专利名称：提取锌的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从一含锌原料中提取锌的方法和方法实施该方法的装置。本发明特别适合于从含有一或多种铁氧化物和锌氧化物的原料，例如电弧炉(EAF)的炉灰中提取锌。以下讨论将集中于从电弧炉炉灰中提取锌，当然易于理解的是本发明不限于这种应用。在本发明对电弧炉炉灰的应用中，也同样能较好地提取铁和铅提。
背景技术：
电弧炉技术对于全球钢铁生产的意义正在变得越来越重要。然而，EAF技术的缺陷是，产生大量EAF炉灰作为副产物。每吨钢形成大约15-20kg的EAF炉灰，这意味着全球每年形成有数百万吨EAF炉灰。它被视为一种有毒废弃物，它们的安全处理因此也成了问题。在一些管辖范围，EAF炉灰填埋或类似处理是被禁止的，因此迫切需求处理这些炉灰成为可再生的成分，或者安全处理。此外，已知电弧炉炉灰包括主要成分的铁和锌，以及少量成分的铅和其他具有重要经济价值的元素，它是潜在的可被商业充分利用的资源。根据提取后的可达到的纯度，锌尤其可循环用于各种用途。
欧洲专利公开号174641涉及从电弧炉炉灰中回收锌和铁。所公开的方法涉及将炉灰与焦碳进行制粒作为一固体含碳原料，在竖式炉内预热颗粒物，之后将预热的颗粒物和另外的还原剂转移至一感应炉，颗粒物在其中被融化。锌和铅以蒸汽从感应炉中回收，并冷凝为粗的锌和铅金属，而生铁和生铅在感应炉中作为熔融相分离。
欧洲专利公开号745692也涉及锌回收，但是是从更多种灰如EAF炉灰中回收。其基本点也是锌或者铅的还原、蒸发以及冷凝，但没有制粒或分离的预热阶段。该处理炉处于基本真空下，并且处理温度在750℃左右，即，远低于铁的熔点但足够蒸发锌。
在国际专利公开号WO 91/09977所揭示的方法中，锌蒸汽从熔化炉中回收，其中电弧炉炉灰熔化在一定比例的混合物中，该混合物包括炉灰、作为含碳原料还原剂的煤和形成助熔剂的炉渣。所述的锌蒸汽冷凝形成锌金属。
澳大利亚专利703821揭示一种用于还原金属氧化细粉并且从中生产金属的方法，在该方法中细粉在与诸如褐煤或泥煤的含碳原料的复合物中制粒，并在还原气氛中预热以还原金属氧化物，然后，在另一室中，处理被还原的原料，以产生含有熔化金属的相。适合实施此方法的蒸馏甑设备在国际专利公开号WO01/38455中被揭示。
很清楚，需要一种有效且安全的手段用于处理电弧炉炉灰，还实现了电弧炉炉灰的至少一部分的可提取价值。
发明概述根据本发明，提供了从含有一或多种铁氧化物和锌氧化物的原料中提取锌的方法，所述的方法包含(a)在包含还原气氛的还原区域中，在不足以熔化原料中铁的温度，但在足以从所述含碳原料形成还原剂并且还原一预定数量的锌氧化物为锌蒸汽的温度和时间下，加热所述原料和含碳原料的复合物；(b)收集所述的锌蒸汽并冷却，形成液态或固态锌。
较佳的，该方法进一步包括(c)控制所述锌蒸汽，以基本防止过早重新冷凝或使其最小。
较佳的，本方法包括(d)还原预定量的所述铁氧化物；(e)进一步加热已从中收集了锌蒸汽的被还原的原料，至足以熔化其中的铁的温度；以及(f)回收并冷却熔化的铁。
从所述的进一步加热中产生的废热和/或加热过的气体宜在形成锌蒸汽时使用。
在一有利的排列中，控制所述锌蒸汽以基本上防止过早重新冷凝或使其最小的步骤包括在所述还原区域中提供气流，以驱使所述锌蒸汽离开所述还原区域。优选，气流在所述还原区域内的一般是向下，而所述的锌蒸汽由所述的气体流从还原区域侧向驱动。
各加热步骤(a)和(e)宜在不同的加热室中进行。
在本发明的具有优势的应用中，含有一或多种铁氧化物和锌氧化物的原料是电弧炉(EAF)炉灰，尽管其他含锌物质如锌工厂的残渣可由该方法处理。如先前所提示的，EAF炉灰是通过EAF技术的钢生产的废的副产物，并且产生自挥发性金属的汽化，尤其是锌和铅的汽化，它们随后被氧化和提取为细的粉尘。EAF炉灰主要包含氧化物、复合铁氧化物和氯化物的混合物，并可能包含许多不同的元素，主要是铁、锌、钙、硅、铅、铜、锰、铬和镉。
