卡爾多爐處理銅陽(yáng)極泥煙氣回收硒技術(shù)比較

金自文， 李春俠

(銅陵有色集團(tuán)控股有限公司稀貴金屬分公司， 安徽 銅陵 244000)

綜合利用與環(huán)保

卡爾多爐處理銅陽(yáng)極泥煙氣回收硒技術(shù)比較

金自文， 李春俠

(銅陵有色集團(tuán)控股有限公司稀貴金屬分公司， 安徽 銅陵 244000)

介紹了卡爾多爐處理銅陽(yáng)極泥過(guò)程中所產(chǎn)工藝煙氣采用文丘里系統(tǒng)和動(dòng)力波系統(tǒng)回收硒的原理及過(guò)程控制，分析了兩套系統(tǒng)影響硒回收的主要因素，對(duì)硒回收率、投資成本、運(yùn)行成本進(jìn)行了比較。

卡爾多爐； 銅陽(yáng)極泥； 煙氣； 回收； 硒； 文丘里系統(tǒng)； 動(dòng)力波系統(tǒng)

0 前言

2009年元月，銅陵有色集團(tuán)控股有限公司稀貴分公司4 000 t/a銅陽(yáng)極泥資源綜合利用項(xiàng)目建成投產(chǎn)，該項(xiàng)目引進(jìn)瑞典波立登公司卡爾多爐火法工藝處理銅陽(yáng)極泥，工藝煙氣利用文丘里系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫除塵，并回收煙氣中的硒。

隨著銅冶煉生產(chǎn)規(guī)模的快速擴(kuò)張，冶煉副產(chǎn)品銅陽(yáng)極泥的產(chǎn)量逐年增加，銅陵有色集團(tuán)需要新建銅陽(yáng)極泥資源綜合利用二期項(xiàng)目。為了減少二期投資費(fèi)用、實(shí)現(xiàn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，稀貴分公司先期對(duì)煙氣回收系統(tǒng)進(jìn)行改造，工藝煙氣采用國(guó)產(chǎn)動(dòng)力波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫除塵，回收煙氣中的硒。本文對(duì)文丘里系統(tǒng)與動(dòng)力波系統(tǒng)的硒回收效果進(jìn)行了比較。

1 工藝原理

1.1 銅陽(yáng)極泥成分

銅陵有色集團(tuán)銅陽(yáng)極泥成分見(jiàn)表1。

表1 銅陵有色銅陽(yáng)極泥成分 %

1.2 工藝簡(jiǎn)述

來(lái)自集團(tuán)公司五家冶煉廠的銅陽(yáng)極泥經(jīng)常壓浸出脫銅后，其中的金、銀、硒富集于脫銅泥中。脫銅泥干燥后，配入熔劑、返料、還原劑入卡爾多爐熔煉還原，陽(yáng)極泥中的硒在熔煉階段少部分揮發(fā)進(jìn)入煙氣，大部分進(jìn)入貴鉛。吹煉階段鼓入壓縮空氣，使貴鉛中的硒氧化進(jìn)入煙氣?？柖嗫t的煙氣降溫除塵收硒過(guò)程可以通過(guò)文丘里系統(tǒng)完成，也可以通過(guò)動(dòng)力波系統(tǒng)完成。煙氣經(jīng)降溫除塵收硒后，進(jìn)入濕式電除霧器，再經(jīng)吸收塔用稀NaOH溶液洗滌脫除有害成分，尾氣達(dá)標(biāo)排放。

卡爾多爐內(nèi)硒與硒化物的主要反應(yīng)為：

Me2Se +O2=2Me+SeO2↑

(1)

卡爾多爐煙氣進(jìn)入文丘里系統(tǒng)或動(dòng)力波系統(tǒng)，收集下來(lái)的粉塵進(jìn)入沉積槽，煙氣中的SeO2被水吸收形成亞硒酸進(jìn)入循環(huán)液中，對(duì)沉積槽回收的吸收液進(jìn)行壓濾，濾餅返回卡爾多爐，濾液泵入沉硒槽，通入二氧化硫進(jìn)行兩次還原沉淀硒，過(guò)濾后得到粗硒和尾液。

水吸收與還原硒的主要反應(yīng)為：

SeO2+H2O=H2SeO3

(2)

H2SeO3+2SO2+H2O=Se↓+2H2SO4

(3)

1.3 煙氣處理系統(tǒng)

