專利名稱：旋渦柱噴嘴、旋渦柱熔煉設備和旋渦柱熔煉方法
技術領域：
本發明涉及有色冶金，具體而言，本發明涉及的旋渦柱噴嘴、旋渦柱熔煉設備和旋
渦柱熔煉方法，特別是用于熔煉硫化鉛精礦。
背景技術：
鉛是一種重要的基礎工業原材料，傳統的鉛冶煉工藝被稱為"燒結_鼓風爐法"，硫化鉛精礦需要在單獨的燒結車間中進行，同時為了獲得合適的燒結塊，需要大量的返料，降低了鉛冶煉的生產效率。進一步地，在脫硫形成燒結塊的燒結過程中，燒結煙氣的S(^濃度較低，硫的回收利用存在難度，且鼓風爐熔煉需要較昂貴的冶金焦炭，這就增加了生產粗鉛的成本。因此，傳統的燒結_鼓風爐法對環境造成嚴重污染并消耗巨大的能量。
為改進傳統的燒結_鼓風爐法所存在的缺點，德國魯奇公司于七十年代開發直接煉鉛的新工藝氧氣底吹法(QSL)法，現有德國Stolberg冶煉廠和韓國0nsan冶煉廠的QSL爐采用該方法進行鉛的生產。QSL法的特點在于，所需要的設備體積小、可直接得到粗鉛，但是，煙塵率較高，通常達到20%左右。且進一步地，經過QSL法處理的爐渣中的鉛含量較高。由此，QSL法的生產效果不甚理想。 前蘇聯全蘇有色金屬研究院于80年代開發了一種直接煉鉛工藝"基夫賽特法"(Kivcet method)。該方法已有多個廠家實現了工業化生產，是一種各項指標先進、技術成熟可靠的煉鉛新工藝。但是基夫賽特法的缺點在于，反應爐呈四方型，爐體本身體積巨大，制造成本很高。進一步地，反應爐中還需要設置用于進行還原反應的電極，該電極消耗了巨大的電能。進一步地，基夫賽特法單位產品投資大。 此外，在現有的鉛熔煉技術中，為了得到足夠高的鉛回收率，通常需要對爐中反應產生的爐渣進行二次爐渣凈化。這就需要增加額外的處理設備，從而增加了處理成本并增加了工藝復雜性。

發明內容
基于上述，本發明需要提供一種鉛的熔煉設備和方法，所述設備和方法能夠降低生產成本、提高粗鉛的生產率，同時能夠極大地降低的設備維護費用。 進一步地，本發明需要提供一種鉛的熔煉設備和方法，所述鉛的熔煉設備和方法可以降低生產能耗。 進一步地，本發明需要提供一種鉛的熔煉設備和方法，所述鉛的熔煉設備和方法可以減少對環境的污染、對環境友好。 進一步地，本發明需要提供一種鉛的熔煉設備和方法，所述鉛的熔煉設備和方法可以在同一熔煉設備中完成對爐渣中的鉛的回收，提高鉛的回收率，降低生產成本和簡化生產工藝。 此外，本發明需要提供一種旋渦柱噴嘴，從而鉛精礦和氧氣的混合物等可以通過所述噴嘴以旋渦的方式送入到所述熔煉設備，并使得鉛精礦和氧氣可以更加充分地混合，從而提高熔煉的生產效率。 為實現上述發明目的，本發明提供了一種旋渦柱噴嘴，所述旋渦柱噴嘴包括噴嘴主體，所述噴嘴主體的內部限定有氣室和位于所述氣室下部的噴口部；加料管，所述加料管穿過所述氣室并延伸至所述噴口部，用于供給精礦；設置在所述噴嘴主體上的供氧部，用于將氧氣供給到所述氣室中；其中所述噴口部內形成有旋渦導向部，用于使氧氣和精礦的混合物以旋渦柱的形式向下運動。 根據本發明的一方面，所述旋渦導向部為形成在噴口部內壁上的導向肋，所述導向肋與所述噴口部的內壁形成預定的傾斜角度。 根據本發明的一方面，所述導向肋的橫截面的傾斜邊可以為直線型或者曲線型。所述曲線型可以為弧線形、螺旋線形或者漸開線形。 在上述的技術方案中，由于根據本發明的旋渦柱噴嘴使得鉛精礦和氧氣的混合物
呈旋渦狀的軌跡向下運動，化學反應行程及時間得到顯著延長。 根據本發明的一方面，所述噴口部可單獨地形成。 由此，由于所述噴口部可單獨形成，從而在使用的過程中，如果發生噴口部損壞或導向肋的設計需要調整，可以直接替換掉所述噴口部，而不用替換整個噴嘴，從而降低了制造成本，方便維護。 根據本發明的另外一方面，提供了一種旋渦柱熔煉設備，包括反應塔；如上所述的旋渦柱噴嘴，所述旋渦柱噴嘴設置在所述反應塔的頂部；沉淀池，所述沉淀池設置在反應塔的下部，用于容納從反應塔中反應后落下的熔體；以及煙道，所述煙道與所述反應塔、沉淀池連通，用于排出反應塔中所產生的煙氣。 在上述的技術方案中，由于根據本發明的旋渦柱熔煉設備使得鉛精礦和氧氣的混合物呈旋渦狀的軌跡向下運動，顯著延長了化學反應行程及時間，從而使得為反應所必需的反應塔高度得以降低，并減少了散熱損失和降低了工廠的初始投資。 