廖光榮，劉放云，龔福保

（錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司，湖南冷水江417500）

重金屬

銻鼓風(fēng)爐富氧揮發(fā)熔煉新工藝研究與應(yīng)用

廖光榮，劉放云，龔福保

（錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司，湖南冷水江417500）

介紹了銻鼓風(fēng)爐富氧熔煉工藝的工業(yè)試驗及生產(chǎn)應(yīng)用。生產(chǎn)實踐表明，該工藝原料適應(yīng)性強，能耗低，指標(biāo)優(yōu)，生產(chǎn)效率高，環(huán)保效益好。

銻；鼓風(fēng)爐；富氧熔煉

銻鼓風(fēng)爐具有爐床處理能力高，對原料適應(yīng)性強，金屬回收率高等特點，受到企業(yè)的普遍青睞，但其也存在能耗高等缺陷。隨著社會進步和經(jīng)濟發(fā)展，該傳統(tǒng)工藝正受到環(huán)保和能源問題的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。2007年9月，錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司在3.0m2銻鼓風(fēng)爐進行了富氧熔煉工業(yè)性試驗，試驗表明，富氧熔煉可以大幅降低焦率，減少CO2的排放量，提高爐日處理能力，相關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)均優(yōu)于原工藝流程。在此基礎(chǔ)上，公司于2007年11月進行了技術(shù)改造，并對主要設(shè)備鼓風(fēng)爐及關(guān)鍵工藝進行了技術(shù)升級。工業(yè)生產(chǎn)實踐表明，銻鼓風(fēng)爐富氧揮發(fā)熔煉，各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)優(yōu)，其工藝技術(shù)處國際領(lǐng)先水平。

1 工藝及原理

1.1 工藝

銻鼓風(fēng)爐富氧熔煉新工藝在傳統(tǒng)的鼓風(fēng)爐工藝基礎(chǔ)上進行了重大創(chuàng)新，其工藝流程如圖1。

銻精礦與作為熔劑及粘合劑的石灰粉計量后進入圓盤制粒機，加水潤濕后制成粒子，經(jīng)干燥后和焦炭、鐵礦石、返料等按配比自動計量后送入鼓風(fēng)爐。向鼓風(fēng)爐內(nèi)鼓入富氧空氣，在1 300～1 400℃的高溫下物料發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，熔體進入前床澄清分層；銻的硫化物、氧化物分解揮發(fā)產(chǎn)生的粗三氧化二銻隨高溫?zé)煔庖黄鸾?jīng)過余熱回收利用系統(tǒng)(空氣預(yù)熱系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng))，煙氣溫度下降到500℃以下，再進入表面冷卻器，表面冷卻器將煙氣冷卻到150℃以下進入布袋收塵室，布袋收塵后的廢氣經(jīng)旋流板塔用石灰乳吸收二氧化硫達標(biāo)排放。前床分層的爐渣、銻锍和粗銻分別放出，爐渣放出經(jīng)水淬后存入漏斗送水泥廠配制水泥，銻锍和粗銻返回處理。

圖1 銻鼓風(fēng)爐富氧揮發(fā)熔煉工藝流程圖

空氣預(yù)熱系統(tǒng)使得預(yù)熱的富氧空氣將大量的物理顯熱直接帶入銻鼓風(fēng)爐；汽化冷卻系統(tǒng)所產(chǎn)生的蒸汽送砷堿渣處理系統(tǒng)等其他耗汽工藝使用，降低了焦炭消耗，提高了能源利用率。

鼓風(fēng)爐由爐頂、爐身、爐腹、爐缸及前床構(gòu)成。爐頂設(shè)有進料裝置，爐腹設(shè)有風(fēng)嘴，爐身由耐火材料砌筑，爐腹由汽化水套組成。

1.2 原理

銻鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉是利用Sb2S3易揮發(fā)、易氧化和氧化生成的Sb2O3也易揮發(fā)的特性反應(yīng)如下[1]：

