一種旋浮冶煉方法及旋浮冶煉噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有色金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種旋浮冶煉方法及旋浮冶煉噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]在有色金屬冶煉行業(yè)內(nèi)，尤其是銅冶煉行業(yè)，懸浮閃速冶煉技術(shù)是最主要的冶煉技術(shù)之一，其工藝原理是:首先將冶金反應(yīng)所需的氣體，通常是富氧空氣，由冶煉噴嘴噴入閃速爐的反應(yīng)塔內(nèi)；然后將干燥后的冶金反應(yīng)所需的固態(tài)粉狀物料，通常包括精礦、熔劑以及返料，由冶煉噴嘴噴入閃速爐的反應(yīng)塔內(nèi)；固態(tài)粉狀物料與富氧空氣從噴嘴噴出后，相互混合形成氣料混合流體，固態(tài)粉狀物料懸浮在充滿富氧空氣且具有較高氧勢(shì)的反應(yīng)塔內(nèi)的空間內(nèi)，使物料粒子與富氧空氣中的氧氣充分混勻接觸，由于固態(tài)粉狀物料的粒徑很小，具有巨大的表面積，使得固態(tài)粉狀物料與氧氣在瞬間(2?3秒)內(nèi)完成冶金反應(yīng)，產(chǎn)出相應(yīng)的冶金產(chǎn)物，達(dá)到脫硫脫鐵的冶煉目的。由于冶金反應(yīng)在很短的時(shí)間內(nèi)完成，反應(yīng)速度很快，故名懸浮閃速冶煉，實(shí)現(xiàn)上述懸浮閃速冶煉工藝的冶金爐稱作閃速爐。
[0003]懸浮閃速冶煉包括懸浮閃速熔煉和懸浮閃速吹煉。在銅懸浮閃速熔煉過(guò)程中，由熔煉噴嘴噴入反應(yīng)塔的固態(tài)粉狀物料主要是銅精礦以及熔劑，通常情況下還有渣精礦、吹煉渣和/或煙灰等返料。渣精礦是從熔煉爐產(chǎn)出的熔煉渣中回收金屬銅得到的一種富含銅元素的產(chǎn)品，其組分主要是銅、鐵和硅的氧化物，其中Cu的質(zhì)量百分比一般為20%?25%;吹煉渣是吹煉爐產(chǎn)出的渣相，其組分主要是銅、鐵和硅的氧化物，其中Cu的質(zhì)量百分比一般為16%?22%;煙灰，是閃速爐產(chǎn)出的煙氣中的固態(tài)顆粒，由余熱鍋爐、沉塵室、電收塵器等設(shè)備降溫除塵得到，主要是銅的氧化物。
[0004]往熔煉爐加入渣精礦、吹煉渣和/或煙灰等返料主要有兩個(gè)目的:一個(gè)目的是利用熔煉爐強(qiáng)大的冶煉能力回收其中的金屬銅，因此，通常將這些再次返回冶金爐二次冶煉的物料稱作返料；另一個(gè)目的是將渣精礦、吹煉渣和/或煙灰等作為冷料，吸熱降溫反應(yīng)塔內(nèi)的溫度，降低反應(yīng)塔承受的熱負(fù)荷。目前，實(shí)際生產(chǎn)中，銅精礦、渣精礦、吹煉渣和熔劑是在配料工序完成混勻與干燥，然后再在噴嘴入口處與煙灰混勻，然后從噴嘴的物料通道進(jìn)入反應(yīng)塔，實(shí)際操作中力求銅精礦、渣精礦、吹煉渣、煙灰和熔劑混合均勻，以利于冶金反應(yīng)進(jìn)行與反應(yīng)完全，通常情況下上述返料占熔煉爐總干礦投料量的15%?25%。自從20世紀(jì)40年代懸浮閃速冶煉技術(shù)被發(fā)明時(shí)，就采用這種銅精礦與返料混合均勻后一起進(jìn)入反應(yīng)塔的供料模式，截止到目前，這種供料模式已經(jīng)持續(xù)應(yīng)用了將近80年。
