魏甲明， 楊 斌， 李若貴

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038； 2.西北鉛鋅冶煉廠， 甘肅 白銀 730900)

白銀有色集團(tuán)股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠是我國(guó)“七五”計(jì)劃中引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)冶煉技術(shù)和裝備的第一座現(xiàn)代化大型鋅冶煉廠，為我國(guó)上世紀(jì)90年代中期鋅冶煉技術(shù)水平迅速提升發(fā)揮了引鄰、示范的重要作用。

西北鉛鋅冶煉廠在設(shè)計(jì)時(shí)，鋅焙燒系統(tǒng)采用了日本三井公司109 m2流化態(tài)焙燒爐，該爐是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)使用最早、操作水平最高、使用周期最長(zhǎng)的典范，現(xiàn)已成為同類爐型設(shè)計(jì)和運(yùn)行的樣板。然而，該系統(tǒng)已運(yùn)行三十年，一方面運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)存在一定的安全隱患，另一方面隨著原料成分日趨復(fù)雜，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐漸下滑，鋅冶煉成本上升，現(xiàn)有的109 m2焙燒爐已無(wú)法滿足處理復(fù)雜原料的要求。經(jīng)過(guò)調(diào)研論證，白銀公司決定采用中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司最新開發(fā)的152 m2新型流態(tài)化焙燒爐工藝，以期優(yōu)化工況條件，增強(qiáng)原料適應(yīng)性，提升鋅冶煉各項(xiàng)指標(biāo)。

1 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)西北鉛鋅冶煉廠152 m2流態(tài)化焙燒鋅冶煉項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告、環(huán)境影響報(bào)告、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目建設(shè)的EPCM協(xié)助管理。

2009年6月24日，項(xiàng)目在甘肅省發(fā)改委備案；

2009年7月14日，項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告通過(guò)專家審查；

2010年9月26日，項(xiàng)目安全預(yù)評(píng)價(jià)報(bào)告得到甘肅省安監(jiān)局批復(fù)；

2011年7月28日，項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書得到環(huán)保部批復(fù)；

項(xiàng)目于2013年10月26日動(dòng)工， 2016年11月20日焙燒爐點(diǎn)火，2017年1月13日熱負(fù)荷投料試車一次成功，次日打通全部流程。

2 項(xiàng)目技術(shù)工藝路線

多年來(lái)，西北鉛鋅冶煉廠在消化吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持走系統(tǒng)挖潛、內(nèi)涵發(fā)展的道路，依靠科技進(jìn)步，不斷進(jìn)行技術(shù)改造與創(chuàng)新，先后進(jìn)行了余熱鍋爐、電收塵、三段凈化、真空掏槽、新液溜槽、拉羅克斯壓濾機(jī)、電爐、過(guò)濾設(shè)備等多項(xiàng)技術(shù)改造，使得鋅系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大幅度提升，電鋅99.995品級(jí)率達(dá)到100%，硫酸合格率達(dá)到100%，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家鋅冶煉企業(yè)規(guī)范條件。

因此本次鋅冶煉工程工藝主流程仍延續(xù)一期生產(chǎn)工藝，考慮到實(shí)際原料已經(jīng)發(fā)生變化以及行業(yè)技術(shù)進(jìn)步等因素，采用的技術(shù)裝備、局部工序、工藝操作條件等均有突破性與適應(yīng)性提升，包括采用低污染黃鉀鐵礬浸出流程。

整個(gè)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)路線、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員和西北鉛鋅廠的技術(shù)及操作人員多次討論完善，將西北鉛鋅冶煉廠30年來(lái)鋅冶煉操作過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)融合到了設(shè)計(jì)中。

本項(xiàng)目工藝流程選擇具有如下特點(diǎn)：

(1)焙燒工藝采用中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司開發(fā)出的152 m2世界最大的鋅冶煉新型流態(tài)化焙燒爐，以提高生產(chǎn)率，優(yōu)化焙燒參數(shù)。

(2)采用低污染黃鉀鐵礬除鐵，技術(shù)成熟可靠，具有原料適應(yīng)性強(qiáng)(主要為Fe、Si)、回收率高等特點(diǎn)。

(3)采用大型浸出槽、凈化槽、大型熔鋅感應(yīng)電爐等裝備，技術(shù)起點(diǎn)高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，部分裝備從國(guó)外引進(jìn)，整體裝備水平達(dá)到同行業(yè)先進(jìn)水平。

(4)高溫?zé)煔獠捎糜酂徨仩t回收余熱、蒸汽發(fā)電后供生產(chǎn)使用，煙氣脫硫采用ZnO脫硫工藝，避免低濃度SO2煙氣對(duì)環(huán)境的污染。

(5)過(guò)程控制采用DCS系統(tǒng)，自動(dòng)化水平高，工藝控制可靠，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能耗及成本。

