电积锌循环的锌热法炼铁方法与流程

1.本发明涉及炼铁技术领域，特别涉及一种电积锌循环的锌热法炼铁方法。


背景技术：

2.钢铁工业的长流程炼铁，目前高炉采用焦炭、喷吹煤粉为还原剂和加热源，竖炉采用天然气、焦炉煤气制取的还原气进行气基还原，均会带来很高的二氧化碳排放。为减少钢铁工业，特别是金属铁提取冶金的碳排放，全球开始探讨氢冶金，也就是通过非化石的光伏、风力发电，然后再通过电解水制氢气，用氢基竖炉实现铁矿石的无碳排还原。
3.虽然氢冶金具有二氧化碳排放小的优点，但是也存在着十分突出的问题：
4.1、电解水制氢的电力消耗巨大，只有在光伏、风电无法上网的“弃风弃光”条件下，绿电-电解水-氢冶金才具有商业竞争力；
5.2、由于电解水制氢直接依赖于电能的供应，当使用间歇性的光伏、风电时，氢基竖炉还原所需的连续作业与电解水制氢的间歇性形成难以调和的矛盾；
6.3、氢气还原铁矿石是吸热化学反应，需要额外电力加热氢气来补充工艺环节的热量，对氢气的加热，带来设备和工艺的复杂性的提升；并且氢气还原率并不理想，需要将竖炉尾气重新除尘、加压、升温后返回竖炉，这样同样会增加工艺设备的复杂性，并导致成本上升；
7.4、氢气属于易爆气体，使用安全性带来重大挑战，特别是高温环境下的使用安全性；
8.5、电解水制氢适合小规模制取纯度较高的氢气，而钢铁工业用氢量巨大，电解水制氢的设备产能与钢铁还原用氢量存在数个数量级的差距。
9.上述问题直接制约了氢冶金工艺的推广使用，使其在现阶段难以替代传统的炼铁工艺。
10.因此亟需提供一种二氧化碳排放低、工艺流程安全的炼铁方法，以解决传统的炼铁方法碳排放高的问题。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于提供一种电积锌循环的锌热法炼铁方法，具有二氧化碳排放低、工艺流程安全的优点，能够解决传统的炼铁方法碳排放高的问题。
12.本发明的目的是通过如下技术方案实现的：电积锌循环的锌热法炼铁方法，包括如下具体步骤：
13.通过电积锌法制取金属锌；将金属锌熔化后得到锌熔液并将其置入熔锌室中，熔锌室设置在加热装置的上方，锌熔液的温度低于铁的熔点；熔锌室的上端设有进料装置，铁矿粉通过进料装置通入锌熔液中，锌与铁矿粉中的铁氧化物发生反应，形成氧化锌和单质铁；单质铁与锌结合生成固态的金属互化物，并聚积在锌熔液的下层；反应产生的氧化锌与铁矿粉中的二氧化硅浮于锌熔液的表面，形成浮渣；
14.熔锌室中设有浮渣聚积机构，浮渣聚积机构将浮渣聚积在浮渣聚积区；
15.位于锌熔液下层的金属互化物通过重质料输送装置输送至重料固液离心分离系统中，位于浮渣聚积区中的浮渣通过轻质料输送装置输送至轻料固液离心分离系统中；重料固液离心分离系统将金属互化物与夹杂的锌液分离后，并将金属互化物输送至重质料蒸馏分离装置中，通过重质料蒸馏分离装置将金属互化物中的铁和锌分离；轻料固液离心分离系统将浮渣中夹杂的锌液进行分离，然后将浮渣输送至轻质料蒸馏分离装置，通过轻质料蒸馏分离装置对浮渣中残余的锌进行分离回收。
16.作为优选，所述锌熔液的温度为500-800℃。
17.作为优选，重质料蒸馏分离装置包括铁锌分离炉、第二冷却室、第三冷却室，铁锌分离炉上设有电热元件，铁锌分离炉的上端设有第一冷却水套，第一冷却水套与第二冷却室之间连通，第二冷却室与第三冷却室之间连通，第三冷却室连接第二蒸馏真空泵；第二冷却室的外侧设有第二冷却水套，第二冷却水套上设有第二冷却剂入口和第二冷却剂出口；第三冷却室的外侧设有第三冷却水套，第三冷却水套上设有第三冷却剂入口和第三冷却剂出口；
