賈宏杰　姜辛　林泉　邵德剛　王奎

〔摘 要〕詳細(xì)分析了某廠銅陽(yáng)極泥氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝過(guò)程及存在的問(wèn)題。針對(duì)氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝過(guò)程中硒回收率偏低、環(huán)保布袋糊袋嚴(yán)重及兩級(jí)動(dòng)力波除塵差的問(wèn)題，結(jié)合爐窯在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的工藝情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種新型旋轉(zhuǎn)式加料裝置，并將除塵、吸收為一體的兩級(jí)動(dòng)力波工藝改為“高溫濾袋柔性膜收塵+高效吸收裝置吸收工藝”。通過(guò)對(duì)加料裝置和兩級(jí)動(dòng)力波工藝的優(yōu)化，解決了非加料階段的高溫腐蝕料管的問(wèn)題，使得原系統(tǒng)的液固分離同時(shí)取消，系統(tǒng)阻力、生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)力消耗大幅度降低。

〔關(guān)鍵詞〕氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐；加料裝置；兩級(jí)動(dòng)力波；糊袋

中圖分類號(hào)：TF811 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ文章編號(hào)：1004-4345（2023）05-0023-04

Process Analysis and Optimization Design of Copper Anode Slime Oxygen Inclined-blown

Rotary Converter

JIA Hongjie， JIANG Xin， LIN Quan， SHAO Degang， WANG Kui

（Jinchuan Group Copper Industry Co.， Ltd.， Jinchang， Gansu 737100， China）

Abstract? The paper made a detailed analysis on the process and existing problems of a copper anode slime oxygen inclined-blown rotary converter in a certain smelter. In response to the problems of low selenium recovery rate， serious environment-friendly bag pasting， and undesirable dust handling of two-stage dynamic wave in the oxygen inclined-blown rotary converter process， a new type of rotary feeding device was optimized and designed based on the actual production process of the furnace. The two-stage dynamic wave process that integrates dust handling and absorption was changed to the "high-temperature filter bag flexible membrane dust collection and high-efficiency absorption process of absorption device". By optimizing the feeding device and two-stage dynamic wave process， the problem of high-temperature corrosion of the feed pipe during the non-feeding stage was solved， resulting in the cancellation of liquid-solid separation in the original system and a significant reduction in system resistance and production power consumption.

Keywords? oxygen inclined-blown rotary converter; feeding device; two-stage dynamic wave; bag pasting

0? ?前言

陽(yáng)極泥是有色金屬冶金過(guò)程中的一種重要的“二次資源”，因其含有大量的稀貴金屬而成為提取金、銀、硒、碲等稀貴金屬的重要原料。目前，國(guó)內(nèi)外銅陽(yáng)極泥處理工藝主要有3種：１）全濕法工藝，流程為銅陽(yáng)極泥→加壓浸出銅、銻→氯化浸出硒、金→堿浸分鉛→氯浸分銀→金銀電解；2）以濕法為主，火法、濕法相結(jié)合的半濕法工藝，主干流程為硫酸化焙燒蒸硒→稀酸分銅→氯化分金→亞鈉分銀→金銀電解；3）以火法為主，濕法、火法相結(jié)合的火法工藝，主干流程為銅陽(yáng)極泥→火法熔煉、吹煉→銀電解→銀陽(yáng)極泥處理。目前，某廠在處理電解銅陽(yáng)極泥的生產(chǎn)過(guò)程中，采用以氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐作為熔煉、吹煉的火法工藝。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐，又稱“卡爾多爐”，是一臺(tái)既能前后傾動(dòng)，又能繞爐子中心軸線旋轉(zhuǎn)的冶煉爐。該爐型因吹煉時(shí)爐子置于傾斜位置，同時(shí)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，冶煉時(shí)熔體中不存在死角，每一部分都處于充分?jǐn)嚢柚?。氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐及其附屬設(shè)備設(shè)施主要結(jié)構(gòu)包括爐體、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾動(dòng)機(jī)構(gòu)、配有氧槍吹煉槍裝置、活動(dòng)煙罩、水冷系統(tǒng)及排煙設(shè)施等。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。

