卡尔多炉处理锌氧浸渣及中浸渣工艺的研究

2014-01-01陈阜东

铜业工程 2014年1期

关键词：制酸文丘里铅锌

陈阜东

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410011)

1 引言

我国为世界铅锌生产大国，但不是铅锌强国［1］。目前存在的突出问题是:

(1)成本不断提高。原辅助材料、能耗价格、劳动力、财务费用等成本上升，我国铅锌工业过去因低成本承接国外产能转移的发展环境已不复存在。

(2)产能过剩压力凸显，市场需求增速放缓。面对资源、环境和成本的三大挑战，全球经济放缓，需求下降。

(3)重金属污染治理形势空前严峻。有效防治重金属污染已成为铅锌企业生存和发展的生命线，受重金属污染控制指标、降低CO2排放强度和污染物排放种类的要求，铅锌冶炼企业的环保压力将进一步加大。

面对突出的问题，要充分发挥现有技术优势，取长补短、优化工艺，实现集成创新，创造适合我国国情的高效节能环保低碳的铅锌联合冶炼新技术，合理利用铅锌冶炼的特点，不断提高资源综合利用水平，降低生产成本，增强企业竞争力。

目前，国内铅、锌冶炼企业生产的主金属铅、锌都是亏损的，利润都在矿山，原因是加工费都大于精矿与产品的差价，要能够维持铅、锌冶炼企业的生产运行，主要靠综合回收有价金属，而锌浸出渣的处理是回收有价金属的必然途径。国内锌浸出渣的处理一般采用挥发窑传统法［2］，该方法存在煤或焦消耗大，耐火材料损耗大，大气量的低浓度SO2尾气的排放问题。由于煤或焦价格上涨及日益严格的环保要求，需处理低浓度SO2尾气，渣处理的传统法生产成本已为整个湿法锌冶炼成本的40% ～50%，因此，选择一种先进、节能、环保处理锌浸出渣的方法对锌冶炼企业是至关重要的。

国外有两种用于锌浸出渣处理的先进方法［3］，一种方法是加拿大科明科公司Trail厂采用的基夫赛特炉炼铅精矿搭配处理锌浸出渣，国内江西铜业铅锌金属公司、株洲冶炼集团也引进了这种技术，工厂已投产，该方法适合于大规模铅锌联合企业。另一种方法是韩国锌业公司采用Ausmelt炉单独处理锌浸出渣。由于韩国锌业公司已拥有该技术的80%专利权，该技术尚未能在世界其它地区推广。国内正在研究开发锌浸出渣处理的其它方法，采用富氧侧吹炉单独处理锌浸出渣，研发氧化段与还原段的双区炉，产出小气量的含SO2＞3%烟气送沸腾焙烧制酸，同时强化熔炼回收有价金属。

卡尔多炉特别适应于处理含 Pb、Zn、Cu、Bi、Sb、Au、Ag等废杂物料，利用卡尔多炉对原料适应性强的特点，搭配处理锌氧浸渣及中浸渣，可使铅、锌冶炼企业的物料互补，由于取消了还原段，烟气可连续稳定送制酸，可以使卡尔多炉的操作更加简化，以充分发挥现有技术优势，提高资源综合利用水平，取代挥发窑处理锌浸出渣，将降低锌冶炼的生产成本。

2 卡尔多炉生产系统

卡尔多炉生产系统一般由8个部分组成［4］，即原料制备系统、加料系统、卡尔多炉系统、烟气净化系统、泥渣处理系统、通风除尘系统、熔体搬运系统及渣造粒系统。

(1)原料制备系统:原料经预处理配料送往一段干燥窑，水份降至6% ～7%，再送往二段干燥窑，保证原料含水＜1%，当原料含水＜10%时，可直接送二段干燥窑，燃料采用天然气，干燥窑烟气经布袋收尘后达标外排。

(2)加料系统:干燥好的原料经筛分，筛下物进贮料仓，原料经精矿加料器送入精矿喷枪喷入卡尔多炉，筛分后的粗料、熔剂及浮渣等可以通过箕斗提升机加入炉内。

(3)卡尔多炉系统［5］:卡尔多炉系统包括1台卡尔多炉和2支喷枪，1支为精矿喷枪，另1支为氧油喷枪。卡尔多炉是一个衬有耐火砖的钢制容器，可进行360°的仰俯，生产中可按合适的炉体角度进行装料、熔炼及出渣，卡尔多炉熔炼作业时，与水平成28°角转动，顶部设有正常排烟口。喷枪可沿机架在液压装置驱动下移出或移入炉内，喷枪用水进行冷却，因而可承受炉内的高温。炉内产出的熔体倒入抬包，抬包放在抬包车上，在炉子下部进出。

