一种旋浮冶炼装置及旋浮冶炼方法与流程

本发明涉及金属硫化物冶炼技术领域，特别涉及一种旋浮冶炼装置，本发明还涉及上述旋浮冶炼装置的一种旋浮冶炼方法。

背景技术：

目前，金属硫化物的精矿一般是采用火法冶金的方式实现冶炼，即利用金属硫化物矿中的硫和铁与氧反应后被脱除最终得到金属的过程，特别是铜、镍等金属的火法冶炼。

火法冶金工艺大致可分为熔池熔炼和空间熔炼两大类，其中空间悬浮熔炼的实质是利用干燥后粉状硫化物矿的巨大表面积，使物料粒子(指的是粉状硫化物矿)与氧充分结合，在瞬间(2～3秒)内完成氧化反应。空间悬浮熔炼所采用的主要核心工艺是直流喷射技术，在熔炼过程中利用中间分布风和垂直工艺风的共同作用实现气-固之间的接触反应，但是由于受上述工艺中直流特性的影响，生产中常常会出现氧利用率低、烟尘率高、炉衬被冲刷腐蚀严重、精矿没有反应在炉内堆积成生料堆等恶性状况。

而为了改善上述问题，近几年又开发出了旋流喷射技术，即令反应气体螺旋流动而实现与物料粒子的接触反应，但其工作效果仍不尽理想，例如气-固接触不充分，气流对反应塔的内壁造成冲刷腐蚀等，无法较好的满足冶炼技术的高投料量、高负荷、高氧浓和高作业率(简称为“四高”)的发展趋势。

因此，如何进一步提高金属硫化物的冶炼效果，已经成为目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种旋浮冶炼装置，其能够进一步的提高金属硫化物的冶炼效果，本发明还提供了适用于上述旋浮冶炼装置的一种旋浮冶炼方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种旋浮冶炼装置，包括用于向冶炼炉中喷入反应气体和物料的喷嘴，所述喷嘴包括：

脉动喷枪；

套设在所述脉动喷枪外侧的物料通道；

套设在所述物料通道外侧，导流第一反应气体的第一气体通道，所述第一气体通道的导流轨迹与所述物料通道的轴线的延长线相交；

套设置在所述第一气体通道外侧，沿所述物料通道的轴向导流第二反应气体的第二气体通道。

优选的，上述旋浮冶炼装置中，所述第一气体通道包括轴向导流通道和倾斜导流通道，所述倾斜导流通道导流所述第一反应气体的轨迹与所述物料通道的轴线的延长线相交。

优选的，上述旋浮冶炼装置中，所述第一气体通道的出气端设置有环形的第一倾斜导流块，所述物料通道的外周壁上套有环形的第二倾斜导流块，所述第一倾斜导流块和所述第二倾斜导流块围成所述倾斜导流通道。

优选的，上述旋浮冶炼装置中，所述第二倾斜导流块滑动的设置在所述物料通道上，并通过连杆与设置在所述第一导流通道顶壁外侧的调节装置连接。

优选的，上述旋浮冶炼装置中，所述倾斜导流通道与水平面之间的夹角大小为30度～100度。

优选的，上述旋浮冶炼装置中，所述脉动喷枪、所述物料通道、所述第一气体通道和所述第二气体通道同轴设置，并且所述第二气体通道内设置有旋流器。

优选的，上述旋浮冶炼装置中，所述第一气体通道的导流轨迹与所述物料通道的轴线的延长线相交于O点，所述脉动喷枪的出气端口，在竖直方向上位于所述第一气体通道的出气端和所述O点之间。

