陶瓷除塵系統(tǒng)在銅火法精煉中的應(yīng)用

張樹鵬，布乃祥，周 京，曾慶曄

（陽谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 聊城 252000）

1 引言

工業(yè)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，我國已成為銅冶煉產(chǎn)業(yè)大國。近年來，銅冶煉技術(shù)獲得了長足發(fā)展，火法精煉依然占據(jù)主導(dǎo)地位，占比高達(dá)90%以上。國內(nèi)銅的需求量和產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，能源與環(huán)境問題日益突出［1］，國家出臺相關(guān)政策，推動自主創(chuàng)新，建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型工業(yè)。

祥光銅業(yè)擁有可年產(chǎn)40 萬t 的陽極精煉系統(tǒng)，兩臺陽極爐周期作業(yè)，可持續(xù)產(chǎn)出高質(zhì)量陽極板。與此同時，煙氣大量產(chǎn)生，煙氣處理勢在必行，祥光銅業(yè)自2015 年引入陶瓷膜除塵器［2］對煙氣進(jìn)行處理，在回收煙塵，減少環(huán)境污染等方面進(jìn)行了多次摸索、實踐，目前陶瓷除塵系統(tǒng)運(yùn)行良好，除塵效果可觀。

陽極爐產(chǎn)出煙氣溫度較高，煙氣經(jīng)余熱鍋爐初步降溫除塵后溫度依然可達(dá)300℃左右，且煙氣中含有大量SO2，煙氣酸性較大。若采用傳統(tǒng)布袋式收塵系統(tǒng)，布袋受高溫與酸腐蝕作用，極易損壞，后期更換頻次較多、勞動投入過大，且不易清理。本文介紹了陶瓷除塵系統(tǒng)在祥光銅業(yè)的使用情況［3］。

2 陶瓷除塵系統(tǒng)

2.1 結(jié)構(gòu)及原理

陶瓷膜除塵器主要結(jié)構(gòu)由過濾室、凈氣室、花板濾芯組件、氣包反吹裝置、控制系統(tǒng)及平臺六部分組成，見圖1。

工作原理如下：高溫?zé)焿m氣體通過進(jìn)氣口b 進(jìn)入陶瓷膜除塵器的過濾室內(nèi)，經(jīng)陶瓷膜濾芯的微孔進(jìn)入到凈氣室，再由凈氣室通過陶瓷膜除塵器出口a 排出到下一工序；剩余的雜質(zhì)由于其顆粒尺寸大于陶瓷膜濾芯的微孔尺寸，從而被陶瓷膜濾芯阻擋在陶瓷膜濾芯表面，經(jīng)過一段時間雜質(zhì)顆粒在陶瓷膜濾芯表面越積越多最終形成濾餅層吸附在陶瓷膜濾芯表面上；當(dāng)濾餅層達(dá)到一定厚度后進(jìn)行反吹，即通過脈沖閥的開啟將氣包內(nèi)潔凈的壓縮空氣經(jīng)過排管上噴嘴進(jìn)入對應(yīng)的陶瓷膜濾芯（反吹的壓力高于陶瓷膜除塵器內(nèi)部的工作壓力，反吹壓力一般為工作壓力的2 倍左右，且不低于0.45MPa），再經(jīng)過陶瓷膜濾芯的微孔將吸附在陶瓷濾芯表面的雜質(zhì)顆粒吹掉，并落入過濾室下部的錐體，經(jīng)過多次過濾-反吹循環(huán)，陶瓷膜濾芯表面會形成一層薄薄的永久性濾餅層（該濾餅層即使經(jīng)過反吹也不會掉落，并協(xié)助陶瓷膜濾芯起到過濾作用），雜質(zhì)顆粒最終經(jīng)過排渣口g 排出。

圖1 陶瓷除塵器結(jié)構(gòu)

2.2 材質(zhì)及特性

高溫陶瓷膜是以金剛玉、碳化硅、莫來石等優(yōu)質(zhì)原料為主料，經(jīng)過成型和特殊燒結(jié)而成的一種多孔性陶瓷材料。具有良好的耐熱性能和化學(xué)介質(zhì)腐蝕性能，有較好的機(jī)械強(qiáng)度和孔穩(wěn)定性，有較高的過濾精度和過濾速率，有良好的清洗再生性能，且使用壽命長。

3 應(yīng)用及改良

3.1 運(yùn)行情況

陽極爐陶瓷除塵系統(tǒng)自2015 年投入使用以來，達(dá)到了極好的收塵效果，有效回收煙塵中的有價金屬，減少煙塵外溢，降低環(huán)境污染。經(jīng)陶瓷除塵系統(tǒng)處理過的煙氣，溫度降低至190℃左右，且經(jīng)過相關(guān)單位對陶瓷除塵器出口煙氣檢測，煙氣中的固體顆粒含量嚴(yán)格控制在10mg/m3以內(nèi)，檢測數(shù)據(jù)見表1，為后續(xù)的煙氣處理工作降低了難度。陽極爐陶瓷除塵系統(tǒng)使用5 年多以來，在使用的4 個倉室共2888 根陶瓷管均處于正常使用狀態(tài)，期間未發(fā)生損壞現(xiàn)象。

