CN114686700A - 一种含锡物料的烟化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种节能效果明显、环保好的富氧侧吹双区炉含锡物料的烟化工艺。将混合好的含锡物料、熔剂、硫铁矿、低品位冰铜、粒煤等物料通过计量后输送至熔炼区内。富氧空气鼓入熔炼区。生成的冰铜和炉渣经沉淀分离，冰铜沉降在炉缸底层，热渣流入烟化区；熔剂、硫铁矿、粒煤等物料通过计量后输送烟化区内。富氧空气鼓入烟化区。生成的冰铜和炉渣沉淀分离，冰铜沉降在炉缸底层，与熔炼区的冰铜混合后由虹吸口排出。渣通过渣孔放出水碎。在熔炼区与烟化区，渣中的氧化亚锡与硫化剂发生烟化反应，生成的硫化亚锡在炉内上部氧化，生成的氧化锡被收尘设备收集作为产品。从炉体中排出含SO₂的高温烟气经冷却、除尘后送制酸。

Description

一种含锡物料的烟化工艺

技术领域

本发明涉及一种有色金属冶金行业的含锡物料的烟化工艺，具体是一种用于含锡物料采用富氧侧吹双区熔池炉烟化工艺，产出含锡烟尘、低品位冰铜，烟气送制酸。该工艺渣含锡低，含铜低，回收率高、节能、烟气能制酸、环保效果好、动化程度高。

背景技术

锡中矿和锡渣通常用传统的烟化炉处理，单位物料耗煤率在50～70％，吨料电耗约300千瓦时。烟化炉处理单位物料产生的烟气量大，烟气含SO₂高，需要脱硫，环保压力大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化程度高、节能效果明显、床能力高、环保好的富氧侧吹双区炉处理含锡物料的烟化工艺。

本发明提供的富氧侧吹双区熔池炉烟化含锡物料的工艺包括如下步骤：

1)配料

将锡中矿、锡渣和其它冷料配料，混合料Fe:SiO₂达到0.8～1.2。硫铁矿、石英砂、石灰石、碎煤、低冰铜和其它冷料等物料由汽车或其他运输方式运至原料仓库，各种物料经抓斗抓入配料仓待用。

硫铁矿、低冰铜、石英砂、石灰石、碎煤和其它冷料按工艺要求计量后，经过皮带转运加入富氧侧吹双区炉熔炼区，在熔炼区中进行富氧造锍熔炼；硫铁矿、碎煤和其它冷料按工艺要求计量后，经过皮带转运加入富氧侧吹双区炉烟化区，在烟化区进行烟化熔炼。电子皮带秤可以瞬时计量和累计，给料量可以根据生产的需要及时调整。

2)富氧侧吹熔炼区：

将炉料主要包括含锡物料、熔剂、硫铁矿、低冰铜、粒煤通过皮带秤计量后，用胶带机输送至富氧侧吹双区熔炼区内。从熔炼区两侧的风口鼓入富氧空气，鼓入的富氧空气强烈搅动产生鼓泡层，加入的炉料迅速熔化，并与燃料、还原剂、硫铁矿、低冰铜发生强烈反应生成较高品位冰铜和炉渣，渣中的氧化锡还原成氧化亚锡，然后与硫化剂发生烟化反应，生成硫化亚锡挥发到烟气中，在熔炼区上部与二次富氧空气反应生成氧化锡和二氧化硫，氧化锡随烟气被收尘设备收集。熔炼过程所需的热量，主要来自碎煤燃烧热和造渣反应热。熔炼生成的冰铜和炉渣在风口以下的静止渣层中沉淀分离，冰铜沉降在炉缸底层，含铜较低的渣在熔体上层。渣通过双区炉中间隔墙下部空间排出流入烟化区；冰铜由两侧或炉端的虹吸口排出，部分冰铜返回作为硫化剂加入炉内，其余冰铜作为产品包装后外售。

