含鍺高鉛氧化鋅煙塵多膛爐脫氟氯設(shè)計(jì)與實(shí)踐

陳學(xué)剛, 曲洪濤, 陳 霞

(1.中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038; 2.云南馳宏鋅鍺會(huì)澤冶煉廠， 云南 會(huì)澤 654211)

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含鍺高鉛氧化鋅煙塵多膛爐脫氟氯設(shè)計(jì)與實(shí)踐

陳學(xué)剛1, 曲洪濤2, 陳 霞1

(1.中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038; 2.云南馳宏鋅鍺會(huì)澤冶煉廠， 云南 會(huì)澤 654211)

主要介紹了會(huì)澤冶煉廠多膛爐的規(guī)格和技術(shù)參數(shù)，以及工藝流程。同時(shí)對(duì)試生產(chǎn)過程中的問題進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。摸索出多膛爐處理含鍺高鉛氧化鋅的工藝參數(shù)，并取得了較好的效果。

多膛爐； 氧化鋅煙塵； 氟氯

隨著國內(nèi)鋅冶煉產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致對(duì)鋅精礦的需要日益增加。而國內(nèi)鋅精礦產(chǎn)能的增長遠(yuǎn)落后于冶煉產(chǎn)能的增長，原料依存度不斷上升，因而對(duì)氧化鋅煙塵等二次鋅資源的綜合利用受到日益重視。

馳宏鋅鍺會(huì)澤冶煉廠6萬t/a粗鉛、10萬t/a電鋅及冶煉渣綜合處理項(xiàng)目，為充分發(fā)揮鉛鋅聯(lián)合企業(yè)互補(bǔ)優(yōu)勢和實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，對(duì)來自鉛系統(tǒng)煙化爐氧化鋅煙塵采用濕法處理以回收金屬鋅。但氧化鋅煙塵中通常含一定量的氟和氯，對(duì)電解過程造成危害。氯進(jìn)入鋅電解液后會(huì)腐蝕鋅電解過程的陽極，使電解液中鉛含量升高而降低析出鋅品級(jí)率；而氟離子會(huì)腐蝕電解槽的陰極鋁板，縮短陰極壽命，且使鋅片難以剝離，影響自動(dòng)剝鋅機(jī)組的正常運(yùn)行。為降低氟氯對(duì)鋅電解系統(tǒng)的危害，會(huì)澤冶煉廠采用多膛爐預(yù)先火法焙燒脫除鋅煙塵中的氟、氯，取得了較好的效果。

1 氧化鋅煙塵脫氟氯工藝選擇論證

目前，含F(xiàn)、Cl氧化鋅煙塵處理主要有多膛爐和回轉(zhuǎn)窯兩條技術(shù)路線。兩種技術(shù)各有其特點(diǎn)。

多膛爐工藝：當(dāng)氧化鋅煙塵中含有Ge、In等稀散金屬時(shí)，多膛爐操作溫度可控制在650～750 ℃，焙燒時(shí)大部分F、Cl被脫除，而鍺等稀散金屬沸點(diǎn)較高，在此溫度下不會(huì)被揮發(fā)進(jìn)入煙塵中，從而采用多膛爐脫F、Cl的同時(shí)，氧化鋅煙塵中的鍺銦等稀散金屬能保留在煙塵中進(jìn)入氧化鋅浸出工序被回收。但多膛爐也有其局限性，由于焙燒溫度低，氧化煙塵中含鉛>15%時(shí)，多膛爐爐內(nèi)高溫區(qū)易形成粘結(jié)，導(dǎo)致爐床及耙齒粘結(jié)，引起清理強(qiáng)度增加，甚至頻繁更換耙齒。

