利用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行氯浸渣脫硫生產(chǎn)線的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬 巖 趙吉祥 魏建周

(金川鎳鈷研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司， 甘肅 金昌 737100)

環(huán)保與綜合利用

利用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行氯浸渣脫硫生產(chǎn)線的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬 巖 趙吉祥 魏建周

(金川鎳鈷研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司， 甘肅 金昌 737100)

為了綜合利用冶煉廢渣，開發(fā)設(shè)計(jì)了利用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行氯浸渣脫硫的生產(chǎn)線。介紹了該生產(chǎn)線設(shè)計(jì)規(guī)模、工藝流程、主要設(shè)備、工藝配置、三廢治理情況等。該生產(chǎn)線生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，脫硫率為95.87%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

回轉(zhuǎn)窯； 氯浸渣； 脫硫

0 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源短缺日益加劇，環(huán)境壓力越來越大，已成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出問題。我國是礦產(chǎn)品消費(fèi)大國，然而許多國民經(jīng)濟(jì)支柱性礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備不足，綜合利用水平低下，浪費(fèi)嚴(yán)重。每年產(chǎn)生的可利用而未被利用的工業(yè)固體廢棄物資源價(jià)值己超過250億元，因再生資源的流失而造成的經(jīng)濟(jì)損失已達(dá)250～300億元。資源綜合利用是國家可持續(xù)發(fā)展、緩解資源問題、構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)的必由之路，對(duì)于提高經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益都有著深遠(yuǎn)的意義。 目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家重有色冶煉廠的平均資源綜合利用率在80%以上，如美國有色冶煉廠硫的利用率為55%～90%，日本煉銅企業(yè)硫的利用率為90%～99%。而我國目前重點(diǎn)冶煉企業(yè)伴生金屬礦的平均綜合利用率僅50%，硫的平均利用率僅62%，礦產(chǎn)資源綜合利用處于初級(jí)階段。因此，從冶金廢渣、廢水、廢氣中回收有價(jià)成分成為冶金工作者面臨的重要課題。

金川集團(tuán)有限公司(以下簡稱金川公司)是我國最大的鎳生產(chǎn)基地。電解生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的氯浸渣含鎳、銅、鈷、貴金屬和大量的硫，其中硫含量(質(zhì)量百分比)達(dá)55%以上，貴金屬含量約為100～200 g/t。多年來，金川公司與高校聯(lián)合針對(duì)如何在氯浸渣中提硫并富集金屬做了大量的研究和探索，但由于其化學(xué)成分和物相較復(fù)雜，始終沒有找到一種成熟可靠的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理的工藝來實(shí)現(xiàn)對(duì)有價(jià)金屬的分離。目前，金川公司產(chǎn)出的氯浸渣只能露天堆存，堆存總量已達(dá)2.5萬余噸，而且每年還在以5 000～5 500 t的量增加。這些冶金廢渣長期堆存不但積壓資金，污染環(huán)境，而且造成了資源的極大浪費(fèi)。

1 利用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行氯浸渣脫硫概述

回轉(zhuǎn)窯技術(shù)在有色冶金中主要用于鉛鋅揮發(fā)、鋅煙塵二次脫硫焙燒、鎳硫的二次焙燒、硫化銅精礦氧化焙燒、含硒陽極泥的硫酸化還原焙燒、氯化焙燒等領(lǐng)域，同時(shí)在環(huán)保行業(yè)被廣泛應(yīng)用于垃圾焚燒，工藝成熟，技術(shù)可靠。其具有生產(chǎn)能力大、機(jī)械化程度高、維護(hù)及操作簡單等特點(diǎn)，但將其用于鎳冶煉行業(yè)氯浸渣脫硫處理國內(nèi)外還無先例。

金川公司根據(jù)氯浸渣的性質(zhì)，系統(tǒng)分析和研究了國內(nèi)外氯浸渣的處理工藝流程，并通過了小試、中試和半工業(yè)化試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行了連續(xù)的半工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)踐，在此基礎(chǔ)上提出采用回轉(zhuǎn)式自熱脫硫工藝處理氯浸渣以富集貴金屬和提高硫資源利用率的方法。該方法具有工藝簡潔、脫硫率高、貴金屬損失小、投資省和能耗低的特點(diǎn)，為金川公司開辟了一條處理氯浸渣的新途徑。

2 氯浸渣燃燒脫硫生產(chǎn)線工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

該生產(chǎn)線設(shè)計(jì)年處理氯浸渣1.5萬t/a，主產(chǎn)品為脫硫渣(4 987.5 t/a)，其中含有Ni、Cu、Co及貴金屬；副產(chǎn)品為93%的硫酸(3萬t/a)。各種產(chǎn)品的產(chǎn)量及指標(biāo)見表1。