此外，由于鉛精礦和氧氣的混合物呈旋渦狀的軌跡向下運動而減輕了對反應塔側壁的撞擊，從而減輕了精礦和氧氣的混合物顆粒對反應塔的內壁造成嚴重的侵蝕和沖刷，這就極大地降低了后續的維護成本。 根據本發明的另外一方面，該旋渦柱熔煉設備進一步包括分隔件，所述分隔件設置在沉淀池內，用于將沉淀池分成第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分通過分隔件下部的開口連通。 根據本發明的另外一方面，所述沉淀池中進一步設置有還原劑供給裝置，用于將還原劑(例如碳質還原劑)添加到第二部分內。 根據本發明的另外一方面，所述沉淀池中可以進一步設置有氧化劑供給裝置，用于將氧化劑添加到第二部分內。 根據本發明的另外一方面，進一步包括插入沉淀池的第二部分中的還原電極。
根據本發明的另外一方面，所述的旋渦柱熔煉設備可以進一步包括硫化劑供給裝置，用于向反應塔和/或者沉淀池中供給交互反應所需的硫化劑。 此外，由于在本發明中，鉛精礦的粗鉛生產和爐渣的脫鉛處理在同一旋渦柱熔煉設備中一次進行，從而使得整個工藝流程更短，操作連續，提高了產率。進一步地，在現有的工藝中爐渣中的鉛含量達到10%，這就需要將爐渣單獨運輸到另一電爐中進行電爐貧化，以降低其中的鉛含量。而在本發明中，由于利用旋渦柱熔煉設備以及在同一設備中在落下的熔體分成渣層和粗鉛層后向熔體中添加碳質還原劑，以便碳質還原劑與渣層中的氧化鉛發生反應，從而使得爐渣中的含鉛量降低到5%以下，從而節省了工藝流程，降低了生產成本，且整個工藝的能耗降低。經過在沉淀池中對爐渣進行還原處理之后，所述爐渣可以被直接排放。 根據本發明的另外一方面，所述反應塔、所述沉淀池和所述煙道形成為一體的結構。 進一步地，由于反應塔、所述沉淀池和所述煙道形成為一體的結構，從而使得整個生產過程全密封，操作安全，并降低了熱量的損失。 進一步地，根據本發明的又一方面，提供了一種鉛精礦的旋渦柱熔煉方法，包括下
述步驟將干燥的鉛精礦與氧氣混合以旋渦柱的形式噴入反應塔中；以及使混合的鉛精礦
和氧氣在反應塔中以旋渦形式向下運動的同時發生化學反應以產生熔體和煙氣。 進一步地，根據本發明的又一方面，在熔體分成渣層和粗鉛層后向熔體中添加碳
質還原劑，以便碳質還原劑與渣層中殘余的氧化鉛、硫化鉛發生交互反應。 進一步地，根據本發明的又一方面，在熔體分成渣層和粗鉛層后向熔體中添加硫
化劑，以便與渣層中殘余的氧化鉛發生交互反應。 從上述的技術方案可見，由于鉛精礦與氧氣混合以旋渦柱的形式噴入反應塔中，從而顯著延長了化學反應行程及時間，同時使得為反應所必需的反應塔高度得以降低，并減少了散熱損失和降低了工廠的初始投資。此外，添加碳質還原劑使得鉛精礦的粗鉛生產和爐渣的脫鉛處理同時進行，從而使得整個工藝流程更短，操作連續，提高了產率。此外，該方法降低了能耗，節省了能量，并極大地減少了對環境的污染。 本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中 圖1是根據本發明的一個實施例的旋渦柱熔煉設備的結構示意 圖2是根據本發明的一個實施例的旋渦柱噴嘴的示意圖； 圖3是根據本發明的一個實施例的旋渦柱噴嘴沿著圖2的A-A所取的截面 圖4A、4B為沿著旋渦柱噴嘴的噴口部的周向方向的部分展開視圖，其中顯示了導向肋的橫截面形狀； 圖5是根據本發明的一個實施例的沉淀池沿著圖1的B-B的橫截面示意圖；以及
圖6顯示了根據本發明的一個實施例的硫化鉛精礦的旋渦熔煉法的示意流程圖。
具體實施例方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
下面將詳細描述根據本發明的冶煉方法。在鉛精礦的冶金熔煉過程中，反應速度取決于氣相、液相、固相兩相之間的傳熱與傳質效果。因此，為了獲得迅速而完全的反應，所述物料必須充分地懸浮在反應氣體之中。因此在本發明中采用了粉狀鉛精礦用于熔煉鉛。
