富氧頂吹爐處理氧化礦生產(chǎn)實(shí)踐

黎學(xué)坤，徐成東，楊小芳

（云南馳宏資源綜合利用有限公司，云南 曲靖 655000）

云南馳宏資源綜合利用有限公司率先使用富氧頂吹直接煉鉛法處理鉛物料，最初設(shè)計(jì)入爐的原料為硫化鉛精礦及艾薩爐返塵。隨著富氧頂吹熔煉技術(shù)的不斷成熟，富氧頂吹爐原料處理量逐年增長(zhǎng)，公司自產(chǎn)的硫化鉛精礦供給不足的問題越來(lái)越突出，致使富氧頂吹爐的處理量及技術(shù)發(fā)展處于被動(dòng)局面。而由于外購(gòu)原料供應(yīng)緊張，近年來(lái)外購(gòu)硫化鉛精礦價(jià)格高且原料質(zhì)量參差不齊，極大的影響頂吹爐熔煉經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。從發(fā)揮富氧頂吹爐對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)及生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展方面考慮，進(jìn)行了富氧頂吹爐氧化鉛精礦生產(chǎn)實(shí)踐。

1 氧化鉛精礦熔煉特點(diǎn)

氧化鉛精礦主要物相為PbCO3，在熔煉溫度下PbCO3極易發(fā)生分解反應(yīng)，其平衡離解壓與溫度的關(guān)系如下表：

表1 PbCO3的離解壓與溫度的關(guān)系

氧化鉛精礦與以往的硫化鉛精礦在化學(xué)成分上有較大區(qū)別，見下表：

表2 氧化鉛精礦與硫化鉛精礦成分對(duì)比（%）

從上表可以看出，氧化鉛精礦含S較低，含SiO2高，雜質(zhì)元素如Zn、Cu、Cd、As等也較低。富氧頂吹爐熔煉熱主要來(lái)源于硫化鉛精礦中S的燃燒放熱，而氧化鉛精礦中含硫較低，且碳酸鉛分解為吸熱過(guò)程，熱量平衡被打破。

富氧頂吹爐處理硫化鉛精礦的優(yōu)勢(shì)在于其熔煉過(guò)程的熱量可由金屬硫化物的氧化反應(yīng)釋放出大量的熱量而得到滿足。但對(duì)于氧化性質(zhì)的物料發(fā)生反應(yīng)都只會(huì)吸收熱量。所以硫化鉛精礦與氧化鉛精礦熔煉的區(qū)別在于放熱量不同。利用富氧頂吹爐處理氧化鉛精礦，工藝上首先要考慮的問題就是熔煉過(guò)程的熱平衡，另外富氧頂吹爐的作業(yè)關(guān)鍵就是控制合理的反應(yīng)氣氛，選擇合適的渣型。

熔煉過(guò)程主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：

PbCO3=PbO+CO2

PbO+PbS=Pb+SO2

熔煉過(guò)程主要控制參數(shù)：爐溫：1000℃～1050℃；渣含鉛：40%～45%；SiO2/Fe：0.78～0.82。

2 生產(chǎn)試驗(yàn)及實(shí)踐情況

2.1 第一階段：間斷進(jìn)料

由于氧化鉛精礦在爐內(nèi)反應(yīng)是吸熱過(guò)程，排放過(guò)程中鉛渣會(huì)帶走大量的顯熱，若在排放階段加入氧化鉛精礦的話，會(huì)使溫度急速下降，物料化料速度減慢，造成排渣困難。因此在本階段排放期間考慮暫不投氧化鉛精礦，以保證生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

2.1.1 配料方案

氧化鉛精礦由備料4#倉(cāng)單獨(dú)供料，正常熔煉階段以5t/h投入氧化鉛精礦，1#、2#、7#倉(cāng)可根據(jù)物料含Pb、S的成分波動(dòng)做相應(yīng)的小調(diào)整，保證入爐鉛品位在50%以上，含S在16%以上。考慮到氧化鉛精礦含硅成分較高，通過(guò)計(jì)算可滿足熔劑的需求，因此停止加入石英石熔劑。

