专利名称：一种硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法及侧吹炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硫化锑熔池熔炼的方法及设备，特别是一种硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法及侧吹炉。
背景技术：
传统锑冶炼通常采用鼓风炉挥发熔炼技术，通过将硫化锑精矿中的锑以氧化锑的形式挥发到烟尘中形成粗锑氧，该过程需要配入大量焦炭作为还原剂和热源，同时产出大量含低浓度SO2的烟气，能耗高、低浓度SO2污染严重。为了解决以上问题，大量研究将富氧熔炼技术引入到了锑冶炼中，中国专利CN10942575采用在铅铜冶炼行业使用很成熟的富氧底吹炉作为熔炼工具，对辉锑矿进行富氧熔炼，该技术解决了锑冶炼能耗 高和产生低浓度SO2的问题，但由于氧气从底吹炉底部鼓入，氧气首先与生成的金属锑接触使之发生氧化反应，依靠氧化生成的氧化锑向上部硫化锑传递氧，进而将硫化锑氧化，该过程导致金属锑生成量大大降低；此外，由于硫化锑很容易挥发，进入到高温熔池中的硫化锑很快就挥发进入烟尘中，而通过氧化锑传递氧气时，反应时间较长，延长了锑挥发时间，导致硫化锑挥发量增加，硫化锑挥发过程属吸热反应，这就往往会导致熔炼过程无法实现自热，没有全部利用硫化锑氧化反应热；进入到烟道中的硫化锑非常容易在烟道表面粘结，使得熔炼过程难以顺利进行；另外，氧气从底部往上吹，容易将物料吹入烟尘中，烟尘率往往会达到20%以上，严重影响锑白品质。专利CN101768672也提供了一种用富氧顶吹炼锑的熔炼炼锑方法，该方法将物料置于一桶状炉窑中，从顶部出入氧枪对其进行富氧吹炼，但由于氧枪需要全部插入到熔体中，氧枪寿命无法保证；另外，高速气流对熔体搅动很大，炉渣和金属无法分层，需要将炉子停下后静置分层后方可放料，使得熔炼过程无法连续进行。由于以上种种原因，以上富氧熔池熔炼技术都没有得到工业利用，现行锑冶炼仍然采用原始的鼓风炉挥发熔炼技术，亟需开发一种实用性强的富氧熔炼技术对其进行改造。
发明内容
针对现有鼓风炉挥发熔炼技术存在的高污染、高能耗以及现有富氧熔池熔炼技术无法切实产业化的不足，本发明旨在提供一种硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法及侧吹炉，该熔池熔炼方法采用富氧熔炼，可实现硫化锑精矿的自热熔炼，且金属锑产率大大增加，锑白质量好。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种硫化锑精矿富氧侧吹炉，其结构特点是，包括位于侧吹炉体底部的耐火砖砌筑炉缸、位于炉体中部的铜水套以及位于炉体上部的钢水套；所述铜水套和/或钢水套上设有加料口，所述钢水套上开有排烟口，在所述铜水套下部设有主风口，该铜水套上部设有二次风口，在所述钢水套上设有三次风口 ；在炉缸侧壁从上至下依次设有炉渣放出口、锑锍放出口和金属放出口 ；所述炉渣放出口设置在主风口以下。进一步地，本发明还提供了一种硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法，包括如下步骤:
1)先将锑精矿、石灰石、石英砂以及铁矿石各自进行备料处理，然后将备好的上述物料进行配料，配好后的混合料中:
Sb质量百分含量为15°/Γ40%，硅、铁、钙的质量百分含量以及相互的比例为Si02:Fe0:Ca0=(8% 30%): (7% 41%): (3% 25%)，硫质量百分含量 >14% ；
2)对步骤I)中配好的混合料进行增湿制粒，制粒过程控制物料中水的质量百分含量为7% 15%，制成的球粒粒径为3mnT25mm ；
