目前， 世界上已开发利用的矿物约100 多种， 非洲蕴藏有全部重要的矿产资源， 其中有25种有色金属矿具有世界意义， 钴、铝、金、钻、钛、锗、镓占世界第一位。非洲黑色金属矿的资源优势集中在锰和铬上， 其储量各占世界的32.6 ％和52.6 ％ 。非洲除少数国家拥有比较发达的冶金工业外， 有些国家几乎无冶金工业可言； 有些非洲国家虽有发达的采矿业， 但冶金工业规模小， 产量有限， 远不能与其米掘能力相匹配， 不得不大量输出矿砂。 中国矿产业经过长期发展， 在地质研究、勘探、开采、选冶、加工等方面已经积累了丰富的实践经验， 在技术、人才、装备方面都具备与世界任何矿产资源国开展合作的能力。与此同时， 非洲国家正积极完善法律、法规、政策及政府服务， 改善营商环境， 欢迎中国企业去非洲投资， 实现共同发展。中国与非洲国家矿业合作有利于发展矿物的深度加工， 提高非洲国家资源综合利用程度， 从而达到提高当地经济和社会效益的目的。 非洲国家为引进外资积极改善矿业投资环境 非洲被誉为“ 矿产博物馆”，现已探明和已开采的矿产资源大多数掌握在发达国家企业手中。非洲的GDP 中有1/4 来自矿业出口，非洲大陆尚有成矿条件好、找矿前景广阔的地区，至今未进行过找矿工作， 如津巴布韦有60 种不同的矿产品， 现在只有40种矿产品得到了开采。坦桑尼亚镍、铀、稀土等矿产资源储量较为为丰富， 具有勘查及发现世界级矿藏的潜力， 但坦桑尼亚境内除黄金、金刚石和天然气等矿产有大规模投资开发之外， 绝大部分矿产资源未经开发利用，这些潜在资源如能得到充分勘探和发现， 将会更有利于非洲国家工业现代化进程。 一、非洲各国欢迎中国矿业企业 在资源开发过程中， 非洲国家逐渐认识到西方矿业企业探而不采的矿业战略将进一步减缓非洲经济发展的增速。为了摆脱西方国家对非洲经济的拖累， 引入更多中资企业以带动经济增长，2012年末， 非洲津巴布韦、几内亚等国家大大地提高了矿业权的维护费用， 并收回了部分过期的优质矿业权， 为中资企业提供了更多的找矿机遇。 2016年9月24 曰在天津举办的2016中国国际矿业大会中国非洲矿业投资合作伙仑坛上，马里矿业部部长杰莫科桑·加雷先生介绍了马里的矿产资源情况并表示欢迎中国矿业企业去投资。为吸引外国投资矿业， 马里政府推出了许多政策， 如实行市场自由化、开放对外贸易和投资， 修改税法、改革公共部门服务功能等， 对于投资黄金的企业马里规定企业在生产之后有五年免税期。 1.尼日尔 尼曰尔虽然有丰富的矿产资源， 但只对煤矿、石灰岩、石書等进行了小部分的开发， 已开发的资源所占比重非常小。中国矿业技术发展非常迅猛，大量技术也很适用于非洲， 现在已经有一批中国企业在尼日尔投资矿业， 尼日尔希望通过与中国开展更多资源合作， 加快尼日尔经济发展。 2.埃塞俄比亚、苏丹和南非 为改善矿业投资环境， 埃塞俄比亚议会于2013 年7月通过了矿业部提交的修订案， 把矿业公司的公司税从35％ 降至25％， 中国的矿业公司已经涉足埃塞俄比亚矿产资源勘查与开发。苏丹黄金等矿产资源丰富， 苏丹的投资法、矿产资源发展政策及其他法律法规都积极鼓励海外大型矿业企业到苏丹投资＆ 南非是世界五大矿产资源国之一，2005年以来， 南非政府出台了一系列鼓励矿业投资的优惠政策， 简化矿业权审批程序， 减少投资壁垒， 并通过税收优惠、现金补贴等措施吸引外资， 鼓励更多国际业公司到南非进行矿业投资。 