虽然本发明主要涉及从含锌的铁氧化物原料中提取锌提，它也能够扩展到存在于含锌原料中的其他金属的提取。那些其他金属的氧化物应能被来自含碳原料的还原剂还原。当含锌原料是EAF炉灰时，其他可以被提取的金属包括铁、铅和锰。
本发明方法中使用的含碳原料较佳的选择具有高比表面积和小粒度，用于提高还原剂的化学活性。
较佳的含碳原料是被细粉碎的褐煤或泥煤，这是因为它们的蜂窝结构可以导致高的化学活性。由于使用低级别煤或泥煤的成本低，使用低级别煤或泥煤代替高级别的煤在经济上是有利的。褐煤或泥煤也具有所需的物理特性，特别是它们在机械剪切下的可塑性能力，能够制备通过挤出形成的粘结颗粒。不希望被一具体的形成机理所限制，可以相信的是剪切使褐煤或泥煤颗粒磨损，导致在该结构中细分散的水转变成整体液相，而存在于棕煤中的酚环的聚合使煤或泥煤变得潮湿和可塑性。剪切也产生了大量的新裂开的煤的表面，因而使煤/泥煤颗粒与金属氧化物颗粒的物理结合最大化，并因此提高了还原反应速率。
或者，含碳原料可以包含高级别煤或一些其他细粉碎的活性碳原料，例如锯屑。在这种情况下，有必要在含锌氧化物的原料和含碳原料的混合物中加入粘合剂和/或水，以产生能例如通过挤出形成颗粒的粘性体。
较佳的，该方法进一步包括通过将含碳原料与含有一种或多种铁氧化物和锌氧化物的原料混合，形成组合物，产生粘性体，并挤压该粘性体从而产生复合物。
无论含碳原料的类型是什么，都需要添加额外的水至混合物，以产生要求的粘性体的稠度。
较佳的，该组合物是颗粒状的，更佳的，该颗粒状物通过挤出粘性体而形成。
含碳原料和含锌氧化物原料的相对量将根据所需要的最终结果变化。在复合物中的含碳原料的数量较佳的是使得在加热步骤中被燃烧时，含碳原料提供至少足够用于其碳化并且用于在处理过的含有一种或多种铁氧化物和锌氧化物的原料中还原锌和铁氧化物以及，如果回收的话，铅氧化物的热量。
通常，本发明的方法的加热步骤(a)在炉子的室室中进行，而还原反应较佳地主要在锌的沸点(907℃)时发生。
锌的蒸发是将锌与含锌原料中存在的其他元素分离的有效方法，尤其是该材料包含电弧炉炉灰时。在后一种情况，锌的沸点明显低于存在于电弧炉炉灰中的其他金属，特别是铁(3000℃)和铅(1515℃)。
在本发明方法的步骤(b)中，收集还原反应产生的锌蒸汽并冷却，较好的形成锌金属。通常，锌蒸汽被导入一冷凝器并在冷凝器中冷却，形成锌金属。
电弧炉炉灰和褐煤通常含有难熔物质，如氧化硅、氧化铝以及钙和镁的氧化物，以及硫。为了减少或去除这些杂质，非常需要受控供应一种助熔剂或其前体，以在进一步加热步骤(e)中形成基本的炉渣，并促使发生脱硫反应。如果助熔剂加进该复合物中，它可以单独地较好以粉末形式加到复合物中，或者它也可以与形成复合物的含锌和铁氧化物的原料以及含碳原料混合，使随后形成的复合物自熔化。或者，在混合物中加入如未经煅烧的石灰石或菱镁矿的助熔剂前体。后来形成的复合物的还原反应中，助熔剂前体经过煅烧而形成助熔剂。在未煅烧石灰石的情况，在还原反应步骤中经过煅烧而形成石灰。在复合物中添加未经煅烧的石灰石是有利的，因为为未煅烧的石灰石比石灰便宜，因此能更经济合理地制备这种组合物。所述助熔剂或助熔剂前体可以包含钙或镁的氧化物或氢氧化物或碳酸盐，如碳酸钙(CaCO3)或碳酸镁(MgCO3)。
当含锌氧化物的原料还包含除锌元素以外的其他元素时，本发明的方法是将锌与其他元素分离的有效方法。在电弧炉炉灰的情况，本发明的方法能有效地分离锌与其他金属，尤其是铁和铅。
在本发明处理电弧炉炉灰的实施方式中，从含碳原料形成的还原剂还可以还原复合物中的其他金属氧化物，如铁氧化物和铅氧化物。这种锌、铁和铅的还原方法可以根据前面述及的澳大利亚专利NO.703821中的金属还原方法进行，此专利全文参考结合于此。AU 703821特别涉及使用存在于含碳原料和铁氧化物的复合颗粒中的含碳原料形成的还原剂来还原铁氧化物，并且所述含碳原料为所还原金属的熔化提供燃料，还为还原金属氧化物提供还原剂。
