一种有色金属熔炼和/或选矿尾渣资源化利用回收装置论文和设计-杨春明

全文摘要

一种有色金属熔炼和\/或选矿尾渣资源化利用回收装置，属于熔炼渣资源化利用技术领域。装置包括：熔炼炉、余热锅炉、除尘器、脱硫塔和烟囱；熔炼炉的上端有加料口和烟气出口，下部有排渣口和出铁口，在炉壁上有侧吹喷枪口；在烟气出口上顺序连接有余热锅炉、除尘器、脱硫塔和烟囱；熔炼炉包括有：汽化熔炼炉、还原熔炼炉、汽化还原熔炼炉；其中，汽化熔炼炉和还原熔炼炉配合使用，汽化熔炼炉实施有色金属提取汽化熔炼，还原熔炼炉实施铁还原熔炼；汽化还原熔炼炉独立使用，首先实施有色金属提取汽化熔炼，然后实施铁还原熔炼。优点：能使熔炼选矿尾渣和含铁固废中的有价金属同时得到充分地回收利用，技术先进、经济合理，有利于规模化生产。

主设计要求

1.一种有色金属熔炼和\/或选矿尾渣资源化利用回收装置，其特征是：熔炼炉、余热锅炉、除尘器、脱硫塔和烟囱；熔炼炉的上端有加料口和烟气出口，下部有排渣口和出铁口，在炉壁上有侧吹喷枪口；在烟气出口上顺序连接有余热锅炉、除尘器、脱硫塔和烟囱。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种有色金属熔炼和\/或选矿尾渣资源化利用回收装置，其特征是：所述的熔炼炉包括有：汽化熔炼炉、还原熔炼炉、汽化还原熔炼炉；其中，汽化熔炼炉和还原熔炼炉相串联配合使用，汽化熔炼炉实施有色金属提取汽化熔炼，还原熔炼炉实施铁还原熔炼；汽化还原熔炼炉与还原熔炼炉的结构相同，独立使用，首先实施有色金属提取汽化熔炼，然后实施铁还原熔炼。

3.根据权利要求2所述的一种有色金属熔炼和\/或选矿尾渣资源化利用回收装置，其特征是：所述的汽化熔炼炉为一长方矩形结构，汽化熔炼炉一端置有汽化炉进渣溜槽和汽化炉进渣口，另一端置有汽化炉出渣口，在汽化熔炼炉的两侧墙错开均布多个汽化炉侧吹喷枪，汽化熔炼炉炉顶有若干个汽化炉加料口，靠近汽化炉出渣口一端的炉顶有汽化炉烟气出口；汽化熔炼炉的汽化炉出渣口通过还原熔炼炉的还原炉进渣溜槽与还原熔炼炉的还原进渣口相连接。

4.根据权利要求2所述的一种有色金属熔炼和\/或选矿尾渣资源化利用回收装置，其特征是：所述的还原熔炼炉为一长方矩形结构，还原熔炼炉一端置有还原炉进渣溜槽和还原炉进渣口，另一端置有还原炉排渣口，在还原熔炼炉的两侧墙错开均布多个还原炉侧吹喷枪，还原熔炼炉炉顶若干个还原炉加料口，靠近还原炉排渣口一端的炉顶置有还原炉烟气出口，还原熔炼炉的下部有还原炉出铁口。

5.根据权利要求2所述的一种有色金属熔炼和\/或选矿尾渣资源化利用回收装置，其特征是：所述的汽化还原熔炼炉为一长方矩形结构，汽化还原熔炼炉一端置有汽化还原炉进渣溜槽和汽化还原炉进渣口，另一端置有汽化还原炉排渣口，在汽化还原熔炼炉的两侧墙错开均布多个汽化还原炉侧吹喷枪，汽化还原熔炼炉炉顶若干个汽化还原炉加料口，一端的炉顶置有汽化还原炉烟气出口，汽化还原熔炼炉的下部有汽化还原炉出铁口。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及熔炼和\/或选矿尾渣资源化利用回收技术领域，特别是一种有色金属熔炼和\/或选矿尾渣资源化利用回收装置。

背景技术

中国有色金属矿产资源丰富，是世界上最大的有色金属生产国和消费国，铜、铅、锌、锡等产量均居全球第一位，在生产加工的过程中会产生大量的固体废弃物，诸如铅锌熔炼渣、铜熔炼渣、锡熔炼渣等有色固废。