然而，在該廠的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理銅陽(yáng)極泥存在硒回收率偏低、環(huán)保布袋糊袋嚴(yán)重及兩級(jí)動(dòng)力波除塵效果差等問(wèn)題，本文擬以該廠爐窯的實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，以期優(yōu)化其工藝及相關(guān)裝置，解決上述問(wèn)題。

1? ?氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝分析

1.1? 工藝流程分析

該廠氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐銅陽(yáng)極泥處理工藝流程為“銅陽(yáng)極泥→加壓浸出→合金吹煉→銀電解→金精煉→硒精煉→碲精煉”，即陽(yáng)極泥首先進(jìn)行加壓浸出脫除銅、鎳等雜質(zhì)，浸出渣經(jīng)壓濾、干燥后送氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐還原熔煉和氧化精煉，將產(chǎn)出金銀合金送電解精煉，從煙氣中回收硒。

1）氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝。氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)流程為“銅陽(yáng)極泥浸出渣干燥→配料及上料→還原熔煉→氧化精煉→電爐保溫及澆鑄金銀合金板→送銀精煉”，具體生產(chǎn)過(guò)程為：將干燥后浸出渣、焦炭、碳酸鈉、石英砂配比后，送入爐內(nèi)進(jìn)行還原熔煉操作。使用熔煉槍送天然氣和氧氣進(jìn)行升溫，隨著溫度的升高，部分砷、鉍氧化揮發(fā)而脫除；隨著溫度的繼續(xù)升高，其他氧化物進(jìn)行造渣脫除，鉛被還原成單質(zhì)鉛后與金銀形成貴鉛合金留存在爐內(nèi)進(jìn)行下一步的精煉。

2）氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐收塵工藝。氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐收塵工藝分為主排煙收塵系統(tǒng)和環(huán)保排煙收塵系統(tǒng)。主排煙收塵流程為“氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐→水冷煙道→一級(jí)動(dòng)力波洗滌器→二級(jí)動(dòng)力波洗滌器→旋流脫水器→電除霧器→風(fēng)機(jī)→脫硫塔→排氣筒”。爐子產(chǎn)生的煙氣經(jīng)水冷煙道冷卻至約350 ℃進(jìn)入一級(jí)洗滌器，在一級(jí)洗滌器的逆噴管內(nèi)與向上噴射的循環(huán)稀酸逆流接觸并激烈碰撞，形成液膜泡沫區(qū)。煙氣被冷卻至絕熱飽和狀態(tài)，煙塵隨循環(huán)稀酸進(jìn)入一級(jí)洗滌器酸槽內(nèi)被除去，而后煙氣進(jìn)入二級(jí)洗滌器，使得煙氣進(jìn)一步降溫，煙塵絕大部分被洗滌除去。從二級(jí)洗滌器中排出的煙氣，經(jīng)旋流脫水器脫去煙氣夾帶的液滴后，再經(jīng)電除霧器脫出大量水霧，最后經(jīng)風(fēng)機(jī)脫硫塔放散。環(huán)保排煙收塵流程為“氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐→爐體整體煙罩→保溫?zé)煹馈即諌m器→風(fēng)機(jī)→排氣筒”。

1.2? 硒的產(chǎn)出、吸收機(jī)理

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐冶煉的基本原理是在1個(gè)爐內(nèi)連續(xù)完成貴鉛熔煉和氧化精煉，直接產(chǎn)出金、銀合金。爐料中的硒在此過(guò)程中揮發(fā)氧化成二氧化硒進(jìn)入煙氣處理系統(tǒng)，經(jīng)煙氣除塵及硒回收系統(tǒng)所得到的粗硒。硒在熔煉初期產(chǎn)出，其主要反應(yīng)方程式見(jiàn)式（1）、式（2）：

