澳斯麥特熔煉爐上升煙道結(jié)焦的處理

萬(wàn) 軍， 駱 祎， 趙祥林

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司, 湖北 黃石 435005)

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澳斯麥特熔煉爐上升煙道結(jié)焦的處理

萬(wàn) 軍， 駱 祎， 趙祥林

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司, 湖北 黃石 435005)

澳斯麥特爐的精礦投入量和鼓風(fēng)量大，大量高溫熔融態(tài)物料進(jìn)入后續(xù)煙道，易造成煙道嚴(yán)重結(jié)焦，制約著澳斯麥特爐產(chǎn)量的提升及系統(tǒng)開風(fēng)率的提高。對(duì)上升煙道結(jié)焦機(jī)理及結(jié)焦來(lái)源進(jìn)行分析，生產(chǎn)中采取減少噴濺、提高制粒成團(tuán)率以及噴入結(jié)焦抑制劑等措施處理結(jié)焦。

澳斯麥特爐； 上升煙道； 結(jié)焦

0 前言

澳斯麥特爐熔池熔煉法煉銅屬于富氧頂吹熔池熔煉，采用“賽洛”噴槍浸沒熔煉工藝技術(shù)[1]，精礦投入量和鼓風(fēng)量較大，大量高溫熔融態(tài)物料進(jìn)入后續(xù)煙道，煙道易嚴(yán)重結(jié)焦。為了解決煙道結(jié)焦問題, 國(guó)內(nèi)相關(guān)廠家在煙道設(shè)計(jì)上和噴槍供風(fēng)設(shè)備上進(jìn)行了一些改進(jìn), 將斜煙道改為垂直上升煙道, 高度提高到20 m以上, 防止?fàn)t內(nèi)噴濺熔體進(jìn)入煙道[2]。

大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠澳斯麥特熔煉爐設(shè)計(jì)為垂直上升煙道，高度34 m。2010年12月投產(chǎn)，開爐初期，澳爐上升煙道結(jié)焦較厚，最厚達(dá)2 m，生產(chǎn)中多次出現(xiàn)大量結(jié)焦掉入爐內(nèi)現(xiàn)象，大塊結(jié)焦堵塞堰口，噴槍難以正常運(yùn)行，被迫停爐長(zhǎng)時(shí)間處理結(jié)焦，因上升煙道垮焦導(dǎo)致的停爐每月平均50 h，直接影響澳斯麥特爐開風(fēng)率；而結(jié)焦導(dǎo)致頻繁停、開爐，爐溫波動(dòng)較大，對(duì)澳爐爐襯等耐火材料使用壽命影響較大；由于煙道結(jié)焦堵塞嚴(yán)重，澳爐負(fù)壓難以保證，從而影響到作業(yè)環(huán)境。

1 上升煙道結(jié)焦機(jī)理及結(jié)焦來(lái)源

1.1 上升煙道結(jié)焦機(jī)理

銅熔煉產(chǎn)生的煙氣中含有SOx、N、CO2、H2O和其它易揮發(fā)的雜質(zhì)化合物，這些化合物主要為未反應(yīng)的精礦或造渣劑細(xì)小顆粒；熔煉爐中未沉降到渣層中的冰銅渣滴；精礦中的揮發(fā)性元素，如銻、鉛和鋅等。這些揮發(fā)性元素以及反應(yīng)生成的化合物，遇到煙道壁時(shí)迅速凝結(jié)形成結(jié)焦。

高溫下，礦物質(zhì)成分燃燒產(chǎn)生的灰分大多為液態(tài)或呈軟化狀態(tài)。隨著溫度的降低，灰分從液態(tài)變?yōu)檐浕癄顟B(tài)進(jìn)而成固態(tài)。如果軟化狀態(tài)灰分碰到煙道壁，則冷卻形成結(jié)焦。

冶煉過(guò)程中，結(jié)焦受精礦投料量、成分、形狀等影響，燃燒工況不穩(wěn)定，產(chǎn)能擴(kuò)大，熱負(fù)荷增大，都會(huì)加劇粘結(jié)。煙氣含S高，含有硫酸的碳粒子粘性很強(qiáng)，會(huì)加速渣層的成長(zhǎng)。其沉積在受熱面上增加了灰的牢固性。若燃燒不完全，形成弱還原性氣氛。另外，精礦含鐵高，易形成低熔點(diǎn)的2FeO·SiO2(1 065 ℃)，也會(huì)導(dǎo)致大量結(jié)渣。焦塊呈“水泥漿”狀，堅(jiān)硬、致密和粘度大；且具有自加劇性，渣層會(huì)迅速積厚。

