一種氧化和還原氣氛共存的冶金反應(yīng)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氧化和還原氣氛共存的冶金反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置包括反應(yīng)塔；所述反應(yīng)塔頂部設(shè)有氧氣和固炭的加料裝置；所述氧氣和固炭不斷自塔頂向下加入反應(yīng)塔中，通過固炭和氧氣燃燒反應(yīng)使反應(yīng)塔自上而下形成強氧化區(qū)、弱氧化區(qū)、弱還原區(qū)和強還原區(qū)。本發(fā)明利用固炭在下落過程中與氧氣反應(yīng)速度的不斷加快，從而使從上至下的方向上O2/CO的比例不斷降低，最終越過氧化和還原條件的界限，在空間中從上至下形成氧化和還原兩種氣氛。該冶金反應(yīng)裝置構(gòu)建方法簡單、一次性投資低、能耗低。
【專利說明】
一種氧化和還原氣氛共存的冶金反應(yīng)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，尤其是涉及一種氧化和還原氣氛共存的冶金反應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在黑色和有色冶金領(lǐng)域，有不少利用空間的氣氛進行冶煉的工藝，即利用冶金容器內(nèi)氣體在高溫下與固態(tài)或熔融態(tài)的礦粉間接觸比表面積大、反應(yīng)速度快的特點，來實現(xiàn)冶金功能。一般整個冶金空間都是一種單一的冶金環(huán)境，要么是氧化氣氛占主導(dǎo)，即氧化環(huán)境，要么還原氣氛占主導(dǎo)，即還原環(huán)境，也有在同一個反應(yīng)容器內(nèi)，空間是氧化氣氛，熔池的熔體是還原環(huán)境的冶金工藝，但還從未出現(xiàn)同一個空間中，具有氧化和還原兩種氣氛的冶金環(huán)境。
[0003]在實際生產(chǎn)中，有部分冶金工藝需要對待冶煉礦物分別進行氧化和還原處理，傳統(tǒng)的方案是分成兩個或多個冶金容器分別進行氧化和還原，這種冶煉方法流程長、投資大、能耗高。這個問題到目前一直未得到很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種冶金反應(yīng)裝置，以實現(xiàn)氧化和還原氣氛在一個空間中共存。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種氧化和還原氣氛共存的冶金反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置包括反應(yīng)塔;所述反應(yīng)塔頂部設(shè)有氧氣和固炭的加料裝置;所述氧氣和固炭不斷自塔頂向下加入反應(yīng)塔中，通過固炭和氧氣燃燒反應(yīng)使反應(yīng)塔自上而下形成強氧化區(qū)、弱氧化區(qū)、弱還原區(qū)和強還原區(qū)。
[0006]本發(fā)明中，固炭從反應(yīng)塔頂部開始下落，在固炭下落的過程中，不斷與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一方面固炭是從常溫加入，由于自身氧化反應(yīng)放熱及吸收周圍高溫環(huán)境的熱量，在下落的過程中溫度不斷的升高，因而與氧氣的反應(yīng)速度不斷加快，另一方面，隨著反應(yīng)的進行，固炭的粒徑不斷變小，和氧氣接觸的比表面積不斷增大，這也使氧化反應(yīng)的速度在不斷的加快;上述兩個因素導(dǎo)致固炭在下落過程中氧化反應(yīng)的速度不斷加快，單位時間內(nèi)耗氧量不斷增加，當(dāng)氧氣不足時，還不斷生成CO，因而，在固炭下落軌跡上，從上到下，隨著下落距離的增加，02/C0的比例在不斷降低;在上部氧氣充足，呈強氧化氣氛，隨著向下的方向，氧氣不斷的消耗，CO不斷生成，漸變的方向為:強氧化氣氛-弱氧化氣氛-弱還原氣氛-強還原氣氛。
[0007]進一步，反應(yīng)塔中的溫度控制在800_1450°C。
[0008]進一步，所述反應(yīng)裝置加入氧氣和固炭的摩爾比為1.1-1.9。
[0009]進一步，所述反應(yīng)塔塔高為4-14m。
[0010]進一步，所述固炭為焦炭、蘭炭、煤種的一種，優(yōu)選為焦炭。
[0011 ]優(yōu)選的，所述焦炭的粒徑為0.5-5mm。若焦炭的粒徑過小，則很快就燒完了，在反應(yīng)塔下部無法再消耗氧氣生成還原氣體CO，因而無法構(gòu)建還原環(huán)境;若焦炭粒徑過大，則相對于同質(zhì)量的多個小粒徑的焦炭，比表面積小，氣固接觸面積小、傳熱升溫慢、碳氧反應(yīng)速度慢，影響反應(yīng)塔下部的還原環(huán)境構(gòu)建的效率。
