大型回轉(zhuǎn)窯處理鋅浸出渣的生產(chǎn)實踐

徐華軍 蔣 文 曾慶輝 梁 愿 李 燕

(1.中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038； 2.湖南株冶有色金屬有限公司， 湖南 常寧 421500)

0 前言

湖南株冶有色金屬有限公司在常寧市松柏鎮(zhèn)新建1座年產(chǎn)30萬t鋅及鋅合金工廠，主工藝采用鋅精礦流化焙燒中性浸出工藝。鋅焙燒礦常規(guī)浸出在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的鋅浸出渣，每生產(chǎn)1 t電鋅大約產(chǎn)出1 t鋅浸出渣[1-3]。為進(jìn)一步回收浸出渣中的Pd、Ag、In，中浸渣經(jīng)銀浮選后，采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)處理浸出渣。

新建合金工廠浸出渣規(guī)模為30萬t/a，當(dāng)時國內(nèi)最大的回轉(zhuǎn)窯尺寸為Φ內(nèi)4.15 m×58 m，需要選用3臺才能滿足處理能力。前期工藝選擇論證時，考慮到回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法在窯機(jī)械部分、節(jié)能和環(huán)保等多方面都比以前有了較大的改進(jìn)，生產(chǎn)也更趨大型化和現(xiàn)代化，項目最終確定選用2臺大型回轉(zhuǎn)窯(Ф內(nèi)4.5 m×68 m)處理鋅浸出渣。這也是目前處理鋅浸出渣規(guī)格最大的回轉(zhuǎn)窯，每臺每年可處理15萬t電鋅產(chǎn)生的全部浸出渣。渣處理系統(tǒng)于2019年4月投料試生產(chǎn)至今，生產(chǎn)狀況良好，達(dá)到了或超過了設(shè)計指標(biāo)。本文對回轉(zhuǎn)窯處理浸出渣系統(tǒng)的工藝流程和生產(chǎn)實踐進(jìn)行介紹。

1 回轉(zhuǎn)窯處理鋅浸出渣系統(tǒng)

鋅浸出渣回轉(zhuǎn)窯處理工藝主要包括配料系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)、余熱利用及收塵系統(tǒng)和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等，如圖1所示。

圖1 鋅浸出渣回轉(zhuǎn)處理工藝流程

1.1 配料系統(tǒng)

為避免浸出渣的轉(zhuǎn)運(yùn)，壓濾車間與浸出渣倉比鄰配置，鋅浸出渣經(jīng)壓濾后直接通過皮帶卸入浸出渣倉堆存。經(jīng)自然風(fēng)干后，由抓斗橋式起重機(jī)和前裝機(jī)抓起與焦炭混合配料。然后采用3套圓盤給料機(jī)和定量給料機(jī)計量，通過皮帶將混合渣送至回轉(zhuǎn)窯的窯尾加料倉。因混合渣含水較高，為解決下料問題，鋼倉內(nèi)襯超高分子聚乙烯板。

1.2 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)徑4.5 m、長68 m、斜度5%，設(shè)計采用單驅(qū)動傳動，變頻調(diào)速電機(jī)功率N=220 kW，主傳動轉(zhuǎn)速為0.3～1.0 r/min。鋅浸出渣揮發(fā)操作時易產(chǎn)生窯結(jié)，設(shè)計時整個筒體采用4擋支撐，并適當(dāng)加厚鋼板，以減少筒體變形；同時，為防止窯的上下串動，設(shè)置雙液壓擋輪裝置。回轉(zhuǎn)窯窯尾設(shè)置有冷卻水不銹鋼加料溜管，窯尾罩采用雙層鱗片式密封，并設(shè)置通風(fēng)收塵裝置，減少筒體轉(zhuǎn)動時的煙灰逃逸。筒體高溫區(qū)設(shè)置淋水冷卻裝置，包括給水槽、噴淋管、集水槽、給水槽和集水槽骨架檢修平臺等。在窯頭罩設(shè)置2臺高效天然氣燒嘴，用于烘窯使用，窯頭沖渣使用易更換的耐磨鑄鐵板溜槽?；剞D(zhuǎn)窯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 回轉(zhuǎn)窯的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.3 余熱利用及收塵系統(tǒng)

