卡尔多炉处理铜阳极泥烟气回收硒技术比较

金自文， 李春侠

(铜陵有色集团控股有限公司稀贵金属分公司， 安徽 铜陵 244000)

综合利用与环保

卡尔多炉处理铜阳极泥烟气回收硒技术比较

金自文， 李春侠

(铜陵有色集团控股有限公司稀贵金属分公司， 安徽 铜陵 244000)

介绍了卡尔多炉处理铜阳极泥过程中所产工艺烟气采用文丘里系统和动力波系统回收硒的原理及过程控制，分析了两套系统影响硒回收的主要因素，对硒回收率、投资成本、运行成本进行了比较。

卡尔多炉； 铜阳极泥； 烟气； 回收； 硒； 文丘里系统； 动力波系统

0 前言

2009年元月，铜陵有色集团控股有限公司稀贵分公司4 000 t/a铜阳极泥资源综合利用项目建成投产，该项目引进瑞典波立登公司卡尔多炉火法工艺处理铜阳极泥，工艺烟气利用文丘里系统实现降温除尘，并回收烟气中的硒。

随着铜冶炼生产规模的快速扩张，冶炼副产品铜阳极泥的产量逐年增加，铜陵有色集团需要新建铜阳极泥资源综合利用二期项目。为了减少二期投资费用、实现设备国产化，稀贵分公司先期对烟气回收系统进行改造，工艺烟气采用国产动力波系统实现降温除尘，回收烟气中的硒。本文对文丘里系统与动力波系统的硒回收效果进行了比较。

1 工艺原理

1.1 铜阳极泥成分

铜陵有色集团铜阳极泥成分见表1。

表1 铜陵有色铜阳极泥成分 %

1.2 工艺简述

来自集团公司五家冶炼厂的铜阳极泥经常压浸出脱铜后，其中的金、银、硒富集于脱铜泥中。脱铜泥干燥后，配入熔剂、返料、还原剂入卡尔多炉熔炼还原，阳极泥中的硒在熔炼阶段少部分挥发进入烟气，大部分进入贵铅。吹炼阶段鼓入压缩空气，使贵铅中的硒氧化进入烟气。卡尔多卡炉的烟气降温除尘收硒过程可以通过文丘里系统完成，也可以通过动力波系统完成。烟气经降温除尘收硒后，进入湿式电除雾器，再经吸收塔用稀NaOH溶液洗涤脱除有害成分，尾气达标排放。

卡尔多炉内硒与硒化物的主要反应为：

Me2Se +O2=2Me+SeO2↑

(1)

卡尔多炉烟气进入文丘里系统或动力波系统，收集下来的粉尘进入沉积槽，烟气中的SeO2被水吸收形成亚硒酸进入循环液中，对沉积槽回收的吸收液进行压滤，滤饼返回卡尔多炉，滤液泵入沉硒槽，通入二氧化硫进行两次还原沉淀硒，过滤后得到粗硒和尾液。

水吸收与还原硒的主要反应为：

SeO2+H2O=H2SeO3

(2)

H2SeO3+2SO2+H2O=Se↓+2H2SO4

(3)

1.3 烟气处理系统

1.3.1 文丘里系统

文丘里系统主要由：骤冷器、文氏管、气液分离器组成。其工作原理见图1。

图1 文丘里工作原理示意图

来自卡尔多炉的含硒氧化物烟气(～350 ℃), 从直升烟道通过鹅颈烟道进入文丘里系统，经骤冷器绝热蒸发冷却，烟气中的部分烟尘被收集，再通过文丘里收缩管，在收缩管内逐渐加速，到达喉管处烟气流速最高，呈强烈自湍流运动。在喉管前喷入的水滴被高速烟气撞击雾化并与烟气充分混合。烟气中的尘粒被水润湿发生碰撞凝聚成为粒径100 μm以上的大颗粒，并随同烟气从切线方向进入汽水分离器圆筒下部。烟气在汽水分离器内螺旋上升，经圆筒缸顶排出。整个圆筒内壁有一层自上而下流动着的水膜，因惯性离心作用到达壁面的尘粒被水膜粘附带走，由汽水分离器底部水封排灰口排出，达到烟气除尘收硒的目的。

