复合喷吹氧化熔炼- 熔融还原炼锑新工艺

陈学刚

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

1 锑冶炼行业现状

锑冶炼现有工艺落后，含锑矿物主要有脆硫铅锑矿和锑精矿。处理单一的锑精矿采用的主要工艺为鼓风炉挥发熔炼工艺；而脆硫铅锑矿主要冶炼工艺为沸腾焙烧-烧结-鼓风炉还原熔炼工艺，主要应用在广西河池等地。

随着对环保的日益严格要求、以及职工劳动条件的改善需求，原有传统工艺逐渐暴露出了的一些不足之处，主要问题有：工人劳动强度大、工作条件差；铅锑分离困难；铅锑在冶金过程中反复循环，辅料消耗大、成本高、回收率低；低浓度二氧化硫和氧化砷烟气直接排放污染环境，治理难度大。为解决上述诸多问题，有关单位、部门做了大量研究工作，特别是随着近年来氧气底吹、富氧侧吹等先进熔池熔炼工艺在铅冶炼上的成功应用，已有不少锑冶炼企业尝试直接采用铅冶炼行业的熔池熔炼工艺用于脆硫铅锑矿和锑精矿的冶炼。而对于锑精矿冶炼，相关的锑冶炼企业进行了富氧侧吹炉处理锑精矿和底吹炉处理锑精矿的半工业试验研究，均未取得理想结果，目前未见成功的工业化报道。对于锑精矿冶炼企业来说，目前还没有能直接应用于生产的锑冶炼新工艺。

随着氧气底吹熔炼(SKS)和侧吹浸没燃烧熔池熔炼(SSC)技术在工程上的成熟应用，中国恩菲工程技术有限公司(以下简称“恩菲”)与广西生富锑业科技股份有限公司共同承担脆硫铅锑矿新工艺的研发工作，在广西河池大任产业园生富公司厂区建设一套应用氧气底吹- 侧吹还原的1.5万t/a锑冶炼生产示范厂，开发“氧气底吹熔炼- 液态铅锑渣搭配含铅锑烟尘侧吹还原熔池熔炼”脆硫铅锑矿冶炼新工艺。

2 复合喷吹氧化熔炼- 熔融还原直接炼锑工艺

结合多年来在火法冶炼领域的技术积累和工程实践，恩菲提出单一锑精矿的“复合喷吹氧化熔炼- 熔融还原”直接炼锑新工艺。该工艺主要为炼前物料处理、氧化熔炼、液态高锑渣熔融还原，工艺流程详见图1。

图1 复合喷吹氧化熔炼- 熔融还原工艺流程

2.1 炼前处理

锑精矿(含物理水10%～20%左右)送入保护性气体干燥窑进行初步脱水，将物理含水降为8%～10%，改善其物料的输送性能。将干燥后锑精矿送入保护性气体的蒸汽干燥机中进行深度干燥，含物理水0.5%以下，干燥后的锑精矿送球磨，粒度-100目[注]100目=140 μm以下。蒸汽干燥机热源蒸汽取自锑精矿氧化熔炼炉余热锅炉蒸汽发电后的低压蒸汽，同时蒸汽干燥所产生的尾气是空气和水蒸汽，有利于环境保护，避免环境污染，而且尾气量小，温度低，采用布袋收尘器处理即可。

2.2 锑精矿氧化熔炼

经过深度干燥的锑精矿通过惰性气体输送，送入熔炼车间锑精矿接收仓。通过串罐式喷吹装置喷出，经分配器平均分配后给若干只复合锑精矿喷枪。富氧空气、锑精矿经炉体两侧浸没喷枪鼓入熔池中，锑精矿颗粒和空气泡在熔渣中呈高度弥散状。由于鼓入熔池的气体给高温熔体输入强大的搅拌功率，使熔池强烈搅动，强化了气- 液- 固之间的传质传热过程，加速了锑精矿的氧化脱硫反应。熔剂通过炉顶的冷料口直接加入到熔炼炉内。

