氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理銅陽極泥的工藝設(shè)計(jì)

梁帥表

（中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

1 銅陽極泥的處理工藝

1.1 銅陽極泥處理的主要工藝

目前國(guó)內(nèi)外陽極泥處理工藝主要有三大類：

（1）全濕法工藝流程。以美國(guó)OUTFORT公司為代表，流程為：銅陽極泥加壓浸出銅、碲－氯化浸出硒、金－堿浸分鉛－氨浸分銀－金銀電解；

（2）濕法為主，火法、濕法相結(jié)合的半濕法工藝流程。國(guó)內(nèi)目前大多數(shù)廠家采用，主干流程為：銅陽極泥硫酸化焙燒蒸硒－稀酸分銅－氯化分金－亞鈉分銀－金銀電解；

（3）火法為主，濕法、火法相結(jié)合的火法流程。以波立登公司為代表，主干流程為：銅陽極泥加壓浸出銅、碲－火法熔煉、吹煉－銀電解－銀陽極泥處理金。在設(shè)備方面，波立登公司僅用1臺(tái)卡爾多爐來完成熔煉、吹煉[1～4]。

陽極泥處理工藝選擇的主要依據(jù)是陽極泥的化學(xué)成分和生產(chǎn)規(guī)模的大小。目前，我國(guó)冶煉廠主要采用以濕法為主的半濕法工藝，該工藝流程較長(zhǎng)，環(huán)保效果不好。

1.2 半濕法工藝和卡爾多爐工藝比較

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的半濕法工藝主要通過焙燒蒸硒、分金和分銀三個(gè)工序才能完成，卡爾多爐工藝用1臺(tái)卡爾多爐就可完成，半濕法工藝流程較長(zhǎng)，設(shè)備多。在廠房配置上，由于卡爾多爐工藝設(shè)備較為緊湊，占地面積大為減少。在生產(chǎn)周期方面，卡爾多爐工藝金的生產(chǎn)周期為13 d，銀為11 d；半濕法工藝金的生產(chǎn)周期為15 d，銀為13 d[1]。

兩種工藝的金銀回收率基本相同，卡爾多爐工藝數(shù)據(jù)由波立登公司提供。卡爾多爐工藝Se的回收率為95.5%,明顯高于半濕法工藝流程的90%；Cu的回收率也高出3個(gè)百分點(diǎn)?？柖酄t工藝金銀收率從陽極泥算至多爾合金；半濕法工藝金銀收率從陽極泥算至粗金、銀粉，銅、硒、碲收率分別算至分銅液、粗硒、碲渣。

兩種工藝的運(yùn)行成本比較見表1。

半濕法工藝噸陽極泥材料消耗約為6 000元，卡爾多爐工藝約為4 800元?？梢娍柖酄t工藝在運(yùn)行成本上有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是固定投資方面，卡爾多爐工藝要高于半濕法工藝的一次性投資[1]。

兩種工藝的環(huán)保效果有很大差別，半濕法工藝的主要污染源有酸性廢水和二氧化硫、氯氣等廢氣。廢水經(jīng)過處理回收其中的銅后，用石灰中和達(dá)標(biāo)排放；廢氣用堿液吸收后達(dá)標(biāo)排放；廢渣銷售給鉛冶煉廠，此流程中不存在固體污染?？柖酄t工藝的主要污染源有含鉛、砷等有害元素的煙氣和少量酸性廢水。卡爾多爐煙氣處理考慮周全，煙氣采用濕法收塵先進(jìn)技術(shù)，通過文丘里管、濕式靜電除塵后達(dá)標(biāo)排放，少量酸性廢水處理方法和濕法工藝相同。而且卡爾多爐外罩環(huán)保煙罩，整個(gè)廠房環(huán)境很好。噸干陽極泥綜合能耗半濕法工藝約為2.9 t標(biāo)準(zhǔn)煤，而卡爾多爐工藝約為1.8 t標(biāo)準(zhǔn)煤。

表1 兩種工藝的輔助材料消耗[1～4]