3. 刚果（布） 钾盐、铜、铁、金是刚果（布） 的优势矿产。为鼓励矿业投资刚果（布） 政府2003 年正式颁布了《投资法》， 使外国投资企业享受国民待遇。像固体矿产铁、锰、锌、钾、磷等的开采， 都属于刚果（布） 政府鼓励投资的领域。刚果（布） 政府还绐予外国矿业公司一些税收上的优惠。 二、中国企业积极推动中非矿业合作 中国与非洲国家大型国企均在积极推动中非矿业合作。2015年6月21日， 中国有色集团与刚果国家矿业公司在刚果（金） 卢本巴希市签署战略合作协议。 中国恩菲是著名的设计咨询单位，ELB是非洲第三大工程服务商， 在非洲采矿、选矿、电力、建筑等工程承包方面颇具竞争力，2017年2月7曰，在第23届非洲国际矿业大会期间，中国恩菲与ELB公司签署协该，正式成为战略合作伙伴， 双方将共同开发撤哈拉以南非洲地区的矿业、冶炼及基础设施市场， 为提升地方工业化水平及现代化发展水平发挥合力。 中非携手打造矿业领域互利共赢合作格局 中国与非洲国家矿业部门交流与合作始于20世纪80年代，90年代后， 中国矿业公司加快了在非洲开发矿产资源的步伐， 重点选择的国家是矿产资源丰富（尤其是中国急需矿种） 、政局稳定、投资环境好、与中国关系友好和外国公司控制程度不强的国家，重点开发的矿种主要有铁矿、铜矿、黄金、铬矿、锰矿、金刚石和磷酸盐等。中国与非洲国家合作开发的矿产资源项目如下。 一、加纳黄金开采项目 1994 年， 原地矿部陕西地矿局与加纳方面签订了合资开采恩科科金矿的合同， 中方和加纳方面分别持股10％ 和90％ ， 建矿工作由中方承担， 中方总投资额为一亿元人民币。 二、南非铬矿、金矿开发项目 1996 年， 中国钢铁工贸集团公司（原中国冶金进出公司） 与南非合资建立了亚南金属有限公司， 主要进行铬矿冶炼。该项目总投资4000万美元， 中方占60％ 的股份。1999年８ 月， 第一座铬矿冶炼电炉建成投产， 当年就达到年冶炼5万吨铬矿的设计生产能力。至2002年9月， 该公司已生产铬矿150万吨， 产品销往中国、欧洲、美国及日本等市场， 取得了良好的经济效益和社会效益。 2013年2月， 中国金川矿业集团收购南非wesizwe铂金公司45％ 的股份， 中国国家开发银行提供了6.5亿美元的资金支持。这是中国企业第一次投资铂金市场。 三、刚果（ 金） 铜、钴矿项目 2012年2月中国五矿集团所属五矿集团所属五矿资源公司出资约13亿美元成功收购加拿大安维尔矿业公司，从而控制了加丹加省Kinsevere、Mutoshi两个铜矿95％ 和70％ 的股权及多项勘探资产权益。此外， 北方工业公司、中铁资源集团（ 中国中铁的全资子公司） 等国有矿企也依靠上述方式在刚果（ 金） 从事投资开发业务， 收货颇丰。 华刚矿业股份有限公司（ 以下简称华刚矿业）是由中国中铁股份有限公司、中国电力建设集团等组成的中国企业集团在积极实施国家“ 走出去” 战略、投资开发海外矿业资源的背景下， 根据中国与刚果（金）“资源财政化一揽子合作模式”与刚果矿业总公司共同发起设立的国际化矿业公司。 2015年11月6日， 华刚矿业储量达868万吨金属铜的世界级特大铜钴矿采选冶一期工程正式投产。该生产线达产后每年能处理矿石455万吨， 每年产金属铜12.5万吨。