鋅精礦焙砂中可溶硫升高的原因與控制

張富兵， 尹榮花， 紀(jì)昌磊

(河南豫光鋅業(yè)有限公司,河南 濟(jì)源 454650)

鋅精礦焙砂中可溶硫升高的原因與控制

張富兵， 尹榮花， 紀(jì)昌磊

(河南豫光鋅業(yè)有限公司,河南 濟(jì)源 454650)

通過分析鋅精礦焙砂中可溶硫形成的機(jī)理，找出導(dǎo)致其升高的原因，采取合理搭配鋅精礦、調(diào)整焙燒工藝控制參數(shù)、優(yōu)化設(shè)備配置等措施，可溶硫含量得到有效控制，保證了濕法系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

鋅精礦； 焙燒； 焙砂； 可溶硫； 控制

0 前言

河南豫光鋅業(yè)公司是一家采用常規(guī)濕法煉鋅工藝進(jìn)行生產(chǎn)的企業(yè)，自2005年投產(chǎn)以來，經(jīng)過10年的發(fā)展，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量均得到大幅度提高。但隨著鋅精礦來源的復(fù)雜和系統(tǒng)設(shè)備的老化，鋅精礦焙砂中的可溶硫逐年升高，造成濕法系統(tǒng)酸鋅含量升高，給生產(chǎn)控制帶來一定困難。企業(yè)通過分析焙砂中可溶硫形成的機(jī)理，找出了導(dǎo)致可溶硫升高的原因，通過采取一系列措施，使可溶硫含量得到有效控制，解決了濕法系統(tǒng)酸鋅高的問題。

1 硫化鋅精礦焙燒及硫酸鹽生成的機(jī)理

從硫化鋅精礦中提取鋅，一般要經(jīng)過焙燒工序，而后續(xù)工序工藝的差異對焙燒產(chǎn)物的要求則不同?；鸱掍\要求除去全部的硫，通常采用死焙燒，總硫含量控制在1%以下。濕法煉鋅則盡可能完全地氧化硫化物，得到氧化物及少量的硫酸鹽。在低溫條件下，硫化鋅和氧結(jié)合生成硫酸鋅反應(yīng)的自由能值要比生成氧化鋅的自由能大很多，而在高溫條件下則相反，這也是濕法煉鋅多采用中低溫焙燒，而火法煉鋅采用高溫焙燒的原因。

中低溫焙燒時，主要反應(yīng)方程式如下：

MeS+2O2→MeSO4

(1)

MeS+3MeSO4→4MeO+4SO2↑

(2)

2SO2+O2→2SO3↑

(3)

MeO+SO3→MeSO4

(4)

高溫焙燒時，主要反應(yīng)方程式如下：

2MeS+3O2→2MeO+2SO2

(5)

2SO2+O2→2SO3↑

(6)

MeO+SO3→MeSO4

(7)

隨著溫度的升高，硫酸鹽逐漸變?yōu)檠趸锱c硫酸鹽混合物，硫酸鹽在600 ℃以上分解，850 ℃時分解激烈，最后全部轉(zhuǎn)化為氧化物。

反應(yīng)(2)是可逆反應(yīng)，在低溫500 ℃時向生成硫酸鹽的方向進(jìn)行，600 ℃以上時向生成氧化物的方向進(jìn)行。反應(yīng)式(3)解釋了SO3在余熱鍋爐對流段大量生成的原因。余熱鍋爐的對流段，溫度在400～600 ℃之間，即滿足了SO3大量生成的熱力學(xué)條件又滿足了其動力學(xué)條件。

反應(yīng)式(4)表明，在有SO3存在時，氧化鋅與SO3可以生成硫酸鋅，與反應(yīng) (2)共同解釋了煙塵中可溶硫含量高的原因。

硫酸鹽在焙燒過程中生成量的多少還與反應(yīng)氣氛及物料性質(zhì)有著密切關(guān)系。在Me-S-O反應(yīng)體系中，存在著固-固反應(yīng)、固-氣反應(yīng)、氣-氣反應(yīng)，其中固-氣反應(yīng)(4)和氣-氣反應(yīng) (3)的平衡關(guān)系決定了硫酸鹽生成的數(shù)量。也就是說當(dāng)反應(yīng)(4)中硫酸鹽的離解壓大于爐氣中SO3的分壓時，焙砂中可溶硫降低，反之則升高。

