提高西部矿业沸腾焙烧炉焙砂可溶锌率的措施.pdf

看么金蠢工程 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．2 0 9 5 1 7 4 4 ．2 0 1 2 ．0 6 ．0 0 9 提高西部矿业沸腾焙烧炉 焙砂可溶锌率的措施 鞭景银德 西部矿业股份有限公司冶炼事业部青海湟中8 1 1 6 0 0 摘要介绍西部矿业股份有限公司8 0m 2 沸腾焙烧炉生产情况，分析影响焙砂可溶锌率的因素，介 绍为提高可溶锌率所采取的措施及其效果。 关键词锌冶金；焙烧；可溶率；过剩空气系数 中图分类号T F 8 1 3文献标志码A文章编号2 0 9 5 1 7 4 4 2 0 1 2 0 6 0 0 5 2 0 3 西部矿业股份有限公司8 0m 2 沸腾焙烧炉配套于5 ．5 万t 电锌生产线，于2 0 0 7 年7 月建成投产，一次投料成功 并产出合格焙砂。生产能力不断提高，但焙砂可溶锌率 却一直较低 8 6 ％- 8 8 ％ ，困扰着公司的生产。如何提高 焙烧炉焙砂可溶锌率，降低不溶锌含量，从而减少后序 浸出渣的含锌量，提高锌的直收率，降低公司生产成本 具有重要意义。 1 生产情况 锌系统采用常规湿法炼锌工艺，流程包括锌精矿破 碎筛分、锌精矿沸腾焙烧、焙烧矿球磨上矿、焙砂中性连 续浸出、酸性连续浸出、硫酸锌溶液二段连续净化、锌电 积、熔铸、浸出渣过滤及干燥、浸出渣挥发窑处理、氧化 锌多膛炉脱氟氯、氧化锌浸出及过滤等。其中焙烧炉采 用氧化焙烧和硫酸化焙烧相结合的工艺处理硫化锌精矿 年生产时间3 3 0d ，床能力设计为5 ．5t ／m 2 d ，控制焙烧炉 风量4 20 0 0 ～4 30 0 0m ’／t l 最大不超过4 80 0 0i n 3 ／h 、实际 投料量1 5t ／I l 、炉温8 5 0 ～9 0 0 ℃、风箱压力1 3 ．0 ～1 6 ．0k P a 生产相对稳定。 2 可溶锌率低的原因分析与采取的相 应措施 ‘ 沸腾焙烧是在低于锌精矿和焙砂熔化温度下，使锌 精矿在～定成分的炉气中进行氧化的多相化学反应过程。 通过控制焙烧温度和炉气成分尽可能地将锌精矿中的硫 化物氧化为氧化物及生成少量的硫酸盐，尽量减少铁酸 锌、硅酸锌等生成，以满足浸出工序对焙烧矿成分和粒 度的要求及补偿系统中一部分硫酸的损失。 2 ．1 原料特性的影响 2 ．1 ．1 原料成分 针对目前锌精矿采购难的局面，为了满足生产需要 和降低采购成本，锌精矿采购有多种矿源。为了满足工 艺要求配矿就显得尤为重要，工艺要求入炉矿的质量和 实际原料成分分别如表1 和表2 所示。 收稿日期2 0 1 2 0 5 ．2 1 作者简介；景银德 1 9 7 7 一 ，男，青海湟中县人。助理工程师 主要从事有色金属冶炼等方面的研究。 5 2 E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 万方数据 表1 入炉锌精矿质量要求 ／％ 年份国麓外i ≤塾等‰竺1 7 度／5 m ％m 为了满足工艺要求，公司加大对国外矿的采购量， 加强配矿管理，优化配矿比例。由表1 和表2 可以看出， 2 0 1 0 年炉物料中国外矿的配比，锌和硫含量提高，铁和 水分含量有所降低，入炉物料的粒度更细。入炉矿质量 满足生产需要，产出焙砂可溶锌率大为提升。 2 ．1 ．2 原料铁含量的影响 焙砂的含铁量是影响浸出率和浸出渣量的重要因 素[ 1 - 2 1 。铁酸锌含量少，焙砂可溶锌率高，浸出渣率低， 锌的浸出率和回收率也相应提高。焙砂含铁量一般为 7 ％- 9 ％，若焙砂含铁量超过9 ％，预中和上清液中三价铁 将超过7g ／L ，沉钒除铁困难。