铅熔炼或选矿尾渣是铅精矿或废铅酸蓄电池等含铅废料经高温熔炼后产生的废弃渣，每生产一吨铅，一般产出0.7—0.8吨的熔炼渣，按中国年产500万吨铅计算，每年产生高达300余万吨废弃渣。每生产一吨铜将产生2吨左右的熔炼渣，随着我国铜冶炼规模的不断扩大，每年将产生1600万吨以上的冶炼废渣，目前累计堆积储存量超过亿吨。锡选冶过程中会产生大量的含锡、铁废渣，主要是反射炉熔炼渣、电炉熔炼渣、烟化炉水淬渣、选矿尾渣等，每年产生量数百万吨。这类熔炼选矿尾渣成分复杂，除含有少量的铅、锑、锡、锌等有价金属外，还含有大量的铁、二氧化硅、氧化钙和部分氧化镁、三氧化二铝等，具有较高的附加值。熔炼渣中，铅含量0.5-5%，锑含量0.5-2.5%，锡含量0.2-2%，铁主要以磁铁矿、硫铁矿、硅酸铁等形式存在，铁的品位一般为20-50%。远超过铁矿石的20%的开采品位。

现阶段我国熔炼渣综合回收利用技术并不完善，一般是露天堆放或低价卖给水泥厂，一直没有实现资源化回收其中的有价金属。这些熔炼渣的大量长期堆积会带来严重的水体和土壤污染，所造成的污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，对生态环境的潜在危害极大。

目前,传统上采用选矿工艺，用磁选法分离铁，用浮选重选法分离铅、铁、铜等，通过对熔炼渣的磁选、重选、浮选进行选矿，但该工艺存在流程长、投资大，铅、铁等金属分离效果差，其中锑、锡、锌等有价金属也不能得到有效地回收利用，造成资源浪费等缺点。同时，渣选矿工艺中需要细磨并加入药剂，产出的尾渣存在二次污染隐患。

随着资源的日趋减少，合理回收熔炼选矿尾渣中的铁、铅、锑、锡等有价金属，能提高冶炼回收率及企业的经济效益。如不加以处理和回收，不仅会造成资源浪费，还会给生态环境造成严重污染。对熔炼选矿尾渣进行处理，从中回收铁、铅、锑、锡、锌等有价金属，能够使熔炼渣得到充分资源化利用，从而实现熔炼选矿尾渣的价值最大化。由此可见，对熔炼选矿尾渣中有价金属分离和回收技术的研究有着重要的经济价值和环保意义。

在钢铁冶炼、加工、制造的生产过程中会产生大量的含铁固废，诸如炼铁过程中的除尘系统收集的含铁烟尘，炼钢产生的钢渣，钢材锻造和热轧、热加工时产生的氧化铁皮，切割钢材产生的气割渣等。我国每年产生的这些含铁固废量高达千万吨以上，其中含铁20-90%不等，这些含铁固废一般在钢厂内部循环利用或低价卖给小型炼铁厂，但都存在工艺落后，回收率低，环境差的问题，已不能满足现代生产企业越来越高的环保要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种有色金属熔炼和\/或选矿尾渣资源化利用回收装置，解决现有技术中在处理熔炼选矿尾渣时存在的有价金属回收率低、金属铁回收困难、资源浪费的问题。

本实用新型的目的是这样实现的：熔炼炉、余热锅炉、除尘器、脱硫塔和烟囱；熔炼炉的上端有加料口和烟气出口，下部有排渣口和出铁口，在炉壁上有侧吹喷枪口；在烟气出口上顺序连接有余热锅炉、除尘器、脱硫塔和烟囱。

所述的熔炼炉包括有：汽化熔炼炉、还原熔炼炉、汽化还原熔炼炉；其中，汽化熔炼炉和还原熔炼炉相串联配合使用，汽化熔炼炉实施有色金属提取汽化熔炼，还原熔炼炉实施铁还原熔炼；汽化还原熔炼炉与还原熔炼炉的结构相同，独立使用，首先实施有色金属提取汽化熔炼，然后实施铁还原熔炼。

所述的汽化熔炼炉为一长方矩形结构，汽化熔炼炉一端置有汽化炉进渣溜槽和汽化炉进渣口，另一端置有汽化炉出渣口，在汽化熔炼炉的两侧墙错开均布多个汽化炉侧吹喷枪，汽化熔炼炉炉顶有若干个汽化炉加料口，汽化炉出渣口一端的炉顶有汽化炉烟气出口；汽化熔炼炉的汽化炉出渣口通过还原熔炼炉的还原炉进渣溜槽与还原熔炼炉的还原进渣口相连接。