该项目有利于弥补我国铜、钴需求的缺口， 确保战略性原材料供给， 同时对于我国国际铜价定价权和话语权的提升将产生深远影响。 与此同时， 中国部分有实力的民营矿企诸如上海坤泰集团、上海鹏欣集团、浙江华友钴业公司等正逐渐成为在刚果（金） 开矿的新兴力量。中国民营矿企在刚果（金） 矿产勘探和开发领域也发挥着越来越重要的作用。 四、赞比亚谦比西（Chambishi） 铜矿开采项目 铜是赞比亚最重要的矿产资源， 钴是赞比亚另一重要的矿产资源， 主要以铜的伴生物形式存在。 1998年， 中国有色矿业集团通过国际竞标购得赞比亚谦比希铜矿85％ 的股权， 同时拥有41平方公里的地表土地使用权和85平方公里的地下勘探开采权， 期限99年。以其为基础， 中国有色矿业集团投资的谦比希湿法冶炼厂、谦比希铜冶炼厂等一批重大项目相继启动， 渐成产业集群， 自2003年起，中国有色矿业集团以谦比希铜矿为核心， 着手在赞比亚筹建中国有色工业园。中非合作论坛北京峰会之后， 中国有色工业园正式更名为赞比亚中国经济贸易合作区。在中赞两国政府的大力支持下， 赞比亚中国经济贸易合作区已有数十家企业入驻， 涉及勘探、采矿、冶炼、机械加工、钢铁加工等行业，吸引投资近10亿美元， 累计实现销售收入43.5亿美元， 为当地创造了1.2万个稳定的就业机会， 以该合作区为平台的中国境外有色金属基地初具规模。 此外， 在埃塞俄比亚与中国矿业合作进程中，埃塞俄比亚北部发现了金矿， 在其他地区发现了贵金属、有色金属等， 其中一部分项目正在开发。埃塞俄比亚有关部门决定在未来五年继续引进一些优势公司， 加强与中国在矿业方面的合作。从2004年起， 中国国土资源部和中国地质调查局先后与赞比亚、埃塞俄比亚、津巴布韦、南非、坦桑尼亚、厄立特里亚、苏丹、马达加斯加、乍得、利比里亚和摩洛哥等国有关方面签署了MOU（ 谅解备忘录） 或项目合作协议。在此背景下， 中国地调局天津地调中心、武汉地调中心、沈阳地调中心与非洲国家开展了地学领域合作， 累计实施合作项目38项。在与非洲国家开展项目合作的过程中， 中国地调局不断完善全球矿产资源信息系统的建设， 目前在非洲54个国家中， 已有39个国家在该系统中录有数据。 来源：承包商会网站

江苏鹏飞；回转窑；有色金属冶炼；压延加工业；烧结炉；工业炉窑；冶金中镍、铁、铝、铜、锌、锡、钨、铬、锉等金属以回转窑为冶炼设备；对矿石、精矿烧结、焙烧；锂辉石；电池级锂盐；天齐锂业；鼎盛锂业；赣锋锂业；      江苏鹏飞集团回转窑〈旋窑、烧结炉、工业炉窑、窑炉〉，规格：Φ3.2×52m;，Φ3.5×54m，Φ4.0×60m，Φ4.3×64m，Φ4.8×74m，Φ5.0×78m。广泛用于水泥、冶金、化工、环保等行业。鹏飞回转窑在有色金属冶炼及压延加工业中对有色和黑色冶金中铁、铝、铜、锌、锡、镍、钨、铬、锉等金属以回转窑为冶炼设备，对矿石、精矿、中间物等进行烧结、焙烧。实现回转窑直接还原二氧化钛（钛白粉）的应用。主要客户有：铜陵安纳达、宁波新福、上海东钛、隆源钛业、海南福达、江苏金浦、山东东佳等。 钛白粉是工业生产中非常重要的原料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品、陶瓷、搪瓷、电子、食品和医药等工业。