实现铅阳极泥连续多段综合回收的熔炼系统及熔炼方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种实现铅阳极泥连续多段综合回收的熔炼系统及熔炼方法,属于色金属二次资源的火法综合回收技术领域。
背景技术
[0002] 随着有色金属资源的日益枯竭及环境保护意识的不断提高,寻找高效且环境友好的有色金属二次资源综合回收工艺及设备成为国内外科研工作者迫切需要解决的难题。铅阳极泥因为富含锑、铋、金、
银等有价金属被作为回收金银等有价金属的重要资源而寄予厚望,成为当今各国
冶金研究的热点。在众多铅阳极泥处理工艺中,火法传统工艺的运用最为广泛,如何低成本,短流程地获得铅阳极泥中的有价金属成为直接影响铅阳极泥火法综合回收经济效益的重要因素。其中如何高效综合回收铅阳极泥中的有价元素,产出高品质的满足
电解需求的贵金属
合金是火法阳极泥处理过程的核心环节,因此,一种高效、低成本的铅阳极泥综合
回收利用技术对铅阳极泥火法处理工艺发展具有重要意义。
[0003] 目前,铅阳极泥的处理方法主要可分为两类,一类是湿法
冶炼技术,主要包括氯盐
浸出法、氟
硅酸浸出法、三氯化
铁浸出法、控电位氯化法、氯化-干馏法,氢
氧化钠常压浸出法,氢氧化钠
加压浸出法等,阳极泥的
湿法工艺具有反应过程可靠,环境影响小等特点,但存在消耗大量化学
试剂,废
水处理量大,设备繁多等不利因素。另一类是
真空处理技术,昆明理工大学、中南大学等单位已对铅阳极泥的真空处理技术进行了科研实验并取得了积极进展。还有一类处理铅阳极泥的技术是传统火法冶炼工艺,对于铅阳极泥国内外通常采用火法熔炼-氧化精炼-电解法的传统工艺,虽然工艺流程随着原料成分的不同而略有差异,但基本思路却如出一辙,其核心内容为阳极泥配入纯
碱、萤石、
焦炭等辅料在弱还原性气氛下,进行还原熔炼富集金银,得到金银品位在20%-30%的贵铅,贵铅进一步氧化精炼除去锑、砷、铋,氧化造渣回收碲、经过熔铸得到满足电解要求的金银合金板。合金板
电解精炼得到电解银粉和电解阳极泥,电解银粉经过洗涤、烘干、
铸锭产出品位在99.99%以上的银锭,电解阳极泥经过
硝酸浸煮、氯化分金、萃取、金还原、洗涤、烘干、铸锭产出品位在99.99%以上的金锭。通过冶金工作者的不断努
力铅阳极泥的火法传统工艺不仅在收尘与
烟尘技术上有了很大发展,而且还将富氧底吹技术和熔池熔炼技术、底吹和顶吹转炉技术等引入生产应用,使得铅阳极泥的火法综合回收取得了很大成效。但这几种工艺过程复杂,对设备和耐火材料的要求较高,且技术引进成本较高,国内企业采用的较少。目前火法处理阳极的工艺研究主要集中在冶炼设备和工艺路线的改进上,传统火法流程是铅阳极泥的主要处理流程,在全国广泛应用,其主要优点是:对原料的适应性强、化学反应速度快,设备简单,处理能力大,设备可靠,便于操作,容易实施和便于管理等。
