锑鼓风炉富氧挥发熔炼新工艺研究与应用

廖光荣，刘放云，龚福保

（锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江417500）

重金属

锑鼓风炉富氧挥发熔炼新工艺研究与应用

廖光荣，刘放云，龚福保

（锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江417500）

介绍了锑鼓风炉富氧熔炼工艺的工业试验及生产应用。生产实践表明，该工艺原料适应性强，能耗低，指标优，生产效率高，环保效益好。

锑；鼓风炉；富氧熔炼

锑鼓风炉具有炉床处理能力高，对原料适应性强，金属回收率高等特点，受到企业的普遍青睐，但其也存在能耗高等缺陷。随着社会进步和经济发展，该传统工艺正受到环保和能源问题的严重挑战。2007年9月，锡矿山闪星锑业有限责任公司在3.0m2锑鼓风炉进行了富氧熔炼工业性试验，试验表明，富氧熔炼可以大幅降低焦率，减少CO2的排放量，提高炉日处理能力，相关的技术经济指标均优于原工艺流程。在此基础上，公司于2007年11月进行了技术改造，并对主要设备鼓风炉及关键工艺进行了技术升级。工业生产实践表明，锑鼓风炉富氧挥发熔炼，各项技术经济指标优，其工艺技术处国际领先水平。

1 工艺及原理

1.1 工艺

锑鼓风炉富氧熔炼新工艺在传统的鼓风炉工艺基础上进行了重大创新，其工艺流程如图1。

锑精矿与作为熔剂及粘合剂的石灰粉计量后进入圆盘制粒机，加水润湿后制成粒子，经干燥后和焦炭、铁矿石、返料等按配比自动计量后送入鼓风炉。向鼓风炉内鼓入富氧空气，在1 300～1 400℃的高温下物料发生物理化学反应，熔体进入前床澄清分层；锑的硫化物、氧化物分解挥发产生的粗三氧化二锑随高温烟气一起经过余热回收利用系统(空气预热系统和汽化冷却系统)，烟气温度下降到500℃以下，再进入表面冷却器，表面冷却器将烟气冷却到150℃以下进入布袋收尘室，布袋收尘后的废气经旋流板塔用石灰乳吸收二氧化硫达标排放。前床分层的炉渣、锑锍和粗锑分别放出，炉渣放出经水淬后存入漏斗送水泥厂配制水泥，锑锍和粗锑返回处理。

图1 锑鼓风炉富氧挥发熔炼工艺流程图

空气预热系统使得预热的富氧空气将大量的物理显热直接带入锑鼓风炉；汽化冷却系统所产生的蒸汽送砷碱渣处理系统等其他耗汽工艺使用，降低了焦炭消耗，提高了能源利用率。

鼓风炉由炉顶、炉身、炉腹、炉缸及前床构成。炉顶设有进料装置，炉腹设有风嘴，炉身由耐火材料砌筑，炉腹由汽化水套组成。

1.2 原理

锑鼓风炉挥发熔炼是利用Sb2S3易挥发、易氧化和氧化生成的Sb2O3也易挥发的特性反应如下[1]：

上述气态或液态Sb2S3氧化生成的Sb2O3具有易挥发的特性，800℃时，其蒸气压达到4.23 kPa，呈蒸气状态随炉气进入冷凝系统而沉积于系统中。

部分未挥发或来不及挥发的Sb2S3与未被氧化的FeS形成锑锍流入前床。此外，还有少量的Sb2S3和Sb2O3直接发生反应生成金属锑，随锑锍进入前床[2]。

富氧挥发熔炼的特点是随着氧气浓度的提高，入炉空气中氧分压提高，反应（2）、（3）更加迅速。反应（2）、（3）为放热反应，利于提高炉温、加快炉内冶金反应的进程，炉渣通过炙热的焦炭层过热温度也得到提高，强化了冶炼过程。

2 工业试验

2.1 试验原料

处理的含锑原料为锡矿山闪星锑业自产的粒子、青砂、泡渣，配料比为粒子:青砂∶泡渣=1700∶200∶100，其为硫氧混合矿，硫化锑矿和氧化锑矿比为6∶1，锑品位40%左右，原料成分如表1。造渣熔剂及加热用燃料的成分分见表2、表3。