式（1）的反應(yīng)溫度＜500 ℃，式（２）的反應(yīng)溫度＞500 ℃。而爐內(nèi)溫度高于800 ℃，因此浸出渣中的Se將全部揮發(fā)進(jìn)入煙氣。

煙氣經(jīng)絕熱蒸發(fā)冷卻、動(dòng)力波洗滌器，大部分煙塵被洗滌，其中的SeO2氣體溶于水，生成亞硒酸。亞硒酸具有強(qiáng)氧化性，與SO2反應(yīng)生成硒。其主要反應(yīng)方程式如下：

硒的回收效果主要取決于熔煉初期煙氣的去向和吸收系統(tǒng)pH值的控制。其中，主排煙系統(tǒng)正常與否直接關(guān)系到硒的回收效果。氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐為間斷操作，每個(gè)生產(chǎn)周期約為16 h，包括加料期、還原期、氧化造渣期、灰吹期等。銅陽(yáng)極泥回收硒工藝流程如圖2所示。

2? ?生產(chǎn)實(shí)踐存在問(wèn)題

生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，在主排煙收塵系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，硒回收存在如下問(wèn)題：1）出現(xiàn)重復(fù)回收現(xiàn)象；2）環(huán)保布袋糊袋嚴(yán)重，運(yùn)行成本高；3）主排煙風(fēng)機(jī)負(fù)荷難以提高，系統(tǒng)負(fù)壓不足；4）兩級(jí)動(dòng)力波塔、旋流脫水器上部脫水填料堵塞；5）旋流脫水器效率低；6）電除霧陰陽(yáng)極黏結(jié)嚴(yán)重，造成二次大電流低電壓運(yùn)行。主要表現(xiàn)為硒回收率偏低，環(huán)保布袋糊袋嚴(yán)重，兩級(jí)動(dòng)力波難以保證除塵效果。

2.1? 硒回收率偏低及環(huán)保布袋糊袋嚴(yán)重

浸出渣干燥后為粒狀，再配入一定比例的碳酸鈉、碎焦以及石英石等，按比例給入加料輸送機(jī)，再通過(guò)加料管加入爐內(nèi)（爐子此時(shí)在加料位）。原設(shè)計(jì)中加料與吹煉時(shí)爐體角度同為28 °。理論上，在爐體角度為28 °時(shí)加料，由于水冷料管插入爐內(nèi)，距熔體面距離較近，能有效控制粉塵量的產(chǎn)生，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中料管堵塞嚴(yán)重導(dǎo)致無(wú)法加料，于是改為采用42 °的備用加料位。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察分析，認(rèn)為料管堵塞原因是設(shè)計(jì)時(shí)是按干燥后粒裝浸出渣、碎焦的滑動(dòng)角考慮的，而細(xì)石英粉和粉狀浸出渣的滑動(dòng)角都較大，當(dāng)混合物料同時(shí)進(jìn)入加料管后細(xì)石英粉和碳酸鈉由于粒度小而沉于料管壁，這樣就抑制了混合物料的下滑，最終導(dǎo)致料管堵塞。目前，氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)時(shí)主要采用加料位42 °、吹煉位28 °的角度設(shè)置，如圖3、圖4所示。

當(dāng)爐子處于加料位置時(shí)（42 °），爐口是脫離主排煙煙道的，且為了保證爐子的正常旋轉(zhuǎn)至42 °，加料管距爐口高度約為1.5 m，因此加料時(shí)落差較大，容易產(chǎn)生揚(yáng)塵。加料時(shí)，爐子繼續(xù)沿爐體中心線旋轉(zhuǎn)，加料時(shí)間約30 min。此時(shí)，爐內(nèi)留有部分熔體，爐內(nèi)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)800 ℃。從硒的產(chǎn)出、吸收機(jī)理中可知，溫度超過(guò)500 ℃時(shí)，硒就升華與氧結(jié)合以SeO2的形式溢出。因此加料時(shí)正是SeO2大量溢出階段，這些溢出的煙氣并未直接進(jìn)入主排煙系統(tǒng)，而是進(jìn)入了環(huán)保系統(tǒng)。而環(huán)保系統(tǒng)則在加料期擔(dān)負(fù)了主排煙的任務(wù)，進(jìn)而造成含水、SO2等介質(zhì)進(jìn)入環(huán)保布袋結(jié)露出現(xiàn)糊袋現(xiàn)象（冬季更為嚴(yán)重），如圖5所示。

