專利名稱：一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銅、鎳、鉛等冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝及裝置。
背景技術(shù)：
銅在自然界中主要是硫化礦和氧化礦，特別是硫化礦分布最廣，大約有80%的銅 礦以Cu-Fe-S礦石形態(tài)存在。對(duì)于這類礦石提銅通常采用火法冶金的方法，一般流程為硫 化銅礦石一采選工序一銅精礦一熔煉工序一冰銅一吹煉工序一粗銅一陽極爐工序一陽極 銅一電解工序一高純陰極銅。目前熔煉工序主要有閃速熔煉和熔池熔煉兩大類，因閃速熔 煉具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，所以，當(dāng)今世界60%以上的銅是由閃速熔煉工藝生產(chǎn)的，閃 速熔煉工藝原理是干燥的銅精礦粉顆粒在反應(yīng)塔內(nèi)被分布風(fēng)完全分散懸浮，氧和懸浮的 精礦顆粒在反應(yīng)塔的整個(gè)空間內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，這種工藝存在以下問題一是反應(yīng)在整個(gè)反應(yīng) 塔空間進(jìn)行，故熱負(fù)荷大，爐壁沖刷嚴(yán)重，爐壽命短；二是因精礦顆粒存在分散懸浮，故顆粒 間碰撞機(jī)率小，反應(yīng)不完全，存在過氧化和欠氧化現(xiàn)象，煙塵發(fā)生率高；三是高投料情況下 熱負(fù)荷特別大，一般熱負(fù)荷超過2200MJ/m3. h時(shí)，閃速爐的反應(yīng)塔承受不了，故限制了單臺(tái) 閃速爐的高產(chǎn)能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了解決上述問題，提供一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝及裝置，它 在充分利用物料顆粒比表面積和反應(yīng)熱能的同時(shí)，有效減少反應(yīng)塔熱負(fù)荷空間，避免高溫 熔體對(duì)冶金爐壁的沖刷腐蝕，同時(shí)有效提高反應(yīng)效率、降低煙塵發(fā)生率，滿足高富氧、高產(chǎn) 能、低能耗冶煉的要求。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
—種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝，它的步驟為， 1)干燥銅精礦粉或冰銅粉與富氧空氣分別送入噴嘴混合形成氣固兩相混合體，通 過安裝在噴嘴中的旋流器使氣固混合體高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)入反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中形成以軸線為 中心的高旋流體； 2)脈動(dòng)旋流噴嘴將氧氣和燃料以脈動(dòng)形式送入高旋流體中，使高旋流體中心產(chǎn)生 脈動(dòng)紊流。 3)反應(yīng)器內(nèi)高旋流體內(nèi)的物料顆粒被加熱達(dá)到著火溫度，進(jìn)而高溫燃燒、反應(yīng)使 物料顆?；蛉軇┝Ｗ尤诨癁槿廴谛∫旱?；同時(shí)旋流體急速膨脹，在脈動(dòng)、膨脹、旋轉(zhuǎn)向心力 的作用下，小液滴碰撞長大后的液滴在重力和離心力的作用下從高旋流體中分離，沉降于 反應(yīng)器下的熔池中； 4)在熔池中進(jìn)一步完成造渣反應(yīng)，并依靠不同的比重，實(shí)現(xiàn)冰銅、渣的分離或粗 銅、渣的分離； 5)502高溫?zé)煔庠谝L(fēng)機(jī)抽力的作用下，從冶金爐的排煙口進(jìn)入到余熱鍋爐和制酸系統(tǒng)進(jìn)行熱能和S02的回收。 —種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝用裝置，它包括冶金爐和脈動(dòng)旋流噴嘴；其中冶金爐 包括反應(yīng)器、熔池以及與熔池連接的排煙道；脈動(dòng)旋流噴嘴安裝在反應(yīng)器頂部，富氧空氣與 干燥粉狀物料分別送入脈動(dòng)旋流噴嘴混合形成氣固兩相混合體，通過安裝在脈動(dòng)旋流噴嘴 中的旋流器使氣固混合體高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)入反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中形成以軸線為中心的高旋流 體；脈動(dòng)旋流噴嘴內(nèi)設(shè)有脈動(dòng)氧槍和脈動(dòng)燃料槍，脈動(dòng)氧槍和脈動(dòng)燃料槍產(chǎn)生脈動(dòng)紊流進(jìn) 入到混合高旋流體的中心。 所述脈動(dòng)旋流噴嘴包括由外向內(nèi)布置的物料通道、主工藝富氧空氣通道、脈動(dòng)氧 槍和脈動(dòng)燃料槍，它們組成套筒狀結(jié)構(gòu)，具有同一個(gè)圓心和中心線，頂部互不相通；在物料 通道進(jìn)口處安裝流化給料器；主工藝富氧空氣通道的空腔內(nèi)插入脈動(dòng)氧槍，在脈動(dòng)氧槍的 出口外層是旋流器，旋流器固定在脈動(dòng)氧槍上。 所述物料通道中部為文丘里噴管狀的收縮，出口處為水冷元件或耐高溫材料元 件。 所述物料通道、主工藝富氧空氣通道、脈動(dòng)氧槍和脈動(dòng)燃料槍的進(jìn)口相互間采用 法蘭的對(duì)接。 所述主工藝富氧空氣通道通過兩條管道與工藝富氧空氣管道對(duì)接，兩條管道上分 別安裝有拉瓦爾噴管和調(diào)節(jié)閥。 所述脈動(dòng)燃料槍進(jìn)口處安裝風(fēng)力傳動(dòng)葉片。 本發(fā)明的原理為干燥物料(銅精礦粉或冰銅粉、熔劑粉)和富氧空氣混合后以 高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器內(nèi)形成旋流體，由于在這個(gè)旋流體中物料粒子和氧分子 以軸線為中心呈螺旋狀同時(shí)向前運(yùn)行，所以參與反應(yīng)的物料粒子和氧分子的碰撞機(jī)率小， 反應(yīng)效率低，另外，旋流體中心是物料粒子的富集區(qū)，缺少物料粒子反應(yīng)的必要氧量，為了 增加粒子間的碰撞機(jī)率，避免過氧化和欠氧化的兩極分化，保證反應(yīng)充分完全，將氧氣和燃 料以脈動(dòng)形式送入到旋流體的中心，利用脈動(dòng)氧氣和脈動(dòng)燃燒氣體在旋流體中心產(chǎn)生脈動(dòng) 紊流，增加物料粒子和氧分子的碰撞機(jī)率，為反應(yīng)創(chuàng)造良好的動(dòng)力學(xué)條件，使加入到反應(yīng)器 中的物料粒子與氧充分碰撞結(jié)合，在反應(yīng)器中心形成高溫場、高氧場、高粒子場的脈動(dòng)旋流 體，在脈動(dòng)旋流體內(nèi)完成銅精礦的造冰銅、造渣反應(yīng)或冰銅粉的造粗銅、造渣反應(yīng)。反應(yīng)后 的熔融產(chǎn)物在旋流脈動(dòng)內(nèi)相互碰撞長大而沉降于反應(yīng)器下的熔池內(nèi)，在熔池中進(jìn)一步完成 造渣反應(yīng)并實(shí)現(xiàn)渣銅分離。反應(yīng)產(chǎn)生的S02煙氣由排煙道送到制酸工序。 銅精礦熔煉的主要反應(yīng)為CuFeS2+02 — Cu2S+FeS+S02 FeS+02 — Fe0+S02 Fe0+Si02 — FeO Si02 冰銅粉吹煉的主要反應(yīng)為Cu2S+02 — Cu20+S02 Cu2S+Cu20 — Cu+S02 FeS+02+CaO — CaFe204 銅精礦熔煉的主要反應(yīng)產(chǎn)物是冰銅(Cu2S+FeS)、熔煉渣、S02煙氣。 冰銅(Cu2S+FeS)粉吹煉的主要反應(yīng)產(chǎn)物是粗銅、吹煉渣、S02煙氣。 本發(fā)明工藝參數(shù)富氧空氣含氧為50 99 % ，銅精礦粉或冰銅粉的含水< 0. 3 % 。