在包括步骤(e)的较佳的发明方法中通过使用电弧炉炉灰而形成的熔化金属相包括除熔融铁以外的其他金属，诸如熔化铅，其熔点相对较低，为327℃。此外，因为熔融铅比熔融铁的密度高，因此熔融铅在熔化金属中所处位置比熔融铁低。这种特点能够使铅与铁分离，例如通过位于铅/铁界面之下的出口使熔化铅流出。
本发明还提供一种从含有一种或多种铁氧化物和锌氧化物的原料中提取锌的设备，该设备包括第一炉室，用于接收包括所述原料和含碳原料的复合物，该炉室限定一还原区域，在其中所述复合物在不足以熔化原料中铁的温度，但足以从所述的含碳原料形成一种还原剂并且将预定量的锌氧化物还原为锌蒸汽的温度下加热足够时间；从第一炉室收集所述锌蒸汽的装置；以及接收所述收集到的锌蒸汽，冷却形成液态或固态锌的装置。
能有利地控制所述锌蒸汽，以基本防止过早重冷凝或使其最小的装置。
较佳地，该设备还包括第二炉室，与所述第一炉室连通，用于从中接收还原的材料，所述锌蒸汽已从其中收集；加热装置，用于进一步加热在第二炉室的接收的原料至足以熔化其中的铁的温度；以及用于回收和冷却熔融铁的装置。
较佳地，第一和第二炉室排列为使得所述进一步加热产生的废热和/加热的气体用于在第一炉室中形成锌蒸汽。
有利的，用于控制锌蒸汽的装置包括与第一炉室结合的装置，从而将锌蒸汽从还原区排出。
第一炉室较佳地可加热到至少足以使至少一部分含碳原料转换为易燃气体并能将锌氧化物还原为锌的温度。同样较佳的，该炉室包括一位于其内部的耐热容器，用于接收复合物。在这种排列中，气体导管较佳地从耐热容器延伸至加热该炉的气体燃烧器。一旦加热装置已经将炉和反应物混合物加热至所需的温度，一氧化碳和其他的易燃气体从反应物中产生并通过气体导管进入气体燃烧器。炉加热装置和气体燃烧器可以是一个，并且可以有相同的，或不同的特征。一旦开始产生易燃气体，气体燃烧器可被点燃，而加热装置(如果是不同特征)关闭。然后，气体燃烧器用于将炉内温度维持在所要求的温度。
锌蒸汽的出口一般是在第一炉室的侧壁上，以包括锌蒸汽收集装置或为该装置的一部分，锌冷凝器有利地通过高出口与第一炉室相通。在还原过程期间产生的锌蒸汽通过该出口进入冷凝器，在冷凝器中收集并冷却形成锌金属。
冷凝器可以是与炉子出口相通的任何适合的容器。在操作中，冷凝器温度保持低于锌沸点，使锌可以在冷凝器中冷凝。然而，冷凝器温度不应太低，以避免锌过早地固化成细颗粒金属，细颗粒金属在暴露于空气时很容易被再氧化。较佳地，冷凝器温度保持在400-700℃的温度，更好的保持在500-600℃之间。通过为冷凝室提供充分的隔热来控制其温度，使锌冷凝过程中的潜热和废气中的热量提供所需要的热量。可使用一种“锌喷溅冷凝器”，该冷凝器包含例如，将锌液滴喷溅到废气通道的电动转子。
或者，冷凝器的温度可以由加热装置来控制，例如对炉子，较佳的是一马弗炉，其中放置有冷凝器。
较佳的，冷凝器是用耐热和耐化学性材料制造，诸如耐火材料，较好的是耐火陶瓷。一种适合的耐火材料是耐火泥。
在一种实施方式中，冷凝器较好地包括具有进口的主冷凝室，具有用于接收位于主冷凝室底部之上的锌蒸汽的进口，以使冷凝的锌不会返回到该炉室中。主冷凝室可包围一蒸汽导管，蒸汽导管的开口端形成蒸汽的入口，从还原区的出口延伸至在它底部上的冷凝区。
在一个实施方式中，锌冷凝器位于炉室的上方，而蒸汽导管在基本垂直的方向上从炉的出口延伸到冷凝室的上部区域。然而，较佳的是蒸汽导管以侧向从炉出口延伸到冷凝室的上方区域。
