侧吹熔炼处理含铜危废技术开发与应用研究

2019-01-21殷小炜

中国资源综合利用 2019年9期

张鹂，殷小炜

（1.新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，乌鲁木齐 830002； 2.新疆维吾尔自治区固体废物管理中心，乌鲁木齐 830012）

在含铜危废多金属资源综合回收利用环节，侧吹熔炼处理含铜危废技术的运用，不但能够提高含铜危废多金属资源的利用率，而且可以有效减少生态环境的污染，保证工业废物真正实现资源化利用目标。为了保证侧吹熔炼处理含铜危废技术的更好运用，本文深入研究侧吹熔炼处理含铜危废技术的开发与应用要点。

1 侧吹熔炼处理含铜危废技术原理

金属资源综合回收项目中，侧吹熔炼处理含铜危废技术，主要利用富氧熔池熔炼工艺，将污泥进行干燥处理，然后得到污泥干燥块，包括废线路板与焚烧的各类废弃物，在废弃物中加入适量的无害化危废医药废物与农业药物废物，经过一系列的处理后，最终获得铜含量约为90.00%的黑铜与冰铜产品，将回收原料中的各类贵金属与铜、镍金属进行有效回收利用。

某项目建造了一台规格为15.00 m2侧吹炉，侧吹炉的结构较为简单。将含有铜的污泥通过回转窑进行干燥脱水，经过回转炉干燥脱水后，原料的含水量由原来的76.00%下降到44.00%，含水量为44.00%的原料含有铜与镍元素。将这些原材料投入立式干燥窑中进行有效的干燥处理，最终获得干燥块，然后利用胶带运输设备，将干燥块和焚烧残渣（包括高铜物料）运送到侧吹炉加料口中，最终进入炉内部。

无害化的物料进入炉内部，具体运输流程如下：树脂、活性炭等固体物料，经过胶带运输设备，被直接运送到炉内部，而泥浆与液态的废弃溶剂主要在柱塞泵中利用喷枪直接喷入侧吹炉中。侧吹炉的熔炉两端，各自设置两排风口。其中，下排的风口需要输入浓度在76.00%～81.00%的富氧空气，将渣层有效吹去，在熔池内部快速搅拌，提高热传和传质，形成良好的动力学条件。与下排风口不同，上排风口需要利用风枪，在风口内部鼓入适量的低压空气，保证烟气内部的单体硫，包括一氧化碳得到充分的燃烧。

2 侧吹熔炼处理含铜危废技术的特点

现阶段，我国工业领域处理含铜等一系列金属危废物料时，通常运用鼓风炉或者反射炉进行冶炼。鼓风炉与反射炉对工作环境要求较高，操作人员的劳动强度较大，而且对外部环境会产生严重的污染，影响工业行业的可持续发展，无法满足国家节能降耗要求。侧吹熔炼处理含铜危废技术的出现，能够有效减少工业废弃物排放量，对周围的生态环境起到良好保护作用。

侧吹熔炼处理含铜危废技术具有以下特点。一是炉子对物料的含水量和粒度要求较低，污泥不能进入炉子中，剩余的各项物料均可进入炉子中[1]。二是炉床面积较大，能效较高。侧吹炉采取固定卧式炉床，炉床面积特别大，与其他熔炼技术相比，炉床的反应空间更大，各类物料与烟气可以直接在炉子内部充分反应，相关操作人员可以不设置二次燃烧室。三是可以有效处置无害化物料，提高侧吹炉的运行效率，保证危废物料得到高效的处理，真正达到“一炉两用”的目标，节省大量能源，保证物料的利用率得到进一步提升，减少能源损耗。四是与传统的炉子相比，侧吹炉的密封性较好，能够有效预防烟气的逸散，结合侧吹炉烟气余热回收流程，能够减少二噁英危害，符合国家节能环保要求。

3 侧吹熔炼处理含铜危废技术开发与应用要点分析

3.1 注意事项

侧吹熔炼处理含铜固体废弃物的过程中，混合的含铜危废物可以直接在熔池中完成加热、脱水与熔化等流程，也能够自动完成氧化、造铜等过程。无害化物料属于重点燃料，对炉子内部的氧化还原气氛起到良好的调节作用，能够替代煤块，节省大量的煤炭能源。液体铜硫与炉渣密度不同，能够在熔池内部有效分层，提高了铜渣的分离效率，有效减少炉渣的含铜量。炉渣采取逆向流动方法，使得侧吹炉内部的热量更加平衡[2]。铜危废内部的有机物在熔池内部燃烧之后，产生的灰分会进入炉渣中，经过后续的挥发之后，进入烟气中。

在侧吹炉的炉体两侧，分别设置铜硫排放口与炉渣排放口，还要设置圆盘形状的浇铸机与水淬渣池，包括相应尺寸的溜槽。侧吹炉内部产生的黑铜与冰铜，放出之后，流过流槽，形成黑铜锭与冰铜块，产生的炉渣经过水淬处理之后，形成大量的水淬渣。

当侧吹炉内部的烟气温度上升到1 350℃时，烟气会不断上升，经过一段距离的烟道之后，温度会逐渐下降，通常会降到600℃，然后经过喷雾冷却处理，最终降低到200℃。经过收尘处理后，将其运送到化工专业脱硫脱卤区域。通过收尘获得的熔炼烟尘，其含有大量的杂质，一部分会随着烟气散出，另一部分则可以返回到熔炼炉中[3]。