上述氣態(tài)或液態(tài)Sb2S3氧化生成的Sb2O3具有易揮發(fā)的特性，800℃時，其蒸氣壓達到4.23 kPa，呈蒸氣狀態(tài)隨爐氣進入冷凝系統(tǒng)而沉積于系統(tǒng)中。

部分未揮發(fā)或來不及揮發(fā)的Sb2S3與未被氧化的FeS形成銻锍流入前床。此外，還有少量的Sb2S3和Sb2O3直接發(fā)生反應(yīng)生成金屬銻，隨銻锍進入前床[2]。

富氧揮發(fā)熔煉的特點是隨著氧氣濃度的提高，入爐空氣中氧分壓提高，反應(yīng)（2）、（3）更加迅速。反應(yīng)（2）、（3）為放熱反應(yīng)，利于提高爐溫、加快爐內(nèi)冶金反應(yīng)的進程，爐渣通過炙熱的焦炭層過熱溫度也得到提高，強化了冶煉過程。

2 工業(yè)試驗

2.1 試驗原料

處理的含銻原料為錫礦山閃星銻業(yè)自產(chǎn)的粒子、青砂、泡渣，配料比為粒子:青砂∶泡渣=1700∶200∶100，其為硫氧混合礦，硫化銻礦和氧化銻礦比為6∶1，銻品位40%左右，原料成分如表1。造渣熔劑及加熱用燃料的成分分見表2、表3。

表1 入爐原料成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

2.2 試驗方法及設(shè)備

采用現(xiàn)有銻鼓風(fēng)爐設(shè)備，規(guī)格3.0m2，在鼓風(fēng)管內(nèi)通入工業(yè)純氧，提高入爐氣體的氧氣濃度，實現(xiàn)富氧熔煉。批料量為2 000 kg。采用鉑銠—鉑熱電偶測量溫度，控制精度±5℃。通入的工業(yè)純氧通過調(diào)節(jié)流量計控制，煙氣流量采用差壓換算法測量，煙氣SO2濃度采用碘量法檢測。

表2 熔劑成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%

表3 燃料成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%

由于是單一因素試驗，所以其它對于工藝生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響的指標(biāo)，如焦炭、鐵礦石質(zhì)量，鼓風(fēng)機風(fēng)量、風(fēng)壓，抽風(fēng)機風(fēng)量、風(fēng)壓及爐況等都保持相對穩(wěn)定狀態(tài)。焦煤、鐵礦石采用同一批次的物料，質(zhì)量相同；鼓風(fēng)機電機采用變頻方式；抽風(fēng)機電機采用變頻方式；布袋室過濾面積保持不變并定期清理煙道；爐體處于運行后期，爐內(nèi)結(jié)構(gòu)在試驗前后基本一致，爐況穩(wěn)定且風(fēng)嘴亮。

2.3 對比試驗

對比試驗結(jié)果見表4。

2.4 試驗結(jié)果分析

2.4.1 氧氣濃度對生產(chǎn)指標(biāo)的影響

富氧濃度提高，進料更加順暢，爐溫(風(fēng)口區(qū))上升較快，爐床處理能力最高達32.60 t/（m2·d），同比提高40%；焦率為33.1%，同比下降17.4%；渣含銻1.24%，同比下降約0.3個百分點；Sb2O3質(zhì)量穩(wěn)定且白度明顯增加；冰銅產(chǎn)出率及返灰率基本相同。與原工藝鼓風(fēng)條件下?lián)]發(fā)熔煉相比，富氧熔煉銻鼓風(fēng)爐爐頂溫度、爐床處理能力大幅上升，焦率、鐵礦石率大幅下降。但富氧濃度增加，制氧的成本也相應(yīng)提高，對有關(guān)的制氧、供氧設(shè)備及相關(guān)技術(shù)要求也高。

