焦曉斌

(白銀有色集團(tuán)股份有限公司， 甘肅 白銀 730900)

西北鉛鋅冶煉廠鋅粉車間于2014年4月建成并投產(chǎn)，配置有1臺640 kW有芯感應(yīng)電爐，年生產(chǎn)吹制鋅粉3 000 t；2臺3 150 kVA密閉礦熱電爐，生產(chǎn)合金鋅粉，年產(chǎn)量9 000 t。合金鋅粉生產(chǎn)過程中對原料的成分、配比精度、操作準(zhǔn)確性等要求較高，該廠由于鋅精礦礦源變化，精礦含鐵升高，加之生產(chǎn)系統(tǒng)所限，投產(chǎn)初期，鋅粉產(chǎn)量、水淬渣含鋅都達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，造成大量鋅資源浪費(fèi)。2014年9月工廠開展了降低渣含鋅技術(shù)攻關(guān)，通過優(yōu)化合金鋅粉生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，減少了金屬鋅損失，提高了合金鋅粉生產(chǎn)的回收率。

1 工藝概述

礦熱電爐生產(chǎn)合金鋅粉的工藝流程如圖1所示。

圖1 礦熱電爐生產(chǎn)合金鋅粉工藝流程圖

礦熱電爐生產(chǎn)合金鋅粉是依靠電極與爐渣交界面上形成的微電弧與爐渣電阻的雙重作用，使電能轉(zhuǎn)化為熱能，熔化熔渣。在此條件下，焦炭中的C與爐氣及入爐物料發(fā)生反應(yīng)，釋放出鋅蒸氣，并產(chǎn)出爐渣。主要反應(yīng)如下：

ZnO(固)+C(固)=Zn(氣)+CO(氣)

(1)

ZnO(固)+CO(氣)=Zn(氣)+CO2(氣)

(2)

CO2(氣)+C(固)=2CO(氣)

(3)

在高溫還原熔煉過程中，二氧化硅和堿金屬氧化物(CaO、MgO、FeO等)形成硅酸鹽渣，高溫熔融的爐渣在流動過程中與浮于渣層的固體料坡相遇，熔融爐渣以對流換熱的方式將熱能傳給料坡表面的固體爐料，使之熔化并過熱，發(fā)生還原反應(yīng)形成產(chǎn)物和新的爐渣，當(dāng)爐內(nèi)渣量積累一定量時(shí)，進(jìn)行放渣操作。

2014年5～8月西北鉛鋅冶煉廠鋅粉車間水淬渣成分如表1所示。

表1 2014年5～8月水淬渣成分 %

由表1可以看出，2014年生產(chǎn)期間鋅粉車間所產(chǎn)水淬渣含Zn 15%～20%，大量鋅進(jìn)入渣中未能得到有效回收。

2 渣含鋅高原因分析及改進(jìn)

投產(chǎn)初期，由于物料成分不穩(wěn)定，入爐物料配比不精確，爐溫及冷凝器溫度控制不當(dāng)?shù)仍?，造成鋅粉質(zhì)量差及渣含鋅高。針對生產(chǎn)中存在的問題，工廠開展了技術(shù)攻關(guān)。

2.1 加強(qiáng)精準(zhǔn)配料降低物料損失率

鋅焙砂、生石灰等物料顆粒很細(xì)，混合物料經(jīng)電熱回轉(zhuǎn)窯干燥后含水小于1%，皮帶運(yùn)輸機(jī)在向爐頂料倉進(jìn)行輸送時(shí)，由于皮帶運(yùn)輸機(jī)密封性較差，細(xì)顆粒物料大量飛揚(yáng)，影響入爐物料的配料準(zhǔn)確性，而且造成物料的損失，影響現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。為保證配料的準(zhǔn)確性，利用大修期間，將49 m皮帶運(yùn)輸機(jī)更換為49 m密封刮板運(yùn)輸機(jī)，使混合物料在密閉的系統(tǒng)中輸送，有效地降低了物料的飛揚(yáng)損失，確保入爐物料達(dá)到配料比例要求，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配料。

2.2 放渣前提高焦炭加入量

電爐熔煉過程中，氧化鋅被還原揮發(fā)成鋅蒸氣，C為ZnO主要還原劑， ZnO還原過程中，爐內(nèi)的PbO、CdO、CuO以及部分FeO也會被C、CO還原。為了保證較好還原氣氛，配入過量的焦炭，使?fàn)t內(nèi)C、CO過剩，提高碳鋅比例，以便ZnO更好地還原蒸發(fā)，提高鋅金屬的直收率。生產(chǎn)實(shí)踐中，將原配料過程C的過剩系數(shù)固定在8%～10%(暫定)，調(diào)整為不同生產(chǎn)時(shí)段采用不同的配比，通過電子皮帶秤增減焦炭加入量實(shí)現(xiàn)。正常生產(chǎn)過程中，焦炭過剩系數(shù)為8%～10%；停車開爐前，焦炭過剩系數(shù)提升至15%～18%；放渣前，焦炭過剩系數(shù)為20%～22%。