綜合以上指標(biāo)，卡爾多爐火法工藝的優(yōu)點(diǎn)是主干流程短、工藝設(shè)備少、占地面積小、生產(chǎn)周期短、能耗低、勞動(dòng)定員少、生產(chǎn)成本低、對(duì)原料適應(yīng)性好，且卡爾多爐生產(chǎn)潛力大、環(huán)境條件好、廢水處理量小。但入爐料需干燥，廠房較高，投資相對(duì)較多?？傮w來說，在高環(huán)保、低能耗，以及陽極泥處理規(guī)模大型化的趨勢(shì)下，卡爾多爐工藝是陽極泥處理工藝的一個(gè)改進(jìn)方向[5～6]。目前我國(guó)已經(jīng)引進(jìn)卡爾多爐處理鉛精礦工藝[7]，也有公司引進(jìn)了波利登公司的卡爾多爐處理陽極泥工藝，但是引進(jìn)費(fèi)用太高。在這種情況下，恩菲公司和某冶煉廠合作對(duì)該工藝進(jìn)行了自主研發(fā)設(shè)計(jì)。

2 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理陽極泥的理論研究和工藝設(shè)計(jì)

2.1 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理陽極泥的理論研究

本設(shè)計(jì)處理的陽極泥的主要成分見表2。

表2 陽極泥的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

陽極泥經(jīng)濕法高壓浸出得到的浸出渣的主要成分見表3。

表3 陽極泥浸出渣的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

經(jīng)過試驗(yàn)得出，在合適的工藝條件下，通過加壓浸出銅能夠成功地從陽極泥里分離出來進(jìn)入浸出液，渣率67%。除去陽極泥中的銅對(duì)后面的火法冶煉非常重要，因此一定要控制好浸出的工藝指標(biāo)，保證后續(xù)熔煉的順利進(jìn)行。

浸出渣干燥后進(jìn)入氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行熔煉，配好的物料首先在爐中完成還原熔煉過程，熔煉過程中配入焦粉、碎鉛、鐵屑和二氧化硅，鉛將金銀捕集到一起。PbO和SiO2形成硅酸鉛進(jìn)入爐渣中，在加入焦粉的情況下，局部發(fā)生下列反應(yīng)：

如果沒有其他能與SiO2結(jié)合的氧化物存在，爐內(nèi)會(huì)形成鉛珠飽和著的海綿狀二氧化硅，不利于鉛捕集金銀。為了使鉛完全分離出來去捕集金銀，加入鐵屑和SiO2進(jìn)行反應(yīng)：

由此可見，在還原熔煉過程中,配入合適的焦粉量十分重要，首先要還原出足夠量的Pb捕集金銀，但焦粉不能過量，太多造成過強(qiáng)的還原氣氛，使其他金屬氧化物還原，提高了游離的SiO2含量，增加了渣的粘度。在熔煉過程中，其他次要元素，如砷主要揮發(fā)到煙氣中，少部分以PbO·As2O3的形式進(jìn)入渣中；Sb2O3揮發(fā)較緩慢，同時(shí)能與熔劑作用，大部分進(jìn)入渣和貴鉛中[2]。有研究表明，在合理的配料條件下，可以控制渣中含Ag 0.5%、Au 0.005%以下。

將熔煉過程產(chǎn)出的渣排出，剩余的貴鉛在爐內(nèi)進(jìn)行氧化精煉，保持爐溫1 000～1 100℃，將熔煉槍換為吹煉槍。貴鉛中的絕大多數(shù)雜質(zhì)氧化成不溶于銀的氧化物，浮于熔體表面形成爐渣。吹煉時(shí)，雜質(zhì)的氧化順序取決于氧化物的生成熱。雜質(zhì)氧化的順序?yàn)椋轰R＞砷＞鉛＞鉍＞銅＞硒＞碲。另外氧化的難易和含量有關(guān)，含量最多的鉛首先氧化為PbO，然后由于PbO對(duì)氧的傳遞作用，使砷、銻氧化[8]。銅在貴鉛合金中起著不良的影響，它提高了貴鉛的熔點(diǎn)和氧化作業(yè)溫度，同時(shí)能和金銀形成固溶體，氧化次序也靠后，故較難從合金中除去。也有工廠在氧化末期加入硝石等提高氧化強(qiáng)度。對(duì)于硒和碲的氧化，有研究表明，由于硒氧化揮發(fā)，因此在精煉開始階段就開始氧化，但是碲的氧化是在熔體中的Se/Te比例小于0.55時(shí)才開始[9]。氧化精煉過程在以前傳統(tǒng)的金銀精煉爐中需要20多小時(shí)方能達(dá)到較好的效果，但是在氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐中，由于轉(zhuǎn)動(dòng)的爐體和強(qiáng)氧化噴槍的作用，使得反應(yīng)時(shí)間大大縮短。在氧化過程中加入碳酸鈉，可以生成碲渣，有利于反應(yīng)進(jìn)行：

硒在氧化過程中，氧化成很容易揮發(fā)的SeO2進(jìn)入煙氣中，在文丘里收塵器中捕集回收。

2.2 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理陽極泥的工藝設(shè)計(jì)

