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鉬鐵冶煉新技術新設備探析

時間:2020-01-22 來源:中國鉬業 作者:唐軍利,烏紅緒,崔玉青 本文字數:4826字
冶金技術論文第三篇:鉬鐵冶煉新技術新設備探析
 
  摘要:本文從原料配方、配料方式、冶煉裝置、尾氣回收等方面介紹了鉬鐵綠色冶煉技術的最新進展,對推動我國鉬鐵冶煉技術升級與應用具有示范和引領作用。
 
  關鍵詞:鉬鐵;焙燒鉬精礦;無氟無硝;智能配料;自動化冶煉;粉塵回收;
 
  LATEST PROCESS IN GREEN SMELTING TECHNOLOGY OF FERROMOLYBDENUM
 
  TANG Jun-liWU Hong-xuCUI Yu-qingXI ShaCAO Wei-cheng
 
  Jinduicheng Molybdenum Co.,Ltd.
 
  Abstract:In this paper,the latest progress in green smelting technology of ferromolybdenum is introduced from the aspects of raw material formulation,batching method,smelting equipment and tail gas recovery. It has a demonstration and leading role in promoting the upgrading and application of ferromolybdenum smelting technology in China.
 
  0 引言
 
  綠水青山就是金山銀山,為進一步加強對環境的保護,全國人大常委會第二十五次會議通過的《中華人民共和國環境保護稅法》,自2018年1月1日起施行[1],把資源消耗、環境損害、生態效益等體現生態文明建設狀況的指標納入經濟社會評價體系,建立體現生態文明要求的目標體系、考核辦法、獎懲機制。強化污染減排目標責任考核。對排放污染造成嚴重后果的,依法追究刑事責任,讓違法者付出沉痛代價[2]。
 
  企業要持續發展,必須遵守國家環保政策,防治污染。在當前生態環境新政下,企業要對社會、人類負責,引進先進技術,實行綠色生產,引進低能耗、低污染的工藝設備代替高能耗、高污染的工藝設備,解決生產過程中的“三廢”污染問題,要走低污染、無污染的道路,保護人民生命健康、保護生態環境。
 
  鉬鐵作為鉬工業第一大鉬爐料產品,主要用于鋼鐵工業,它的生產量占鉬工業經濟70%~80%以上,具有舉足輕重的作用。鉬鐵冶煉一直沿襲上世紀七八十年代工藝設備,許多中小企業還是粗放式生產,存在著工藝落后造成產能低、自動化程度低下、勞動強度大、污染嚴重等問題,本文將從原料配方、配料方式、冶煉裝置、尾氣回收等方面介紹鉬鐵綠色冶煉的新技術、新方法和新設備,對推動我國鉬鐵冶煉最新技術升級與應用具有示范和引領作用。
 
  1 鉬鐵冶煉原理
 
  傳統的鉬鐵冶煉是以Si-Al熱還原法為主要生產工藝,也稱爐外法冶煉工藝。根據氧化還原反應原理,采用還原劑Si Fe、Al粉把焙燒鉬精礦(MoO3、MoO2)還原成Mo、Fe金屬。還原過程中釋放出大量反應熱,利用這部分熱量熔化爐渣,并使之與鐵錠分離,生產出鉬鐵。發生的主反應有:
 
  副反應有鐵氧化物的還原、造渣等:
 
  2 污染物來源
 
  鉬鐵要發生還原反應,必須保證足夠的熱值,當熱量低時,反應速度緩慢,反應時間長,出現熔煉“冷過程”,反應不徹底,渣鐵不易分離,回收率低。鋁、硅是主要化學反應熱量的提供者,由于在配料過程中,一些配入的焙燒鉬精礦原料中鉬品位低,雜質大,加之開始需要激發反應熱動能,因而為了增加并補充熱量,生產中經常加入強氧化劑硝石(NaNO3)[3],發生如下反應放出熱量:
 
