李雷忠

(紫金礦業(yè)集團股份有限公司, 福建 上杭 364200)

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磁鐵礦與硫鐵礦摻燒的生產(chǎn)實踐

李雷忠

(紫金礦業(yè)集團股份有限公司, 福建 上杭 364200)

針對硫鐵礦焙燒制酸生產(chǎn)過程中因原料含硫高造成的硫酸產(chǎn)能過剩、燒渣中有價金屬銅回收率低等問題，采取磁鐵礦與硫鐵礦摻燒的方法，達到了調(diào)整原料使用配比、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和提高有價金屬回收率的目的。

磁鐵礦； 硫鐵礦； 摻燒； 制酸； 工藝改進

青海某冶煉化工企業(yè)年處理30萬t硫鐵礦生產(chǎn)線于2011年10月建成投產(chǎn)，設(shè)計年生產(chǎn)硫酸40萬t、燒渣19.84萬t。該生產(chǎn)線運行過程中暴露出一些問題，主要是產(chǎn)出的燒渣即鐵焙砂品質(zhì)較差；燒渣中的有價金屬銅通過高溫酸浸回收，由于銅的浸出率較低，導致銅回收率很低；受國際國內(nèi)經(jīng)濟大環(huán)境的影響，硫酸產(chǎn)能嚴重過剩，硫酸銷售持續(xù)低迷，量價齊跌，經(jīng)營形勢異常嚴峻。因此，調(diào)整原料使用結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成為企業(yè)當前的一項重要工作。該公司針對銅回收率低和鐵焙砂含雜質(zhì)較高的問題，進行了摻燒磁鐵礦工業(yè)化試驗。

1 工藝系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 硫鐵礦原料成分和工藝過程

硫鐵礦原料成分見表1。

表1 硫鐵礦原料成分 %

含水9%～11%硫鐵礦通過皮帶送至150 m2焙燒爐沸騰焙燒，產(chǎn)出的燒渣進一步浸出洗滌，生產(chǎn)出的鐵焙砂產(chǎn)品外售。焙燒過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)余熱鍋爐、旋風收塵器及電收塵器收塵降溫后送往制酸系統(tǒng)。

來自電收塵器的二氧化硫煙氣進入凈化工序，經(jīng)過進一步的增濕、降溫、除塵、除霧后，通過干燥塔其中的水分降到0.1 g/m3以下，由SO2風機送入轉(zhuǎn)化工序和吸收工序，生產(chǎn)出符合國家標準的93%和98%硫酸。尾氣經(jīng)尾氣吸收塔進一步處理后達標排放。

焙燒煙氣中的熱量經(jīng)余熱鍋爐回收，用于汽輪機發(fā)電，汽輪機裝機容量12 MW。

1.2 生產(chǎn)系統(tǒng)運行情況

硫酸系統(tǒng)投產(chǎn)以來，運行比較穩(wěn)定，各項工藝指標達到了設(shè)計要求，SO2轉(zhuǎn)化率99.8%，SO3吸收率99.99%，尾氣SO2排放達標率100%；廢水處理后合格率100%；硫酸一級品合格率100%。

余熱回收系統(tǒng)投產(chǎn)后，出現(xiàn)了余熱鍋爐過熱區(qū)換熱面積偏大的情況,在對第三組過熱器進行改造和新配套了一套25 t/h的反滲透水處理系統(tǒng)后，運行情況較為理想。

綜合回收系統(tǒng)主要是回收原料中有價金屬銅，生產(chǎn)穩(wěn)定，但銅的浸出率只有30%左右，回收率較低。

1.3 存在的主要問題

鐵焙砂質(zhì)量不高，目前鐵焙砂產(chǎn)品含鐵59.5%～60.5%；雜質(zhì)元素Cu 0.65%～0.75%、Zn 0.7%～0.85%、TS 1.5%～2.5%。綜合回收系統(tǒng)銅的浸出率較低，造成銅的回收率較低。

2 焙燒、浸出條件試驗

針對鐵焙砂含銅、硫雜質(zhì)較高和銅回收率低的問題，進行了焙燒、浸出條件試驗，摸索影響浸出率的主要因素。

2013年7月份進行現(xiàn)場調(diào)試，調(diào)整焙燒氣氛和酸浸工序工藝指標進行生產(chǎn)試驗。試驗結(jié)果：降低焙燒溫度和提高氧濃度有利于銅的浸出；提高浸出槽硫酸濃度、反應溫度和反應時間有利于銅的浸出[1]；由于原料含硫較高，降低焙燒溫度不利于硫的回收利用。2014年又進行了生產(chǎn)調(diào)試試驗，再一次驗證了2013年7月份的試驗結(jié)論，試驗結(jié)果見表2。