1.3.2 动力波系统

动力波系统主要由：一级动力波、二级动力波组成。其工作原理见图2。

图2 动力波工作原理示意图

来自卡尔多炉的含硒氧化物烟气(～350 ℃),从直升烟道直接进入一级高效湍冲洗涤器激冷段，与喷嘴高速喷出的循环液接触快速降温，然后进入逆喷塔，与从下往上的循环液相撞击，当气液两相的动量达到平衡时，在逆喷管中形成一段高度湍动的泡沫区，在此泡沫区气液两相充分接触，完成两相的传质传热过程，烟气中的尘、硒等物质被循环液吸收，同时将炉气温度降至70 ℃左右。出逆喷管的炉气进入一级湍冲塔的气液分离器，使气液两相分离。一级湍冲洗涤器出口烟气进入二级动力波，气相与循环液逆向接触，进一步吸收炉气中的尘、硒等物质，达到除尘收硒的目的。

2 过程控制参数与影响硒回收的主要因素

2.1 文丘里系统

2.1.1 控制参数

主要参数控制：炉温900～1 200 ℃；骤冷器水量8 m3/h；文丘里喉管水量23 m3/h；喉管阻力降28～32 kPa；系统阻力降35 kPa；循环液pH值4～6。

2.1.2 主要影响因素

文丘里系统适用烟气量变化范围窄、烟气量稳定的情况。利用文丘里系统收硒，生产过程中主要控制文氏管喉管处阻力降和炉口负压。

(1) 喉管处阻力降。喉管处的阻力降通过闸板阀控制，该处的阻力降小，烟气与循环液的接触不充分，烟气中的SeO2不能完全被小水滴捕获，部分随烟气进入尾气处理塔，造成硒的损失；阻力降大，烟气在系统通行不畅，炉口正压，烟气外溢，造成硒损失。

(2) 喉管水量。喉管部分的水量要求控制在23 m3/h，在喉管处，高速烟气将喉前的水雾化，形成极细小的颗粒和极薄的液体膜层覆盖整个喉管，其与烟气充分接触，烟气中的尘、SeO2被小水滴捕获，与烟气分离，进入循环液中。水量不足，雾化溶液与烟气不能充分接触，SeO2不能完全被循环液吸收。

(3) 烟气量和尘浓。卡尔多炉工艺设计处理能力为4 000 t/a铜阳极泥，其中含硒3.69%，文丘里系统的设计与卡尔多炉处理能力相匹配，配套的文氏管喉口尺寸大小、雾化喷嘴形式及喷嘴大小、捕滴器的直径大小及文丘里水膜除尘器的液气比、文丘里喷嘴的供水水压在初步设计与设备选型后均已确定。然而随着卡炉处理量的提高，烟气量增加，烟尘量大，循环液固含高，文氏管喉管骤冷器、文丘里两处易积结，清理频率高，硒损失大。

2.2 动力波系统

2.2.1 控制参数

主要参数控制：炉温900～1 200 ℃；一级动力波上喷嘴压力70～90 kPa，下喷嘴压力70～80 kPa；二级动力波上喷嘴压力70～90 kPa，下喷嘴压力70～80 kPa；一级与二级阻力降1.5～2 kPa；系统阻力降5.5 kPa；循环液pH值4～6。

2.2.2 主要影响因素

动力波洗涤器对烟气量的适用范围较宽，适应性强，由于喷嘴结构特殊，管内流速大，适合高固含的循环液，两相接触面积大，允许气量的波动范围在50%以上，能够较好地适应卡尔多炉烟气波动大的特点。生产过程中主要控制一级动力波上、下喷嘴水流压力和一、二级动力波间的阻力降。

(1)一级动力波双层喷嘴的水压。一级动力波上、下喷嘴的压力控制在70～90 kPa，有利于湍流层的形成，气液两项接触面不断得到迅速更新，从而获得高效收硒效果。喷嘴压力不足，液体流速小，气- 液间发生分层，液面平静，不利于湍流层的形成，除尘效果差。

(2)两级动力波间阻力降。一、二级动力波间的阻力降一般控制在1.5～2.5 kPa。当两级间的阻力降高于2.5 kPa时，一方面炉口出现正压，烟气通行不畅，烟气外溢，造成硒损失；另一方面两级动力波间积尘严重，清理频次高，清理损失大。

