CN115786706A - 一种生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法,利用生物质气化设备,将生物质燃料制备成可燃气体,将该可燃气体与预先混入氧气的混合空气通入铅、铋等还原熔炼设备,混合气体为助燃剂,通过控制可燃气体流量满足熔炼工艺所需还原剂量及热量,通过调节助燃气与可燃气的比例控制还原熔炼的氧化‑还原气氛,实现铅、铋还原熔炼去焦冶金工艺变革,降低传统铅、铋等以焦炭为燃料的冶金成本,减少传统铅、铋等以焦炭为燃料的冶金二氧化硫污染物排放量。
Description
技术领域
本发明属于农林废弃物等能源再生利用技术领域,涉及铅、铋等金属还原熔炼技术,尤其涉及一种生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法。
背景技术
生物质燃料是指将生物质材料燃烧作为燃料,一般主要是农林废弃物如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等,主要区别于化石燃料。目前,生物质燃料主要应用于蒸汽锅供热,在冶金领域应用的困难在于其热值较低,难以达到金属熔炼的要求,例如发明专利CN115181597 A公开的一种生物质燃料及其制备方法和在铁矿烧结中的应用通过将生物质在无氧情况下碳化然后与尘泥混合以用于用于铁矿石烧结,但是由于其热值有限,而过低热值的燃料产气量及产出燃气热不能满足原熔炼所需燃气工艺参数,因此必须与焦煤共用,且还是会产生大量灰尘,将生物质燃料制备成可燃气体运用于铅、铋等还原熔炼冶金行业,一方面,托宽了农林废弃物等生物质燃料的应用领域,另一方面,取代了传统铅、铋还原熔炼过程中焦炭使用,降低冶炼成本,同时,因生物质燃料不含硫磷,燃烧时不产生二氧化硫和五氧化二磷,因而不会导致酸雨产生,不污染大气,不污染环境。而传统铅、铋等还原熔炼使用焦炭为燃料,生产成本高,同时焦炭含硫增加烟气二氧化硫排放。
发明内容
基于上述背景现状,为了解决上述技术问题,本发明利用一种生质气化设备将生物质燃料制备成可燃气体并通入铅、铋等还原熔炼设备,不但减少传统铅、铋等还原熔炼过程中二氧化硫和五氧化二磷排放的环境污染风险,同时取代焦炭冶金燃料用量,降低冶金成本。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
一种生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法,包括以下步骤:
S1:可燃气体制备:将生物质燃料转化为制备成温度120-250℃,热值为10-12MJ/m3的生物质燃气作为可燃气体;
S2:还原熔炼:在铅铋还原熔炼设备中加入含铅、铋的入炉原料,将S1得到的可燃气体与含有氧气的助燃气一起通入铅、铋还原熔炼设备,在铅、铋还原熔炼设备内燃烧并对铅、铋进行还原得到铅铋合金;通过控制可燃气体流量满足熔炼工艺所需还原剂量及热量,通过调节助燃气与可燃气体的比例控制还原熔炼的氧化-还原气氛;
S3:将S2得到的铅铋合金经电解工艺得到精铅和铋阳极泥,铋阳极经精炼得得精铋;
S4:收尘:对S2中的烟气经重力收尘器收集重力较大的烟尘后,由布袋除尘器过滤重力较小的烟尘,得到普通烟气和含铅、铋烟尘,将含铅、铋烟尘送入S2中的铅、铋等还原熔炼设备中;普通烟气经净化达标后排放。
进一步的改进,步骤S1的具体步骤如下:
将热值为16-20MJ/kg的生物质燃料送入生物质气化设备,生物质气化设备的底部由炉底鼓风机鼓入空气,与气化炉最下部氧化层的炭充分燃烧,生成二氧化碳及少量炉渣,炉渣由炉底排渣口排除,二氧化碳由下至上与还原层的炭反应生成一氧化碳,一氧化碳与气化炉中上部干馏层及干燥层的产生木煤气及水蒸汽混合成生物质燃气,由炉顶抽风机将可燃气体输送至S2中的还原熔炼炉;可燃气温度通过炉底鼓风量及炉顶引风量进行调节,温度过高时减少鼓风量或同时增加引风量,温度过低时增加鼓风量或同时减少引风量。
进一步的改进,所述生物质燃料包括碎木片、锯木粉;所述生物质气化设备为生物质气化炉;助燃气为空气。
进一步的改进,步骤S3中,电解工艺的电解液含
Pb2+70-130g/l,H2SiF660-100g/l,电解工艺的条件为:电流密度130-180A/m2,电压0.4-0.5V。
