中和渣在澳斯麥特熔煉爐回收利用的生產(chǎn)實(shí)踐

荊巨峰

（中條山有色金屬集團(tuán)有限公司侯馬北銅銅業(yè)公司，山西 侯馬 043000）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

中和渣在澳斯麥特熔煉爐回收利用的生產(chǎn)實(shí)踐

荊巨峰

（中條山有色金屬集團(tuán)有限公司侯馬北銅銅業(yè)公司，山西 侯馬 043000）

在對中和渣替代石灰石熔劑造渣可行性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定了中和渣回收利用方案；通過分析中和渣入爐對爐溫、渣性、冰銅品位、產(chǎn)品質(zhì)量的影響，估算中和渣回收利用的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明，用中和渣替代石灰石熔劑進(jìn)行回收利用，不僅具有明顯的環(huán)境效益，而且具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

中和渣 澳斯麥特熔煉 資源循環(huán)利用 溫室氣體排放

中條山有色金屬集團(tuán)有限公司侯馬北銅銅業(yè)公司（全文簡稱侯馬北銅公司）是國內(nèi)較早采用澳斯麥特噴槍富氧頂吹工藝生產(chǎn)粗銅的有色企業(yè)［1］，其煙氣制酸過程排出的酸性含砷廢水采用石灰-鐵鹽法處理，生成的含砷中和渣用芬蘭奧圖泰拉羅克斯立式全自動壓濾機(jī)壓濾，中和渣日產(chǎn)出量約20 t，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～35%，該渣呈黃色散堆狀。對于這種中和渣，通常采用永久渣場填埋，但中和渣遇酸會浸溶，屬于工業(yè)危險固廢，且數(shù)量較大，面臨堆場土地占用及環(huán)境保護(hù)的雙重壓力［2］，因此對中和渣進(jìn)行安全無害化妥善處理，成為冶金和環(huán)保專家的重要研究課題。侯馬北銅公司根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際并結(jié)合中和渣特性，經(jīng)過縝密的分析論證后，將中和渣替代石灰石熔劑配料后加入澳斯麥特熔煉爐，不僅消除了二次污染的隱患，而且回收了中和渣中的銅、硫、鈣等有價元素，同時冶煉爐渣作為生產(chǎn)水泥輔料銷售，既節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，又達(dá)到變廢為寶、化害為利的目的，收到了很好的效果。

1 中和渣替代石灰石熔劑造渣的可行性分析

侯馬北銅公司澳斯麥特熔煉爐工藝渣型采用的是FeO-CaO-SiO2三元渣，在1 200℃的溫度下進(jìn)行富氧熔煉，使中和渣中的氧化鈣進(jìn)入爐渣，成為水泥的優(yōu)質(zhì)原料，硫酸根轉(zhuǎn)化為二氧化硫，隨冶煉煙氣制酸［3］。

采用石灰石作造渣熔劑，在1 200℃的熔煉溫度下，石灰石分解成CaO和CO2：

中和渣替代石灰石后，其主成分硫酸鈣亦被還原分解成CaO和SO2：

式（2）的分解過程須在1 350～1 400℃下方可完全進(jìn)行，由于侯馬北銅公司將澳斯麥特熔煉爐作業(yè)溫度控制在1 200℃，因此反應(yīng)（2）程度很低，但在1 200℃下反應(yīng)（3）、（4）、（5）、（6）進(jìn)行得比較徹底：

在有SiO2存在的情況下，會全部或部分生成硅酸鹽：

以上分析為中和渣替代石灰石作銅火法冶金的鈣熔劑提供了理論依據(jù)。銅火法冶金過程中發(fā)生造锍、氧化和還原反應(yīng)，同時還發(fā)生造渣反應(yīng)：

