梁高喜

(1.河南省黃金資源綜合利用重點實驗室， 河南 三門峽 472000；2.河南中原黃金冶煉廠有限責任公司， 河南 三門峽 472000；3.河南省綜合利用工程技術研究中心， 河南 三門峽 472000)

0 前言

富氧底吹熔池熔煉工藝具有原料適應性強、熔煉強度高、熱效率高、可實現(xiàn)自熱熔煉、易于操作、生產(chǎn)安全性高和不易產(chǎn)生泡沫渣等優(yōu)點，是目前火法銅冶煉最為先進的技術之一[1]，近年來得到了較好的發(fā)展和推廣應用。但通過對比各底吹熔煉銅廠的運行狀況可知，底吹熔池熔煉在冶煉規(guī)模上短板明顯，處理能力低，還不及閃速熔煉。2015年6月,世界上最大底吹爐(Φ5.8 m×30 m)在某黃金冶煉廠投料試運行，這標志著富氧底吹煉銅向處理能力大型化邁出了重要一步。但底吹熔煉爐大型化后，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了處理能力低、氧槍壽命短、開車率低等問題，無法實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)效率低。因此，某黃金冶煉廠研究了影響底吹爐試生產(chǎn)過程的各因素以及設備的現(xiàn)存問題，并通過優(yōu)化過程控制的各項指標，改造部分影響底吹爐處理能力提高和連續(xù)生產(chǎn)的設備，為底吹熔煉爐的持續(xù)改進提供一定的技術支持。

1 富氧底吹熔池熔煉工藝流程及設備

1.1 工藝流程

某黃金冶煉廠富氧底吹熔池熔煉的工藝流程如圖1所示。含不同成分的金銅精礦、造渣熔劑石英砂、各種返料和冷料等按照一定的配料比例完成配比后，經(jīng)膠帶輸送機送至爐頂，直接投入底吹爐內(nèi)進行反應。加入爐內(nèi)的混合精礦經(jīng)過氧化還原反應，生成爐渣和銅锍，并在爐體兩端的沉淀區(qū)完成分離。產(chǎn)出的液態(tài)銅锍經(jīng)放銅口排出，沿溜槽流入銅锍?；b置，?；蟮你~锍顆粒經(jīng)瀝水后送銅锍倉儲存，待吹煉使用；熔煉渣則從爐子端部放渣口放出，經(jīng)溜槽放入渣包中，再由抱罐車將渣包送往渣緩冷場。熔煉渣緩冷后，經(jīng)渣選礦工藝回收其中的有價金屬。熔煉煙氣經(jīng)余熱鍋爐降溫、電收塵后送制酸[2]。

圖1 富氧底吹熔池熔煉的工藝流程

1.2 關鍵設備

富氧底吹熔池熔煉系統(tǒng)的核心設備為1臺Φ5.8 m×30 m的氧氣底吹熔煉爐，圍繞底吹爐配置有爐頂給料系統(tǒng)1套、余熱鍋爐1套、電收塵1套、高溫風機2臺(一備一用)、環(huán)集風機1臺、銅锍?；到y(tǒng)1套以及相關附屬設施電機、泵、刮板、螺旋、槽罐等。

2 底吹爐生產(chǎn)過程中的常見問題及解決方案

2.1 放渣、放銅系統(tǒng)

2.1.1 放渣溜槽的常見問題及解決方案

某黃金冶煉廠原設計的渣溜槽分為兩級，第一級為與放渣口連接的水冷銅質(zhì)溜槽(長度為1 m)，第二級為鑄鐵溜槽(長度為7 m)，而且在兩級溜槽底部另鋪設有鑄鐵襯板，用以保護溜槽。在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，第二級溜槽的襯板沖刷腐蝕嚴重，為了保護溜槽主體不受損壞，須要頻繁更換襯板，從而導致溜槽維護成本較高。另外，鑄鐵溜槽上粘結(jié)的熔煉渣難以清理，在投礦量逐漸增大后，渣量增多，鑄鐵溜槽無法滿足連續(xù)放渣需求。通過分析兩級渣溜槽的使用情況，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因如下：

1)鑄鐵襯板沖刷損壞較快的主要原因是兩級溜槽之間的落差較大。液態(tài)熔煉渣流動速度快，加上下落勢能的沖擊，造成第二級溜槽襯板的受力點很快就被沖刷出一個簸箕狀的深坑，導致溜槽無法繼續(xù)使用，只能更換。

2)溜槽清理速度慢的主要原因是熔煉渣與鑄鐵溜槽之間的粘結(jié)比較牢固。熔煉渣在流動過程中逐步粘結(jié)到溜槽內(nèi)壁上，由于溜槽溫度逐漸升高，粘結(jié)的熔煉渣比較致密，堵在放渣口后導致溜槽很長時間冷卻不下來。熱態(tài)熔煉渣難以清理，只能加水進行極速冷卻，雖然能起到一定作用，但水容易進到溜槽下方的渣包里造成渣包“放炮”。