进一步的改进,步骤S2中,每投入一吨原料通入180-200Nm3燃体,1200-1300Nm3预混空气,预混空气流量为燃气流量的6-7倍,控制还原熔炼炉风区温度为1050-1150℃,温度过低时加大可燃气体流量,温度过高时减少可燃气体流量,控制还原熔炼炉出口烟气CO浓度为0.015%-0.025%,如CO浓度过高,则增加预混空气流量,如CO浓度过低,需要减少预混空气流量。
进一步的改进,所述S2中,助燃气中的氧气浓度为22%-24%。
进一步的改进,所述S2中将入炉原料的各组分及其配比以重量计为:铅18-25份、铋2-5份、铁18-22份、二氧化硅12-15份、氧化钙8-12份。
其中,根据冶炼原料的成份分析结果,适当补充氧化铁、石英砂(主要成分是二氧化硅)、氧化钙等熔剂。
如铅、铋含量低于下限,单位冶金成本过高,如高于上限最后排出炉含铅、铋升高,直收率下降。铁高于上限会导致炉渣保温效果差,低于下限炉渣流动性变差,二氧化硅高于上限会增加炉渣粘度,不利于排渣,底于下限炉渣保温效差。氧化钙高于上限,炉渣熔点过高,导致冶金成本增加,低于下限,影响铅与炉渣分离效果。
根据炉床面积及原料加入量,通入生物质气化的可燃气体,同时通入预混氧气的混合空氧做助燃剂,控制混合空气(氧浓度为22%-24%),如氧浓度低于下限助燃效果达不到需求,氧浓度高于上限,风口管使用寿命缩短。可燃气体与助燃气体流量控制,要求风口区一氧化碳过剩浓度控制为(2%-5%),如低于下限,还原气氛不足,影响铅、铋金回直收率,如高于上限,造成燃料浪费,增加生产成本。
本发明的有益效果包括以下方面:
1、本发明利用一种生质气化设备将生物质燃料制备成可燃气体并通入铅、铋等还原熔炼设备,拓宽生物质使用领域,同时减少传统铅、铋等以焦炭为燃料的冶金二氧化硫污染物排放量。
2、降低传统铅、铋等以焦炭为燃料的冶金成本,每吨铅生产成本可降低800-1000元,大量减少传统铅、铋等冶金焦炭消耗,为国家实现碳中和、碳达峰目标作出贡献。
附图说明
图1为本发明所述的一种生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本发明,但本发明并不限于此,具体保护范围见权利要求。
实施例1
将120吨经配制后压制成块的入炉原料(水份5.2%、铅20.2%、铋3.6%、铁21.4%、二氧化硅12.3%、氧化钙8.9%),按每小时5吨的加料速度,加入风区面积为4m2的熔炼炉,每小时通入含氧量为23%的混合空气6500Nm3,生物质制备燃气1050Nm3。(每吨原料所需燃气能耗为2310MJ)
产出:铅铋合金24.3吨(含铅83.8%、铋16%),烟尘6.5吨(含铅29%、铋2%),炉渣75吨(含铅0.97%、铋0.1%)。
铅熔炼直收率:88.6%,铋熔炼直收率:94.88%。
实施例2
将128吨经配制后压制成块的入炉原料(水份5.10%、铅21.60%、铋3.22%、铁22.51%、二氧化硅13.70%、氧化钙9.39%),按每小时5.33吨的加料速度,加入风区面积为4m2的熔炼炉,每小时通入含氧量为23%的混合空气6610m3,生物质制备燃气1090m3。
产出:铅铋合金27.8吨(含铅85.1%、铋13.6%),烟尘6.7吨(含铅26%、铋1.8%),炉渣79吨(含铅1.06%、铋0.1%)。
铅熔炼直收率:90.17%,铋熔炼直收率:93.57%。
实施例3
将110吨经配制后压制成块的入炉原料(水份4.6%、铅24.2%、铋4.6%、铁23.45%、二氧化硅12.70%、氧化钙11.5%),按每小时4.58吨的加料速度,加入风区面积为4m2的熔炼炉,每小时通入含氧量为22%的混合空气5960m3,生物质制备燃气960m3。
产出:铅铋合金26.8吨(含铅82.9%、铋16.4%),烟尘5.7吨(含铅28.4%、铋2.3%),炉渣68吨(含铅2.3%、铋0.4%)。
铅熔炼直收率:87.48%,铋熔炼直收率:91.10%。
实施例4
将120吨经配制后压制成块的入炉原料(水份5.2%、铅20.2%、铋3.6%、铁21.4%、二氧化硅12.3%、氧化钙8.9%),按每小时5吨的加料速度,加入风区面积为4m2的熔炼炉,每小时通入含氧量为23%的混合空气6500m3,每小时加入焦炭500公斤。(每吨原料所需焦炭能耗为2840MJ)比用可燃气多消耗530MJ,焦炭含硫0.6%,则每吨原料需多入炉硫量3公斤,产生二氧化硫6公斤,产出每吨铅铋合金多产生29公斤二氧化硫
