喀拉通克铜镍矿富氧侧吹炉烟气中单体硫析出的治理

刘清漓

（新疆新鑫矿业股份有限公司喀拉通克矿业有限责任公司 富蕴 836107）

喀拉通克铜镍矿富氧侧吹炉烟气中单体硫析出的治理

刘清漓

（新疆新鑫矿业股份有限公司喀拉通克矿业有限责任公司 富蕴 836107）

对本矿富氧侧吹炉烟气中单体硫析出的原因进行了分析，指出其危害，并介绍了处理措施及取得的效果。

侧吹炉 高价硫化物离解 单体硫 二次风 残氧

0 前言

喀拉通克铜镍矿富氧侧吹炉，建成后于2011年3月15日投料，熔池熔炼处理铜镍硫化矿。含O255%～60%的富氧空气，由熔体面下500 mm处的一次风口鼓入炉内熔池，空气由三层水套处的二次风口鼓入炉膛。特富矿、铜镍混合精矿、石英石、焦粒，分别单独计量后依次落入输送皮带，在皮带上混合并从侧吹炉顶加料管加入炉内，落入熔池渣层。

熔池渣层被100～110 kPa的富氧空气激烈搅动、喷溅，在一次风口以上渣层中形成气－液－固三相间的传热与传质。渣层中炉料快速干燥、离解、熔化、氧化，完成造渣、造锍过程。镍冰铜由虹吸池处虹吸放出，熔渣由虹吸池处渣口溢流，镍冰铜、熔渣在流槽中汇合，共同注入贫化电炉澄清分离。熔炼产生的烟气，经余热锅炉冷却、电收尘收尘后，与转炉烟气在混气塔中混合，进入制酸系统制酸，制酸后的尾气由100 m烟囱排空。

制酸系统运行2个月后，其净化工序的一、二级动力波、填料塔、板式换热器等部件，均出现单体硫析出、堵塞问题，制酸系统被迫停车处理。

制酸系统停车后，烟气经事故烟道直接排空，污染了环境，没有起到新工艺环保的作用。冶炼车间意识到此问题的重要性，为解决单体硫析出，组成了专题小组展开攻关，终于使之得以解决。

1 单体硫产生的原因

喀矿侧吹炉熔池熔炼，处理的是铜镍硫化矿。铜镍硫化矿物相中的高价硫化物主要有3种：镍黄铁矿（NiFeS2）、黄铜矿（CuFeS2）、黄铁矿（FeS2）。这些高价的硫化物相，高温下不稳定，在熔池中受热后离解成稳定的低价硫化物，并放出气态硫（即单体硫）。在火法冶金的作业温度范围内（1 000～15 000 K），气态硫主要是双原子的S2[1]。

可见，高价硫化物热离解是单体硫产生的根本原因，并且不可阻止。

在中性或还原性气氛中加热时，黄铜矿的热离解在550℃以上开始，800～1 000℃离解完全；黄铁矿的热离解在500～600℃开始，1 000℃左右离解完全[2]。

2 单体硫的氧化

铜镍矿富氧侧吹炉，炉膛温度控制在900～1 200℃，熔池温度控制在1 250～1 340℃，炉料从离开加料管进入炉膛空间开始，历时约2 s落入熔池渣层，在炉膛空间及渣层中都会进行高价硫化物的热离解反应而生成单体硫。只是，加料管与熔池面距离短，炉料在炉膛空间经过的时间短，炉膛空间中热离解产生的单体硫少；而炉料在熔池渣层中停留时间长并完全离解，因此，单体硫主要产生在熔池渣层中。

熔池渣层中鼓入的O2主要参与以下反应（1500K）：

比较上述反应可以看出，气态硫氧化与碳不完全燃烧的反应趋势相差不大，但是碳完全燃烧及FeS氧化的反应趋势明显大于气态硫氧化与碳不完全燃烧的反应趋势，即碳燃烧与FeS氧化优先进行，其次才是单体硫的氧化。

