煙化爐硫化揮發(fā)處理低錫物料工藝的設計研究

李 亮

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410011）

1 引言

錫是古老而稀少的金屬，地殼中錫的豐度約為2×10-6，中國是世界上最早生產錫和使用錫的國家之一，采用黏土豎坑爐進行煉錫。19世紀初英國首先采用反射爐煉錫。由于反射爐煉錫簡單，對物料適應性強，可處理任何類型的物料，因而得到了廣泛的使用，至今仍是煉錫工業(yè)的主要手段。隨著錫礦資源的不斷開采，高品位礦石不斷減少，脈錫礦石增加，各國錫冶煉工作者對低品位含錫物料冶煉工藝和設備進行了深入研究，各種先進的煉錫新方法不斷涌現(xiàn)。

目前，各國低品位含錫物料（Sn:3%～30%）的處理和研究方法主要有三類：

（1）濕法冶金，即將錫轉化成可溶錫加以回收，當前采用濕法冶金處理低錫物料尚處于研發(fā)階段［1］；

（2）“云錫氯化法”（高溫氯化焙燒工藝），由云南錫業(yè)公司1973年采用煙化爐處理錫中礦（約3.5%Sn）獲得成功，適用于錫冶煉系統(tǒng)難以處理的低品位（約1.5%Sn）和高雜質（尤其是高砷高鐵）含錫物料的方法［2］；

（3）硫化揮發(fā)，使錫成為硫化物揮發(fā)，與雜質分離，1954年蘇聯(lián)首先采用煙化爐硫化揮發(fā)處理錫貧渣成功，從此煙化爐硫化揮發(fā)回收錫被世界各國煉錫冶煉廠廣泛采用［3］。

我國主要的煉錫廠在20世紀60年代開始推廣使用鋼水套煙化爐硫化揮發(fā)工藝。云南錫業(yè)公司第一冶煉廠［4］采用煙化爐處理含錫8%～10%的粗煉富渣和含錫3%～6%的富錫中渣，煙化爐爐床能力達18～25 t·(m2·d)-1，錫回收率96%以上，棄渣含錫低于0.1%。柳州華錫集團來賓冶煉廠［5］采用3.9m2煙化爐處理反射爐富渣、電爐渣和保溫爐富渣，通過工藝控制參數(shù)的優(yōu)化實現(xiàn)了爐床能力由11.74～13.93 t·(m2·d)-1提高到16.17～24.54 t·(m2·d)-1， 燃煤率由 35.09% ～ 54.23% 降低到27.54%～35.06%，棄渣含錫≤0.2%。但由于主體的硫化揮發(fā)煙化爐采用鋼水套，爐體的壽命短，檢修頻率高，作業(yè)率低。

結合傳統(tǒng)煙化爐的不足，采用銅水套煙化爐進行低錫物料的處理，論述了煙化爐處理低錫物料硫化揮發(fā)的主要設計參數(shù)的確定，并通過新技術裝備的應用來提高低錫物料冶煉技術的發(fā)展，供今后同類工程設計時參考。

2 物料性質

2.1 錫爐渣

煙化爐所用原料為江西某廠自有鼓風爐產出的熱渣以及外購的鼓風爐冷料錫爐渣，具體化學成分見表1。建設規(guī)模：熱渣約為360t/d，渣溫為1250℃；半冷半熱渣（冷熱渣比為1∶1）約為300t/d；全冷渣約為240t/d。

表1 錫爐渣的化學成分

2.2 輔助材料

煙化爐采用塊狀硫精礦（成分：硫為35%，鐵為40%）作揮發(fā)劑，用粉煤作燃料和還原劑，粉煤粒度85%小于0.074mm，灰份化學成分為：SiO2:10.42%，CaO：0.69%，F(xiàn)eO:2.06%，S:3.72%。

3 工藝方案選擇

目前錫爐渣冶煉主要采用火法冶煉，包括反射爐熔煉、電爐熔煉、回轉窯熔煉和煙化爐熔煉。若采用反射爐熔煉，優(yōu)點在于對原料要求不嚴（可處理粉礦，對粒度和水分無特殊要求），設備操作方便，適應強，但爐床能力低，反應強度低，燃煤率高，主要用于含鐵高含錫物料還原熔煉產粗錫［6］；電爐熔煉通常為電弧電阻爐，熔池中電能直接轉變?yōu)闊崮埽m用于熔點較高的含錫物料；且反射爐熔煉、電爐熔煉和回轉窯熔煉存在的共同特點是產出的爐渣中含錫較高（1%～2%），需要進一步處理。煙化爐硫化揮發(fā)法處理錫爐渣，是從煙化爐兩側向爐內熔融的錫爐渣鼓入高壓空氣和燃料（通常為粉煤）的混合物，使其強烈攪拌，并在適宜的時間加入硫化機，使渣中的錫轉變?yōu)榱蚧瘉嗗a（SnS）揮發(fā)，部分錫以氧化亞錫（SnO）形式揮發(fā)，最后在空氣中氧化為氧化錫（SnO2）煙塵捕集，廢渣含錫較低（＜0.1%）。因此，針對該物料特點采用煙化爐硫化揮發(fā)工藝，產出氧化錫（SnO2）煙塵，廢渣水淬后外售。

