一种含锌物料的氢冶金烟化提锌方法
阅读说明：本技术 一种含锌物料的氢冶金烟化提锌方法 (Hydrogen metallurgy fuming zinc extraction method for zinc-containing material ) 是由 王拥军 吴艳新 夏胜文 杨明 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种含锌物料的氢冶金烟化提锌方法。将含锌物料或含锌物料和辅助物料加入烟化炉内,通入氢气和助燃气体进行加热提温；当熔池温度达到1000～1300℃时；加大入炉氢气的通入量,在此温度下进行还原吹炼反应,还原吹炼反应中使锌先实现氧化物还原成单质金属并以金属蒸汽的形式挥发,金属蒸汽在炉腔的上部空间再次被氧化,随着工艺烟气进入烟气管道,经处理进行回收,得到成品氧化锌；产生的冶炼弃渣通过渣口排放,经过水淬后堆存或外销；产生的工艺烟气进行处理后排空。本发明以清洁高效的氢气代替化石燃料粉煤,以氢冶金理念代替目前传统的碳冶金工艺,从而实现含锌物料的无碳化火法冶炼。(The invention discloses a method for extracting zinc by fuming in hydrogen metallurgy of a zinc-containing material. Adding a zinc-containing material or a zinc-containing material and an auxiliary material into a fuming furnace, and introducing hydrogen and combustion-supporting gas for heating and temperature raising; when the temperature of the molten pool reaches 1000-1300 ℃; increasing the introduction amount of hydrogen gas entering the furnace, carrying out reduction converting reaction at the temperature, reducing zinc oxide into elemental metal in the reduction converting reaction, volatilizing the elemental metal in the form of metal steam, oxidizing the metal steam again in the upper space of the furnace chamber, entering a flue gas pipeline along with process flue gas, and treating and recovering to obtain a finished product zinc oxide; discharging the generated smelting waste slag through a slag hole, and piling or externally selling the slag after water quenching; and the generated process flue gas is treated and then is emptied. The invention replaces fossil fuel pulverized coal with clean and efficient hydrogen, and replaces the traditional carbon metallurgy process with the hydrogen metallurgy concept, thereby realizing the non-carbonization fire method smelting of zinc-containing materials.)
一、
技术领域
：本发明涉及一种有色金属冶金领域的火法冶金方法，特别是涉及一种含锌物料的氢冶金烟化提锌方法。
二、
背景技术
：重有色冶金行业中常见的含锌物料有铅冶炼过程中产出的含锌中间渣类、湿法炼锌过程中产出的浸出渣或其它含锌冶金渣料，包括部分氧化锌原矿等。
