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        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐應(yīng)用現(xiàn)狀和開發(fā)展望

        2019-12-26 09:23:48葛遵利胡憲利
        世界有色金屬 2019年20期
        關(guān)鍵詞:工藝作業(yè)

        葛遵利,胡憲利

        (1.蘭州華冶技術(shù)工程股份有限公司;2.濟寧萬寶礦冶技術(shù)服務(wù)有限公司)

        1 概述

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐是相當靈活的冶金裝置,其工藝在國外稱做卡爾多爐(TBRC)法,該爐由瑞典博卡林(Bokalling)教授發(fā)明,多姆納維特(Domnaryet)開發(fā)用于處理高磷高硫生鐵和廢鋼冶煉的設(shè)備。1959年首先被加拿大國際鎳公司移植于有色金屬冶煉上,成功的把鎳高硫浮選的硫化鎳精礦吹煉成金屬鎳。1965年比利時在處理二次銅原料方面發(fā)展了該技術(shù)。1973年國際鎳公司用該工藝熔煉銅精礦并成功直接一步生產(chǎn)粗銅。1974年澳大利亞建成了兩座25噸氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐,用于吹煉含鉍、鋅高的高品位銅硫。1976年瑞典成功處理鉛鋅煙塵和鉛精礦,并建設(shè)了相應(yīng)規(guī)模的冶煉廠。1992年伊朗建立了處理氧化鉛精礦直接生產(chǎn)粗鉛的工廠。1993年波蘭銅業(yè)公司選用2m3的卡爾多爐建立了處理銅陽極泥的貴金屬廠,年產(chǎn)1000噸白銀。俄羅斯利用該技術(shù)處理廢雜舊軍工器材和電子原件,以回收有色金屬和貴金屬。此外還有廠家用該裝備煉錫和回收貴金屬。

        我國金川集團公司于1973年在1.5噸卡爾多爐內(nèi)進行銅鎳二次精礦的半工業(yè)試驗,成功并與1986年建成了容量為8T的卡爾多爐取代了原來的反射爐,生產(chǎn)的粗銅各項指標都遠優(yōu)于原反射爐,并至今一直承擔著粗銅的脫鎳生產(chǎn)任務(wù)。

        2 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的特點

        和其它熔池熔煉新工藝相比,氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點有:

        (1)操作溫度可控制的范圍大,尤其需要高或低的反應(yīng)溫度時,更顯出它的優(yōu)越性,當吹煉金屬硫化物時可以輕易地吹到1700℃或更高的溫度,在吹煉鎳銅精礦時,能在較低的溫度(1150℃~1200℃)下進行,有效地脫除銅中的鎳。

        (2)由于爐體自身的旋轉(zhuǎn)運動,不斷地更新著熔體——爐氣——固體的表面接觸,加之氧、油(天然氣)噴槍連續(xù)噴吹,熔體攪拌良好,因而具有相當良好傳質(zhì)傳熱條件,對加快物料多相反應(yīng)特別有利,能夠獲得遠比固定式熔池熔煉爐范圍更寬的作業(yè)溫度和交互反應(yīng)速度。

        (3)借助油氧噴槍,能如意調(diào)節(jié)油氧比例,容易控制熔煉過程中的反應(yīng)氣氛,從強氧化性到強原性氣氛,都易于形成,因而氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐具有熔化、氧化,還原和煙化的冶煉功能,因而能更加廣泛的冶煉不同性質(zhì)的有色金屬原料。

        (4)熱效率高,由于爐子的爐氣量少,爐體結(jié)構(gòu)容積緊湊,散熱量小,在純氧吹煉下,熱效率可達60%或更高,這是其它熔池熔煉爐都很難達到的。

        (5)作業(yè)率高,雖然有復雜的傳動機構(gòu),在高溫下工作的機電裝置,依然有較高的作業(yè)率,因爐體積小,拆卸容易,更換方便,(一般設(shè)有備用爐體,需更換爐襯時用吊車更換一個經(jīng)過烘烤的備用爐體即可,)作業(yè)率可高達95%左右。

        (6)氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理復雜原料適應(yīng)強、工藝過程簡單、投資比較低,特別適用于小型冶煉廠。

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的缺點是間歇作業(yè)、操作頻繁、煙氣量和煙氣成份成周期性變化;爐子壽命較短;設(shè)備較復雜。

        3 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)與工藝

        3.1 爐子主要結(jié)構(gòu)