[0004] 虽然铅阳极泥的传统火法工艺发展已经是非常成熟,但也存在不少缺点,如流程长、设备多、金银直收率低、烟害污染环境和劳动条件恶劣等。此外火法传统冶炼工艺其中还存在两个问题:①铅阳极泥还原熔炼过程中设备无法实现对于多种有价金属的高效分别回收;②还原熔炼产出的贵铅需转运至另一氧化精炼炉中进行处理,耗能、费时、工效低、在转运中常有烟气溢出,对环境污染较大,还存在安全隐患。
发明内容
[0005] 针对铅阳极泥火法处理过程中多种有价金属综合回收困难,还原熔炼和氧化精炼难以一步实现等问题,本发明提供了一种实现铅阳极泥连续多段综合回收的熔炼系统。
[0006] 本发明实现铅阳极泥连续多段综合回收的熔炼系统,通过在同一冶炼设备中采用多段非等温连续加热,在前两加热段实现砷、锑的高效单独回收,在最后加热段实现一步产出适合电解精炼的贵金属合金,实现有价金属的多段连续综合回收利用,该系统将铅阳极泥的还原熔炼、氧化精炼等冶金过程在一体式冶炼炉内形成一个连续不断的生产过程,具有操作工艺简单、控温精确、物料自流、适合规模化工业生产、能够实现连续作业便于管理等优点。
[0007] 本发明实现铅阳极泥连续多段综合回收的熔炼系统由连续非等温加热冶炼炉和3个产品回收系统组成;所述连续非等温加热冶炼炉是由第一段低温加热回收炉、第二段加热回收炉、第三段熔炼产出炉组成的一体式冶金炉,第一段低温加热回收炉、第二段加热回收炉和第三段熔炼产出炉的炉底依次连通且呈连续降低的斜面,可实现物料的自流,自流坡度
角为20°~35°;3个产品回收系统分别与第一段低温加热回收炉、第二段加热回收炉、第三段熔炼产出炉连接;其中,第一段低温加热回收炉包括圆柱形炉体Ⅰ、电炉
变压器Ⅰ、料仓Ⅰ、计量
阀Ⅰ、加热
电极Ⅰ、物料及压缩空气
喷枪Ⅰ、产品出口Ⅰ、烟道
截止阀Ⅰ,喷枪Ⅰ穿过圆柱形炉体Ⅰ顶部设置在圆柱形炉体Ⅰ内,料仓Ⅰ设置在喷枪Ⅰ顶部并与其连通,计量阀Ⅰ设置在料仓Ⅰ底部,3根以上的加热电极Ⅰ呈圆形设置在喷枪Ⅰ周围,圆柱形炉体Ⅰ上部一侧开有产品出口Ⅰ,产品出口Ⅰ上设置有烟道截止阀Ⅰ,产品出口Ⅰ与产品回收系统连通,电炉变压器Ⅰ和加热电极Ⅰ连接;
所述与第一段低温加热回收炉连接的产品回收系统包括
冷凝器Ⅰ、布袋收尘器Ⅰ、螺旋
输送机Ⅰ,产品出口Ⅰ通
过冷凝器Ⅰ与布袋收尘器Ⅰ连接,
螺旋输送机Ⅰ设置在布袋收尘器Ⅰ下方出口处;
所述喷枪Ⅰ为双层腔体的喷枪,其包括外管和内管,外管套装在内管外,内管与料仓Ⅰ连通输送原料,外管(外层腔体)与压缩空气管道连接用于输送空气。
[0008] 第二段加热回收炉包括圆柱形炉体Ⅱ、电炉变压器Ⅱ、加热电极Ⅱ、喷枪Ⅱ、投料口、产品出口Ⅱ,圆柱形炉体Ⅱ顶部开有投料口,喷枪Ⅱ穿过圆柱形炉体Ⅱ顶部设置在圆柱形炉体Ⅱ内,喷枪Ⅱ上设置有计量阀Ⅱ,3根以上的加热电极Ⅱ呈圆形设置在喷枪Ⅱ周围,圆柱形炉体Ⅱ上部一侧开有产品出口Ⅱ,产品出口Ⅱ上设置有烟道截止阀Ⅱ,产品出口Ⅱ与产品回收系统连接,电炉变压器Ⅱ和加热电极Ⅱ连接;所述与第二段加热回收炉连接的产品回收系统包括冷凝器Ⅱ、布袋收尘器Ⅱ、螺旋输送机Ⅱ,产品出口Ⅱ通过冷凝器Ⅱ与布袋收尘器Ⅱ连接,螺旋输送机Ⅱ设置在布袋收尘器Ⅱ下方出口处;