烟化炉是一种有色金属冶炼常用的工艺装备。目前，国内外在重金属冶金中间渣类中锌的回收多是采用烟化炉来实现还原烟化回收。通用的烟化回收工艺实质是一种还原挥发过程，即把空气和粉煤吹入烟化炉内的熔渣中，粉煤燃烧后产生热量和一氧化碳，使熔渣保持高温，并使熔渣中的化合物和游离的铅、锌为主的金属氧化物等还原成单质金属的蒸汽，金属蒸汽上升到炉子的上部空间，遇到工艺烟气中的CO2或上部三次风口吸进来的空气再度氧化成金属氧化物，并以烟尘状态在收尘系统中被捕集回收。
现有工艺过程中粉煤的配入量较高，粉煤燃烧后最终以CO2排入大气。同时，对减少行业内化石燃料的使用，减少碳排放量将是未来迫切需要面临的问题。
三、
发明内容
本发明要解决的技术问题是：根据目前国内外对减少行业内化石燃料使用、减少碳排放量的迫切需要解决的问题，本发明以清洁高效的氢气代替化石燃料粉煤，以氢冶金理念代替目前传统的碳冶金工艺，从而实现含锌物料的无碳化火法冶炼；即本发明提供一种含锌物料的氢冶金烟化提锌方法。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，所述提锌方法包括以下步骤：
a、以含锌物料或含锌物料和辅助物料为原料，所述含锌物料为粗铅火法冶金还原炉渣、湿法炼锌过程中产出的浸出渣或含锌氧化矿原矿，所述辅助物料为铁矿、石英和石子中的至少一种；
所述原料为含锌物料时，物料入炉量以熔化后形成的熔池的上表面处于烟化炉风口区以上700～1500mm为准，同时烟化炉还原冶炼产出的冶炼弃渣中铁硅钙成份重量比达到FeO：SiO2：CaO＝(25～35)：(25～35)：(0～30)；
所述原料为含锌物料和辅助物料时，所述辅助物料的配入量以烟化炉还原冶炼产出的冶炼弃渣中铁硅钙成份重量比达到FeO：SiO2：CaO＝(25～35)：(25～ 35)：(0～30)为准，总的物料入炉量以熔化后形成的熔池的上表面处于风口区以上700～1500mm为准；
b、将含锌物料或含锌物料和辅助物料加入烟化炉内，当总物料加入量达到烟化炉风口区≤200mm时，开始通入氢气和助燃气体进行加热提温，控制入炉气体压力为0.01～0.4MPa(随着物料入炉进程液面不断升高，不断加大入炉气体量)，控制60～100min完成物料入炉，且熔池温度达到1000～1300℃；
在此操作过程中如果出现炉温过高或其它异常生产情况时，可以采用通入惰性气体(例如：氮气、氩气)稀释氧气浓度来处理；
c、当加料完成，且熔池温度达到1000～1300℃时，加大入炉氢气的通入量，控制气体压力为0.01～0.4MPa，进行还原吹炼反应90～180min，还原吹炼过程中使锌在高温熔池中实现氧化物还原成单质金属并以金属蒸汽的形式挥发，从熔池中分离，金属蒸汽在炉腔的上部空间再次被氧化，然后随着工艺烟气进入烟气管道，以烟尘的形式从收尘系统中捕集回收，捕集回收的烟尘即为成品氧化锌；
在此操作过程中如果出现炉温过高或其它异常生产情况时，可以采用通入惰性气体(例如：氮气、氩气)稀释氧气浓度来处理；
d、达到烟化吹炼终点的冶炼弃渣通过渣口排放，经过水淬后堆存或外销；
e、放渣过程中根据炉内熔融热渣液面降低逐步降低入炉气体量，直至炉内熔融热渣排放完成后停止供气；
f、产生的工艺烟气经余热回收、收尘，尾气中有害气体达标处理及未利用氢气回用处理后排空。
根据上述的含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，步骤a中所述含锌物料以高温熔融液态和冷料中的任一种或两种形式加入烟化炉；所述冷料为块状冷料或粒状冷料。
根据上述的含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，步骤a中所述含锌物料中锌元素所占的重量百分含量为5～40％。
根据上述的含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，步骤b和步骤c中所述助燃气体均为氧气、压缩空气或富氧压缩空气，所述助燃气体中氧浓度为5～100％。
根据上述的含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，步骤b所述的入炉气体中氢气中的氢元素与助燃气体中的氧元素二者之间的摩尔比为2～4：1。
根据上述的含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，步骤c所述的入炉气体中氢气中的氢元素与助燃气体中的氧元素二者之间的摩尔比为3～5：1。
根据上述的含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，步骤b和步骤c所述氢气和助燃气体的通入模式均采用多通道风口模式或气体喷枪模式。
根据上述的含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，步骤b和步骤c中烟化炉单个风口氢气通入量为0～1500Nm3/h。
