專利名稱：用于制備金屬鋅的含鋅化合物的直接熔煉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過在其中通常結(jié)合以硫化物和/氧化物形式的鋅和/或鉛(ZnS 和/或ZnO， PbS和/或Pb0)的含鋅或鉛的化合物的直接熔煉制備金屬鋅或鉛的方法和設(shè) 備。 發(fā)明概述 含鋅化合物，主要為ZnS或ZnS04，還有ZnO和含有氧化鋅的材料，例如電弧爐粉塵 (EAFD)，被冷壓塊以形成致密的附聚物，所述致密的附聚物含有含碳材料如煤、焦炭、石油 焦(petcoke)、木炭等，氧化鐵(或者已經(jīng)在礦石中含有的，或者以鐵礦石微粉、軋制鐵鱗、 金屬化鐵微粉等的形式對混合物添加的)，熔劑如石灰、二氧化硅、晶石等，以及粘合劑。在 附聚物中存在過量的碳，其不僅與鋅化合物反應(yīng)，并且還原氧化鐵、氧化錳、氧化鉛、氧化鈣 等，使得熔化器氣氛主要是C0，以及一些來自煤的揮發(fā)的釋放的H2。氧化鐵中含有的氧自 由地與硫化鋅反應(yīng)以形成ZnO，或硫化鋅在達到高溫時可以升華以釋放鋅蒸氣。體系中的硫 自由地與液態(tài)鐵結(jié)合以形成液態(tài)FeS或在鐵中溶解的硫。
發(fā)明目的 本發(fā)明的主要目的是提供用于從硫化物和氧化物的濃縮物回收鋅和鉛的有效方法。 本發(fā)明的另一個目的是提供用于產(chǎn)生所有所需的電以供應(yīng)方法并且以在電的方
面自給自足的方式運行設(shè)備的手段。 附圖簡述 通過參考下列詳細(xì)描述和附圖，前述和其它的目的將變得更容易顯而易見，在所 述附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于從硫化物和氧化物的濃縮物回收鋅和鉛的方法的示意 性流程圖。
圖2是用于從來自本發(fā)明方法的廢氣產(chǎn)生電的示意性流程圖。 圖3是顯示用于回收鋅和鉛的備選方法的示意性流程圖，其中將原料在附聚或不
附聚的情況下預(yù)熱，然后供給到熔化爐。
圖中的參考標(biāo)記是指下列項目 10-鉛礦石和/或鋅礦石濃縮物-100 %通過10目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(TylerStandard) (1. 70mm)，優(yōu)選100%通過100目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(Tyler Standard) (150微米)
12-金屬鐵微粉，和氧化鐵微粉_100%小于(minus) 25mm，優(yōu)選100%通過10目
14_制備的還原劑，例如煤、焦炭、石油焦、木炭等，100%通過25咖，優(yōu)選100%通 過100目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(150微米) 16-融合劑-CaO、MgO、CaF2、Al203、 Si02等-100%小于25mm 18-粘合劑例如纖維素、膨潤土、糖蜜(molasses)、淀粉-是有機的或無機的 20-再循環(huán)微粉 22-混合機
4
24_壓塊機(briquetter)/附聚機(agglomerator)(尺寸8至lOOcc) 26-水添加 28-造粒機-鼓型或盤型 30-篩網(wǎng)_干式或滾筒式 32-半成品球(greenball)干燥器(干燥粒料至1 %水分以下) 34-附聚物(塊體(briquette))固化/儲料斗 36-重量體系(weight system)中的進料損失 37-加壓密封室 38-電熔化爐或熔化器> 1000C 40-用于液態(tài)鐵和硫化鐵的一個或多個杓(ladle) 42-用于脫硫的爐渣添加 44-鐵錠澆鑄器(caster) 45-鐵錠 46-爐渣杓 48-爐渣處置/驟冷儲槽(quench bunker) 50-熔化器廢氣鋅和鉛液體冷凝器，水冷卻的 52-冷卻塔 53-放液杓(tapping ladle) 54-廢氣間接冷卻交換器 56-廢氣冷卻洗滌器/袋濾器 58-風(fēng)扇 60-通過燃燒將C0&H2轉(zhuǎn)化成C02&H20的組套(stack) 62-高壓壓縮機(300-350psig) 64-任選氣流，硫移除系統(tǒng)，例如Selexol 66-高壓氣體儲蓄槽 68-氣體渦輪(離開氣體溫度600-700C) 70-發(fā)電機 72-廢熱鍋爐熱交換器 74-高壓蒸汽渦輪 76-發(fā)電機 78-鍋爐閉路水管道 80-泵 82-氣體硫移除體系上游的任選冷凝器 84-加熱器，直接或間接旋轉(zhuǎn)窯類型 詳細(xì)描述 鋅礦石以硫化物或硫化物和氧化物的形式顯現(xiàn)。