生产数据表明焙砂含铁量 增加，可溶率降低，见表3 。 表3 焙砂含铁量与可溶锌率的关系 胍 针对铁含量超标，公司加强了低铁锌精矿的采购力 度和现场配矿管理，使焙砂铁含量由原来的1 2 ％～1 3 ％降 低到现在的1 0 ％- 1 1 ％，焙砂可溶锌率也接近9 0 ％。 2 ．1 ．3 焙砂残硫的影响 焙砂中的残硫一方面影响浸出率，一方面残硫量高 会加速高价铁在酸浸和预中和工序被还原成二价铁，造 成锰粉的过量加入，直接导致湿法系统中锰离子的含量 上升，阳极泥量增加，电解电效降低。如果持续过低则会 造成系统锰离子的急剧下降，也会对电解阳极的保护产 生不利影响。焙砂残硫一般控制在o ．4 ％- 0 ．6 ％，目前残 留控制在0 ．4 ％～0 ．5 ％，低于0 ．3 ％和高于0 ．7 ％时均要采 取措施使之保持在正常范围。控制焙砂残硫的措施就是 合理控制风料比例，稳定焙砂在炉内的停留时间，使硫 尽可能多地参与氧化反应。 2 ．1 ．4 铅和二氧化硅的影响 铅和二氧化硅同时存在容易生成低熔点物质，造成 炉料的粘结或生成炉结，堵塞风帽降低硫化锌的氧化速 度，从而影响锌精矿在焙烧炉内的沸腾效果，导致锌可 溶率低[ 3 】。低熔点物质还会粘结在炉内壁和烟道内壁造 成系统压力变化，影响焙烧炉的投料量。更严重的是由 于低熔点物堵塞风帽每半年就要停炉清理一次，严重影 响生产的连续与稳定。 调整配矿比例，使铅和二氧化硅等有害杂质在合理 范围内，减少硅酸铅的生成量，延长焙烧炉的连续工作 时间，目前要8 个月左右才停炉清理风帽，也避免了锌 可溶率的大幅度波动。 2 ．1 ．5 入炉锌精矿粒度的影响 人炉锌精矿粒度要求小于1 7 5m m ，细粒度人炉锌 精矿流态化焙烧的效果好，锌精矿在沸腾焙烧炉内与空 气接触面积大，能够充分与空气中的氧气结合生成氧化 锌，并减少了未完全氧化的锌精矿的量。同时有利于抑 制铁酸锌生成，提高锌可溶率。 粒度细的锌精矿焙烧后，跟随焙烧烟气进入后段收 尘系统的烟尘比重提高，烟尘的焙砂质量比溢流焙砂的 质量高得多，因此有利于提升焙烧炉焙砂的质量。 目前生产由于场地有限和设计缺陷，来矿不能一次 性进仓，露天存放一周左右后进仓，冬季冻块较多，入炉 粒度不理想，导致焙烧炉沸腾效果不好，影响可溶锌率。 经过工艺改造在配料仓加装破碎机破碎大块矿和加强锌 精矿入仓现场管理后基本解决了上述问题。 2 ．2 焙烧参数的影响 2 ．2 ．1 焙烧温度的影响 适当的焙烧温度产出高质量的焙砂。温度高能加速 气体分子的扩散，而且硫化锌的蒸气压也增加，硫化锌 在气态下氧化速度也增加，因此高温对提高反应速度有 利。然而，温度过高，炉料表面可能粘结，会阻碍气流扩 散，甚至使沸腾层结死。焙烧温度高有利于生成铁酸锌， 从而影响可溶锌率。 由于前期炉内水套的盘管之间的缝隙过小，在生产 过程中焙砂容易堆积在水套中间的空当处和空隙内，在 高温下烧结，导致水套换热效果不好。再加上炉床施工 质量的问题导致漏气，目前焙烧炉内部一周风帽已浇筑 死，实际炉床面积 8 0m 2 ，沸腾效果不好，产能下降。 2 0 1 1 年2 月焙烧炉控制温度由原来的9 2 0 ～9 6 0 ℃ 降低到现在的9 0 0 9 3 0 ℃，以提高焙砂质量。降低焙烧 温度导致降低焙烧炉的锌精矿人炉量，不符合降低成本 和提高产量的需求。因此大修时增大焙烧炉内部的6 组 水套的换热面积，增加后，冷却面积增大了5 ．3m 2 ，同时， 加宽水套盘管之间的缝隙防止焙砂堆积烧结，实现了增 加投料量和降低炉内温度的目标。 换热面积的计算公式爿J _ 1 ．1 6 3 a q A b ／ 2 4 k j A t m ，式 中4 ，为换热面积，m 2 ；a 为单位生产率，t ／m 2 “ d ；A 。 