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]近年來由于銅冶煉能力劇烈擴(kuò)張，優(yōu)質(zhì)銅精礦的供應(yīng)變得越來越緊張，銅精礦逐漸變得“低品位”和/或“高雜質(zhì)”。低品位，指銅精礦中的目標(biāo)金屬銅元素的含量較低；高雜質(zhì)，主要是指銅精礦中的鉛、鋅、砷、銻、鉍和/或錫等雜質(zhì)元素的含量較高。
[0004]而眾所周知，懸浮閃速冶煉中的閃速爐結(jié)構(gòu)、噴嘴結(jié)構(gòu)以及冶煉方法等等均是為處理優(yōu)質(zhì)精礦而設(shè)計(jì)的，其并不適合處理低品位和/或高雜質(zhì)的精礦:當(dāng)懸浮閃速冶煉低品位的銅精礦時(shí)，銅精礦中的目標(biāo)金屬銅元素的含量較低，意味著銅精礦中的低價(jià)態(tài)硫元素含量更高，低價(jià)態(tài)硫元素相當(dāng)于冶金反應(yīng)中的燃料，相同銅精礦投料量下會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，造成爐溫過高，爐體承受更高的熱負(fù)荷，降低了爐體的使用壽命，從而限制了懸浮閃速冶煉處理低品位銅精礦的能力；當(dāng)懸浮閃速冶煉高雜質(zhì)的銅精礦時(shí)，銅精礦中的鉛、鋅、砷、銻、鉍和/或錫等雜質(zhì)元素的含量較高，這些雜質(zhì)會(huì)降低銅精礦的升溫速度，升高銅精礦的反應(yīng)溫度，降低銅精礦的反應(yīng)速度，容易造成冶金反應(yīng)不完全，降低了閃速爐的生產(chǎn)能力，從而限制了懸浮閃速冶煉處理高雜質(zhì)銅精礦的能力。實(shí)際生產(chǎn)中，目前的懸浮閃速冶煉方法及懸浮閃速冶煉噴嘴還不能較好地實(shí)現(xiàn)對低品位和/或高雜質(zhì)精礦的冶煉。
[0005]因此，如何利用現(xiàn)有的閃速爐，較好地實(shí)現(xiàn)對高雜質(zhì)精礦的冶煉是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于上述說明，本發(fā)明的目的在于提供一種旋浮冶煉方法，該旋浮冶煉方法利用現(xiàn)有的閃速爐，能夠較好地實(shí)現(xiàn)對高雜質(zhì)精礦的冶煉。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。
[0007]為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種旋浮冶煉方法，包括以下步驟:
[0009]I)將由第一旋流器產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣從反應(yīng)塔塔頂噴入所述反應(yīng)塔，所述旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣的流通路徑的水平截面為環(huán)狀，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)部的能夠卷吸氣體回流的中心回流區(qū)和/或位于其外側(cè)的能夠卷吸氣體回流的外回流區(qū)；
[0010]將由第二旋流器產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣從所述旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣的外側(cè)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)部的能夠卷吸氣體回流的中心回流區(qū)和/或位于其外側(cè)的能夠卷吸氣體回流的外回流區(qū)；
[0011]所述旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣與所述旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣在所述反應(yīng)塔內(nèi)混合形成混合氣流，所述旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣中的中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)與相應(yīng)的所述旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣中的中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)相互疊加成為一個(gè)相應(yīng)的中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)；
[0012]2)將冶金反應(yīng)所需的固態(tài)粉狀物料由所述步驟I)中旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣所圍成的空腔通道送入所述反應(yīng)塔內(nèi)；
[0013]3)所述步驟I)中的混合氣流與所述步驟2)中的物料混合形成氣料混合流體，同時(shí)所述氣料混合流體吸收疊加后的中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)中熱氣體的熱量至冶金反應(yīng)所需溫度，然后所述物料與旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣以及旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣中的氧氣發(fā)生冶金反應(yīng)，生成金屬锍與渣的混合物或者是金屬與渣的混合物落入沉淀池中。
[0014]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)式述第一富氧空氣中氧氣的體積百分比為50%?65%。
[0015]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣中氧氣的體積百分比為50%?65%。
