气力输送技术在闪速炼铜中的应用.pdf

1 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年2 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 1 ．0 2 ．0 0 5 气力输送技术在闪速炼铜中的应用 涂建华 中国瑞林工程技术有限公司，南昌3 3 0 0 0 2 摘要阐述了气力输送技术的工作原理、工艺流程及主要特点，针对闪速炼铜工艺中粉料的特殊性和复 杂性，就不同粉料的气力输送，提出了最佳应用方案，为铜冶炼工厂对现有粉料输送改造或新建铜冶炼 项目中粉料气力输送技术的选择和设计提供了参考。 关键词气力输送；闪速炼铜；冰铜；烟尘 中图分类号T F S l l文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 2 一0 0 1 6 一0 4 A p p l i c a t i o no fP n e u m a t i cC o n v e y i n gi nC o p p e rF l a s hS m e l t i n g T UJ i a n h u a C h i n aN e r i nE n g i n e e r i n gC o ．，L t d ．，N a n c h a n g3 3 0 0 0 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h ew o r k i n gp r i n c i p l e ，t e c h n o l o g i c a lp r o c e s sa n dm a i nc h a r a c t e r i s t i c so fp n e u m a t i cc o n v e y i n g t e c h n o l o g ya r er e v i e w e d ．T h eo p t i m a la p p l i c a t i o ns c h e m e sf o rt h ep n e u m a t i cc o n v e y i n go fd i f f e r e n tb u l k m a t e r i a l sarep u tf o r w a r da c c o r d i n gt ot h ep a r t i c u l a r i t ya n dc o m p l e x i t yo fb u l km a t e r i a l si nC o p p e rF l a s h S m e l t i n g ，T h eo p t i m a ls c h e m e sc a nb eu s e dt oi m p r o v et h eb u l km a t e r i a lc o n v e y i n gs y s t e mo fe x i s t i n gc o p p e rs m e l t e r s ，o ru s e dt od e s i g nt h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e mo fb u l km a t e r i a l sf o rt h en e wc o p p e rs m e l t i n gp r o j e c t ． K e y w o r d s P n e u m a t i cc o n v e y i n g ；C o p p e rF l a s hS m e l t i n g ；M a t t e ；F l u ed u s t 为降低铜产品的生产成本、提高铜的生产能力 和企业的竞争力，闪速炼铜技术在我国有了很大的 发展和应用，这是因为闪速炼铜技术日臻成熟，且成 熟可靠、热强度高、单炉处理量大、炉子寿命长、环保 效果好0 1 ‘。 在闪速炼铜技术中，由于该技术对入炉的原料 粒度要求高，且原料需要运送到闪速炉炉顶，选择合 适的运输方法和设备是确保闪速炉连续稳定运行的 关键。