氧化物料制粒技術(shù)在ISP 燒結(jié)工藝中的應(yīng)用研究

鄧玉峰

（深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司 韶關(guān)冶煉廠，廣東韶關(guān) 512000）

1 氧化物料直接返回?zé)Y(jié)配料的不良影響

韶關(guān)冶煉廠ISP 冶煉工藝生產(chǎn)鉛鋅金屬產(chǎn)品的同時也會產(chǎn)生大量氧化電塵、次氧化鋅、蘭粉、浮渣等氧化中間物料。以往只能在不影響生產(chǎn)工藝的情況下將部分氧化物料返回?zé)Y(jié)配料，剩余部分或堆存，或外賣，或委外處理。

這些氧化物料成分復(fù)雜、粒度不均，氧化物料直接返回?zé)Y(jié)配料會產(chǎn)生諸多不良影響：1）過多的氧化物料直接返回?zé)Y(jié)配料會降低燒結(jié)機的脫硫能力，影響燒結(jié)塊的質(zhì)量和產(chǎn)量[1]。如某燒結(jié)車間電收塵系統(tǒng)年產(chǎn)電塵在20 kt 以上，之前電塵大部分直接返回?zé)Y(jié)配料，然而由于電塵親水性和成球性差、含揮發(fā)性成分高、顆粒過細、流動性差，在燒結(jié)過程中導(dǎo)致燒結(jié)料層透氣性差和煙塵率高[2]，從而降低了燒結(jié)機的脫硫能力，影響燒結(jié)塊的質(zhì)量和產(chǎn)量。同時，返回?zé)Y(jié)系統(tǒng)的電塵、煙灰等物料越多，燒結(jié)塊坯體表面容易變得過致密，導(dǎo)致內(nèi)部氣體難以排出，阻礙收縮，使降低燒結(jié)塊的密度和強度的電塵量也同比增大，從而陷入惡性循環(huán)[3]。其他氧化物料如次氧化鋅等大量直接返回?zé)Y(jié)礦倉配料也對ISP 燒結(jié)工藝產(chǎn)生諸多的不利影響。2）中間氧化物料的堆存，對工廠帶來巨大的浪費與環(huán)境風(fēng)險。各類中間氧化物料由于不能完全用來直接返回?zé)Y(jié)配料，只能大量堆存。多年來，冶煉廠堆存的氧化物料已達到數(shù)萬噸之多，這些氧化物料含有很多有價值的金屬元素，大量堆存不僅嚴重占用工廠運營資金，也會給工廠帶來非常大的環(huán)境風(fēng)險。

2 燒結(jié)車間氧化物料制粒應(yīng)用研究

韶關(guān)冶煉廠從5年前開始對氧化物料直接返回ISP 主流程所造成的影響做系統(tǒng)研究，通過大量基礎(chǔ)實驗研究，發(fā)現(xiàn)通過制粒可逐步改善此種狀況，即在燒結(jié)工藝過程中，氧化物料粉末特別是電塵通過制粒產(chǎn)出的顆粒在燒結(jié)過程中易形成晶核，且這種具備一定熱強度的晶核在燒結(jié)溫度范圍內(nèi)更易長大結(jié)球，相應(yīng)地加速了燒結(jié)塊的形成。

制粒技術(shù)雖然作為一項成熟的工業(yè)技術(shù)廣泛應(yīng)用在工業(yè)的各項領(lǐng)域中，但是在鉛鋅冶煉行業(yè)，特別是ISP 冶煉工藝的生產(chǎn)實踐中，國內(nèi)外并無針對ISP工藝中間氧化物料進行圓盤制粒并將制粒顆粒返回?zé)Y(jié)系統(tǒng)的實際應(yīng)用。韶關(guān)冶煉廠在燒結(jié)車間正式開展了此項技術(shù)應(yīng)用工作。在實際的科研攻關(guān)中，車間技術(shù)人員一方面逐步調(diào)整氧化物料的制粒工藝，提升電塵及其他氧化物料制粒的能力，并逐步提升制粒顆粒在燒結(jié)配料中的占比，提高燒結(jié)塊的產(chǎn)能；另一方面，根據(jù)制粒顆粒的占比不斷調(diào)整燒結(jié)過程的各項工藝參數(shù)，逐步改善燒結(jié)過程中體系物料流轉(zhuǎn)狀態(tài)，使進入燒結(jié)機的物料與燒結(jié)塊的產(chǎn)能和電塵的產(chǎn)出逐步形成一種良性的平衡。

