復合噴吹氧化熔煉- 熔融還原煉銻新工藝

陳學剛

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 銻冶煉行業(yè)現(xiàn)狀

銻冶煉現(xiàn)有工藝落后，含銻礦物主要有脆硫鉛銻礦和銻精礦。處理單一的銻精礦采用的主要工藝為鼓風爐揮發(fā)熔煉工藝；而脆硫鉛銻礦主要冶煉工藝為沸騰焙燒-燒結(jié)-鼓風爐還原熔煉工藝，主要應(yīng)用在廣西河池等地。

隨著對環(huán)保的日益嚴格要求、以及職工勞動條件的改善需求，原有傳統(tǒng)工藝逐漸暴露出了的一些不足之處，主要問題有：工人勞動強度大、工作條件差；鉛銻分離困難；鉛銻在冶金過程中反復循環(huán)，輔料消耗大、成本高、回收率低；低濃度二氧化硫和氧化砷煙氣直接排放污染環(huán)境，治理難度大。為解決上述諸多問題，有關(guān)單位、部門做了大量研究工作，特別是隨著近年來氧氣底吹、富氧側(cè)吹等先進熔池熔煉工藝在鉛冶煉上的成功應(yīng)用，已有不少銻冶煉企業(yè)嘗試直接采用鉛冶煉行業(yè)的熔池熔煉工藝用于脆硫鉛銻礦和銻精礦的冶煉。而對于銻精礦冶煉，相關(guān)的銻冶煉企業(yè)進行了富氧側(cè)吹爐處理銻精礦和底吹爐處理銻精礦的半工業(yè)試驗研究，均未取得理想結(jié)果，目前未見成功的工業(yè)化報道。對于銻精礦冶煉企業(yè)來說，目前還沒有能直接應(yīng)用于生產(chǎn)的銻冶煉新工藝。

隨著氧氣底吹熔煉(SKS)和側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉(SSC)技術(shù)在工程上的成熟應(yīng)用，中國恩菲工程技術(shù)有限公司(以下簡稱“恩菲”)與廣西生富銻業(yè)科技股份有限公司共同承擔脆硫鉛銻礦新工藝的研發(fā)工作，在廣西河池大任產(chǎn)業(yè)園生富公司廠區(qū)建設(shè)一套應(yīng)用氧氣底吹- 側(cè)吹還原的1.5萬t/a銻冶煉生產(chǎn)示范廠，開發(fā)“氧氣底吹熔煉- 液態(tài)鉛銻渣搭配含鉛銻煙塵側(cè)吹還原熔池熔煉”脆硫鉛銻礦冶煉新工藝。

2 復合噴吹氧化熔煉- 熔融還原直接煉銻工藝

結(jié)合多年來在火法冶煉領(lǐng)域的技術(shù)積累和工程實踐，恩菲提出單一銻精礦的“復合噴吹氧化熔煉- 熔融還原”直接煉銻新工藝。該工藝主要為煉前物料處理、氧化熔煉、液態(tài)高銻渣熔融還原，工藝流程詳見圖1。

圖1 復合噴吹氧化熔煉- 熔融還原工藝流程

2.1 煉前處理

銻精礦(含物理水10%～20%左右)送入保護性氣體干燥窯進行初步脫水，將物理含水降為8%～10%，改善其物料的輸送性能。將干燥后銻精礦送入保護性氣體的蒸汽干燥機中進行深度干燥，含物理水0.5%以下，干燥后的銻精礦送球磨，粒度-100目[注]100目=140 μm以下。蒸汽干燥機熱源蒸汽取自銻精礦氧化熔煉爐余熱鍋爐蒸汽發(fā)電后的低壓蒸汽，同時蒸汽干燥所產(chǎn)生的尾氣是空氣和水蒸汽，有利于環(huán)境保護，避免環(huán)境污染，而且尾氣量小，溫度低，采用布袋收塵器處理即可。

2.2 銻精礦氧化熔煉

經(jīng)過深度干燥的銻精礦通過惰性氣體輸送，送入熔煉車間銻精礦接收倉。通過串罐式噴吹裝置噴出，經(jīng)分配器平均分配后給若干只復合銻精礦噴槍。富氧空氣、銻精礦經(jīng)爐體兩側(cè)浸沒噴槍鼓入熔池中，銻精礦顆粒和空氣泡在熔渣中呈高度彌散狀。由于鼓入熔池的氣體給高溫熔體輸入強大的攪拌功率，使熔池強烈攪動，強化了氣- 液- 固之間的傳質(zhì)傳熱過程，加速了銻精礦的氧化脫硫反應(yīng)。熔劑通過爐頂?shù)睦淞峡谥苯蛹尤氲饺蹮挔t內(nèi)。

