一种一步冶金的闪速炉及冶金方法技术

本发明专利技术提供了一种一步冶金的闪速炉，包括反应塔，所述反应塔顶部设有喷嘴；所述反应塔下部连接熔池的一端，所述熔池的另一端上方设有上升烟道；所述反应塔下半部设有气体导入装置用于导入还原性气体，在反应塔下部空间形成还原气垫层。本发明专利技术通过还原气垫层的设置，使矿物中待冶炼的金属氧化物和Fe3O4几乎被完全还原成金属和FeO，进而使渣含待冶炼金属的量极低，并改善了炉渣的性质，使其粘性降低，利于排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术创造属于冶金
，尤其是涉及一种一步冶金的闪速炉及一步冶金方法。
技术介绍
在冶金领域，由硫化物金属精矿生成粗金属一般要经过两个步骤，即熔炼—吹炼，传统的方法是将熔炼和吹炼分开在不同装置内进行，如熔池熔炼+PS转炉吹炼、闪速熔炼+闪速吹炼等，这些传统工艺都存在流程长、能耗高和SO2烟气低空污染等问题。因而有人主张在一个冶金装置中完成从金属精矿到粗金属产出的整个冶炼过程即一步冶炼法,并进行了一些产业化的尝试:在铜硫化矿冶炼领域，澳大利亚的OlympicDam冶炼厂、波兰的Glogow冶炼厂以及赞比亚的KCM冶炼厂采用的就是由铜精矿直接生产粗铜的闪速熔炼工艺，冶炼的基本原理是通过调节氧/料比控制硫化铜精矿的氧化程度，直接生产粗铜，得到的粗铜含铜量约为98.5％。但这些方法还具有一个共同的特点，就是在生产排放的炉渣中，Cu2O的含量通常超过15％，Fe3O4含量为30％～50％，若要回收渣中的铜则会增加投资和生产成本，如果不回收又会造成资源的极大浪费，而渣含Fe3O4高，会使炉渣的性质恶化(渣熔点升高、比重增大、粘度增加)。为降低渣中Cu2O和Fe3O4的含量，也有人尝试在闪速炉熔池熔体上铺一层焦炭层用于还原在闪速炉反应塔中被过氧化的铜氧化物，从实现一步炼铜，但该方法的缺点是焦炭会同时还原出大量的铁，从而使粗铜中铁含量较高，后续还需要进行除铁精炼，同时，该方法需要耗费大量的焦炭，能耗较高。在铅硫化矿冶炼领域，基夫赛特法是一种一步炼铅法。基大赛特炉由两个反应区组成，炉内设有隔墙，隔墙两侧分别为氧化反应区和电炉还原区。熔融物料经过熔池表面焦炭层实现第一阶段的还原，铅渣混合物再进入液相连通的电炉还原区，炉渣中的铅氧化物在强还原条件下被二次还原。基夫赛特炉气相被隔墙分隔，氧化段烟气含SO2高，还原段烟气主要含CO和CO2。炉渣与粗铅由还原区不同位置的出口放出。基夫赛特炉实质是把闪速炉和电炉联合起来进行熔炼，利用电炉对渣中的锌和铅进行还原贫化，该工艺氧化段和还原段的烟气须分为两类分别进行尾气处理，整个工艺流程复杂，整套设备投资大，能耗高。在镍硫化矿冶炼领域，目前还未有一步炼镍或一步冶炼镍铜合金的工业尝试。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种一步冶金的闪速炉，以节能环保的方法解决铜硫化矿、镍硫化矿、铅硫化矿一步冶炼工艺中存在的炉渣含待冶炼金属和Fe3O4高、炉渣排放困难、产品中含铁量高、能耗高、工艺流程复杂等问题。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种一步冶金的闪速炉，包括反应塔，所述反应塔下部连接熔池的一端，所述熔池的另一端上方设有上升烟道；所述反应塔下半部设有气体导入装置用于导入还原性气体，在反应塔下部空间形成还原气垫层。待冶炼的金属矿从反应塔顶部下落过程中先发生氧化反应，生成过氧化的金属氧化物，再经过反应塔下部还原气垫层时，待冶炼的金属氧化物被还原成金属，Fe3O4被还原成FeO，即改善了渣性又提高了待冶炼金属的回收率。在反应塔下部空间内，由顶部加入的氧已基本被消耗完毕，还原性气体进入炉内不会出现剧烈燃烧而增加闪速炉的热负荷，而且大量的还原气氛还要吸收热量加热自身，有一定的冷却作用。进一步，所述熔池上壁靠近反应塔侧设有深入炉内的挡墙或可移动闸门。挡墙的设置可以有效避免还原性气体向上升烟道方向快速扩散，使反应塔下部与熔池侧壁及挡墙间形成一个还原气垫层。挡墙由铜水套外衬耐火材料制成，挡墙底面与炉体底面的距离为1-3米。优选的，挡墙或可移动闸门位于反应塔和熔池上壁的连接处，且垂直于熔池上壁深入炉内，这样形成的还原气垫层空间最小，还原性气体更集中，有效还原气氛的利用率更高。进一步，所述熔池上部、侧面或烟道上设有若干喷枪或鼓风装置。未参与反应的还原性气体从反应塔下部经熔池上部的连通通道向上升烟道流动的过程中，可通过喷枪或鼓风装置喷入或鼓入含氧气体，与过剩的还原气体燃烧，为熔池补充热量，同时消除上升烟道可能出现的烟尘粘结。