铜造锍熔炼过程重金属烟尘特性及结瘤控制技术进展_谭少松.pdf

铜造锍熔炼过程重金属烟尘特性及结瘤控制技术进展谭少松 1，马帅 1，樊友奇 1,2，朱金鑫 1，陈世梁 1（1.安徽工业大学冶金工程学院，安徽马鞍山243002；2.安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室，安徽马鞍山243002）摘要：造锍熔炼作为火法炼铜的核心工序之一，其处理过程产生携带有大量含 Cu、Pb、Zn、As 等有害重金属烟尘及高 SO2浓度的高温烟气。工业上，受烟气系统各部位温度场和气氛改变的影响，烟尘性质会逐渐变化，并在重力和静电场作用下与烟气逐步分离。部分高温烟尘会粘附于上升烟道和余热锅炉内壁或换热管上，形成坚硬的结瘤物，造成锅炉换热效率降低、气流通道口截面减小等问题，增加了有害重金属烟尘的环境污染风险及连续化生产成本。因此，研究铜冶炼过程烟尘排放特性及粘结行为，开发新型烟尘结瘤控制技术成为行业关注的焦点。本文综述了不同铜冶炼工艺中烟气处理系统各个阶段的烟尘及结瘤物物性特征，归纳解析其成分、物相变化规律及结瘤形成机理，对比分析了工业上现有结瘤控制技术现状，并做出评述及提出相关建议。关键词：铜造锍熔炼；烟尘；重金属；结瘤doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.02.024中图分类号:TD982;TF811 文献标志码:A 文章编号:1000-6532（2023）02015009 铜是国民经济发展不可缺少的基础材料，也是重要的战略物资。全世界约 80%的铜均通过铜精矿火法冶炼生产1，造锍熔炼作为火法冶炼的核心工序之一，主要包括闪速熔炼和熔池熔炼，产出熔融冰铜（Cu2SFeS）、炉渣、及夹带有毒有害重金属元素烟尘的高温烟气。高温烟气进入烟气处理系统中进行除尘和净化2，通常包括上升烟道、（下降烟道）、余热锅炉、静电除尘器等部分3-4，以同步实现高温烟气余热回收和重金属烟尘高效净化。烟尘自造锍熔炼炉进入烟气处理系统后，大颗粒烟尘逐渐重力沉降，细颗粒烟尘团聚长大，部分烟尘在余热锅炉的入口、辐射段和对流段的内壁（受热面）上沉积，形成半熔融状或致密坚硬的结瘤物5-6，难以破碎清除，对熔炼炉正常运行产生系列不利影响：如余热锅炉入口温度升高，换热效率降低；使气流通道口截面积减小，烟气流速加快，SO2烟气回收效率降低；烟尘分离效率变差，增加了 SO2和有害重金属烟尘污染的风险等7-8。烟尘粘结的机理和烟道结瘤控制技术开发一直是国内外研究人员和冶炼企业关注的焦点。为了抑制烟道结瘤物的产生，工业上通常从原料成分控制、工艺条件调节、末端去除等方面进行综合调控。虽然在一定程度上缓解了结瘤物的积累速率，但结瘤物仍然需要定期停炉爆破清除，烟尘结瘤的问题尚未得到有效解决。国内外研究人员对烟尘的性质及结瘤物控制技术开展了较多的研究，但在烟尘性质、粘结机理及结瘤控制技术的发展方面，尚无系统性综述，业界对于结瘤控制的关键点尚未形成统一认识。基于此，本文拟通过对近年来众多研究工作的梳理，总结归纳铜冶炼过程中烟尘和结瘤物的成分、物相特征，解析烟尘性质变化规律与结瘤物形成过程的机理，同时对现有铜熔炼炉结瘤物控制方法进行比较和评价，以促进结瘤控制技术的完善和新技术的开发，实现铜冶炼烟气中重金属烟尘的高效净化分离。收稿日期:2021-01-25基金项目:国家自然科学基金项目（51404004）作者简介:谭少松（1996-），男，硕士研究生，研究方向为火法冶金烟尘形成与结瘤控制。通信作者:樊友奇（1981-），男，博士，副教授，研究方向为火法冶金过程理论基础及技术研究。