冰銅水淬系統(tǒng)的生產(chǎn)實踐

熊銀寶， 李成學， 吳云坤， 楊 光， 楊奎林

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊 661000)

冰銅水淬系統(tǒng)的生產(chǎn)實踐

熊銀寶， 李成學， 吳云坤， 楊 光， 楊奎林

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊 661000)

介紹了云錫銅業(yè)分公司冰銅水淬系統(tǒng)的生產(chǎn)實踐，對該工藝在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題進行分析總結(jié)，從而制定出相應的技術(shù)解決措施。

水淬?；?； 冰銅； 粒度； 爆炸； 溫度

1 工藝概況

云錫銅業(yè)分公司沉降電爐冰銅的處理采用的是盧森堡保爾沃特(PAULWURTH)公司的水淬?；撍?，該工藝是用帶壓的冷水對高溫熔融冰銅進行水淬?；愫蟮谋~經(jīng)脫水系統(tǒng)脫水后由皮帶運輸至料倉。處理后的冰銅呈顆粒砂石狀，含水5%～8%，粒度3～5 mm。

冰銅水淬?；墓に囘^程為：高溫熔融冰銅由沉降電爐放銅口排出后經(jīng)出銅溜槽導入?；?nèi)，?；瘒婎^噴出的帶壓水流對其進行快速淬冷和粒化，從而得到顆粒狀冰銅。?；a(chǎn)生的渣(顆粒狀冰銅)水混合物，從?；?jīng)連接件流進能夠自動調(diào)整轉(zhuǎn)速的脫水轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進行渣水分離。脫水后的顆粒狀冰銅通過轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的可移動式皮帶運輸至轉(zhuǎn)鼓外，再經(jīng)皮帶運輸至脫水倉進行二次脫水，當水分<8%(一般脫水2～3 h)后由皮帶運輸至料倉；水和細目冰銅則透過轉(zhuǎn)鼓濾網(wǎng)進入底部熱水池，沉淀后經(jīng)底流再循環(huán)泵泵入?；S水流進入轉(zhuǎn)鼓再次分離，水和小部分細目冰銅則通過熱水槽溢流進入熱水池，經(jīng)熱水泵提升至沉淀池進行澄清分離。細目冰銅沉淀到沉淀池底部，循環(huán)水經(jīng)自吸泵提升到冷卻塔進行冷卻，再由?；盟椭亮；^續(xù)水淬，循環(huán)使用。在?；^程中?；?nèi)產(chǎn)生的煙氣則進入環(huán)保脫硫系統(tǒng)脫硫后排放。

2 實際生產(chǎn)中存在的問題及處理方法

2.1 水淬過程中產(chǎn)生爆炸

水淬過程中，熔融冰銅遇水爆炸現(xiàn)象嚴重，不利于安全生產(chǎn)。由于?；坎蛔?，容易造成?；ǘ氯瑖乐赜绊懻Ｉa(chǎn)。

2.1.1 爆炸原因

熔融冰銅在水淬過程中會出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象(習慣稱為冰銅放炮)，這是因為水與高溫熔融冰銅接觸，在急速汽化膨脹的同時還發(fā)生如下化學反應：

ΔG=354 343-315 106T

(1)

ΔG=912 111 2-123 16T

(2)

ΔG=247 777-454 11T

(3)

由于?；?nèi)部與大氣相通，且在?；敳吭O有排煙管道，?；?nèi)的空氣流動很快，有充足的氧氣，反應產(chǎn)生的H2和H2S與空氣中的氧氣反應也會引起爆炸：

ΔG=112 516 113+389 15T

(4)

ΔG=-503 921+117 136T

(5)

以上為放熱增容反應，在高溫狀態(tài)下反應速度極快，由于反應劇烈，釋放熱能的速度極快，體系不能在有效的時間內(nèi)將熱量散發(fā)出去，造成局部升溫劇烈；汽化膨脹和反應中瞬間產(chǎn)生的高壓氣體來不及擴散，在壓縮過程中會產(chǎn)生巨大的壓力，當這種壓力使氣體以極快的速度擴散時，就會產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象。

2.1.2 影響爆炸強度的因素

在生產(chǎn)過程中，允許少量輕微的爆炸現(xiàn)象存在，而較大的爆炸不利于連續(xù)安全生產(chǎn)，所以要對影響爆炸強度的因素進行控制。

熔融冰銅溫度。由(1)～ (3)反應式中的ΔG可以看出，冰銅溫度對反應的方向和速率影響極大，隨著溫度的升高，ΔG減小，從熱力學角度看，溫度升高有利于反應的進行，從動力學角度看，溫度升高會加快反應，縮短反應時間。冰銅溫度越高，反應越劇烈，反應產(chǎn)物越多，產(chǎn)生的可燃氣體就越多，反應(4)、(5)的反應機率越高，爆炸的頻率越高、威力越大。

