专利名称：用于生产易挥发金属的方法和熔炉结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用其硫化物生产易挥发金属工艺中使用的方法和熔炉结构。该熔炉结构包括两台紧密相通的熔炉，一台还原炉和一台吹炉，它们在正常压力下进行工作，两台熔炉的布置能使原料通过它们之间的至少一个通道在炉子之间连续地进行传输。而由于在熔炉中发生了化学反应，因而使得熔炉中的流体静压发生变化。另外，在两个熔炉中的熔融料层的体积也发生变化。由于这些同时发生的变化导致物料至少通过一条通道进行的循环，造成了硫化物冰铜从还原炉到吹炉的再循环(这是工艺过程所需的)，以及熔融金属从吹炉到还原炉的再循环。
用于生产锌、铅、镉和某些其它易挥发金属的一些较新式的火法冶金工艺，使用铜对所述金属硫化物进行还原，在该情况下产生冰铜(copper mette)和上述金属蒸汽，然后进行冷凝。在上述工艺过程中，从反应空间连续地排出冰铜并将其传送到另一台炉内，以便氧化冰铜内的硫化物并使铜重新转变成金属铜。从冰铜加工炉连续地排出金属铜并将其返回到上述反应空间，以补充在金属硫化物的还原反应中所消耗的铜。原料中的氧化物质或在工艺过程中可能被氧化的物质，在作为反应空间的炉内形成熔渣层，故必须经常或连续地去除上述熔渣层。
为了实现上述功能，英国专利申请2048309使用包括两台相邻反射炉的组合炉，其中一台炉的位置稍高于另一台的位置。将精矿料投入位置较低炉内的熔融冰铜中。精矿中的硫化锌转化成金属锌，而金属锌则从熔炉挥发。在熔炉内形成的冰铜通过气体提升作用经由负压室被再循环到位置较高的熔炉内，在该炉内冰铜或其中的至少一部分被供入炉内的氧气氧化成金属铜，由于重力作用使铜循环返回位置较低的熔炉。在熔炉内发生的吸热反应需要热能，由于过量的硫化物冰铜在作为吹炉的较高熔炉内循环而产生负压抽吸作用，或者可以通过燃烧器进一步加热冰铜。
芬兰专利申请922301涉及一种类似于上述方法的锌加工方法，其中所用的反应空间是一种电炉。在该炉内，主要存在两层熔融层在底部的金属铜层和在金属铜层上方的硫化物冰铜层。在冰铜层之上形成的熔渣层是炉内的第三层。硫化物原料经由管状喷嘴用压缩气体吹入铜层。所用载气是氮气或某些其它惰性气体。由于在铜层内发生形成冰铜的反应，这种冰铜就从铜层上升并进入铜层上的冰铜层。
通过使电极同冰铜和熔渣层接触来使电流加热电炉。上述冰铜和熔渣层成为产生热能的电阻。按照某些熟知的工艺方法，例如在Dierce-Smith吹炉内能将形成的冰铜转换成铜和熔渣。
Dierce-Smith吹炉是一种间歇式反应器，全部工艺反应是以间歇方式进行的，以致冰铜是分批地从电炉内排除，而铜也是分批地从吹炉传送到电炉。除了间歇式工艺方法特有的各种缺点外，还必须在熔炉之间传输大量的冰铜和金属铜，这将导致增加成本和有害烟雾。
目前也使用连续运转的吹炉。在Mitsubishi炼铜工艺方法中，冰铜从熔化炉沿斜槽连续地流向吹炼炉。通常有三层底部处的熔融铜和熔融铜顶部上的冰铜以及在最高层处的熔渣层。通过冷喷嘴将空气或富氧空气吹入熔融层表面，进行连续工艺过程的吹炼。从熔融层表面连续去除形成的熔渣。从吹炼炉底部连续流动排出生成的铜。