矿产综合利用 150 Multipurpose Utilization of Mineral Resources2023 年 1造锍熔炼烟尘及结瘤物成分与物相特点烟尘自熔炼炉进入烟气处理系统后，大颗粒烟尘逐渐重力沉降，同时细颗粒烟尘的团聚长大，并在余热锅炉的入口、辐射段和对流段的内壁上进行沉积，形成半熔融状结瘤物，冷却后质地坚硬、致密、难以破碎清除。1.1烟尘性质造锍熔炼过程中的烟尘成分受到入炉物料（铜精矿、造渣熔剂、返料等）成分及比例的影响，主要由 Cu、Pb、Zn、As 等有害重金属元素组成9。烟尘来源有两种形式：机械夹带和化学反应形成10-11，前者是烟气气流所携带的铜精矿及中间产物固体小颗粒和小液滴；后者是铜精矿中的小部分铜和自身夹杂的 Pb、As 等杂质在高温氧化、硫化环境下形成的化合物。然而由于各个冶炼厂的铜精矿品位、炉型结构、熔炼条件的不同，导致烟气中的 SO2浓度、烟尘含量、物相组成等均有一定差异。表 1 为烟气净化系统不同位置烟尘典型化学组成，由表 1 可知，烟尘中除Cu、Fe 元素外，还夹杂着 Pb、Zn、As 等易挥发性杂质元素，不同冶炼炉烟尘元素种类大致相同，但含量有明显区别。从图 1 中可知，同一冶炼炉，烟尘由上升烟道流动至静电除尘器过程中，由于 Cu、Fe 元素大颗粒的沉降，使其在烟尘中的含量逐渐降低，而 Pb、Zn、As 等易挥发性杂质元素以气体形式进入烟气中，随温度的降低不断从烟气中冷凝析出，使其在烟尘中的含量升高；S、SiO2含量变化不明显。表 1 烟气净化系统烟尘典型化学组成/%Table 1 Chemical compositions of dusts in flue gas cleaning system冶炼厂炉型位置CuFePbZnAsSSiO2参考文献Kosaka闪速炉上升烟道10-2031-422-37-9/6-94-712余热锅炉18-2122-258-128-97-93-4静电除尘器12-1410-1215-199-149-101-1.5Kosaka余热锅炉12.611.615.97.91.79.0/12静电除尘器10.28.921.62.79.3Kennecott静电除尘器28.719.90.80.91.77.48.412Bulgarian余热锅炉22-2618-300.1-2.10.5-4.4/3-148-1213A冶炼厂余热锅炉23.824.86.13.3/10.89.914阳谷祥光余热锅炉29.218.33.62.82.515.8/15静电除尘器25.616.62.93.34.215.9/江西贵溪余热锅炉17.413.70.34.74.110.54.116Naoshima三菱炉余热锅炉44.17.13.42.01.7/17Naoshima静电除尘器1431042.7/Kidd Creek静电除尘器10.66.026.221.31.8/13国内B冶炼厂底吹炉余热锅炉27.715.25.42.67.913.6/15静电除尘器19.72.212.22.214.314.1/中原黄金余热锅炉33.42.93.11.1/14.61.518注：“/”表示文献中未提及 文献报道的烟尘物相组成见表 2，可以看出，熔炼过程中，同炉型不同位置产生的烟尘因温度和气氛等条件的变化，物相组成也发生明显变化。对于多数熔炼炉，上升烟道与余热锅炉连接处温度为 1200 左右，余热锅炉辐射段出口温度为 700 左右，对流段出口温度大约 400 13,21。总体来看，在上升烟道阶段，烟尘主要发生硫化物的氧化反应生成金属氧化物；烟尘进入余热锅炉辐射段，部分金属氧化物开始发生硫酸盐化；进入对流段，烟尘硫酸盐化加剧，静电除尘器阶段，烟尘完全硫酸盐化。