低质低品位含锗粉状褐煤在链条炉中挥发富集提取锗精矿的方法

摘要

本发明提供了一种从低质低品位褐煤中提取锗精矿的方法，其利用链条炉提取锗精矿，该方法包括：将褐煤从煤斗内依靠自重落到炉排上，随着炉排自前向后缓慢移动。调节煤闸板，控制煤层厚度保持在500mm。经过预热的空气从炉排下面送入，与煤层运动方向相交。使褐煤燃烧，不需要控制该链条炉内气氛，就能使低质低品位含锗褐煤中的锗被还原并挥发至烟气中，收集烟尘作为锗精矿。该方法可以达到充分利用低质低品位含锗褐煤、增大锗资源的综合利用能力，提高锗的产量，同时有效地回收余能的作用。

权利要求

1.一种从褐煤中提取锗精矿的方法，其利用链条炉提取锗精矿，包括：将褐煤自然晾晒风干使其含水质量分数不超过20%，随后将褐煤送入链条炉中，使其从煤斗内依靠自重落到炉排上，随着炉排自前向后缓慢移动，调节煤闸板，精确控制煤层厚度，送入热风与褐煤混合并使其燃烧，粗烟尘颗粒被旋风除尘器捕集，细烟尘颗粒由引风机抽引后，由高效自动脉冲收尘器收集起来作为锗精矿，洁净的烟气经烟囱排空；

其特征在于：保持该链条炉内的气氛为弱还原气氛，控制煤层厚度在300-500mm，燃烧温度在1150-1250℃之间，锗精矿的收集效率可达99%以上；

为了改善褐煤在链条炉中的燃烧状况，同时采取以下两种措施：（1）炉拱布置：缩短前拱长度，延长后烘长度，采用低而长的后拱，遮盖着炉排有效长度的50%-60%，促进前部的新煤较快地着火；（2）分段送风：在炉排下面隔成多个风室进行分段送风，每个风室的风量均用单独的挡风板分别调节；

所述的弱还原气氛为链条炉中游离氧的体积含量1%-2%，CO的体积含量0.5%-1%；所述热风的温度为至少150℃；所述的热风的速度为至少80m/s；所述的热风为向链条炉排下面分室送入，与煤层运动方向相交；

该方法可以使含锗质量分数在0.006%—0.01%之间的低品位褐煤在链条炉中燃烧。

2.如权利要求1所述的从褐煤中提取锗精矿的方法，其特征在于：所述链条炉采用轻型高强度小块鳞片式炉排，链条炉主体长9.6m、宽3.1m、高3.9m，链条炉副燃室长4.48m、宽

3.1m、高2.9m，余热锅炉额定压力1.25Mpa、温度194℃。

3.如权利要求2所述的从褐煤中提取锗精矿的方法，其特征在于：所述链条炉采用机械化加煤方式，配备有7.5KW鼓风机、5.5KW引风机及刮板出渣机。

4.如权利要求1所述的从褐煤中提取锗精矿的方法，其特征在于：煤层厚度保持在

500mm，空气从炉排下的送入方向与煤层运动方向相交。

说明书

低质低品位含锗粉状褐煤在链条炉中挥发富集提取锗精矿

的方法

技术领域

[0001] 本发明提供一种提取锗的方法，尤其是从低质低品位含锗褐煤中提取锗精矿的方法。

背景技术

[0002] 锗属于稀散元素，为银灰色脆性金属，具有半导体性质，故又称为半金属。随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，锗被广泛应用于工农业生产和军事工业及人们的日常生活中，锗的提取冶金也得到很大发展。

[0003] 我国锗资源分布过于分散，成矿矿物极少，没有单独的矿床，工业生产主要从铅锌矿中综合回收和从煤中提取。我国的锗生产是从回收煤中锗开始的。1956年从沈阳煤气厂烟道灰中提炼出中国第一批还原锗；1958年开始从宣化煤中提取锗；1967年开展从临沧褐煤燃烧残灰中提取锗的研究；20世纪70年代为回收临沧锗资源研究成功沸腾燃烧锅炉燃烧褐煤发电，从烟道灰和锅炉灰中回收锗；此外还包括用固定炉排的手烧炉从块煤中提取锗。