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐由一個爐體,兩個傾倒輪組成,夾持機構(gòu)和裝有四個托輪的底座等部件組成:夾持機構(gòu)可夾持爐體裝有托輪的底座上以0-1.0r/min的速度作360°傾翻;當爐體傾斜至與水平夾角為28°的工作角度時,摩擦環(huán)機構(gòu)由32個彈性元件與爐體柔性地連接在一起,通過與固定在夾持機構(gòu)上回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)的摩擦,使爐體應(yīng)冶煉工藝的要求繞縱向軸以一定的速度旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)速度的變化范圍為0.5-15r/min。按其功能分類有如下系統(tǒng) :1、傾斜驅(qū)動系統(tǒng)(主驅(qū)動系統(tǒng));2、夾持機構(gòu);3、爐體總成;4、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

        旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐是一個中間是圓柱形,兩端為截圓錐形的筒式爐體,外殼為鋼板,內(nèi)襯鉻鎂磚。爐體傾斜可繞長軸旋轉(zhuǎn),并可向不同方位傾斜。

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)如圖(1)所示、氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)示意圖(2)所示:

        3.2 工藝技術(shù)特點:

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐有三種方式加料,粉料通常由料槍伸入爐口內(nèi)加入,較濕的爐料采用水冷料槍內(nèi)螺旋給料,液體爐料或大塊冷料,由移開煙罩傾動爐體至爐口進料位置由鋼包或吊斗從爐口倒入爐內(nèi)。

        氧槍并從爐口插入往熔池吹氧或富氧空氣進行吹煉?;虾瓦€原時從爐口插入油(天燃氣)氧噴槍調(diào)整油氧比,燃燒加熱或產(chǎn)生還原性氣體進行還原,冶煉過程中可邊吹煉邊加料以實現(xiàn)自熱熔煉。氧槍噴頭距熔體面的距離可根據(jù)工藝要求進行調(diào)整。

        吹煉作業(yè)可將精礦一直吹煉成白硫和粗銅,當冶煉產(chǎn)品選擇為白硫時,氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐可連續(xù)作業(yè),即爐內(nèi)加入底料,利用油氧槍燃油將其熔化,開始造熔池作業(yè)、當吹煉熔池造好,進入吹煉造渣作業(yè),啟動爐子旋轉(zhuǎn)至5-10min,爐溫控制1150-1250℃,選用氧槍一邊吹氧,一邊通過料槍連續(xù)均勻的加入精礦和熔劑。當爐渣造好,間斷排渣,并根據(jù)爐內(nèi)產(chǎn)出的冰銅量定期部分放出白硫。循環(huán)往復重復著連續(xù)加料——造渣排渣——放白硫作業(yè)。

        當產(chǎn)品選擇為粗金屬,氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐間斷作業(yè),即爐子在一個操作周期完成后,全部物料排空,然后加入新料進行下一操作周期。在一個周期可以分階段連續(xù)進行兩個或三個反應(yīng),包括熔化、氧化,還原階段,爐體可根據(jù)氣氛反應(yīng)不同調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度。

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)圖(1)

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)示意圖(2)

        反應(yīng)產(chǎn)生的煙氣從爐口通過移動式密封煙罩排出,送往收塵和制酸系統(tǒng)。氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐,由一個通風罩全部封閉,包括裝料,放渣出銅和包子房部位。在內(nèi)的操作由中央控制室控制,收集逸散煙氣,集中進行環(huán)保除塵,其作業(yè)環(huán)境能滿足最嚴格的環(huán)保法要求。

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝需要一個制氧車間,但選用變壓吸附工藝制氧投資是相當?shù)偷?。通過減少氮量的方法,大大縮小煙氣處理設(shè)備的尺寸(煙道、收塵器、風機、制酸),從而減少基建投資。

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝及車間的配置如圖(3)所示

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝及車間的配置圖(3)

        4 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐應(yīng)用及業(yè)績

        4.1 目前,氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐在我國應(yīng)用主要有以下四種類型:

        4.1.1 二次銅精礦煉銅脫鎳

        金川集團公司冶煉廠二次銅精礦(%)Cu66-68、Ni4、Fe4、S20-22。這種銅精礦含鎳高,含鐵、硫低,用常規(guī)冶煉裝備工藝生產(chǎn)粗銅銅品位94%,含鎳高達4%,產(chǎn)出的電銅只能作民用銅。于84年采用8噸氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉銅車間新建,88年投產(chǎn)煉銅脫鎳效果好,粗銅品位98.5-99%,N1<1%,電銅達到A級標準,實現(xiàn)了金川電銅高質(zhì)量的飛躍,從此改寫了金川電銅不能作工業(yè)用銅的歷史。

