好的应用，如中国专利(专利号：200910230500.3)中贡献的方法，但是该方法在生产中遭遇了设备磨损严重，精矿流被分选造成反应偏析的状况；改进的方案如中国专利(专利号：ZL201020284998.X和ZL201110208013.4)中贡献的方法，这两种方法都是将精矿完全布置在反应空气旋流的外圈上，依靠旋流扩张带动精矿粒子运动形成高速旋转的混合旋流体并完成气粒间的传质、传热。然而上述方法在生产实践中具有以下问题：由于旋流体外卷吸量过大，造成大量反应后的高温烟气回流到反应塔顶，造成反应塔顶损耗过快；对于个体精矿粒子，其物理规格、比重、化学成分等性质差异较大，旋流强度可以调节但难以掌控，过小不足以带动粒子做旋转运动，过大又会出现飞边现象而损伤炉体；反应气体由内向外扩散，在到达料环外圈时，大部分氧已被消耗，造成料环外圈的精矿粒子无法被氧化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种新的旋浮熔炼方法，以解决上述工艺方案中出现的技术问题。本专利技术提供了一种实现上述方法的旋浮熔炼喷嘴。本专利技术提供了一种应用上述旋浮熔炼喷嘴的冶金设备。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种旋浮熔炼方法，将干燥的粉状硫化精矿和对应量的含氧气体喷射到高温的反应塔的空间中，水平面上呈“风～矿～风”的布置特征；其中：含氧气体包括第一含氧气体和第二含氧气体：第二含氧气体以环状直流的方式竖直向下喷入反应塔中，并在反应塔内受高温的作用形成水平渐扩、竖直延伸的钟罩形的风幕；第一含氧气体转化为旋转射流射入到风幕的中心；经过计量控制的干燥硫化精矿以偏向中心轴线的方向进入旋转射流和风幕两股气流之间的环状空间内；在风幕的中心，高速旋转的旋转射流向四周的扩展运动同时卷入硫化精矿和来自反应塔下部的高温气流，形成水平方向旋转扩张、竖直向下的气粒两相旋转射流；在运动的过程中，硫化精矿被高温烟气和反应塔内辐射的高温点燃，与氧气发生剧烈的燃烧反应并释放出富含SO2的烟气，同时反应生成含锍或金属和炉渣的混合熔融物，最终在反应塔的底部，锍或金属与炉渣分离，完成冶金过程。优选的，所述的第一含氧气体和第二含氧气体是同一种反应气体，具有相同的压力、温度和含氧量，其所含氧量为25％～95％(wt)。优选的，所述的第一含氧气体和第二含氧气体中所含氧的和是硫化精矿反应所需总量，第一含氧气体和第二含氧气体中所含氧的分配比例是20％～80％(体积比)。优选的，所述的旋转射流的旋流强度≥0.5；所述的第二含氧气体进入反应塔时的速度是30m/s～200m/s。优选的，所述的干燥粉状硫化精矿是指含有Cu、Ni、Pb和/或Zn金属硫化物的分选矿物。从上述的技术方案可以看出，本专利技术提供的旋浮熔炼方法，将硫化精矿设置在两层反应含氧气体的中间，利用中间高速旋转的含氧气体向四周扩展运动，同时卷入硫化精矿和来自反应塔下部的高温气流，形成水平方向旋转扩张、垂直向下的气粒两相旋转射流。当气粒两相旋转射流向外扩张到达风幕的内壁幕墙时，受到风幕拢聚作用的控制，阻止其进一步向外的无序扩张，以消除飞边现象；风幕在气粒两相旋转射流的外圈不间断向其补充外侧所需的卷吸风量，以补偿气粒两相旋转射流外圈的氧势，同时避免了反应后的高温烟气大量回流到反应塔顶，造成反应塔顶损耗过快；更有利的是，两股气流的交汇形成剧烈的湍流，使精矿粒子在空间中的运动轨迹变得杂乱无章，促进了精矿粒子间的碰撞，为精矿粒子间的传质传热提供了动力学条件。为实现上述工艺目的，本专利技术还提供了一种旋浮熔炼喷嘴，所述的旋浮熔炼喷嘴是套装在一起的圆筒形结构，包括：位于中心轴线上的管状辅助的烧嘴；套装在烧嘴外部的筒状旋流器；位于旋流器和烧嘴之间的导流叶片；套装在旋流器外部的料管；套装在料管外部的风管；其中：烧嘴的外管壁与旋流器的内管壁之间形成旋流通道；旋流器的外管壁与料管的内管壁之间形成底部渐缩且导向偏向中心轴线的料腔；料管的外管壁与风管的内壁之间形成底部为直管段的气室。优选的，所述的烧嘴的出口平面在旋流器的出口平面内，所述的旋流器的出口平面超出料管出口平面，超出高度h1是30mm～100mm。优选的，所述的料管的出口内壁是向中心轴线方向渐缩的钝体。优选的，所述的风管的出口是一个直管段，直管长度h2是100mm～400mm。优选的，还包括用于分配含氧气体流量比例的调节阀；旋流通道和气室的进口均通过管道连通于含氧气体的气源，调节阀安装在管道上。优选的，气室为进口横截面积大于出口横截面积的漏斗形。本专利技术还提供了一种冶金设备，包括反应塔和旋浮熔炼喷嘴，所述旋浮熔炼喷嘴为上述的旋浮熔炼喷嘴。