李雷忠

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司, 福建 上杭 364200)

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磁鐵礦與硫鐵礦摻燒的生產(chǎn)實(shí)踐

李雷忠

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司, 福建 上杭 364200)

針對(duì)硫鐵礦焙燒制酸生產(chǎn)過(guò)程中因原料含硫高造成的硫酸產(chǎn)能過(guò)剩、燒渣中有價(jià)金屬銅回收率低等問(wèn)題，采取磁鐵礦與硫鐵礦摻燒的方法，達(dá)到了調(diào)整原料使用配比、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和提高有價(jià)金屬回收率的目的。

磁鐵礦； 硫鐵礦； 摻燒； 制酸； 工藝改進(jìn)

青海某冶煉化工企業(yè)年處理30萬(wàn)t硫鐵礦生產(chǎn)線于2011年10月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)硫酸40萬(wàn)t、燒渣19.84萬(wàn)t。該生產(chǎn)線運(yùn)行過(guò)程中暴露出一些問(wèn)題，主要是產(chǎn)出的燒渣即鐵焙砂品質(zhì)較差；燒渣中的有價(jià)金屬銅通過(guò)高溫酸浸回收，由于銅的浸出率較低，導(dǎo)致銅回收率很低；受?chē)?guó)際國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的影響，硫酸產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，硫酸銷(xiāo)售持續(xù)低迷，量?jī)r(jià)齊跌，經(jīng)營(yíng)形勢(shì)異常嚴(yán)峻。因此，調(diào)整原料使用結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成為企業(yè)當(dāng)前的一項(xiàng)重要工作。該公司針對(duì)銅回收率低和鐵焙砂含雜質(zhì)較高的問(wèn)題，進(jìn)行了摻燒磁鐵礦工業(yè)化試驗(yàn)。

1 工藝系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 硫鐵礦原料成分和工藝過(guò)程

硫鐵礦原料成分見(jiàn)表1。

表1 硫鐵礦原料成分 %

含水9%～11%硫鐵礦通過(guò)皮帶送至150 m2焙燒爐沸騰焙燒，產(chǎn)出的燒渣進(jìn)一步浸出洗滌，生產(chǎn)出的鐵焙砂產(chǎn)品外售。焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)余熱鍋爐、旋風(fēng)收塵器及電收塵器收塵降溫后送往制酸系統(tǒng)。

來(lái)自電收塵器的二氧化硫煙氣進(jìn)入凈化工序，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的增濕、降溫、除塵、除霧后，通過(guò)干燥塔其中的水分降到0.1 g/m3以下，由SO2風(fēng)機(jī)送入轉(zhuǎn)化工序和吸收工序，生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的93%和98%硫酸。尾氣經(jīng)尾氣吸收塔進(jìn)一步處理后達(dá)標(biāo)排放。

焙燒煙氣中的熱量經(jīng)余熱鍋爐回收，用于汽輪機(jī)發(fā)電，汽輪機(jī)裝機(jī)容量12 MW。

1.2 生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行情況

硫酸系統(tǒng)投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行比較穩(wěn)定，各項(xiàng)工藝指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，SO2轉(zhuǎn)化率99.8%，SO3吸收率99.99%，尾氣SO2排放達(dá)標(biāo)率100%；廢水處理后合格率100%；硫酸一級(jí)品合格率100%。

余熱回收系統(tǒng)投產(chǎn)后，出現(xiàn)了余熱鍋爐過(guò)熱區(qū)換熱面積偏大的情況,在對(duì)第三組過(guò)熱器進(jìn)行改造和新配套了一套25 t/h的反滲透水處理系統(tǒng)后，運(yùn)行情況較為理想。