實際上，所有的鋅熔煉操作都基于首先焙燒礦石以釋放S02/S03，并且將ZnS轉(zhuǎn)化成ZnO，然后還原ZnO以產(chǎn)生Zn蒸氣，然后通過降低熔爐廢氣的溫度冷凝所述蒸氣。而且，運行熔爐使得鐵單元(iron imit)作為優(yōu)質(zhì)鐵錠的形式排出，這使得對運行的某些限制成為必要。在許多情況下，將S0"S03以用于浸提原生礦石的4504的形式回收。本申請人已經(jīng)進行了考察各種處理途徑的熱力學(xué)計算，并且發(fā)現(xiàn)，如果在如下這樣的電熔化器中使處理趨向于直接熔煉ZnS，則可以采取不同的鋅回收途徑，所述電熔化器具有通過供給含有碳的附聚物(例如煤或其它固體碳)并且保持熔化器密封以抵抗空氣進入而產(chǎn)生的強還原環(huán)境。 在本發(fā)明中，附聚物還包括一些氧化鐵和爐渣熔劑(Ca0和Mg0)。在于熔化器中加熱的過程中，ZnS被直接轉(zhuǎn)化成Zn蒸氣，或轉(zhuǎn)化成Zn0，然后還原成Zn蒸氣。用于制備ZnO的氧的來源由氧化鐵的還原(Fe203->FeO)提供，并且與硫化鋅反應(yīng)的是FeO。通過使用常規(guī)冷凝器技術(shù)從尾氣冷凝鋅蒸氣，并且釋放的硫主要以液態(tài)FeS的形式被液態(tài)Fe結(jié)合，或與CaO反應(yīng)以形成CaS，并且以FeS或爐渣的形式保持液體狀態(tài)。在本發(fā)明方法中需要非常少的鐵，以至于鐵錠的回收不重要，而是排出液態(tài)FeS。鋅回收驅(qū)使所述方法經(jīng)濟。
如圖1中可見，將原料引入到混合機22中，輸入材料包括鉛礦石和/或鋅礦石濃縮物IO，其100%通過10目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(1.70mm)，優(yōu)選其100%通過100目，Tyler標(biāo)準(zhǔn)(150微米)；金屬鐵微粉和氧化鐵微粉12，其100%小于25咖，優(yōu)選其至少50%通過10目；制備的還原劑14，例如煤、石油焦、木炭或其它含碳材料，其100%小于25mm，優(yōu)選其100%通過10目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(1. 70微米);造渣劑或融合劑16，例如MgO、CaO、Al203、CaF2 (螢石)和Si(^，其100%小于25mm ;有機或無機粘合劑18，例如纖維素、膨潤土、糖蜜或淀粉；再循環(huán)微粉20，和所需的水26。 在混合機22中將這些材料混合，然后在壓塊機/附聚機24中或造粒機28 (例如鼓型或盤型造粒機)中形成為附聚物，所述附聚物的形式為具有均勻尺寸的塊體或粒料，在尺寸上優(yōu)選為約8cc至100cc。將附聚物通過分級機(sizer)30例如干式篩網(wǎng)或滾筒式篩網(wǎng)篩分，將篩下的材料返回到附聚機24或混合機22。 將來自造粒機28的篩分的粒料在半成品球干燥器32中干燥至1 %以下的含濕量。將附聚物在儲料斗34中固化和/或儲存，然后通過類似于豎爐的料腿(feed leg)的加壓密封進料系統(tǒng)36，或通過鎖緊閥(lock valve)供給到電熔化爐38中。將電爐熔化器的溫度保持在充分高的范圍內(nèi)，使得它形成汽化的鉛和鋅，將所述汽化的鉛和鋅作為廢氣移除，并且在冷凝器50中冷凝。熔化器運行溫度在100C至1650C的范圍內(nèi)，優(yōu)選在1200C至1550C的范圍內(nèi)。電爐熔化器38通常在稍微的正壓力下運行。將鉛和鋅從冷凝器50排放。液態(tài)金屬特別是鉛和鋅的密度上的差別，允許較重(更致密)的鉛首先從冷凝器50的沉降罐排放，隨后將較輕的鋅排放至放液杓53 。這以間歇基礎(chǔ)進行。 如所示的，將鐵和硫化鐵的混合物從熔化器移出到杓40中，并且可以在錠澆鑄器44澆鑄成錠45。 