研究发现，在上升烟道和余热锅炉辐射段烟尘中主要物相为 Cu 和 Fe 的氧化物（Fe3O4、Fe2O3、CuFe2O4、Cu2O）及部分硫化物，由于温度的降低和氧分压的升高，辐射段烟尘内存在少量 Cu、Fe 硫酸盐和 Fe 硅酸盐13；烟尘由辐射段向对流段第 2 期2023 年 4 月谭少松等：铜造锍熔炼过程重金属烟尘特性及结瘤控制技术进展 151 行进过程中温度进一步降低，在氧化硫化气氛条件下，氧化物相减少，硫酸盐相开始增多，此时烟尘多为直径在 1080 m 之间的熔融态或半熔融态的球形或类球形颗粒22，呈现出核壳结构，内核由 CuFe2O4和 Fe2O3等氧化物组成，外壳由CuSO4等硫酸盐组成12，烟尘主要物相为 CuFeO2、Fe3O4、CuFe2O4和 CuSO4相14,19，同时含有大量Pb、Zn、As 等硫酸盐凝聚成的小颗粒22；通烟尘流动至静电除尘器内部时铜铁氧化物基本消失，烟尘基本上都为 10 m 以下的球形硫酸盐小颗粒20-23。不同炉型的相同位置，烟尘的元素组成大致相同，但由于铜精矿品位、温度和气氛等条件的不同，物相的组成有一定的差异。1.2烟气处理系统结瘤物成分及物相特点铜熔炼过程中，由于温度、气氛的差异性，烟尘在不同位置形成的结瘤物物相组成各不相同24-26。结瘤物物相组成见图 2，由图 2 可以看出，在上升烟道，结瘤物主要由 Fe3O4、CuFeO2、Cu2O 以及未反应完全的硫化铜精矿颗粒构成；在余热锅炉内部，结瘤物物相开始发生变化，辐射段结瘤物物相与上升烟道相比，硫化铜颗粒消失，Cu 与 Fe 反应生成 CuFeO2，同时发生部分硫酸盐化生成 Cu、Pb 等硫酸盐；在对流段，硫酸盐化过程加剧，物相以硫酸盐为主。可以发现，结瘤物的成分和物相与同位置对应的烟尘的成分和物相较为相似，变化规律也基本一致。然而结瘤生成过程中因结瘤物内部存在温度梯度且各物相化学反应时间不同，导致结瘤物产生分层现象。Fernndez 等24 通过对闪速熔炼炉上升烟道与余热锅炉接口处的结瘤物进行分析，发现烟道与锅炉接口处生成两种类型的结瘤物，第一种类型主要物相为 Fe3O4、CuFeO2、少量的Cu2O 和金属铜，第二种类型主要物相为 Fe2SiO4、Cu2S 和 Fe3O4，说明第二种结瘤物氧化不充分或 504030含量/%20100CuFePbZn元素AsSSiO2上升烟道余热锅炉静电除尘器Kosaka-闪速18Bulgarian-闪速19Kennecott-闪速18A 冶炼厂-闪速20Kosaka-闪速18Naoshima-三菱23Kidd creek-三菱18阳谷祥光-闪速21江西贵溪-闪速22B 冶炼厂-底吹21中原黄金-底吹24图 1 烟气净化系统烟尘的化学成分变化规律Fig.1 Changes of chemical composition of dust in flue gassystem 表 2 不同位置烟尘的物相组成Table 2 Phase composition of dusts at different positions冶炼厂炉型上升烟道余热锅炉静电除尘器参考文献Kosaka闪速炉Cu2S、ZnO、Fe2O3、Fe3O4PbS、CuFe2O4、Fe3O4PbSO4、ZnSO4、Cu2SO4、Fe3O412Kennecott闪速炉/PbSO4、ZnSO4、Cu2SO412Kidd creek三菱炉/Cu2O、CuFe2O4、PbSO4、ZnSO4、Cu2SO4PbSO4、ZnSO4、Cu2SO412Naoshima三菱炉PbS、Cu2SCu2S、Cu2SO4、CuFe2O4PbSO4、ZnSO4、Cu2SO417Ashio闪速炉/As2O5、Cu2S、PbS、Cu2SO4、Fe3O4/19Noranda诺兰达炉/PbSO4、ZnSO4、Cu2SO4、Fe3O420注：“/”表示文献中未提及 PbSO4Fe2SiO4CuSO4CaSO4Cu2SCu2OSiO2CuAsO2CuFe2O4Fe3O4Fe2O3Huelva-闪速30C 冶炼厂-闪速31Hrjaavalta-闪速18上升烟道(1300)辐射段(850)对流段图 2 烟气系统不同部位的结瘤物物相特点Fig.2 Phase characteristics of accerations in different parts offlue gas system 152 矿产综合利用2023 年夹带了未反应完全的铜精矿颗粒。