胡丕成

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 電爐煉鋅發(fā)展歷程

電爐煉鋅工藝其實質(zhì)是利用電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行還原揮發(fā)冶煉氧化鋅物料，得到鋅蒸汽經(jīng)冷凝獲得粗鋅的一種火法煉鋅方法。

根據(jù)爐型結(jié)構(gòu)和電能轉(zhuǎn)換方式的不同，目前世界上電爐煉鋅工藝可分為兩類：一類為電阻電熱豎爐，以日本的三日市煉鋅廠和美國的莫那卡煉鋅廠為代表，其為圓形電阻豎罐，石墨電極(φ200 mm)分為兩排，分別置于豎爐的上部和下部，利用極間爐料的電阻，將電能轉(zhuǎn)換為熱能加熱鋅燒結(jié)礦和團(tuán)礦。爐料中的還原劑為冶金焦炭，配入量為燒結(jié)礦質(zhì)量的44%。由此可以看出，配入的焦炭體積和燒結(jié)礦體積大致相等，以保證足夠的爐料電阻值，這是其關(guān)鍵所在。該豎爐上下兩排的間距為9.0 m，入爐物料為回轉(zhuǎn)加熱爐的熱料，單位產(chǎn)品電耗為2 900 kWh/t鋅。其他能耗還有：焦炭383 kg/t鋅，重油48 L/t鋅。豎爐的總功率為1×104kVA，年產(chǎn)量10萬t以上。

由于電阻電熱豎爐存在燒結(jié)塊制團(tuán)及冶金焦炭消耗大的問題，導(dǎo)致產(chǎn)品加工費高等，因此該工藝沒有得到推廣應(yīng)用。

第二種電熱煉鋅的爐型為電弧電阻礦熱爐，是上世紀(jì)八十年代中期(1985年5月1日立項)，由中國有色工程設(shè)計研究總院(中國恩菲前身)聯(lián)合河北邯鄲市西大屯鋅冶煉廠聯(lián)合開發(fā)的，以滿足當(dāng)時國內(nèi)市場需求，取代中小煉鋅廠所采用的“馬槽爐”、“爬坡爐”“橫罐”等土法煉鋅。工業(yè)試驗爐額定功率500 kVA，三相交流通過銅排、短網(wǎng)石墨電極直接將交流電能輸入密封的礦熱電爐內(nèi)，在電弧電阻的雙重作用下，電能快速轉(zhuǎn)換成熱能加熱配有碳質(zhì)還原劑碎焦(3～10 mm)或無煙煤的含鋅爐料。爐料中氧化鋅被還原成金屬鋅，立即汽化。含鋅蒸氣爐氣在微正壓條件下連續(xù)不斷地進(jìn)入與礦熱電爐相連的一臺飛濺式石墨轉(zhuǎn)子冷凝器中。1 050 ℃的含鋅爐氣與轉(zhuǎn)子揚起的溫度為460～550 ℃的“鋅雨”相遇，驟冷而形成粗鋅(品位98%～99.5%)，澆鑄后即為鋅錠產(chǎn)品，直接供熱鍍鋅使用。冷凝后的廢氣含有少量被捕集的鋅塵，再經(jīng)二冷洗滌器洗滌，廢氣含鋅塵<20 mg/m3，含CO>80%，回收后作為雜料及還原劑干燥的二次能源。干燥后的爐料含H2O≤1.5%。

工業(yè)試驗成功后，該煉鋅工藝于次年6月首次推廣至河南欒川有色金屬公司、陜西山陽礦業(yè)公司以及甘肅天水秦川冶煉廠(即后來的天水市鑫能電冶廠)。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前為止，中國恩菲研發(fā)的礦熱電爐煉鋅工藝的電爐數(shù)量已達(dá)88臺之多，分布在我國17個省市。云南、四川、貴州的煉鋅電爐最多。其中2 000 kVA礦熱電爐最多，4 000 kVA礦熱電爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)，其他廠家興建的6 300 kVA電爐、7 000 kVA電爐及9 000 kVA電爐各僅有一家。據(jù)了解，9 000 kVA電爐已關(guān)閉，原因是技術(shù)指標(biāo)不理想。另有報道，國內(nèi)額定功率最大的25 000 kVA(12 500×2)煉鋅電爐已建成投產(chǎn)，但一直處于不正常狀態(tài)。

