一种弹罐式砷还原系统及砷还原工艺
阅读说明：本技术 一种弹罐式砷还原系统及砷还原工艺 (Takeout-type arsenic reduction system and arsenic reduction process ) 是由 南君芳 刘积社 张恩华 张叶新 申占斌 伍革卫 杨宏伟 杜武钊 王青丽 吕超飞 于 2021-11-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种弹罐式砷还原系统及砷还原工艺。该弹罐式砷还原系统,包括卧式炉、2个弹罐、第一导向机构、第二导向机构、第三导向机构、轨道、第一起升机构、第二起升机构、加料机构,当卧式炉内装入弹罐进行还原熔炼时,可将另一弹罐的还原段吊入可翻转段,进行加料；前一弹罐熔炼结束后,可输送至第二导向机构上,并即时将另一加料完毕的弹罐输送至卧式炉内,将另1个结晶段吊运至第二导向机构上,再通过第二导向机构调整该结晶段的位置,使得结晶段与还原段对接、固定后,即可进行后一弹罐物料的熔炼,如此反复,可始终保持卧式炉处于工作状态,实现不停炉、连续生产,有助于提高生产效率、节约能耗。(The invention relates to a bomb-type arsenic reduction system and an arsenic reduction process. The bomb-tank type arsenic reduction system comprises a horizontal furnace, 2 bomb tanks, a first guide mechanism, a second guide mechanism, a third guide mechanism, a track, a first lifting mechanism, a second lifting mechanism and a charging mechanism, wherein when the bomb tanks are loaded in the horizontal furnace for reduction smelting, a reduction section of the other bomb tank can be hung into a turnover section for charging; after the previous bomb pot is smelted, the previous bomb pot can be conveyed to the second guide mechanism, another bomb pot after charging is conveyed to the horizontal furnace in time, another 1 crystallization section is hoisted to the second guide mechanism, the position of the crystallization section is adjusted by the second guide mechanism, the crystallization section is butted with the reduction section and fixed, and then smelting of the material of the next bomb pot can be carried out.)
技术领域
本发明涉及一种弹罐式砷还原系统及砷还原工艺。
背景技术
砷是一种剧毒性物质，其化合物三氧化二砷俗称砒霜。来于黄金白银铅锌铜锑等矿冶厂。几年来由于矿冶工业蓬勃发展，含砷废料的越来越多，得不到有效收集和利用，污染隐患严重。