1.2 上升煙道結(jié)焦來(lái)源

1.2.1 機(jī)械夾帶

表1為入爐銅精礦及澳斯麥特爐上升煙道結(jié)焦成分。可以看出，結(jié)焦中Cu、S、Fe等元素的含量比在入爐銅精礦中的高，從物理性質(zhì)分析，Cu、S、Fe的化合物不易揮發(fā)，熔點(diǎn)高，故其主要通過(guò)機(jī)械夾帶進(jìn)入煙道。

表1 入爐銅精礦及上升煙道結(jié)焦成分 %

(1) 原料直接進(jìn)入上升煙道。爐料由加料口加入，距離反應(yīng)區(qū)10 m，距離熔池表面15 m，在爐料“跌入”熔池的過(guò)程中，部分銅精礦或者塊煤中的粉粒在負(fù)壓條件下，未反應(yīng)直接隨煙氣進(jìn)入上升煙道，繼而在相對(duì)較冷的煙道壁上粘結(jié)形成結(jié)焦。成團(tuán)精礦在運(yùn)輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)輸送帶幾段落差傳送，小而不堅(jiān)固的球團(tuán)變得更小、更疏松，大量的粉狀原料入爐后與煙塵隨著氣流飄到煙道口，與爐內(nèi)隨煙氣帶出的有一定粘度的灰塵混合，在煙道口迅速沉積形成質(zhì)地堅(jiān)硬的大塊固體。結(jié)焦的致密性與其位置有關(guān)，離爐口越近，煙氣流速越快、煙塵含量越多，慣性碰撞及吸附幾率高，結(jié)焦生長(zhǎng)速度越快，致密性也越強(qiáng)，更難以處理。

(2)爐內(nèi)噴濺。入爐銅精礦的Fe/Cu遠(yuǎn)高于上升煙道結(jié)焦Fe/Cu，說(shuō)明結(jié)焦中的Cu、Fe不僅直接來(lái)自爐料，還有其他含F(xiàn)e高含Cu低的物質(zhì)。熔池中銅锍沉積在下層，爐渣(鐵硅渣系)在上層，噴槍噴入風(fēng)氧煤的同時(shí)劇烈攪動(dòng)熔池，并伴隨著很強(qiáng)烈的噴濺。因此爐內(nèi)噴濺物是結(jié)焦形成的一個(gè)主要來(lái)源。

1.2.2 金屬、氧化物、硫化物的揮發(fā)

從表1可見，上升煙道結(jié)焦中的Zn、Pb、As含量比銅精礦中的高很多，說(shuō)明這些物質(zhì)不是由銅精礦或者噴濺物機(jī)械夾帶造成的。

澳斯麥特爐中，存在著許多復(fù)雜的化學(xué)物理變化，Pb、As在高氧勢(shì)或者局部高硫勢(shì)的環(huán)境下，反應(yīng)生成沸點(diǎn)較低的氧化物或硫化物，其揮發(fā)隨煙氣進(jìn)入煙道，在煙道壁上凝固形成結(jié)焦；而Zn則在局部還原氣氛下還原生成單質(zhì)Zn，也揮發(fā)隨煙氣進(jìn)入煙道，最終形成結(jié)焦。

1.2.3 其它

粉煤、塊煤等燃料燃燒后的灰分等在熔煉過(guò)程中隨著煙氣進(jìn)入上升煙道繼而形成結(jié)焦。

2 上升煙道結(jié)焦處理

2.1 減少機(jī)械夾帶，從源頭控制結(jié)焦的發(fā)生

2.1.1 減少爐內(nèi)噴濺

(1) 溫度控制。表2為不同溫度下的噴濺情況。從1 170 ℃到1 200 ℃，噴濺頻率與噴濺高度都逐漸增大，而溫度對(duì)熔體的粘度、流動(dòng)性影響很大。澳斯麥特爐熔池溫度工藝設(shè)計(jì)為1 180±10 ℃。

(2) 槍位控制。噴濺隨著槍位的降低逐漸增大。表3為不同槍位下熔體的噴濺情況。

表2 不同溫度下的噴濺情況

注：噴濺高度是以通過(guò)目測(cè)距離爐頂高度估算，澳爐高度為17 m，熔池高溫為2 m。

表3 不同槍位下熔體的噴濺情況

注：加料量為160 t/h，爐溫1 180 ℃。

生產(chǎn)中，處理量在120 t/h以下時(shí)槍位控制在1 650 mm，處理量在120～180 t/h時(shí)槍位控制在1 700 mm，處理量在180 t/h以上時(shí)槍位控制在1 750 mm，并且隨著噴槍的燒損，槍位不斷降低，每次下降50 mm，最低槍位為1 550 mm。

2.1.2 提高入爐精礦成團(tuán)率

(1)圓盤參數(shù)調(diào)整。表4為制粒圓盤轉(zhuǎn)速與團(tuán)礦大小的關(guān)系。圓盤轉(zhuǎn)速提高，顆粒逐漸變大，圓盤頻率達(dá)到45 Hz、轉(zhuǎn)速達(dá)到6 r/min之后，制粒顆粒變小。生產(chǎn)中將轉(zhuǎn)速設(shè)定為6 r/min，頻率設(shè)定為45 Hz。