綜合回收系統(tǒng)主要是回收原料中有價(jià)金屬銅，生產(chǎn)穩(wěn)定，但銅的浸出率只有30%左右，回收率較低。

1.3 存在的主要問(wèn)題

鐵焙砂質(zhì)量不高，目前鐵焙砂產(chǎn)品含鐵59.5%～60.5%；雜質(zhì)元素Cu 0.65%～0.75%、Zn 0.7%～0.85%、TS 1.5%～2.5%。綜合回收系統(tǒng)銅的浸出率較低，造成銅的回收率較低。

2 焙燒、浸出條件試驗(yàn)

針對(duì)鐵焙砂含銅、硫雜質(zhì)較高和銅回收率低的問(wèn)題，進(jìn)行了焙燒、浸出條件試驗(yàn)，摸索影響浸出率的主要因素。

2013年7月份進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，調(diào)整焙燒氣氛和酸浸工序工藝指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果：降低焙燒溫度和提高氧濃度有利于銅的浸出；提高浸出槽硫酸濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間有利于銅的浸出[1]；由于原料含硫較高，降低焙燒溫度不利于硫的回收利用。2014年又進(jìn)行了生產(chǎn)調(diào)試試驗(yàn)，再一次驗(yàn)證了2013年7月份的試驗(yàn)結(jié)論，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2銅浸出率與焙燒溫度的關(guān)系

時(shí)間段入爐礦含硫/%投礦量/t·h-1沸騰層溫度/℃焙燒爐出口溫度/℃酸浸槽酸濃/g·L-1銅浸出率/%2013.7.25—2013.7.2932～3340650～740720～82010～1340.582013.7.29—2013.8.328.0～29.744610～690710～75010～1350.592013.8.3—2013.8.3024.7～26.744～46620～670690～71010～1258.332013.8.30—2013.9.1121.6～24.546～48610～650609～64010～1261.182014.1.11—2014.1.2030.39426907109～1250.922014.2.8—2014.2.1225.664466071010～1255.762014.2.27—2014.3.1526.724671073010～1249.72014.4.28—2014.5.822.46526907359～1248.432014.6.10—2014.6.1724.21556407409～12452014.7.16—2014.7.2734.845088089012～1428.352014.8.7—2014.8.1122.615372073010～1240.392014.9.2—2014.9.2823.24576907509～1240.932014.11.2—2014.11.1123.18547107259～1244.96

同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室也進(jìn)行了模擬生產(chǎn)條件下的試驗(yàn)，在馬弗爐內(nèi)溫度750 ℃焙燒2 h，浸出時(shí)間2.5 h。銅浸出率和酸度的關(guān)系如表3。

表3銅浸出率與酸度的關(guān)系

序號(hào)酸濃/g·L-1Cu2+/g·L-1銅浸出率/%100.0010.17250.10918.053100.13221.414200.14524.975300.19731.526400.23839.147500.30750.488600.31353.919700.38561.6010800.37466.4911900.39762.64121000.46277.00131100.48376.21141200.44173.50151300.44272.68

試驗(yàn)結(jié)果表明，在焙燒溫度逐漸降低的情況下，銅的浸出率逐漸提高，在610～650℃時(shí)，銅的浸出率達(dá)到61.18%。隨著浸出酸濃度的增加，銅浸出率也明顯提高。

雖然試驗(yàn)取得了一定的效果，但有價(jià)金屬元素浸出率和回收率仍然較低。

3 摻燒磁硫鐵礦工業(yè)試驗(yàn)

為了調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高銅回收率，開(kāi)展了摻燒磁硫鐵礦工業(yè)化試驗(yàn)。磁硫鐵礦成分為(%)：Cu 0.1、Co 0.075、Zn 0.038、Fe 57～59、S 11～12.5、H2O 9.48。硫鐵礦與磁鐵礦摻燒比例分別為7∶3、6∶4、5∶5、4∶6。

