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      江銅鉛鋅基夫賽特工藝10 年生產(chǎn)實踐

      2024-01-07 13:45:02李樣人荊旭冬
      山西冶金 2023年11期
      關(guān)鍵詞:冰銅賽特爐料

      李樣人,荊旭冬

      (江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司,江西 九江 332500)

      0 引言

      21 世紀(jì)初,作為特大型有色金屬聯(lián)合企業(yè)的江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司實施“相關(guān)多元”戰(zhàn)略,于2009年在江西省九江市湖口縣組建鉛鋅聯(lián)合冶煉廠(簡稱江銅鉛鋅),建設(shè)20 萬t/a 鉛鋅聯(lián)合冶煉及含鉛鋅物料資源綜合利用項目,其中鉛、鋅各10 萬t/a,鉛廠采用基夫賽特直接煉鉛工藝,鋅廠采用常規(guī)濕法煉鋅工藝[1-3]和一些先進(jìn)的自動化技術(shù)[4-7],于2011 年4 季度建成投產(chǎn)。

      本項目采用鉛鋅聯(lián)合冶煉工藝,通過基夫賽特爐處理鋅廠的浸出渣,鋅廠處理鉛廠產(chǎn)出的含鋅煙灰[8],在工廠內(nèi)部建立物料循環(huán)系統(tǒng),實現(xiàn)鉛、鋅系統(tǒng)物料的閉路循環(huán),提高了有價金屬的綜合回收效率,實現(xiàn)了資源利用最大化和“三廢”排放最小化,契合清潔生產(chǎn)的要求。該工藝的應(yīng)用,對推動我國鉛鋅行業(yè)的“節(jié)能減排”工作具有重大意義。

      1 江銅鉛鋅基夫賽特爐工藝過程

      如圖1 所示,基夫賽特工藝主要包括:物料及熔劑的混合配料(配料系統(tǒng)),爐料干燥球磨,爐料、焦炭和氧氣混合投料(投料系統(tǒng)),以及基夫賽特閃速熔煉、爐渣煙化吹煉、收塵和返塵系統(tǒng)、余熱回收、連續(xù)脫銅精煉等工序?;蛸愄毓に噷υ嫌袕V泛的適應(yīng)性,能處理多種復(fù)雜物料,如:鉛精礦、復(fù)雜礦、復(fù)雜鉛鋅物料、含鉛渣料等。

      圖1 基夫賽特工藝流程圖

      1.1 混合配料工序

      為實現(xiàn)基夫賽特物料成分精細(xì)化控制,爐料采用倉式配料法,使用計算機軟件和人員監(jiān)控操作來完成配料過程。配比適合的爐料經(jīng)初篩后,通過皮帶輸送機送至干磨工序處理,焦炭經(jīng)過干燥篩分后,一部分由計量皮帶加入噴嘴進(jìn)入反應(yīng)區(qū)形成熱焦濾層,另一部分則投入基夫賽特爐電熱區(qū)。

      1.2 干燥球磨工序

      爐料經(jīng)過配料后,采用φ3 000 mm×23 000 mm的蒸汽干燥機進(jìn)行干燥,使?fàn)t料水分<1%。干燥后的爐料進(jìn)入球磨,再通過篩分得到粒度在1~2 mm 的爐料,然后采用正壓氣力輸送到基夫賽特爐爐頂料倉或大儲料倉存儲。

      1.3 基夫賽特爐熔煉工序

      基夫賽特爐熔煉工藝設(shè)備如圖2 所示,按冶煉功能分為熔煉區(qū)和電熱區(qū)兩部分。熔煉區(qū)主要由反應(yīng)塔、沉淀池、豎煙道等組成;電熱區(qū)主要由爐頂、爐墻、沉淀池和電極系統(tǒng)等組成。熔煉區(qū)沉淀池和電熱區(qū)沉淀池一體連通,運行時渣層淹沒隔墻水套,使二者爐膛空間隔離。

      圖2 基夫賽特爐工藝設(shè)備圖[9]

      經(jīng)精準(zhǔn)計量的爐料和氧氣由4 個文丘里型噴嘴投入反應(yīng)塔,完成熔化、氧化脫硫、分解、交互、造渣等反應(yīng)。焦炭顆粒大,下落速度快,且外表發(fā)生氧化放熱反應(yīng),落入沉淀池表面形成灼熱的焦濾層。焦濾層的形成是基夫賽特工藝的重要技術(shù)特點之一,其中80%~85%的氧化鉛在焦濾層被還原,剩余的則在電爐區(qū)被還原,而反應(yīng)塔區(qū)煙氣會被隔墻分開,熔體則在液面勢能差的作用下自發(fā)進(jìn)入電熱區(qū)。

      在電熱區(qū)存在渣中未還原的氧化鉛被焦炭再次還原、渣鉛的重力分離、渣中的部分氧化鋅被還原揮發(fā)等過程,電熱區(qū)分層的上浮渣和爐底鉛將從渣口和鉛口間斷排出。

      在基夫賽特爐的反應(yīng)塔區(qū),會產(chǎn)生含有SO2的煙氣,這些煙氣被引入廢熱鍋爐,通過回收余熱來產(chǎn)生中壓蒸汽進(jìn)行發(fā)電,再將經(jīng)電除塵器收塵后的煙氣通往硫酸車間制酸,回收的煙塵則直接返回到基夫賽特爐的反應(yīng)塔區(qū)。

      電熱區(qū)還原產(chǎn)生的鋅蒸汽需要通過鼓入空氣使其氧化成氧化鋅煙塵,再經(jīng)過收塵、凈化系統(tǒng)捕集后運往鋅廠,經(jīng)過降溫、凈化后的煙氣已達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn),最后被放空處理。