        4.1.2 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉鉛

        西部礦業(yè)公司選定卡爾多爐煉鉛方法,于2005年11月底投料試生產(chǎn),經(jīng)過半年多的生產(chǎn)實踐,從處理鉛精礦和鉛返料(濾餅、煙道灰、富鉛渣和鉛冰銅)直接產(chǎn)出合格的粗鉛,主要技術(shù)經(jīng)濟指標已達到設(shè)計要求。生產(chǎn)實踐證明采用該工藝技術(shù)煉鉛對原料適應(yīng)性廣、設(shè)備簡單易操作、生產(chǎn)成本低,是一種環(huán)境友好型、能源節(jié)約型 的清潔生產(chǎn)工藝。

        4.1.3 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐冶煉廢雜銅

        以江銅集團貴溪冶煉廠和金川集團銅冶公司都選用13立方米氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝裝備冶煉廢雜銅。廢雜銅原料含銅80%左右,傳統(tǒng)處理工藝為二段法,現(xiàn)采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理廢雜銅、熔煉和吹煉都可在同一個爐內(nèi)完成,集代鼓風爐熔煉和轉(zhuǎn)爐吹煉功能于一體的特點,并可處理銅品位從3-95%的原料和一些工業(yè)廢料直接入爐,產(chǎn)出98.5%以上品位的粗銅、渣含銅低、工藝流程短、能耗低、環(huán)保條件好。為我國銅基再生資源冶煉回收開發(fā)了先河。

        4.1.4 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理銅陽極泥

        采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理銅陽極泥的技術(shù)具有獨特之處,以山東祥光銅業(yè),中原黃金,赤峰云銅等多家企業(yè)分別都采用了該工藝處理銅陽極泥進行貴金屬火法冶煉,技術(shù)、設(shè)備、工藝可靠,具有流程短,金銀回收率高,產(chǎn)品合格率達100%,實屬清潔生產(chǎn)工藝。

        4.2 氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐應(yīng)用業(yè)績

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐應(yīng)用業(yè)績示于表1

        序號爐熔規(guī)格m3 爐數(shù) 用戶單位 時間 驅(qū)動方式 用途1 2 1 金川公司 1986 摩擦驅(qū)動 脫鎳煉銅2 11 1 西部礦業(yè) 2004 摩擦驅(qū)動 鉛冶煉3 13 1 江西銅業(yè) 2008 摩擦驅(qū)動 廢雜銅冶煉4 13 1 金川公司 2011 液壓驅(qū)動 廢雜銅冶煉5 13 1 廣西有色 2012 摩擦驅(qū)動 廢雜銅冶煉6 2 1 山東祥光銅業(yè) 2012 液壓驅(qū)動 陽極泥冶煉7 2 1 金川公司 2014 液壓驅(qū)動 陽極泥、鎳渣8 1 1 中原黃金 2015 液壓驅(qū)動 陽極泥、鎳渣9 1 1 青海西豫 2015 邊緣驅(qū)動 鉛浮渣冶煉10 2 1 華環(huán)保 2016 邊緣驅(qū)動 廢舊電子元件11 2 1 赤峰云銅 2019 液壓驅(qū)動 陽極泥冶煉

        5 對今后開發(fā)氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐冶煉的設(shè)想

        5.1 開發(fā)思路

        充分利用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的性能、特點和技術(shù)優(yōu)勢開發(fā)市場需求。利用礦冶國際國內(nèi)兩個市場,有色金屬礦產(chǎn)和再生兩種資源,開發(fā)多產(chǎn)品,處理原料多品種項目的冶煉。以期實現(xiàn)小冶煉規(guī)模,生產(chǎn)流程最短,實現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保、綜合回收有色金屬冶煉的發(fā)展方向和目標。

        5.2 開發(fā)項目內(nèi)容

        5.2.1 開發(fā)富含原生金礦的火法冶煉

        在一帶一路礦冶開發(fā)中,在境外利用銅原生氧化礦、硫化礦(CU≥3%),和原生富金礦,含金石英石、復雜成分的金精礦,鍗金銀礦、硒金銀礦、鉍金礦、銻金礦、硫金銀礦等采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝建設(shè)金、銅冶煉廠。銅、鍗、硒、鉍、銻、硫是金銀良好的捕收劑,采用造硫捕金技術(shù),合理搭配金精礦和銅礦,以吹煉造渣作業(yè)為主線,以煉銅和其他金屬作載體,以捕金為目的,以生產(chǎn)白冰銅為產(chǎn)品,最大程度的滿足處理金精礦的要求,將金、銅和其他金屬同時富集和回收。煙氣處理遵循東道國對環(huán)保要求,視金、銅其它原料含硫和煙氣SO2濃度的高低、采用凈化法或配套制酸處理。在境外建煉金、銅冶煉廠,節(jié)省原料運費;富金銅礦直接入爐、節(jié)省金、銅選礦建廠投資和生產(chǎn)成本;在連續(xù)吹煉造渣作業(yè)配入的金精礦和含金石英石、免省了熔劑成本和富集提金生產(chǎn)成本;產(chǎn)品運回國內(nèi),富集的合金產(chǎn)品國家免征黃金入關(guān)增值稅,此類項目經(jīng)濟效益十分厚重。