(6)廢氣、廢水、廢渣均達(dá)標(biāo)排放，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、能耗符合行業(yè)規(guī)范條件要求。

3 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 152 m2焙燒爐推廣應(yīng)用

152 m2焙燒爐為目前世界上最大的應(yīng)用于鋅冶煉的流態(tài)化焙燒爐，該爐型的應(yīng)用給鋅冶煉系統(tǒng)帶來(lái)的改進(jìn)包括：

3.1.1 鋅焙砂殘硫率更低

152 m2焙燒爐不僅僅是焙燒爐截面積加大，同時(shí)爐體的高度也增加，精礦反應(yīng)的床層也相應(yīng)提高。在流態(tài)化焙燒過(guò)程中，顆粒與流體間的傳熱與爐體床層的高度基本符合如下規(guī)律[1]：

-CpgG0dTg=Aa(Tg-Ts)dH

(1)

其中：Cpg——?dú)怏w比熱 ，kcal/(kg·℃)；

G0——?dú)怏w的重量流速， kg/(m2·h)；

Tg——?dú)怏w溫度，℃；

Aa——單位床層體積中的顆粒表面積，m2/m3；

Ts——固體顆粒溫度，℃；

H——床層高度，m。

從式(1)可以看出，氣體、固體顆粒的溫度與床層高度H成正比關(guān)系，床層高度H增加，固體顆粒停留時(shí)間延長(zhǎng)，相應(yīng)地鋅精礦在焙燒爐中與空氣之間的傳熱傳質(zhì)更加充分，鋅焙砂殘硫率更低。

3.1.2 煙塵夾帶率更低

焙燒爐煙塵夾帶率與爐層高度有關(guān)，精礦在焙燒爐的反應(yīng)包括沸騰層、分離空間，各反應(yīng)區(qū)高度內(nèi)固體顆粒分布密度大致如2圖所示[1]。

圖1 反應(yīng)區(qū)高度內(nèi)固體顆粒分布密度

由于焙燒爐煙塵夾帶主要發(fā)生在分離空間高度內(nèi)，當(dāng)分離空間高度高于輸送分離高度時(shí)，任一高度hx處的固體顆粒分布密度ρx符合如下關(guān)系式[1]：

ρx=ρ0e-ahx

(2)

式中：ρx——任一高度處的固體粒度分布密度,g/m3；

ρ0——沸騰層與分離空間高度交界處的顆粒分布密度,g/m3；

a——常數(shù)；

hx——分離空間高度內(nèi)任一高度,m。

當(dāng)分離空間高度低于輸送分離高度時(shí)，任一高度處的固體顆粒分布密度ρx符合如下關(guān)系式[1]：

ρx=ρ0e-ahx-b

(3)

b為常數(shù)，在分離空間高度不同時(shí)，b值不同

從式(3)中可以得出，隨著分離空間高度h的增大，粒度分布密度不斷下降。

3.1.3 噸鋅成本更低

單系列鋅冶煉焙燒的規(guī)?？蓮哪壳暗?0萬(wàn)t提升到15萬(wàn)t，甚至到18萬(wàn)t，大大降低了噸鋅的冶煉成本；

3.1.4 爐體使用壽命更長(zhǎng)

新焙燒爐爐頂采用整體澆注結(jié)構(gòu)，采用新型爐襯，新材料和新技術(shù)的應(yīng)用，解決了焙燒爐大修前爐頂和煙氣出口長(zhǎng)期漏煙、原磚砌結(jié)構(gòu)的爐頂磚體斷裂剝落等問(wèn)題。

3.2 新爐型配套設(shè)備的升級(jí)

由于采用新型焙燒爐，對(duì)其配套設(shè)備也進(jìn)行了開發(fā)及升級(jí)。開發(fā)的設(shè)備有拋料機(jī)、圓筒冷卻器、流態(tài)化冷卻器。

(1)拋料機(jī)，單臺(tái)拋料機(jī)設(shè)計(jì)能力達(dá)到Q=40 t/h。

(2)流態(tài)化冷卻器，能力達(dá)到26 t/h，正常生產(chǎn)時(shí)，兩臺(tái)流態(tài)化冷卻器同時(shí)工作，進(jìn)口焙砂溫度為920 ℃，出口溫度500 ℃。

(3)焙砂冷卻圓筒，冷卻溢流焙砂和余熱鍋爐收集的煙塵。冷卻焙砂量設(shè)計(jì)35 t/h，焙砂入口平均溫度500 ℃，設(shè)計(jì)Φ2800 mm×12 000 mm內(nèi)冷式高效圓筒冷卻機(jī)1臺(tái)，出料溫度150 ℃，處理量40 t/h。

