側吹熔煉處理含銅危廢技術開發與應用研究

張 鸝，殷小煒

（1.新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，烏魯木齊 830002； 2.新疆維吾爾自治區固體廢物管理中心，烏魯木齊 830012）

在含銅危廢多金屬資源綜合回收利用環節，側吹熔煉處理含銅危廢技術的運用，不但能夠提高含銅危廢多金屬資源的利用率，而且可以有效減少生態環境的污染，保證工業廢物真正實現資源化利用目標。為了保證側吹熔煉處理含銅危廢技術的更好運用，本文深入研究側吹熔煉處理含銅危廢技術的開發與應用要點。

1 側吹熔煉處理含銅危廢技術原理

金屬資源綜合回收項目中，側吹熔煉處理含銅危廢技術，主要利用富氧熔池熔煉工藝，將污泥進行干燥處理，然后得到污泥干燥塊，包括廢線路板與焚燒的各類廢棄物，在廢棄物中加入適量的無害化危廢醫藥廢物與農業藥物廢物，經過一系列的處理后，最終獲得銅含量約為90.00%的黑銅與冰銅產品，將回收原料中的各類貴金屬與銅、鎳金屬進行有效回收利用。

某項目建造了一臺規格為15.00 m2側吹爐，側吹爐的結構較為簡單。將含有銅的污泥通過回轉窯進行干燥脫水，經過回轉爐干燥脫水后，原料的含水量由原來的76.00%下降到44.00%，含水量為44.00%的原料含有銅與鎳元素。將這些原材料投入立式干燥窯中進行有效的干燥處理，最終獲得干燥塊，然后利用膠帶運輸設備，將干燥塊和焚燒殘渣（包括高銅物料）運送到側吹爐加料口中，最終進入爐內部。

無害化的物料進入爐內部，具體運輸流程如下：樹脂、活性炭等固體物料，經過膠帶運輸設備，被直接運送到爐內部，而泥漿與液態的廢棄溶劑主要在柱塞泵中利用噴槍直接噴入側吹爐中。側吹爐的熔爐兩端，各自設置兩排風口。其中，下排的風口需要輸入濃度在76.00%～81.00%的富氧空氣，將渣層有效吹去，在熔池內部快速攪拌，提高熱傳和傳質，形成良好的動力學條件。與下排風口不同，上排風口需要利用風槍，在風口內部鼓入適量的低壓空氣，保證煙氣內部的單體硫，包括一氧化碳得到充分的燃燒。

2 側吹熔煉處理含銅危廢技術的特點

現階段，我國工業領域處理含銅等一系列金屬危廢物料時，通常運用鼓風爐或者反射爐進行冶煉。鼓風爐與反射爐對工作環境要求較高，操作人員的勞動強度較大，而且對外部環境會產生嚴重的污染，影響工業行業的可持續發展，無法滿足國家節能降耗要求。側吹熔煉處理含銅危廢技術的出現，能夠有效減少工業廢棄物排放量，對周圍的生態環境起到良好保護作用。

側吹熔煉處理含銅危廢技術具有以下特點。一是爐子對物料的含水量和粒度要求較低，污泥不能進入爐子中，剩余的各項物料均可進入爐子中[1]。二是爐床面積較大，能效較高。側吹爐采取固定臥式爐床，爐床面積特別大，與其他熔煉技術相比，爐床的反應空間更大，各類物料與煙氣可以直接在爐子內部充分反應，相關操作人員可以不設置二次燃燒室。三是可以有效處置無害化物料，提高側吹爐的運行效率，保證危廢物料得到高效的處理，真正達到“一爐兩用”的目標，節省大量能源，保證物料的利用率得到進一步提升，減少能源損耗。四是與傳統的爐子相比，側吹爐的密封性較好，能夠有效預防煙氣的逸散，結合側吹爐煙氣余熱回收流程，能夠減少二噁英危害，符合國家節能環保要求。

3 側吹熔煉處理含銅危廢技術開發與應用要點分析

3.1 注意事項

側吹熔煉處理含銅固體廢棄物的過程中，混合的含銅危廢物可以直接在熔池中完成加熱、脫水與熔化等流程，也能夠自動完成氧化、造銅等過程。無害化物料屬于重點燃料，對爐子內部的氧化還原氣氛起到良好的調節作用，能夠替代煤塊，節省大量的煤炭能源。液體銅硫與爐渣密度不同，能夠在熔池內部有效分層，提高了銅渣的分離效率，有效減少爐渣的含銅量。爐渣采取逆向流動方法，使得側吹爐內部的熱量更加平衡[2]。銅危廢內部的有機物在熔池內部燃燒之后，產生的灰分會進入爐渣中，經過后續的揮發之后，進入煙氣中。

在側吹爐的爐體兩側，分別設置銅硫排放口與爐渣排放口，還要設置圓盤形狀的澆鑄機與水淬渣池，包括相應尺寸的溜槽。側吹爐內部產生的黑銅與冰銅，放出之后，流過流槽，形成黑銅錠與冰銅塊，產生的爐渣經過水淬處理之后，形成大量的水淬渣。

當側吹爐內部的煙氣溫度上升到1 350℃時，煙氣會不斷上升，經過一段距離的煙道之后，溫度會逐漸下降，通常會降到600℃，然后經過噴霧冷卻處理，最終降低到200℃。經過收塵處理后，將其運送到化工專業脫硫脫鹵區域。通過收塵獲得的熔煉煙塵，其含有大量的雜質，一部分會隨著煙氣散出，另一部分則可以返回到熔煉爐中[3]。