从炉体中排出的含SO₂的高温烟气，其中的还原性气体和单体硫在炉膛空间被鼓入的富氧空气氧化，出炉后经余热锅炉冷却，电收尘器净化除尘后送硫酸车间制酸；

3)富氧侧吹烟化区：高温熔炼渣通过双区炉中间隔墙下部空间排出流入烟化区；其它炉料主要包括硫铁矿、粒煤和其它冷料通过皮带秤计量后，用胶带机输送至富氧侧吹双区炉的烟化区上部，通过炉顶盖板上的下料孔进入炉内。从富氧侧吹炉烟化区炉体两侧的风口鼓入富氧空气，鼓入的富氧空气强烈搅动产生鼓泡层，加入的炉料迅速熔化，并与燃料、还原剂、硫铁矿发生强烈反应生成较低品位冰铜和炉渣，渣中的氧化亚锡与硫化剂发生烟化反应，生成硫化亚锡挥发到烟气中，在烟化区上部与二次富氧空气反应生成氧化锡和二氧化硫，氧化锡随烟气被收尘设备收集。熔炼过程所需的热量，主要来自热渣带来的物理热、碎煤燃烧热。熔炼生成的低冰铜和炉渣在风口以下的静止渣层中沉淀分离，冰铜沉降在炉缸底层，含铜较低的渣浮在熔体上层。烟化区生成的低冰铜与熔炼区生成的冰铜混合一起后由两侧或炉端的虹吸口排出，部分冰铜返回作为硫化剂加入炉内，其余冰铜作为产品包装后外售。渣通过双区炉烟化区端墙渣孔放出水碎；水碎渣堆存或外售。

从烟化区炉体中产出的含SO₂的高温烟气，其中的还原性气体和单体硫在炉膛空间被鼓入的富氧空气氧化，然后经熔炼区上部与熔炼区烟气混合后一起经余热锅炉冷却，电收尘器净化除尘后送硫酸车间制酸。

本发明工艺特点是：

本发明采用富氧侧吹熔池熔炼双区炉烟化冶炼含锡物料，产出含锡烟尘、低品位冰铜、炉渣和含SO₂烟气，烟气送制酸。其中富氧侧吹熔池熔炼炉采用双区结构，中间隔墙将富氧侧吹炉熔池分为两个区，一个熔炼区，一个烟化区。

烟化区能够充分利用熔炼区生成的高温熔炼渣的物理热，因而在烟化时只需补充少量煤，节能效果非常明显，生产成本低。同时，减少了常规的从熔炼到电炉，电炉到烟化炉的放渣操作，劳动强度小，环境保护好。由于熔炼过程中鼓入富氧空气氧气浓度高，床能力高。产出的烟气含SO₂浓度高，烟气可以制酸，有利于原料中硫的回收利用，很好地解决了环境污染问题。

在熔炼区，通过控制炉内为弱还原气氛，从原料端控制铁硅比，降低渣中的Fe₃O₄含量。在熔炼区含锡较高，加入硫铁矿和低品位冰铜后，锡的烟化挥发速度快。在熔炼区通过加入硫铁矿和低品位冰铜，控制熔炼区一个较高的共存冰铜品位。产出的冰铜品位较高。

在烟化区控制一个较强的还原性气氛，加入适量的硫铁矿，锡继续挥发，烟化后的渣含锡低，锡的回收率高。控制烟化区产生一个较低的共存冰铜品位，烟化后的渣含铜低，铜回收率高，贵金属金、银等富集在冰铜里，贵金属回收率也高。

同时从熔炼区和烟化区两侧的风口鼓入富氧空气，强烈搅动促进悬浮冰铜颗粒的碰撞聚集沉降。

本发明的工艺主要特点分述如下：

(一)本工艺采用富氧侧吹双区炉烟化含锡炉渣，双区炉的主要特征如下：

1中间隔墙将富氧侧吹双区熔池熔炼炉分为熔炼区与烟化区，隔墙底部高度低于一次风口0～350mm。

2熔炼区的底与烟化区的共炉缸，底部平齐，炉缸深度低于一次风口1000mm～1400mm，过深炉底难保温，也没有必要。过浅存贮冰铜量太少，不便于操作。

3烟化区前端墙铜水套上设立排渣口，其中心线高度高于一次风口450±200mm。

4冰铜虹吸放出，虹吸孔可根据工艺需要，设在侧面或端部可以开设多个虹吸冰铜孔。

5双区炉上部连通，烟化区烟气经过熔炼区上部，一同进入余热锅炉及电收尘后送制酸。

6冰铜虹吸孔内外高度以炉内冰铜面600mm作为计算依据；熔炼区面积以600m³/m²设计大小为宜，烟化区面积以渣停留时间1.5～2小时为宜。

(二)通过控制煤和氧气的量的比例，控制熔炼区和烟化区的弱还原性气氛。把炉渣中的Fe₃O₄还原成FeO，把SnO₂还原成SnO。促使反应(1)～(4)、(17)、(18)向右进行。

