閃速冶煉過程中煙塵及雜質分布探究

摘要：煙塵是冶煉過程必不可少的產物，是閃速爐反應塔中沒有沉降到熔池的過氧化粒子，粒子粒度很小且呈球形熔融狀態(tài)。煙塵影響冶煉直收率，而不同區(qū)域煙塵的分布則影響收塵設備的選擇，冶煉過程雜質的分布對配料至關重要。以紫金銅業(yè)銅冶煉項目為例，探究了閃速冶煉過程中煙塵及雜質的分布情況，為后續(xù)生產的精細化管控提供支撐，從而提高冶煉企業(yè)生產、管理技術水平。

關鍵詞：閃速冶煉；煙塵；煙塵分布；雜質元素；控制措施

中圖分類號：TF811 X933.7 文章編號：1001-1277（2023）09-0128-03

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20230920

煙塵是冶煉系統重點關注對象，是判別生產系統是否穩(wěn)定、正常的關鍵因子。生產過程中經常會出現因系統風量偏大、偏小導致煙塵前移、后移等現象。不同工況下系統煙塵遷移會引發(fā)諸多問題，例如：煙塵后移會造成電收塵系統負荷過大，導致收塵效果差、硫酸稀酸含銅高；煙塵前移會造成鍋爐擋渣板黏結、電收塵出口溫度偏低，引起電收塵稀酸結露腐蝕本體等。因此，有必要探究煙塵在冶煉系統的分布情況，為工藝調整提供依據；探究雜質元素在煙塵系統的分布，有利于調整及改進鹽化氧，確保煙塵的鹽化效果及煙塵循環(huán)輸送。

1 工程概況

紫金銅業(yè)有限公司（下稱“紫金銅業(yè)”）20萬t/a銅冶煉項目是由紫金礦業(yè)集團股份有限公司全資興建的大型銅冶煉企業(yè)，2011年底建成投產，設計年產陰極銅20萬t。2015 年，第一次挖潛增效改造后年陰極銅產量超過30萬t。閃速爐冶煉收塵工藝流程第一灰斗煙塵→輻射室煙塵→對流室煙塵→沉塵室煙塵→電收塵A/B列煙塵冶煉收塵工藝。煙塵流向分布［1］如圖1所示。

2 煙塵分布探究

2.1 煙塵分布方案制定

煙塵分布探究以指導生產為前提，以為生產提供精準控制為目標。煙塵分布的探究須在生產工藝穩(wěn)定條件下進行，為保證試驗數據的準確性，制定煙塵分布探究方案。

1）閃速爐投料量穩(wěn)定，系統風量變化穩(wěn)定，閃速爐運行工況穩(wěn)定，無大幅度波動。

2）在保證不影響生產的前提下，單系統測定時間以2.5 h左右為基準。

3）試驗前排空所測系統中殘留的煙塵，保證數據相對準確。煙塵分布以質量分布作為標準，試驗時采用煙灰罐收集煙塵，外排煙塵送至地磅處進行稱量，保證數據精準。

4）試驗生產配料如表1所示。

2.2 煙塵分布

煙塵分布結果見表2。在投料量155 t/h、循環(huán)煙塵量約15 t/h、工藝總風量約52 200 Nm3/h的穩(wěn)定工況條件下，第一灰斗煙塵量為0.92 t/h，占閃速爐熔煉系統煙塵量的7.30 %；輻射室煙塵量為3.57 t/h，占閃速爐熔煉系統煙塵量的28.20 %；對流室煙塵量為2.08 t/h，占閃速爐熔煉系統煙塵量的16.42 %；沉塵室煙塵量為0.36 t/h，占閃速爐熔煉系統煙塵量的2.81 %；電收塵煙塵量為5.73 t/h，占閃速爐熔煉系統煙塵量的45.27 %。

2.3 煙塵控制

大量煙塵進入收塵系統，對系統的影響主要有：①余熱鍋爐的運行負荷增大［2］；②煙道出口、鍋爐系統、電收塵等處造成黏結，使得鍋爐傳熱效率及電收塵收塵效率大幅降低［3］；③危及設備運行安全，引起重大設備故障，甚至影響系統平穩(wěn)生產；因此在閃速冶煉過程中控制煙塵率至關重要［4］。