较佳地，作为熔化单元的第二炉室垂直位于第一炉室出口的下面，以使还原的原料，例如还原的颗粒自动并持续地在重力作用下供给第二炉室。熔化单元较佳地包括隔热的熔化室，用于接收还原的颗粒。当处于熔化单元中，还原的颗粒温度上升到足以熔化金属(和任何炉渣，如果存在的话)。这可以通过简单地燃烧残留在还原的颗粒中的含碳原料而实现，可能通过烟道或鼓风口注入一种氧化气体来辅助。如果需要，此时可加入另外的燃料，例如，燃烧气体和/或固体物质。较佳地，氧化气体进行预热，如通过与来自设备的废气热交换，氧化气体通常包含空气或其他一些含氧气体。
有利的，在第二炉室中温度的增加通过使用一种外部加热装置而被增大。较佳的，外部加热装置是一种电加热装置，如感应加热器，电阻加热器或埋弧(submerged arc)。特别优选感应加热器。在感应加热器的情况，隔热熔化室的壁通常有导体线圈，有可被熔化的金属形成变压器的次级。感应加热器可以单独使用，或与氧化气体辅助燃烧结合。
在一个或多个实施方式中，该设备有利点是基于在前述国际专利公开号WO01/348455中揭示的蒸馏甑的设计，其全文参考结合于此。在这种形式中，该设备包括在其中限定出第一炉室的隔热壳体；在第一炉室内的一个或多个柱体，每个柱体包含多个垂直取向的、垂直间隔的耐热管，其中每个管的横截面面积小于相邻的下面管的横截面面积，并且其中相邻管的端部排列成在它们之间提供一环形空间；一进口，易燃物料通过该进口进入最上面的管中；一出口，反应后的物料通过该出口从最低的管排出；流体导管，用于将通过加热所述物料产生的易燃挥发物传送至气体燃烧装置进行燃烧，为第一炉室提供热量。
隔热壳体宜由钢制成，更佳地由软钢制成。管本身一般由适合的耐热和耐化学性材料制成，如含有钢的合金。管柱体和壳体之间的距离可以改变，但应该为使用的加热介质有效燃烧提供适合的体积。
蒸馏甑可含有两个或多个侧向间隔的柱体，每个柱体包含一系列连续垂直间隔的管，以增加在蒸馏甑中处理的原料总量。
较佳的每个柱体包含三个或更多的垂直方向的基本同轴的管，它们互相之间垂直隔开，以使在相邻端部之间有部分重叠，从而在它们之间限定出一环形空间。所述环形空间能使物料在加热和/或反应期间产生的挥发物从中排出。在启始开始后，易燃挥发物在环形空间燃烧，从而为物料随后的反应提供热量，这意味着能下调或关闭外部加热装置。
较佳的每个垂直管的一端悬挂在蒸馏甑中，使物料自由地排入相邻的下面管中。此外，每个管的自由悬挂和管之间没有连接能允许管热膨胀和收缩，并减少由于热循环导致的破坏。
该蒸馏甑较佳的是限定出两个或多个燃烧区的结构。第一燃烧区域通常位于蒸馏甑的上部区域，而第二燃烧区域通常位于该蒸馏甑的下部区域。较佳的，第一和第二燃烧区由一个壁隔开，并一起能形成一个整体。更佳的，壁支撑垂直方向管中悬挂于其上的一个管。较佳的，第一和第二燃烧区各自有一个或多个垂直管，以使每个燃烧区在其管的开口之间有一环形空间。提供多于一个燃烧区的方案对确保更好地控制加热过程有利，这将在下面更加详细地讨论。
附图简述参考附图进一步描述本发明，仅仅是示例，其中
图1是适合以间歇方式实施本发明方法的炉设备的第一实施方式的截面图；图2是以连续流动方式实施本发明方法的设备的第二实施方式的图示。
图3是在图2所示设备中的熔融铅出口的改进；图4是第二炉室和相关的感应加热器的改进的图示。
本发明的实施例图1所示说明用于实施本发明方法的设备的一个实施方式。第一马弗炉10，其中具有一不锈钢容器12作为一蒸馏甑，该容器内有一炉室，在该室中放置有EAF-褐煤复合物颗粒14。第一热电耦16监测颗粒物14被加热时的温度。
马弗炉10的隐藏式盖子18在中心位置有一出口20和由出口20从马弗炉10内部引出的导管22。锌蒸汽和其他挥发物和气体通过该出口和导管从第一马弗炉排出。在隐藏式盖子的下边有一环形陶瓷挡热板23，其目的是防止锌冷凝在蒸馏甑盖子18的下面。
锌冷凝器24包围导管22并位于隐藏式盖18内，其包含一冷凝室26和垂直整体的排风管28，从冷凝室26引出。锌冷凝器24由耐火泥形成，尽管可以使用其他耐火材料代替。
