方項(xiàng)林 蘇江峰 呂鑫寬 申 健

(國(guó)投金城冶金有限責(zé)任公司， 河南 靈寶 472500)

0 前言

某公司采用目前先進(jìn)的“富氧底吹造锍捕金自熱熔煉技術(shù)”，將含硫銅精礦和金精礦配比后入爐冶煉。該工藝不僅可以回收傳統(tǒng)黃金冶煉中的金、銀、銅、硫，還可以有效回收鋅、鎳、硒、鉍、鉑、砷、鉛、銻、鈀等10余種有價(jià)元素，而且金、銀、銅的回收率達(dá)到98%以上，是處理復(fù)雜難處理金精礦的最佳選擇。該公司在工藝上技術(shù)領(lǐng)先，自動(dòng)化程度高，但因其火法冶煉工藝不可避免地會(huì)產(chǎn)生含有二氧化硫及三氧化硫的煙氣，煙氣中的氧氣濃度對(duì)三氧化硫的形成又存在影響，氧氣濃度越高，煙氣中的二氧化硫轉(zhuǎn)變?yōu)槿趸虻牧吭蕉?，同時(shí)，三氧化硫含量又影響著煙氣中酸性氣體的露點(diǎn)溫度。三氧化硫含量越高，煙氣中酸性氣體的露點(diǎn)溫度越高，越容易產(chǎn)生稀酸；白煙塵中的酸性成分較高時(shí)，煙灰發(fā)綠發(fā)粘，易粘接在電場(chǎng)內(nèi)部，加大陰陽(yáng)極清灰難度，導(dǎo)致電場(chǎng)二次電壓送電情況變差。根據(jù)此種情況，公司通過(guò)在熔煉鍋爐出口及熔煉電除塵器出口增加氧氣濃度在線分析設(shè)備，不僅改善白煙塵的含硫量，提高收塵效率，同時(shí)也有效穩(wěn)定后續(xù)收砷工序運(yùn)行，提高收砷器運(yùn)轉(zhuǎn)率。

1 氧氣濃度在線分析系統(tǒng)

1.1 主要構(gòu)成

氧氣濃度在線分析系統(tǒng)主要由取樣器、反吹柜、伴熱管和儀表柜四大部分組成。取樣器連接煙氣管道，完成煙氣取樣；反吹柜是為防止取樣器堵塞而增加的輔助反吹裝置，并配置壓縮空氣儲(chǔ)氣罐；伴熱管主要起到取樣氣體的伴熱作用，防止煙氣急冷影響檢測(cè)結(jié)果；儀表柜主要完成煙氣分析工作。

氧氣濃度在線分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，詳細(xì)構(gòu)成如圖2所示。

圖1 氧氣濃度在線分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 氧氣濃度在線分析系統(tǒng)詳細(xì)構(gòu)成

1.2 工作原理

氧氣濃度在線分析儀是比較先進(jìn)的一種儀器，它將離心機(jī)內(nèi)的樣氣抽出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣濃度。氧氣濃度在線分析儀的氧氣含量檢測(cè)系統(tǒng)為定制型產(chǎn)品，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況訂制預(yù)處理系統(tǒng)，從而有效避免各種有機(jī)溶劑腐蝕，大大延長(zhǎng)氧氣分析儀表的壽命。分析系統(tǒng)自帶開(kāi)關(guān)量輸出與信號(hào)輸出，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充氮，也可根據(jù)生產(chǎn)需要將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至DCS、GDS，全方位保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3 安裝注意事項(xiàng)

氧氣濃度分析裝置安裝時(shí)需注意：1)反吹裝置必須安裝在取樣點(diǎn)附近；2)反吹掃柜外側(cè)的防水接頭必須用電工膠布密封；3)反吹掃柜內(nèi)的溫度必須低于50 ℃，如有需要，安裝遮陽(yáng)棚；4)襯F4法蘭、G1/2球閥、三通接頭等有螺紋連接部分都必須使用生料帶密封，緊法蘭時(shí)應(yīng)對(duì)角緊，保證氣密性良好，取樣器電源電纜必須固定牢固。

1.4 維護(hù)注意事項(xiàng)

氧氣濃度分析裝置使用期間的維護(hù)需特別注意：1)系統(tǒng)有自動(dòng)反吹掃功能，要求用戶現(xiàn)場(chǎng)必須24小時(shí)提供0.6～0.8 MPa反吹掃氣源(現(xiàn)場(chǎng)儀表氣或N2)，若發(fā)現(xiàn)氣源供給出現(xiàn)異常，請(qǐng)及時(shí)檢修并恢復(fù)供氣；2)半導(dǎo)體伴熱帶由伴熱管進(jìn)行溫度控制及固態(tài)繼電器控制伴熱；3)每次點(diǎn)檢維護(hù)時(shí)應(yīng)拆下清洗(腔體材質(zhì)為玻璃，拆卸安裝時(shí)注意安全)；4)觀察濾芯表面顏色，如出現(xiàn)大面積變色(如發(fā)黑或發(fā)黃等)，請(qǐng)及時(shí)更換。

