前言锌精矿又称闪锌矿,其含硫量为28%～31%,含锌约50%,并伴有铅、钙、镉、铜等重金 属。锌精矿沸腾焙烧时主要化学反应为2ZnS+3O22ZnO+2SO2该反应为放热反应, 焙烧1kg锌精矿约放出4200kJ的热量,除了维持焙烧高温需要外,在不降低炉子生产率的 情况下,炉子热收入将超过热支出,这部分多余热量必须加以排除(如表1中某42m2沸腾炉热 水套吸热占总热支出24.4%)1,其目的在于维持稳定的沸腾层焙烧温度。因为炉内温度过高 ,焙砂质量下降;温度过低,则炉子产量下降。锌精矿沸腾焙烧炉利用流态化技术,具有传热传质 速度快、层内温度均匀、产品质量好、生产效率高、便于实现生产连续化和自动化等特点。我国炼 锌厂的沸腾炉大部分为道尔型(如株洲冶炼厂的42m2道尔型沸腾炉,沸腾床能力为4.9～5 .2t/(m2·d),焙烧温度870℃,空气过剩量为20%～30%)。采用在沸腾层安装 水套的方法带走多余热量。在生产过程中发现,原来的箱式冷却水套容易发生腐蚀、变形、穿孔等 故障,影响正常生产秩序。在改用管式冷却水套后,运行效果良好,故障少,寿命长2。但在长时 间使用后,沸腾炉出现焙烧强度降低,炉子产量下降的现象,直接影响公司生产和经济效益。影响 炉子产量的主要因素当沸腾床面积确定后,沸腾炉产量大小主要取决于焙烧强度的高低。焙烧强度 越高,炉子产量越大;焙烧强度越低,炉子产量越小。而焙烧强度取决于单位时间内从炉内沸腾层 移走热量的多少和物料反应速度的快慢。在原料成分、物理规格、焙烧温度和鼓风压力等生产因素 正常的条件下,冷却水套换热效果的好坏直接影响冷却水从炉内带走的热量,冷却水套的换热效果 越好,吸收的热量越多,焙烧强度就越高;相反,冷却水套的换热效果越差,吸收的热量越少,焙 烧强度就越低。另外,温度一定时,空气富氧浓度成为影响物料反应速度的最主要因素。富氧浓度 增加,反应速度加快,焙烧强度大大提高。如前苏联某铅锌冶炼厂采用27%～29%富氧鼓风, 焙烧强度提高60%～70%,可达到8.4～8.8t/(m2·d)。水套表面结渣的形成过 程及对产量的影响结渣的形成过程在沸腾炉生产过程中,炉内气体含二氧化硫约8%,过剩空气约 30%。在这种混合性气体作用下,冷却水套表面将会形成多种类型的化合物,其中主要是氧化物 和硫化物。其原因是由于氧化性炉气的作用,使与烟气接触的水套表面首先形成氧化物如Fe2O 3、Fe3O4,同时,由于锌精矿中含有多种矿物成分如PbS、FeS2、SiO2、Al2 O3,高温氧化后生成PbO、CaO、MgO、Fe2O3等低熔点的化合物,其中一部分粘附 在水管的表面,并不断捕获ZnO、SiO2等其他物质,再与酸性炉气作用生成硫酸盐和硅酸盐 类化合物,使结渣层慢慢增厚。有研究表明,在锌精矿焙烧的特定温度和酸性炉气作用下,铅的氧 化物优先生成硫酸盐,硅的氧化物则优先与ZnO结合生成ZnO·SiO2,而PbO·SiO 2生成的可能性小。引起水套结渣的主要物质不是PbO·SiO2,而是铅的硫酸盐及其他盐类 3。对株洲冶炼厂42m2沸腾炉冷却水套表面结渣进行元素定性分析,其结果见表2。并将其结 渣物溶于中性水中(渣与水的比例为1∶5),测得pH值为8～8.5。