韶冶氧化物料處理技術(shù)的研究和生產(chǎn)實(shí)踐

湯文俚

（廣東中金嶺南有色冶金設(shè)計(jì)研究有限公司，廣東韶關(guān) 512024）

韶關(guān)冶煉廠（以下簡(jiǎn)稱“韶冶”）采用密閉鼓風(fēng)爐煉鉛鋅，此方法通常被稱為ISP法。ISP問世之初，優(yōu)勢(shì)明顯。它的特點(diǎn)是能同時(shí)煉鋅和煉鉛，對(duì)原料有廣泛的適應(yīng)性，除能處理典型的鋅精礦和鉛精礦外，還能處理濕法煉鋅不能處理的鉛鋅混合精礦、濕法煉鋅或傳統(tǒng)煉鉛法難以處理的不純鋅精礦和不純鉛精礦（如含銅或含銀高的鋅精礦和含鋅高的鉛精礦）[1]。但隨著鉛鋅冶煉技術(shù)的進(jìn)步，直接煉鉛工藝和氧壓浸出煉鋅工藝取得很大的進(jìn)展，它們的冶煉能力得到了大大的提升，而成本卻反而下降，且隨著選礦技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)鉛鋅混合精礦顯著減少，與單獨(dú)煉鉛工藝或濕法煉鋅工藝相比，ISP工藝已慢慢喪失了優(yōu)勢(shì)。如果ISP只是處理單一原生鉛鋅精礦，則跟其它鉛鋅冶煉工藝相比已沒有了任何優(yōu)勢(shì)。

為進(jìn)一步發(fā)揮ISP工藝對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，提高鉛鋅冶煉的經(jīng)濟(jì)性和ISP工藝的延展性，為ISP工藝的發(fā)展提供良好的方向，ISP廠家都加大對(duì)處理各類含鉛、鋅二次物料的研究，如氧化鋅物料、收塵煙灰、電塵煙灰、鋼廠鋅灰、反射爐煙灰、銅轉(zhuǎn)爐煙灰、鼓風(fēng)爐煙灰、鍍鋅灰渣、浮渣、藍(lán)粉、鋅浸出渣等。日本八戶冶煉廠在ISP工藝處理氧化物料方面有著較為先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，通過直接配入、制粒、熱壓團(tuán)，年處理氧化物料達(dá)90 000 t多。韶冶也在各方研究的基礎(chǔ)上，開展了對(duì)氧化物料處理技術(shù)的研究和應(yīng)用，并在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了很大的成果。

1 氧化物料的物理化學(xué)性能

韶冶廠氧化物料的來源主要為韶冶廠內(nèi)部的中間產(chǎn)物、各類收塵煙灰及外購(gòu)氧化物料。

1.1 氧化物料化學(xué)成分及粒徑分析

韶冶廠氧化物料的化學(xué)成分及粒徑分析如表1～表 2。

由表1～表2可知，氧化物料的收塵煙灰、次氧化鋅、電塵都富含鉛、鋅金屬，極具回收價(jià)值，且其多為粒徑較細(xì)小的粉末顆粒。

表1 氧化物料化學(xué)成分%

表2 氧化物料粒徑分析%

1.2 氧化物料成球性能分析

成球性能（K）是指細(xì)磨物料在自然狀態(tài)下的滴水成球能力以及在機(jī)械力作用下的密集能力。對(duì)成球性能起主要作用的是顆粒表面的親水性和形狀。成球性指數(shù)（K）的計(jì)算公式為：

其中，α為最大分子水（%），β為最大毛細(xì)水（%）。

由公式（1）可知，K值實(shí)際上是指細(xì)磨物料表面所吸附的最大分子水量和毛細(xì)管中所能保存的最大毛細(xì)水量之比，通過壓濾法可測(cè)定最大分子水含量及最大毛細(xì)水含量[2]。韶冶各種氧化物料的成球性指數(shù)及成球性評(píng)價(jià)見表3。

表3 氧化物料的成球性指數(shù)及成球性評(píng)價(jià)

由表3可知，收塵煙灰、次氧化鋅、電塵成球性能均為一般甚至較差。

2 傳統(tǒng)處理方式的弊端

韶冶對(duì)中間氧化物料傳統(tǒng)的處理方式是用裝甲車將各地點(diǎn)的粉狀物料運(yùn)輸至燒結(jié)車間精礦14#倉(cāng)，然后通過汽車自卸傾倒至倉(cāng)內(nèi)，在生產(chǎn)中通過吊車抓配后，再進(jìn)入燒結(jié)車間生產(chǎn)，燒結(jié)車間生產(chǎn)出合格的燒結(jié)塊再進(jìn)入鼓風(fēng)爐進(jìn)行熔煉，而這種傳統(tǒng)處理方式存在以下弊端。