2 中和渣回收利用方案

中和渣含水率為30%～35%，因其水分高、密度輕、黏度大，如果單獨(dú)入倉會黏結(jié)倉壁或結(jié)塊，導(dǎo)致下料不流暢，無法滿足連續(xù)計量要求，因此必須將中和渣混入精礦中入爐。為了避免或減小中和渣在精礦中攪拌不均勻而對爐況造成的影響，一般將中和渣拌入配比較低的礦種中。根據(jù)入爐物料的配料單大致計算出應(yīng)配加的中和渣量。以如下配料單為例：熔煉爐精礦處理量為30 t/h，石灰石熔劑相對精礦比率為3.67%，計算得出石灰石配給量為1.1 t/h，石灰石品位w（CaCO3）按90%計，中和渣水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)按35%計，中和渣w（CaO）按39.62%計，折合中和渣配給量約為2.0t/h（濕量）。如表1配料單所示，精礦2質(zhì)量配比為20%，即處理量為6 t/h，可估算出精礦2與中和渣的質(zhì)量配比為2∶1。每天除消化完當(dāng)天中和渣產(chǎn)出量20t的同時，還可多消化積存的中和渣約28t。

在實(shí)際生產(chǎn)中一般中和渣拌入量按低限配入，控制爐渣中m（Fe）/m（SiO2）為1.2～1.4，w（CaO）為5%～7%。如果爐渣化驗(yàn)結(jié)果中w（CaO）＜5%，可另外補(bǔ)充石灰石熔劑，避免中和渣拌入過量時對爐況造成影響。

表1 配料單

3 中和渣回收利用的影響

3.1 中和渣入爐對爐溫的影響

中和渣含水分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）30%～35%，水分在熔煉爐內(nèi)吸收熱量后會形成大量的水蒸氣，水蒸氣在帶走熱量的同時，也使煙氣量增大，既稀釋了煙氣SO2濃度，又使煙氣帶走熱量增大；另外，中和渣中硫酸鈣高溫分解吸收大量熱量，但同時中和渣替代石灰石入爐后，避免了石灰石分解吸收熱量及石灰石分解產(chǎn)生二氧化碳。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了減輕中和渣水分過高對爐溫的影響，將中和渣預(yù)先放置在空曠場地晾曬風(fēng)干至一定程度后再進(jìn)行拌礦作業(yè)。實(shí)踐表明，同一季節(jié)在入爐精礦成分、吹煉渣及煙灰處理量一定的前提條件下，控制富氧濃度、冰銅品位、爐渣鐵硅質(zhì)量比、爐溫及爐負(fù)壓一定時，拌入中和渣期間熔煉爐燃料率沒有發(fā)生明顯變化。

3.2 中和渣入爐對渣性的影響

銅冶煉爐渣中通常含有一定量的氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁，它們是爐渣冶煉過程氧化物熔體的成分，在爐渣中的含量變化將對爐渣黏度產(chǎn)生一定影響；尤其是爐渣中氧化鎂含量的增加將導(dǎo)致爐渣黏度增大，流動性變差，爐渣熔點(diǎn)上升［4］。按中和渣產(chǎn)出與消化平衡計算，侯馬北銅公司每天入爐的20 t中和渣（濕量）中含氧化鎂0.175 t，每天熔煉爐棄渣產(chǎn)出量約500 t，即中和渣帶入的氧化鎂量使棄渣中氧化鎂含量提高了0.035%，對渣性影響可以忽略。但在生產(chǎn)操作中由于中和渣中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.04%的二氧化硅，因此應(yīng)注意調(diào)整石英石的加入量。

3.3 中和渣入爐對冰銅品位的影響

因參與銅精礦熔煉反應(yīng)的工藝風(fēng)、氧與精礦料速連鎖［5］，在設(shè)定精礦料速及風(fēng)料比一定時，如果中和渣在精礦中摻拌過多時，則實(shí)際入爐精礦相應(yīng)減少，再加上中和渣的主要成分硫酸鈣在還原分解及造渣過程中，會產(chǎn)生游離氧，導(dǎo)致參與熔煉反應(yīng)的工藝風(fēng)、氧相對精礦過剩，造成冰銅品位上升，爐渣中CaO含量上升，m（Fe）/m（SiO2）少量上升；反之，冰銅品位下降，爐渣中CaO含量下降，m（Fe）/m（SiO2）少量下降。同時中和渣攪拌不均勻造成熔煉爐熱量失衡、反應(yīng)氣氛發(fā)生變化，嚴(yán)重時熔煉爐爐溫下降，出口堰混合熔體流動性變差、黏度增加、熔體中易產(chǎn)生機(jī)械夾帶生料。