为炉床面积，m 2 ；4 乙为沸腾层与冷却介质的平均温差， ℃；岛为传热系数，w 俩2 。℃；q 为每吨锌精矿被烧反应 需排走的余热，J ／t 。由计算公式可推出A t m 1 ．1 6 3 a ．，，．q 么／ 2 4 k j A t 。因冷却介质的温度是一定的，因此可以推算出 2 0 1 2 年第6 期5 3 万方数据 陌五圈丙i N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R l N G 焙烧炉降低的温度量。 通过技术改进，现在焙烧炉进料量l “1 7t ／I l 改进 前1 5 讹 ，温度控制在9 0 0 ℃，尽可能少地生成铁酸锌， 提高了焙砂可溶锌率。 2 ．2 ．2 风料比的影响 沸腾层气流速度的增加，有利于氧化反应的进行。 因此已将沸腾层的气流速度由0 ．4 - - 0 ．5m ／s 提高到0 ．7 - 0 ．8 m ／s ，对于高铅易熔的精矿，气流速度甚至提高到lm ／s 以上。然而气流速度与风量正相关，加料量随风量调节。 为了保证烟气中S O 浓度不变，风料比和过剩空气系数 也不变。焙烧炉的进料量要均匀稳定，保持一定的风料 比 21 0 0 ～24 0 0 1 ，以保证锌精矿在炉内的停留时间， 使焙烧反应充分，降低残硫。 富氧的应用对提高焙烧反应速度有利。实践证 明，采用2 7 ％0 的富氧空气，焙烧炉单位生产率可提高 4 0 ％～5 0 ％。目前，应用富氧的技术攻关正在进行之中。 2 ．3 合理配加锌浮渣 锌电解产生的浮渣含锌8 0 ％- 9 0 ％，而这些锌都是 可溶锌，不含硫元素。沸腾焙烧原料中加入浮渣有利的 方面1 浮渣中不含硫元素，因此不产生反应热；2 浮 渣中所含的锌都是可溶锌，因此有利于提高焙砂中的可 溶锌含量；3 锌浮渣处于常温状态进入炉内，可以在炉 内吸收一定的热量，降低焙烧炉焙烧温度。然而添加浮 渣也有不利的方面浮渣中含氯元素较高，添加锌浮渣 对浸出系统具有危害；浮渣如果大量加入可能在炉内形 成明锌，产生烧结现象，不利于生产。 经过长期生产实践，每班向焙烧炉添加2 ．5t 锌浮渣， 添加锌浮渣后，温度得到一定的控制，可溶锌率有所提高。 3 结语 通过合理配矿，合理控制焙烧工艺参数，可以提高 西部矿业股份有限公司沸腾焙烧炉焙砂的可溶锌率，从 而降低生产加工成本。 参考文献 【l 】彭海良．常规湿法炼锌中铁酸锌的行为研究【J 】．湖南有色金 属，2 0 0 4 ，2 0 5 2 0 2 2 ． 【2 】窦明民．锌冶金中铁酸锌生成及离解机理研究[ J 1 ．云南冶金， 2 0 0 3 ，3 2 6 6 3 - 6 5 ． 【3 】胡天武，赵志华．小型沸腾炉风帽选择，排列及安装更换实 验【D 】．上海中国科学院上海冶金研究所，2 0 0 0 2 6 3 2 ． 新书推荐 属矿山清沽生产技术已由冶金工业出版社出版， B N9 7 8 7 - 5 0 2 4 ．6 0 2 3 5 ，定价4 6 ．0 0 元。 本书在介绍清洁生产基础知识的基础上，重点论述 金属矿山清洁生产技术的四个方面，即采矿清洁生产技术、 选矿清洁生产技术、尾矿综合利用技术以及矿区生态恢复 与重建技术，最后采用案例分析的方法介绍了金属矿山清 洁生产审核程序及相关内容。 本书可以作为从事清洁生产审核及矿山工程技术人员 的参考书，也可供高等院校采矿、矿物加工等相关专业师 生参考。 金属矿山清洁生产技术 李膏平赵礼兵李示波王伟之编著 5 4 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 万方数据