[0005]但是，從噴嘴噴入反應(yīng)塔后，銅精礦先吸收反應(yīng)空間內(nèi)的熱量升溫，達(dá)到反應(yīng)溫度后，與氧氣發(fā)生冶金反應(yīng)，然后放出大量的化學(xué)熱，即先吸收環(huán)境中的熱量，再向環(huán)境中釋放熱量；渣精礦、吹煉渣和煙灰由于主要成分是氧化物，幾乎不再與氧氣發(fā)生冶金反應(yīng)，因此不會(huì)放熱，三者只是單純的從周圍環(huán)境或物質(zhì)中吸熱，對(duì)反應(yīng)塔降溫。當(dāng)充分混合均勻的銅精礦、渣精礦、吹煉渣以及煙灰從噴嘴噴入反應(yīng)塔后，銅精礦吸熱升溫，而銅精礦周圍的渣精礦、吹煉渣和煙灰也在吸收周圍環(huán)境或物質(zhì)中的熱量，其中包括銅精礦所具有的熱量，實(shí)際上形成了一邊給銅精礦加熱，一邊給銅精礦降溫的局面，加熱與冷卻并存，從而降低了銅精礦的升溫速度，延長(zhǎng)了達(dá)到反應(yīng)溫度所需時(shí)間，降低了閃速爐的生產(chǎn)能力；返料對(duì)物料運(yùn)動(dòng)軌跡范圍內(nèi)的空間進(jìn)行吸熱降溫，降低了相應(yīng)空間內(nèi)的環(huán)境溫度，從而降低了銅精礦的反應(yīng)速度，由于物料在反應(yīng)塔內(nèi)滯留的時(shí)間很短，通常只有數(shù)秒，減小后的反應(yīng)速度使得銅精礦等物料反應(yīng)不完全就落入了反應(yīng)塔下方的沉淀池，甚至是沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)，容易造成下生料；返料與銅精礦分享運(yùn)動(dòng)軌跡范圍空間內(nèi)的熱量，導(dǎo)致有限的熱量沒(méi)有被集中用來(lái)加熱銅精礦，沒(méi)有用到應(yīng)該使用的地方，尤其是噴嘴出口處附近的熱量，還得另外燃燒燃料向噴嘴出口處補(bǔ)充熱量，提高了能耗和生產(chǎn)成本。
[0006]在銅懸浮閃速熔煉過(guò)程中，不同種類的物料粒子是在相同的氣體動(dòng)力下從噴嘴噴出的，其具有相同的初動(dòng)能，粒子與粒子間的運(yùn)動(dòng)軌跡幾乎是平行的，使得粒子間的碰撞幾率較小，再加上固一固反應(yīng)的反應(yīng)速率本身就比較低，兩個(gè)因素結(jié)合導(dǎo)致銅精礦與渣精礦、吹煉渣或煙灰之間的交互反應(yīng)很少，渣精礦、吹煉渣與煙灰三者之間的交互反應(yīng)也很少。實(shí)際上，反應(yīng)塔空間內(nèi)，發(fā)生的冶金反應(yīng)主要是銅精礦與氧氣的氣一固反應(yīng)以及部分的造渣反應(yīng)，銅精礦與渣精礦、吹煉渣或煙灰之間的交互反應(yīng)主要在沉淀池中進(jìn)行。
[0007]綜上，渣精礦、吹煉渣和/或煙灰等返料在反應(yīng)塔空間內(nèi)對(duì)冶金反應(yīng)弊大于利。
[0008]在銅懸浮閃速吹煉過(guò)程中，由吹煉噴嘴噴入反應(yīng)塔的物料包括冰銅粉、熔劑(石灰和/或石英)以及煙灰，其也存在與上述懸浮閃速熔煉過(guò)程相同的返料問(wèn)題。
[0009]因此，如何解決返料對(duì)冶金反應(yīng)弊大于利的問(wèn)題，促進(jìn)冶金反應(yīng)進(jìn)行和反應(yīng)完全，提高閃速爐的生產(chǎn)能力是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]基于上述說(shuō)明，本發(fā)明的目的在于提供一種旋浮冶煉方法，該冶煉方法能夠解決返料對(duì)冶金反應(yīng)弊大于利的問(wèn)題，有利于冶金反應(yīng)進(jìn)行和反應(yīng)完全，提高閃速爐的生產(chǎn)能力。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述旋浮冶煉方法的旋浮冶煉噴嘴。
[0011]為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]一種旋浮冶煉方法，包括以下步驟:
[0013]I)將第一富氧空氣從反應(yīng)塔塔頂噴入反應(yīng)塔，所述第一富氧空氣的流通路徑的水平截面為環(huán)狀；
[0014]2)將精礦與熔劑混勻得到的混勻料由所述步驟I)中第一富氧空氣所圍成的空腔通道送入所述反應(yīng)塔內(nèi)；