砷还原炉一般用于对三氧化二砷等含砷物料进行还原熔炼，获得砷，实现砷的分离、提纯。现有的砷还原炉一般为立式结构，装卸料不方便，容量较小，且难以实现大型化，整体生产效益还有待提高。此外，现有砷还原炉在高温熔炼时，形成的含砷烟气向上运动，与此同时，原料中的杂质也容易随着烟气向上运动，最终混入砷结晶产品中，造成砷结晶产品的纯度不高。
CN202022075479.9公开了一种熔炼炉及砷还原炉，砷还原炉包括中空的炉体，炉体内设有与炉体间隙配合的熔炼罐；炉体的侧壁内设有多个竖向设置的第一插孔，多个第一插孔内分别安装有第一发热棒；熔炼罐包括罐体和设置于罐体内的柱状内壳体，内壳体向下开口并与罐体的底面贯通，所述罐体和内壳体共同围成熔炼空间；内壳体内设有若干第二发热棒。该砷还原炉虽然具有较高的热效率，单炉处理物料量有所提升，但是其为立式结构，单炉处理物料量有限，若进一步大型化，仍然面临加热效率不高的问题；另外，处理完一炉物料后，即需停炉、冷却、卸料、装料，再升温，处理下一炉物料，生产效率还有待提升，反复降温、升温也不利于节约能耗。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种弹罐式砷还原系统，以提高处理效率；本发明的目的之二在于提供一种砷还原工艺。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种弹罐式砷还原系统，包括
卧式炉，其具有沿水平方向延伸的炉腔，卧式炉的一端设有与炉腔连通的进口，卧式炉的另一端设有与炉腔连通的出口，炉腔内设有若干发热元件；
2个弹罐，所述弹罐具有依次连通的还原段和结晶段；工作时，其中1个弹罐的还原段设于炉腔内，该还原段的一端延伸至进口或进口的外侧，还原段的该端封口，该还原段的另一端延伸至出口的外侧，其中1个弹罐的结晶段的进料端与该还原段延伸至出口外侧的一端可拆卸连接；
第一导向机构，其设置于炉腔的底部，所述还原段可移动地设置于第一导向机构上，还原段可在第一导向机构的驱动下沿炉腔的长度方向移动；
第二导向机构，其设置于出口的外侧，所述结晶段可移动地设置于第二导向机构上，结晶段可在第二导向机构的驱动下沿炉腔的长度方向移动；
第三导向机构，其设置于进口的外侧，用于设置还原段并将还原段输入炉腔内；所述第三导向机构所在的高度位置、第二导向机构所在的高度位置与第一导向机构所在的高度位置相同；
轨道，其设置于卧式炉的上方，且沿炉腔的长度方向延伸；
第一起升机构，其可移动地设于轨道上；
第二起升机构，其可移动地设于轨道上，第一起升机构位于第二起升机构靠近卧式炉进口的一侧；以及加料机构，用于向还原段加入原料；
第三导向机构包括本体、第一驱动电机、可翻转段，所述可翻转段远离卧式炉的一端通过转轴与本体铰接，所述可翻转段的该端设有竖向挡板，所述转轴与水平面平行且与炉腔的长度方向垂直，所述第一驱动电机与转轴传动连接；所述可翻转段上设有可拆卸的卡箍。
如此，当卧式炉内装入弹罐进行还原熔炼时，可将另一弹罐的还原段吊入可翻转段，进行加料；前一弹罐熔炼结束后，可输送至第二导向机构上，并即时将另一加料完毕的弹罐输送至卧式炉内，将另1个结晶段吊运至前一弹罐与卧式炉之间的第二导向机构上，再通过第二导向机构调整该结晶段的位置，使得结晶段与还原段对接、固定后，即可进行后一弹罐物料的熔炼，如此反复，可始终保持卧式炉处于工作状态，实现不停炉、连续生产。
进一步地，所述加料机构包括螺旋加料机构，所述螺旋加料机构的一端设有料斗，螺旋加料机构的另一端设有下料出口；加料时，待加料的还原段在可翻转段的作用下立起，使得还原段的顶端与下料出口所在位置相对应。如此，可方便地进行加料。
