2013, Vol. 4引用本文 |
| 气力输送技术在重有色冶炼中的应用 |  [PDF全文] |
气力输送装置是利用高速压差气流作为载体在管道中输送物料的设备，输送物料的动力来自于管道两端的气流压差.气力输送与其他输送方式相比，其主要优点在于：良好的物料适应性，输送距离远；改善车间卫生条件，有利于工人的身心健康；有利于提高工艺效果和简化工艺流程；结构简单，操作管理方便，投资少，上马快；整个工艺过程的连续化程度高，便于实现自动化控制.鉴于气力输送的技术优势，在我国的冶金、矿山、电力、建材、化工和码头等诸多行业被广泛应用[1-2].
1 气力输送技术的原理及类型 1.1 气力输送技术的原理气力输送是根据固气两相流的原理，利用压缩空气的静压和动压高效率地沿着输送管道输送物料.物料首先在仓泵内流化，再经管道输送，然后便是边流化边输送.气力输送装置主要分为5 个部分：气源部分、仓泵系统部分、输送管道部分、灰库部分和控制部分.整个装置的设计是根据输送物料量的大小，来匹配相应规格的气源压力、仓泵、管路大小.其中仓泵是作为一个输送单元，物料每经过一台仓泵即为一个工作循环，每个工作循环主要由4 个阶段组成[3]：
（1） 进料阶段.进料阀门处于常开状态，物料靠重力自由落入输料机壳体内.进料阶段有2 种情况：其一，当物料堆积到一定高度触及料位器，料位器发出信号，进料阀将自动关闭，完成进料过程；其二，当物料较少时，进料所用时间超过了预先设计的时间，料位器同样发出信号关闭阀门，完成进料.在这个进料过程中要避免物料搭桥现象.
（2） 流化阶段.进气阀处于自动开启状态，当压缩空气进入壳体并不断扩散流经流化盘，保证物料颗粒被空气均匀包围，同时使流化盘里的压力上升致使物料颗粒不出现堵塞.其中该过程的关键技术是保证物料颗料在流化盘里不出现堵塞.
（3） 输送阶段.输送机壳内压力不断上升，达到设定值后，压力传感器发出信号，开启出料阀，由于物料从流化盘中送出，壳体内物料料位下降，加强了流化盘内物料的流化，然后使整个输送阶段处于边流化，边输送的状态.
（4） 吹扫阶段.当物料颗料输送完毕后，机壳里的压力下降到空管压力时，压力传感器发出信号，促使吹扫管路延续一定的时间才关闭进气阀，待壳体内压力为常压时关闭出料阀输灰循环[4].
1.2 气力输送的类型气力输送按气流在管道中的压力状态，可分为负压吸送式和正压压送式两大类[5].
1.2.1 负压吸送式气力输送负压吸送式气力输送系统是将若干个物料源的任何一个或多个与物料一起输送到一个收集点.该系统是利用安装在其终点的高压风机或真空泵抽吸管道内的空气，使管路内的压力低于大气压力形成负压流.物料颗粒在起吸点的吸嘴被高压高速空气带入管内并输送到分离器内，在分离器内使物料颗料和空气分离，分离出来的物料颗粒进入卸料斗然后排出，空气也经净化排入大气中.该系统具有如下优点：输送装置处于负压状态下工作，物料和飞尘不会飞逸外扬，保证了车间的卫生状况；适用于堆积面广和低处的物料输送.
1.2.2 正压压送式气力输送正压压送式气力输送系统主要用于从一个物料源取样，并将物料输送到一个或若干个收集点[6-8].该系统是利用安装在起点的风机或空气压缩机，提高进入空气的压力使管内的压力大于外界的压力，然后将物料颗粒带入管道并输送到贮仓设备内，输送气体则经过滤器排出.该系统具有如下优点：适合于大流量、长距离输送；卸料斗结构简单.目前，结合仓式泵作为发送装置的输送系统应用最为广泛.
