一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法和冶炼系统与流程

1.本发明涉及有色金属冶炼技术领域，尤其涉及一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法及系统。


背景技术：

2.目前世界上已经应用于大规模生产的、可同时产出金属铅、锌的冶炼方法只有一种，即密闭鼓风炉炼锌方法，又称isp。isp炼锌工艺包括以下操作：将铅锌的混合矿或单一精矿，以及富含铅锌的杂料(氧化物料)经过烧结焙烧生成中间产物烧结块，再将烧结块和焦炭从铅锌密闭鼓风炉顶部一同加入炉内，在炉内形成一定高度的料柱层；再将1000℃左右的高温空气从底部风口鼓入炉内，与焦炭和烧结块发生剧烈的物理化学反应，生成的锌蒸气与炉气一道从炉子上部进入铅雨冷凝器，从而获得金属锌，生成的炉渣和粗铅从铅锌密闭鼓风炉下部渣口放出。isp炼锌工艺仅使用焦炭作为燃料，焦炭在炉内一方面为冶炼反应过程提供热量和还原性气氛；另一方面作为料柱的骨架，保证料柱良好的透气性。根据烧结块和焦炭质量不同，入炉焦炭率一般在34～42％之间波动。传统的isp炼锌工艺单一使用焦炭作为燃料，过度依赖优质冶金焦，而焦炭价格一般是煤价格的2倍左右，特别是优质冶金焦价格更加昂贵。也就说，传统的isp冶炼工艺能源成本极高，生产成本高昂，加工利润微薄。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法。
4.本发明的目的之二在于提供一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼系统。
5.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
6.一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，包括密闭鼓风炉炼锌方法(传统isp冶炼工艺)的步骤，还包括以下步骤：
7.喷煤步骤：降低入炉焦炭率，减少每小时入炉焦炭量；将粉煤从铅锌密闭鼓风炉的风口喷入所述铅锌密闭鼓风炉。
8.在本发明中，将粉煤从风口喷入所述铅锌密闭鼓风炉，使喷入的粉煤在风口区和料柱燃烧，以这种方式实现粉煤替代部分焦炭。其中，所述密闭鼓风炉炼锌方法(传统isp冶炼工艺)的步骤包括：烧结块制备步骤、铅锌密闭鼓风炉内形成料柱层步骤、高温空气鼓入铅锌密闭鼓风炉步骤、铅雨冷凝步骤、以及炉渣和粗铅排出铅锌密闭鼓风炉步骤。这些操作均是传统isp的常规操作，本发明保留传统isp工艺的操作步骤，创新性地增加了喷煤操作，实现了用煤代替部分焦炭的目的，减少焦炭使用量，降低生产成本。
9.作为本发明的优选方案，在所述喷煤步骤中，具体操作如下：所述铅锌密闭鼓风炉先进行全焦生产，当炉子赶到料线后，即炉内料柱达到正常生产时的高度，炉况正常。料柱期为h小时，所述铅锌密闭鼓风炉内料柱达到正常生产的高度时，在h1时刻入炉物料位于料
柱顶端，随着正常生产的进行，所述入炉物料随着料柱向下位移，在h2时刻抵达风口区，料柱期h＝(h
2-h1)小时。当某一时刻h1准备开始喷煤生产，此时降低入炉焦炭率，减少每小时入炉焦炭量w1，从时刻h1起算，间隔(h-1)小时后向所述铅锌密闭鼓风炉内喷入粉煤，每小时喷煤量＝w1/煤代焦实际置换率。其中，所述煤代焦实际置换率＝理论煤代焦置换率
×
90％；理论煤代焦置换率＝q
煤
/q
焦
，q
煤
为粉煤热值，q
焦
为焦炭热值；本发明考虑到喷入的粉煤存在一定逃逸的情况，因此实际置换率会略小于理论煤代焦置换率，实际置换率按理论置换率的90％算。
