专利名称：减少焙烧炉炉栅上的累积物的方法
技术领域：
本发明涉及一种有助于减少和消除在焙烧颗粒状材料例如精矿砂焙料焙料的流化床焙烧炉的炉栅上形成的累积物的方法。将上述精矿砂焙料从焙烧炉的炉壁加入炉内，并通过位于炉底的炉栅下方的喷气嘴通入含氧的气体，以便使上述精矿砂焙料流态化，并在流态化过程中发生氧化。在精矿砂焙料加料处(称为供料炉栅)的下方，所通往的气体的氧含量高于在其他部位所通入的气体的氧含量。
可用几种不同的焙烧炉进行焙烧作业。但是当今常采用流化床法来焙烧颗粒状材料。通过加料机构在焙烧炉的流化床上方的炉壁上将待焙烧的材料加入炉内。在炉底上有一个炉栅，通过该炉栅通入含氧气体以使精矿砂焙料流态化。上述的含氧气体通常用空气。在上述炉栅下方设置的喷气嘴的数目通常为每平方米100个左右。当精矿砂焙料被流态化时，料层高度增高至约为固定材料层的一半高度。
在例如由Rosenqvist，T.所著的《提炼冶金学原理》一书(美国McGraw-Hill出版社出版.1974，pp.245～255)中阐述过硫化物焙烧问题，该作者指出，焙烧就是金属硫化物的氧化过程，产生金属氧化物和二氧化硫。例如，硫化锌和黄铁矿的氧化反应如下(1)(2)另外，还可发生其他反应例如形成SO3，形成金属硫酸盐，以及形成复杂氧化物例如铁酸锌(ZnFe2O4)。典型的焙烧材料是硫化铜、硫化锌和硫化铅。焙烧作业通常在低于硫化物和氧化物的熔点的温度(一般在900～1000℃以下)进行。另一方面，为了使反应可在合适的速度下进行，焙烧温度必须至少约为500～600℃。上述的书中给出了表明形成各种焙烧产物所需的条件的平衡图。例如，当用空气作为焙烧气体时，SO2和O2的分压约为0.2大气压。焙烧反应是强裂的放热反应，因此流化床需要设置冷却装置。
焙烧所产生的焙砂一部分通过溢流孔排出炉外，一部分由气体传输到废热锅炉，再从这里传送至集尘器和电力除尘器，以便回收焙砂。上述的溢流孔通常位于炉内的与加料机构相对的一侧。排出的焙砂经过冷却和研磨，再进行浸滤。
对于良好的焙烧过程而言。重要的是要控制流化床，就是说，流化床必须具有稳定的结构，并具有其他良好的流化性能，流化过程必须在控制下进行。燃烧应当尽可能地完全燃烧，就是说，硫化物必须完全氧化成氧化物。焙砂还必须顺利地排出炉外。通常认为焙砂的粒度受精矿砂焙料的化学成分和矿物学性质的影响，并且受焙烧气体温度的影响。
已经尝试过各种控制焙烧条件的方法。美国专利5803949公开过一种在焙烧金属硫化物过程中使流化床稳定的方法，所述的稳定化是通过控制加入料的粒度而进行的。在美国专利3957484中，稳定化处理是通过加入料浆状的精矿砂焙料来进行的。按照美国专利6110440的焙烧炉，气体是通过集气管通入到炉栅的中央部位，该气体通过几个支管均匀地分布到炉子的整个横截面。上述的支管配置不同尺寸的喷嘴，并使离集气管最远的喷嘴的直径大于较靠近集气管的喷嘴的直径。喷嘴的直径约为1.5～20mm。焙烧气体可以通过几个气流分布管道系统通入流化床内，因此，例如有一个管道系统通入含氧气体，其他的管道系统通入含有有机物的气体。
在精矿砂焙料焙烧炉中，可根据不同情况处理纯的矿砂的硫化锌焙料的杂质。但是，精矿砂焙料通常都不是近于纯的锌的褐色闪光矿物(闪锌矿)，而是可含有一定量的铁。这种铁溶解在闪锌矿的晶格中，或者以黄铁矿或磁黄铁矿的形式存在，而且，精矿砂焙料常常含有硫化铅和/或硫化铜。各种精矿砂焙料的化学成分和矿物学特性有很大的不同，所以，使精矿砂焙料氧化所需的氧量也不同，因为燃烧时产生的热的量不同。在现有技术中，按照料床的温度采用例如模糊逻辑法来控制焙烧炉中精矿砂焙料的供料。因此，流化气体中氧的压力可能降低得太低，就是说，焙烧精矿砂焙料的氧量不足。同时，流化床的背压可能降得太低。
从上述著作中的平衡计算和平衡图可知，铜和铁可一起形成可在焙烧温度甚至在更低温也熔化的氧硫化物。同样地，锌和铅以及铁和铅都可形成在低温下熔化的硫化物。如果流化床中的氧量少于正常氧化精矿砂焙料所需的氧量，就可能出现上述类型的硫化物，而且可能性越来越大。
在流化床焙烧过程中，常发生焙烧产物结块现象，就是说，焙砂的粒度比加入的精矿砂焙料粗得多。上述所形成的熔融硫化物还会使结块现象加剧至碍事的程度，而具有上述硫化物晶核的烧结块仍然沿炉栅移动。这些烧结块造成炉栅上的累积层，随着时间的推移，就会堵塞炉栅下的喷气嘴，业已注意到，在锌焙烧炉中，尤其在位于精矿砂焙料加料机构下方的炉栅部位形成了含有杂质组分的累积物。
实验研究业已表明某些精矿砂焙料例如富含黄铁矿的十分细粒的精矿砂焙料在经受焙烧条件时很快就发生氧化。另一方面，业已注意到，若按照化学的和矿物学的成分计算，上述类型的精矿砂焙料焙烧时需要的氧量比纯的闪锌矿精矿砂焙料焙烧要多得多。
在焙烧炉中加入大量上述的含有杂质且有高活性的精矿砂焙料时，就会引起在加料机构的中间附近的氧量不足，从而阻止精矿砂焙料氧化成氧化物，也就是防止达到焙烧的目的。由于氧量不足，也会在低温度下形成容易结块的熔融的硫化物料。较大的烧结块会沉落到炉栅上，仍然沿炉栅移动，并互相结合而形成累积物层，累积物层会堵塞喷气嘴，这样，又会进一步加剧氧量不足。