18.将金属互化物放入铁锌分离炉中，通过电热元件对金属互化物进行加热，金属互化物中的锌受热挥发形成锌蒸气，同时第二蒸馏真空泵启动，锌蒸气在第一冷却水套内壁处冷凝形成第一结晶锌，剩余的锌蒸气依次通过第二冷却室和第三冷却室，锌蒸气分别在第二冷却室和第三冷却室中冷却后形成第二冷却结晶锌和第三冷却结晶锌；金属互化物经过蒸馏分离后，在铁锌分离炉中得到金属铁。
19.作为优选，所述轻质料蒸馏分离装置包括包括锌蒸馏分离炉、初冷室、二冷室，锌蒸馏分离炉的外侧设有加热室，加热室的两侧分别设有热源进口和乏热源出口，锌蒸馏分离炉通过连接管与轻料罐相连，连接管上设有进料阀；锌蒸馏分离炉与初冷室连通，初冷室与二冷室连通，二冷室连接第一蒸馏真空泵；初冷室的外侧设有初冷冷却水套，初冷冷却水套上设有初冷冷却剂入口和初冷冷却剂出口；二冷冷却室的外侧设有二冷冷却水套，二冷冷却水套上设有二冷冷却剂入口和二冷冷却剂出口；
20.浮渣置于轻料罐中，轻料罐中的浮渣通过连接管进入锌蒸馏分离炉中；通过加热室对锌蒸馏分离炉中的浮渣进行加热，同时启动第一蒸馏真空泵，浮渣中的锌在加热后挥发形成锌蒸气，锌蒸气依次通过初冷室和二冷室，部分锌蒸气在初冷室中冷却后形成初冷结晶锌，剩余的锌蒸气在二冷室中冷却后形成终冷结晶锌。
21.作为优选，将经过蒸馏分离后的浮渣浸入硫酸中，硫酸与浮渣中的氧化锌反应后得到硫酸锌溶液，将硫酸锌溶液过滤后作为电解液并用于电积锌法制取金属锌。
22.作为优选，所述进料装置包括进料锁斗、螺旋加料室、气体调节装置，进料锁斗的上下两端分别设有上进料阀和下进料阀，螺旋加料室连接在进料锁斗的下端，进料锁斗连接气体调节装置；螺旋加料室的下端设有进料螺杆管，进料螺杆管中设有进料螺杆，螺旋加料室中设有进料电机；进料螺杆的上端与进料电机相连，进料螺杆和进料螺杆杆的下端均伸入锌熔液池中锌熔液中；进料电机的上端设有布料锥；
23.在进料时，先通过气体调节装置将进料锁斗中的气体抽除，并向进料锁斗中充入惰性气体；接着打开上进料阀，将铁矿粉通入进料锁斗中；然后关闭上进料阀，并打开下进料阀，使得进料锁斗中的铁矿粉落入螺旋加料室中；通过进料螺杆将落入螺旋加料室中的
铁矿粉推送至锌熔液中。
24.作为优选，所述气体调节装置包括排气管、废气充气管、惰气充气管、惰气储罐、废气储罐，排气管和废气充气管的一端与进料锁斗连通，排气管和废气充气管的另一端连接废气储罐；排气管上依次设有冷区除尘器、排气阀门、真空泵、废气缓冲罐、增压泵，废气充气管上设有废气充气阀门；惰气充气管的一端与进料锁斗连通，另一端连接惰气储罐，惰气充气管上设有惰气充气阀门。
25.作为优选，所述浮渣聚集机构包括设置在进料螺杆下端的搅拌桨叶、设置在熔锌室中的隔离墙，隔离墙上设有通液孔，隔离墙局部插入锌熔液中；进料螺杆在旋转时带动搅拌桨叶旋转，搅拌桨叶旋转时带动锌熔液旋转流动，旋转流动的锌熔液在流经隔离墙时，浮在锌熔液上方的浮渣被隔离墙阻挡并聚积在隔离墙的一侧，从而在隔离墙的一侧形成浮渣聚积区。
26.作为优选，重料固液离心分离系统、轻料固液离心分离系统结构相同，重料固液离心分离系统和轻料固液离心分离系统均包括惰性气体保护室，惰性气体保护室连接氩气保护系统；惰性气体保护室内设有可转动的离心转盘，离心转盘的下方设有用于驱动离心转盘转动的离心电机，离心转盘的上方设有离心转鼓，离心转鼓由下往上其外径逐渐缩小；离心转鼓的上方设有落料槽；离心转鼓侧壁的上方设有甩液孔；离心转鼓的外侧设有接液室，接液室的下端连接锌液罐；惰性气体保护室上设有与落料槽相对应的上开门装置和与锌液罐相对应的下开门装置；重料输送装置将金属互化物送至重料固液离心分离系统的落料槽中，轻料输送装置将浮渣送至轻料固液离心分离系统的落料槽中。
