富氧技術(shù)在威爾茲窯的研究及應(yīng)用

劉志民，王 林

（云南云銅鋅業(yè)股份有限公司，云南 昆明 650000）

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)濕法鋅冶煉標(biāo)準(zhǔn)法工藝的鋅產(chǎn)量約150萬t/a，約占全國鋅產(chǎn)量25%。標(biāo)準(zhǔn)法通常為兩段硫酸浸出--火法處理浸出渣工藝。典型的火法設(shè)備有威爾茲窯和煙化爐兩種，其中威爾茲窯工藝發(fā)展歷史較為悠久，在國內(nèi)諸多的鋅冶煉企業(yè)廣泛應(yīng)用。威爾茲窯處理鋅浸出渣工藝，通常使用價(jià)格較高的焦丁，并且由于煙氣量大、筒體散熱大、不完全燃燒殘?zhí)驾^多等問題，導(dǎo)致該工藝能耗較大、生產(chǎn)成本較高。

1 富氧燃燒理論基礎(chǔ)

燃燒是由于燃料中可燃分子與氧分子之間發(fā)生高能碰撞而引起的,所以氧的供給情況決定了燃燒過程完成得是否充分。用比通常空氣(含氧21%) 含氧濃度高的富氧空氣進(jìn)行燃燒，稱為富氧燃燒，簡稱OEC。

2 威爾茲窯的工藝原理

常規(guī)鋅浸出渣的主要成分是ZnO·Fe2O3,鋅的主要存在形態(tài)為：ZnO·Fe2O3、ZnO·SiO2、ZnSO4、ZnO、ZnS。揮發(fā)窯處理鋅浸出渣一般是用用焦粉（或煤粉）作為燃料兼還原劑，鋅的化合物在窯內(nèi)下部分解生成ZnO，ZnO被C或者CO還原生成蒸氣，Zn蒸氣在要上空有被O2氧化，最終ZnO進(jìn)入煙氣系統(tǒng)，冷卻后利用收塵器捕集回收，得到ZnO粉煙塵。其主要反應(yīng)如下：

鋅浸出渣中的鋅主要以鐵酸鋅、硫酸鋅、硫化鋅、氧化鋅及硅酸鋅等形式存在，而鐵酸鋅中的鋅約占浸出渣含鋅總量的50%～60%，其反應(yīng)如下：

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)

44m威爾茲窯富氧試驗(yàn)第一階段實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)間為412.8小時(shí)。實(shí)驗(yàn)期間共處理浸出渣干重3022.11噸，消耗焦丁干重1073.51噸，消耗氧氣（氣態(tài)）117948m3。結(jié)合44m窯實(shí)際生產(chǎn)情況，逐步提高混氧后富氧濃度，將富氧空氣濃度由23%逐步提高至25%左右。44m威爾茲第二階段富氧試驗(yàn)時(shí)間為888小時(shí)，試驗(yàn)期間共處理浸出渣干重6845.07噸，消耗焦丁干重2508.8噸，消耗液氧237m3，折合氣態(tài)氧氣213.51m3/h。富氧濃度按照25%。

3.2 結(jié)果與討論

（1）工藝控制參數(shù)。在工藝控制條件上，富氧二階段試驗(yàn)風(fēng)壓、減壓前后壓力、窯頭供氧壓力、氧氣及窯身轉(zhuǎn)速變化不大。窯尾溫度相比富氧前提高106℃，相比富氧一階段提高57℃，布袋入口溫度相比富氧前提高26℃，相比富氧一階段提高8℃，布袋出口溫度相比富氧前提高11℃，相比富氧一階段有所降低。

（2）工藝技術(shù)指標(biāo)。第二階段富氧試驗(yàn)期間，窯渣含鋅1.02%、銦153.96g/t，相比較富氧前及一階段富氧試驗(yàn)，二者均有明顯降低。隨著處理量的增大，氧化鋅粉含F(xiàn)e有所升高，第二階段富氧試驗(yàn)期間，表冷粉含鐵4.96%相比較富氧前增大3.81%，比富氧一階段增大3.07%，布袋粉含鐵1.05%，相比富氧前增大0.68%，比富氧一階段增大0.6%，初步判斷為因富氧后隨著處理量的提高，煙氣量增加，導(dǎo)致煙氣流速提高所致。

表1 工藝控制條件情況

（3）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。從表2中可看出，富氧濃度由20.5%，提高至25%后，焦比指標(biāo)明顯下降5%～8%；鋅、銦回收率在第二階段摸索出操作經(jīng)驗(yàn)后，趨于穩(wěn)定，較富氧前有所提高。

表2 富氧前后工藝技術(shù)指標(biāo)

（4）分析結(jié)果。富氧改造前測試結(jié)果：根據(jù)熱平衡計(jì)算結(jié)果，分析威爾茲回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程的能量平衡，可知在能量投入方面，焦丁中所含碳的燃燒熱占主要部分（97.42%），浸出渣中可燃硫的燃燒熱只占較少部分（0.64%）；在能量損失方面，重點(diǎn)損失的地方為煙氣帶走的熱量（37.78%）、渣中殘?zhí)繉?dǎo)致機(jī)械不完全燃燒熱損失（30.35%）、回轉(zhuǎn)窯表面散熱（15.02%，包括冷卻水熱損失3.76%）。其中，殘?zhí)苛空伎偼度敫山苟×康?9.41%，相當(dāng)于每處理1噸浸出渣約損失干焦丁79.94kg。

富氧改造后結(jié)果：根據(jù)熱平衡計(jì)算結(jié)果，分析威爾茲回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程的能量平衡，可知在能量投入方面，焦丁中所含碳的燃燒熱占主要部分（97.42%），浸出渣中可燃硫的燃燒熱只占較少部分（0.59%）；在能量損失方面，重點(diǎn)損失的地方為煙氣帶走的熱量（40.06%）、渣中殘?zhí)繉?dǎo)致機(jī)械不完全燃燒熱損失（20.73%）、回轉(zhuǎn)窯表面散熱（11.75%，包括冷卻水熱損失3.76%）。其中，殘?zhí)苛空伎偼度敫山苟×康?4.73%，相當(dāng)于每處理1噸浸出渣約損失干焦丁35.71kg。

4 結(jié)論

鋅浸出渣揮發(fā)窯采用富氧后，富氧濃度由21%提高至25%，浸出渣處理能力提高20%～40%，且確保主要有價(jià)金屬鋅、銦回收率；固體燃料率（焦率）可降低5%～6%；熱利用效率大幅度提升，生產(chǎn)成本明顯下降。

[1]沈光林.膜法富氧技術(shù)用于節(jié)能研究[J].節(jié)能,1996,(9):29 -30.

[2]陳永星,范正赟,劉征建,張建良.《高爐富氧鼓風(fēng)技術(shù)的理論分析*》( 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院).