3.3 改進(jìn)黃鉀鐵礬工藝

(1)改進(jìn)黃鉀鐵礬工藝，從根本上解決傳統(tǒng)黃鉀鐵礬高溫酸浸工藝中鐵礬早熟及鉛銀渣與鐵礬渣互混問(wèn)題。

(2)由于從根本上避免了鉛銀渣和鐵礬渣互混的發(fā)生，與傳統(tǒng)黃鉀鐵礬工藝相比，鉛銀渣渣量減少，鋅焙砂中的鉛、銀在鉛銀渣中得到有效富集，鉛銀渣鉛含量由4%提高至9%以上，銀含量由150～200 mg/t提高至300 mg/t以上，為浮選提銀創(chuàng)造條件，同時(shí)鐵礬渣中的鐵含量由20%提高至30%以上。

(3)有效提高了兩渣綜合利用率。鉛銀渣和鐵礬渣的有效分離，提高了浸出渣綜合利用率，降低了渣資源綜合回收利用成本，鉛銀渣可直接浮選提銀及回收鉛等有價(jià)金屬，銀回收率達(dá)到75%以上，鉛回收率可達(dá)90%以上，該項(xiàng)目的實(shí)施為企業(yè)帶來(lái)較大的利潤(rùn)空間。

(4)增加鉛銀渣及鐵礬渣二次洗滌工序，有效降低兩渣含鋅量。在傳統(tǒng)黃鉀鐵礬工藝基礎(chǔ)上增加了鐵礬渣酸洗工序、鉛銀渣及鐵礬渣二次洗滌工序，兩渣含鋅明顯下降，均可控制在4%以下，有效提高了鋅浸出率和回收率，鋅總回收率可達(dá)97%以上，同時(shí)兩渣渣率明顯減少，具有較好的環(huán)保效益和社會(huì)效益。

(5)利用黃鉀鐵礬不溶于酸的特性，研究開發(fā)鐵礬渣酸洗生產(chǎn)流程，最大限度地裂解鋅焙砂中的鐵酸鋅，優(yōu)化浸出工藝流程，降低鐵礬渣中的不溶鋅，鐵礬渣不溶鋅平均下降0～5%，有效提高鋅金屬總回收率。

(6)西北鉛鋅冶煉廠在30多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，擁有廢液循環(huán)貯槽虹吸式出液裝置、感應(yīng)器對(duì)接專用裝置、冷卻塔新型噴淋裝置、硫酸鋅溶液儲(chǔ)槽、新型感應(yīng)體鋅環(huán)以及石灰乳加藥裝置等多項(xiàng)授權(quán)專利技術(shù)。這些專利技術(shù)及豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)都融合到了新項(xiàng)目中。

4 項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行情況

152 m2焙燒爐于2017年1月13日熱負(fù)荷投料試車一次成功。焙燒爐試生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 152 m2焙燒爐試生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)

從表1可見，152 m2焙燒爐試生產(chǎn)效果好于預(yù)期，關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，實(shí)現(xiàn)了在確保焙砂低殘硫指標(biāo)前提下焙燒能力達(dá)到15～18萬(wàn)t金屬量的設(shè)計(jì)初衷。

濕法黃鉀鐵礬工藝于2017年5月5日帶料試車，5月8日正式生產(chǎn)，產(chǎn)出合格中上清。生產(chǎn)情況如表2。

表2 黃鉀鐵礬工藝生產(chǎn)情況

從浸出系統(tǒng)試生產(chǎn)情況看，由于設(shè)備能力大，尤其是大型反應(yīng)槽和大型濃密機(jī)的應(yīng)用，使得系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，鋅浸出率和回收率都有所提高，對(duì)原料中鐵和硅的適應(yīng)性明顯提高，鉛銀渣和鐵礬渣的分離效果也好于預(yù)期，鉛銀渣渣率從25%降至15%左右，為后續(xù)鉛銀渣的資源化和無(wú)害化回收利用提供了可靠的經(jīng)濟(jì)保障。

5 結(jié)束語(yǔ)

西北鉛鋅冶煉廠152 m2流態(tài)化焙燒鋅冶煉項(xiàng)目的投產(chǎn)，達(dá)到了新型焙燒爐優(yōu)化工藝及提高裝備水平的目的，提高了金屬回收率，降低了生產(chǎn)成本，項(xiàng)目的資源綜合利用水平和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際一流，綜合競(jìng)爭(zhēng)能力達(dá)到國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)有色金屬產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

中國(guó)鉛鋅冶煉不但要在產(chǎn)量、規(guī)模上，而且也應(yīng)該在工藝技術(shù)、裝備水平上為世界鉛鋅冶煉行業(yè)做出表率。152 m2流態(tài)化焙燒爐的成功投運(yùn)，又一次引領(lǐng)著鋅冶煉焙燒爐及配套裝備技術(shù)的新飛躍。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王尊孝，葉永華，張慶洽. 化學(xué)工程手冊(cè)- 流態(tài)化[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987.