2.1 傳統(tǒng)運(yùn)輸方式造成環(huán)境污染

裝甲車反復(fù)往返于各氧化物料收集點(diǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，消耗大量人力和物力。裝甲車在裝車及運(yùn)輸物料的過程中，難免有落料和揚(yáng)塵，對(duì)路面和空氣造成污染。汽車在卸料過程中，升斗時(shí)也會(huì)有落料造成污染。多數(shù)情況下，由于物料流動(dòng)性不強(qiáng)，汽車必須進(jìn)行多次倒退或緊急剎車，以致在傾倒過程中形成大量揚(yáng)塵，造成環(huán)境污染。

2.2 氧化物料對(duì)燒結(jié)工藝的不利影響

2.2.1 氧化物料對(duì)燒結(jié)爐料的影響

由表3可知，那些返回?zé)Y(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)生產(chǎn)的氧化物料，大多為粒徑較細(xì)小的粉粒，這些粉粒的表面親水性很差，不適宜造球，含揮發(fā)性成分高，在燒結(jié)的高溫環(huán)境下，水分極易丟失，甚至在預(yù)熱干燥工序中就粉化了，粉化后脫離料層隨著煙塵飛揚(yáng)，造成燒結(jié)電塵、收塵煙灰等中間物料增多，而這些物料又返回作為燒結(jié)配料，返回的越多則燒結(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生的也越多，由此陷入惡性循環(huán)，嚴(yán)重制約了ISP工藝處理氧化物料的能力[3]。另外，這些物料致使燒結(jié)料層透氣性差，降低燒結(jié)機(jī)的脫硫能力，致使燒結(jié)過程控制較為困難，表現(xiàn)在燒結(jié)效果上則是燒結(jié)塊的數(shù)量減少，燒結(jié)塊的強(qiáng)度也變差。

2.2.2 氧化物料對(duì)燒結(jié)焙燒過程的影響

由于氧化物料的配入，燒結(jié)機(jī)單位時(shí)間精礦的投入量減少，精礦的減少則含硫量減少，而硫是燒結(jié)機(jī)用于燒結(jié)生產(chǎn)的一種燃料，因此造成燒結(jié)過程溫度不夠，致使焙燒反應(yīng)不完全、徹底。同時(shí)由于氧化物料的傳熱性能較差，致使燒結(jié)過程熱量不均衡，這些都影響燒結(jié)塊主體相的進(jìn)一步生成，降低燒結(jié)塊的結(jié)塊率。

3 氧化物料處理方法的改進(jìn)措施

3.1 針對(duì)運(yùn)輸方式的改進(jìn)措施

韶冶廠各爐窯產(chǎn)出的各種粉狀氧化物料含有豐富的鉛、鋅、鎘等有價(jià)金屬，極具回收價(jià)值，但其流動(dòng)性較差，如何把整車的粉狀氧化物料連續(xù)有序地加入輸送管路一直是韶冶未解決的難題。近幾年來，韶冶燒結(jié)車間加大了攻關(guān)力度，投入了大量資金，通過多次試驗(yàn)和實(shí)踐，最終采取的改進(jìn)措施如下：1）在裝甲車底板增加電動(dòng)振打器，在出料斗上增加氣動(dòng)震動(dòng)器，同時(shí)設(shè)置1套補(bǔ)氣系統(tǒng)，保證了車內(nèi)物料具有足夠的流動(dòng)性，使其能夠持續(xù)、有序地進(jìn)入下料口。同時(shí)，編程設(shè)計(jì)了1套裝甲車底板振打器自動(dòng)振打程序，實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化和簡(jiǎn)單化。2）設(shè)計(jì)并完善了1套ZT560真空輸送系統(tǒng)，并針對(duì)真空輸送系統(tǒng)運(yùn)行中的反吹動(dòng)作，研究安裝了1套管路緩沖器，避免了系統(tǒng)反吹過程中物料堵塞輸送管路而影響二次輸送，從而保證了輸送過程中不斷料、不堵料。3）為避免裝車甲在升斗期間落料造成污染，設(shè)計(jì)安裝了尾板夾緊裝置。

通過以上措施，在將氧化物料自動(dòng)輸送至制粒3#料斗的過程中（見圖1），實(shí)現(xiàn)了車內(nèi)物料的破拆、流動(dòng)、輸送一體化，運(yùn)輸過程中無揚(yáng)塵、無污染，真正實(shí)現(xiàn)環(huán)保無害化輸送，操作上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、簡(jiǎn)單化，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 韶冶氧化物料處理的工藝流程

