粉煤固定碳含量对烟化炉冶炼指标的影响.pdf

有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 4 年第9 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 4 ．0 9 ．0 0 4 粉煤固定碳含量对烟化炉冶炼指标的影响 王少龙1 ’2 ⋯，张殿彬3 ，赵红梅3 ，朱海成3 1 ．云南冶金集团股份有限公司，昆明6 5 0 0 5 1 ；2 ．昆明理工大学，昆明6 5 0 0 9 3 ； 3 ．云南驰宏锌锗股份有限公司，云南曲靖6 5 5 0 1 1 摘要模拟烟化炉实际生产过程，采用冶金计算法研究粉煤固定碳含量对烟化炉冶炼煤耗、氧化锌烟尘 质量及水淬渣质量的影响。结果表明，当粉煤固定碳含量从4 5 ％提高到5 5 ％时，烟尘中锌、锗含量从 4 0 ．5 8 ％、4 5 9g ／t 提高到4 8 ．o o ％、5 4 3g ／t ，水淬渣锌含量由2 ．2 5 ％降至1 ．3 8 ％，吨锌粉煤单耗从4 ．6 4t 降到3 ．8 0t 。计算数据与生产数据对比，确定固定碳含量不低于5 5 ％为较经济的冶炼控制点。 关键词冶金计算；烟化炉；粉煤；固定碳；指标 中圈分类号T F 8 0 6 ．2 9 文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 4 0 9 0 0 1 2 0 4 E f f e c to fF i x e dC a r b o nC o n t e n to fP u l v e r i z e dC o a lo nS m e l t i n g I n d e xo fF u m i n gF u r n a c e W A N G S h a o l o n 9 1 ’2 “。Z H A N GD i a n - b i n 3 ，Z H A OH o n g m e i 3 ，Z H UH a i c h e n 9 3 1 ．Y u n n a nM e t a l l u r g i c a lG r o u pC o ．，L t d ，K u n m i n g6 5 0 0 5 1 ，C h i n a ； 2 ．K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ； 3 ．Y u n n a nC h i h o n gZ i n c ＆G e r m a n i u mC o ．，L t d ，Q u j i n g6 5 5 0 1 1 ，Y u n n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ea c t u a lp r o d u c t i o no ff u m i n gf u r n a c ew a ss i m u l a t e d ．T h ee f f e c t s0 ff i x e dc a r b o nc o n t e n t0 f p u l v e r i z e dc o a lo nc o a lc o n s u m p t i o no ff u m i n gf u r n a c e ，q u a l i t yo fz i n co x i d ed u s ta n dw a t e r - q u e n c h e ds l a g w e r ei n v e s t i g a t e db ym e t a l l u r g i c a lc a l c u l a t i o n ．T h er e s u l t sf r o mc a l c u l a t i o ns h o wt h a tw h e nf i x e dc a r b o n c o n t e n to fp u l v e r i z e dc o a lr i s e sf r o m4 5 ％t o5 5 ％，z i n ca n dg e r m a n i u mc o n t e n t si nd u s tr i s ef r o m4 0 ．5 8 ％ a n d4 5 9g ／tt o4 8 ．0 0 ％a n d5 4 3g ／tr e s p e c t i v e l y ，z i n cc o n t e n ti nw a t e r - q u e n c h e ds l a gr e d u c e sf r o m2 ．2 5 ％ t O1 ．3 8 ％，a n dp u l v e r i z e dc o a lc o n s u m p t i o nb yt o n e so fz i n cm e t a lr e d u c e sf r o m4 ．6 4tt o3 ．8 0t ．