旋渦柱熔煉是將物料加入到反應塔空間中、籍由外部熱或者自身的反應熱，在懸浮的狀態下進行熔煉。旋渦柱熔煉法在不同程度上以自熱熔煉為基礎，即利用鉛精礦中的硫化物氧化的反應熱來熔化反應產物。需要說明的是，在熔煉的過程中，需要視硫化物氧化量來確定是否補充額外的熱量，以滿足熔煉過程中的熱量要求。 需要說明的是，在下述中，本發明使用鉛精礦特別是硫化鉛精礦來描述與本發明的旋渦柱熔煉相關的噴嘴、設備和方法，但是這只是出于示例的目的，而不是為了限制本發明的保護范圍。普通技術人員顯然可以在閱讀本發明的上述技術方案之后，將根據本發明的噴嘴、設備和方法應用到冶煉其他金屬的工藝中。 下面將參照附圖1來詳細描述根據本發明的一個實施例的旋渦柱熔煉設備100，其中圖1是根據本發明的一個實施例的旋渦柱熔煉設備的結構示意圖。在該旋渦柱熔煉設備100中，包括反應塔2 ;旋渦柱噴嘴l，所述旋渦柱噴嘴1設置在所述反應塔2的頂部；
沉淀池3，所述沉淀池3設置在反應塔2的下部，用于容納從反應塔2中反應后落下的熔體；以及煙道4，所述煙道4與所述反應塔2、沉淀池3連通，用于排出反應塔2中所產生的煙氣10。需要說明的是，在所述旋渦柱噴嘴1和煙道4的數目可以根據具體工藝要求而設定為單個或多個，從而提高鉛的冶煉效率。 下面將參照圖2、3來詳細描述根據本發明的一個實施例的旋渦柱噴嘴1的詳細結構。其中，圖2是根據本發明的一個實施例的旋渦柱噴嘴的示意圖；圖3是根據本發明的一個實施例的旋渦柱噴嘴沿著圖2的A-A所取的截面圖。 如圖2所示，在根據本發明的一個實施例的旋渦柱噴嘴1中，所述旋渦柱噴嘴1包括噴嘴主體101，所述噴嘴主體101的內部限定有氣室102和位于所述氣室下部的噴口部103 ;加料管104，所述加料管104穿過所述氣室102并延伸至所述噴口部103，用于供給精礦、例如硫化鉛精礦；設置在所述噴嘴主體101上的供氧部105，用于將氧氣供給到所述氣室102中；其中所述噴口部103內形成有旋渦導向部106(如圖3中所示)，用于使氧氣和精礦、例如鉛精礦的混合物以旋渦柱的形式向下運動。在所述旋渦導向部106處，落下的精礦和氣室中的氧氣在噴口部處得以充分混合，且由于所述旋渦導向部106的作用使得所混合的精礦和氧氣的混合物能夠在反應塔2中形成旋渦柱。 所述供氧部105可以為形成在所述噴嘴主體101上的供氧口，這樣可以將供氧裝
置連接到所述供氧部105以進行供給反應所需的氧氣。需要說明的是，所述供氧口的位置
可以根據工藝要求進行改動，而不限于本發明附圖中所示的方式和位置。 此外，所述噴口部103可獨立于噴嘴主體101而單獨地形成。由此，在所述噴口部
103出現損壞的情況下，可以用新的噴口部103進行替換，以降低生產成本。當然，在所述噴
口部103出現損壞的情況下，也可以用新的旋渦柱噴嘴來進行替換。 在根據本發明的一個實施例中，所述旋渦導向部可以為形成在噴口部103的內壁上的導向肋106，所述導向肋106與所述噴口部的內壁形成預定的傾斜角度。根據本發明的一方面，所述導向肋的橫截面的傾斜邊可以為直線型或者曲線型。所述曲線型可以為弧線形、螺旋線形或者漸開線形。即，該旋渦柱噴嘴1沿噴口部103的內側設置了多個具有一定傾斜角度、高度和長度的導向肋，從而使得通常垂直向下運動的高速混合物流發生一定程度的旋轉。 下面將結合圖4進一步地說明根據本發明的導向肋。圖4為沿著旋渦柱噴嘴的噴口部的周向方向的部分展開視圖，其中顯示了導向肋的橫截面形狀。在圖4A中，所述導向肋的橫截面的傾斜邊1061可以為直線型或者曲線型。所述直線相對于所述噴口部103的底部形成預定的角度。可選地，所述導向肋的橫截面的傾斜邊1061也可以為曲線型，如圖4B中所示。根據本發明的一個實施例，所述曲線型可以為弧線形、螺旋線形或者漸開線形。此外，所述曲線型也可以為任何其他線型，只要該導向肋的橫截面能夠使得所述混合物形成旋渦柱即可。由此，使得通常垂直向下運動的高速混合物流發生一定程度的旋轉，并能夠在反應塔2的下降過程中形成旋渦柱。 此外，根據本發明的另一實施例，該導向肋設計的角度、高度和長度可以在一定的范圍內進行調節。且所述導向肋的設計數目也可以根據需要進行變化，此時反應塔內的混合物流股的旋轉圖數也相應發生變化，精礦化學反應的停留時間和行程長度也隨之相應變化。 進一步地，根據本發明的一個實施例，所述導向肋被形成為傾斜設置的直肋片，或者所述導向肋被形成為具有漸開線輪廓的肋片。