10.在本发明中，在所述喷煤步骤中，所述“降低入炉焦炭率，减少每小时入炉焦炭量w
1”，其中所述的降低入炉焦炭率是相对于全焦生产时的焦炭率而言的，例如全焦生产时的焦炭率为37％，现准备喷煤操作，将焦炭率从37％降低至32％。
11.作为本发明的优选方案，所述铅锌冶炼方法还包括停止喷煤步骤，例如当炉况出现异常或粉煤断供等突发情况需进行停止喷煤，停止喷煤包括紧急停煤和计划停煤两种情况。当进行紧急停煤处理时，所述铅锌密闭鼓风炉需要紧急停止生产时，立刻停止向所述铅锌密闭鼓风炉喷吹粉煤。例如，当突发高低压停电或较大生产故障(如主鼓风机跳闸、炉壳烧穿等情况)时，可选用紧急停煤处理。
12.当进行计划停煤处理时，所述铅锌密闭鼓风炉保持生产，调高入炉焦炭率，增加每小时入炉焦炭量，然后再停止向所述铅锌密闭鼓风炉喷煤，在停止加料前完成一次性全部停煤或分步停煤工作。例如，当发生一般性故障时，此时铅锌密闭鼓风炉可按计划停止生产时，可在鼓风炉停止加料前预留充足的切除喷煤时间，在停止加料前就完成停止喷煤工作。
13.作为本发明的优选方案，需要停止喷煤操作，优选在降料线前切除喷煤。因为随着料柱高度的降低，料柱的过滤作用被削弱，会增加粉煤的逃逸，粉煤在炉内停留时间太短，还未完全燃烧就随炉气从上部逃逸出炉子，既不经济也不节能。因此优选切除喷煤后再降料线。
14.作为本发明的优选方案，当进行计划停煤处理时，具体操作如下：当某一时刻h2准备停止喷煤生产，此时适当调高焦炭率，增加每小时入炉焦炭量w2，w2＝每小时喷煤量
×
煤代焦实际置换率，从时刻h2起算，间隔(h-1)小时后一次性或分步停止向所述铅锌密闭鼓风炉内喷入粉煤。
15.作为本发明的优选方案，当计划停煤为分步停煤时，分2～3步分步调整入炉焦炭量，每次调整量占焦炭总量的8～15％，优选为10％。
16.作为本发明的优选方案，投入喷煤生产时，可以一步到位，也可以分2～3步分步调喷吹粉煤量，每次调整量占焦炭总量的10％左右。
17.作为本发明的优选方案，当煤代焦置换量达到一定值后(例如，当每小时入炉焦炭量减少至全焦生产时每小时入炉焦炭量的20％及以上时)，铅锌密闭鼓风炉会出现风口区和炉缸温度不足、不够活跃的情况，为了减少此类负面影响，确保此冶炼方法能够进一步提高煤代焦置换量，铅锌密闭鼓风炉喷煤生产时应加入适量富氧。优选地，本发明所述铅锌冶炼方法还包括富氧喷入步骤，在冶炼过程中持续喷入富氧，喷入富氧的方式为方式一和方式二；
18.方式一：直接将富氧兑入所述铅锌密闭鼓风炉的冷风总管或者热风总管，将入炉空气氧含量提升至23～28％，优选地为25％；
19.方式二：采用氧煤枪喷氧，每根氧煤枪的喷氧量为100～200nm3/h；所述氧煤枪同时向所述铅锌密闭鼓风炉喷入氧气和粉煤；所述氧煤喷枪设置有用于输送粉煤的内层腔道，以及设置有用于输送氧气的外层腔道。
20.作为本发明的优选方案，在所述喷煤步骤中，在没有富氧补充的情况下，单风口喷煤量控制在150～180kg/h，过大量会增加逃逸，不经济；在有充足富氧补充的情况下，单风口喷煤量控制在220～260kg/h，过大量会增加逃逸，不经济。所述有充足富氧补充的情况，意为在冶炼过程中持续喷入富氧，喷入富氧的方式为所述方式一和所述方式二。在喷煤时，尽量做到所有风口都喷吹粉煤，做到广喷、均喷。
21.作为本发明的优选方案，在所述喷煤步骤中，粉煤采用气力输送方式进行喷入，通过总管将粉煤从粉煤仓输送至炉前分配器，再通过炉前分配器支管输送至铅锌密闭鼓风炉的每一个风口；采用氮气或压缩空气作为载体，固气比(即每小时粉煤输送量/气体流量)设定为10～20(kg/nm3)。如果固气比太小，稀相输送时粉煤输送过程对管道会造成严重磨蚀；如果固气比太大，浓相输送时由于喷枪冷却气体量不足，粉煤容易在喷枪末端结焦堵管，因此需要一定的冷却气量。