第三段熔炼产出炉包括圆柱形炉体Ⅲ、电炉变压器Ⅲ、料仓Ⅱ、加热电极Ⅲ、产品出口Ⅲ、计量阀Ⅲ、喷枪Ⅲ、炉渣出口、金属出口,喷枪Ⅲ过圆柱形炉体Ⅲ顶部设置在圆柱形炉体Ⅲ内,计量阀Ⅲ设置在料仓Ⅱ与喷枪Ⅲ连接处,料仓Ⅱ设置在喷枪Ⅲ顶端并与其连通,3根以上的加热电极Ⅲ呈圆形设置在喷枪Ⅲ周围,圆柱形炉体Ⅲ上部一侧开有产品出口Ⅲ,产品出口Ⅲ上设置有烟道截止阀Ⅲ,产品出口Ⅲ与产品回收系统连接,圆柱形炉体Ⅲ下部开有炉渣出口、金属出口,电炉变压器Ⅲ与加热电极Ⅲ连接。
[0009] 所述喷枪Ⅲ为双层腔体的喷枪,其包括外管和内管,外管套装在内管外,内管与料仓Ⅰ连通输送原料,外管(外层腔体)与压缩空气管道连接用于输送空气。
[0010] 所述与第三段熔炼产出炉连接的产品回收系统包括冷凝器Ⅲ、布袋收尘器Ⅲ、螺旋输送机Ⅲ,产品出口Ⅲ通过冷凝器Ⅲ与布袋收尘器Ⅲ连接,螺旋输送机Ⅲ设置在布袋收尘器Ⅲ下方出口处。
[0011] 所述第一段低温加热回收炉和第二段加热回收炉炉底连接段处设置有
挡板Ⅰ,第二段加热回收炉和第三段熔炼产出炉的炉底连接段处设置有挡板Ⅱ,连接段上包覆有保温
绝热材料,确保物料在各个加热段的有效反应时间。
[0012] 所述电炉变压器Ⅰ、电炉变压器Ⅱ、电炉变压器Ⅲ实现各个加热段的精确控温,变压器为冶金用电炉变压器,其恒
电流段设计的调压范围不超过5V,增强恒功率段范围保证二次侧
电压的精确调控,达到精确控制冶炼
温度的目标。
[0013] 所述加热电极Ⅰ、加热电极Ⅱ或加热电极Ⅲ的电极极心圆直径与炉体
炉膛直径之比为1:1.2~1.6。
[0014] 本发明另一目的是提供上述装置的使用方法,本发明方法将铅阳极在同一冶炼设备中实现三段非等温连续加热,分段依次回收砷、锑同时产出富含金银的金属合金,使铅阳极泥的还原熔炼,氧化精炼,在同一设备中实现连续不断进行。前两个加热段挥发产出的As2O3及Sb2O3通过产品出口-冷凝器-布袋
除尘器-螺旋输送机实现成品回收,在炉体的第三加热段根据阳极泥成分的不同及回收的经济效益合理安排有价元素走向,产出适合电解的贵金属合金,本发明所述设备系统及方法具有操作简单、控温准确,原料适应性极强,多种有价金属同步高效回收,生产过程连续化,适合规模化工业生产等优点。
[0015] 本发明方法包括以下步骤:(1)铅阳极泥预处理:将铅阳极泥进行
破碎、干燥,铅阳极泥
含水量小于2%;
(2)根据铅阳极泥中砷、锑、铋、铅等金属的化学成分及处理量由冶金计算得出反应回收所需的
碳氧比,并配料;
(3)第一段低温加热回收铅阳极泥中的砷:将步骤(2)配好的冶金物料以及压缩空气由喷枪Ⅰ投入第一段低温加热回收炉中,调节炉温为450~500℃,阳极泥中的绝大部分砷以As2O3的形式挥发,并从产品出口Ⅰ回收,其余元素留在
炉料中,自流坡度角为20°~35°;
(4)打开挡板Ⅰ,让物料自流至第二段加热回收炉内进行第二段加热回收锑,调节炉温为700~750℃,根据炉料特性通过投料孔向炉体内投入碳质还原剂,确保Sb不被氧
化成Sb2O5,使其以Sb2O3的形式挥发冷却回收;自流坡度角为20°~35°;