1.3.1 文丘里系統(tǒng)

文丘里系統(tǒng)主要由：驟冷器、文氏管、氣液分離器組成。其工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 文丘里工作原理示意圖

來(lái)自卡爾多爐的含硒氧化物煙氣(～350 ℃), 從直升煙道通過(guò)鵝頸煙道進(jìn)入文丘里系統(tǒng)，經(jīng)驟冷器絕熱蒸發(fā)冷卻，煙氣中的部分煙塵被收集，再通過(guò)文丘里收縮管，在收縮管內(nèi)逐漸加速，到達(dá)喉管處煙氣流速最高，呈強(qiáng)烈自湍流運(yùn)動(dòng)。在喉管前噴入的水滴被高速煙氣撞擊霧化并與煙氣充分混合。煙氣中的塵粒被水潤(rùn)濕發(fā)生碰撞凝聚成為粒徑100 μm以上的大顆粒，并隨同煙氣從切線方向進(jìn)入汽水分離器圓筒下部。煙氣在汽水分離器內(nèi)螺旋上升，經(jīng)圓筒缸頂排出。整個(gè)圓筒內(nèi)壁有一層自上而下流動(dòng)著的水膜，因慣性離心作用到達(dá)壁面的塵粒被水膜粘附帶走，由汽水分離器底部水封排灰口排出，達(dá)到煙氣除塵收硒的目的。

1.3.2 動(dòng)力波系統(tǒng)

動(dòng)力波系統(tǒng)主要由：一級(jí)動(dòng)力波、二級(jí)動(dòng)力波組成。其工作原理見(jiàn)圖2。

圖2 動(dòng)力波工作原理示意圖

來(lái)自卡爾多爐的含硒氧化物煙氣(～350 ℃),從直升煙道直接進(jìn)入一級(jí)高效湍沖洗滌器激冷段，與噴嘴高速噴出的循環(huán)液接觸快速降溫，然后進(jìn)入逆噴塔，與從下往上的循環(huán)液相撞擊，當(dāng)氣液兩相的動(dòng)量達(dá)到平衡時(shí)，在逆噴管中形成一段高度湍動(dòng)的泡沫區(qū)，在此泡沫區(qū)氣液兩相充分接觸，完成兩相的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，煙氣中的塵、硒等物質(zhì)被循環(huán)液吸收，同時(shí)將爐氣溫度降至70 ℃左右。出逆噴管的爐氣進(jìn)入一級(jí)湍沖塔的氣液分離器，使氣液兩相分離。一級(jí)湍沖洗滌器出口煙氣進(jìn)入二級(jí)動(dòng)力波，氣相與循環(huán)液逆向接觸，進(jìn)一步吸收爐氣中的塵、硒等物質(zhì)，達(dá)到除塵收硒的目的。

2 過(guò)程控制參數(shù)與影響硒回收的主要因素

2.1 文丘里系統(tǒng)

2.1.1 控制參數(shù)

主要參數(shù)控制：爐溫900～1 200 ℃；驟冷器水量8 m3/h；文丘里喉管水量23 m3/h；喉管阻力降28～32 kPa；系統(tǒng)阻力降35 kPa；循環(huán)液pH值4～6。

2.1.2 主要影響因素

文丘里系統(tǒng)適用煙氣量變化范圍窄、煙氣量穩(wěn)定的情況。利用文丘里系統(tǒng)收硒，生產(chǎn)過(guò)程中主要控制文氏管喉管處阻力降和爐口負(fù)壓。

(1) 喉管處阻力降。喉管處的阻力降通過(guò)閘板閥控制，該處的阻力降小，煙氣與循環(huán)液的接觸不充分，煙氣中的SeO2不能完全被小水滴捕獲，部分隨煙氣進(jìn)入尾氣處理塔，造成硒的損失；阻力降大，煙氣在系統(tǒng)通行不暢，爐口正壓，煙氣外溢，造成硒損失。

(2) 喉管水量。喉管部分的水量要求控制在23 m3/h，在喉管處，高速煙氣將喉前的水霧化，形成極細(xì)小的顆粒和極薄的液體膜層覆蓋整個(gè)喉管，其與煙氣充分接觸，煙氣中的塵、SeO2被小水滴捕獲，與煙氣分離，進(jìn)入循環(huán)液中。水量不足，霧化溶液與煙氣不能充分接觸，SeO2不能完全被循環(huán)液吸收。

