第八届全国铅锌冶金生产技术及产品应用学术年会论文集提高锌浸出渣挥发率的基本原理和实践株洲冶炼厂欧阳智武摘要本文从理论和实践两个方面叙述了提高锌授出渡挥发串的途径，并在现有的生产水平上．提出改进设备，进一步提高挥发率的探索．关键词挥发窑挥发串填娜反应气１前言 目前我国湿法炼锌厂，大都采用威尔兹法处理锌浸出渣．挥发窑就是应用威尔滋法处理锌浸出渣，回收Ｚｎ， Ｐｂ， Ｉｎ， Ｇｅ， Ｇａ等有价金属的回转窑，挥发窑由窑体（内砌衬砖）和机械部分组成。窑体根据浸出渣和焦粉在窑内的状况，从窑尾至窑头依次划分为干燥带、预热带、反应带和冷却带。表１株冶挥发窑的尺寸及生产能力 项目窑号钡日有效内径毛ｍ窑长度：ｍ有效长径比１＃ ２Ｍ ３＃ ４０ ５Ａ２６．７４５１６ ２７５２６１１１．７４２．７５ ２．４０４４ ４４２９０ ３．６０５２ ５９石砂２７５翔２６６４『２７５３１３１５４３肠２７５２６１２３０１９１５９５内衬厚度：而有效容积：时生产能力ｔ／ｈ 株洲冶炼厂（下称株冶）自１９６８年锌系统投产以来，一直采用挥发窑处理锌浸出渣．为满足２５０ｋｔ／ａ电锌生产能力，先后建成五台大小不同的挥发窑。其尺寸及生产能力如表１所示。就生产能力而言，株冶挥发窑生产虽然取得很大的进步，基本上实现了满负荷运行，解决了浸出渣 处理难的问题。但是，在生产实践中，挥发窑渣含锌率偏高，挥发率偏低的现象仍时常存在。这既造成锌、锢等有价贵重金属大量流失，又严重影响了挥发窑的经济运行。２提高挥发率的基本理论２．１挥发窑冶炼原理及工艺流程挥发窑处理锌浸出渣工艺是在含锌２００ ／－ｏ２４％的浸出渣中，配入５００／ｏ－６０％的焦粉，在１１００＾ １３０００Ｃ高温下，浸出渣中的锌、铅、锢等有价金属被还原成气态单质金属，进入烟气，在烟气中氧化生成金属氧化物。随烟气离开挥发窑被收集在收尘器内。其主要化学反应方程式如下：料层内： Ｃ＋仇＝Ｃ０２ （１） Ｃ ＋ Ｃ０２ ＝ ２ＣＯ （２）Ｍｅ ，Ｏｙ ＋ ｙＣＯ ＝ ｘＭｅ ＋ ＹＣ０２ （３）料层上空： ２ ｘＭｅ ＋ ｙ０２ ＝ ２Ｍｅ，０ｙ （４） Ｍｅ： Ｚｎ， Ｉｎ， Ｐｂ等有价金属挥发率就是指挥发容产物中所含的Ｍ。与参加反应浸出渣中的ｍｅ的比值。实质上也就是还原率。挥 提高锌浸出渣挥发率的荃本原理和实践—欧阳智武发窑生产工艺流程如图１所示。２．２锌等金属氛化物还原反应机理＿一丝从挥发窑冶炼原理可知，浸出渣中锌等有价 Ｉ１钾红＋遭竿＋金属氧化物主要从ｃｏ作还原剂，这类反应的过Ｉ１混合料仓！程主要包括五个环节：（如图２所示）｝① ｃｏ穿过边界层向外扩散；｝ｏ ｃｏ穿过生成物层（Ｍｅ）的内扩散；Ｉ③在反应物和生成物界面（ Ｍｅ－ＭｅＯ）的结晶匕－化； ④反应气体产物ＣＯ：穿过Ｍｅ层的内扩散；表面冷却器Ｏ ｃｏ：穿过边界层的外扩散。（ 余热锅炉）在一定的还原反应时间内，还原反应速度越 快，还原率就高，挥发率也就越高：在挥发窑的冶炼条件中，还原反应外扩散速度主要是由反应带温度、窑内汽流流速和物料的流动性决定的。布袋收尘器而还原反应内扩散速度和结晶化反应速度则受窑（电收尘）内气氛和填充率的影响。２．