(三)在熔炼区加入控制原料的铁硅比在0.8～1.2，加入石灰石，控制钙硅比在0.15～0.3，以保持渣更好的流动性。提高渣中SiO₂的含量，在一定范围内有利于Fe₃O₄还原，随着渣中SiO₂含量增加，渣含铜不断下降。促使反应(19)、(20)、(23)向右进行。

(四)在熔炼区加入适量的硫铁矿，控制在熔炼区与渣共存的冰铜的品位，促使氧化亚锡硫化烟化，氧化铜硫化成硫化亚铜。同时提高烟气的SO₂的浓度。

黄铁矿在高温分解产生的FeS促使反应(5)～(16)(20)(21)(22)(23)向右进行，使渣中Fe₃O₄含量降低，减少隔膜层的形成，有利于夹杂冰铜的沉降，并使渣中部分氧化态的铜硫化而进入冰铜相中。通过控制加入硫铁矿的量与加入的含锡物料中铜的比例来控制较低的与渣共存的冰铜品位，从而降低弃渣含铜。

(五)在熔炼区加入适量的低品位冰铜

加入的低品位冰铜提高了渣中的硫化亚铁浓度，促使氧化亚锡挥发，与Fe₃O₄反应生成FeO，促使反应(5)～(16)(20)(21)(22)(23)向右进行。未反应的较大粒度的黄铁矿及冰铜，在沉降时把渣中悬浮的小冰铜粒子凝结起来，使其沉降加快，将冰铜颗粒从渣中分离出来。FeS不仅是硫化剂，还是冰铜的优良溶剂，因此可以认为硫化剂既能减少渣中氧化铜损失，又能减少渣中夹杂冰铜颗粒数量，起到很好的贫化作用。

另外，含锡物料中含铜金属低，产出的冰铜量比较少，冰铜在炉底经过散热温度降低，容易导致炉底部冰铜冻结放不出。适当增加冰铜入炉量后，产出冰铜相应增加，冰铜的热量增大，温度降低慢，炉底冰铜就不容易冻结，生产更加顺畅。

(六)在烟化区继续加入煤和黄铁矿

控制烟化区较强的还原性气氛，同时加入黄铁矿，再次烟化含锡炉渣，降低渣含锡的量，提高锡的回收率。主要反应见(1)～(25)。控制烟化区与渣共存冰铜品位更低，根据铜在渣和冰铜中的平衡浓度遵循分配定律，可以控制到更低渣含铜。

另外，Pb、PbO、PbS在高温条件下易挥发，在还原硫化气氛中，铅主要以硫化铅的形态挥发；ZnO还原成金属锌挥发，在炉膛被鼓入的二次富氧空气氧化成氧化锌。主要反应见(24)(25)。

在熔炼区、烟化区，含锡物料硫化烟化过程的主要学反应有：

C+O₂＝CO₂ (1)

C(s)+1/2O₂＝CO (2)

C(s)+CO₂＝2CO (3)

CO+1/2O₂＝CO₂ (4)

FeS₂(s)＝(FeS)+1/2S₂ (5)

(FeS)+3/2O₂＝(FeO)+O₂ (6)

1/2S₂+O₂＝SO₂ (7)

[Sn]+1/2S₂＝SnS(g) (8)

2(SnO)+3/2S₂＝2SnS(g)+SO₂ (9)

(SnO₂)+S₂＝SnS(g)+SO₂ (10)

[Sn]+(FeS)+1/2O₂＝SnS(g)+(FeO) (11)

(SnO)+(FeS)＝SnS(g)+(FeO) (12)

3(SnO₂)+4(FeS)＝3SnS(g)+4(FeO)+SO₂ (13)

[Sn]+SO₂+2CO＝SnS(g)+2CO₂ (14)

(SnO)+SO₂+3CO＝SnS(g)+3CO₂ (15)

(SnO₂)+SO₂+4CO＝SnS(g)+4(FeO)+4CO₂ (16)

C+Fe₃O₄＝CO₂+FeO (17)

C+SnO₂＝CO₂+SnO (18)