3.2 針對(duì)燒結(jié)工藝的改進(jìn)措施

3.2.1 新建1套制粒系統(tǒng)（圓盤制粒機(jī)）

2015年，韶冶燒結(jié)車間電塵制粒技術(shù)研究成功和投入應(yīng)用。2016年，車間在電塵制粒技術(shù)研究成功的基礎(chǔ)上，又對(duì)煙灰的制粒技術(shù)進(jìn)行研究并成功投入應(yīng)用。在具備“硬件”的基礎(chǔ)上，韶冶燒結(jié)車間經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，通過分析各中間氧化物料和外購(gòu)氧化物料的組成成分和物理性能，摸索出合理的操作參數(shù)，生產(chǎn)出了合格的顆粒。氧化物料通過制粒后再進(jìn)入燒結(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)生產(chǎn)，大大降低了對(duì)燒結(jié)工藝的影響。

同時(shí)，對(duì)燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)工藝參數(shù)也作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，加強(qiáng)燒結(jié)過程的控制，提高燒結(jié)過程的精準(zhǔn)性。韶冶采取的措施主要有：1）配料中加入石灰用來改善鈣硅比，實(shí)踐證明，mCaO/mSiO2的值在1.47時(shí)，燒結(jié)效果最佳；2）保證入燒結(jié)機(jī)的硫量，根據(jù)來料成分進(jìn)行精準(zhǔn)配比，確保入機(jī)硫量在規(guī)定的范圍內(nèi)；3）適當(dāng)提高燒結(jié)的料層高度；4）適當(dāng)增大燒結(jié)的鼓風(fēng)量。通過以上這些措施，燒結(jié)塊的質(zhì)量和數(shù)量都基本達(dá)到了以前未加氧化物料時(shí)的水平[4]。

3.2.2 對(duì)直接配料用的氧化物料進(jìn)行潤(rùn)濕處理

韶冶外購(gòu)的氧化物料部分作為配料用（用于調(diào)節(jié)干精礦含硫），見圖1。氧化物料的成球指數(shù)較小，粘性差，對(duì)配料部分氧化物料先進(jìn)行灑水潤(rùn)濕處理，然后再與精礦配比進(jìn)入圓筒制粒，可以提高混合料的成球性能，從而提高制粒效果。韶冶的實(shí)踐表明，與氧化物料配料前不潤(rùn)濕相比，其潤(rùn)濕后的制粒效率增加33.28%，制粒小球濕強(qiáng)度、干強(qiáng)度、干磨強(qiáng)度分別提高35.96%，61.98%，31.06%，抗粉化能力提高35.21%。氧化物料經(jīng)潤(rùn)濕、制粒后再加入燒結(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)生產(chǎn)，減少了燒結(jié)過程中煙灰及二次物料的產(chǎn)生量，大大減輕了對(duì)燒結(jié)工藝的影響。

4 實(shí)踐效果

4.1 氧化物料輸送及制粒情況

通過對(duì)氧化物料運(yùn)輸方式的改進(jìn)與完善，韶冶對(duì)氧化物料的運(yùn)輸能力有了提高，從起初的1個(gè)白班輸送1車（約3 t）進(jìn)入制粒料斗，到現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)1個(gè)白班輸送3到4車。截止到2017年底，已將396車（約1 200 t）廠內(nèi)氧化物料輸送進(jìn)制粒料斗，全部制成合格的顆粒后，返回?zé)Y(jié)機(jī)生產(chǎn)。

4.2 實(shí)踐后的燒結(jié)工藝情況

通過加強(qiáng)配料管理，改進(jìn)氧化物料的處理方式，2017年，韶冶燒結(jié)機(jī)在處理完系統(tǒng)內(nèi)氧化物料的同時(shí)，共處理外購(gòu)氧化物料5 388.1 t。燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)比見表4。

表4 2016年與2017年燒結(jié)機(jī)工藝情況對(duì)比

從表4可得出，燒結(jié)機(jī)氧化物料處理量增加了5 388.1 t，燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能基本保持不變，各工藝指標(biāo)也變化不大。2017年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用效果良好。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

2017年韶冶外購(gòu)氧化物料總處理量為5 388.1 t，氧化物料日處理量見表5。

表5 2017年韶冶外購(gòu)氧化物料日處理量t

2017年，外購(gòu)氧化物料的鋅價(jià)比外購(gòu)鋅精礦的鋅價(jià)便宜2 500元/t，氧化物料的鉛價(jià)比鋅精礦的鉛價(jià)便宜680元/t。如果按85%直收率來計(jì)算，在同等產(chǎn)出的前提下，2017年韶冶節(jié)約成本為：（2 500×2 947.5+680×547.72）×0.85=6 580 020 元，可見經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

5 結(jié)束語

1）韶冶通過改進(jìn)傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)了車內(nèi)物料的破拆、流動(dòng)、輸送一體化，運(yùn)輸過程實(shí)現(xiàn)了環(huán)保無害化輸送，操作上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）韶冶通過改進(jìn)燒結(jié)工藝，在同等產(chǎn)出的前提下，燒結(jié)機(jī)氧化物料處理量增加，各工藝指標(biāo)變化不大，經(jīng)濟(jì)效益可觀。