27.本发明的有益效果是：1、可直接使用铁矿粉；2、通过锌还原铁矿粉，反应彻底，一次性完成，且反应条件温和，炼铁过程中无需用到氢气等还原气体，杜绝了发生氢气爆炸的隐患，整个工艺流程较为安全；3、本发明在炼铁过程中几乎不产生二氧化碳排放，绿色环保。
附图说明
28.图1为通过电积锌法获得金属锌的示意图。
29.图2为本发明的装置结构示意图。
30.图3为图2中a-a方向的剖视图。
31.图4为图2中b-b方向的剖视图。
32.图5为重料固液离心分离系统的结构示意图。
33.图6为轻质料蒸馏分离装置的结构示意图。
34.图7为重质料蒸馏分离装置的结构示意图。
35.图8为重质料中的锌在挥发分离后剩余的铁在凝固后的示意图。
36.图9为气体调节装置的结构示意图。
37.图中：100、铁矿粉，101、进料锁斗，102、螺旋加料室，103、布料锥，104、进料电机，105、进料螺杆，106、进料螺杆管，107、搅拌桨叶，108、锌熔液，109、熔锌室，110、上进料阀，120、下进料阀，130、隔离墙，131、通液孔，150、气体调节装置，170、泄爆口，180、加热装置，181、烟气折流板，182、燃气进口，183、助燃空气进口，184、烟气排管，190、锌液排管，191、锌液塞棒，192、锌液储罐，193、锌液泵，201、重料外排螺杆，202、重料螺杆管，203、重料螺杆
轴，204、重料螺杆电机，205、第一漏液孔，301、轻料外排螺旋，302、轻料螺杆管，303、轻料螺旋轴，304、轻料螺杆电机，305、第二漏液孔，400、待抽气充气容器，451、排气管，452、冷却除尘器，453、排气阀门，454、真空泵，455、废气缓冲罐，456、增压泵，457、废气储罐，460、惰气储罐，461、废气充气阀门，462、废气充气管，463、惰气充气阀门，464、惰气充气管，500、重料固液离心分离系统，501、落料槽，502、接液室，503、锌液罐，504、离心转鼓，505、甩液孔，510、固相残渣，511、甩出锌液，520、离心转盘，530、离心电机，531、离心转轴，550、氩气保护系统，551、上开门装置，552、下开门装置，600、轻料固液离心分离系统，801、锌蒸馏分离炉，802、加热室，803、初冷室，804、二冷室，805、第一蒸馏真空泵，806、初冷冷却水套，807、二冷冷却水套，808、初冷结晶锌，809、终冷结晶锌，820、热源进口，821、乏热源出口，822、初冷冷却剂入口，823、初冷冷却剂出口，824、二冷冷却剂入口，825、二冷冷却剂出口，830、轻料罐，831、电磁阀，840、浮渣，901、第一冷却水套，902、铁锌分离炉，903、第二冷却室，904、第三冷却室，905、第二蒸馏真空泵，906、第二冷却水套，907、第三冷却水套，908、第二冷却结晶锌，909、第三冷却结晶锌，910、第一冷却结晶锌，920、电热元件，922、第二冷却剂入口，923、第二冷却剂出口，924、第三冷却剂入口，925、第三冷却剂出口。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
40.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
41.如图1-9所示，一种电积锌循环的锌热法炼铁方法，包括如下具体步骤：
42.步骤1)：通过电积锌法制取金属锌。其中，电积锌法制取金属锌为现有技术，具体制取流程可参见附图1；在制取时，可采用光伏、风电等非化石电力作为电能，以硫酸锌水溶液作为电解质，最终在电解反应如下：