因生成的单体硫为气态，很快逸出熔池进入烟气，因此，可以认为在熔池中，单体硫的氧化量应有限，单体硫的氧化应主要在烟气中进行。

3 单体硫析出的原因

单体硫的沸点为444.5℃。烟气从逸出熔池进入余热锅炉起至制酸工序，温度呈现梯次下降。当烟气温度低于单体硫沸点时，单体硫即会析出。

3.1 单体硫氧化的条件及主要区域

单体硫在炉膛空间与熔池中离解生成后，很快进入高温烟气中氧化，为气－气反应，只要烟气中残氧量够、烟气温度够，该反应进行很快。

因此，决定单体硫氧化程度的因素是烟气残氧量、温度。满足这个条件的最佳区域为炉膛空间至余热锅炉段。

3.2 物料规格的影响

经过分析，试生产初期，因缺少熔池熔炼经验，熔池温度、炉膛温度控制都偏低，另外，物料粒度过大、水分过高，导致物料在料库秤量时量波动大。料量波动大，则单体硫析出量也大幅波动，而氧量不变，就会造成相应时间段内，单体硫量偏大，使烟气中氧量相对偏低，从而破坏了单体硫的氧化。

3.3 二次风的影响

生产初期，系统处于磨合期，各种不可预见的突发性事故多，导致侧吹炉经常停风。3～8月，侧吹炉每月停风时间在80～110 h，侧吹炉运转率不到90%。停风后再开风时，水冷凉区域结瘤、炉顶水套区域及铜水套壁区域挂的渣，成块、成片掉落，严重时，造成隔墙水套处涵道的堵塞，给侧吹炉安全运行带来危险。

前期生产重点，是保障侧吹炉安全、连续运行，为此，工艺上减小二次风量以减轻上述区域的结瘤。这种做法，客观上造成烟气残氧量低，削弱了单体硫的氧化程度。

3.4 燃料的影响

对于燃料，是粒状好还是粉状好，有不同意见。前期生产，焦粒中按1∶1配入焦粉，而焦粉轻，落不进熔池，在空中燃烧。使烟气中C含量增加，C夺氧，进一步弱化单体硫的氧化。生产实践表明：燃料中配入焦粉，要保持同样的温度，焦率需提高2～3个点。另外，烟气中CO量增大。

3.5 余热锅炉的影响

余热锅炉压力不足，蒸发量过大，烟气在余热锅炉辐射段降温过大，也减弱了单体硫的氧化。

上述原因，使单体硫的氧化不充分，导致单体硫在制酸净化工序急剧降温时析出。

4 对策及措施

⑴加强物料粒度的管理：粒度严格控制在5～20 mm。

⑵加强物料水分的控制，特别是混合精矿，使水分＜10%，其余物料，尽量保持较低的水份；物料库减少洒水降尘。

⑶加强计量的标定，稳定流量；生产系统只要出现计量偏差，计量仪控人员马上对计量设备进行检查。

⑷提高熔池温度与炉膛温度：熔池温度控制在1 300～1 340℃，炉膛温度控制在900～1 200℃。

⑸提高二次风的配入：二次风按工艺配料计算量配入并略有过量。

⑹用好烟气在线检测设施，时时动态观测烟气中CO与残氧量，为生产控制提供依据。

⑺取消燃料中焦粉的拌入，侧吹炉燃料，完全由粒状焦炭组成。

⑻提高一次风氧浓度。

⑼调整分料器，使布料更合理。

⑽事故停风，开风时，烟气走事故烟道，稳定后制酸再拉烟气。

5 效果

上述措施在生产中执行后，取得了较好的效果：

⑴烟气残氧量稳定在3%～8%，CO量控制在0.01%～0.03%。

⑵硫酸系统单体硫析出得到控制，硫酸系统运转率及成品酸品质得到提高。

⑶炉温波动减小，燃料率在满足热平衡的基础上有所下降。

6 结语

铜镍矿冶炼烟气制酸系统单体硫析出，主要原因是在单体硫氧化的主要区域——炉膛空间至余热锅炉段，氧化程度不够。我车间通过加强二次风配入、取消焦粉、提高炉温、氧浓等措施，强化了单体硫的氧化，从而基本解决了制酸系统单体硫析出的问题。

[1]傅崇说.有色冶金原理.北京：冶金工业出版社，1984.

[2]杜子瑞.粗铜冶炼.1986.

收稿：2014-01-15