4 煙化爐生產工藝過程

錫爐渣煙化爐主要處理鼓風爐熔煉的熱渣和外購的冷料渣。本項目設置了1臺煙化爐（12m2）、2個粉煤倉和2套給煤機裝置，粉煤制備利用該廠原有的粉煤制備車間。鼓風爐熔煉后的熱渣通過鼓風爐溜槽流進渣包，然后用吊鉤橋式起重機（25/5t）將渣包中的熱渣吊運至煙化爐溜槽流入煙化爐內。冷料渣和硫化劑則由汽車運至廠房內指定地點堆存，在大傾角波紋擋邊皮帶輸送機上部設置冷料渣倉2個和硫化劑倉1個，加冷料渣和硫化劑時，用裝載機將堆存的冷料渣和硫化劑稱量后分別加入到各自的倉內，然后通過大傾角波紋擋邊皮帶輸送機、水平膠帶輸送機和溜管將冷料渣送入煙化爐內。

煙化爐采用間斷作業(yè)方式，操作周期：120～180min，其中加料時間15～75min，吹煉時間為90min，放渣時間為15min。

煙化爐吹煉用的空氣由設在煙化爐風機房的離心鼓風機供給。

煙化爐吹煉用粉煤由粉煤制備車間經氣力輸送裝置送至粉煤倉，粉煤通過螺旋給料機計量后由一次空氣通過螺旋泵送入噴嘴，在噴嘴內再與二次空氣混合后鼓入煙化爐內。

煙化爐及其余熱利用裝置余熱鍋爐采用煙化爐-余熱鍋爐一體化裝置，該裝置能有效回收吹煉產出的高溫煙氣余熱，產生的煙氣經余熱鍋爐回收余熱后，煙氣進入袋式除塵器進行煙氣收塵，煙氣收塵后的煙氣則通過風機后進入尾氣處理系統(tǒng)，袋式除塵器收下的煙塵通過氣力輸送送至指定地點。

煙化爐吹煉所產生的爐渣有價金屬含量低，沒有回收價值，直接作棄渣處理。采用渣?；到y(tǒng)，減少循環(huán)水量的消耗，大大改善現(xiàn)場的操作環(huán)境。具體配置如圖1所示。

圖1 煙化爐硫化揮發(fā)工藝配置圖

5 主要設備

煙化爐及余熱鍋爐一體化裝置由煙化吹煉池、直升煙道、煙氣冷卻室、省煤器、鍋爐內循環(huán)管路、汽包等部分組成。煙化吹煉池為矩形水冷箱式結構。煙化爐設有熱渣口、冷料口和硫精礦加料口、兩個放渣口。爐底設自然通風道，風道之上鋪設耐火磚，耐火磚四周設鋼制水冷水套。熔池風口區(qū)域采用銅水套,銅水套熱側開設燕尾槽，粉煤和空氣從風口噴入煙化爐。渣線以上設兩層鋼水套，水套內表面焊若干數(shù)量的銷釘并搗制一定厚度的耐火澆注料，形成一層保護性渣皮，減少爐渣腐蝕損害。煙化爐頂部由水冷壁直升煙道構成，為余熱鍋爐的一部分,水冷壁由φ51×5的無縫鋼管和δ=6的扁鋼構成，管子間距為100mm。直升煙道整體吊在鍋爐頂架上。余熱鍋爐煙氣冷卻室由輻射段、對流段構成，煙氣經省煤器降至260℃。余熱蒸汽技術參數(shù)如下所示。

蒸汽壓力（表壓） 2.0MPa；

蒸汽溫度215℃；

平均蒸汽量21t/h；

最大蒸汽量24t/h。

主要特點：采用了銅水套煙化爐設備，可以極大的延長爐體壽命，提高硫化揮發(fā)的作業(yè)率，降低生產成本。

6 主要技術指標

主要技術指標見表2。

表2 主要技術指標

7 結論

采用煙化爐硫化揮發(fā)處理低錫物料具有生產能力大、廢渣含錫低、富集比大、

金屬回收率高、成本低等優(yōu)點，通過煙化爐-余熱鍋爐一體化裝置充分回收利用高溫煙氣余熱，提高能量利用，同時，采用銅水套結構顯著提高了煙化過程作業(yè)率，提升項目經濟效益，是處理錫爐渣及低錫物料行之有效且較有前途的方法之一。