表3 配料表

2.1.2 參數(shù)調(diào)節(jié)方案

富氧頂吹爐在熔煉過(guò)程主要通過(guò)調(diào)整空氣系數(shù)、給煤量來(lái)穩(wěn)定控制爐溫。空氣系數(shù)反映在供風(fēng)量和氧量的控制上，直接影響爐內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，對(duì)爐溫和渣型的控制起到關(guān)鍵作用，因此制定不同的試驗(yàn)方案來(lái)確定合理的供風(fēng)量和氧量，見下表：

表4 熔煉參數(shù)控制方案及爐況

從上表中可以看出，第四組試驗(yàn)取得較好的效果，熔煉溫度和渣含鉛均能有效控制。前三組試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)爐溫下降快，熔池溫度難以穩(wěn)定控制，特別是底部溫度波動(dòng)幅度大，且排放過(guò)程發(fā)現(xiàn)夾雜生料的情況，導(dǎo)致排放無(wú)法繼續(xù)；后兩組試驗(yàn)過(guò)程中，由于富氧濃度的提高，導(dǎo)致熔煉溫度、渣含鉛均偏高，排放過(guò)程發(fā)生噴濺現(xiàn)象，存在安全隱患。采用第四組參數(shù)方案進(jìn)行生產(chǎn)，期間產(chǎn)量及相關(guān)指標(biāo)情況見表5。

表5 產(chǎn)量和相關(guān)指標(biāo)

從表5可以看出，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)工藝參數(shù)，氧化礦熔煉過(guò)程的不穩(wěn)定因素得到一定控制，但氧化鉛精礦處理量不高。

2.2 排放階段操作優(yōu)化

第一，判斷最佳排放時(shí)機(jī)，保證在爐況較好，噴濺少，煙氣濃度穩(wěn)定，爐溫穩(wěn)定并且緩慢上升時(shí)考慮排放；

第二，增加排渣次數(shù)，每班排渣次數(shù)由原來(lái)的三次增加至四次，可更好地掌握爐況，便于調(diào)整；

第三，停煤操作，可采用利用柴油快速加溫，同時(shí)加大噴槍的攪拌力度，加快物料化料速度和交互反應(yīng)，避免排放過(guò)程鉛渣中夾帶生料，致使排放困難；

第四，排放過(guò)程對(duì)渣溫進(jìn)行監(jiān)控，安排專人對(duì)每爐渣的渣溫進(jìn)行測(cè)量反饋到主控；

第五，在排放完進(jìn)料前采用小料量加燃料快速升溫再恢復(fù)正常進(jìn)料方式，熔煉過(guò)程溫度下降幅度較小。

3 實(shí)踐過(guò)程中的關(guān)鍵問題及解決辦法

富氧頂吹爐原料中加入氧化鉛精礦，造成爐溫及煙氣二氧化硫濃度波動(dòng)幅度較大，渣、鉛排放困難、操作難度加大等情況。

3.1 泡沫渣

試驗(yàn)前期爐溫波動(dòng)幅度較大。當(dāng)熔池溫度下降較多，導(dǎo)致爐內(nèi)熔渣粘度過(guò)大，鼓入熔池內(nèi)的空氣和熔池反應(yīng)產(chǎn)生的氣體無(wú)法脫離熔池表面而順利排出，熔池異常膨脹。出現(xiàn)泡沫渣時(shí)，常常伴隨著噴槍擺動(dòng)不規(guī)則，端背壓明顯上升，提升噴槍時(shí)端背壓變化不靈敏；爐體和廠房能感覺到明顯晃動(dòng)；爐內(nèi)負(fù)壓忽高忽低，爐頂間斷性地冒出煙氣，煙氣量和SO2濃度波動(dòng)較大；從爐頂“三口”觀察，爐膛內(nèi)部熾熱白亮；一般伴隨余熱鍋爐蒸發(fā)量和電收塵出口溫度上升的現(xiàn)象。一旦泡沫渣產(chǎn)生，就必須停止進(jìn)料，處理泡沫渣，要等到泡沫渣消除后才能恢復(fù)正常生產(chǎn)；泡沫渣產(chǎn)生還會(huì)使煙塵率上升、爐頂煙道結(jié)瘤嚴(yán)重和噴槍控制失靈等。