第二加热装置包围锌冷凝器24并位于第一马弗炉10之上，其包含第二马弗炉30。在第二马弗炉30内有第二热电耦，以监测其内部温度。第二马弗炉的目的是维持锌冷凝器24的温度在较佳范围，500-600℃，以避免锌过早再冷凝为细的粉尘，代之为收集大量的液相锌。此外，第二马弗炉30用于燃烧任何煤挥发物并在气体释放前减少其从第一炉中释放。
下面将描述使用图1设备的一个例子。在袋式滤器中收集的EAF炉灰用少量的水湿润，并在一盘形制粒机中形成颗粒。电弧炉炉灰的制粒，虽然对本发明的方法而言并不是必须的，但是使得炉灰易于处理和储存。
EAF颗粒然后被与湿褐煤混合，以相等的量，添加额外的水(如果有必要的话)并受到磨擦和挤出，以形成基本一致的粒子。挤出后的EAF-褐煤然后干燥，或将其放在有盖的敞开架子的盘上曝露在环境空气中自然干燥，或通过施加一定热量进行强制干燥。
EAF褐煤颗粒的连续批料14在限定出一个还原区的第一马弗炉10的炉室中，于不足以熔化颗粒原料中的铁，但足够从褐煤中形成还原剂的温度下加热足够的时间，将预定量的锌氧化物还原为锌蒸汽。还原的锌氧化物为气态锌形式，在超过907℃的温度下从颗粒物料排出，观察到是通过隐藏式盖子18中的出口20从第一马弗炉10排出。锌蒸汽通过导管22至锌冷凝器24。锌蒸汽冷凝成锌金属，如图1中标号34所示，在冷凝室26的底部。废气被通过排风管28排放到第二马弗炉内。
当完成颗粒14的还原时，冷凝器24从第二马弗炉去除并被冷却。发现该冷凝器含有充足量的锌。在第一马弗炉中锌没有被还原的颗粒转移至一预热坩埚，并注入少量氧气。这导致这些颗粒熔化，并在冷却时它们分离为铁相和炉渣相。
分析EAF-褐煤的颗粒、铁炉渣和锌相的样本，分析结果列于表1中。
事实上在铁或炉渣中没有锌。在锌中的铅小于原料的颗粒中铅的3％。而在铁或炉渣中没有显著量的铅。
图2所示说明根据本发明设备的第二实施方式。蒸馏甑150包括一隔热金属罩或壳体152，在其中限定出环形第一炉室154。炉室154内置有耐热管156、158、160和162的柱体155，这些耐热管为垂直取向并且彼此在垂直向隔开。管156、158、160和162的横截面从蒸馏甑150的顶部到底部逐渐增加。因此，管的相对截面积如下管156＜管150＜管160＜管162。
相邻管各自的端部重叠，从而在它们之间形成敞开的环形空间164、166和168。
最上面的管156包括一进口157并用作进料管，颗粒物料169通过该管送入蒸馏甑150。该物料在重力作用下相继通过管156、158、160和162。在最下的管162的底部有一出口170，反应后的物料168通过该出口离开蒸馏甑150。
炉室154限定出还原区，并通过横向壁174分割成分别包含第一室154a和第二室154b的第一和第二燃烧区。燃烧室154a和154b各自分别包括一个包含气体燃烧器171、172的加热装置，该装置为提高物料169的温度而提供最初的热源。在燃烧区154b中的气体燃烧器172大于燃烧器171，以对初始燃烧提供足够的热量。此外，气体燃烧器172位于靠近室154b的顶部，而气体燃烧器位于靠近室154a的底部。
在第一燃烧区中，复合物或粒料温度升高，使所有游离的水和化学结合的水从该物料中释放。随着温度上升，低温煤挥发物释放(其中含碳原料是褐煤)，接着二氧化碳被从任何碳酸盐类的分解中释放出来。最终高温煤挥发物释放。
在第二燃烧区中，物料温度上升至一定温度并维持一段时间，足以发生所需的反应，在现有情况中，金属氧化物还原为金属。
流体导管176从室154a的顶部延伸至室154b的顶部。从加热物料169释放出的气体由敞开的环形空间166和164中释放并通过导管176至室154b，物料在该室中燃烧。因为在室154b中的燃烧发生在靠近其顶部，燃烧气流一般是向下的方向。因此，任何在室154b中产生的锌蒸汽被燃烧气流带动向下流动并在室154b的底部被收集。锌蒸汽然后通过溢流排入位于靠近室154b的底部的导管180，并流入锌冷凝器124的冷却区。在室154a和154b中的燃烧状况是以富燃料进行，以保持两个室中的还原气氛，使锌蒸汽再氧化最小。