基于上述原因，某黃金冶煉廠對渣溜槽進行了技術改造，去掉了與放渣口相連的第一級水冷銅質(zhì)溜槽，將第二級鑄鐵溜槽更換為水冷銅質(zhì)溜槽并延長到放渣口位置。改進后的渣溜槽解決了熔煉渣流動過程中出現(xiàn)的噴濺問題；同時由于水冷銅質(zhì)溜槽冷卻效果好，粘結(jié)的熔煉渣很快冷卻收縮，能夠自動剝落，這徹底解決了放渣不及時導致的產(chǎn)能受限問題，使底吹爐處理能力提高了30%以上。

2.1.2 放銅溜槽的常見問題及解決方案

某黃金冶煉廠放銅溜槽的原設計方案是在冰銅溜槽最前段端設置一個方池，用以減緩冰銅對溜槽的沖擊，同時采用泥炮機堵銅口。

1)在實際生產(chǎn)中，由于冰銅在方池內(nèi)很快冷卻凝結(jié)，無法實現(xiàn)連續(xù)長時間放銅，同時放銅結(jié)束后，清理冷冰銅的工作量非常大。當處理礦量提高后，上述問題嚴重制約了底吹爐產(chǎn)能的提高。經(jīng)過分析，冰銅易噴濺粘結(jié)的問題是由于方池面積大，加之其上方設有環(huán)境集煙抽氣口。在放冰銅時，方池內(nèi)冰銅與冷空氣接觸面積大，同時表面流動的空氣量較大，從而造成冰銅冷卻速度快。因此，取消方池，并將此處墊高，便可以降低溜槽與放銅口的高度差，減少噴濺，使冰銅直接流到溜槽內(nèi)，同時冰銅降溫速度的減緩使其不易在溜槽中凝結(jié)，溜槽清理工作量大大減少，清理速度得到提高。

2)利用泥炮機堵銅口，冰銅溜槽與放銅口之間必須有一定高度差，以便留出作業(yè)空間，但這會造成每次放銅過程中噴濺的冰銅較多，因此在堵銅口前需要對放銅口進行清理。另外，泥炮機堵銅口的工作原理是利用液壓系統(tǒng)將濕泥塊擠壓到放銅口里，濕泥塊在放銅口里干燥變硬后，會堵住冰銅使其無法流出。生產(chǎn)中由于擠壓到放銅口內(nèi)的泥塊較多，燒氧時開銅口費時費力。通過借鑒熔煉渣的堵口方式(人工用濕泥堵塞)，經(jīng)過不斷試驗，最后決定采用鐵錐直接堵銅口替換泥炮機[3]。鐵錐堵銅口的工作原理是當?shù)蜏罔F錐接觸放銅口內(nèi)的冰銅時，能夠減緩冰銅的流速并使其快速冷卻，然后冷卻的冰銅將放銅口堵塞。之后，進一步優(yōu)化該方式，在鐵錐上纏繞石棉繩，大大降低了鐵錐的損耗速度。經(jīng)過一系列調(diào)整，堵銅口時間由原來的5 min縮短到30 s，開銅口時間由原來的大于10 min壓縮到2 min以內(nèi)，作業(yè)效率大大提高。

2.2 余熱鍋爐系統(tǒng)

2.2.1 上升煙道下部的水冷煙罩漏水問題及解決方案

余熱鍋爐上升煙道下端的水冷煙罩是爐子出煙口和鍋爐膜式壁之間的過渡部分，原設計采用304不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)通軟化水，循環(huán)水溫約40 ℃。試生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，此段水冷煙罩頻繁發(fā)生泄漏，對生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響，存在安全隱患，并且隨著生產(chǎn)時間的延長，水冷煙罩泄漏次數(shù)增加。經(jīng)過分析，造成水冷煙罩泄漏的主要原因如下：

1)煙氣沖刷。爐子出煙口的煙氣中夾帶大量高溫熔體和粉塵，通過水冷煙罩區(qū)域時，固體粉塵在氣流作用下不斷沖刷其內(nèi)壁，導致水冷內(nèi)壁變薄，直至泄漏。

2)低溫腐蝕。由于水冷煙罩中循環(huán)水溫度較低，而含有SO3和水蒸氣的煙氣在接觸水冷煙罩內(nèi)壁時會因為局部低溫生成酸霧或稀酸冷凝到鋼板表面，進而產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，加速水冷煙罩的泄漏。