降低煙塵率的措施：①規(guī)范精礦堆存、取用流程，實現精準配料，避免礦物混用；②制定并完善計量系統校準流程，且嚴格執(zhí)行，提高計量精度；③制定Pb、Zn、As、Sb等雜質元素入爐標準，嚴格執(zhí)行配料程序［5］；④盡量減小反應總分量，降低煙塵發(fā)生率［6］；⑤系統上下游協調，保證閃速爐爐膛負壓穩(wěn)定，減少波動。

3 雜質元素分布探究

3.1 雜質元素綜合分布

雜質元素綜合分布結果見表3。

Pb元素在閃速熔煉過程中48.24 %隨銅锍進入吹煉工序，29.09 %隨熔煉渣進入選礦系統，21.37 %進入熔煉收塵系統，1.30 %隨煙氣進入硫酸凈化系統。

Zn元素19.70 %進入銅锍，66.45 %進入熔煉渣，13.17 %進入熔煉收塵系統，0.68 %隨煙氣進入硫酸凈化系統。

As元素17.46 %進入銅锍，21.51 %進入熔煉渣，49.57 %進入熔煉收塵系統，11.48 %隨煙氣進入硫酸凈化系統。

Sb元素45.32 %進入銅锍，43.55 %進入熔煉渣，9.10 %進入熔煉收塵系統，2.03 %隨煙氣進入硫酸凈化系統。

Bi元素43.73 %進入銅锍，5.73 %進入熔煉渣，50.53 %進入熔煉收塵系統，幾乎無Bi元素隨煙氣進入硫酸凈化系統。

3.2 雜質元素成分及熔煉煙塵系統分布

雜質元素成分及熔煉收塵系統分布結果見表4。

Pb元素21.37 %進入熔煉收塵系統，其中1.60 %在第一灰斗處收集，9.87 %在鍋爐對流室和輻射室沉降，0.69 %在沉塵室沉降，9.21 %則在電收塵沉降收集。

Zn元素13.17 %進入熔煉收塵系統，其中1.06 %在第一灰斗處收集，6.09 %在鍋爐對流室和輻射室沉降，0.37 %在沉塵室沉降，5.65 %則在電收塵沉降收集。

As元素49.58 %進入熔煉收塵系統，其中2.83 %在第一灰斗處收集，16.89 %在鍋爐對流室和輻射室沉降，1.55 %在沉塵室沉降，28.31 %則在電收塵沉降收集。

Sb元素9.1 %進入熔煉收塵系統，其中0.67 %在第一灰斗處收集，5.03 %在鍋爐對流室和輻射室沉降，0.19 %在沉塵室沉降，3.21 %則在電收塵沉降收集。

Bi元素50.53 %進入熔煉收塵系統，其中3.20 %在第一灰斗處收集，21.57 %在鍋爐對流室和輻射室沉降，1.28 %在沉塵室沉降，24.48 %則在電收塵沉降收集。

3.3 雜質元素影響及控制

3.3.1 雜質元素的影響

Pb、Zn、As、Sb、Bi是銅金屬礦物最常見的伴生金屬元素，Pb、Zn會對熔煉爐后的余熱鍋爐造成影響，易在鍋爐管壁上形成結瘤。如果結瘤掉落或對結瘤進行處理，都容易對鍋爐造成損傷［7］。As、Sb、Bi等Ⅴ族元素，主要會對陰極銅質量產生影響，尤其是As還會使制酸過程中轉化器的觸媒中毒，并且增加廢酸、廢水的處理成本和含砷物料的生產成本。電解液含Sb過高，會使陽極泥大量飄浮，易黏附于陰極銅表面，誘導銅粒子長大，使部分或整個陰極板長滿開花狀粒子［8］。

