煙化吹煉技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展

陳 萃

(長沙有色冶金設(shè)計研究院， 湖南 長沙 410011)

煙化吹煉技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展

陳 萃

(長沙有色冶金設(shè)計研究院， 湖南 長沙 410011)

煙化吹煉技術(shù)是從冶金貧礦、冶煉中間產(chǎn)品及冶煉廢渣中回收有價金屬的一種有效方法。隨著礦產(chǎn)資源的緊缺，冶金企業(yè)對于清潔生產(chǎn)和節(jié)能降耗越來越重視。本文介紹了近年來煙化吹煉技術(shù)的主要應(yīng)用及發(fā)展，并結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實踐，對其發(fā)展方向進行了展望。

煙化吹煉； 鉛鋅渣； 鋅浸出渣； 次氧化鋅煙塵； 連續(xù)煙化法

1 概述

煙化吹煉是一種從有色冶金爐渣中回收鉛、鋅、錫以及銦等可揮發(fā)金屬的冶煉技術(shù)，被廣泛用來處理各種爐渣(如銅渣、鉛鋅渣、錫渣等)及難選礦(低品位氧化錫精礦、低品位氧化鉛鋅礦等)。煙化過程的實質(zhì)就是將空氣和粉煤(或其他還原劑)的混合物通入熔融的爐渣中進行還原吹煉，爐渣中的金屬在高溫下以各種形式揮發(fā)并富集于煙塵中加以收集。

煙化吹煉法在上世紀50年代以前就被國外應(yīng)用于冶金工業(yè)生產(chǎn)，我國第一座工業(yè)煙化吹煉試驗爐于1962年正式全面投產(chǎn)。由于煙化吹煉法對原料的適應(yīng)性強，且燃料消耗少，金屬回收率高，機械化程度較高及操作簡單，其作為一種可靠的渣貧化、鉛鋅氧化礦及難選礦熔煉技術(shù)，很快得到業(yè)內(nèi)的廣泛認可。在過去幾十年的發(fā)展過程中，多項結(jié)構(gòu)上和操作上的改進，加之現(xiàn)代化模擬工具的采用，為煙化吹煉技術(shù)的突破提供了條件。

2 煙化吹煉技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展狀況

2.1 煙化吹煉法處理鉛鋅渣

最早的煙化吹煉技術(shù)應(yīng)用于ISP流程中用來處理鼓風爐產(chǎn)出的鉛鋅渣料，同時也處理渣堆上的冷渣，回收其中的有價金屬。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，煙化吹煉法處理鉛鋅渣已廣泛應(yīng)用于KIVCET一步煉鉛工藝系統(tǒng)、側(cè)吹富氧熔煉工藝系統(tǒng)、QSL工藝系統(tǒng)、底吹熔煉工藝系統(tǒng)、SKS工藝系統(tǒng)等，煙化吹煉法可將爐渣中所含鉛、鋅等有價金屬以氧化煙塵的形式回收，目前棄渣含鋅≤1%、含鉛≤0.2%，其已經(jīng)成為多種工藝流程中綜合回收的首選。

煙化吹煉法處理鉛鋅爐渣實質(zhì)是一種還原揮發(fā)過程，即通過粉煤燃燒產(chǎn)生大量的熱，并產(chǎn)生較強還原性氣氛，使鉛、鋅金屬化合物和游離的ZnO和PbO等還原成Zn和Pb的蒸氣，Zn和Pb蒸氣上升到爐子的上部空間，遇到二次空氣被再度氧化成次氧化鋅和氧化鉛，并以煙塵的形式被收集。

煙化吹煉法處理鉛、鋅渣主要的化學反應(yīng):

熔池區(qū)：

熔池上部空間：

若鉛鋅渣中含銦，吹煉過程中鋅蒸氣將攜帶一部分銦揮發(fā)出來，銦的揮發(fā)以In2O為主[1]。

江西銅業(yè)和株洲冶煉廠兩家KIVCET工藝系統(tǒng)中的18 m2煙化爐是全國最大的處理鉛鋅渣的熔煉設(shè)備， 2012年投產(chǎn)以來，運行狀況良好，技術(shù)指標先進。韶關(guān)冶煉廠、陜西東嶺冶煉廠、白銀第三冶煉廠等多家采用ISP技術(shù)的企業(yè)多年來的生產(chǎn)實踐表明，煙化吹煉技術(shù)回收鼓風爐渣中的有價金屬有其獨有的優(yōu)勢。近幾年迅速發(fā)展起來的富氧側(cè)吹熔煉工藝和底吹熔煉工藝也采用煙化吹煉技術(shù)進行有價金屬的綜合回收，且效果良好。郴州豐越雙側(cè)吹富氧熔煉工藝系統(tǒng)采用兩臺煙化爐—余熱鍋爐一體化裝置處理還原熔煉產(chǎn)生的還原爐渣及部分廢雜料，系統(tǒng)達產(chǎn)達標，且在多數(shù)情況為全冷料生產(chǎn)的條件下，爐體壽命長達兩年。