2 气力输送的选择气力输送方式的选择要根据实际工艺要求和输送能力等参数来确定.气力输送系统的选择和设计不仅要考虑工程的实际情况，而且还得考虑如下要素：①物料性质：物料性质包括，物理性质和几何性质，物理性质指物料的密度、含水量、流动性、黏附性等；几何性质指物料的形状、颗粒的单一粒径，颗粒的平均粒径等；②输送距离和输送量；③输送管道的设计布置以及弯头的数量和种类的选择；④根据输送工艺情况选择工艺设备； ⑤选择合适的技术指标来控制成本.在以上诸多因素当中，物料性质是最关键的因素，固体的物料性质对流动的状态和阻力有很大的影响，直接影响气力输送装置设备的选择.在选择气力输送装置时，必须对物料的性质及两相流中固、气混合体的性质进行详细阐述，并对物料的各项物性参数进行测试和试验，得到相关的数据，根据数据选择不同的装置和工艺.但负压吸送与正压压送也可以进行适当的组合，从而形成一个综合系统，由于其兼有负压输送和正压输送的优点，能满足一些特殊工艺和复杂工艺的要求[9-10].
3 气力输送在国内重有色冶金行业的应用气力输送在化工、建筑材料、饲料、钢铁等行业的应用最广泛，使用时间也最长；其次是氧化铝输送，国内将气力输送技术应用在重有色冶金行业的时间并不长，主要是物料性质及冶炼工艺决定了它的应用具有局限性.在重有色冶炼中，使用最多的还是传统机械输送设备，如皮带输送机、螺旋输送机、埋刮板输送机、斗式提升机械等.目前重有色冶金行业将气力输送技术主要应用在沸腾焙烧炉出来的焙砂输送，火法炼铜过程中熔炼炉和吹炼炉产生的烟尘输送，炼铅产生的烟尘输送及闪速炼铜中铜精矿及冰铜的输送.
3.1 在铅锌冶炼工艺中的应用株洲冶炼厂是国内较早将气力输送技术应用于锌精矿焙烧系统的大型有色冶炼厂之一.1994 年，株洲冶炼厂在锌系统焙烧车间的设计时就采用压送式气力输送，将球磨后的焙砂与旋涡收尘器、电收尘器收集下来的烟尘，一并集中于球磨机房中间仓，由仓式泵送至浸出车间或输送至焙砂贮仓待用，焙砂贮仓容量7 000 t，为12 d 的焙砂用量，库内碚砂可通过仓下的压送式气力输送泵，把焙砂送至浸出车间使用.压送式气力输送泵共选用3 台Cp4.5 型仓式泵.球磨机室中间仓下设2 台，焙砂贮仓底设1 台，主要用于焙烧及球磨机室停产检修时，向浸出车间输送焙砂，保证后面工序仍能正常运行.Cp4.5 型仓式泵每台输送量可达40.5 t/h，压缩空气消耗量37.5 m3/min，工作压力0.5 MPa.
甘肃白银公司采用ISP 冶炼工艺，烧结机产生的含硫烟气通过静电场除尘器，然后把烟气输入制酸系统制作硫酸[11].电尘原料采用人工方式把灰尘送入精矿仓，然后用吊车抓取配料与原料进行搀和配料，配好的料进入烧结机进行烧结.在整个过程中，电尘灰量大而且颗粒较细，在放灰时产生扬尘，不利于员工的健康.另外，由于电尘含铅量大于50 %，如果在配料时没有搅拌均匀，烧结时影响烧结块的铅锌比例，这样将导致ISP 炉工艺性能不稳定.2008 年公司对电尘输送进行了改造，第一步提高电除尘器配料室的高度，第二步提高ISP 工艺性能，提高除尘量，使日产尘量达90 t 左右，经过综合改造分析，采用正压压送式气力输送中的正压浓相仓式输送系统.此输送系统成本较低，物料输送量大、输送距离长，且集料装置简单.改造后的系统于2008 年投入运行，但预期效果和实际情况出现了很大的偏差.由于冶金烟尘具有很强的黏附性和比重，导致下料不畅、料罐堵塞，所以在ISP 工艺很难实施.因为ISP 工艺冶金烟尘黏性大、易黏结等特点，国内基本上采用真空输送方式解决此类工艺问题.经过两年多的探究和摸索，2010 年8 月该系统的改进全部完成，通过测试表明该系统运行稳定，操作简洁，年输送量达2 万多t，最重要的是使ISP 工艺得到了稳定的应用，减少了环境污染，在有色冶炼工厂中值得推广应用[12].