F i x e d c a r b o nc o n t e n to fp u l v e r i z e dc o a lo fn ol e s st h a n55 ％s e r v e sa sas m e l t i n gc o n t r o lp o i n ti ne c o n o m i c a lt e r m s f o rf u m i n gf u r n a c eb a s e do nc o m p a r i s o nc a l c u l a t e dd a t aa n dp r o d u c t i o nd a t a ． K e yw o r d s m e t a l l u r g i c a lc a l c u l a t i o n ；f u m i n gf u r n a c e ；p u l v e r i z e dc o a l ；f i x e dc a r b o n ；i n d e x 2 0 1 2 年，我国铅锌产量分别达到4 1 9 ．9 万t 和 5 1 6 ．4 万t ，占全球产量的4 6 ．7 ％和4 4 ．5 ％u J 。随 着铅锌产量的不断增加，废弃物的产生量也随之增 加，其污染控制也逐步成为环境保护领域突出问题 之一；同时资源需求量的增加也使自然资源日益枯 竭，如何高效回收废弃物中的有价金属则是亟需解 收稿日期2 0 1 4 0 3 3 1 基金项目云南省科技强省计划项目C E 业[ 2 0 1 3 1 2 1 号 作者简介王少龙 1 9 7 5 一 ，男，山东龙口人，博士，高工． 决的问题[ 2 ] 。相关学者开展了诸多研究工作，其处 理工艺分为火法和湿法两种，其中火法有烟化炉吹 炼法、回转窑挥发法、A u s m e h 法和K i v c e t 法3 ；湿 法主要为热酸浸出法H _ 8 ] 。烟化炉吹炼法具有原料 适应能力强、金属综合回收率高、节能环保等优势， 符合现代“资源节约型、环境友好型”冶炼企业的发 万方数据 2 0 1 4 年第9 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 3 展要求而被广泛应用。 目前，采用烟化炉可以处理酸浸渣[ 4 ] 、鼓熔 渣[ 9 | 、低锡物料[ 1 0 ] 、低锑矿[ 1 1 3 等，产出相应的金属氧 化物，如氧化锌烟尘。影响烟化炉冶炼指标的因素 比较多，有学者对烟化炉结构C 1 2 - 1 4 3 、计算机控制[ 1 引、 燃烧空气系数[ 1 引、冶炼终点判断[ 1 7 ‘1 8 ] 等方面进行了 研究，而对粉煤固定碳含量的研究还未见报道。本 文采用冶金计算结合生产实际数据的方法来研究粉 煤固定碳含量影响金属综合回收的规律，为提升烟 化炉的冶炼指标提供理论基础。 烟化炉所产氧化锌烟尘，主要含有锌、铅、锗、银 等，烟尘等级对后段工序影响甚大，降低氧化锌烟尘 的铅含量，提高锌、锗、银的品位是操作过程控制的 重点。目前尚无氧化锌烟尘统一的国标和行标，公 司执行企业内部标准，对烟尘等级进行考核。 1生产概况 1 ．1 原料及燃料 采用2 台1 3 ．3 7m 2 的烟化炉对锌浸出渣 酸浸 渣 和铅鼓风炉渣 鼓熔渣 进行处理，年处理量分别 为酸浸渣8 ～1 0 万t 、铅鼓风炉渣5 ～6 万t [ 4 ] ，酸浸 渣及鼓熔渣成分见表1 。粉煤作为燃料，严格控制 水分≤1 ％，其理化指标见表2 。 表1酸浸渣及鼓熔渣的主要成分 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fa c i dl e a c h i n gs l a ga n db l a s tf u r n a c es m e l t i n gs l a g ／％ 1 ．2 工艺流程 烟化炉可将酸浸渣、鼓熔渣等冶炼废渣及低品 位物料进行连续吹炼，热量及还原剂由粉煤提供，有 效回收原料中的有价金属，同时生成无害固废水淬 渣，直接销售；尾气中S O 含量为0 ．3 8 ％～o ．5 1 ％， 经余热锅炉回收预热后采用氨一酸脱硫法进行环保 处理，同时产出硫酸铵化肥。 2理论计算 2 ．1 粉煤固定碳含量与燃烧热、灰分的关系 假设进入炉内的粉煤最终能够充分燃烧，根据 关系式[ 1 9 1 燃烧热 Q g ，。 燃烧系数固定碳 F C 。 可得到粉煤固定碳含量与燃烧热的关系。因为 温度足够高，化学反应势能足够，故可假设固定碳含 量的不同只会引起热量的不同，采用热量一定计算， 再根据相关文献[ 2 0 ] 可知 燃烧热 Q g ’d 一A B X 灰分 A d 计算结果如表3 所示。 表3 煤炭发热量与灰分关系 T a b l e3 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nc a l o r i f i c v a l u eo fc o a la n da s hc o n t e n t 2 ．2 烟尘成分计算 理论计算所用原料及粉煤成分见表2 和表3 。 