實(shí)踐中，經(jīng)過(guò)認(rèn)真不斷的摸索和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)泡沫渣的產(chǎn)生與熔池中渣含鉛的高低有很大關(guān)系，實(shí)際操作中把控制渣含鉛在40%～45%可極大地減少泡沫渣的產(chǎn)生。另外，給燃料量過(guò)多明顯地打破熔池傳熱和傳質(zhì)的平衡，是形成泡沫渣的另一個(gè)重要原因。因此，把逐步降低給煤量或間斷加煤，合理調(diào)整爐內(nèi)氧化氣氛作為控制泡沫渣的另一個(gè)重要手段。

3.2 熔池局部?jī)鼋Y(jié)及渣、鉛排放困難

由于連續(xù)加入氧化鉛精礦，熔池溫度下降過(guò)快，造成熔池局部?jī)鼋Y(jié)，減慢熔池反應(yīng)速度，常表現(xiàn)為爐膛發(fā)暗、噴槍擺動(dòng)不均勻且負(fù)荷加大，同時(shí)噴槍攪動(dòng)熔池的聲音變得沉悶。

伴隨著余熱鍋爐蒸發(fā)量和煙氣SO2濃度快速下降等。同時(shí)，由于熔池溫度低，熔池成分不均勻，渣、鉛分離不好，渣的流動(dòng)性變差等，造成排放困難，增加人員勞動(dòng)強(qiáng)度等。通過(guò)優(yōu)化參數(shù)，提高富氧濃度、減少用油，優(yōu)化排放操作及設(shè)備改進(jìn)，問題得到較好解決。

3.3 硫酸處理系統(tǒng)操作難度加大

原設(shè)計(jì)富氧頂吹爐處理硫化鉛精礦，脫硫徹底，煙氣量小，煙氣含SO2濃度高，可直接制酸。而氧化鉛精礦含硫降低，反應(yīng)后尾氣SO2濃度低，造成硫酸生產(chǎn)工藝操作難度加大。實(shí)踐中通過(guò)調(diào)整配料比例，加大含S高的原料投入，控制綜合入爐S品位，可穩(wěn)定SO2濃度。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐摸索，實(shí)現(xiàn)了熔煉溫度的穩(wěn)定，富氧頂吹爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)沒有出現(xiàn)大幅波動(dòng)的情況，部分指標(biāo)如作業(yè)率、柴油消耗都有改善，徹底解決了初期泡沫渣、熔池局部?jī)鼋Y(jié)、排放困難等狀況，尾氣SO2濃度達(dá)標(biāo)且穩(wěn)定。

表6 處理氧化鉛精礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

云南馳宏資源綜合利用有限公司根據(jù)氧化鉛精礦主要成分及反應(yīng)機(jī)理，開展系列的試驗(yàn)研究及生產(chǎn)應(yīng)用，并在實(shí)踐中總結(jié)和優(yōu)化改進(jìn)，包括原料配比、熔煉參數(shù)控制、異常情況的應(yīng)急及處理等，最終實(shí)現(xiàn)了富氧頂吹爐處理氧化鉛精礦工藝并形成了年處理10038噸的規(guī)模，相關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)未出現(xiàn)較大波動(dòng)，且部分指標(biāo)有所改善，實(shí)踐較為成功。