所述的还原熔炼炉为一长方矩形结构，还原熔炼炉一端置有还原炉进渣溜槽和还原炉进渣口，另一端置有还原炉排渣口，在还原熔炼炉的两侧墙错开均布多个还原炉侧吹喷枪，还原熔炼炉炉顶若干个还原炉加料口，靠近还原炉排渣口一端的炉顶置有还原炉烟气出口，还原熔炼炉的下部有出铁口。

所述的汽化还原熔炼炉为一长方矩形结构，汽化还原熔炼炉一端置有汽化还原炉进渣溜槽和汽化还原炉进渣口，另一端置有汽化还原炉排渣口，在汽化还原熔炼炉的两侧墙错开均布多个汽化还原炉侧吹喷枪，汽化还原熔炼炉炉顶若干个汽化还原炉加料口，一端的炉顶置有汽化还原炉烟气出口，汽化还原熔炼炉的下部有汽化还原炉出铁口。

有益效果，由于采用了上述方案，利用本实用新型提供的工艺方法联合处理熔炼选矿尾渣及含铁固废料，可以将熔炼选矿尾渣中的铅、锑降至0.4％以下，锡降至0.2％以下；铅、锑、锡、锌等有价金属汽化进入烟尘，汽化率超过90％以上，铅、锡回收率大于98％，锑回收率大于90％，获得烟尘的铅品位在35-60％，既实现有价金属的高效综合回收，又解决了废渣堆存存在潜在的污染问题，同时将熔炼和\/或选矿尾渣及含铁固废中铁元素得到富集进一步还原成铁，铁回收率大于92％。

将液态的或固态熔炼和\/或选矿尾渣一起投入至汽化熔炼炉中，加热成高温熔融的熔炼渣，并分别加入还原剂或硫化剂，通过侧吹喷枪向渣液中喷入富氧空气、可燃气体进行汽化熔炼，熔炼和\/或选矿尾渣中的有价金属易还原成铅、锑、锡、锌等金属单质，因其沸点低，在高温的作用下，易汽化成氧化烟尘，铅、锑、锡、锌的汽化氧化烟尘经汽化炉烟气出口经余热锅炉回收余热，布袋除尘器回收有价金属烟尘；对收集得到的有价金属烟尘进行后处理，即可获得铅、锑、锡、锌等有价金属。

剩余的高铁液态渣从汽化熔炼炉出渣口排出通过还原炉进渣溜槽进入还原熔炼炉，同时向还原熔炼炉内加入含铁固废料，所述的含铁固废料为钢铁冶炼行业中的含铁固废料，其含铁量为20-90%，将含铁固废料与熔融的高铁液态渣一起进行熔炼还原金属铁水，获得的金属铁水从出铁口排出，产生的高钙炉渣从排渣口排出后水淬，所得到的金属铁的含量大于98%。

本实用新型的处理熔炼和\/或选矿尾渣既能提取铅、锑、锡、锌等有价金属，又能将熔炼和\/或选矿尾渣中的金属铁与钢铁冶炼行业中的含铁固废料中铁进一步富集生产成生铁，解决了现有技术中在处理熔炼选矿尾渣时存在的有价金属回收率低、金属铁回收困难、资源浪费的问题。达到了本实用新型的目的。

本实用新型实现了熔炼和\/或选矿尾渣与含铁固废混合熔炼高效处理，解决目前炉渣大量堆积，环境污染问题，实现有价金属组分的回收。

优点：用熔炼和\/或选矿尾渣和含铁废料的混合渣炼铁并提取有价金属的综合回收装置和工艺方法，用这种方法不仅能使有色金属熔炼炉渣和含铁固废中的有价成分同时能得到充分利用，而且得到的无害尾渣用作优质的建筑原料，该方法技术先进、经济合理。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例混合渣炼铁系统结构图。

图2为本实用新型的第二实施例混合渣炼铁系统结构图。

图3是本实用新型的第一实施例采用混合渣炼铁系统的工艺流程图。

图4是本实用新型的第二实施例采用混合渣炼铁系统的工艺流程图。

图中，1、汽化熔炼炉；2、还原熔炼炉；3、余热锅炉；4、除尘器；5、脱硫塔；6、烟囱；7、汽化还原熔炼炉；1-1、汽化炉进渣溜槽；1-2、汽化炉进渣口；1-3、汽化炉侧吹喷枪；1-4、汽化炉出渣口；1-5、汽化炉加料口；1-6、汽化炉烟气出口；2-1、还原炉进渣溜槽；2-2、还原炉进渣口；2-3、还原炉侧吹喷枪；2-4、还原炉排渣口；2-5、还原炉加料口；2-6、还原炉烟气出口；2-7、还原炉出铁口；7-1、汽化还原炉进渣溜槽；7-2、汽化还原炉进渣口；7-3、汽化还原炉侧吹喷枪；7-4、汽化还原炉排渣口；7-5、汽化还原炉加料口；7-6、汽化还原炉烟气出口；7-7、汽化还原炉出铁口。