[0043][0044]
电解反应产生的金属锌沉积在阴极上，阳极产生氧气，产生的氧气可作为副产品。
[0045]
步骤2)：将金属锌熔化后得到锌熔液108并将其置入熔锌室109中，熔锌室109设置在加热装置180的上方，通过加热装置108使得锌熔液的温度保持在500-800℃，锌熔液108的温度低于铁的熔点。
[0046]
其中，加热装置180中设有加热腔，加热腔的一侧设有燃气进口182和助燃空气进
口183，加热腔的另一侧设有烟气排管184，加热腔中设有若干个交错布置的烟气折流板181，通过烟气折流板181在加热腔中形成迂回的燃气通道；通过燃气进口182和助燃空气进口183向加热腔中通入燃气和助燃空气，燃气和助燃空气在加热腔中点燃后产生高温燃烧气，高温燃烧气通过迂回的燃气通道后从烟气排管184排出，通过高温燃烧气实现加热功能。
[0047]
熔锌室109的上端设有进料装置、泄爆口170和补锌口171，铁矿粉100通过进料装置通入锌熔液108中，锌与铁矿粉100中的铁氧化物发生反应，形成氧化锌和单质铁，其反应如下：
[0048]
4zn+fe3o4＝4zno+3fe；
[0049]
反应得到的单质铁与锌结合生成固态的金属互化物fe-zn，其密度是大于锌液，金属互化物fe-zn的熔点也是高于锌熔液的，故金属互化物fe-zn是以固态的形式沉入锌熔液，为重质料；反应产生的氧化锌(zno)与铁矿粉中脉石(sio2)为固体熔点高且密度小，浮于锌熔液108表面，从而在锌熔液108表面形成浮渣，浮渣为轻质料；熔锌室108中设有浮渣聚积机构，浮渣聚积机构将浮渣聚积在浮渣聚积区。
[0050]
其中，进料装置包括进料锁斗101、螺旋加料室102、气体调节装置150，进料锁斗101的上下两端分别设有上进料阀110和下进料阀120，螺旋加料室102连接在进料锁斗101的下端，进料锁斗101连接气体调节装置150。螺旋加料室102的下端设有进料螺杆管106，进料螺杆管106竖直穿过熔锌室109的顶板。进料螺杆管106中设有进料螺杆105，螺旋加料室102中设有进料电机104；进料螺杆105的上端与进料电机104相连，进料电机104外设有防护罩。进料螺杆105和进料螺杆管106的下端均伸入熔锌室109中锌熔液中。进料电机104的上端设有布料锥103，布料锥103呈圆锥体。熔锌室109的上端还设有排气管170。
[0051]
其中，抽气充气装置150用于对进料锁斗101中进行充气或者抽气，抽气充气装置150包括排气管451、废气充气管462、惰气充气管464、惰气储罐460、废气储罐457，排气管451和废气充气管462的一端与待抽气充气容器400连通，排气管451和废气充气管462的另一端连接废气储罐457；排气管451上依次设有冷却除尘器452、排气阀门453、真空泵454、废气缓冲罐455、增压泵456，废气充气管462上设有废气充气阀门461。惰气充气管464的一端与被抽气或者被充气的腔室400连通，另一端连接惰气储罐460，惰气充气管364上设有惰气充气阀门463。本实施例中，待抽气充气容器400即为进料锁斗101。惰气储罐464中储存有氮气或者二氧化碳。
[0052]
抽气充气装置150的使用方法如下：在对待抽气充气容器400进行抽气时，打开排气阀门453，并关闭废气充气阀门461和惰气充气阀门463，启动真空泵354和增压泵456，被待抽气充气容器400中的气体通过排气管451被抽至废气储罐457中；在向待抽气充气容器400中充气时，打开惰气充气阀门463，并关闭废气充气阀门461和排气阀门453，通过惰气储罐360向被抽气或者被充气的腔室400中充入惰性气体。若有需要，可在废气储罐457中储存可燃废气，可通过打开废气充气阀门461并向被抽气或者被充气的腔室400中通入可燃废气。