根据上述的含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，步骤c所述成品氧化锌中含锌的重量百分含量为60～75％。
根据上述的含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，步骤d所述冶炼弃渣中含锌的重量百分含量≤2％。
本发明技术方案烟化炉内通入氢气和助燃气体除了燃烧供热之外，还负责提供并营造熔池内物料还原烟化所需要的还原性化学反应气氛；本发明烟化提锌工艺操作为分炉周期性间断操作，即进料—烟化—排渣—再进渣—再烟化—再排渣，周期性重复操作。
本发明的积极有益效果：
1、本发明技术方案中，含锌物料的升温熔化与还原均由H2实现，碳排放量大幅度降低：
本发明技术方案将传统工艺碳冶金变更为氢冶金，炉料的升温熔化、保温均采用氢气燃烧供热，物料还原采用氢气作为还原剂，工艺过程中不新引入碳元素，大大减少了工艺过程中温室气体的排放。由此，本发明含锌物料还原烟化工艺方法碳排放量大幅度降低，属于真正意义上的清洁冶金，有利于环保，具有显著的社会效益。
2、本发明技术方案中，氢冶金热利用率高、传热效率高、还原速度快、产能高：
本发明技术方案中，氢冶金的反应温度点较低，同样的燃烧空间温度下会传入料层或熔池更多的热量，从而使含锌物料的升温熔化及还原速度加快，工艺能耗降低，在同样传热量的前提下，产能会大幅提升。
3、本发明技术方案中，含锌物料的氢冶金还原烟化产品质量高、生产稳定性好：
传统工艺对含锌物料进行还原烟化的供热燃料与还原剂均采用粉煤，廉价的粉煤中引入10～30％的杂质成份，杂质成份不可避免对产品质量产生一定的负面影响，同时对于熔池的热稳定性也造成一定的影响。本发明工艺采用纯净的H2作为燃料与还原剂，从而达成还原烟化产品质量高、生产稳定性好的工艺目的。
五、
具体实施方式
：
以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明技术方案保护的范围。
实施例1：
本发明含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，该提锌方法的详细步骤如下：
a、以粗铅火法冶金还原炉渣为原料(粗铅火法冶金还原炉渣中含锌重量百分含量为12％)、石子为辅助物料；
石子配入量以烟化炉还原冶炼产出的冶炼弃渣中铁硅钙成份重量比达到 FeO：SiO2：CaO＝30：28：14为准，总的物料配入量以熔化后形成的熔池的上表面处于风口区以上1000mm为准；
b、粗铅火法冶金还原炉渣产出后，经电热前床保温，然后排入熔融热液渣包，通过行车吊运渣包至烟化炉车间，将热渣从烟化炉加料口加入烟化炉内，热渣入烟化炉风口区以下100mm时，开启氢气和富氧压缩空气的供气阀门，开始通入氢气和富氧压缩空气进行加热(氢气和富氧压缩空气的通入模式均采用多通道风口模式)，控制氢气和富氧压缩空气的气体压力为0.06MPa，同时控制氢气中的氢元素和富氧压缩空气中的氧元素二者之间的摩尔比为2:1；当烟化炉内熔渣加入量至风口区1000mm时停止加入粗铅火法冶金还原炉热渣，每炉配入石子120Kg加入烟化炉；氢气在熔池内浸灭燃烧供热90min，熔池温度即炉温达到1100℃；
(在此操作过程中如果出现炉温过高或其它异常生产情况时，采用通入惰性气体氮气稀释氧气浓度来处理)；
c、当加料完成，且熔池温度达到1100℃时，持续通入氢气和富氧压缩空气，控制氢气和富氧压缩空气的气体压力为0.06MPa，增大氢气中氢元素和富氧压缩空气中氧元素二者的摩尔比至4:1，在此条件下还原烟化吹炼120min，还原吹炼过程中使锌在高温熔池中实现氧化物还原成单质金属并以金属蒸汽的形式挥发，从熔池中分离，金属蒸汽在炉腔的上部空间再次被氧化，然后随着工艺烟气进入烟气管道，工艺烟气管道分别设置淋水塔、表冷器、布袋收尘器对烟气进行分段降温、收尘，回收得到产品氧化锌(产品氧化锌中锌的重量百分含量平均为66％)；
(在此操作过程中如果出现炉温过高或其它异常生产情况时，采用通入惰性气体氮气稀释氧气浓度来处理)；
d、达到烟化吹炼终点的冶炼弃渣通过渣口排放，经过水淬后堆存或外销(冶炼弃渣中铁硅钙成份重量比为FeO：SiO2：CaO＝30：28：14，弃渣中含锌的重量百分含量为0.8％)；
e、放渣过程中根据炉内熔融热渣液面降低逐步降低入炉气体量，直至炉内熔融热渣排放完成后停止供气；
f、产生的工艺烟气经余热回收、收尘，尾气中有害气体达标处理及未利用氢气回用处理后排空。
实施例2：
本发明含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，该提锌方法的详细步骤如下：