表1 脫硫渣各產(chǎn)品的產(chǎn)量及指標(biāo)

2.2 工藝流程

氯浸渣燃燒脫硫工藝流程如圖1所示。

2.3 主要設(shè)備及組成

圖1 氯浸渣燃燒脫硫工藝流程

生產(chǎn)線系統(tǒng)包括脫硫和煙氣凈化兩個(gè)工序。脫硫工序主要由原料倉、定量給料機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、加料螺旋、燃硫爐、冷渣機(jī)、沉塵室、風(fēng)冷器等組成；煙氣凈化工序主要由湍沖塔、冷卻塔、電除霧器等組成。

2.4 工藝控制指標(biāo)

主要工藝指標(biāo)見表2。

表2 工藝控制指標(biāo)

2.5 廠址選擇

生產(chǎn)線因副產(chǎn)硫酸，所以廠址選在金川公司化工廠三硫酸車間凈化工序底流泵房旁。燃硫爐產(chǎn)生的二氧化硫煙氣經(jīng)凈化后就近并入三硫酸車間干燥工序風(fēng)機(jī)前煙氣主管。

2.6 工藝配置

在金川公司化工廠三硫酸車間二氧化硫風(fēng)機(jī)房旁建一個(gè)12×24 m上料廠房，廠房內(nèi)主要布置上料倉、定量給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)、電加熱爐等。三硫酸車間凈化工序原底流泵房經(jīng)簡單改造后，作為本次脫硫渣出料廠房，在其-5.1 m平面布置冷渣機(jī)、埋刮板輸送機(jī)以及斗式提升機(jī)。

在新建上料廠房與出料廠房之間布置一臺(tái)Ф2.6×30 m燃硫爐，燃硫爐窯頭伸入上料廠房，窯尾伸入出料廠房。出料廠房頂部4.2 m平面布置一臺(tái)沉塵室，其北面布置一臺(tái)風(fēng)冷器，西面布置一臺(tái)脫硫渣倉。

凈化系統(tǒng)布置在三硫酸車間原底流泵房與凈化循環(huán)槽之間，均為露天布置，由西至東依次為湍沖塔、冷卻塔、電除霧器。稀酸循環(huán)泵以及板式換熱器就近配置在塔旁，過濾器布置在湍沖塔與循環(huán)槽之間。該工藝流程平面配置如圖2所示。

圖2 工藝流程平面配置圖

3 三廢治理

氯浸渣脫硫工藝屬廢渣回收利用清潔生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)過程中廢氣、廢水及固體廢棄物均得到合理利用，無三廢排放。

3.1 廢氣

脫硫后的二氧化硫煙氣經(jīng)降溫除塵后經(jīng)過一套煙氣凈化系統(tǒng)，溫度降至30～50 ℃，塵降至10 mg/m3，酸霧降至0.5 mg/m3后并入現(xiàn)三硫酸系統(tǒng)制酸。

3.2 廢水

煙氣凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的酸性廢水經(jīng)過濾后回用到三硫酸車間凈化工序，能顯著降低新水的加入量，節(jié)省了大量的水資源。

3.3 固體廢物

生產(chǎn)流程無固體廢棄物排放，所有中間產(chǎn)品均進(jìn)入公司其他生產(chǎn)流程加以綜合利用。氯浸渣脫硫后的脫硫渣富含貴金屬，送公司冶煉廠稀貴車間提取貴金屬；凈化過濾后的濾渣同樣送稀貴車間進(jìn)行稀貴金屬的回收利用。

4 生產(chǎn)實(shí)踐及效果

4.1 試生產(chǎn)情況

本工藝于2007年2月開始前期論證以及實(shí)驗(yàn)工作，2008年11月完成可行性研究報(bào)告，2009年10月完成生產(chǎn)線的初步設(shè)計(jì)，2010年2月完成施工圖的設(shè)計(jì)工作。

項(xiàng)目于2010年3月正式開工建設(shè)，2011年3月初完工，并于3月20日通過了集團(tuán)公司組織的驗(yàn)收。項(xiàng)目組于2011年3月底開始進(jìn)行生產(chǎn)線各系統(tǒng)的調(diào)試。經(jīng)過一個(gè)多月的調(diào)試，2011年4月正式投料，并于4月底產(chǎn)出了第一批合格產(chǎn)品。至2011年6月，試生產(chǎn)共投料9批，投料量150 t，產(chǎn)出脫硫渣40 t，脫硫渣含硫?yàn)?1.26%，接近小試和中試指標(biāo)。氯浸渣脫硫前后的成分分析見表3。

