中和渣在澳斯麥特熔煉爐回收利用的生產實踐

荊巨峰

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重金屬

中和渣在澳斯麥特熔煉爐回收利用的生產實踐

荊巨峰

將銅冶煉煙氣凈化所產污酸中和渣替代石灰石熔劑返澳斯麥特熔煉爐處理，分析了中和渣對澳斯麥特熔煉爐爐況的影響，介紹了實際運行效果。

銅冶煉； 煙氣凈化； 中和渣； 澳斯麥特熔煉； 資源利用； 石灰石； 熔劑

0 前言

中條山有色金屬集團有限公司侯馬北銅銅業公司是國內較早采用澳斯麥特噴槍富氧頂吹工藝生產粗銅的有色企業[1]，其中煙氣制酸過程排出的酸性含砷廢水采用石灰-鐵鹽法處理，生成的含砷中和渣用芬蘭奧圖泰拉羅克斯立式全自動壓濾機壓濾，中和渣產出量約20 t/d。該渣含水30%～35%，呈黃色散堆狀，通常采用永久渣場填埋。中和渣屬于工業危險固廢，遇酸會浸溶，且數量較大，存在著堆場土地占用及環境保護的雙重壓力。對中和渣進行安全無害化處理，已成為冶金和環保專家的重要研究課題[2]。公司根據生產實際并結合中和渣特性，經過分析論證后，用中和渣替代石灰石熔劑，配料后加入澳斯麥特熔煉爐處理，消除了二次污染的隱患，同時回收了其中的銅、硫、鈣等有價元素，冶煉爐渣作為生產水泥輔料銷售，既實現了節能減排、資源循環利用，又變廢為寶、化害為利，收到了很好的效果。

1 中和渣替代石灰石熔劑造渣的可行性分析

中和渣的化學組成見表1。

表1 中和渣的化學組成 %

公司澳斯麥特熔煉爐工藝采用的是FeO—CaO—SiO2三元渣型，在1 200 ℃的溫度下進行富氧熔煉，中和渣中的氧化鈣進入爐渣，成為水泥的優質原料，硫酸根轉化為二氧化硫，隨冶煉煙氣制酸[3]。

采用石灰石作造渣熔劑，在1 200 ℃的熔煉溫度下，石灰石分解成CaO和CO2：

(1)

中和渣替代石灰石后，其主成分硫酸鈣被還原分解成CaO和SO2：

(2)

式(2)的分解過程必須在1 350～1 400 ℃下方可完全進行，由于公司澳斯麥特熔煉爐作業溫度控制在1 200 ℃，因此反應(2)進行的程度很低。但在1 200 ℃下，反應(3)、(4)、(5)、(6)進行的比較徹底：

(3)

(4)

在有SiO2存在的情況下，硫酸鈣全部或部分生成硅酸鹽：

(5)

(6)

以上分析可見，中和渣替代石灰石作銅火法冶金的鈣熔劑理論上可行。銅火法冶金過程中發生造锍、氧化和還原反應，同時還發生造渣反應：

(7)

(8)

(9)

2 中和渣回收利用方案

中和渣含水30%～35%,由于其含水高、密度小、粘度大，單獨入倉會粘結倉壁或結塊，造成下料不流暢，無法滿足連續計量要求，因此必須將中和渣混入精礦中入爐。為了避免中和渣與精礦混合不均勻對爐況造成的影響，一般將中和渣混入配比較低的礦種中，根據入爐物料的配料單大致計算出應配加的中和渣量。

以表2配料單為例，熔煉爐精礦處理量30 t/h，石灰石熔劑相對精礦的比率為3.67%，計算得出配入的石灰石量為1.1 t/h，按石灰石品位90%，中和渣含水35%、含CaO 39.62%計，折合配入的中和渣量約為2.0 t/h(濕量)。配料單中精礦2的配比為20%，即處理量6 t/h,可估算出精礦2與中和渣的配比為2∶1?？梢?，每天除消化完當天所產的20 t中和渣外，還可多處理積存的中和渣約28 t。

表2 配料單 %

實際生產中一般中和渣加入量按低限配入，控制爐渣Fe/SiO21.2～1.4，CaO含量5%～7%。如果爐渣CaO含量低于5%，可另外補充石灰石熔劑，避免中和渣加入過量對爐況造成影響。

3 中和渣對澳斯麥特爐爐況的影響

3.1 對爐溫的影響

中和渣含水30%～35%，水在熔煉爐內吸收熱量后會形成大量的水蒸氣，水蒸氣帶走熱量的同時，也使煙氣量增大，既稀釋了煙氣SO2濃度，又使煙氣帶走熱增大；而硫酸鈣高溫分解也會吸收大量的熱。但是，中和渣替代石灰石入爐，沒有石灰石分解吸收的熱量及所產生的二氧化碳量。在實際生產過程中，為了減少中和渣含水過高對爐溫的影響，將中和渣預先放置空曠場地晾曬風干至一定程度后再進行拌礦作業。實踐表明，在季節、入爐精礦成分、吹煉渣及煙灰處理量一定的前提條件下，控制一定的富氧濃度、冰銅品位、爐渣鐵硅比、爐溫及爐負壓，處理摻入中和渣的物料，熔煉爐燃料率沒有明顯變化。