需要說明的是，所述導向肋片可以設計成任何使得精礦和氧氣的混合物以旋渦柱的形式往下運動的肋片結構，因此，上述肋片的結構只是出于示例的目的，而不是為了限制本發明的保護范圍。 由于根據本發明的旋渦柱噴嘴使得鉛精礦和氧氣的混合物呈旋渦狀的軌跡向下運動，化學反應行程及時間得到顯著延長。 進一步地，在利用根據本發明的一個實施例的旋渦柱噴嘴1中，與傳統的熔池熔煉方法相比，設置在噴嘴旁的鼓風機的鼓風壓力僅為5 20kPa，這大約是熔池熔煉的鼓風壓力的1/10，由此鼓風機的能耗也降低大約10倍。 此外，所述加料管104可以進一步供給輔助燃料，例如柴油或者粉煤等。根據鉛精礦的品位的不同，特別是所述精礦中所包含的S、 Fe的含量的不同，在鉛精礦和氧氣的反應過程中，由于反應塔2的爐壁造成的熱量損失等所造成的熱量損失，需要向鉛精礦和氧氣的混合物中加入一定的輔助燃料，以補充所需的額外的熱。進一步地，所述加料管104中進一步設置有混合件107，用于充分混合精礦和氧氣。 根據本發明的一個實施例，所述加料管104內可以設置有充分混合精礦和氧氣的錐形混合件107。根據本發明的一個實施例，所述混合件107為伸入所述加料管104中的細長管，所述細長管的下端形成有錐形部108，從而落下的硫化鉛精礦可以通過所述錐形部108分散開，從而加大與所述氧氣以及其他輔助燃料的混合程度，使得反應更加充分。
為了觀察噴嘴中的鉛精礦和氧氣的混合程度以及清除旋渦柱噴嘴中可能聚積的礦垢，所述噴口部103的側壁上形成有對著所述加料管104的下端的檢查口 109。所述檢查口 109在通常的使用情況下，可以進行密閉。在需要檢查所述噴嘴的情況下，可以進行打開，以方便維護操作。 進一步地，為了進一步地加強所述鉛精礦和通過所述供氧部105所供給的氧氣的混合度，所述加料管104的位于氣室102中的部分上形成有孔110。這樣，當供給鉛精礦時，氧氣通過所述孔110可以與所述精礦進行預混合。
需要說明的是，所述旋渦柱噴嘴1設置在反應塔2的頂部上，如圖1中所示。在根據本發明的一個實施例中，所述旋渦柱噴嘴1設置在所述反應塔2的頂部的中央，由此通過所述旋渦柱噴嘴l所供給的精礦和氧氣的混合物可以在反應塔2內形成中心旋渦柱，從而與反應塔2的周壁保持大致相同的距離，從而對所述反應塔2的側壁的腐蝕和沖刷減輕。
下面將接著參照圖1來描述根據本發明的一個實施例的旋渦柱熔煉設備100。由于利用了前述的旋渦柱噴嘴l，從而使得鉛精礦和氧氣的混合物呈旋渦狀的軌跡向下運動，這樣所述混合物的化學反應行程及時間得到顯著延長。這帶來了另外一項優點。即，為反應所必需的反應塔2的高度得以降低。進一步地，由于反應塔2的高度被降低，從而使得通過所述爐壁的熱量損耗大大減少。此外，這還進一步地降低了建設成本。
進一步地，由于鉛精礦和氧氣的混合物呈旋渦狀的軌跡向下運動，所以鉛精礦和氧氣的混合物與反應塔的側壁撞擊程度減輕，且所述混合物在沿著所述反應塔2的徑向方向上形成預定的旋渦形的反應區，從而使得該旋渦柱熔煉設備的反應塔2中所產生的旋渦柱高溫反應區和反應塔的側壁之間形成減弱的粒子梯度、氧氣密度梯度和溫度梯度，這就極大地減輕了高溫粒子和氣體對塔壁的沖刷和腐蝕，從而使得塔壁得到良好的保護，并極大地降低了后續的維護成本。 在根據本發明的一個實施例中，所述反應塔2的橫截面可以為圓形。需要說明的是，該反應塔2的橫截面可以為任何其他任何合適的形狀。 在將鉛精礦通過旋渦柱噴嘴1加入到反應塔2中進行反應之前，所述鉛精礦需要進行干燥，并將鉛精礦的含水量控制在0.5%以下。需要說明的是，鉛精礦需要干燥到一定程度，否則導致熔煉反應不完全。 下面將簡單描述在將鉛精礦和氧氣以及其他輔助燃料進行混合之后在反應塔2中所發生的化學反應。 在溫度高達1200-140(TC的反應塔中，所混合的鉛精礦和氧氣主要發生如下化學反應 PbS+02 — Pb+S02個 (1)
2PbS+302 — 2PbO+2S02 t (2)
2PbO+PbS — 3Pb+S02個。 (3)