相對水量。?；髁?冰銅流量即相對水量。當冰銅溫度一定時，相對水量越大，帶走的熱量越快速，不利于反應(1)～ (3)的進行，減少了H2和H2S氣體的產(chǎn)生，從而減少反應(4)、(5)的反應機率，使爆炸頻率減少，威力減弱。由于?；瘒婎^孔板面積不變，當相對水量較小時，水流壓力較低，無法沖散淬化熔融冰銅，冰銅大量成塊狀集結(jié)在?；?nèi)，造成?；氯?。

冰銅品位。冰銅是在熔煉過程中產(chǎn)生的以重金屬硫化物為主的共熔體，是熔煉過程中的主要產(chǎn)物之一，以Cu2S—FeS系為主并溶解少量其它金屬硫化物。冰銅品位越高，冰銅中Cu2S的含量越高，相對應FeS的含量降低，反應(2)、(3)的反應機率降低，從而降低反應(4)、(5)的反應機率，所以過高的冰銅品位會增加爆炸的頻率和分貝。

水淬水壓。熔融冰銅從溜槽末端流入?；诼淙肓；星?，受到安裝在溜槽末端底部粒化頭噴射出的帶壓水流的沖擊，分散為小液滴，同時快速冷卻為固態(tài)顆粒。水壓越高，分散的效果越好，相應的冰銅粒度越小，反之粒度就會越大。當水淬水壓較低時，較大粒度的冰銅落入水中后會帶入大量的熱量，使周圍的水迅速汽化，汽化膨脹同樣會引起爆炸，而且只要冰銅還在高溫狀態(tài)下，同樣會發(fā)生化學反應引起爆炸。

溜槽末端幾何形狀和末端結(jié)瘤掛胡。溜槽末端使用的耐火材料為石墨碳磚，長期使用后會氧化缺損變形，而冰銅流的分布狀況受溜槽末端的幾何形狀支配。溜槽末端橫截面底部呈弧形(如圖1)會造成冰銅流分布不均，中間冰銅流量大，兩側(cè)流量較小。?；瘒婎^噴射出的水為均壓分布，造成兩側(cè)的冰銅流相對水量較大，水壓較高，產(chǎn)生較多的細目顆粒冰銅，過多的細目冰銅不利于生產(chǎn)；而中間的冰銅流量大，至使相對水量、水壓較小，不能有效分散和急速冷卻熔融冰銅，造成爆炸機率增加，威力增大。

圖1 溜槽末端被沖刷腐蝕后的截面圖

冰銅在溜槽內(nèi)處于降溫狀態(tài)，難免形成粘結(jié)，尤其在溜槽末端初露出粘結(jié)懸掛(習慣稱為掛胡)，掛胡會在冰銅流和?；g形成隔墻，阻礙水淬的進行。大量熔融冰銅未經(jīng)粒化涌入水中，會引起汽化膨脹爆炸，產(chǎn)生的大塊狀冰銅堵塞?；扑榍謇砗蟛趴衫^續(xù)生產(chǎn)，影響生產(chǎn)的連續(xù)性，增加生產(chǎn)成本，造成經(jīng)濟損失。

2.1.3 控制水淬爆炸強度的措施

(1)控制合理的冰銅溫度。銅業(yè)分公司冰銅水淬生產(chǎn)實踐中，設備完好、水壓水量合適時，當冰銅溫度低于1 200 ℃，水淬現(xiàn)場只有間斷、微弱的爆炸聲；當冰銅溫度高于1 240 ℃，水淬現(xiàn)場爆炸聲連續(xù)；當冰銅溫度高于1 260 ℃，爆炸非常劇烈，?；忻黠@的爆炸震動感。冰銅溫度不僅影響水淬爆炸的程度，同時對冰銅的粘度，水淬?；牧６?，爐子耐火材料使用周期等都有一定的影響。綜合考慮，控制冰銅的溫度一般在1 180～1 220 ℃之間最為合適。

(2)選擇合適的相對水量。熔融冰銅小液滴固化的速度取決冰銅由熔融狀態(tài)溫度下降到熔點的時間。冰銅在水淬過程中，水為主要的換熱介質(zhì)。相對水量越大，換熱過程時間就越短，固化的速度越快，小液滴相互之間及小液滴與固態(tài)顆粒間再結(jié)合的機會大大降低，保證粒化效果；同時快速冷卻固化也阻止了化學反應的進行，水汽化膨脹引起爆炸機率也會同樣減小。為了快速帶走高溫冰銅帶入的大量熱，減少顆粒冰銅周圍汽化膨脹而發(fā)生的化學反應爆炸，需要大量的水。當相對水量不能滿足以上所需時，就會出現(xiàn)嚴重的爆炸現(xiàn)象。在實際生產(chǎn)中，在粒化水量不足條件下進行開口排放?；鳂I(yè)，會造成粒化塔發(fā)生嚴重爆炸和堵塞，損毀設備，影響生產(chǎn)。當相對水量過大時，會產(chǎn)生較多的細目冰銅，細目冰銅無法全部由轉(zhuǎn)鼓進行分離，隨著水流進入沉淀池，加大物料回收的難度和成本。對各種因素綜合考慮，生產(chǎn)?；南鄬λ恳话憧刂圃?4～15∶1，實際生產(chǎn)中根據(jù)冰銅的流量，?；牧靠刂圃? 200～1 350 m3/h即可滿足生產(chǎn)需求。