本专利技术的有效益果：一是氧利用率高，物料与氧反应完全；二是精矿粒子间的碰撞机率高，利于反应后的沉降，烟尘发生率低；三是产能大，能适应投料量大范围波动的需要，能耗低，投资少；四是克服了旋流的飞边现象和外圈大量高温烟气的回流现象，所需的反应空间小，无反应死区，对炉体耐火材料的冲刷小；五是结构简单、控制、操作、维护方便、可靠，充分利用流体的势能，运行成本低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的工艺方案和冶金设备结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的冶金设备的俯视示意图。其中，1为烧嘴；2为旋流器，21为第一进风口；3为料管，31为第二进料口，32为钝体；4为风管，41为第三进风口；5为导流叶片；6为调节阀；7为含氧气体，71为第一含氧气体，72为第二含氧气体，73为旋转射流，74为风幕；8为气室；9为料腔；10为旋流通道；11为精矿；12为两相旋转射流；13为反应塔。具体实施方式本专利技术公开了一种新的旋浮熔炼方法，以提高氧利用率，使物料与氧反应完全；克服了旋流的飞边现象和外圈大量高温烟气的回流现象，所需的反应空间小，无反应死区，对炉体耐火材料的冲刷小。本专利技术提供了一种实现上述方法的旋浮熔炼喷嘴，和一种应用上述喷嘴的冶金设备。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋浮熔炼方法，其特征在于：将干燥的粉状硫化精矿(11)和对应量的含氧气体(7)喷射到高温的反应塔(13)的空间中，水平面上呈“风～矿～风”的布置特征；其中：含氧气体(7)包括第一含氧气体(71)和第二含氧气体(72)：第二含氧气体(72)以环状直流的方式竖直向下喷入反应塔(13)中，并在反应塔(13)内受高温的作用形成水平渐扩、竖直延伸的钟罩形的风幕(74)；第一含氧气体(71)转化为旋转射流(73)射入到风幕(74)的中心；经过计量控制的干燥硫化精矿(11)以偏向中心轴线的方向进入旋转射流(73)和风幕(74)两股气流之间的环状空间内；在风幕(74)的中心，高速旋转的旋转射流(73)向四周的扩展运动同时卷入硫化精矿(11)和来自反应塔(13)下部的高温气流，形成水平方向旋转扩张、竖直向下的气粒两相旋转射流(12)；在运动的过程中，硫化精矿(11)被高温烟气和反应塔(13)内辐射的高温点燃，与氧气发生剧烈的燃烧反应并释放出富含SO2的烟气，同时反应生成含锍(或金属)和炉渣的混合熔融物，最终在反应塔(13)的底部，锍(或金属)与炉渣分离，完成冶金过程。

【技术特征摘要】
1.一种旋浮熔炼方法，其特征在于：将干燥的粉状硫化精矿(11)和对应量的含氧气体(7)喷射到高温的反应塔(13)的空间中，水平面上呈“风～矿～风”的布置特征；其中：含氧气体(7)包括第一含氧气体(71)和第二含氧气体(72)：第二含氧气体(72)以环状直流的方式竖直向下喷入反应塔(13)中，并在反应塔(13)内受高温的作用形成水平渐扩、竖直延伸的钟罩形的风幕(74)；第一含氧气体(71)转化为旋转射流(73)射入到风幕(74)的中心；经过计量控制的干燥硫化精矿(11)以偏向中心轴线的方向进入旋转射流(73)和风幕(74)两股气流之间的环状空间内；在风幕(74)的中心，高速旋转的旋转射流(73)向四周的扩展运动同时卷入硫化精矿(11)和来自反应塔(13)下部的高温气流，形成水平方向旋转扩张、竖直向下的气粒两相旋转射流(12)；在运动的过程中，硫化精矿(11)被高温烟气和反应塔(13)内辐射的高温点燃，与氧气发生剧烈的燃烧反应并释放出富含SO2的烟气，同时反应生成含锍或金属和炉渣的混合熔融物，最终在反应塔(13)的底部，锍或金属与炉渣分离，完成冶金过程。2.根据权利要求1所述的旋浮熔炼方法，其特征在于：所述的第一含氧气体(71)和第二含氧气体(72)是同一种反应气体，具有相同的压力、温度和含氧量，其所含氧量为25％～95％(wt)。3.根据权利要求1所述的旋浮熔炼方法，其特征在于：所述的第一含氧气体(71)和第二含氧气体(72)中所含氧的和是硫化精矿(11)反应所需总量，第一含氧气体(71)和第二含氧气体(72)中所含氧的分配比例是20％～80％(体积比)。4.根据权利要求1所述的旋浮熔炼方法，其特征在于：所述的旋转射流(73)的旋流强度≥0.5；所述的第二含氧气体(72)进入反应塔(13)时的速度是30m...

【专利技术属性】
技术研发人员：周松林，刘卫东，
申请(专利权)人：阳谷祥光铜业有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37