22.作为本发明的优选方案，所述粉煤的水分含量小于等于3％，以保证输送顺畅，避免粉煤太湿而在管道内板结。
23.作为本发明的优选方案，所述粉煤的粒度要求为：200目筛下物占比大于等于80％，粉煤粒度越小越能增加粉煤的比表面积，增加燃烧反应速度，但综合考虑制备成本，选择这个粒度比较合适。
24.作为本发明的优选方案，所述粉煤的热值大于等于23000j/g，热值越高，提供的能量越多，综合成本考虑，热值在所述范围内较合适。
25.作为本发明的优选方案，所述粉煤为烟煤、无烟煤和焦粉中的一种或任意组合；优选地，所述粉煤为烟煤、或者为烟煤和无烟煤的组合、或者为烟煤和焦粉的组合、又或者为烟煤、无烟煤和焦粉三者的组合。烟煤增加粉煤的可燃性，无烟煤增加粉煤的热值和固定碳含量。若粉煤原料包括焦炭筛下物焦粉，考虑到焦粉可磨性差，焦粉应少加。
26.作为本发明的优选方案，粉煤原料选定后，将粉煤原料磨成粉末，然后干燥，制备获得成品粉煤。当所述粉煤包括烟煤和无烟煤时，烟煤和无烟煤的重量比为(1-2)：1，优选地为1：1。当所述粉煤包括烟煤和焦粉时，烟煤和焦粉的重量比为(8:1)～(5:1)。当粉煤原料选用烟煤、无烟煤和焦粉的组合时，可以以烟煤和无烟煤为主，少量配入焦粉(能消耗完每日焦炭筛分后的焦粉为宜)。
27.作为本发明的优选方案，在所述喷煤步骤中，当每小时入炉焦炭量减少至全焦生产时每小时入炉焦炭量的20％及以上时，降低料柱高度或提高烧结块热强度。当煤代焦置换量达到一定比例后，焦炭入炉量减少20％以上后，料柱中焦炭占比明显减少，料柱透气性会削弱，铅锌密闭鼓风炉炉压会显著升高，这时为了适当降低炉压，保证主鼓风机不发生过压跳闸的情况，可适当降低料柱高度或者适当提高烧结块热强度。可以通过提高烧结块cao/sio2的比值(例如接近上限2.2)，以提高烧结块软化点温度，提高烧结块热强度，这样有助于缓解炉压过高的情况。
28.作为本发明的优选方案，为了尽量减少喷煤之后对原isp工艺造成影响，本发明的冶炼方法可以按原料柱高度操作，但是当炉压偏高时，可通过适当降低料柱高度的方式降
低炉压。
29.作为本发明的优选方案，在进行全焦生产时炉压不超45kpa，同时使用煤和焦炭生产时炉压不宜超55kpa。
30.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
31.一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼系统，包括铅锌密闭鼓风炉，所述铅锌密闭鼓风炉的下部设置有风口，所述风口内设置有风口水套，所述风口水套内安装有用于将粉煤喷吹到所述铅锌密闭鼓风炉风口回旋区的喷煤枪；所述冶炼系统用于目的之一任一项所述的冶炼方法。
32.作为本发明的优选方案，所述风口在所述铅锌密闭鼓风炉中的设置方式与传统isp工艺的设置方式相同，即风口布置方式保留了现在isp工艺中铅锌密闭鼓风炉的风口排布方式，能够节约改造成本。并且在冶炼过程中，尽量做到每个风口都喷吹粉煤，以及每个风口喷吹量基本相同。
33.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
34.(1)本发明所提供的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，是一种可同时产出金属铅和金属锌的冶炼方法，其在传统isp炼锌工艺的基础上，用煤代替部分焦炭，减少焦炭使用量，降低冶炼生产成本。由于本发明所提供的冶炼方法并没有改变原来isp生产工艺，这有利于本发明的冶炼方法进行推广，使得原有的isp生产线更加容易接入本发明的喷煤操作。