針對上述問題，決定將此段水冷煙罩的材質(zhì)更換為鍋爐鋼材質(zhì)，內(nèi)部噴涂防腐蝕抗沖刷材料，同時取消原低溫循環(huán)水，并將此段并入余熱鍋爐循環(huán)水(260 ℃)系統(tǒng)，使其成為鍋爐上升煙道膜式壁的一部分。實施該措施后，此段水冷煙罩沒有再出現(xiàn)過滲漏，安全隱患消除，同時，底吹爐的開車率得到了大幅度提升。

2.2.2 上升煙道結(jié)焦問題及解決方案

隨著底吹爐處理能力的提高，尤其是混合料處理量超過210 t/h后，上升煙道的下部易產(chǎn)生煙灰結(jié)焦，結(jié)焦高度接近20 m。上升煙道結(jié)焦，一方面會導致鍋爐換熱效率下降，進而造成電收塵入口煙氣溫度偏高，影響電收塵的正常運行；另一方面，結(jié)焦非常硬，振打都不能使其脫落，容易造成停車轉(zhuǎn)爐時上升煙道憋壞，進而影響底吹爐的安全穩(wěn)定運行。

針對上述問題，決定采用某廠家生產(chǎn)的一種能夠有效處理上升煙道結(jié)焦問題的抑制劑，這種結(jié)焦抑制劑主要由高熔點金屬氧化物組成[4]。抑制劑中的高熔點物質(zhì)與煙灰中的低熔點物質(zhì)迅速結(jié)合，使灰渣的熔點提高并以固態(tài)形式存在于煙氣中。固態(tài)物質(zhì)在膜式壁上的結(jié)焦比較疏松，經(jīng)過膜式壁上的振打裝置振打即可脫落。而且即使沒有完全脫落，在每次開停車轉(zhuǎn)爐過程中，結(jié)焦由于熱脹冷縮作用也能夠立即脫落。生產(chǎn)實踐證明，結(jié)焦抑制劑的加入有效解決了余熱鍋爐口及上升煙道下部結(jié)焦嚴重的問題，為底吹爐處理能力的提高創(chuàng)造了良好的條件。

2.3 煙氣收塵系統(tǒng)

2.3.1 電收塵運行問題及解決方案

試生產(chǎn)期間，電收塵的主要問題表現(xiàn)為：電收塵煙灰在灰斗內(nèi)受潮結(jié)塊，下灰不暢，進入倉式泵后，導致出口流化板堵塞，使煙灰不能通過正常的輸送機進入噸包袋，只能在堵塞的部位用人工和鏟子將煙灰裝入噸包袋，給生產(chǎn)的正常運行帶來一定困難。經(jīng)過分析，產(chǎn)生這一系列問題的原因都可歸結(jié)為電收塵入口溫度低(低于300 ℃)和電收塵器本體漏風率高。

當?shù)状禒t混合料處理量小于180 t/h時，電收塵器入口溫度平均不足300 ℃，煙灰經(jīng)常發(fā)潮，流化板經(jīng)常堵塞；在試車第三個月，底吹爐混合料處理量提高到210 t/h，因為處理量上升，加入的天然氣量、氧氣量增加，此時電收塵器入口溫度達到320 ℃，使后兩個電場煙灰發(fā)潮的情況有所改善。此外，排查電收塵器的漏風點(主要是陰極保溫箱體和陽極振打人孔門密封不嚴)并進行封堵，同時對灰斗下部的溢流螺旋出口擋板進行調(diào)節(jié)，在保證下灰量的同時減少漏風。調(diào)整后，電場漏風率由12%下降到5%左右，電收塵出口的SO2濃度由原來的23%提高到27%左右。

另外，輸送煙灰的倉式泵原設計采用稀相輸送方式，使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)煙灰輸送不暢、出口管道堵塞、入口閥門漏灰等問題，造成煙灰無法正常循環(huán)使用。參考借鑒某銅企業(yè)的經(jīng)驗，將采用稀相輸送方式的倉式泵改為適應性更強的密相輸送泵。改造后，煙灰實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定輸送，避免了直接包裝帶來的環(huán)境污染問題。

2.3.2 電場灰顏色發(fā)黑的問題及解決方案

隨著底吹爐處理量的提高，特別是超過250t/h以后，經(jīng)常出現(xiàn)原本顏色為白色的電場灰變黑或變灰的現(xiàn)象，尤其是最接近爐子的第一個電場(共有四個電場)，嚴重時會出現(xiàn)黑色燒結(jié)塊，打開電場后里面還有“火星子”，這表明反應未進行徹底。白色電場灰和黑色電場灰的主要成分分析結(jié)果見表1。