2FeO+SiO₂＝2FeO·SiO₂ (19)

3Fe₃O₄+FeS+5SiO₂＝5(2FeO·SiO₂)+SO₂ (20)

3Fe₃O₄+FeS＝10FeO+SO₂ (21)

2CuO+FeS＝Cu₂S+FeO (22)

2FeS+2SnO+SiO₂＝2SnS+SO₂+2FeO·SiO₂ (23)

ZnO+C＝Zn(g)+CO (24)

2Zn(g)+O₂＝2ZnO (25)

附图说明

图1是本发明的工艺流程图

具体实施方式

下面将结合本发明，对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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

从图1可以看出，本发明工艺主要包括原料库及配料、富氧侧吹双区炉熔炼区熔炼、富氧侧吹双区炉烟化区渣烟化熔炼等主要过程，具体步骤如下：

(一)配料锡中矿和锡渣经过配料，控制Fe:SiO₂在0.8～1.2，处理量为20t/h。配料后主要成分如下:

表1配料后含锡物料主要成分表

元素	Sn	Cu	Fe	As	S	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	SiO<sub>2</sub>	CaO	Pb	Zn
												成分％	2.9	0.55	26	0.3	0.45	5.5	0.9	25	7.75	1.3	0.9

(二)其它基本条件：

熔炼区：Fe/SiO₂＝0.95CaO/SiO₂＝0.25加入的煤其碳生成二氧化碳与一氧化碳的比例为9，一次风氧浓85％，二次风氧浓30％，一次烟气温度为1250℃，二次烟气温度为1250℃，锍温1150℃，渣温1200℃。煤固定碳78％。石英砂含SiO₂为86％。硫铁矿含铁42％，含硫38％。

(三)通过热平衡计算，主要结果如下：1加入料单为(物料为干基的量)：硫铁矿5t/h，石英砂1.23t/h，石灰石0.47t/h,煤2.19t/h。2一次风氧浓85％，混合气量为4200m³/h；二次风氧浓为30％，混合气量为3000m³/h。

3熔炼区产出的主要数据如下：

K＝0.020，冰铜流量为：3.47t/h,冰铜主要成分：

表2熔炼区冰铜主要成分表

元素	Cu	Fe	S
				成分％	4.57	54.29	29.34

渣流量为24.31t/h,渣主要成分：

表3熔炼区渣主要成分表

元素	Sn	Cu	Fe	S	A<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	SiO<sub>2</sub>	CaO
									成分％	0.48	0.09	25.79	0.41	4.51	0.74	27.14	7.87

烟尘量为1.34t/h，烟尘主要成分为：

表4熔炼区烟尘主要成分表

元素	Sn	As	S	Pb	Zn
						成分％	34.52	3.55	5.50	14.66	2.07

烟气主要成分为：

表5熔炼区烟气主要成分表

成分	SO<sub>2</sub>	SO<sub>3</sub>	CO<sub>2</sub>	O<sub>2</sub>	CO	N<sub>2</sub>	H<sub>2</sub>O	合计
									流量m<sup>3</sup>/h	862.97	26.69	3313.80	260.57	15.94	3000.00	2311.24	6963.47
％	8.8137	0.27	33.84	2.66	0.16	30.64	23.61	100.00

4烟化区的料单为：硫铁矿1.0t/h，煤0.72t/h。

5烟化区一次风氧浓60％，混合气量为1800m³/h；二次风氧浓为30％，混合气量为1200m³/h。

6烟化区产出的主要数据如下：

冰铜流量为0.84t/h,冰铜主要成分：

表6烟化区冰铜主要成分表

元素	Cu	Fe	S
				成分％	1.42	53.78	28.29

K＝0.0148，渣流量为24.43t/h，渣主要成分：

表7烟化区渣主要成分表

元素	Sn	Cu	Fe	S	A<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	SiO<sub>2</sub>	CaO
									成分％	0.12	0.05	25.59	0.08	4.48	0.73	28.12	8.15

烟化区烟尘流量为0.25t/h，烟化区烟尘主要成分：

表8烟化区烟尘主要元素成分表

元素	Sn	As	S	Pb	Zn
						成分％	34.52	3.55	5.50	14.66	2.07

烟气成分为：

表9烟化区烟气主要成分表

成分	SO<sub>2</sub>	SO<sub>3</sub>	CO<sub>2</sub>	O<sub>2</sub>	CO	N<sub>2</sub>	H<sub>2</sub>O	合计
									流量m<sup>3</sup>/h	148.26	4.59	1046.56	187.76	7.86	1560.00	152.98	3108.00
％	4.7704	0.15	33.67	6.04	0.25	50.19	4.92	100.00