当用斜槽将芬兰专利申请922301内所述的还原炉(其中用铜还原易挥发金属的硫化物)同吹炉互相连通时，能够以连续流动方式将形成的冰铜输入吹炉。然而，必须在某个低的平面上从吹炉排出已生成的铜，而在该平面上铜的自重又不足以使它流回还原炉，但是必须将铜放出到某个容器内并在其内进行传输。
为了避免上述各种缺点，也就是，由供入工艺过程的气体带动的熔体循环，或者从一个熔炉到另一个熔炉进行的传输，本发明研制出一种方法和熔炉结构，其中，在正常压力下将还原炉同吹炼炉紧密相联。有利的是，各熔炉处于同一平面上，或者处于不同平面上，但通过至少一个通道将它们互相连通起来。在各熔炉内发生的化学反应将引起各炉内流体静压变化。此外，各炉内熔体层的体积也发生变化。由于上述变化引起的循环也将引起各炉之间不同熔融相的再循环。从而，在还原炉内形成的硫化物冰铜被再循环到吹炉，而已还原的熔融金属也相应地从吹炉被再循环返回还原炉。从所附的权利要求来看，本发明的主要新颖特征是显而易见的。
参考附图进一步说明本发明，其中
图1是本发明装置实施方案的侧视简图;
图2是本发明装置另一个实施方案的侧视简图;图3是本发明装置另一个可供选择的实施方案的顶视图。
如同图1所见，在生产易挥发金属的过程中要使用的本发明的熔炉结构包括两台熔炉，其中，电炉1用作还原炉，而吹炉2作为冰铜氧化炉。各熔炉可以布置在同一平面上或不同平面上。
在这种可供选择的比较方案中，各炉用一根管状通道3互相连通。通道的形状和结构不是决定性的。但是通道既可以基本上水平，也可以倾斜，使它的还原炉一侧的端头15处于高于或低于吹炉一侧端头16的平面上。重要的是，该通道应处于这样的状态各炉的气体空间不连通而且在吹炉内形成的铜金属由于重力作用而被再循环到电炉内。这意味着，至少通道的另一端必须一直被浸没在熔体中，无论熔体是金属、冰铜或是熔渣。实际上，通道的两端通常都被浸没在熔体中。
在两台炉内的最低层是铜熔体层4而在其顶部上是冰铜熔体层5，在两台炉内的最顶层是熔渣层6。
通过喷枪7将包含硫化物形态的金属锌、铅或镉(优选为锌和可能的铅和镉)中的至少一种的硫化物原料喷入还原炉内。由于化学反应，铜量减少，因为铜的硫化作用使它形成了冰铜。
当金属被转变成冰铜时，熔融材料的平均密度减小，还原炉的熔体平面倾向于升高。流体静压升高将再次使冰铜被传输入吹炉。
在吹炉内，冰铜被经由喷嘴8吹入的氧气、空气或它们的混合气体氧化成金属铜。形成的铜由于最重沉积在吹炉的底部。在工艺过程中，铜层表面处于这种高度，以致新形成的铜由于重力作用而沉入还原炉内。经由排放口9从吹炉排出在吹炼还原时形成的熔渣。
经由孔10从还原炉顶部排放在还原炉内形成的锌和可能的铅和镉金属蒸汽。经由吹炉顶部的孔11排放在吹炉内形成的二氧化硫和其它气体。
在图2可供选择的方案中，用两根管状通道3和12使各炉互相连通，其中下部通道12处在这样的位置，它的靠近还原炉端13完全浸没在铜层4内，而其靠近吹炉端14也完全浸没在吹炉的铜层4内。也可以进一步向上设置靠近还原炉端13，使得它部分地浸没在冰铜层内。上部通道3设置成它的一端15处在还原炉内这样的高度上，使得冰铜层5的顶面和熔渣层6的底面沉落在该通道孔的区域内，而且冰铜和熔渣能够流过该通道孔。
