CN106077690B - 一种降低水淬渣含锌的合金锌粉生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低水淬渣含锌的合金锌粉生产工艺，具体包括物料配比调整、控制物料加入方式、合理控制炉内温度、炉渣酸碱度调节、延长放渣前停料时间、稳定控制冷凝器的温度；采用本发明生产的合金锌粉有效锌稳定达到90%以上，水淬渣含锌平均低于7%，可完全达到GB/T 6890‑2012所要求的有效锌大于88%，渣含锌低于8%的标准。

Description

一种降低水淬渣含锌的合金锌粉生产工艺

技术领域

本发明涉及有色金属冶炼领域，具体涉及一种降低水淬渣含锌的合金锌粉生产工艺。

背景技术

目前合金锌粉生产是将品位较高的氧化锌或高温锌焙砂、碳质还原剂、熔剂，按冶炼要求的配料比均匀混合，经回转干燥窑烘烤，加入密闭式矿热电炉进行还原熔炼，使物料中的锌还原、挥发，脉石熔化造渣。还原的锌蒸汽随高温烟气进入冷凝器，急速冷却变为细粒锌粉。在电炉熔炼过程中氧化锌被还原、并挥发成锌蒸汽，冷凝后经活动喉口、冷凝器、第一、二惯性收尘器、布袋收尘收集，通过有轨电瓶车运输至筛分区筛分分离，达到合格锌粉。其主要反应方程式如下：

ZnO+C＝Zn+CO↑

ZnO+CO＝Zn↑+CO₂↑

CO2+C＝2CO↑

西北铅锌冶炼厂锌粉车间于2014年4月建成并投产，配置由1台640KW有芯感应电炉生产3000t吹制锌粉，2台3150kvA密闭矿热电炉生产合金锌粉，年产量为9000t(每台年产4500t)。目前矿热电炉生产合金锌粉工艺流程主要包括炉料准备与配料、矿热电炉熔炼和锌粉冷凝、锌粉分级等环节。

目前矿热电炉生产合金锌粉工艺，其生产过程中对原料的成分要求、配比精度、操作准确度等要求较高。西北铅锌冶炼厂锌粉车间生产一年来，由于锌精矿矿源变化，精矿含铁升高，加之生产系统所限，焙烧车间所生产的锌焙砂经较长的输送渠道为中温焙砂，无法满足锌粉车间使用高温焙砂的技术要求。锌粉产量、比重、水淬渣含锌都达不到预期指标，尤其是水淬渣中渣含锌高达25～30％，造成大量金属锌资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低水淬渣含锌的合金锌粉生产工艺，以解决现有技术中水淬渣中渣含锌高造成大量金属锌资源浪费的问题。

为此，本发明采用如下技术方案：一种降低水淬渣含锌的合金锌粉生产工艺，包括如下步骤：

步骤1：配料过程物料温度加热到180-220℃，保持物料中的水分干燥至1％以下，配料过程焦炭过剩系数C调整为不同生产时期分段式配比，正常生产过程物料配比中焦炭过剩系数C为8-10％，停车开炉前物料配比中焦炭过剩系数C提升至15％-18％，放渣前物料配比中焦炭过剩系数C提升至20％-22％；

步骤2：控制螺旋加料机转动频率为15～20Hz，运行间断为停10s进6s；

步骤3：控制炉温温度为1050℃～1080℃，使锌粉完全反应，锌粉有效锌可达到90％以上；

步骤4：根据渣型，控制炉渣酸碱度为0.95～1.1；

步骤5：延长放渣前停料时间，停料3～4小时后放渣，放渣前20min开动冲渣泵，并确保水淬渣池的水放满，检查放渣溜槽内是否保持干燥，确保渣槽要畅通无阻；

步骤6：合理控制冷凝器温度，冷凝器前段温度控制为480～530℃，中段温度为200～250℃，后段温度为80～120℃。

本发明的有益效果为：工艺流程相对短，熔池温度、冷凝器温度容易调节，烟气量小，还原效率高；采用本工艺生产的合金锌粉具有粒度细,活性强，反应速度快，置换能力强的优点，且有效锌稳定达到90％以上，水淬渣含锌平均低于7％，可完全达到GB/T 6890-2012所要求的有效锌大于88％，渣含锌低于8％的标准。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

