[发明专利]一种脉动旋流法铜冶炼工艺及装置

说明书

技术领域

本发明涉及铜、镍、铅等冶金技术领域，特别涉及一种脉动旋流法铜冶炼工艺及装置。

背景技术

铜在自然界中主要是硫化矿和氧化矿，特别是硫化矿分布最广，大约有80％的铜矿以Cu-Fe-S矿石形态存在。对于这类矿石提铜通常采用火法冶金的方法，一般流程为：硫化铜矿石→采选工序→铜精矿→熔炼工序→冰铜→吹炼工序→粗铜→阳极炉工序→阳极铜→电解工序→高纯阴极铜。目前熔炼工序主要有闪速熔炼和熔池熔炼两大类，因闪速熔炼具有高效、节能、环保等优点，所以，当今世界60％以上的铜是由闪速熔炼工艺生产的，闪速熔炼工艺原理是：干燥的铜精矿粉颗粒在反应塔内被分布风完全分散悬浮，氧和悬浮的精矿颗粒在反应塔的整个空间内进行反应，这种工艺存在以下问题：一是反应在整个反应塔空间进行，故热负荷大，炉壁冲刷严重，炉寿命短；二是因精矿颗粒存在分散悬浮，故颗粒间碰撞机率小，反应不完全，存在过氧化和欠氧化现象，烟尘发生率高；三是高投料情况下热负荷特别大，一般热负荷超过2200MJ/m³.h时，闪速炉的反应塔承受不了，故限制了单台闪速炉的高产能。

发明内容

本发明目的就是为了解决上述问题，提供一种脉动旋流法铜冶炼工艺及装置，它在充分利用物料颗粒比表面积和反应热能的同时，有效减少反应塔热负荷空间，避免高温熔体对冶金炉壁的冲刷腐蚀，同时有效提高反应效率、降低烟尘发生率，满足高富氧、高产能、低能耗冶炼的要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种脉动旋流法铜冶炼工艺，它的步骤为，

1)干燥铜精矿粉或冰铜粉与富氧空气分别送入喷嘴混合形成气固两相混合体，通过安装在喷嘴中的旋流器使气固混合体高速旋转进入反应器中，在反应器中形成以轴线为中心的高旋流体；

2)脉动旋流喷嘴将氧气和燃料以脉动形式送入高旋流体中，使高旋流体中心产生脉动紊流。

3)反应器内高旋流体内的物料颗粒被加热达到着火温度，进而高温燃烧、反应使物料颗粒或溶剂粒子融化为熔融小液滴；同时旋流体急速膨胀，在脉动、膨胀、旋转向心力的作用下，小液滴碰撞长大后的液滴在重力和离心力的作用下从高旋流体中分离，沉降于反应器下的熔池中；

4)在熔池中进一步完成造渣反应，并依靠不同的比重，实现冰铜、渣的分离或粗铜、渣的分离；

5)SO₂高温烟气在引风机抽力的作用下，从冶金炉的排烟口进入到余热锅炉和制酸系统进行热能和SO₂的回收。

一种脉动旋流法铜冶炼工艺用装置，它包括冶金炉和脉动旋流喷嘴；其中冶金炉包括反应器、熔池以及与熔池连接的排烟道；脉动旋流喷嘴安装在反应器顶部，富氧空气与干燥粉状物料分别送入脉动旋流喷嘴混合形成气固两相混合体，通过安装在脉动旋流喷嘴中的旋流器使气固混合体高速旋转进入反应器中，在反应器中形成以轴线为中心的高旋流体；脉动旋流喷嘴内设有脉动氧枪和脉动燃料枪，脉动氧枪和脉动燃料枪产生脉动紊流进入到混合高旋流体的中心。

所述脉动旋流喷嘴包括由外向内布置的物料通道、主工艺富氧空气通道、脉动氧枪和脉动燃料枪，它们组成套筒状结构，具有同一个圆心和中心线，顶部互不相通；在物料通道进口处安装流化给料器；主工艺富氧空气通道的空腔内插入脉动氧枪，在脉动氧枪的出口外层是旋流器，旋流器固定在脉动氧枪上。

所述物料通道中部为文丘里喷管状的收缩，出口处为水冷元件或耐高温材料元件。

所述物料通道、主工艺富氧空气通道、脉动氧枪和脉动燃料枪的进口相互间采用法兰的对接。

所述主工艺富氧空气通道通过两条管道与工艺富氧空气管道对接，两条管道上分别安装有拉瓦尔喷管和调节阀。

所述脉动燃料枪进口处安装风力传动叶片。