回轉(zhuǎn)窯工藝：回轉(zhuǎn)窯處理溫度為900～1 100 ℃，高溫下氧化鋅煙塵中的F、Cl和Pb絕大部分揮發(fā)進(jìn)入收塵系統(tǒng)。其中F、Cl大部分進(jìn)入煙氣排出，而鉛以氧化鉛的形式作為煙塵被捕集回收，可返鉛廠進(jìn)行回收。會(huì)澤冶煉廠的煙塵處理工藝中，經(jīng)多膛爐處理后的氧化鋅煙塵中的氧化鉛進(jìn)入浸出系統(tǒng)，消耗了大量硫酸，生成硫酸鉛渣。而為回收硫酸鉛渣中的金屬鉛，返回鉛系統(tǒng)艾薩爐硫酸鉛渣受熱分解生成氧化鉛和二氧化硫，是吸熱反應(yīng)需消耗能源。采用回轉(zhuǎn)窯工藝處理氧化鋅煙塵可避免“PbSO4- PbO- PbO+H2SO4- PbSO4”硫酸鉛在鉛鋅系統(tǒng)中的閉路循環(huán)，但會(huì)引起鍺的分散。

根據(jù)上述分析，對(duì)于氧化鋅煙塵中含鉛高而不含稀散金屬的冶煉廠，建議上回轉(zhuǎn)窯脫F、Cl工藝。而會(huì)澤冶煉廠煙化爐所產(chǎn)煙塵中含有較多的鍺(～500 g/t)，為使鍺在濕法工序中得以回收，采用多膛爐脫F、Cl是較佳工藝路線。

2 多膛爐工藝

2.1 多膛爐設(shè)備技術(shù)參數(shù)

會(huì)澤冶煉廠氧化鋅處理線共三臺(tái)F=270 m2多膛爐。多膛爐剖面圖見圖1。多膛爐爐膛內(nèi)徑φ6 080 mm，爐墻厚度345 mm，其中230 mm耐火磚層，114 mm保溫層。多膛爐是一個(gè)垂直圓筒鋼殼， 內(nèi)襯耐火粘土磚， 每層都為異型耐火磚砌成拱形，與水平成7°的傾角，從上到下依次為第一至第十二層，奇數(shù)層中心落料孔直徑φ2 146 mm，偶數(shù)層在四周均布15個(gè)落料孔?？紤]到煙化爐煙塵中含有碳，多膛爐在第六、八和十層各設(shè)有兩個(gè)發(fā)生爐煤氣燃燒室用于調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度。每層爐床在中心軸上安裝有 2 個(gè)耙臂， 每個(gè)耙臂上裝有攪拌和驅(qū)動(dòng)爐料用的11個(gè)刮礦耙齒。中心軸(一)、(二)采用雙層夾套式結(jié)構(gòu)，冷卻風(fēng)由夾套內(nèi)層通入，外層排出，冷卻中心軸及耙臂。冷風(fēng)經(jīng)過中心軸變成200 ℃左右的熱風(fēng)排出，熱風(fēng)可作為燃燒室的助燃空氣使用，減少了能源的消耗。多膛爐技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 多膛爐剖面圖

2.2 多膛爐工作原理及生產(chǎn)流程

多膛爐焙燒脫氧化鋅煙塵中的氟、氯，主要存在形式為PbCl2、PbF2、ZnCl2、ZnF2。上述鹵化物在600～750 ℃下發(fā)生揮發(fā)反應(yīng)，其中的氧化鋅中的氟化物、氯化物揮發(fā)成氣態(tài)進(jìn)入氣相， 隨爐氣和氧化鋅煙塵一起進(jìn)入煙氣系統(tǒng)而被除去。

表1 多膛爐技術(shù)參數(shù)

煙化爐生產(chǎn)出的氧化鋅煙塵有兩種：即余熱鍋爐和表面冷卻器收集氧化鋅煙塵和布袋氧化鋅煙塵。其中余熱鍋爐和表面冷卻器煙塵溫度高，大部分氟氯化物以氣相的形式存在于煙氣中，煙塵中含氟氯較低可直接送到氧化鋅浸出系統(tǒng)進(jìn)行處理；而煙化爐收塵系統(tǒng)布袋收塵器溫度低，此時(shí)大部分煙氣中的氟氯化物冷凝轉(zhuǎn)為固體進(jìn)入氧化鋅煙塵中，由于該部分煙塵含氟氯較高需要進(jìn)一步送到多膛爐處理以滿足鋅電解對(duì)電解液中雜質(zhì)含量的要求。該項(xiàng)目氧化鋅煙塵多膛爐脫氟氯工藝流程見圖2。