[0004] 1999年发现锡林郭勒含锗褐煤之后，最先从优质高品位的块煤中提取锗是用固定炉排的手烧炉来小规模地进行，由于手烧炉只适宜燃烧块煤，而采掘出来的褐煤近80%为低质低品位含水高的粉状褐煤，有效利用率非常低。而且，褐煤的着火点很低，只有300度左右，大量积存的粉煤很容易自燃，即浪费资源又污染环境。2006年通力公司进行的旋涡锅炉提取锗试验获得成功，并取得国家发明专利授权。由于该技术需要对低质低品位的原料煤进行干燥才能进行燃烧提取，因此公司在2010年又进行了链条炉燃烧提锗试验，即只对原料煤进行简单晾晒后，就可以直接进入链条炉中进行锗煤燃烧提取。这项技术充分利用链条炉的特性与现行的提取锗工艺的结合。减少了旋涡炉炼锗需要进行原料煤的干燥环节。通过公司全体科技人员和外聘专家的努力，经过大小数百次的科技实验，此项技术已经获得成功，并于2010年下半年完成了第一台链条炉的生产运行。

发明内容

[0005] 通过对现有技术以及以前所有提取锗工程的实地考察，以及查阅相关的设计资料，运用几十年积累的丰富经验和专用技术，本申请的发明人进行了上百项大大小小的试验研究，才产生了本发明的工艺方法和工艺设备，使得本发明的利用链条炉提取锗精矿的工艺具备了投产运行的基础。

[0006] 本发明的目的在于提供一种从褐煤中提取锗的方法，该方法可以使含锗量在0.006%—0.01%之间的低品位褐煤在链条炉中燃烧，而且对炉料粒度及含水量无特殊的要求，实现了充分利用粉状低质低品位褐煤增大锗精矿的产能，提高锗精矿的收率，有效回收余能，改善劳动环境的目的。

[0007] 为了达到上述目的，本发明提供了一种从褐煤中提取锗的方法，包括：将褐煤自然晾晒风干使其含水量不超过20%，随后将褐煤送入链条炉中，使其从煤斗内依靠自重落到炉排上，随着炉排自前向后缓慢移动，调节煤闸板，精确控制煤层厚度，送入热风与褐煤混合并使其燃烧，粗烟尘颗粒被旋风除尘器捕集，细烟尘颗粒由引风机抽引后，由高效自动脉冲收尘器收集起来作为锗精矿，洁净的烟气经烟囱排空。保持该链条炉内的气氛为弱还原气氛，控制煤层厚度在300-500mm，燃烧温度在1150-1250℃之间，锗精矿的收集效率可达99%以上。

[0008] 其中，所述的弱还原气氛为链条炉中游离氧的体积含量1%-2%，CO的体积含量0.5%-1%；所述热风的温度为至少150℃；所述的热风的速度为至少80m/s；所述的热风为向链条炉排下面分室送入，与煤层运动方向相交。

[0009] 在上述方法中，我们利用链条炉供热、供汽的同时也实现了对褐煤中锗的提取，而且锗的挥发率在87-93%之间，已有的旋涡炉提锗技术必须先将褐煤破碎成粒度不超过3mm，再干燥使其含水量不超过18%才能进行燃烧提锗，但此技术不需要破碎和干燥，只根据含锗褐煤品质的不同调节煤闸板，控制煤层保持在一定的厚度，保证其充分完全的燃烧。

[0010] 本申请所述链条炉挥发富集提取锗精矿的特点：

[0011] （1）本发明在链条炉中进行低质低品位含锗褐煤的燃烧提锗精矿，原料的粒度及水分无需进行预处理，连续性好，挥发温度稳定，完全能够达到热力学理论上对反应有利的温度；

[0012] （2）将褐煤从煤斗内依靠自重落到炉排上，随着炉排自前向后缓慢移动。调节煤闸板，控制煤层厚度保持在500mm。空气从炉排下面送入，与煤层运动方向相交。能够加快各种热传质过程，此为促使进行高速反应的动力学前提；

[0013] （3）对原有炉体进行了改造，取消了前烘，延长了后烘，降低了炉膛高度（炉排到炉顶的距离为1.5米）。使得机械物理力带走的烟尘减至最低，可以得到高品位的含锗烟尘；

