富氧技术在威尔兹窑的研究及应用

刘志民，王 林

（云南云铜锌业股份有限公司，云南 昆明 650000）

据不完全统计，国内湿法锌冶炼标准法工艺的锌产量约150万t/a，约占全国锌产量25%。标准法通常为两段硫酸浸出--火法处理浸出渣工艺。典型的火法设备有威尔兹窑和烟化炉两种，其中威尔兹窑工艺发展历史较为悠久，在国内诸多的锌冶炼企业广泛应用。威尔兹窑处理锌浸出渣工艺，通常使用价格较高的焦丁，并且由于烟气量大、筒体散热大、不完全燃烧残碳较多等问题，导致该工艺能耗较大、生产成本较高。

1 富氧燃烧理论基础

燃烧是由于燃料中可燃分子与氧分子之间发生高能碰撞而引起的,所以氧的供给情况决定了燃烧过程完成得是否充分。用比通常空气(含氧21%) 含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧，简称OEC。

2 威尔兹窑的工艺原理

常规锌浸出渣的主要成分是ZnO·Fe2O3,锌的主要存在形态为：ZnO·Fe2O3、ZnO·SiO2、ZnSO4、ZnO、ZnS。挥发窑处理锌浸出渣一般是用用焦粉（或煤粉）作为燃料兼还原剂，锌的化合物在窑内下部分解生成ZnO，ZnO被C或者CO还原生成蒸气，Zn蒸气在要上空有被O2氧化，最终ZnO进入烟气系统，冷却后利用收尘器捕集回收，得到ZnO粉烟尘。其主要反应如下：

锌浸出渣中的锌主要以铁酸锌、硫酸锌、硫化锌、氧化锌及硅酸锌等形式存在，而铁酸锌中的锌约占浸出渣含锌总量的50%～60%，其反应如下：

3 试验

3.1 试验

44m威尔兹窑富氧试验第一阶段实验试验时间为412.8小时。实验期间共处理浸出渣干重3022.11吨，消耗焦丁干重1073.51吨，消耗氧气（气态）117948m3。结合44m窑实际生产情况，逐步提高混氧后富氧浓度，将富氧空气浓度由23%逐步提高至25%左右。44m威尔兹第二阶段富氧试验时间为888小时，试验期间共处理浸出渣干重6845.07吨，消耗焦丁干重2508.8吨，消耗液氧237m³，折合气态氧气213.51m³/h。富氧浓度按照25%。

3.2 结果与讨论

（1）工艺控制参数。在工艺控制条件上，富氧二阶段试验风压、减压前后压力、窑头供氧压力、氧气及窑身转速变化不大。窑尾温度相比富氧前提高106℃，相比富氧一阶段提高57℃，布袋入口温度相比富氧前提高26℃，相比富氧一阶段提高8℃，布袋出口温度相比富氧前提高11℃，相比富氧一阶段有所降低。

（2）工艺技术指标。第二阶段富氧试验期间，窑渣含锌1.02%、铟153.96g/t，相比较富氧前及一阶段富氧试验，二者均有明显降低。随着处理量的增大，氧化锌粉含Fe有所升高，第二阶段富氧试验期间，表冷粉含铁4.96%相比较富氧前增大3.81%，比富氧一阶段增大3.07%，布袋粉含铁1.05%，相比富氧前增大0.68%，比富氧一阶段增大0.6%，初步判断为因富氧后随着处理量的提高，烟气量增加，导致烟气流速提高所致。

表1 工艺控制条件情况

（3）主要技术经济指标。从表2中可看出，富氧浓度由20.5%，提高至25%后，焦比指标明显下降5%～8%；锌、铟回收率在第二阶段摸索出操作经验后，趋于稳定，较富氧前有所提高。

表2 富氧前后工艺技术指标

（4）分析结果。富氧改造前测试结果：根据热平衡计算结果，分析威尔兹回转窑生产过程的能量平衡，可知在能量投入方面，焦丁中所含碳的燃烧热占主要部分（97.42%），浸出渣中可燃硫的燃烧热只占较少部分（0.64%）；在能量损失方面，重点损失的地方为烟气带走的热量（37.78%）、渣中残炭导致机械不完全燃烧热损失（30.35%）、回转窑表面散热（15.02%，包括冷却水热损失3.76%）。其中，残炭量占总投入干焦丁量的19.41%，相当于每处理1吨浸出渣约损失干焦丁79.94kg。

富氧改造后结果：根据热平衡计算结果，分析威尔兹回转窑生产过程的能量平衡，可知在能量投入方面，焦丁中所含碳的燃烧热占主要部分（97.42%），浸出渣中可燃硫的燃烧热只占较少部分（0.59%）；在能量损失方面，重点损失的地方为烟气带走的热量（40.06%）、渣中残炭导致机械不完全燃烧热损失（20.73%）、回转窑表面散热（11.75%，包括冷却水热损失3.76%）。其中，残炭量占总投入干焦丁量的14.73%，相当于每处理1吨浸出渣约损失干焦丁35.71kg。

4 结论

锌浸出渣挥发窑采用富氧后，富氧浓度由21%提高至25%，浸出渣处理能力提高20%～40%，且确保主要有价金属锌、铟回收率；固体燃料率（焦率）可降低5%～6%；热利用效率大幅度提升，生产成本明显下降。

[1]沈光林.膜法富氧技术用于节能研究[J].节能,1996,(9):29 -30.

[2]陈永星,范正赟,刘征建,张建良.《高炉富氧鼓风技术的理论分析*》( 北京科技大学冶金与生态工程学院).