[发明专利]一种同向旋浮熔炼方法、喷嘴和冶金设备

说明书

技术领域

本发明涉及有色冶金技术领域，特别涉及熔炼含有铜、镍、铅、锌等金属硫化物精矿粉得到硫甚至金属产品的方法及设备。

背景技术

在火法冶金行业，熔炼硫化物精矿就是利用硫化物矿中的硫和铁与氧反应最终被脱除而得到金属的过程。火法冶金工艺大致可分为熔池熔炼和空间熔炼两大类，空间悬浮熔炼的实质就是利用干燥后粉状硫化物矿的巨大表面积，使物料粒子与氧充分结合，在瞬间(2～3秒)内完成氧化反应。空间悬浮熔炼应用最广泛的是芬兰科学家于1949年发明的奥托昆普闪速熔炼，其工艺核心采用的是直流喷射技术，由于受直流特性的影响，生产中常常会出现氧利用率低、烟尘率高、炉衬被冲刷腐蚀严重、精矿没有反应在炉内堆积成生料堆等恶性状况。随着冶炼技术向高投料量、高负荷、高氧浓和高作业率的“四高”方向发展，直流喷射技术已越来越难适应现代火法冶金要求。

近年来，旋流喷射技术在火法冶金行业得到了较好的应用，如中国专利(专利号：ZL200910230500.3)中贡献的方法，但是该方法在生产中遭遇了设备磨损严重，精矿流被分选造成反应偏析的状况；改进的方案如中国专利(专利号：ZL201020284998.X和ZL201110208013.4)中贡献的方法，这两种方法都是将精矿完全布置在反应空气旋流的外圈上，依靠旋流扩张带动精矿粒子运动形成高速旋转的混合旋流体并完成气粒间的传质、传热。然而上述方法在生产实践中具有以下问题：由于旋流体外卷吸量过大，造成大量反应后的高温烟气回流到反应塔顶，造成反应塔顶损耗过快；对于个体精矿粒子，其物理规格、比重、化学成分等性质差异较大，旋流强度可以调节但难以掌控，过小不足以带动粒子做旋转运动，过大又会出现飞边现象而损伤炉体；反应气体由内向外扩散，在到达料环外圈时，大部分氧已被消耗，造成料环外圈的精矿粒子无法被氧化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种新的同向旋浮熔炼方法，以解决上述工艺方案中出现的技术问题。

本发明提供了一种实现上述方法的同向旋浮熔炼喷嘴。

本发明提供了一种应用上述同向旋浮熔炼喷嘴的冶金设备。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种同向旋浮熔炼方法，将干燥的粉状硫化精矿和对应量的含氧气体喷射到高温的反应塔的空间中，水平面上呈“风～矿～风”的布置特征；其中：

含氧气体包括第一含氧气体和第二含氧气体：第二含氧气体以环状旋转的方式喷入反应塔中，并在反应塔内高温和自身受旋转扩张的作用形成水平渐扩、竖直延伸的钟罩形旋转风幕；第一含氧气体转化为旋转射流射入到旋转风幕的中心，且旋转风幕和旋转射流的旋转方向相同；

经过计量控制的干燥硫化精矿以偏向中心轴线的方向进入旋转射流和旋转风幕两股气流之间的环状空间内；

在风幕的中心，高速旋转的旋转射流向四周的扩展运动同时卷入硫化精矿和来自反应塔下部的高温气流，形成水平方向旋转扩张、竖直向下的气粒两相旋转射流；旋转较强的两相旋转射流向外进一步的扩张被旋转较弱的旋转风幕限制，以阻止飞边现象的发生，同时补偿两相旋转射流外圈的氧势；

在运动的过程中，硫化精矿被高温烟气和反应塔内辐射的高温点燃，与氧气发生剧烈的燃烧反应并释放出富含SO₂的烟气，同时反应生成含锍(或金属)和炉渣的混合熔融物，最终在反应塔的底部，锍(或金属)与炉渣分离，完成冶金过程。

优选的，所述的第一含氧气体和第二含氧气体是同一种反应气体，具有相同的压力、温度和含氧量，其所含氧量为25％～95％(wt)。

优选的，所述的第一含氧气体和第二含氧气体中所含氧的和是硫化精矿反应所需总量，分配比例是20％～80％(体积比)。

优选的，所述的旋转射流的旋流强度≥0.5；所述的旋转风幕的旋流强度≤0.3。

优选的，所述的干燥粉状硫化精矿是指含有Cu、Ni、Pb和/或Zn金属硫化物的分选矿物。