一种旋浮冶炼方法及旋浮冶炼喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及有色金属冶炼技术领域，尤其是涉及一种旋浮冶炼方法及旋浮冶炼喷嘴。
【背景技术】
[0002]在有色金属冶炼行业内，尤其是铜冶炼行业，悬浮闪速冶炼技术是最主要的冶炼技术之一，其工艺原理是:首先将冶金反应所需的气体，通常是富氧空气，由冶炼喷嘴喷入闪速炉的反应塔内；然后将干燥后的冶金反应所需的固态粉状物料，通常包括精矿、熔剂以及返料，由冶炼喷嘴喷入闪速炉的反应塔内；固态粉状物料与富氧空气从喷嘴喷出后，相互混合形成气料混合流体，固态粉状物料悬浮在充满富氧空气且具有较高氧势的反应塔内的空间内，使物料粒子与富氧空气中的氧气充分混匀接触，由于固态粉状物料的粒径很小，具有巨大的表面积，使得固态粉状物料与氧气在瞬间(2?3秒)内完成冶金反应，产出相应的冶金产物，达到脱硫脱铁的冶炼目的。由于冶金反应在很短的时间内完成，反应速度很快，故名悬浮闪速冶炼，实现上述悬浮闪速冶炼工艺的冶金炉称作闪速炉。
[0003]近年来由于铜冶炼能力剧烈扩张，优质铜精矿的供应变得越来越紧张，铜精矿逐渐变得“低品位”和/或“高杂质”。低品位，指铜精矿中的目标金属铜元素的含量较低；高杂质，主要是指铜精矿中的铅、锌、砷、锑、铋和/或锡等杂质元素的含量较高。
[0004]而众所周知，悬浮闪速冶炼中的闪速炉结构、喷嘴结构以及冶炼方法等等均是为处理优质精矿而设计的，其并不适合处理低品位和/或高杂质的精矿:当悬浮闪速冶炼低品位的铜精矿时，铜精矿中的目标金属铜元素的含量较低，意味着铜精矿中的低价态硫元素含量更高，低价态硫元素相当于冶金反应中的燃料，相同铜精矿投料量下会产生更多的热量，造成炉温过高，炉体承受更高的热负荷，降低了炉体的使用寿命，从而限制了悬浮闪速冶炼处理低品位铜精矿的能力；当悬浮闪速冶炼高杂质的铜精矿时，铜精矿中的铅、锌、砷、锑、铋和/或锡等杂质元素的含量较高，这些杂质会降低铜精矿的升温速度，升高铜精矿的反应温度，降低铜精矿的反应速度，容易造成冶金反应不完全，降低了闪速炉的生产能力，从而限制了悬浮闪速冶炼处理高杂质铜精矿的能力。实际生产中，目前的悬浮闪速冶炼方法及悬浮闪速冶炼喷嘴还不能较好地实现对低品位和/或高杂质精矿的冶炼。
[0005]因此，如何利用现有的闪速炉，较好地实现对高杂质精矿的冶炼是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]基于上述说明，本发明的目的在于提供一种旋浮冶炼方法，该旋浮冶炼方法利用现有的闪速炉，能够较好地实现对高杂质精矿的冶炼。本发明的另一个目的是提供一种实现上述旋浮冶炼方法的旋浮冶炼喷嘴。
[0007]为解决上述的技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0008]一种旋浮冶炼方法，包括以下步骤:
[0009]I)将由第一旋流器产生的旋转式第一富氧空气从反应塔塔顶喷入所述反应塔，所述旋转式第一富氧空气的流通路径的水平截面为环状，所述第一旋流器为用于产生中心回流区和/或外回流区的蜗壳式旋流器、切向叶片式旋流器或轴向叶片式旋流器，喷入所述反应塔后，所述旋转式第一富氧空气中形成位于其内部的能够卷吸气体回流的中心回流区和/或位于其外侧的能够卷吸气体回流的外回流区；
[0010]将由第二旋流器产生的旋转式第二富氧空气从所述旋转式第一富氧空气的外侧以环绕所述旋转式第一富氧空气的形式喷入所述反应塔，所述第二旋流器为用于产生中心回流区和/或外回流区的蜗壳式旋流器、切向叶片式旋流器或轴向叶片式旋流器，喷入所述反应塔后，所述旋转式第二富氧空气中形成位于其内部的能够卷吸气体回流的中心回流区和/或位于其外侧的能够卷吸气体回流的外回流区；
