江銅鉛鋅基夫賽特工藝10 年生產(chǎn)實(shí)踐

李樣人，荊旭冬

（江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

0 引言

21 世紀(jì)初，作為特大型有色金屬聯(lián)合企業(yè)的江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司實(shí)施“相關(guān)多元”戰(zhàn)略，于2009年在江西省九江市湖口縣組建鉛鋅聯(lián)合冶煉廠（簡稱江銅鉛鋅），建設(shè)20 萬t/a 鉛鋅聯(lián)合冶煉及含鉛鋅物料資源綜合利用項(xiàng)目，其中鉛、鋅各10 萬t/a，鉛廠采用基夫賽特直接煉鉛工藝，鋅廠采用常規(guī)濕法煉鋅工藝[1-3]和一些先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)[4-7]，于2011 年4 季度建成投產(chǎn)。

本項(xiàng)目采用鉛鋅聯(lián)合冶煉工藝，通過基夫賽特爐處理鋅廠的浸出渣，鋅廠處理鉛廠產(chǎn)出的含鋅煙灰[8]，在工廠內(nèi)部建立物料循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鉛、鋅系統(tǒng)物料的閉路循環(huán)，提高了有價(jià)金屬的綜合回收效率，實(shí)現(xiàn)了資源利用最大化和“三廢”排放最小化，契合清潔生產(chǎn)的要求。該工藝的應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)我國鉛鋅行業(yè)的“節(jié)能減排”工作具有重大意義。

1 江銅鉛鋅基夫賽特爐工藝過程

如圖1 所示，基夫賽特工藝主要包括：物料及熔劑的混合配料（配料系統(tǒng)），爐料干燥球磨，爐料、焦炭和氧氣混合投料（投料系統(tǒng)），以及基夫賽特閃速熔煉、爐渣煙化吹煉、收塵和返塵系統(tǒng)、余熱回收、連續(xù)脫銅精煉等工序。基夫賽特工藝對(duì)原料有廣泛的適應(yīng)性，能處理多種復(fù)雜物料，如：鉛精礦、復(fù)雜礦、復(fù)雜鉛鋅物料、含鉛渣料等。

圖1 基夫賽特工藝流程圖

1.1 混合配料工序

為實(shí)現(xiàn)基夫賽特物料成分精細(xì)化控制，爐料采用倉式配料法，使用計(jì)算機(jī)軟件和人員監(jiān)控操作來完成配料過程。配比適合的爐料經(jīng)初篩后，通過皮帶輸送機(jī)送至干磨工序處理，焦炭經(jīng)過干燥篩分后，一部分由計(jì)量皮帶加入噴嘴進(jìn)入反應(yīng)區(qū)形成熱焦濾層，另一部分則投入基夫賽特爐電熱區(qū)。

1.2 干燥球磨工序

爐料經(jīng)過配料后，采用φ3 000 mm×23 000 mm的蒸汽干燥機(jī)進(jìn)行干燥，使?fàn)t料水分＜1%。干燥后的爐料進(jìn)入球磨，再通過篩分得到粒度在1～2 mm 的爐料，然后采用正壓氣力輸送到基夫賽特爐爐頂料倉或大儲(chǔ)料倉存儲(chǔ)。

1.3 基夫賽特爐熔煉工序

基夫賽特爐熔煉工藝設(shè)備如圖2 所示，按冶煉功能分為熔煉區(qū)和電熱區(qū)兩部分。熔煉區(qū)主要由反應(yīng)塔、沉淀池、豎煙道等組成；電熱區(qū)主要由爐頂、爐墻、沉淀池和電極系統(tǒng)等組成。熔煉區(qū)沉淀池和電熱區(qū)沉淀池一體連通，運(yùn)行時(shí)渣層淹沒隔墻水套，使二者爐膛空間隔離。

圖2 基夫賽特爐工藝設(shè)備圖[9]

經(jīng)精準(zhǔn)計(jì)量的爐料和氧氣由4 個(gè)文丘里型噴嘴投入反應(yīng)塔，完成熔化、氧化脫硫、分解、交互、造渣等反應(yīng)。焦炭顆粒大，下落速度快，且外表發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，落入沉淀池表面形成灼熱的焦濾層。焦濾層的形成是基夫賽特工藝的重要技術(shù)特點(diǎn)之一，其中80%～85%的氧化鉛在焦濾層被還原，剩余的則在電爐區(qū)被還原，而反應(yīng)塔區(qū)煙氣會(huì)被隔墻分開，熔體則在液面勢(shì)能差的作用下自發(fā)進(jìn)入電熱區(qū)。

在電熱區(qū)存在渣中未還原的氧化鉛被焦炭再次還原、渣鉛的重力分離、渣中的部分氧化鋅被還原揮發(fā)等過程，電熱區(qū)分層的上浮渣和爐底鉛將從渣口和鉛口間斷排出。

在基夫賽特爐的反應(yīng)塔區(qū)，會(huì)產(chǎn)生含有SO2的煙氣，這些煙氣被引入廢熱鍋爐，通過回收余熱來產(chǎn)生中壓蒸汽進(jìn)行發(fā)電，再將經(jīng)電除塵器收塵后的煙氣通往硫酸車間制酸，回收的煙塵則直接返回到基夫賽特爐的反應(yīng)塔區(qū)。

電熱區(qū)還原產(chǎn)生的鋅蒸汽需要通過鼓入空氣使其氧化成氧化鋅煙塵，再經(jīng)過收塵、凈化系統(tǒng)捕集后運(yùn)往鋅廠，經(jīng)過降溫、凈化后的煙氣已達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，最后被放空處理。