脈動(dòng)氧氣為工業(yè)氧，體積流量為工藝所需總氧量的5 20%。脈動(dòng)燃燒的燃料為天然氣或液化石油氣，體積流量為50 500NmVh。 本發(fā)明不僅適用于銅冶煉，同樣適用于鎳冶煉和鉛冶煉。 本發(fā)明的有益效果為一是粒子間的碰撞機(jī)率高，反應(yīng)完全，氧利用率高，煙塵發(fā) 生率低，；二是產(chǎn)能大，能耗低，反應(yīng)的空間小，反應(yīng)的熱能集中，爐體耐火材料的損耗小，不 需要巨大的冶金爐膛，投資成本低；三是環(huán)保好，工藝簡潔，控制操作簡單、方便、可靠。


圖1是本發(fā)明的所述的反應(yīng)機(jī)理示意圖。
圖2是脈動(dòng)旋流噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。 其中，l富氧空氣，2粉狀物料，3脈動(dòng)氧氣，4脈動(dòng)燃料槍，5高旋流體，6脈動(dòng)紊流， 7分離出的液滴，8高溫?zé)煔猓?反應(yīng)器，10熔池，11排煙道，12脈動(dòng)旋流噴嘴，13物料通道， 14主工藝富氧空氣通道，15脈動(dòng)氧槍，16流化給料器，17旋流器，18拉瓦爾噴管，19調(diào)節(jié) 閥，20風(fēng)力傳動(dòng)葉片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 圖1中，本工藝裝置由冶金爐和脈動(dòng)旋流噴嘴12組成，冶金爐由鋼結(jié)構(gòu)、耐火材 料、水冷元件等組成，分為反應(yīng)器9、熔池10和排煙道11。富氧空氣1與干燥粉狀物料2在 反應(yīng)器9外的噴嘴中混合并形成為氣、固兩相的混合體，以高速旋轉(zhuǎn)方式噴入到反應(yīng)器9內(nèi) 形成高旋流體5 ;高頻脈動(dòng)氧氣3進(jìn)入到混合高旋流體5的中心，彌補(bǔ)中間氧勢并在高旋流 體5內(nèi)制造脈動(dòng)紊流6，促進(jìn)粒子間的碰撞，延長粒子在旋流體中的停留時(shí)間，脈動(dòng)燃料槍 4提供的燃料在高旋流體的中心燃燒并產(chǎn)生脈動(dòng)燃燒氣流，用于保持高旋流體內(nèi)需要的溫 度、反應(yīng)中點(diǎn)燃物料顆粒和維持熱平衡以及在高旋流體中產(chǎn)生脈動(dòng)；高旋流體5受反應(yīng)器9 內(nèi)的高溫輻射和脈動(dòng)燃料槍4燃燒燃料提供的熱能影響，混合流體內(nèi)的粉狀物料2顆粒被 加熱達(dá)到著火溫度，與其周圍同樣被加熱的富氧空氣1中的氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng) 中的粒子在高旋流體5中隨脈動(dòng)紊流6運(yùn)動(dòng)，直至將氧粒子耗盡，粉狀物料2顆粒的反應(yīng)才 會(huì)停止；反應(yīng)產(chǎn)生的巨大熱能被高旋流體5所控制，使未反應(yīng)的固態(tài)顆粒(溶劑粒子)融 化為熔融小液滴，反應(yīng)和溶化后的小液滴受脈動(dòng)紊流6的影響，相互間的碰撞機(jī)率成幾何 倍數(shù)的增長，碰撞長大后的在重力和離心力的作用下從旋流體中分離出來，分離出的液滴7 沉降于反應(yīng)器9下的熔池10中；分離出的富含S02的高溫?zé)煔?在引風(fēng)機(jī)抽力的作用下， 從冶金爐的排煙道11進(jìn)入到余熱鍋爐和制酸系統(tǒng)進(jìn)行熱能和S02的回收。
圖2中，脈動(dòng)旋流噴嘴12是由物料通道13、主工藝富氧空氣通道14、脈動(dòng)燃料槍 4、脈動(dòng)氧槍15組成的套筒狀結(jié)構(gòu)，它們具有同一個(gè)圓心和中心線，頂部互不相通，為便于 拆裝、檢修和定位，其進(jìn)口相互間采用法蘭的對(duì)接方式。主工藝富氧空氣通道14通過兩條 管道與工藝富氧空氣管道對(duì)接，兩條管道上分別安裝有拉瓦爾噴管18和調(diào)節(jié)閥19。物料 通道13的外層是噴嘴的外殼，在其進(jìn)口處安裝有流化給料器16，中部為文丘里噴管狀的收 縮，出口為水冷套；在主工藝富氧空氣通道14的空腔內(nèi)插入脈動(dòng)氧槍15，脈動(dòng)氧槍15的出 口外層是旋流器17，旋流器17固定在脈動(dòng)氧槍15上，脈動(dòng)氧槍15進(jìn)口安裝有風(fēng)力傳動(dòng)葉 片20。在脈動(dòng)氧槍15內(nèi)插入脈動(dòng)燃料槍4。