(3) 煙氣量和塵濃。卡爾多爐工藝設(shè)計(jì)處理能力為4 000 t/a銅陽(yáng)極泥，其中含硒3.69%，文丘里系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與卡爾多爐處理能力相匹配，配套的文氏管喉口尺寸大小、霧化噴嘴形式及噴嘴大小、捕滴器的直徑大小及文丘里水膜除塵器的液氣比、文丘里噴嘴的供水水壓在初步設(shè)計(jì)與設(shè)備選型后均已確定。然而隨著卡爐處理量的提高，煙氣量增加，煙塵量大，循環(huán)液固含高，文氏管喉管驟冷器、文丘里兩處易積結(jié)，清理頻率高，硒損失大。

2.2 動(dòng)力波系統(tǒng)

2.2.1 控制參數(shù)

主要參數(shù)控制：爐溫900～1 200 ℃；一級(jí)動(dòng)力波上噴嘴壓力70～90 kPa，下噴嘴壓力70～80 kPa；二級(jí)動(dòng)力波上噴嘴壓力70～90 kPa，下噴嘴壓力70～80 kPa；一級(jí)與二級(jí)阻力降1.5～2 kPa；系統(tǒng)阻力降5.5 kPa；循環(huán)液pH值4～6。

2.2.2 主要影響因素

動(dòng)力波洗滌器對(duì)煙氣量的適用范圍較寬，適應(yīng)性強(qiáng)，由于噴嘴結(jié)構(gòu)特殊，管內(nèi)流速大，適合高固含的循環(huán)液，兩相接觸面積大，允許氣量的波動(dòng)范圍在50%以上，能夠較好地適應(yīng)卡爾多爐煙氣波動(dòng)大的特點(diǎn)。生產(chǎn)過(guò)程中主要控制一級(jí)動(dòng)力波上、下噴嘴水流壓力和一、二級(jí)動(dòng)力波間的阻力降。

(1)一級(jí)動(dòng)力波雙層噴嘴的水壓。一級(jí)動(dòng)力波上、下噴嘴的壓力控制在70～90 kPa，有利于湍流層的形成，氣液兩項(xiàng)接觸面不斷得到迅速更新，從而獲得高效收硒效果。噴嘴壓力不足，液體流速小，氣- 液間發(fā)生分層，液面平靜，不利于湍流層的形成，除塵效果差。

(2)兩級(jí)動(dòng)力波間阻力降。一、二級(jí)動(dòng)力波間的阻力降一般控制在1.5～2.5 kPa。當(dāng)兩級(jí)間的阻力降高于2.5 kPa時(shí)，一方面爐口出現(xiàn)正壓，煙氣通行不暢，煙氣外溢，造成硒損失；另一方面兩級(jí)動(dòng)力波間積塵嚴(yán)重，清理頻次高，清理?yè)p失大。

3 硒回收率與收塵效果

3.1 硒回收率

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，統(tǒng)計(jì)銅陵公司陽(yáng)極泥的產(chǎn)量和化學(xué)成分，掌握采用文丘里和動(dòng)力波兩種煙氣系統(tǒng)從卡爾多爐處理銅陽(yáng)極泥工藝煙氣中回收硒情況，進(jìn)行硒的回收率比較，見(jiàn)表2。

表2 硒回收率對(duì)比

從表2可見(jiàn)，2012年卡爾多爐處理銅陽(yáng)極泥的量比2011年多526 t，陽(yáng)極泥含硒量均高于設(shè)計(jì)值，處理含硒高的原料，采用動(dòng)力波系統(tǒng)全年硒回收率比2011年的文丘里系統(tǒng)提高了2.24%，動(dòng)力波系統(tǒng)在回收硒方面優(yōu)勢(shì)明顯。

3.2 收塵效果

表3為文丘里與動(dòng)力波系統(tǒng)吸收塔出口煙氣監(jiān)測(cè)結(jié)果。

表3 吸收塔出口煙氣監(jiān)測(cè)結(jié)果

從吸收塔檢測(cè)的數(shù)據(jù)可以看出，文丘里系統(tǒng)和動(dòng)力波系統(tǒng)對(duì)卡爾多爐處理銅陽(yáng)極泥工藝煙氣均能達(dá)到較好的除塵、收硒效果。