[0015]3)所述步驟I)中的第一富氧空氣與所述步驟2)中的混勻料混合形成氣料混合流體，同時(shí)所述精礦、熔劑與第一富氧空氣吸收熱量升溫至冶金反應(yīng)所需溫度，然后所述精礦、所述第一富氧空氣中的氧氣以及熔劑三者之間發(fā)生冶金反應(yīng)，生成金屬锍和渣的混合物或者是金屬與渣的混合物落入沉淀池中；
[0016]4)將返料在所述步驟I)中第一富氧空氣的外側(cè)以環(huán)繞所述第一富氧空氣的形式送入所述反應(yīng)塔內(nèi)。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟I)中，在將所述第一富氧空氣噴入反應(yīng)塔前，先將所述第一富氧空氣經(jīng)由第一旋流器轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣，所述第一旋流器為用于產(chǎn)生中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)的蝸殼式旋流器、切向葉片式旋流器或軸向葉片式旋流器，噴入所述反應(yīng)塔后，所述旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣中形成位于其內(nèi)部的能夠卷吸氣流回流的中心回流區(qū)和/或位于其外側(cè)的能夠卷吸氣流回流的外回流區(qū)。
[0018]優(yōu)選的，將第二富氧空氣從所述返料與所述旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣之間以環(huán)繞所述旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣的形式噴入所述反應(yīng)塔，所述第二富氧空氣為直流式第二富氧空氣或旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣。
[0019]優(yōu)選的，在將所述第二富氧空氣噴入反應(yīng)塔前，先將所述第二富氧空氣經(jīng)由第二旋流器轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣，所述第二旋流器為用于產(chǎn)生中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)的蝸殼式旋流器、切向葉片式旋流器或軸向葉片式旋流器，噴入所述反應(yīng)塔后，所述旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣中形成位于其內(nèi)部的能夠卷吸氣流回流的中心回流區(qū)和/或位于其外側(cè)的能夠卷吸氣流回流的外回流區(qū)。
[0020]優(yōu)選的，將第三富氧空氣經(jīng)過(guò)所述混勻料所圍成的空腔通道噴入所述反應(yīng)塔。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種旋浮冶煉方法，該旋浮冶煉方法將精礦與熔劑混勻得到的混勻料由第一富氧空氣所圍成的空腔通道送入所述反應(yīng)塔內(nèi)，通過(guò)將渣精礦、吹煉渣和/或煙灰等返料在第一富氧空氣的外側(cè)以環(huán)繞所述第一富氧空氣的形式送入反應(yīng)塔，使得精礦與返料分開，改變了歷經(jīng)幾十年的懸浮閃速冶煉供料模式，使得混勻料運(yùn)動(dòng)軌跡涉及空間內(nèi)的熱量可以全部用來(lái)加熱精礦與熔劑，尤其是噴嘴出口處附近的熱量，不再有返料與精礦分享熱量，不再有返料對(duì)精礦進(jìn)行冷卻，精礦和熔劑可以獨(dú)占運(yùn)動(dòng)軌跡涉及空間內(nèi)的全部熱量，提高了精礦和熔劑的升溫速度和反應(yīng)速度，利于冶金反應(yīng)進(jìn)行和反應(yīng)完全，提高了閃速爐的生產(chǎn)能力，且減少或避免另外燃燒燃料向噴嘴出口處補(bǔ)充熱量，降低了能耗和生產(chǎn)成本。
