鼓风炉挥发熔炼直接生产超细三氧化锑的 方法及其专用设备 本发明涉及一种用硫化锑矿或氧化锑为原料鼓风炉挥发熔炼直接生产超细锑白的方法及其专用设备。
目前，三氧化锑(俗称锑白)的生产方法，可分为湿化和火化两大类。湿化法是以硫化锑矿为原料，用SbCl3溶液为浸出液，在浸出过程中，Sb、As、Pb生成氯化物而转入溶液，从而与脉石分离，再将含SbCl3的溶液进行水解、脱氯、液固分离、干燥，即可得到锑白。其质量可达到国家标准的零级锑白，但其晶形主要为斜方晶形，故产品白度较低，粒度较粗。因而，目前采用此法生产的很少。
火化法又有直接法生产和间接法生产之分。直接法生产锑白有直井炉挥发焙烧法和双窑法两种。
直井炉挥发焙烧法是以焦炭为燃料，以硫化锑为原料，利用锑的易挥发性，将锑、砷、铅等易挥发物质变为气态，随炉气进入冷却、收尘系统，从而实现与脉石分离，得到提纯的锑白。该法的缺点是产品纯度低，三氧化锑含量在98％左右，砷、铅、硫等杂质含量高；产品白度差，颗粒粗，很难满足用户要求，该法现在已开始被淘汰。
双窑法，在工业上广泛应用此法的有北美、西欧和玻利维亚等国家和地区。该法采用两个回转窑挥发焙烧，第一回转窑处理含锑量不低于60％的硫化锑精矿，将粉精矿喷入回转窑中使之剧烈氧化，转化成三氧化锑，并随炉气一道进入冷却、收尘系统，得到混有少量杂质的粗三氧化锑，第二回转窑为精炼窑，将粗三氧化锑重新挥发提纯得到锑白。由于在生产过程中，原料中的砷和铅绝大部分挥发进入产品，因而，用该方法生产锑白时，需选用砷、铅含量很低的原材料。该法原料适应性差；成品纯度低，且因设备投资巨大，不适宜于发展中国家采用。
间接法生产锑白，是以精锑为原料，将精锑投入到锑白炉中加热焙烧，由鼓风机向炉池锑液中鼓入空气，使锑液沸腾并大量蒸发随气体带出炉池，与空气中的氧反应生成三氧化锑，三氧化锑与炉顶进入的冷空气相遇，由气态迅速冷凝成固态微细颗粒，经旋风除尘器分离出杂质和粗颗粒锑白后，由布袋收尘室收集得到锑白产品。该法生产的锑白产品质量好，但对原料要求严格，必须以精锑为原料，生产成本高，经济效益低。目前精锑与锑白的差价约为1000～2000元/吨。
根据冶金工业出版社出版的《锑》(1987年12月第一版，赵天从著)介绍，目前国内采用的硫化锑精矿鼓风炉挥发熔炼法，是在熔炼过程中，将含锑物料中的硫化锑挥发氧化，在冷凝系统内得到氧化锑，同时脉石造渣由炉缸放出。这一方法是中国试验成功的，经过几十年不断的改进和提高，各项技术指标都达到了相当高的水平。该方法对原料适应性强，既能处理硫化矿，也能处理氧化矿或硫氧混合矿，甚至是炼锑厂的中间产品或其他含锑较高的物料，如泡渣、锑渣、生锑渣等；鼓风炉挥发熔炼过程中，锑的挥发率高达90％，金属锑在渣中的损失率仅为1～2％，因而这一方法在我国炼锑业中被广泛采用。这种方法地缺点是：(1)由于在工艺中采用表面冷却法，三氧化锑颗粒的细度、白度指标不高，达不到超细锑白的要求，而只能作为生产精锑的半成品；(2)在挥发熔炼过程中铅、砷、硫等杂质进入炉气，降低了产品质量，产品中含锑量一般在80％以下。硫化锑精矿鼓风炉挥发熔炼的大致工艺流程如下：锑精矿——制粒或制团——团矿干燥——鼓风炉挥发熔炼——鹅颈冷却——烟尘沉降室——汽化冷却器或水冷却器——表面冷却器——布袋收尘——锑氧。
本发明的目的是提供一种生产超细三氧化锑的工艺方法，此法发扬了上述湿化、火化、鼓风炉挥发熔炼等诸方法的优点，克服了其缺点，特别是应用该方法可直接生产出细度、白度、晶形均符合要求的超细锑白。