表4 圓盤轉(zhuǎn)速與制粒顆粒大小關(guān)系

注：精礦含水量為9%，加水量1.5 t/h，圓盤傾角45°。

表5為制粒圓盤傾角與制粒顆粒大小關(guān)系。圓盤傾角提高，制粒顆粒逐漸變大；圓盤傾角達(dá)到45°之后，顆粒逐漸變小。將圓盤傾角設(shè)定為45°。

表5 圓盤傾角與制粒顆粒大小關(guān)系

注：精礦含水量為9%，加水量1.5 t/h，圓盤轉(zhuǎn)速6 r/min。

表6為加水量與制粒顆粒大小關(guān)系。加水量提高，顆粒逐漸變大；加水量達(dá)到1.5 t/h之后，顆粒粒徑超出工藝要求的5～25 mm，盤內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重粘結(jié)。將加水量水量設(shè)定為1.5 t/h。

表6 加水量與制粒顆粒大小關(guān)系

注：精礦含水量為9%，圓盤轉(zhuǎn)速6 r/min，圓盤傾角45°

(2) 減少球團(tuán)輸送過(guò)程中破損。成團(tuán)精礦從圓盤制粒機(jī)出來(lái)經(jīng)19#、20#、21#、16#皮帶由爐頂加料機(jī)加入爐中,全程需要280s。皮帶之間存在較大落差，輸送過(guò)程中部分球團(tuán)摔碎。故在皮帶下料斗處加裝緩沖裝置，減緩運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中球團(tuán)下落時(shí)的撞擊。

2.2 使用結(jié)焦抑制劑

2.2.1 結(jié)焦抑制劑作用原理

結(jié)焦抑制劑主要通過(guò)提高結(jié)焦物的熔點(diǎn)得到干燥、易碎、不易粘附的高熔點(diǎn)化合物，同時(shí)弱化結(jié)焦物與金屬表面之間的連結(jié)。結(jié)焦抑制劑具有以下特性：

(1)助燃特性。提高余熱鍋爐的換熱效率，增強(qiáng)氧化氣氛；

(2)防腐蝕性。保持較高的酸露點(diǎn)，通過(guò)在管道表面形成金屬膜，防止、減緩煙氣對(duì)鍋爐金屬材質(zhì)腐蝕；

(3)疏松性。通過(guò)與硫化物和其它灰渣成分反應(yīng)，致使灰渣碎裂，或者由堅(jiān)硬、致密、不滲水的形式變?yōu)槿彳?、膨脹、多孔滲透性好的粉末。這些灰渣、粉末通過(guò)自身重力、煙氣或吹灰器可輕易被去除掉。

2.2.2 結(jié)焦抑制劑使用方法[3]

從澳斯麥特爐爐頂保溫?zé)炜?，上升煙道的左、右?cè)工作門及后側(cè)工作門4個(gè)加入點(diǎn)用添加裝置自動(dòng)定時(shí)每天20次、每次10 min以0.5～0.7 MPa的壓力向澳斯麥特爐內(nèi)及上升煙道噴入結(jié)焦抑制劑。

2.2.3 結(jié)焦抑制劑使用效果

圖1為使用結(jié)焦抑制劑前后焦體的形態(tài)對(duì)比。使用結(jié)焦抑制劑后焦體表面會(huì)形成一層汽包，其疏松，易清理。

圖2為使用結(jié)焦抑制劑后上升煙道結(jié)焦情況。使用結(jié)焦抑制劑后，從工作門處觀察上升煙道內(nèi)基本無(wú)大的結(jié)焦。

圖1 使用結(jié)焦抑制劑前后焦體的形態(tài)

圖2 使用結(jié)焦抑制劑后上升煙道結(jié)焦情況

2.3 物理清焦

2.3.1 安裝機(jī)械振打裝置

煙道中上部安裝自動(dòng)機(jī)械振打裝置，按照一定的頻率自動(dòng)敲打煙道外壁，借助結(jié)焦抑制劑的作用，使結(jié)焦在振動(dòng)的條件下自動(dòng)脫落。

2.3.2 人工清焦

即便使用了結(jié)焦抑制劑，煙道下部結(jié)焦仍然較多，使用渣口機(jī)或者人工用釬子定期對(duì)下部工作門處結(jié)焦進(jìn)行清理。

3 結(jié)語(yǔ)

上升煙道結(jié)焦是制約澳斯麥特爐產(chǎn)量提升、系統(tǒng)開風(fēng)率提高的重要因素。對(duì)上升煙道結(jié)焦機(jī)理進(jìn)行研究，分析結(jié)焦來(lái)源，生產(chǎn)中通過(guò)控制爐溫、調(diào)整噴槍槍位，減少噴濺物；調(diào)整制粒圓盤參數(shù)及減少輸送過(guò)程球團(tuán)破碎，提高入爐精礦成團(tuán)率，減少機(jī)械夾帶，從源頭控制結(jié)焦的發(fā)生；引進(jìn)結(jié)焦抑制劑。將物理方法與化學(xué)方法相結(jié)合處理已形成的結(jié)焦，上升煙道垮焦影響澳爐停爐時(shí)間縮短至每月≤10 h，系統(tǒng)開風(fēng)時(shí)率達(dá)到92%。

[1] 彭容秋.銅冶金[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2004.

