[發(fā)明專利]一種渣浴碳熱還原渣池?zé)嵫a償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910027768.0
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN109811136B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王楠;陳敏;徐進;徐磊;鄧浩華
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: C22B7/04
• 分類號: C22B7/04;C22B5/10
• 代理公司: 北京中強智尚知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本發(fā)明提供了一種渣浴碳熱還原渣池?zé)嵫a償方法，以熔煉爐作為渣浴碳熱還原的反應(yīng)器，在熔煉爐上部空間側(cè)壁設(shè)置側(cè)吹氧槍，向熔煉爐上部空間以≥100m/s的速度吹入壓力為0.1ˉ0.2MPa的氧氣用于燃燒爐氣中CO和H₂，以保證爐氣持續(xù)高溫；在熔煉爐渣池側(cè)壁設(shè)置上下兩層側(cè)吹噴槍，渣池上層的側(cè)吹噴槍內(nèi)徑為100ˉ120mm，以2.0ˉ3.0Nm³/s流量、≥250m/s速度向熔煉爐渣池區(qū)域吹入壓力為0.4ˉ0.6MPa的氮氣用于濺起渣滴群，渣滴群與上部空間高溫爐氣換熱后將熱量帶回渣池；渣池下層的側(cè)吹噴槍向熔煉爐渣池噴吹煤粉進行還原反應(yīng)。本發(fā)明提供的一種渣浴碳熱還原渣池?zé)嵫a償方法，能夠?qū)υ剡M行熱補償，且熱補償效果良好，能夠保證渣池碳熱還原反應(yīng)持續(xù)進行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金過程中的熱補償技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種渣浴碳熱還原渣池?zé)嵫a償方法。

背景技術(shù)

相比于采用固-固還原或氣-固還原從金屬氧化物生產(chǎn)金屬的方法，渣浴碳熱還原受益于熔渣中固體碳對熔融金屬氧化物的固-液還原，并受益于渣浴的超大反應(yīng)界面，使得反應(yīng)效率得到極大提高。同時，由于渣浴碳熱還原是在熔渣池中進行，反應(yīng)動力學(xué)條件良好，且可一步制得液態(tài)金屬，具有工藝簡單、還原率高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于原生金屬礦物及冶金二次資源中有價金屬的提煉。但渣浴碳熱還原工藝仍存在以下問題。

(1)金屬氧化物的碳熱還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需要消耗大量熱量。以鐵氧化物還原為例，由氧化鐵經(jīng)碳熱還原獲得1kg金屬鐵大約需要吸熱1060kJ。因此，隨金屬氧化物碳熱還原吸熱反應(yīng)的不斷進行，熔渣池溫度會逐漸下降，進而導(dǎo)致還原反應(yīng)速率降低。為此，需要對渣池進行熱補償。

(2)渣浴碳熱還原反應(yīng)的耗熱區(qū)域主要包括渣池中的固體碳/熔融金屬氧化物界面、熔融金屬氧化物/含碳金屬液滴界面、以及熔融金屬氧化物/還原氣體界面，需要不斷對熔渣池進行熱量補償才能保證界面處的還原反應(yīng)持續(xù)進行。

(3)渣浴中金屬氧化物的碳熱還原反應(yīng)可產(chǎn)生包括CO、CO₂以及少量H₂和H₂O等在內(nèi)的高溫爐氣，高溫爐氣從渣池表面逸出后聚集在其上方區(qū)域。充分利用高溫爐氣所攜帶的物理熱與化學(xué)潛熱以降低工藝能耗是渣浴碳熱還原工藝需要解決的重要問題。

渣池中的碳熱還原反應(yīng)以及固體碳的氣化反應(yīng)如式(1)ˉ(6)所示。其中，除氫氣及一氧化碳還原鐵氧化物為弱放熱反應(yīng)外(式(3)和(4))，其他的碳還原鐵氧化物反應(yīng)(式(1)和(2))以及固體碳的氣化反應(yīng)(式(5)和(6))均為強吸熱反應(yīng)。

(FeO)+[C]＝[Fe]+CO △H＝98.5kJ/mol(吸熱) (1)

(FeO)+C＝[Fe]+CO △H＝121kJ/mol(吸熱) (2)

(FeO)+CO＝[Fe]+CO₂ △H＝-49kJ/mol(放熱) (3)

(FeO)+H₂＝[Fe]+H₂O △H＝-14kJ/mol(放熱) (4)

C+CO₂＝2CO △H＝167kJ/mol(吸熱) (5)

C+H₂O＝CO+H₂ △H＝133kJ/mol(吸熱) (6)