2.4.2 氧氣濃度對煙氣量的影響

從實測數(shù)據(jù)可看出，試驗前后的廢氣量基本相同(采用同樣的檢測方法—差壓換算法)，原因是試驗過程中總鼓風(fēng)量保持基本恒定，盡管處理量提高30%左右，但焦率降低15%，兩者產(chǎn)生的影響基本抵消。

2.4.3 氧氣濃度對Fe3O4的影響

熔煉過程中Fe3O4含量過多時，會引起渣中金屬含量升高，造成積鐵，影響爐子正常運行，甚至造成死爐，這種情況在銅密閉鼓風(fēng)爐熔煉特別是富氧熔煉工藝過程中尤為突出。理論分析以及銻鼓風(fēng)爐熔煉的實際經(jīng)驗，銻富氧熔煉過程中，F(xiàn)e3O4不會對爐況造成負(fù)面影響。原因是：

表4 3.0m2鼓風(fēng)爐富氧熔煉試驗結(jié)果

（1）從熱力學(xué)角度，F(xiàn)eO氧化為Fe3O4的反應(yīng)要難于FeO的造渣反應(yīng)。造渣反應(yīng)的自由焓變更低，平衡常數(shù)更大，反應(yīng)更易進行；鼓入的氧主要是用于焦炭的燃燒，爐料中的Sb2S3、FeS等硫化物的氧化反應(yīng)尚不能完全反應(yīng)，這也是為什么有銻锍產(chǎn)出和進料時爐頂冒紅煙的原因。

（2）即使有Fe3O4產(chǎn)生，在FeS和SiO2同時作用下，F(xiàn)e3O4也會激烈而完全地分解，其反應(yīng)如下：

該反應(yīng)的自由焓變化可按下式計算：

當(dāng)溫度低于1 205℃時，△G0=60 875-45.75 T

當(dāng)溫度高于1 205℃時，△G0=149 375-105.75 T由此計算出的反應(yīng)自由焓變化與溫度的關(guān)系列于表5。

從表5可知，在銻鼓風(fēng)爐熔煉溫度下，F(xiàn)e3O4基本上能分解完成。

銅密閉鼓風(fēng)爐的生產(chǎn)實踐，投入石英石等造渣熔劑使?fàn)t料中SiO2/Fe達到1.15以上時，產(chǎn)生的Fe3O4不會對爐況有大的影響，生產(chǎn)能順利進行。而銻鼓風(fēng)爐熔煉時，由于物料中含有大量的SiO2，其SiO2/Fe為1.5～2.0,因此，反應(yīng)（5）能迅速進行。所以，銻鼓風(fēng)爐熔煉時，F(xiàn)e3O4不會對生產(chǎn)造成負(fù)面影響，工業(yè)實踐也證明了這點。

表5 3Fe3O4+FeS+5SiO2系的自由焓變化和平衡常數(shù)

2.4.4 氧氣濃度對爐渣含銻的影響

銻鼓風(fēng)爐爐渣含銻主要是機械夾雜的銻锍或粗銻液滴及少量銻氧化物，富氧鼓風(fēng)后，焦點區(qū)溫度上升，相同渣型的爐渣經(jīng)過焦點區(qū)時，能獲得更高的過熱溫度，渣的粘度降低，有利于渣中銻的沉降分離。同時，溫度提高，可在更大的范圍內(nèi)調(diào)整渣型，利于降低渣含銻。

3 工業(yè)應(yīng)用

錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司在工業(yè)試驗的基礎(chǔ)上，采用銻鼓風(fēng)爐富氧揮發(fā)熔煉工藝，對南、北銻冶煉廠實施了“合二為一”技術(shù)升級改造。在生產(chǎn)能力不變的情況下，用1座4.5m2富氧鼓風(fēng)爐替代原有兩座3.0m2銻鼓風(fēng)爐。項目于2007年11月正式投料生產(chǎn)，順利達產(chǎn)達標(biāo)。