備選地，為了將混合物預(yù)熱到約500至1200C，將還原劑脫揮(devolatizing)和制備向電爐熔化器38的預(yù)熱進料，可以將離開混合器22的材料Dl供給到加熱器84。氧化鐵的預(yù)還原將發(fā)生至在約0至90%范圍內(nèi)的水平。如果需要，也可以將附聚材料D2在將材料通過加壓密封(pressure seal) 37供給到熔化器中之前預(yù)熱。如所示的，加熱器84可以是間接加熱的旋轉(zhuǎn)窯或直接燒制窯，并且廢氣被再循環(huán)。根據(jù)需要，加熱器84可以是有耐火襯里的，或它可以是無襯里的。 任選地，可以將一種或多種另外的原料通過加壓密封直接引入到熔化器38中，如由圖1中的虛線顯示的，這樣的另外的材料選自包括下列材料的組金屬鐵微粉和氧化鐵微粉12，其100%小于25mm，優(yōu)選小于10目；制備的還原劑14，例如煤、石油焦或其它含碳材料，其100%小于25咖，優(yōu)選其100%通過10目，Tyler標(biāo)準(zhǔn)(1. 70微米)；和造渣劑或融合劑16，例如MgO、CaO、Al203、CaF2(螢石)和Si02，其100%小于25mm。
本發(fā)明方法的操作參數(shù)如下
lH常范圍1200-1550C500-1500C300-700C0-0. 2 〃 H20標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(gause)
格
鉛鋅熔化器熔化器廢氣
來自Zn-Pb冷凝器的廢氣熔化器廢氣壓力
最大倌1650C
1200-1650C
< 900C
< 15〃 1120標(biāo)準(zhǔn)規(guī)
氣體蓄積器廢氣壓力氣體渦輪組合產(chǎn)物離開溫度
100-350psig750-900C
< 1000C
離開冷凝器50的廢氣在可以包括袋濾器的冷卻器/洗滌器56中清洗，通過風(fēng)扇58移動，并且在高壓壓縮機62中壓縮，以及用作氣體渦輪68中的燃燒燃料。氣體渦輪68驅(qū)動發(fā)電機70發(fā)電，并且將在離開氣體渦輪的廢氣中包含的可感知的熱在廢熱回收鍋爐系統(tǒng)72中回收。為了在較低氣體溫度下的較好范圍處理和熱回收效率，廢熱鍋爐系統(tǒng)72蒸汽循環(huán)可以是基于使用70%的氨和30X的水的"Kalina"循環(huán)。氨/水沸騰在一定溫度范圍內(nèi)而非在特定的溫度和壓力發(fā)生。由廢熱鍋爐系統(tǒng)72產(chǎn)生的蒸汽然后用于驅(qū)動蒸汽渦輪74和發(fā)電機76以產(chǎn)生另外的電。通過本發(fā)明實現(xiàn)的主要目的之一是產(chǎn)生所有所需的電以供應(yīng)方法并且在電的方面自給自足地運行設(shè)備。 將來自本方法中的任何地方的無用廢氣在組套60中燃燒，以將一氧化碳和氫轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水蒸汽。 為了在任選的硫移除系統(tǒng)64中移除硫，可以對來自壓縮機58的氣體進行處理，這可能需要在硫氣體移除系統(tǒng)上游的任選的冷凝器82。
本發(fā)明目的的效果概述 從前述內(nèi)容容易地顯而易見的是，本申請人已經(jīng)發(fā)明了改進的用于比迄今的方法
和設(shè)備更有效地從硫化物和氧化物的濃縮物中回收鋅和鉛的方法和設(shè)備。 應(yīng)當(dāng)理解，前述描述和具體實施方案僅是對本發(fā)明及其原理的最佳模式的示意性
說明，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員對設(shè)備進行各
種更改和添加。
權(quán)利要求