对结瘤物进行电镜分析，发现结瘤物中磁铁矿沿着解理方向，逐渐被铁酸亚铜取代。研究人员通过对闪速炉余热锅炉结瘤物进行分析，发现辐射段结瘤物的主要组成元素为 Cu、Fe、O 和 S，同时还有少量的 K、Al、Pb、Zn 和As；主要物相为尖晶石、铁酸亚铜和氧化铁；Miettinen 等12发现结瘤物自余热锅炉内壁(受热面)向烟气侧形成了 Cu2OFe2O3+Fe3O4、硫酸盐的分层结构，而 Stefanova 等25发现结瘤物形成了Fe3O4、CuFe2O4相的分层结构，主要是由于铜冶炼厂家之间的工艺条件、精矿原料等的不同所导致。对流段结瘤物较脆，分为完全硫酸盐化区域和未完全硫酸盐化区域两部分，完全硫酸盐化区域主要物相为 CuSO4，未完全硫酸盐化区域呈核壳结构，内核为 Cu2OFe2O3，外壳为 CuSO412。将余热锅炉入口与出口处的结瘤物进行比较，发现了结瘤物从氧化物到硫酸盐的明显转变，在三菱熔炼炉余热锅炉中也发现了相似的结果26。1.3烟气处理过程结瘤物形成机理 1.3.1烟尘颗粒向烟道受热面的输运、粘结及聚集生长过程基于对文献中熔炼炉烟尘和结瘤物的综合分析，烟尘结瘤的起始状态和粘结形式主要表现为以下两种12,27：熔融态或半熔融态的机械烟尘在水冷壁上的直接粘结；Pb、Zn、As、K 等易挥发性杂质从烟气中的冷凝粘结。（1）烟尘迁移输运机理28：烟气中漂浮的烟尘颗粒向受热面输运是烟道结瘤的重要环节，烟尘颗粒的输运机理主要有三类：尺寸小于 1 m烟尘颗粒和 Pb、Zn、As、K、Na 等易挥发性杂质气相灰分的费克扩散、小粒子的布朗扩散和湍流旋涡扩散；尺寸小于 10 m 烟尘颗粒的热迁移，在烟道内温度梯度的作用下，小粒子从烟道中心高温区向内壁低温区运动；尺寸大于 10 m烟尘颗粒的惯性迁移，特别是当含尘烟气转向时，具有较大惯性动量的烟尘颗粒离开气流而撞击到受热面。（2）粘结与积聚生长过程12,24,28：烟尘在受热面上的粘结和积聚可分为三个不同的阶段。在粘结发生的初期，半熔融态烟尘到达受热面后，其热量快速通过烟道内壁释放，烟气急速凝固结瘤，形成了初始沉积层；随着结瘤层的逐渐增厚，沉积界面向烟气中心移动，界面处的温度逐步升高，后续迁移到界面处的烟尘降温速率大幅减缓，此时形成的沉积层将继续发生低温物相转变；当沉积界面温度最终达到烟尘软融温度时，结瘤物呈现熔融滴落状态，结瘤物与烟气之间达到热稳定状态，如上升烟道与余热锅炉连接处的烟道结瘤即为此状态。1.3.2烟尘结瘤物冷却过程的物相转变烟尘在往烟道内壁迁移过程及到达粘结面后，烟尘之间相互碰撞，发生交互反应，同时随着温度的逐步下降，其物相也发生转变，其主要组元 Cu2O-FeOx-SiO2的物相转变过程如图 329。结瘤物中 Fe3O4最先形成，磁铁矿的来源一是机械烟尘携带，二是烟尘中的 Fe 化合物发生氧化反应生成。