３反应带温度反应带温度是决定挥发率高低的关键因素， 夔血卜ｔ＞．去一工从金属的氧化物还原图可知：ＺｎＯ还原成Ｚｎ （真，．一空泵一一排一月」的平衡温度为９２６ Ｃ，当反应带温度大于９５５ Ｃ一！１，‘－机时，浸出渣中Ｉｎ， Ｏ，可以直接还原成Ｉｎ２ｑ气）’而ｌ一一一－￣ｅｓ亨ｆ要提高Ｇｅ的挥发率，操作温度必须高于９１７Ｃ＜ｚｎｏ仓库 烟咖放空总之，反应带温度必须高于还原反应的平衡温图１工艺流程图度，而且反应带温度愈高，还原反应的外扩散度就愈快，挥发率随之增加。同时，反应带温度对窑内气氛也有一定的影响：因为在一个大气压下碳的气化反应在４００－１０００℃范围内十分敏感，温度高于１０００ Ｃ时，就几乎全部生成ＣＯ，还原气氛就强；若温度低于４００１Ｃ，就全部转变成ＣＯｚ，还原气氛就弱。但是，如果系统中反应带温度偏高，还原气氛强，浸出渣中的铁就会被还原成金属铁相，稼、锗都因易被这种产物捕获而大大降低挥发率。株冶曾以本厂锌浸出渣干燥窑所产出干燥后锌浸出渣为原料，用焦炭作还原剂（两者均过５ｍｍ筛网，筛下物用于试验）。并用尺寸为０１００ Ｘ Ｉ ＯＯＯｍｍ，斜度为３０的挥发窑；采用与生产实践中相同的收尘系统，作提高锌浸出渣挥发率的实验。在条件实验中，重点考察反应带温度、鼓风蛋、焦比对挥发率的影响，其中温度对挥发率影响如图３所示．２．４窑内料层上空气流流速和物料的流动性图２叙化还原反应机理图挥发窑内气流和物料流动的方向是相逆的，窑内气流在压缩风驱动下， 预热带、干燥带。至窑尾经负压抽走去收尘系统收尘，而窑内物料流动则是从窑尾开始依次经过干燥带依次经过冷却带、反应带、 ￣预热带￣反应带一冷却带，至窑头外排。挥发窑内气流速度主要由窑头压缩风风压以及窑尾负压来决定．压缩风压力高，窑尾负压大，则窑内汽流速度快，窑内气流速度加快，还原反应的外扩散速度，而且还可以加速料层上空还原产物的氧化和扩散。这不仅可以适当增加料层内随着窑头压缩风压力的增加，带给料层截面的瞬时冲量增加。因此，从而提高挥发率。与此同时，转速就可以变快。物料轴向移动所受阻力增加，窑的窑内物料翻动变得更加剧烈，这样，不仅可以加快还原反应的外扩散速度，而且还可以加快还原反应，内扩散速度和结晶化速度。从提高挥发率中的实验得出：压缩风与挥发率的关系，如提高锌浸出渣挥发率的基本原理和实践—欧阳智武图（４）所示。２．５窑内坟充率和料层内气氛 挥发窑填充率（ｍ＝Ｓ＇ＩＳ曰就是指窑内物料层截面与整个截面面积之比。如图（（５）所示。韵 长期生产实践证明。填充率宜保持在０．０４－７００．０８左右，如果填充率偏高，窑内料层就会偏厚， 芝 甚６０物料之间的热传递就会被削弱，物料之间的气体刹 赚 加内扩散和结晶化速度就会减慢，降低挥发率。但 和是，如果窑内填充率偏低，料层偏薄，由于窑体３０没有保温层散热大，就会造成反应带温度偏低，２０容易黑窑和溜窑，大大降低挥发率。反应带料层１０内气氛主要由物料中焦比高低来控制，因为反应。带温度高（大于９５０－Ｃ），物料中的Ｃ几宇全部转化成ＣＯ，随着物料中焦粉的增加，反应带温度沮」立Ｐ℃圈３反应带温度对挥发率的影晌就会升高，料层还原气氛就会更浓，将远远超过平衡浓度（高达几十倍），因此，还原反应的内扩散速度和结晶化反应速度就会加快，挥发率就高。