(4)烟气净化系统:由1个水冷集烟罩、可调文丘里、文丘里风机及泵组成，烟气经集烟罩后进入聚冷器，然后经可调文丘里洗涤得到冷却和净化，烟气送制酸进一步净化，收集的粉尘变成泥浆送浓密过滤。

(5)泥渣处理系统:包括1台浓密机、循环管路、泵及1台压滤机，文丘里洗涤泥浆进浓密机，溢流水返回文丘里循环使用，压滤机将浓密底流压成滤饼，回收的滤饼烟尘送干燥。

(6)通风除尘系统:包括布袋收尘器、环保烟罩、风机等，卡尔多炉物料输送都是密闭的，通风收尘管道都保持微负压，以防止烟尘外逸。

(7)熔体搬运系统:利用桥式起重机吊运抬包。

(8)渣造粒系统:渣仓由桥式起重机吊运倾翻，在溜槽上有一股很强的水流，渣被快速冷却固化形成小颗粒冲入渣池。

3 有关计算及参数

卡尔多炉处理锌氧浸渣及中浸渣的有关计算及参数。

(1)处理量:锌氧浸渣 18000t/a(Zn2%、Zn360t/a、S80%、S14400t/a)、中浸渣 60000t/a(Zn20%、Zn12000t/a、S2%、S1200t/a)，锌氧浸渣与中浸渣混合料含Zn15.85%、含S20%，处理混合料32.5t/炉。

(2)工作制度:300d/a，24h/d，8 炉/d。

(3)卡尔多炉熔炼脱硫率按92.5%计，制酸烟气量是25000Nm3/h，进入烟气总硫量78000×20%×92.5%=14430t/a，折硫酸产量42727t/a(100%H2SO4)，氧化段烟气SO2浓度计算:

(4)卡尔多炉一个炉期用氧量情况见表1。

表1 卡尔多炉一个炉期用氧量情况表

4 能耗指标比较

方案一:挥发窑处理中浸渣;

方案二:卡尔多炉搭配处理锌氧浸渣及中浸渣+烟化炉。

两种方案只比较处理渣料至产出氧化锌产品能耗指标，不比较生产硫酸及尾气处理的能耗指标，具体见表2。能耗指标参考韩国锌业公司Ausmelt炉渣烟化生产数据。

表2 能耗指标比较表

图1 卡尔多炉搭配处理锌氧浸渣及中浸渣工艺流程图

方案一能耗指标444.4kgce/t渣料大于方案二能耗指标278.55kgce/t渣料，方案一比方案二能耗大约增加了60%。

5 工艺流程

卡尔多炉搭配处理锌氧浸渣及中浸渣工艺流程图见图1。

6 工艺过程描述

卡尔多炉搭配处理锌氧浸渣及中浸渣生产工艺:主要有配料及干燥，卡尔多炉熔炼，烟气净化、制酸、烟化炉还原主要生产过程。

(1)配料及干燥:锌氧浸渣及中浸渣经圆盘配料进入回转窑干燥，燃料采用天然气，采用二段干燥，以保证干燥后物料水份小于1%。由于蒸汽干燥机干燥锌氧浸渣及中浸渣存在下料不畅，干燥效果差等问题，而采用回转窑单独干燥锌氧浸渣，因其含硫高，容易着火。故采用锌氧浸渣与中浸渣混合后回转窑干燥，既解决了下料不畅的问题，也不会着火，干燥效果好。

(2)卡尔多炉熔炼:干燥后的物料经精矿加料器，通过喷枪加入卡尔多炉，物料在喷枪口与加入的氧气进行闪速熔炼，依靠锌氧浸渣中硫燃烧放热来加热熔化物料，同时产生SO2烟气可直接送二转二吸制酸。

(3)烟气净化:含SO2烟气经水冷直升烟道冷却进入可调文丘里洗涤，洗涤烟尘经浓密过滤送配料，净化烟气经文丘里风机送制酸。

(4)制酸:由于在卡尔多炉熔炼中只有氧化过程，没有还原过程，因此，烟气含SO2浓度是连续的，不需要烟气冷凝生成液体SO2的过程，含SO2烟气可直接送二转二吸制酸。

(5)烟化炉还原:卡尔多炉产出的熔炼渣采用渣包间断吊入烟化炉中，采用粉煤还原，烟气经余热回收及布袋收尘后送硫酸尾吸外排，收下的烟尘主要为氧化锌返回锌冶炼，渣经水碎后外售。