进一步地，所述可翻转段包括沿炉腔长度方向延伸的可翻转支架，可翻转支架上设有多根相互平行且沿可翻转支架的长度方向依次分布的滚轴，所述支架上设有第二驱动电机，所述第二驱动电机与各滚轴传动连接。
进一步地，所述还原段内设有套管，所述套管的一端位于还原段内且封口，所述套管的另一端与还原段远离结晶段的一端平齐且开口；所述进口的外侧设有第三导向机构，第三导向机构上可移动地设置有加热小车，所述加热小车可在第三导向机构的驱动下沿炉腔的长度方向移动，所述加热小车靠近卧式炉的侧壁上设有封堵盖和沿套管的长度方向延伸的发热管；工作时，所述发热管伸入套管内，所述封堵盖与进口对接，实现封堵；
所述竖向挡板可拆卸地固定于可翻转段上。如此，对还原段的内、外进行加热，有助于进一步提升加热、还原效果；竖向挡板可拆卸，当需要在卧式炉的进口侧留出设置还原段的空间时，可将竖向挡板拆除，将加热小车输送至竖向挡板所在安装位置远离卧式炉的方向的一侧；需要进行加料操作时，安装好竖向挡板即可。
进一步地，所述若干发热元件分为2组，1组位于炉腔的顶部，另1组位于炉腔的底部；每1组发热元件的数量为多个，且沿炉腔的长度方向依次分布。
进一步地，还原段靠近结晶段的一端的横截面积由外至内逐渐增大，结晶段靠近还原段的一端的横截面积沿还原段所在方向逐渐减小。如此，可防止还原段内的物料进入结晶段，保证结晶段内金属砷产品的洁净度。
进一步地，第一导向机构和第二导向机构均包括沿炉腔长度方向延伸的导向支架，导向支架上设有多根相互平行且沿导向支架的长度方向依次分布的滚轴，导向支架上设有驱动电机，驱动电机与该导向支架上的各滚轴传动连接。
进一步地，还原段呈圆柱状，所述滚轴具有收缩段，所述收缩段的横截面积由其中垂面至其两端逐渐增大。收缩段可起到定位作用，防止还原段沿滚轴的长度方向移位。优选的，收缩段位于滚轴的中间位置。
一种砷还原工艺，利用如上所述的弹罐式砷还原系统进行，包括如下步骤：
S1、通过导向机构将1个还原段输送至可翻转段上，使得该还原段远离卧式炉的一端与竖向挡板抵接；再用卡箍将该还原段固定于可翻转段上，然后启动第一驱动电机，使得该还原段随可翻转段翻转至加料工位，通过加料机构进行加料；加料完毕后，控制可翻转段朝卧式炉所在方向翻转至水平状态，拆除卡箍；
S2、通过第一导向机构、第三导向机构将加料后的还原段输送至炉腔内，通过第二导向机构将1个结晶段向卧式炉所在方向输送，使得该结晶段的进料端与还原段对接，然后固定；
S3、控制卧式炉内的温度至800-900℃，保温4-7h后，冷却至400℃以下；
期间，通过第一起升机构将另1个还原段吊运至可翻转段，重复S1进行加料；
S4、通过第一导向机构、第二导向机构将冷却后的还原段输送至第二导向机构上，冷却至60℃以下，拆分结晶段和还原段，取出结晶段内的金属砷产品，清理还原段内的残渣；
期间，通过第一导向机构、第三导向机构将另1个加料后的还原段输送至炉腔内；通过第二起升机构将另1个结晶段吊运至第二导向机构上，使得该结晶段位于卧式炉和第二导向机构上的还原段之间，再通过第二导向机构将该结晶段向卧式炉所在方向输送，使得该结晶段的进料端与还原段对接，然后固定；
S5、重复S3和S4，实现连续生产。
可选地，所述原料为含砷物料和C的混合物。所述含砷原料包括含砷固废、三氧化二砷、五氧化二砷、砷酸盐、亚砷酸盐中的一种或几种。所述C包括木炭、焦粉、石墨粉中的一种或几种。
可选地，所述含砷固废包括含砷金属废料、含砷烟尘中的一种或几种。可选地，对含砷固废进行预处理，具体方法如下：对含砷固废进行磨浆，添加双氧水或碱类药剂，搅拌后，固液分离，获得渣料和滤液；向滤液中加入生石灰，搅拌反应后，固液分离，获得砷酸钙和残液。所得渣料可送入相关冶炼系统，回收有价金属，所得砷酸钙可直接用作还原熔炼用原料，所得残液可返回磨浆步骤，循环利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)本发明的弹罐式砷还原系统的生产效率高，卧式炉基本无需停炉等待，有助于提高生产效率并节约能耗。