研究過程中，燒結(jié)車間逐步實現(xiàn)了從分批次少量氧化物料制粒返燒結(jié)系統(tǒng)，到每天近60 t 燒結(jié)電塵全部用于制粒并返回?zé)Y(jié)系統(tǒng)的工業(yè)化生產(chǎn)跨越。通過對氧化物料的制粒也大量消化了工廠積存多年的氧化物料，盤活了運營資金，提高了經(jīng)濟效益，對韶關(guān)冶煉廠而言，是一件意義重大、一舉多得的好事[4]。

3 工藝流程分析

3.1 生產(chǎn)工藝流程

生產(chǎn)工藝流程見圖1。

3.2 氧化物料制粒機理

燒結(jié)車間氧化物料制粒系統(tǒng)的主體設(shè)備為圓盤制粒機。圓盤制粒又稱滾動成型制粒，其原理是：被水潤濕的原料達到最大分子結(jié)合水分時，原料物料層中會形成毛細水。由于毛細力的作用，水滴周圍的顆粒被拉向水滴中心形成母球。母球在制粒機中借滾動和搓動的作用，表面會粘上一層顆粒，使其不斷長大和緊密，從而形成達到一定粒徑和硬度要求的粒子。當(dāng)圓盤的直徑、轉(zhuǎn)速、傾角一定時，圓盤內(nèi)物料能形成有規(guī)律的運動，此時不同直徑的小球在圓盤內(nèi)的運行軌跡也不同，較大的球粒和較小的顆粒沿各自不同的軌道運行，因此能按球徑大小產(chǎn)生偏析，只有最大的母球，最后才能從制粒機中甩出來。

圖1 生產(chǎn)工藝流程

在物料性質(zhì)、水分、轉(zhuǎn)速不變的情況下，制粒機傾角越大，粒子產(chǎn)量越高，粒子越小，制粒機傾角越大粒子緊密度越低，也就是粒子的強度越小。根據(jù)圓盤制粒機的工作原理，結(jié)合車間使用的制粒原料電塵含鉛高的物料特點，車間對氧化物料制粒系統(tǒng)的給料方法、圓盤制粒機的加水方式、黏結(jié)劑的配方調(diào)整等工藝進行了改進，收到了良好的效果。

3.3 氧化物料顆粒應(yīng)用的部分技術(shù)指標

燒結(jié)車間針對ISP 燒結(jié)工藝要求生產(chǎn)合格的顆粒必須具備以下技術(shù)指標：1）顆粒具有一定硬度。大批量顆粒需要經(jīng)皮帶運輸不能產(chǎn)生破碎，要求顆粒能做到2 m 高度自由落體不破裂。2）顆粒要具備適當(dāng)熱強度。由于顆粒在燒結(jié)過程中起到成核作用，為此需要顆粒具備一定的熱強度。以燒結(jié)工段的要求為依據(jù)，可通過磷酸含量的變化實時調(diào)整。3）要求顆粒直徑為8～15 mm。4）氧化物料制粒所需硫酸溶液質(zhì)量濃度不超過12%，氧化物料干基每噸消耗硫酸不超過12 kg。5）氧化物料制粒所需磷酸溶液質(zhì)量濃度不超過10%，氧化物料干基每噸消耗硫酸不超過10 kg。6）圓盤制粒機實現(xiàn)霧水成核、滴水成球，嚴格控制加水量，配合加料量及圓盤轉(zhuǎn)速避免顆粒結(jié)團。7）氧化物料顆粒產(chǎn)品合格率要達到80%以上。在保證氧化物料顆粒產(chǎn)量與生產(chǎn)質(zhì)量的同時，對安全環(huán)保不松懈，嚴格生產(chǎn)管理，基本消除生產(chǎn)現(xiàn)場冒塵冒煙現(xiàn)象，實現(xiàn)環(huán)保排放。