2.3 調(diào)整渣型酸堿度

生石灰與石英的脈石造渣是冶煉工藝中重要的部分，爐渣的酸堿度對生產(chǎn)影響極大，合適的渣型有利于合金鋅粉生產(chǎn)，降低渣含鋅。

渣型偏酸性時(shí)，爐渣熔點(diǎn)隨酸度的增高而降低，其優(yōu)點(diǎn)是提高爐渣流動性，含鋅物料更容易熔于爐渣中，利于通電起弧，降低電耗，同時(shí)可以提高合金鋅粉生產(chǎn)的安全性；缺點(diǎn)是含鋅物料大量熔于爐渣中，部分沉入爐渣中部、底部，不易被還原蒸發(fā)，使渣含鋅增高，造成鋅資源的浪費(fèi)，并且由于爐內(nèi)耐火磚為高鋁磚，酸性渣會對爐磚造成極大腐蝕，縮短爐體壽命。

渣型偏堿性時(shí)，爐渣熔點(diǎn)隨堿度的增高而升高，其優(yōu)點(diǎn)是爐渣溫度升高，更利于ZnO被還原蒸發(fā)，減少鋅資源的浪費(fèi)，并且符合爐內(nèi)耐火磚使用要求，提高爐體壽命；缺點(diǎn)是爐渣變粘稠，含鋅物料不容易熔于爐渣中，造成物料在爐渣表面堆積，發(fā)生坍塌時(shí)系統(tǒng)壓力會驟然升高，造成爆沖等事故，并且由于爐渣熔點(diǎn)升高，需要更多的熱量熔化爐渣，爐渣中鋅金屬含量過低，增加合金鋅粉生產(chǎn)電耗。

在技術(shù)攻關(guān)過程中，密切跟蹤渣型變化，調(diào)整爐渣酸堿度K=(CaO + MgO)/SiO2的范圍在 0.95～1.05之間，并根據(jù)渣型和生產(chǎn)情況，及時(shí)調(diào)整配料比例，為降低渣含鋅創(chuàng)造條件。

2.4 穩(wěn)定控制電爐參數(shù)

(1)物料的投入方式。為保證入爐物料充分反應(yīng)，螺旋加料機(jī)轉(zhuǎn)動頻率由原來的15～20 Hz、停20 s進(jìn)10 s調(diào)整為15～20 Hz、停10 s進(jìn)6 s，嚴(yán)格規(guī)范崗位人員的操作，確保均勻、穩(wěn)定加料。

(2)爐溫控制。在生產(chǎn)初期，控制爐溫在1 100～1 250 ℃，鋅粉密度和水淬渣含鋅都不理想，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐摸索，調(diào)整爐溫在1 050～1 080 ℃，使鋅粉能夠完全反應(yīng)。穩(wěn)定的爐溫是礦熱電爐安全穩(wěn)定運(yùn)行以及爐內(nèi)還原環(huán)境的保證。電爐運(yùn)行平穩(wěn)，爐氣量、成分、溫度穩(wěn)定均勻，鋅蒸氣才能達(dá)到較好的冷凝效果。慣性分離器內(nèi)溫度應(yīng)低于120 ℃，布袋收塵器內(nèi)溫度應(yīng)低于100 ℃、但不能低于60 ℃，以免爐氣中的水汽冷凝成液態(tài)而堵塞布袋。

(3)冷凝器溫度。冷凝器用來冷卻揮發(fā)的鋅蒸氣，冷凝器內(nèi)設(shè)有若干U型水冷管，揮發(fā)的鋅蒸氣經(jīng)過礦熱電爐爐喉，擴(kuò)散到兩端的冷凝器后迅速被冷卻，凝結(jié)成為鋅粉顆粒，沉降在冷凝器下端，鋅蒸氣釋放的熱量使冷凝器溫度升高，冷凝器的溫度控制，是調(diào)整鋅粉顆粒大小及密度的關(guān)鍵。