目前美国杜邦、美礼联和科美基三家公司掌握着先进的二氧化钛氯化法生产技术，利用传统的硫酸法生产二氧化钛在实际生产中也需要大量的专有技术、技术诀窍和操作经验，对准备进入该行业企业的技术积累和技术创新能力提出了很高的要求。二氧化钛工业是相对技术资金密集型产业，新建一座采用硫酸法工艺的工厂，如达到经济规模，一般估计建设资金将达到 1.2 亿左右，建设同等规模的采用氯化法工艺的工厂，建设资金投入量更大；由于技术积累和操作经验对正常生产有着至关重要的影响，因此，建成投产后仍有一段相当长的达产达标过程，对运营资金提出了很高要求。     在氯化法技术国外封锁、国内尚未完全掌握、不具备推广应用的情况下，投资硫酸法二氧化钛，如产品达不到国际标准、废酸和亚铁不能综合利用、环保不能达标排放，国家产业政策予以限制，新建项目，禁止投资。从目前的形势来看，9、10月钛白粉需求旺季即将结束，钛白粉价格年内再次上调的可能性不大，国内钛白粉价格在目前1.3~1.4万/吨的位置走平。全球钛白粉产能向国内转移，钛白粉出口长期向好。     回转窑应用越来越广泛，铝生产中用它焙烧成氧化铝，炼铁中用它生产供高炉炼铁的球团矿，用它对铁矿石进行直接还原，氯化挥发焙烧法采用它提取锡和铅等。选矿过程中，用回转窑对贫铁矿进行磁化焙烧，使矿石原来的弱磁性改变为强磁性，以利于磁选。化学工业中，用回转窑生产苏打，煅烧磷肥、硫化钡、二氧化钛（钛白粉）等，具有可利用中低品位磷矿的优点，得到大力推广。用来煅烧粘土、石灰石和矿渣烘干，在耐火材料生产中，采用回转窑煅烧原料，使其尺寸稳定、强度增加，再加工成型。在环保方面，利用水泥窑焚烧危险废物、垃圾，实现废物排放无害化，将废物作为燃料利用，节省煤粉，做到废物的资源化应用。该设备由筒体、支承装置、带挡轮支承装置、传动装置、活动窑头、窑尾密封装置、燃烧装置等部件组成，该回转窑具有结构简单，运转可靠，生产过程容易控制等特点。“鹏飞”生产的回转窑煅烧系统装备通过技术创新，在该系统中采用国内外先进的液压挡轮装置、采用计量精度很高的计量柱塞泵、高精度的调速阀和接触式石墨块密封装置等国内先进技术。窑头可以采用工业电视看火，工艺流程模拟荧光屏，煅烧带采用红外线扫描仪把煅烧带的煅烧情况直接反映在计算机上，这些新技术的使用直观感强，操作方便，使用可靠。稳定了热工制度，提高了设备运转率，与同规格设备相比，产量提高了10％，热耗降低15％。     随着国外产能的收缩以及国内钛白粉品质的提升，我国钛白粉出口长期向好趋势将不会改变。上市钛白粉LT佰利联与国际钛白粉巨头亨斯迈签订的《TR52出售协议》也反映出全球钛白粉产能向中国转移的信号。钛白粉行情仍将继续。今年年初以来，国际钛白粉巨头相继提价，同时国内钛白粉LT今年也已6次上调钛白粉价格，随着需求旺季的到来，钛白粉行情仍将继续，特别是随着我国房地产政策的放开，房地产销售市场又进入新一轮回暖周期，住房需求的释放，将直接拉动我国钛白粉消费增长。同时钛白粉行业还有环保趋严的长期约束，环保将加速行业内产能整合，促进竞争优势向LT企业集中。目前全国钛白粉在建项目产能合计131 万吨，2018 年将达到420 万吨。