35.(2)本发明所提供的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，在没有富氧补充的情况下，入炉焦炭可以减少12～20％；在富氧充足的情况下，入炉焦炭可以减少25～30％，经济效益显著。
36.(3)本发明所提供的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼系统，几乎不用改变传统的isp冶炼系统的构造，仅增加一些喷煤设备即可实现生产，能够节约改造成本。
附图说明
37.图1为本发明实施例1所提供的用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法的工艺流程图。
具体实施方式
38.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
39.isp是一个成熟高效，并能同时冶炼铅锌的方法，但是传统的isp工艺仅采用焦炭为燃料，生产成本高。本发明实施例基于isp炼锌工艺进行创新和优化，几乎不用改变isp传统操作，仅需增加少量设备和一些喷煤生产操作就可实现煤替代部分焦炭。本发明通过调整isp的能源结构，降低冶炼能源成本，从而节约生产成本。
40.实施例1
41.如图1所示。以韶关冶炼厂铅锌密闭鼓风炉为例。韶关冶炼厂铅锌密闭鼓风炉的料柱高度为6m，料柱期约2.5h，焦率35～42％。
42.一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，包括传统密闭鼓风炉炼锌方法(isp工
艺)的步骤，先制备烧结块，烧结块和焦炭送入铅锌密闭鼓风炉内形成料柱，料柱在炉内冶炼生成的锌蒸气进入铅雨冷凝器获得金属锌，生成的炉渣和粗铅从铅锌密闭鼓风炉下部渣口放出。而实施例1是改进的isp工艺，在全焦生产进行到某一时刻时，会降低焦炭率，减少焦炭的入炉量，接入喷煤操作，具体如下：
43.采用气力输送方式将粉煤通过总管从粉煤仓输送至炉前分配器，再通过炉前分配器支管将粉煤送至铅锌密闭鼓风炉的每一个风口。其中，气力输送方式采用氮气作为载体，固气比(每小时粉煤输送量/气体流量)为15kg/nm3，单风口喷煤量控制在160～170kg/h。
44.表1烧结块成分表
45.pb％zn％s％cd％sb％as％sio2％cao/sio2pb+sio215～2136～42《1≤0.20.15～0.25《0.40《4.51.4～2.2≤26
46.焦炭低位发热值q
焦
：约27000j/g；
47.烟煤与焦粉按7:1比例混合后低位发热值q
煤
：24030j/g；
48.理论煤代焦置换率＝q
煤
/q
焦
＝24030/27000＝0.89，
49.实际置换率＝理论煤代焦置换率
×
90％≈0.8。
50.韶关冶炼厂铅锌密闭鼓风炉的料柱高度为6m，料柱期约2.5h，某日全焦生产时焦率为37％，每次入炉烧结块料批重量约5200kg，每小时入炉6批次，则每小时入炉焦炭重量5200
×6×
0.37＝11544kg，上午10点开始做喷煤准备，将焦率从37％降至32％，则每小时减少入炉焦炭5200
×6×
5％＝1560kg，11点30分启动喷煤装置，设定喷煤量1560
÷
0.8＝1950kg/h。按这样的煤炭和焦炭用量稳定生产2h左右，若炉渣流动性、炉渣含锌、炉压等指标都在正常范围，则可继续进一步置换，或者选择不再进一步置换。
