[发明专利]等离子体和含氧气体燃烧炉

说明书

本公开涉及一种适合在灵活的氧化还原条件下熔炼和分离金属的装置。更具体地，本发明涉及一种用于熔炼冶金炉料的装置，所述装置包括容许含有高达确定水平面的熔融炉料的浴炉，其特征在于，该熔炉装备有：至少一个非转移等离子体焰炬，用于产生第一热气体；至少一个含氧气体燃烧器，用于产生第二热气体；和浸没式喷射器，用于在所述确定水平面以下喷射所述第一热气体和所述第二热气体。

本公开涉及一种适合在灵活的氧化还原条件下熔炼和分离金属的装置。

含氧气体燃烧器已被用于火法冶金以熔炼复杂的冶金炉料。该技术非常适合于维持氧化条件，例如用于将硫化物进料转化为金属和SO₂的氧化条件。当需要温和还原条件，例如用于还原容易还原的金属如PGM或铜时，它也是有用的。然而，惰性较小的元素如铁的还原远远超出含氧气体燃烧器的可行范围之外。

当需要强还原条件时，燃烧器必须利用极贫混合物操作，基本上产生CO，很少产生或不产生CO₂。燃烧器气体的可用焓因此低得多，并且可能不足以补偿熔炉的热损失和/或提供足够的热量来驱动吸热反应，例如金属氧化物的还原。到燃烧器的流率可以增加，但这也增加了在集尘室中和在燃烧后装置中要处理的气体体积。

另一方面，等离子体燃烧器适于在同样利用极贫气体混合物的情况下，在保持气体流率相对低的同时产生极高的可用焓。然而，它们有自己的局限性，一个缺点是耗电，电在许多国家是相当昂贵的能源。另一个缺点与更高的磨耗和随之而来的维护成本有关。

冶金过程通常包括一系列氧化和还原步骤，有时穿插着相分离。在每个步骤中通常使用不同的熔炉，熔融或固化相在各熔炉之间转移。然后将每个熔炉优化以在特定范围的氧化或还原条件下操作。

现在已发现，单个装置可以适当地同时装备含氧气体燃烧器和等离子体燃烧器，只要两种技术以兼容的方式实施即可。这确保了含氧气体模式与等离子体模式之间的平滑过渡，而无需以任何方式重新配置所述装置。事实上，如果需要的话，两种模式可以同时运行，例如当需要非常高的能量输入时。此外，熔浴可以保持在同一熔炉内，这大大简化了连续工艺步骤。

为此，将焓通过至少2个浸没式鼓风口，一个装备有含氧气体燃烧器，另一个装备有等离子体燃烧器，以热气体形式直接引入熔浴中。当提供多于2个鼓风口时，燃烧器的类型可以根据所需的冶金进行混合和匹配。

鼓风口应该优选是短的，以造成最小的磨耗和磨损。这也确保了低的热损失。它们可以水平安装，在熔浴的水平面以下穿透熔炉壁。然后将燃烧器，无论是等离子体式的或含氧气体燃烧式的，安置在熔炉外部的可浸没(又名“浸没式”)位置；它们需要被不断地供给气体以避免熔融物质回流，从而造成严重损坏。可选地，鼓风口可以以一定角度安装，其仍然吹入熔浴中，但允许燃烧器驻留在熔浴水平面上方和熔炉外部。这种布局导致稍长的鼓风口，但确保了没有熔融物质能够流回燃烧器中。虽然在大型熔炉中可能不太推荐这样做，但是鼓风口也可以垂直放置。

所述装置就可以达到的氧化还原电位(pO₂)而言是特别通用的。含氧气体燃烧器理想地有助于将补充氧气引入熔体(通过施加富氧气混合物)，而等离子体燃烧器理想地适用于引入补充还原剂(通过与等离子体气体一起添加天然气或者通过将其作为围绕等离子体的屏蔽气引入)。

所述装置特别适于处理由“城市矿山”中收集的再循环材料构成的冶金炉料。这种进料众所周知是非均质的，并且需要实时过程控制来操纵熔浴温度和还原。这就是双重燃烧器熔炉的主要优点，因为它为操作者提供了补充自由度：焓输入确实可以独立于氧化还原电位进行调制，这是单独用含氧气体燃烧器不可能实现的成就。单独使用电等离子体解决了在还原条件下的焓输入问题。然而，将过程操纵为精确的pO₂是困难的：喷射到熔浴中的气体量低，结果是pO₂由炉料的广泛分散特性所主导。这是在减轻操作费用的同时实现的，而这是仅用等离子体燃烧器难以实现的成就。

需要允许更容易地将这两个参数保持在控制之下的方法。