2)本发明的弹罐式砷还原系统的机械化程度高，相对传统砷熔炼罐工艺而言，省人省工节能减排。
3)本发明的弹罐式砷还原系统结构合理，烟气烟尘泄露风险低，环境污染隐患小，有助于解决现有砷冶炼技术污染隐患严重及当前谈砷色变的问题。
4)本发明的弹罐式砷还原系统的处理量大，节能。传统的砷熔炼罐工艺一次只能装原料约800kg，并且还不能连续作业。本发明的弹罐式砷还原系统的弹罐载量大，一次可载量达到原砷熔炼罐的几倍甚至10倍以上，有助于提高处理量，并实现节能降耗。
5)本发明的弹罐式砷还原系统的对原料适应能力强。一般的，传统砷熔炼设备需要含砷量大于98wt％三氧化二砷原材料，才能炼出合格的金属砷产品。本发明的弹罐式砷还原系统在熔炼过程中，还原段内产生的含砷烟气缓慢向结晶段运动，还原段内的尘土等杂质不容易被带入到结晶段内，有助于获得纯度更高的砷结晶产品。
6)本发明的砷还原工艺简单，实用性强。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的卧式炉的结构示意图。
图2是本发明第一种实施方式的可翻转段处于非翻转状态的结构示意图。
图3是本发明第一种实施方式的可翻转段处于翻转状态的结构示意图。
图4是本发明第一种实施方式的弹罐式砷还原系统的还原段入炉前的状态示意图。
图5是本发明第一种实施方式的弹罐式砷还原系统的还原段入炉后的状态示意图。
图6是本发明第一种实施方式的弹罐式砷还原系统的1个弹罐熔炼完毕待出炉时的状态示意图。
图7是本发明第一种实施方式的弹罐式砷还原系统的1个弹罐熔炼完毕出炉后的状态示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
参见图1至图7，一种弹罐式砷还原系统，包括
卧式炉A1，其具有沿水平方向延伸的炉腔，卧式炉A1的一端设有与炉腔连通的进口A3，卧式炉A1的另一端设有与炉腔连通的出口A2，炉腔内设有若干发热元件A5；
2个弹罐，所述弹罐具有依次连通的还原段B1和结晶段F3；工作时，其中1个弹罐的还原段B1设于炉腔内，该还原段B1的一端延伸至进口A3或进口A3的外侧，还原段的该端封口，该还原段B1的另一端延伸至出口A2的外侧，其中1个弹罐的结晶段F3的进料端与该还原段B1延伸至出口A2外侧的一端可拆卸连接；
第一导向机构A4，其设置于炉腔的底部，所述还原段B1可移动地设置于第一导向机构A4上，还原段B1可在第一导向机构A4的驱动下沿炉腔的长度方向移动；
第二导向机构F5，其设置于出口A2的外侧，所述结晶段F3可移动地设置于第二导向机构F5上，结晶段F3可在第二导向机构F5的驱动下沿炉腔的长度方向移动；
第三导向机构D2，其设置于进口A3的外侧，用于设置还原段B1并将还原段B1输入炉腔内；所述第三导向机构D2所在的高度位置、第二导向机构F5所在的高度位置与第一导向机构A4所在的高度位置相同；
2条相互平行的轨道G1，其设置于卧式炉A1的侧上方，且沿炉腔的长度方向延伸；
第一起升机构G2，用于吊挂还原段B1或加热小车C2，所述第一起升机构G2可移动地设于轨道G1上；
第二起升机构G3，用于吊挂结晶段F3，所述第二起升机构G3可移动地设于轨道G1上，其位于第一起升机构的左侧；以及
加料机构，用于向还原段B1加入原料；
第三导向机构D2包括本体D1、第一驱动电机AF7、可翻转段D3，所述可翻转段D3远离卧式炉A1的一端通过转轴AF6与本体铰接，所述可翻转段D3的该端设有竖向挡板AF13，所述转轴AF6与水平面平行且与炉腔的长度方向垂直，所述第一驱动电机AF7与转轴AF6传动连接；所述可翻转段D3上设有可拆卸的卡箍AF5。