3)将步骤2)制备的球粒加入如上所述的侧吹炉内，球粒进料落入到侧吹炉熔池中，被鼓入的侧吹炉的富氧空气氧化；熔炼温度为950°C 1400°C，反应生成的金属锑、锑锍以及炉渣都在熔池中澄清分为三层，最底层为金属锑，中间层为锑锍层，最上层为炉渣层；
4)分层放出金属锑、锑锍和炉渣。进一步地，所述金属铺的深度为300mm 600mm ;此时所述铺锍层厚度为150mm 300mm,所述炉禮:层厚度为500mm 1500mm。在步骤3)中，从二次风口向侧吹炉内通入二次风，从三次风口向侧吹炉内通入三次风，所述二次风和三次风中O2的体积浓度均为30°/Γ90%，其余为N2，压力为0.Γ0.4MPa，二次风中O2流量与进料量满足(20ΝπΓ 20Νπι3) / (t精矿)，三次风中O2流量与进料量满足(5Nm3 80Nm3)/ (t 精矿)；
在步骤I)中，将锑精矿、石灰石、石英砂以及铁矿石进行备料处理时，各成分的粒径在20mm以内。在步骤3)中，富氧空气中O2体积浓度为30°/Γ90%，其余为N2，富氧空气压力为
0.2MPa 1.6MPa，富氧空气中O2流量与球粒进料量的关系为:(180ΝπΓ420Νπι3) / (t精矿)。籍由上述方法，本发明先将硫化锑精矿与石灰石、石英砂以及铁矿石等进行配料，将配好后的混合料加入到侧吹炉中，鼓入富氧进行熔炼，熔炼过程富氧直接鼓入渣层，氧气与落入渣层中的硫化锑直接反应，大大加快了反应速度，反应生成的金属锑由于密度较大而沉入到熔池的最底部，最终由虹吸口放出，反应过程生成的锑锍处在渣层和金属锑层中间，由锑锍口放出，渣层浮于熔池最上面，风口以下的熔炼渣搅动不大，其中的金属锑和锑锍都得到了沉淀分离，同样可以将其从炉渣放出口放出，为了将挥发进入到气相中的硫化锑在炉内快速氧化，在熔池上面设置了二次风口，从其中鼓入富氧气体，将硫化锑氧化以确保硫化锑氧化所放出的热量尽可能留在炉内，在贴近排烟口处设置了三次风口，可确保挥发的硫化锑在进入烟道前再次充分氧化，使锑完全以氧化锑形式进入到烟道中，可有效防止硫化在烟道上的粘结。1、先将锑精矿、石灰石、石英砂以及铁矿石各自进行备料处理，控制所有物料粒径在20mm以下，将备好的上述物料进行配料，配好后的混合料中Sb质量百分含量在15 40%，其中硅、铁、钙质量百分含量满足Si02:Fe0:Ca0为(8 30%): (7 41%): (3 25%)，硫质量百分含量控制在>14% ；
2、将上述物料在圆盘或者圆筒制粒机中进行增湿制粒，制粒过程控制物料水分质量百分含量在7 15%，制成的合格球粒粒径控制在3mnT25mm之间；
3、将制好的球粒通过如图1中3所示的两个进料口中定量加入到炉内，进料落入到熔池中，被由图1所示鼓风口 2鼓入的富氧空气氧化，富氧空气中O2浓度控制在30°/Γ90%之间，其余为N2,富氧空气压力控制在0.2^1.6MPa,富氧空气中O2流量与进料量满足(180Nm3 420Nm3) / (t 精矿)；
4、控制熔炼温度在95(Tl400°C之间，反应生成的金属锑、锑锍以及炉渣都在熔池I中澄清分层，熔池分为三层，最底层为金属锑，其深度控制在30(T600mm，金属锑由放锑口 9连续或间断放出，金属锑上层为锑锍层，锑锍控制深度在15(T300mm之间，由锑锍放出口 8间断或连续放出，炉渣层在锑锍层上部，炉渣层又分为风口以上和风口以下两部分，整个炉渣层控制在50(Tl500mm，风口以下深度控制在400mm以上，炉渣放出口 7设置在风口以下，以确保渣层能很高澄清。5、二次风和三次风分别由二次风口 6以及三次风口 5通入，二次风和三次风中O2浓度控制在30°/Γ90%之间，其余为队，压力控制在0.Γ0.4MPa，二次风中O2流量与进料量满足(20ΝπΓ 20Νπι3) / (t精矿)，三次风中O2流量与进料量满足(5ΝπΓ80Νπι3) / (t精矿)；
