側吹熔煉處理含銅危廢技術開發(fā)與應用研究

張 鸝，殷小煒

（1.新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，烏魯木齊 830002； 2.新疆維吾爾自治區(qū)固體廢物管理中心，烏魯木齊 830012）

在含銅危廢多金屬資源綜合回收利用環(huán)節(jié)，側吹熔煉處理含銅危廢技術的運用，不但能夠提高含銅危廢多金屬資源的利用率，而且可以有效減少生態(tài)環(huán)境的污染，保證工業(yè)廢物真正實現(xiàn)資源化利用目標。為了保證側吹熔煉處理含銅危廢技術的更好運用，本文深入研究側吹熔煉處理含銅危廢技術的開發(fā)與應用要點。

1 側吹熔煉處理含銅危廢技術原理

金屬資源綜合回收項目中，側吹熔煉處理含銅危廢技術，主要利用富氧熔池熔煉工藝，將污泥進行干燥處理，然后得到污泥干燥塊，包括廢線路板與焚燒的各類廢棄物，在廢棄物中加入適量的無害化危廢醫(yī)藥廢物與農(nóng)業(yè)藥物廢物，經(jīng)過一系列的處理后，最終獲得銅含量約為90.00%的黑銅與冰銅產(chǎn)品，將回收原料中的各類貴金屬與銅、鎳金屬進行有效回收利用。

某項目建造了一臺規(guī)格為15.00 m2側吹爐，側吹爐的結構較為簡單。將含有銅的污泥通過回轉窯進行干燥脫水，經(jīng)過回轉爐干燥脫水后，原料的含水量由原來的76.00%下降到44.00%，含水量為44.00%的原料含有銅與鎳元素。將這些原材料投入立式干燥窯中進行有效的干燥處理，最終獲得干燥塊，然后利用膠帶運輸設備，將干燥塊和焚燒殘渣（包括高銅物料）運送到側吹爐加料口中，最終進入爐內(nèi)部。

無害化的物料進入爐內(nèi)部，具體運輸流程如下：樹脂、活性炭等固體物料，經(jīng)過膠帶運輸設備，被直接運送到爐內(nèi)部，而泥漿與液態(tài)的廢棄溶劑主要在柱塞泵中利用噴槍直接噴入側吹爐中。側吹爐的熔爐兩端，各自設置兩排風口。其中，下排的風口需要輸入濃度在76.00%～81.00%的富氧空氣，將渣層有效吹去，在熔池內(nèi)部快速攪拌，提高熱傳和傳質(zhì)，形成良好的動力學條件。與下排風口不同，上排風口需要利用風槍，在風口內(nèi)部鼓入適量的低壓空氣，保證煙氣內(nèi)部的單體硫，包括一氧化碳得到充分的燃燒。

2 側吹熔煉處理含銅危廢技術的特點

現(xiàn)階段，我國工業(yè)領域處理含銅等一系列金屬危廢物料時，通常運用鼓風爐或者反射爐進行冶煉。鼓風爐與反射爐對工作環(huán)境要求較高，操作人員的勞動強度較大，而且對外部環(huán)境會產(chǎn)生嚴重的污染，影響工業(yè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，無法滿足國家節(jié)能降耗要求。側吹熔煉處理含銅危廢技術的出現(xiàn)，能夠有效減少工業(yè)廢棄物排放量，對周圍的生態(tài)環(huán)境起到良好保護作用。

側吹熔煉處理含銅危廢技術具有以下特點。一是爐子對物料的含水量和粒度要求較低，污泥不能進入爐子中，剩余的各項物料均可進入爐子中[1]。二是爐床面積較大，能效較高。側吹爐采取固定臥式爐床，爐床面積特別大，與其他熔煉技術相比，爐床的反應空間更大，各類物料與煙氣可以直接在爐子內(nèi)部充分反應，相關操作人員可以不設置二次燃燒室。三是可以有效處置無害化物料，提高側吹爐的運行效率，保證危廢物料得到高效的處理，真正達到“一爐兩用”的目標，節(jié)省大量能源，保證物料的利用率得到進一步提升，減少能源損耗。四是與傳統(tǒng)的爐子相比，側吹爐的密封性較好，能夠有效預防煙氣的逸散，結合側吹爐煙氣余熱回收流程，能夠減少二噁英危害，符合國家節(jié)能環(huán)保要求。