2.2? 兩級(jí)動(dòng)力波除塵效果差

理論上，兩級(jí)動(dòng)力波的除塵效率可達(dá)99%。然而在實(shí)際運(yùn)行中，由于風(fēng)機(jī)需要根據(jù)爐口負(fù)壓進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量、風(fēng)速，從而使動(dòng)力波所形成的泡沫層不太穩(wěn)定，煙氣穿透泡沫層的可能性增加。煙氣穿透泡沫層會(huì)導(dǎo)致濕潤(rùn)后的粉塵后移，造成兩級(jí)動(dòng)力波塔、旋流脫水器上部脫水填料堵塞、電除霧器陰極黏結(jié)嚴(yán)重，無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煙氣設(shè)計(jì)含塵量為26.8 g/m3，動(dòng)力波理論處理含塵煙氣的最大量一般＜10 g/m3，然而現(xiàn)工藝中實(shí)際進(jìn)入的塵量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出理論值，這使得吸收系統(tǒng)循環(huán)液含固量增大，液固分離系統(tǒng)壓力增大。

3? ?氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1? 加料裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)以上氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了1種旋轉(zhuǎn)加料裝置。該加料裝置可以轉(zhuǎn)動(dòng)解決了加料管道堵塞的問(wèn)題，并使得物料在加入過(guò)程中混合均勻。裝置設(shè)置于氧槍吊架上，可以使加料階段的含硒煙氣進(jìn)入主排煙吸收系統(tǒng)，減少硒損失。通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)加料裝置的移動(dòng)，還可解決非加料階段的高溫腐蝕料管的問(wèn)題。加料裝置結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

新型旋轉(zhuǎn)加料裝置的工作機(jī)制：加料時(shí)，通過(guò)電動(dòng)推桿控制行走托板在氧槍吊架上移動(dòng)到加料合適位置，將物料通過(guò)固定加料口加入，同時(shí)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)齒輪通過(guò)旋轉(zhuǎn)齒圈帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)管在向心推力球軸承內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。向心推力球軸承用于防止旋轉(zhuǎn)加料裝置在移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中下滑，上支撐托輥和下支撐托輥則能保證旋轉(zhuǎn)加料裝置在移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中保持良好的穩(wěn)定性。

使用新型旋轉(zhuǎn)加料裝置對(duì)加料方式的優(yōu)化體現(xiàn)在：1）將伸縮水冷加料管改為伸縮變頻旋轉(zhuǎn)加料裝置，使得任何粒度物料都能在最小落差位置順利加至熔池表面。通過(guò)旋轉(zhuǎn)加料裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)解決了加入物料種類多、粒度范圍大、滑動(dòng)角范圍廣、流動(dòng)性差，從而導(dǎo)致加料管道堵塞的問(wèn)題，并使得物料在加入過(guò)程中更均勻混合，提高利用率，并可使主排煙與環(huán)保排煙徹底分離，各司其職，解決環(huán)保布袋的糊袋問(wèn)題。2）加料完成后，通過(guò)電動(dòng)推桿可以控制行走托板上移。這是由于加料時(shí)間較短，加料后大部分時(shí)間為反應(yīng)時(shí)間，如果讓加料裝置長(zhǎng)時(shí)間處于高溫?zé)煔庵懈g速度很快；而通過(guò)電動(dòng)推桿控制行走托板移動(dòng)，進(jìn)而控制旋轉(zhuǎn)加料裝置移動(dòng)，可解決非加料階段的高溫腐蝕料管的問(wèn)題。3）加料裝置設(shè)置于氧槍吊架上，使得加料階段含硒煙氣仍可進(jìn)入主排煙吸收系統(tǒng)，減少硒損失，提高硒回收率，并防止環(huán)保系統(tǒng)的煙氣條件惡化。采用該裝置后，該廠原先采用的42 °備用加料位可以回歸28 °加料位。