随着烟尘的不断粘结，结瘤物内部的 Cu 和 0.60.70.80.90.10.10.20.20.30.30.40.40.50.60.70.80.911501200125012501300Cu2O/(Cu2O+Fe2O3+SiO2)wt/wtFe2O3/(Cu2O+Fe2O3+SiO2)wt/wt“Cu2O”“Fe2O3”SiO2/(Cu2O+Fe2O3+SiO2)wt/wtTridymite p.p.f.Delafossite p.p.f.Spinel p.p.f.Cupritep.p.f.Wstitemelt L1meltL2L3E3L1L2L0图 3 烟尘结瘤物降温过程结晶路径 29Fig.3 Crystallization path of accerations during cooling process29 第 2 期2023 年 4 月谭少松等：铜造锍熔炼过程重金属烟尘特性及结瘤控制技术进展 153 Fe 氧化物发生反应生成 CuFeO2，Fe3O4逐渐被CuFeO2取代。烟气处理系统内部的温度不足以熔化 Fe3O4等高熔点物质，反而为各种化学反应提供良好的条件，促进不同物质的生成、富集、重结晶。且结瘤物内部存在温度梯度，随着反应的不断进行，结瘤物内部不同区域物相发生明显区别，外表呈现分层现象。烟气处理系统后段的硫酸盐是 Cu、Pb、Zn 等在内部气氛和 600800 温度条件下发生硫酸盐化生成的27。2烟尘结瘤控制的主要方法及技术火法炼铜烟气系统中上升烟道及余热锅炉结瘤物问题一直困扰铜冶炼行业，特别是造锍熔炼系统更为突出。目前控制烟尘结瘤的理论研究公开报道相对较少，而冶炼企业的工业实践报道较多。其控制策略主要包括源头预防、过程控制、末端治理三种，应用较多的方式有烟尘硫酸盐化、上升烟道出口增设天然气烧嘴、机械振打、定期爆破清理等，近年来部分企业尝试采用喷入抑制剂的方法，但不同企业的应用效果存在较大差异性。（1）源头预防。从烟尘成分及结瘤机理可以看出，烟尘中的 Pb、Zn、As、Cd 等易挥发元素是影响烟尘粘结特性的主要因素之一30，故在满足正常生产的前提下，通过控制冶炼原料成分特别是降低铜精矿中易挥发杂质元素的含量，从源头减少烟尘和烟气中易挥发元素的量31-32。另一方面，通过工艺条件的控制，减少造锍熔炼过程物理夹带烟尘的发生率，以降低烟气净化系统中烟气的含尘率，是减少烟尘粘结的有效方法33。如闪速熔炼中烟尘率通常在 8%左右34，而底吹炉、澳斯麦特炉、侧吹炉等熔池熔炼炉的烟尘率通常在 1%3%35，通过精矿制粒或水分控制等方法，可进一步降低烟尘率指标36。（2）过程控制。铜冶炼烟气进入烟气处理系统后温度逐渐降低，基本变化情况为熔炼炉（12001350）上升烟道（11001250）余热锅炉辐射段（1100700）余热锅炉对流段（700350）静电除尘器（350）。烟尘结瘤较为严重的区域处于上升烟道出口、余热锅炉辐射段和对流段，结瘤问题的产生主要是由于在一定气氛和温度条件下，烟尘部分呈液相形态存在，在烟气处理系统局部区域发生烟尘间相互碰撞凝并生长或烟尘与烟气处理设备内壁的碰撞粘结。因此，为了减少烟尘结瘤物的形成和积累，通常可采用两条思路：1）局部升温，辅助以高熔点物相还原，使烟尘或结瘤物熔融，从而消除结瘤物，如局部升温法、焦粒/煤粉还原法等。局部升温法37：在烟尘结瘤最为严重的余热锅炉入口处，增设天然气烧嘴（或油枪），一方面利用燃烧产生的热量熔化结瘤物，另一方面利用天然气不完全燃烧生成的一氧化碳对结瘤物中高熔点氧化物如 Fe3O4进行还原，以降低结瘤物的熔化温度而加速消除。焦粒/煤粉还原38：通过投加焦粒或喷入煤粉，利用其中的 C 和产生的 CO 还原结瘤物中的Pb、Zn、Fe 等金属氧化物，以使其在所处烟气温度下熔融而返回沉淀池或熔池中。主要反应方程如下：2C(s)+O2(g)=2CO(g)(1)MeO(s)+CO(g)=Me(s)+CO2(g)(2)Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)(3)该方法在铜冶炼企业得到较为广泛的应用，在一定程度上降低了余热锅炉入口处的结瘤物生长速率，然而该方法的应用效果稳定性不佳，部分熔融产物流入余热锅炉辐射段，凝固堆积难以清理。