[发明专利]一种电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法和装置

说明书

本发明公开的一种电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法及装置，其特征是，在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中插入电极和通入含氧助燃气体，电极通电和可燃燃料燃烧提供所述矿物冶炼需要的热量；或者在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中通入含氧助燃气体，可燃燃料燃烧提供矿物冶炼需要的热量。本发明可以使电热法电炉冶炼矿物的部分或全部电能消耗替代为燃料燃烧提供热量，因此可以节约大量的电能消耗，同时产生比电热法更多的更高品质的含一氧化碳炉气。

技术领域

本发明涉及电热法(电弧法)电炉矿物冶炼技术领域,特别涉及一种电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法和装置。

背景技术

在当今国民生产用电各部门中，部分是用电作热源。根据所使用的功率来看，以电热装置为首。而电热装置中又以熔炼电石的电炉功率比较大。目前最大的电石炉容量已经达到75000～84000千伏安甚至更大。

电炉可分为电弧炉、电阻炉和感应电炉。电弧炉是利用电弧发生的热来进行加热的装置，这种电炉主要用于熔炼黑色金属、有色金属、各种铁合金以及制造电石和黄磷等。目前工业生产的电石炉全部为电弧法电石炉。其中间接电弧炉大多用于熔炼有色金属，直接电弧炉主要用于熔炼钢及可锻铸铁，闭弧式电弧炉也叫电阻电弧炉，但按本身构造更接近于电弧炉而距电阻炉较远，主要用于熔炼铁合金、制造电石、黄磷和其他产品。

以下简述电炉容量最大的电石炉技术发展和氧热法技术发展过程。

目前的工业电石生产技术发明于1892年，是氧化钙和焦炭在电弧产生的高温下(2000℃以上)反应生成熔融态碳化钙(CaC₂)，反应方程式如下所示：

CaO+3C＝＝CaC₂+CO(g)-465.2kJ·mol^-1

电石生产温度很高、反应吸热量很大，因此电弧法电石电耗很高，工业生产1t纯电石耗电3800kW·h以上。早期的电石生产使用廉价的水电，能耗不是问题。当今全球的水电比例持续降低，2015年全国水电发电量约1.1万亿千瓦时，占全国发电量的19.4％；2018年第一季度中国水电仅占全部发电量的13％左右，而煤电占比为75％左右，因此目前电石生产基本依赖煤电。

全球电石产量在1965年达到顶峰，随后由于石油的大量发现和低廉的价格，电石乙炔路线的作用逐渐减小，电石产量逐年下降。我国由于以煤为主的特殊能源结构，电石产量在进入21世纪后逐年上升，2012年约为1800万吨，2018 年预计达2800万吨，而产能接近5000万吨。电石工厂开工不足的主要原因是成本，主要原材料价格居高不下，例如电价、焦炭价格等，造成电石价格处于高位，由此也造成采用电石乙炔为原料的生产PVC、PVA和BDO等产品的工厂停产或开工不足。

另一个电炉高能耗产品是黄磷生产，虽然产能没有电石大，但是黄磷的单位产品电耗极大。

世界上电炉法制磷的工业化装置始于1896年，1927年德国彼斯特里茨(piesritz)4台10000kVA制磷电炉建成投产，为发展黄磷工业打下了良好基础。至20世纪50～70年代美国、前苏联、德国、荷兰、加拿大等建设大型制磷电炉装置,电炉容量达50000～90000kVA。70年代美国的黄磷生产能力达740kt/a。前苏联水电资源丰富,曾大力发展黄磷工业，至20世纪80年代4个企业曾建成 34套大型电炉制磷装置，黄磷生产能力达790kt/a，居当时世界黄磷生产首位。近年来，随着世界各国能源供应紧张，电价上涨，环保要求不断提高，国外黄磷生产规模和产量逐年下降。

近十几年来中国黄磷工业得到迅猛发展，2017年我国黄磷的产能和产量分别为195万吨、77万吨，但产能利用率仅为39.5％。