3.3.2 雜質元素的控制

1）配料是銅冶煉過程中控制雜質元素最簡單也是最有效的方法，一般閃速冶煉配料對雜質元素的要求為：w（Pb）+ w（Zn）≤2.5 %、w（As）≤0.25 %、w（Sb）≤0.03 %、w（Bi）≤0.03 %。

2）CaO的適量添加可使砷更多地富集在熔煉渣中，通過選礦工藝，從尾渣中分離出部分砷元素，減少進入冰銅的砷雜質，降低砷對后續(xù)工序的影響［9］。

3）控制中間產品雜質含量、提高企業(yè)綜合回收能力。

4 結 論

1）煙塵以余熱鍋爐和電收塵為主要分布點，分別占煙塵總量的44.62 %（其中輻射室28.20 %、對流室16.42 %）、45.27 %，第一灰斗和沉塵室煙塵合計占煙塵總量的10.11 %。

2）雜質元素Pb、Zn、Sb 主要進入熔煉渣和銅锍中，約占總投入的80 %，其余20 %則以揮發(fā)物形式進入煙氣，最終在余熱鍋爐、電收塵等收塵設備富集；40 %～50 % 的As、Bi進入熔煉渣和銅锍中，其余50 %則以氧化揮發(fā)物形式進入煙氣，最終在收塵系統中富集。

3）在當前銅資源緊張的國際大環(huán)境下，嚴控配料，優(yōu)化操作是控制煙塵分布及工藝穩(wěn)定最有效、可靠的方式。因此，必須根據企業(yè)工藝特點、系統負荷及適應性，制定本企業(yè)最合理的配料原則。

［參 考 文 獻］

［1］周俊，陳卓，周孑民.閃速煉銅中煙塵的形成過程［J］.有色金屬（冶煉部分），2020（2）：1-8.

［2］甘聰.紫金銅業(yè)熔煉系統大修改造［J］.有色金屬（冶煉部分），2022（3）：49-55.

［3］姜國敏.降低閃速爐煙灰發(fā)生率的探討［J］.銅業(yè)工程，2003（3）：21-22.

［4］洪育民.貴溪冶煉廠閃速爐電收塵煙灰除砷及綜合利用研究［J］.濕法冶金，2003，22（4）：208-212.

［5］周湘晉.淺談閃速爐處理高雜質精礦煉銅［J］.銅業(yè)工程，2003（2）：32-33，35.

［6］譚清華.銻對銅冶煉影響及控制［J］.株冶科技，1997（2）：3-4.

［7］何秀梅.銅冶煉過程中雜質元素走向探析［J］.有色金屬（冶煉部分），2013（2）：1-2.

［8］馬永明，梁增明，連國旺，等.銅冶煉過程中閃速熔煉除砷探析［J］.冶金管理，2019（13）：31，79.

［9］張理勤，俞偉，甘浩，等.影響陽極銅品質的主要雜質元素走向和分布［J］.有色設備，2020，34（6）：32-35，40.

Research on the distribution of soot and impurities in the flash smelting process

Yu Wei1，2

（1.Zijin Copper Industry Co.，Ltd.; 2.Fujian Key Laboratory for Green Production of Copper and Comprehensive Utilization of Associated Resources）

Abstract：Soot is a necessary product in the smelting process.The soot is the peroxide particle that does not settle into the molten pool in the reaction tower of the flash furnace，and its particle size is very small and takes the molten spherical form.The generation of soot affects the direct yield of smelting，while the distribution of soot in different regions affects the selection of soot collection equipment，and the distribution of impurities in the smelting process is very important to the ingredients.In the case study of the smelting project of Zijin Copper Industry Co.，Ltd.，this paper explores the distribution of soot and impurities in the flash smelting process，so as to provide support for the refined management and control of subsequent production and improve the technical level of production and management of smelting enterprises.

Keywords：flash smelting;soot;soot distribution;impurity element;control measure

收稿日期：2023-04-10; 修回日期：2023-06-25

作者簡介：俞 偉（1994—），男，助理工程師，從事有色金屬冶煉和銅資源回收利用工作；E-mail：740315424@qq.com