基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备的制作方法

本技术涉及含铜废物处理，具体涉及一种基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备。

背景技术：

1、含铜污泥来源于铜冶炼、铜材表面处理、电镀等行业，含铜污泥存在双重特性即环境危害性和资源属性，环境危害性体现在其含有的重金属以及高酸碱性，在自然界中难以降解，极易扩散，对土壤和水体造成危害；另一方面，金属污泥方面，富含铜等有价金属，其品位往往比天然矿物更高，具有较高经济回收价值。

2、国内针对含铜污泥，一般只进行无害化处理，如烧结固化填埋、水泥窑协同等；在资源化方面含铜污泥多采用鼓风熔炼的方式，即将含铜污泥与其他原料等制成砖，进入鼓风炉熔炼得到铜水和熔渣，此外富氧侧吹工艺处理含铜污泥技术也有应用案例见诸报道，富氧侧吹炉为矩形炉体，喷枪从侧部插入到炉体内，物料落入到熔池中，进而熔融还原，有关富氧顶吹技术处理含铜污泥也有相关文献报道，富氧熔池熔炼炉为立式圆筒形，喷枪从炉盖中心插入炉内，喷枪头浸没在熔渣层中，富氧空气鼓入熔池使熔池形成强烈搅动，含铜污泥落入熔池中迅速卷入熔体，发生熔化，形成粗铜和炉渣。上述三种火法处理含铜污泥的设备都要求对污泥进行造块处理，否则污泥在鼓风炉中会堵塞料柱，在富氧侧吹或富氧顶吹工艺中则会跟随烟气进入烟气处理系统。因此本实用新型旨在提供基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备来解决上述技术难题。

技术实现思路

1、本实用新型意在提供基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，无需繁杂的预处理工序，解决了含铜污泥原料中铜资源高效回收的问题。

2、为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，包括富氧顶吹炉和喷枪系统，所述富氧顶吹炉包括富氧顶吹熔炼区和辐射熔融区；

3、所述富氧顶吹熔炼区为竖式结构，从上到下分别为炉顶、炉身和炉缸，所述炉顶设有原料加入口、喷枪插入口和水冷炉盖；所述炉缸的侧面开设渣口和铜口，用以排放炉渣和熔铜；炉缸与辐射熔融区的出口相连，从辐射熔融区熔化的熔体进入炉缸内；

4、辐射熔融区为矩形结构，包括炉底、侧壁和顶盖，辐射熔融区用于熔融含铜污泥；

5、喷枪系统包括喷枪，喷枪的上端连接喷枪提升机构，喷枪提升机构夹持喷枪使喷枪上下移动；

6、通过炉顶上的喷枪插入口插入到炉缸的熔池内，送入氧气及燃料后在风压作用下剧烈扰动熔池。

7、本方案的原理及优点是：本实用新型能够直接将污泥作为原料进行熔炼处理，无需对含铜污泥进行造块处理，不存在堵塞设备的问题。通过熔炼，将含铜污泥中的铜氧化物还原为金属铜，方便沉降于炉缸中进行后续与炉渣分离。在富氧侧吹或富氧顶吹工序中，含铜污泥不会跟随烟气进入到后续的烟气处理系统中。

8、辐射熔炼热源为电极放热，电极为电阻式发热体，电流通过电极时释放热量，热量通过辐射的方式将进入辐射熔融区的含铜污泥熔融，熔体沿着辐射熔炼区炉底斜度向顶吹熔炼区运动。含铜污泥熔体与加入的燃料及造渣剂共同进入顶吹熔池区，喷枪插入到熔池中，鼓入富氧空气使熔池剧烈搅拌，加入的燃料迅速燃烧放热，含铜污泥中的铜氧化物被加入的碳素等还原剂迅速还原，形成金属铜沉降于炉缸，加入的造渣剂生成硅灰石或铁橄榄石相熔渣，由于熔渣和铜液之间的比重差异，二者于炉缸内沉降分层。阶段冶炼结束后，通过富氧顶吹炉上的出渣口排放炉渣，炉渣通过溜槽进入水渣池中水淬得到水淬渣。打开顶吹炉上的出铜口，粗铜经出铜口经溜槽进入铜水包中铸锭得到铜锭。