2Pb0+C — 2Pb+C02個 (4) 在反應塔2中，經干燥的粉狀硫化鉛精礦與氧氣一起由旋渦柱噴嘴1噴入到高溫的反應塔2中，并呈飄浮狀態，由于熔煉過程充分利用了精礦顆粒巨大比表面積的特點，形成了極為優越的化學動力學條件，從而使得整個化學反應得到了強化，并可于瞬間完成熔煉的主要過程。 這樣，由于在本發明的鉛精礦的熔煉過程中，鉛精礦與氧氣充分混合之后加入到
反應塔內并立刻開始著火燃燒，從而舍棄了傳統的硫化鉛精礦的燒結工藝，即不需要對硫
化鉛精礦進行燒結，同時也不需要加入大量的返料，從而提高了生產效率。 同時，有一部分硫化鉛按照化學式(2)進行反應產生氧化鉛進入爐渣，這就需要
進一步對反應所產生的爐渣按反應式(4)進行還原處理，以盡量減少爐渣中的鉛含量。 此外，爐渣中殘余的氧化鉛與添加的硫化劑(比如硫化鉛精礦等)進行交互反應，
以進一步降低渣含鉛。連續生成的粗鉛和含鉛低的爐渣，澄清分層之后可以被分別排出(這將在下面進行詳細描述)。 下面將參照圖5來詳細相信描述根據本發明的一個實施例的沉淀池3的結構。其中，圖5是根據本發明的一個實施例的沉淀池3沿著圖1的B-B的橫截面示意圖。
所述沉淀池3具有拱形頂部31、與所述拱形頂部31連接的側壁32以及與所述側壁32連接的底部33。從反應塔2中反應之后所落下的熔體被容納在所述沉淀池3中。進一步地，所述旋渦柱熔煉設備100的沉淀池3中進一步設置有分隔件35，所述分隔件35設置在沉淀池3內，用于將沉淀池3分成第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分通過分隔件35下部的開口 34連通。在根據本發明的一個實施例中，所述分隔件35為分隔墻，需要說明的是，普通技術人員可以用本領域任何已知的分隔件來將所述沉淀池3分隔成兩部分。從而，通過所述分隔件，可以將沉淀池中的化學反應物理地分成兩個反應空間，以方便工藝上進一步進行處理的需要，這將在下面進行詳細描述。 所述沉淀池3中可以進一步設置有還原劑供給裝置，用于將還原劑添加到沉淀池內，以讓還原劑通過還原反應在沉淀池中將熔體中的氧化鉛進一步還原成粗鉛和含鉛量低的爐渣。第一部分加入塊狀還原劑，第二部分的還原劑供給裝置為設置在沉淀池的側壁上的還原劑噴射器36 。在根據本發明的一個實施例中，根據工藝需要，所述還原劑可以為固體、液體或者氣體還原劑。例如，在冶煉鉛精礦的情況下，所述還原劑可以為塊狀焦炭及煤粉等；在冶煉其他精礦的情況下，所述還原劑可以為液化石油氣或者氨氣等。
在根據本發明的一個實施例中，在由反應塔2中，可以發生精礦與氧氣的氧化反應，例如上述的公式(1)_(3)中的反應。在所述精礦為鉛精礦的情況下，在沉淀池中，在所述熔體分別形成渣層和粗鉛層之后，旋渦柱熔煉設備100中可以進一步設置有硫化劑供給裝置(未示出)。通過所述硫化劑供給裝置可以向反應塔2或者沉淀池中添加硫化劑。上述的還原劑、硫化劑和渣層中殘余的氧化鉛進一步發生還原反應和交互反應，從而生成粗鉛含鉛量低的爐渣。 在根據本發明的另外一個實施例中，所述旋渦柱熔煉設備必要時可以進一步包括插入沉淀池的第二部分中的還原電極(未示出)。所述還原電極例如為碳電極，從而，相似地，在通電之后，所述碳電極與爐渣層中的氧化鉛發生還原反應。 需要說明的是，根據所冶煉的精礦的不同，例如在銅精礦的情況下，第二部分中可以發生氧化反應。例如，在利用本發明的旋渦柱熔煉設備冶煉銅的情況下，所述熔體在沉淀池2中分層形成爐渣層和冰銅層之后，將例如氧氣的氧化劑供給到所述冰銅層，從而可以通過氧化反應得到粗銅。所述沉淀池中可以進一步地設置有氧化劑供給裝置，用于將例如氧氣的氧化劑添加到第二部分內。 在上述所描述的實施例中，鉛精礦的粗鉛生產和爐渣的脫鉛處理在同一旋渦柱熔煉設備中一次進行，從而使得整個工藝流程更短，操作連續，提高了鉛的產率和設備的運行效率。 進一步地，在現有的工藝中爐渣中的鉛含量達到10%，這就需要將爐渣單獨運輸到另一電爐中進行電爐貧化，以降低其中的鉛含量。而在本發明中，由于利用旋渦柱熔煉設備以及在同一設備中添加碳質還原劑和硫化劑等，而使得爐渣中的含鉛量降低到5%以下，從而縮短了工藝流程，降低了能耗和生產成本。經過在沉淀池中對爐渣進行還原處理之后，所述爐渣可以被直接排放。