国内钛白粉主要项目有 生产企业 产能（万吨） 生产方法 杜邦东营 20 氯化法 河南漯河兴茂钛业公司 20 氯化法 济南裕兴化工有限责任公司 20 硫酸法 藤县金茂钛业有限公司 10 硫酸法 梧州佳源实业有限公司 10 硫酸法 广西嘉华钛业有限公司 10 硫酸法 四川龙蟒钛业股份有限公司 10 氯化法 江苏金浦集团 8 硫酸法 河南佰利联股份有限公司 6 氯化法 云南新立有色金属有限公司 6 氯化法 山东东佳集团 6 氯化法 海南福达钛白有限公司 5 硫酸法 上海亮江钛白化工制品有限公司 5 硫酸法 合计 131         二氧化钛还原石墨烯制备与研究     二氧化钛直接制取金属钛工艺     二氧化钛由于具有优异的光响应性能，在光催化降解有机物及光电转换领域具有重要的使用价值；同时，其晶型结构和微观形貌的多样性又使其具有极大的可变性和科研性。研究二氧化钛新的形貌、发掘二氧化钛新的晶型结构、通过掺杂和复合等方式提高二氧化钛的光催化性能成为现下研究的热点和重点。     通过沉淀法和水热法相结合，探究了二氧化钛纳米片生成的条件，并系统地讨论了各反应条件对产品性能的影响。为了进一步提高产物的光催化性能,我们将所得产物与氧化石墨烯通过水热的方法进行还原复合，制备出二氧化钛/氧化石墨烯复合材料，并讨论了反应条件对产物光催化性能的影响以及氧化石墨烯和还原剂在复合过程中的作用，并分析探究了还原氧化石墨烯提高光催化性能的主要作用原理。      (1)以硫酸钛水解之后所得的Ti(OH)4为前驱体,NaOH溶液为反应介质，通过控制NaOH溶液的浓度以及水热反应时间和水热反应温度制备出片层状结构良好的层状无定型化合物，通过TEM观察分析反应时间和反应温度对产物形貌的影响，为了得到具有光催化性能的反应产物，我们通过氢离子交换结合高温煅烧的方法制备出锐钛矿型TiO2，并且分析了煅烧温度和煅烧时间对产物形貌及光催化性能的影响。实验表明：NaOH溶液的浓度影响产物的形貌，水热反应温度和水热反应时间影响TiO2纳米片的厚度和大小在150℃,6mol/L的NaOH溶液中水热反应96h得到的产物具有好的片层结构。煅烧温度和煅烧时间主要影响晶体的大小和晶体缺陷的多少，我们的研究表明,在400℃煅烧3h得到的产物具有好的光催化效果。     (2)为了制备二氧化钛/氧化石墨烯复合材料,我们将离子交换后干燥的产物作为前驱体与石墨烯溶液混合，在柠檬酸做还原剂的条件下进行水热复合,然后在N2保护下进行煅烧。在这个实验中，我们研究了前驱体与石墨烯的比例、还原剂的酸性、水热反应时间、水热反应温度对产物形貌及光催化性能的影响。实验结果表明,二氧化钛/氧化石墨烯复合材料的光催化性能比纯二氧化钛的提高20%以上,氧化石墨烯质量为前驱体质量的1%时得到的产物光催化效果好。佳反应条件为在浓度为0.1g/ml的柠檬酸溶液中80℃下水热反应8h。     (3)通过上述实验，我们分析了还原氧化石墨烯的作用:氧化石墨烯与二氧化钛的还原复合一方面改变了晶体结构，在经过400℃的煅烧之后就在产物中出现金红石相，从而形成混晶结构,提升光催化性能，另一方面复合后的产物形貌发生改变,由原来规整的片状结构转变成表面粗糙的棒状结构，这样使得产物的比表面积增大很多,增强了吸附性能和光催化性能;除此之外,还原氧化石墨烯的加入使得产物的导电性能增大，促进了光生电子-空穴对的分离，增强了光生电子-空穴对的生命周期,极大地提高了氧化还原反应效率。

