卡爾多爐處理鋅氧浸渣及中浸渣工藝的研究

陳阜東

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙 410011)

1 引言

我國為世界鉛鋅生產(chǎn)大國，但不是鉛鋅強國［1］。目前存在的突出問題是:

(1)成本不斷提高。原輔助材料、能耗價格、勞動力、財務費用等成本上升，我國鉛鋅工業(yè)過去因低成本承接國外產(chǎn)能轉(zhuǎn)移的發(fā)展環(huán)境已不復存在。

(2)產(chǎn)能過剩壓力凸顯，市場需求增速放緩。面對資源、環(huán)境和成本的三大挑戰(zhàn)，全球經(jīng)濟放緩，需求下降。

(3)重金屬污染治理形勢空前嚴峻。有效防治重金屬污染已成為鉛鋅企業(yè)生存和發(fā)展的生命線，受重金屬污染控制指標、降低CO2排放強度和污染物排放種類的要求，鉛鋅冶煉企業(yè)的環(huán)保壓力將進一步加大。

面對突出的問題，要充分發(fā)揮現(xiàn)有技術優(yōu)勢，取長補短、優(yōu)化工藝，實現(xiàn)集成創(chuàng)新，創(chuàng)造適合我國國情的高效節(jié)能環(huán)保低碳的鉛鋅聯(lián)合冶煉新技術，合理利用鉛鋅冶煉的特點，不斷提高資源綜合利用水平，降低生產(chǎn)成本，增強企業(yè)競爭力。

目前，國內(nèi)鉛、鋅冶煉企業(yè)生產(chǎn)的主金屬鉛、鋅都是虧損的，利潤都在礦山，原因是加工費都大于精礦與產(chǎn)品的差價，要能夠維持鉛、鋅冶煉企業(yè)的生產(chǎn)運行，主要靠綜合回收有價金屬，而鋅浸出渣的處理是回收有價金屬的必然途徑。國內(nèi)鋅浸出渣的處理一般采用揮發(fā)窯傳統(tǒng)法［2］，該方法存在煤或焦消耗大，耐火材料損耗大，大氣量的低濃度SO2尾氣的排放問題。由于煤或焦價格上漲及日益嚴格的環(huán)保要求，需處理低濃度SO2尾氣，渣處理的傳統(tǒng)法生產(chǎn)成本已為整個濕法鋅冶煉成本的40% ～50%，因此，選擇一種先進、節(jié)能、環(huán)保處理鋅浸出渣的方法對鋅冶煉企業(yè)是至關重要的。

國外有兩種用于鋅浸出渣處理的先進方法［3］，一種方法是加拿大科明科公司Trail廠采用的基夫賽特爐煉鉛精礦搭配處理鋅浸出渣，國內(nèi)江西銅業(yè)鉛鋅金屬公司、株洲冶煉集團也引進了這種技術，工廠已投產(chǎn)，該方法適合于大規(guī)模鉛鋅聯(lián)合企業(yè)。另一種方法是韓國鋅業(yè)公司采用Ausmelt爐單獨處理鋅浸出渣。由于韓國鋅業(yè)公司已擁有該技術的80%專利權，該技術尚未能在世界其它地區(qū)推廣。國內(nèi)正在研究開發(fā)鋅浸出渣處理的其它方法，采用富氧側(cè)吹爐單獨處理鋅浸出渣，研發(fā)氧化段與還原段的雙區(qū)爐，產(chǎn)出小氣量的含SO2＞3%煙氣送沸騰焙燒制酸，同時強化熔煉回收有價金屬。

卡爾多爐特別適應于處理含 Pb、Zn、Cu、Bi、Sb、Au、Ag等廢雜物料，利用卡爾多爐對原料適應性強的特點，搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣，可使鉛、鋅冶煉企業(yè)的物料互補，由于取消了還原段，煙氣可連續(xù)穩(wěn)定送制酸，可以使卡爾多爐的操作更加簡化，以充分發(fā)揮現(xiàn)有技術優(yōu)勢，提高資源綜合利用水平，取代揮發(fā)窯處理鋅浸出渣，將降低鋅冶煉的生產(chǎn)成本。