基础条件设定酸浸渣6 0t 、鼓熔渣4 0t 、锌直收率 8 5 ％、铅直收率8 4 ％、锗直收率8 9 ％、银直收率 8 4 ％、吨锌粉煤单耗3 ．8t 、烟尘含锌4 8 ％。 炉渣中其他成分按其在熔渣中的百分比进入烟 尘，则炉内熔体质量为1 0 4 ．8 1t ，成分 ％ Z n 1 3 ．0 4 、P b6 ．4 8 、G e0 ．0 0 01 4 1 、A g0 ．0 0 01 0 9 、F e 1 9 ．2 0 、S i 0 21 1 ．1 9 、C a O8 ．8 1 、M g O1 ．7 3 、A 1 2 0 3 3 ．0 7 、S4 ．3 0 、其它3 2 ．1 8 。根据煤耗计算的本次吹 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第9 期 炼耗煤5 1 ．9 1t ，则烟尘量为2 4 ．2 0t ，烟尘含锌 1 1 ．6 1t 、含铅5 ．7 1t ，锌铅需氧量3 ．9 4t ，其他成分 按炉内熔体含量百分比进人烟尘，经计算得到粉煤 固定碳含量分别为4 5 ％、5 0 ％、5 5 ％所对应烟尘成 分如表4 所示。 表4 不同固定碳含量对应的烟尘成分 T a b l e4 C o m p o s i t i o no fd u s tw i t hd i f f e r e n tf i x e dc a r b o nc o n t e n t ／％ 注* g ／t 2 ．3 炉渣计算 金属损失Z n0 ．3 4t 、P bo ．0 4t ，粉煤中灰分进 人烟尘与水淬渣中，经计算得到粉煤固定碳分别为 4 5 ％、5 0 ％、5 5 ％所对应的炉渣成分如表5 所示。 表5 粉煤不同固定碳含量对应的炉渣成分 T a b l e5 C o m p o s i t i o no fs l a gw i t hd i f f e r e n tf i x e dc a r b o nc o n t e n t ／％ 固定碳 Z nP b 4 5 2 ．2 5 1 ．3 8 5 0 2 ．1 0 l _ 2 9 5 52 ．0 01 ．2 2 其他 3 5 ．0 1 3 6 ．3 9 3 7 ．0 0 注* g ／t 3 实际生产情况 3 ．1 粉煤固定碳含量对烟尘质量的影响 n ’ a j 5 r ▲半锌实际 。1 一_ 一伞锌理沦 ”’r △一半铅实际 枣4 j I 口半铅理论 蠢4 J l _ ／ 囊％} 荽⋯L g △也尘喾一 一U L4 4 8S f }5 25 4S 65 86 I I 古l 定碳含量／％ 将上述理论计算所得数据进行线性拟合，并与 生产实际数据加以对比。粉煤固定碳含量对烟尘含 锌、铅、锗及银的影响如图1 所示。 图1粉煤固定碳含量对烟尘含锌和铅的影响 F i g ．1 E f f e c to ff i x e dc a r b o nc o n t e n to fp u l v e r i z e dc o a lo nz i n ca n dl e a dc o n t e n t si nd u s t 从图1 可看出，烟尘含锌随粉煤固定碳含量升 高而升高，生产数据拟合曲线符合理论计算趋势，但 生产数据的斜率小于理论计算结果，其原因可能为 预留熔池、操作误差等因素所致。烟尘中铅含量随 粉煤固定碳含量的升高而增加，与生产数据趋势一 致，但存在一定偏差；氧化锌烟尘中锗和银的含量也 随着粉煤固定碳含量的上升而增加，且理论计算结 果与生产数据吻合较好。综合考虑，粉煤固定碳含 量控制在5 5 ％比较理想。 3 ．2 粉煤固定碳含量对水淬渣质量的影响 粉煤固定碳含量对水淬渣质量的影响见图2 。 由图2 可知，水淬渣中锌和铅的含量随粉煤固 定碳含量变化不大，随着粉煤固定碳含量的升高，水 淬渣含锌、铅都略有降低，生产数据中水淬渣含锌的 ▲ 1 ． ▲ 一壁 乒 一▲ ● 万方数据 2 0 1 4 年第9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 3 3 ．0 。磊F ] 篡 一▲一渣锌实际 }一一渣锌理论15 。 j I 罐黼一～～A - - A ．1 扣 2j l一口一渣铅理论 ▲一▲_ ．▲～V o ’ 。。4 - ～～～_忙 lp ㈨l 口～口～口r 慢4拦 图2 粉煤固定碳含量对水淬渣 含锌和铅的影响 F i g ．2 E f f e c to ff i x e dc a r b o nc o n t e n to f p u l v e r i z e dc o a lo nz i n ca n dl e a dc o n t e n t s i nw a t e r - q u e n c h e ds l a g 数据范围和趋势与理论计算吻合，但水淬渣含铅的 生产数据较计算结果偏小，可能是由于铅较锌易还 原，铅及铅的氧化物挥发性强所致。 3 ．