金屬硫化物精礦的干燥設(shè)備特性及選型

本文以硫化銅精礦為例，說明精礦的干燥特性、干燥設(shè)備的選型及工業(yè)應(yīng)用情況。
    金屬硫化物礦石(硫鐵礦、黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦等)是硫酸工業(yè)和冶金工業(yè)的重要原料，浮選后的精礦(硫精礦、銅精礦、鎳精礦、鉬精礦和鋅精礦等)需要進(jìn)行干燥才能進(jìn)入后續(xù)的焙燒和熔煉設(shè)備。在我國，隨著大型硫鐵礦焙燒及有色金屬冶煉裝置的建設(shè)，迫切要求提高精礦干燥設(shè)備的單臺處理能力，并要求對精礦實(shí)施深度干燥。

1 精礦的干燥特性及干燥要求
    潮濕的硫化銅精礦一般為灰褐色，粒度約200目(74 m)。由于金屬含量較高，堆密度較大，對設(shè)備的磨損性較強(qiáng)。經(jīng)浮選法生產(chǎn)的精礦，其W(H₂O)一般為10％ 一15％ 。當(dāng)W(H₂O)為10％左右時，精礦比較松散；當(dāng)w(H：O)更高時，精礦比較粘。此外，精礦中的硫化物在加熱過程中易造成酸性腐蝕。 
    入爐精礦的水含量對熔煉作業(yè)有很大的影響。一般的熔煉過程要求入爐精礦W(H：O)為6％ 一8％ ，有的則要求更低，如閃速爐熔煉要求入爐銅精礦W(H：O)低于0．3％。水含量過高會造成精礦流動性差，堵塞加料斗L2]，也不利于有色金屬的熔煉。另外，熔煉作業(yè)對干燥后精礦的粒度也有一定的要求。
2 干燥方法及設(shè)備
    金屬硫化物精礦的干燥一般分直接干燥和間接干燥兩種方式。
2．1 直接干燥
    精礦的直接干燥是指在干燥過程中干燥介質(zhì)與精礦發(fā)生接觸的干燥過程，如圓筒干燥和氣流干燥。直接干燥一般采用熱空氣或熱煙氣為加熱介質(zhì)，根據(jù)工藝要求進(jìn)行一級或二級干燥。早期，冶煉廠一般采用圓筒干燥或氣流干燥，其中氣流干燥又分二段式(鼠籠打散機(jī)+干燥管)和三段式(短圓筒干燥機(jī)+鼠籠打散機(jī)+干燥管)。這兩種方法雖然精礦處理能力較大且產(chǎn)品粒度均勻，但都存在著熱效率低、占地面積大和流程復(fù)雜的缺點(diǎn)。
    此外，氣流干燥機(jī)由于垂直輸送物料，回轉(zhuǎn)窯動力消耗很高；其中的鼠籠打散機(jī)由于高速旋轉(zhuǎn)(250—300 r／rain)，轉(zhuǎn)子易磨損，檢修工作量大，一般2—3星期即需補(bǔ)焊一次-3]。鑒于上述原因，近些年部分廠家開始采用旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)來干燥某些精礦(如鉬精礦)。但旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)一般采用高溫氣體作為干燥介質(zhì)，易形成SO：，對設(shè)備造成腐蝕，而且下部攪拌器的轉(zhuǎn)速較高，容易發(fā)生磨損。另外，旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)同樣存在熱效率低和處理能力小的問題。特別需要指出的是，直接干燥法普遍存在尾氣處理問題。其尾氣流量大，粉塵含量高，處理不當(dāng)易造成環(huán)境污染。
2．2 間接干燥
    精礦的間接干燥是指在干燥過程中干燥介質(zhì)不與精礦發(fā)生接觸的干燥過程，其設(shè)備有多層蒸汽盤管干燥機(jī)、盤式干燥機(jī)、槳葉干燥機(jī)和蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)等。間接干燥機(jī)一般采用飽和蒸汽為加熱介質(zhì)，其熱效率遠(yuǎn)高于直接干燥，且尾氣量小、粉塵含量低，因而流程相對簡單。多層蒸汽盤管干燥機(jī)是^早用來干燥精礦的間接干燥機(jī)。它由一個多盤管結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子和一個固定殼體構(gòu)成，精礦隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動向前推進(jìn)。由于精礦的磨損性較強(qiáng)，易發(fā)生盤管破損、護(hù)板及刮板磨損等，檢修工作^頻繁。一般情況下，干燥機(jī)每周停機(jī)檢查一次。盤式干燥機(jī)曾用于干燥硫精砂，但出現(xiàn)了很多生產(chǎn)故障：上部幾層干燥盤上的物料結(jié)疤，物料容易從干燥盤外沿直接掉落到底盤而短路，以及耙葉易磨損造成耙桿斷裂。這些問題直接影響了干燥效果和干燥設(shè)備的正常運(yùn)行，^后廠家被迫對物料進(jìn)行預(yù)干燥后再將其送入盤式干燥機(jī)干燥，不但工藝流程加長，而且投資增加。另外，它的處理能力也較小。槳葉干燥機(jī)特別適合于干燥粘性及膏狀物料 。根據(jù)試驗研究，槳葉干燥機(jī)對精礦的干燥效果很好，由于槳葉的自清理作用，物料基本沒有粘結(jié)情況，流動狀態(tài)良好，出口產(chǎn)品的含濕量和粒度均能滿足工業(yè)要求。但由于物料的特性，槳葉易磨損且動力消耗較大，不適用于大型裝置。蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)由于其節(jié)能環(huán)保，單臺處理能力大和動力消耗低等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為精礦干燥的^設(shè)備。下面重點(diǎn)介紹蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī).