(5)打开挡板Ⅱ,将步骤(4)得到的炉料自流到第三段熔炼产出炉中,若铅含量高时则由喷枪Ⅲ喷入造渣剂将铋除去,由喷枪Ⅲ喷入富氧进行氧化吹炼,产出富含金银合金,若铋含量高,则加入造渣剂将铅除去产出熔融粗铋,贵金属富集于粗铋中供电解精炼。
[0016] 通过步骤(1)至步骤(5),可根据铅阳极泥原料情况及生产实际在同一设备中合理安排元素走向,从而实现砷、锑、铋、金、银等有价元素的高效分离与富集。
[0017] 步骤(2)中控制碳氧比的试剂及步骤(4)中的碳质还原剂可以是无烟
煤、高固定碳低灰分的
褐煤半焦、
冶金焦炭碳等;步骤(5)中的除铋造渣剂为
钙镁混合试剂,可实现深度除铋,除铅的造渣剂为
二氧化硅。
[0018] 本发明的有益效果为:(1)本发明涉及一种铅阳极泥的综合回收系统,该系统通过对铅阳极泥连续多端加热,在不同温度段实现有价元素的分段挥发,可以实现铅阳极泥的综合利用;
(2)本发明涉及一种铅阳极泥的连续非多段回收熔炼方法,是一种低成本、操作简便的方法,该方法具有操作容易、原料适应性极强,适合规模化工业生产等优点。
附图说明
[0019] 图1是本发明熔炼系统的结构示意图;图2是本发明熔炼系统的俯视结构示意图;
图3是连续非等温加热冶炼炉结构示意图;
图4是连续非等温加热冶炼炉俯视结构示意图;
图中:1-布袋收尘器Ⅰ;2-冷凝器Ⅰ;3-电炉变压器Ⅰ;4-料仓Ⅰ;5-加热电极Ⅰ;6-电炉变压器Ⅱ;7-加热电极Ⅱ;8-电炉变压器Ⅲ;9-料仓Ⅱ;10-加热电极Ⅲ;11-冷凝器Ⅲ;12-布袋收尘器Ⅲ;13-螺旋输送机Ⅰ;14-外管;15-挡板Ⅰ;16-内管;17-挡板Ⅱ;18-渣包;19-螺旋输送机Ⅲ;20-炉底;21-冷凝器Ⅱ;22-布袋收尘器Ⅱ;23-产品出口Ⅰ;24-产品出口Ⅱ;25-产品出口Ⅲ;26-计量阀Ⅰ;27-计量阀Ⅱ;28-计量阀Ⅲ;29-喷枪Ⅰ;30-喷枪Ⅱ;31-喷枪Ⅲ;32-投料口;33-螺旋输送机Ⅱ;34-烟道截止阀Ⅰ;35-烟道截止阀Ⅱ;36-烟道截止阀Ⅲ;37-炉渣出口;38-金属出口。
具体实施方式
[0020] 下面通过
实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明保护范围不局限于所述内容。
[0021] 实施例1:如图1、2、3、4所示,本实现铅阳极泥连续多段综合回收的熔炼系统,其特征在于:由连续非等温加热冶炼炉和3个产品回收系统组成;所述连续非等温加热冶炼炉是由第一段低温加热回收炉、第二段加热回收炉、第三段熔炼产出炉组成的一体式冶金炉,第一段低温加热回收炉、第二段加热回收炉和第三段熔炼产出炉的炉底20依次连通且呈连续降低的斜面,可实现物料的自流,自流坡度角为30°;
与第一段低温加热回收炉连接的产品回收系统包括冷凝器Ⅰ2、布袋收尘器Ⅰ1、螺旋输送机Ⅰ
13,产品出口Ⅰ23通过冷凝器Ⅰ2与布袋收尘器Ⅰ1连接,螺旋输送机Ⅰ13设置在布袋收尘器Ⅰ1下方出口处;与第二段加热回收炉连接的产品回收系统包括冷凝器Ⅱ21、布袋收尘器Ⅱ22、螺旋输送机Ⅱ33,产品出口Ⅱ通过冷凝器Ⅱ21与布袋收尘器Ⅱ22连接,螺旋输送机Ⅱ33设置在布袋收尘器Ⅱ22下方出口处;与第三段熔炼产出炉连接的产品回收系统包括冷凝器Ⅲ