表1 入炉原料成分（质量分数）%

2.2 试验方法及设备

采用现有锑鼓风炉设备，规格3.0m2，在鼓风管内通入工业纯氧，提高入炉气体的氧气浓度，实现富氧熔炼。批料量为2 000 kg。采用铂铑—铂热电偶测量温度，控制精度±5℃。通入的工业纯氧通过调节流量计控制，烟气流量采用差压换算法测量，烟气SO2浓度采用碘量法检测。

表2 熔剂成分(质量分数)%

表3 燃料成分(质量分数)%

由于是单一因素试验，所以其它对于工艺生产产生重大影响的指标，如焦炭、铁矿石质量，鼓风机风量、风压，抽风机风量、风压及炉况等都保持相对稳定状态。焦煤、铁矿石采用同一批次的物料，质量相同；鼓风机电机采用变频方式；抽风机电机采用变频方式；布袋室过滤面积保持不变并定期清理烟道；炉体处于运行后期，炉内结构在试验前后基本一致，炉况稳定且风嘴亮。

2.3 对比试验

对比试验结果见表4。

2.4 试验结果分析

2.4.1 氧气浓度对生产指标的影响

富氧浓度提高，进料更加顺畅，炉温(风口区)上升较快，炉床处理能力最高达32.60 t/（m2·d），同比提高40%；焦率为33.1%，同比下降17.4%；渣含锑1.24%，同比下降约0.3个百分点；Sb2O3质量稳定且白度明显增加；冰铜产出率及返灰率基本相同。与原工艺鼓风条件下挥发熔炼相比，富氧熔炼锑鼓风炉炉顶温度、炉床处理能力大幅上升，焦率、铁矿石率大幅下降。但富氧浓度增加，制氧的成本也相应提高，对有关的制氧、供氧设备及相关技术要求也高。

2.4.2 氧气浓度对烟气量的影响

从实测数据可看出，试验前后的废气量基本相同(采用同样的检测方法—差压换算法)，原因是试验过程中总鼓风量保持基本恒定，尽管处理量提高30%左右，但焦率降低15%，两者产生的影响基本抵消。

2.4.3 氧气浓度对Fe3O4的影响

熔炼过程中Fe3O4含量过多时，会引起渣中金属含量升高，造成积铁，影响炉子正常运行，甚至造成死炉，这种情况在铜密闭鼓风炉熔炼特别是富氧熔炼工艺过程中尤为突出。理论分析以及锑鼓风炉熔炼的实际经验，锑富氧熔炼过程中，Fe3O4不会对炉况造成负面影响。原因是：

表4 3.0m2鼓风炉富氧熔炼试验结果

（1）从热力学角度，FeO氧化为Fe3O4的反应要难于FeO的造渣反应。造渣反应的自由焓变更低，平衡常数更大，反应更易进行；鼓入的氧主要是用于焦炭的燃烧，炉料中的Sb2S3、FeS等硫化物的氧化反应尚不能完全反应，这也是为什么有锑锍产出和进料时炉顶冒红烟的原因。

（2）即使有Fe3O4产生，在FeS和SiO2同时作用下，Fe3O4也会激烈而完全地分解，其反应如下：

该反应的自由焓变化可按下式计算：

当温度低于1 205℃时，△G0=60 875-45.75 T

当温度高于1 205℃时，△G0=149 375-105.75 T由此计算出的反应自由焓变化与温度的关系列于表5。

从表5可知，在锑鼓风炉熔炼温度下，Fe3O4基本上能分解完成。

铜密闭鼓风炉的生产实践，投入石英石等造渣熔剂使炉料中SiO2/Fe达到1.15以上时，产生的Fe3O4不会对炉况有大的影响，生产能顺利进行。而锑鼓风炉熔炼时，由于物料中含有大量的SiO2，其SiO2/Fe为1.5～2.0,因此，反应（5）能迅速进行。所以，锑鼓风炉熔炼时，Fe3O4不会对生产造成负面影响，工业实践也证明了这点。

