摘要：煙塵是冶煉過程必不可少的產(chǎn)物，是閃速爐反應(yīng)塔中沒有沉降到熔池的過氧化粒子，粒子粒度很小且呈球形熔融狀態(tài)。煙塵影響冶煉直收率，而不同區(qū)域煙塵的分布則影響收塵設(shè)備的選擇，冶煉過程雜質(zhì)的分布對(duì)配料至關(guān)重要。以紫金銅業(yè)銅冶煉項(xiàng)目為例，探究了閃速冶煉過程中煙塵及雜質(zhì)的分布情況，為后續(xù)生產(chǎn)的精細(xì)化管控提供支撐，從而提高冶煉企業(yè)生產(chǎn)、管理技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：閃速冶煉；煙塵；煙塵分布；雜質(zhì)元素；控制措施

中圖分類號(hào)：TF811 X933.7 文章編號(hào)：1001-1277（2023）09-0128-03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20230920

煙塵是冶煉系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，是判別生產(chǎn)系統(tǒng)是否穩(wěn)定、正常的關(guān)鍵因子。生產(chǎn)過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因系統(tǒng)風(fēng)量偏大、偏小導(dǎo)致煙塵前移、后移等現(xiàn)象。不同工況下系統(tǒng)煙塵遷移會(huì)引發(fā)諸多問題，例如：煙塵后移會(huì)造成電收塵系統(tǒng)負(fù)荷過大，導(dǎo)致收塵效果差、硫酸稀酸含銅高；煙塵前移會(huì)造成鍋爐擋渣板黏結(jié)、電收塵出口溫度偏低，引起電收塵稀酸結(jié)露腐蝕本體等。因此，有必要探究煙塵在冶煉系統(tǒng)的分布情況，為工藝調(diào)整提供依據(jù)；探究雜質(zhì)元素在煙塵系統(tǒng)的分布，有利于調(diào)整及改進(jìn)鹽化氧，確保煙塵的鹽化效果及煙塵循環(huán)輸送。

1 工程概況

紫金銅業(yè)有限公司（下稱“紫金銅業(yè)”）20萬t/a銅冶煉項(xiàng)目是由紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司全資興建的大型銅冶煉企業(yè)，2011年底建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)陰極銅20萬t。2015 年，第一次挖潛增效改造后年陰極銅產(chǎn)量超過30萬t。閃速爐冶煉收塵工藝流程第一灰斗煙塵→輻射室煙塵→對(duì)流室煙塵→沉塵室煙塵→電收塵A/B列煙塵冶煉收塵工藝。煙塵流向分布［1］如圖1所示。

2 煙塵分布探究

2.1 煙塵分布方案制定

煙塵分布探究以指導(dǎo)生產(chǎn)為前提，以為生產(chǎn)提供精準(zhǔn)控制為目標(biāo)。煙塵分布的探究須在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定條件下進(jìn)行，為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，制定煙塵分布探究方案。

1）閃速爐投料量穩(wěn)定，系統(tǒng)風(fēng)量變化穩(wěn)定，閃速爐運(yùn)行工況穩(wěn)定，無大幅度波動(dòng)。

2）在保證不影響生產(chǎn)的前提下，單系統(tǒng)測(cè)定時(shí)間以2.5 h左右為基準(zhǔn)。

3）試驗(yàn)前排空所測(cè)系統(tǒng)中殘留的煙塵，保證數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確。煙塵分布以質(zhì)量分布作為標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)時(shí)采用煙灰罐收集煙塵，外排煙塵送至地磅處進(jìn)行稱量，保證數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。

4）試驗(yàn)生產(chǎn)配料如表1所示。

2.2 煙塵分布

煙塵分布結(jié)果見表2。在投料量155 t/h、循環(huán)煙塵量約15 t/h、工藝總風(fēng)量約52 200 Nm3/h的穩(wěn)定工況條件下，第一灰斗煙塵量為0.92 t/h，占閃速爐熔煉系統(tǒng)煙塵量的7.30 %；輻射室煙塵量為3.57 t/h，占閃速爐熔煉系統(tǒng)煙塵量的28.20 %；對(duì)流室煙塵量為2.08 t/h，占閃速爐熔煉系統(tǒng)煙塵量的16.42 %；沉塵室煙塵量為0.36 t/h，占閃速爐熔煉系統(tǒng)煙塵量的2.81 %；電收塵煙塵量為5.73 t/h，占閃速爐熔煉系統(tǒng)煙塵量的45.27 %。