另外，在生产时，其后续的烟气收尘系统将收 集大量烟尘，由于烟伞含铜比较高，通常都返回闪速 炉，使其闭路循环，充分利用闪速炉的自热反应来处 理。生产中烟尘处理系统的正常与否不仅关系到闪 速炉系统的正常运行，同时也关系到清洁生产和环 境保护等问题，因此，选择切实可行的运输方法来输 送烟尘，以便烟尘中有价金属得以回收是铜冶炼工 作者简介涂建华 1 9 8 1 一 ，男，江西黎川人，工程师． 厂考虑的重要因素。 1气力输送技术 1 ．1 气力输送的类型 与传统机械输送技术相比，气力输送技术具有 一系列的优点心一3 J 1 物料的适应性好，输送距离 远； 2 物料在密闭的管道中输送，不易造成二次污 染； 3 输送线路布置灵活，占地少； 4 机械传动部 件少，结构简单，操作管理方便，维修费用低； 5 易 于自动化控制，并可连续监测系统运行情况 如压 力、物料输送量、输送气量等 。在冶金、矿山、电力、 建材、化工和码头等许多行业被广泛应用。 气力输送按气流在管道中的压力状态，可分为 负压吸送式和正压压送式两大类。 1 ．1 ．1 负压吸送式气力输送 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年2 期 1 7 负压吸送式气力输送系统主要用于从若干个物 料源中的任何一个或多个取料，并将物料输送到一 个收集点。负压吸送式气力输送系统是利用安装在 其终点的高压风机或真空泵抽吸系统内的空气，在 输送管内形成低于大气压的负压气流，空气被吸入 输送管内，物料从起吸点吸嘴或加料点被空气带入 管道并输送到终点的分离器内。在分离器中，物料 与空气分离，被分离出来的物料由分离器底部的星 形卸料器排出，空气则经过净化后排人大气中。 负压吸送式气力输送系统的进料方式比正压压 送式气力输送系统的简单，但对卸料器、收尘器的要 求高，且输送距离有一定的限制。此外收尘器泄漏 会造成空气带出物料，严重时损坏风机，因而，负压 输送系统通常在主要收尘器与风机之间增加第二级 除尘或将收尘器串联，从而使带出的物料量最少。 1 ．1 ．2 正压压送式气力输送 正压压送式气力输送系统主要用于从一个物料 源取料，并将物料输送到一个或若干个收集点。正 压压送式气力输送系统是利用安装在其起点的风机 。 或空气压缩机 或压缩气源 ，将高于外界大气压的 空气 或惰性气体 通人供料装置中，与物料一起进 入管道并输送到终点的贮仓或相应设备内，输送气 体则经收尘器过滤后排放到大气中，从而完成整个 输送过程。正压压送式气力输送系统的输送压差 大，比较适合于长距离、大容量输送。 正压压送式气力输送装置的种类比较多，主要 分为正压稀相气力输送系统、正压中相气力输送系 统、正压浓相 密相 气力输送系统。其中，正压浓相 气力输送又可分为非栓塞式浓相气力输送及栓塞式 气力输送两种H J 。 正压稀相气力输送、正压中相气力输送和正压 浓相的非栓塞式浓相气力输送主要依靠空气动能来 输送，物料流化后随压缩气体进入输送管道从而送 到终点。而正压浓相的栓塞式浓相气力输送是浓相 静压输送，物料在输送管道内堆集成料栓，料栓之间 充满了空气，完全依靠两端的静压差推动前进[ 5 ] 。 与负压吸送式气力输送系统相比，除对输送气 体质量要求严格外，正压浓相输送具有流速较低、输 送气体量少且净化较为容易、对物料的影响较小、收 尘器简单等优点，是一种更理想的输送方式。目前， 在正压气力输送中，以仓式泵为发送装置的输送系 统应用最为广泛。 1 ．2 气力输送的选择 气力输送方式的选择要根据实际工艺要求和输 送能力等参数来确定。通常正压输送是一点向多 点，负压则可以多点采集向一点输送。另外从输送 能力上分析有浓相和稀相，输送方式上稀相还可以 分为微正压和负压，一般浓相的输送能力大，适合长 距离输送，而稀相的输送能力都较小，适合短距离输 送。 对气力输送系统进行装置选定和下程设计时， 除了工程本身的实际需求外，还应考虑以下几个主 要方面①物料形状、物料粒度、堆积密度、含水量、 流动性、磨琢性、吸湿性等物料性质；②输送距离和 输送量；③输送管道初步布置及弯头的数量和种类； ④输送装置前后工艺设备的情况 如接收仓的位 置 ，以及附属设备 如输送气的分离设备 的选定及 布置；⑤技术经济指标和总投资等。