3.2 在铜冶炼中的应用铜精矿的正压浓相输送在国外应用相对较早，在国内的铜冶炼厂中[13]，江西铜业集团贵溪冶炼厂、金隆铜业有限公司和祥光铜业有限公司相继采用了该技术来输送铜精矿，且单台最大输送能力为180 t/h.江西铜业集团贵溪冶炼厂将正压浓相输送应用在20 万t/a左右闪速炼铜中.闪速炼铜中，铜粉的物性参数为温度95~120 ℃、含水率＜0.3 %、粒度过0.074 mm＞80 %、真密度3.6~4.0 t/m3、堆密度1.6~2.10 t/m3；且水平输送将近200 m，垂直输送高达50 m.在这样的物性条件和输送距离情况下，要满足管道内的负压输送基本上达不到这个能力，所以正压浓相输送发挥了它的作用.
冰铜的输送必须结合闪速吹炼工艺.现今，使用闪速吹炼工艺投入生产的只有美国Kennecott 铜冶炼厂和祥光铜业有限公司[14].冰铜的物性参数和输送参数如下：温度<100 ℃、含水率<0.2 %、粒度过0.074 mm>90 %、真密度217～219 t/m3、输送量50～60 t/h、水平输送距离0～150 m、垂直输送距离40～50 m.从冰铜的物性参数和输送参数中可知，采用正压浓相输送是最合理的.冰铜的正压浓相输送系统中，仓内的冰铜是按照相互独立的方式流入两浓相输送灌内，经过压缩空气的作用，冰铜被输送到位于闪速吹炼炉炉顶的冰铜仓内，然后输送空气则被净化排出[15].
对于闪速炼铜烟尘的输送需对不同位置的烟尘选择不同的输送方式.针对余热锅炉靠近闪速炉上升烟道出口处形成的大块物料和余热锅炉的辐射部位产生的小块烟尘，需先破碎磨细后用负压吸送方式送回闪速炉炉顶烟尘仓.而对于余热锅炉对流部、沉尘室和电收尘器收集的粉状烟尘，其烟尘量大，通过传统机械输送方式将烟尘集中到中间仓后，用正压压送方式送至炉顶烟尘仓.
大冶冶炼厂铜熔炼采用诺兰达炉，但是电收尘烟灰输送是困扰大冶冶炼厂多年的技术难题，一直未能很好地解决.2005 年开始尝试采用气力输送技术输送烟灰，试生产初期该输送系统暴露了一些问题，如烟灰堵塞管道，管道被磨穿漏风，工艺参数设置不合理导致进料量太少，料风比过低.经过工程技术人员大量的实践分析，气力输送技术在诺兰达炉电收尘烟灰输送中最终取得了成功，多年一直困扰工厂诺兰达炉电收尘烟灰输送难的问题得到了解决[16].
经过多年的摸索和经验积累，气力输送技术在铜冶炼中的运用已有了一定的经验基础和成功实例.如贵溪冶炼厂和金隆铜业有限公司改扩建工程中，使用正压气力输送方式输送铜精矿，祥光铜业有限公司在铜精矿及冰铜输送中同样应用了正压气力输送，以上3 个冶炼厂在铜冶炼烟尘的输送中也成功地应用了正压压送式和负压吸送式气力输送技术.上述的成功案例为国内其它铜冶炼厂改造输送方式提供了很好的示范.
4 结束语重有色金属冶炼物料性质决定了冶炼过程中采用气力输送方式的环节并不多，使用范围也十分有限，主要集中在沸腾炉焙砂的输送、铅及铜冶炼产生的大量烟尘的输送、闪速炼铜工艺中铜精矿和冰铜的输送.气力输送技术的发展历史较长，因其具有输送量大、高效、节能及污染少等特点，所以该技术的应用与研究方兴未艾.但是在对物料性质不清楚时，特别是复杂物料，应在气力输送的中间试验装置上对该物料进行性能测试和试验，充分考虑物料成分变化引起性质变化及输送量的不稳定等因素.在条件允许的情况下，设计前最好能在相应的输送系统上对该物料进行输送试验，取得必要的设计依据.随着输送理论的成熟与相应技术的进步，气力输送技术在重有色冶炼行业的应用将越来越广泛.
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