进一步，所述还原性气体含有效还原气氛，有效还原气氛为CO、H2或碳氢化合物(如甲烷)气体中的一种或多种；优选的，为工业生产排放的含还原气氛的废气；更优选的，为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电炉(矿热炉)尾气、回转窑尾气、转底炉尾气等；本专利技术创造采用上述工业废气作为冶炼气体，一方面使上述废气不需要再经过尾气净化处理流程，大大减小了原生产工艺的投资，另一方面降低了本专利技术所述冶金工艺的生产成本，实现了资源的循环综合利用，变废为宝。优选的，所述还原气垫层中有效还原气氛(CO和H2)含量为35％-70％。根据冶金热力学原理，在反应塔空间1100-1450℃高温下，上述范围的有效还原气氛(CO+H2)可以使Fe3O4较易还原为FeO,而FeO几乎无法被还原成单质Fe，同时，铜、镍和铅氧化物在上述温度和还原气氛浓度下极易被还原。矿粉经过还原气垫层，其中的待冶炼的金属氧化物基本都被还原成金属单质。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述的闪速炉一步冶金的方法，其特征在于：将待冶炼金属矿、熔剂、含氧气体、冷料通过闪速炉顶部的喷嘴加入到反应塔中，通过气体导入装置向反应塔下部导入还原性气体；加热，待冶炼金属矿先经过反应塔上部发生氧化反应，生成金属氧化物，再经过反应塔下部的还原气垫层，发生还原反应，生成金属单质，在熔池下部形成粗金属层；待冶炼金属矿中的脉石成分和熔剂造渣后在熔池上部形成渣层；粗金属和渣分别排出炉外；反应生成的烟气通过上升烟道排出。该方法具体包含以下步骤：1)备料：将待冶炼的金属矿干燥并散化为含水量在0.3％以下、粒度小于0.2mm的干矿粉，造渣熔剂含水小于1％、粒度小于1mm；冷料含水小于1％，粒度小于5mm。2)反应塔上中部氧化：将金属矿粉、熔剂、含氧气体、冷料通过闪速炉顶部的喷嘴喷入到炽热的反应塔中，利用矿粉比表面积大、在高温下与氧气反应速度快的特性，使矿粉和氧气在反应塔上中部迅速发生氧化反应，生成多种金属氧化物，并放出大量的热量。3)反应塔下部及熔池上部空间还原：通过气体导入装置向反应塔下部导入还原性气体，在反应塔下部和熔池熔体上部空间形成了一个还原气垫层，生成的金属氧化物在下落经过该还原气垫层时，待冶炼的金属氧化物被还原成金属单质，通过控制还原气垫层中还原性气体中有效还原气氛(CO+H2)的浓度，控制Fe3O4的还原程度，使其只能被还原成FeO,而不能被还原成金属Fe，反应生成的烟气通过上升烟道排出。4)熔池造渣分离：在经过上述空间反应后的熔体落入熔池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一步冶金的闪速炉，其特征在于：包括反应塔，所述反应塔顶部设有喷嘴；所述反应塔下部连接熔池的一端，所述熔池的另一端上方设有上升烟道；所述反应塔下半部设有气体导入装置用于导入还原性气体，在反应塔下部空间形成还原气垫层。

【技术特征摘要】
1.一种一步冶金的闪速炉，其特征在于：包括反应塔，所述反应塔顶部设有喷嘴；所述
反应塔下部连接熔池的一端，所述熔池的另一端上方设有上升烟道；所述反应塔下半部设
有气体导入装置用于导入还原性气体，在反应塔下部空间形成还原气垫层。
2.根据权利要求1所述的闪速炉，其特征在于：所述熔池上壁靠近反应塔侧设有深入炉
内的挡墙或可移动闸门。
3.根据权利要求1所述的闪速炉，其特征在于：所述熔池上部、侧面或烟道上设有若干
喷枪或鼓风装置。
4.根据权利要求1所述的闪速炉，其特征在于：所述还原性气体含有效还原气氛，有效
还原气氛为CO、H2或碳氢化合物气体中的一种或多种；优选的，为工业生产排放的含还原气
氛的废气；更优选的，为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电炉尾气、回转窑尾气、转底炉尾气
中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一步冶金的方法，其特征在于：所述还原气垫层中有效还原气
氛的含量为35％-70％。
6.一种利用权利要求1所述的闪速炉一步冶金的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李效东，夏明，邱江波，黄小兵，
申请(专利权)人：天津闪速炼铁技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12