徐華軍 蔣 文 曾慶輝 梁 愿 李 燕

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038； 2.湖南株冶有色金屬有限公司， 湖南 常寧 421500)

0 前言

湖南株冶有色金屬有限公司在常寧市松柏鎮(zhèn)新建1座年產(chǎn)30萬t鋅及鋅合金工廠，主工藝采用鋅精礦流化焙燒中性浸出工藝。鋅焙燒礦常規(guī)浸出在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的鋅浸出渣，每生產(chǎn)1 t電鋅大約產(chǎn)出1 t鋅浸出渣[1-3]。為進(jìn)一步回收浸出渣中的Pd、Ag、In，中浸渣經(jīng)銀浮選后，采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)處理浸出渣。

新建合金工廠浸出渣規(guī)模為30萬t/a，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的回轉(zhuǎn)窯尺寸為Φ內(nèi)4.15 m×58 m，需要選用3臺(tái)才能滿足處理能力。前期工藝選擇論證時(shí)，考慮到回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法在窯機(jī)械部分、節(jié)能和環(huán)保等多方面都比以前有了較大的改進(jìn)，生產(chǎn)也更趨大型化和現(xiàn)代化，項(xiàng)目最終確定選用2臺(tái)大型回轉(zhuǎn)窯(Ф內(nèi)4.5 m×68 m)處理鋅浸出渣。這也是目前處理鋅浸出渣規(guī)格最大的回轉(zhuǎn)窯，每臺(tái)每年可處理15萬t電鋅產(chǎn)生的全部浸出渣。渣處理系統(tǒng)于2019年4月投料試生產(chǎn)至今，生產(chǎn)狀況良好，達(dá)到了或超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)。本文對(duì)回轉(zhuǎn)窯處理浸出渣系統(tǒng)的工藝流程和生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行介紹。

1 回轉(zhuǎn)窯處理鋅浸出渣系統(tǒng)

鋅浸出渣回轉(zhuǎn)窯處理工藝主要包括配料系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)、余熱利用及收塵系統(tǒng)和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等，如圖1所示。

圖1 鋅浸出渣回轉(zhuǎn)處理工藝流程

1.1 配料系統(tǒng)

為避免浸出渣的轉(zhuǎn)運(yùn)，壓濾車間與浸出渣倉(cāng)比鄰配置，鋅浸出渣經(jīng)壓濾后直接通過皮帶卸入浸出渣倉(cāng)堆存。經(jīng)自然風(fēng)干后，由抓斗橋式起重機(jī)和前裝機(jī)抓起與焦炭混合配料。然后采用3套圓盤給料機(jī)和定量給料機(jī)計(jì)量，通過皮帶將混合渣送至回轉(zhuǎn)窯的窯尾加料倉(cāng)。因混合渣含水較高，為解決下料問題，鋼倉(cāng)內(nèi)襯超高分子聚乙烯板。

1.2 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)徑4.5 m、長(zhǎng)68 m、斜度5%，設(shè)計(jì)采用單驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)，變頻調(diào)速電機(jī)功率N=220 kW，主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速為0.3～1.0 r/min。鋅浸出渣揮發(fā)操作時(shí)易產(chǎn)生窯結(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)筒體采用4擋支撐，并適當(dāng)加厚鋼板，以減少筒體變形；同時(shí)，為防止窯的上下串動(dòng)，設(shè)置雙液壓擋輪裝置?；剞D(zhuǎn)窯窯尾設(shè)置有冷卻水不銹鋼加料溜管，窯尾罩采用雙層鱗片式密封，并設(shè)置通風(fēng)收塵裝置，減少筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的煙灰逃逸。筒體高溫區(qū)設(shè)置淋水冷卻裝置，包括給水槽、噴淋管、集水槽、給水槽和集水槽骨架檢修平臺(tái)等。在窯頭罩設(shè)置2臺(tái)高效天然氣燒嘴，用于烘窯使用，窯頭沖渣使用易更換的耐磨鑄鐵板溜槽?；剞D(zhuǎn)窯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 回轉(zhuǎn)窯的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.3 余熱利用及收塵系統(tǒng)