蒸馏甑150进一步包括第三燃烧室178，通过导管180和锌冷凝器124与第二燃烧室154b相通。第三燃烧室178还与同流换热器182相通，排出的气体在排风扇185的操作下通过该同流换热器至排气出口184。在第三燃烧室178内有气体燃烧器183。
同流换热器182包括导管186和出口187，，通入的环境空气在风扇193作用下通过该导管，通入进口189，通过出口187排出预热的空气。在同流换热器182中，来自排出的气体的热量被传递至进入的空气进行预热，预热后的空气分别通过流体导管188和190进入第一和第二室154a和154b。流体导管190在接近室154b顶端的位置，即气体燃烧装置172的位置进入室154b。进入室154a和154b的空气流的量可分别由气闸192、194控制。
在蒸馏甑150的底部有一个包含感应加热器196的金属熔化单元。还原的颗粒在重力作用下通过蒸馏甑出口170被送入感应加热器196。感应加热器196包括一上部的炉渣出口198和下部的熔融金属出口200。炉渣出口198位于感应加热器196的上部区域而金属出口位于下部区域。使用中，一旦还原的物料在感应加热器196中熔化，任何在熔融金属相顶部形成的炉渣相通过炉渣出口198流出。熔融金属通常是富碳的铁，通过熔化金属出口口2000流出。炉渣和金属出口198、200都可以用可移动的、湿耐火泥塞关闭。
在感应加热器196的底部是第二熔融金属出口202，熔融铅通过该出口流出。熔化铅比熔化铁更致密，因此它会朝着感应器底部积累。
第二熔融金属出口的改进示于图3。第二熔融金属出口302供应给一可加热的导管304，该导管隔热铸铁管306，其上缠绕电加热带308。铸铁管306的出口311位于感应炉296的出口302的上面。铅模具313收集从感应加热器296排出的熔融铅。
下面描述熔融金属出口302的操作。在第一次使用前，铁管306用固体铅密封。当预定量的熔融铅已积累在感应炉296的底部(从还原的颗粒物的量确定)时，所述加热带308打开，从而熔化此铅塞并使得熔融铅从感应加热器296流入可加热的导管304。熔融铅将从出口311流至铅模具313中，直到在管306中的静压头与在感应加热器296中熔融金属的静压头相平衡。以这种方式，可控制铅流并避免熔融铁从熔融金属出口302排出。
第二燃烧室和在蒸馏甑底部的感应加热器的改进示于图4，其中类似的标号前添加“4”表示涉及图2中的相应部件。第二燃烧室454b的底部为漏斗形并能形成一整体的最下面的管462(功能等价于图2中的最下面的管162)。感应加热器496的顶部也已改进，以通过其中开口517接收一气体燃烧器515。此外，其他的燃料，预热空气，助熔剂前体(例如石灰石)和/或氧气可通入开口517，以产生足够热废气用于热传递。通常，在位于朝着感应加热器496顶部的“熔融区”要求温度至少为1500℃，以确保热量足以传递给“锌沸腾区”，“朝着第二燃烧室的底部，温度保持在907℃或更高。以这种方式，来自熔融区的废热和/或加热气体被用于形成锌蒸汽。从锌沸腾区释放的锌蒸汽通过导管480从第二燃烧室454b排出并进入锌冷凝器(未示出)。
不希望受特定反应机理的限制，可以相信，还原反应生成的锌一部分以锌蒸汽离开还原区同时，一部分再冷凝为液态锌，冷凝的潜热被吸热还原反应所吸收。这肯定是有问题的，因为再冷凝的锌必须在还原颗粒的温度升高之前沸腾，以熔化颗粒中的残余金属(和任何炉渣相，如果存在的话)。这通常要求位于颗粒物料熔融区之上的“锌沸腾区”保持足够高的温度，提供锌蒸发的潜热。这可通过另一个加热装置，或确保足够的废气流从熔融区至沸腾区域，或两者来提供。
所需的废气流可以各种可行方式提供，包括下面作为例子的方法1.还原颗粒中过量碳与空气燃烧，形成一氧化碳和氮。
2.固态、液态或气态燃料与空气燃烧，形成一氧化碳、水蒸汽和氮。
