富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)在含銅固廢處理中的應(yīng)用

摘要：隨著環(huán)保要求的提高，含銅固廢的處理需求日益迫切。富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)采用富氧側(cè)吹熔煉爐和底吹連續(xù)吹煉爐相結(jié)合的方式，能夠有效提高熔煉效率和金屬回收率。以江西某環(huán)保科技有限公司為例，分析富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)在含銅固廢處理中的應(yīng)用，并針對該技術(shù)在應(yīng)用過程中面臨的挑戰(zhàn)，提出相應(yīng)的優(yōu)化策略。結(jié)果表明，該技術(shù)不僅優(yōu)化了熔煉過程，還顯著降低了能耗和環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了高效的金屬回收和尾氣減排。

關(guān)鍵詞：含銅固廢；富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)；金屬回收率

中圖分類號：TF111 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）12-00-0321

Application of Oxygen Enriched Side Blowing Smelting Technology in the Treatment of Copper Containing Solid Waste

XU Guohong

（Zhejiang Industrial Environmental Protection Group Co.， Ltd.， Hangzhou 311400， China）

Abstract： With the increasing demand for environmental protection， the treatment of copper containing solid waste is becoming increasingly urgent. The oxygen enriched side blowing smelting technology adopts a combination of oxygen enriched side blowing smelting furnace and bottom blowing continuous smelting furnace， which can effectively improve the smelting efficiency and metal recovery rate. Taking Jiangxi Environmental Protection Technology Co.， Ltd. as an example， this paper analyzes the application of oxygen enriched side blowing smelting technology in the treatment of copper containing solid waste， and proposes corresponding optimization strategies for the challenges faced by this technology in the application process. The results indicate that this technology not only optimizes the smelting process， but also significantly reduces energy consumption and environmental pollution， achieving efficient metal recovery and exhaust emissions reduction.

Keywords： copper containing hazardous solid waste; oxygen enriched side blowing smelting technology; metal recovery rate

隨著全球環(huán)境保護(hù)意識的提升，含銅固廢的處理技術(shù)逐漸成為工業(yè)應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域。富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)可通過高效的物料適應(yīng)性與環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化含銅固廢的處理過程，顯著提高金屬回收率并降低環(huán)境污染[1]。通過對江西某環(huán)保科技有限公司的工程實(shí)踐分析，展示了該技術(shù)在實(shí)際操作中的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)效果，以及通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的可能性。此外，探討富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)在應(yīng)用過程中可能遇到的挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的優(yōu)化策略，旨在為未來的技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用提供有價值的參考。

1 富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)概述

1.1 基本原理及操作方式

富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)是一種高效的冶煉工藝，通過側(cè)向噴射富氧空氣來提高熔煉過程的熱效率和金屬回收率。在該工藝中，多通道側(cè)吹噴槍安裝在熔煉爐的側(cè)壁，噴槍以亞音速將富氧空氣和燃料直接噴入熔池。這種方式不依賴原料發(fā)熱，能夠通過燃燒過程直接向熔體提供熱量，適用于多種不發(fā)熱的物料[2]。側(cè)吹能夠使熔池內(nèi)的物料快速浸沒，并促進(jìn)了化學(xué)反應(yīng)的完成，有效提高了熔煉效率和金屬的綜合回收率。操作上，側(cè)吹熔煉工藝不需要嚴(yán)格的原料預(yù)處理，入爐原料的水分要求較低，可通過自動化系統(tǒng)直接上料，簡化物料的處理過程[3]。熔煉過程中，操作人員可通過調(diào)節(jié)噴槍的氧氣和燃料供給，精準(zhǔn)控制熔煉溫度，從而保證操作的安全性。