此外，沉淀池2的底部設有放鉛口 12、放渣口 ll，放渣口 12位置高于放鉛口 ll，這是由于粗鉛的密度大于爐渣的密度，在熔體在沉淀池2中停留一段時間分層之后，形成粗鉛層和漂浮在粗鉛層之上的爐渣層。 鉛精礦與氧氣反應所產生的煙氣可以通過所述煙道4進入余熱鍋爐(未示出)。煙氣中除了 S02及燃燒所產生的其他氣體外，還殘余少量的鉛組分，由于其蒸汽壓力很高，因此大部分呈氣體狀態。余熱鍋爐由輻射區和對流區所形成，所產生的煙氣首先進入輻射區，所述輻射區可以為沿著壁敷設管子的空室，煙氣由此可以迅速冷卻到70(TC左右。然后被處理的煙氣進入對流區，所述對流區由管束形成，煙氣經過所述對流區之后得到進一步冷卻，例如冷卻至300 35(TC。輻射區的煙塵用空氣或者蒸汽噴槍進行清除。最后冷卻后的煙氣可以由靜電收塵器進一步進行處理。 進一步地，所述反應塔2、所述沉淀池3和所述煙道4形成為一體的結構。這就使得整個生產過程全密封，操作安全，并降低了熱量的損失。此外，裝有噴嘴5的反應塔1、沉淀池2和煙道6構成一個密閉的整體。由此，使得根據本發明的一個實施例的旋渦柱熔煉設備的設備主體密閉，從而不可能泄漏煙氣并造成粉塵與二氧化硫的低空污染。此外，該一體形成的結構的優點還在于不需要經常性更換部件的作業，從而使得整個設備的維護成本非常低，且操作人員的勞動條件好。 從上述的描述可見，本發明克服了常規裝置的不足，提供了一種節能、環境友好、資源高效利用和安全生產的先進的快速冶金設備。 下面將結合圖6來詳細描述根據本發明的旋渦柱熔煉方法。在根據本發明的一個
實施例的旋渦柱熔煉方法中，包括下述步驟將干燥的精礦與氧氣混合以中心旋轉旋渦柱
的形式噴入反應塔2中；以及反應塔2的溫度保持為使混合的精礦和氧氣在反應塔2中以
中心旋轉旋渦柱形式向下運動的同時發生化學反應，以產生熔體和煙氣。 由于根據本發明的旋渦柱熔煉方法使得鉛精礦和氧氣的混合物呈旋渦狀的軌跡
向下運動，顯著延長了化學反應行程及時間，從而使得為反應所必需的反應塔高度得以降
低，并減少了散熱損失和降低了工廠的初始投資。此外，由于鉛精礦和氧氣的混合物呈旋渦
狀的軌跡向下運動而減輕了對側壁的撞擊，從而減輕了精礦和氧氣的混合物顆粒對反應塔
的內部造成嚴重的侵蝕和沖刷，這就極大地降低了后續的維護成本。 下面將以硫化鉛精礦作為所述精礦的示例來詳細描述根據本發明的一個實施例的旋渦柱熔煉方法。為了示例性說明根據本發明的旋渦柱熔煉方法，所述鉛精礦可以選擇為具有如下組分的硫化鉛精礦 Pb 40 60% ;S 15 20% ;Zn 3 8% ;Cu 0. 2 0. 8% ;Fe 10 20%。硫化鉛精礦在干燥前含水為8 % ，干燥后含水不超過0.5%。 首先，在將鉛精礦通過旋渦柱噴嘴1加入到反應塔2中進行反應之前，所述鉛精礦
需要在例如蒸汽干燥機等的干燥裝置中進行干燥，并將鉛精礦的含水量控制在0. 5%以下。
需要說明的是，鉛精礦需要干燥到一定程度，否則導致熔煉反應不完全。 其次，經干燥的粉狀硫化鉛精礦與氧氣一起由旋渦柱噴嘴1噴入到所述旋渦柱熔
煉設備100的高溫反應塔2中，并呈飄浮狀態，由于熔煉過程充分利用了精礦顆粒巨大比表
面積的特點，形成了極為優越的化學動力學條件，反應得到了強化，可于瞬間完成熔煉的主
要過程，生成的熔體飄落在反應塔下方的沉淀池3中。
在溫度高達1200-140(TC的高溫的反應塔內，粉狀硫化鉛精礦與氧氣呈旋渦柱狀的軌跡向下運動。并按一定的氧化率完成硫化鉛的氧化過程，生成的熔體飄落在反應塔2下方的沉淀池3中。在根據本發明的一個實施例中，可以控制氧氣的供給量，以控制鉛精礦的氧化率，以保留部分硫化鉛，從而與氧化鉛發生交互反應。例如將硫化鉛的氧化率控制到60% _80%，由此剩余的硫化鉛可以與氧化鉛發生交互反應。當然，普通技術人員也可以通過控制氧氣的輸入量而將該硫化鉛的氧化率控制在另外的區間范圍中，以符合特定的工藝要求。 進一步地，根據鉛精礦的品位的不同，特別是所述精礦中所包含的S、 Fe的含量的不同，在鉛精礦和氧氣的反應過程中，由于反應塔2的爐壁造成的熱量損失等所造成的熱量損失，需要向鉛精礦和氧氣的混合物中加入一定的輔助燃料，以補充所需的額外的熱。
