CN110317946A - 一种微波流态化焙烧闪锌矿的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微波流态化焙烧闪锌矿的装置与方法，属于有色金属冶炼技术领域。所述的装置包括螺旋进料器、微波加热功率控制器、磁控管、保温壁、流量控制器、保护性气体存储罐、富氧空气存储罐、气体分布板、物料收集器、出料口阀门、汽化冷却排热管、微波炉腔体、排气口、粉尘回收装置、热电偶、测温仪、微波导管、进料斗。一种微波流态化焙烧闪锌矿的方法，步骤如下：（1）将闪锌矿连续给入微波炉腔体中；（2）向腔体中通入气体，使闪锌矿处于流化状态；（3）开启微波，调节微波功率大小；（4）闪锌矿温度到达反应温度后，进行焙烧反应；（5）反应结束后降至室温，得到焙砂。本发明装置操作简便，矿物单体解离度高，物料不烧结。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波流态化焙烧闪锌矿的装置与方法，属于有色金属冶炼技术领域。
背景技术
现代锌的冶炼方法可分为两大类，即火法炼锌和湿法炼锌。火法炼锌和湿法炼锌都要先将闪锌矿进行焙烧。传统氧化焙烧实验设备维修耗费大且设备维修用时长；焙烧矿物品位低；烟气中SO2的浓度低。国内炼锌企业使用的焙烧炉以鲁奇式沸腾炉为主，沸腾焙烧存在烟尘率高（可达80-90%）、能耗高、污染环境等问题。反射炉焙烧工艺反射炉的热利用率不高、劳动强度大、生产条件差、能耗高。常规的流态化焙烧，在焙烧含硫低矿石时，需要添加煤等燃料、不易低温焙烧。传统焙烧工艺由于物料相对静止不动，外部物料与周围环境进行热交换的同时，物料内部能量过高不能及时传导出来，因此，常常导致内部物料烧结而周边物料未反应完全的现象。本发明采用微波流态化焙烧，解决了传统焙烧工艺存在的焙烧不均匀的问题。此外，微波流态化焙烧操作简便、能耗低、生产效率高、环境友好、产品品位高。
闪锌矿具有较高的介电常数，因此采用微波加热升温速率快、加热效率高。通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热物料。由于微波能够选择性的加热有用矿物而不加热脉石矿物，因此物料中介电常数较高的有用矿物如硫化矿和氧化矿会在较短时间内被加热到极高的温度。有用矿物和脉石矿物的吸波特性存在很大的差异，使得矿物结合面产生内应力形成裂纹和裂缝，或是晶体间缝隙扩展变宽，促进矿物单体解离，有利于后续湿法浸出过程中浸出剂的渗入，加强液固反应，使得浸出时间大大缩短，浸出率高。流化反应是一种利用气体或液体通过固体颗粒而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应或液固相反应的过程。流态化焙烧具有节约能源、反应速度快、污染程度低、设备简单，操作简便等优点。
专利公开号为CN201463542U公开了一种间断式微波沸腾焙烧装置，其微波腔体固定在支撑架上，石英管位于微波腔体中，石英管上部和底部固定密封，炉膛顶部设有加料口、排烟口、热电偶，炉膛底部与微波腔体连通，风室与热风炉连通并与高度可调支架连接，且可随支架的连接部同步上下移动，气体分布板位于石英管底座和风室之间。该设备采用微波沸腾焙烧，无添加剂、助燃剂等辅助燃料，适用范围广，节约能源。但是该设备未设置出料口，因此，焙烧完成后，关闭微波后要先卸下风室与固定脚的连接，然后调整高度可调支架放出烧好的物料，操作繁琐。
微波流态化焙烧与传统焙烧方式相比，具有以下特点：（1）选择性加热、加热效率高、升温速率快、整体性加热；（2）清洁无污染、高效低耗；（3）工艺简单、操作简便、随开随停；（4）流态化焙烧，解决焙烧过程中存在的焙烧不均匀的问题；（5）使用微波加热，解决传统焙烧含硫低矿石时，需要添加煤等燃料、不易低温焙烧的问题。
本发明使用的闪锌矿为黑色粉末状固体，其中硫含量较高，后续生成产品较困难，所以在生成氧化锌的同时脱除其中的硫含量对后续锌系列产品具有重要的意义。
发明内容