6、本发明所用熔炼设备如图1和图2所示的侧吹炉。图中I为熔池区，熔池区靠金属放出口 9处炉缸深度加大，可使该处金属层深度较深，可降低放出金属中锑锍和炉渣的含量；主风口 2根据冶炼规模大小两侧各设置31个；加料口 3设置两个，当处理规模较小时可以只设置一个；排烟口 4高温烟气由此处排除；三次风口 5和二次风口 6根据处理规模可分别在炉两侧各设置3 8个；炉渣放出口 7、锑锍放出口 8以及金属放出口 9从上到下依次设置，具体位置和大小根据各熔体层高度和量而定。整个炉子由耐火砖砌筑炉缸、中部铜水套以及上部钢水套组成。与现有技术相比较，本发明的有益效果是:
1、可以实现硫化锑精矿的自热熔炼，不需要外加任何燃料，进而可以将锑冶炼综合能耗降到800kg标煤/吨以下；
2、金属锑产率占全锑量 的109Γ25%，相比传统炼锑方式，金属锑产率大大增加；
3、熔炼烟气中SO2质量百分含量在6%以上，可以满足直接制酸要求；
4、收尘系统中锑白含锑在78%以上，锑白质量好，可直接还原熔炼得到精锑。
图1是本发明所述侧吹炉的正视 图2是本发明所述侧吹炉的侧视图。在图中
1-熔池区；2-主风口；3-加料口；4-排烟口；
5-三次风口 ； 6- 二次风口 ；7-炉渣放出口 ； 8-锑锍放出口 ；
9-金属放出口； 10-炉缸；11-铜水套；12-钢水套。
具体实施例方式实施例1
设计炉缸尺寸为1600X2500mm、炉缸面积为4m2的侧吹炉，炉两侧各设置3个主风口，通过炉渣放出口、锑锍放出口和放金属锑口位置设计确保渣层深度在1200mm、锑锍层深度在200mm、金属锑层深度在500mm，在熔体液面上1500mm处炉两侧各设置3个二次风口，二次风口上方IOOOmm处炉两侧各设置2个三次风口，设置Φ 300mm加料口一个，排烟口尺寸为 400X400mm。在上述侧吹炉中进行试验。备料:
将锑精矿和破碎到20_以下的石灰石、石英砂以及铁矿石进行配料，配好后的混合料中Sb质量百分含量在25%，其中硅、铁、钙质量百分含量分别为26%、18%、9%，硫质量百分含量为19% ;将上述物料在圆筒制粒机中加水至物料水分为8%，制成粒径在5mnTl8mm的球粒备用。熔炼:
将上述球粒料以10t/h的加料速度加入到上述侧吹炉中，熔炼温度控制在105(Tl30(TC之间，主风口鼓入的富氧空气中O2浓度为50%，其余为N2,富氧空气压力为
0.8MPa，富氧空气流量为4500Nm3/h ;二次风和三次风中O2浓度都为50%，其余为N2，压力控制在0.2MPa，二次风流量为800Nm3/h，三次风流量为500Nm3/h。在上述条件下可以实现自热熔炼，金属锑的产率为18%，烟气中SO2浓度达到8.3%，收尘系统中锑白含锑在81%。
实施例2
熔炼炉与实施例1相同。备料:
将锑精矿和破碎到20_以下的石灰石、石英砂以及铁矿石进行配料，配好后的混合料中Sb质量百分含量在33%，其中硅、铁、钙质量百分含量分别为20%、12%、10%，硫质量百分含量为16% ;将上述物料在圆筒制粒机中加水至物料水分为10%，制成粒径在5mnT22mm的球粒备用。熔炼:
将上述球粒料以10t/h的加料速度加入到上述侧吹炉中，熔炼温度控制在1000~l200。C之间，主风口鼓入的富氧空气中O2浓度为80%，其余为N2，富氧空气压力为
1.2MPa，富氧空气流量为2800Nm3/h ;二次风和三次风中O2浓度都为80%，其余为N2，压力控制在0.2MPa，二次风流量为300Nm3/h，三次风流量为200Nm3/h。在上述条件下可以实现自热熔炼，金属锑的产率为11%，烟气中SO2浓度达到13%，收尘系统中锑白含锑在79.4%。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种硫化锑精矿富氧侧吹炉，其特征在于，包括位于侧吹炉体底部的耐火砖砌筑炉缸(10)、位于炉体中部的铜水套(11)以及位于炉体上部的钢水套(12);所述铜水套(11)和/或钢水套(12)上设有加料口(3)，所述钢水套(12)上开有排烟口(4)，在所述铜水套(11)下部设有主风口( 2 )，该铜水套(11)上部设有二次风口( 6 )，在所述钢水套(12 )上设有三次风口(5);在炉缸(10)侧壁从上至下依次设有炉渣放出口(7)、锑锍放出口(8)和金属放出口(9);所述炉渣放出口(7)设置在主风口(2)以下。
