降低合金锌粉水淬渣含锌的生产实践

焦晓斌

(白银有色集团股份有限公司， 甘肃 白银 730900)

西北铅锌冶炼厂锌粉车间于2014年4月建成并投产，配置有1台640 kW有芯感应电炉，年生产吹制锌粉3 000 t；2台3 150 kVA密闭矿热电炉，生产合金锌粉，年产量9 000 t。合金锌粉生产过程中对原料的成分、配比精度、操作准确性等要求较高，该厂由于锌精矿矿源变化，精矿含铁升高，加之生产系统所限，投产初期，锌粉产量、水淬渣含锌都达不到预期目标，造成大量锌资源浪费。2014年9月工厂开展了降低渣含锌技术攻关，通过优化合金锌粉生产工艺，降低了生产成本，减少了金属锌损失，提高了合金锌粉生产的回收率。

1 工艺概述

矿热电炉生产合金锌粉的工艺流程如图1所示。

图1 矿热电炉生产合金锌粉工艺流程图

矿热电炉生产合金锌粉是依靠电极与炉渣交界面上形成的微电弧与炉渣电阻的双重作用，使电能转化为热能，熔化熔渣。在此条件下，焦炭中的C与炉气及入炉物料发生反应，释放出锌蒸气，并产出炉渣。主要反应如下：

ZnO(固)+C(固)=Zn(气)+CO(气)

(1)

ZnO(固)+CO(气)=Zn(气)+CO2(气)

(2)

CO2(气)+C(固)=2CO(气)

(3)

在高温还原熔炼过程中，二氧化硅和碱金属氧化物(CaO、MgO、FeO等)形成硅酸盐渣，高温熔融的炉渣在流动过程中与浮于渣层的固体料坡相遇，熔融炉渣以对流换热的方式将热能传给料坡表面的固体炉料，使之熔化并过热，发生还原反应形成产物和新的炉渣，当炉内渣量积累一定量时，进行放渣操作。

2014年5～8月西北铅锌冶炼厂锌粉车间水淬渣成分如表1所示。

表1 2014年5～8月水淬渣成分 %

由表1可以看出，2014年生产期间锌粉车间所产水淬渣含Zn 15%～20%，大量锌进入渣中未能得到有效回收。

2 渣含锌高原因分析及改进

投产初期，由于物料成分不稳定，入炉物料配比不精确，炉温及冷凝器温度控制不当等原因，造成锌粉质量差及渣含锌高。针对生产中存在的问题，工厂开展了技术攻关。

2.1 加强精准配料降低物料损失率

锌焙砂、生石灰等物料颗粒很细，混合物料经电热回转窑干燥后含水小于1%，皮带运输机在向炉顶料仓进行输送时，由于皮带运输机密封性较差，细颗粒物料大量飞扬，影响入炉物料的配料准确性，而且造成物料的损失，影响现场作业环境。为保证配料的准确性，利用大修期间，将49 m皮带运输机更换为49 m密封刮板运输机，使混合物料在密闭的系统中输送，有效地降低了物料的飞扬损失，确保入炉物料达到配料比例要求，实现精准配料。

2.2 放渣前提高焦炭加入量

电炉熔炼过程中，氧化锌被还原挥发成锌蒸气，C为ZnO主要还原剂， ZnO还原过程中，炉内的PbO、CdO、CuO以及部分FeO也会被C、CO还原。为了保证较好还原气氛，配入过量的焦炭，使炉内C、CO过剩，提高碳锌比例，以便ZnO更好地还原蒸发，提高锌金属的直收率。生产实践中，将原配料过程C的过剩系数固定在8%～10%(暂定)，调整为不同生产时段采用不同的配比，通过电子皮带秤增减焦炭加入量实现。正常生产过程中，焦炭过剩系数为8%～10%；停车开炉前，焦炭过剩系数提升至15%～18%；放渣前，焦炭过剩系数为20%～22%。

2.3 调整渣型酸碱度

生石灰与石英的脉石造渣是冶炼工艺中重要的部分，炉渣的酸碱度对生产影响极大，合适的渣型有利于合金锌粉生产，降低渣含锌。

渣型偏酸性时，炉渣熔点随酸度的增高而降低，其优点是提高炉渣流动性，含锌物料更容易熔于炉渣中，利于通电起弧，降低电耗，同时可以提高合金锌粉生产的安全性；缺点是含锌物料大量熔于炉渣中，部分沉入炉渣中部、底部，不易被还原蒸发，使渣含锌增高，造成锌资源的浪费，并且由于炉内耐火砖为高铝砖，酸性渣会对炉砖造成极大腐蚀，缩短炉体寿命。

渣型偏碱性时，炉渣熔点随碱度的增高而升高，其优点是炉渣温度升高，更利于ZnO被还原蒸发，减少锌资源的浪费，并且符合炉内耐火砖使用要求，提高炉体寿命；缺点是炉渣变粘稠，含锌物料不容易熔于炉渣中，造成物料在炉渣表面堆积，发生坍塌时系统压力会骤然升高，造成爆冲等事故，并且由于炉渣熔点升高，需要更多的热量熔化炉渣，炉渣中锌金属含量过低，增加合金锌粉生产电耗。