本发明微波流态化焙烧闪锌矿的装置包括螺旋进料器（1）、微波加热功率控制器（2）、磁控管（3）、保温壁（4） 、流量控制器（5）、保护性气体存储罐（6）、富氧空气存储罐（7）、流量控制器（8）、气体分布板（9）、物料收集器（10）、出料口阀门（11）、汽化冷却排热管（12）、微波炉腔体（13）、排气口（14）、粉尘回收装置（15）、热电偶（16）、测温仪（17）、微波导管（18）、进料斗（19）。其中，流化态微波焙烧装置的微波频率为2450MHz，进料斗（19）连接螺旋进料器（1），螺旋进料器（1）内有螺旋搅拌叶，可将物料连续给入微波炉腔体（13）中。微波炉腔体（13）外设有保温砖（4），用于维持腔体内温度，气体存储罐通过管道与装置底部的通孔连接，气体穿过气体分布板（9）进入微波流化腔体（13），装置一侧连接汽化冷却排热管（12），用于排出多余热量，磁控管（3）通过导线与微波加热功率控制器（2）相连，用于实时调节微波功率，热电偶（16）通过导线与数显测温仪（17）连接，可实时显示闪锌矿的温度，微波导管（18）将微波导入反应腔体中，微波腔体顶部设有排气口（14），烟气经排气口（14）通过管道进入粉尘回收装置（15），微波流化腔体（13）底部连接阀门和出料口（11），调节阀门开关可控制物料出料速度和时间。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：流化反应腔体的材质为能全反射微波的材料，如不锈钢。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：所述微波炉腔体两侧设有均匀的磁控管（可设1~8根），每根磁控管的功率为1.5 kW，共12 kW，磁控管发出的微波通过微波导管导入反应腔体。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：保温壁是由硅酸铝制成的保温材料，保温壁内表面用透波耐火浇注料浇注而成。
本发明微波流态化焙烧闪锌矿装置可通类似于氮气、氩气等保护性气体。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：气体分布板由云母片或高纯石英制成。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：冷却排热管用耐热耐磨材料制造。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：热电偶的测温范围为0~1400℃。
一种微波流态化焙烧闪锌矿的方法按以下步骤进行：
1、将低品位闪锌矿破碎并磨细制成锌矿粉，然后通过进料斗加入螺旋进料器，在螺旋搅拌叶的作用下连续给入微波炉腔体中；
2、打开氧化性气体存储罐的阀门，调节气体流量控制器，向反应腔体中通入氧化性气体，经排气口排出，使闪锌矿处于流化状态；
3、开启电源，磁控管发出微波，通过微波加热功率控制器调节微波功率大小，微波通过波导传入微波流化腔体，加热闪锌矿，通过热电偶实时监测闪锌矿温度；
4、当闪锌矿温度升至反应温度后，在谐振腔体中保持设定的温度和时间，进行流化焙烧反应；
5、反应结束后停止通入氧化性气体，关闭微波，待闪锌矿降至室温，打开排料口阀门，物料排出，得到锌焙砂。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：上述步骤1中，研磨破碎后的闪锌矿取粒度范围为80~200目为以重量计90%以上，闪锌矿的品位为20~60%。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：上述步骤2中，氧化性气体为氧气含量为25%~28%的富氧空气。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：上述步骤2中，控制气体流量为1~1.5m3/h。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：上述步骤2中，经排气口排出的气体可回收后送硫酸厂制酸。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：上述步骤3中，微波功率为0~12 kW，微波频率为915 MHz 或2450MHz。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：上述步骤4中，升温速率为30~100℃/min。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：上述步骤4中，微波流态化焙烧闪锌矿的温度为800~1100℃，保温时间为3~20min。