51.若因为一些一般故障，需要降料线休风(降料线休风就是不再往铅锌密闭鼓风炉内加料，把已有的6m料柱吃完或者吃掉大部分，然后就停止生产)，则要在停止加料前就切除喷煤。假设下午2点开始做切除喷煤准备，将焦率从32％降至37％，则每小时增加入炉焦炭5200
×6×
5％＝1560kg，15点30分停止运行喷煤装置，之后按常规isp降料线操作。
52.实施例1在降料线前切除喷煤(切除喷煤后再降料线)可以节约成本，经济又环保。因为随着料柱高度的降低，料柱的过滤作用被削弱，会增加粉煤的逃逸，粉煤在炉内停留时间太短，还未完全燃烧就随炉气从上部逃逸出炉子，既不经济也不节能。
53.按照实施例1的冶炼方法可获得如下成效：喷煤生产之后，焦炭使用量减少了1560/11544＝13.51％。烟煤的价格一般只有焦炭的一半，而煤代焦置换率仅0.8，即1000kg粉煤在炉内的作用相当于800kg焦炭所起到的作用，因此节约能源成本效果明显。
54.实施例2
55.实施例2与实施例1的不同之处在于：生产过程中，补充富氧，入炉焦炭减少25～30％。单风口喷煤量控制在220～260kg/h。
56.实施例3
57.实施例3与实施例1的不同之处在于：停止喷煤操作中，分2步调整入炉焦炭，每次调整量占焦炭总量的10％。
58.实施例4
59.实施例3与实施例1的不同之处在于：投入喷煤生产时，也可以分2步分步调喷吹粉煤量，每次调整量占焦炭总量的10％左右。
60.实施例5
61.实施例5与实施例1的不同之处在于：每小时入炉焦炭量减少至全焦生产时每小时入炉焦炭量的20％，通过降低料柱高度缓解炉压过高的情况。
62.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

技术特征：
1.一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，包括密闭鼓风炉炼锌方法的步骤，其特征在于，还包括以下步骤：喷煤步骤：降低入炉焦炭率，减少每小时入炉焦炭量；将粉煤从铅锌密闭鼓风炉的风口喷入所述铅锌密闭鼓风炉。2.如权利要求1所述的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，其特征在于，在所述喷煤步骤中，具体操作如下：所述铅锌密闭鼓风炉先进行全焦生产，料柱期为h小时；当某一时刻h1准备开始喷煤生产，此时降低入炉焦炭率，减少每小时入炉焦炭量w1，从时刻h1起算，间隔(h-1)小时后向所述铅锌密闭鼓风炉内喷入粉煤，每小时喷煤量＝w1/煤代焦实际置换率；其中，所述煤代焦实际置换率＝理论煤代焦置换率
×
90％；理论煤代焦置换率＝q
煤
/q
焦
，q
煤
为粉煤热值，q
焦
为焦炭热值；所述料柱期为：所述铅锌密闭鼓风炉内料柱达到正常生产的高度时，在h1时刻入炉物料位于料柱顶端，随着正常生产的进行，所述入炉物料随着料柱向下位移，在h2时刻抵达风口区，料柱期h＝(h
2-h1)小时。3.如权利要求2所述的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，其特征在于，还包括停止喷煤步骤，停止喷煤包括紧急停煤和计划停煤两种情况；当进行紧急停煤处理时，所述铅锌密闭鼓风炉紧急停止生产时，立刻停止向所述铅锌密闭鼓风炉喷吹粉煤；当进行计划停煤处理时，所述铅锌密闭鼓风炉保持生产，调高入炉焦炭率，增加每小时入炉焦炭量，然后再停止向所述铅锌密闭鼓风炉喷煤，在停止加料前完成一次性全部停煤或分步停煤工作。4.如权利要求3所述的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，其特征在于，当进行计划停煤处理时，具体操作如下：当某一时刻h2准备停止喷煤生产，此时调高焦炭率，增加每小时入炉焦炭量w2，w2＝每小时喷煤量