２．‘反应带的长度具体说来，反应带通常是指窑内温度高于９５０ ＩＣ的窑体部分。反应带的长度因窑况的变化而时长时短，Ｊｅ７０在窑转速一定的倩况下，如果延长反应带，就等于延份绷赚印长物料在窑内的反应时间。在还原反应速度一定的条件下。反应时间愈长，还原率愈高，则挥发率也就愈高。反之，反应带缩短，挥发率下降。３提高挥发率的基本实践０滩０．６ｎ８鼓风月ｂ（Ｎｍ＇ ．ｋ‘，干…丫）３．１严格控制入窑漫出渣水分图４鼓风盆对挥发串的影响 在窑体长度一定的情况下，如果浸出渣中的水份偏高，那么，大量的水份蒸发必定带走大量的热量。因此，就会降低窑内温度，相对延长干澡带和预热带长度，缩短反应带长度，降低挥发率，株冶挥发窑的长期生产实践证明，浸出渣中的水份宜控制在１３％左右，既可避免在输送过程中粘堵和冒灰的现象，又可保持窑体反应带有较佳的长度．３．２配料均匀配料均匀就是指焦比，配料中浸出渣与焦粉之间的比例，要均匀、 适中。一般情况下，随着焦比的增大，反应带温度相对增高，反应带延长，窑内料层还原气氛变浓，挥发率随之增加。但是，当焦比超过一定圈５窑内筑充率示盒图比例后，挥发率提高不再明显，经济上不合算，而且随着焦比的大幅增加，反应带温度上升，窑内还原气氛增强，浸出渣中的铁相就会被还原成单质铁，并捕获比Ｇｅ． Ｇａ等稀有金属，生成大块大块的海绵铁，排渣时，很容易堵塞炉桥，给操作带来极大的困难，同时，也大大降低浸出渣挥发率实验中得出：焦比对挥发率的影响如图６所示，Ｇｅ． Ｇａ． Ｉｎ的挥发率。在提高锌同等工艺条件下比实验结果还要高。而在株冶实际生产中，Ｉｎ， Ｚｎ的挥发率在提高锌浸出法挥发率的基本原理和实践—欧阳智武 从图６中看出，焦比需控制在一定的范围之内，株冶长期生产实践证明焦比宜控制在５００／ｒ６０％左右。９０８０７０３．３进料均匀进料均匀就是要求根据窑体转速的快慢及 时调整进料量的大小，窑体转速快，进料要多；相反，当窑体转速慢时，则进料要少。在挥发窑正常生产中，如果加料过多，窑尾沉降仓就会返出大量的生料，加料偏少，窑尾温度将会 讲嗽 并洲脸６０５０４０３０２０扣急剧上升，为了达到进料均匀．保证窑内填充率，在生产实践中规定：窑尾沉降仓只允许返微量的生料为准，同时窑尾沉降仓温度严格控制在７５０℃以下。３．４窑况毯定 窑况的好坏意味着挥发率是高是低，窑况好，挥发率就高。反之，窑况差，挥发率就低。要保持良好的窑况，必须达到以下几个方面的要求：３．４．１摆好窑头压缩风管窑头压缩风是从架在窑头，插入窑内的风管喷嘴射出来的，在风压一定的情况下，如果摆好窑头压 缩风管的话．从风管喷射出来的压缩风将与窑内料层形成良好的接触面。这样，不仅会有助于料层中的Ｃ充分燃烧并有效地转化成ＣＯ，而且还促进了料层上空中单质挥发物迅速氧化。同时，风管摆得好，压缩风就能剧烈的搅吹窑内物料，增加窑内物料轴向移动阻力，强化窑内料层内的还原反应，加快窑内气流流速，提高烟气中ＺｎＯ的扩散速度，大大提高挥发率．因此，在生产中常有１１风管摆一摆，产量改一改”的说法。