由于鉛精礦和氧氣的混合物呈中心旋渦柱狀的軌跡向下運動，所以鉛精礦和氧氣的混合物減輕了對側壁的撞擊，且所述混合物在沿著所述反應塔2的徑向方向上形成預定的環形的反應區，從而使得該旋渦柱熔煉設備的反應塔2中所產生的旋渦柱高溫反應區和反應塔的側壁之間形成減弱的粒子梯度、氧氣密度梯度和溫度梯度，這就極大地減輕了高溫粒子和氣體對塔壁的沖刷和腐蝕，從而使得塔壁得到良好的保護，并極大地降低了后續的維護成本。 根據本發明的一個實施例，在熔煉鉛精礦的情況下，隨著在落下的熔體分成渣層和粗鉛層后(例如在落到沉淀池2中之后分層)，向熔體中添加碳質還原劑，以便碳質還原劑與渣層中的氧化鉛發生反應，所述碳質還原劑可以為塊狀，塊狀的碳質還原劑容易與渣層中的氧化鉛發生反應。由此通過碳質還原劑與氧化鉛還原反應，進一步地，可以向熔體中加入硫化劑，用于與渣層中殘余的氧化鉛發生交互反應。通過上述反應，在根據本發明的一個實施例中，爐渣中的含鉛量可以降低到5%以下。含鉛低的爐渣可以直接丟棄，或做工業上的進一步處理。所產生的煙氣經煙道進入余熱鍋爐，最后送回收硫的裝置，如圖6中所示。 在上述的方法中，所述反應塔2的橫截面可以為圓形。需要說明的是，該反應塔2的橫截面可以為任何其他任何合適的形狀，只要這樣的反應塔2的橫截面符合實際生產的需要即可。 下面以中國云南某廠實驗型鉛冶煉爐(年產粗鉛3萬噸/年)為示例來描述上述旋渦熔煉技術的應用，所述實驗型鉛冶煉爐使用的鉛精礦成份如下
Pb 50%， S 18%， Zn 3%，Cu 0.5%，Fe 15%， Ag 3000g/t。
具體工藝步驟如下 (1)將干燥前含水8 % ，干燥后含水0. 3 %的粉狀硫化鉛精礦與送風含氧90 % ，送風溫度25t:的氧氣一起由旋渦噴嘴1噴入一個高溫的反應塔2中，旋渦爐反應塔內徑3. 0m，高度6. 5m。控制氧氣的輸入量，使得硫化鉛的理論氧化率為67% ，完成硫化鉛的氧化過程，生成的熔體飄落在反應塔2下方的沉淀池3中；并在沉淀池中設有硫化劑添加裝置和還原劑添加裝置。 (2)再通過氧化鉛與硫化鉛的交互反應以及還原反應，連續生成粗鉛98%和爐渣；銀富集在粗鉛中，銀的回收率97% ; (3)粗鉛和爐渣在沉淀池3中澄清分層后分別從放鉛口 4、放渣口 5排出，爐渣含鉛4%，并可以被丟棄； (4)煙氣含二氧化硫20%。經煙道6進入余熱鍋爐，最后送回收硫的裝置。
從上述的實驗結果顯示，利用根據本發明的實施例的上述旋渦柱熔煉設備和旋渦柱熔煉方法，不僅獲得粗鉛的工藝流程快、而且由于根據本發明的旋渦柱熔煉設備使得鉛精礦和氧氣的混合物呈旋渦狀的軌跡向下運動，顯著延長了化學反應行程及時間，從而使得為反應所必需的反應塔高度得以降低，并減少了散熱損失和降低了工廠的初始投資。
此外，由于鉛精礦和氧氣的混合物呈旋渦狀的軌跡向下運動而減輕了對爐壁的沖刷，而減輕了精礦和氧氣的混合物顆粒對反應塔的內部造成嚴重的侵蝕和沖刷，這就極大地降低了后續的維護成本。此外，由于在本發明中，鉛精礦的粗鉛生產和爐渣的脫鉛處理在同一旋渦柱熔煉設備中一次進行，從而使得整個工藝流程更短，操作連續，提高了效率。
進一步地，由于利用旋渦柱熔煉設備以及在同一設備中添加碳質還原劑和硫化劑而使得爐渣中的含鉛量降低到5%以下，從而縮短了工藝流程，降低了能耗和生產成本。經過在沉淀池中對爐渣進行還原處理之后，所述爐渣可以被直接排放。進一步地，由于反應塔、所述沉淀池和所述煙道形成為一體的結構，從而使得整個生產過程全密封，操作安全，并降低了熱量的損失。 盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。
權利要求
一種旋渦柱噴嘴，所述旋渦柱噴嘴包括噴嘴主體，所述噴嘴主體的內部限定有氣室和位于所述氣室下部的噴口部；加料管，所述加料管穿過所述氣室并延伸至所述噴口部，用于供給精礦；設置在所述噴嘴主體上的供氧部，用于將氧氣供給到所述氣室中；其中所述噴口部內形成有旋渦導向部，用于使氧氣和精礦的混合物以旋渦柱的形式向下運動。
2. 根據權利要求1所述的旋渦柱噴嘴，其中所述加料管進一步用于供給輔助燃料。
3. 根據權利要求2所述的旋渦柱噴嘴，其中所述加料管的下部設置有錐形混合件，用于充分混合精礦和氧氣。
4. 根據權利要求1所述的旋渦柱噴嘴，其中所述加料管的位于氣室中的部分上形成有孔。