一种降低水淬渣含锌的合金锌粉生产工艺，包括如下步骤：

步骤1、物料配比调整

配料过程加热物料温度180-220℃，物料中的水分干燥至1％以下，将配料过程焦炭过剩系数C调整为不同生产时期分段式配比，正常生产过程物料配比中焦炭过剩系数为8-10％，停车开炉前物料配比中焦炭过剩系数提升至15％-18％，放渣前物料配比中焦炭过剩系数提升至20％-22％。

合金锌粉生产的物料目前大多数由锌焙砂、焦炭、生石灰、石英按特定的工艺要求混合组成，混合后加入电热回转窑，空气通过风机进入电加热器经加热后进入干燥窑，与混合物料在干燥窑内形成逆流换热，物料升温而蒸发脱水，同时物料在干燥窑内进一步混合均匀。主要反应：H₂O(液)+Q热量＝H₂O(气)，经加热到180℃-220℃，物料中的水分被干燥至水分1％以下，再经刮板运输机送至矿热电炉加料系统。配料中碳的用量是依据焙砂中所需还原的成分计算出来所需理论碳量，为了使还原性气氛更强烈，取焦炭过剩系数为8％-10％，则实际需要配加焦炭量为理论量的1.08-1.10倍。

本发明通过精准配料，将配料过程焦炭过剩系数C调整为不同生产时期分段式配比，具体实施方法通过电子皮带秤增减焦炭加入量来调整。计算如下：

(1)已知条件

锌焙砂的主要化学成分组成(％)

成分

Zn

CaO

MgO

SiO2

FeO

Al2O3

Pb

Cd

Cu

S

含量

m1

m2

m3

m4

m5

m6

m7

m8

m9

m10

焦炭的主要化学组成(％)

(2)还原剂焦炭需要量的计算:y

①还原100kg ZnO需要的焦炭量

ZnO + C ＝ Zn + CO

65.38 12

m1×98％ y1

②被还原的Fe量应为100kg锌焙砂中的Fe总量的30％，即为

FeO + C ＝ Fe + CO

55.84 12

③PbO + C ＝ Pb + CO

207.2 12

m7 y3

④CdO + C ＝ Cd + CO

112.4 12

m8 y4

⑤CuO + C ＝ Cu + CO

63.54 12

m9 y5

根据计算可得：还原100kg锌焙砂中的主要组成所需要的理论碳量为y0：

y0＝y1+y2+y3+y4+y5

焦炭含固定碳量为n，所以还原100kg锌焙砂所需要的理论焦炭量为yL：

取焦炭过剩系数为8％-10％，则实际需要配还原剂焦炭量为：y＝1.08×yL---1.10×yL

(1)正常生产过程物料配比中焦炭过剩系数为8-10％，焦炭加入量为y＝1.08×yL---1.10×yL；

(2)停车开炉前物料配比中焦炭过剩系数提升至15％-18％，焦炭加入量为y＝1.15×yL---1.18×yL；

(3)放渣前物料配比中焦炭过剩系数为提升到20％-22％，焦炭加入量为y＝1.20×yL---1.22×yL；

步骤2：控制物料加入方式

控制螺旋加料机转动频率为15～20Hz，运行间断为停10s进6s，加料时电流会随之波动变化，当电流上升过大或炉压突然升高过快时，应停止加料，并相应的断高压，待其恢复再进行加料确保了物料能稳定匀速的下落炉体，使反应更加彻底均匀。

步骤3：合理控制炉内温度

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，它们相互形成一些低熔点的化合物固溶体和易溶共晶，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，熔融炉渣对流换热方式将热能传给料坡表面的固体炉料，使之融化并过热，发生还原反应形成还原冶炼产物和新的炉渣。温度过高或者过低，都对电炉运行情况不利。

炉温调整在1050℃～1080℃，温度过高，降低电流，减少加料的方式实现，温度较低，通过增大电流，提升加料量来实现。

步骤4：炉渣酸碱度调节

根据合金锌粉生产造渣成分，其炉渣酸碱度为：

R＝(CaO％+MgO％)/SiO₂,若R值＜1，说明造渣成分显酸性，由于矿热电炉的熔池侧壁为铬渣砖砌筑，须使造渣成分显中性或略显碱性，以防止熔池侧壁造成腐蚀。

化验检测炉渣成分，渣偏酸性时，配料过程及时加入适量生石灰；反之渣偏碱性时，加入适量石英砂，控制炉渣酸碱度pH为0.95～1.1，并根据渣型和生产情况变化，及时调整配料比例(根据原料中及石灰、石英中的SiO₂、CaO、MgO成分含量计算配料比例)，使炉渣酸碱度尽量保持在0.95～1.1范围内常见的炉渣酸碱度调节有一下几个方面：

