陶瓷除塵系統在銅火法精煉中的應用

張樹鵬，布乃祥，周 京，曾慶曄

（陽谷祥光銅業有限公司，山東 聊城 252000）

1 引言

工業經濟飛速發展，我國已成為銅冶煉產業大國。近年來，銅冶煉技術獲得了長足發展，火法精煉依然占據主導地位，占比高達90%以上。國內銅的需求量和產量穩居世界第一，能源與環境問題日益突出［1］，國家出臺相關政策，推動自主創新，建立資源節約型和環境友好型工業。

祥光銅業擁有可年產40 萬t 的陽極精煉系統，兩臺陽極爐周期作業，可持續產出高質量陽極板。與此同時，煙氣大量產生，煙氣處理勢在必行，祥光銅業自2015 年引入陶瓷膜除塵器［2］對煙氣進行處理，在回收煙塵，減少環境污染等方面進行了多次摸索、實踐，目前陶瓷除塵系統運行良好，除塵效果可觀。

陽極爐產出煙氣溫度較高，煙氣經余熱鍋爐初步降溫除塵后溫度依然可達300℃左右，且煙氣中含有大量SO2，煙氣酸性較大。若采用傳統布袋式收塵系統，布袋受高溫與酸腐蝕作用，極易損壞，后期更換頻次較多、勞動投入過大，且不易清理。本文介紹了陶瓷除塵系統在祥光銅業的使用情況［3］。

2 陶瓷除塵系統

2.1 結構及原理

陶瓷膜除塵器主要結構由過濾室、凈氣室、花板濾芯組件、氣包反吹裝置、控制系統及平臺六部分組成，見圖1。

工作原理如下：高溫煙塵氣體通過進氣口b 進入陶瓷膜除塵器的過濾室內，經陶瓷膜濾芯的微孔進入到凈氣室，再由凈氣室通過陶瓷膜除塵器出口a 排出到下一工序；剩余的雜質由于其顆粒尺寸大于陶瓷膜濾芯的微孔尺寸，從而被陶瓷膜濾芯阻擋在陶瓷膜濾芯表面，經過一段時間雜質顆粒在陶瓷膜濾芯表面越積越多最終形成濾餅層吸附在陶瓷膜濾芯表面上；當濾餅層達到一定厚度后進行反吹，即通過脈沖閥的開啟將氣包內潔凈的壓縮空氣經過排管上噴嘴進入對應的陶瓷膜濾芯（反吹的壓力高于陶瓷膜除塵器內部的工作壓力，反吹壓力一般為工作壓力的2 倍左右，且不低于0.45MPa），再經過陶瓷膜濾芯的微孔將吸附在陶瓷濾芯表面的雜質顆粒吹掉，并落入過濾室下部的錐體，經過多次過濾-反吹循環，陶瓷膜濾芯表面會形成一層薄薄的永久性濾餅層（該濾餅層即使經過反吹也不會掉落，并協助陶瓷膜濾芯起到過濾作用），雜質顆粒最終經過排渣口g 排出。

圖1 陶瓷除塵器結構

2.2 材質及特性

高溫陶瓷膜是以金剛玉、碳化硅、莫來石等優質原料為主料，經過成型和特殊燒結而成的一種多孔性陶瓷材料。具有良好的耐熱性能和化學介質腐蝕性能，有較好的機械強度和孔穩定性，有較高的過濾精度和過濾速率，有良好的清洗再生性能，且使用壽命長。

3 應用及改良

3.1 運行情況

陽極爐陶瓷除塵系統自2015 年投入使用以來，達到了極好的收塵效果，有效回收煙塵中的有價金屬，減少煙塵外溢，降低環境污染。經陶瓷除塵系統處理過的煙氣，溫度降低至190℃左右，且經過相關單位對陶瓷除塵器出口煙氣檢測，煙氣中的固體顆粒含量嚴格控制在10mg/m3以內，檢測數據見表1，為后續的煙氣處理工作降低了難度。陽極爐陶瓷除塵系統使用5 年多以來，在使用的4 個倉室共2888 根陶瓷管均處于正常使用狀態，期間未發生損壞現象。