3 粉煤固定碳含量对煤耗的影响 粉煤固定碳含量对煤耗的影响如图3 所示。 固定碳含量／％ 图3 粉煤固定碳含量对煤耗的影响 F i g ．3 E f f e c to ff i x e dc a r b o nc o n t e n to f p u l v e r i z e dc o a lo nc o a lc o n s u m p t i o n 由图3 可以看出，随粉煤固定碳含量的升高，粉 煤单耗略有降低，计算曲线和生产数据拟合较好，考 虑到粉煤价格成本问题，认为控制粉煤固定碳含量 不低于5 5 ％为较经济的冶炼控制点。 4结论 1 当粉煤固定碳含量从4 5 ％提高到5 5 ％时，烟 尘中锌、锗含量分别从4 0 ．5 8 ％、4 5 9g ／t 提高到 4 8 ．0 0 ％、5 4 3g ／t ，水淬渣中锌含量从2 ．2 5 ％降低到 1 ．3 8 ％，粉煤吨锌金属单耗从4 ．6 4t 降低到3 ．8 0t 。 结合生产实际情况，控制粉煤固定碳含量不低于 5 5 ％为较经济的冶炼控制点。 2 理论计算结果基本符合生产实际，逆向利用 计算结果，可根据趋势方向对生产进行指导。 参考文献 [ 1 ] 蒋继穆．中国铅锌冶炼技术进展与发展思路[ c ] ／／全国 第十二届铅锌冶金学术年会暨中国铅锌联盟专家委员 会工作会议论文集．长沙，2 0 1 3 1 - 5 ． [ 2 ] 吴小东，沈东升，陈佩利．冶炼厂固体废弃物的资源化 利用途径及存在问题的对策分析[ J ] ．环境污染与防治， 2 0 0 9 ，3 1 6 1 0 1 1 0 3 ，1 0 8 ． [ 3 ] 魏威，陈启元，谭军，等．铅氧化物熔体碳热还原过程中 银的分配研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 1 1 3 0 一3 2 。 I - 4 ] 晏祥树，陈春林．锌浸出渣火法处理工艺探讨[ J ] ．中国 有色冶金，2 0 1 2 ，4 1 5 5 8 6 2 ． [ 5 ] 蒋应平，赵磊，王海北，等．从浸锌渣中高压浸出镓锗的 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 8 2 7 2 9 ． [ 6 ] 王继民，曹洪杨，吴斌秀，等．氧压酸浸法从脱锌氧化硬 锌渣中选择性浸出锗和铟[ 刀．有色金属 冶炼部分 ， 2 0 1 3 3 4 7 - 5 0 ． [ 7 ] 王建芳，庄素凯，杨和平，等．从锌冶炼废渣中回收铟的 技术及生产实践[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 5 4 0 一4 3 ． [ 8 ] 江秋月．高铅硅锌渣绿色回收锗铟的新工艺研究[ J ] ． 有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 4 5 1 5 3 ． [ 9 ] 雷德君，梅恩涛．曲靖烟化炉新工艺处理锌湿法渣生产 实践[ J ] ．云南冶金，2 0 0 9 增刊1 5 6 6 2 ． [ 1 0 ] 李仕庆．旋涡炉一烟化炉处理低锡物料的理论研究与 生产实践[ J ] ．世界有色金属，2 0 0 1 2 3 6 3 9 ． D I ] 雷霆，王吉坤．熔池熔炼一连续烟化法处理低品位锑矿 工业试验研究[ J ] ．云南冶金2 0 0 3 增刊1 8 2 8 5 ， 1 1 5 ． [ 1 2 ] 康文兰．烟化炉结构与烟化过程关系的探讨[ J ] ．有色 金属设计，1 9 9 5 3 3 4 3 7 ． [ 1 3 ] 杨蔚，李丽．铅冶炼烟化炉冷却水系统改造与实施 口] ．河南科技学院学报自然科学版，2 0 1 1 ，3 9 6 1 0 0 1 0 2 ． [ 1 4 ] 张岭，汪大明．烟化炉风I 1 水套的优化设计与数值模 拟口] ．有色冶金节能，2 0 1 3 ，2 9 5 3 1 3 4 ． [ 1 5 ] 王华．烟化炉计算机自动控制策略[ J ] ．有色金属， 1 9 9 7 ，4 9 4 4 9 5 1 ． [ 1 6 ] 李灿，唐文武．烟化熔炼中粉煤的燃烧过程及空气系 数的确定l - J ] ．冶金能源，2 0 0 1 ，2 0 2 3 3 3 7 ． [ 1 7 ] 张寿明，张云生，张付杰．烟化炉吹炼终点火焰图像特 下转第3 3 页 万方数据 2 0 1 4 年第9 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 3 水中溶解油的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 6 5 8 6 1 ． [ 7 ] 车洪生，周跃华．氧化铝生产用絮凝剂研究I - j - I ．有色金 属 冶炼部分 ，2 0 1 2 8 2 5 - 2 6 ． [ 8 ] 何小虎，韦莉，何书巢．平果铝赤泥综合利用探讨和建 议[ J ] ．轻金属，2 0 0 4 3 1 4 1 8 ． [ 9 ] 王克勤，王皓，李生虎．