2 卡爾多爐生產(chǎn)系統(tǒng)

卡爾多爐生產(chǎn)系統(tǒng)一般由8個部分組成［4］，即原料制備系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、卡爾多爐系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、泥渣處理系統(tǒng)、通風除塵系統(tǒng)、熔體搬運系統(tǒng)及渣造粒系統(tǒng)。

(1)原料制備系統(tǒng):原料經(jīng)預處理配料送往一段干燥窯，水份降至6% ～7%，再送往二段干燥窯，保證原料含水＜1%，當原料含水＜10%時，可直接送二段干燥窯，燃料采用天然氣，干燥窯煙氣經(jīng)布袋收塵后達標外排。

(2)加料系統(tǒng):干燥好的原料經(jīng)篩分，篩下物進貯料倉，原料經(jīng)精礦加料器送入精礦噴槍噴入卡爾多爐，篩分后的粗料、熔劑及浮渣等可以通過箕斗提升機加入爐內(nèi)。

(3)卡爾多爐系統(tǒng)［5］:卡爾多爐系統(tǒng)包括1臺卡爾多爐和2支噴槍，1支為精礦噴槍，另1支為氧油噴槍?？柖酄t是一個襯有耐火磚的鋼制容器，可進行360°的仰俯，生產(chǎn)中可按合適的爐體角度進行裝料、熔煉及出渣，卡爾多爐熔煉作業(yè)時，與水平成28°角轉(zhuǎn)動，頂部設有正常排煙口。噴槍可沿機架在液壓裝置驅(qū)動下移出或移入爐內(nèi)，噴槍用水進行冷卻，因而可承受爐內(nèi)的高溫。爐內(nèi)產(chǎn)出的熔體倒入抬包，抬包放在抬包車上，在爐子下部進出。

(4)煙氣凈化系統(tǒng):由1個水冷集煙罩、可調(diào)文丘里、文丘里風機及泵組成，煙氣經(jīng)集煙罩后進入聚冷器，然后經(jīng)可調(diào)文丘里洗滌得到冷卻和凈化，煙氣送制酸進一步凈化，收集的粉塵變成泥漿送濃密過濾。

(5)泥渣處理系統(tǒng):包括1臺濃密機、循環(huán)管路、泵及1臺壓濾機，文丘里洗滌泥漿進濃密機，溢流水返回文丘里循環(huán)使用，壓濾機將濃密底流壓成濾餅，回收的濾餅煙塵送干燥。

(6)通風除塵系統(tǒng):包括布袋收塵器、環(huán)保煙罩、風機等，卡爾多爐物料輸送都是密閉的，通風收塵管道都保持微負壓，以防止煙塵外逸。

(7)熔體搬運系統(tǒng):利用橋式起重機吊運抬包。

(8)渣造粒系統(tǒng):渣倉由橋式起重機吊運傾翻，在溜槽上有一股很強的水流，渣被快速冷卻固化形成小顆粒沖入渣池。

3 有關計算及參數(shù)

卡爾多爐處理鋅氧浸渣及中浸渣的有關計算及參數(shù)。

(1)處理量:鋅氧浸渣 18000t/a(Zn2%、Zn360t/a、S80%、S14400t/a)、中 浸 渣 60000t/a(Zn20%、Zn12000t/a、S2%、S1200t/a)，鋅氧浸渣與中浸渣混合料含Zn15.85%、含S20%，處理混合料32.5t/爐。

(2)工作制度:300d/a，24h/d，8 爐/d。

(3)卡爾多爐熔煉脫硫率按92.5%計，制酸煙氣量是25000Nm3/h，進入煙氣總硫量78000×20%×92.5%=14430t/a，折硫酸產(chǎn)量42727t/a(100%H2SO4)，氧化段煙氣SO2濃度計算:

(4)卡爾多爐一個爐期用氧量情況見表1。

表1 卡爾多爐一個爐期用氧量情況表

4 能耗指標比較

方案一:揮發(fā)窯處理中浸渣;

方案二:卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣+煙化爐。

兩種方案只比較處理渣料至產(chǎn)出氧化鋅產(chǎn)品能耗指標，不比較生產(chǎn)硫酸及尾氣處理的能耗指標，具體見表2。能耗指標參考韓國鋅業(yè)公司Ausmelt爐渣煙化生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