下面将更详细的描述本发明。
在本发明中，若物料粒度小于80目，则物料颗粒偏大，加入过大的颗粒会发生沉底现象，堵住风帽，不利于闪锌矿流化焙烧，使焙烧不均匀；如果物料粒度大于200目，则物料颗粒偏小，流化剧烈，会使闪锌矿扩散到仪器器件中，损坏仪器。故闪锌矿粒度在80~200目是合理的。
所述闪锌矿从微波流化反应腔体的上部进，下部出，通过微波流化反应腔体时被微波加热氧化焙烧。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的空气流量为1.0~1.5 m3/h。增大气流速度，气流紊流度增加，有利于气体扩散。气流速度过低，闪锌矿不能很好地成为流化态。气流速度过高，则会使闪锌矿流化剧烈，不利于闪锌矿焙烧。
所述的流态化焙烧闪锌矿增加气流中氧的浓度，有利于O2向ZnS颗粒表面扩散，加速氧化反应。
所述的流态化焙烧闪锌矿的保温时间，如果保温时间小于3min，则会导致物料未反应完全。如果保温时间大于20min，则物料早已反应完全，过多的时间会造成不必要的能量损耗。因此，微波流态化焙烧闪锌矿的最佳时间为3~20min。
本发明的有益效果是：
1、本方法采用微波直接焙烧闪锌矿制备氧化锌，工艺流程短、操作简单、设备占地面积小、加热过程中不会产生有毒有害物质污染环境；
2、微波具有独特的“体加热”性质，其加热不是由表及里的传热，而是跟据微波在矿物内部的能量耗散直接加热矿物，使物料整体均匀受热，不产生温度梯度；
3、选择性加热物料，加热效率高，升温速率快。当用微波辐照矿物时，因为矿石组成成分不相同，化学性质也就不一样，所以在微波场中的升温速率也就不一样，因此不同的矿物会被加热到不同的温度。微波可以选择性地加热绝大部分有用矿物，不加热脉石矿物，因而可以降低能耗节约成本。
附图说明
图一为本发明微波流态化焙烧闪锌矿的装置结构示意图。
图1中：1、螺旋进料器，2、微波加热功率控制器，3、磁控管，4、保温壁， 5、流量控制器，6、保护性气体存储罐，7、富氧空气存储罐，8、流量控制器,9、气体分布板，10、物料收集器，11、出料口阀门，12、汽化冷却排热管，13、微波炉腔体，14、排气口，15、粉尘回收装置，16、热电偶，17、测温仪，18、微波导管，19、进料斗。
图 2 是图 1 中的流化床反应器中的气体分布板的局部示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案，对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明微波流态化焙烧闪锌矿的装置如图1所示，包括螺旋进料器（1）、微波加热功率控制器（2）、磁控管（3）、保温壁（4） 、流量控制器（5）、保护性气体存储罐（6）、富氧空气存储罐（7）、流量控制器（8）、气体分布板（9）、物料收集器（10）、出料口阀门（11）、汽化冷却排热管（12）、微波炉腔体（13）、排气口（14）、粉尘回收装置（15）、热电偶（16）、测温仪（17）、微波导管（18）、进料斗（19）。其中，流化态微波焙烧装置的微波频率为2450MHz，进料斗（19）连接螺旋进料器（1），螺旋进料器（1）内有螺旋搅拌叶，可将物料连续给入微波炉腔体（13）中。