一、并流蓄热式竖窑 目前国外用于煅烧细粒石灰的竖窑主要窑型为瑞士麦尔兹窑炉公司设计建造的并流蓄热式双膛竖窑,该窑用于煅烧20～40 mm小粒度石灰石,可以充分利用目前我国石灰石矿许多丢弃的细粒石灰石,为我国石灰石矿的资源综合利用开辟了新途径。 1 并流蓄热式双膛竖窑的主要特点 (1)石灰煅烧均匀,活性度好。在供给合格石灰石和燃料的前提下,活性石灰的活性度达到350mL,残余CO2 气体含量低,一般不超过2.5% ,且不产生过烧石灰。 (2)热效率高。用于石灰石分解耗热量占总耗热量的百分比在各类窑形中为最高,一般可达83%以上,单位产品耗热量低,一般在3 555～3 764 kJ /kg之间波动。 (3)相比回转窑,占地面积小,基建投资低。 (4)排出的烟气温度低,一般为70～130℃,易于净化除尘处理,有利于解决环境污染问题。 (5)能够煅烧20～40mm小粒度石灰石,可充分利用我国现有废弃的石灰石资源。 2 并流蓄热式双膛竖窑的工艺过程 并流蓄热式双膛竖窑有两个窑身,窑身的上部有换向系统,用于交替轮换使用两个窑身,在窑身煅烧带的下部设有彼此连通的通道。煤粉喷枪安装在预热带,并埋设在石灰石中。 生产操作时,每隔12 min变换1次窑身功能,即每个窑身每隔1个周期加热1次。采用单斗提升机向竖窑加料,每变换1次窑身,单斗提升机向两个窑身分别加入1斗石灰石。单斗提升机前设有带电子秤的称量料斗,以便精确称量每斗石灰石。采用罗茨鼓风机交替从两个窑身上部送入煤粉,通过喷枪将煤粉均匀地分布在整个窑的断面上。采用罗茨鼓风机将燃烧用的空气从竖窑顶部送入窑内,经预热带进入煅烧带与煤粉混合,使煤粉在煅烧带内燃烧,火焰与物料并流使物料得以煅烧。在煅烧带将石灰石煅烧后产生的废气,通过两个窑身的连接通道进入另一个窑身,与装入的石灰石料流相反向上流动,预热了另一个窑身内的石灰石。 煅烧完的石灰由窑身下部的卸料装置卸出,进入下部的卸料料斗。由于竖窑窑内压力很高,这些料斗均采用液压操作的闸板密封。在每个换向周期中,密封闸板定期打开,石灰便会落入下部受料斗中,然后经过振动给料机给入耐热皮带运输机上,再运往成品石灰筛进行筛分贮存。 竖窑上的大部分设备均采用液压操作,这些设备包括:回转加料器、窑顶关闭闸板、旋转料钟、废气换向闸板、称量料斗闸板、出料装置、出料料斗密封闸板、煤粉管道和空气管道的液压阀门、石灰石料位指示器等。 并流蓄热式双膛竖窑内石灰石料位的测量采用机械料位指示器。 竖窑设有12台罗茨鼓风机,其中3台用于提供助燃空气, 3台用于向窑内输送冷却空气, 1台另外备用提供燃烧空气或冷却空气, 3台用于冷却喷枪,2台用于将煤粉从称量料斗送至喷枪。上述12台罗茨鼓风机中,有3台为变频调速交流电动机传动。 并流蓄热式双膛竖窑上安装有自动操作所需要的PLC控制装置,通过中央控制室的计算机显示设备的流程、各种闸板及闸阀的位置,并对操作中的错误之处发出报警信号、显示报警信息。计算机可以显示各种技术数据及技术参数设定范围,如显示向窑内供给的燃料量和空气量、窑膛通道之间的温度、煤粉温度、废气和出窑石灰的温度、膛中系统压力、燃烧及冷却空气压力。 竖窑的PLC系统控制程序,能够自动开启和变换石灰石加热和装料的各个阶段的顺序和操作,并能保证煅烧好的石灰均匀出料。 由于这种并流蓄热式双膛竖窑具有先进的加料系统,可以避免物料偏析,并在竖窑的断面上能达到理想的石灰石分布状态。该窑的特殊燃料分布系统能够保证整个窑断面上热量的均匀供给,同时改进竖窑冷却带的形状以适合小颗粒石灰石的特殊流动状态,这些措施保证并流蓄热式细粒石灰竖窑能够煅烧20～40 mm的小粒度石灰石,并且已经在意大利的部分石灰石矿得到了实际应用,取得了令人满意的效果。 