3.2? 兩級(jí)動(dòng)力波優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)兩級(jí)動(dòng)力波運(yùn)行出現(xiàn)的問(wèn)題，將目前采用除塵、吸收為一體的兩級(jí)動(dòng)力波工藝改為：高溫濾袋柔性膜收塵+高效吸收裝置吸收工藝。濾袋的結(jié)構(gòu)效果如圖7所示。

高溫濾袋柔性膜具有過(guò)濾精度高、通量大、阻力小、耐腐蝕的特點(diǎn)，使用溫度能夠達(dá)到450 ℃。目前已應(yīng)用于鋼鐵、水泥玻璃、有色冶煉及新能源等行業(yè)。

由于SeO2氣體極易溶于水生成亞硒酸，經(jīng)高溫濾袋柔性膜除塵后的無(wú)塵含SeO2氣體進(jìn)入高效吸收裝置進(jìn)行吸收。這樣系統(tǒng)負(fù)壓的波動(dòng)對(duì)除塵效果將無(wú)任何影響。原系統(tǒng)的液固分離可同時(shí)取消，系統(tǒng)阻力將大大降低，生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)力消耗也會(huì)隨之降低。

4? ?結(jié)論

綜上所述，針對(duì)氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐工藝硒回收率偏低及環(huán)保布袋糊袋嚴(yán)重、兩級(jí)動(dòng)力波難除塵差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新型旋轉(zhuǎn)式加料管。通過(guò)旋轉(zhuǎn)加料裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)解決加料管道堵塞的問(wèn)題，并使得物料在加入過(guò)程中混合均勻。加料裝置設(shè)置于氧槍吊架上，使得加料階段含硒煙氣進(jìn)入主排煙吸收系統(tǒng)，減少硒損失。通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)加料裝置移動(dòng)，解決了非加料階段的高溫腐蝕料管的問(wèn)題。將兩級(jí)動(dòng)力波工藝改為“高溫濾袋柔性膜收塵+高效吸收裝置”吸收工藝，使得原系統(tǒng)的液固分離可同時(shí)取消，系統(tǒng)阻力、生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)力消耗大幅度的降低。

參考文獻(xiàn)

[1] 王宇寧，邱建森，葛素志，等.銅陽(yáng)極泥氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐前端處理工藝優(yōu)化研究[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2022，43（5）：5-8.

[2] 陳占飛.銅陽(yáng)極泥氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理工藝淺析[J].中國(guó)金屬通報(bào)，2020（5）：7-8.

[3] 花少杰，胡鵬舉，布金峰.氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐處理高雜銅陽(yáng)極泥的工藝改進(jìn)[J].有色金屬（冶煉部分），2020（2）：45-48.

[4] 吳波，彭俊軍，徐國(guó)華.貴冶氧氣斜吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐渣選礦技術(shù)研究與生產(chǎn)實(shí)踐[J].世界有色金屬，2020（21）：44-46.

[5] 張煥然，王俊娥，陳杭，等.銅陽(yáng)極泥預(yù)處理工藝改進(jìn)生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國(guó)有色冶金，2018，47（5）：20-23.

[6] 孔祥峰，伊家飛.含砷銻復(fù)雜銅合金處理研究進(jìn)展[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（2）：37-38.

收稿日期：2022-11-22

作者簡(jiǎn)介：賈宏杰（1974—），男，工程師，主要從事冶煉生產(chǎn)技術(shù)工作。