專利名稱：用于生產易揮發(fā)金屬的方法和熔爐結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用其硫化物生產易揮發(fā)金屬工藝中使用的方法和熔爐結構。該熔爐結構包括兩臺緊密相通的熔爐，一臺還原爐和一臺吹爐，它們在正常壓力下進行工作，兩臺熔爐的布置能使原料通過它們之間的至少一個通道在爐子之間連續(xù)地進行傳輸。而由于在熔爐中發(fā)生了化學反應，因而使得熔爐中的流體靜壓發(fā)生變化。另外，在兩個熔爐中的熔融料層的體積也發(fā)生變化。由于這些同時發(fā)生的變化導致物料至少通過一條通道進行的循環(huán)，造成了硫化物冰銅從還原爐到吹爐的再循環(huán)(這是工藝過程所需的)，以及熔融金屬從吹爐到還原爐的再循環(huán)。
用于生產鋅、鉛、鎘和某些其它易揮發(fā)金屬的一些較新式的火法冶金工藝，使用銅對所述金屬硫化物進行還原，在該情況下產生冰銅(copper mette)和上述金屬蒸汽，然后進行冷凝。在上述工藝過程中，從反應空間連續(xù)地排出冰銅并將其傳送到另一臺爐內，以便氧化冰銅內的硫化物并使銅重新轉變成金屬銅。從冰銅加工爐連續(xù)地排出金屬銅并將其返回到上述反應空間，以補充在金屬硫化物的還原反應中所消耗的銅。原料中的氧化物質或在工藝過程中可能被氧化的物質，在作為反應空間的爐內形成熔渣層，故必須經?；蜻B續(xù)地去除上述熔渣層。
為了實現(xiàn)上述功能，英國專利申請2048309使用包括兩臺相鄰反射爐的組合爐，其中一臺爐的位置稍高于另一臺的位置。將精礦料投入位置較低爐內的熔融冰銅中。精礦中的硫化鋅轉化成金屬鋅，而金屬鋅則從熔爐揮發(fā)。在熔爐內形成的冰銅通過氣體提升作用經由負壓室被再循環(huán)到位置較高的熔爐內，在該爐內冰銅或其中的至少一部分被供入爐內的氧氣氧化成金屬銅，由于重力作用使銅循環(huán)返回位置較低的熔爐。在熔爐內發(fā)生的吸熱反應需要熱能，由于過量的硫化物冰銅在作為吹爐的較高熔爐內循環(huán)而產生負壓抽吸作用，或者可以通過燃燒器進一步加熱冰銅。
芬蘭專利申請922301涉及一種類似于上述方法的鋅加工方法，其中所用的反應空間是一種電爐。在該爐內，主要存在兩層熔融層在底部的金屬銅層和在金屬銅層上方的硫化物冰銅層。在冰銅層之上形成的熔渣層是爐內的第三層。硫化物原料經由管狀噴嘴用壓縮氣體吹入銅層。所用載氣是氮氣或某些其它惰性氣體。由于在銅層內發(fā)生形成冰銅的反應，這種冰銅就從銅層上升并進入銅層上的冰銅層。
通過使電極同冰銅和熔渣層接觸來使電流加熱電爐。上述冰銅和熔渣層成為產生熱能的電阻。按照某些熟知的工藝方法，例如在Dierce-Smith吹爐內能將形成的冰銅轉換成銅和熔渣。
Dierce-Smith吹爐是一種間歇式反應器，全部工藝反應是以間歇方式進行的，以致冰銅是分批地從電爐內排除，而銅也是分批地從吹爐傳送到電爐。除了間歇式工藝方法特有的各種缺點外，還必須在熔爐之間傳輸大量的冰銅和金屬銅，這將導致增加成本和有害煙霧。
目前也使用連續(xù)運轉的吹爐。在Mitsubishi煉銅工藝方法中，冰銅從熔化爐沿斜槽連續(xù)地流向吹煉爐。通常有三層底部處的熔融銅和熔融銅頂部上的冰銅以及在最高層處的熔渣層。通過冷噴嘴將空氣或富氧空氣吹入熔融層表面，進行連續(xù)工藝過程的吹煉。從熔融層表面連續(xù)去除形成的熔渣。從吹煉爐底部連續(xù)流動排出生成的銅。