由化验结果可知,结渣 成分主要为铁及锌的化合物,呈酸性,对水管有腐蚀作用。表2水套外表面结渣层定性分析结果金 属元素铁锌硅铝镁钙定性含量主量大量少量少量少量少量结渣对炉子产量的影响管式水套表面结渣 程度直接影响换热效果的好坏。表面结渣程度越轻,冷却水套的换热效果越好,冷却水吸收的热量 就越多;相反,表面结渣越严重,冷却水套的换热效果越差,冷却水吸收的热量就越少。在炉子生 产过程中,随着水套表面渣层厚度日益增加,管壁传热系数不断下降,冷却水带走的热量减少,沸 腾层温度上升,为维持焙烧温度,必须减少锌精矿投料量,从而使焙烧强度下降,炉子产量下降。 生产实践证明,水套表面结渣是引起锌精矿沸腾炉生产能力下降的重要原因。提高炉子产量的途径 加大炉内排热强度(1)增设炉内喷水装置在炉内沸腾层中上部增设一喷水装置,连续均匀喷入适 量的水,水在高温下急速蒸发并随烟气排出炉外,可以带走炉膛内的热量,使炉温下降。为维持沸 腾层内焙烧温度稳定,必须投入更多锌精矿,这样就增加了沸腾炉产量。有试验表明,在喷水50 2kg/h条件下,提高焙烧强度0.6t(/m2·d)。(2)适当增大风量增加风量,可以 带走更多热量,使沸腾炉生产能力提高。从表1中看出,炉子烟尘带走的热量占总热量的69.5 %,这部分热量中的大部分被余热锅炉吸收,如果适当扩大锅炉的换热面积,同时加强锅炉的清扫 工作,增强烟气系统的处理能力,就为增大风量,提高炉子处理能力提供了保障。(3)加入适量 焙砂在锌精矿配料中加入适量焙砂,可增加沸腾炉处理量。因为焙砂在炉内不再起化学反应,在同 等鼓风量和加料量的情况下,被加热至高温的焙砂可带走部分热量,炉温必然下降,为保持炉内温 度稳定,势必加大锌精矿投入量。同时,由于焙砂的加入,相对降低了含硫量。株洲冶炼厂四台4 2m2沸腾炉同时运行,总风量在65000～70000m3/h时,每班搭配的焙砂总量为2 0～25t4。(4)使用活动水套在沸腾炉适当部位开一个长方形口,将制作好的活动水套插入 沸腾炉内,其循环水源采用原冷却器供水,调整活动水套的伸入量可调节沸腾层冷却面积,控制炉 内焙烧温度。冷却面积越大,冷却水带走的热量越多,炉子的处理能力越强。炉床面积为26m2 的鲁奇式沸腾炉,冷却面积调节范围为0.6～1.6m2时,可提高焙烧强度0.25～0.7 t(/m2·d),并且焙砂质量稳定5。局部增氧技术(1)原理富氧鼓风是强化沸腾焙烧的重 要措施之一。澳大利亚里斯敦电锌厂研究认为,鼓入23.9%的富氧空气进行锌精矿的沸腾焙烧 是最合适的。在富氧制备方法上,膜法富氧技术是利用膜具有特殊选择性分离功能的有机、无机或 其它材料,把气体分离,实现空气中的氧富集。局部增氧可克服整体增氧工艺(即全部助燃风量都 采用富氧空气)必须耗费巨资的缺点,采取巧妙的局部增氧工艺,使用膜法富氧技术得到氧含量在 23%～32%、用量仅为总风量0.5%～10%的富氧空气流,采用喷嘴喷射技术,不与普通 空气流混合的条件下,喷入沸腾层中的物料反应区域,加快物料化学反应速度,同时加大对沸腾层 的排热力度,从而达到提高焙烧强度,增加沸腾炉处理能力的目的。(2)局部增氧工艺流程局部 增氧工艺流程见图1所示。图1局部增氧系统工艺流程示意图结语(1)沸腾炉冷却水套结渣导致 换热系数下降,是影响炉子生产能力的重要因素之一。