将铜口与渣包，包括冰铜包等部位所产生的烟气，集中送入到环境集烟气系统当进行统一处置，避免放铜与放渣环节产生的二氧化硫飘散。侧吹炉渣经过溜槽会进入渣包内部，然后经过渣包车，被运送到渣缓冷场地。

3.2 技术开发与应用要点

3.2.1 开发要点

侧吹富氧熔池还原熔炼技术，能够将含铜多金属危废物料有效处理。在工业化领域，相关人员要特别注意含铜多金属危废物处理问题，因为含铜多金属危废物在熔炼过程中特别容易出现热平衡不稳定现象。相关研究人员要根据侧吹熔炼炉装置内部结构特点，对既有的工业设备进行优化，保证炉体结构稳定，提高炉体的运行效率[4]。在优化侧吹熔炼处理含铜危废技术时，人们可以从以下几方面入手。

第一，明确侧吹炉内部结构特点，制定完善的优化方案。侧吹炉体主要由8 个不同的立柱与多个横梁构成，属于框架结构，立柱与横梁具有良好的承重能力，能够承担除了炉缸以外炉体的全部重量。在炉体砌筑环节，水套安装与耐火砖砌筑过程互不影响，使得炉体砌筑效率不断提升。立柱具有良好的承载能力，能够保证炉烟道与侧吹炉结构稳定，提高受力独立性，为相关人员节省大量的修理时间，为后续的维修提供较多便利。

第二，避免含铜危废物料内部的有机可燃物质出现燃烧过热现象。对于渣线区域，包括冰铜虹吸口与渣口区域，可以设置铜水套，进行有效的冷却，也可以采用多个干钢板水套，形成结构更加稳固的拱顶，上升的烟道与加料口比较接近，在加料口部位，设置水冷隔墙，而烟道则采取镶转水套方法，避免出现瞬时过热现象，提升炉体的可靠性，防止炉体耐火材料出现过大的冲击。

3.2.2 应用要点

为了保证侧吹熔炼处理含铜危废技术得到更好的运用，在应用过程中，相关人员需要明确此项工艺的各项参数与指标，具体如下：侧吹炉的炉床面积为15.00 m2，单台的侧吹炉床利用率可达56 t/m2，侧吹炉的熔炼温度可以达到1 250℃，烟尘率可以达到4.00%，炉子的作业效率可以达到92.00%，富氧浓度为60.00%，黑铜产量为97.08 t/d，黑铜含铜率为89.00%，冰铜的产量可以达到11.80 t/d，冰铜含铜率为49.00%。

此外，在应用侧吹熔炼处理含铜危废技术时，物料组分特别复杂，其中含有一定量的挥发物质，影响侧吹熔炼处理含铜危废技术的应用效果。由于挥发物质的存在，在凝固过程中，烟气温度逐渐下降，在布袋收尘器入口部位，其温度仍然超过200℃。因此，相关人员需要在锅炉出口部位增大散热面积，也可以设置水箱进行冷却处理，使得布袋的进口温度恒定，防止布袋出现破损。

在应用鼓风炉处理物料的过程中，由于物料含有铅、砷等一系列挥发物质，这些挥发物质在上升的过程中一旦遇到冷气，炉身的中间部位与上部会出现凝结，使得下料无法有序进行，引发严重的停炉现象。侧吹炉因为其内部反应特别剧烈，熔池搅拌温度比较高，炉子内部温度高，再加上二次风补充将剩余的一氧化碳有效燃烧，在此种高温条件之下，炉渣逐渐飞溅，会形成一定量的炉结。为了有效减少炉结的产生，相关人员在应用侧吹熔炼处理含铜危废技术时，还要特别注意以下问题。

一是在热量保障方面，相关人员要结合物料金属氧化形态，合理控制氧过剩系数并调整煤配合比，保证一氧化碳与二氧化碳比例合理。二是热支出为冷却水，冷却水与蒸汽，包括炉渣，能够将炉子的热量带走一部分。辐射损失的出现，也会带走一部分热量，这也是当前工艺的重点改进方向。

三是因为物料含水量较高，水分的有效消耗会影响热量的损耗，因此针对具体的生产环境，相关人员还要严格控制物料扬尘量。一般来讲，物料的含水量不能够超过8.00%，相关人员可以采取晾晒与烘干等方法，有效降低物料含水量。四是物料的组分比较复杂，含有大量杂质，故对配料的要求特别高，在具体的生产加工环节，如果温度控制不达标，特别容易出现炉缸炉结，影响布袋，故相关人员要定期改进炉内部的燃烧条件。

通过不断减少侧吹炉停车时间，有效降低余热锅炉烟尘品位，人们能够有效降低烟尘率，为工业生产创造良好条件，而且可以获得较好的经济效益。例如，某型工业企业运用侧吹熔炼处理含铜危废技术后，工业烟尘量与品位不断下降，因为减少了停炉时间，产铜量多了507.59 t。

想要更好地减少烟道结焦现象的发生，相关人员除了采用上述提到的处理措施之外，还可以在成本允许的条件下适当提升燃料的燃烧温度，保证烟气得到更好的挥发，有效减少结焦。各大工业企业可以根据生产负荷情况，妥善解决结焦现象。