现在提出本方法的目的就是要在焙烧颗粒状物料时通过在焙烧炉内尤其是在焙烧炉的加料部位增大含氧气体的通入量来减少和消除在流化床炉栅上形成的累积物。本发明特别适用于锌的精矿砂焙料的焙烧。本发明的基本特征将在所附权利要求中阐明。
按照本发明，通过改造普通的炉栅结构，使气体均匀地通入到炉栅的整个横截面上并且使同样数量的气体通到炉栅的每个部位，就可减少焙烧炉的加料机构部位的炉栅上形成的累积物。采用本发明的方法，通入到炉栅的位于加料机构下方的部位(称为装料炉栅)的含氧气体的量比通入到炉栅的其他部位的多。例如，增加装料炉栅部位的喷气嘴的数目或在该部位采用比其他部位大的(横截面较大的)喷气嘴可增加上述的气体通入量。在装料炉栅部位的喷嘴数目至少比炉栅的其他部位的喷嘴数目多5％，最好是多10～15％。如果是通过增大装料炉栅处的喷嘴的横截面积来增加焙烧气体的氧量，装料炉栅部位的喷嘴的横截面积至少要比炉栅其他部位的喷嘴的横截面积大5％，最好是大10～15％。可以通过一些喷嘴通入比通入炉栅其他部位的气体更富氧的气体。上述的装料炉栅至少占焙烧炉总的炉栅的5％，优选地占10～15％。
当增大焙烧炉的装料炉栅区域的含氧气体通入量时，便从两方面防止上述累积物的形成，即第一，消除了局部区域的氧量不足，第二，增加了气体通入量，也就是提高了该区域的流化速率。消除了氧量不足可阻止结块物的形成，提高流化速率可保持颗粒大于流化床中的正常颗粒而不沉落到炉栅上。如果通过局部提高气体的氧含量而消除氧量不足，那么就不需要增大气体通入量，所以不提高流化速率，而是仅使精矿砂焙料颗粒氧化，从而防止熔融物料的形成。
通过下面的实例进一步说明本发明。
实例1将含有闪锌矿组分的精矿砂焙料与含有黄铁矿的锌精矿砂焙料进行比较。计算两种精矿砂焙料焙烧时所需的氧量结果表明，闪锌矿精矿砂焙料的需氧量为338Nm3/t，而含黄铁矿的锌精矿砂焙料为378Nm3/t，换言之，含黄铁矿的锌精矿砂焙料的需氧量比闪锌矿精矿砂焙料的需氧量高10％。上述两种精矿砂焙料的矿物质含量示于表1。
表权利要求
1.一种减少和消除在焙烧颗粒状材料例如精矿砂焙料的流化床焙烧炉的炉栅上形成的累积物的方法，将上述材料从焙烧炉的炉壁上加入焙烧炉中，并通过位于炉底的炉栅下面的喷气嘴通入含氧的气体，以便使上述材料流态化并在流态化过程中发生氧化，其特征在于，在加入颗粒材料的加料部位所通入的气体的氧含量比通入炉栅的其他部位的气体的氧含量高。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，加入精矿砂焙料的部位即装料炉栅至少占炉栅的总横截面积的5％。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，加入精矿砂焙料的部位即装料炉栅占炉栅的总横截面积的10～15％。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，在上述的装料炉栅部位的喷气嘴的数目至少比炉栅的其他部位的喷气嘴数目多5％。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在上述的装料炉栅部位的喷气嘴的数目比炉栅的其他部位的喷气嘴的数目多10～20％。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，在装料炉栅部位的喷气嘴的横截面积至少比炉栅的其他部位的喷气嘴的横截面积大5％。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，在装料炉栅部位的喷气嘴的横截面积比炉栅的其他部位的喷气嘴的横截面积大10～20％。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过装料炉栅将流化气体通入焙烧炉内，该气体的氧含量比通过炉栅的其他部位通入的流化气体的氧含量高。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，上述的待焙烧的材料是锌的精矿砂焙料。
10.根据权利要求8的方法，其特征在于，上述的待焙烧的材料是含铁的硫化物精矿砂焙料。
全文摘要
一种有助于减少和消除在焙烧颗粒状材料例如精矿砂焙料的流化床焙烧炉的炉栅上形成的累积物的方法。将上述精矿砂焙料从焙烧炉的炉壁加入焙烧炉中，并通过位于炉底的炉栅下方的喷嘴通入含氧的气体，以便使上述精矿砂焙料流态化，并在流态化过程中发生氧化。在精矿砂焙料装入部位或者说装料炉栅之下方所通入的气体的氧含量高于炉栅的其他部位所通入的气体的氧含量。
文档编号C22B19/02GK1474878SQ01818961
公开日2004年2月11日 申请日期2001年11月13日 优先权日2000年11月15日
发明者佩卡·塔斯基宁, 迈亚－莱纳·梅采林塔, 尤哈·耶尔维, 延斯·尼贝里, 海基·西里莱, 佩卡 塔斯基宁, 尼贝里, 耶尔维, 衬伞っ凡闪炙, 西里莱 申请人:奥托库姆普联合股份公司