产出:铅铋合金24.5吨(含铅83.7%、铋15.9%),烟尘6.4吨(含铅27.7%、铋2.1%),炉渣77吨(含铅0.96%、铋0.09%)。
铅熔炼直收率:88.6%,铋熔炼直收率:94.88%。
实施例5
将120吨经配制后压制成块的入炉原料(水份5%、铅16.2%、铋1.9%、铁26.4%、二氧化硅16.2%、氧化钙13.1%),按每小时5吨的加料速度,加入风区面积为4m2的熔炼炉,每小时通入含氧量为23%的混合空气4930Nm3,生物质制备燃气850Nm3。
产出:铅铋合金17吨(含铅88.4%、铋10.2%),烟尘6吨(含铅27.4%、铋0.8%),炉渣84吨(含铅1.4%、铋0.46%)。
铅熔炼直收率:81.37%,铋熔炼直收率:79.72%。
上文所述的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并不是用以限制本发明的保护范围,在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:可燃气体制备:将生物质燃料转化为制备成温度120-250℃,热值为10-12MJ/m3的生物质燃气作为可燃气体;
S2:还原熔炼:在铅铋还原熔炼设备中加入含铅、铋的入炉原料,将S1得到的可燃气体与含有氧气的助燃气一起通入铅、铋还原熔炼设备,在铅、铋还原熔炼设备内燃烧并对铅、铋进行还原得到铅铋合金;通过控制可燃气体流量满足熔炼工艺所需还原剂量及热量,通过调节助燃气与可燃气体的比例控制还原熔炼的氧化-还原气氛;
S3:将S2得到的铅铋合金经电解工艺得到精铅和铋阳极泥,铋阳极经精炼得得精铋;
S4:收尘:对S2中的烟气经重力收尘器收集重力较大的烟尘后,由布袋除尘器过滤重力较小的烟尘,得到普通烟气和含铅、铋烟尘,将含铅、铋烟尘送入S2中的铅、铋等还原熔炼设备中;普通烟气经净化达标后排放。
2.如权利要求1所述的生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法,其特征在于,步骤S1的具体步骤如下:
将热值为16-20MJ/kg的生物质燃料送入生物质气化设备,生物质气化设备的底部由炉底鼓风机鼓入空气,与气化炉最下部氧化层的炭充分燃烧,生成二氧化碳及少量炉渣,炉渣由炉底排渣口排除,二氧化碳由下至上与还原层的炭反应生成一氧化碳,一氧化碳与气化炉中上部干馏层及干燥层的产生木煤气及水蒸汽混合成生物质燃气,由炉顶抽风机将可燃气体输送至S2中的还原熔炼炉;可燃气温度通过炉底鼓风量及炉顶引风量进行调节,温度过高时减少鼓风量或同时增加引风量,温度过低时增加鼓风量或同时减少引风量。
3.如权利要求2所述的生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法,其特征在于,所述生物质燃料包括碎木片、锯木粉;所述生物质气化设备为生物质气化炉;助燃气为空气。
4.如权利要求1所述的生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法,其特征在于,步骤S3中,电解工艺的电解液含Pb2+70-130g/l,H2SiF660-100g/l,电解工艺的条件为:电流密度130-180A/m2,电压0.4-0.5V。
5.如权利要求1所述的生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法,其特征在于,步骤S2中,每投入一吨原料通入180-200Nm3燃体,1200-1300Nm3预混空气,预混空气流量为燃气流量的6-7倍,控制还原熔炼炉风区温度为1050-1150℃,温度过低时加大可燃气体流量,温度过高时减少可燃气体流量,控制还原熔炼炉出口烟气CO浓度为0.015%-0.025%,如CO浓度过高,则增加预混空气流量,如CO浓度过低,需要减少预混空气流量。
6.如权利要求1所述的生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法,其特征在于,所述S2中,助燃气中的氧气浓度为22%-24%。
7.如权利要求1所述的生物质气用于铅、铋等还原熔炼的方法,其特征在于,所述S2中将入炉原料的各组分及其配比以重量计为:铅18-25份、铋2-5份、铁18-22份、二氧化硅12-15份、氧化钙8-12份。
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