湿法炼锌中沸腾焙烧过程的研究现状与进展

湿法炼锌中沸腾焙烧过程的研究现状与进展现代炼锌方法分为火法和湿法两大类，世界上大部分的锌都是从硫化锌精矿中提取出来的。无论火法还是湿法，一般都需预先焙烧或烧结，脱除大部分硫和其他杂质，以满足下道工序的要求。目前，在国内应用较成熟的焙烧技术是硫化锌精矿的粉状沸腾焙烧技术。沸腾焙烧又称流态化焙烧，是众多焙烧方法中的一种。所谓的沸腾焙烧是指将所要处理的固体破碎，研磨成细粉，增加固体与气体的接触面积，缩短颗粒内部的传递和反应距离。自下而上流经这些粉料的气体，在达到一定速度时，会将固体颗粒悬浮起来，使之不断运动，犹如沸腾的水，故称沸腾焙烧。沸腾焙烧的基础是固体流态化，用沸腾焙烧炉焙烧锌精矿，炉内热容量大且均匀，温差小，料粒与空气接触表面积大，反应速度快，强度高，传热传质效率高，使焙烧过程大大强化，产品质量稳定生产率高。下面主要叙述在湿法炼锌中沸腾焙烧过程的发展和应用现状。1湿法炼锌中沸腾焙烧过程的发展和应用现状1．1在制粒焙烧方面的研究情况李芳、张建彬，张起梅等[1]在锌精矿制粒沸腾焙烧中指出随着原料供应日趋紧张、精矿质量下降，发展沸腾焙烧技术，对提高锌冶炼金属回收率具有重要的意义。他们进行了锌精矿制粒焙烧的试验研究，重点分析了制粒粘合剂的选择和制粒焙砂质量控制。在沸腾焙烧试验中，针对焙砂质量及其影响因素诸如焙烧温度、原料粒度、过剩空气系数和物料在炉内的停留时间等进行了研究；另外通过适当减少加料量，使相应提高过剩空气系数，延长停留时间，Pb的脱除有所降低，同时s脱除效果亦有明显提高。最后他们得出结论：制粒沸腾焙烧提高了炉子的处理能力，床处理能力达到30.4t/m2·d，炉温控制得当，风量均匀，焙砂质量可以达到Pb1.0%，Cd0.05%，S1%的控制要求。沸腾炉操作温度可控制在1140～1180℃，比现有粉状物料焙烧操作温度提高60～80℃。靳澍清、刘丽珍、吉正元等[2]在锌精矿造粒、焙烧试验研究中采用几种粘结剂进行造粒试验，对成粒矿进行静态焙烧试验，提出造粒和焙烧试验工艺条件及参数，粒矿进行静态焙烧试验，为大规模的生产奠定了一定的基础。张瑜、李志勇、吴志平等[3]在锌精矿制粒沸腾焙烧新工艺的应用与改进中介绍了锌精矿制粒沸腾焙烧新工艺的工业化生产应用与技术改进情况，同时阐述了所取得的成果及存在的问题。他们所采用的新工艺为：锌精矿一锤式破碎机一混凝土搅拌机一圆盘制粒机一回转干燥窑一振动筛一沸腾焙烧炉一焙砂。1．2在提高沸腾炉产能、提高经济指标方面的研究涂福炳、周孑民[4]在锌精矿沸腾焙烧炉产能下降原因分析及对策研究中提出了影响焙烧炉产量的主要因素：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，冷却水套的换热效果越好，吸收的热量越多，焙烧强度就越高。另外温度一定时，空气富氧浓度增加，反应速度加快，焙烧强度大大提高。然后指出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。最后指出了提高炉子产量的途径：加大炉内排热强度，此途径可通过增设炉内喷水装置、适量增大风量、加入适量焙砂、使用活动水套来解决；另外富氧鼓风可大幅提高焙烧强度，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。尹亚平[5]在提高50m2沸腾炉床能力和SO2，烟气浓度初探中根据昆明云冶锌业股份有限公司50m2鲁奇式沸腾炉火法系统建成投产初期系统运行周期短、床能力低、SO2浓度偏低等情况，从工艺技术条件和设备改进等方面对提高床能力和烟气SO2，浓度进行了探讨。他认为提高炉床能力可以通过提高焙烧温度、增加鼓风量、选择合理的入炉精矿含硫和扩大沸腾层冷却埋管面积来实现。提高烟气SO2，浓度可以从工艺技术条件和设备漏风点的堵漏两个方面人手。另外周述勇[6]在109m2沸腾炉生产实践及提高处理量的途径中指出了提高处理量的三种途径：(1)炉内增加一组埋管；(2)炉内增设喷水装置；(3)富氧鼓风。