DOC《锌精矿富氧焙烧工业试验》

锌精矿富氧焙烧工业试验 邓蕊1,2,曾鹏2,3,陈国木2,3,朱学云2,3 (1.

中国铜业有限公司,昆明 650500;

2.云南云铜锌业股份有限公司,昆明 650102;

3.云南铜业(集团)有限公司技术中心,昆明 650000) 摘要:利用14 m2沸腾炉及配套设施开展锌精矿富氧焙烧工业试验,控制焙烧温度≤980 ℃、入炉风量约6

000 m?/h(标态)、炉床压力15~20 kPa,研究不同富氧浓度(20.8%~24%)下沸腾炉处理锌精矿的床能力变化、焙砂及焙尘的质量改善情况,并对富氧焙烧进行经济效益测算.结果表明,采用富氧焙烧技术有利于拓宽锌冶炼企业的原料结构.与普通空气焙烧相比,沸腾炉床能力最高提升37.83%,混合焙砂总硫从2.6%降至1.84%、不溶硫从1.1%降至0.56%,降幅分别为29.23%和49.09%,产品质量改善明显,测算经济效益达157万元/a. 关键词:富氧焙烧;

锌精矿;

沸腾炉 中图分类号:TF813 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2019)06-0000-00 Oxygen Enrichment Roasting Industrial Test of Zinc Concentrates DENG Rui1,2, ZENG Peng2,3, CHEN Guo-mu2,3, ZHU Xue-yun2,3 (1. China Copper Industry Co., Ltd., Kunming 650500, China;

2. Yunnan Yuntong Zinc Co., Ltd., Kunming 650102, China;

3. Technique Center of Yunnan Copper (Group) Co., Ltd., Kunming 650000, China) Abstract:The

14 m2 fluidized bed roaster and supporting facilities were used to carry out oxygen enrichment roasting industrial test of zinc concentrates. Bed capacity of zinc concentrate in fluidized bed roaster, qualities improvement of calcine and dust were studied and economic benefit of oxygen enrichment roasting was calculated under the conditions including roasting temperature of ≤980 ℃, air volume of about

6 000 m3/h(standard state), hearth pressure of 15-20 kPa, and oxygen concentration of 20.8%-24%. The results show that application of oxygen enrichment roasting can expand raw material for zinc smelting enterprises. Compared with conventional roasting, bed capacity rises 37.83%, total sulfur of calcine drops from 2.6% to 1.84%, and insoluble sulfur drops from 1.1% to 0.56%. Product quality improves significantly, and the calculated economic benefit is 1.57 million RMB/a. Key words:oxygen enrichment roasting;

zinc concentrate;

fluidized bed roaster 云南云铜锌业股份有限公司(以下简称公司)自2014年进行湿法系统扩能改造后,电锌产能规模突破10万t/a.但受场地等因素限制,沸腾炉设备及配套设施未同步进行扩能改造,现有沸腾炉设施所产焙砂量仍不能满足湿法系统扩能后的需求.因此,提高现有沸腾炉床能力、提升焙砂供应量,成为公司实现年产电锌10万t的前提条件.有文献报道[1],采用富氧焙烧技术可提升沸腾炉床能力,锌精矿富氧焙烧技术将是未来锌冶炼的发展方向,同时也是企业进行老厂改造或者扩大产能时最好的选择之一.乌斯季卡明诺戈尔斯克铅锌厂的富氧焙烧试验得出,富氧焙烧的氧浓超过30%时,沸腾层的过剩热难以排出,沸腾层温度无法控制.西北铅锌冶炼厂[2]开展氧浓为23%的微富氧焙烧生产,精矿处理量提升15.6%、焙砂残硫从0.7%降至0.4%以下;

株洲冶炼厂[3]以氧浓为23.1%的富氧进行生产试验,炉温控制在900~960 ℃,精矿处理量最高提升13.43%、焙砂可溶硫占总硫的比例由47%上升到66%;

云南驰宏锌锗股份有限公司[4]的工艺研究得出,富氧焙烧时的沸腾炉床能力可提升20%左右.以上均验证了富氧焙烧技术在锌精矿沸腾焙烧炉中的应用是可行的,起到了提高沸腾炉床能力和改善产品质量的效果,且具有较好的经济效益.