4 氧化物料制粒系統(tǒng)的主要技術(shù)要點

1）根據(jù)原料成分合理調(diào)整黏結(jié)劑的成分。根據(jù)電塵成分及后續(xù)工序的要求，顆粒不僅需要保持常溫狀態(tài)下的物理強度同時還需要保證一定溫度下的熱強度，因此車間技術(shù)人員要不斷調(diào)試硫酸、磷酸的合理濃度，調(diào)配出成分合理的黏結(jié)劑為制粒生產(chǎn)的正常運行提供基礎(chǔ)物質(zhì)條件。

2）改進加水方式。母球成型率是制粒工藝控制的關(guān)鍵。制粒時，粒子粒度及水分可根據(jù)物料性質(zhì)在控制范圍內(nèi)調(diào)整，當(dāng)粒子水分超過10%時，粒子粒度將超過10 mm，此時粒子強度減小，在皮帶轉(zhuǎn)運過程中會有相當(dāng)部分的粒子被損壞，產(chǎn)品合格率很難達到80%以上。因此，在現(xiàn)場生產(chǎn)管理中，粒子水分的控制非常重要。根據(jù)“滴水成球，霧水長大，無水壓緊”的原則，在制粒圓盤不同部位補加水量，即大部分補加水以滴狀加在成球區(qū)使散裝原料粉體快速形成母球，少部分補加水以霧狀加到長球區(qū)的母球表面上促使母球迅速長大，而在壓緊區(qū)不加水。這種加水方式改變了以往一根噴管無區(qū)域隨意補水的情況，單位時間內(nèi)母球成型率明顯提高，產(chǎn)量明顯增加，顆粒硬度也得到提高。

3）改進加料方式。通過螺旋式給料機和電子皮帶秤定量給料，保證了膨潤土與電塵的成分比例更加精確，給圓盤制粒機提供了合格的制粒原料。

4）合理控制給料量。圓盤制粒機的填充系數(shù)是制粒過程的重要控制因素，填充系數(shù)過大，圓盤內(nèi)的混合料多，圓盤內(nèi)的料層厚，導(dǎo)致電機的負荷大，混合料的滾動受到限制，粒子質(zhì)量差；填充系數(shù)過小，圓盤內(nèi)的混合料少，成球時間短，同樣會造成粒子質(zhì)量差。不同原料的成球速度不同，因此根據(jù)原料性質(zhì)及生產(chǎn)實際，合理控制圓盤給料量，保持圓盤制粒機合適的填充系數(shù)是提高粒子質(zhì)量的有效措施。在生產(chǎn)中，當(dāng)盤內(nèi)粒子粒徑大于規(guī)定要求且不出制粒盤時須增加給料量；當(dāng)盤內(nèi)粒子粒徑小于規(guī)定要求時，須減少給料量。

5）合理控制制粒原盤的有關(guān)參數(shù)。需要現(xiàn)場嚴格控制的重要參數(shù)有：（1）邊高。在一定的轉(zhuǎn)速下，制粒機的邊高與傾角和直徑有關(guān)，其大小影響制粒機填充率。邊高增大則制粒盤的容量增加，制粒時間增加，粒子粒度增大；邊高減小則制粒盤的容量減小，物料停留時間短，粒子粒度減小。（2）傾角。制粒機傾角決定了物料的成球的時間。增大傾角則物料在盤內(nèi)滾動范圍縮小，制粒機內(nèi)物料填充率縮小，物料停留時間縮短，粒子粒徑縮小；減小傾角則物料在盤內(nèi)滾動范圍擴大，制粒機內(nèi)物料填充率擴大，物料停留時間增加，粒子粒徑變大。（3）制粒圓盤轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速小，物料上升不到原盤的上部區(qū)域，制粒盤的面積得不到充分利用，物料滾動距離小，成球慢，粒子強度低；轉(zhuǎn)速大，由于離心力的作用物料被拋向邊緣，跟隨制粒盤轉(zhuǎn)動而盤中心出現(xiàn)無料區(qū)，滾動成球作用受到破壞甚至無法成球。