3 蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)
    蘭州瑞德干燥技術(shù)有限公司從1992年開始進(jìn)行高密度聚乙烯(HDPE)裝置蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的國產(chǎn)化攻關(guān)，經(jīng)過不斷地改進(jìn)和優(yōu)化，形成了自己的專利技術(shù)。該公司先后完成了大型HDPE和PTA(對精苯二甲酸)裝置蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的國產(chǎn)化，并將該技術(shù)成功地應(yīng)用于冶金行業(yè)濕精礦的干燥。
3．1 結(jié)構(gòu)和工作原理
    如前所述，蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)是一種間接加熱型回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)主要由簡體、蒸汽管、進(jìn)料螺旋、進(jìn)料端密封、出料端密封、蒸汽系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和支撐件等組成。蒸汽換熱管以同心圓方式排成若干圈，布置在筒體內(nèi)，貫穿整個干燥機(jī)。干燥所需的熱量由通入換熱管內(nèi)的蒸汽提供。另外，向簡體內(nèi)通入少量載氣(空氣)，將干燥過程蒸發(fā)出來的水分?jǐn)y帶到筒外。
3 2 試驗研究
    天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院采用蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，對銅精礦的干燥進(jìn)行了詳細(xì)的試驗研究。干燥機(jī)規(guī)格為 00 mm X 3 500 mm，采用飽和蒸汽為加熱介質(zhì)。試驗?zāi)康脑谟诹私獠煌课锪系牧鲃?、粘結(jié)情況，以及干燥后物料的粒徑分布情況。試驗采用廠家提供的國內(nèi)外共5種原料，其W(H 0)為5％ 一6％。由于水含量較低，干燥過程中沒有粘壁現(xiàn)象，物料的流動性很好，產(chǎn)品能滿足閃速爐熔煉的水含量要求，但干燥前后銅精礦的粒度分布變化不大。銅精礦干燥曲線和干燥速率曲線分別見圖2和圖3。由圖2可見，停留時間在30 rain左右即可使產(chǎn)品的(H₂O)達(dá)到0．3％ 以下。
    從試驗研究來看，蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)具有處理能力大和功耗低的優(yōu)勢，只要適當(dāng)控制進(jìn)料的濕含量就可以滿足粒度要求。如果干燥后產(chǎn)品采用氣力輸送，干燥時形成的疏松顆粒完全可以被打散，對后續(xù)設(shè)備沒有不利影響。
3．3 干燥工藝流程
    蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)以中低壓飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)，干燥溫度較低，因此不會造成精礦中硫化物的分解和氧化。銅精礦回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的工藝流程如下：濕精礦通過螺旋進(jìn)料器進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)部，干燥機(jī)筒體具有一定的斜度，物料隨著筒體的轉(zhuǎn)動一邊翻滾向前移動，一邊與沿簡體四周布置的蒸汽管進(jìn)行換熱而被干燥，干燥后的精礦經(jīng)過出料箱排出；少量載氣從出料端進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)部，攜帶干燥過程蒸發(fā)的水分從進(jìn)料端排出；經(jīng)過布袋除塵器分離除塵后，尾氣排空，收集的粉塵返回進(jìn)料螺旋。該工藝具有流程簡單、設(shè)備數(shù)量少、投資低、熱效率高、粉塵及有害氣體排放量小、便于操作及維護(hù)管理等優(yōu)點(diǎn)。
3．4 工業(yè)應(yīng)用
    天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院為金川公司研制的銅精礦蒸汽管回轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)規(guī)格為 ．2m X 17．5 m，處理能力超過100 t／h。該干燥設(shè)備應(yīng)用于該公司250 kt／a銅合成爐工程，是當(dāng)前國內(nèi)研制的^大規(guī)格的蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，也是冶金行業(yè)第一臺與引進(jìn)閃速爐配套的大型國產(chǎn)精礦干燥設(shè)備。它采用廢熱鍋爐的中低壓蒸汽作為熱源，節(jié)能效果^明顯。自2005年9月開車以來，干燥機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好。它的成功應(yīng)用為國家節(jié)約外匯近4 000萬人民幣。2006年8月，銅陵有色金屬(集團(tuán))有限公司400 kt／a硫酸項目試車成功。此項目在國內(nèi)首次采用蒸汽管回轉(zhuǎn)噴霧干燥設(shè)備干燥硫精砂，設(shè)備規(guī)格為 ．4 m X 21 m，處理能力65 t／h L1 。實(shí)踐證明，蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)非常適合對精礦進(jìn)行大批量處理和深度干燥，并且具有環(huán)保和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，值得推廣.