[0012]優(yōu)選的，所述反應(yīng)裝置還包括設(shè)置在反應(yīng)塔上的燃料燒嘴；當(dāng)碳氧反應(yīng)放出的熱量不足時，可通過燃料燒嘴為反應(yīng)塔空間補充熱量。燃料燒嘴通常布置在反應(yīng)塔頂部，但根據(jù)需要，也可布置在反應(yīng)塔側(cè)壁上。
[0013]優(yōu)選的，所述燃料燒嘴噴入的燃料為重油、天然氣、液化石油氣、碳?xì)浠衔镏械囊环N。
[0014]進一步，所述加料裝置為噴嘴或噴槍或密封加料口。所述噴嘴通常為多通道結(jié)構(gòu)，可同時通過噴嘴向反應(yīng)塔加入待冶煉原料、焦炭、氧氣、熔劑等物料。也可根據(jù)需要選用單通道噴嘴，在向反應(yīng)塔中噴入待冶煉的原料的同時，由噴槍向反應(yīng)塔中噴入氧氣，由密封加料口向反應(yīng)塔內(nèi)加入焦炭。
[0015]進一步，所述冶金反應(yīng)裝置可應(yīng)用于冶煉須經(jīng)過氧化和還原兩個冶金階段的含金屬硫化物的物料、含金屬氧化物的物料、電子廢料中的一種。例如:硫化礦的冶煉，需要先氧化燃燒除硫，再還原氧化鉛，得到粗鉛，傳統(tǒng)方法是采用兩個爐子分別進行氧化和還原過程，采用本發(fā)明提供的冶金反應(yīng)裝置，可以一步完成氧化和還原過程，流程短、能耗低、結(jié)構(gòu)簡單;再如:廢舊電路板(主要含銅及有機物)的回收利用，需要先在空間氧化燒掉其中的有機物，再還原其中被氧化的銅金屬，得到粗銅，相比同類技術(shù)，采用本發(fā)明提供的冶金反應(yīng)裝置，在同一個空間完成有機物的氧化燃燒和銅的還原，更節(jié)能環(huán)保并節(jié)省投資。
[0016]當(dāng)反應(yīng)裝置為一種閃速爐時，還包括設(shè)置在反應(yīng)塔底部的熔池，所述反應(yīng)塔位于熔池的一端，所述熔池的另一端設(shè)有上升煙道。
[0017]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的冶金反應(yīng)裝置具有以下優(yōu)勢:本發(fā)明在同一個空間中，同時構(gòu)建出具有氧化和還原兩種氣氛的冶金環(huán)境;利用固炭在下落過程中與氧氣反應(yīng)速率的不斷加快，從而使從上至下的方向上02/C0的比例不斷降低，最終越過氧化和還原條件的界限，在空間中從上至下形成氧化和還原兩種氣氛。該冶金反應(yīng)裝置構(gòu)建方法簡單、一次性投資低、能耗低。
【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本發(fā)明創(chuàng)造的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明創(chuàng)造，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1為本發(fā)明實施例1所述的冶金反應(yīng)裝置。
[0020]圖2為本發(fā)明實施例2所述的冶金反應(yīng)裝置。
[0021]附圖標(biāo)記說明:
[0022]1-反應(yīng)塔，2-加料裝置，3-燃料燒嘴，4-強氧化區(qū)，5-弱氧化區(qū)，6-弱還原區(qū)，7-強還原區(qū)，8-熔池，9-上升煙道。
【具體實施方式】
[0023]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0024]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明創(chuàng)造。
[0025]實施例1一種氧化和還原氣氛共存的冶金反應(yīng)裝置
[0026]如圖1所示，一種氧化和還原氣氛共存的冶金反應(yīng)裝置，反應(yīng)裝置包括反應(yīng)塔I;反應(yīng)塔I頂部設(shè)有氧氣和焦炭的加料裝置2;氧氣和焦炭不斷自塔頂向下加入反應(yīng)塔I中，通過焦炭和氧氣燃燒反應(yīng)使反應(yīng)塔I自上而下形成強氧化區(qū)4、弱氧化區(qū)5、弱還原區(qū)6和強還原區(qū)7。反應(yīng)塔I中的溫度控制在1000-1200°C。反應(yīng)裝置加入氧氣和焦炭的摩爾比為1.3。反應(yīng)塔I塔高為7m。焦炭的平均粒徑約為Imm。