[0022]本發(fā)明中反應(yīng)塔中間是第一富氧空氣、精礦和熔劑混合形成的氣料混合流體，三者發(fā)生冶金反應(yīng)，放出大量的化學(xué)熱，產(chǎn)出大量高溫的熔融體和煙氣，溫度較高，而返料是在最外側(cè)且在精礦與第一富氧空氣發(fā)生冶金反應(yīng)之后噴入反應(yīng)塔內(nèi)，從而形成了一個(gè)由返料構(gòu)成的冷卻隔離幕，充分利用其作為冷料吸熱的作用，一方面將冶金反應(yīng)放出的化學(xué)熱圈禁在反應(yīng)塔中間，減少了向外圍的擴(kuò)散，將這些熱量集中起來(lái)對(duì)混勻料和第一富氧空氣加熱，提高了精礦和熔劑的升溫速度和反應(yīng)速度，利于冶金反應(yīng)進(jìn)行和反應(yīng)完全，提高了閃速爐的生產(chǎn)能力；另一方面將高溫的熔融體和煙氣圈禁在反應(yīng)塔中間，使得與爐壁保持一定的距離，減小了爐壁承受的熱負(fù)荷，減小了高溫熔融體和煙氣對(duì)爐壁的沖刷和腐蝕，提高了閃速爐的使用壽命。
[0023]本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)上述旋浮冶煉方法的旋浮冶煉噴嘴，包括用于向反應(yīng)塔供給精礦和熔劑混合所得的混勻料的第一供料裝置、用于向所述反應(yīng)塔供給第一富氧空氣的第一供氣裝置以及用于向所述反應(yīng)塔供給返料的第二供料裝置；
[0024]所述第一供料裝置包括混勻料管，所述第一供氣裝置包括第一供氣管，所述第二供料裝置包括返料管；
[0025]所述第一供氣管套裝于所述混勻料管的外部，所述返料管套裝于所述第一供氣管的外部；所述混勻料管內(nèi)的空腔形成混勻料通道，所述第一供氣管與所述混勻料管之間的空腔形成第一富氧空氣通道，所述返料管與所述第一供氣管之間的空腔形成返料通道。
[0026]優(yōu)選的，所述第一供氣裝置還包括設(shè)置于所述第一富氧空氣通道內(nèi)，且用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣的第一旋流器，所述第一旋流器為用于產(chǎn)生中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)的蝸殼式旋流器、切向葉片式旋流器或軸向葉片式旋流器。
[0027]優(yōu)選的，還包括用于向所述反應(yīng)塔供給第二富氧空氣的第二供氣裝置，所述第二供氣裝置包括第二供氣管，所述第二供氣管套裝于所述第一供氣管的外部且套裝于所述返料管的內(nèi)部，所述第二供氣管與所述第一供氣管之間的空腔形成第二富氧空氣通道。
[0028]優(yōu)選的，所述第二供氣裝置還包括設(shè)置于所述第二富氧空氣通道內(nèi)，且用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣的第二旋流器，所述第二旋流器為用于產(chǎn)生中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)的蝸殼式旋流器、切向葉片式旋流器或軸向葉片式旋流器。
[0029]優(yōu)選的，還包括用于向所述反應(yīng)塔供應(yīng)第三富氧空氣的第三供氣裝置，所述第三供氣裝置包括第三供氣管，所述第三供氣管套裝于所述混勻料管的內(nèi)部；所述混勻料管與所述第三供氣管之間的環(huán)形通道為混勻料通道，所述第三供氣管內(nèi)的空腔形成第三富氧空氣通道。
[0030]本發(fā)明提供了的一種旋浮冶煉噴嘴，用以實(shí)現(xiàn)上述的旋浮冶煉方法，因此該旋浮冶煉噴嘴具有上述旋浮冶煉方法的全部有益技術(shù)效果，此處不再贅述。