含铜污泥富氧侧吹炉的处理及金属回收

陈蛟华

（广西飞南资源利用有限公司，广西 来宾 545800）

1 侧吹炉技术的国内发展背景

随着电子行业的发展，各种高质量的电子产品充斥着现代市场，所以这也加大了工业电子设备的产出效率和产出数量。各种有色金属污染问题也接踵而至，为我国的有色金属废料处理带来了重大挑战。

我国有色金属冶炼业的生产过程中会产生大量的污泥，这种污泥中含有Cu、Fe、Ni、Zn等各种金属，其性质复杂，是非常有害的工业废料，会对生活环境造成很大的危害，所以也被列入了国家危险废物名录，属于公认危废之一。在当今以保护环境，绿色发展为前提的环境下，有效的处理各种废料成为了一个重要问题[1]。

然而，国内在火法处理含铜污泥时，一般只进行污泥减量化处理，或者降低它的危害性，这对于污泥是做了一定程度上的处理，但是却没有对其中的铜等贵重金属进行回收，或者回收率偏低。造成这种原因的一方面是由于污泥属于低热值物料，和传统的铜冶炼不一样，污泥中的硫元素主要表现为硫酸盐，硫酸盐在加热到一定程度会吸收热量然后分解，所以要想维持住炉内反应温度，就需要使用大量的燃料，这样需要的生产成本就会很大，非常没有经济效益，而当热量供应不足的时候，炉底的铜液就会冷却变成死炉。

2 关于处理含铜污泥的冶金炉的相关设计

正所谓“工欲善其事必先利其器”，要想让含铜污泥得到有效的处理，就一定要在冶金炉上做好文章。我们在进行含铜污泥处理中使用了顶吹炉、底吹炉和侧吹炉，其中，侧吹炉比另外两种更具优势，所以需要对于该种炉型进行设计探讨，设计出最适合作为含铜污泥处理的冶金设备[2]。

（1）关于炉缸段的设计。一般来说，侧边炉由炉缸段、炉身段和炉顶段组成，而用来处理含铜污泥的侧吹炉结构应该具有由上至下，依次分布的特点。在炉缸段，项目采用可加热保温的冰铜虹吸池和渣虹吸池来便于物质的分离与传送，冰铜虹吸池用于排放熔融冰铜（黑铜），而放渣口则用于排放熔炼过程中产生的废渣。

（2）关于炉身段的设计。但是在浸没式侧吹炉冶炼工艺中，其设计的喷枪从保温砖里面插入炉缸，且可喷射混合好的富氧空气及燃料入熔体。这样的设计比传统的风口有很多优势：直接喷射，更易维持热平衡，气体进入也更加安全；自动化程度高，无须反复捅风口；迅速补热，便于处理各种危废物料和氧化物冷料。

（3）关于炉顶段的设计。炉顶段的内壁应该设置保温材料，或者炉顶段直接由保温材质制成。这样保证了在烟气处理过程中炉内温度保持在850℃以上，这样可以促进二噁英物质的良好分解，保证了烟气排放的基础标准。

用于处理含铜污泥的炉顶段应该和别的设备区别开来，因为在处理含铜污泥的过程中会产生二噁英气体，普通的炉顶段通道过短，不能让二噁英气体有效分解，所以加高通道，保证烟气可以在炉顶内腔中停留2秒以上，具有充分的时间完成受热分解并排出。

3 含铜污泥和废线路板的综合处理办法

（1）主体工艺。本工艺主要将含铜污泥和废电路板运用起来，对它们进行综合处理，以达到高效节能的目的。我们先从原料上来看，在含铜污泥中，除了各种重金属之外，还有Fe、S、Ca、Si元素，这些元素一般都是在处理废水时，和次氯酸钠、硫化钠、硫酸亚铁或氢氧化钙等药剂进行反应之后得到的。而在废线路板中，金属含量占比40%，有机物占比30%，而在这些金属中，又以Cu、Zn、Al、Pb、Ni、Fe等成分为主，可以和含铜污泥发生一些化学反应，有利于废料的处理和回收再利用。含铜污泥具有很高的含水量，所以它在运输过程中非常容易沾粘设备，时间久了就会形成堵塞，对处理设备非常有害，所以我们先要对其进行干燥处理，去除其中的水分。建议选用滚筒干燥机，这个过程可以采用天然气或者蒸汽做处理，一般控制温度为160℃，经过干燥处理之后，含铜污泥的含水量在30%～35%之间，这时候，污泥就会变成颗粒状，再根据科学方式对含铜污泥和废活性炭配比和混合就可以了。对于废电路板，只需要将其碾压破碎之后，让金属和基板分离，形成粒径约20mm～70mm的颗粒状就可以了。此时将它们一起放入熔炉进行侧边熔炼。在熔炼过程中，废活性炭起到了还原剂与部分燃烧剂的作用，采用废矿物油作为补充燃料，这样在侧吹熔炉的技术中，做到了废物再利用，进一步降低了能源成本。上文中我们有提到，废电路板中含有大量有机物，这些有机物在燃烧过程中可以产生热量，作为侧吹熔炉的燃料，这样可以达到高温和弱还原性气氛。含铜污泥和废线路板的综合处理工艺如图1所示。