2.3 煙塵控制

大量煙塵進(jìn)入收塵系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的影響主要有：①余熱鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷增大［2］；②煙道出口、鍋爐系統(tǒng)、電收塵等處造成黏結(jié)，使得鍋爐傳熱效率及電收塵收塵效率大幅降低［3］；③危及設(shè)備運(yùn)行安全，引起重大設(shè)備故障，甚至影響系統(tǒng)平穩(wěn)生產(chǎn)；因此在閃速冶煉過程中控制煙塵率至關(guān)重要［4］。

降低煙塵率的措施：①規(guī)范精礦堆存、取用流程，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配料，避免礦物混用；②制定并完善計(jì)量系統(tǒng)校準(zhǔn)流程，且嚴(yán)格執(zhí)行，提高計(jì)量精度；③制定Pb、Zn、As、Sb等雜質(zhì)元素入爐標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)行配料程序［5］；④盡量減小反應(yīng)總分量，降低煙塵發(fā)生率［6］；⑤系統(tǒng)上下游協(xié)調(diào)，保證閃速爐爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，減少波動(dòng)。

3 雜質(zhì)元素分布探究

3.1 雜質(zhì)元素綜合分布

雜質(zhì)元素綜合分布結(jié)果見表3。

Pb元素在閃速熔煉過程中48.24 %隨銅锍進(jìn)入吹煉工序，29.09 %隨熔煉渣進(jìn)入選礦系統(tǒng)，21.37 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，1.30 %隨煙氣進(jìn)入硫酸凈化系統(tǒng)。

Zn元素19.70 %進(jìn)入銅锍，66.45 %進(jìn)入熔煉渣，13.17 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，0.68 %隨煙氣進(jìn)入硫酸凈化系統(tǒng)。

As元素17.46 %進(jìn)入銅锍，21.51 %進(jìn)入熔煉渣，49.57 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，11.48 %隨煙氣進(jìn)入硫酸凈化系統(tǒng)。

Sb元素45.32 %進(jìn)入銅锍，43.55 %進(jìn)入熔煉渣，9.10 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，2.03 %隨煙氣進(jìn)入硫酸凈化系統(tǒng)。

Bi元素43.73 %進(jìn)入銅锍，5.73 %進(jìn)入熔煉渣，50.53 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，幾乎無Bi元素隨煙氣進(jìn)入硫酸凈化系統(tǒng)。

3.2 雜質(zhì)元素成分及熔煉煙塵系統(tǒng)分布

雜質(zhì)元素成分及熔煉收塵系統(tǒng)分布結(jié)果見表4。

Pb元素21.37 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，其中1.60 %在第一灰斗處收集，9.87 %在鍋爐對(duì)流室和輻射室沉降，0.69 %在沉塵室沉降，9.21 %則在電收塵沉降收集。

Zn元素13.17 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，其中1.06 %在第一灰斗處收集，6.09 %在鍋爐對(duì)流室和輻射室沉降，0.37 %在沉塵室沉降，5.65 %則在電收塵沉降收集。

As元素49.58 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，其中2.83 %在第一灰斗處收集，16.89 %在鍋爐對(duì)流室和輻射室沉降，1.55 %在沉塵室沉降，28.31 %則在電收塵沉降收集。

Sb元素9.1 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，其中0.67 %在第一灰斗處收集，5.03 %在鍋爐對(duì)流室和輻射室沉降，0.19 %在沉塵室沉降，3.21 %則在電收塵沉降收集。

Bi元素50.53 %進(jìn)入熔煉收塵系統(tǒng)，其中3.20 %在第一灰斗處收集，21.57 %在鍋爐對(duì)流室和輻射室沉降，1.28 %在沉塵室沉降，24.48 %則在電收塵沉降收集。