工程設(shè)計處理煙氣量為70 769 Nm3/h，正常產(chǎn)汽量為17.5 t/h。揮發(fā)窯煙氣從窯尾沉塵室水平進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐采用水平直通結(jié)構(gòu)，由輻射冷卻室和對流區(qū)兩部分組成。鍋爐采用強(qiáng)制循環(huán)，露天布置。余熱鍋爐爐墻采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，由鍋爐鋼管和扁鋼焊制而成。為保證余熱鍋爐的正常運(yùn)行，設(shè)計采用彈性振打清灰裝置和爆破清灰裝置及時有效地清除受熱面的積灰[4]。煙氣通過對流區(qū)后，溫度降到360 ℃以下排出余熱鍋爐進(jìn)入收塵系統(tǒng)。收塵選用有效截面積為120 m2的單通道五電場電收塵器。余熱鍋爐和電收塵器灰斗下部裝有埋刮板輸送機(jī)，收集的煙塵送至多膛爐車間脫氟氯，同時設(shè)煙塵打包開路用于暫存。最后煙氣經(jīng)過多電場電收塵器凈化送脫硫處理。

1.4 輔助生產(chǎn)系統(tǒng)

渣處理煙氣成份中SO2含量只有0.52%，工藝比選后，結(jié)合當(dāng)?shù)厥袌?，采用離子液煙氣脫硫技術(shù)生產(chǎn)高純度氣體二氧化硫(99%)，送到焙燒制酸系統(tǒng)用于生產(chǎn)硫酸。2臺揮發(fā)窯煙氣處理各設(shè)一套離子液法吸收系統(tǒng)，與多膛爐系統(tǒng)共用解吸裝置。吸收劑離子液循環(huán)使用，定期補(bǔ)充。脫硫系統(tǒng)解吸所需蒸汽主要來源于全廠冶煉余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽。

為節(jié)約能耗和管道成本，回轉(zhuǎn)窯窯頭工藝空壓機(jī)單獨設(shè)置在回轉(zhuǎn)窯附近，2臺回轉(zhuǎn)窯各設(shè)置1臺離心式空壓機(jī)。揮發(fā)過程考慮采用富氧，氧氣需要量大約為1 200 Nm3/h，來自于工業(yè)園區(qū)其他企業(yè)。

2 生產(chǎn)實踐

工程主體車間從建設(shè)到點火烘窯大致用了16個月，現(xiàn)已達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。實際生產(chǎn)中，回轉(zhuǎn)窯對原料適應(yīng)性較強(qiáng)，搭配處理了本廠其它車間部分含鋅物料，入窯浸出渣典型成分見表1。

表1 入窯浸出渣典型化學(xué)成分(干基重量) %

2.1 工藝操作控制

生產(chǎn)中，鋅浸出渣的處理窯溫和停留時間的控制非常關(guān)鍵。窯溫過低會影響金屬回收率；窯溫太高，還原氣氛下易產(chǎn)生較多液態(tài)金屬相，操作中容易形成窯結(jié)。為提高技術(shù)指標(biāo)，需保證物料在窯內(nèi)的停留時間，實際中采用低轉(zhuǎn)速操作，同時在窯頭出渣處設(shè)置650 mm高的擋圈，來降低渣的含鋅量。

實際生產(chǎn)中，單臺窯處理混料濕基量約915 t/d，配料時，浸出渣和焦粉體積比為1∶1，兩者濕基重量比約1 000 kg∶470 kg。由于浸出渣中Fe/SiO2較高，窯渣實際熔點較低，生產(chǎn)中需低溫操作。經(jīng)過生產(chǎn)摸索，控制窯尾溫度為600～650 ℃，在此操作條件下，窯結(jié)較少，且可以順利排渣，金屬回收率也可得到保證。

2.2 余熱利用

實際生產(chǎn)中，由于低溫操作，同時新窯剛投入使用，采用的耐材保溫性能較好，總體能耗較低。操作中窯尾煙氣量檢測小于設(shè)計值，余熱鍋爐蒸汽產(chǎn)量維持在7～12 t/h。 通過調(diào)節(jié)給水泵、循環(huán)泵和管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的開度，可穩(wěn)定通過管網(wǎng)送全廠余熱發(fā)電車間用于發(fā)電。