[0011]所述旋转式第一富氧空气与所述旋转式第二富氧空气在所述反应塔内混合形成混合气流，所述旋转式第一富氧空气中的中心回流区和/或外回流区与相应的所述旋转式第二富氧空气中的中心回流区和/或外回流区相互叠加成为一个相应的中心回流区和/或外回流区；
[0012]2)将冶金反应所需的固态粉状物料由所述步骤I)中旋转式第一富氧空气所围成的空腔通道送入所述反应塔内；
[0013]3)所述步骤I)中的混合气流与所述步骤2)中的物料混合形成气料混合流体，同时所述气料混合流体吸收叠加后的中心回流区和/或外回流区中热气体的热量至冶金反应所需温度，然后所述物料与旋转式第一富氧空气以及旋转式第二富氧空气中的氧气发生冶金反应，生成金属锍与渣的混合物或者是金属与渣的混合物落入沉淀池中。
[0014]优选的，所述旋转式述第一富氧空气中氧气的体积百分比为50%?65%。
[0015]优选的，所述旋转式第二富氧空气中氧气的体积百分比为50%?65%。
[0016]优选的，将第三富氧空气经过所述物料所围成的空腔通道喷入所述反应塔。
[0017]与现有技术相比，本发明提供了一种旋浮冶炼方法，该旋浮冶炼方法首先选择第一旋流器和第二旋流器均为可以产生中心回流区和/或外回流区的蜗壳式旋流器、切向叶片式旋流器或轴向叶片式旋流器；然后通过第一旋流器将管道输送来的第一富氧空气转化成具有轴向速度、径向速度以及切向速度的旋转式第一富氧空气，通过第二旋流器将管道输送来的第二富氧空气转化成具有轴向速度、径向速度以及切向速度的旋转式第二富氧空气；然后将旋转式第一富氧空气和旋转式第二富氧空气分开喷入反应塔。旋转式第一富氧空气是由第一旋流器产生的强旋流强度的气流，旋转式第二富氧空气是由第二旋流器产生的强旋流强度的气流，二者均可以产生中心回流区和/或外回流区。旋转式第一富氧空气与旋转式第二富氧空气混合形成混合气流，形成共轴旋转气流，原各自形成的中心回流区和/或外回流区相互叠加成为一个相应的中心回流区和/或外回流区。
[0018]—个稳定存在、大小形状合理、在反应塔内分布位置合理的中心回流区和/或外回流区，可以相应地将反应塔内中下部和/或外围的大量高温气体卷吸回流至反应塔中心的柱状区域，尤其是喷嘴出口处，大量回流的高温气体与刚出喷嘴的物料直接接触，利用其所含的大量热量对物料进行快速加热升温，提高了物料的升温速度；上述大量回流的高温气体还提高了喷嘴出口处及其下方的环境温度，提高了物料与富氧空气的反应速度。
[0019]本发明通过设置旋转式第二富氧空气，使其与旋转式第一富氧空气共同作用实现了类似于燃烧学中分级燃烧的分级冶金反应，利于物料的着火和稳定反应；二者共同作用形成了混合共轴旋转气流，各自形成的中心回流区和/或外回流区相互叠加成为一个，可以产生更大、更稳定的中心回流区和/或外回流区，卷吸更多的高温气体回流，进一步提高了物料的升温速度和反应速度，利于冶金反应进行和反应完全，提高了闪速炉的生产能力。本发明为从内到外分布的粉一风一风模式，为“风包粉”模式，旋转式第一富氧空气与旋转式第二富氧空气紧挨，中间没有其它物质隔阂，有利于上述分级冶金反应的发生与持续进行。
[0020]本发明选用的蜗壳式旋流器、切向叶片式旋流器或轴向叶片式旋流器均为强旋流器，使得旋转式第一富氧空气和旋转式第二富氧空气均具有较强的旋流强度；旋转式第一富氧空气和旋转式第二富氧空气混合后，所形成的混合气流具有比单独旋转式第一富氧空气或单独旋转式第二富氧空气更高的旋流强度；较高的旋流强度使得粉状物料与上述混合气流混合的更快速、更均匀，提高了物料在反应塔空间内悬浮滞留的时间，提高了物料与富氧空气中氧气的接触几率和接触时间，利于冶金反应进行和反应完全，提高了闪速炉的生产能力。