微波炉腔体（13）外设有保温砖（4），用于维持腔体内温度，气体存储罐通过管道与装置底部的通孔连接，气体穿过气体分布板（9）进入微波流化腔体（13），装置一侧连接汽化冷却排热管（12），用于排出多余热量，磁控管（3）通过导线与微波加热功率控制器（2）相连，用于实时调节微波功率，热电偶（16）通过导线与数显测温仪（17）连接，可实时显示闪锌矿的温度，微波导管（18）将微波导入反应腔体中，微波腔体顶部设有排气口（14），烟气经排气口（14）通过管道进入粉尘回收装置（15），微波流化腔体（13）底部连接阀门和出料口（11），调节阀门开关可控制物料出料速度和时间。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：所述的反应装置上端开设有连通螺旋进料器的进料口，螺旋进料器内有螺旋搅拌叶，可将物料连续给入微波炉腔体中。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：所述反应器设有伸入反应腔的热电偶，热电偶通过导线连接数显测温仪，可实时监测闪锌矿温度。
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：所述微波炉腔体外设有均匀的磁控管，微波功率为0~12 kW，连续可调。
将复杂低品位闪锌矿破碎至粒径为100目的部分占总质量的80%，制成锌矿粉，将锌矿粉由进料口通过螺旋进料器连续给入微波流态化腔体中。
打开氧化性气体存储罐的阀门，向反应腔体中通入26%的富氧空气，调节气体流量控制器，将空气流量控制在1m3/h，经排气口排出，使闪锌矿处于流化状态。
开启电源，磁控管发出微波，通过微波加热功率控制器调节微波功率为6 kW，微波频率为2450MHz，微波通过波导传入微波流化腔体，加热闪锌矿，通过热电偶实时监测闪锌矿温度。
控制升温速率为60℃/min，当闪锌矿温度升至900℃后，在谐振腔体中流化焙烧3min。
反应结束后停止通入氧化性气体，关闭微波，待闪锌矿降至室温，打开排料口阀门，物料排出，得到锌焙砂，闪锌矿焙烧的脱硫率可达85%以上。
实施例2
装置结构同实施例1。
将复杂低品位闪锌矿破碎至粒径为150目的部分占总质量的80%，制成锌矿粉，将锌矿粉由进料口通过螺旋进料器连续给入微波流态化腔体中。
打开氧化性气体存储罐的阀门，向反应腔体中通入27%的富氧空气，调节气体流量控制器，将空气流量控制在1.2m3/h，经排气口排出，使闪锌矿处于流化状态。
开启电源，磁控管发出微波，通过微波加热功率控制器调节微波功率为9kW，微波频率为2450MHz，微波通过波导传入微波流化腔体，加热闪锌矿，通过热电偶实时监测闪锌矿温度。
控制升温速率为80℃/min，当闪锌矿温度升至1000℃后，在谐振腔体中流化焙烧10min。
反应结束后停止通入氧化性气体，关闭微波，待闪锌矿降至室温，打开排料口阀门，物料排出，得到锌焙砂，闪锌矿焙烧的脱硫率可达90%以上。
实施例3
装置结构同实施例1。
将复杂低品位闪锌矿破碎至粒径为200目的部分占总质量的80%，制成锌矿粉，将锌矿粉由进料口通过螺旋进料器连续给入微波流态化腔体中。
打开氧化性气体存储罐的阀门，向反应腔体中通入28%的富氧空气，调节气体流量控制器，将空气流量控制在1.5m3/h，经排气口排出，使闪锌矿处于流化状态。
开启电源，磁控管发出微波，通过微波加热功率控制器调节微波功率为9 kW，微波频率为2450MHz，微波通过波导传入微波流化腔体，加热闪锌矿，通过热电偶实时监测闪锌矿温度。
从室温以60℃/min速率快速升温至1100℃，达到微波加热温度后，保温20min。
反应结束后停止通入氧化性气体，关闭微波，待闪锌矿降至室温，打开排料口阀门，物料排出，得到锌焙砂，闪锌矿焙烧的脱硫率可达90%以上。
Claims (13)
1.一种微波流态化焙烧闪锌矿的装置与方法，其特征在于具体步骤如下：