盐酸浸出赤泥回收铝的研究 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 7 1 6 1 8 ． [ 1 0 ] 王红梅．赤泥的综合利用[ J ] ．能源与节能，2 0 1 1 1 2 5 8 6 0 ． [ 1 1 ] 薛群虎，陈延伟．广西平果铝赤泥综合利用思路与探 索[ J ] ．轻金属，2 0 1 1 i o ；1 l _ 1 3 ． [ 1 2 ] 宋嘉伟，王克勤，陈津．盐酸浸出赤泥中镧的研究[ J ] ． 有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 3 3 8 4 0 ． [ 1 3 ] 朱国海，王克勤，王皓，等．硫酸浸出赤泥渣回收二氧化 钛的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 7 2 3 2 6 ． [ 1 4 ] 杨海琼，董海刚，赵家春，等．钪的回收技术研究进展 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 3 2 9 3 3 ． 上接第1 5 页 征研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 4 3 3 7 4 0 ．算[ J ] ．广州化工，2 0 0 9 ，3 7 3 6 9 7 0 ． [ 1 8 ] 谭钢，肖永强．烟化炉熔炼速度及还原终点的判定 [ 2 0 ] 田小鹏．煤的发热量与灰分的线性关系分析[ J ] ．科技 [ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 8 ，3 7 2 3 0 3 3 ．情报开发与经济，2 0 1 1 ，2 1 1 0 1 7 9 1 8 0 ． [ 1 9 ] 龚露，罗吉国．煤质分析中发热量与固定碳的简易互 上接第2 9 页 5结论 通过电解槽内衬结构优化，减少了槽内铝液水 平电流，降低了电解槽炉底压降，阴极内衬安全稳定 运行了9 0 0 多天仍未出现异常现象，并且电流效率 提高了0 ．2 个百分点，吨铝直流电耗达到了1 22 8 2 k W h 。 参考文献 [ 1 ] 赵应彬，王平，陈谦．3 0 0k A 新式异型阴极双钢棒铝电 解槽生产实践[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 2 2 8 3 0 ． E 2 ] 李勇，刘升。王有来，等．全保温型内衬配置在3 0 0k A 铝 电解槽上的应用[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 1 0 2 0 一2 2 ． [ 3 ] 王维，薛济来，朱骏，等．大型铝电解槽强化电流条件下 槽帮形成规律的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 6 2 8 3 1 ． [ 4 ] 秦卫中，王有来，李勇，等．大型铝电解槽低电压物料与 能量双平衡控制技术[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 4 2 7 3 1 ． [ 5 ] 王轩，赵仁涛，王永良，等．3 5 0k A 铝电解槽焙烧自动分 流装置的设计与实现[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 4 1 4 1 7 ． [ 6 ] 刘风琴，顾松青．新型结构电解槽技术的研发及工业应 用I - j ] ．材料与冶金学报，2 0 1 0 ，9 增刊1 1 7 1 9 ． [ 7 ] 丁吉林，张红亮，刘永强，等．大型预焙阳极铝电解槽内 衬结构优化[ 刀．中南大学学报自然科学版，2 0 1 2 ，4 3 1 2 3 6 3 0 - 3 6 3 6 ． [ 8 ] 冯文革．大型铝电解槽节能技术分析[ J ] ．轻金属，2 0 1 3 3 3 1 - 3 3 ． [ 9 ] 杨晓东，周东方，刘伟．节能电解槽技术的研发和进展 [ J ] ．轻金属，2 0 1 l t f i 刊1 1 6 5 1 6 9 ． [ 1 0 ] 郑州经纬科技实业有限公司．高导电率电解槽阴极导 电棒中国，Z 0 1 1 2 0 1 1 8 3 9 6 ．1 I P ] ．2 0 1 1 1 2 2 1 ． [ 1 1 ] 罗钟生，罗英涛，杨宏杰．高石墨质阴极生产新技术研 究[ J ] ．轻金属，2 0 1 1 3 3 4 3 8 ． [ 1 2 ] 王宁．冷捣糊在石墨化阴极炭块上应用[ J ] ．材料与冶 金学报，2 0 1 0 ，9 增刊1 1 5 0 - 1 5 1 ． [ 1 3 ] 中南大学冶金学院．2 4 0k A 低电压铝电解槽试验槽 电一热场仿真报告[ R ] ．长沙中南大学，2 0 1 2 ． 万方数据