[0053]
铁矿粉100通过进料装置通入到熔锌室109中的锌熔液108中。进料时，先通过抽气充气装置150抽出进料锁斗101中的废气，然后再通过抽气充气装置150向进料锁斗101通入惰性气体，平衡进料锁斗101中的气压；然后打开上进料阀110，向进料锁斗101中通入铁矿
粉100；接着关闭上进料阀110，并打开下进料阀120，使进料锁斗101中的铁矿粉100进入螺旋加料室102中，铁矿粉100会绕开布料锥103并落至螺旋加料室102的底部；通过电机驱动进料螺杆105转动，通过进料螺杆105将铁矿粉100输送至锌熔液108中。
[0054]
浮渣聚集机构包括设置在进料螺杆105下端的搅拌桨叶107、设置在熔锌室109中的隔离墙130，隔离墙130上设有通液孔131，隔离墙130局部插入锌熔液108中，使得部分隔离墙130浸没在锌熔液108的液面下方，而部分隔离墙130位于锌熔液108的液面上方；进料螺杆105在旋转时带动搅拌桨叶107旋转，搅拌桨叶107旋转时带动锌熔液108旋转流动，旋转流动的锌熔液108在流经隔离墙130时，浮在锌熔液108上方的浮渣被隔离墙阻挡并聚积在隔离墙130的一侧，而锌熔液108则可以从隔离墙130上的通液孔131中通过，从而在隔离墙130的一侧形成浮渣聚积区。
[0055]
步骤3)：位于锌熔液108下层的金属互化物通过重质料输送装置输送至重料固液离心分离系统500中，位于浮渣聚积区中的浮渣通过轻质料输送装置输送至轻料固液离心分离系统中；重料固液离心分离系统500将金属互化物与夹杂的锌液分离后，并将金属互化物输送至重质料蒸馏分离装置中，通过重质料蒸馏分离装置将金属互化物中的铁和锌分离；轻料固液离心分离系统将浮渣中夹杂的锌液进行分离，然后将浮渣输送至轻质料蒸馏分离装置，通过轻质料蒸馏分离装置对浮渣中残余的锌进行分离回收。
[0056]
如图5所示，重料固液离心分离系统500、轻料固液离心分离系统结构相同，重料固液离心分离系统500和轻料固液离心分离系统均包括惰性气体保护室，惰性气体保护室连接氩气保护系统；其中，氩气保护系统包括氩气储罐，氩气储罐通过气体管道与惰性气体保护室相连通过，氩气储罐向惰性气体保护室中充入氩气，使得惰性气体保护室内形成惰性气体保护氛围；惰性气体保护室内设有可转动的离心转盘520，离心转盘520的下方设有用于驱动离心转盘转动的离心电机530；其中，离心电机530的输出轴上连接有离心转轴531，离心转盘520与离心转轴531相连，通过离心电机530带动离心转盘520旋转。离心转盘520的上方设有离心转鼓504，离心转鼓504由下往上其外径逐渐缩小。离心转鼓504的上方设有落料槽501，落料槽501呈漏斗状；离心转鼓504侧壁的上方设有甩液孔505；离心转鼓504的外侧设有接液室502，接液室502的下端连接锌液罐503；惰性气体保护室上设有与落料槽501相对应的上开门装置551和与锌液罐503相对应的下开门装置552；重料输送装置将含有金属互化物的锌熔液送至重料固液离心分离系统500的落料槽中，轻料输送装置将浮渣送至轻料固液离心分离系统的落料槽中。
[0057]