[0014] （4）可以很容易的通过调整风量，料量及风料比来控制炉内温度，从而实现锗挥发率的最大化；

[0015] （5）本发明在链条炉提锗的工艺过程中，余热可以通过回收利用，从而使生产过程中总能耗降到最低；

[0016] （6）本发明利用的链条炉主体设备简单，附属设备均为冶金行业的通用设备，配套容易，使用寿命长，开启灵活方便。

具体实施方式

[0017] 实施例1：

[0018] 首先，链条炉中锗的挥发机理为：

[0019] 在褐煤中，锗与其中的羧基、酚及羟基起化学作用，形成锗的有机化合物，锗的腐植酸盐，褐煤中的锗主要存在于煤的碳质部分中，而不是在灰渣中。在高温燃烧（>1200℃）条件下，煤中锗的各种化合物具有挥发性，这非常有利于采用火法富集褐煤中的锗。锗及其化合物升华温度见下表：

[0020] 表1、锗及其化合物升华温度一览表

[0021]锗及化合物 GeS GeS GeO GeO2 Ge
升华温度（℃） 400-600 600-700 700-710 >1250 >1800

[0022] 从表1可以看出，GeO2及单质Ge的升华温度较高，在链条炉富集过程中应尽可能避免生成。

[0023] 下面简要分析几种锗化合物的反应过程，对富集锗生产过程会有所帮助。根据锗化合物的性质，在900—1000℃温度条件下会发生如下反应：

[0024] GeO2+CO=GeO+CO2

[0025] 2GeO2+C=2GeO+CO2

[0026] 上述两项反应对降低锗化合物的挥发温度，提高锗的挥发率极为有利，这是链条炉提锗所要尽力去控制的条件。

[0027] 据资料介绍，常温下GeO2蒸汽压很小，离解压也很小，但温度为1000~1100℃时，GeO2会按下式离解：

[0028] GeO2=GeO+½O2

[0029] GeO2也会按下式离解：

[0030] GeO2=Ge+O2

[0031] 上述第一项反应有利于锗的挥发，而第二项反应则会降低锗的挥发率，因为所产生的单质锗很难升华出去，只会进入渣中损失掉，所以链条炉运行过程中调整适当的风煤比是提高锗挥发率的关键。

[0032] 在此基础上，一种从褐煤中提取锗精矿的方法为：

[0033] 链条炉采用轻型高强度小块鳞片式炉排。其技术参数为：8T/H型链条炉主体长9.6米、宽3.1米、高3.9米，8T/H型链条炉副燃室长4.48、宽3.1米、高2.9米，SHL6—
1.25—H余热锅炉额定压力1.25Mpa、温度194度。

[0034] 链条炉的燃烧着火主要依靠炉膛火焰和拱的辐射热,因而上面的煤先着火,然后逐步向下燃烧，这样的燃烧过程在炉排上就出现了明显的区域分层。煤进入炉膛后,随炉排逐渐由前向后缓慢移动。在炉排的前部,是新煤燃烧准备区,主要进行煤的预热和干燥。紧接着是挥发分析出着火并开始进入燃烧区。在炉排的中部,是高温燃烧区,该区温度很高,同时进行着氧化和还原反应过程，放出大量热量。在炉排的后部,是灰渣燃尽区,对灰渣中剩余的焦炭继续燃烧。在燃烧准备区和燃尽区都不需要很多空气,而在高温燃烧区则必须保证有足够的空气,如果不采取分段送风,会出现空气在炉膛前后两端过剩,在中部不足的弊病。为了改善上述燃烧状况,我们采取以下二种措施：

[0035] 1.炉拱布置：

[0036] 炉墙向炉膛内突出的部分称为炉拱。炉拱的主要作用是储蓄热量、调整燃烧中心、提高炉膛温度、加速新煤着火、延长烟气流程、促进燃料充分燃烧。(1)前拱：前拱位于炉排上方的前炉墙下部,主要作用是吸收高温烟气中的热量,再反射到炉排前部,加速新煤的着火燃烧。为了控制弱还原气氛，经过大量实验后，本发明缩短了前拱长度；(2)后拱：后拱位于炉排上方的后炉墙下部,后拱的作用是将燃尽区的高温烟气和过剩的空气引导到炉膛中部和前部,以延长烟气流程,保证主燃烧区所需要的热量,以及促进新煤引燃,同时提高炉排后部温度,使灰渣中的固定炭燃尽。为了保证炉膛的温度在1150-1250℃和快速燃烧，经过大量实验，本发明延长了后烘长度。采用低而长的后拱,遮盖着炉排有效长度的