一种旋浮冶炼方法，适用于上述的旋浮冶炼装置，该方法包括以下步骤：

1)令干燥的金属硫化物矿粉经所述物料通道进入到所述冶炼炉中；

2)所述第一反应气体和所述第二反应气体分别进入到所述第一气体通道和所述第二气体通道中，并在所述第一气体通道和所述第二气体通道的引导下流至冶炼炉中；

3)所述第一反应气体与所述金属硫化物矿粉接触发生反应，所述第二反应气体形成包围所述第一反应气体和所述金属硫化物矿粉的风幕；

4)脉动喷枪按设定频率喷射第三反应气体，冲击所述第一反应气体和所述金属硫化物矿粉。

优选的，上述旋浮冶炼方法中，所述第一反应气体、所述第二反应气体和所述第三反应气体中的氧气浓度均为60％VOL～90％VOL。

优选的，上述旋浮冶炼方法中，所述第一反应气体和所述第二反应气体的进气体积比为2:1～8:1；

所述第一反应气体进入所述冶炼炉的流速为250m/s～300m/s；

所述第三反应气体的流量为100m³/h～200m³/h，压力为0.5MPa～1MPa。

本发明提供的旋浮冶炼装置，主要对用于向冶炼炉中喷入反应气体和物料的喷嘴进行改进，喷嘴包括脉动喷枪、物料通道、第一气体通道和第二气体通道。其中，物料通道套设在脉动喷枪的外侧，第一气体通道套设在物料通道的外侧，第二气体通道套设在第一气体通道的外侧，并且第一气体通道的导流轨迹与物料通道的轴线的延长线相交，从而使得第一反应气体能够与从物料通道中导出的物料颗粒接触进而发生反应，而第二气体通道则沿物料通道的轴向导流所述第二反应气体。脉动喷枪间断式喷射第三反应气体，在第三反应气体的冲击下，使不同时间进入冶炼炉内的物料颗粒运动轨迹和速度不同，从而使不同运动轨迹和速度的物料颗粒之间多次碰撞而发生反应。第一反应气体在第一气体通道的导流下与物料颗粒接触，并将物料颗粒分散，且第一反应气体风量大、风速高，对物料颗粒的分散能力强，确保了物料颗粒的充分分散和混合，在第一反应气体和脉动的第三反应气体的双重作用下，使进入冶炼炉的物料颗粒高度弥散，充分反应。混合物料在高强度分散下，不可避免的出现大量的高温物料颗粒向冶炼炉的内壁移动的现象，并进一步反应产生大量的热，造成冶炼炉的内壁温度偏高和冲刷，而通过第二气体通道导流的第二反应气体在第一反应气体的周围形成风幕，有效阻挡了物料颗粒向冶炼炉内壁的移动，避免了冶炼炉内壁被冲刷和温度升高。本发明提供的旋浮冶炼装置，通过脉动喷枪、第一气体通道和第二气体通道等结构，令物料颗粒与反应气体充分反应，并形成保护冶炼炉内壁的风幕，使得冶炼反应能够充分进行，氧气利用率得到了提高，渣含铜量降低，烟尘发生率也得到了降低，同时还可以采用较高的富氧浓度的反应气体，提高了烟气的二氧化硫含量，令烟气带走的热量降低，而且还能够适应投料量大范围波动的需要，令产能得到的显著提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的旋浮冶炼装置中喷嘴的结构示意图；

图2为设置旋流器的喷嘴的结构示意图。

在图1和图2中：

1-脉动喷枪，2-物料通道，3-第一气体通道，4-第二气体通道，5-第一倾斜导流块，6-第二倾斜导流块，7-调节装置，8-旋流器；

301-轴向导流通道，302-倾斜导流通道。

具体实施方式

本发明提供了一种旋浮冶炼装置，其能够进一步的提高金属硫化物的冶炼效果。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提供的旋浮冶炼装置及旋浮冶炼方法，用于采用火法冶金工艺对金属硫化物进行冶炼，该金属硫化物可以为铜、铅、镍的硫化物，本申请以铜的硫化物(即铜精矿粉或冰铜粉)为例来进行说明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的旋浮冶炼装置，主要包括用于向冶炼炉中喷入反应气体和物料的喷嘴，本申请主要对喷嘴进行了改进，具体的，改进后的喷嘴包括：按设定频率间断式喷射第三反应气体的脉动喷枪1，套设在脉动喷枪1外侧，用于输送铜精矿粉或冰铜粉(即物料颗粒)的物料通道2；导流第一反应气体的第一气体通道3，第一气体通道3的部分导流轨迹与物料通道2的轴线的延长线相交；套设置在第一气体通道3外侧，沿物料通道2的轴向导流第二反应气体的第二气体通道4。