1.2 工藝流程

項(xiàng)目處理原料及參數(shù)如表1所示。將含水量高達(dá)75%的物料在Φ3.5 m×13.5 m的圓筒干燥機(jī)中干燥，以確保后續(xù)熔煉效率。干燥后的物料被輸送至20 m2的富氧側(cè)吹熔煉爐，并采用側(cè)吹噴槍以亞音速噴入富氧空氣與燃料的混合物，以實(shí)現(xiàn)高溫快速熔化。熔化產(chǎn)生的液態(tài)黑銅通過流槽直接送入Φ4.1 m×20 m的氧氣底吹連續(xù)吹煉爐，進(jìn)行進(jìn)一步的精煉處理[4-7]。在吹煉過程中，底部的氧槍將富氧空氣注入熔池，大幅提高熔煉效率和吹煉效率。吹煉完成后，粗銅和爐渣因比重不同會分離，粗銅被定量澆鑄成陽極銅板，并進(jìn)行電解提純。

2 含銅固廢的處理應(yīng)用

2.1 含銅固廢的種類與性質(zhì)

含銅固廢主要來源于工業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品和廢棄物，通常含有不同比例的銅及其他金屬，因其具有潛在的環(huán)境危害和資源價值，需經(jīng)過特定處理。含銅固廢主要包括含銅鎳污泥、含銅固廢、黑銅和冰銅。其中，含銅鎳污泥的含銅量為4.37%，含水量較高，經(jīng)過干燥處理后才能進(jìn)行高溫熔煉；含銅固廢的含銅量為17.21%，含水量相對較低，可直接熔煉處理；黑銅和冰銅作為熔煉過程的中間產(chǎn)品，含銅量分別高達(dá)80.6%和57.8%，幾乎不含水分，可直接用于下一步的精煉過程。這些固廢的物理和化學(xué)性質(zhì)不僅決定了它們的處理方法，還會影響處理效率和環(huán)境安全。

2.2 應(yīng)用實(shí)例

2.2.1 項(xiàng)目概況

江西某環(huán)保科技有限公司的項(xiàng)目采用了中國恩菲工程技術(shù)有限公司的專利技術(shù)，包括富氧側(cè)吹熔池熔煉、底吹連續(xù)吹煉以及回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉，旨在實(shí)現(xiàn)高效的含銅固廢處理與資源回收。該項(xiàng)目主要處理的原料包括含銅鎳污泥、有色冶煉廢物、含銅固廢、冰銅及黑銅，年處理能力達(dá)26.5萬t，年產(chǎn)陽極銅達(dá)到10萬t。該項(xiàng)目的尾氣處理技術(shù)符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，采用了高溫二次燃燒、余熱鍋爐回收蒸汽發(fā)電及離子液脫硫等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，能夠確保尾氣排放量遠(yuǎn)低于國家對危廢處置和冶金行業(yè)的環(huán)保要求。此外，項(xiàng)目的冶煉流程高度自動化，從干燥到熔煉、吹煉，再到精煉和銅陽極板的澆鑄，每個環(huán)節(jié)均采用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，確保生產(chǎn)效率和金屬回收率的最大化。

2.2.2 操作流程

側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉原理如圖1所示。處理原料包括含銅鎳污泥、含銅固廢等，這些物料首先經(jīng)過圓筒干燥機(jī)處理，目的是降低含水量，使其適合進(jìn)一步熔煉。處理后的物料被輸送至富氧側(cè)吹熔煉爐，使用多通道側(cè)吹噴槍向熔池內(nèi)噴入富氧空氣和燃料，提供所需的反應(yīng)熱量，并通過強(qiáng)烈攪拌促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的完成[8-10]。這種熔煉技術(shù)特別適用于處理含水率高或不發(fā)熱的物料，熔煉效率高。熔煉后的產(chǎn)物，如熱態(tài)黑銅，經(jīng)過底吹連續(xù)吹煉爐進(jìn)一步處理。通過氧槍在爐底部注入富氧空氣，并進(jìn)行攪拌，促進(jìn)金屬提純。采用澆鑄機(jī)將粗銅轉(zhuǎn)化為陽極銅板，送往電解過程進(jìn)行精煉。