3.3 雜質(zhì)元素影響及控制

3.3.1 雜質(zhì)元素的影響

Pb、Zn、As、Sb、Bi是銅金屬礦物最常見的伴生金屬元素，Pb、Zn會(huì)對(duì)熔煉爐后的余熱鍋爐造成影響，易在鍋爐管壁上形成結(jié)瘤。如果結(jié)瘤掉落或?qū)Y(jié)瘤進(jìn)行處理，都容易對(duì)鍋爐造成損傷［7］。As、Sb、Bi等Ⅴ族元素，主要會(huì)對(duì)陰極銅質(zhì)量產(chǎn)生影響，尤其是As還會(huì)使制酸過程中轉(zhuǎn)化器的觸媒中毒，并且增加廢酸、廢水的處理成本和含砷物料的生產(chǎn)成本。電解液含Sb過高，會(huì)使陽極泥大量飄浮，易黏附于陰極銅表面，誘導(dǎo)銅粒子長大，使部分或整個(gè)陰極板長滿開花狀粒子［8］。

3.3.2 雜質(zhì)元素的控制

1）配料是銅冶煉過程中控制雜質(zhì)元素最簡單也是最有效的方法，一般閃速冶煉配料對(duì)雜質(zhì)元素的要求為：w（Pb）+ w（Zn）≤2.5 %、w（As）≤0.25 %、w（Sb）≤0.03 %、w（Bi）≤0.03 %。

2）CaO的適量添加可使砷更多地富集在熔煉渣中，通過選礦工藝，從尾渣中分離出部分砷元素，減少進(jìn)入冰銅的砷雜質(zhì)，降低砷對(duì)后續(xù)工序的影響［9］。

3）控制中間產(chǎn)品雜質(zhì)含量、提高企業(yè)綜合回收能力。

4 結(jié) 論

1）煙塵以余熱鍋爐和電收塵為主要分布點(diǎn)，分別占煙塵總量的44.62 %（其中輻射室28.20 %、對(duì)流室16.42 %）、45.27 %，第一灰斗和沉塵室煙塵合計(jì)占煙塵總量的10.11 %。

2）雜質(zhì)元素Pb、Zn、Sb 主要進(jìn)入熔煉渣和銅锍中，約占總投入的80 %，其余20 %則以揮發(fā)物形式進(jìn)入煙氣，最終在余熱鍋爐、電收塵等收塵設(shè)備富集；40 %～50 % 的As、Bi進(jìn)入熔煉渣和銅锍中，其余50 %則以氧化揮發(fā)物形式進(jìn)入煙氣，最終在收塵系統(tǒng)中富集。

3）在當(dāng)前銅資源緊張的國際大環(huán)境下，嚴(yán)控配料，優(yōu)化操作是控制煙塵分布及工藝穩(wěn)定最有效、可靠的方式。因此，必須根據(jù)企業(yè)工藝特點(diǎn)、系統(tǒng)負(fù)荷及適應(yīng)性，制定本企業(yè)最合理的配料原則。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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［2］甘聰.紫金銅業(yè)熔煉系統(tǒng)大修改造［J］.有色金屬（冶煉部分），2022（3）：49-55.

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Research on the distribution of soot and impurities in the flash smelting process

Yu Wei1，2

（1.Zijin Copper Industry Co.，Ltd.; 2.Fujian Key Laboratory for Green Production of Copper and Comprehensive Utilization of Associated Resources）

Abstract：Soot is a necessary product in the smelting process.The soot is the peroxide particle that does not settle into the molten pool in the reaction tower of the flash furnace，and its particle size is very small and takes the molten spherical form.The generation of soot affects the direct yield of smelting，while the distribution of soot in different regions affects the selection of soot collection equipment，and the distribution of impurities in the smelting process is very important to the ingredients.In the case study of the smelting project of Zijin Copper Industry Co.，Ltd.，this paper explores the distribution of soot and impurities in the flash smelting process，so as to provide support for the refined management and control of subsequent production and improve the technical level of production and management of smelting enterprises.

Keywords：flash smelting;soot;soot distribution;impurity element;control measure

收稿日期：2023-04-10; 修回日期：2023-06-25

作者簡介：俞 偉（1994—），男，助理工程師，從事有色金屬冶煉和銅資源回收利用工作；E-mail：740315424@qq.com