图1 含铜污泥和废线路板处理工艺流程

（2）熔炼过程中的烟气处理。在熔炼过程中，炉内产生的一氧化碳和有机物可以在炉膛的上方与二次风进行充分燃烧，但是为了减少污染，保护环境，在烟气处理工艺上加入了三次风，这样可以保证烟气中的有机物更加彻底的燃烧，烟气温度一般控制在1250℃～1350℃之间。首先，在烟气进入余热锅炉时，采用SNCR工艺脱硝，脱硝剂一般使用氨水或者尿素，这时候就可以给烟气进行一定程度的降温，对余热进行回收，保证出口温度在500℃～550℃之间。第二步，由锅炉出口之后，烟气经过急冷塔，对其进行极速降温处理，利用从降温喷枪喷出的雾化水或石灰浆充分处理。雾化水由于高温烟气加热迅速蒸发而吸收大量热量，同时高温烟气被快速冷却到温度可以降低至200℃。第三步，干法脱硫装置的使用快速处理烟气中的硫元素，它是智能感应的，通过氢氧化钙喷射装置及活性炭喷射装置进行处理。每当烟气中的硫含量达到处理标准后，就开始工作，为之后的硫处理工序缓解压力，保证了烟气中不会含有太多水分，也减少了脱酸塔废水的含量。除尘后的烟气经过引风机进入脱硫塔进行脱硫，采用石灰石-石膏法工艺进行脱硫，复合塔采用氢氧化钠作为吸收剂。脱硝后的烟气与湿电除雾出口的烟气进行GGH换热器换热，将温度降低至135℃以上达标排放。工序完成之后，石膏渣可送往当地的水泥厂，充分利用了资源优势。在这个过程中，锅炉中余热产生的蒸汽除用于发电外还可以用作含铜污泥的干燥使用，也可以对布袋收尘器进行保温，还可以对脱酸塔出口的烟气进行再次加热，消除白雾，这非常符合能源循环利用的要求，让整过工艺体系得到了完善，也是烟气处理过程中的一个优势。

4 利用富氧侧吹炉进行综合处理的优势

富氧侧吹炉对含铜污泥和废电路板进行处理有很多实际应用，在有色金属冶炼中起着非常重要的作用，是国内实用技术的代表，通过对冶金炉的各种设计，保证了其技术的有效进行和发展，有着非常多的优势。

（1）成熟的技术和设备。我国有着比较成熟的处理工艺，在这方面有着非常可靠的技术，冶金炉的使用和改造一直都在有条不紊的进行中，同时需要担心的问题比较少，而且设备都是现成的，有着非常高的作业效率，在实际工业运用中很常见。

（2）充分节约能源。它以节约能源，充分提取金属物为特色，在各个方面节约了能源，比如利用有机物（废矿物油）产生的热量来降低燃料消耗，利用废活性炭来部分替代还原煤及降低燃料消耗。使用余热气体对原料进行处理和炉内保温，给烟气处理提供了更好的环境，也不需要另外寻找加热源。值得一提的是，余热除了对原料和保温有用外，本项目还设有7500W余热发电站，这样，余热可以真正发挥全部作用，实现资源循环利用。

（3）工作效率高处理能力强。这种侧吹炉一次性可以处理大量的含铜污泥，处理能力非常大，工作效率也高，废料从进入到反应处理的过程非常迅速且充分，在金属变废为宝的道路上起到了重大作用。

（4）科学环保的处理方式。这是真正的环保科学处理方式，通过对工艺的研究和分析，大家也能够感受到，无论是对于工业废料还是对于处理过程中产生的烟气，该流程都有很好的对有害物质进行处理，让排放物达到合乎环境保护的标准。

（5）使用范围广。它还有着非常强的原料适应性，不仅可以运用在含铜污泥的处理过程中，还可以运用到其他的工业废料的处理中，在还原剂的选用中，煤、炭精、废活性炭等都可以使用。燃料选用中，粉煤，重油等也可以使用，这样扩大了该工艺的使用范围，可以应用到别的金属废料的提取过程中。

5 结语

在现代工业生产过程中，随着规模化的生产及累积，含铜污泥及废线路板等危废品越来越多，由此产生的含铜污泥也变得更多，但是这些废渣并不是真正毫无用处，含铜污泥属于可利用资源，只要经过适当的处理就可以得到很好的利用。采用富氧侧吹炉就可以对其进行很好的处理。我们从富氧侧吹炉的炉体构造和处理方式进行研究，在一些细节上解决了冶金炉的构造问题，让炉体得到了很好的利用。在技术上进行改造，和废电路板结合处理，让含铜污泥和废电路板都得到了有效的利用，变废为宝，高效的回收了其中的有价金属，给有色金属冶炼业带来了更好的经济效益和环保效果。