(3)選擇合理的冰銅品位。在實際生產(chǎn)過程中綜合入爐物料品位，根據(jù)頂吹熔煉爐及沉降電爐水淬系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求，一般冰銅品位控制在50%～60%之間較為合適。

(4)選擇合適的生產(chǎn)水壓。?；畨褐苯佑绊懭廴诒~的分散效果，水壓越高，分散效果越好，顆粒越小，產(chǎn)生的細目冰銅量就越多，但壓力過小的水流不能有效地將冰銅流分散，增加爆炸的機率?？紤]到安全連續(xù)生產(chǎn)和冰銅粒度的工藝要求，生產(chǎn)中水淬水壓控制在0.8～1.0 MPa較為合適。

(5)改進溜槽末端的幾何形狀，及時處理掛胡。為保證冰銅流均勻分布，一般采用橫截面底部為水平形的溜槽(如圖2)，為使溜槽末端長期使用不變形，以后應考慮更換耐沖刷能力更強的水冷合金溜槽，以保證?；Ч?。

圖2 平整完好的溜槽末端截面圖

溜槽末端掛胡嚴重時，可以：①適當提高冰銅溫度，并通過蓋板保溫等方式，使冰銅流經(jīng)溜槽后溫度不要降低太多；②及時清理溜槽末端掛胡，防止其增大后影響水淬和落入堵塞?；?。

2.2 產(chǎn)生的細目冰銅顆粒較多

冰銅水淬系統(tǒng)連續(xù)使用已四年多時間，雖然生產(chǎn)過程中不斷摸索與總結(jié)，但熔融冰銅水淬?；蟮牧６纫恢边_不到工藝設計要求，產(chǎn)生的細目冰銅顆粒較多，對生產(chǎn)造成影響。

2.2.1 細目冰銅引發(fā)的問題

(1)細目冰銅堵塞轉(zhuǎn)鼓過濾篩網(wǎng)。堵塞后轉(zhuǎn)鼓脫水效果變差，大量水流帶著顆粒冰銅從轉(zhuǎn)鼓兩側(cè)溢流，直接進入底部熱水池，增加再循環(huán)泵的工作負荷。篩網(wǎng)被細目冰銅顆粒堵塞后，皮帶上水量增加，延長了脫水倉二次脫水的時間。

(2)造成再循環(huán)水泵管道堵塞。大量的細目冰銅不能被轉(zhuǎn)鼓收集，透過篩網(wǎng)進入熱水池參與水系統(tǒng)的循環(huán)，增加再循環(huán)泵的負荷，負荷過大時，再循環(huán)泵自動保護停機，致使管道堵塞。

(3)過多的顆粒狀冰銅進入水循環(huán)系統(tǒng)，加大對水泵和管道的磨損，縮短了設備的使用周期，增加了生產(chǎn)成本。

(4)大量的淤泥狀極細冰銅沉積于沉淀池，影響水系統(tǒng)的正常循環(huán)，細目冰銅的回收也比較費時費力。

2.2.2 消除細目冰銅影響的措施

消除細目冰銅對生產(chǎn)的影響，最根本的解決辦法就是從源頭上減少細目冰銅的產(chǎn)生。而加大再循環(huán)泵的功率，更換耐磨的不銹鋼管道，加裝細目冰銅收集的板框壓濾設備等，只是單方面強化和完善系統(tǒng)性能。今后的生產(chǎn)中，應該進一步加強試驗與研究，從?；瘒婎^的結(jié)構(gòu)、溜槽末端流入角度、冰銅與水接觸所發(fā)生的物理化學反應等入手，增大?；蟊~的粒度，減少細目冰銅產(chǎn)生。

2.3 水淬水質(zhì)變酸

2.3.1 水質(zhì)變酸的原因

熔融冰銅與水會發(fā)生反應(1)～ (5)，其中反應(1)、(4)的產(chǎn)物中有SO2，反應(2) 、(3)的產(chǎn)物中有H2S； SO2與水反應生成亞硫酸(反應(6))，亞硫酸水溶液在冷卻塔冷卻時會和空氣中的O2接觸發(fā)生反應生成硫酸(反應(7))，H2S遇空氣后燃燒產(chǎn)物的水溶液為氫硫酸(反應(8))，這兩種物質(zhì)的生成都會使水淬水質(zhì)變酸性。隨著水淬的不斷進行，水淬水的pH值逐漸減小，酸性增強，腐蝕生產(chǎn)設備。在初期的試車生產(chǎn)過程中，就出現(xiàn)過因水淬水質(zhì)變酸而嚴重腐蝕水泵葉輪和管道的情況。