上述旋浮冶炼装置，采用中央脉动喷射+高速反应气体“V”型汇聚的方式将混合物料分散，确保反应气体与混合物料进行充分混合，为充分反应提供条件。在工作的过程中，干燥的铜精矿或冰铜粉与其他溶剂经过混合，在重力的作用下，从喷嘴的物料通道2进入冶炼炉的反应塔。第一反应气体通过物料通道2外侧的第一气体通道3呈V型高速进入反应塔；第二反应气体通过第二气体通道4沿竖直方向进入冶炼炉反应塔，第二反应气体平行于反应塔的内壁，在第一反应气体和反应塔的内壁之间形成一道风幕；脉动喷枪1按设定频率喷射第三反应气体，形成脉动气体。脉动气体将物料颗粒间断式的在180度(此180度指的是脉动喷枪1出气端所在水平面之下所对应的角度，其工作方式类似于水平设置的花洒进行喷水的方式)的范围内向外推动，第一反应气体在运动过程中与物料颗粒相遇，将物料颗粒打散，使物料颗粒处于弥散状态，第二反应气体形成的风幕令风幕内的高温气体、悬浮的物料颗粒/熔滴改变运功轨迹，向下方运动；在运动的过程中，反应快速的进行，形成含二氧化硫的烟气、熔融的锍和渣，烟气经过冶炼炉的沉淀池上部的空间进入烟气排放口，熔融的锍和渣进入反应塔底部的沉淀池进行分离。

本实施例提供的旋浮冶炼装置，通过脉动喷枪1、第一气体通道3和第二气体通道4等结构，令物料颗粒与反应气体充分反应，并形成保护冶炼炉内壁的风幕，使得冶炼反应能够充分进行，氧气利用率得到了提高，渣含铜量降低，烟尘发生率也得到了降低。同时还可以采用较高的富氧浓度的反应气体，提高了烟气的二氧化硫含量，令烟气带走的热量降低，而且还能够适应投料量大范围波动的需要，令产能得到的显著提升，且能耗低，投资少。

另外，上述结构的反应空间小，由于反应气体以旋流方式流动，使得反应空间中无反应死区，且对炉体耐火材料的冲刷较小，而且改进后的喷嘴1，结构简单，控制、操作、维护等更加方便、可靠，充分利用流体的势能，运行成本也较低。

为了进一步优化技术方案，本实施例提供的旋浮冶炼装置中，第一气体通道3包括轴向导流通道301和倾斜导流通道302，倾斜导流通道302导流第一反应气体的轨迹与物料通道2的轴线的延长线相交于O点，如图1和图2所示。本实施例中，为了便于第一气体通道3的设置，使其整体平行于物料通道2设置而提高结构的紧凑性和布局合理性，优选第一气体通道3整体为平行于物料通道2的圆筒状，即第一气体通道3的大部分结构为轴向导流通道301，只将靠近其自身出气端的部分设置为倾斜导流通道302。

具体的，第一气体通道3的出气端设置有环形的第一倾斜导流块5，物料通道2的外周壁上套有环形的第二倾斜导流块6，第一倾斜导流块5和第二倾斜导流块6围成倾斜导流通道302，如图1和图2所示。本实施例中，优选使用第一倾斜导流块5和第二倾斜导流块6围成倾斜导流通道302，是因为此种结构在实际生产中较为容易实现。当然，在不影响对第一反应气体导流的前提下，可以令第一气体通道3为一体成型结构，通过在第一气体通道3上开设倾斜孔而实现倾斜导流通道302的设置。