向鼓風(fēng)爐內(nèi)鼓入富氧空氣，大幅度降低了入爐空氣量，減少煙氣流量，減少煙氣帶走的熱量，降低焦炭消耗。爐床生產(chǎn)能力由改造前的25 t/（m2·d）提高到35 t/（m2·d），爐日處理量大幅提高，達140 t以上，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

3.1 銻鼓風(fēng)爐大型化

銻鼓風(fēng)爐爐床由3.0m2擴大成4.5m2，風(fēng)口面積擴大，鼓風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)壓以及抽風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)壓都進行了優(yōu)化。為了保證入爐物料在大容量、長爐缸爐內(nèi)分布均勻以及爐頂?shù)拿芊庑裕捎昧颂厥庑问降臓t頂進料裝置。銻鼓風(fēng)爐大型化后，優(yōu)化了技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，最大爐日處理量達180 t，硫氧混合礦綜合回收率達96.50%，節(jié)約焦炭30%，綜合能耗大幅下降。

3.2 含塵高溫?zé)煔庥酂崂?/p>

銻鼓風(fēng)爐產(chǎn)生大量的含塵高溫?zé)煔?，煙氣溫度達950～1 100℃，煙氣帶走的熱量占全部入爐熱量的59%以上。由于銻鼓風(fēng)爐的高溫?zé)煔庵泻写罅康拇盅趸R粉塵，而粗氧化銻是一種十分容易粘結(jié)的物質(zhì)，粘結(jié)在換熱器內(nèi)壁，嚴(yán)重影響換熱效果。為此，采用特殊材質(zhì)制作的換熱器，其耐高溫、抗氧化、換熱溫度高、粗氧化銻不粘壁，使用溫度高達850℃。同時適當(dāng)提高空氣的流速，改善上下環(huán)風(fēng)室的結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒的器壁溫度分布均勻，預(yù)熱的富氧空氣溫度最高可達600℃，余熱得到充分回收。

3.3 主要工藝指標(biāo)

生產(chǎn)實踐中，銻鼓風(fēng)爐富氧揮發(fā)熔煉工藝表現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟性和先進的技術(shù)性，其主要生產(chǎn)工藝技術(shù)指標(biāo)見表6。

表6 4.5m2銻鼓風(fēng)爐富氧揮發(fā)熔煉工藝技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)的銻鼓風(fēng)爐熔煉相比，富氧熔煉可大幅提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)能,綜合能耗低；其既可直接處理各種品位、各種成分的含銻精礦，又可處理泡渣、鉛渣、銻渣等二次銻原料，原料適應(yīng)性增強，有價金屬的回收率高。

銻鼓風(fēng)爐富氧揮發(fā)熔煉新工藝的研發(fā)成功及工業(yè)化生產(chǎn)的實現(xiàn)，對我國銻工業(yè)節(jié)能減排,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。

[1]趙天從.銻冶金[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1987.

[2]趙瑞榮，石西昌.銻冶金物理化學(xué)[M].長沙:中南大學(xué)出版社，2006.

Study and app lication on new technology of oxygen-enriched air smelting of antim ony smelting blast furnace

LIAO Guang-rong，LIU Fang-yun，GONG Fu-bao

This paper introduced the industrial experament and application on technology of oxygen-enriched air smelting of antimony smelting blast furnace.Production practice shows that this technology can enhance the adaptability of raw materials and it has advantages on lower energy consumption,excellent indicator,high effi?ciency and good environmental benefits.

antimony；blast furnace；oxygen-enriched air smelting

TF818

B

1672-6103（2010）05-0017-04

廖光榮(1966—)，男，湖南新化人，大學(xué)本科，工程師，主攻銻冶金生產(chǎn)技術(shù)，現(xiàn)為中國五礦集團錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司銻冶煉廠廠長。

2010-04-02