  反應除NO外,還會放出NO2、NOx等大量刺鼻氮氧化物廢氣,對環境污染嚴重,是主要污染物之一。
 
  生產中為了降低渣粘度,還加入螢石(CaF2)以利于造渣,發生如下反應:
 
  反應會放出刺鼻氟化物白色煙霧,對環境污染嚴重,是生產主要污染物之一。此外,在冶煉過程中,焙燒鉬精礦中氧化鉬遇高溫升華,產生大量粉塵,也是污染物之一。渣、鐵冷卻分離后,大量的玻璃爐渣成為主要的固體廢棄物,堆存占用作業場地并無法再次進行利用。
 
  從以上可以看出,鉬鐵冶煉中主要的污染物有:廢氣(氮氧化物、氟化物、粉塵等)、廢渣(玻璃渣等),需及時處理,防止污染環境。在綠色經濟、綠色工業背景下,開展鉬鐵綠色冶煉新技術、新方法、新設備的研究與推廣迫在眉睫。
 
  3 鉬鐵冶煉新技術新設備
 
  3.1 原料配方
 
  傳統鉬鐵原料有:焙燒鉬精礦、硅鐵、鋁粉、硝石、螢石以及鋼屑、鐵磷。由表1分析可知,硝石、螢石產生氮氧化物、氟化物廢氣,因此新工藝擯棄硝石,采用生石灰(CaO)取代螢石,徹底避免氟污染,且生石灰價格低廉,易于采購,可降低原材料成本[4,5]。新舊配方所用原輔料對比見表1。
 
  表1 鉬鐵原料配方所用原輔料對比    
 
  新配方分析:隨著多膛爐技術發展,生產出的焙燒鉬精礦品位較高(Mo52%~55%),MoO3含量高,配料得到的熱效應較高,不像過去反射爐、回轉爐生產的焙燒鉬精礦品位低,MoO3含量低,配料得到的熱效應低,因此減少甚至不再需要硝石補充熱量;生石灰為堿性氧化物,不僅可以調節爐渣酸堿度(爐渣Al2O3·Si O2主要為酸性),而且降低爐渣粘度,使爐渣變稀,有利于渣鐵分離,提高了鉬鐵質量和鉬鐵回收率,此外還可以起到部分脫硫作用。經過多次試驗,得到了合格鉬鐵錠,在某大型工廠得到應用,無氮氧化物、氟化物廢氣排放,生產環境干凈整潔(見圖1)。
 
  圖1 鉬鐵生產現場   
 
  3.2 智能配料系統
 
  鉬鐵生產點火前,必須對表1所述的原料進行配料和混料,一旦點火發生,外部無法添加物料。因此要求配料準確且混料均勻,如果配料不準確或混料不均勻都會影響冶煉過程中氧化還原反應和熱平衡,導致爐況穩定性差,降低鉬的回收率。
 
  傳統鉬鐵原料配料工序依靠技術員經驗配料,將物料經磅秤稱量后放入混料機內混合,然后將混勻物料放入料斗吊運至爐筒,放料進行冶煉。配料過程中存在人工稱量不精確,計算繁瑣、勞動強度大,混料不勻等問題。
 
  智能配料系統是一種基于數據庫的高效配料系統,能夠精確計算冶煉不同規格鉬鐵所用的各種原料數量,使配方設計更加全面、更加優化、更加科學,杜絕人為失誤?蓪崿F精確配料和均勻混料,自動化程度高、操作簡單、運行可靠、收塵效果良好。
 
  智能配料系統[6]包括:加料單元(又分為兩個單元,包括加料斗、螺旋輸送機、斗式提升機、輸運機)、原料倉(生石灰倉、鐵磷倉、鋼屑倉、鋁粉倉、硅鐵倉、焙燒鉬精礦倉)、帶式輸送機、計量倉、V型混料機、冶煉爐、控制系統等。示意圖見圖2。
 