2）通过改变烟尘成分、烟气气氛和温度条件，减少烟尘中液态粘结相的生成，降低烟尘粘结性，如烟尘硫酸盐化法、添加结焦抑制剂法；烟尘的硫酸盐化39：主要通过增强烟气中的氧势，使烟尘中未反应完全的硫化物发生充分氧化，同时在烟气温度低于 800 时，氧化物烟尘与烟气中的二氧化硫和氧气发生反应生成金属硫酸盐，如 CuSO4、PbSO4、ZnSO4等，盐化后的烟尘粘结性大为改善，成为“不粘结烟尘”40。以铜为例，主要发生如下化学反应：SO2(g)+1/2O2(g)=SO3(g)(4)Cu2O(s)+2SO3(g)+1/2O2(g)=2CuSO4(s)(5)Cu2S(s)+3O2(g)+SO2(g)=2CuSO4(s)(6)Cu2O(s)+2SO2(g)+3/2O2(g)=2CuSO4(s)(7)该方法操作简洁易行，有效地降低了余热锅 154 矿产综合利用2023 年炉对流段的烟尘粘结性，目前在工业上应用较为广泛。然而对于现行 30%40%的高 SO2浓度烟气而言，提高烟气氧势也将导致 SO3发生率升高、烟气露点升高、设备易发生低温腐蚀、废酸量增大等不良后果；此外，硫酸盐的形成一般需要在相对较低的温度区间，对于烟气温度较高的上升烟道及余热锅炉辐射段来说，效果不是太显著。结焦抑制剂41：通过加入一定量的抑制剂成分，使之与烟尘发生化学反应，消除或减少原有液相的生成，形成高熔点化合物，降低烟尘粘结性。并使烟道结瘤物性质从原来的坚硬致密转变为疏松多孔，弱化结焦物与金属表面的连接，在重力或机械振打作用下剥离脱落。近年来，国内外几家公司开发了商用抑制剂，并在铜冶炼企业进行了推广试用。从成分来看，各家公司差异性较大，一般在上升烟道合适位置喷入粉末状抑制剂，喷入量约为烟尘量的1%3%。从应用效果来看，抑制剂的使用在一定程度上改善了烟尘的物理化学性质，消减了烟道结瘤物或使其易于清理。但是由于不同冶炼企业的原料、炉型、工艺条件存在差异性，抑制剂的使用效果波动性大，且现有商业抑制剂采购成本较高，仅有个别企业间歇使用。（3）末端治理。为了尽量减少烟道结瘤物对生产造成的负面影响，需对形成的结瘤物进行清理，主要有机械振打和爆破法两种。机械振打42主要是在余热锅炉侧壁上安装机械振打装置，在振打瞬间使受热面产生强烈震动，使结瘤物剥落。爆破法43主要是在结瘤物积累较严重时，利用停炉检修间隙，使用炸药定向爆破清除结瘤物。这两种方法几乎是目前铜冶炼企业标配的终极措施，机械振打对于松散多孔结瘤有一定效果，但仍然不能阻止半熔融烟尘的粘结积累。爆破法需要停炉检修，影响企业的正常生产，清理过程费时费力，存在一定的安全隐患。3总结与展望近年来，中国精炼铜产量逐年增长，2020 年电解铜产量达到 930 万 t，多个大型铜冶炼项目即将建成投产，其中大部分为精矿冶炼企业。从原料来看，进口铜精矿所占比例有进一步扩大的趋势，由于资源供给的紧张，企业的原料来源更加多元化，各种低品位和杂质含量高的复杂矿也被广泛使用，导致烟气处理系统的结瘤问题更加突出，对烟气处理系统的稳定高效运行产生更为严峻的挑战，研究解析烟尘粘结机理，开发抑制烟尘结瘤的新方法和技术尤为重要。烟气处理系统中烟尘的成分物相变化规律和烟尘粘结的机理已有初步的认识。烟尘在上升烟道中主要物相为铜铁氧化物及少量未反应的硫化物，烟尘由上升烟道向余热锅炉行进过程中，硫化物基本被氧化完全，与原有氧化物一起向硫酸盐转变，形成核壳多层物相结构，到达静电除尘器阶段几乎全部转变为硫酸盐。在上升烟道及余热锅炉高温区，烟尘中少量的硫化物及部分低熔点氧化物熔融，形成液相固相共存的状态，是烟尘粘结和烟道结瘤的主因，而烟气中易挥发性成分在降温过程中的冷凝析出是另外一个重要因素。