富氧側吹爐處理含銅渣料的工藝設計

劉生長

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

1 引言

目前我國鋅冶煉廠大部分采用濕法冶煉。傳統的濕法冶煉采用硫化鋅精礦流態化焙燒，然后經浸出、凈化后再電積。該工藝成熟可靠，操作簡單，但該生產工藝會產出大量酸浸渣、銅鎘渣等危廢物料［1］；全濕法煉鋅工藝采用硫化鋅直接浸出，然后凈化再電積。該工藝流程短，占地面積少，金屬浸出率高，特別是無氣型污染，具有明顯的環保優勢，但生產中同樣有尾礦渣和硫渣產出［2］。

不論是傳統濕法煉鋅還是全濕法直接浸出煉鋅工藝，都存在產出大量浸出渣的問題，一般每生產1t鋅會產生0.85～1t鋅浸出渣。這些鋅浸出渣中含有鋅、鉛、銀、銅、銦等有價金屬，仍具有很好的資源價值和經濟價值；國家環保政策也要求鋅浸出渣必須經過無害化處理，不允許永久堆存［3］。

目前處理鋅浸出渣的工藝主要有回轉窯法［4］、煙化爐法［5］、基夫賽特法［6］等。但回轉窯法存在能耗高，銀、銅等回收率低，回轉窯維修工作量大，作業環境較差等問題，回轉窯工藝已被國家列入淘汰工藝目錄；我國的云南某公司采用煙化爐法處鋅浸出渣和鉛鼓風爐渣，投產以來，生產穩定，但也存在能耗高、床能力較低、爐壽偏短等問題；而基夫賽特法在煉鉛的同時可搭處理大量鋅浸出渣，適合鉛鋅聯合冶煉企業。近年來，富氧側吹爐在我國得到了快速發展和應用，一種環保、節能、有價金屬綜合回收好的渣處理工藝即富氧側吹法正在興起，目前國內已有幾個鋅冶煉企業進行了工業化試驗，均取得較好的技術經濟指標。

2 原料

本設計的物料為：國內某廠直接氧壓浸出煉鋅過程產出的尾礦渣、硫渣和銅渣。

表1為尾礦渣成分表，表2為硫渣成分表，表3為銅渣成分表。

表1 尾礦渣的化學成分 %

表2 硫渣的化學成分 %

表3 銅渣的化學成分 %

3 工藝選擇

從原料成分表可看出，尾礦渣中的鉛鋅總含量只有12%左右，而銀含量較高，因此回收銀成為工藝選擇的重點。根據生產實際，浸出渣中的銀還原揮發進入煙塵，揮發率一般不高，在操作較好時才可達到60%～70%，且回收的煙塵仍需返回濕法浸出，銀又再次回到浸出渣中，采用還原揮發法處理渣料只能富集部分銀，無法得到銀產品。因此本設計考慮利用熔煉時產出的粗鉛或冰銅來捕集金屬銀，銀最終進入鉛或銅，經電解后從陽極泥中得到回收，銀回收率可達85%～90%。

硫化鋅精礦中的銅在直接氧壓浸出煉鋅流程中最終以銅渣的形式分離出來，含銅30%～40%。硫渣是直接氧壓浸出煉鋅的熱硫過濾時產出的渣，含S量高達40%。本設計將這三種渣混合一起處理，可提高混合爐料中含Cu品位，側吹爐熔煉時可產出冰銅，硫渣中的硫燃燒提供熱量可代替部分燃料煤，同時提高煙氣中SO2濃度，煙氣可送制酸。