2.2.1 工藝流程

本設(shè)計(jì)采用的工藝流程見圖1。

圖1 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理陽極泥工藝流程圖

陽極泥浸出渣漿化后用泵打入壓濾機(jī)中，壓濾出的浸出渣含水30%左右，直接進(jìn)入干燥機(jī)干燥至含水3%以內(nèi)，配料后分批加入氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐，經(jīng)過熔煉和吹煉，得到的金銀合金送至合金保溫爐進(jìn)行定量澆鑄；熔煉渣運(yùn)走，前段吹煉渣返回爐子，末端吹煉渣送原有碲回收系統(tǒng)；煙氣采用文丘里收塵，文丘里泥返回爐子，從煙氣洗滌溶液中回收硒。

2.2.2 主要設(shè)備選擇

含水30%的浸出渣，水分高且粘性很大，試驗(yàn)表明使用閃蒸干燥效果不理想。本設(shè)計(jì)最終選用帶式干燥機(jī)并改進(jìn)了加料設(shè)備，使得陽極泥浸出渣能夠順利地加入到干燥機(jī)中。干燥工序基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，取代了原烘箱式干燥中繁重的人工勞動(dòng)。設(shè)計(jì)預(yù)期干燥后的陽極泥浸出渣水分含量低于3%且為塊狀，降低粉塵飛揚(yáng)損失。干燥渣經(jīng)定量給料機(jī)并和其他熔劑混合配料，通過密封膠帶機(jī)送往氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐為本工藝的核心設(shè)備，設(shè)計(jì)規(guī)格為?內(nèi)1 350 mm，爐膛高度3 000 mm，有效容積0.8～1.0 m3。其首次采用液壓傳動(dòng)和傾動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，吹煉角度28°。氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)包括噴槍（熔煉槍和吹煉槍）、水冷煙罩、爐體、旋轉(zhuǎn)裝置、傾翻裝置、止推托輥和傾轉(zhuǎn)編碼器。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐設(shè)有兩個(gè)噴槍，一根熔煉槍，一根吹煉槍。熔煉噴槍以柴油為燃料，吹煉槍吹壓縮空氣。兩只噴槍裝在一個(gè)槍架上，噴槍設(shè)編碼器，可自動(dòng)控制噴槍位置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的液壓蓄能器可保證在停電或失去動(dòng)力時(shí)，噴槍能從爐子的噴槍口移出。噴槍采用密閉循環(huán)水冷系統(tǒng)，并有滲漏檢測(cè)。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的煙罩為固定水冷煙罩，罩住爐子出口。煙罩上留有兩個(gè)噴槍插入口。頂部設(shè)一個(gè)正常排煙口和事故排煙口。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煙氣量約為3500～4000m3/h，煙氣成分在各個(gè)階段發(fā)生變化。煙氣的冷卻設(shè)計(jì)中采用膜式壁冷卻煙道，冷卻效果好。煙氣經(jīng)過直升煙道后再經(jīng)文丘里收塵器收塵，排出的氣體再經(jīng)濕式電收塵器和洗滌塔洗滌后排空。文丘里粉塵進(jìn)入沉淀池，進(jìn)行壓濾，濾渣干燥后返回轉(zhuǎn)爐，濾液通入二氧化硫還原沉淀回收硒。

金銀合金采用直線澆鑄機(jī)澆鑄銀陽極板，澆鑄完后卸出銀錠，將銀錠吊開排架，取代原銀錠澆鑄中頻爐熔化、手工操作澆鑄，改善了勞動(dòng)條件和環(huán)境狀況。

3 結(jié)論

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：溫度和熔煉條件易于變動(dòng)和控制，它具有熔化、還原、氧化吹煉、精煉等功能。特點(diǎn)是氣、液、固三相傳質(zhì)和傳熱效果好，生產(chǎn)能夠適應(yīng)多種礦物物料，如處理鉛精礦、銅精礦、雜銅和陽極泥等，在波蘭、墨西哥、美國(guó)等已經(jīng)采用。氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理陽極泥工藝在國(guó)內(nèi)尚屬新型工藝，銅陵有色剛從國(guó)外引進(jìn)了該工藝。恩菲公司是在自主開發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)和設(shè)計(jì)的，設(shè)備選型和參數(shù)選擇都留有余地，在工藝控制上自動(dòng)化程度較高，環(huán)保措施較好，工藝流程打通后，冶煉廠處理陽極泥浸出渣規(guī)模可達(dá)到2000t/a以上。

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