11、布袋收尘器Ⅲ12、螺旋输送机Ⅲ19,产品出口Ⅲ25通过冷凝器Ⅲ11与布袋收尘器Ⅲ12连接,螺旋输送机Ⅲ19设置在布袋收尘器Ⅲ12下方出口处;
其中,第一段低温加热回收炉包括圆柱形炉体Ⅰ、电炉变压器Ⅰ3、料仓Ⅰ4、计量阀Ⅰ26、加热电极Ⅰ5、物料及压缩空气喷枪Ⅰ29、产品出口Ⅰ23、烟道截止阀Ⅰ34,喷枪Ⅰ29穿过圆柱形炉体Ⅰ顶部设置在圆柱形炉体Ⅰ内,料仓Ⅰ4设置在喷枪Ⅰ顶部并与其连通,计量阀Ⅰ26设置在料仓Ⅰ4底部,3根加热电极Ⅰ5呈圆形设置在喷枪Ⅰ周围,圆柱形炉体Ⅰ上部一侧开有产品出口Ⅰ
23,产品出口Ⅰ23上设置有烟道截止阀Ⅰ34,产品出口Ⅰ23与产品回收系统连通,电炉变压器Ⅰ
3和加热电极Ⅰ5连接;第二段加热回收炉包括圆柱形炉体Ⅱ、电炉变压器Ⅱ6、加热电极Ⅱ7、喷枪Ⅱ30、投料口32、产品出口Ⅱ24,圆柱形炉体Ⅱ顶部开有投料口32,喷枪Ⅱ30穿过圆柱形炉体Ⅱ顶部设置在圆柱形炉体Ⅱ内,喷枪Ⅱ上设置有计量阀Ⅱ27,3根加热电极Ⅱ7呈圆形设置在喷枪Ⅱ周围,圆柱形炉体Ⅱ上部一侧开有产品出口Ⅱ24,产品出口Ⅱ24上设置有烟道截止阀Ⅱ35,产品出口Ⅱ24与产品回收系统连接,电炉变压器Ⅱ6和加热电极Ⅱ连接;
第三段熔炼产出炉包括圆柱形炉体Ⅲ、电炉变压器Ⅲ8、料仓Ⅱ9、加热电极Ⅲ10、产品出口Ⅲ25、计量阀Ⅲ28、喷枪Ⅲ31、炉渣出口37、金属出口38,喷枪Ⅲ31过圆柱形炉体Ⅲ顶部设置在圆柱形炉体Ⅲ内,计量阀Ⅲ28设置在料仓Ⅱ9与喷枪Ⅲ31连接处,料仓Ⅱ9设置在喷枪Ⅲ
31顶端并与其连通,3根加热电极Ⅲ10呈圆形设置在喷枪Ⅲ周围,圆柱形炉体Ⅲ上部一侧开有产品出口Ⅲ25,产品出口Ⅲ25上设置有烟道截止阀Ⅲ36,产品出口Ⅲ25与产品回收系统连接,圆柱形炉体Ⅲ下部开有炉渣出口37、金属出口38,电炉变压器Ⅲ8与加热电极Ⅲ10连接;所述喷枪Ⅰ为双层腔体的喷枪,其包括外管14和内管16,外管14套装在内管16外,内管16与料仓Ⅰ连通输送原料,外管14(外层腔体)与压缩空气管道连接用于输送空气;所述喷枪Ⅲ为双层腔体的喷枪,其包括外管和内管,外管套装在内管外,内管与料仓Ⅰ连通输送原料,外管与压缩空气管道连接用于输送空气;第一段低温加热回收炉和第二段加热回收炉炉底连接段处设置有挡板Ⅰ15,第二段加热回收炉和第三段熔炼产出炉的炉底连接段处设置有挡板Ⅱ17,连接段上包覆有保温绝热材料;
所述各段产品出口的功能是提供气态挥发出的金属产品出口,并经过回收系统回收,烟道截止阀可实现产品出口的连通与闭合,加热电极Ⅰ、加热电极Ⅱ或加热电极Ⅲ的电极极心圆直径与炉体炉膛直径之比为1:1.3;
各段电炉变压器是保证各段加热控温的关键设备,变压器设计是尽量扩大恒功率段范围,二次侧电压可调幅度不超过5V,可实现温度的有精确控制,变压器容量依次增加,以满足各段炉体的加热需求。料仓用于储存物料,各段计量阀可实现冶金物料的精确控制,双层喷枪可实现冶金物料的投放和压缩空气的引入同时优化冶金动力学条件。第二段炉顶所设置的投料口可根据需要向炉膛内投入冶金助剂,利于产品回收。第三段炉膛壁上设有炉渣出口、金属出口用于