重料固液离心分离系统通过离心的方式将固态的金属互化物与锌液分离，轻料固液离心分离系统通过离心的方式将浮渣与锌液分离。其中，重料固液离心分离系统在进行固液分离时，含有金属互化物的锌熔液通过落料槽501落入离心转鼓504中，通过离心电机带动离心转鼓504高速转动，在离心力的作用下，锌液穿过甩液孔505后并进入接液室502中，而金属互化物呈固态无法通过甩液孔505并留在离心转鼓中，从而实现了固液分离。甩出锌液511通过接液室502进行收集，并汇流至锌液罐503中，锌液罐503中的锌熔液可重新倒回至熔锌室109中，实现锌熔液的回收利用；整个离心分离过程在氮气或氩气保护氛围下完成，避免了金属液的氧化。由于重料固液离心分离系统是设置在加热装置上的，通过加热装置的持续加热，保持了锌的熔化温度。轻料固液离心分离系统以相同的方式对浮渣中的锌液进行分离回收。
[0058]
重质料蒸馏分离装置包括铁锌分离炉902、第二冷却室903、第三冷却室904，铁锌分离炉901上设有电热元件920，铁锌分离炉902的上端设有第一冷却水套901，第一冷却水套901与第二冷却室903之间连通，第二冷却室903与第三冷却室904之间连通，第三冷却室904连接第二蒸馏真空泵905；第二冷却室903的外侧设有第二冷却水套906，第二冷却水套906上设有第二冷却剂入口922和第二冷却剂出口923；第三冷却室904的外侧设有第三冷却水套907，第三冷却水套903上设有第三冷却剂入口924和第三冷却剂出口925；
[0059]
将金属互化物907放入铁锌分离炉902中，通过电热元件对金属互化物907进行加热，金属互化物907中的锌受热挥发形成锌蒸气，同时第二蒸馏真空泵905启动，锌蒸气在第一冷却水套内壁处冷凝形成第一结晶锌910，剩余的锌蒸气依次通过第二冷却室903和第三冷却室904，锌蒸气分别在第二冷却室903和第三冷却室904中冷却后形成第二冷却结晶锌908和第三冷却结晶锌909；结晶锌可重新投入到熔锌室109中，对锌熔液进行补充，实现了锌的循环利用。铁锌分离炉902中的金属互化物907中的锌挥发后，在铁锌分离炉中得到金属铁；此时，铁锌分离炉902升温至1550-1600℃，铁全部熔化，然后铸锭或者定向凝固，含有的少量其他杂质，会漂浮在铁液顶部，凝固后如图8所示，杂质在铁锭的上方形成渣壳，敲掉表层的渣壳，获得高纯铁锭。
[0060]
轻质料蒸馏分离装置包括包括锌蒸馏分离炉801、初冷室803、二冷室804，锌蒸馏分离炉801的外侧设有加热室802，加热室802的两侧分别设有热源进口820和乏热源出口821，锌蒸馏分离炉801通过连接管与轻料罐830相连，轻料罐830位于锌蒸馏分离炉801的上方；连接管上设有进料阀831；锌蒸馏分离炉801与初冷室803连通，初冷室803与二冷室804连通，二冷室804连接第一蒸馏真空泵805；初冷室803的外侧设有初冷冷却水套806，初冷冷却水套806上设有初冷冷却剂入口822和初冷冷却剂出口823；二冷冷却室804的外侧设有二冷冷却水套807，二冷冷却水套上设有二冷冷却剂入口和二冷冷却剂出口；
[0061]
浮渣840置于轻料罐830中，轻料罐830中的浮渣通过连接管进入锌蒸馏分离炉801中；通过加热室802对锌蒸馏分离炉801中的浮渣840进行加热，同时启动第一蒸馏真空泵805，浮渣840中的锌在加热后挥发形成锌蒸气，锌蒸气依次通过初冷室803和二冷室804，部分锌蒸气在初冷室中冷却后形成初冷结晶锌808，剩余的锌蒸气在二冷室804中冷却后形成终冷结晶锌809。初冷结晶锌808和终冷结晶锌809可重新投入到熔锌室109中，对锌熔液108进行补充，实现了锌的循环利用；而锌蒸馏分离炉801中的浮渣840在经过蒸馏分离后，剩余的残渣中的主要成分为氧化锌(zno)和二氧化硅(sio2)，将经过蒸馏分离后的浮渣浸入硫酸中，硫酸与浮渣中的氧化锌反应后得到硫酸锌溶液，将硫酸锌溶液过滤后作为电解液并用于电积锌法制取金属锌。