具体实施方式

实施例1：本实用新型的混合渣炼铁装置包括：熔炼炉、余热锅炉3、除尘器4、脱硫塔5和烟囱5；熔炼炉的上端有加料口和烟气出口，下部有排渣口和出铁口，在炉壁上有侧吹喷枪口；在烟气出口上顺序连接有余热锅炉3、除尘器4、脱硫塔5和烟囱6。

所述的熔炼炉包括有：汽化熔炼炉1和还原熔炼炉2，汽化熔炼炉1和还原熔炼炉2配合使用，汽化熔炼炉1实施有色金属提取汽化熔炼，还原熔炼炉2实施铁还原熔炼。

所述的汽化熔炼炉1为一长方矩形结构，汽化熔炼炉1一端置有汽化炉进渣溜槽1-1和汽化炉进渣口1-2，另一端置有汽化炉出渣口1-4，在汽化熔炼炉1的两侧墙错开均布多个汽化炉侧吹喷枪1-3，汽化熔炼炉1炉顶有若干个汽化炉加料口1-5，靠近汽化炉出渣口1-4一端的炉顶有汽化炉烟气出口1-6；汽化熔炼炉1的汽化炉出渣口1-4通过还原熔炼炉2的还原炉进渣溜槽2-1与还原熔炼炉2的还原炉进渣口2-2相连接。

所述的还原熔炼炉2为一长方矩形结构，还原熔炼炉一端置有还原炉进渣溜槽2-1和还原炉进渣口2-2，另一端置有还原炉排渣口2-4，在还原熔炼炉2的两侧墙错开均布多个还原炉侧吹喷枪2-3，还原熔炼炉2炉顶若干个还原炉加料口2-5，靠近还原炉排渣口2-4一端的炉顶置有还原炉烟气出口2-6，还原熔炼炉的下部有还原炉出铁口2-7。

采用本实用新型回收装置的工艺方法包括：所使用的熔炼和\/或选矿尾渣是有色金属熔炼渣、有色金属熔炼尾渣、有色金属选矿尾渣；是高温熔融渣或者是固态冷渣；具体步骤如下：

步骤1、来自有色金属熔炼炉液态高温熔融熔炼渣通过汽化炉进渣溜槽1-1、汽化炉进渣口1-2进入汽化熔炼炉1；或者将固态熔炼选矿尾渣经破碎成小于30MM碎粒料，从汽化熔炼炉1的顶部汽化炉加料口1-5加入汽化熔炼炉1内，进行提取汽化熔炼。

步骤2、在提取汽化熔炼中，熔融熔炼选矿尾渣的不同反应阶段，将还原剂或硫化剂按比例从汽化炉加料口1-5加入至汽化熔炼炉内。

提取汽化熔炼的不同反应阶段及过程如下：

燃烧反应阶段：2C+O_2<\/sub>=2CO

C+O_{2<\/sub>=CO_2<\/sub>}

还原反应阶段：PbO+CO=Pb+CO_2<\/sub>

2PbO+C=2Pb+ CO _2<\/sub>

SnO+CO=Sn+CO_2<\/sub>

2SnO+C=2Sn+CO_2<\/sub>

ZnO+CO=Zn+ CO _2<\/sub>

2ZnO+C=2Zn+ CO _2<\/sub>

氧化反应阶段：2Pb+O_{2<\/sub>=2PbO}

2Sn+O_{2<\/sub>=2SnO}

2Zn+ O _{2<\/sub>=2ZnO。}

步骤2中，所述的还原剂的加入量为所述熔炼选矿尾渣重量的5-15％，还原剂为无烟煤、焦煤中的任意一种或多种，无烟煤、焦煤按照任何比例组成的混合物。

步骤2中，所述硫化剂的加入量根据渣中锡含量进行调整，为熔炼选矿尾渣重量的0-5％；硫化剂为硫或硫铁矿。

步骤3、利用汽化炉侧吹喷枪1-3将富氧空气、可燃气体喷入液态熔融渣中进行汽化熔炼；熔炼过程中，熔炼和\/或选矿尾渣中的铅、锑、锡、锌有色金属因沸点低易汽化形成高温氧化烟尘，高温氧化烟尘经汽化炉烟气出口至余热锅炉，余热锅炉将高温氧化烟尘的余热回收后为有色金属烟尘，对有色金属烟尘进行收尘处理，回收有色金属烟尘中的有色金属。