5 生產(chǎn)實際的情況

韶關(guān)冶煉廠在成氧化物料制粒工業(yè)試驗的基礎(chǔ)上，把氧化物制粒后返回ISP 燒結(jié)主流程的工藝實際應(yīng)用于工廠生產(chǎn)中，邊生產(chǎn)，邊摸索，邊改進，幾年來工藝已基本成熟，制備的氧化物顆粒全部返回?zé)Y(jié)機。

經(jīng)過近幾年的實際生產(chǎn)應(yīng)用，制備合格的氧化物顆粒工藝生產(chǎn)效果良好，燒結(jié)機產(chǎn)能提高了近15%，煙氣含塵率降低了2%。生產(chǎn)實踐表明，氧化物料制粒后配入燒結(jié)體系在一定程度上改善了燒結(jié)機透氣性，降低了燒結(jié)機煙塵率，有效提升了燒結(jié)塊的產(chǎn)能和質(zhì)量，降低了系統(tǒng)電塵和煙灰的產(chǎn)出量，使燒結(jié)工藝逐步形成一種良性的平衡。目前，燒結(jié)車間日產(chǎn)60 t 電塵當(dāng)天全都用于制粒，生產(chǎn)效果良好，切實降低了韶關(guān)冶煉廠中間物料的庫存，降低了生產(chǎn)成本，提升了工廠的經(jīng)濟效益。目前，工廠正在尋求鉛鋅氧化物原料用于制粒配入燒結(jié)機，可有效降低ISP 工藝原料成本，提高ISP 工藝的資源利用率，進一步提升ISP 工藝的經(jīng)濟效益和社會效益。

6 結(jié)論

綜上，在嚴峻的環(huán)保壓力條件下，ISP 燒結(jié)工藝單純依靠加大鼓風(fēng)量提高燒結(jié)機產(chǎn)能的方式根本行不通，利用氧化物料制粒再返回ISP 燒結(jié)主流程的工業(yè)應(yīng)用為提高ISP 燒結(jié)機產(chǎn)能開辟了另一條既經(jīng)濟又環(huán)保的新途徑[5]。該技術(shù)在韶關(guān)冶煉廠實施幾年來，整體效果表現(xiàn)良好，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：1）由于本制粒產(chǎn)品不僅保持了常溫下的顆粒強度也同時保證了燒結(jié)溫度下的熱強度，顆粒在燒結(jié)工藝中結(jié)晶成核促進燒結(jié)塊的成型，能有效提升燒結(jié)塊的產(chǎn)能和質(zhì)量。與國外制粒技術(shù)相比，添加劑使用價格低廉的膨潤土和自配的黏結(jié)液，生產(chǎn)成本低，制粒效果好。2）此應(yīng)用可以改善燒結(jié)過程中體系物料流轉(zhuǎn)狀態(tài)，使進入燒結(jié)機的物料與燒結(jié)塊的產(chǎn)能和電塵的產(chǎn)出逐步形成一種良性的平衡；同時，還改善了燒結(jié)機的透氣性，提高了燒結(jié)機的脫硫能力，穩(wěn)定了燒結(jié)機煙氣SO2濃度，大大提高了燒結(jié)工藝和制酸工藝的穩(wěn)定性，大幅度減少了燒結(jié)機產(chǎn)生的煙塵量，減少了中間物料的積壓，有效降低了環(huán)保風(fēng)險，對燒結(jié)車間的持續(xù)生產(chǎn)起到很好的作用。3）此項應(yīng)用能逐步消化處理工廠多年來堆積的中間各種氧化物料，使之進入ISP 工藝主流程，既盤活了工廠物料積壓資金，又能提高工廠的金屬產(chǎn)量，一舉多得，意義重大。4）從長遠看，還可通過外購價格低廉的氧化物料用于制粒配入燒結(jié)機處理，降低ISP 原料成本，提高資源的利用率，進一步增加工廠產(chǎn)值和效益。