卡爾多爐處理鋅氧浸渣及中浸渣工藝的研究

陳阜東

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙 410011)

1 引言

我國為世界鉛鋅生產大國，但不是鉛鋅強國［1］。目前存在的突出問題是:

(1)成本不斷提高。原輔助材料、能耗價格、勞動力、財務費用等成本上升，我國鉛鋅工業過去因低成本承接國外產能轉移的發展環境已不復存在。

(2)產能過剩壓力凸顯，市場需求增速放緩。面對資源、環境和成本的三大挑戰，全球經濟放緩，需求下降。

(3)重金屬污染治理形勢空前嚴峻。有效防治重金屬污染已成為鉛鋅企業生存和發展的生命線，受重金屬污染控制指標、降低CO2排放強度和污染物排放種類的要求，鉛鋅冶煉企業的環保壓力將進一步加大。

面對突出的問題，要充分發揮現有技術優勢，取長補短、優化工藝，實現集成創新，創造適合我國國情的高效節能環保低碳的鉛鋅聯合冶煉新技術，合理利用鉛鋅冶煉的特點，不斷提高資源綜合利用水平，降低生產成本，增強企業競爭力。

目前，國內鉛、鋅冶煉企業生產的主金屬鉛、鋅都是虧損的，利潤都在礦山，原因是加工費都大于精礦與產品的差價，要能夠維持鉛、鋅冶煉企業的生產運行，主要靠綜合回收有價金屬，而鋅浸出渣的處理是回收有價金屬的必然途徑。國內鋅浸出渣的處理一般采用揮發窯傳統法［2］，該方法存在煤或焦消耗大，耐火材料損耗大，大氣量的低濃度SO2尾氣的排放問題。由于煤或焦價格上漲及日益嚴格的環保要求，需處理低濃度SO2尾氣，渣處理的傳統法生產成本已為整個濕法鋅冶煉成本的40% ～50%，因此，選擇一種先進、節能、環保處理鋅浸出渣的方法對鋅冶煉企業是至關重要的。

國外有兩種用于鋅浸出渣處理的先進方法［3］，一種方法是加拿大科明科公司Trail廠采用的基夫賽特爐煉鉛精礦搭配處理鋅浸出渣，國內江西銅業鉛鋅金屬公司、株洲冶煉集團也引進了這種技術，工廠已投產，該方法適合于大規模鉛鋅聯合企業。另一種方法是韓國鋅業公司采用Ausmelt爐單獨處理鋅浸出渣。由于韓國鋅業公司已擁有該技術的80%專利權，該技術尚未能在世界其它地區推廣。國內正在研究開發鋅浸出渣處理的其它方法，采用富氧側吹爐單獨處理鋅浸出渣，研發氧化段與還原段的雙區爐，產出小氣量的含SO2＞3%煙氣送沸騰焙燒制酸，同時強化熔煉回收有價金屬。

卡爾多爐特別適應于處理含 Pb、Zn、Cu、Bi、Sb、Au、Ag等廢雜物料，利用卡爾多爐對原料適應性強的特點，搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣，可使鉛、鋅冶煉企業的物料互補，由于取消了還原段，煙氣可連續穩定送制酸，可以使卡爾多爐的操作更加簡化，以充分發揮現有技術優勢，提高資源綜合利用水平，取代揮發窯處理鋅浸出渣，將降低鋅冶煉的生產成本。

2 卡爾多爐生產系統

卡爾多爐生產系統一般由8個部分組成［4］，即原料制備系統、加料系統、卡爾多爐系統、煙氣凈化系統、泥渣處理系統、通風除塵系統、熔體搬運系統及渣造粒系統。

(1)原料制備系統:原料經預處理配料送往一段干燥窯，水份降至6% ～7%，再送往二段干燥窯，保證原料含水＜1%，當原料含水＜10%時，可直接送二段干燥窯，燃料采用天然氣，干燥窯煙氣經布袋收塵后達標外排。

(2)加料系統:干燥好的原料經篩分，篩下物進貯料倉，原料經精礦加料器送入精礦噴槍噴入卡爾多爐，篩分后的粗料、熔劑及浮渣等可以通過箕斗提升機加入爐內。

(3)卡爾多爐系統［5］:卡爾多爐系統包括1臺卡爾多爐和2支噴槍，1支為精礦噴槍，另1支為氧油噴槍。卡爾多爐是一個襯有耐火磚的鋼制容器，可進行360°的仰俯，生產中可按合適的爐體角度進行裝料、熔煉及出渣，卡爾多爐熔煉作業時，與水平成28°角轉動，頂部設有正常排煙口。噴槍可沿機架在液壓裝置驅動下移出或移入爐內，噴槍用水進行冷卻，因而可承受爐內的高溫。爐內產出的熔體倒入抬包，抬包放在抬包車上，在爐子下部進出。

(4)煙氣凈化系統:由1個水冷集煙罩、可調文丘里、文丘里風機及泵組成，煙氣經集煙罩后進入聚冷器，然后經可調文丘里洗滌得到冷卻和凈化，煙氣送制酸進一步凈化，收集的粉塵變成泥漿送濃密過濾。

