處理硫化物濾餅工藝設(shè)計和實踐

李文君

（中金嶺南丹霞冶煉廠，廣東仁化 512300）

硫化物濾餅是丹霞冶煉廠100 kt鋅氧壓浸出工藝在生產(chǎn)硫磺過程中的中間產(chǎn)物。其硫含量高達58%左右，絕大部硫是以單質(zhì)硫的形態(tài)存在，同時礦中的銀、汞也會在此產(chǎn)物中富集，硫化物濾餅產(chǎn)出量為20 kt/a。由于該物料具有較高的經(jīng)濟價值，如果不及時處理的話，會導(dǎo)致大量的資金閑置，且?guī)齑娣e壓還會帶來環(huán)保風(fēng)險。

丹霞冶煉廠現(xiàn)有流程較為單一，未有專門的渣處理設(shè)施。通過對比鋅精礦和硫化物濾餅的主要成分，及采用沸騰焙燒爐的反應(yīng)機理，工廠決定采用現(xiàn)有27 m2沸騰焙燒爐對硫化物濾餅進行處理，綜合回收鋅、硫、銀、汞，解決該物料的出路。

1 工藝原理

沸騰焙燒爐處理的凡口鋅精礦（成分見表1），其在爐內(nèi)最主要的反應(yīng)是：ZnS+3/2O2＝ZnO+SO2；放熱量為443.5 kJ/mol。硫化物濾餅（詳細成分見表2）的來源是鋅精礦氧壓浸出后在硫磺回收過程中的中間產(chǎn)物，其除去單質(zhì)硫，有部分成分與鋅精礦相似，屬于鋅精礦未參與浸出反應(yīng)的殘渣，采用焙燒爐處理硫化物濾餅的爐內(nèi)主要反應(yīng)是：S+O2=SO2；放熱量為297.2 kJ/mol。硫化鋅與氧氣的反應(yīng)變?yōu)榇我磻?yīng)。

表1 鋅精礦主要成分%

表2 硫化物濾餅主要成分%

通過對比硫化物濾餅和鋅精礦，兩者在爐內(nèi)的主要反應(yīng)不同，在處理等量的硫的情況下，鋅精礦的需氧量高于硫化物濾餅，反應(yīng)放出的熱量也高；但如果消耗同樣多的氧氣，所產(chǎn)生的熱量則較為接近。兩者都產(chǎn)出制酸用的二氧化硫煙氣和鋅焙砂。因此，采用沸騰焙燒直接處理硫化物濾餅，從原理上確實可行，且不需要對風(fēng)煙系統(tǒng)進行大的改變，爐內(nèi)換熱情況可視負荷情況進行調(diào)節(jié)。

2 工藝流程設(shè)計

由于硫化物濾餅中硫主要以單質(zhì)硫的形式存在，常溫狀態(tài)下是結(jié)硬的塊狀物，加入焙燒爐內(nèi)處理前需要進行破碎。為了防止單質(zhì)硫的自燃，采用濕式破碎，將大塊的硫化物濾餅破碎成粒狀，通過皮帶輸送至中間料倉存儲，再通過皮帶輸送至入爐料倉。

破碎后的濾餅進入沸騰焙燒后，工藝流程與處理鋅精礦的工藝流程并無太大的區(qū)別，達到入爐要求的硫化物濾餅顆粒經(jīng)加料皮帶由下料管加入焙燒爐內(nèi)，與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。產(chǎn)生的鋅焙砂和塵砂經(jīng)過收集后送入浸出系統(tǒng)進行處理，產(chǎn)生的SO2煙氣經(jīng)過余熱鍋爐、旋風(fēng)收塵器、電收塵器等設(shè)備除塵后送入制酸系統(tǒng)。其中硫化物濾餅所含的銀和汞由于其特性的不同，經(jīng)過焙燒后，銀進入鋅焙砂中，在浸出渣中富集；汞隨煙氣進入制酸系統(tǒng)，在煙氣凈化系統(tǒng)被收集。工藝流程如圖1所示。

圖1 硫化物濾餅處理工藝流程

3 技術(shù)特點

1）開創(chuàng)性地使用沸騰焙燒爐處理硫化物濾餅。沸騰焙燒爐本身是被用作處理硫化礦物料的裝置，并不用于處理含有大量單質(zhì)硫的物料；而對于硫磺制酸，采用的是焚硫爐，將經(jīng)過液化的硫噴入爐內(nèi)反應(yīng)，并未有礦渣產(chǎn)出。硫化物濾餅破碎后含硫高達58%，介于鋅精礦和硫磺之間，兼具鋅精礦和硫磺的性質(zhì)。對于此種物料，國外鋅氧壓浸出冶煉廠是將此種物料配入鉛系統(tǒng)中進行處理，國內(nèi)類似物料無處理經(jīng)驗，因此國內(nèi)外并未有經(jīng)驗可以借鑒。此次采用沸騰焙燒爐直接處理經(jīng)過破碎后含硫高達58%的硫化物濾餅屬國內(nèi)首創(chuàng)。

2）充分利用現(xiàn)有條件，投資小，見效快。充分利用原有的沸騰焙燒系統(tǒng)，并未做大的改動，只增設(shè)一套破碎及上料系統(tǒng)就實現(xiàn)了用沸騰焙燒爐處理硫化物濾餅，解決了硫化物濾餅的出路問題。