9、优选的，作为一种改进，所述炉身为锅炉钢制外壳，从外到内分别为钢外壳、水冷夹套、耐火材料，水冷夹套为铜水套；耐火材料为铝铬尖晶石耐材。

10、优选的，作为一种改进，所述炉顶设有原料加入口和电极加热的电极插入口，电极材料为硅钼发热材料。

11、优选的，作为一种改进，所述辐射熔融区的炉底与顶吹熔炼区的炉缸相通，辐射熔融区的炉底有一定斜度，炉底与地面夹角小于15°。

12、优选的，作为一种改进，所述辐射熔融区的炉底、侧壁和顶盖均为钢板结构内衬耐火材料，所述侧壁为立面结构。

13、优选的，作为一种改进，所述喷枪为三层套管结构，从内到外分别通过富氧空气、燃料气、冷却风；三层套管分别通过管道连接供风装置、供气装置和冷却装置。

14、优选的，作为一种改进，所述供风装置包括连接氧气设备的空压机，所氧气设备包括空分机或氧气储罐；所述供气装置包括天然气管道和压力变送器；冷却装置包括空压机。

15、优选的，作为一种改进，还包括处理熔炼过程产生的烟气的烟气系统。

16、优选的，作为一种改进，所述富氧顶吹炉还包括供电系统和出铜出渣系统。

17、优选的，作为一种改进，所述炉身为变径的筒型结构。

技术特征：

1.基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于，包括富氧顶吹炉和喷枪系统，所述富氧顶吹炉包括富氧顶吹熔炼区和辐射熔融区；

2.根据权利要求1所述的基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于：所述炉身为锅炉钢制外壳，从外到内分别为钢外壳、水冷夹套、耐火材料，水冷夹套为铜水套；耐火材料为铝铬尖晶石耐材。

3.根据权利要求1所述的基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于：所述炉顶设有原料加入口和电极加热的电极插入口，电极材料为硅钼发热材料。

4.根据权利要求2所述的基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于：所述辐射熔融区的炉底与顶吹熔炼区的炉缸相通，辐射熔融区的炉底有一定斜度，炉底与地面夹角小于15°。

5.根据权利要求3所述的基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于：所述辐射熔融区的炉底、侧壁和顶盖均为钢板结构内衬耐火材料，所述侧壁为立面结构。

6.根据权利要求1所述的基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于：所述喷枪为三层套管结构，从内到外分别通过富氧空气、燃料气、冷却风；三层套管分别通过管道连接供风装置、供气装置和冷却装置。

7.根据权利要求6所述的基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于：所述供风装置包括连接氧气设备的空压机，所氧气设备包括空分机或氧气储罐；所述供气装置包括天然气管道和压力变送器；冷却装置包括空压机。

8.根据权利要求1所述的基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于：还包括处理熔炼过程产生的烟气的烟气系统。

9.根据权利要求1所述的基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于：所述富氧顶吹炉还包括供电系统和出铜出渣系统。

10.根据权利要求1所述的基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备，其特征在于：所述炉身为变径的筒型结构。

技术总结
本技术涉及含铜废物处理技术领域，公开了一种基于富氧顶吹工艺熔融还原含铜污泥的设备。包括富氧顶吹炉和喷枪系统，所述富氧顶吹炉包括富氧顶吹熔炼区和辐射熔融区；所述富氧顶吹熔炼区为竖式结构，从上到下分别为炉顶、炉身和炉缸，所述炉顶设有原料加入口、喷枪插入口和水冷炉盖；所述炉缸的侧面开设渣口和铜口，用以排放炉渣和熔铜；喷枪系统包括喷枪，喷枪的上端连接喷枪提升机构，喷枪提升机构夹持喷枪使喷枪上下移动；该设备能够直接将污泥作为原料进行熔炼处理，无需对含铜污泥进行造块处理，不存在堵塞设备的问题。通过熔炼，将含铜污泥中的铜氧化物还原为金属铜，方便沉降于炉缸中进行后续与炉渣分离。

技术研发人员：陈士朝,丁银贵,张欣,管子豪,刘梦瑶,宋玮华,黄文,赵海
受保护的技术使用者：中节能工程技术研究院有限公司
技术研发日：20230426
技术公布日：2024/1/15