      1.4 粗鉛連續(xù)脫銅精煉工序

      基夫賽特爐爐底的粗鉛采用打孔方式從鉛口排出,以熔融態(tài)進(jìn)入連續(xù)脫銅爐。鉛液在連續(xù)脫銅爐內(nèi)循環(huán)流動[10],通過向爐內(nèi)加入硫磺使粗鉛中的銅轉(zhuǎn)化為冰銅達(dá)到除銅目的。脫銅后粗鉛w(Cu)一般控制在0.1%以內(nèi),然后加入熔鉛鍋并用鉛泵泵入陽極澆鑄鍋,再通過立模澆鑄機鑄成大陽極板,大陽極板每塊大約重370 kg。冷卻后的陽極板通過自動輸送線送至鉛電解工序,電解后的殘陽極通過自動輸送線返回加入熔鉛鍋中重鑄陽極。基夫賽特爐與連續(xù)脫銅爐的3D 效果如圖3 所示。

      圖3 基夫賽特爐與連續(xù)脫銅爐3D 效果[11]

      1.5 煙化爐吹煉工序

      設(shè)置一座18 m2的煙化爐貧化基夫賽特爐中富含金屬的熱渣,這些熱渣通過溜槽間歇排入煙化爐中進(jìn)行吹煉。煙化爐的吹煉過程就是有價金屬的還原揮發(fā)過程,還原劑主要采用粉煤。生產(chǎn)時粉煤通過環(huán)狀天平計量后,由輸送載體一次空氣送入噴嘴混合室內(nèi)與二次空氣混合。粉煤輸送氣流壓力一般在0.6~0.8 MPa,鼓入煙化爐載煤的一次空氣和二次空氣壓力約為0.1 MPa,能很好地分散粉煤,鼓動爐內(nèi)的渣熔體,完成金屬氧化物的還原揮發(fā)過程。煙化爐吹煉產(chǎn)生的高溫?zé)煔?,先?jīng)余熱回收,再經(jīng)凈化系統(tǒng)處理,余熱回收和凈化系統(tǒng)收集的次氧化鋅煙塵將送往鋅廠處理,而煙化爐產(chǎn)生的水淬渣,則通過皮帶輸送機送往堆場堆存或出售。

      2 基夫賽特工藝生產(chǎn)實踐

      2.1 生產(chǎn)運行情況

      江銅鉛鋅基夫賽特爐在2012 年2 月完成初期工作,隨后在3 月份進(jìn)行投料試運行,并初步檢驗基夫賽特工藝實際生產(chǎn)運行情況。自2012 年起,該爐已經(jīng)運行了11 年,分別在2014 年、2018 年、2021 年進(jìn)行3 次停爐檢修如表1 所示。

      表1 基夫賽特爐歷次停爐檢修情況

      2.2 生產(chǎn)中遇到的問題

      在運行期間出現(xiàn)了一些設(shè)備問題和工藝問題。

      1)基夫賽特鍋爐漏水,在鍋爐制作安裝過程中可能出現(xiàn)了問題,基夫賽特鍋爐上升段同一根鍋爐管發(fā)生多次漏水。

      2)熔池爐結(jié)多,對熔體排放產(chǎn)生不利影響。

      3)焦濾層的低效運行導(dǎo)致爐渣中的鉛含量較高。

      4)因鍋爐和電除塵器中結(jié)垢多,不得不中斷爐子的運行來進(jìn)行清理。

      5)電極斷裂次數(shù)和消耗量過多。

      2.3 基夫賽特工藝的技術(shù)進(jìn)步

      面對生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題,該公司成立了一個技術(shù)小組對工藝進(jìn)行進(jìn)一步的揣摩和理解,開展了大量研究并積極嘗試新的辦法,解決生產(chǎn)中的問題,使生產(chǎn)達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

      1)掌握基夫賽特反應(yīng)的控制方法,使?fàn)t結(jié)控制得到明顯改善,生產(chǎn)量得到顯著提高,每天的投料量由設(shè)計的1 164 t 增加至1 250 t 以上。

      2)基夫賽特爐設(shè)計每年處理鋅廠10 萬t 鋅產(chǎn)生的渣料,2022 年鋅渣處理量可平衡13 萬t 鋅的產(chǎn)量。渣料處理量的大幅增長,使得基夫賽特入爐物料結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,含Pb 品位由設(shè)計的30%下降至20%。

      3)焦濾層運行效率的提升,使基夫賽特爐渣w(Pb)優(yōu)于4%的設(shè)計值,可控制在2%~3%。

      4)基夫賽特爐的生產(chǎn)時間由原先的2 年一次檢修延長至4 年一次檢修。

      5)在電爐側(cè)墻上設(shè)置了兩個直徑為40 mm 的放冰銅口,開展基夫賽特爐直接造冰銅的生產(chǎn)實踐,產(chǎn)出含Cu 品位40%的冰銅。

      3 結(jié)語

      經(jīng)過10 年的生產(chǎn)實踐,充分證明了基夫賽特工藝具備能源利用率高、原料適應(yīng)性強、鋅浸出渣處理能力高、運行成本低、整體綜合回收能力強等優(yōu)勢。目前,國內(nèi)外鉛礦的加工費維持低位,接下來公司將進(jìn)一步增強綜合回收能力,在加大基夫賽特爐冰銅產(chǎn)出的同時,研究冰銅的深度處理工藝,以進(jìn)一步回收鉛、鋅、銀、銦等金屬,找到砷、硒回收處理的具體解決方案。

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