控制爐內(nèi)空氣過剩系數(shù)α=0.95～1.05，銻精礦中FeS2首先被氧化成FeO與SiO2反應(yīng)造渣，由于爐內(nèi)具有較大的蒸汽壓，為避免精礦中的Sb2S3大量揮發(fā)到氣相中，銻精礦直接噴入爐內(nèi)渣層的下部，采用厚渣層操作，渣層厚度考慮1.5～2.0 m。這樣銻精礦中的Sb2S3噴入渣層后，與噴槍噴入的氧能有充足反應(yīng)的時間進行氧化熔煉反應(yīng)。主要氧化反應(yīng)見式(1)。

(1)

氧化銻與脈石和熔劑造渣形成爐渣，該渣為高銻渣。高銻渣達到一定深度后，通過熱渣溜槽進入液態(tài)銻渣熔融還原爐。氧化熔煉產(chǎn)生的少量銻锍定期排放。

氧化熔煉爐產(chǎn)生的高溫煙氣在爐體上部及上升煙道漏風，將煙氣中少量的CO、Sb2S3二次燃燒后，高溫煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱，所產(chǎn)蒸汽送余熱發(fā)電后將生成的低壓蒸汽送干燥系統(tǒng)。經(jīng)余熱鍋爐冷卻后的煙氣通過電收塵器處理后，煙氣送制酸，煙塵返還原爐。

2.3 液態(tài)高銻渣還原熔煉

來自復合氧化熔煉爐的高銻渣通過還原爐熱渣進口進入還原爐，浸沒于熔池的側(cè)吹噴槍噴入天然氣、富氧空氣和銻氧煙塵，銻氧煙塵也可由單獨噴槍噴入。還原爐內(nèi)發(fā)生銻氧的還原熔煉反應(yīng)，含銻低于0.5%以下的還原渣放出水碎，而液態(tài)金屬銻通過虹吸出銻口排出，澆鑄成錠后外賣，而液態(tài)金屬銻通過熱銻溜槽直接流入銻白爐進行吹煉。

3 工藝的關(guān)鍵創(chuàng)新點

3.1 銻礦粉噴槍

因為銻礦粉要直接噴吹入熔融渣層，而豎式側(cè)吹熔煉爐無法轉(zhuǎn)爐，要實現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)，保證較高作業(yè)率，需要側(cè)吹噴槍整體故障率低才能滿足生產(chǎn)要求。

為了滿足生產(chǎn)需要，結(jié)合已有粉體氣力噴吹噴槍、以及底吹和側(cè)吹噴槍，研制出一種可直接抽出檢修和更換的噴槍，這樣就可以在銻礦粉管堵塞或磨損時，在不放渣的情況下，實現(xiàn)熱態(tài)更換槍芯，保障復合噴吹氧化爐的作業(yè)率。

3.2 冶煉過程的優(yōu)化

根據(jù)硫化銻的氧化機理，為了使得大部分的硫化銻在渣中被氧化，直接將銻礦粉和高富氧氣體噴入熔池內(nèi)部，銻精礦粉與氧迅速發(fā)生氧化反應(yīng)，控制一定氧勢使大部分的硫化銻被氧化造渣形成高銻渣，液態(tài)熔融高銻渣從渣口排放進入還原爐進行貧化處理。而常規(guī)方法則從爐頂直接加入銻礦粉，會造成大量硫化銻揮發(fā)。

采用厚渣層、底噴入操作后，銻精礦已基本不可能大量揮發(fā)了。此時，氧料比基本變?yōu)榭煽兀鯕庑枰坑嬎憧梢愿鶕?jù)硫化銻全變?yōu)槿趸R來計算，得到氧氣噴吹量的范圍后，就可方便的根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行靈活調(diào)節(jié)。

4 新工藝的主要優(yōu)點

采用“復合噴吹氧化熔煉-熔融還原”新工藝進行銻冶煉，具有以下優(yōu)點：①爐體密封性好、加料口無外溢煙氣，操作環(huán)境好；②冶煉裝置緊密銜接，系統(tǒng)中倒運、循環(huán)的銻粉量??；③綜合回收率高，渣含銻低于0.5%，銻回收率高；④生產(chǎn)成本低，床能率高(可采用廉價的粉煤作為燃料和還原劑，礦粉噴吹強化熔池熔煉)；⑤采用富氧熔煉，煙氣二氧化硫濃度高，可直接制取硫酸，硫回收率可達97%以上，有效解決傳統(tǒng)鼓風爐煉銻低濃度二氧化硫?qū)Νh(huán)境污染的問題；⑥工藝與裝置成熟度、可靠度高(熔煉爐和還原爐均為當前已經(jīng)成功工業(yè)生產(chǎn)的爐型，核心裝置礦粉噴槍已經(jīng)進行工業(yè)試驗，工藝風險小)。

5 結(jié)語

當前，銻冶煉行業(yè)正面臨技術(shù)的變革和提升的關(guān)鍵時期，亟需可行的、先進的新技術(shù)進行升級改造。而“復合噴吹氧化熔煉-熔融還原”直接煉銻新工藝的提出，為我國銻冶煉工藝的升級改造提供了一個嶄新的思路和可行工藝，進一步推進了銻冶煉技術(shù)的進步與發(fā)展。