2.3 烘窯

工程反應(yīng)帶內(nèi)襯材質(zhì)采用鎂鋁鉻復(fù)合尖晶石磚，燒結(jié)磚采用環(huán)砌結(jié)構(gòu)，濕式砌筑。烘爐的主要作用是排除耐材中的游離水和化合結(jié)合水。在烘爐時，耐火內(nèi)襯材料發(fā)生一系列的物理、化學(xué)變化，最終達(dá)到燒結(jié)，獲得高溫使用性能，使耐材在高溫下穩(wěn)定工作[5]。

設(shè)計時采用2臺800 Nm3/h天然氣燒嘴對回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行烘窯。為使溫度能均勻分布于窯襯的各個部位，避免局部溫度過高影響窯襯使用，烘烤時需定期緩慢轉(zhuǎn)動窯體。在600 ℃以下，嚴(yán)格按照烘烤曲線進(jìn)行升溫和保溫，使水份緩慢排除，避免耐火內(nèi)襯爆裂。

2.4 加料和排渣操作

生產(chǎn)時利用水冷不銹鋼加料溜管進(jìn)行給料，為保證氧化鋅品質(zhì)，同時減少生料返料，施工時把溜管底部調(diào)整低于窯尾擋料圈100 mm左右。水冷加料溜管設(shè)計為方形管，使用時發(fā)現(xiàn)方形管焊接縫過多，制造時難以達(dá)到要求的承壓，出現(xiàn)漏水現(xiàn)象；后經(jīng)評估和改進(jìn)，取消水冷改用壓縮空氣冷卻方式。

窯頭沖渣溜槽采用耐磨鑄鐵板溜槽，比傳統(tǒng)的鑄鐵溜槽制造和安裝簡單，更換時也靈活方便。為減輕沖渣產(chǎn)生的水蒸汽的影響，在沖渣點設(shè)置水蒸汽收集罩，并在溜槽上方設(shè)置蓋板，現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境較好。

3 生產(chǎn)效果

回轉(zhuǎn)窯車間投產(chǎn)后，打通了整個濕法煉鋅流程，同時減輕了全廠的資金積壓。采用2臺大型回轉(zhuǎn)窯，完全能處理30萬t/a電鋅產(chǎn)出的浸出渣。相比3臺回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，設(shè)備大型化可有效減少勞動定員，降低能耗。同時設(shè)計時優(yōu)化配置和加強(qiáng)環(huán)保措施，可明顯改善以往回轉(zhuǎn)窯操作環(huán)境差的問題。

經(jīng)統(tǒng)計測算，全廠析出鋅攤分到回轉(zhuǎn)窯區(qū)域的生產(chǎn)成本約800元/t，渣中有價金屬得到有效回收，取得良好經(jīng)濟(jì)效益。鋅浸出渣經(jīng)處理后的窯渣送下游企業(yè)回收碳、銀和鐵，整個工程符合廢物處理的減量化和資源化政策。

生產(chǎn)中，典型氧化鋅煙塵和水淬渣成分見表2，鋅浸出渣大型回轉(zhuǎn)窯處理工藝實際生產(chǎn)指標(biāo)與設(shè)計值對比見表3。

表2 氧化鋅煙塵和水淬渣典型化學(xué)成分(干基重量) %

表3 實際生產(chǎn)指標(biāo)與設(shè)計值對比表

從表2和表3的數(shù)據(jù)可以看出，渣處理系統(tǒng)生產(chǎn)指標(biāo)良好，水淬渣含鋅小于1.8%，含碳小于13%，達(dá)到設(shè)計指標(biāo)值。在回收鋅浸出渣中鋅鉛有價金屬的同時，能回收利用煙氣余熱產(chǎn)生的蒸汽，用于發(fā)電和濕法車間使用，提高全廠效益及降低生產(chǎn)成本。

4 結(jié)束語

工程實踐證明，對于30萬t/a大規(guī)模鋅冶煉廠，采用2臺大型回轉(zhuǎn)窯處理鋅浸出渣技術(shù)是成熟可靠的?；剞D(zhuǎn)窯相對其他渣處理工藝具有操作簡單、建設(shè)投資低和原料適應(yīng)性較廣等優(yōu)點。尤其是在回轉(zhuǎn)窯設(shè)備大型化后，能有效減少勞動定員，保證鉛鋅有價金屬的回收率。同時需要注意的是，工程設(shè)計時需要加強(qiáng)環(huán)保通風(fēng)和水蒸汽收集等措施，以改善操作環(huán)境。