4 投資及運(yùn)行成本

4.1 投資成本

采用卡爾多爐- 文丘里系統(tǒng)收硒，由于亞硒酸對(duì)金屬材料的腐蝕性較強(qiáng)，文丘里設(shè)備由國(guó)外進(jìn)口，費(fèi)用較高。

采用卡爾多爐- 動(dòng)力波系統(tǒng)收硒，一、二級(jí)動(dòng)力波及與之連接的汽水分離器均為鋼襯PO材質(zhì)，耐腐蝕性極佳，國(guó)內(nèi)多個(gè)廠家可以制作，費(fèi)用相對(duì)較低。兩種設(shè)備的投資見(jiàn)表4。

表4 硒回收設(shè)備投資估算

4.2 能耗與運(yùn)行費(fèi)用

表5為文丘里和動(dòng)力波能耗比較，表6為兩系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用比較。

表5 能耗比較

表6 運(yùn)行費(fèi)用比較 元/tSe

文丘里系統(tǒng)由于系統(tǒng)阻力大，需要由兩臺(tái)功率為132 kW的風(fēng)機(jī)串聯(lián)使用，電耗較高。

動(dòng)力波系統(tǒng)系統(tǒng)阻力小，只需要運(yùn)行一臺(tái)132 kW風(fēng)機(jī)，并采用變頻控制(一般頻率在35 Hz)，電耗低。

從表6中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，動(dòng)力波系統(tǒng)維修費(fèi)用、能耗、人工費(fèi)用均低于文丘里系統(tǒng)，動(dòng)力波收硒工藝運(yùn)行成本低。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)文丘里系統(tǒng)和動(dòng)力波系統(tǒng)都適合作為卡爾多爐處理銅陽(yáng)極泥工藝的煙氣回收系統(tǒng)。

(2)實(shí)踐表明，文丘里系統(tǒng)由于對(duì)煙氣負(fù)荷變動(dòng)的適應(yīng)性差，在加大陽(yáng)極泥量的情況下，煙氣量大，塵濃增加，循環(huán)液中的固含高，文氏管堵塞嚴(yán)重，清理頻次高，造成硒回收率的降低。動(dòng)力波由于噴嘴結(jié)構(gòu)特殊，管內(nèi)流速大，適合高固含的循環(huán)液，與卡爾多爐的工藝匹配性好，硒回收率高。動(dòng)力波對(duì)煙氣量的適用范圍較寬，適應(yīng)性強(qiáng)，隨著陽(yáng)極泥處理量增加，煙氣量、塵濃增加，動(dòng)力波的優(yōu)勢(shì)明顯。

(3)銅陵有色銅陽(yáng)極泥來(lái)源于集團(tuán)公司的五家冶煉廠，其成分較為復(fù)雜，特別是硒的含量變化大，采用卡爾多爐工藝處理銅陽(yáng)極泥時(shí)，配套選用動(dòng)力波系統(tǒng)處理工藝煙氣，更有利于硒的回收，能夠給企業(yè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)動(dòng)力波系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為銅陽(yáng)極泥資源回收利用二期項(xiàng)目卡爾多爐煙氣系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化提供了依據(jù)，煙氣系統(tǒng)配置有了選擇的空間，煙氣系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化，可大幅度降低投資費(fèi)用。

[1]周利明.淺談貴冶銅陽(yáng)極泥中硒的回收[J].銅業(yè)工程，2012，(6):4-6.

[2]李群生，李秀梅.動(dòng)力波吸收機(jī)的工作機(jī)理研究及其應(yīng)用[J].小氨肥設(shè)計(jì)技術(shù)，2004，(1)：11-14.

[3]蔡永亮.文丘里—水膜除塵裝置工作原理探討及其改進(jìn)[J]. 氮肥設(shè)計(jì)，1995，(1)：55-59.

ComparisonofrecoveringseleniumtechnologiesfromgasofcopperanodeslimetreatmentwithKaldofurnace

JIN Zi-wen, LI Chun-xia

The principle and process control for selenium recovery from process gas in the process of copper anode slime treatment with Kaldo furnace which adopted venturi system and dynawave system were mainly introduced, the major factors affecting the selenium recovery with the two systems were expounded, and the selenium recovery, investment cost and operating cost between the two systems were compared in this paper.

Kaldo furnace; copper anode slime; gas; selenium; venturi system; dynawave system

金自文(1958—)， 男，安徽桐城人，大學(xué)本科，化工高級(jí)工程師，主要從事貴金屬生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理與研究工作。

B

X756; TF843.5