降低合金鋅粉水淬渣含鋅的生產實踐

焦曉斌

(白銀有色集團股份有限公司， 甘肅 白銀 730900)

西北鉛鋅冶煉廠鋅粉車間于2014年4月建成并投產，配置有1臺640 kW有芯感應電爐，年生產吹制鋅粉3 000 t；2臺3 150 kVA密閉礦熱電爐，生產合金鋅粉，年產量9 000 t。合金鋅粉生產過程中對原料的成分、配比精度、操作準確性等要求較高，該廠由于鋅精礦礦源變化，精礦含鐵升高，加之生產系統所限，投產初期，鋅粉產量、水淬渣含鋅都達不到預期目標，造成大量鋅資源浪費。2014年9月工廠開展了降低渣含鋅技術攻關，通過優化合金鋅粉生產工藝，降低了生產成本，減少了金屬鋅損失，提高了合金鋅粉生產的回收率。

1 工藝概述

礦熱電爐生產合金鋅粉的工藝流程如圖1所示。

圖1 礦熱電爐生產合金鋅粉工藝流程圖

礦熱電爐生產合金鋅粉是依靠電極與爐渣交界面上形成的微電弧與爐渣電阻的雙重作用，使電能轉化為熱能，熔化熔渣。在此條件下，焦炭中的C與爐氣及入爐物料發生反應，釋放出鋅蒸氣，并產出爐渣。主要反應如下：

ZnO(固)+C(固)=Zn(氣)+CO(氣)

(1)

ZnO(固)+CO(氣)=Zn(氣)+CO2(氣)

(2)

CO2(氣)+C(固)=2CO(氣)

(3)

在高溫還原熔煉過程中，二氧化硅和堿金屬氧化物(CaO、MgO、FeO等)形成硅酸鹽渣，高溫熔融的爐渣在流動過程中與浮于渣層的固體料坡相遇，熔融爐渣以對流換熱的方式將熱能傳給料坡表面的固體爐料，使之熔化并過熱，發生還原反應形成產物和新的爐渣，當爐內渣量積累一定量時，進行放渣操作。

2014年5～8月西北鉛鋅冶煉廠鋅粉車間水淬渣成分如表1所示。

表1 2014年5～8月水淬渣成分 %

由表1可以看出，2014年生產期間鋅粉車間所產水淬渣含Zn 15%～20%，大量鋅進入渣中未能得到有效回收。

2 渣含鋅高原因分析及改進

投產初期，由于物料成分不穩定，入爐物料配比不精確，爐溫及冷凝器溫度控制不當等原因，造成鋅粉質量差及渣含鋅高。針對生產中存在的問題，工廠開展了技術攻關。

2.1 加強精準配料降低物料損失率

鋅焙砂、生石灰等物料顆粒很細，混合物料經電熱回轉窯干燥后含水小于1%，皮帶運輸機在向爐頂料倉進行輸送時，由于皮帶運輸機密封性較差，細顆粒物料大量飛揚，影響入爐物料的配料準確性，而且造成物料的損失，影響現場作業環境。為保證配料的準確性，利用大修期間，將49 m皮帶運輸機更換為49 m密封刮板運輸機，使混合物料在密閉的系統中輸送，有效地降低了物料的飛揚損失，確保入爐物料達到配料比例要求，實現精準配料。

2.2 放渣前提高焦炭加入量

電爐熔煉過程中，氧化鋅被還原揮發成鋅蒸氣，C為ZnO主要還原劑， ZnO還原過程中，爐內的PbO、CdO、CuO以及部分FeO也會被C、CO還原。為了保證較好還原氣氛，配入過量的焦炭，使爐內C、CO過剩，提高碳鋅比例，以便ZnO更好地還原蒸發，提高鋅金屬的直收率。生產實踐中，將原配料過程C的過剩系數固定在8%～10%(暫定)，調整為不同生產時段采用不同的配比，通過電子皮帶秤增減焦炭加入量實現。正常生產過程中，焦炭過剩系數為8%～10%；停車開爐前，焦炭過剩系數提升至15%～18%；放渣前，焦炭過剩系數為20%～22%。

2.3 調整渣型酸堿度

生石灰與石英的脈石造渣是冶煉工藝中重要的部分，爐渣的酸堿度對生產影響極大，合適的渣型有利于合金鋅粉生產，降低渣含鋅。

渣型偏酸性時，爐渣熔點隨酸度的增高而降低，其優點是提高爐渣流動性，含鋅物料更容易熔于爐渣中，利于通電起弧，降低電耗，同時可以提高合金鋅粉生產的安全性；缺點是含鋅物料大量熔于爐渣中，部分沉入爐渣中部、底部，不易被還原蒸發，使渣含鋅增高，造成鋅資源的浪費，并且由于爐內耐火磚為高鋁磚，酸性渣會對爐磚造成極大腐蝕，縮短爐體壽命。

渣型偏堿性時，爐渣熔點隨堿度的增高而升高，其優點是爐渣溫度升高，更利于ZnO被還原蒸發，減少鋅資源的浪費，并且符合爐內耐火磚使用要求，提高爐體壽命；缺點是爐渣變粘稠，含鋅物料不容易熔于爐渣中，造成物料在爐渣表面堆積，發生坍塌時系統壓力會驟然升高，造成爆沖等事故，并且由于爐渣熔點升高，需要更多的熱量熔化爐渣，爐渣中鋅金屬含量過低，增加合金鋅粉生產電耗。