对于上述各项 内容，应尽可能详细地调查研究，其中，最关键的是 物料性质，因为物料的性质决定其能否选用气力输 送【z “_ 7 】。因此，在对物料性质不清楚时，特别对一 些复杂物料，应在气力输送的中间试验装置上对该 物料进行性能测试和试验，在取得必要的设计依据 后，再确定选用的气力输送类型。 在大部分的工程中，负压吸送式气力输送和正 压压送式气力输送都是单独使用，分别用来满足不 同工艺要求。但负压吸送与正压压送也可以进行适 当的组合，从而形成一个综合系统，由于其兼有负压 输送和正压输送的优点，能满足一些特殊工艺和复 杂工艺的要求。 2 闪速炼铜工艺中粉料的种类和性质 2 ．1 铜精矿 闪速熔炼所使用的铜精矿是硫化矿浮选的产 物，粒度较细，一般8 0 ％以上小于7 4 “m ，干燥的铜 精矿在储运过程中易扬尘散失，也不适宜远程运输， 所以运送至铜冶炼厂的铜精矿常保持有1 0 ％左右 的水分。 实际生产中，铜精矿需要配入一些渣精矿，并添 加石英砂熔剂，按闪速熔炼炉入炉混合精矿成分的 要求自动配比后通过胶带运输机送至蒸汽干燥系统 干燥，使含水约1 0 ％的混合铜精矿干燥到水分低于 0 ．3 ％。因此需要输送的铜精矿实际上是含石英熔 剂的高磨损性混合干物料。 2 ．2 冰铜 在铜冶炼的“双闪”工艺中，闪速熔炼生产的含 铜为7 0 ％左右的熔融冰铜经过水淬、冰铜磨的研磨 及干燥后，得到9 0 ％粒度小于7 4 肛m ，含水低于 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年2 期 0 ．2 ％满足吹炼要求的冰铜粉。 由于闪速吹炼炉的配料过程是在炉顶实现的， 因而冰铜单独输送至闪速吹炼炉炉顶冰铜仓。 2 ．3 烟尘 烟尘发生率高是闪速熔炼的特点之一，通常随 烟气带走的烟尘量约为投料量的5 ％～1 0 ％，在闪 速炉投产初期可能更高，这些烟尘都在后续的烟气 收尘系统中被收集下来。硫酸盐化后的闪速炉烟 尘，其成分主要是硫酸铜和铁的氧化物，通常硫酸铜 的含量占3 0 ％～7 0 ％，铁的氧化物占1 5 ％～3 5 ％。 目前闪速炉烟尘的回收利用主要是返回闪速炉，利 用闪速炉的自热反应来处理，而闪速炉收尘系统主 要设备包括余热锅炉、沉尘室和电收尘器，收集点较 多，且由于烟尘温度高达4 0 0 ～6 0 0 ℃，处理比较困 难，因而需要选用合适工艺来输送烟尘。 3 气力输送技术在闪速炼铜中的应用 3 ．1 铜精矿的输送 在规模2 0 万t ／a 左右的闪速炼铜工程中，根据 精矿含铜的不同，需要输送的铜精矿量大都在1 5 0 ～2 0 0t ／h ，属于大容量输送，典型参数温度9 5 ～ 1 2 0 ℃、含水率 8 0 ％、 真密度3 ．6 ～4 ．0t ／m 3 、堆密度1 ．6 ～2 ．0t ／m 3 、水 平输送距离0 ～2 0 0m 、垂直输送距离4 0 ～5 0m 。 用负压输送很难在一套装置内达到这个输送能 力，因此需要用正压浓相输送才能满足要求。干燥 后的干精矿进入精矿中间仓暂存，然后加入到输送 罐中，在压缩空气的作用下，直接输送到炉顶干矿仓 或者先送到精矿目标仓后再自流进炉顶于矿仓。 铜精矿的正压浓相输送在国外应用得比较早 些，国内现有铜冶炼厂中，江西铜业集团贵溪冶炼厂 和金隆铜业有限公司在扩产改造中选用了该技术来 输送铜精矿，且单台最大设计能力达1 8 0t ／h ；另外， 祥光铜业有限公司也采用了该技术。 3 ．2 冰铜的输送 冰铜的输送只存在于使用了闪速吹炼工艺的冶 炼厂中，到目前为止，已投产的闪速吹炼工艺只有美 国K e n n e c o t t 铜冶炼厂和祥光铜业有限公司。 典型的冰铜输送参数输送量5 0 ～6 0t ／h 、温度 1 0 0 ℃、含水率 9 0 ％、真密度～5 ．2t ／m 3 、堆密度2 ．7 - - - 2 ．9t ／m 3 、水 平输送距离0 ～1 5 0m 、垂直输送距离4 0 ～5 0m 。 冰铜的密度比较大，且输送量也不小，因此采用正压 浓相输送较为合适。 在冰铜的正压浓相输送系统中，冰铜中间仓内 的冰铜分别流入互相独立的两个浓相输送罐内，在 压缩空气的作用下，冰铜经浓相输送系统送到位于 闪速吹炼炉炉顶的冰铜仓内。输送空气则经布袋收 尘器净化后放空。 3 ．