3.将助熔剂前体(例如石灰石)注入熔融区。煅烧助熔剂前体产生的二氧化碳然后与还原颗粒的过量碳和/或添加的燃料反应，形成一氧化碳。
4.注入惰性气体。
5.两个或多个上述方法的组合。
非常必要的是不能允许游离氧进入锌沸腾区域，因为可能发生锌的再氧化。
权利要求
1.一种从含有一种或多种铁氧化物和锌氧化物的原料中提取锌的方法，所述方法包括(a)所述原料和含碳原料的复合物在包含还原气氛的还原区中，在不足以熔化原料中铁的温度，但足以从所述的含碳原料中形成一种还原剂并还原预定量的锌氧化物成为锌蒸汽的温度下加热足够的时间；以及(b)收集所述的锌蒸汽并冷却，形成液态或固态锌。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括(c)控制所述锌蒸汽，以基本上防止锌蒸汽过早再冷凝或使其最小。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的控制锌蒸汽以基本上防止锌蒸汽过早再冷凝或使其最小的步骤包括在所述还原区提供气流，所述气流能使所述锌蒸汽离开所述还原区。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述还原区中的所述气流一般是向下，而所述蒸汽由所述气流驱动侧向离开所述还原区。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法中，进一步包括(d)还原一预定量的所述铁氧化物；(e)进一步加热已收集了锌蒸汽的还原的物料至足以熔化其中的铁的温度；(f)回收并冷却熔融的铁。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述进一步加热产生的废热和/或加热的气体被用于形成所述锌蒸汽。
7.如权利要求5或6所述的方法，包括提供预定的助熔剂，从而在所述的进一步加热步骤中形成基本炉渣并促进脱硫反应。
8.如权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，所述各加热步骤在不同的炉室中进行。
9.如权利要求5至8中任何一项所述的方法，进一步包括从所述的原料中提取铅，其中所述的进一步加热步骤熔化铅，铅从熔融态分离并回收。
10.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，含有一种或多种铁氧化物和锌氧化物的原料是电弧炉(EAF)炉灰。
11.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述的含碳原料是一种细粉碎的褐煤或泥煤。
12.如前述任一项权利要求所述的方法，进一步包括通过将含碳原料与含有一种或多种的铁氧化物和锌氧化物的原料混合，形成一粘性体，并挤压该粘性体形成复合物，来形成所述复合物。
13.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述的复合物是颗粒。
14.如权利要求13引用权利要求12时所述的方法，包括通过挤出粘性体形成所述的颗粒。
15.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述复合物中含碳原料量为，在所述加热步骤中燃烧时，所述含碳原料提供至少足以用于其碳化并还原所述含有一种或多种铁氧化物和锌氧化物的原料中的锌和铁氧化物以及，如果回收的话，铅氧化物的热量。
16.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，发明方法的加热步骤(a)在炉室中执行。