[0062]
本发明具有以下优点：1、可直接使用铁矿粉；2、通过锌还原铁矿粉，反应彻底，一次性完成，且反应条件温和，炼铁过程中无需用到氢气等还原气体，杜绝了发生氢气爆炸的隐患，整个工艺流程较为安全；3、本发明在炼铁过程中几乎不产生二氧化碳排放，绿色环保。
[0063]
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.电积锌循环的锌热法炼铁方法，其特征在于，包括如下具体步骤：通过电积锌法制取金属锌；将金属锌熔化后得到锌熔液并将其置入熔锌室中，熔锌室设置在加热装置的上方，锌熔液的温度低于铁的熔点；熔锌室的上端设有进料装置，铁矿粉通过进料装置通入锌熔液中，锌与铁矿粉中的铁氧化物发生反应，形成氧化锌和单质铁；单质铁与锌结合生成固态的金属互化物，并聚积在锌熔液的下层；反应产生的氧化锌与铁矿粉中的二氧化硅浮于锌熔液的表面，形成浮渣；熔锌室中设有浮渣聚积机构，浮渣聚积机构将浮渣聚积在浮渣聚积区；位于锌熔液下层的金属互化物通过重质料输送装置输送至重料固液离心分离系统中，位于浮渣聚积区中的浮渣通过轻质料输送装置输送至轻料固液离心分离系统中；重料固液离心分离系统将金属互化物与夹杂的锌液分离后，并将金属互化物输送至重质料蒸馏分离装置中，通过重质料蒸馏分离装置将金属互化物中的铁和锌分离；轻料固液离心分离系统将浮渣中夹杂的锌液进行分离，然后将浮渣输送至轻质料蒸馏分离装置，通过轻质料蒸馏分离装置对浮渣中残余的锌进行分离回收。2.根据权利要求1所述的电积锌循环的锌热法炼铁方法，其特征在于，所述锌熔液的温度为500-800℃。3.根据权利要求1所述的电积锌循环的锌热法炼铁方法，其特征在于，重质料蒸馏分离装置包括铁锌分离炉、第二冷却室、第三冷却室，铁锌分离炉上设有电热元件，铁锌分离炉的上端设有第一冷却水套，第一冷却水套与第二冷却室之间连通，第二冷却室与第三冷却室之间连通，第三冷却室连接第二蒸馏真空泵；第二冷却室的外侧设有第二冷却水套，第二冷却水套上设有第二冷却剂入口和第二冷却剂出口；第三冷却室的外侧设有第三冷却水套，第三冷却水套上设有第三冷却剂入口和第三冷却剂出口；将金属互化物放入铁锌分离炉中，通过电热元件对金属互化物进行加热，金属互化物中的锌受热挥发形成锌蒸气，同时第二蒸馏真空泵启动，锌蒸气在第一冷却水套内壁处冷凝形成第一结晶锌，剩余的锌蒸气依次通过第二冷却室和第三冷却室，锌蒸气分别在第二冷却室和第三冷却室中冷却后形成第二冷却结晶锌和第三冷却结晶锌；金属互化物经过蒸馏分离后，在铁锌分离炉中得到金属铁。4.根据权利要求1所述的电积锌循环的锌热法炼铁方法，其特征在于，所述轻质料蒸馏分离装置包括包括锌蒸馏分离炉、初冷室、二冷室，锌蒸馏分离炉的外侧设有加热室，加热室的两侧分别设有热源进口和乏热源出口，锌蒸馏分离炉通过连接管与轻料罐相连，连接管上设有进料阀；锌蒸馏分离炉与初冷室连通，初冷室与二冷室连通，二冷室连接第一蒸馏真空泵；初冷室的外侧设有初冷冷却水套，初冷冷却水套上设有初冷冷却剂入口和初冷冷却剂出口；二冷冷却室的外侧设有二冷冷却水套，二冷冷却水套上设有二冷冷却剂入口和二冷冷却剂出口；浮渣置于轻料罐中，轻料罐中的浮渣通过连接管进入锌蒸馏分离炉中；通过加热室对锌蒸馏分离炉中的浮渣进行加热，同时启动第一蒸馏真空泵，浮渣中的锌在加热后挥发形成锌蒸气，锌蒸气依次通过初冷室和二冷室，部分锌蒸气在初冷室中冷却后形成初冷结晶锌，剩余的锌蒸气在二冷室中冷却后形成终冷结晶锌。5.根据权利要求4所述的电积锌循环的锌热法炼铁方法，其特征在于，将经过蒸馏分离后的浮渣浸入硫酸中，硫酸与浮渣中的氧化锌反应后得到硫酸锌溶液，将硫酸锌溶液过滤