摻燒磁硫鐵礦后，硫酸產(chǎn)量降低40%以上，由3.6萬(wàn)t/月降至2.2萬(wàn)t/月，鐵焙砂產(chǎn)量大幅增加，由1.9萬(wàn)t/月提高至2.4萬(wàn)t/月，有價(jià)元素銅的浸出率由30%提高至60%以上，鐵焙砂中雜質(zhì)元素銅含量由0.48%大幅降至0.15%以下，鐵焙砂的品質(zhì)有了較大幅度地提高。

3.1 硫酸系統(tǒng)

摻燒磁硫鐵礦后，硫酸系統(tǒng)的工藝指標(biāo)及產(chǎn)量見(jiàn)表4。

表4硫酸系統(tǒng)工藝指標(biāo)

硫鐵礦∶磁鐵礦礦含有效S/%濕基投礦量/t·h-1沸層溫度/℃爐出口溫度/℃爐底壓力/kPa爐底風(fēng)量/m3·h-1SO2轉(zhuǎn)化率/%硫酸產(chǎn)量/t·d-17∶332.0～33.040650～740720～82014.5～15.070000～7400099.83820～8506∶428.0～29.744610～690710～75015.8～16.261000～6500099.83750～7805∶524.7～26.744～46620～670690～71016.0～17.060000～6300099.83～99.89720～7504∶621.6～24.546～48610～650609～64016.8～17.261000～6500099.89～99.92700～730

(1)摻燒不同比例磁鐵礦時(shí)，硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)總體較為穩(wěn)定，各項(xiàng)工藝指標(biāo)正常，轉(zhuǎn)化器熱平衡能夠較好維持，系統(tǒng)可以滿足當(dāng)前摻燒生產(chǎn)運(yùn)行模式。

(2)由于摻燒磁鐵礦后，投礦量由之前的40 t/h提高到46 t/h以上，造成天車(chē)工的勞動(dòng)強(qiáng)度及天車(chē)的運(yùn)行頻率、鋼絲繩損耗等都有所增加，但總體上對(duì)生產(chǎn)影響不大。

(3)由于配礦后有效硫含量明顯降低，硫酸產(chǎn)量降低40%以上。

3.2 余熱回收系統(tǒng)

由于原料配比發(fā)生變化，焙燒入爐原料有效硫含量降低，余熱回收系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽溫度由445 ℃下降到405 ℃，進(jìn)汽輪機(jī)溫度由418 ℃下降到376 ℃，發(fā)電負(fù)荷由7 500 kW/h大幅下降到1 800 kW/h(進(jìn)汽輪機(jī)溫度應(yīng)≥410 ℃[2])，脫鹽水用水量由575 t/d增加到1 213 t/d。表5為余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝指標(biāo)。

表5余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝指標(biāo)

硫鐵礦∶磁鐵礦過(guò)熱壓力/MP過(guò)熱溫度/℃平均發(fā)電/kWh新水消耗/t·h-17∶33.30～3.50440～4507200196∶43.20～3.60425～4315800275∶52.60～3.20409～4203450404∶62.40～3.50402～407180050

3.3 綜合回收系統(tǒng)

綜合回收系統(tǒng)在焙燒入爐原料有效硫逐步降低的情況下，焙燒爐沸騰層和煙氣出口溫度逐步降低至650 ℃左右，得益于焙燒溫度的降低，銅的浸出率明顯提高，鐵焙砂產(chǎn)品含雜質(zhì)銅明顯降低，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。表6為綜合回收系統(tǒng)工藝指標(biāo)。

表6綜合回收系統(tǒng)工藝指標(biāo)

硫鐵礦∶磁鐵礦銅浸出率/%鐵焙砂含鐵/%鐵焙砂含硫/%鐵焙砂含銅/%鐵焙砂產(chǎn)率/%7∶340.5861.731.890.3774.586∶450.5962.171.900.2376.475∶558.3361.552.230.1777.244∶661.1862.162.250.1479.98