在实现上述目的过程中，本发明采用的方法是：以硫化锑矿或硫化锑粉精矿或块、粉结锑氧为原料，在原料中拌入根据化学反应平衡式计算出的所需理论消耗量的1～3倍的除砷剂和除铅剂，将混合好的原料和除砷剂、除铅剂投入到鼓风炉中进行挥发熔炼，在1300℃～1400℃温度条件下，产生的炉气进入反应室。除砷剂、除铅剂与砷、铅反应生成难挥发盐类，和其他熔渣起进入炉缸，再由炉缸流到炉前的前床进行澄清分离。炉气中的硫化锑、高价锑氧化物在反应室分别进行氧化、离解反应，生成三氧化锑，反应室出口的温度控制在950℃～1050℃为宜。反应室有效容积与鼓风炉风口区横截面积之比为15～45∶1，最好为30～33∶1。反应室之后设计有一混合冷却器，混合冷却器为变径空心柱体。混合冷却器进口对准反应室上的烟道出口，且该烟道出口与混合冷却器进口之间断开并保持一段距离，距离大小可根据控制混合冷却器内炉气温度的需要来进行调整。从反应室烟道出口流出的三氧化锑，在抽风机造成的负压作用下，连同空中大量的冷空气一道从混合冷却器进口流入其中，在混合冷却器内炉气温度迅速、均匀地冷却到400℃以下，将气态三氧化锑冷凝成固态微粒，再经沉降室除杂、分离出较粗三氧化锑微粒，细颗粒三氧化锑随气流进入旋风除尘器进行分级，绝大部分的超细三氧化锑进入布袋收尘室，即得到超细锑白。
下面结合附图和实施例对本发明作具体的详细说明。
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明的工作原理示意图。
图3是本发明的鼓风炉主视剖面图。
图4是本发明的鼓风炉左视剖面图。
图5是本发明的反应室主视剖面图。
图6是本发明的反应室俯视剖面图。
图7是本发明的混合冷却器与反应室之间的位置示意图。
具体工艺步骤如下：
本发明的大致工艺流程如图1、图2所示，原料在鼓风炉1中挥发熔炼——炉气进入反应室反应生成三氧化锑——三氧化锑与空气进入混合冷却器3中冷凝成微细颗粒——沉降室4中沉降粗三氧化锑和除杂——在旋风除尘器5中将三氧化锑微细颗粒分级——布袋收尘室6收集得到超细锑白——烟气进烟囱7。
1、鼓风炉挥发熔炼及除砷、除铅。将硫化锑矿(含锑＞40％)粉碎至0～10或硫化锑粉精矿拌入石灰制成30×30的块料或者将粉锑氧、结锑氧粉碎至0～10。由于含锑物料中不同程度地存在砷、铅两种与锑化学性质相似的元素，都具有易挥发的特性，因此，需要在含锑物料中加入根据化学反应平衡式计算出的理论消耗量1～3倍的除砷剂NaCo3或CaO、除铅剂磷酸盐或硼酸盐或二者的混合物，最好加入理论消耗量的2倍，将与除砷剂、除铅剂搅拌均匀的上述含锑物料投入鼓风炉中进行挥发熔炼。挥发熔炼过程中以焦炭为燃料，以铁矿石、石灰石为熔剂，加料的顺序为焦炭——熔剂——含锑物料，挥发熔炼加料后的料柱高度(风口中心至料面的高度)以600～800为宜。炉料和燃料分批加入，一般以每10分钟加一批料，批料重量以硫化锑物料20Kg，氧化锑物料15kg为宜。
鼓风炉挥发熔炼过程中，空气从炉子下部一侧的风口鼓入，使炉内的燃料充分燃烧，放出大量热能，形成一个温度集中的高温区，将温度控制在1300℃～1400℃之间，硫化锑、氧化锑挥发变为蒸汽，随炉气进入反应室，难挥发物质和熔剂进行造渣，同时投入的上述除砷剂、除铅剂与砷、铅反应生成难挥发的砷酸纳或钙盐、磷酸铅或硼酸铅盐类，均变成液态熔渣进入炉缸，熔渣由炉缸流至炉前的前床进行澄清分离。为了保证熔体的流动性，炉缸温度控制在1100℃～1200℃之间。
如图2、图3、图4所示，鼓风炉1为微型矩形鼓风炉，风口区横截面的几何尺为460×345，高为1474，并与后面的反应室有效容积形成一定比例。为了保证炉缸温度和炉气的温度，该鼓风炉炉身周围除高温区段外其余部分均设计有保温层8。为了节约能源，提高炉缸熔体温度，该鼓风炉采用一侧进风，在高温区段下部改传统的四面水套为一侧水套9，同时使水套的受热面积最小化，仅为0.09m2，从而解决了微型鼓风炉炉缸容易冻结的技术问题。