后作为电解液并用于电积锌法制取金属锌。6.根据权利要求1所述的电积锌循环的锌热法炼铁方法，其特征在于，所述进料装置包括进料锁斗、螺旋加料室、气体调节装置，进料锁斗的上下两端分别设有上进料阀和下进料阀，螺旋加料室连接在进料锁斗的下端，进料锁斗连接气体调节装置；螺旋加料室的下端设有进料螺杆管，进料螺杆管中设有进料螺杆，螺旋加料室中设有进料电机；进料螺杆的上端与进料电机相连，进料螺杆和进料螺杆杆的下端均伸入锌熔液池中锌熔液中；进料电机的上端设有布料锥；在进料时，先通过气体调节装置将进料锁斗中的气体抽除，并向进料锁斗中充入惰性气体；接着打开上进料阀，将铁矿粉通入进料锁斗中；然后关闭上进料阀，并打开下进料阀，使得进料锁斗中的铁矿粉落入螺旋加料室中；通过进料螺杆将落入螺旋加料室中的铁矿粉推送至锌熔液中。7.根据权利要求6所述的电积锌循环的锌热法炼铁方法，其特征在于，所述气体调节装置包括排气管、废气充气管、惰气充气管、惰气储罐、废气储罐，排气管和废气充气管的一端与进料锁斗连通，排气管和废气充气管的另一端连接废气储罐；排气管上依次设有冷区除尘器、排气阀门、真空泵、废气缓冲罐、增压泵，废气充气管上设有废气充气阀门；惰气充气管的一端与进料锁斗连通，另一端连接惰气储罐，惰气充气管上设有惰气充气阀门。8.根据权利要求6所述的电积锌循环的锌热法炼铁方法，其特征在于，所述浮渣聚集机构包括设置在进料螺杆下端的搅拌桨叶、设置在熔锌室中的隔离墙，隔离墙上设有通液孔，隔离墙局部插入锌熔液中；进料螺杆在旋转时带动搅拌桨叶旋转，搅拌桨叶旋转时带动锌熔液旋转流动，旋转流动的锌熔液在流经隔离墙时，浮在锌熔液上方的浮渣被隔离墙阻挡并聚积在隔离墙的一侧，从而在隔离墙的一侧形成浮渣聚积区。9.根据权利要求1所述的电积锌循环的锌热法炼铁方法，其特征在于，重料固液离心分离系统、轻料固液离心分离系统结构相同，重料固液离心分离系统和轻料固液离心分离系统均包括惰性气体保护室，惰性气体保护室连接氩气保护系统；惰性气体保护室内设有可转动的离心转盘，离心转盘的下方设有用于驱动离心转盘转动的离心电机，离心转盘的上方设有离心转鼓，离心转鼓由下往上其外径逐渐缩小；离心转鼓的上方设有落料槽；离心转鼓侧壁的上方设有甩液孔；离心转鼓的外侧设有接液室，接液室的下端连接锌液罐；惰性气体保护室上设有与落料槽相对应的上开门装置和与锌液罐相对应的下开门装置；重料输送装置将金属互化物送至重料固液离心分离系统的落权利要求书料槽中，轻料输送装置将浮渣送至轻料固液离心分离系统的落料槽中。

技术总结
本发明公开了一种电积锌循环的锌热法炼铁方法，包括如下具体步骤：制取金属锌；将金属锌熔化后置入熔锌室中，铁矿粉通过进料装置通入锌熔液中，形成氧化锌和单质铁；单质铁与锌结合生成固态的金属互化物；位于锌熔液下层的金属互化物送至重料固液离心分离系统中，浮渣送至轻料固液离心分离系统中；重料固液离心分离系统将金属互化物与夹杂的锌液分离后，并将金属互化物输送至重质料蒸馏分离装置中；轻料固液离心分离系统将浮渣中夹杂的锌液进行分离，然后将浮渣输送至轻质料蒸馏分离装置。本发明在炼铁过程中无需用到氢气等还原气体，杜绝了发生氢气爆炸的隐患，整个工艺流程较为安全；且在炼铁过程中几乎不产生二氧化碳排放，绿色环保。绿色环保。绿色环保。


技术研发人员：牛强
受保护的技术使用者：嘉兴中科海石合金技术有限公司
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/8/13