在試生產(chǎn)期間，雖然產(chǎn)品脫硫后的硫含量基本達(dá)到了試驗(yàn)指標(biāo)，產(chǎn)品中的貴金屬也得到了很大程度的富集，但生產(chǎn)流程不暢通，個(gè)別設(shè)備選型存在問題，生產(chǎn)始終不能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

表3 氯浸渣試生產(chǎn)脫硫前后的成分比較 單位：g/t

4.2 2013—2014年的生產(chǎn)情況

針對(duì)試生產(chǎn)中暴露出的問題，對(duì)生產(chǎn)線重新進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并于2012年5月開始施工，11月完工，2012年12月開始正式生產(chǎn)。通過2013—2014年的生產(chǎn)，工藝通暢，生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)，產(chǎn)品指標(biāo)合格。2013年共處理氯浸渣5 461.48 t(其中7～9月根據(jù)公司的指令停產(chǎn))，產(chǎn)生脫硫渣1 103.016 t，脫硫率94%，月最高可處理氯浸渣918 t。2014年共處理氯浸渣6 732.5 t，產(chǎn)生脫硫渣1 265.08 t，脫硫渣平均含硫15.33%，平均脫硫率95.87%，大于設(shè)計(jì)指標(biāo)(89%)。2014年工藝化驗(yàn)分析指標(biāo)見表4。

表4 2014年工藝化驗(yàn)分析指標(biāo)

5 經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

2014年銷售收入8 671萬元，總成本7 959萬元，利潤總額712萬元，其中所得稅104萬元，稅后利潤608萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5.2 環(huán)境效益

該項(xiàng)目處理的氯浸渣為精煉廠鎳電解除銅渣經(jīng)氯氣浸出后殘留的固體物料，長期堆存無法處理，一方面占用土地，而且由于其中含有硫和氯離子等酸性成分,會(huì)對(duì)土壤造成一定的破壞；另一方面,由于氯浸渣顆粒很細(xì),刮風(fēng)揚(yáng)塵對(duì)大氣環(huán)境也造成了一定的污染。項(xiàng)目投產(chǎn)后,解決了氯浸渣處理的難題, 使氯浸渣中有價(jià)元素得到充分回收利用，不再堆存積壓，環(huán)境效益顯著。

5.3 社會(huì)效益

發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，堅(jiān)持走科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、經(jīng)濟(jì)效益好的新型工業(yè)化道路是公司落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的既定方針。面對(duì)資源越來越匱乏的形勢(shì)，對(duì)資源再利用，既是企業(yè)自身發(fā)展的要求,也是社會(huì)的客觀要求。

6 結(jié)束語

氯浸渣脫硫技術(shù)的成功應(yīng)用，為公司開辟了一條處理氯浸渣的新途徑。項(xiàng)目投產(chǎn)后，將使原來難以處理的氯浸渣經(jīng)脫硫富集后，在貴金屬系統(tǒng)進(jìn)行處理，年可以綜合回收Ni 1 339.61 t、Cu 491.86 t、Co 37.86 t、Pt 362.51 kg、Pd 345.91 kg、Au 447.18 kg、Ag 971.63 kg、S 7 410 t，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 楊友善，王喜厚.回轉(zhuǎn)窯窯尾密封裝置的改進(jìn)[N].中國建材報(bào)，2002.

[2] 盛廣宏，翟建平.鎳工業(yè)冶金渣的資源化[J].金屬礦山,2005.10.

[3] 丁忠浩，翁達(dá).固體和氣體廢棄物再生與利用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[4] 寧模功.我國煉銅渣的現(xiàn)狀及其綜合利用[J].有色金屬(冶煉部分),1994.6.

Engineering Design and Application of Utilizing Kiln for Desulfurization Chlorine Leaching Residue Production Line

MA Yan, ZHAO Ji-xiang, WEI Jian-zhou

In order to comprehensively utilize smelting slag, the production line of chlorine leaching residue desulfurization by rotary kiln is developed and designed. The paper introduces design capacity, process route, major equipment, process configuration, waste management and so on. It shows that production is stable, and the desulfurization rate is 95.87%, good economic and environmental benefits are achieved eventually.

kiln; chlorine leaching residue; desulfurization

2015-05-08

馬巖(1967—)，女，甘肅靜寧人，大學(xué)本科，教授級(jí)高級(jí)工程師，國家注冊(cè)咨詢師，主要從事化工以及濕法冶金專業(yè)工程咨詢和設(shè)計(jì)工作。

X756

A

1008-5122(2015)05-0031-04