本發(fā)明脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝為 粉狀物料2 (銅精礦或冰銅、熔劑)與富氧空氣1分別送入脈動(dòng)旋流噴嘴12混合 形成氣固兩相混合體，通過安裝在脈動(dòng)旋流噴嘴12中的旋流器17使氣固混合體高速旋轉(zhuǎn) 進(jìn)入反應(yīng)器9中，在反應(yīng)器9中形成以軸線為中心的高旋流體5，為增加粒子間的碰撞機(jī)率， 彌補(bǔ)旋流體中心氧量不足，在脈動(dòng)旋流噴嘴12中心設(shè)置脈動(dòng)氧槍15產(chǎn)生脈動(dòng)氣流3，將氧 氣以脈動(dòng)形式送入高旋流體5中，另外，為補(bǔ)充高旋流體5中心熱量，在脈動(dòng)旋流噴嘴12最 中央安裝一個(gè)脈動(dòng)燃燒槍4。氣固兩相混合體進(jìn)入反應(yīng)器9內(nèi)一定的距離后，受反應(yīng)器9內(nèi) 的高溫輻射和脈動(dòng)燃料槍4燃燒提供的熱能影響，混合在高旋流體5內(nèi)的物料顆粒被加熱 達(dá)到著火溫度，與其周圍同樣被加熱的富氧空氣1中的氧分子在脈動(dòng)紊流6條件下發(fā)生劇 烈的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的巨大熱能被高旋流體5所控制，使沒有參與反應(yīng)的物料顆粒(溶 劑粒子)融化為熔融小液滴，同時(shí)還會(huì)使旋流體急速膨脹，在脈動(dòng)、膨脹、旋轉(zhuǎn)向心力的作 用下，高旋流體5中形成更多雜亂的脈動(dòng)紊流6，使反應(yīng)和熔化后的小液滴相互間的碰撞機(jī) 率成幾何倍數(shù)的增長，碰撞長大后的液滴在重力和離心力的作用下從高旋流體5中分離， 分離出的液滴7沉降于反應(yīng)器9下的熔池10中，在熔池10中進(jìn)一步完成造渣反應(yīng)，并依靠 不同的比重，實(shí)現(xiàn)冰銅、渣的分離或粗銅、渣的分離。S02高溫?zé)煔庠谝L(fēng)機(jī)抽力的作用下， 從冶金爐的排煙道11進(jìn)入到余熱鍋爐和制酸系統(tǒng)進(jìn)行熱能和S02的回收。
本發(fā)明所述的技術(shù)方案并不限制于本發(fā)明所述的實(shí)施例的范圍內(nèi)。本發(fā)明未詳盡 描述的技術(shù)內(nèi)容均為公知技術(shù)。
權(quán)利要求
一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝，其特征是，干燥的銅精礦粉或冰銅粉與富氧空氣混合后以高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)形成以軸線為中心的高旋流體，在高旋流中心引入脈動(dòng)氧氣和脈動(dòng)燃燒，使高旋流體內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)紊流，促進(jìn)粒子間的相互碰撞，在反應(yīng)器內(nèi)形成高溫場、高氧場、高顆粒場的脈動(dòng)旋流反應(yīng)區(qū)，完成銅精礦的造冰銅、造渣反應(yīng)或冰銅的造粗銅、造渣反應(yīng)。反應(yīng)后的熔融物沉降于反應(yīng)器下的熔池，在熔池中進(jìn)一步完成造渣反應(yīng)，并依靠不同的比重，實(shí)現(xiàn)冰銅、渣的分離或粗銅、渣的分離。SO2煙氣由排煙道送到制酸工序。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝，其特征是，富氧空氣含氧為50 99%，銅精礦粉或冰銅粉的含水< 0. 3%。脈動(dòng)氧氣為工業(yè)氧，體積流量為工藝所需總氧量 的5 20%。脈動(dòng)燃燒的燃料為天然氣或液化石油氣，體積流量為50 500NmVh。