工程設(shè)計(jì)處理煙氣量為70 769 Nm3/h，正常產(chǎn)汽量為17.5 t/h。揮發(fā)窯煙氣從窯尾沉塵室水平進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐采用水平直通結(jié)構(gòu)，由輻射冷卻室和對(duì)流區(qū)兩部分組成。鍋爐采用強(qiáng)制循環(huán)，露天布置。余熱鍋爐爐墻采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，由鍋爐鋼管和扁鋼焊制而成。為保證余熱鍋爐的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)采用彈性振打清灰裝置和爆破清灰裝置及時(shí)有效地清除受熱面的積灰[4]。煙氣通過對(duì)流區(qū)后，溫度降到360 ℃以下排出余熱鍋爐進(jìn)入收塵系統(tǒng)。收塵選用有效截面積為120 m2的單通道五電場(chǎng)電收塵器。余熱鍋爐和電收塵器灰斗下部裝有埋刮板輸送機(jī)，收集的煙塵送至多膛爐車間脫氟氯，同時(shí)設(shè)煙塵打包開路用于暫存。最后煙氣經(jīng)過多電場(chǎng)電收塵器凈化送脫硫處理。

1.4 輔助生產(chǎn)系統(tǒng)

渣處理煙氣成份中SO2含量只有0.52%，工藝比選后，結(jié)合當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，采用離子液煙氣脫硫技術(shù)生產(chǎn)高純度氣體二氧化硫(99%)，送到焙燒制酸系統(tǒng)用于生產(chǎn)硫酸。2臺(tái)揮發(fā)窯煙氣處理各設(shè)一套離子液法吸收系統(tǒng)，與多膛爐系統(tǒng)共用解吸裝置。吸收劑離子液循環(huán)使用，定期補(bǔ)充。脫硫系統(tǒng)解吸所需蒸汽主要來源于全廠冶煉余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽。

為節(jié)約能耗和管道成本，回轉(zhuǎn)窯窯頭工藝空壓機(jī)單獨(dú)設(shè)置在回轉(zhuǎn)窯附近，2臺(tái)回轉(zhuǎn)窯各設(shè)置1臺(tái)離心式空壓機(jī)。揮發(fā)過程考慮采用富氧，氧氣需要量大約為1 200 Nm3/h，來自于工業(yè)園區(qū)其他企業(yè)。

2 生產(chǎn)實(shí)踐

工程主體車間從建設(shè)到點(diǎn)火烘窯大致用了16個(gè)月，現(xiàn)已達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。實(shí)際生產(chǎn)中，回轉(zhuǎn)窯對(duì)原料適應(yīng)性較強(qiáng)，搭配處理了本廠其它車間部分含鋅物料，入窯浸出渣典型成分見表1。

表1 入窯浸出渣典型化學(xué)成分(干基重量) %

2.1 工藝操作控制

生產(chǎn)中，鋅浸出渣的處理窯溫和停留時(shí)間的控制非常關(guān)鍵。窯溫過低會(huì)影響金屬回收率；窯溫太高，還原氣氛下易產(chǎn)生較多液態(tài)金屬相，操作中容易形成窯結(jié)。為提高技術(shù)指標(biāo)，需保證物料在窯內(nèi)的停留時(shí)間，實(shí)際中采用低轉(zhuǎn)速操作，同時(shí)在窯頭出渣處設(shè)置650 mm高的擋圈，來降低渣的含鋅量。

實(shí)際生產(chǎn)中，單臺(tái)窯處理混料濕基量約915 t/d，配料時(shí)，浸出渣和焦粉體積比為1∶1，兩者濕基重量比約1 000 kg∶470 kg。由于浸出渣中Fe/SiO2較高，窯渣實(shí)際熔點(diǎn)較低，生產(chǎn)中需低溫操作。經(jīng)過生產(chǎn)摸索，控制窯尾溫度為600～650 ℃，在此操作條件下，窯結(jié)較少，且可以順利排渣，金屬回收率也可得到保證。

2.2 余熱利用

實(shí)際生產(chǎn)中，由于低溫操作，同時(shí)新窯剛投入使用，采用的耐材保溫性能較好，總體能耗較低。操作中窯尾煙氣量檢測(cè)小于設(shè)計(jì)值，余熱鍋爐蒸汽產(chǎn)量維持在7～12 t/h。 通過調(diào)節(jié)給水泵、循環(huán)泵和管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的開度，可穩(wěn)定通過管網(wǎng)送全廠余熱發(fā)電車間用于發(fā)電。

2.3 烘窯

工程反應(yīng)帶內(nèi)襯材質(zhì)采用鎂鋁鉻復(fù)合尖晶石磚，燒結(jié)磚采用環(huán)砌結(jié)構(gòu)，濕式砌筑。烘爐的主要作用是排除耐材中的游離水和化合結(jié)合水。在烘爐時(shí)，耐火內(nèi)襯材料發(fā)生一系列的物理、化學(xué)變化，最終達(dá)到燒結(jié)，獲得高溫使用性能，使耐材在高溫下穩(wěn)定工作[5]。