來自于氧化鋅煙塵倉庫的煙塵通過定量給料機(jī)計(jì)量后送入多膛爐系統(tǒng)處理。氧化鋅煙塵經(jīng)過膠帶輸送機(jī)倒運(yùn)到多膛爐爐頂刮板輸送機(jī)，然后送入到爐頭倉。爐頭倉設(shè)有布袋收塵器和料位計(jì)，倉內(nèi)煙塵通過螺旋輸送機(jī)均勻給料到多膛爐第一層中，通過中軸帶動(dòng)耙臂、耙齒攪動(dòng)物料，使物料在單數(shù)層由爐體中部下落，雙數(shù)層由爐床外側(cè)的下料口下落，焙燒完成后的氧化鋅煙塵由12層(底層)的下料口出料。后經(jīng)水冷刮板冷卻后降溫送至濕法氧化鋅浸出工序使用，多膛爐煙氣經(jīng)表冷、布袋收塵和尾氣脫硫系統(tǒng)凈化后排空。收塵系統(tǒng)高氟氯煙塵經(jīng)噸袋包裝機(jī)外賣。

3 多膛爐脫氟氯設(shè)計(jì)改進(jìn)

3.1 上料系統(tǒng)改進(jìn)

多膛爐采用爐頭倉通過螺旋輸送機(jī)進(jìn)行下料。原設(shè)計(jì)中爐頭倉為直徑φ2 000 mm的圓形鋼倉，倉壁夾角64°，下料口為□200×200，螺旋輸送機(jī)規(guī)格為QLS200。

帶料試車時(shí)，爐頭倉內(nèi)氧化鋅煙塵下料困難，振打后也無法有效的下料到螺旋輸送機(jī)中。分析原因?yàn)闋t頭倉直徑為φ2 000 mm，而下料口為200×200 mm太小導(dǎo)致煙塵在倉落料口處搭拱造成煙塵無法正常落下。針對(duì)上述情況，決定將下料口改長，由原來200 mm長增加到500 mm，寬度不變。改造完成后，很好的解決了爐頭倉煙塵下料困難的問題。多膛爐加料倉改造前后對(duì)比見圖3。

圖2 多膛爐脫氟氯工藝流程

圖3 多膛爐加料倉改造前后對(duì)比

3.2 爐門操作平臺(tái)的改進(jìn)

多膛爐共有12層，每層設(shè)有6個(gè)工作爐門，共計(jì)72個(gè)工作門。多膛爐焙燒高溫區(qū)主要存在于第四層到第九層，清理爐結(jié)工作主要發(fā)生在上述工作層。原設(shè)計(jì)未考慮清理爐門的操作平臺(tái)，導(dǎo)致工人難以進(jìn)行清理工作，由于多膛爐周圍配置有燃燒室、煤氣及助燃風(fēng)管道，空間比較狹小，具體見圖4所示。

圖4 多膛爐樓層立面

為解決上述問題，根據(jù)現(xiàn)場情況在第6層底部增設(shè)了一個(gè)弧形平臺(tái)，滿足了爐結(jié)清理工作的需要。同時(shí)位于其它位置的爐門，配置了移動(dòng)式獨(dú)立升降平臺(tái)，根據(jù)工作需要調(diào)節(jié)高度，清理爐結(jié)。

3.3 燃燒室煤氣閥站的設(shè)計(jì)改進(jìn)

多膛爐燃燒室燒嘴采用發(fā)生爐煤氣作為燃料，試生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)未進(jìn)行煤氣管道放散管、取樣管等煤氣安全運(yùn)行措施。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，對(duì)多膛爐煤氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，具體如下：

(1) 增設(shè)煤氣取樣管。為方便正常生產(chǎn)后的煤氣取樣工作，在多膛爐第6、第8和第10層支管放散管閥門前；每臺(tái)多膛爐煤氣進(jìn)口管旁通閥旁；煤氣主管始端及末端放散管閥門前增設(shè)取樣閥門，型號(hào)為DN15的內(nèi)絲煤氣取樣嘴。

(2) 放散管徑調(diào)整。全廠煤氣用點(diǎn)較多，而多膛爐為煤氣最遠(yuǎn)的用戶點(diǎn)，根據(jù)最遠(yuǎn)點(diǎn)放散原則，全廠綜合管網(wǎng)煤氣主管吹掃置換時(shí)，需要在多膛爐車間處放散?？紤]放散速度等因素，將原有DN100的放散管改為DN200，提高了放散效率。