可选地，所述弹罐式砷还原系统还包括安装于轨道上的2台行车，第一起升机构和第二起升机构分别可移动地设置于1台行车上，如此，起升机构不仅可沿轨道的长度方向(横向)移动，还可沿纵向(即行车的长度方向)移动，可方便结晶段、还原段、加热小车C2等部件的维修、保养，也可方便结晶段、还原段内物料的卸出。
所述加料机构包括螺旋加料机构AF2和与螺旋加料机构AF2传动连接的第三驱动电机AF4，所述螺旋加料机构AF2的一端设有料斗AF1，螺旋加料机构AF2的另一端设有下料出口AF3；加料时，待加料的还原段B1在可翻转段D3的作用下立起，使得还原段B1的顶端与下料出口AF3所在位置相对应。
所述可翻转段D3包括沿炉腔长度方向延伸的可翻转支架AF8，可翻转支架AF8上设有多根相互平行且沿可翻转支架AF8的长度方向依次分布的滚轴AF9，所述支架AF8上设有第二驱动电机AF12，所述第二驱动电机AF12与各滚轴AF9传动连接。各滚轴AF9的端部分别设有链轮AF10，相邻的滚轴AF9之间通过链条AF11传动连接。
卧式炉的主要用途是供热保温。将含砷原料装进还原段中，再将还原段整体推进高温炉内进行加热提纯金属砷产品。
卧式炉的外观形状规格：长方体，规格：长8000mm*宽2000mm*高2200mm，进口和出口为直径为1200mm的圆形，以装好原料的还原段进出。炉外形为整体钢架结构。外壳四周采用透亮不锈钢板材，封面美观大方。
炉腔内四周各采用300mm宽的耐火砖墙体，砌后炉内空长7400mm，宽1400mm，内空高1700mm。
炉腔内四周安装有54根发热棒，合计发热功率972KW，炉内可升高温度至1200℃，温控仪表设备设施安装在炉外10米以外。
炉腔内底部装有16根滚轴，轴长2400mm，直径120mm。轴空心，便于其自身的通风散热，运转过程中保持轴的强度而不变形。
滚轴两端装轴承和轴承座：滚轴的安装方法从炉腔的底部穿插，轴两端露出墙外，将两端轴承座固定在支架上。滚轴的主要作用是承担还原段进出炉有效连续作业生产。
还原段的总长为8500mm，直径为1000mm。
所述还原段B1内设有套管B3，所述套管B3的一端位于还原段B1内且封口，所述套管B3的另一端与还原段B1远离结晶段F3的一端平齐且开口；所述进口A3的外侧设有第三导向机构D2，第三导向机构D2上可移动地设置有加热小车C2，所述加热小车C2可在第三导向机构D2的驱动下沿炉腔的长度方向移动，所述加热小车C2靠近卧式炉A1的侧壁上设有封堵盖B2和沿套管B3的长度方向延伸的发热管C1；工作时，所述发热管C1伸入套管B3内，所述封堵盖B2与进口A3对接，实现封堵；套管B3的长为6000mm，直径为350mm，套管用途是保护移动式内发热管能顺利伸缩作用。发热管C1的长为6000mm，直径为300mm，发热管C1内安装有2组U型发热棒，总功率为72KW，可升温至900℃，用于从内部对还原段B1中的原料充分内加热燃烧达到最佳效果。
所述竖向挡板AF13可拆卸地固定于可翻转段D3上，可选地，可翻转段D3的右端设有竖向设置的框架AF14，框架AF14的侧部设有插口AF5，竖向挡板AF13可通过插口插入框架内，从而固定到可翻转段D3上。封堵盖B2和发热管C1共中心轴线。
所述若干发热元件A5分为4组，1组位于炉腔的顶部，1组位于炉腔的底部，2组位于炉腔的侧部，4组发热元件围成可供还原段B1穿过的空间；每1组发热元件A5的数量为多个，且沿炉腔的长度方向依次分布。