設(shè)計(jì)時(shí)采用2臺(tái)800 Nm3/h天然氣燒嘴對(duì)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行烘窯。為使溫度能均勻分布于窯襯的各個(gè)部位，避免局部溫度過高影響窯襯使用，烘烤時(shí)需定期緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)窯體。在600 ℃以下，嚴(yán)格按照烘烤曲線進(jìn)行升溫和保溫，使水份緩慢排除，避免耐火內(nèi)襯爆裂。

2.4 加料和排渣操作

生產(chǎn)時(shí)利用水冷不銹鋼加料溜管進(jìn)行給料，為保證氧化鋅品質(zhì)，同時(shí)減少生料返料，施工時(shí)把溜管底部調(diào)整低于窯尾擋料圈100 mm左右。水冷加料溜管設(shè)計(jì)為方形管，使用時(shí)發(fā)現(xiàn)方形管焊接縫過多，制造時(shí)難以達(dá)到要求的承壓，出現(xiàn)漏水現(xiàn)象；后經(jīng)評(píng)估和改進(jìn)，取消水冷改用壓縮空氣冷卻方式。

窯頭沖渣溜槽采用耐磨鑄鐵板溜槽，比傳統(tǒng)的鑄鐵溜槽制造和安裝簡(jiǎn)單，更換時(shí)也靈活方便。為減輕沖渣產(chǎn)生的水蒸汽的影響，在沖渣點(diǎn)設(shè)置水蒸汽收集罩，并在溜槽上方設(shè)置蓋板，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境較好。

3 生產(chǎn)效果

回轉(zhuǎn)窯車間投產(chǎn)后，打通了整個(gè)濕法煉鋅流程，同時(shí)減輕了全廠的資金積壓。采用2臺(tái)大型回轉(zhuǎn)窯，完全能處理30萬t/a電鋅產(chǎn)出的浸出渣。相比3臺(tái)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，設(shè)備大型化可有效減少勞動(dòng)定員，降低能耗。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化配置和加強(qiáng)環(huán)保措施，可明顯改善以往回轉(zhuǎn)窯操作環(huán)境差的問題。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)測(cè)算，全廠析出鋅攤分到回轉(zhuǎn)窯區(qū)域的生產(chǎn)成本約800元/t，渣中有價(jià)金屬得到有效回收，取得良好經(jīng)濟(jì)效益。鋅浸出渣經(jīng)處理后的窯渣送下游企業(yè)回收碳、銀和鐵，整個(gè)工程符合廢物處理的減量化和資源化政策。

生產(chǎn)中，典型氧化鋅煙塵和水淬渣成分見表2，鋅浸出渣大型回轉(zhuǎn)窯處理工藝實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)與設(shè)計(jì)值對(duì)比見表3。

表2 氧化鋅煙塵和水淬渣典型化學(xué)成分(干基重量) %

表3 實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)與設(shè)計(jì)值對(duì)比表

從表2和表3的數(shù)據(jù)可以看出，渣處理系統(tǒng)生產(chǎn)指標(biāo)良好，水淬渣含鋅小于1.8%，含碳小于13%，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)值。在回收鋅浸出渣中鋅鉛有價(jià)金屬的同時(shí)，能回收利用煙氣余熱產(chǎn)生的蒸汽，用于發(fā)電和濕法車間使用，提高全廠效益及降低生產(chǎn)成本。

4 結(jié)束語

工程實(shí)踐證明，對(duì)于30萬t/a大規(guī)模鋅冶煉廠，采用2臺(tái)大型回轉(zhuǎn)窯處理鋅浸出渣技術(shù)是成熟可靠的?；剞D(zhuǎn)窯相對(duì)其他渣處理工藝具有操作簡(jiǎn)單、建設(shè)投資低和原料適應(yīng)性較廣等優(yōu)點(diǎn)。尤其是在回轉(zhuǎn)窯設(shè)備大型化后，能有效減少勞動(dòng)定員，保證鉛鋅有價(jià)金屬的回收率。同時(shí)需要注意的是，工程設(shè)計(jì)時(shí)需要加強(qiáng)環(huán)保通風(fēng)和水蒸汽收集等措施，以改善操作環(huán)境。