(3) 燒嘴前煤氣支管閥站優(yōu)化。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB6222—2005《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》7節(jié)規(guī)定：當(dāng)燃燒裝置采用強(qiáng)制送風(fēng)的燃燒嘴時(shí)，煤氣支管上應(yīng)該裝止回裝置或自動(dòng)隔斷閥。由于多膛爐燃燒室使用燃料為發(fā)生爐煤氣，原設(shè)計(jì)采用煤氣阻火器(內(nèi)設(shè)不銹鋼網(wǎng))，眾所周知發(fā)生爐煤氣中夾雜部分焦油，使用一段時(shí)間后煤氣阻火器容易被焦油雜質(zhì)所堵塞。為解決煤氣阻火器容易被堵塞的問題，決定采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的自動(dòng)隔斷閥，通過發(fā)生爐煤氣壓力連鎖進(jìn)行自動(dòng)切斷閥的控制，取消原設(shè)計(jì)中的煤氣阻火器。煤氣管道控制流程如圖5所示。

1-手動(dòng)球閥；2-電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥；3-氣動(dòng)快速切斷閥 圖5 煤氣管道流程圖

4 多膛爐脫氟氯生產(chǎn)實(shí)踐

4.1 原料成分

處理原料主要有兩種，本廠產(chǎn)氧化鋅煙塵含Pb較低，易于實(shí)現(xiàn)700 ℃焙燒脫F、Cl工藝，爐況較正常。但曲靖氧化鋅煙塵中含可燃物碳和少量金屬鋅灰較高給多膛爐系統(tǒng)帶來一定的困難。表2為曲靖冶煉廠煙化爐氧化鋅煙塵的成分。

表2 氧化鋅煙塵典型成分

4.2 工藝控制及焙燒效果

多膛爐處理煙塵為含鍺含碳的高鉛氧化鋅煙塵。在保證氟氯的脫除率的同時(shí)，又避免爐內(nèi)溫度過高焙塵粘結(jié)，同時(shí)不影響氧化鋅浸出工序鍺的回收是目前面臨的新課題，通過生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)多膛爐內(nèi)焙燒溫度、風(fēng)量控制等參數(shù)進(jìn)行了有益探索。

(1) 焙燒溫度的控制。

氧化鋅煙塵中含鍺和鉛，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，煙塵中PbO·GeO2形成溫度為670～710 ℃，當(dāng)溫度高于700 ℃時(shí)PbO·GeO2大量形成，PbO·GeO2為不溶性的α-GeO2，直接影響鍺的浸出率，一般僅有50%左右。因此對(duì)于含鍺氧化鋅煙塵焙燒脫氟氯，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)控制焙燒溫度在650～700 ℃。

但按上述溫度進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)粘結(jié)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，分析原因主要為氧化鋅煙塵中含有25%～30%的鉛，鉛在煙塵中主要以PbO形態(tài)存在，溫度過高時(shí)，氧化鉛與二氧化硅結(jié)合形成低熔點(diǎn)的化合物，在爐內(nèi)軟化形成粘結(jié)。為維持多膛爐的連續(xù)生產(chǎn)，需要嚴(yán)格控制焙燒爐給各層的溫度，將焙燒溫度降到550～600 ℃，具體操作技術(shù)參數(shù)見表3和表4。

表3 多膛爐正常生產(chǎn)時(shí)各層焙燒溫度

表4 氧化鋅煙塵脫氟氯效果 %

從表4可看出，F(xiàn)的脫出率較為理想，近80%的氟被脫除進(jìn)入煙氣和煙塵中。而Cl的脫除率只有25%左右。

(2) 多膛爐助燃風(fēng)量以及煙塵中Fe+2和Fe+3的控制。

實(shí)際生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)多膛爐內(nèi)個(gè)別層局部溫度較高，很容易超過650 ℃。分析原因主要是曲靖冶煉廠氧化鋅煙塵中含有3%～5%的可燃物，主要為碳和金屬鋅粉，工作爐門漏風(fēng)和鼓風(fēng)量過大時(shí)，空氣中氧氣發(fā)生氧化燃燒放熱反應(yīng)，造成局部溫度較高。