3. 權(quán)利要求1所述的一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝用裝置，其特征是，它包括冶金爐和 脈動(dòng)旋流噴嘴(12)，其中冶金爐包括反應(yīng)器(9)、熔池(10)以及與熔 池(10)連接的排煙道 (11);脈動(dòng)旋流噴嘴(12)安裝在反應(yīng)器(9)頂部，脈動(dòng)旋流噴嘴(12)內(nèi)設(shè)有旋流器(17)、 脈動(dòng)氧槍(15)和脈動(dòng)燃料槍(4)。旋 器(17)使富氧空氣(1)與干燥粉狀物料(2)以高 速旋轉(zhuǎn)進(jìn)入反應(yīng)器(9)中形成高旋流體(5)，脈動(dòng)氧槍(15)和脈動(dòng)燃料槍(4)在高旋流體 (5)的中心產(chǎn)生脈動(dòng)紊流(6)。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝用裝置，其特征是，所述脈動(dòng)旋流 噴嘴(12)包括由外向內(nèi)布置的物料通道(13)、主工藝富氧空氣通道(14)、脈動(dòng)氧槍(15) 和脈動(dòng)燃料槍(4)，它們組成套筒狀結(jié)構(gòu)，具有同一個(gè)圓心和中心線，頂部互不相通；在物 料通道(13)進(jìn)口處安裝流化給料器(16);主工藝富氧空氣通道(14)的空腔內(nèi)插入脈動(dòng)氧 槍(15)，在脈動(dòng)氧槍(15)的出口外層是旋流器(17)，旋流器(17)固定在脈動(dòng)氧槍(15)上。
5. 如權(quán)利要求3、4所述的一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝用裝置，其特征是，所述物料通 道(13)中部為文丘里噴管狀的收縮，出口處為水冷元件或耐高溫材料元件。
6. 如權(quán)利要求3、4所述的一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝用裝置，其特征是，所述主工藝 富氧空氣通道(14)通過兩條管道與工藝富氧空氣管道對(duì)接，兩條管道上分別安裝有拉瓦 爾噴管(18)和調(diào)節(jié)閥(19)。
7. 如權(quán)利要求3、4所述的一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝用裝置，其特征是，所述脈動(dòng)燃 料槍(4)的進(jìn)口處安裝風(fēng)力傳動(dòng)葉片(20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈動(dòng)旋流法銅冶煉工藝及裝置，干燥的銅精礦粉或冰銅粉與富氧空氣混合后以高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)入反應(yīng)器，形成以軸線為中心的高旋流體，高旋流中心引入脈動(dòng)氧氣和脈動(dòng)燃燒，使高旋流體內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)紊流，促進(jìn)粒子間相互碰撞，反應(yīng)器內(nèi)形成高溫場、高氧場、高粒子場的脈動(dòng)旋流反應(yīng)區(qū)，完成銅精礦造冰銅、造渣反應(yīng)或冰銅造粗銅、造渣反應(yīng)。反應(yīng)后熔融物沉降于反應(yīng)器下的熔池進(jìn)行冰銅和渣分離或粗銅和渣分離。SO2煙氣送入制酸工序。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)一是反應(yīng)效率高，氧利用率高，煙塵發(fā)生率低；二是產(chǎn)能大，能耗低，反應(yīng)的空間小，反應(yīng)的熱能集中，爐體耐火材料的損耗小，不需要巨大的冶金爐膛，投資成本低；三是環(huán)保好，工藝操作簡單、方便、可靠。
文檔編號(hào)C22B15/00GK101705369SQ200910230500
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者劉衛(wèi)東, 周松林 申請(qǐng)人:陽谷祥光銅業(yè)有限公司