在生产实践中，若要保持风管摆动良好，就必须及时戳掉窑头所结的粘帮，保持足够大的窑头口径， 并力求使窑口呈圆状，以便保证风管在窑内有足够的长度，和料层保持理想的斜角。３．４．２物料烧熟度高所谓烧熟度高，就是从窑头观察孔看去，压缩风管喷嘴前下方的物料不仅随窑体转动而剧烈翻动， 而且物料要呈巴掌大的固状物，就如煮熟的糯米饭一样。与此同时，物料表面带有黄蓝色的火苗，料层上空烟气浑浊，含尘浓度高，实践证明，这种窑况下，锌浸出渣的挥发率相当高。３．４．３窑内衬无粘帮除窑头结有少许结圈外，窑内衬不允许再结有结圈。一旦其它部分结有结圈，就将减少窑体有效容 积，增加系统负荷。同时，阻碍窑内物料的正常流动，恶化窑内气氛，降低挥发率，因此，凡是发现窑内衬有结结圈的现象，能用压缩风吹到的地方，就采用加大焦比，调整窑头压缩风管位置化去结圈。３．５严格控制窑尾温度因为窑体反应带没有直接测量的温度计，所以反应带温度一般从窑尾温度间接来估计，估计生产经 验一般情况下班当窑尾温度在５５０＾７５０℃时，反应带温度相应在１１００－－１３０００Ｃ，考虑到窑尾进料溜子，水冷横梁的耐高温能力，以及高温烟气体积膨胀等因素，窑尾烟气温度宜控制在５５０７００℃之间，实践证明，这不仅保证了反应带有较高的温度，保持窑尾负压尾温，有利于提高挥发率．３．６窑尾保持负压在株冶的生产实践中，由于收尘系统压力损失大，各台窑都曾出现不同程度窑尾冒烟，这不仅影响 窑内金属氧化物的扩散速度，降低挥发率，而且随着窑尾冒出的烟气又带走许多挥发出来的有价金属氧化物，因此，保持窑尾负压，既可提高挥发率，又可增加回收率，在株冶挥发窑的生产实践中，通常采用下列方法增加窑尾负压。０４０ ５０ ６０焦比丹石 图６焦比对挥发率的影响提高锌浸出渣挥发率的基本原理和实践—欧阳智武（１）定期清理表面冷却器，锅炉以及人字烟道，确保表面冷却器压损在７５０Ｐａ以下，锅炉入口负压在１００Ｐａ以上。 （２）窑尾温度严格控制在７５０℃以下。（３）布袋收尘开门子时间与布袋出灰时间交错进行。（４）勤检查，及时堵住漏风处。ｅ．在保证烟囱不冒浓烟的前提下，增加排风机风门开度。４总结 目前，株冶浸云洼挥发率生产，尚由于未形成系统的理论，缺乏精确的计量，操作上主要凭经验，同时，部分设备陈旧，自动化程度低，所以仍存在劳动强度大，焦耗高，挥发率低等缺点，为了进一步降低焦耗，提高挥发率，笔者建议作以下几个方面的探索．（１）应用先进的机械装置代替人工快捷打掉窑头多余的高温结圈，因为人工处理结圈，不仅劳动强 度大，效果不佳，而且极不安全，易出事故。 （２）用拉瓦尔型喷嘴代替现在用的渐缩型喷咀，这样不仅可以减轻压缩风对窑内衬的磨损，而且还 可以加强还原气流的紊乱，提高挥发率。 （３）窑内衬应由单一的耐火型内衬改为” 耐火十保温，．型内衬，减少热量损失，提高反应带温度，延长反应带，提高挥发率．同时，还可降低焦耗，减少或取消窑皮淋水。 （４）在反应带增设光学温度计，测量窑皮温度，应用传热学原理，精确计算出窑内反应带温度，根 据反应带温度的高低及串动情况，及时调整焦比。 参考文献１梅志．有色冶金炉北京：冶金工业出版社１９９４傅崇说有色冶金原理．北京：冶金工业出版社１９９４陈军辉锌浸出渣挥发窑技术改进浅析．株冶科技