5. 根據權利要求1所述的旋渦柱噴嘴，其中所述旋渦導向部為形成在噴口部內壁上的導向肋，所述導向肋與所述噴口部的內壁形成預定的傾斜角度。
6. 根據權利要求5所述的旋渦柱噴嘴，其中所述導向肋的橫截面的傾斜邊為直線型或者曲線型。
7. 根據權利要求1所述的旋渦柱噴嘴，其中所述噴口部可單獨地形成。
8. —種旋渦柱熔煉設備，包括反應塔；如權利要求1-7中任一所述的旋渦柱噴嘴，所述旋渦柱噴嘴設置在所述反應塔的頂部；沉淀池，所述沉淀池設置在反應塔的下部，用于容納從反應塔中反應后落下的熔體；以及煙道，所述煙道與所述反應塔、沉淀池連通，用于排出反應塔中所產生的煙氣。
9. 根據權利要求8中所述的旋渦柱熔煉設備，其中所述旋渦柱噴嘴設置在所述反應塔的頂部中央。
10. 根據權利要求8中所述的旋渦柱熔煉設備，其中所述煙道為多個。
11. 根據權利要求8中所述的旋渦柱熔煉設備，其中所述反應塔的橫截面為圓形或者方形。
12. 根據權利要求8中所述的旋渦柱熔煉設備，進一步包括分隔件，所述分隔件設置在沉淀池內，用于將沉淀池分成第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分通過分隔件下部的開口連通。
13. 根據權利要求12中所述的旋渦柱熔煉設備，其中所述沉淀池中進一步設置有還原劑供給裝置，用于將還原劑添加到第二部分內。
14. 根據權利要求13中所述的旋渦柱熔煉設備，其中所述還原劑供給裝置為設置在沉淀池的側壁上的還原劑噴射器。
15. 根據權利要求13中所述的旋渦柱熔煉設備，其中所述還原劑為固體、液體或者氣體還原劑。
16. 根據權利要求13中所述的旋渦柱熔煉設備，進一步包括插入沉淀池的第二部分中的還原電極。
17. 根據權利要求13中所述的旋渦柱熔煉設備，其中所述反應塔、所述沉淀池和所述煙道形成為一體的結構。
18. 根據權利要求12中所述的旋渦柱熔煉設備，其中所述沉淀池中進一步設置有氧化劑供給裝置，用于將氧化劑添加到第二部分內。
19. 根據權利要求8中所述的旋渦柱熔煉設備，進一步包括硫化劑供給裝置，用于向反應塔和/或者沉淀池中供給交互反應所需的硫化劑。
20. —種旋渦柱熔煉方法，包括下述步驟將干燥的精礦與氧氣混合以旋渦柱的形式噴入反應塔中；以及反應塔的溫度保持為使混合的精礦和氧氣在反應塔中以中心旋轉旋渦柱形式向下運動的同時發生化學反應，以產生熔體和煙氣。
21. 根據權利要求20所述的旋渦柱熔煉方法，其中所述精礦為鉛精礦。
22. 根據權利要求21所述的旋渦柱熔煉方法，進一步包括在落下的熔體分成渣層和粗鉛層后向熔體中添加碳質還原劑，以便碳質還原劑與渣層中的氧化鉛發生反應。
23. 根據權利要求21所述的旋渦柱熔煉方法，其中鉛精礦的含水量在0. 5%以下。
24. 根據權利要求21所述的旋渦柱熔煉方法，進一步包括控制氧氣的供給量，以控制鉛精礦的氧化率，以保留部分硫化鉛，從而與氧化鉛發生交互反應。
25. 根據權利要求21所述的旋渦柱熔煉方法，進一步包括在熔體分成渣層和粗鉛層后向熔體中添加硫化劑，以便與渣層中殘余的氧化鉛發生交互反應。
全文摘要
本發明公開了一種旋渦柱噴嘴，所述旋渦柱噴嘴包括噴嘴主體；加料管，所述加料管穿過所述氣室并延伸至所述噴口部，用于供給精礦；設置在所述噴嘴主體上的供氧部；其中所述噴口部內形成有旋渦導向部，用于使氧氣和精礦的混合物以旋渦柱的形式向下運動。此外，本發明公開了一種旋渦柱熔煉設備及方法。由于氣流呈旋渦狀的軌跡向下運動，化學反應行程及時間得到顯著延長，允許降低必要的反應塔高度，減少散熱損失和工廠投資，同時顯著減輕顆粒對砌體的沖刷，減少了維護費用。進一步地，根據本發明的旋渦柱熔煉整個工藝流程短、操作連續，且整個生產過程全密閉、減少了熱量的損失，此外，本發明的旋渦柱熔煉方法安全性良好且不會對環境造成污染。
文檔編號C22B13/00GK101736165SQ200810225530
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月4日 優先權日2008年11月4日
發明者張文海, 王吉坤, 章曉波, 董英 申請人:云南冶金集團股份有限公司;中國瑞林工程技術有限公司