表1 陽極爐煙氣檢測數(shù)據(jù)

3.2 改良效果

在實際使用過程中，陶瓷管除塵效果優(yōu)良；管壁易粘接灰塊，見圖2，造成煙氣處理量明顯降低，且為后期清理難度增大，增加勞動投入與清理成本，縮短了清理周期。為此，經(jīng)過多次對煙灰灰塊進(jìn)行取樣化驗、對比，發(fā)現(xiàn)灰塊中硫酸鹽占比較多。為節(jié)約清理成本，延長清理周期，多次實踐探索，確定了行之有效的改良方案，即增加反吹風(fēng)溫度，抑制硫酸鹽的凝結(jié)附著量。

圖2 陶瓷管粘接

煙塵中含有的金屬氧化物與酸性氧化物SO3接觸反應(yīng)生成硫酸鹽，同時與煙塵中含有的部分水蒸氣結(jié)合，煙塵雜質(zhì)顆粒吸附在陶瓷膜濾芯表面后，經(jīng)30℃反吹風(fēng)進(jìn)行反吹時，驟然接觸，靠近管壁側(cè)硫酸鹽部分結(jié)晶粘接在管壁上，造成陶瓷孔堵塞，影響反吹效果，管壁形成結(jié)灰［4］。

以硫酸銅為例，由化驗結(jié)果可知，見表2，煙灰中的銅含量在20%以上，硫酸根含量在47%左右，經(jīng)過濾后的煙灰遇水變藍(lán)，說明煙灰中銅多以CuSO4形式存在，硫酸銅在遇到煙氣中水蒸氣時，與水結(jié)合成水合物即CuSO4·5H2O，煙氣入口溫度較高，此時附著于管壁上的煙塵與30℃反吹風(fēng)驟然接觸，使得靠近管壁的CuSO4形成CuSO4·5H2O結(jié)晶，反吹之后，部分結(jié)晶附著于管壁，造成粘接。

表2 煙灰化驗結(jié)果 %

將反吹風(fēng)溫度提高到100℃左右，以減少粘接。具體方案如下：將接入氣包的反吹壓縮風(fēng)管道接入陶瓷膜凈氣室，經(jīng)過換熱器進(jìn)行升溫至100℃以上，升溫后的壓縮風(fēng)接入氣包進(jìn)行反吹作業(yè)，高溫反吹風(fēng)可在一定程度抑制生成SO3的反應(yīng)進(jìn)程，同時減少管壁上硫酸鹽等附著物因溫度驟變而迅速結(jié)晶凝結(jié)，從而改善反吹效果，減少粘接的形成。

整個改造方案實施完成至今已有3 個多月時間，期間清理陶瓷除塵器煙灰發(fā)現(xiàn)塊狀煙灰大量減少，陶瓷管壁粘接減少且多為附著積灰，易于清理，見圖3。清理周期由每月一次，延長至3 個月清理一次，且陶瓷膜過濾風(fēng)量無大幅下降現(xiàn)象。陶瓷除塵器的使用使得煙灰收集量顯著提高，減少了煙灰中有價金屬的流失及有害物質(zhì)的排放。

圖3 改造完成后效果

3.3 回收價值

自陶瓷除塵系統(tǒng)運(yùn)行以來，煙氣中的有價成分得以回收返爐［5］，減少了資源浪費(fèi)，見表3，僅2018 年上半年煙灰回收量共95.3t，煙塵回收量可觀，而其中的有價成分返爐之后，再次參與反應(yīng)，最終得以回收利用。由表2 煙灰化驗結(jié)果可知，煙灰中的Cu、Pb 占比各為21.3%、9.37%，二者均可在下一工序得到成品，陶瓷除塵系統(tǒng)的應(yīng)用無疑會減少資源的流失，產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 2018 年上半年煙灰回收數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

銅冶煉生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要，提高冶煉煙氣除塵效率是解決銅冶煉煙氣污染的主要工作［6］。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)在生活之中占據(jù)著越來越重的地位，直接影響著我們生活質(zhì)量，環(huán)境保護(hù)是我們生活的基礎(chǔ)。陶瓷除塵系統(tǒng)的應(yīng)用無疑是銅火法精煉除塵降污染的一大利器，經(jīng)過數(shù)年的使用實踐發(fā)現(xiàn)，陶瓷除塵系統(tǒng)的除塵效果優(yōu)良、清理周期長、使用壽命長，適用于火法精煉的大規(guī)模高溫?zé)煔馓幚怼Ｖ挥袊?yán)控?zé)煔獗Ｗo(hù)環(huán)境，才能保證經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活品質(zhì)的提高。