[0027]本實施例中，焦炭從反應(yīng)塔頂部開始下落，在焦炭下落的過程中，不斷與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一方面焦炭是從常溫加入，由于自身氧化反應(yīng)放熱及吸收周圍高溫環(huán)境的熱量，在下落的過程中溫度不斷的上升，因而與氧氣的反應(yīng)速度不斷加快，另一方面，隨著反應(yīng)的進行，焦炭的粒徑不斷變小，和氧氣接觸的比表面積不斷增大，這也使氧化反應(yīng)的速率在不斷的增快；由于氧化反應(yīng)的加快，單位時間內(nèi)耗氧量不斷增加，當(dāng)氧氣不足時，焦炭氣化生成CO，因而，在焦炭下落軌跡上，從上到下，隨著下落距離的增加，02/C0的比例在不斷降低；在上部氧氣充足，呈強氧化氣氛，隨著向下的方向，氧氣不斷的消耗，CO不斷生成，漸變的方向為:強氧化氣氛-弱氧化氣氛-弱還原氣氛-強還原氣氛。
[0028]反應(yīng)裝置還包括設(shè)置在反應(yīng)塔I塔頂?shù)娜剂蠠?;當(dāng)碳氧反應(yīng)放出的熱量不足時，可通過燃料燒嘴3為反應(yīng)塔I空間補充熱量。燃料燒嘴3噴入的燃料為重油、天然氣、液化石油氣、碳?xì)浠衔镏械囊环N。
[0029]實施例2—種氧化和還原氣氛共存的閃速爐
[0030]如圖2所示，一種氧化和還原氣氛共存的閃速爐，閃速爐包括反應(yīng)塔I;反應(yīng)塔I頂部設(shè)有氧氣和焦炭的加料裝置2;氧氣和焦炭不斷自塔頂向下加入反應(yīng)塔I中，通過焦炭和氧氣燃燒反應(yīng)使反應(yīng)塔I自上而下形成強氧化區(qū)4、弱氧化區(qū)5、弱還原區(qū)6和強還原區(qū)7。本發(fā)明還包括設(shè)置在反應(yīng)塔塔頂?shù)膰娮?噴嘴噴入的燃料為金屬硫化物、金屬氧化物、電子廢料中的一種。閃速爐還包括設(shè)置在反應(yīng)塔I底部的熔池8，反應(yīng)塔I位于熔池8的一端，熔池8的另一端設(shè)有上升煙道9。
[0031]反應(yīng)塔1中的溫度控制在1200-1450°(:。反應(yīng)裝置加入氧氣和焦炭的摩爾比為1.6。反應(yīng)塔I塔高為7.5m。焦炭的平均粒徑約為3mm。
[0032]本實施例中，焦炭從反應(yīng)塔頂部下落的過程中，不斷與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一方面由于焦炭是從常溫加入，由于自身氧化反應(yīng)放熱及吸收周圍高溫環(huán)境的熱量，在下落的過程中溫度不斷的上升，因而與氧氣的反應(yīng)速度不斷加快，另一方面，隨著反應(yīng)的進行，焦炭的粒徑不斷變小，和氧氣接觸的比表面積不斷增大，這也使氧化反應(yīng)的速度在不斷的增快；由于氧化反應(yīng)的加快，單位時間內(nèi)耗氧量不斷增加，當(dāng)氧氣不足時，還不斷生成CO，因而，在焦炭下落軌跡上，從上到下，隨著下落距離的不斷增大，02/C0的比例在不斷降低;在上部氧氣充足，呈強氧化氣氛，隨著向下的方向，氧氣不斷的消耗，CO不斷生成，漸變得方向為:強氧化氣氛-弱氧化氣氛-弱還原氣氛-強還原氣氛。
[0033]閃速爐還包括設(shè)置在反應(yīng)塔I塔頂?shù)娜剂蠠?;當(dāng)碳氧反應(yīng)放出的熱量不足時，可通過燃料燒嘴3為反應(yīng)塔I空間補充熱量。燃料燒嘴3噴入的燃料為重油、天然氣、液化石油氣、碳?xì)浠衔镏械囊环N。
[0034]本發(fā)明反應(yīng)裝置用于冶金時，待冶煉原料的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)能在同一個反應(yīng)裝置內(nèi)完成，大大減少了投資成本，降低了能耗，同時提高了冶金效率。
[0035]實施例3利用本發(fā)明冶金反應(yīng)裝置對廢棄電路板進行閃速熔煉的工藝
[0036]本實施例涉及一種廢棄電路板的火法冶煉工藝，主要目的是回收廢棄電路板中Cu和Au、Ag等有價金屬。
[0037]1、原料準(zhǔn)備
[0038]冶煉原料為市場上直接購買的電路板粉末，平均粒徑約為1mm，其中主要含Cu(—般含量在10%以上)、Al、Fe等金屬；熔劑為石英和生石灰，粒度小于1mm，干燥至含水小于I % ;造氣燃料為焦炭，粒徑范圍為0.5-5mm;反應(yīng)的含氧氣體直接采用工藝氧(O2多98 % )。
[0039]2、造氣過程