表2銅浸出率與焙燒溫度的關(guān)系

時間段入爐礦含硫/%投礦量/t·h-1沸騰層溫度/℃焙燒爐出口溫度/℃酸浸槽酸濃/g·L-1銅浸出率/%2013.7.25—2013.7.2932～3340650～740720～82010～1340.582013.7.29—2013.8.328.0～29.744610～690710～75010～1350.592013.8.3—2013.8.3024.7～26.744～46620～670690～71010～1258.332013.8.30—2013.9.1121.6～24.546～48610～650609～64010～1261.182014.1.11—2014.1.2030.39426907109～1250.922014.2.8—2014.2.1225.664466071010～1255.762014.2.27—2014.3.1526.724671073010～1249.72014.4.28—2014.5.822.46526907359～1248.432014.6.10—2014.6.1724.21556407409～12452014.7.16—2014.7.2734.845088089012～1428.352014.8.7—2014.8.1122.615372073010～1240.392014.9.2—2014.9.2823.24576907509～1240.932014.11.2—2014.11.1123.18547107259～1244.96

同時，在實驗室也進行了模擬生產(chǎn)條件下的試驗，在馬弗爐內(nèi)溫度750 ℃焙燒2 h，浸出時間2.5 h。銅浸出率和酸度的關(guān)系如表3。

表3銅浸出率與酸度的關(guān)系

序號酸濃/g·L-1Cu2+/g·L-1銅浸出率/%100.0010.17250.10918.053100.13221.414200.14524.975300.19731.526400.23839.147500.30750.488600.31353.919700.38561.6010800.37466.4911900.39762.64121000.46277.00131100.48376.21141200.44173.50151300.44272.68

試驗結(jié)果表明，在焙燒溫度逐漸降低的情況下，銅的浸出率逐漸提高，在610～650℃時，銅的浸出率達到61.18%。隨著浸出酸濃度的增加，銅浸出率也明顯提高。

雖然試驗取得了一定的效果，但有價金屬元素浸出率和回收率仍然較低。

3 摻燒磁硫鐵礦工業(yè)試驗

為了調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高銅回收率，開展了摻燒磁硫鐵礦工業(yè)化試驗。磁硫鐵礦成分為(%)：Cu 0.1、Co 0.075、Zn 0.038、Fe 57～59、S 11～12.5、H2O 9.48。硫鐵礦與磁鐵礦摻燒比例分別為7∶3、6∶4、5∶5、4∶6。

摻燒磁硫鐵礦后，硫酸產(chǎn)量降低40%以上，由3.6萬t/月降至2.2萬t/月，鐵焙砂產(chǎn)量大幅增加，由1.9萬t/月提高至2.4萬t/月，有價元素銅的浸出率由30%提高至60%以上，鐵焙砂中雜質(zhì)元素銅含量由0.48%大幅降至0.15%以下，鐵焙砂的品質(zhì)有了較大幅度地提高。

3.1 硫酸系統(tǒng)

摻燒磁硫鐵礦后，硫酸系統(tǒng)的工藝指標及產(chǎn)量見表4。

表4硫酸系統(tǒng)工藝指標

硫鐵礦∶磁鐵礦礦含有效S/%濕基投礦量/t·h-1沸層溫度/℃爐出口溫度/℃爐底壓力/kPa爐底風量/m3·h-1SO2轉(zhuǎn)化率/%硫酸產(chǎn)量/t·d-17∶332.0～33.040650～740720～82014.5～15.070000～7400099.83820～8506∶428.0～29.744610～690710～75015.8～16.261000～6500099.83750～7805∶524.7～26.744～46620～670690～71016.0～17.060000～6300099.83～99.89720～7504∶621.6～24.546～48610～650609～64016.8～17.261000～6500099.89～99.92700～730

(1)摻燒不同比例磁鐵礦時，硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)總體較為穩(wěn)定，各項工藝指標正常，轉(zhuǎn)化器熱平衡能夠較好維持，系統(tǒng)可以滿足當前摻燒生產(chǎn)運行模式。

(2)由于摻燒磁鐵礦后，投礦量由之前的40 t/h提高到46 t/h以上，造成天車工的勞動強度及天車的運行頻率、鋼絲繩損耗等都有所增加，但總體上對生產(chǎn)影響不大。

