硫酸鈉對閃速吹煉爐反應的影響研究

任 鵬

（銅陵有色金冠銅業(yè)，安徽 銅陵 244000）

為提高熔煉爐冰銅水淬時煙氣的凈化程度,冷修期間增加了煙氣凈化設備,實際生產(chǎn)驗證脫硫脫塵效率大大提升,其中動力波起到主要作用,動力波的循環(huán)液在不停的凈化煙氣的同時也導致了溶液中酸濃度較高，此循環(huán)液最終排入濃密池，為保證濃密池水呈堿性，不得不加大液堿用量，而堿中和酸后產(chǎn)生的硫酸鈉無法開路外排，會隨著水淬水的循環(huán)使用濃度逐漸富集升高，順帶產(chǎn)生的濕冰銅表面也會附著大量的硫酸鈉，而這樣的冰銅作為原料供給吹煉爐使用后嚴重影響爐況，最明顯的就是鍋爐結(jié)大塊和冰銅噴嘴周圍結(jié)焦快。本文章主要討論研究原料冰銅粉中硫酸鈉對反應的影響程度，以及針對目前問題采取的解決方法。

1 鈉鹽對吹煉爐反應的影響

自冷修結(jié)束后，為了中和酸導致水淬水中的硫酸鈉濃度逐漸上升,產(chǎn)出的冰銅也附著了大量的硫酸鈉，作為原料進入吹煉爐后影響顯著，最明顯的是鍋爐結(jié)大塊，一到兩天就可形成大量性質(zhì)硬且深黑色的大塊，極難清理。其次是冰銅噴嘴周圍水套結(jié)焦加快，需要頻繁清理，而粗銅含硫和殘氧也異常升高，爐況極度惡化，嚴重影響生產(chǎn)進行。對其中水淬水化驗分析 6月初水淬水鈉離子濃度達到9152mg/L，此時對應入爐后的反應情況非常差，最明顯的是鍋爐結(jié)大塊,入口處已全部堵塞，清理出的大塊性質(zhì)非常硬且顏色深黑，經(jīng)化驗對比成分后認定基本是純冰銅粉。另一個明顯影響現(xiàn)象是冰銅噴嘴周圍的水套結(jié)焦很快，爐內(nèi)點檢觀察噴嘴周圍都有大量的結(jié)焦，此種情況在投料時影響物料的分散，擋住了分布風的噴射方向，導致物料入爐后與富氧空氣的結(jié)合非常不均勻，進一步惡化了煙氣中物料的性質(zhì)，而且反應不完全也會導致粗銅含硫高、鍋爐結(jié)大塊等一系列問題。

2 原因分析

水淬煙氣凈化后酸液進入濃密池導致水淬水PH偏低，為保持水淬系統(tǒng)呈堿性，加入大量液堿氫氧化鈉中和，最終形成硫酸鈉，而隨著水淬水循環(huán)使用，久而久之硫酸鈉濃度會逐漸被富集，水淬后的濕冰銅撈起的過程中表面自然也會附著有高濃度硫酸鈉，濕冰銅再堆放一段時間后隨著水分的濾除和蒸發(fā)，硫酸鈉會析出并完全包裹著每一個冰銅粉顆粒，甚至從圖1左中看出，成堆的濕冰銅表面都能看到有大量白色固體硫酸鈉顆粒析出，將樣品做電鏡分析放大33倍，從圖1右看出粒徑放大到500um時硫酸鈉在冰銅粉上僅以表面均勻包裹的形式存在，成圓球狀，但是并沒有滲透進入冰銅中與其中硫化物反應形成固溶體。

吹煉爐原料冰銅粉依靠有較大比表面積的特性，入爐后與富氧空氣接觸，在高溫高氧勢條件下以極高的速度完成硫化物的可控氧化反應，而現(xiàn)在的情況是氧氣與冰銅粉顆粒接觸過程中受表面附著硫酸鈉的影響,表面化學反應效率降低,氧分子與熔體顆粒由外至內(nèi)的反應受阻,致使產(chǎn)生的煙氣中夾雜的物料性質(zhì)偏向純冰銅粉，基本進入鍋爐后不能進行硫酸鹽化轉(zhuǎn)化成不粘接的煙塵，此時的生料性質(zhì)在熔融態(tài)時更容易粘接在一起形成大塊，較硬且難清理，僅一天時間就可堆滿鍋爐入口區(qū)域。

入爐的冰銅粉因受硫酸鈉的包裹影響反應程度減弱，熔融的純冰銅粉顆粒更容易粘接在噴嘴周圍的水套上，并且熔體之間互相粘接速度很快，短時間就可以形成很長很密集的掛簾。

圖1 硫酸鈉析出

3 降低水淬水鈉鹽的措施

3.1 加強水淬水換水

針對當時水淬水硫酸鈉濃度高，暫時的解決方法是加強水淬水的換水工作，每天盡可能向其它車間打水，水淬系統(tǒng)再補充干凈的水，從而將整個系統(tǒng)硫酸鈉濃度降低，當鈉離子濃度低于5000mg/L以下時鍋爐結(jié)大塊量大大減少,并且隨著濃度越低,鍋爐狀況越好,濃度接近3000mg/L時基本對鍋爐沒有任何影響，此時的煙灰性質(zhì)松軟，顏色淡黃色。

3.2 調(diào)整反應參數(shù)

硫酸鈉包裹冰銅粉使得物料入爐后在有效時間內(nèi)無法完成與氧氣接觸的表面化學反應,氧氣分子與冰銅粉熔體顆粒由外而內(nèi)的滲透氧化反應變慢，因此提高風氧濃度、沉淀池溫度、分布風量和風速都有助于加強物料的攪動，提高反應效率。調(diào)整后檢查鍋爐入口，僅大塊量上有較明顯改善，顏色依然深黑，硬度較硬。而改變參數(shù)的同時也增加了反應塔下方的磚墻沖刷，效果并未達到最佳，長遠來看調(diào)整參數(shù)只能解決一時問題，根本措施仍需要降低原料的鈉鹽含量。

3.3 沉淀池頂投入鹽化氧

檢測水淬水鈉離子濃度超過5000mg/L時投入鹽化氧，補充一定量的鹽化氧促進煙氣中的冰銅粉再次反應從而轉(zhuǎn)化物料的性質(zhì)，使其進入鍋爐后盡可能與鹽化風混合轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，降低鍋爐結(jié)大塊的量。

3.4 分離硫酸并加工

目前將水淬水硫酸鈉開路去除是最佳方案，意圖將水淬水部分分離提取出其中的硫酸鈉，將提取的硫酸鈉加工處理后變成鈉的堿性氧化物，可以用作其它領(lǐng)域，這一方面可以解決生產(chǎn)難題，另一方面還產(chǎn)出了相關(guān)的副產(chǎn)品，提高了公司的收益。

4 結(jié)語

通過觀察高濃度硫酸鈉的冰銅粉對鍋爐和噴嘴粘接的現(xiàn)狀，分析了冰銅粉中硫酸鈉的富集形態(tài)，深入討論了包裹硫酸鈉的冰銅粉在吹煉爐反應中起到了什么阻礙作用，更深一步研究了鍋爐大塊形成的原因。針對其中的原因制定了多項解決措施，無論輕重都一定程度上緩解了硫酸鈉對吹煉爐反應的影響程度，但根本措施還是要將水淬水中硫酸鈉的濃度降低至4000mg/L以下方可滿足生產(chǎn)需要。從長遠來看，不斷從水淬水中分離除去硫酸鈉并加以處理外賣是最高效的方法。

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