表5 3Fe3O4+FeS+5SiO2系的自由焓变化和平衡常数

2.4.4 氧气浓度对炉渣含锑的影响

锑鼓风炉炉渣含锑主要是机械夹杂的锑锍或粗锑液滴及少量锑氧化物，富氧鼓风后，焦点区温度上升，相同渣型的炉渣经过焦点区时，能获得更高的过热温度，渣的粘度降低，有利于渣中锑的沉降分离。同时，温度提高，可在更大的范围内调整渣型，利于降低渣含锑。

3 工业应用

锡矿山闪星锑业有限责任公司在工业试验的基础上，采用锑鼓风炉富氧挥发熔炼工艺，对南、北锑冶炼厂实施了“合二为一”技术升级改造。在生产能力不变的情况下，用1座4.5m2富氧鼓风炉替代原有两座3.0m2锑鼓风炉。项目于2007年11月正式投料生产，顺利达产达标。

向鼓风炉内鼓入富氧空气，大幅度降低了入炉空气量，减少烟气流量，减少烟气带走的热量，降低焦炭消耗。炉床生产能力由改造前的25 t/（m2·d）提高到35 t/（m2·d），炉日处理量大幅提高，达140 t以上，取得了显著的经济效益和社会效益。

3.1 锑鼓风炉大型化

锑鼓风炉炉床由3.0m2扩大成4.5m2，风口面积扩大，鼓风风量、风压以及抽风风量、风压都进行了优化。为了保证入炉物料在大容量、长炉缸炉内分布均匀以及炉顶的密封性，采用了特殊形式的炉顶进料装置。锑鼓风炉大型化后，优化了技术经济指标，最大炉日处理量达180 t，硫氧混合矿综合回收率达96.50%，节约焦炭30%，综合能耗大幅下降。

3.2 含尘高温烟气余热利用

锑鼓风炉产生大量的含尘高温烟气，烟气温度达950～1 100℃，烟气带走的热量占全部入炉热量的59%以上。由于锑鼓风炉的高温烟气中含有大量的粗氧化锑粉尘，而粗氧化锑是一种十分容易粘结的物质，粘结在换热器内壁，严重影响换热效果。为此，采用特殊材质制作的换热器，其耐高温、抗氧化、换热温度高、粗氧化锑不粘壁，使用温度高达850℃。同时适当提高空气的流速，改善上下环风室的结构，内筒的器壁温度分布均匀，预热的富氧空气温度最高可达600℃，余热得到充分回收。

3.3 主要工艺指标

生产实践中，锑鼓风炉富氧挥发熔炼工艺表现出了良好的经济性和先进的技术性，其主要生产工艺技术指标见表6。

表6 4.5m2锑鼓风炉富氧挥发熔炼工艺技术指标

4 结论

与传统的锑鼓风炉熔炼相比，富氧熔炼可大幅提高生产效率及产能,综合能耗低；其既可直接处理各种品位、各种成分的含锑精矿，又可处理泡渣、铅渣、锑渣等二次锑原料，原料适应性增强，有价金属的回收率高。

锑鼓风炉富氧挥发熔炼新工艺的研发成功及工业化生产的实现，对我国锑工业节能减排,实现可持续发展具有重大的意义。

[1]赵天从.锑冶金[M].北京:冶金工业出版社，1987.

[2]赵瑞荣，石西昌.锑冶金物理化学[M].长沙:中南大学出版社，2006.

Study and app lication on new technology of oxygen-enriched air smelting of antim ony smelting blast furnace

LIAO Guang-rong，LIU Fang-yun，GONG Fu-bao

This paper introduced the industrial experament and application on technology of oxygen-enriched air smelting of antimony smelting blast furnace.Production practice shows that this technology can enhance the adaptability of raw materials and it has advantages on lower energy consumption,excellent indicator,high effi⁃ciency and good environmental benefits.

antimony；blast furnace；oxygen-enriched air smelting

TF818

B

1672-6103（2010）05-0017-04

廖光荣(1966—)，男，湖南新化人，大学本科，工程师，主攻锑冶金生产技术，现为中国五矿集团锡矿山闪星锑业有限责任公司锑冶炼厂厂长。

2010-04-02