(3)由于配礦后有效硫含量明顯降低，硫酸產(chǎn)量降低40%以上。

3.2 余熱回收系統(tǒng)

由于原料配比發(fā)生變化，焙燒入爐原料有效硫含量降低，余熱回收系統(tǒng)過熱蒸汽溫度由445 ℃下降到405 ℃，進汽輪機溫度由418 ℃下降到376 ℃，發(fā)電負荷由7 500 kW/h大幅下降到1 800 kW/h(進汽輪機溫度應≥410 ℃[2])，脫鹽水用水量由575 t/d增加到1 213 t/d。表5為余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝指標。

表5余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝指標

硫鐵礦∶磁鐵礦過熱壓力/MP過熱溫度/℃平均發(fā)電/kWh新水消耗/t·h-17∶33.30～3.50440～4507200196∶43.20～3.60425～4315800275∶52.60～3.20409～4203450404∶62.40～3.50402～407180050

3.3 綜合回收系統(tǒng)

綜合回收系統(tǒng)在焙燒入爐原料有效硫逐步降低的情況下，焙燒爐沸騰層和煙氣出口溫度逐步降低至650 ℃左右，得益于焙燒溫度的降低，銅的浸出率明顯提高，鐵焙砂產(chǎn)品含雜質(zhì)銅明顯降低，生產(chǎn)運行穩(wěn)定。表6為綜合回收系統(tǒng)工藝指標。

表6綜合回收系統(tǒng)工藝指標

硫鐵礦∶磁鐵礦銅浸出率/%鐵焙砂含鐵/%鐵焙砂含硫/%鐵焙砂含銅/%鐵焙砂產(chǎn)率/%7∶340.5861.731.890.3774.586∶450.5962.171.900.2376.475∶558.3361.552.230.1777.244∶661.1862.162.250.1479.98

4 摻燒磁鐵礦存在的問題及解決方案

4.1 存在的問題

雖然摻燒磁鐵礦達到了調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高銅回收率、改善鐵焙砂品質(zhì)的目的，但同時也帶來了一些新問題亟需解決：一是鐵焙砂含硫依然較高，影響鐵焙砂產(chǎn)品品質(zhì)，嚴重影響銷售價格；二是余熱發(fā)電負荷降低，月度發(fā)電量明顯減少，發(fā)電成本上升。

4.2 解決方案

4.2.1 鐵焙砂產(chǎn)品含硫偏高的原因及解決措施

造成摻燒后鐵焙砂產(chǎn)品雜質(zhì)硫偏高的原因有：①原料硫精礦、磁硫鐵礦中鈣含量均遠高于初設(shè)值，燒渣在廢稀硫酸浸出的過程中形成硫酸鈣微溶物進入鐵焙砂產(chǎn)品，同時原料中無效硫含量遠高于初設(shè)值，導致鐵焙砂產(chǎn)品無效硫含量升高。②摻燒磁硫鐵礦后入爐原料有效硫含量由42%大幅降至20%左右，焙燒環(huán)境溫度由850 ℃降至650 ℃，溫度降低導致焙燒脫硫率降低。③大量處理后的工業(yè)廢水回用作為燒渣酸浸后的洗水，這部分回用水硬度高達1 500～2 500 mg/L(CaCO3計)，洗滌過程中產(chǎn)生部分硫酸鈣沉淀進入鐵焙砂產(chǎn)品。

解決措施：針對鐵焙砂含硫較高的問題，首先對回用的燒渣洗滌水進行軟化，增加軟化水體的裝置，使回用水的硬度降低到500 mg/L(CaCO3計)，從而減少洗滌時帶入的硫酸鈣。洗后燒渣再次調(diào)漿進陶瓷過濾機進行最后的脫水過濾，成為可銷售的鐵焙砂產(chǎn)品。其次水洗后的燒渣再次調(diào)漿時添加濃度1.5%～2%碳酸鈉溶液。以上兩項措施可有效控制產(chǎn)品鐵焙砂含硫在2%以內(nèi)。

4.2.2 發(fā)電量明顯降低的原因及解決措施

發(fā)電負荷降低、發(fā)電量減少的主要原因：①摻燒后，入爐原料有效硫含量及單位時間內(nèi)入爐總硫量大幅降低，導致焙燒溫度下降，總體熱量減少。②因焙燒溫度降低，燒渣粘結(jié)性增強，加之余熱鍋爐清灰振打效果不好，余熱鍋爐管壁積灰嚴重，傳熱效率降低。