排渣和贵金属合金排放,根据工艺需求,可在第三段熔炼产出炉内完成造渣、挥发、熔融等冶金过程。由冷凝器,布袋收尘器,螺旋输送机等组成的产品回收系统不仅可以用于各段产品的回收,还可使烟气得到有效
净化,达标排放。
[0022] 铅阳极泥中的主要有价元素为As、Sb、Bi、Pb、Au、Ag。为综合回收上述有价元素,可按下述冶炼方法实现:(1)将按工艺要求配好的冶金物料用多功能行车运送至料仓Ⅰ4,打开计量阀Ⅰ26;关闭挡板Ⅰ15对第一段低温加热回收炉进行加热,同时投入配好的冶金物料,根据工艺碳氧比由喷枪Ⅰ29鼓入压缩空气根据物料
质量控制温度450-500℃充分反应,通过物料回收系统冷却回收得到纯净的As2O3,通过螺旋输送机Ⅰ13输出,运至成品仓库的白砷储存区;(2)打开挡板Ⅰ15使物料自流至第二段加热回收炉,可根据需要通过投料口32向第二段加热回收炉中投入冶金助剂并由喷枪Ⅱ30引入压缩空气,由电炉变压器Ⅱ6将炉料加热在700-750℃恒温并反应充分,通过物料回收系统冷却回收Sb2O3,通过螺旋输送机Ⅱ33输出,运至成品仓库的锑白储存区;(3)打开挡板Ⅱ17使物料自流至第三段熔炼产出炉,在此段炉体内需要根据炉料的成分安排元素走向:①如果炉料中Pb含量较高,则可由喷枪Ⅲ31投入钙镁混合试剂深度除去Bi,并由炉渣出口37放出,经渣包18运至渣池闷渣处理,待放渣结束封堵渣口后,再由喷枪Ⅲ31引入压缩空气实现对富含金银的贵铅进行吹炼,铅以PbO形式通过产品回收系统进行冷却回收,通过螺旋输送机Ⅲ19出,运至成品仓库的氧化铅储存区,产出的贵金属合金由渣包18运至熔铸段熔铸后送电解精炼;②如果炉料中Bi含量较高,则可由喷枪Ⅲ31投入二氧化硅质熔剂将Pb造
硅酸铅渣深度除去,并由放渣口(B)放出,经渣包(18)运至渣池闷渣处理,待放渣结束封堵炉渣出口37后,由金属出口38产出富含金银的粗铋熔体,产出的贵金属合金由渣包18运至熔铸段熔铸后送电解精炼得到
阴极铋并在阳极泥中回收金银,反应产生的烟尘通过产品回收系统进行收尘后达标排放。
[0023] 本实现铅阳极泥连续多段综合回收的熔炼系统及熔炼方法,克服了铅阳极泥火法处理工艺中的不足,主要特征在与:(1)系统采用三段连续非等温加热,加热温度可精确调控,在一个冶炼炉内实现了铅阳极泥中有价元素的多段连续综合回收,产品回收系统有力可靠;
(2)系统将传统铅阳极泥火法处理工艺中还原熔炼,氧化精炼等两个冶金过程集中在同一座冶炼炉内完成,一步产出满足电解要求的贵金属合金,消除了熔融金属转运过程中的耗能、溢出烟气和安全隐患、减少了环境污染;
(3)系统的原料适应性强,可在最后一个加热段合理安排元素走向,根据实际情况调整产品方案,实现高效的回收铅阳极泥中的有价金属,强化了
火法冶金过程;
(4)本发明所述设备系统及方法具有操作简单,物料自流,生产过程连续化,适合规模化工业生产便于管理等优点。
[0024] 实施例2:本实施例装置结构同实施例1,不同在于连续非等温加热冶炼炉炉底坡度角25°,加热电极Ⅰ、加热电极Ⅱ或加热电极Ⅲ的电极极心圆直径与炉体炉膛直径之比为1:1.5。