2 鋅精礦焙砂中可溶硫升高的原因

2.1 生產(chǎn)概況

河南豫光鋅業(yè)有限公司有兩套焙燒系統(tǒng)，均采用109 m2的魯奇式焙燒爐，工藝流程如圖1。

圖1 鋅精礦沸騰焙燒工藝流程圖

企業(yè)近幾年混合焙砂中的硫含量見表1，溢流焙砂和煙塵中的可溶硫含量見表2。

表1 2005年至2014年6月混合焙砂中硫含量 %

表2 2005年至2014年6月溢流焙砂和煙塵中可溶硫含量 %

可以看出，2005年以來混合焙砂中(S總)變化不大，不溶硫(S不溶)降低較多，可溶硫(S可溶)逐年升高，其中煙塵中可溶硫含量遠(yuǎn)高于溢流焙砂中的可溶硫含量。從產(chǎn)率和可溶硫含量看，煙塵中可溶硫含量占混合焙砂可溶硫含量的80%以上，溢流焙砂可溶硫的量與電收塵中可溶硫的量接近，約占總量的近20%，降低煙塵率和合理處理電收塵均有利于降低混合焙砂可溶硫含量。

2.2 可溶硫升高的主要原因

(1)操作風(fēng)料比大，沸騰層溫度偏低。對于已建成的沸騰焙燒爐，其爐床面積和配套的排熱裝置已固定，而要降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，通常通過加大入爐鋅精礦量、提高鼓風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。鼓風(fēng)強(qiáng)度的提高，使煙塵大量增加，混合焙砂可溶硫含量增加；風(fēng)量的增加也使沸騰層溫度偏低。從表1中可以看出， 2010年以來溢流中可溶硫明顯升高。

(2)物料來源復(fù)雜，搭配困難，煙塵率高。鋅精礦的性質(zhì)不僅對爐況有影響，對焙砂質(zhì)量也有明顯影響。從這些年的生產(chǎn)實(shí)踐看，進(jìn)口礦粒度較國內(nèi)礦粒度小，入爐鋅精礦中進(jìn)口礦比例大時煙塵率升高，混合焙砂的可溶硫就會升高。另一方面，當(dāng)入爐鋅精礦雜質(zhì)元素含量過高時，會造成爐況不穩(wěn)，而上鐵、釩、錳等雜質(zhì)元素的催化作用，也加速了煙塵中硫酸鹽的生成，從而使焙砂可溶硫升高。

(3)設(shè)備老化，冷空氣進(jìn)入煙氣系統(tǒng)量增加。2005年投產(chǎn)以來，爆破清灰裝置由于設(shè)計上的缺陷及長期運(yùn)行，部分脈沖罐體及管道老化，經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕漏氣或堵塞，嚴(yán)重影響清灰效果。再加上系統(tǒng)產(chǎn)能提高，焙燒爐的鼓風(fēng)量增加，線速度由0.5～0.6 m/s提高至0.7～0.8 m/s，煙氣帶入收塵系統(tǒng)的煙塵量增加，致使余熱鍋爐水冷壁、凝渣管屏和對流管束積灰嚴(yán)重，阻力增加。為保證系統(tǒng)正常連續(xù)運(yùn)行，采取了加大系統(tǒng)負(fù)壓，打開余熱鍋爐人孔門人工輔助清灰等措施，大量冷空氣進(jìn)入煙氣系統(tǒng)，新鮮空氣的補(bǔ)入使SO3的生成量增加，進(jìn)而煙塵含可溶硫升高。

3 降低鋅精礦焙砂中可溶硫的措施

3.1 提高焙燒溫度降低風(fēng)料比

由于原設(shè)計為硫酸化焙燒，沸騰層溫度在900～950 ℃，一般控制在920～930 ℃。生產(chǎn)中，為降低可溶硫，將沸騰層溫度提高到970～980 ℃，投料量增加2 t/h，風(fēng)料比降至1 600 m3/t以下。為避免工藝參數(shù)改變對焙燒系統(tǒng)的影響，采取了如下應(yīng)對措施：①控制入爐物料成分，避免低熔點(diǎn)物質(zhì)大量生成；②定期翻吹爐床，防止?fàn)t內(nèi)燒結(jié)；③保證流態(tài)化冷卻器溫度≤750 ℃，防止其水套過熱變形漏水。提高溫度和降低風(fēng)料比前后混合焙砂、溢流焙砂和煙塵中的可溶硫見表3。