所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置包括螺旋进料器（1）、微波加热功率控制器（2）、磁控管（3）、保温壁（4） 、流量控制器（5）、保护性气体存储罐（6）、富氧空气存储罐（7）、流量控制器（8）、气体分布板（9）、物料收集器（10）、出料口阀门（11）、汽化冷却排热管（12）、微波炉腔体（13）、排气口（14）、粉尘回收装置（15）、热电偶（16）、测温仪（17）、微波导管（18）、进料斗（19）。其中，流化态微波焙烧装置的微波频率为2450MHz，进料斗（19）连接螺旋进料器（1），螺旋进料器（1）内有螺旋搅拌叶，可将物料连续给入微波炉腔体（13）中。微波炉腔体（13）外设有保温砖（4），用于维持腔体内温度，气体存储罐通过管道与装置底部的通孔连接，气体穿过气体分布板（9）进入微波流化腔体（13），装置一侧连接汽化冷却排热管（12），用于排出多余热量，磁控管（3）通过导线与微波加热功率控制器（2）相连，用于实时调节微波功率，热电偶（16）通过导线与数显测温仪（17）连接，可实时显示闪锌矿的温度，微波导管（18）将微波导入反应腔体中，微波腔体顶部设有排气口（14），烟气经排气口（14）通过管道进入粉尘回收装置（15），微波流化腔体（13）底部连接阀门和出料口（11），调节阀门开关可控制物料出料速度和时间。
2.根据权利要求1所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：所述的反应装置上端开设有连通螺旋进料器的进料口，螺旋进料器内有螺旋搅拌叶，可将物料连续给入微波炉腔体中。
3.根据权利要求1所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：所述反应器设有伸入反应腔的热电偶，热电偶通过导线连接数显测温仪，可实时监测闪锌矿温度。
4.根据权利要求1所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：所述微波炉腔体外设有均匀排布的磁控管，微波功率为0~12 kW，微波频率为915或2450MHz。
5.根据权利要求1所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：气体分布板由风帽、花板和耐火衬垫构成。分布板采用格栅式空气分布板结构，制成1~2m2的块状，以供拼装。
6.根据权利要求1所述的微波流态化焙烧闪锌矿的装置，其特征在于：气体分布板上铺有一层耐火材料。气流通过气体分布板上的孔眼，进入微波流化腔体使物料处于流化状态。
7.本发明微波流态化焙烧闪锌矿流态化炉墙上设有插入流态化床内4~8组汽化冷却排热管，该管即排走了热量，又以蒸汽的形式回收余热。
8.一种微波流态化焙烧闪锌矿的方法，按以下步骤进行：（1）首先将破碎研磨后的闪锌矿通过进料斗加入螺旋进料器，在螺旋搅拌叶的作用下连续给入微波炉腔体中；（2）向反应腔体中通入氧化性气体，使闪锌矿处于流化状态；（3）开启微波，通过微波加热功率控制器调节微波功率大小；（4）当闪锌矿温度升至反应温度后，在谐振腔体中保持设定的温度（800~1100℃）和时间（3min-20min），进行流化焙烧反应；（5）反应结束后降至室温，打开排料口阀门，物料排出，得到锌焙砂。
9.根据权利要求8所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：所述步骤（1）中研磨后的闪锌矿的粒度为80~200目。
10.根据权利要求8所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：所述步骤（2）中富氧空气采用25%~28%O2。
11.根据权利要求8所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：所述步骤（2）中流化焙烧的空气流量为1.0~1.5m3/h。
12.根据权利要求8所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：所述步骤（3）中微波频率为915 MHz或2450MHz。
13.根据权利要求8所述的微波流态化焙烧闪锌矿的方法，其特征在于：所述步骤（4）中微波流态化焙烧的温度为800~1100℃，反应时间为3~20min。
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