17.从含有一种或多种铁氧化物和锌氧化物的原料中提取锌的设备，包括第一炉室，用于接收包括所述原料和含碳原料的复合物，炉室限定出还原区，在还原区中，复合物在不足以熔化在原料中铁的温度，但足以从所述的含碳原料中形成还原剂并还原预定量的锌氧化物为锌蒸汽的温度下加热足够的时间；从第一炉室收集所述锌蒸汽的装置；接受收集的锌蒸汽，冷却并形成液态或固态锌的装置。
18.如权利要求17所述的设备，进一步包含用于控制所述锌的装置，以基本防止锌蒸汽过早再冷凝或使其最小。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述用于控制所述锌蒸汽的装置包括与所述第一炉室联合的装置，使所述锌蒸汽离开所述还原区。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，在所述还原区中的所述气流一般是向下，而所述锌蒸汽由所述气流驱动侧向离开还原区。
21.如权利要求17至20中任一项所述的设备，进一步包括第二炉室，与所述第一炉室相通，以接收已收集了锌蒸汽的还原物料；加热装置，用于进一步加热在第二炉室中回收的物料至足以熔化其中的铁的温度；回收和冷却熔融铁的装置。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述第一和第二炉室排列成，来自进一步加热步骤的废热和/废气在第一炉室中被用于形成所述锌蒸汽。
23.如权利要求21或22所述的设备，进一步包括从所述第二炉室中流出炉渣的装置。
24.如权利要求21或22或23所述的设备，进一步包括从所述第二炉室中流出熔融铅的装置。
25.如利要求21至24中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二炉室垂直位于第一炉室下面，使所述还原物料在重力下持续送入第二炉室。
26.如权利要求21至25中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热装置是一外部电加热装置。
27.如权利要求17至26中任一项所述的设备，其特征在于，所述装置限定出一冷却区，该区包含锌蒸汽冷凝器，与来自包含锌蒸汽收集装置的所述还原区域的出口相通。
28.如权利要求27所述的设备，其特征在于，所述冷凝器是锌喷溅冷凝器。
29.如权利要求27或28所述的设备，其特征在于，所述冷凝器包括主冷凝室，具有用于接收位于主冷凝室的底部之上的锌蒸汽的进口，以使冷凝的锌不会回流到该炉室。
30.如权利26或28或29所述的设备，其特征在于，所述的主冷凝室包围一蒸汽导管，其开口端形成蒸汽进口，从还原区的出口延伸至该室底部之上的区域。
31.如权利要求27至30中任一项所述的设备，其特征在于，蒸汽导管在侧向从炉出口延伸到冷凝室的上部区域。
32.如权利要求17至31中任一项所述的的设备，包括隔热壳体，在其中限定出所述第一炉室；在所述第一炉室内的一个或多个柱体，每个柱体包含多个垂直取向、垂直间隔的耐热管，其中各管的横截面积小于其相邻的下面的管，且相邻管端部排列成在它们之间有一环形空间，进口，易燃物料通过该进口送入最上面的管；出口，反应后的物料通过该出口从最下面的管去除；流体导管，用于将加热所述物料产生的易燃挥发物传送至气体燃烧装置进行燃烧，从而向所述第一炉室提供热量。
全文摘要
一种从含有一种或多种铁氧化物和锌氧化物的原料中提取锌的方法，该方法包括在一还原区中加热该原料和含碳原料的复合物。所述还原区域含有还原气氛，并处于不足以熔化原料中铁，但处于足以从含碳原料中形成来自含碳原料的还原剂并还原预定量的锌氧化物成为锌蒸汽温度和时间。该方法也包含收集锌蒸汽并冷却，形成液态锌或固态锌。
文档编号C22B1/245GK1714163SQ200380103700
公开日2005年12月28日 申请日期2003年10月15日 优先权日2002年10月15日
发明者D·威尔逊, G·伊塔利亚诺 申请人:澳大利亚钢铁公司(经营)控股有限公司, D威尔逊投资控股有限公司, 费雷碳技术控股有限公司