×
煤代焦实际置换率，从时刻h2起算，间隔(h-1)小时后一次性或分步停止向所述铅锌密闭鼓风炉内喷入粉煤；当计划停煤为分步停煤时，分2～3步分步调整入炉焦炭量，每次调整量占焦炭总量的8～15％。5.如权利要求1所述的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，其特征在于，还包括富氧喷入步骤，在冶炼过程中持续喷入富氧，喷入富氧的方式包括方式一和方式二；方式一：直接将富氧兑入所述铅锌密闭鼓风炉的冷风总管或者热风总管，将入炉空气氧含量提升至23～28％；方式二：采用氧煤枪喷氧，每根氧煤枪的喷氧量为100～200nm3/h；所述氧煤枪同时向所述铅锌密闭鼓风炉喷入氧气和粉煤。6.如权利要求1所述的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，其特征在于，在所述喷煤步骤中，在没有富氧补充的情况下，单风口喷煤量控制在150～180kg/h；在有充足富氧补充的情况下，单风口喷煤量控制在220～260kg/h。7.如权利要求1所述的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，其特征在于，在所述喷煤步骤中，粉煤采用气力输送方式进行喷入，采用氮气或压缩空气作为载体，固气比设定为10～20(kg/nm3)。8.如权利要求1所述的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，其特征在于，所述粉煤的水分含量小于等于3％，200目筛下物占比大于等于80％，热值大于等于23000j/g；
所述粉煤为烟煤、无烟煤和焦粉中的一种或任意组合；优选地，所述粉煤为烟煤、或者为烟煤和无烟煤的组合、或者为烟煤和焦粉的组合、又或者为烟煤、无烟煤和焦粉三者的组合；优选地，当所述粉煤包括烟煤和无烟煤时，烟煤和无烟煤的重量比为(1-2)：1；当所述粉煤包括烟煤和焦粉时，烟煤和焦粉的重量比为(8:1)～(5:1)。9.如权利要求1所述的采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法，其特征在于，在所述喷煤步骤中，当每小时入炉焦炭量减少至全焦生产时每小时入炉焦炭量的20％及以上时，降低料柱高度或提高烧结块热强度。10.一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼系统，其特征在于，包括铅锌密闭鼓风炉，所述铅锌密闭鼓风炉的下部设置有风口，所述风口内设置有风口水套，所述风口水套内安装有用于将粉煤喷吹到所述铅锌密闭鼓风炉风口回旋区的喷煤枪；所述冶炼系统用于权利要求1-9任一项所述的冶炼方法。

技术总结
本发明公开了一种采用焦炭和煤为燃料的铅锌冶炼方法和冶炼系统，包括密闭鼓风炉炼锌方法的步骤，还包括喷煤步骤：降低入炉焦炭率，减少每小时入炉焦炭量；将粉煤从铅锌密闭鼓风炉的风口喷入所述铅锌密闭鼓风炉。本发明的冶炼方法是一种可同时产出金属铅和金属锌的冶炼方法，其在传统ISP炼锌工艺的基础上，用煤代替部分焦炭，减少焦炭使用量，降低冶炼生产成本。本。本。


技术研发人员：颜永胜 钟勇 张广汉 曾平生 陈爱斌 郑贱林 黄守海 盘樊航 罗铭 刘忠亮 江旭 江新辉 师世宏 刘永富 黄大霜 欧阳坤
受保护的技术使用者：深圳市中金岭南有色金属股份有限公司韶关冶炼厂
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/10/8