[0016]優(yōu)選的，將第三富氧空氣經(jīng)過所述物料所圍成的空腔通道噴入所述反應(yīng)塔。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種旋浮冶煉方法，該旋浮冶煉方法首先選擇第一旋流器和第二旋流器均為可以產(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；然后通過第一旋流器將管道輸送來的第一富氧空氣轉(zhuǎn)化成具有軸向速度、徑向速度以及切向速度的旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣，通過第二旋流器將管道輸送來的第二富氧空氣轉(zhuǎn)化成具有軸向速度、徑向速度以及切向速度的旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣；然后將旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣和旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣分開噴入反應(yīng)塔。旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣是由第一旋流器產(chǎn)生的強(qiáng)旋流強(qiáng)度的氣流，旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣是由第二旋流器產(chǎn)生的強(qiáng)旋流強(qiáng)度的氣流，二者均可以產(chǎn)生中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)。旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣與旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣混合形成混合氣流，形成共軸旋轉(zhuǎn)氣流，原各自形成的中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)相互疊加成為一個(gè)相應(yīng)的中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)。
[0018]—個(gè)穩(wěn)定存在、大小形狀合理、在反應(yīng)塔內(nèi)分布位置合理的中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)，可以相應(yīng)地將反應(yīng)塔內(nèi)中下部和/或外圍的大量高溫氣體卷吸回流至反應(yīng)塔中心的柱狀區(qū)域，尤其是噴嘴出口處，大量回流的高溫氣體與剛出噴嘴的物料直接接觸，利用其所含的大量熱量對物料進(jìn)行快速加熱升溫，提高了物料的升溫速度；上述大量回流的高溫氣體還提高了噴嘴出口處及其下方的環(huán)境溫度，提高了物料與富氧空氣的反應(yīng)速度。
[0019]本發(fā)明通過設(shè)置旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣，使其與旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣共同作用實(shí)現(xiàn)了類似于燃燒學(xué)中分級燃燒的分級冶金反應(yīng)，利于物料的著火和穩(wěn)定反應(yīng)；二者共同作用形成了混合共軸旋轉(zhuǎn)氣流，各自形成的中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)相互疊加成為一個(gè)，可以產(chǎn)生更大、更穩(wěn)定的中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)，卷吸更多的高溫氣體回流，進(jìn)一步提高了物料的升溫速度和反應(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。本發(fā)明為從內(nèi)到外分布的粉一風(fēng)一風(fēng)模式，為“風(fēng)包粉”模式，旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣與旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣緊挨，中間沒有其它物質(zhì)隔閡，有利于上述分級冶金反應(yīng)的發(fā)生與持續(xù)進(jìn)行。
[0020]本發(fā)明選用的蝸殼式旋流器、切向葉片式旋流器或軸向葉片式旋流器均為強(qiáng)旋流器，使得旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣和旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣均具有較強(qiáng)的旋流強(qiáng)度；旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣和旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣混合后，所形成的混合氣流具有比單獨(dú)旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣或單獨(dú)旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣更高的旋流強(qiáng)度；較高的旋流強(qiáng)度使得粉狀物料與上述混合氣流混合的更快速、更均勻，提高了物料在反應(yīng)塔空間內(nèi)懸浮滯留的時(shí)間，提高了物料與富氧空氣中氧氣的接觸幾率和接觸時(shí)間，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。