        5.2.2 開發(fā)多金屬復雜銅精礦冶煉

        在國際礦業(yè)開發(fā)中,對多金屬礦山含有鉛、鋅、錫、銻、鉍的復雜銅精礦,這種銅原料,復雜的成分在銷售中往往作為有害元素扣減銅的計價系數(shù),銅原料便宜。但在常規(guī)冶煉廠難以處理,采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝處理是最適宜的,通過控制轉(zhuǎn)爐的旋轉(zhuǎn)速度,保持預期的溫度和控制氣相中的氧勢,以使Bi、zn、sn、pb、sb等雜質(zhì)的高度揮發(fā)脫除,然后用常規(guī)吹煉方法造渣,一直吹煉至白冰銅或粗銅。吹煉揮發(fā)的金屬通過煙氣收塵設(shè)施進入煙塵系統(tǒng)回收,煙塵再送濕法車間分別提取pb、zn、sn、sb、Bi各金屬,這類項目的經(jīng)濟效益在于原料中有害元素潛在經(jīng)濟價值利用,由負變正、變害為寶、綜合回收、全部利用。

        5.2.3 開發(fā)國內(nèi)電鍍污泥資源冶煉

        電鍍污泥是危廢,也是一種廉價的二次可再生資源,其電鍍污泥主要成分:Ni1~1.5%,CU2~3.5%,已遠超其在金屬礦中的含量,是一種可回收的寶貴資源。目前我國大多污泥環(huán)保廠處理多采用豎窯脫水焙燒——鼓風爐還原熔煉。采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝改造進行綠色處置,高值化利用。在弱還原氣氛下,吹煉造渣。產(chǎn)品可選擇銅鎳90%以上的合金出售,也可繼續(xù)進行氧化脫鎳造渣除去,將余冰銅吹煉成98%以上的粗銅,為電銅提供原料。脫鎳渣集中堆存,作為煉鎳原料,集中再用斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐吹煉成高冰鎳作產(chǎn)品出售,或?qū)⒏弑囪T成陽極板送鎳電解生產(chǎn)電鎳板。

        5.2.4 開發(fā)國內(nèi)酸洗污泥的冶煉

        不銹鋼酸洗污泥主要成分為Ni3%~4.5%、Cr2%~3%、Fe15%~20%、Cao18%~20%、p1%~1.2%、S2.5%~3.5%。其中Ni、Cr屬于危險廢棄物,但在少鎳缺鉻的我國,鎳鉻又是昂貴的二次資源。采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐脫除酸洗污泥中的S、P是最有效的裝備,造渣除鐵、鈣將鎳品位富集到25%~30%鎳、鉻、鐵合金產(chǎn)品。直接出售,供生產(chǎn)300系不銹鋼作原料。將危廢無害化處置資源化利用。

        5.2.5 開發(fā)濕法煉鋅浸出渣的冶煉

        采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理濕法煉鋅的各種浸出渣,以控制預期爐溫和還原熔煉氣氛,利用爐體的快速旋轉(zhuǎn),強化爐料攪拌,以使以鋅為主的鉛、錫、鉍、鎘、鍺、砷揮發(fā)進入氣相以煙塵形態(tài)加以回收出售或濕法提?。豢刂蒲趸瘹夥沾禑捲煸F、硅、鈣、鎂,繼續(xù)氧化吹煉硫化銅氧化為氧化銅,再由氧化銅和硫化銅交互反應(yīng)得到粗銅。高浸渣和沉礬渣富含稀貴金屬銦銀,以氧化氣氛吹煉鐵、硅、鈣、鎂造渣除去,銦、銀以合金加以富集,再將銦、銀合金液體?;蜐穹ㄝ腿√崛°?、銀。

        6 結(jié)語

        國際礦冶開發(fā)中采用氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐技術(shù)建設(shè)火法提金冶煉項目,以銅和其它金屬捕金技術(shù)經(jīng)濟效益好。通過發(fā)展火法煉金技術(shù)并會逐漸取代單一的提金工藝。

        氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝對原料處理適應(yīng)性能強,開發(fā)再生金屬銅、鎳、鉛、鋅、錫貴金屬二次原料的冶煉,采用先進、高效、節(jié)能、環(huán)保裝備,工藝組織生產(chǎn),將有力的提升有色冶煉整體技術(shù)的新水平。

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