[发明专利]一种渣浴碳热还原渣池热补偿方法

说明书

本发明提供了一种渣浴碳热还原渣池热补偿方法，以熔炼炉作为渣浴碳热还原的反应器，在熔炼炉上部空间侧壁设置侧吹氧枪，向熔炼炉上部空间以≥100m/s的速度吹入压力为0.1ˉ0.2MPa的氧气用于燃烧炉气中CO和H₂，以保证炉气持续高温；在熔炼炉渣池侧壁设置上下两层侧吹喷枪，渣池上层的侧吹喷枪内径为100ˉ120mm，以2.0ˉ3.0Nm³/s流量、≥250m/s速度向熔炼炉渣池区域吹入压力为0.4ˉ0.6MPa的氮气用于溅起渣滴群，渣滴群与上部空间高温炉气换热后将热量带回渣池；渣池下层的侧吹喷枪向熔炼炉渣池喷吹煤粉进行还原反应。本发明提供的一种渣浴碳热还原渣池热补偿方法，能够对渣池进行热补偿，且热补偿效果良好，能够保证渣池碳热还原反应持续进行。

技术领域

本发明涉及冶金过程中的热补偿技术领域，特别涉及一种渣浴碳热还原渣池热补偿方法。

背景技术

相比于采用固-固还原或气-固还原从金属氧化物生产金属的方法，渣浴碳热还原受益于熔渣中固体碳对熔融金属氧化物的固-液还原，并受益于渣浴的超大反应界面，使得反应效率得到极大提高。同时，由于渣浴碳热还原是在熔渣池中进行，反应动力学条件良好，且可一步制得液态金属，具有工艺简单、还原率高等优点，被广泛应用于原生金属矿物及冶金二次资源中有价金属的提炼。但渣浴碳热还原工艺仍存在以下问题。

(1)金属氧化物的碳热还原反应为吸热反应，需要消耗大量热量。以铁氧化物还原为例，由氧化铁经碳热还原获得1kg金属铁大约需要吸热1060kJ。因此，随金属氧化物碳热还原吸热反应的不断进行，熔渣池温度会逐渐下降，进而导致还原反应速率降低。为此，需要对渣池进行热补偿。

(2)渣浴碳热还原反应的耗热区域主要包括渣池中的固体碳/熔融金属氧化物界面、熔融金属氧化物/含碳金属液滴界面、以及熔融金属氧化物/还原气体界面，需要不断对熔渣池进行热量补偿才能保证界面处的还原反应持续进行。

(3)渣浴中金属氧化物的碳热还原反应可产生包括CO、CO₂以及少量H₂和H₂O等在内的高温炉气，高温炉气从渣池表面逸出后聚集在其上方区域。充分利用高温炉气所携带的物理热与化学潜热以降低工艺能耗是渣浴碳热还原工艺需要解决的重要问题。

渣池中的碳热还原反应以及固体碳的气化反应如式(1)ˉ(6)所示。其中，除氢气及一氧化碳还原铁氧化物为弱放热反应外(式(3)和(4))，其他的碳还原铁氧化物反应(式(1)和(2))以及固体碳的气化反应(式(5)和(6))均为强吸热反应。

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

(FeO)+C＝[Fe]+CO △H＝121kJ/mol(吸热) (2)

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

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

C+CO₂＝2CO △H＝167kJ/mol(吸热) (5)

C+H₂O＝CO+H₂ △H＝133kJ/mol(吸热) (6)