提高發(fā)電量的措施：①減少焙燒爐冷卻管組兩組，降低余熱鍋爐上水溫度，減少蒸發(fā)量。②在余熱鍋爐輻射冷卻室內(nèi)掛δ=2 mm的不銹鋼板76 m2，使高溫煙氣在余熱鍋爐爐膛內(nèi)的熱量重新分布。③對余熱鍋爐清灰機械振打系統(tǒng)進行改造，使過熱器管組無大面積積灰，保證傳熱效率。

采取相應措施后，汽輪機發(fā)電負荷由之前的1 800 kW/h提高到5 681 kW/h，另回收飽和蒸汽冷凝水10 t/h。鍋爐技改后的運行指標如表7。

表7鍋爐技改后的運行指標

硫鐵礦∶磁鐵礦進鍋爐溫度/℃出鍋爐溫度/℃進過熱器煙氣溫度/℃投礦量/t·h-1汽包壓力/MPa過熱蒸汽溫度/℃日均發(fā)電量/kW5∶5717～690421～375520～507443.28～2.67429～409828006∶4680～603368～352427～413483.55～2.48416～402432005∶5850～777380～350530～510463.4～3.2446～4371595706∶4724～693410～377480～475483.5～3.05448～427136344設(shè)計指標950360—383.82≤450254500

按全年320 d工作日，外購電0.36元/kWh，脫鹽水處理成本2元/t計算，則：全年發(fā)電部分效益：(5 681-1 800)×24×320×0.36=1 073.02萬元

全年飽和蒸汽回收效益：10×24×320×2=15.367萬元

全年效益總計：1 073.02+15.36=1 088.38萬元

5 結(jié)論

(1)生產(chǎn)實踐證明，此次摻燒磁硫鐵礦工業(yè)試驗是成功的，如此大系統(tǒng)、大規(guī)模的摻燒磁鐵礦生產(chǎn)實踐在國內(nèi)同行業(yè)內(nèi)尚屬首次。

(2)磁鐵礦與硫鐵礦摻燒較好地解決了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整問題，入爐原料有效硫可以在20%～42%之間調(diào)節(jié)，年硫酸產(chǎn)能可在20～40萬t之間調(diào)節(jié)，年鐵焙砂產(chǎn)能可以在21～25.5萬t之間調(diào)節(jié)，有效解決了目前硫酸市場產(chǎn)能過剩，產(chǎn)品滯銷的問題。

(3)經(jīng)濟技術(shù)指標有了較大改善，有價元素銅的回收率由30%提高至60%，鐵焙砂品位由59%提高至61%，鐵焙砂中銅的含量由0.48%降至0.15%以下。

(4)在進行的4種摻燒配比試驗過程中，結(jié)合硫酸及鐵焙砂的市場行情，在滿足磁鐵礦和硫鐵礦原料供應的前提下，硫鐵礦和磁鐵礦在4∶6的情況下，效果最理想。

(5)摻燒試驗過程中出現(xiàn)了一些新問題，如鐵焙砂含硫較高、發(fā)電量減少等，在進行相應的技術(shù)改造后，問題得到較好地解決，但仍有進一步提升的空間。為此建議：繼續(xù)探索用較低的成本降低鐵焙砂含硫的方法，進一步提高鐵焙砂品質(zhì)；降低原料中鈣和無效硫的含量，從源頭上脫硫；根據(jù)市場的變化，通過成本效益核算，確定合理的摻燒比例作為生產(chǎn)組織的依據(jù)，最大程度地保障企業(yè)的經(jīng)濟效益。

Production practice of blending combustion of magnetite and pyrite

LI Lei-zhong

This paper focuses on the problems during pyrite roasting and acid-making production, including excess production capacity of sulfuric acid due to high sulfur content in the raw material and low copper recovery in slag. Blending combustion of magnetite and pyrite is adopted to adjust the proportioning of raw material, optimize product structure and improve the recovery of valuable metal elements.

magnetite, pyrite, blending combustion, acid-making; process improvement

李雷忠(1982—)，男，河南駐馬店人，大學本科學歷，工程師，從事企業(yè)管理工作，紫金礦業(yè)集團青海有限公司總經(jīng)理。

2015-10-12

2016-04-26

TQ111.1

B

1672-6103(2016)04-0062-04