上通道3既可以基本上水平也可以倾斜，以使得它的吹炉一侧端头16高于或低于它的还原炉一侧端头15。除了上述通道外，吹炉还包括用于从吹炉的熔融冰铜层表面去除熔渣6的第三个开口9。不设置用于去除来自还原炉的硫化物冰铜5的放液孔，因为其中的冰铜被经由喷嘴8吹入的氧气或空气氧化重新变成金属铜。熔渣排放孔9位于这样的高度处，在该处它可以用于在吹炉和还原炉之间对上通道3的至少一端进行调整，使它一直完全浸没在熔渣和/或冰铜内，以便防止来自还原炉和吹炉的气体发生混合。
经由孔10从还原炉的顶部排出在该炉内形成的锌和可能的铅和镉蒸气。经由孔11从吹炉排除在吹炉内形成的二氧化硫和其它气体。
当在启动熔炉后两台熔炉内的全部熔融层处于平衡时，吹炉内的表面高度落在由熔渣排放口9限定的平面上，而还原炉内的表面相应地落在由吹炉表面或还原炉和吹炉之间的上通道限定的平面上。沉积的不同层的各种厚度使得在吹炉内下通道高度处，由铜、冰铜和熔渣层引起的流体静压等于由位于还原炉内相应高度处的铜、冰铜和熔渣引起的流体静压。
当通过喷嘴7将硫化物原料喷入还原炉内，同时吹入空气、氧气或富氧空气而开始工艺过程时，还原炉内的铜量开始减少，因为铜的硫化作用使它变成了冰铜。在吹炉内，由于吹炼反应使得在炉内反复循环的冰铜转变成金属铜。在该工艺过程中，在还原炉内熔融材料的平均密度因而减小，而吹炉内材料的平均密度相应增大。结果，各炉之间的通道内压力平衡被破坏，铜开始从吹炉流向还原反应器。相应地，在还原炉内形成的冰铜和可能的熔渣开始通过通道流向吹炉。这些循环长期持续下去，只要工艺过程一直在运转。
在本发明另一种可供选择的实施方案中，电炉和吹炉事实上是一台熔炉的各个部分或就是同一台熔炉，该各个部分仅仅是被隔墙分开，在两部分之间留有一个或多个通孔。
如果认为在还原炉和吹炉之间通道在某些使用条件下可能被堵塞，有利的是，各个熔炉可以如图3所示方式成对角地布置。在该情况下，使熔炉1和2连通的用两个部件组成的通道3，彼此相对被有利地布置成直角，在直角的不同侧面上，能够提供通常在冶金炉内所用标准的可锁定开孔17，例如可以通过该开孔用氧气熔化的方法来排除任何可能的堵塞物。
如同图3所见、吹炉的数目并不局限于一台，可以有若干台吹炉，例如每一台还原炉配备两台吹炉，在该情况下其中的一台以正常方式进行运转，而另一台可以进行维修。
权利要求
1.一种用于生产锌、铅和镉易挥发金属的熔炉结构，它的结构包括至少两台紧密连通的熔炉(1，2)一台还原炉(1)和一台吹炉(2)，其特征在于，使用至少一个通道(3，12)将在正常压力下运转的熔炉(1，2)互相连通起来，其中该通道的至少一个端头被布置成浸没在熔炉的熔体(4，5，6)内。
2.根据权利要求1的熔炉结构，其特征在于，使熔炉(1，2)互相连通的通道(3)被布置成它的两端(15，16)被浸没在熔体(4，5，6)内。
3.根据权利要求1的熔炉结构，其特征在于，基本上成水平地形成使熔炉(1，2)连通的通道(3)。
4.根据权利要求1的熔炉结构，其特征在于，使熔炉(1，2)互相连通的通道(3)被建造成靠近还原炉(1)的端头(15)低于靠近吹炉(2)的端头(16)。
5.根据权利要求1的熔炉结构，其特征在于，使熔炉(1，2)互相连通的通道(3)被建造成靠近吹炉(2)的端头(16)低于靠近还原炉(1)的端头(15)。