7熔炼区与烟化区生成的冰铜量为4.31t/h，合并后的冰铜主要元素成分为：

表10合并后的冰铜主要元素成分表

元素	Cu	Fe	S
				成分％	3.96	54.19	29.14

8熔炼区与烟化区生成的合并后的烟尘量为1.6t/h，烟尘成分：

表11合并后的烟尘主要元素成分表

元素	Sn	As	S	Pb	Zn
						成分％	34.47	3.29	5.54	13.56	3.14

9合并后的烟气成分为：

表12合并后的烟气主要成分表

成分	SO<sub>2</sub>	SO<sub>3</sub>	CO<sub>2</sub>	O<sub>2</sub>	CO	N<sub>2</sub>	H<sub>2</sub>O	合计
									流量m<sup>3</sup>/h	1011.23	31.28	4360.35	448.32	23.80	4560.00	2464.22	12899.21
％	7.84	0.24	33.80	3.48	0.18	35.35	19.10	100.00

10实施本发明工艺主要技术经济指标如下：

低冰铜品位 含铜4～20％(视含锡物料含铜量变化)

渣成分 含锡0.05～0.3％含铜0.05～0.2％

富氧浓度 50～90％

床能率 60～100t/(m².d)

燃煤率 约10～20％

熔剂率 5～15％

硫化剂率 20～35％

氧气单耗 220～260m³/t

烟尘率 ～5％(视含锡物料含锡、铅等易挥发金属量变化)

直收率 锡93～98％铜92～96％

烟气SO₂浓度 6～9％

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员理解和使用本发明，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.本工艺采用富氧侧吹双区炉烟化冶炼含锡物料，产出含锡烟尘、低品位冰铜、炉渣和烟气，烟气送制酸。

2.如权利要求1所述的富氧侧吹双区熔炼炉其特征在于：中间隔墙将富氧侧吹双区熔池熔炼炉分为熔炼区与烟化区，隔墙底部高度低于一次风口0～350mm；熔炼区与烟化区的共炉缸，底部平齐，炉缸深度低于一次风口1000mm～1400mm；烟化区前端墙铜水套上设立排渣口，其中心线高度高于一次风口450±200mm；冰铜虹吸放出，虹吸孔可根据工艺需要，设在侧面或端部，可以开设多个虹吸冰铜孔；双区炉上部连通，烟化区烟气经过熔炼区上部与熔炼区烟气一同经过余热锅炉及电收尘后送制酸；冰铜虹吸孔内外高度以炉内冰铜面600mm作为计算依据；熔炼区面积以600m³/m²设计大小为宜，烟化区面积以渣停留时间1.5～2小时为宜。

3.如权利要求1所述的烟化冶炼工艺，其特征在于：在熔炼区按工艺要求的量加入碎煤、原料、硫铁矿、低品位冰铜、熔剂，提高渣中的硫化亚铁活度，锡的烟化效果好，使渣中Fe₃O₄含量降低，减少隔膜层的形成，有利于夹杂冰铜的沉降，并使渣中部分氧化态的铜硫化而进入冰铜相中；黄铁矿和低品位冰铜中的硫化亚铁可增加渣层中微细粒冰铜被吸附成大颗粒的机会，冰铜颗粒变大后，沉降速度更快；控制熔炼区和为弱还原性气氛，把物料中的Fe₃O₄还原成FeO，把物料中的SnO₂还原成SnO；控制熔炼渣的Fe:SiO₂在0.6～1.0范围；在烟化区按工艺要求的量加入煤和硫铁矿，控制烟化区为较强的还原性气氛；氧化亚锡在烟化区继续硫化烟化，从而降低弃渣含锡；控制烟化区的与渣共存冰铜品位降到小于10％，从而降低弃渣含铜；从熔炼区和贫化区排出含SO₂的高温烟气，其中的还原性气体和单体硫在炉膛空间被鼓入的二次富氧空气氧化后，经余热锅炉冷却，电收尘器净化除尘后送硫酸车间制酸。

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