2.2 煙化吹煉法處理低品位含錫物料

煙化吹煉硫化揮發(fā)法是目前世界上處理錫爐渣、錫中礦、貧錫精礦等低品位含錫物料最有效的手段[2]，含錫物料煙化爐還原揮發(fā)較采用鼓風爐、發(fā)射爐及回轉(zhuǎn)窯處理具有優(yōu)勢。我國在上世紀70年代就已掌握這項技術(shù)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，棄渣含錫可降至≤0.2%。近年來這項技術(shù)已發(fā)展應(yīng)用于含錫煉銅爐渣的處理上，可有效地回收渣中的銅、錫、鋅等有價金屬，棄渣含錫、銅分別降至0.2%～0.3%和0.8%，銅、錫的回收率分別達到70%和90%。

煙化吹煉法處理低品位含錫物料的主要反應(yīng)：

熔池區(qū)：

熔池上部空間：

廣西來賓冶煉廠、云錫公司第一冶煉廠等均采用煙化吹煉技術(shù)處理本廠的低品位含錫物料。

2.3 煙化吹煉法處理濕法煉鋅浸出渣

鋅焙砂熱酸浸產(chǎn)出的高溫高酸浸出渣含鉛、鋅、銅等有價金屬，具有極高的冶煉價值，過去一直采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法進行處理，雖然能達到較高的回收率，但存在低空污染嚴重、檢修率高、勞動強度大，且煙氣余熱無法利用等問題。目前越來越多的冶煉廠用煙化吹煉法取代回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法，煙化吹煉法較回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法具有自動化程度高、床能力高、能耗低的優(yōu)勢，并且可以有效回收煙氣余熱，對煙氣中的非穩(wěn)態(tài)SO2進行吸收處理。

煙化吹煉技術(shù)處理鋅濕法浸出渣的主要反應(yīng)與鉛鋅鼓風爐渣還原揮發(fā)類似，即：

云南馳宏鋅鍺曲靖生產(chǎn)區(qū)[3]采用煙化吹煉法處理鋅濕法酸浸渣并搭配鼓風爐渣， 2005年12月投產(chǎn)以來，運行穩(wěn)定。株洲冶煉廠在2006年對煙化吹煉綜合處理中礦粉浸出渣搭配氧化鋅煙塵進行了實踐探索，結(jié)果表明該技術(shù)用于處理鋅浸出渣在技術(shù)和經(jīng)濟上可行[4]。

2.4 煙化吹煉法處理銅錫爐渣

對于一些含銅低且又含有可還原揮發(fā)回收金屬(比如錫、鉛、鋅等)的冶煉渣，多數(shù)中小型冶煉廠采用堆存或者對外銷售的處理方式。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，包括主體設(shè)備——煙化吹煉爐結(jié)構(gòu)的改進和創(chuàng)新，煙化吹煉技術(shù)已經(jīng)可以有效地處理這類物料，即有有價金屬揮發(fā)以煙塵形式回收，也有有價金屬以金屬锍化物產(chǎn)出。其實質(zhì)是在一臺煙化吹煉設(shè)備里同時存在兩種冶金過程，一個是熔煉過程：銅和硫組成冰銅而與爐渣分離；一個是金屬揮發(fā)過程：金屬鉛、鋅揮發(fā)經(jīng)二次空氣氧化進入煙塵，其作用及原理完全相同于傳統(tǒng)的煙化吹煉還原揮發(fā)過程。煙化吹煉后的廢渣由放渣口排出，冰銅則從冰銅口放出。

煙化吹煉法處理含銅、錫物料的主要反應(yīng)：

熔池區(qū)：

熔池上部空間：

3 新技術(shù)在煙化吹煉上的應(yīng)用

3.1 連續(xù)煙化吹煉技術(shù)

隨著工藝的日趨完善和設(shè)備的不斷更新，煙化吹煉由間斷作業(yè)發(fā)展為連續(xù)作業(yè)成為一個新技術(shù)方向?！斑B續(xù)煙化”的概念有兩種，一種是一般意義上的，即液渣連續(xù)加入爐內(nèi)，在吹煉條件穩(wěn)定的情況下進行還原吹煉，吹煉貧化后的廢渣從爐內(nèi)連續(xù)放出；另一種是以固體冷渣為主要原料，煙化吹煉設(shè)備同時起熔化和還原揮發(fā)作用，按照加料—熔化—吹煉—放渣的順序在同一臺爐內(nèi)連續(xù)循環(huán)作業(yè)。

相關(guān)人員對連續(xù)煙化在理論和實踐方面都做過一些研究工作，上世紀70年代初，蘇聯(lián)研究者們在實驗室條件下，模擬煙化吹煉過程，實驗結(jié)果表明采用連續(xù)方式可使生產(chǎn)能力提高15%～20%。1965年，蘇聯(lián)梁贊冶煉廠對1.05 m2半工業(yè)煙化爐進行改良，以天然氣和碎煤為熱源及還原劑進行了鋅渣煙化試驗，爐渣含鋅由5%降到1.74%，鋅的回收率為65%。國內(nèi)外連續(xù)煙化都尚處于半工業(yè)試驗階段，國內(nèi)唯一一臺12 m2連續(xù)作業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)用煙化爐目前正在建設(shè)中。