  圖2 智能配料系統示意圖   
 
  主輔料采取地面上料的方式,通過叉車分別將鋼屑、石灰和鐵鱗加入到布置有第一收塵罩的第一加料斗內,經過第一螺旋輸運機送至第一斗式提升機中,再經第一斗式提升機提升至廠房上部,在運輸過程中確保每次只運輸一種物料,同時通過叉車分別將焙燒鉬精礦、硅鐵粉和鋁粉加入到布置有第二收塵罩的第二加料斗內,經過第二螺旋輸送機送至第二斗式提升機中,再經第二斗式提升機提升至廠房上部,同樣確保在運輸過程中每次只運輸一種物料。其中,第一收塵罩和第二收塵罩與袋式除塵器相連。接著通過第一輸送機將石灰、鐵鱗和鋼屑加入到各自的原料倉內,通過第二輸送機將鋁粉、硅鐵粉和鉬精礦加入到各自的原料倉中。
 
  各原料倉底部設有稱重模塊,控制系統的主控室內動態顯示各種原輔料儲量。原料倉下部設置自動調節的高精度失重秤,根據設定的生產配方自動調整每爐鉬鐵各組分的加入量,失重秤自動將各組分送至封閉的膠帶輸送機,通過封閉的膠帶輸送機送入裝有稱重模塊的緩沖計量倉,緩沖計量倉底部安裝氣動閥門,當配料量符合入爐要求后,氣動閥門自動開啟,爐料卸入V型混料機內,按照設定時間在V型混料機內充分混合后自動卸料,通過封閉的膠帶輸送機加入到冶煉爐筒內,冶煉爐筒上部配有可伸縮的密封罩,防止加料過程中粉塵外溢。
 
  配料混料采用系統聯鎖主控室操作,生產工藝參數可在線調整,全過程實現自動控制、連續配料,已在某大型工廠得到應用。
 
  3.3 自動化冶煉系統
 
  鉬鐵冶煉裝置主要由爐筒、煙罩組成,物料在爐筒內發生劇烈反應,放出的煙霧由煙罩收集排出。一般采用固定式沙窩或移動式平車冶煉爐冶煉。固定式沙窩冶煉是先在地面做好沙窩,然后在沙窩上放置爐筒,用吊車將混合好的原料放置爐筒內點火冶煉,冶煉完起鐵后重新做沙窩,進行下一爐冶煉,冶煉一爐大約需要8~10 h,一個沙窩一天最多冶煉兩爐鉬鐵,生產效率低。移動式平車冶煉爐冶煉是人工推動平車冶煉爐,做一批沙窩,點火冶煉,等一批冶煉全部做完后,返回統一做下一批沙窩,進行下一次冶煉,效率低,設備笨重,消耗人力。
 
  國外先進的冶煉設備,爐筒或煙罩為移動式,可實現連續生產,降低勞動強度。國內某大型工廠消化吸收改進的冶煉設備為環形軌道系統[7],鉬鐵冶煉在室內廠房操作,擯棄過去粗放式直接與大氣接觸,廠房室內分為若干功能區,地下設有環形軌道槽,槽內有二條環形軌道,外側邊緣依次布置沙窩區、加料區、冶煉區、排渣區、冷卻區。內側環形軌道有遙控軌道車,遙控軌道車上放置冶煉爐、沙箱以及煙罩,遙控軌道車上依靠電動機驅動,在環形軌道溝的側壁上設有動力電源線,電動機的接線通過滑觸頭與動力電源線滑動接觸,每個冶煉爐完成上一爐冶煉后沿環形軌道均可依次單獨進行下一爐冶煉操作,生產效率高,勞動強度低,可實現自動連續生產,生產作業場所有序、干凈、整潔。自動化冶煉系統示意圖見圖3。
 
  圖3 自動化冶煉系統示意圖   
 
  工作時,首先控制遙控軌道車沿環形軌道順序移至沙窩區,進行做沙窩,做好沙窩后將軌道車遙控進入加料區,加料系統加入混合好的原料,然后進入冶煉區,在煙罩下方進行點火冶煉,冶煉完成后軌道車進入排渣區,鎮靜后沿排渣口放出爐渣,再將軌道車進入冷卻區冷卻、起鐵,完成后又進入沙窩區,一個循環完成。
 