3.2 對渣性的影響

銅冶煉爐渣中通常含有一定量的氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁，是爐渣冶煉過程氧化物熔體的成分，其在爐渣中的含量變化將對爐渣黏度產生一定的影響。尤其是爐渣中氧化鎂含量的增加將導致爐渣黏度增大，流動性變差，爐渣熔點上升[4]。按中和渣產出與消耗平衡計算， 公司每天入爐的20 t中和渣(濕量)中，含有氧化鎂0.175 t，每天熔煉爐棄渣產出量約500 t，即中和渣帶入的氧化鎂使棄渣中氧化鎂含量提高0.035%，對渣性影響可以忽略。但在生產操作中，由于中和渣中含有4.04%的二氧化硅，因此應注意調整石英石的加入量。

3.3 對冰銅品位的影響

因參與銅精礦熔煉反應的工藝風、氧與精礦料速連鎖[5]，在設定的精礦料速及風料比一定時，精礦中配入的中和渣越多，實際入爐的精礦則相應減少，中和渣的主要成分硫酸鈣在還原分解及造渣過程中會產生游離氧，導致參與熔煉反應的工藝風、氧相對過剩，造成冰銅品位上升，爐渣中CaO含量也會上升，Fe/SiO2小幅上升；反之，冰銅品位下降，爐渣中CaO含量也會下降，Fe/SiO2會小幅下降。同時中和渣與精礦混合不均勻造成熔煉爐熱量平衡、反應氣氛發生變化，嚴重時熔煉爐爐溫下降，出口堰混合熔體流動性變差、黏度增加，熔體中易機械夾帶生料。

3.4 對產品質量的影響

澳斯麥特工藝富氧濃度高，同時生產高品位冰銅，爐內屬強氧化性氣氛，具有非常強的脫雜能力，而中和渣中各雜質元素主要以氧化物或鹽的物相形態存在，有利于參與熔煉造渣被固化，有害雜質被固化后不存在二次污染問題。例如在有過量空氣存在的情況下，砷會形成不揮發的五氧化二砷，這種砷的氧化物通常與礦石中的氧化鐵結合在一起，形成砷酸鐵：

(10)

4 效益估算

公司當天產出的中和渣實現全部返回澳斯麥特爐回收利用，按澳斯麥特熔煉爐年生產330 d、中和渣產出量20 t/d(濕量)、銅回收率96%、硫回收率95%計，中和渣產出量6 600 t/a，每年可替代石灰石3 372 t(品位90%)，減排二氧化碳1 335 t；并且可替代含95%SiO2的石英石182 t，增產硫酸2 235 t(98%酸)；可多回收金屬銅14 t。

5 結論

(1)侯馬北銅銅業公司澳斯麥特熔煉爐用中和渣替代石灰石熔劑是完全可行的，且不需額外增加人員及設備投入。

(2)用中和渣替代石灰石熔劑環境效益明顯，妥善處置了危險固廢物，消除了公司生存發展的重大環境隱患，節約了寶貴的土地資源。

(3)用中和渣替代石灰石熔劑，在實現銅、硫、鈣與硅循環利用的同時，大幅減少了溫室氣體的排放。年可替代90%品位的石灰石3 372 t，減排二氧化碳1 335 t，替代含95%SiO2的石英石182 t，增產硫酸2 235 t(98%酸)，年可多回收金屬銅14 t，具有良好的社會效益和經濟效益。

[1] 荊巨峰.銅富氧澳斯麥特熔煉余熱鍋爐的運行實踐[J].世界有色金屬，2015，(2)：55-57.

[2] 王紅梅，劉四清，劉文彪.國內外銅爐渣選礦及提取技術綜述[J].銅業工程，2006，(4)：19-22.

[3] 唐謨堂等.關于在重金屬火法冶金中用磷石膏替代石灰石等鈣熔劑的分析與建議[A].全國銅鎳鈷冶金工藝重大裝備及資源環境研討會論文集[C].云南昆明,2014：255-262.

[4] 呂德良，黃紅軍，曹學鋒，朱海鋒.轉爐渣含銅礦物晶相優化工藝研究[J].有色金屬(冶煉部分)，2015，(3)：5-7.

[5] 荊巨峰. 控制澳斯麥特熔煉爐煙道過渡段粘結探討[J].世界有色金屬，2014，(11)：51-53.

(中條山有色金屬集團有限公司侯馬北銅銅業公司， 山西 侯馬 043000)

Production practice of recycling neutralizing slag in Ausmelt smelting furnace

JING Ju-feng

Instead of limestone flux, the neutralizing slag generated in gas purification of copper smelting was returned to Ausmelt smelting furnace. The article analyzed the effect of neutralizing slag on Ausmelt smelting furnace condition and introduced the practical running effect.

copper smelting; gas purification; neutralizing slag; Ausmelt smelting; resources utilization; limestone; flux

荊巨峰(1977—)，男，山西侯馬人，冶煉工程師，從事冶煉工藝技術工作。

2015- 04- 27

TF811； X756

B

1672- 6103(2015)06- 0005- 03