一种热还原法冶炼金属的装置和方法

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种热还原法冶炼金属的装置和方法。

背景技术

自然界中金属多以氧化物的形式存在，金属的冶炼主要有三种方法：电解法、热还原法以及热分解法，其中电解法是将电流通过电解质溶液或熔融态电解质(电解液)，在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电化学电池在外加直流电压时可发生电解过程，如金属K、Ca、Na、Mg、Al，电解法成本很高，适用于活泼金属；热分解法是通过加热金属氧化物、碘化物、羰基化合物等使其分解制取纯金属，一般适用于Hg、Ag等不活泼的金属单质提炼；热还原法，利用热还原性强的还原剂把金属从其化合物中还原出来，属于氧化还原反应，遵守得失电子守恒，一般适用于Zn、Fe、Sn、Pb、Cu金属冶炼。

由于热还原法冶炼金属的传统工艺工程中(例如炼铁)，需要对矿粉进行造球或烧结，待烧结矿、球团矿冷却后才装入高炉进行还原，这种工艺存在两大缺点：①造球、烧结需要消耗大量能量；②烧结矿和球团矿与还原剂接触面积反应的动力学条件较差。

因此为了减少工序能耗，还能增大还原剂与矿粉的接触面积，大大改善还原反应的动力学条件，使金属快速还原，提高还原反应的效率，需要对热还原法冶炼金属的工艺进行进一步研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种热还原法冶炼金属的装置；本发明的目的之二在于提供一种热还原法冶炼金属的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种热还原法冶炼金属的装置，所述装置包括冶炼炉1、加热装置2、矿粉喷吹装置3、还原剂喷吹装置4、造渣剂喷吹装置5、金属排出装置6和尾气导出装置7；

所述加热装置2、矿粉喷吹装置3和还原剂喷吹装置4设置于所述冶炼炉1的上部；

所述造渣剂喷吹装置5、金属排出装置6和尾气导出装置7设置于所述冶炼炉1的下部。

优选的，所述矿粉喷吹装置3在冶炼炉1的周向上布置1个以上。

优选的，所述还原剂喷吹装置4在冶炼炉1的周向上布置1个以上。

优选的，所述造渣剂喷吹装置5在冶炼炉1的周向上布置1个以上。

优选的，所述装置还包括尾气除尘装置7和尾气热量回收装置8。

进一步优选的，所述冶炼炉1的下部通过尾气导出装置7依次与尾气除尘装置10和尾气热量回收装置8连接。

进一步优选的，所述冶炼炉1还包括中部设置的隔板9。

2.一种热还原法冶炼金属的方法，所述方法采用上述装置进行，其具体包括如下步骤：

(1)在冶炼炉1上部，通过矿粉喷吹装置3将矿粉罐中的矿粉吹入冶炼炉1中与还原剂喷吹装置4吹入的还原剂在加热装置2的加热状态下反应，反应结束后进入冶炼炉1下部；

(2)步骤(1)中反应形成的金属从金属排出装置6中排除，形成的杂质在造渣剂喷吹装置5吹入的造渣剂作用下形成炉渣；

(3)步骤(1)中反应形成的还原尾气经尾气导出装置7排出。

优选的，所述还原尾气经尾气导出装置7排出后进入尾气除尘装置10处理后在尾气热量回收装置8进行热量回收。

进一步优选的，所述回收的热量可以直接用于矿粉罐中矿粉的加热。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种热还原法冶炼金属的装置和方法，装置中包括冶炼炉1、加热装置2、矿粉喷吹装置3、还原剂喷吹装置4、造渣剂喷吹装置5、金属排出装置6和尾气导出装置7，该装置能够直接将矿粉和还原剂喷入冶炼炉内，在炉内快速加热至还原温度，还原剂与矿粉充分接触发生还原反应，还原金属和渣落入炉底分层，定时排出炉外。采用该装置进行热还原法冶炼金属，不仅可以减少工序能耗，还能增大还原剂与矿粉的接触面积，大大改善还原反应的动力学条件，使金属快速还原，提高还原反应的效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为实施例1中热还原法冶炼金属的装置；

图2为实施例3中进行金属铁的冶炼的工艺流程；

附图标记：1为冶炼炉、2为加热装置、3为矿粉喷吹装置、4为还原剂喷吹装置、5为造渣剂喷吹装置、6为金属排出装置、7为尾气导出装置、8为尾气热量回收装置、9为隔板、10为尾气除尘装置。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

一种热还原法冶炼金属的装置，如图1所示，具体包括冶炼炉1、加热装置2、矿粉喷吹装置3、还原剂喷吹装置4、造渣剂喷吹装置5、金属排出装置6和尾气导出装置7，其中加热装置2、矿粉喷吹装置3和还原剂喷吹装置4设置于冶炼炉1的上部；造渣剂喷吹装置5、金属排出装置6和尾气导出装置7设置于冶炼炉1的下部。

另外矿粉喷吹装置3、还原剂喷吹装置4和造渣剂喷吹装置5均在冶炼炉1的周向上布置1个以上，其中的喷口可以向上倾斜，也可以向下倾斜；各个喷吹装置可以布置在冶炼炉1的一个标高或多个标高上；在于冶炼炉1的高度方向上还原剂喷吹装置4可以低于矿粉喷吹装置3，也可以高于喷吹装置，还原剂喷吹装置4和矿粉喷吹装置3也可以交错布置。

同时冶炼炉1的下部还可以通过尾气导出装置7(尾气导出装置内可以设置成多孔状，也可以设置成孔洞状)依次与尾气除尘装置10和尾气热量回收装置8连接，冶炼炉1还包括中部设置的隔板9。

实施例2

一种采用实施例1中的装置进行热还原法冶炼金属的方法，具体步骤如下：

(1)在冶炼炉1上部，通过矿粉喷吹装置3将矿粉罐中的矿粉吹入冶炼炉1中与还原剂喷吹装置4吹入的还原剂在加热装置2的加热状态下反应，反应结束后进入冶炼炉1下部；

(2)步骤(1)中反应形成的金属从金属排出装置6中排除，形成的杂质在造渣剂喷吹装置5吹入的造渣剂作用下形成炉渣；

(3)步骤(1)中反应形成的还原尾气经尾气导出装置7排出。

其中还原尾气经尾气导出装置7排出后进入尾气除尘装置10处理后在尾气热量回收装置8进行热量回收，回收的热量可以直接用于矿粉罐中矿粉的加热。

实施例3

一种采用实施例1中的装置进行金属铁的冶炼方法，其工艺流程如图2所示，具体步骤如下：

首先，冶炼炉炉内砌耐火砖，用隔板分为上下两部，隔板中有孔，隔板上有耐高温喷涂料，上部属于还原区域(设有铁矿粉喷吹装置、还原剂喷吹装置、炉顶有加热装置电弧)，还原气H

其次，在冶炼炉下部通过造渣剂喷吹装置喷入造渣剂CaO，在冶炼炉下部实现铁水和渣的分层，铁水和渣定时由铁口排出炉外，在冶炼炉下部设有尾气导出装置，在尾气导出装置的出口处还可以设置滤层板用于初步过滤尾气中的粉尘，尾气出来后进入一个耐高温除尘器(尾气除尘装置)，除去尾气中的粉尘，除尘后的尾气接入矿粉罐外表面的尾气热量回收装置进行尾气热量回收，回收的热量可以对铁矿粉进行加热，换热后的低温尾气进入尾气处理系统，将尾气中的水和杂质除去，将尾气中的H

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。