3）將鋅氧壓浸出系統(tǒng)的工藝優(yōu)勢轉(zhuǎn)化成了經(jīng)濟效益。鋅精礦進氧壓浸出系統(tǒng)后，礦中的銀和汞都富集到了硫化物濾餅中，如果硫化物濾餅得不到處理，礦中銀和汞的價值以及同時含有的鋅和硫的價值都將得不到實現(xiàn)。通過使用沸騰焙燒爐處理硫化物濾餅，鋅、銀、硫、汞可以得到綜合回收。

4 生產(chǎn)情況

該廠開始處理硫化物濾餅后，整個流程快速打通，硫化物濾餅的日處理量可達到70 t/d；但硫化物濾餅與鋅精礦的性質(zhì)有著較大的區(qū)別，運行狀況大為不同，遇到的問題也較多，頻繁地停機，作業(yè)率不足。27㎡的焙燒爐不能平衡年產(chǎn)20 kt的硫化物濾餅。運行一段時間后，主要情況有以下幾點：1）運行底壓低。主要是處理硫化物濾餅時，焙砂的產(chǎn)出率遠低于鋅精礦，爐內(nèi)料層難以在高位維持平衡，不斷降低，到6~7 kPa才能維持住。2）下料管易堵塞。主要是由于濕式破碎后的濾餅帶水過大，易附著在料管內(nèi)壁，同時遇高溫熔化，引起更多的濾餅粘結(jié)，冷熱交替，越粘越多，從而堵塞下料管。3）下料口區(qū)域易堆積。主要是由于粒狀的硫化物濾餅進入爐內(nèi)后，不能及時反應(yīng)完，顆粒狀的濾餅會沉底，在爐床底部遇冷會再次粘結(jié)，造成爐床板結(jié)，爐況惡化。由此不斷地堆積，直至停爐清理。4）煙道易堵塞。由于濾餅中硫主要以單質(zhì)硫的形式存在，濾餅進入爐內(nèi)后，會出現(xiàn)硫的升華現(xiàn)象，反應(yīng)不完全的硫會進入后部煙道，遇冷后粘結(jié)并堵塞煙道。5）爐料同質(zhì)化。運行一段時間后，爐內(nèi)焙砂會出現(xiàn)粒徑外觀相似統(tǒng)一的情況，同質(zhì)化導(dǎo)致爐內(nèi)沸騰弱化，影響硫化物濾餅在爐內(nèi)的反應(yīng)速度，導(dǎo)致升華硫情況更加嚴重。6）爐壓不穩(wěn)。處理硫化物濾餅后，爐底壓變化比較大，出現(xiàn)爐料粘結(jié)的情況，時間長久會導(dǎo)致爐床板結(jié)，需停爐清理。

以上的情況導(dǎo)致焙燒爐處理硫化物濾餅后，每個月要清爐1次，每個星期要冷爐清理1次煙道，作業(yè)率極低，效率低下，且頻繁地開停爐加速了后部余熱鍋爐和電收塵器的腐蝕，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備故障率更高，反過來會影響爐子的運行。為了解決這些技術(shù)難題，針對性地采取了以下幾點措施：1）減少入爐硫化物濾餅含水。硫化物濾餅本身具有疏水性，為了減少水分，在破碎進倉后，增設(shè)疏水孔，濾干后，再送到入爐料倉。2）減小入爐硫化物濾餅粒徑。在原有破碎的基礎(chǔ)上，增設(shè)一級對輥破碎，將入爐濾餅粒度降至10mm以下。3）提高料層厚度。通過對排渣口進行改造，提高排渣口的高度，減少砂的排出，使之與處理硫化物濾餅相適應(yīng)，保障足夠的料層厚度，將原來1m高度調(diào)整至1.3m。4）增設(shè)振打裝置。針對煙道易粘結(jié)堵塞的點位，著重加強振打，通過在線振打，及時將粘結(jié)塊清理掉。5）及時調(diào)整爐料，避免同質(zhì)化。通過加強排砂、補砂、燒鋅精礦等方式進行調(diào)節(jié)，確保爐料粒度分布合理，能充分沸騰。6）定風(fēng)提速，提高爐況穩(wěn)定性。通過采用羅茨風(fēng)機提供穩(wěn)定的風(fēng)量，同時將原有風(fēng)帽眼的6 mm孔徑改為5mm孔徑，將風(fēng)速提高1.44倍，確保爐內(nèi)沸騰的充分性，增加爐況的穩(wěn)定性。

通過以上的改進措施，沸騰焙燒爐處理硫化物濾餅的狀況大為改進，作業(yè)率顯著提高，不需專門停爐理，清爐的周期延長至6個月，可實現(xiàn)煙道的在線清理，年處理量超出20 kt，解決了全部硫化物濾餅的出路。

5 小結(jié)

丹霞冶煉廠采用焙燒爐處理硫化物濾餅，盡管投入運行后，遇到了眾多工藝難題，但通過逐步摸索研究逐一攻克，現(xiàn)運行平穩(wěn)有序，在創(chuàng)造經(jīng)濟效益的同時，也解決了固廢渣的出路問題。