4 摻燒磁鐵礦存在的問(wèn)題及解決方案

4.1 存在的問(wèn)題

雖然摻燒磁鐵礦達(dá)到了調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高銅回收率、改善鐵焙砂品質(zhì)的目的，但同時(shí)也帶來(lái)了一些新問(wèn)題亟需解決：一是鐵焙砂含硫依然較高，影響鐵焙砂產(chǎn)品品質(zhì)，嚴(yán)重影響銷(xiāo)售價(jià)格；二是余熱發(fā)電負(fù)荷降低，月度發(fā)電量明顯減少，發(fā)電成本上升。

4.2 解決方案

4.2.1 鐵焙砂產(chǎn)品含硫偏高的原因及解決措施

造成摻燒后鐵焙砂產(chǎn)品雜質(zhì)硫偏高的原因有：①原料硫精礦、磁硫鐵礦中鈣含量均遠(yuǎn)高于初設(shè)值，燒渣在廢稀硫酸浸出的過(guò)程中形成硫酸鈣微溶物進(jìn)入鐵焙砂產(chǎn)品，同時(shí)原料中無(wú)效硫含量遠(yuǎn)高于初設(shè)值，導(dǎo)致鐵焙砂產(chǎn)品無(wú)效硫含量升高。②摻燒磁硫鐵礦后入爐原料有效硫含量由42%大幅降至20%左右，焙燒環(huán)境溫度由850 ℃降至650 ℃，溫度降低導(dǎo)致焙燒脫硫率降低。③大量處理后的工業(yè)廢水回用作為燒渣酸浸后的洗水，這部分回用水硬度高達(dá)1 500～2 500 mg/L(CaCO3計(jì))，洗滌過(guò)程中產(chǎn)生部分硫酸鈣沉淀進(jìn)入鐵焙砂產(chǎn)品。

解決措施：針對(duì)鐵焙砂含硫較高的問(wèn)題，首先對(duì)回用的燒渣洗滌水進(jìn)行軟化，增加軟化水體的裝置，使回用水的硬度降低到500 mg/L(CaCO3計(jì))，從而減少洗滌時(shí)帶入的硫酸鈣。洗后燒渣再次調(diào)漿進(jìn)陶瓷過(guò)濾機(jī)進(jìn)行最后的脫水過(guò)濾，成為可銷(xiāo)售的鐵焙砂產(chǎn)品。其次水洗后的燒渣再次調(diào)漿時(shí)添加濃度1.5%～2%碳酸鈉溶液。以上兩項(xiàng)措施可有效控制產(chǎn)品鐵焙砂含硫在2%以內(nèi)。

4.2.2 發(fā)電量明顯降低的原因及解決措施

發(fā)電負(fù)荷降低、發(fā)電量減少的主要原因：①摻燒后，入爐原料有效硫含量及單位時(shí)間內(nèi)入爐總硫量大幅降低，導(dǎo)致焙燒溫度下降，總體熱量減少。②因焙燒溫度降低，燒渣粘結(jié)性增強(qiáng)，加之余熱鍋爐清灰振打效果不好，余熱鍋爐管壁積灰嚴(yán)重，傳熱效率降低。

提高發(fā)電量的措施：①減少焙燒爐冷卻管組兩組，降低余熱鍋爐上水溫度，減少蒸發(fā)量。②在余熱鍋爐輻射冷卻室內(nèi)掛δ=2 mm的不銹鋼板76 m2，使高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t爐膛內(nèi)的熱量重新分布。③對(duì)余熱鍋爐清灰機(jī)械振打系統(tǒng)進(jìn)行改造，使過(guò)熱器管組無(wú)大面積積灰，保證傳熱效率。

采取相應(yīng)措施后，汽輪機(jī)發(fā)電負(fù)荷由之前的1 800 kW/h提高到5 681 kW/h，另回收飽和蒸汽冷凝水10 t/h。鍋爐技改后的運(yùn)行指標(biāo)如表7。