(1)根据炉内渣或水淬渣化验分析，渣型明显偏酸性时(R＝(CaO％+MgO％)/SiO₂＜1)，一方面对各生产原、辅料(锌焙砂、焦炭、生石灰、石英)进行化验，根据化验数据重新计算配料比例，同时分批在每次配料过程中额外加入适量的生石灰(每5吨混合物料不超过100kg，避免由于渣型突然变化而引起泡沫渣等生产事故)，逐渐调整渣型，并密切跟踪渣型变化，直至渣型酸碱度达到0.95～1.1之间。

(2)使用高铁焙砂(Fe含量大于8％)生产时，在15％～18％的焦炭过量系数下，容易造成Fe被大量还原沉于熔渣底层，引起三相生产电流紊乱，难以保持平衡，对安全生产造成了严重隐患，并且生产时，只能维持生产电流在6000A-6500A，无法满足正产生产所需电流(7500～9000A)。恢复生产的措施主要为降低焦炭过量系数至10％左右，减少Fe的被还原量，并增加石英砂配入量，使被还原的Fe能够逐渐熔于熔渣中在放渣时随渣排出炉外，

步骤5：延长放渣前停料时间

含锌物料在炉内被还原蒸发为一个持续进行的还原反应，若停料后立即放渣，会有大量含锌物料未被还原而直接随炉渣排出炉外而无法被回收利用，延长放渣前停料时间会有效提高锌金属的回收率，减少锌资源的浪费。车间根据生产实践，通过金属平衡计算，推算炉内含锌量，并根据炉内含锌量，调整放渣时间为停料3～4小时后放渣，放渣前20min开动冲渣泵，并确保水淬渣池的水放满，检查放渣溜槽内是否保持干燥，确保渣槽要畅通无阻，附近严禁堆放易燃物品。

步骤6：稳定控制冷凝器的温度

冷凝器是用来冷却挥发的锌蒸汽的，冷凝器内设有若干U型水冷管，当挥发的锌蒸汽经过矿热电炉炉喉，扩散到两端的冷凝器迅速冷却，凝固成为锌粉颗粒，沉降在冷凝器下端，同时释放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比重的关键。

生产初期由于冷凝器温度控制不稳定，冷凝器温度控制较高，锌粉冷却程度不够，冷凝器温度控制过低，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。经生产实践，控制冷凝器前段温度应在480～530℃，中段温度应在200～250℃，后段温度应在80～120℃，冷凝器温度控制根据U型水冷管内水流量及阀门开合程度控制。锌粉颗粒均匀度高，比重能达到最大化。

表1 2015年1-12月份水淬渣含锌及对应的碳锌比、酸碱度(平均值)

表2 2015年1-12炉温、冷凝器温度、合金锌粉比重、有效锌(平均值)

由表1、表2可以看出2015年5月使用本工艺后，在稳定了炉渣酸碱度、焦炭的过剩系数、炉温、冷凝器温度控制条件后，水淬渣渣含锌有了明显降低，锌粉总锌、有效锌、比重等都相应有所提高。目前生产的合金锌粉有效锌稳定达到90％以上，水淬渣含锌平均低于7％，能够稳定达到GB/T 6890-2012所要求的有效锌大于88％，渣含锌低于8％的标准。

Claims (1)

1.一种降低水淬渣含锌的合金锌粉生产工艺，其特征在于,包括如下步骤：

步骤1：配料过程物料温度加热到180-220℃，保持物料中的水分干燥至1%以下，配料过程焦炭过剩系数C调整为不同生产时期分段式配比，正常生产过程物料配比中焦炭过剩系数C为8-10%，停车开炉前物料配比中焦炭过剩系数C提升至15%-18%，放渣前物料配比中焦炭过剩系数C提升至20%-22%；

步骤2：控制螺旋加料机转动频率为15～20Hz，运行间断为停10s进6s；

步骤3：控制炉温温度为1050℃～1080℃，使锌粉完全反应，锌粉有效锌可达到90%以上；

步骤4：根据渣型，控制炉渣酸碱度为0.95～1.1；

步骤5：延长放渣前停料时间，停料3～4小时后放渣，放渣前20min开动冲渣泵，并确保水淬渣池的水放满，检查放渣溜槽内是否保持干燥，确保渣槽要畅通无阻；

步骤6：合理控制冷凝器温度，冷凝器前段温度控制为480～530℃，中段温度为200～250℃，后段温度为80～120℃。