三十年來，中國恩菲研發(fā)的礦熱電爐安裝總額定功率已達(dá)到40萬kVA左右，年產(chǎn)鋅總能力已達(dá)70.0萬t/a，提高了礦熱電爐產(chǎn)鋅量占全國鋅總量的比例(按噸鋅電耗3 500 kWh，年生產(chǎn)300 d計)。

1986年礦熱電爐煉鋅工藝被列為中國恩菲的專長技術(shù)受到保護(hù)；

1995年中國有色金屬工業(yè)總公司組織專家對1 000 kVA電爐煉鋅工藝進(jìn)行評審，該工藝獲科技進(jìn)步三等獎；

1997年2 000 kVA礦熱電爐煉鋅全套工藝及設(shè)備轉(zhuǎn)讓伊朗Roygostar(諾哥斯達(dá))鋅廠，用于處理含Zn 50%～51.99%、Pb 1.5%～4.5%的氧化鋅精礦，獲得成功。

隨后，4 000 kVA、6 300 kVA、7 000 kVA(9 000 kVA)礦熱電爐相繼問世，開始了大型煉鋅電爐的研發(fā)工作。

2 礦熱電爐煉鋅的工藝流程和主要指標(biāo)

礦熱電爐煉鋅的工藝流程見圖1。

圖1 礦熱電爐煉鋅工藝流程圖

礦熱電爐煉鋅技術(shù)1985年問世以來，經(jīng)過發(fā)展完善，各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有了顯著提高，單臺電爐的產(chǎn)量成數(shù)倍增長，鋅冶煉回收率和直接回收率明顯改善，分別達(dá)到世界先進(jìn)水平，即大于95%，高達(dá)98.7%，直收率穩(wěn)定在82%～90%之間，大于4 000 kVA的煉鋅電爐電耗降至3 300～3 500 kWh/t鋅(常規(guī)冷料入爐指標(biāo))。不同規(guī)格的煉鋅礦熱電爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

3 礦熱電爐煉鋅的優(yōu)點

礦熱電爐煉鋅的優(yōu)點如下：

(1)該工藝最大的優(yōu)點是熔煉溫度可高可低，對原料的適應(yīng)性強，不僅能冶煉鋅焙砂，還可冶煉高鈣質(zhì)的鋅煅燒氧化礦、煉鋼電弧爐煙塵、含鋅煙塵、鋅渣及鋅灰等含鋅物料，對于Pb-Zn復(fù)合礦、二次鋅再生資源可以采用該工藝進(jìn)行綜合利用。該工藝也特別適用于含(銦)鋅物料的還原揮發(fā)冶煉，相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)實踐表明，銦的揮發(fā)率可達(dá)87%～90%(華聯(lián)及華夏生產(chǎn)值)。

表1 不同規(guī)格的煉鋅礦熱電爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

注：1.500 kVA電爐為試驗爐，其余均為生產(chǎn)爐。2. <3 000 kVA電爐為圓形結(jié)構(gòu)，>3 000 kVA電爐為橢圓形結(jié)構(gòu)。

(2)工藝流程短，投資極少，僅為濕法煉鋅工藝的1/3～1/2，所以應(yīng)開展萬噸級規(guī)模電爐煉鋅裝置的研發(fā)工作。

(3)隨著科學(xué)的進(jìn)步，直流電爐有可能成為下一步電爐煉鋅的主體設(shè)備。云南巧家電熱鋅廠3臺直流礦熱電爐生產(chǎn)表明，高CO廢氣回收后用來干燥蘭粉及還原劑，冶煉產(chǎn)品電耗較交流礦熱電爐降低10%。

(4)只有在引入ISP工藝中的立式轉(zhuǎn)子“鋅雨”冷凝器之后，大規(guī)格礦熱爐才能夠成為可能，如冷凝介質(zhì)“鉛雨”改為“鋅雨”，適當(dāng)增加投資是值得的。也應(yīng)注意立式轉(zhuǎn)子的安裝容量較飛濺式石墨轉(zhuǎn)子功率大3倍左右，所以配置的空量需經(jīng)過準(zhǔn)確計算而定。

(5)積極倡導(dǎo)綠色清潔生產(chǎn)理念，對于高濃度(CO大于80%)礦熱電爐尾氣，生產(chǎn)企業(yè)不安裝回收裝置不準(zhǔn)予生產(chǎn)，以解決90%的礦熱爐煉鋅廠CO不回收而直接排放的問題。