陳興發(fā)，戚 平，連華林

（1.東江環(huán)保股份有限公司，廣東 深圳 518057；2.廣西防城港滬港金屬有限公司，廣西 防城港 538004）

1 礦熱電爐所屬企業(yè)概述

馬關(guān)云銅鋅業(yè)有限公司（以下簡稱公司）是云南銅業(yè)（集團(tuán)）有限公司骨干企業(yè)云南云銅鋅業(yè)股份有限公司與云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司共同投資成立的股份制企業(yè)，公司成立于2008年3月26日，注冊資本金27843萬元，主要從事鋅冶煉業(yè)務(wù)，經(jīng)營范圍包括：礦產(chǎn)品收購、冶煉、銷售；五金交電、機(jī)械產(chǎn)品零售、硫酸生產(chǎn)、銷售。馬關(guān)云銅鋅業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)由“沸騰焙燒制酸、鋅粗煉、鋅精煉、銦真空富集提取及精煉”四個部分構(gòu)成[1-3]。

現(xiàn)已形成年產(chǎn)精鋅5萬噸、硫酸10萬噸生產(chǎn)能力。同時，以“實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源價值利用最大化”為目標(biāo)，注重有價金屬的綜合回收利用，現(xiàn)已經(jīng)形成年產(chǎn)50噸精銦生產(chǎn)能力，并同時回收銅、銀、錫、鉛、鎘等金屬[4]。

2 礦熱電爐火法煉鋅工藝描述

電爐煉鋅是將焙燒鋅精礦與碳質(zhì)還原劑混合，在密閉容器中，利用電能產(chǎn)生的高溫環(huán)境下，進(jìn)行還原揮發(fā)熔煉，獲得含氣態(tài)鋅的煙氣，再冷凝為液體金屬鋅[5-7]。

鋅的冶煉不象其它金屬如鉛、銅、鐵等那樣直接得到液體金屬產(chǎn)物，鋅的氧化物要還原成金屬鋅實(shí)際上要在1000℃以上，而金屬鋅在907℃就已經(jīng)沸騰，因此在鋅焙燒礦的還原過程中，不能直接得到液體金屬鋅而只能得到氣體狀態(tài)金屬鋅，同時礦中的脈石及其它高沸點(diǎn)金屬物進(jìn)入渣中。

氧化鋅被加熱還原得到含鋅爐氣，其主要成分是一氧化碳和鋅蒸汽，爐氣被導(dǎo)入一級冷凝器內(nèi)，鋅蒸汽冷凝為液態(tài)鋅。部分鋅蒸汽不能很好的在一級冷凝器中冷凝，流經(jīng)第二冷凝器形成鋅灰和藍(lán)粉。

圖1 電爐煉鋅工藝流程圖

3 馬關(guān)云銅鋅業(yè)有限公司礦熱電爐存在的問題

（1）礦熱電爐短網(wǎng)缺陷

該公司原有的4000KVA電爐短網(wǎng)系統(tǒng)生產(chǎn)功率只能達(dá)到4000KVA～4100KVA，電爐單產(chǎn)只能達(dá)到25t/d～28t/d，噸鋅電耗達(dá)到3900kw.h/t，生產(chǎn)效率較低，噸鋅電耗偏高，鋅直收率低。

如果電爐達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)時，流經(jīng)短網(wǎng)系統(tǒng)的電流會增大而使溫度升高，電極、銅排就會因為溫度高而發(fā)紅，特別是螺栓連接處。

一旦溫度高就會引起一系列的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電爐開機(jī)率低，被迫降負(fù)荷生產(chǎn)，最終造成產(chǎn)量低，能耗高，嚴(yán)重影響企業(yè)的綜合指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 礦熱電爐

（2）一級冷凝器缺陷

礦熱電爐高溫還原揮發(fā)熔煉所產(chǎn)生的含鋅蒸氣，經(jīng)爐氣出口進(jìn)入一冷飛濺式冷凝器中后，由揚(yáng)鋅裝置的葉輪葉片將鋅液揚(yáng)起而形成“鋅雨”，通過“鋅雨”將鋅蒸氣冷凝為液鋅。

該公司由于組成揚(yáng)鋅裝置的葉輪大小、葉片彎曲弧度、轉(zhuǎn)軸尺寸以及揚(yáng)鋅裝置與鋅液面的安裝角度等均存在不足，從而使電爐煉鋅生產(chǎn)過程中揚(yáng)鋅量不足和“鋅雨”表面積過小，導(dǎo)致鋅蒸氣吸收效果及冷凝效率大為降低，縮短了大清周期，制約了生產(chǎn)產(chǎn)能。