2 氧氣濃度在線分析的應(yīng)用

2.1 氧氣濃度在線分析對(duì)熔煉電除塵器白煙塵含硫量的影響

當(dāng)有色冶煉熔煉電除塵器進(jìn)口氧氣濃度含量較低時(shí)，在較高負(fù)壓作用下，底吹爐下料口部分原料未充分燃燒，隨煙氣進(jìn)入熔煉余熱鍋爐的上升煙道[1]，進(jìn)入鍋爐本體，再進(jìn)入熔煉電除塵器設(shè)備內(nèi)。這種煙灰含硫量高，顏色發(fā)黑，易掛壁，在設(shè)備內(nèi)堆積堵塞，且含有大量可燃物質(zhì)，在電場(chǎng)高溫環(huán)境下遇到空氣極易發(fā)生二次燃燒，導(dǎo)致電場(chǎng)溫度升高，損壞電場(chǎng)設(shè)備。

2017年，某公司新建的熔煉系統(tǒng)開(kāi)始投料試生產(chǎn)，所有運(yùn)行工藝指標(biāo)處于摸索階段，起初未關(guān)注熔煉氧氣濃度對(duì)白煙塵顏色的影響，在運(yùn)行期間遇到下列問(wèn)題：

1)白煙塵含硫量高，顏色發(fā)黑，煙塵結(jié)塊，大量煙塵后移，導(dǎo)致硫流失。

2)白煙塵出現(xiàn)二次燃燒。黑色煙灰在負(fù)壓作用下進(jìn)入熔煉電除塵器工段，被電場(chǎng)收集沉積在灰斗中，因殘硫量較高，灰斗中的黑色煙灰發(fā)生二次燃燒，形成結(jié)焦，堵塞灰斗，導(dǎo)致熔煉底吹爐被迫停車檢修清理；同時(shí)陽(yáng)極板、陰極框在高溫環(huán)境下變形，影響設(shè)備安全運(yùn)行；灰斗清理也增加了工人工作強(qiáng)度。

3)部分附屬輸灰設(shè)備無(wú)法正常使用。電場(chǎng)收集的煙塵經(jīng)過(guò)熱埋刮板機(jī)集中輸送至氣力輸送倉(cāng)式泵，加壓后輸送至打包站進(jìn)行集中打包。由于電除塵器收集下來(lái)的白煙塵含硫量高，在設(shè)備倉(cāng)式泵倉(cāng)體內(nèi)發(fā)生自燃，形成結(jié)塊堵塞倉(cāng)式泵，造成該設(shè)備無(wú)法正常使用。

4)在倉(cāng)式泵無(wú)法使用的情況下，只能采取人工噸袋接包。此過(guò)程增加大量勞動(dòng)量，同時(shí)也存在交叉作業(yè)，有一定的安全隱患。打包下來(lái)的煙灰，由于溫度高，塑料編織袋易被燒毀?？諝膺M(jìn)入后，部分已打包好的煙灰時(shí)隔3d還會(huì)出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。

為了解決上述問(wèn)題，在熔煉電除塵器出口安裝氧氣濃度在線分析檢測(cè)儀，根據(jù)電除塵器出口氧氣濃度含量，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)負(fù)壓及補(bǔ)風(fēng)，將氧氣濃度由1%提高至5%。氧氣濃度提高后，白煙塵含硫量逐步從12%降低至7%，電除塵器收集的煙灰呈灰白色干散狀，未出現(xiàn)二次燃燒現(xiàn)象，電除塵器的收塵效率明顯提高，倉(cāng)式泵內(nèi)未出現(xiàn)結(jié)焦，正常運(yùn)行。

2.2 氧氣濃度在線分析對(duì)熔煉電除塵器排灰及電場(chǎng)運(yùn)行的影響

某公司火法熔煉系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，煙氣經(jīng)過(guò)底吹爐→熔煉余熱鍋爐→熔煉電除塵器→收砷器→硫酸工段。因工藝條件的變化，底吹爐的產(chǎn)物成分不同，導(dǎo)致熔煉電除塵器收集的煙灰性質(zhì)也不同。熔煉電除塵器收集的煙灰正常情況下為白色或灰白色，但在底吹爐開(kāi)爐階段，熔煉電除塵器收集的煙灰為藍(lán)綠色，并且發(fā)粘，易結(jié)塊，造成溢流螺旋、熱埋刮板機(jī)、倉(cāng)式泵等設(shè)備堵塞，增加工人勞動(dòng)量。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，發(fā)現(xiàn)電除塵器出現(xiàn)煙灰發(fā)綠發(fā)粘的情況后，再運(yùn)行一段時(shí)間，電除塵器的電場(chǎng)電壓會(huì)逐漸降低，由70 kV左右降低至30 kV。于是對(duì)進(jìn)入電除塵器煙氣中的氧氣濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電除塵器出口的氧氣濃度升高至8%以上時(shí)，電除塵器產(chǎn)出的煙灰就開(kāi)始出現(xiàn)發(fā)綠現(xiàn)象。電塵灰發(fā)綠的原因是煙氣中的三氧化硫含量較高，三氧化硫遇水后生成硫酸，硫酸再與氧化銅反應(yīng)生成硫酸銅，呈藍(lán)綠色。煙灰發(fā)綠發(fā)粘時(shí)，易粘附在陰、陽(yáng)極上，不易脫落，降低清灰效率，導(dǎo)致電場(chǎng)電壓下降。