1.4 粗鉛連續(xù)脫銅精煉工序

基夫賽特爐爐底的粗鉛采用打孔方式從鉛口排出，以熔融態(tài)進(jìn)入連續(xù)脫銅爐。鉛液在連續(xù)脫銅爐內(nèi)循環(huán)流動(dòng)[10]，通過向爐內(nèi)加入硫磺使粗鉛中的銅轉(zhuǎn)化為冰銅達(dá)到除銅目的。脫銅后粗鉛w（Cu）一般控制在0.1%以內(nèi)，然后加入熔鉛鍋并用鉛泵泵入陽極澆鑄鍋，再通過立模澆鑄機(jī)鑄成大陽極板，大陽極板每塊大約重370 kg。冷卻后的陽極板通過自動(dòng)輸送線送至鉛電解工序，電解后的殘陽極通過自動(dòng)輸送線返回加入熔鉛鍋中重鑄陽極。基夫賽特爐與連續(xù)脫銅爐的3D 效果如圖3 所示。

圖3 基夫賽特爐與連續(xù)脫銅爐3D 效果[11]

1.5 煙化爐吹煉工序

設(shè)置一座18 m2的煙化爐貧化基夫賽特爐中富含金屬的熱渣，這些熱渣通過溜槽間歇排入煙化爐中進(jìn)行吹煉。煙化爐的吹煉過程就是有價(jià)金屬的還原揮發(fā)過程，還原劑主要采用粉煤。生產(chǎn)時(shí)粉煤通過環(huán)狀天平計(jì)量后，由輸送載體一次空氣送入噴嘴混合室內(nèi)與二次空氣混合。粉煤輸送氣流壓力一般在0.6～0.8 MPa，鼓入煙化爐載煤的一次空氣和二次空氣壓力約為0.1 MPa，能很好地分散粉煤，鼓動(dòng)爐內(nèi)的渣熔體，完成金屬氧化物的還原揮發(fā)過程。煙化爐吹煉產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓冉?jīng)余熱回收，再經(jīng)凈化系統(tǒng)處理，余熱回收和凈化系統(tǒng)收集的次氧化鋅煙塵將送往鋅廠處理，而煙化爐產(chǎn)生的水淬渣，則通過皮帶輸送機(jī)送往堆場(chǎng)堆存或出售。

2 基夫賽特工藝生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 生產(chǎn)運(yùn)行情況

江銅鉛鋅基夫賽特爐在2012 年2 月完成初期工作，隨后在3 月份進(jìn)行投料試運(yùn)行，并初步檢驗(yàn)基夫賽特工藝實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況。自2012 年起，該爐已經(jīng)運(yùn)行了11 年，分別在2014 年、2018 年、2021 年進(jìn)行3 次停爐檢修如表1 所示。

表1 基夫賽特爐歷次停爐檢修情況

2.2 生產(chǎn)中遇到的問題

在運(yùn)行期間出現(xiàn)了一些設(shè)備問題和工藝問題。

1）基夫賽特鍋爐漏水，在鍋爐制作安裝過程中可能出現(xiàn)了問題，基夫賽特鍋爐上升段同一根鍋爐管發(fā)生多次漏水。

2）熔池爐結(jié)多，對(duì)熔體排放產(chǎn)生不利影響。

3）焦濾層的低效運(yùn)行導(dǎo)致爐渣中的鉛含量較高。

4）因鍋爐和電除塵器中結(jié)垢多，不得不中斷爐子的運(yùn)行來進(jìn)行清理。

5）電極斷裂次數(shù)和消耗量過多。

2.3 基夫賽特工藝的技術(shù)進(jìn)步

面對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，該公司成立了一個(gè)技術(shù)小組對(duì)工藝進(jìn)行進(jìn)一步的揣摩和理解，開展了大量研究并積極嘗試新的辦法，解決生產(chǎn)中的問題，使生產(chǎn)達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1）掌握基夫賽特反應(yīng)的控制方法，使?fàn)t結(jié)控制得到明顯改善，生產(chǎn)量得到顯著提高，每天的投料量由設(shè)計(jì)的1 164 t 增加至1 250 t 以上。

2）基夫賽特爐設(shè)計(jì)每年處理鋅廠10 萬t 鋅產(chǎn)生的渣料，2022 年鋅渣處理量可平衡13 萬t 鋅的產(chǎn)量。渣料處理量的大幅增長，使得基夫賽特入爐物料結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，含Pb 品位由設(shè)計(jì)的30%下降至20%。

3）焦濾層運(yùn)行效率的提升，使基夫賽特爐渣w（Pb）優(yōu)于4%的設(shè)計(jì)值，可控制在2%～3%。

4）基夫賽特爐的生產(chǎn)時(shí)間由原先的2 年一次檢修延長至4 年一次檢修。

5）在電爐側(cè)墻上設(shè)置了兩個(gè)直徑為40 mm 的放冰銅口，開展基夫賽特爐直接造冰銅的生產(chǎn)實(shí)踐，產(chǎn)出含Cu 品位40%的冰銅。

3 結(jié)語

經(jīng)過10 年的生產(chǎn)實(shí)踐，充分證明了基夫賽特工藝具備能源利用率高、原料適應(yīng)性強(qiáng)、鋅浸出渣處理能力高、運(yùn)行成本低、整體綜合回收能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。目前，國內(nèi)外鉛礦的加工費(fèi)維持低位，接下來公司將進(jìn)一步增強(qiáng)綜合回收能力，在加大基夫賽特爐冰銅產(chǎn)出的同時(shí)，研究冰銅的深度處理工藝，以進(jìn)一步回收鉛、鋅、銀、銦等金屬，找到砷、硒回收處理的具體解決方案。