3 側吹熔煉處理含銅危廢技術開發(fā)與應用要點分析

3.1 注意事項

側吹熔煉處理含銅固體廢棄物的過程中，混合的含銅危廢物可以直接在熔池中完成加熱、脫水與熔化等流程，也能夠自動完成氧化、造銅等過程。無害化物料屬于重點燃料，對爐子內(nèi)部的氧化還原氣氛起到良好的調(diào)節(jié)作用，能夠替代煤塊，節(jié)省大量的煤炭能源。液體銅硫與爐渣密度不同，能夠在熔池內(nèi)部有效分層，提高了銅渣的分離效率，有效減少爐渣的含銅量。爐渣采取逆向流動方法，使得側吹爐內(nèi)部的熱量更加平衡[2]。銅危廢內(nèi)部的有機物在熔池內(nèi)部燃燒之后，產(chǎn)生的灰分會進入爐渣中，經(jīng)過后續(xù)的揮發(fā)之后，進入煙氣中。

在側吹爐的爐體兩側，分別設置銅硫排放口與爐渣排放口，還要設置圓盤形狀的澆鑄機與水淬渣池，包括相應尺寸的溜槽。側吹爐內(nèi)部產(chǎn)生的黑銅與冰銅，放出之后，流過流槽，形成黑銅錠與冰銅塊，產(chǎn)生的爐渣經(jīng)過水淬處理之后，形成大量的水淬渣。

當側吹爐內(nèi)部的煙氣溫度上升到1 350℃時，煙氣會不斷上升，經(jīng)過一段距離的煙道之后，溫度會逐漸下降，通常會降到600℃，然后經(jīng)過噴霧冷卻處理，最終降低到200℃。經(jīng)過收塵處理后，將其運送到化工專業(yè)脫硫脫鹵區(qū)域。通過收塵獲得的熔煉煙塵，其含有大量的雜質(zhì)，一部分會隨著煙氣散出，另一部分則可以返回到熔煉爐中[3]。

將銅口與渣包，包括冰銅包等部位所產(chǎn)生的煙氣，集中送入到環(huán)境集煙氣系統(tǒng)當進行統(tǒng)一處置，避免放銅與放渣環(huán)節(jié)產(chǎn)生的二氧化硫飄散。側吹爐渣經(jīng)過溜槽會進入渣包內(nèi)部，然后經(jīng)過渣包車，被運送到渣緩冷場地。

3.2 技術開發(fā)與應用要點

3.2.1 開發(fā)要點

側吹富氧熔池還原熔煉技術，能夠?qū)⒑~多金屬危廢物料有效處理。在工業(yè)化領域，相關人員要特別注意含銅多金屬危廢物處理問題，因為含銅多金屬危廢物在熔煉過程中特別容易出現(xiàn)熱平衡不穩(wěn)定現(xiàn)象。相關研究人員要根據(jù)側吹熔煉爐裝置內(nèi)部結構特點，對既有的工業(yè)設備進行優(yōu)化，保證爐體結構穩(wěn)定，提高爐體的運行效率[4]。在優(yōu)化側吹熔煉處理含銅危廢技術時，人們可以從以下幾方面入手。

第一，明確側吹爐內(nèi)部結構特點，制定完善的優(yōu)化方案。側吹爐體主要由8 個不同的立柱與多個橫梁構成，屬于框架結構，立柱與橫梁具有良好的承重能力，能夠承擔除了爐缸以外爐體的全部重量。在爐體砌筑環(huán)節(jié)，水套安裝與耐火磚砌筑過程互不影響，使得爐體砌筑效率不斷提升。立柱具有良好的承載能力，能夠保證爐煙道與側吹爐結構穩(wěn)定，提高受力獨立性，為相關人員節(jié)省大量的修理時間，為后續(xù)的維修提供較多便利。

第二，避免含銅危廢物料內(nèi)部的有機可燃物質(zhì)出現(xiàn)燃燒過熱現(xiàn)象。對于渣線區(qū)域，包括冰銅虹吸口與渣口區(qū)域，可以設置銅水套，進行有效的冷卻，也可以采用多個干鋼板水套，形成結構更加穩(wěn)固的拱頂，上升的煙道與加料口比較接近，在加料口部位，設置水冷隔墻，而煙道則采取鑲轉水套方法，避免出現(xiàn)瞬時過熱現(xiàn)象，提升爐體的可靠性，防止爐體耐火材料出現(xiàn)過大的沖擊。