根據(jù)此情況，逐步調(diào)整電除塵器出口氧氣濃度，當(dāng)將電除塵器出口氧氣濃度控制在5%～8%時(shí)，電除塵器產(chǎn)灰逐漸恢復(fù)至白色干散狀。運(yùn)行一段時(shí)間后，電除塵器的二次電壓由煙灰發(fā)綠時(shí)的30 kV左右升高至70 kV，電除塵器收塵效率恢復(fù)正常。

2.3 氧氣濃度在線分析對(duì)收砷器的影響

當(dāng)煙氣中氧氣濃度過(guò)高時(shí)，主要造成的影響是導(dǎo)致煙氣中的三氧化硫含量升高。煙氣中三氧化硫含量升高，導(dǎo)致煙氣中酸性氣體的露點(diǎn)溫度升高[2]，更易在系統(tǒng)漏風(fēng)處產(chǎn)生稀酸析出，造成收砷器及管道腐蝕，縮短設(shè)備使用壽命，同時(shí)影響系統(tǒng)產(chǎn)灰情況，提高生產(chǎn)成本，嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致收砷系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

通過(guò)分析電除塵器出口氧氣濃度對(duì)收砷器設(shè)備運(yùn)行的影響，在收砷布袋除塵器運(yùn)行期間，將電除塵器出口氧氣濃度控制在5%～8%，收砷布袋除塵器的運(yùn)行周期以及工藝指標(biāo)會(huì)控制得比較好。

2020年2月，某公司熔煉電除塵器出口氧氣濃度在線分析儀檢測(cè)到氧氣濃度由5%升高至8%以上，熔煉白煙塵色發(fā)綠，隨后電除塵器出口氧氣濃度持續(xù)升高，收砷器產(chǎn)灰發(fā)綠，收砷器產(chǎn)品品質(zhì)不達(dá)標(biāo)，且收砷器阻力上漲1 000 Pa，系統(tǒng)被迫停機(jī)。

收砷器阻力升高的原因主要如下：

1)熔煉電除塵器出口氧氣濃度升高，造成收砷系統(tǒng)產(chǎn)灰性質(zhì)變化，形成玻璃砷堵塞收砷器，導(dǎo)致收砷器阻力升高。

2)鍋爐漏風(fēng)較大，電場(chǎng)進(jìn)口氧氣濃度過(guò)高，導(dǎo)致電除塵器收塵效率下降，白煙塵進(jìn)入收砷系統(tǒng)，造成收砷器阻力上升。

3)收砷器自身清灰不及時(shí)，引起收砷器堵塞，造成系統(tǒng)堵塞。

為解決上述問(wèn)題，在收砷系統(tǒng)運(yùn)行期間，將熔煉電除塵器出口氧氣濃度控制在8%以下，若出現(xiàn)異常情況造成氧氣濃度升高，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證收砷系統(tǒng)運(yùn)行；通過(guò)及時(shí)調(diào)整熔煉爐氧料比和熔煉爐爐口二次風(fēng)補(bǔ)入量，調(diào)節(jié)電除塵器出口氧氣濃度及煙灰顏色，熔煉系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 氧氣濃度在線分析對(duì)廢酸的影響

某公司10萬(wàn)t銅冶煉系統(tǒng)投運(yùn)初期，電除塵器出口氧含量控制在8%以上，每天制酸系統(tǒng)產(chǎn)生600 m3濃度6%的廢硫酸。通過(guò)工藝改進(jìn)，將電除塵器出口氧氣濃度降低至5%以下，該系統(tǒng)每天產(chǎn)出500 m3濃度3%的廢酸，廢酸產(chǎn)量減少100 m3/d。

應(yīng)用在線氧氣濃度分析技術(shù)后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益如下：

1)每月減少?gòu)U酸處理3 000 m3，按廢酸處理費(fèi)用100元/t計(jì)算，廢酸處理費(fèi)用節(jié)約30萬(wàn)元/月。

2)因廢酸酸濃度降低，污水處理系統(tǒng)石灰消耗量減少50%，每月減少石灰消耗200 t，節(jié)約費(fèi)用約10萬(wàn)元/月。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)介紹氧氣濃度檢測(cè)分析儀的應(yīng)用，分析氧氣濃度對(duì)各工序的工藝、設(shè)備的影響及廢酸產(chǎn)生的影響，可知在有色冶煉行業(yè)中，氧氣濃度的在線分析檢測(cè)對(duì)生產(chǎn)調(diào)整起著至關(guān)重要的作用，適宜的氧氣濃度有利于煙氣除塵及制酸系統(tǒng)的運(yùn)行、電除塵器收塵效率的提高，以及收砷器的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)可有效降低有色冶煉過(guò)程中三氧化硫及廢酸的產(chǎn)生，對(duì)整個(gè)有色冶煉行業(yè)的節(jié)能減排起到積極作用。