控制炉内空气过剩系数α=0.95～1.05，锑精矿中FeS2首先被氧化成FeO与SiO2反应造渣，由于炉内具有较大的蒸汽压，为避免精矿中的Sb2S3大量挥发到气相中，锑精矿直接喷入炉内渣层的下部，采用厚渣层操作，渣层厚度考虑1.5～2.0 m。这样锑精矿中的Sb2S3喷入渣层后，与喷枪喷入的氧能有充足反应的时间进行氧化熔炼反应。主要氧化反应见式(1)。

(1)

氧化锑与脉石和熔剂造渣形成炉渣，该渣为高锑渣。高锑渣达到一定深度后，通过热渣溜槽进入液态锑渣熔融还原炉。氧化熔炼产生的少量锑锍定期排放。

氧化熔炼炉产生的高温烟气在炉体上部及上升烟道漏风，将烟气中少量的CO、Sb2S3二次燃烧后，高温烟气经余热锅炉回收余热，所产蒸汽送余热发电后将生成的低压蒸汽送干燥系统。经余热锅炉冷却后的烟气通过电收尘器处理后，烟气送制酸，烟尘返还原炉。

2.3 液态高锑渣还原熔炼

来自复合氧化熔炼炉的高锑渣通过还原炉热渣进口进入还原炉，浸没于熔池的侧吹喷枪喷入天然气、富氧空气和锑氧烟尘，锑氧烟尘也可由单独喷枪喷入。还原炉内发生锑氧的还原熔炼反应，含锑低于0.5%以下的还原渣放出水碎，而液态金属锑通过虹吸出锑口排出，浇铸成锭后外卖，而液态金属锑通过热锑溜槽直接流入锑白炉进行吹炼。

3 工艺的关键创新点

3.1 锑矿粉喷枪

因为锑矿粉要直接喷吹入熔融渣层，而竖式侧吹熔炼炉无法转炉，要实现连续化工业生产，保证较高作业率，需要侧吹喷枪整体故障率低才能满足生产要求。

为了满足生产需要，结合已有粉体气力喷吹喷枪、以及底吹和侧吹喷枪，研制出一种可直接抽出检修和更换的喷枪，这样就可以在锑矿粉管堵塞或磨损时，在不放渣的情况下，实现热态更换枪芯，保障复合喷吹氧化炉的作业率。

3.2 冶炼过程的优化

根据硫化锑的氧化机理，为了使得大部分的硫化锑在渣中被氧化，直接将锑矿粉和高富氧气体喷入熔池内部，锑精矿粉与氧迅速发生氧化反应，控制一定氧势使大部分的硫化锑被氧化造渣形成高锑渣，液态熔融高锑渣从渣口排放进入还原炉进行贫化处理。而常规方法则从炉顶直接加入锑矿粉，会造成大量硫化锑挥发。

采用厚渣层、底喷入操作后，锑精矿已基本不可能大量挥发了。此时，氧料比基本变为可控，氧气需要量计算可以根据硫化锑全变为三氧化二锑来计算，得到氧气喷吹量的范围后，就可方便的根据实际生产情况进行灵活调节。

4 新工艺的主要优点

采用“复合喷吹氧化熔炼-熔融还原”新工艺进行锑冶炼，具有以下优点：①炉体密封性好、加料口无外溢烟气，操作环境好；②冶炼装置紧密衔接，系统中倒运、循环的锑粉量小；③综合回收率高，渣含锑低于0.5%，锑回收率高；④生产成本低，床能率高(可采用廉价的粉煤作为燃料和还原剂，矿粉喷吹强化熔池熔炼)；⑤采用富氧熔炼，烟气二氧化硫浓度高，可直接制取硫酸，硫回收率可达97%以上，有效解决传统鼓风炉炼锑低浓度二氧化硫对环境污染的问题；⑥工艺与装置成熟度、可靠度高(熔炼炉和还原炉均为当前已经成功工业生产的炉型，核心装置矿粉喷枪已经进行工业试验，工艺风险小)。

5 结语

当前，锑冶炼行业正面临技术的变革和提升的关键时期，亟需可行的、先进的新技术进行升级改造。而“复合喷吹氧化熔炼-熔融还原”直接炼锑新工艺的提出，为我国锑冶炼工艺的升级改造提供了一个崭新的思路和可行工艺，进一步推进了锑冶炼技术的进步与发展。