1．3在优化焙烧工艺参数方面的研究李忠于[7]在锌精矿沸腾焙烧两个关键工艺参数的选取中重点讨论了锌精矿沸腾焙烧最关键的两个工艺参数——焙烧温度与空气过剩系数对锌焙砂质量的影响，以及根据不同的炼锌工艺如何选取焙烧工艺，再根据不同的焙烧工艺如何选择这两个关键工艺参数。在酸化焙烧工艺中选取焙烧温度时，应考虑锌精矿原料的成分(特别是杂质含量)和焙烧温度对锌焙砂质量的影响。一般地，原料矿中铁、二氧化硅含量高时，温度宜取低值，尽量少生成铁酸锌和硅酸锌，以提高锌的可溶率；反之，当原料矿中的铁、二氧化硅含量低时，焙烧生成的铁酸锌、硅酸锌己很少，对锌的可溶率影响很小，可适当提高焙烧温度，并兼顾降低焙砂残硫；原料矿中砷和锑含量高时，温度宜取低值；反之，当原料矿中的砷和锑含量低时，可适当提高焙烧温度。选取空气过剩系数时经过综合考虑，一般酸化焙烧的空气过剩系数宜为1.15～1.3，不得超过1.3。选取氧化焙烧工艺时，焙烧的温度越高，杂质脱除效率明显提高；同时焙烧温度的提高，也有利于矿尘粒度变大，降低烟尘率。空气过剩系数加大，脱硫率增加，但铅、镉脱除率却降低。因此在选取氧化焙烧工艺时，也应结合锌精矿的成分和工艺参数对锌焙砂质量的影响来考虑。刘智能[8]在锌精矿沸腾焙烧产物可溶硫的控制中指出锌精矿沸腾焙烧产物中可溶硫的含量在焙烧过程中并不是简单的单一变量来决定的，而是一个双变量体系，焙烧产物中可溶硫的含量与体系中的热力学、动力学条件有着密切的关系。在具体的操作中，合理地选择炉型与风帽的配置、控制沸腾炉的料风比、调节沸腾炉的运行风量等方法，可以一定程度地控制产物中的可溶硫的含量。龚紫涛、李江[9]在微富氧技术在沸腾焙烧的应用中就利用富余的氧气生产能力将沸腾焙烧所需压一缩空气的氧浓度增至23%，对实施富氧焙烧的可行性进行了探索。指出在富氧条件下，更能发挥沸腾焙烧的优越性。朱连勇、李科立[10]在锌精矿的粒度对氧化焙烧的影响中分析了粒度小的硫化锌精矿对沸腾焙烧的有利影响，粒度小的硫化锌精矿对氧化焙烧的不利影响，硫化锌精矿粒度的均匀性对沸腾焙烧反应的影响，最后提出了针对不同粒度的硫化锌精矿在配料和沸腾焙烧工序所应采取的措施。刘风林、金作美、王励生[11]在高硅硫化锌精矿氧化焙烧中硅酸锌生成反应的动力学中研究了温度和粒径对硅酸锌生成速率的影响，固固扩散是硅酸锌形成的限制环节。因此在焙烧过程中控制粒度不能过细是限制硅酸锌生成速率的有效方法。温度对硅酸锌的速率常数矗有较大的影响，高硅硫化锌精矿焙烧过程中在不影响正常操作的条件下，为限制硅酸锌的生成速率，应适当降低焙烧温度(至860℃左右)。黄炜，谢颂明[12]在锌焙砂还原焙烧工艺的试验研究中探讨了焙烧温度、焙烧时间、煤粉用量对可溶锌的影响，确立最佳焙烧工艺条件为：焙烧温度800℃，焙烧时间30min，煤粉用量4%，在此条件下锌焙砂中的可溶锌可由92.32%提高至99.09%。欧阳智武[13]在提高锌焙烧可溶锌率的探讨中详细讨论了焙烧温度、沸腾层直线气流速度、炉内气氛、锌精矿特性对可溶锌率的影响，从理论和实践两方面对提高焙砂可溶锌率作了全面的探讨。1．4在除杂方面的研究吴仲[14]在低温氧化焙烧、高过剩空气系数高温氧化焙烧、低过剩空气系数高温氧化焙烧3种不同的条件下对锌精矿沸腾焙烧过程中砷锑杂质的脱除率进行了比较，发现在较低过剩空气系数高温氧化焙烧的前提下，采用焙烧温度为1170～1200℃、焙烧强度为7.0t(干矿)/(m2·d)、炉底鼓风量为7300～7620m3/h的操作条件对锌精矿进行高低过剩空气系数交替高温氧化焙烧，砷的脱除率达到68.5%以上，锑的脱除率达到69%以上。2结语目前，在我国，湿法炼锌过程中的沸腾焙烧技术已经很成熟，研究它的科技工作者也很多，在今后的研究中，研究方向将朝着改善环境，发展绿色技术，清洁生产；降低能耗和各种材料消耗，实现设备大型化、机械化和高度自动化，发挥最大的经济效益，发展循环经济的方向发展。