表1 不同顏色電場灰的主要成分 %

由表1可知，兩種顏色的電場灰的砷含量差異較大。而且在實際生產(chǎn)中，當電場灰顏色發(fā)黑時，制酸系統(tǒng)凈化稀酸中的砷含量會大幅增加(由3 000 mg/L左右上升到10 000 mg/L以上)，因此判斷煙氣中的砷沒有被電收塵器捕集下來，而是隨著氣流進入到凈化系統(tǒng)，但此時檢測的電收塵器收塵效率仍然為99%左右，這說明砷是以氣態(tài)形式進入凈化系統(tǒng)的。另外，通過對白色電場灰進行浸出實驗發(fā)現(xiàn)，As5+含量占總砷含量的85%以上。由此判斷，底吹爐處理量提高后，加之鍋爐系統(tǒng)在優(yōu)化設計后漏風點減少，煙氣中的氧含量過低，揮發(fā)的砷因缺氧轉(zhuǎn)變成以As2O3為主的化合物，在電收塵器內(nèi)(出口溫度仍高于280 ℃，As2O3在135 ℃時升華)以氣態(tài)形式存在從而無法被捕收，造成電場灰砷含量低，顏色表現(xiàn)為發(fā)灰或發(fā)黑。鑒于此，對三個下料口增加補氧裝置(可補充純氧和壓縮風)，控制余熱鍋爐出口煙氣中的殘氧含量為3%～4%，徹底解決了電場灰因燃燒不充分出現(xiàn)燒結(jié)塊和顏色發(fā)黑的問題。

2.3.3 煙塵率的控制

底吹熔池熔煉的煙塵率較其他熔池熔煉或閃速熔煉低。熔煉煙塵(白煙塵)含有較多鉛和砷，屬于危險廢物，而且處理困難，是制約銅火法冶煉發(fā)展的瓶頸。煙塵返爐造成鉛、砷等在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，使生產(chǎn)指標下降，惡化爐況，產(chǎn)生更多煙塵，形成惡性循環(huán)[5]。某黃金冶煉廠在試生產(chǎn)期間發(fā)現(xiàn)底吹爐煙塵率單月最高可達2.88%，遠超過同行業(yè)的最高水平，因此，需要探索不同方法去降低煙塵率。煙灰的主要組分包括被氣流夾帶未進入熔池的礦粉，銅、鐵、鉛、鋅的硫酸鹽以及砷的氧化物等。通過采取如下措施，目前煙塵率保持在1.80%。

1)控制系統(tǒng)負壓。保持上升煙道微負壓，防止因負壓過大使煙氣所攜帶的含塵物質(zhì)在爐內(nèi)的沉降時間縮短，導致粉狀物料在沒沉降到熔池之前就被煙氣帶走進入收塵系統(tǒng)，從而造成粉塵量增加。

2)加裝1臺強混機對煙塵進行均勻增濕，并在供礦皮帶落料點設置淋水裝置。這樣可以控制入爐混合料的濕度在8%～9%，確保礦粉既不會被氣流帶走也不會因水分過大影響爐內(nèi)熱平衡。

3)合理分配每個下料口的下料量。靠近出煙口的下料口的下料量一般控制為另外兩個下料口下料量的50%～60%。

3 結(jié)論

通過對某黃金冶煉廠底吹爐生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題進行分析，確定產(chǎn)生問題的原因，然后通過不斷優(yōu)化工藝方案和設備，解決了底吹爐產(chǎn)能受限的問題，單爐的精礦年處理量達到150萬t以上。

1)在放渣系統(tǒng)中，將“一級水冷銅質(zhì)溜槽+二級鑄鐵放渣溜槽”的兩級溜槽設置改為冷卻效果較好的一級水冷銅質(zhì)溜槽，并將其延長到放渣口位置，既解決了熔煉渣流動過程中出現(xiàn)的噴濺問題，又使粘結(jié)的熔煉渣冷卻收縮自動剝落。

2)在放銅系統(tǒng)中，取消冰銅溜槽最前段端設置的方池，并將此處墊高，既減少了冰銅噴濺，又大大減少了溜槽清理的工作量。另外，采用鐵錐代替泥炮機堵放銅口，使堵銅口時間從5 min縮短到30 s，開銅口時間從大于10 min縮短至2 min以內(nèi)。

3)余熱鍋爐下端水冷煙罩的材質(zhì)由304不銹鋼換為鍋爐鋼材質(zhì)，并在內(nèi)部噴涂防腐抗沖刷材料，同時將煙罩內(nèi)部的低溫循環(huán)水(40 ℃)改為余熱鍋爐高溫循環(huán)水(260 ℃)，可以杜絕水冷煙罩泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。此外，通過在煙氣中增加一種內(nèi)含高熔點金屬氧化物的抑制劑，解決了上升煙道下部煙灰結(jié)焦的問題。

4)排查電收塵器漏風點并進行封堵，合理安排三個下料口的投礦量，適當增加補風裝置，控制系統(tǒng)負壓，增加保濕裝置控制入爐混合料濕度為8%～9%，可以有效控制煙塵率和煙塵中各元素的含量。