將銅口與渣包，包括冰銅包等部位所產生的煙氣，集中送入到環境集煙氣系統當進行統一處置，避免放銅與放渣環節產生的二氧化硫飄散。側吹爐渣經過溜槽會進入渣包內部，然后經過渣包車，被運送到渣緩冷場地。

3.2 技術開發與應用要點

3.2.1 開發要點

側吹富氧熔池還原熔煉技術，能夠將含銅多金屬危廢物料有效處理。在工業化領域，相關人員要特別注意含銅多金屬危廢物處理問題，因為含銅多金屬危廢物在熔煉過程中特別容易出現熱平衡不穩定現象。相關研究人員要根據側吹熔煉爐裝置內部結構特點，對既有的工業設備進行優化，保證爐體結構穩定，提高爐體的運行效率[4]。在優化側吹熔煉處理含銅危廢技術時，人們可以從以下幾方面入手。

第一，明確側吹爐內部結構特點，制定完善的優化方案。側吹爐體主要由8 個不同的立柱與多個橫梁構成，屬于框架結構，立柱與橫梁具有良好的承重能力，能夠承擔除了爐缸以外爐體的全部重量。在爐體砌筑環節，水套安裝與耐火磚砌筑過程互不影響，使得爐體砌筑效率不斷提升。立柱具有良好的承載能力，能夠保證爐煙道與側吹爐結構穩定，提高受力獨立性，為相關人員節省大量的修理時間，為后續的維修提供較多便利。

第二，避免含銅危廢物料內部的有機可燃物質出現燃燒過熱現象。對于渣線區域，包括冰銅虹吸口與渣口區域，可以設置銅水套，進行有效的冷卻，也可以采用多個干鋼板水套，形成結構更加穩固的拱頂，上升的煙道與加料口比較接近，在加料口部位，設置水冷隔墻，而煙道則采取鑲轉水套方法，避免出現瞬時過熱現象，提升爐體的可靠性，防止爐體耐火材料出現過大的沖擊。

3.2.2 應用要點

為了保證側吹熔煉處理含銅危廢技術得到更好的運用，在應用過程中，相關人員需要明確此項工藝的各項參數與指標，具體如下：側吹爐的爐床面積為15.00 m2，單臺的側吹爐床利用率可達56 t/m2，側吹爐的熔煉溫度可以達到1 250℃，煙塵率可以達到4.00%，爐子的作業效率可以達到92.00%，富氧濃度為60.00%，黑銅產量為97.08 t/d，黑銅含銅率為89.00%，冰銅的產量可以達到11.80 t/d，冰銅含銅率為49.00%。

此外，在應用側吹熔煉處理含銅危廢技術時，物料組分特別復雜，其中含有一定量的揮發物質，影響側吹熔煉處理含銅危廢技術的應用效果。由于揮發物質的存在，在凝固過程中，煙氣溫度逐漸下降，在布袋收塵器入口部位，其溫度仍然超過200℃。因此，相關人員需要在鍋爐出口部位增大散熱面積，也可以設置水箱進行冷卻處理，使得布袋的進口溫度恒定，防止布袋出現破損。

在應用鼓風爐處理物料的過程中，由于物料含有鉛、砷等一系列揮發物質，這些揮發物質在上升的過程中一旦遇到冷氣，爐身的中間部位與上部會出現凝結，使得下料無法有序進行，引發嚴重的停爐現象。側吹爐因為其內部反應特別劇烈，熔池攪拌溫度比較高，爐子內部溫度高，再加上二次風補充將剩余的一氧化碳有效燃燒，在此種高溫條件之下，爐渣逐漸飛濺，會形成一定量的爐結。為了有效減少爐結的產生，相關人員在應用側吹熔煉處理含銅危廢技術時，還要特別注意以下問題。

一是在熱量保障方面，相關人員要結合物料金屬氧化形態，合理控制氧過剩系數并調整煤配合比，保證一氧化碳與二氧化碳比例合理。二是熱支出為冷卻水，冷卻水與蒸汽，包括爐渣，能夠將爐子的熱量帶走一部分。輻射損失的出現，也會帶走一部分熱量，這也是當前工藝的重點改進方向。

三是因為物料含水量較高，水分的有效消耗會影響熱量的損耗，因此針對具體的生產環境，相關人員還要嚴格控制物料揚塵量。一般來講，物料的含水量不能夠超過8.00%，相關人員可以采取晾曬與烘干等方法，有效降低物料含水量。四是物料的組分比較復雜，含有大量雜質，故對配料的要求特別高，在具體的生產加工環節，如果溫度控制不達標，特別容易出現爐缸爐結，影響布袋，故相關人員要定期改進爐內部的燃燒條件。

通過不斷減少側吹爐停車時間，有效降低余熱鍋爐煙塵品位，人們能夠有效降低煙塵率，為工業生產創造良好條件，而且可以獲得較好的經濟效益。例如，某型工業企業運用側吹熔煉處理含銅危廢技術后，工業煙塵量與品位不斷下降，因為減少了停爐時間，產銅量多了507.59 t。

想要更好地減少煙道結焦現象的發生，相關人員除了采用上述提到的處理措施之外，還可以在成本允許的條件下適當提升燃料的燃燒溫度，保證煙氣得到更好的揮發，有效減少結焦。各大工業企業可以根據生產負荷情況，妥善解決結焦現象。

4 結語

科學分析側吹熔煉處理含銅危廢技術的開發與應用要點，能夠保證側吹熔煉處理含銅危廢技術得到更好的開發與利用，減少工業污染物的產生量，保護人們賴以生存的生態環境。