1 富氧焙烧理论基础 富氧焙烧是基于富氧燃烧和硫化锌精矿氧化焙烧建立的一种工艺改进,是指利用氧气浓度高于21%的富氧空气与锌精矿在沸腾炉中进行流态化焙烧.研究表明[5],使用富氧空气,会使燃料燃点降低、燃烧强度加强、燃烧速度提高,在提高反应温度和热传导方面有良好的作用. 收稿日期:2019-02-22 基金项目:云南省科技人才和平台计划项目(2018HB089);

中国铜业重点科技计划项目(20170501) 作者简介:邓蕊(1975-),女,云南昆明人,硕士,高级工程师;

通信作者:曾鹏(1979-),男,广西南丹人,硕士,高级工程师. 一般来说,常规湿法炼锌中硫化锌精矿焙烧的主要目的是将硫化锌转变成氧化锌,同时也会生成少量硫酸锌.在这个过程中,物料中主要的硫化物,如硫化锌、硫化铅等,会在沸腾炉中发生剧烈的自热反应,硫化物的氧化反应是热量的主要来源.资料[6]显示: ZnS+1/2O2=ZnO+SO2+440

538 kJ (1) ZnS+2O2=ZnSO4+774

767 kJ (2) ZnO+Fe2O3=ZnO・Fe2O3+114

300 kJ (3) 由反应式(1)、(2)可知,增加氧气浓度,可以促进反应向右进行,并释放大量热量,但由反应式(3)可知,为减少铁酸锌的生成,避免影响后续生产,需要控制合适的反应温度和反应时间,对工艺控制提出更高的要求,在工艺生产条件具备的条件下,对产品质量稳步提升才有保证. 与此同时,在沸腾炉中进行流态化反应的基础上,富氧焙烧具有反应更迅速、物料停留时间更短的特点,富氧能直接减少实际硫化锌脱硫所需的空气量,相应的烟气量也减少,意味着空气中不参与反应的氮气带走的热量减少,配套的烟气系统处理烟气量下降,从而在同等设备条件下,提高硫化锌精矿单日处理量,即不改变沸腾炉尺寸的条件下,床能力得到有效提高.实现了节能、环保、质量、效益的多边共赢,结合目前日益严峻的环保压力,富氧在冶金行业的优势日益显现[7],但也要结合具体炉型具体分析,形成符合炉型的成套技术.

2 富氧焙烧工业试验研究 2.1 工艺及装置 工业试验在公司14 m2沸腾炉上进行,采用液氧罐车供氧.液氧罐车连接到汽化装置,通过汽化―调压减压―稳流后,经输氧管道送至供风主管,与罗茨风机鼓风充分混合后进入沸腾炉.液氧调压减压至50 kPa左右,进入14 m2沸腾炉供风主管前压力自然降至约20 kPa,14 m2沸腾炉底部风室设有一气体取样孔,通过实时测氧仪监测混合富氧空气氧浓. 试验除利用现有14 m2沸腾炉及配套烟气系统等设施外,还增加了供氧装置,具体包括:液氧罐车、液氧汽化器、调压减压阀、截止阀、止回阀、输氧管道、流量计、实时测氧仪等. 2.2 试验数据与分析 富氧焙烧按焙烧温度980 ℃左右、入炉风量6

000 m?/h(标态,下同)和15~20 kPa的炉床压力进行控制;

另外,为避免沸腾炉因过热而损坏,通过氧气流量控制逐步提高氧气浓度,开展不同含硫锌精矿的富氧焙烧试验. 2.2.1 床能力变化 采用普通空气处理含硫为33.10%的锌精矿-1时,系统物料维持自热平衡,沸腾炉生产工艺参数稳定可控;

通入富氧空气后,锌精矿含硫物质反应更加充分,炉膛温度较普通空气提高50 ℃以上.在确保沸腾炉设备安全和稳定产品质量的情况下,富氧焙烧试验过程中逐渐提高氧浓和锌精矿-1处理量,床能力最高提升12.54%. 另外,还通过搭配低杂含锌物料降低入炉锌精矿含硫,开展富氧焙烧处理低硫锌精矿-

2、锌精矿-3试验.各试验条件参数与床能力提升情况如表1所示.从表1可看出富氧焙烧技术的巨大优势:一是富氧空气与含硫物料反应更加剧烈,炉内热辐射和换热强度更大,有利于加大处理低硫锌精矿,入炉物料含硫最低降至23.85%,拓宽了沸腾炉焙烧的原料结构;

二是确保产品质量的同时,实现沸腾炉床能力大幅提升,最大增幅达37.83%. 表1 富氧焙烧工业试验结果 Table

1 Results of oxygen enrichment roasting industrial experiment 原料 原料成分/% 炉膛 温度/℃ 炉床 压力/kPa 平均 氧浓/% 总风量/ (m3・h-1) 床能力/ (t・m-2・d-1) Zn S 锌精矿-1 47.44 33.10 940~980