因此，本設計采用富氧側吹爐熔煉含銅渣料，可綜合回收其中的鉛、鋅、銅、銀、硫等多種有價元素，滿足國家日益嚴格的環保要求。

4 工藝流程設計

4.1 尾礦渣干燥與配料

尾礦渣經壓濾后含水約25%，入爐前需進行干燥。尾礦渣采用抓斗吊車上料，送轉筒式干燥機內進行干燥。干燥后尾礦渣含水約12%。干燥機采用天然氣作燃料。

4.2 富氧側吹熔煉

干燥后的尾礦渣與銅渣、硫渣等混合后，配入石英石、硫鐵礦和碎煤，經制粒后爐料連續加入側吹爐內進行熔煉。為了提高熔煉強度，減少煙氣量，降低能耗，采用富氧空氣供風。在高溫熔煉下，浸出渣中約80%的銅富集并生成含銅25%～30%冰銅，爐料中70%～80%的銀富集進入冰銅。冰銅經溜槽放出后外售給銅冶煉廠進一步處理回收銅銀。浸出渣的硫除一部分進入冰銅，其他大部分進入煙氣，經余熱回收和收塵后可直接送制酸系統。浸出渣的鉛、鋅、鍺等金屬在高溫環境下大部分進入煙塵即氧化鋅塵，其余均留在渣中。

由于硫渣中含有大量的單質硫，加入爐內即燃燒發熱，可代替部分燃料煤。但考慮單質硫在爐內燃燒不充分，設計上延長熔煉爐的煙道，以充分燃燒浸出渣中的硫。煙塵中的鋅、鍺等有價金屬經過循環富集，金屬品位提高后，可送鋅系統浸出處理或堆存外售。圖1為含銅渣料處理工藝原則流程圖。

圖1 含銅渣料處理工藝原則流程圖

5 主要設備

本工藝設計含銅渣料處理的核心設備是1臺富氧側吹熔煉爐。見圖2側吹熔煉爐。

富氧空氣從熔煉爐側墻上位于靜置熔體平面以下約0.50m處的風口送入爐內，使熔池內上層熔體強烈鼓泡與激烈攪動。固體爐料加入到溫度為1100～1500℃攪拌著的熔融爐渣的熔池中，爐料的顆粒或其聚合體被爐渣濕潤，靠爐渣與爐料顆粒之間的溫度差加熱。易熔的組分（硫化物）熔化，在爐渣中形成金屬液滴。高熔點成分、燃料等，靠強烈的攪拌或熔于爐渣、或燃燒、或與爐渣中的氧反應。往爐渣熔體吹入的氣體在相界面與爐渣作用，相應地改變液相和氣相的成份，直至在兩相之間建立化學平衡。因為相界面的面積大，且氣體給予熔池很高的攪拌能，加快了爐內的傳熱和傳質過程，各相的組成均趨向于平衡，相的分離過程也大為加快。

富氧側吹熔煉爐的特點在于爐內熔池被在一定高度鼓入的風分為兩層。上層被氣體攪拌得到紊流運動。向該熔體層加入爐料，并在其中實現熔體和加入爐料之間及熔體和吹入氣體之間的傳熱和傳質過程。當在上部攪拌層中形成所需攪拌能的均勻分布時，在整個熔體中反應的速度會增加很多倍。這是由于對熔體的攪拌會使加入的固體和液體、以及氣體在整個上層熔體中迅速分散并均勻分布，從而使相界面的面積大為增加。在向熔體鼓風的標高以下，存在一個與上層相比攪拌程度很小的下層熔體。在此下部平靜的區域內，在上層因強制長大的不同液相珠滴，會按比重的差別發生迅速分離。在富氧強化熔煉條件下，富氧側吹熔煉爐床能率達40～50 t/m2·d。

圖2 側吹熔煉爐

6 主要技術指標

主要技術指標見表4。

表4 主要技術指標表

7 結論

采用富氧側吹法處理含銅渣料，能很好地解決鋅冶煉企業處理鋅浸出渣所面臨的環保、有價金屬綜合回收低以及生產成本高等問題，具有較好的應用前景。

（1）采用富氧側吹熔煉處理含銅渣料可產出冰銅，銅的回收率＞85%，銀的回收率＞80%，鋅和銀的回收率＞64%，綜合回收好。

（2）側吹爐熔煉工藝采用富氧空氣熔煉，可提高生產能力，減少燃料消耗，降低生產成本；原料適應性強，產出的煙氣含SO2濃度高，可直接制酸；對浸出渣進行無害化處理，滿足環保要求。