生產(chǎn)初期冷凝器溫度不穩(wěn)定，溫度較高時(shí)，鋅粉冷卻程度不夠，溫度過低時(shí)，大量鋅粉迅速冷卻沉降在冷凝器底部，形成結(jié)塊，造成冷凝器壓力增大系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定。經(jīng)摸索實(shí)踐，冷凝器控制前段溫度在480～530 ℃，中段溫度在200～250 ℃，后段溫度在80～120 ℃，通過U型水冷管內(nèi)水流量及閥門開合程度進(jìn)行控制，鋅粉顆粒均勻，密度達(dá)到最大化。

2.5 調(diào)整放渣前停料時(shí)間

含鋅物料在爐內(nèi)被還原蒸發(fā)是一個(gè)持續(xù)進(jìn)行的還原反應(yīng)過程，若停料后立即放渣，會有大量含鋅物料未被還原直接隨爐渣排出爐外沒有得到回收。延長放渣前停料時(shí)間可有效提高鋅金屬的回收率，減少鋅資源的浪費(fèi)。根據(jù)金屬平衡，推算爐內(nèi)鋅量，據(jù)此調(diào)整停料時(shí)間，由原先的停料1 h后放渣改為停料2～3 h后放渣，鋅被充分還原揮發(fā)后再進(jìn)行放渣。

3 改進(jìn)效果

3.1 運(yùn)行情況

2014年9月至12月開展技術(shù)攻關(guān)，水淬渣含鋅逐步下降，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，表2、表3為部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

表2 水淬渣含鋅、爐渣酸堿度、碳鋅比及爐溫

分析生產(chǎn)數(shù)據(jù),爐渣酸堿度、爐溫對渣含鋅影響不明顯，而碳鋅比直接影響渣含鋅,當(dāng)碳鋅比控制在15～18之間,渣含鋅基本能穩(wěn)定在7%～9%，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

表3 冷凝器溫度、合金鋅粉密度

生產(chǎn)中控制冷凝器前段溫度480～520 ℃，中段溫度200～250 ℃，后段溫度80～120 ℃，鋅粉粒度均勻，密度能達(dá)到較好水平，渣含鋅也較低。

通過技術(shù)攻關(guān)，水淬渣含鋅逐步下降，最低為6.36%，鋅粉密度最高達(dá)到2.13 g/cm3,礦熱電爐運(yùn)行狀況良好，合金鋅粉質(zhì)量穩(wěn)步提高。

3.2 攻關(guān)過程中遇到的問題及解決方法

攻關(guān)開始階段，為有效降低渣含鋅，較大幅度提高了焦炭的過量系數(shù)， 10月中旬開始，渣含鋅相對于攻關(guān)之前有較大幅度降低，但是，由于高鐵礦的使用，在渣含鋅降低的同時(shí)，爐內(nèi)渣中Fe的含量逐漸升高， 最高達(dá)到41.57%，給電爐操作造成了極大的困難，電流不穩(wěn)，忽高忽低，電流只能維持在6 000 A左右，無法滿足正常生產(chǎn)需要。

由于Fe含量逐漸升高，形成高熔點(diǎn)粘渣層，放渣過程中大部分鐵不能隨渣一起排出，滯留在爐子底部形成爐結(jié)，減小了礦熱電爐的有效容積。大部分的Fe與二氧化硅發(fā)生造渣反應(yīng)：

2Fe3O4+3SiO2+C=3(2FeO·SiO2)+CO2

(4)

因此改變生產(chǎn)計(jì)劃，一方面調(diào)整配料比例，在滿足生產(chǎn)的情況下，降低焦炭系數(shù)，焦炭的配料比例由14%降低至11%，另外增加放渣次數(shù)，通過放渣把爐內(nèi)的積鐵釋放出來，故10～11月份渣含鋅有所升高。

在9～12月4個(gè)月的攻關(guān)過程中，經(jīng)歷了爐渣含鐵高、鋅焙砂含鋅低、電極斷落、渣含鋅高等問題，通過采取應(yīng)對措施，問題得到了解決。

自攻關(guān)以來，合金鋅粉生產(chǎn)所產(chǎn)生的水淬渣含鋅平均為7.85%，較攻關(guān)前16.31%降低了8.46%，效果十分明顯。

4 結(jié)束語

在合金鋅粉生產(chǎn)過程中，為了有效降低水淬渣含鋅，從生產(chǎn)原料和操作控制入手，加強(qiáng)配料過程的準(zhǔn)確性，從焦炭量、爐渣酸堿性、爐溫、放渣操作等多方面進(jìn)行調(diào)節(jié)，穩(wěn)定了礦熱電爐爐況，水淬渣含鋅明顯降低。

[1] 郭天立.鋅粉及合金鋅粉生產(chǎn)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2011.