（3）二級冷凝器缺陷

該公司礦熱電爐二級冷凝器主要是通過噴淋強(qiáng)化器的洗滌作用和文氏管的抽力作用引導(dǎo)煙氣的走向，但隨著長期的生產(chǎn)，二級冷凝器經(jīng)過不斷的循環(huán)使用后，洗滌水含藍(lán)粉濃度增大，會堵塞水力噴射器的噴嘴，進(jìn)而堵塞整個煙氣通道，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力難以控制，存在安全風(fēng)險，必須停爐清理，這樣就會降低電爐開機(jī)率，影響生產(chǎn)產(chǎn)能。

4 改進(jìn)措施及改進(jìn)方法

4.1 強(qiáng)化電爐短網(wǎng)系統(tǒng)高功率承受能力，提高電爐功率

提高電爐功率，做好短網(wǎng)系統(tǒng)高功率承受能力，短網(wǎng)系統(tǒng)的改造主要原理是對流向銅瓦的大電流進(jìn)行分流、增大接觸面積，即把原來流經(jīng)主銅瓦的全部電流分成兩路走，一部分流過主銅瓦，一部分流過副銅瓦，這樣即減小了主銅瓦的電流負(fù)荷，又增大了接觸面積，從而解決了短網(wǎng)系統(tǒng)因為負(fù)荷大而發(fā)熱發(fā)紅的難題，增加電爐入爐物料的處理能力，具體實(shí)施內(nèi)容如下：

（1）加寬、加長銅母線前后端銅巴掌長度，增加導(dǎo)電接觸面積，接觸面積由37500mm2增加到75000mm2，加寬、加長部分用20mm的紫銅板，在增加部分增加螺紋孔，增加連接螺栓。

（2）加寬、加長與主銅瓦接觸處的銅板，增加導(dǎo)電接觸面積，接觸面積由22500mm2增加到45000mm2，加寬、加長部分用30mm的紫銅板，在增加部分增加螺紋孔，增加連接螺栓。

（3）副銅瓦上增加導(dǎo)電連接板，具體為增加高度300mm，增加部分厚度為20mm，在增加部分加螺紋孔，增加連接螺栓，以讓該銅瓦導(dǎo)電；未與主銅瓦連接的銅板改為與副銅瓦連接，連接采用軟銅帶與銅板焊接后制作成軟連接組合體以讓銅板與副銅瓦連接導(dǎo)通，軟連接組合體寬度為300mm，厚度為20mm。

（4）在原有銅排、銅瓦處增加的銅板均用銅焊相連接；所有相應(yīng)改動部分的連接螺栓均改為不銹鋼螺栓，以降低電磁渦流。

圖3 短網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)部位前后對比圖

4.2 一冷凝器合理設(shè)計，提高冷凝效率

為了提升一冷冷凝器的吸收效率，務(wù)必對冷凝器內(nèi)部及冷凝器揚(yáng)鋅裝置的相關(guān)尺寸進(jìn)行更改，才能保證一冷冷凝器最大效果的吸收鋅蒸汽，具體實(shí)施方案如下：

（1）鋅液循環(huán)孔高由原來的200mm增加至268mm，為了便于淘灰和鋅液的循環(huán)；鋅液循環(huán)孔寬增大，便于掏灰和鋅液循環(huán)；

（2）揚(yáng)鋅器的石墨轉(zhuǎn)子，堵芯、軸、葉輪的總長度為670mm～700mm；

（3）石墨轉(zhuǎn)子葉輪由原350mm調(diào)整至400mm，石墨軸由原150mm調(diào)整至200mm，其目的是加大轉(zhuǎn)子揚(yáng)鋅量，提高冷凝效率和鋅蒸氣的捕捉率。

4.3 二冷凝器合理設(shè)計，改善煙氣通道，確保爐況穩(wěn)定

（1）把三組圓柱形筒體的洗滌塔改成空間分別為1.08m3和1.56m3的兩組洗滌塔，以增加洗滌塔有效空間，避免了鋅粉堵塞洗滌塔及通道的現(xiàn)象。

（2）文氏管由10組改成18組。改進(jìn)后大大提高了二冷抽力，避免了由于二冷抽力不夠而導(dǎo)致爐內(nèi)壓力過大影響生產(chǎn)的現(xiàn)象。