[0021]综上，中心回流区和/或外回流区的存在以及旋转式第一富氧空气与旋转式第二富氧空气形成的分级冶金反应提高了物料的升温速度和反应速度，针对性地减弱了高杂质精矿中铅、锌、砷、锑、铋和/或锡等元素对冶炼过程中物料升温速度和反应速度的消极影响，再者较强的旋流强度提高了物料与混合气流的混合速度以及混合均匀性，提高了物料在反应塔内悬浮的时间，从而提高了物料与混合气流中氧气的接触几率和接触时间，上述多个有利因素相互结合，相互促进，显著促进了冶金反应进行和反应完全，提高了闪速炉的生产能力，较好地实现了对高杂质精矿的旋浮冶炼。
[0022]中心回流区和/或外回流区对应地将反应塔内中下部和/或外围的高温气流回流至反应塔中心区域，将反应塔内的热量强制性地向反应塔中心区域集中，降低了炉壁附近的温度，降低了炉壁承受的热负荷，减少了高温的熔融体和烟气对炉壁的高温腐蚀和冲刷，针对性地减弱了低品位精矿中较高含量的硫元素对闪速炉炉体造成的消极影响，提高了炉体的使用寿命，较好地实现了对低品位精矿的旋浮冶炼。本发明所提供的技术方案在针对性地减弱了高杂质精矿中铅、锌、砷、锑、铋和/或锡等元素对冶炼过程中物料升温速度和反应速度的消极影响，较好地实现了对高杂质精矿的旋浮冶炼的同时，还取得了预料不到的技术效果:针对性地减弱了低品位精矿中较高含量的硫元素对闪速炉炉体造成的消极影响，较好地实现了对低品位精矿的旋浮冶炼，从而使得本发明提供的旋浮冶炼方法既能处理高杂质精矿，又能处理低品位精矿。
[0023]中心回流区和/或外回流区对应地将反应塔内中下部和/或外围的高温气流回流至反应塔中心区域，将反应塔内中下部和/或外围的热量强制性地向反应塔中心区域集中，充分利用反应塔内既有的富余热量来加热喷入反应塔内的物料，使其达到反应温度后，发生冶金反应，同时放出大量的化学热，即先吸收环境中的热量，再向环境中释放热量，控制物料的性质和冶炼工艺参数，完全可以实现热量收支平衡，将冶金反应引发后不用再燃烧燃料向喷嘴出口处附近补充热量，从而降低了能耗及生产成本，保护了环境，实现了自热式冶炼。
[0024]进一步的，本发明通过控制旋转式第一富氧空气和/或旋转式第二富氧空气中氧气的体积百分比为50%?65%，一方面满足了冶金反应对氧气的需要，使得冶金反应始终处于较高的氧势下进行；另一方面使得参与完成冶金反应后的混合气流仍具有足够的能够带动物料继续运动的风量和能量，使得物料后半程运动不会偏离原运动轨迹，从而利于物料与富氧空气的充分接触，利于冶金反应进行和反应完全。同时，也使得制氧车间无需再生产70%?85% (体积百分比)的高富氧空气或工业纯氧，直接生产氧气的体积百分比为50%?65%的富氧空气即可，从而显著降低了制氧车间的能耗和生产成本，显著降低了冶炼企业的能耗和生产成本。本发明在解决上述所要解决的技术问题的同时，取得了预料不到的技术效果一一实现了低富氧冶炼，显著降低了冶炼企业的能耗和生产成本，也克服了有色金属冶炼技术领域内的技术偏见--富氧浓度越高，冶金反应越好。
[0025]本发明还提供一种实现上述旋浮冶炼方法的旋浮冶炼喷嘴，包括用于向反应塔供给冶金反应所需固态粉状物料的供料装置、用于向所述反应塔供给旋转式第一富氧空气的第一供气装置以及用于向所述反应塔供给旋转式第二富氧空气的第二供气装置；
[0026]所述供料装置包括供料管，所述第一供气装置包括第一供气管以及用于产生所述旋转式第一富氧空气的第一旋流器，所述第二供气装置包括第二供气管以及用于产生所述旋转式第二富氧空气的第二旋流器；
[0027]所述第一供气管套装于所述供料管的外部，所述第二供气管套装于所述第一供气管的外部，所述供料管内的空腔形成物料通道，所述第一供气管与所述供料管之间的空腔形成第一富氧空气