3.2.2 應用要點

為了保證側吹熔煉處理含銅危廢技術得到更好的運用，在應用過程中，相關人員需要明確此項工藝的各項參數(shù)與指標，具體如下：側吹爐的爐床面積為15.00 m2，單臺的側吹爐床利用率可達56 t/m2，側吹爐的熔煉溫度可以達到1 250℃，煙塵率可以達到4.00%，爐子的作業(yè)效率可以達到92.00%，富氧濃度為60.00%，黑銅產(chǎn)量為97.08 t/d，黑銅含銅率為89.00%，冰銅的產(chǎn)量可以達到11.80 t/d，冰銅含銅率為49.00%。

此外，在應用側吹熔煉處理含銅危廢技術時，物料組分特別復雜，其中含有一定量的揮發(fā)物質(zhì)，影響側吹熔煉處理含銅危廢技術的應用效果。由于揮發(fā)物質(zhì)的存在，在凝固過程中，煙氣溫度逐漸下降，在布袋收塵器入口部位，其溫度仍然超過200℃。因此，相關人員需要在鍋爐出口部位增大散熱面積，也可以設置水箱進行冷卻處理，使得布袋的進口溫度恒定，防止布袋出現(xiàn)破損。

在應用鼓風爐處理物料的過程中，由于物料含有鉛、砷等一系列揮發(fā)物質(zhì)，這些揮發(fā)物質(zhì)在上升的過程中一旦遇到冷氣，爐身的中間部位與上部會出現(xiàn)凝結，使得下料無法有序進行，引發(fā)嚴重的停爐現(xiàn)象。側吹爐因為其內(nèi)部反應特別劇烈，熔池攪拌溫度比較高，爐子內(nèi)部溫度高，再加上二次風補充將剩余的一氧化碳有效燃燒，在此種高溫條件之下，爐渣逐漸飛濺，會形成一定量的爐結。為了有效減少爐結的產(chǎn)生，相關人員在應用側吹熔煉處理含銅危廢技術時，還要特別注意以下問題。

一是在熱量保障方面，相關人員要結合物料金屬氧化形態(tài)，合理控制氧過剩系數(shù)并調(diào)整煤配合比，保證一氧化碳與二氧化碳比例合理。二是熱支出為冷卻水，冷卻水與蒸汽，包括爐渣，能夠?qū)t子的熱量帶走一部分。輻射損失的出現(xiàn)，也會帶走一部分熱量，這也是當前工藝的重點改進方向。

三是因為物料含水量較高，水分的有效消耗會影響熱量的損耗，因此針對具體的生產(chǎn)環(huán)境，相關人員還要嚴格控制物料揚塵量。一般來講，物料的含水量不能夠超過8.00%，相關人員可以采取晾曬與烘干等方法，有效降低物料含水量。四是物料的組分比較復雜，含有大量雜質(zhì)，故對配料的要求特別高，在具體的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，如果溫度控制不達標，特別容易出現(xiàn)爐缸爐結，影響布袋，故相關人員要定期改進爐內(nèi)部的燃燒條件。

通過不斷減少側吹爐停車時間，有效降低余熱鍋爐煙塵品位，人們能夠有效降低煙塵率，為工業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件，而且可以獲得較好的經(jīng)濟效益。例如，某型工業(yè)企業(yè)運用側吹熔煉處理含銅危廢技術后，工業(yè)煙塵量與品位不斷下降，因為減少了停爐時間，產(chǎn)銅量多了507.59 t。

想要更好地減少煙道結焦現(xiàn)象的發(fā)生，相關人員除了采用上述提到的處理措施之外，還可以在成本允許的條件下適當提升燃料的燃燒溫度，保證煙氣得到更好的揮發(fā)，有效減少結焦。各大工業(yè)企業(yè)可以根據(jù)生產(chǎn)負荷情況，妥善解決結焦現(xiàn)象。

4 結語

科學分析側吹熔煉處理含銅危廢技術的開發(fā)與應用要點，能夠保證側吹熔煉處理含銅危廢技術得到更好的開發(fā)與利用，減少工業(yè)污染物的產(chǎn)生量，保護人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境。