(6)

(7)

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2.3.2 消除水質(zhì)變酸的措施

在生產(chǎn)中采取往沉淀池中加入石灰水的辦法中和變酸的水質(zhì)，該方法可以有效控制水淬的水質(zhì)，減小變酸水質(zhì)對設備的腐蝕。但石灰水在中和酸性?；畷r會產(chǎn)生沉淀物質(zhì)和結(jié)晶物，這種沉淀和結(jié)晶物在水中的溶解度會隨著?；疁囟鹊纳叨黾?，粒化水在水系統(tǒng)的不同區(qū)域溫度不同，粒化水溫度低時會有沉淀物析出集結(jié)在管道和篩網(wǎng)上，造成管道內(nèi)徑變小，水流量減小，篩網(wǎng)堵塞，影響轉(zhuǎn)鼓的脫水分離效果。

3 結(jié)語

冰銅水淬?；倾~冶煉過程中不可缺少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，?；撍ㄌ幚砀邷貭t渣已經(jīng)是成熟工藝，國內(nèi)有多家煉鋼企業(yè)引進采用，目前也有公司用作煉鉛爐渣的水淬處理，但應用在冰銅?；幚砩线€處于實踐階段。細目冰銅產(chǎn)生的控制和收集，粒化水中結(jié)晶物對設備的影響等問題還有待進一步的試驗和研究。在以后的生產(chǎn)實踐中還可能遇到一些新的問題，還會有新的技術(shù)難題需要研究探討。

[1] 邱竹賢.有色金屬冶金學[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

[2] 傅崇說.有色冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[3] 彭容秋.銅冶金[M].長沙：中南大學出版社，2004.12.

廢電池收集處置政策有變化

環(huán)境保護部發(fā)布《關于征求<廢電池污染防治技術(shù)政策>(征求意見稿)意見的函》，廢電池收集、處置政策有新的變化：

變化一，范圍擴增，廢電池范圍增加了太陽能電池和燃料電池等。

變化二， 廢一次性電池收集要求更明確。

1、鼓勵廢電池的分類存放，避免和生活垃圾混合；收集過程中禁止將廢鎘鎳、氫鎳、鉛蓄、鋰離子和含汞電池混入生活垃圾中。

2、尚不具備廢電池處理能力的地區(qū)，對已收集的一次性廢電池，由地方主管部門(市、縣級以上)在垃圾處理區(qū)劃分單獨區(qū)域，做好安全處理和防滲，進行獨立貯存或填埋，達到一定數(shù)量后再轉(zhuǎn)移到具備廢電池處理能力的地區(qū)妥善進行資源再生。

3、增加鉛蓄電池的生產(chǎn)者責任延伸制。

鉛蓄電池生產(chǎn)企業(yè)不得采購不符合環(huán)保要求的再生鉛企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品作為原料。鼓勵鉛蓄電池生產(chǎn)企業(yè)利用銷售渠道建立廢舊鉛蓄電池回收機制，并與符合有關產(chǎn)業(yè)政策要求的再生鉛企業(yè)共同建立廢舊電池回收處理系統(tǒng)。

全球首個無釹稀土寬溫區(qū)鎳氫動力電池項目在成都動工

全球首個無釹稀土寬溫區(qū)鎳氫動力電池項目在成都市節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)基地——四川金堂工業(yè)園正式動工開建。該項目由四川寶生新能源動力電池制造有限公司傾力打造。項目分三期建設，總投資50億元，總占地2 000畝，預計投產(chǎn)后將實現(xiàn)總產(chǎn)值200億元。其中首期投資3.5億元，占地200畝，將于2016年三季度投產(chǎn)，建成后產(chǎn)能將達到2.4億Wh，實現(xiàn)產(chǎn)值8億元。到2018年三期全部完工，建成后將改變世界新能源電池格局。

Practice of copper matte granulation system

XIONG Yin-bao，Li Cheng-xue，WU Yun-kun，YANG Guang，YANG Kui-lin

This paper introduces the production practice of matte granulation system in the copper branch of Yunnan Tin Ltd. and summarizes the problems encountered in commercial production so as to provide effective and corresponding technical measures.

granulation； matte; particle size； explosion； temperature

熊銀寶(1986—)，男，云南羅平人，冶煉技術(shù)員，主要從事有色冶煉技術(shù)工作。

2015-12-25

TF811

B

1672-6103(2016)02-0017-04