3.4 中和渣入爐對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

澳斯麥特工藝富氧濃度高，同時生產(chǎn)高品位冰銅，爐內(nèi)呈強(qiáng)氧化性氣氛，具有非常強(qiáng)的脫雜能力，而中和渣中各雜質(zhì)元素主要以氧化物或鹽的物相形態(tài)存在，有利于參與熔煉造渣固化，有害雜質(zhì)被固化后不存在二次污染問題。例如，在有過量空氣存在的情況下，砷就會形成不揮發(fā)的五氧化二砷，這種砷的氧化物通常與礦石中的氧化鐵結(jié)合在一起，形成砷酸鐵：Fe2O3+As2O5=2FeAsO4。

4 中和渣回收利用估算

侯馬北銅公司當(dāng)天產(chǎn)出的中和渣實(shí)現(xiàn)全部回爐回收利用，澳斯麥特熔煉爐年生產(chǎn)時間為330 d，中和渣產(chǎn)出量為20 t/d（濕量），含水分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）35%，化學(xué)組成按表2計，銅回收率按96%計，硫回收率按95%計，中和渣產(chǎn)出量為6 600 t/年，年可替代品位w（CaCO3）=90%的石灰石3372t，減排二氧化碳1335t；每年還可替代w（SiO2）=95%的石英石182 t，增產(chǎn)硫酸（w（H2SO4）=98%）2 235 t；年可多回收金屬銅14 t。

表2 中和渣的化學(xué)組成 %

5 結(jié)論

1）對于侯馬北銅公司澳斯麥特熔煉爐，用中和渣替代石灰石熔劑進(jìn)行回收利用是完全可行的，且不需額外增加人員及投入設(shè)備。

2）用中和渣替代石灰石熔劑回收利用后環(huán)境效益明顯，妥善處置了6 600 t/年的中和渣危險固廢物，消除了公司生存發(fā)展的重大環(huán)境隱患，節(jié)約了寶貴的土地資源。

3）用中和渣替代石灰石熔劑回收利用后，實(shí)現(xiàn)銅、硫、鈣與硅循環(huán)利用的同時，大幅減少了溫室氣體的排放。年可替代w（CaCO3）=90%的石灰石3 372 t，減排二氧化碳1335t，替代w（SiO2）=95%的石英石182 t，增產(chǎn)硫酸（w（H2SO4）=98%）2 235 t，年可多回收金屬銅14 t，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 荊巨峰.銅富氧澳斯麥特熔煉余熱鍋爐的運(yùn)行實(shí)踐［J］.世界有色金屬，2015（2）：55-57.

［2］ 王紅梅，劉四清，劉文彪.國內(nèi)外銅爐渣選礦及提取技術(shù)綜述［J］.銅業(yè)工程，2006（4）：19-22.

［3］ 唐謨堂，唐朝波，陳永明，等.關(guān)于在重金屬火法冶金中用磷石膏替代石灰石等鈣熔劑的分析與建議［C］//中國有色金屬學(xué)會重有色金屬冶金學(xué)術(shù)委員會.全國銅鎳鈷冶金工藝重大裝備及資源環(huán)境研討會論文集，2014：255-262.

［4］ 呂德良，黃紅軍，曹學(xué)鋒，等.轉(zhuǎn)爐渣含銅礦物晶相優(yōu)化工藝研究［J］.有色金屬（冶煉部分），2015（3）：5-7.

［5］ 荊巨峰.控制澳斯麥特熔煉爐煙道過渡段粘結(jié)探討［J］.世界有色金屬，2014（11）：51-53.

（編輯：胡玉香）

Production Practice of Neutralization Sludge Recycling in Ausmelt Smelting Furnace

Jing Jufeng
（Houma North Copper Copper Industry Company，ZTS Non-ferrous Metals Group Co.，Ltd.，Houma Shanxi 043000）

Based on the feasibility analysis of neutralization sludge instead of limestone flux slag，recycling program of neutralization sludge is determined.By analyzing the impact of neutralization sludge on furnace temperature，slag performance，matte grade，and product quality，the economic benefits of neutralization sludge recycling is estimated. Practice has proved that the recycling by neutralization sludge instead of limestone flux not only has obvious environmental benefits，but also has good social and economic benefits.

neutralion dreg，Ausmelt smelting，resources recycling，greenhouse gas emission

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.20

X756

A

1672-1152（2015）06-0057-03

2015-10-23

荊巨峰（1977—），男，工程師，研究方向：有色金屬冶金。E-mail:jingjufeng@126.com