表3 混合焙砂、溢流焙砂和煙塵中的可溶硫 %

由表3可以看出，混合焙砂可溶硫降低幅度最大，溢流焙砂次之，鍋爐、旋風(fēng)、電收塵煙塵可溶硫也有所降低。由此也說明，混合焙砂中的可溶硫不僅與溢流焙砂和煙塵可溶硫含量有關(guān)，還受高溫焙燒煙塵率的影響。

3.2 強(qiáng)化來料控制和配料管理

統(tǒng)計2013年至2014年6月異常爐況與正常爐況下混合焙砂中的可溶硫含量發(fā)現(xiàn)，爐況異常時混合焙砂中可溶硫含量較正常時高0.12%。爐況異常通常是由入爐物料含Pb、SiO2過高引起的，入爐物料含Pb≥1.8%、SiO2≥3.5%時，爐內(nèi)物料粘度增大，發(fā)生偏析和燒結(jié)現(xiàn)象，各點(diǎn)溫度及爐料反應(yīng)差異增大，排料困難，此種情況下焙砂中可溶硫明顯升高。為降低原料對爐況及焙砂質(zhì)量的影響，在鋅精礦入廠時，對S、Pb、Fe、SiO2、水分等進(jìn)行嚴(yán)格控制，并測定來料中的酸溶鋅、抽檢來料中起催化作用的Mn等元素，來料根據(jù)成分細(xì)化堆存。通過控制入爐料中進(jìn)口礦的比例，合理配料、加強(qiáng)兌翻料，使得入爐精礦成分更均勻。在控制可溶硫期間要求入爐物料成分控制范圍見表4。

表4 入爐物料主要成分 %

3.3 改進(jìn)設(shè)備減少冷空氣進(jìn)入

2014年下半年對鍋爐爆破清灰系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，并對系統(tǒng)漏風(fēng)查找，采取了如下改進(jìn)措施：①改變開爐方法，取消易被腐蝕而漏風(fēng)的電收塵副煙道，對旋風(fēng)除塵器的錐體部位進(jìn)行定期加固，預(yù)防因煙氣沖刷、腐蝕老化造成的漏風(fēng)；②將爆破清灰噴嘴由直口型改為斜口型，并增強(qiáng)吹掃風(fēng)，解決設(shè)計缺陷造成爆破清灰噴嘴堵塞的問題；③在鍋爐頂部增加爆破清灰裝置，并把凝渣管屏和對流管束由固定式改為活動式，避免煙氣通道的堵塞。上述措施實(shí)施后，爆破清灰故障率大幅降低，清灰效果明顯改善，人工清灰頻次減少且單次清灰時間縮短，進(jìn)入系統(tǒng)冷空氣的量大大減少，煙塵中的可溶硫明顯下降。

如果上述措施仍無法滿足濕法系統(tǒng)酸平衡要求，則考慮將電收塵煙灰另行處理或與鋅精礦搭配返爐重新焙燒。

4 結(jié)束語

通過提高焙燒溫度、降低風(fēng)料比、控制入爐精礦成分、減少煙氣系統(tǒng)漏風(fēng)等，降低了鋅精礦焙砂中可溶硫含量。在生產(chǎn)過程中，可根據(jù)濕法系統(tǒng)酸鋅平衡情況，采取不同的措施實(shí)現(xiàn)對可溶硫含量的合理控制。

[1] 北京有色冶金設(shè)計研究總院.重有色金屬冶煉設(shè)計手冊： 鉛鋅鉍卷[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1995．

[2] 李洪桂．冶金原理[M]．北京：科學(xué)出版社，2005．

[3] 梅光貴．濕法煉鋅學(xué)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2001．

Causes of soluble sulfur rising in zinc concentrate calcine and its control

ZHANG Fu-bing, YIN Rong-hua, JI Chang-lei

By analyzing the formation mechanism of soluble sulfur in the zinc concentrate calcine, this article found out the cause of soluble sulfur rising. After taking the measures of matching zinc concentrate well, adjusting the roasting parameters and optimizing the device layout, the content of soluble sulfur was effectively controlled. As a consequence, the hydrometallurgical system worked stably.

zinc concentrate; roasting; calcine; soluble sulfur; control

張富兵(1976—)，男，河南南陽人，主要從事有色金屬冶煉技術(shù)工作。

2015-05-04

TF813

B

1672-6103(2016)01-0030-03