3 硒回收率与收尘效果

3.1 硒回收率

根据生产实践，统计铜陵公司阳极泥的产量和化学成分，掌握采用文丘里和动力波两种烟气系统从卡尔多炉处理铜阳极泥工艺烟气中回收硒情况，进行硒的回收率比较，见表2。

表2 硒回收率对比

从表2可见，2012年卡尔多炉处理铜阳极泥的量比2011年多526 t，阳极泥含硒量均高于设计值，处理含硒高的原料，采用动力波系统全年硒回收率比2011年的文丘里系统提高了2.24%，动力波系统在回收硒方面优势明显。

3.2 收尘效果

表3为文丘里与动力波系统吸收塔出口烟气监测结果。

表3 吸收塔出口烟气监测结果

从吸收塔检测的数据可以看出，文丘里系统和动力波系统对卡尔多炉处理铜阳极泥工艺烟气均能达到较好的除尘、收硒效果。

4 投资及运行成本

4.1 投资成本

采用卡尔多炉- 文丘里系统收硒，由于亚硒酸对金属材料的腐蚀性较强，文丘里设备由国外进口，费用较高。

采用卡尔多炉- 动力波系统收硒，一、二级动力波及与之连接的汽水分离器均为钢衬PO材质，耐腐蚀性极佳，国内多个厂家可以制作，费用相对较低。两种设备的投资见表4。

表4 硒回收设备投资估算

4.2 能耗与运行费用

表5为文丘里和动力波能耗比较，表6为两系统运行费用比较。

表5 能耗比较

表6 运行费用比较 元/tSe

文丘里系统由于系统阻力大，需要由两台功率为132 kW的风机串联使用，电耗较高。

动力波系统系统阻力小，只需要运行一台132 kW风机，并采用变频控制(一般频率在35 Hz)，电耗低。

从表6中数据可见，动力波系统维修费用、能耗、人工费用均低于文丘里系统，动力波收硒工艺运行成本低。

5 结语

(1)文丘里系统和动力波系统都适合作为卡尔多炉处理铜阳极泥工艺的烟气回收系统。

(2)实践表明，文丘里系统由于对烟气负荷变动的适应性差，在加大阳极泥量的情况下，烟气量大，尘浓增加，循环液中的固含高，文氏管堵塞严重，清理频次高，造成硒回收率的降低。动力波由于喷嘴结构特殊，管内流速大，适合高固含的循环液，与卡尔多炉的工艺匹配性好，硒回收率高。动力波对烟气量的适用范围较宽，适应性强，随着阳极泥处理量增加，烟气量、尘浓增加，动力波的优势明显。

(3)铜陵有色铜阳极泥来源于集团公司的五家冶炼厂，其成分较为复杂，特别是硒的含量变化大，采用卡尔多炉工艺处理铜阳极泥时，配套选用动力波系统处理工艺烟气，更有利于硒的回收，能够给企业带来更好的经济效益。

(4)动力波系统的成功应用，为铜阳极泥资源回收利用二期项目卡尔多炉烟气系统国产化提供了依据，烟气系统配置有了选择的空间，烟气系统国产化，可大幅度降低投资费用。

[1]周利明.浅谈贵冶铜阳极泥中硒的回收[J].铜业工程，2012，(6):4-6.

[2]李群生，李秀梅.动力波吸收机的工作机理研究及其应用[J].小氨肥设计技术，2004，(1)：11-14.

[3]蔡永亮.文丘里—水膜除尘装置工作原理探讨及其改进[J]. 氮肥设计，1995，(1)：55-59.

ComparisonofrecoveringseleniumtechnologiesfromgasofcopperanodeslimetreatmentwithKaldofurnace

JIN Zi-wen, LI Chun-xia

The principle and process control for selenium recovery from process gas in the process of copper anode slime treatment with Kaldo furnace which adopted venturi system and dynawave system were mainly introduced, the major factors affecting the selenium recovery with the two systems were expounded, and the selenium recovery, investment cost and operating cost between the two systems were compared in this paper.

Kaldo furnace; copper anode slime; gas; selenium; venturi system; dynawave system

金自文(1958—)， 男，安徽桐城人，大学本科，化工高级工程师，主要从事贵金属生产经营管理与研究工作。

B

X756; TF843.5