為降低爐內(nèi)焙燒溫度，采取逐步減少發(fā)生爐煤氣用量措施，通過調(diào)節(jié)各個(gè)燃燒室風(fēng)量比例和各層工作爐門漏風(fēng)量，較好的控制多膛爐內(nèi)維持在500～600 ℃，節(jié)約了發(fā)生爐煤氣。

隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，焙燒后的煙塵送入氧化鋅浸出工序發(fā)現(xiàn)，焙燒后煙塵中的二價(jià)鐵大部分被氧化為三價(jià)鐵，使得單寧酸沉鍺時(shí)鍺和三價(jià)鐵一同沉淀，造成單寧酸消耗過大嚴(yán)重影響鍺回收工序正常生產(chǎn)。

為解決單寧酸沉鍺溫度，通過采取多膛爐降風(fēng)量焙燒，降低空氣系數(shù)保持多膛爐內(nèi)弱還原性氛圍等措施，焙燒后的氧化鋅煙塵中的二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵比例降低，滿足了單寧酸沉鍺的工藝要求。降溫后多膛爐內(nèi)各層溫度見表5。

表5 多膛爐降溫焙燒各層溫度

降溫處理后脫氟氯效果降低，氟的脫除率約30%，氯基本未脫除。氯在整個(gè)鉛鋅系統(tǒng)中形成閉路循環(huán)，開路只能通過生產(chǎn)銷售硫酸鋅和堆存中和渣來實(shí)現(xiàn)。

為解決氯脫除率低的問題，決定采取會(huì)澤和曲靖兩種氧化鋅煙塵混合焙燒。目前會(huì)澤冶煉廠堆存有近十萬噸的曲靖冶煉廠產(chǎn)高鉛氧化鋅煙塵，而會(huì)澤冶煉廠煙化爐每年新產(chǎn)氧化鋅煙塵約四萬噸。會(huì)澤冶煉廠粗鉛系統(tǒng)高鉛渣處理工藝由鼓風(fēng)爐改為側(cè)吹還原爐，進(jìn)入煙化爐熱渣含鉛由5%～8%降到2%～3%，大大降低了煙化爐煙塵中含鉛量，氧化鋅煙塵多膛爐焙燒溫度可提高。實(shí)際生產(chǎn)表明，混合焙燒不僅滿足了氟、氯的脫除率，減少多膛爐爐結(jié)的生成，而且保證了氧化鋅浸出工序單寧酸沉鍺的正常進(jìn)行。

5 總結(jié)

多膛爐氧化鋅煙塵脫氟氯為比較傳統(tǒng)和成熟的工藝，生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。但是對(duì)于只處理含鍺的高鉛氧化鋅煙塵屬于首次，在脫除氟氯的同時(shí)要兼顧稀散金屬鍺的回收，這種工藝在國內(nèi)屬于新工藝，新課題，沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒。

通過生產(chǎn)實(shí)踐，目前基本摸索出了在600 ℃以下，控制煤氣燃燒空氣過剩系數(shù)較低約1.2，通過搭配部分會(huì)澤冶煉廠自產(chǎn)煙化爐低鉛煙塵，在控制氟氯脫除率的同時(shí)，滿足了下游鍺回收工序的正常生產(chǎn)，取得了初步成果，摸索出處理含鍺含碳高鉛氧化鋅煙塵的新工藝。

Design of treating high-Pb and Ge-bearing ZnO dusts to remove halogen with multi-chamber furnace and its practice

CHEN Xue-gang, QU Hong-tao, CHEN Xia

The size and specifications of the multi-chamber furnace and the process flow adopted in Huize smelter were introduced in this paper, as well as the improvements and optimization conducted during trial run. Certain process parameters for the multi-chamber furnace have been studied and satisfactory results have been obtained.

multi-chamber furnace; zinc oxide dust; halogen

陳學(xué)剛(1982—)，男，山西太原人，碩士，工程師，主要從事鉛鋅冶煉工藝設(shè)計(jì)工作。

2014-- 07-- 04

TF813

B

1672-- 6103(2015)02-- 0011-- 05