當用斜槽將芬蘭專利申請922301內所述的還原爐(其中用銅還原易揮發(fā)金屬的硫化物)同吹爐互相連通時，能夠以連續(xù)流動方式將形成的冰銅輸入吹爐。然而，必須在某個低的平面上從吹爐排出已生成的銅，而在該平面上銅的自重又不足以使它流回還原爐，但是必須將銅放出到某個容器內并在其內進行傳輸。
為了避免上述各種缺點，也就是，由供入工藝過程的氣體帶動的熔體循環(huán)，或者從一個熔爐到另一個熔爐進行的傳輸，本發(fā)明研制出一種方法和熔爐結構，其中，在正常壓力下將還原爐同吹煉爐緊密相聯(lián)。有利的是，各熔爐處于同一平面上，或者處于不同平面上，但通過至少一個通道將它們互相連通起來。在各熔爐內發(fā)生的化學反應將引起各爐內流體靜壓變化。此外，各爐內熔體層的體積也發(fā)生變化。由于上述變化引起的循環(huán)也將引起各爐之間不同熔融相的再循環(huán)。從而，在還原爐內形成的硫化物冰銅被再循環(huán)到吹爐，而已還原的熔融金屬也相應地從吹爐被再循環(huán)返回還原爐。從所附的權利要求來看，本發(fā)明的主要新穎特征是顯而易見的。
參考附圖進一步說明本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明裝置實施方案的側視簡圖;
圖2是本發(fā)明裝置另一個實施方案的側視簡圖;圖3是本發(fā)明裝置另一個可供選擇的實施方案的頂視圖。
如同圖1所見，在生產易揮發(fā)金屬的過程中要使用的本發(fā)明的熔爐結構包括兩臺熔爐，其中，電爐1用作還原爐，而吹爐2作為冰銅氧化爐。各熔爐可以布置在同一平面上或不同平面上。
在這種可供選擇的比較方案中，各爐用一根管狀通道3互相連通。通道的形狀和結構不是決定性的。但是通道既可以基本上水平，也可以傾斜，使它的還原爐一側的端頭15處于高于或低于吹爐一側端頭16的平面上。重要的是，該通道應處于這樣的狀態(tài)各爐的氣體空間不連通而且在吹爐內形成的銅金屬由于重力作用而被再循環(huán)到電爐內。這意味著，至少通道的另一端必須一直被浸沒在熔體中，無論熔體是金屬、冰銅或是熔渣。實際上，通道的兩端通常都被浸沒在熔體中。
在兩臺爐內的最低層是銅熔體層4而在其頂部上是冰銅熔體層5，在兩臺爐內的最頂層是熔渣層6。
通過噴槍7將包含硫化物形態(tài)的金屬鋅、鉛或鎘(優(yōu)選為鋅和可能的鉛和鎘)中的至少一種的硫化物原料噴入還原爐內。由于化學反應，銅量減少，因為銅的硫化作用使它形成了冰銅。
當金屬被轉變成冰銅時，熔融材料的平均密度減小，還原爐的熔體平面傾向于升高。流體靜壓升高將再次使冰銅被傳輸入吹爐。
在吹爐內，冰銅被經由噴嘴8吹入的氧氣、空氣或它們的混合氣體氧化成金屬銅。形成的銅由于最重沉積在吹爐的底部。在工藝過程中，銅層表面處于這種高度，以致新形成的銅由于重力作用而沉入還原爐內。經由排放口9從吹爐排出在吹煉還原時形成的熔渣。
經由孔10從還原爐頂部排放在還原爐內形成的鋅和可能的鉛和鎘金屬蒸汽。經由吹爐頂部的孔11排放在吹爐內形成的二氧化硫和其它氣體。
在圖2可供選擇的方案中，用兩根管狀通道3和12使各爐互相連通，其中下部通道12處在這樣的位置，它的靠近還原爐端13完全浸沒在銅層4內，而其靠近吹爐端14也完全浸沒在吹爐的銅層4內。也可以進一步向上設置靠近還原爐端13，使得它部分地浸沒在冰銅層內。上部通道3設置成它的一端15處在還原爐內這樣的高度上，使得冰銅層5的頂面和熔渣層6的底面沉落在該通道孔的區(qū)域內，而且冰銅和熔渣能夠流過該通道孔。