在技術攻關過程中，密切跟蹤渣型變化，調整爐渣酸堿度K=(CaO + MgO)/SiO2的范圍在 0.95～1.05之間，并根據渣型和生產情況，及時調整配料比例，為降低渣含鋅創造條件。

2.4 穩定控制電爐參數

(1)物料的投入方式。為保證入爐物料充分反應，螺旋加料機轉動頻率由原來的15～20 Hz、停20 s進10 s調整為15～20 Hz、停10 s進6 s，嚴格規范崗位人員的操作，確保均勻、穩定加料。

(2)爐溫控制。在生產初期，控制爐溫在1 100～1 250 ℃，鋅粉密度和水淬渣含鋅都不理想，經生產實踐摸索，調整爐溫在1 050～1 080 ℃，使鋅粉能夠完全反應。穩定的爐溫是礦熱電爐安全穩定運行以及爐內還原環境的保證。電爐運行平穩，爐氣量、成分、溫度穩定均勻，鋅蒸氣才能達到較好的冷凝效果。慣性分離器內溫度應低于120 ℃，布袋收塵器內溫度應低于100 ℃、但不能低于60 ℃，以免爐氣中的水汽冷凝成液態而堵塞布袋。

(3)冷凝器溫度。冷凝器用來冷卻揮發的鋅蒸氣，冷凝器內設有若干U型水冷管，揮發的鋅蒸氣經過礦熱電爐爐喉，擴散到兩端的冷凝器后迅速被冷卻，凝結成為鋅粉顆粒，沉降在冷凝器下端，鋅蒸氣釋放的熱量使冷凝器溫度升高，冷凝器的溫度控制，是調整鋅粉顆粒大小及密度的關鍵。

生產初期冷凝器溫度不穩定，溫度較高時，鋅粉冷卻程度不夠，溫度過低時，大量鋅粉迅速冷卻沉降在冷凝器底部，形成結塊，造成冷凝器壓力增大系統壓力不穩定。經摸索實踐，冷凝器控制前段溫度在480～530 ℃，中段溫度在200～250 ℃，后段溫度在80～120 ℃，通過U型水冷管內水流量及閥門開合程度進行控制，鋅粉顆粒均勻，密度達到最大化。

2.5 調整放渣前停料時間

含鋅物料在爐內被還原蒸發是一個持續進行的還原反應過程，若停料后立即放渣，會有大量含鋅物料未被還原直接隨爐渣排出爐外沒有得到回收。延長放渣前停料時間可有效提高鋅金屬的回收率，減少鋅資源的浪費。根據金屬平衡，推算爐內鋅量，據此調整停料時間，由原先的停料1 h后放渣改為停料2～3 h后放渣，鋅被充分還原揮發后再進行放渣。

3 改進效果

3.1 運行情況

2014年9月至12月開展技術攻關，水淬渣含鋅逐步下降，達到預期目標，表2、表3為部分生產數據。

表2 水淬渣含鋅、爐渣酸堿度、碳鋅比及爐溫

分析生產數據,爐渣酸堿度、爐溫對渣含鋅影響不明顯，而碳鋅比直接影響渣含鋅,當碳鋅比控制在15～18之間,渣含鋅基本能穩定在7%～9%，達到預期目標。

表3 冷凝器溫度、合金鋅粉密度

生產中控制冷凝器前段溫度480～520 ℃，中段溫度200～250 ℃，后段溫度80～120 ℃，鋅粉粒度均勻，密度能達到較好水平，渣含鋅也較低。

通過技術攻關，水淬渣含鋅逐步下降，最低為6.36%，鋅粉密度最高達到2.13 g/cm3,礦熱電爐運行狀況良好，合金鋅粉質量穩步提高。

3.2 攻關過程中遇到的問題及解決方法

攻關開始階段，為有效降低渣含鋅，較大幅度提高了焦炭的過量系數， 10月中旬開始，渣含鋅相對于攻關之前有較大幅度降低，但是，由于高鐵礦的使用，在渣含鋅降低的同時，爐內渣中Fe的含量逐漸升高， 最高達到41.57%，給電爐操作造成了極大的困難，電流不穩，忽高忽低，電流只能維持在6 000 A左右，無法滿足正常生產需要。

由于Fe含量逐漸升高，形成高熔點粘渣層，放渣過程中大部分鐵不能隨渣一起排出，滯留在爐子底部形成爐結，減小了礦熱電爐的有效容積。大部分的Fe與二氧化硅發生造渣反應：

2Fe3O4+3SiO2+C=3(2FeO·SiO2)+CO2

(4)

因此改變生產計劃，一方面調整配料比例，在滿足生產的情況下，降低焦炭系數，焦炭的配料比例由14%降低至11%，另外增加放渣次數，通過放渣把爐內的積鐵釋放出來，故10～11月份渣含鋅有所升高。

在9～12月4個月的攻關過程中，經歷了爐渣含鐵高、鋅焙砂含鋅低、電極斷落、渣含鋅高等問題，通過采取應對措施，問題得到了解決。

自攻關以來，合金鋅粉生產所產生的水淬渣含鋅平均為7.85%，較攻關前16.31%降低了8.46%，效果十分明顯。

4 結束語

在合金鋅粉生產過程中，為了有效降低水淬渣含鋅，從生產原料和操作控制入手，加強配料過程的準確性，從焦炭量、爐渣酸堿性、爐溫、放渣操作等多方面進行調節，穩定了礦熱電爐爐況，水淬渣含鋅明顯降低。

[1] 郭天立.鋅粉及合金鋅粉生產[M].長沙：中南大學出版社，2011.