然而，已有文献中烟尘粘结机理的研究主要是通过分析烟气系统各阶段灰斗烟尘和结瘤物物相形貌的变化进行综合判断。但是，灰斗烟尘样品的温度普遍较低，其在沉降分离与降温过程中实际上会发生物相的转变，不能完全代表高温下的烟尘物相状态，因此，有必要通过急冷方式对不同阶段高温烟尘样品进行原位取样研究。此外，烟尘的实际动态粘结过程未见到直接的在线观测证据。从结瘤控制技术的应用效果来看，铜冶炼企业通过多种手段并用，如天然气局部升温、烟尘硫酸盐化、机械振打等，一定程度上确实起到了控制结瘤的效果，但还不能完全解决结瘤问题。受制于越来越复杂的原料成分，源头成分控制的手段将愈加难以奏效；通过降低烟尘率的方案仍然具有一定的发展空间，特别是闪速熔炼的烟尘率普遍较高，存在较大的改进空间，但目前的控制方法相对比较粗放，公开报道中很少见到造锍熔炼过程烟尘生成机理和控制技术方面较为深入的研究工作；烟道结瘤的过程控制方法中，局部升温配合烟尘还原的方法在实践中证明确实起到了缓解结瘤物生长速率的作用，但熔融物在余热锅炉辐射段冷凝积累的问题需要进一步研究完善，同时应综合确定天然气和空气比例、流速，使二者配比处于放热量最大的区间；利用结焦抑第 2 期2023 年 4 月谭少松等：铜造锍熔炼过程重金属烟尘特性及结瘤控制技术进展 155 制剂对烟尘进行改质看起来是一种很有前景的方法，目前常用的思路是通过抑制剂与熔融态的烟尘颗粒反应得到不易粘结的高熔点化合物，减少结瘤物的形成，但由于不同冶炼厂的原料和工艺条件不同，甚至同一冶炼厂不同时期的原料和工艺条件也不相同，所以抑制剂成分的设计需要因厂制宜，因时制宜。温度是烟道结瘤主要因素之一，因此可以适当降低上升烟道内烟气温度，如喷入抑制剂或引入少量低温烟气均可，使烟尘主体凝固，减小烟尘粘结性，但对烟气系统的附带影响和实际效果有待进一步研究验证。参考文献:1 杨俊奎,徐斌,马永鹏,等.铜冶炼开路烟尘综合回收研究现状J.矿产综合利用,2019(5):9-16.YANG J K,XU B,MA Y P,et al.Research status ofcomprehensive recovery of open-circuit dusts in coppersmelterJ.Multipurpose Utilization of Mineral Resources,2019(5):9-16.2 吕旭龙,衷水平,印万忠,等.某铜冶炼企业冶炼炉渣配矿浮选试验研究J.矿产综合利用,2019(1):114-118.LV X L,ZHONG S P,YIN W Z,et al.Experimental study onflotation of different proportion smelter slag in a coppersmelting enterpriseJ.Multipurpose Utilization of MineralResources,2019(1):114-118.3 余 彬,张 鑫,王礼珊.铜冶炼急冷转炉渣与缓冷电炉渣混合浮选生产实践J.矿产综合利用,2019(1):127-129.YU B,ZHANG X,WANG L S.Production practice of themixed flotation of the copper smelting quench slag and theslow-cooling electric slagJ.Multipurpose Utilization ofMineral Resources,2019(1):127-129.4 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