(5)泥渣處理系統:包括1臺濃密機、循環管路、泵及1臺壓濾機，文丘里洗滌泥漿進濃密機，溢流水返回文丘里循環使用，壓濾機將濃密底流壓成濾餅，回收的濾餅煙塵送干燥。

(6)通風除塵系統:包括布袋收塵器、環保煙罩、風機等，卡爾多爐物料輸送都是密閉的，通風收塵管道都保持微負壓，以防止煙塵外逸。

(7)熔體搬運系統:利用橋式起重機吊運抬包。

(8)渣造粒系統:渣倉由橋式起重機吊運傾翻，在溜槽上有一股很強的水流，渣被快速冷卻固化形成小顆粒沖入渣池。

3 有關計算及參數

卡爾多爐處理鋅氧浸渣及中浸渣的有關計算及參數。

(1)處理量:鋅氧浸渣 18000t/a(Zn2%、Zn360t/a、S80%、S14400t/a)、中 浸 渣 60000t/a(Zn20%、Zn12000t/a、S2%、S1200t/a)，鋅氧浸渣與中浸渣混合料含Zn15.85%、含S20%，處理混合料32.5t/爐。

(2)工作制度:300d/a，24h/d，8 爐/d。

(3)卡爾多爐熔煉脫硫率按92.5%計，制酸煙氣量是25000Nm3/h，進入煙氣總硫量78000×20%×92.5%=14430t/a，折硫酸產量42727t/a(100%H2SO4)，氧化段煙氣SO2濃度計算:

(4)卡爾多爐一個爐期用氧量情況見表1。

表1 卡爾多爐一個爐期用氧量情況表

4 能耗指標比較

方案一:揮發窯處理中浸渣;

方案二:卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣+煙化爐。

兩種方案只比較處理渣料至產出氧化鋅產品能耗指標，不比較生產硫酸及尾氣處理的能耗指標，具體見表2。能耗指標參考韓國鋅業公司Ausmelt爐渣煙化生產數據。

表2 能耗指標比較表

圖1 卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣工藝流程圖

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

5 工藝流程

卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣工藝流程圖見圖1。

6 工藝過程描述

卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣生產工藝:主要有配料及干燥，卡爾多爐熔煉，煙氣凈化、制酸、煙化爐還原主要生產過程。

(1)配料及干燥:鋅氧浸渣及中浸渣經圓盤配料進入回轉窯干燥，燃料采用天然氣，采用二段干燥，以保證干燥后物料水份小于1%。由于蒸汽干燥機干燥鋅氧浸渣及中浸渣存在下料不暢，干燥效果差等問題，而采用回轉窯單獨干燥鋅氧浸渣，因其含硫高，容易著火。故采用鋅氧浸渣與中浸渣混合后回轉窯干燥，既解決了下料不暢的問題，也不會著火，干燥效果好。

(2)卡爾多爐熔煉:干燥后的物料經精礦加料器，通過噴槍加入卡爾多爐，物料在噴槍口與加入的氧氣進行閃速熔煉，依靠鋅氧浸渣中硫燃燒放熱來加熱熔化物料，同時產生SO2煙氣可直接送二轉二吸制酸。

(3)煙氣凈化:含SO2煙氣經水冷直升煙道冷卻進入可調文丘里洗滌，洗滌煙塵經濃密過濾送配料，凈化煙氣經文丘里風機送制酸。

(4)制酸:由于在卡爾多爐熔煉中只有氧化過程，沒有還原過程，因此，煙氣含SO2濃度是連續的，不需要煙氣冷凝生成液體SO2的過程，含SO2煙氣可直接送二轉二吸制酸。

(5)煙化爐還原:卡爾多爐產出的熔煉渣采用渣包間斷吊入煙化爐中，采用粉煤還原，煙氣經余熱回收及布袋收塵后送硫酸尾吸外排，收下的煙塵主要為氧化鋅返回鋅冶煉，渣經水碎后外售。

7 結語

卡爾多爐搭配處理鋅氧浸渣及中浸渣生產工藝具有如下特點:

(1)充分利用發揮現有卡爾多熔煉技術，提高資源綜合利用水平，降低生產成本。

(2)利用鋅氧浸渣中硫代煤或焦，可以達到自熱閃速熔煉，可節省大量焦或煤。

(3)熔煉煙氣含SO2濃度高可以滿足二轉二吸制酸要求，不需要大氣量低濃度SO2煙氣治理，由于熔煉只有氧化階段，沒有還原階段，因此煙氣含SO2濃度是穩定的，不需要部分煙氣經SO2冷凝系統，熔煉煙氣可以連續制酸。

(4)工藝流程短，設備簡單，操作容易，環保條件好，為鋅浸出渣的處理提供了一種環境友好型，能源節約型的清潔生產工藝。

［1］康義.中國鉛鋅工業發展現狀及趨勢［C］//全國第十二屆鉛鋅冶金學術年會.北京:中國有色金屬學會重有色金屬冶金學術委員會，2013.

［2］彭容秋.鉛鋅冶金學［M］.北京:科學出版社，2003:332-333.

［3］晏祥樹，陳春林.鋅浸出渣火法處理工藝探討［J］.中國有色冶金，2012(5):58-62.

［4］陳阜東.卡爾多直接煉鉛工藝［J］.工程設計與研究，2006(3):11-13.

［5］張樂如.鉛鋅冶煉新技術［M］.長沙:湖南科學出版社，2006:90-93.