[0021]綜上，中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)的存在以及旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣與旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣形成的分級冶金反應(yīng)提高了物料的升溫速度和反應(yīng)速度，針對性地減弱了高雜質(zhì)精礦中鉛、鋅、砷、銻、鉍和/或錫等元素對冶煉過程中物料升溫速度和反應(yīng)速度的消極影響，再者較強(qiáng)的旋流強(qiáng)度提高了物料與混合氣流的混合速度以及混合均勻性，提高了物料在反應(yīng)塔內(nèi)懸浮的時(shí)間，從而提高了物料與混合氣流中氧氣的接觸幾率和接觸時(shí)間，上述多個(gè)有利因素相互結(jié)合，相互促進(jìn)，顯著促進(jìn)了冶金反應(yīng)進(jìn)行和反應(yīng)完全，提高了閃速爐的生產(chǎn)能力，較好地實(shí)現(xiàn)了對高雜質(zhì)精礦的旋浮冶煉。
[0022]中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)對應(yīng)地將反應(yīng)塔內(nèi)中下部和/或外圍的高溫氣流回流至反應(yīng)塔中心區(qū)域，將反應(yīng)塔內(nèi)的熱量強(qiáng)制性地向反應(yīng)塔中心區(qū)域集中，降低了爐壁附近的溫度，降低了爐壁承受的熱負(fù)荷，減少了高溫的熔融體和煙氣對爐壁的高溫腐蝕和沖刷，針對性地減弱了低品位精礦中較高含量的硫元素對閃速爐爐體造成的消極影響，提高了爐體的使用壽命，較好地實(shí)現(xiàn)了對低品位精礦的旋浮冶煉。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案在針對性地減弱了高雜質(zhì)精礦中鉛、鋅、砷、銻、鉍和/或錫等元素對冶煉過程中物料升溫速度和反應(yīng)速度的消極影響，較好地實(shí)現(xiàn)了對高雜質(zhì)精礦的旋浮冶煉的同時(shí)，還取得了預(yù)料不到的技術(shù)效果:針對性地減弱了低品位精礦中較高含量的硫元素對閃速爐爐體造成的消極影響，較好地實(shí)現(xiàn)了對低品位精礦的旋浮冶煉，從而使得本發(fā)明提供的旋浮冶煉方法既能處理高雜質(zhì)精礦，又能處理低品位精礦。
[0023]中心回流區(qū)和/或外回流區(qū)對應(yīng)地將反應(yīng)塔內(nèi)中下部和/或外圍的高溫氣流回流至反應(yīng)塔中心區(qū)域，將反應(yīng)塔內(nèi)中下部和/或外圍的熱量強(qiáng)制性地向反應(yīng)塔中心區(qū)域集中，充分利用反應(yīng)塔內(nèi)既有的富余熱量來加熱噴入反應(yīng)塔內(nèi)的物料，使其達(dá)到反應(yīng)溫度后，發(fā)生冶金反應(yīng)，同時(shí)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，控制物料的性質(zhì)和冶煉工藝參數(shù)，完全可以實(shí)現(xiàn)熱量收支平衡，將冶金反應(yīng)引發(fā)后不用再燃燒燃料向噴嘴出口處附近補(bǔ)充熱量，從而降低了能耗及生產(chǎn)成本，保護(hù)了環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了自熱式冶煉。
[0024]進(jìn)一步的，本發(fā)明通過控制旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣和/或旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣中氧氣的體積百分比為50%?65%，一方面滿足了冶金反應(yīng)對氧氣的需要，使得冶金反應(yīng)始終處于較高的氧勢下進(jìn)行；另一方面使得參與完成冶金反應(yīng)后的混合氣流仍具有足夠的能夠帶動(dòng)物料繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的風(fēng)量和能量，使得物料后半程運(yùn)動(dòng)不會(huì)偏離原運(yùn)動(dòng)軌跡，從而利于物料與富氧空氣的充分接觸，利于冶金反應(yīng)進(jìn)行和反應(yīng)完全。同時(shí)，也使得制氧車間無需再生產(chǎn)70%?85% (體積百分比)的高富氧空氣或工業(yè)純氧，直接生產(chǎn)氧氣的體積百分比為50%?65%的富氧空氣即可，從而顯著降低了制氧車間的能耗和生產(chǎn)成本，顯著降低了冶煉企業(yè)的能耗和生產(chǎn)成本。本發(fā)明在解決上述所要解決的技術(shù)問題的同時(shí)，取得了預(yù)料不到的技術(shù)效果一一實(shí)現(xiàn)了低富氧冶煉，顯著降低了冶煉企業(yè)的能耗和生產(chǎn)成本，也克服了有色金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)偏見--富氧濃度越高，冶金反應(yīng)越好。
[0025]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)塔供給冶金反應(yīng)所需固態(tài)粉狀物料的供料裝置、用于向所述反應(yīng)塔供給旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣的第一供氣裝置以及用于向所述反應(yīng)塔供給旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣的第二供氣裝置；
[0026]所述供料裝置包括供料管，所述第一供氣裝置包括第一供氣管以及用于產(chǎn)生所述旋轉(zhuǎn)式第一富氧空氣的第一旋流器，所述第二供氣裝置包括第二供氣管以及用于產(chǎn)生所述旋轉(zhuǎn)式第二富氧空氣的第二旋流器；
[0027]所述第一供氣管套裝于所述供料管的外部，所述第二供氣管套裝于所述第一供氣管的外部，所述供料管內(nèi)的空腔形成物料通道，所述第一供氣管與所述供料管之間的空腔形成第一富氧空氣