表2 能耗指標比較表

圖1 卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣工藝流程圖

方案一能耗指標444.4kgce/t渣料大于方案二能耗指標278.55kgce/t渣料，方案一比方案二能耗大約增加了60%。

5 工藝流程

卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣工藝流程圖見圖1。

6 工藝過程描述

卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣生產(chǎn)工藝:主要有配料及干燥，卡爾多爐熔煉，煙氣凈化、制酸、煙化爐還原主要生產(chǎn)過程。

(1)配料及干燥:鋅氧浸渣及中浸渣經(jīng)圓盤配料進入回轉(zhuǎn)窯干燥，燃料采用天然氣，采用二段干燥，以保證干燥后物料水份小于1%。由于蒸汽干燥機干燥鋅氧浸渣及中浸渣存在下料不暢，干燥效果差等問題，而采用回轉(zhuǎn)窯單獨干燥鋅氧浸渣，因其含硫高，容易著火。故采用鋅氧浸渣與中浸渣混合后回轉(zhuǎn)窯干燥，既解決了下料不暢的問題，也不會著火，干燥效果好。

(2)卡爾多爐熔煉:干燥后的物料經(jīng)精礦加料器，通過噴槍加入卡爾多爐，物料在噴槍口與加入的氧氣進行閃速熔煉，依靠鋅氧浸渣中硫燃燒放熱來加熱熔化物料，同時產(chǎn)生SO2煙氣可直接送二轉(zhuǎn)二吸制酸。

(3)煙氣凈化:含SO2煙氣經(jīng)水冷直升煙道冷卻進入可調(diào)文丘里洗滌，洗滌煙塵經(jīng)濃密過濾送配料，凈化煙氣經(jīng)文丘里風機送制酸。

(4)制酸:由于在卡爾多爐熔煉中只有氧化過程，沒有還原過程，因此，煙氣含SO2濃度是連續(xù)的，不需要煙氣冷凝生成液體SO2的過程，含SO2煙氣可直接送二轉(zhuǎn)二吸制酸。

(5)煙化爐還原:卡爾多爐產(chǎn)出的熔煉渣采用渣包間斷吊入煙化爐中，采用粉煤還原，煙氣經(jīng)余熱回收及布袋收塵后送硫酸尾吸外排，收下的煙塵主要為氧化鋅返回鋅冶煉，渣經(jīng)水碎后外售。

7 結(jié)語

卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣生產(chǎn)工藝具有如下特點:

(1)充分利用發(fā)揮現(xiàn)有卡爾多熔煉技術，提高資源綜合利用水平，降低生產(chǎn)成本。

(2)利用鋅氧浸渣中硫代煤或焦，可以達到自熱閃速熔煉，可節(jié)省大量焦或煤。

(3)熔煉煙氣含SO2濃度高可以滿足二轉(zhuǎn)二吸制酸要求，不需要大氣量低濃度SO2煙氣治理，由于熔煉只有氧化階段，沒有還原階段，因此煙氣含SO2濃度是穩(wěn)定的，不需要部分煙氣經(jīng)SO2冷凝系統(tǒng)，熔煉煙氣可以連續(xù)制酸。

(4)工藝流程短，設備簡單，操作容易，環(huán)保條件好，為鋅浸出渣的處理提供了一種環(huán)境友好型，能源節(jié)約型的清潔生產(chǎn)工藝。

［1］康義.中國鉛鋅工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢［C］//全國第十二屆鉛鋅冶金學術年會.北京:中國有色金屬學會重有色金屬冶金學術委員會，2013.

［2］彭容秋.鉛鋅冶金學［M］.北京:科學出版社，2003:332-333.

［3］晏祥樹，陳春林.鋅浸出渣火法處理工藝探討［J］.中國有色冶金，2012(5):58-62.

［4］陳阜東.卡爾多直接煉鉛工藝［J］.工程設計與研究，2006(3):11-13.

［5］張樂如.鉛鋅冶煉新技術［M］.長沙:湖南科學出版社，2006:90-93.