a、以湿法炼锌过程中产出的浸出渣为原料(湿法炼锌过程中产出的浸出渣中含锌重量百分含量为25％)、石子为辅助物料；
石子配入量以烟化炉还原冶炼产出的冶炼弃渣中铁硅钙成份重量比达到 FeO：SiO2：CaO＝28：28：14为准，总的物料配入量以熔化后形成的熔池的上表面处于风口区以上900mm为准；
b、将湿法炼锌过程中产出的浸出渣首先进行脱水、干燥，然后加入一台火法熔化电炉升温熔化，熔化后排入熔融热液渣包，通过行车吊运渣包至烟化炉车间，将热渣从烟化炉加料口加入炉内，热渣入烟化炉风口区以下150mm时，开启氢气和富氧压缩空气的供气阀门，开始通入氢气和富氧压缩空气进行加热 (氢气和富氧压缩空气的通入模式均采用多通道风口模式)，控制氢气和富氧压缩空气的气体压力为0.06MPa，同时控制氢气中的氢元素和富氧压缩空气中的氧元素二者之间的摩尔比为2:1；当烟化炉内熔渣加入量至风口区900mm时停止加入浸出渣热渣，每炉配入石子200kg加入烟化炉；氢气在熔池内浸灭燃烧供热90min，熔池温度即炉温达到1000℃；
(在此操作过程中如果出现炉温过高或其它异常生产情况时，采用通入惰性气体氮气稀释氧气浓度来处理)；
c、当加料完成，且熔池温度达到1000℃时，持续通入氢气和富氧压缩空气，控制氢气和富氧压缩空气的气体压力为0.06MPa，增大氢气中氢元素和富氧压缩空气中氧元素二者的摩尔比至4:1，在此条件下还原烟化吹炼180min，还原吹炼过程中使锌在高温熔池中实现氧化物还原成单质金属并以金属蒸汽的形式挥发，从熔池中分离，金属蒸汽在炉腔的上部空间再次被氧化，然后随着工艺烟气进入烟气管道，工艺烟气管道分别设置淋水塔、表冷器、布袋收尘器对烟气进行分段降温、收尘，回收得到产品氧化锌(产品氧化锌中锌的重量百分含量平均为68％)；
(在此操作过程中如果出现炉温过高或其它异常生产情况时，采用通入惰性气体氮气稀释氧气浓度来处理)；
d、达到烟化吹炼终点的冶炼弃渣通过渣口排放，经过水淬后堆存或外销(冶炼弃渣中铁硅钙成份重量比为FeO：SiO2：CaO＝28：28：14，弃渣中含锌的重量百分含量为1.6％)；
e、放渣过程中根据炉内熔融热渣液面降低逐步降低入炉气体量，直至炉内熔融热渣排放完成后停止供气；
f、产生的工艺烟气经余热回收、收尘，尾气中有害气体达标处理及未利用氢气回用处理后排空。
实施例3：
本发明含锌物料的氢冶金烟化提锌方法，该提锌方法的详细步骤如下：
a、以含锌氧化矿原矿为原料(含锌氧化矿原矿中含锌重量百分含量为30％)、石子为辅助物料；
石子配入量以烟化炉还原冶炼产出的冶炼弃渣中铁硅钙成份重量比达到 FeO：SiO2：CaO＝30：28：15为准，总的物料配入量以熔化后形成的熔池的上表面处于风口区以上800mm为准；
b、将含锌氧化矿原矿首先经火法熔化电炉进行升温熔化，熔化后排入熔融热液渣包，通过行车吊运渣包至烟化炉车间，将热渣从烟化炉加料口加入炉内，热渣入烟化炉风口区以下120mm时，开启氢气和富氧压缩空气的供气阀门，开始通入氢气和富氧压缩空气进行加热(氢气和富氧压缩空气的通入模式均采用多通道风口模式)，控制氢气和富氧压缩空气的气体压力为0.06MPa，同时控制氢气中的氢元素和富氧压缩空气中的氧元素二者之间的摩尔比为2:1；当烟化炉内熔渣加入量至风口区800mm时停止加入原料，每炉配入石子150kg加入烟化炉；氢气在熔池内浸灭燃烧供热90min，熔池温度即炉温达到1200℃；
(在此操作过程中如果出现炉温过高或其它异常生产情况时，采用通入惰性气体氮气稀释氧气浓度来处理)；
c、当加料完成，且熔池温度达到1200℃时，持续通入氢气和富氧压缩空气，控制氢气和富氧压缩空气的气体压力为0.06MPa，增大氢气中氢元素和富氧压缩空气中氧元素二者的摩尔比至4:1，在此条件下还原烟化吹炼180min，还原吹炼过程中使锌在高温熔池中实现氧化物还原成单质金属并以金属蒸汽的形式挥发，从熔池中分离，金属蒸汽在炉腔的上部空间再次被氧化，然后随着工艺烟气进入烟气管道，工艺烟气管道分别设置淋水塔、表冷器、布袋收尘器对烟气进行分段降温、收尘，回收得到(产品氧化锌中锌的重量百分含量平均为70％)；
(在此操作过程中如果出现炉温过高或其它异常生产情况时，采用通入惰性气体氮气稀释氧气浓度来处理)；
d、达到烟化吹炼终点的冶炼弃渣通过渣口排放，经过水淬后堆存或外销(冶炼弃渣中铁硅钙成份重量比为FeO：SiO2：CaO＝30：28：15，弃渣中含锌的重量百分含量为1.8％)；
e、放渣过程中根据炉内熔融热渣液面降低逐步降低入炉气体量，直至炉内熔融热渣排放完成后停止供气；
f、产生的工艺烟气经余热回收、收尘，尾气中有害气体达标处理及未利用氢气回用处理后排空。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种采用曝气控制反应温度的连续酸浸系统及方法