根据化验结果,结渣的主要成分为铁和锌的 硫酸盐和硅酸盐类化合物。(2)加大沸腾层内排热强度,采用增设喷水装置、使用活动水套、加 入适量焙砂或增加风量等措施可以达到提高炉子生产能力的目的。(3)富氧鼓风可大幅提高焙烧 强度,局部增氧系统克服了整体增氧工艺耗资巨大的缺点,是提高锌精矿沸腾焙烧炉生产能力的新的技术思路,具有重要的实践意义和经济价值,需进一步加强应用研究。锌精矿沸腾焙烧炉产能下降原因分析及对策研究@涂福炳$中南大学!湖南长沙410083
@周孑民$中南大学!湖南长沙410083沸腾焙烧炉;;锌精矿;;结渣;;产量冷却水套结渣 和富氧浓度是影响锌精矿沸腾焙烧炉生产能力的重要因素。结渣的主要成分是铁和锌的化合物,在 炉子正常运行条件下,它直接影响冷却水套的换热效果。加大沸腾层内的排热力度如采用喷水装置 或活动水套等措施可以适当提高炉子生产能力。特别是局部增氧工艺为增加炉子产量提供了新的技术思路。<1>何红兵.锌沸腾炉节能技术浅议
.湖南冶金,2000,3(2):24-26.
<2>侯宝泉.锌冶炼沸腾炉埋管式水套设计与实践.有色金属工业,2001.(7):45-46.
<3>王利君.锌精矿沸腾焙烧过程中SiO2的行为.矿冶工程,1995.15(1):48-52.
<4>黄宗海.提高沸腾炉生产能力的措施与实践.株冶科技,1997,25(2):6-9.
<5>张磊,等.沸腾焙烧炉强化焙烧生产实践,有色冶炼,2001,(3):22-23 .鹘诜刑诓憷淙疵婊?控制炉内焙烧温度。冷却面积越大,冷却水带走的热量越多,炉子的处理能 力越强。炉床面积为26m2的鲁奇式沸腾炉,冷却面积调节范围为0.6～1.6m2时,可提 高焙烧强度0.25～0.7t(/m2·d),并且焙砂质量稳定5。局部增氧技术(1)原理 富氧鼓风是强化沸腾焙烧的重要措施之一。澳大利亚里斯敦电锌厂研究认为,鼓入23.9%的富 氧空气进行锌精矿的沸腾焙烧是最合适的。在富氧制备方法上,膜法富氧技术是利用膜具有特殊选 择性分离功能的有机、无机或其它材料,把气体分离,实现空气中的氧富集。局部增氧可克服整体 增氧工艺(即全部助燃风量都采用富氧空气)必须耗费巨资的缺点,采取巧妙的局部增氧工艺,使 用膜法富氧技术得到氧含量在23%～32%、用量仅为总风量0.5%～10%的富氧空气流, 采用喷嘴喷射技术,不与普通空气流混合的条件下,喷入沸腾层中的物料反应区域,加快物料化学 反应速度,同时加大对沸腾层的排热力度,从而达到提高焙烧强度,增加沸腾炉处理能力的目的。 (2)局部增氧工艺流程局部增氧工艺流程见图1所示。图1局部增氧系统工艺流程示意图结语( 1)沸腾炉冷却水套结渣导致换热系数下降,是影响炉子生产能力的重要因素之一。根据化验结果 ,结渣的主要成分为铁和锌的硫酸盐和硅酸盐类化合物。(2)加大沸腾层内排热强度,采用增设 喷水装置、使用活动水套、加入适量焙砂或增加风量等措施可以达到提高炉子生产能力的目的。(3)富氧鼓风可大幅提高焙烧强度,局部增氧系统克服了整体增氧工艺耗资巨大的缺点,是提高锌精矿沸腾焙烧炉生产能
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