上通道3既可以基本上水平也可以傾斜，以使得它的吹爐一側端頭16高于或低于它的還原爐一側端頭15。除了上述通道外，吹爐還包括用于從吹爐的熔融冰銅層表面去除熔渣6的第三個開口9。不設置用于去除來自還原爐的硫化物冰銅5的放液孔，因為其中的冰銅被經由噴嘴8吹入的氧氣或空氣氧化重新變成金屬銅。熔渣排放孔9位于這樣的高度處，在該處它可以用于在吹爐和還原爐之間對上通道3的至少一端進行調整，使它一直完全浸沒在熔渣和/或冰銅內，以便防止來自還原爐和吹爐的氣體發(fā)生混合。
經由孔10從還原爐的頂部排出在該爐內形成的鋅和可能的鉛和鎘蒸氣。經由孔11從吹爐排除在吹爐內形成的二氧化硫和其它氣體。
當在啟動熔爐后兩臺熔爐內的全部熔融層處于平衡時，吹爐內的表面高度落在由熔渣排放口9限定的平面上，而還原爐內的表面相應地落在由吹爐表面或還原爐和吹爐之間的上通道限定的平面上。沉積的不同層的各種厚度使得在吹爐內下通道高度處，由銅、冰銅和熔渣層引起的流體靜壓等于由位于還原爐內相應高度處的銅、冰銅和熔渣引起的流體靜壓。
當通過噴嘴7將硫化物原料噴入還原爐內，同時吹入空氣、氧氣或富氧空氣而開始工藝過程時，還原爐內的銅量開始減少，因為銅的硫化作用使它變成了冰銅。在吹爐內，由于吹煉反應使得在爐內反復循環(huán)的冰銅轉變成金屬銅。在該工藝過程中，在還原爐內熔融材料的平均密度因而減小，而吹爐內材料的平均密度相應增大。結果，各爐之間的通道內壓力平衡被破壞，銅開始從吹爐流向還原反應器。相應地，在還原爐內形成的冰銅和可能的熔渣開始通過通道流向吹爐。這些循環(huán)長期持續(xù)下去，只要工藝過程一直在運轉。
在本發(fā)明另一種可供選擇的實施方案中，電爐和吹爐事實上是一臺熔爐的各個部分或就是同一臺熔爐，該各個部分僅僅是被隔墻分開，在兩部分之間留有一個或多個通孔。
如果認為在還原爐和吹爐之間通道在某些使用條件下可能被堵塞，有利的是，各個熔爐可以如圖3所示方式成對角地布置。在該情況下，使熔爐1和2連通的用兩個部件組成的通道3，彼此相對被有利地布置成直角，在直角的不同側面上，能夠提供通常在冶金爐內所用標準的可鎖定開孔17，例如可以通過該開孔用氧氣熔化的方法來排除任何可能的堵塞物。
如同圖3所見、吹爐的數(shù)目并不局限于一臺，可以有若干臺吹爐，例如每一臺還原爐配備兩臺吹爐，在該情況下其中的一臺以正常方式進行運轉，而另一臺可以進行維修。
權利要求
1.一種用于生產鋅、鉛和鎘易揮發(fā)金屬的熔爐結構，它的結構包括至少兩臺緊密連通的熔爐(1，2)一臺還原爐(1)和一臺吹爐(2)，其特征在于，使用至少一個通道(3，12)將在正常壓力下運轉的熔爐(1，2)互相連通起來，其中該通道的至少一個端頭被布置成浸沒在熔爐的熔體(4，5，6)內。
2.根據(jù)權利要求1的熔爐結構，其特征在于，使熔爐(1，2)互相連通的通道(3)被布置成它的兩端(15，16)被浸沒在熔體(4，5，6)內。
3.根據(jù)權利要求1的熔爐結構，其特征在于，基本上成水平地形成使熔爐(1，2)連通的通道(3)。
4.根據(jù)權利要求1的熔爐結構，其特征在于，使熔爐(1，2)互相連通的通道(3)被建造成靠近還原爐(1)的端頭(15)低于靠近吹爐(2)的端頭(16)。
5.根據(jù)權利要求1的熔爐結構，其特征在于，使熔爐(1，2)互相連通的通道(3)被建造成靠近吹爐(2)的端頭(16)低于靠近還原爐(1)的端頭(15)。
6.根據(jù)權利要求1的熔爐結構，其特征在于，還原爐(1)是一種電爐。
7.根據(jù)權利要求1的熔爐結構，其特征在于，使熔爐(1，2)互相連通的通道(3，12)的數(shù)目為2。