步骤3中，所述的汽化熔炼通过控制富氧空气、可燃气体的量调节炉内的氧化还原气氛及温度，富氧空气的氧气浓度80-90vol%，富氧空气压力0.2-0.3Mpa、可燃气流量30-120m³\/h可燃气压力0.15-0.25Mpa，熔炼处理温度为1200-1350℃。

步骤4、提取汽化熔炼完成后，熔融渣经还原炉进渣溜槽2-1进入还原熔炼炉2，进行炼铁还原熔炼。

步骤5、炼铁还原熔炼：将还原剂、熔剂按比例混合处理制粒后从还原熔炼炉2的还原炉加料口2-5加进炉内，进行炼铁还原熔炼；还原剂为渣量5-20%，熔剂为渣量3-10%。

炼铁还原熔炼反应式为：

Fe3O_{4<\/sub>+C==3FeO+CO}

FeO+C==Fe+CO

Fe2O_{3<\/sub>+3CO==2Fe+3CO_2<\/sub>}

Fe3O_{4<\/sub>+4CO==3Fe+4CO_2<\/sub>}

炉渣的形成:

CaCO_{3<\/sub>=CaO+CO_2<\/sub>}

CaO+SiO_{2<\/sub>=CaSiO_3<\/sub>。}

步骤5中，所述含铁固废料为含铁烟尘、钢渣、氧化铁皮和气割渣的任意一种或多种；含铁固废料按照任何比例组成的混合物。

步骤5中，所述的还原剂为无烟煤、焦煤中的任意一种或多种，无烟煤、焦煤按照任何比例组成的混合物。

步骤5中，所述的熔剂为石灰石或白云石。

步骤6、利用还原侧吹喷枪2-3将富氧空气、可燃气体喷入液态熔融渣中进行还原熔炼；在炼铁还原熔炼过程中，将熔融渣中的铁还原熔炼出来，得到铁水和无害高钙尾渣；铁水从还原炉出铁口排出铸锭，无害尾渣从还原炉排渣口2-4排出，无害尾渣水淬后用作优质建筑材料。

步骤6中，所述的炼铁还原熔炼通过控制富氧空气、可燃气体的量调节炉内的氧化还原气氛及温度，富氧空气的氧气浓度40-60vol%,富氧空气压力0.2-0.3Mpa、可燃气流量30-120m³\/h可燃气压力0.15-0.25Mpa，熔炼处理温度为1400-1600℃。

实施例2：本实用新型的回收装置包括：熔炼炉、余热锅炉3、除尘器4、脱硫塔5和烟囱5；熔炼炉的上端有加料口和烟气出口，下部有排渣口和出铁口，在炉壁上有侧吹喷枪口；在烟气出口上顺序连接有余热锅炉3、除尘器4、脱硫塔5和烟囱6。

所述的熔炼炉为汽化还原熔炼炉7；汽化还原熔炼炉7独立使用，首先实施有色金属提取汽化熔炼，然后实施铁还原熔炼。

所述的汽化还原熔炼炉7为一长方矩形结构，还原熔炼炉一端置有汽化还原炉进渣溜槽7-1和汽化还原炉进渣口7-2，另一端置有汽化还原炉排渣口7-4，在汽化还原熔炼炉7的两侧墙错开均布多个汽化还原炉侧吹喷枪7-3，汽化还原熔炼炉7炉顶若干个汽化还原炉加料口7-5，一端的炉顶置有汽化还原炉烟气出口7-6，汽化还原熔炼炉7的下部有汽化还原炉出铁口7-7。

采用实施例回收装置的工艺方法，使用的熔炼和\/或选矿尾渣是有色金属熔炼渣、有色金属熔炼尾渣、有色金属选矿尾渣；是高温熔融渣或者是固态冷渣；具体步骤如下：

步骤1、来自有色金属熔炼炉液态高温熔融熔炼选矿尾渣通过汽化还原炉进渣溜槽7-1、汽化还原炉进渣口7-2进入汽化还原熔炼炉7；或者将固态熔炼选矿尾渣经破碎成小于30MM碎粒料，从汽化还原熔炼炉7的顶部汽化还原炉加料口7-5加入汽化还原熔炼炉7内，进行提取汽化熔炼。