（3）加大水封槽體積，由原來的6.8m3增加到13.6m3，避免了由于藍(lán)粉堆積造成水封空間縮小，影響氣流通過的情況。

（4）把二冷洗滌水與藍(lán)粉水分開循環(huán)，在現(xiàn)有藍(lán)粉沉淀池外面安裝兩臺砂漿泵（一備一用），通過砂漿泵把藍(lán)粉水抽到藍(lán)粉水壓濾系統(tǒng)進(jìn)行固液分離，壓濾后的清水用清水泵抽到二冷洗滌水池，再通過二冷泵把清水抽入二冷使用，這樣就有效的解決了二冷噴嘴、管道堵塞的問題。

圖4 技改前二級冷凝器

圖5 技改后二級冷凝器

5 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

該公司礦熱電爐煉鋅重點(diǎn)技術(shù)改造過程中，通過短網(wǎng)系統(tǒng)→一冷凝器→二冷凝器改造路線后，從功率提升→產(chǎn)能提升→爐況平穩(wěn)→安全事故大幅度降低一系良好態(tài)勢體現(xiàn)了電爐煉鋅工藝技術(shù)在市場競爭力的優(yōu)勢，具體描述如下：

（1）提高電爐功率，由4000KVA提高到4500KVA以上；穩(wěn)定并提高電爐單產(chǎn)及各項生產(chǎn)指標(biāo)，由電爐單產(chǎn)800噸，改造后電爐月產(chǎn)900噸（常態(tài)化），噸鋅電耗下降到3500kw.h左右；

（2）消除公司生產(chǎn)系統(tǒng)中的短板，提高了粗鋅產(chǎn)量，為后續(xù)工序提供了充足的原料供應(yīng)，提升公司鋅、銦產(chǎn)能；

（3）提高了一冷冷凝效率，延長電爐的大清周期，由15天延長至30天；

（4）提高了二冷凝器對排空煙氣的洗滌效果，改善車間環(huán)境，降低環(huán)保壓力；增強(qiáng)冷凝器的抽力，能夠有效的控制爐內(nèi)壓力波動，確保爐況平穩(wěn)運(yùn)行，避免沖爐等工藝事故的發(fā)生，確保了設(shè)備和人員的安全，

6 效益分析

6.1 生產(chǎn)效益

該公司通過對煉鋅電爐短網(wǎng)、一冷冷凝器和二冷的技術(shù)改造，產(chǎn)能得到大幅度的提升，節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本，為公司的發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

表1 2010年至2016年粗鋅電爐各項指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

（1）產(chǎn)能提升：隨著電爐功率提升，電爐開機(jī)率不斷提高，電爐單產(chǎn)已由2015年850噸/月/臺提高至950噸/月/臺計算，年產(chǎn)量可以增加粗鋅產(chǎn)量約7000噸、精鋅產(chǎn)量約6500噸（粗鋅到精鋅的直收率為94%）、精銦產(chǎn)量7噸，按7臺電爐滿負(fù)荷生產(chǎn)計，粗鋅含銦按1200g/t，粗鋅到精銦的直收率為86%計算），可以為公司增加近1億元的產(chǎn)值。

（2）生產(chǎn)成本降低：根據(jù)2010與2016年噸鋅電耗作對比，噸鋅電耗節(jié)約400度左右，年產(chǎn)粗鋅60000噸計算，每年可節(jié)約2400萬度電能的消耗，按每度電0.50元計算，每年節(jié)約電費(fèi)約1200萬元。

6.2 社會效益

項目的開展和實(shí)施是充分、高效的回收利用云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司的鋅精礦資源，其目的是為了充分利用好國家的礦產(chǎn)資源，提高資源的綜合回收利用水平，避免了礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)與損失。項目的實(shí)施可延續(xù)和提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營能力，及時而有效地充分回收礦產(chǎn)資源，盡可能避免資源的浪費(fèi)與損失，是企業(yè)落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一大舉措；同時，項目的建設(shè)也將充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有資產(chǎn)的潛力，挖掘現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備與設(shè)施的生產(chǎn)潛力，以便為企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。項目的建設(shè)有利于礦山企業(yè)的穩(wěn)定與發(fā)展，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與壯大，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展將起到積極的推動作用。

6.3 生態(tài)效益

隨著煉鋅電爐短網(wǎng)、一冷冷凝器和二冷的技術(shù)改造工作完成，公司鋅冶煉噸鋅電耗逐年降低，節(jié)約了大量的能源，同時，原料回收率提高，大大減少了對周邊生產(chǎn)環(huán)境的污染。