  由于冶煉爐和冶煉沙箱上下布置且放置在遙控軌道車上,使冶煉沙箱和冶煉爐能夠沿加料區、冶煉區、排渣區、冷卻起鐵區和沙窩區做電動環形運行,整個冶煉過程每個冶煉爐依次進行,極少人工操作,自動化程度高,每個冶煉爐完成上一爐冶煉后沿環形軌道均可依次單獨進行下一爐冶煉操作,生產效率提高一倍,工人勞動強度降低一半,可實現自動連續生產。
 
  3.4 破碎系統
 
  鉬鐵破碎是形成產品的最后一道工序,也是重要的工序,對成品率起關鍵作用,提高成品率、降低鉬鐵粉末占比是工廠企業追求的目標。破碎前鐵錠冷卻一般采用水淬,但因為安全性,現采用安全降溫新技術,提高鐵錠脆性,大大降低鉬鐵破碎碎末的占比率,有效地提高了鉬鐵生產合格量。
 
  破碎一般采用兩級破碎方式,初級破碎用挖機式液壓沖擊錘,二級破碎采用鄂式破碎機破碎至一定粒度,兩級破碎的方法,產生鉬鐵粉末的量較大,因而增加了鉬鐵粉末的回爐現象,加大了生產成本。某大型工廠與東北大學聯合攻關,成功設計出了新式鉬鐵破碎系統。新式破碎系統改變了原有的兩級破碎原理,改用一次性破碎,通過改進破碎機的角度和鄂板弧度的方法,減少鉬鐵粉末,提高鉬鐵成品率。
 
  3.5 粉塵煙霧回收系統
 
  生產中造成鉬損失的主要途徑是煙氣帶走損失和爐渣損失,隨著環保要求,煙氣粉塵需回收凈化,煙氣中的鉬主要以氧化鉬粉塵的形式存在:爐渣中的鉬主要是以金屬顆粒的形式存在。一般采用大布袋除塵器回收冶煉煙氣中的含鉬粉塵,新工藝在此基礎上增加了電除塵,高效回收粉塵煙霧,此外還安置吸收系統,用堿液吸收煙氣,達到環保要求排放。液爐渣中的鉬采用水選或磁選的方法來回收,在生產中要最大限度地把含鉬金屬顆粒從爐渣中沉降下來。
 
  4 結語
 
  在當前保護環境作為國家基本國策的大環境下,企業要可持續發展,必須進行合理規劃,防治污染,引進先進技術,引進低能耗、低污染的設備進行工藝改造。鉬鐵行業通過新工藝、智能配料系統、冶煉自動化生產線和破碎系統的改進,簡化了生產工藝,降低了生產成本,在一定程度上提高了生產規模和產品質量。實現鉬鐵冶煉的機械化、自動化,環保效果顯著,使鉬鐵冶煉技術邁上了新的臺階。
 
  參考文獻
 
  [1]秋石.努力開創社會主義生態文明新時代[J].求是,2016(17):5-8.
  [2]烏紅緒,羅亞紅,唐軍利,等.硅鋁熱法冶煉鉬鐵爐料熱效應的探討[J].中國鉬業,2018,42(2):45-49.
  [3]洛陽鉬業集團金屬材料有限公司.一種硅鋁熱法冶煉鉬鐵工藝:中國,CN102534273A[P]. 2012-01-01.
  [4]四川省東宇信息技術有限責任公司.一種鉬鐵硅鋁熱法冶煉方法:中國,CN106916951A[P]. 2015-12-24.
  [5]中國恩菲工程技術有限公司.鉬鐵冶煉配料系統:中國,CN108097157A[P]. 2018-01-08.
  [6]錦州新華龍鉬業股份有限公司.環形軌道平車鉬鐵冶煉系統:中國,CN201999958U[P]. 2011-02-24.

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    唐軍利,烏紅緒,崔玉青,席莎,曹維成.鉬鐵綠色冶煉技術的最新進展[J].中國鉬業,2019,43(05):10-13.
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