3 烟尘的输送 在选择烟尘的输送方式时，根据不同集尘点收 集烟尘性质的不同，分别考虑输送方式。在闪速炉 收尘系统中收集烟尘的设备包括余热锅炉、沉尘室 和电收尘器，其中以余热锅炉收集烟尘最难处理，由 于温度高，特别是余热锅炉靠近闪速炉上升烟道出 口处，容易相互粘结形成大块物料，在余热锅炉的辐 射部也容易产生小块状烟尘，而余热锅炉对流部、沉 尘室和电收尘器收集烟尘主要是粉状烟尘。因此针 对不同位置的烟尘，分别设置不同输送系统。 3 ．3 ．1 烟尘的负压吸送系统 针对大块烟尘，送破碎磨细后用负压输送的方 式送回闪速炉炉顶烟尘仓，对于余热锅炉的辐射部 含有小块的烟尘，就地设置负压吸送口，同样采用负 压输送的方式送至烟尘仓。破碎磨细后的烟尘从一 个或多个加料口通过变频螺旋输送机或变频星形卸 料器加入到输送管道内，在负压作用下，烟尘随空气 一起送到旋风收尘器和布袋收尘器，分离后，烟尘进 入炉顶烟尘仓，空气则放空；对于余热锅炉的辐射部 含小块的烟尘，就地设置负压吸送口，把其中的粉状 烟尘吸走，而块状则送破碎磨细后也通过负压送至 炉顶烟尘仓。 3 ．3 ．2 烟尘的正压压送系统 对于余热锅炉对流部、沉尘室和电收尘器收集 的粉状烟尘，由于烟尘量大，因而通过埋刮板输送机 和螺旋输送机把它们集中到一个烟尘中间仓后，再 采用正压浓相气力输送系统送至炉顶烟尘仓。 负压吸送式气力输送在铜冶炼烟尘输送中的应 用已有多年经验，在江西铜业集团贵溪冶炼厂一期 工程中就已经成功应用，另外，金隆铜业有限公司的 闪速炉烟尘输送也部分采用了负压吸送式气力输 送。 而正压浓相输送在烟尘中的应用大多是在后来 改造时采用以及新建工厂使用，已经成功应用的有 江西铜业集团贵溪冶炼厂使用的上引式正压浓相输 送系统；另外，应用成功的还有金隆铜业有限公司和 祥光铜业有限公司使用的下引式浓相输送系统。 4结语 在闪速炼铜工艺中，选择粉料的输送方式时应 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年2 期 1 9 充分考虑到物料的性质及输送要求，选用最佳气力 输送技术。对于成分复杂和性质未知的物料，在其 气力输送的具体设计时，应考虑到成分变化引起性 质变化以及输送量的不稳定等因素，在设计时最好 能在相应的输送系统上对该物料进行输送试验，取 得必要的设计依据。另外需要注意的是，在投产初 期，整个闪速炼铜系统还处在试生产阶段，中间物料 冰铜和烟尘 的成分及输送量变化较大，设计气力 输送系统时，要选用合适的输送系统并考虑这些因 素的影响。 参考文献 [ 1 ] 姚素平．近几年我国铜冶炼技术的进步和展望[ J ] ．有 色冶金设计与研究，2 0 0 2 ，2 3 3 1 5 ． [ 2 ] 李勇．粉、粒状同体物料气力输送技术[ J ] ．硫磷设计与 粉体工程，2 0 0 2 5 4 4 4 8 ． [ 3 ] 朱步范，贾德刚，黄晓军．粉体机械输送设备与气力输 送设备应用比较[ J ] ．工程建设与设计，2 0 0 5 1 0 4 8 5 0 ． [ 4 ] D a v i dM i l l s ，M a r kGJ ，V i j a yKA ．H a n d b o o ko fP n e u m a t i cC o n v e y i n gE n g i n e e r i n g [ M ] ．N e wY o r k ，M a r c e l D e k k e r ，I n c ．，2 0 0 4 ． [ 5 ] D a v i dM i l l s ．P n e u m a t i cC o n v e y i n gD e s i g nG u i d e [ M , ] ． 2 n de d i t i o n ，G r e a tB r i t a i n ，E l s e v i e rB u t t e r w o r t h H e i n e m a n n ，2 0 0 4 ． [ 6 ] 陈宏勋．管道物料输送与工程应用[ M ] ．北京化学工 业出版社，2 0 0 3 ． [ 7 ] 程克勤．粉粒状物料性能与其气力输送特性[ J ] ．硫磷 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