在尾氣處理方面，采用了高溫二次燃燒和余熱鍋爐回收蒸汽發(fā)電技術(shù)，不僅優(yōu)化了能源利用，還減少了環(huán)境污染。煙氣中的SO2通過離子液脫硫系統(tǒng)得到有效處理，可用于生產(chǎn)工業(yè)硫酸。

2.2.3 成果與評估

項(xiàng)目自投產(chǎn)以來，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。經(jīng)濟(jì)方面，預(yù)計(jì)年?duì)I業(yè)收入可達(dá)47億元，凈利潤約2億元，不僅提升了公司的經(jīng)濟(jì)效益，還緩解了當(dāng)?shù)氐呢斦毫Γ峁┝舜罅烤蜆I(yè)機(jī)會。環(huán)境方面，該項(xiàng)目從處理含銅固廢擴(kuò)展到有機(jī)污泥、有機(jī)溶液和廢線路板的綜合利用，設(shè)定了更高的行業(yè)基準(zhǔn)，推動了危廢處理技術(shù)的進(jìn)步。

3 技術(shù)挑戰(zhàn)與優(yōu)化策略

3.1 高富氧熔煉中的技術(shù)難題及優(yōu)化策略

富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)在應(yīng)用過程中仍面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)，包括耐火材料的選擇、能效的提升等。面對這些挑戰(zhàn)，江西某環(huán)保科技有限公司采取多項(xiàng)優(yōu)化策略，以確保技術(shù)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在耐高溫材料的選擇上，采用高性能的耐火材料制造熔煉爐及其相關(guān)部件。這些材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性，能夠承受長時間的高溫作業(yè)和劇烈的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境。通過使用這些高規(guī)格的材料，有效延長了設(shè)備的使用壽命，減少了因維護(hù)和更換部件浪費(fèi)的時間。為了提升能效，設(shè)計(jì)高效的熱能回收系統(tǒng)。將熔煉過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖胗酂徨仩t，使煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，進(jìn)而用于發(fā)電及銅電解工序。這不僅減少對外部電力的依賴，也降低能源消耗和相應(yīng)的運(yùn)營成本。

3.2 煙氣與渣處理中的環(huán)保要求與優(yōu)化策略

在煙氣處理方面，江西某環(huán)保科技有限公司項(xiàng)目采用了多層次的凈化技術(shù)，以符合嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。首先，利用高溫二次燃燒技術(shù)分解煙氣中的有害成分，提高煙氣的熱值回收效率。其次，經(jīng)過特定設(shè)計(jì)的驟冷系統(tǒng)，使煙氣迅速降溫，再通過布袋收塵器收集顆粒物和重金屬粉塵。最后，采用離子液脫硫系統(tǒng)處理煙氣。該系統(tǒng)使用了高效的液態(tài)離子吸收劑，能夠?qū)O2轉(zhuǎn)化為可銷售的硫酸，SO2的去除率超過99%，遠(yuǎn)超國家環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)了從污染物到價值產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變。在渣物處理方面，該項(xiàng)目采用了全面的資源回收方案。所有熔煉和吹煉過程中產(chǎn)生的渣物會被送至特定的冷卻系統(tǒng)，使其溫度降低后送入破碎系統(tǒng)進(jìn)行物理處理。

4 結(jié)論

富氧側(cè)吹熔煉-底吹連續(xù)吹煉技術(shù)在江西某環(huán)保科技有限公司的實(shí)際應(yīng)用證明了其在含銅危固廢處理中的高效性和環(huán)保性。該技術(shù)不僅優(yōu)化了金屬回收過程，而且顯著減少了環(huán)境污染，體現(xiàn)了現(xiàn)代冶煉技術(shù)與環(huán)保責(zé)任的結(jié)合。未來，隨著環(huán)保要求的不斷提高和資源回收技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，富氧側(cè)吹熔煉技術(shù)有望在全球范圍內(nèi)得到更廣泛的應(yīng)用。

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作者簡介：許國洪（1968—），男，浙江東陽人，高級工程師。研究方向：含銅鎳等多金屬固廢的資源綜合利用。