16 20.8

6 000 5.26 锌精矿-1 47.44 33.10 970~990

16 22

6 000 5.36 锌精矿-1 47.44 33.10 990~1030

16 24

6 000 5.92 锌精矿-2 47.47 25.65 940~960

16 20.8

6 000 6.17 锌精矿-2 47.47 25.65 960~1

010 16

22 6

000 6.94 锌精矿-2 47.47 25.65 970~1

010 16

24 6

000 6.94 锌精矿-3 48.10 23.85 920~950

16 22

6 000 7.25 2.2.2 产品质量改善 对富氧焙烧试验前后的焙砂和烟尘进行随机取样分析,对比检测结果如表2所示.表2数据表明,采用富氧空气进行焙烧试验,焙砂、烟尘的总硫和不溶硫均呈现下降趋势,混合焙烧矿总硫从2.6%降至1.84%、不溶硫从1.1%降至0.56%,降幅分别为29.23%和49.09%,产品质量改善明显,对提升主金属锌的浸出率和降低渣率极为有利. 表2 富氧焙烧工业试验前后产品质量对比 Table

2 Comparison of product before and after oxygen enrichment roasting /% 焙烧方法 焙砂 烟尘 混合焙烧矿 总硫 不溶硫 总硫 不溶硫 总硫 不溶硫 普通空气 1.0 0.5

5 2.0 2.6 1.1 富氧空气 0.67 0.08 3.6 1.28 1.84 0.56 2.2.3 烟气检测情况 此次富氧焙烧试验在同一测样孔处且近乎相同漏风条件下,对烟气中的SO2和SO3含量进行化学法检测,检测结果如表3所示.因试验氧浓增加和处理量提升两个因素叠加影响,焙烧试验的烟气SO2浓度有较大提升,增幅达28.33%~36.59%,烟气SO3浓度无明显变化. 表3 富氧焙烧工业试验烟气情况 Table

3 Flue gas components of oxygen enrichment roasting industrial experiment 原料 富氧浓度/% 烟气成分/% SO2 SO3 锌精矿-1 20.8 4.8 0.014 锌精矿-1

24 6.16 0.016 锌精矿-2 20.8 4.4 0.015 锌精矿-2

22 5.41 0.017 锌精矿-2

24 6.01 0.018 上述试验结果证明,富氧焙烧技术对提升沸腾炉处理量和改善产品质量是可行的,氧浓为22%~24%的富氧空气就能达到预期生产目标. 2.3 效益测算 为进一步测算沸腾炉富氧焙烧技术经济效益,开展了22%~24%氧浓的富氧空气焙烧处理锌精矿-2的连续工业试验.试验3天共消耗液氧15.8 t,处理锌精矿294 t(干重),较试验前增加70 t;

液氧含税价为985元/t、副产硫酸纯收益300元/t;

浸出渣中每吨锌返流程处理费用为900元;

焙烧矿锌浸出率提高1.09%.从表4计算结果可以得出,富氧焙烧周期试验效益为14 248元,年化收益为156.73万元. 表4 富氧焙烧经济效益测算 Table

4 Calculation of economic benefit of oxygen enrichment roasting 支出项目 支出/元 收入项目 收益/元 液氧 15.8*985=15

563 规模边际效益 70*200=14

000 硫酸增收效益 70*25.65%*3*0.8*300=12

927 焙烧矿浸出率提升效益 294*1.09%*900=2

884 支出小计

15 563 收入小计

29 811

3 结论 1)采用22%~24%氧浓的富氧空气处理标准锌精矿(含硫30%~32%)时,沸腾炉床能力提高12%左右,沸腾炉床能力最高提升37.83%,入炉锌精矿含硫最低降至23%,预计每年可获得156.73万元的经济效益. 2)沸腾炉富氧焙烧具有更好的动力学反应条件,炉温提高50 ℃以上,焙砂质量得到明显改善.混合焙烧矿总硫从2.6%降至1.84%、不溶硫从1.1%降至0.56%,有利于焙矿中锌的浸出和浸出过程的沉铁控制. 3)富氧焙烧技术能提升烟气SO2浓度1~1.6个百分点,烟气中SO3浓度未出现明显上升,试验周期内未多产出污酸. 参考文献 [1] 许良,陈向强. 锌精矿富氧流态化焙烧工艺研究[J]. 中国有色冶金,2014,43(6):28-31. [2] 龚紫涛,李江. 微富氧技术在沸腾焙烧中的应用[J]. 有色冶炼,2002,31(1):35-36. [3] 周述勇. 锌精矿沸腾炉富氧培烧工业试验的研究[J]. 湖南有色金属,2........