[0040]將電路板粉末、熔劑、氧氣和焦炭通過設(shè)置在閃速爐頂部的噴嘴噴入閃速爐反應(yīng)塔內(nèi)，焦炭從反應(yīng)塔頂部下落的過程中，不斷與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一方面焦炭是從常溫加入，由于自身反應(yīng)放熱及吸收周圍環(huán)境的熱量，在下落的過程中溫度不斷的上升，因而與氧氣的反應(yīng)速度不斷加快，另一方面，隨著反應(yīng)的進行，焦炭的粒徑不斷變小，和氧氣接觸的比表面積不斷增大，這也使氧化反應(yīng)的速率在不斷的增快；由于氧化反應(yīng)的加快，單位時間內(nèi)耗氧量不斷增加，當(dāng)氧氣不足時，焦炭氣化生成CO，因而，在焦炭下落軌跡上，從上到下，隨著下落距離的增加，02/C0的比例在不斷降低;在上部氧氣充足，呈強氧化氣氛，隨著向下的方向，氧氣不斷的消耗，CO不斷生成，反應(yīng)塔從上之下形成:強氧化氣氛-弱氧化氣氛-弱還原氣氛-強還原氣氛。
[0041 ] 3、熔煉過程
[0042]進入高溫?zé)霟岬姆磻?yīng)塔后，電路板粉末中的有機物在上部的氧化環(huán)境下充分燃燒并放出大量的熱量，燃燒產(chǎn)生的煙氣進入上升煙道，同時，Al、Fe等金屬發(fā)生氧化反應(yīng)也會放出大量的熱量，使反應(yīng)塔的溫度可以維持在1100 °C -1400 °C，在此高溫下，電路板粉末中的Cu金屬被恪融成液滴向下滴落，其中一部分Cu在氧化區(qū)被氧化成CU20 ；
[0043]在上部完成氧化反應(yīng)后的熔體落入反應(yīng)塔下部的還原區(qū)，由于Cu2O在高溫下極易被⑶還原，在反應(yīng)塔下部的在還原區(qū)，所有的Cu2O又被重新還原成金屬Cu，最終落入熔池中。
[0044]在熔池中，熔劑與電路板粉末中部分氧化物反應(yīng)造渣，由于密度的差異，Cu金屬流經(jīng)渣層后進入熔池下部，經(jīng)過沉淀分層，熔池形成渣層和粗銅層，少量的金銀易溶解富集于銅液中，被捕集后進入粗銅合金層，粗銅合金層排出爐外后得到粗銅(含Cu 98%)。本冶煉工藝Cu的回收率為97.9%，Au的回收率為99%，Ag的回收率為98%。
[0045]后續(xù)可對粗銅進行吹煉、精煉爐精煉和電解精煉以提純銅，對電解得到的陽極泥進行濕法處理后可回收富集于其中的金、銀及鉑族貴金屬。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種氧化和還原氣氛共存的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:所述反應(yīng)裝置包括反應(yīng)塔；所述反應(yīng)塔頂部設(shè)有氧氣和固炭的加料裝置;所述氧氣和固炭不斷自塔頂向下加入反應(yīng)塔中，通過固炭和氧氣燃燒反應(yīng)使反應(yīng)塔自上而下形成強氧化區(qū)、弱氧化區(qū)、弱還原區(qū)和強還原區(qū)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:反應(yīng)塔中的溫度控制在800-1450Γ。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:所述反應(yīng)裝置加入氧氣和固炭的摩爾比為1.1-1.9。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:所述反應(yīng)塔塔高為4-14m。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:所述固炭為焦炭、蘭炭、煤中的一種，優(yōu)選為焦炭。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:所述焦炭的粒徑為0.5-5mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:還包括設(shè)置在反應(yīng)塔上的燃料燒嘴。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:所述加料裝置為噴嘴或噴槍或密封加料口。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:所述冶金反應(yīng)裝置用于冶煉須經(jīng)過氧化和還原兩個冶金階段的含金屬硫化物的物料、含金屬氧化物的物料、電子廢料中的一種。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的冶金反應(yīng)裝置，其特征在于:還包括設(shè)置在反應(yīng)塔底部的熔池，所述反應(yīng)塔位于熔池的一端，所述熔池的另一端設(shè)有上升煙道。
【文檔編號】F27B17/00GK105890362SQ201610280698
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】李效東, 邱江波, 黃小兵, 夏明
【申請人】天津閃速煉鐵技術(shù)有限公司