一種用于從鋅和鉛的硫化物或氧化物的濃縮物制備鉛和鋅的方法，其包括下列步驟(a)將鋅礦石和/或鉛礦石濃縮物、含鐵和含碳材料；金屬鐵微粉和氧化鐵微粉；含碳還原劑；融合劑；和粘合劑混合，以形成混合物；(b)從所述混合物形成附聚物；(c)將所述附聚物引入到熔化爐中；(d)在溫度為1000至1650C的所述熔化爐中汽化鉛和鋅，并且將鉛和鋅以汽化的形式從所述熔化爐移去；(e)將金屬蒸氣冷卻和冷凝成液態(tài)金屬；和(f)分離鋅和鉛；和(g)分別地回收鉛和鋅金屬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中100%的所述鋅礦石和/或鉛礦石濃縮物通過10 目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(1. 70mm) ;100%的所述金屬鐵微粉和氧化鐵微粉小于25mm ;和100%的所述 含碳還原劑小于25mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含碳還原劑選自包含煤、焦炭、石油焦和木炭 的組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述融合劑選自包含Mg0、Ca0、Al203、CaF2(螢石) 和Si02的組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘合劑選自包含纖維素、膨潤土、糖蜜、淀粉 或它們的混合物的組。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法另外包括在所述熔化爐中保持還原氣氛。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法另外包括通過提供加壓密封來充分防止所有 對于所述熔化爐的空氣進入。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法另外包括在溫度為1200至1550C的所述熔化 爐中汽化鋅和鉛。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法另外包括在將所述混合物、所述附聚物引入 到所述熔化爐中之前，預(yù)熱所述混合物、所述附聚物或所述兩者。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法另外包括預(yù)熱至從500至1200C的溫度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法另外包括直接向所述熔化爐中加入下列材 料中的至少一種金屬鐵微粉和氧化鐵微粉，其100%小于25mm ;含碳還原劑，其100%小于 25mm ;和融合劑，其100%小于25mm。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法另外包括在所述熔化爐中形成液態(tài)鐵-硫 化鐵混合物；從所述熔化爐移去所述液態(tài)鐵_硫化鐵混合物，將所述鐵脫硫，和固化產(chǎn)生的 鐵以進一步使用。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法另外包括在所述熔化爐中形成廢氣，將所述 廢氣清洗和冷卻，和利用清洗的廢氣作為燃燒燃料驅(qū)動渦輪和發(fā)電。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法另外包括在所述渦輪中產(chǎn)生廢氣，從所述 渦輪回收所述廢氣，并且將其中含有的可感知的熱以蒸汽的形式在廢熱鍋爐回收系統(tǒng)中回 收。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法另外包括使用所述蒸汽驅(qū)動蒸汽渦輪和相 關(guān)的發(fā)電機以產(chǎn)生另外的電，從而基本上供應(yīng)所述方法的全部的電需求。
全文摘要
一種用于從鋅和鉛的硫化物或氧化物的濃縮物制備鉛和鋅的方法包括下列步驟(a)將鉛礦石和/或鋅礦石濃縮物、含鐵和含碳材料、金屬鐵微粉和氧化鐵微粉、含碳還原劑、融合劑和粘合劑混合，以形成混合物；(b)從所述混合物形成附聚物(c)將所述附聚物引入到熔化爐中；(d)在熔化爐中汽化鉛和鋅，并且將這些金屬以汽化的形式從熔化爐移去；(e)將金屬蒸氣冷卻和冷凝成液態(tài)金屬；(f)分離鋅和鉛；和(g)分別地回收每一種金屬。
文檔編號C22B5/16GK101715492SQ200880019440
公開日2010年5月26日 申請日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者格倫·E·霍夫曼 申請人:卡德羅資源公司