还原段B1靠近结晶段F3的一端的横截面积由外至内逐渐增大，形成第一锥头F1；结晶段F3靠近还原段B1的一端的横截面积沿还原段B1所在方向逐渐减小，形成第二锥头F2。如此，还原段B1靠近结晶段F3的一端呈锥形，端部的直径为800mm。还原段主要用途是承载提炼金属砷的主要原料(砷酸钙、三氧化二砷、木炭等)。优点是装量大，受热均匀，作业时灵活方便。弹壳材质要求：18mm厚的耐热不锈钢板材制作。第一锥头F1和第二锥头F2的外侧端均设有法兰盘B4，以方便两者之间的密封、连接。第一锥头F1和第二锥头F2的端部的直径均为800mm。可选地，第二导向机构上设有可沿第二导向机构移动的定位推板F4，还原段固定于定位推板F4上。
结晶段F3具有第三锥头，其横截面积朝卧式炉所在方向逐渐增大，左端的直径为400mm，右端的直径为1200mm，长度为2500mm，右端与第二锥头F2可拆卸地连接，具体地可通过螺栓进行连接。当需要取出结晶段F3内的砷结晶产品时，可将第二锥头和第三锥头拆分，再用起升机构或其他吊具将相应锥头吊运至目标位置(如载料盘内)，并调整该锥头的倾斜度，例如使之呈直立状态，此时砷结晶产品即可倒出。期间，可以敲打锥头，以使得砷结晶产品更快、更完全地倒出。相应地，对于还原段B1，也可采取类似操作，以清除还原熔炼后，还原段B1内的残渣。
可选地，结晶段F3的内壁设有由不锈钢制成的内衬层，如此，可方便金属砷结晶产品的取出。
第一导向机构A4和第二导向机构F5均包括沿炉腔长度方向延伸的导向支架，导向支架上设有多根相互平行且沿导向支架的长度方向依次分布的滚轴，导向支架上设有驱动电机，驱动电机与该导向支架上的各滚轴传动连接。
还原段B1呈圆柱状，所述滚轴具有收缩段，所述收缩段的横截面积由其中垂面至其两端逐渐增大。
一种砷还原工艺，利用如上所述的弹罐式砷还原系统进行，包括如下步骤：
S1、将竖向挡板AF13安装于可翻转段D3上，再通过导向机构将1个还原段B1输送至可翻转段D3上，使得该还原段B1远离卧式炉A1的一端与竖向挡板AF13抵接；再用卡箍AF5将该还原段B1固定于可翻转段D3上，然后启动第一驱动电机AF7，使得该还原段B1随可翻转段D3翻转至加料工位，通过加料机构进行加料；加料完毕后，控制可翻转段D3朝卧式炉A1所在方向翻转至水平状态，拆除卡箍AF5；
其中，所加的料为砷酸钙与焦炭的混合粉末；
S2、通过第一导向机构A4、第三导向机构D2将加料后的还原段B1输送至炉腔内；通过第二导向机构F5将1个结晶段F3向卧式炉A1所在方向输送，使得该结晶段F3的进料端与还原段B1对接，然后固定；
S3、通过第三导向机构将加料小车C2往卧式炉所在方向输送，使得发热管C1伸入套管内，封堵盖与进口对接，实现封堵；再控制卧式炉A1内的温度为280℃，保温4小时，使原料烘干脱水；升温至850℃，保温5.5h后，冷却至400℃以下；
期间，通过第一起升机构G2将另1个还原段B1吊运至可翻转段D3，重复S1进行加料；
S4、通过第一导向机构A4、第二导向机构F5将冷却后的还原段B1输送至第二导向机构F5上，冷却至60℃以下，拆分结晶段F3和还原段B1，取出结晶段F3内的金属砷产品，清理还原段B1内的残渣；通过第三导向机构D2将加热小车C2向右移动，使得发热管C1完全移至卧式炉外，再通过第一起升机构G2将加热小车C2吊起并运至竖向挡板AF13的安装位置的右侧，拆除竖向挡板AF13；
期间，当加热小车C2被吊起后，通过第一导向机构A4、第三导向机构D2将另1个加料后的还原段B1输送至炉腔内；通过第二起升机构G3将另1个结晶段F3吊运至第二导向机构F5上，使得该结晶段F3位于卧式炉A1和第二导向机构F5上的还原段B1之间，再通过第二导向机构F5将该结晶段F3向卧式炉A1所在方向输送，使得该结晶段F3的进料端与还原段B1对接，然后固定；
S5、重复S3和S4，实现连续生产。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
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