在技术攻关过程中，密切跟踪渣型变化，调整炉渣酸碱度K=(CaO + MgO)/SiO2的范围在 0.95～1.05之间，并根据渣型和生产情况，及时调整配料比例，为降低渣含锌创造条件。

2.4 稳定控制电炉参数

(1)物料的投入方式。为保证入炉物料充分反应，螺旋加料机转动频率由原来的15～20 Hz、停20 s进10 s调整为15～20 Hz、停10 s进6 s，严格规范岗位人员的操作，确保均匀、稳定加料。

(2)炉温控制。在生产初期，控制炉温在1 100～1 250 ℃，锌粉密度和水淬渣含锌都不理想，经生产实践摸索，调整炉温在1 050～1 080 ℃，使锌粉能够完全反应。稳定的炉温是矿热电炉安全稳定运行以及炉内还原环境的保证。电炉运行平稳，炉气量、成分、温度稳定均匀，锌蒸气才能达到较好的冷凝效果。惯性分离器内温度应低于120 ℃，布袋收尘器内温度应低于100 ℃、但不能低于60 ℃，以免炉气中的水汽冷凝成液态而堵塞布袋。

(3)冷凝器温度。冷凝器用来冷却挥发的锌蒸气，冷凝器内设有若干U型水冷管，挥发的锌蒸气经过矿热电炉炉喉，扩散到两端的冷凝器后迅速被冷却，凝结成为锌粉颗粒，沉降在冷凝器下端，锌蒸气释放的热量使冷凝器温度升高，冷凝器的温度控制，是调整锌粉颗粒大小及密度的关键。

生产初期冷凝器温度不稳定，温度较高时，锌粉冷却程度不够，温度过低时，大量锌粉迅速冷却沉降在冷凝器底部，形成结块，造成冷凝器压力增大系统压力不稳定。经摸索实践，冷凝器控制前段温度在480～530 ℃，中段温度在200～250 ℃，后段温度在80～120 ℃，通过U型水冷管内水流量及阀门开合程度进行控制，锌粉颗粒均匀，密度达到最大化。

2.5 调整放渣前停料时间

含锌物料在炉内被还原蒸发是一个持续进行的还原反应过程，若停料后立即放渣，会有大量含锌物料未被还原直接随炉渣排出炉外没有得到回收。延长放渣前停料时间可有效提高锌金属的回收率，减少锌资源的浪费。根据金属平衡，推算炉内锌量，据此调整停料时间，由原先的停料1 h后放渣改为停料2～3 h后放渣，锌被充分还原挥发后再进行放渣。

3 改进效果

3.1 运行情况

2014年9月至12月开展技术攻关，水淬渣含锌逐步下降，达到预期目标，表2、表3为部分生产数据。

表2 水淬渣含锌、炉渣酸碱度、碳锌比及炉温

分析生产数据,炉渣酸碱度、炉温对渣含锌影响不明显，而碳锌比直接影响渣含锌,当碳锌比控制在15～18之间,渣含锌基本能稳定在7%～9%，达到预期目标。

表3 冷凝器温度、合金锌粉密度

生产中控制冷凝器前段温度480～520 ℃，中段温度200～250 ℃，后段温度80～120 ℃，锌粉粒度均匀，密度能达到较好水平，渣含锌也较低。

通过技术攻关，水淬渣含锌逐步下降，最低为6.36%，锌粉密度最高达到2.13 g/cm3,矿热电炉运行状况良好，合金锌粉质量稳步提高。

3.2 攻关过程中遇到的问题及解决方法

攻关开始阶段，为有效降低渣含锌，较大幅度提高了焦炭的过量系数， 10月中旬开始，渣含锌相对于攻关之前有较大幅度降低，但是，由于高铁矿的使用，在渣含锌降低的同时，炉内渣中Fe的含量逐渐升高， 最高达到41.57%，给电炉操作造成了极大的困难，电流不稳，忽高忽低，电流只能维持在6 000 A左右，无法满足正常生产需要。

由于Fe含量逐渐升高，形成高熔点粘渣层，放渣过程中大部分铁不能随渣一起排出，滞留在炉子底部形成炉结，减小了矿热电炉的有效容积。大部分的Fe与二氧化硅发生造渣反应：

2Fe3O4+3SiO2+C=3(2FeO·SiO2)+CO2

(4)

因此改变生产计划，一方面调整配料比例，在满足生产的情况下，降低焦炭系数，焦炭的配料比例由14%降低至11%，另外增加放渣次数，通过放渣把炉内的积铁释放出来，故10～11月份渣含锌有所升高。

在9～12月4个月的攻关过程中，经历了炉渣含铁高、锌焙砂含锌低、电极断落、渣含锌高等问题，通过采取应对措施，问题得到了解决。

自攻关以来，合金锌粉生产所产生的水淬渣含锌平均为7.85%，较攻关前16.31%降低了8.46%，效果十分明显。

4 结束语

在合金锌粉生产过程中，为了有效降低水淬渣含锌，从生产原料和操作控制入手，加强配料过程的准确性，从焦炭量、炉渣酸碱性、炉温、放渣操作等多方面进行调节，稳定了矿热电炉炉况，水淬渣含锌明显降低。

[1] 郭天立.锌粉及合金锌粉生产[M].长沙：中南大学出版社，2011.