[2] 楊毓和．控制艾薩爐余熱鍋爐結(jié)渣探討[J].中國(guó)有色冶金，2007，(5):19-22.

[3] 駱祎 ,萬(wàn)軍.一種澳斯麥特爐上升煙道結(jié)焦處理方法[P].中國(guó)專利：201210270967，2012-10-24.

銀多金屬礦綜合利用技術(shù)效果好

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所分別對(duì)四川省巴塘縣夏塞銀多金屬礦和云南白秧坪銀銅鉛鋅多金屬礦開展了綜合利用新技術(shù)研究。在樣品中共發(fā)現(xiàn)47種礦物，其中銀礦物有5種，元素種類多、礦物鑲嵌關(guān)系復(fù)雜，加大了選礦技術(shù)研究的難度。

銀的主要載體礦物是方鉛礦及氧化鉛礦物，其次是閃鋅礦、毒砂、黃鐵礦等。鉛礦物、鋅礦物、砷礦物共生關(guān)系密切，鑲嵌關(guān)系復(fù)雜，僅采用物理選礦方法難以獲得單一合格的鉛、鋅、銀礦產(chǎn)品，采用選冶聯(lián)合工藝是開發(fā)利用該礦的有效方法。

夏塞銀鉛鋅型混合礦石采用磨礦—全混合浮選—硫酸化焙燒—稀硫酸浸出分離銀鋅鉛工藝，得到了合格含銀鉛精礦及優(yōu)質(zhì)的鋅、銀產(chǎn)品。銀、鉛、鋅的總收率分別為97.07%、99.61%和90.93%。

白秧坪銀多金屬礦選礦采用全混合浮選—混合精礦選擇性氯化浸鋅—選擇性氯化浸鉛及部分銀—提取元素硫—預(yù)處理—氯化浸銅及部分銀的工藝流程，并輔之以沉淀、置換、萃取等冶金分離手段，較好地解決了銅、鉛、鋅和銀等有價(jià)金屬的分離提取問題，金屬浸出率為：銅5.12%、鉛98.5%、鋅99.73%和銀97.28%，元素硫提取率為73.72%，獲得純度大于99%的氯化鉛和元素硫產(chǎn)品，以及海綿銅、海綿銀等產(chǎn)品。

此外，該項(xiàng)目“三廢”處理簡(jiǎn)易。冶金工藝流程工藝用水均循環(huán)使用，無(wú)生產(chǎn)性廢水排出；最終浸出渣產(chǎn)率僅為8.3%，廢渣排放少；廢氣主要為浸出過(guò)程中逸出的少量氯氣，可通過(guò)選擇合適設(shè)備以及控制工藝操作，提高氯氣利用率，減少氯氣逸出量，并對(duì)逸出氯氣采用堿液淋洗塔處理，從而達(dá)到環(huán)保要求。

該項(xiàng)技術(shù)成果已在內(nèi)蒙古金廠溝梁、四川巴塘等地區(qū)的6個(gè)含銀銅礦山進(jìn)行了開發(fā)利用，使儲(chǔ)量高達(dá)400多萬(wàn)t的銅銀多金屬難處理資源得到了有效利用。夏塞銀鉛鋅型混合精礦冶金加工按日處理20 t混合精礦計(jì)算，年可創(chuàng)造稅收669.84萬(wàn)元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

Treatment of rising flue coking of Ausmelt furnace

WAN Jun, LUO Yi, ZHAO Xiang-lin

The Ausmelt furnace concentrate input and blast volume were large, a large quantity of high temperature molten material was into the subsequent flue, flue was easy to cause serious coking, which restricted the Ausmelt furnace yield improvement and system operating rate raising. The reason and source of coking in the rising flue were analyzed, the coking problem was solved by measures taken in production such as decreasing splash, improving granulation rate and spraying into the coking inhibitors, etc.

Ausmelt furnace; rising flue; coking

萬(wàn)軍(1973—)，男，湖北黃石人，本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，冶煉廠副廠長(zhǎng)。

2014-- 07-- 03

TF811； TF806.2

B

1672-- 6103(2015)02-- 0022-- 04