表7鍋爐技改后的運(yùn)行指標(biāo)

硫鐵礦∶磁鐵礦進(jìn)鍋爐溫度/℃出鍋爐溫度/℃進(jìn)過(guò)熱器煙氣溫度/℃投礦量/t·h-1汽包壓力/MPa過(guò)熱蒸汽溫度/℃日均發(fā)電量/kW5∶5717～690421～375520～507443.28～2.67429～409828006∶4680～603368～352427～413483.55～2.48416～402432005∶5850～777380～350530～510463.4～3.2446～4371595706∶4724～693410～377480～475483.5～3.05448～427136344設(shè)計(jì)指標(biāo)950360—383.82≤450254500

按全年320 d工作日，外購(gòu)電0.36元/kWh，脫鹽水處理成本2元/t計(jì)算，則：全年發(fā)電部分效益：(5 681-1 800)×24×320×0.36=1 073.02萬(wàn)元

全年飽和蒸汽回收效益：10×24×320×2=15.367萬(wàn)元

全年效益總計(jì)：1 073.02+15.36=1 088.38萬(wàn)元

5 結(jié)論

(1)生產(chǎn)實(shí)踐證明，此次摻燒磁硫鐵礦工業(yè)試驗(yàn)是成功的，如此大系統(tǒng)、大規(guī)模的摻燒磁鐵礦生產(chǎn)實(shí)踐在國(guó)內(nèi)同行業(yè)內(nèi)尚屬首次。

(2)磁鐵礦與硫鐵礦摻燒較好地解決了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整問(wèn)題，入爐原料有效硫可以在20%～42%之間調(diào)節(jié)，年硫酸產(chǎn)能可在20～40萬(wàn)t之間調(diào)節(jié)，年鐵焙砂產(chǎn)能可以在21～25.5萬(wàn)t之間調(diào)節(jié)，有效解決了目前硫酸市場(chǎng)產(chǎn)能過(guò)剩，產(chǎn)品滯銷(xiāo)的問(wèn)題。

(3)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有了較大改善，有價(jià)元素銅的回收率由30%提高至60%，鐵焙砂品位由59%提高至61%，鐵焙砂中銅的含量由0.48%降至0.15%以下。

(4)在進(jìn)行的4種摻燒配比試驗(yàn)過(guò)程中，結(jié)合硫酸及鐵焙砂的市場(chǎng)行情，在滿足磁鐵礦和硫鐵礦原料供應(yīng)的前提下，硫鐵礦和磁鐵礦在4∶6的情況下，效果最理想。

(5)摻燒試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了一些新問(wèn)題，如鐵焙砂含硫較高、發(fā)電量減少等，在進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造后，問(wèn)題得到較好地解決，但仍有進(jìn)一步提升的空間。為此建議：繼續(xù)探索用較低的成本降低鐵焙砂含硫的方法，進(jìn)一步提高鐵焙砂品質(zhì)；降低原料中鈣和無(wú)效硫的含量，從源頭上脫硫；根據(jù)市場(chǎng)的變化，通過(guò)成本效益核算，確定合理的摻燒比例作為生產(chǎn)組織的依據(jù)，最大程度地保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

Production practice of blending combustion of magnetite and pyrite

LI Lei-zhong

This paper focuses on the problems during pyrite roasting and acid-making production, including excess production capacity of sulfuric acid due to high sulfur content in the raw material and low copper recovery in slag. Blending combustion of magnetite and pyrite is adopted to adjust the proportioning of raw material, optimize product structure and improve the recovery of valuable metal elements.

magnetite, pyrite, blending combustion, acid-making; process improvement

李雷忠(1982—)，男，河南駐馬店人，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，從事企業(yè)管理工作，紫金礦業(yè)集團(tuán)青海有限公司總經(jīng)理。

2015-10-12

2016-04-26

TQ111.1

B

1672-6103(2016)04-0062-04