电炉炼锌工艺

胡丕成

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

1 电炉炼锌发展历程

电炉炼锌工艺其实质是利用电能转化为热能进行还原挥发冶炼氧化锌物料，得到锌蒸汽经冷凝获得粗锌的一种火法炼锌方法。

根据炉型结构和电能转换方式的不同，目前世界上电炉炼锌工艺可分为两类：一类为电阻电热竖炉，以日本的三日市炼锌厂和美国的莫那卡炼锌厂为代表，其为圆形电阻竖罐，石墨电极(φ200 mm)分为两排，分别置于竖炉的上部和下部，利用极间炉料的电阻，将电能转换为热能加热锌烧结矿和团矿。炉料中的还原剂为冶金焦炭，配入量为烧结矿质量的44%。由此可以看出，配入的焦炭体积和烧结矿体积大致相等，以保证足够的炉料电阻值，这是其关键所在。该竖炉上下两排的间距为9.0 m，入炉物料为回转加热炉的热料，单位产品电耗为2 900 kWh/t锌。其他能耗还有：焦炭383 kg/t锌，重油48 L/t锌。竖炉的总功率为1×104kVA，年产量10万t以上。

由于电阻电热竖炉存在烧结块制团及冶金焦炭消耗大的问题，导致产品加工费高等，因此该工艺没有得到推广应用。

第二种电热炼锌的炉型为电弧电阻矿热炉，是上世纪八十年代中期(1985年5月1日立项)，由中国有色工程设计研究总院(中国恩菲前身)联合河北邯郸市西大屯锌冶炼厂联合开发的，以满足当时国内市场需求，取代中小炼锌厂所采用的“马槽炉”、“爬坡炉”“横罐”等土法炼锌。工业试验炉额定功率500 kVA，三相交流通过铜排、短网石墨电极直接将交流电能输入密封的矿热电炉内，在电弧电阻的双重作用下，电能快速转换成热能加热配有碳质还原剂碎焦(3～10 mm)或无烟煤的含锌炉料。炉料中氧化锌被还原成金属锌，立即汽化。含锌蒸气炉气在微正压条件下连续不断地进入与矿热电炉相连的一台飞溅式石墨转子冷凝器中。1 050 ℃的含锌炉气与转子扬起的温度为460～550 ℃的“锌雨”相遇，骤冷而形成粗锌(品位98%～99.5%)，浇铸后即为锌锭产品，直接供热镀锌使用。冷凝后的废气含有少量被捕集的锌尘，再经二冷洗涤器洗涤，废气含锌尘<20 mg/m3，含CO>80%，回收后作为杂料及还原剂干燥的二次能源。干燥后的炉料含H2O≤1.5%。

工业试验成功后，该炼锌工艺于次年6月首次推广至河南栾川有色金属公司、陕西山阳矿业公司以及甘肃天水秦川冶炼厂(即后来的天水市鑫能电冶厂)。据不完全统计，目前为止，中国恩菲研发的矿热电炉炼锌工艺的电炉数量已达88台之多，分布在我国17个省市。云南、四川、贵州的炼锌电炉最多。其中2 000 kVA矿热电炉最多，4 000 kVA矿热电炉技术经济指标最优，其他厂家兴建的6 300 kVA电炉、7 000 kVA电炉及9 000 kVA电炉各仅有一家。据了解，9 000 kVA电炉已关闭，原因是技术指标不理想。另有报道，国内额定功率最大的25 000 kVA(12 500×2)炼锌电炉已建成投产，但一直处于不正常状态。

三十年来，中国恩菲研发的矿热电炉安装总额定功率已达到40万kVA左右，年产锌总能力已达70.0万t/a，提高了矿热电炉产锌量占全国锌总量的比例(按吨锌电耗3 500 kWh，年生产300 d计)。

1986年矿热电炉炼锌工艺被列为中国恩菲的专长技术受到保护；

1995年中国有色金属工业总公司组织专家对1 000 kVA电炉炼锌工艺进行评审，该工艺获科技进步三等奖；

1997年2 000 kVA矿热电炉炼锌全套工艺及设备转让伊朗Roygostar(诺哥斯达)锌厂，用于处理含Zn 50%～51.99%、Pb 1.5%～4.5%的氧化锌精矿，获得成功。

随后，4 000 kVA、6 300 kVA、7 000 kVA(9 000 kVA)矿热电炉相继问世，开始了大型炼锌电炉的研发工作。

2 矿热电炉炼锌的工艺流程和主要指标

矿热电炉炼锌的工艺流程见图1。

图1 矿热电炉炼锌工艺流程图

矿热电炉炼锌技术1985年问世以来，经过发展完善，各项技术经济指标有了显著提高，单台电炉的产量成数倍增长，锌冶炼回收率和直接回收率明显改善，分别达到世界先进水平，即大于95%，高达98.7%，直收率稳定在82%～90%之间，大于4 000 kVA的炼锌电炉电耗降至3 300～3 500 kWh/t锌(常规冷料入炉指标)。不同规格的炼锌矿热电炉主要技术经济指标见表1。

3 矿热电炉炼锌的优点

矿热电炉炼锌的优点如下：

(1)该工艺最大的优点是熔炼温度可高可低，对原料的适应性强，不仅能冶炼锌焙砂，还可冶炼高钙质的锌煅烧氧化矿、炼钢电弧炉烟尘、含锌烟尘、锌渣及锌灰等含锌物料，对于Pb-Zn复合矿、二次锌再生资源可以采用该工艺进行综合利用。该工艺也特别适用于含(铟)锌物料的还原挥发冶炼，相关企业的生产实践表明，铟的挥发率可达87%～90%(华联及华夏生产值)。

表1 不同规格的炼锌矿热电炉主要技术经济指标

注：1.500 kVA电炉为试验炉，其余均为生产炉。2. <3 000 kVA电炉为圆形结构，>3 000 kVA电炉为椭圆形结构。

(2)工艺流程短，投资极少，仅为湿法炼锌工艺的1/3～1/2，所以应开展万吨级规模电炉炼锌装置的研发工作。

(3)随着科学的进步，直流电炉有可能成为下一步电炉炼锌的主体设备。云南巧家电热锌厂3台直流矿热电炉生产表明，高CO废气回收后用来干燥兰粉及还原剂，冶炼产品电耗较交流矿热电炉降低10%。

(4)只有在引入ISP工艺中的立式转子“锌雨”冷凝器之后，大规格矿热炉才能够成为可能，如冷凝介质“铅雨”改为“锌雨”，适当增加投资是值得的。也应注意立式转子的安装容量较飞溅式石墨转子功率大3倍左右，所以配置的空量需经过准确计算而定。

(5)积极倡导绿色清洁生产理念，对于高浓度(CO大于80%)矿热电炉尾气，生产企业不安装回收装置不准予生产，以解决90%的矿热炉炼锌厂CO不回收而直接排放的问题。