3.2 冷卻元件的技術(shù)創(chuàng)新

煙化吹煉技術(shù)的核心設(shè)備是煙化吹煉爐。煙化吹煉爐熔池是由大量冷卻元件和少量耐火材料及鋼結(jié)構(gòu)組成，冷卻元件的壽命和使用情況是影響煙化吹煉過程穩(wěn)定性和持續(xù)性的主要因素之一。煙化吹煉爐的核心部件冷卻水套，分為水冷水套和汽化水套兩種，汽化水套較水冷水套出現(xiàn)較晚，目前水冷仍然是煙化吹煉爐主要的冷卻方式。

熔池側(cè)壁水冷水套最初為平板式，經(jīng)歷了波紋、梯形等結(jié)構(gòu)形式的嘗試后，目前最新一代的水冷水套內(nèi)設(shè)噴流罩、工作面設(shè)錨固件與耐火材料相接合。某廠的6 m2和8 m2兩臺鉛鋅渣煙化爐應(yīng)用這種水冷水套，爐子本體壽命是原煙化爐的2～3倍，且生產(chǎn)運行穩(wěn)定、工藝指標良好。煙化吹煉爐的爐底水套亦從以往的平板式改進為目前最新的盤管式，自2009年以來，盤管式爐底已經(jīng)用于多臺煙化吹煉爐實際生產(chǎn)中，爐底壽命長達1年之久，取得了令人滿意的效果。

目前用于KIVCET爐、側(cè)吹爐熔池的鑄銅水套也被應(yīng)用于煙化爐熔池作為水冷元件，使用效果有待實踐檢驗。

4 煙化吹煉技術(shù)的發(fā)展趨勢

近年來，金屬富礦資源越來越少，有色冶煉原料成分越來越復雜，企業(yè)對含多種金屬、有價金屬含量低的貧礦或爐渣的綜合回收技術(shù)的需求越來越迫切。在目前整個礦產(chǎn)市場形勢嚴峻的背景下，降低生產(chǎn)成本，盡可能回收企業(yè)自身所產(chǎn)廢渣廢料中的有價金屬顯得非常重要。而鉛、鋅、錫、銅冶煉企業(yè)的副產(chǎn)品和中間產(chǎn)品中往往含有一些稀散金屬，如鎵、鍺、銦等，對這部分含量少、價值高的稀散金屬回收可以成為企業(yè)保值增效的一個利益點。采用煙化吹煉技術(shù)以煙塵的形式回收這部分有價稀散金屬受到關(guān)注。

煙化吹煉技術(shù)的另一個發(fā)展方向是還原劑和熱源的多重性，并且針對不同的原料選擇不同的還原劑和熱源。這個方向的研究和試驗上世紀90年代初國外就有報道，但國內(nèi)在這方面的研究卻少之又少。傳統(tǒng)的煙化吹煉工藝，粉煤是必選的還原劑和熱源，企業(yè)需要整套的粉煤制備系統(tǒng)，由于投資、占地，以及清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗等原因，對還原劑和熱源的要求越來越高。煙化吹煉的工業(yè)化生產(chǎn)可借鑒在有色冶金行業(yè)中處于發(fā)展階段的富氧技術(shù)，嘗試以此替代粉煤制備整套系統(tǒng)，且又可以達到傳統(tǒng)煙化吹煉的指標。除了富氧以外，天然氣、發(fā)生爐煤氣、水蒸氣、碎煤等均可以考慮作為還原劑和熱源，并且可以相互組合以滿足不同物料還原揮發(fā)的要求。

[1] 雷霆，周林等.煙化法處理鼓風爐煉鉛爐渣揮發(fā)銦試驗研究[A].中國首屆熔池熔煉技術(shù)及裝備專題研討會[C],2007，190-198.

[2] 黃位森.錫[M].北京：2000.269-271.

[3] 肖永強等.煙化爐搭配含鋅冷料生產(chǎn)初探[A].中國首屆熔池熔煉技術(shù)裝備專題研討會[C].2007，236-240.

[4] 雷德君等.曲靖煙化爐新工藝處理鋅濕法渣生產(chǎn)實踐[J].云南冶金，2009, 38(增刊):56-62.

Current situation and development of fuming converting technology

CHEN Cui

As an effective way of valuable-metal recycling, fuming converting technology is extensively applied in treating low grade ore, metallurgical intermediate and smelting waste, etc. With the increasing shortage of mineral resources, the needs for clean metallurgy and energy-saving are becoming more and more insistent. This paper discusses the mainly application and development of the fuming converting technology along with industrial practice. A brief prospect of development and trends about fuming converting technology is also included.

fuming converting; lead-zinc slag; zinc leaching residue; secondary zinc oxide dust; continuous fuming process

陳 萃(1982—)，女，湖南長沙人，碩士，工程師，從事冶金爐窯設(shè)計工作。

2016-01-08

TF803.11

B

1672-6103(2017)01-0023-03