8.根據(jù)權利要求1的熔爐結構，其特征在于，使用兩個通道(3，12)將熔爐(1，2)互相連通起來，其中下通道(12)的至少吹爐一側的端頭(14)被布置成完全浸沒在熔爐內熔融金屬(4)中，上通道(3)的至少一端(15，16)被調整到一直浸沒在熔爐內冰銅(5)和/或熔渣(6)層中。
9.權利要求7的熔爐結構，其特征在于，使熔爐(1，2)互相連通的下通道(12)位于使它的兩端(13，14)浸沒在熔融金屬中。
10.根據(jù)權利要求7的熔爐結構，其特征在于，給吹爐(2)提供位于這樣高度處的熔渣排放口(9)，在該處它將上通道(3)的至少一端(15，16)調整到一直浸沒在熔渣和/或冰銅中。
11.根據(jù)權利要求7的熔爐結構，其特征在于，使熔爐(1，2)互相連通的上通道(3)被建造成靠近還原爐(1)的端頭(15)低于靠近吹爐(2)的端頭(16)。
12.根據(jù)權利要求7的熔爐結構，其特征在于，使熔爐(1，2)互相連通的上通道(3)被建造成靠近還原爐(1)的端頭(15)高于靠近吹爐(2)的端頭(16)。
13.根據(jù)權利要求7的熔爐結構，其特征在于，基本上水平地形成使熔爐(1，2)互相連通的上通道(3)。
14.根據(jù)權利要求1的熔爐結構，其特征在于，若干個吹爐(2)同還原爐(1)連通。
15.根據(jù)權利要求1的熔爐結構，其特征在于，將熔爐(1，2)布置在基本上同一平面上。
16.一種使用兩臺緊密連通的熔爐生產鋅、鉛和鎘易揮發(fā)金屬的方法，其中，將至少一種易揮發(fā)金屬的硫化物精礦投入還原爐內的熔融金屬液中，在該處精礦中的易揮發(fā)金屬被轉變成金屬形態(tài)并以蒸汽形態(tài)從熔爐內排出，在熔爐內形成的熔融金屬硫化物冰銅和熔渣被再循環(huán)到吹爐內，以便將金屬硫化物重新變成金屬;形成的熔渣從熔爐內排除，在吹爐內生成的金屬被再循環(huán)到還原爐，該方法的特征在于，使用至少一個通道將熔爐互相連通起來，其中該通道的至少一端被浸沒在熔體中，以致由于在爐內發(fā)生的化學反應引起的熔體層的流體靜壓和體積變化而導致在各熔爐之間的各物料再循環(huán)。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其特征在于，通道的兩端被浸沒在熔體內。
18.根據(jù)權利要求16的方法，其特征在于，使用的熔融金屬是熔融銅。
19.根據(jù)權利要求16的方法，其特征在于，還原爐和吹爐基本上位于同一平面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用其硫化物生產易揮發(fā)金屬的方法和熔爐結構。該熔爐結構包括兩臺緊密連通的熔爐一臺還原爐和一臺吹爐，它們在正常壓力下進行運轉，使熔爐之間的材料在正常壓力下通過熔爐之間至少一個通道連續(xù)地進行傳輸。由于熔爐內發(fā)生的化學反應，使爐內流體靜壓發(fā)生變化。此外，爐內熔體層的體積也發(fā)生變化。由于這些變化引起通過該通道的循環(huán)，同時也引起了在該工藝過程中所需的硫化物冰銅從還原爐再循環(huán)到吹爐，以及熔融金屬從吹爐再循環(huán)到還原爐。
文檔編號C22B5/16GK1106130SQ9411709
公開日1995年8月2日 申請日期1994年10月12日 優(yōu)先權日1993年10月14日
發(fā)明者T·泰洛恩, H·伊羅拉, A·羅尼 申請人:奧托庫普研究有限公司