6.根据权利要求1的熔炉结构，其特征在于，还原炉(1)是一种电炉。
7.根据权利要求1的熔炉结构，其特征在于，使熔炉(1，2)互相连通的通道(3，12)的数目为2。
8.根据权利要求1的熔炉结构，其特征在于，使用两个通道(3，12)将熔炉(1，2)互相连通起来，其中下通道(12)的至少吹炉一侧的端头(14)被布置成完全浸没在熔炉内熔融金属(4)中，上通道(3)的至少一端(15，16)被调整到一直浸没在熔炉内冰铜(5)和/或熔渣(6)层中。
9.权利要求7的熔炉结构，其特征在于，使熔炉(1，2)互相连通的下通道(12)位于使它的两端(13，14)浸没在熔融金属中。
10.根据权利要求7的熔炉结构，其特征在于，给吹炉(2)提供位于这样高度处的熔渣排放口(9)，在该处它将上通道(3)的至少一端(15，16)调整到一直浸没在熔渣和/或冰铜中。
11.根据权利要求7的熔炉结构，其特征在于，使熔炉(1，2)互相连通的上通道(3)被建造成靠近还原炉(1)的端头(15)低于靠近吹炉(2)的端头(16)。
12.根据权利要求7的熔炉结构，其特征在于，使熔炉(1，2)互相连通的上通道(3)被建造成靠近还原炉(1)的端头(15)高于靠近吹炉(2)的端头(16)。
13.根据权利要求7的熔炉结构，其特征在于，基本上水平地形成使熔炉(1，2)互相连通的上通道(3)。
14.根据权利要求1的熔炉结构，其特征在于，若干个吹炉(2)同还原炉(1)连通。
15.根据权利要求1的熔炉结构，其特征在于，将熔炉(1，2)布置在基本上同一平面上。
16.一种使用两台紧密连通的熔炉生产锌、铅和镉易挥发金属的方法，其中，将至少一种易挥发金属的硫化物精矿投入还原炉内的熔融金属液中，在该处精矿中的易挥发金属被转变成金属形态并以蒸汽形态从熔炉内排出，在熔炉内形成的熔融金属硫化物冰铜和熔渣被再循环到吹炉内，以便将金属硫化物重新变成金属;形成的熔渣从熔炉内排除，在吹炉内生成的金属被再循环到还原炉，该方法的特征在于，使用至少一个通道将熔炉互相连通起来，其中该通道的至少一端被浸没在熔体中，以致由于在炉内发生的化学反应引起的熔体层的流体静压和体积变化而导致在各熔炉之间的各物料再循环。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，通道的两端被浸没在熔体内。
18.根据权利要求16的方法，其特征在于，使用的熔融金属是熔融铜。
19.根据权利要求16的方法，其特征在于，还原炉和吹炉基本上位于同一平面上。
全文摘要
本发明涉及一种用其硫化物生产易挥发金属的方法和熔炉结构。该熔炉结构包括两台紧密连通的熔炉一台还原炉和一台吹炉，它们在正常压力下进行运转，使熔炉之间的材料在正常压力下通过熔炉之间至少一个通道连续地进行传输。由于熔炉内发生的化学反应，使炉内流体静压发生变化。此外，炉内熔体层的体积也发生变化。由于这些变化引起通过该通道的循环，同时也引起了在该工艺过程中所需的硫化物冰铜从还原炉再循环到吹炉，以及熔融金属从吹炉再循环到还原炉。
文档编号C22B5/16GK1106130SQ9411709
公开日1995年8月2日 申请日期1994年10月12日 优先权日1993年10月14日
发明者T·泰洛恩, H·伊罗拉, A·罗尼 申请人:奥托库普研究有限公司