表1 陽極爐煙氣檢測數據

3.2 改良效果

在實際使用過程中，陶瓷管除塵效果優良；管壁易粘接灰塊，見圖2，造成煙氣處理量明顯降低，且為后期清理難度增大，增加勞動投入與清理成本，縮短了清理周期。為此，經過多次對煙灰灰塊進行取樣化驗、對比，發現灰塊中硫酸鹽占比較多。為節約清理成本，延長清理周期，多次實踐探索，確定了行之有效的改良方案，即增加反吹風溫度，抑制硫酸鹽的凝結附著量。

圖2 陶瓷管粘接

煙塵中含有的金屬氧化物與酸性氧化物SO3接觸反應生成硫酸鹽，同時與煙塵中含有的部分水蒸氣結合，煙塵雜質顆粒吸附在陶瓷膜濾芯表面后，經30℃反吹風進行反吹時，驟然接觸，靠近管壁側硫酸鹽部分結晶粘接在管壁上，造成陶瓷孔堵塞，影響反吹效果，管壁形成結灰［4］。

以硫酸銅為例，由化驗結果可知，見表2，煙灰中的銅含量在20%以上，硫酸根含量在47%左右，經過濾后的煙灰遇水變藍，說明煙灰中銅多以CuSO4形式存在，硫酸銅在遇到煙氣中水蒸氣時，與水結合成水合物即CuSO4·5H2O，煙氣入口溫度較高，此時附著于管壁上的煙塵與30℃反吹風驟然接觸，使得靠近管壁的CuSO4形成CuSO4·5H2O結晶，反吹之后，部分結晶附著于管壁，造成粘接。

表2 煙灰化驗結果 %

將反吹風溫度提高到100℃左右，以減少粘接。具體方案如下：將接入氣包的反吹壓縮風管道接入陶瓷膜凈氣室，經過換熱器進行升溫至100℃以上，升溫后的壓縮風接入氣包進行反吹作業，高溫反吹風可在一定程度抑制生成SO3的反應進程，同時減少管壁上硫酸鹽等附著物因溫度驟變而迅速結晶凝結，從而改善反吹效果，減少粘接的形成。

整個改造方案實施完成至今已有3 個多月時間，期間清理陶瓷除塵器煙灰發現塊狀煙灰大量減少，陶瓷管壁粘接減少且多為附著積灰，易于清理，見圖3。清理周期由每月一次，延長至3 個月清理一次，且陶瓷膜過濾風量無大幅下降現象。陶瓷除塵器的使用使得煙灰收集量顯著提高，減少了煙灰中有價金屬的流失及有害物質的排放。

圖3 改造完成后效果

3.3 回收價值

自陶瓷除塵系統運行以來，煙氣中的有價成分得以回收返爐［5］，減少了資源浪費，見表3，僅2018 年上半年煙灰回收量共95.3t，煙塵回收量可觀，而其中的有價成分返爐之后，再次參與反應，最終得以回收利用。由表2 煙灰化驗結果可知，煙灰中的Cu、Pb 占比各為21.3%、9.37%，二者均可在下一工序得到成品，陶瓷除塵系統的應用無疑會減少資源的流失，產生更高的經濟效益。

表3 2018 年上半年煙灰回收數據

4 結語

銅冶煉生產環境保護至關重要，提高冶煉煙氣除塵效率是解決銅冶煉煙氣污染的主要工作［6］。隨著經濟的發展，環境保護在生活之中占據著越來越重的地位，直接影響著我們生活質量，環境保護是我們生活的基礎。陶瓷除塵系統的應用無疑是銅火法精煉除塵降污染的一大利器，經過數年的使用實踐發現，陶瓷除塵系統的除塵效果優良、清理周期長、使用壽命長，適用于火法精煉的大規模高溫煙氣處理。只有嚴控煙氣保護環境，才能保證經濟的發展和人們生活品質的提高。