优选的，第二倾斜导流块6滑动的设置在物料通道2上，并通过连杆与设置在第一导流通道顶壁外侧的调节装置7连接。本实施例优选第二倾斜导流块6滑动能够在物料通道2上滑动，并能够通过调节装置7调节第二倾斜导流块6的上下移动，从而改变其与第一倾斜导流块5之间的距离，进而灵活改变倾斜导流通道302的横截面积，保证第一反应气体进入反应塔的速度保持在250m/s～300m/s以内。

本实施例中，优选倾斜导流通道302与水平面之间的夹角大小为30度～100度。为使第一反应气体在进入冶炼炉的反应塔时，将物料颗粒充分打散并混合，减少反应热对喷嘴的热辐射造成的影响，所以优选倾斜导流通道302的中心线与水平面之间的夹角为30度～100度。

进一步的，脉动喷枪1、物料通道2、第一气体通道3和第二气体通道4同轴设置。本实施例优选上述部件均同轴设置，能够使得喷嘴的结构分布更加紧凑合理，工作可靠性也相对较高，同时还能够实现反应气体、物料颗粒更加均匀的接触、混合，因此将其作为优选方案。

本实施例中，优选第二气体通道4内设置有旋流器8，如图2所示。为了提高反应塔内的反应效果，以及必要的风幕作用，在第二气体通道4内设置有旋流器8，使进入反应塔的风幕为旋流风幕，在起到防止反应塔内壁热负荷过高及被冲刷的同时，能够使风幕内的气流更加紊乱，为固-气、固-固反应提供更多的碰撞反应机会。

如图1和图2所示，第一气体通道3的导流轨迹与物料通道2的轴线的延长线相交于O点，并且脉动喷枪1的出气端口，在竖直方向上位于第一气体通道3的出气端和O点之间。此种设置方式，可以令脉动喷枪1中喷射出的第三反应气体对物料颗粒和第一反应气体形成冲击，以进一步提高对物料颗粒的混合效果，因此将其作为优选。

基于上述旋浮冶炼装置，本实施例还提供了一种旋浮冶炼方法，该方法适用于上述的旋浮冶炼装置，包括以下步骤：

首先，令干燥的铜精矿粉或冰铜粉以及干燥的粉状熔剂、烟尘等混合形成的混合物料，经位于中央部位的物料通道2进入到冶炼炉中；

同时，第一反应气体和第二反应气体分别进入到第一气体通道3和第二气体通道4中，并在第一气体通道3和第二气体通道4的引导下流至冶炼炉中；

在冶炼炉中，第一反应气体与混合物料接触发生反应，第二反应气体形成包围第一反应气体和混合物料的风幕，以保护冶炼炉的内壁不会温度偏高及被冲刷；

脉动喷枪1按设定频率喷射第三反应气体，冲击第一反应气体和混合物料，使其充分反应，形成含二氧化硫的烟气、熔融的锍和渣，烟气经过冶炼炉的沉淀池上部的空间进入烟气排放口，熔融的锍和渣进入反应塔底部的沉淀池进行分离。

具体的，上述旋浮冶炼方法中，为了使混合物料与反应气体的充分混合和反应，确保必要的反应气氛，优选反应气体中的氧气浓度为60％VOL～90％VOL，第一反应气体进入冶炼炉的流速为250m/s～300m/s，第一反应气体和所述第二反应气体的进气体积比为2:1～8:1，第三反应气体的流量为100m³/h～200m³/h，压力为0.5MPa～1MPa。当然，在保证冶炼反应正常进行的前提下，上述参数也可以为其他数值，本实施例对此不做限定。

本说明书中对各部分结构采用递进的方式描述，每个部分的结构重点说明的都是与现有结构的不同之处，旋浮冶炼装置的整体及部分结构可通过组合上述多个部分的结构而得到。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。