2.一种硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)先将锑精矿、石灰石、石英砂以及铁矿石各自进行备料处理，然后将备好的上述物料进行配料，配好后的混合料中: Sb质量百分含量为15°/Γ40%，硅、铁、钙的质量百分含量以及相互的比例为SiO2 = FeO = CaO=(8% 30%): (7% 41%): (3% 25%)，硫质量百分含量 >14% ； 2)对步骤I)中配好的混合料进行增湿制粒，制粒过程控制物料中水的质量百分含量为7% 15%，制成的球粒粒径为3mnT25mm ； 3)将步骤2)制备的球粒加入如权利要求1所述的侧吹炉内，球粒进料落入到侧吹炉熔池中，被鼓入的侧吹炉的富氧空气氧化；熔炼温度为950°C 1400°C，反应生成的金属锑、锑锍以及炉渣都在熔池中澄清分为三层，最底层为金属锑，中间层为锑锍层，最上层为炉渣层； 4)分层放出金属锑、锑锍和炉渣。
3.根据权利要求2所述的硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法，其特征在于，所述金属锑的深度为300_ 600mm。
4.根据权利要求2所述的硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法，其特征在于，在步骤3)中，从二次风口(6)向侧吹炉内通入二次风，从三次风口(5)向侧吹炉内通入三次风，所述二次风和三次风中O2的体积浓度均为30°/Γ90%，其余为N2,压力为0.Γ0.4MPa，二次风中O2流量与进料量满足(20ΝπΓ 20Νπι3) / (t精矿)，三次风中O2流量与进料量满足(5ΝπΓ80Νπι3) / (t精矿)； 根据权利要求2所述的硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法，其特征在于，在步骤I)中，将锑精矿、石灰石、石英砂以及铁矿石进行备料处理时，各成分的粒径在20mm以内。
5.根据权利要求2所述的硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法，其特征在于，步骤3)中，富氧空气中O2体积浓度为30°/Γ90%，其余为N2,富氧空气压力为0.2MPa^l.6MPa，富氧空气中O2流量与球粒进料量的关系为:(180ΝπΓ420Νπι3) / (t精矿)。
全文摘要
本发明公开了一种硫化锑精矿富氧熔池熔炼方法及侧吹炉。为了解决现有鼓风炉挥发熔炼技术存在的高污染、高能耗以及现有富氧熔池熔炼技术无法切实产业化的问题，所述熔池熔炼方法包括如下步骤1)先将锑精矿等进行备料处理，然后配料；2)对配料进行增湿制粒；3)将制备的球粒加入侧吹炉内，反应生成的金属锑、锑锍以及炉渣都在熔池中澄清分为三层，最底层为金属锑，中间层为锑锍层，最上层为炉渣层；4)分层放出金属锑、锑锍和炉渣。本发明的熔池熔炼方法采用富氧熔炼，实现了硫化锑精矿的自热熔炼，且金属锑产率大大增加，锑白质量好。
文档编号C22B30/02GK103173637SQ201310070398
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者刘维, 刘锐, 蔡练兵, 张忠国, 覃文庆, 梁志军, 张杜超, 韩旭, 尹漓江 申请人:中南大学, 湖南辰州矿业股份有限公司