2、反应室氧化、离解反应并除杂。在鼓风炉中挥发进入反应室的炉气，大部分为硫化锑和少量高价锑氧化物，硫化锑在反应室中进行氧化反应，高价锑氧化物在反应室中进行离解反应，均生成三氧化锑，同时，炉气带来的杂质在此进行气固分离。产品质量的好坏，此道工序起关键的作用。为了使硫化锑氧化、高价锑离解完全，必须控制反应室中的温度，并控制炉气在反应室中停留的时间。而这两项指标均是在整个流程中自然形成的，温度高低，时间长短决定于鼓风炉和反应室的大小。
发明人经过反复试验，反应室有效容积与鼓风炉风口区横截面积之比为15～45∶1比较适宜，最好采用30～33∶1，如图5、图6所示，该反应室2外形为长方体，几何尺寸为3980×1972×3323(这些是由红砖的几何尺寸算出的，下同)，外壳内墙体里面设计有两内墙壁11，将反应室内空分割成三室，且两内墙壁相通。每室内空尺寸为800×800×2703，外壳内外墙体厚230，内外墙体之间均设计有100的保温层，以保证反应室内的温度。反应室在运转过程中的热量由炉气带入和硫化锑氧化反应放出的热量供给，内设的第三室温度应控制在950℃～1050℃为宜，以保证氧化反应和离解反应进行完全(高价锑在900℃开始分解，1030℃分解完全)，硫化锑氧化完全即可保证脱硫干净。
开炉前，反应室的热量由轻质柴油提供，反应室内设的第一室两侧设计了两个燃油烧嘴，鼓风炉开启前，在两个燃油烧嘴处点燃轻质柴油加热，待反应室温度达到950℃时，开启鼓风炉，进入正常生产。
3、炉气在混合冷却器骤冷、结晶。最终产品锑白的细度、白度、晶形等物理技术指标，决定于含三氧化锑炉气的骤冷程度，冷却速度越快、越均匀，产品的物理技术指标越好，反之越差。
要将反应室流向冷却器的950℃～1050℃高温炉气在极短的时间内冷却至400℃以下(因三氧化锑的转形温度为570℃左右)，并冷却均匀，采用传统的间接法冷却是达不到要求的。因此，本发明采用的是直接冷却法。即在炉气进入混合冷却器的同时，吸入大量冷空气，将炉气与冷空气混合，从而使炉气迅速、均匀致冷。通过改变冷却器管道直径来改变混合气体的流速，使之呈湍流状态，同时，通过调整冷却器进口与反应室出口之间的间隙大小，控制含三氧化锑的炉气与空气混合的比例，从而控制炉气的温度和冷却速度。实验表明其间隙在20～60之间调整比较合适，间隙调整为30最好。
如图2、图7所示，本发明采用的冷却器3为一变径空心园柱体，变径圆柱体的直径两头大中间小，安装时混合冷却器3的进口对准反应室2的出口，混合冷却器3出口与沉降室4连通。
4、沉降室沉降三氧化锑粗颗粒，并除杂。含三氧化锑的炉气经过混合冷却器后，变成三氧化二锑微粒，这些微粒随气流进入沉降室，在此，利用重力的作用除去杂质和沉降粗颗粒锑白。
5、旋风除尘器分级和布袋室收尘。经过沉降室除杂后的三氧化锑微粒，进入旋风除尘器进一步分级，较粗颗粒的锑白由旋风除尘器收集，超细锑白进入布袋收尘室，废气由布袋滤过流向烟囱。
本发明由于在鼓风炉挥发熔炼过程中采取了除砷、除铅措施，设计有反应室、混合冷却器，采取直接冷却方式，因而具有以下优特点：(1)产品质量好。白度＞95％，与传统技术比提高8～9％；平均细度＜0.5μm，减小1.5μm；立方晶形＞95％，提高16％；各项技术指标均符合国家锑白产品标准。(2)回收率高。锑金属回收率达96％以上。(3)成本低。与间接法生产锑白相比，每吨产品降低2000～3000元。(4)投资少。建一条年产500吨超细锑白生产线，仅需20万元。(5)对原料适应性强。(6)砷、铅、硫等杂质脱除干净，产品纯度高。