二、套筒式竖窑 1 前言 套筒式竖窑又名环形窑,起源于德国肯巴赫·威尔曼司特勒公司(BECKENBACHWARMESTELLE GMBH) ,世界上已有300 余座套筒式竖窑投入使用。欧洲和日本用这种窑型较为普遍。近几年来,我国也逐渐引入这种窑型,先后有5 座套筒式竖窑在梅钢、马钢、本钢等大型钢铁企业应用。实践表明,套筒式竖窑设备简单,操作和维修方便,工作环境较好,产品质量优良,是一种很有发展前景的新型窑型。 2 套筒式竖窑的基本结构 套筒式竖窑主要由窑体、上料装置、出料装置、燃烧室、换热器、喷射器以及风机系统等构成 。 2.1 窑体 窑体由内、外筒组成。外筒由普通钢板围成并衬以耐火材料。内筒分上、下两个独立部分,上部为上内筒,下部为下内筒。上下内筒由双层结构形成圆柱形钢板箱,钢板箱内可直接通入空气并能够对内筒进行连续冷却防止其高温变形。箱体内外两侧砌有耐火砖。内筒与外筒同心布置,形成一个环形空间,石灰石就在该环形区域内煅烧。 2.2 燃烧室 套筒式竖窑可使用多种燃料,如天然气、焦炉煤气、混合煤气、煤粉、重油等。无论采用哪种燃料,其燃烧过程都是通过烧嘴在燃烧室内进行的。燃烧室一般设置在窑体中部并分上、下两层,每层燃烧室的数目视竖窑大小而异(一般为3～7个);同一层均匀布置,上、下两层错开布置。每个燃烧室与内筒之间均由耐火砖砌筑而成的拱桥相连,燃烧产生的高温烟气通过拱桥下的空间进入石灰石料层。 2.3 上料、出料系统 套筒窑的上料装置由称量料斗、闸门、单斗提升机、密封闸板、旋转布料器、料钟及料位检测装置等组成。 石灰石经预热、煅烧和冷却后,在冷却带底部由抽屉式出料机直接卸入窑下部灰仓,然后经仓下振动给料机排出。 2.4 风机系统 套筒窑风机系统主要由排烟机、引射风机、内筒冷却风机组成。排烟机用以抽出窑内废气,使窑保持负压;引射风机向燃烧器供给喷射空气,使窑内形成循环气体;内筒冷却风机向内筒供给冷却空气。同时,冷却空气冷却内筒后得到预热并作为燃烧器的二次空气。 3 套筒窑的煅烧原理及工艺特点 3.1 逆流煅烧和并流煅烧有机结合 石灰石在套筒窑内煅烧过程中的一个显著特点是逆流煅烧和并流煅烧同时进行。套筒窑外壳上分布的两层燃烧室将窑体分成两个逆流操作的煅烧带和一个并流操作的煅烧带。 3.1.1 逆流煅烧 上燃烧室为不完全燃烧,助燃空气供给不足,只有50%左右。在废气引风机的作用下,不完全燃烧烟气进入上部料层与来自下方含过剩空气的气流相遇,使不完全燃烧产物得到完全燃烧。这个区域(从上燃烧室到上部内套筒下口平面) 即为上部煅烧带。在此区域内其气流方向与物料流动方向相反,煅烧过程称为逆流煅烧。 逆流煅烧时,石灰石处于分解初期需要吸收大量热量,所以一般不会产生过烧现象。随着料流向下运动,石灰石逐渐通过上部煅烧带。在上部煅烧带内完全燃烧后的烟气继续上行至窑顶,在窑顶又分成两部分: 一部分(约占废气总量的70% ,气量通过调节阀控制) 经环形石灰石层(预热带) 对石灰石进行预热, 同时自身温度降到180℃左右;另一部分(约占废气总量的30%左右) 经上内筒进入空气换热器,温度降低到180～250℃,再进入废气管道。两部分烟气均由同一台引风机抽出,然后经布袋除尘后排入大气。 在上、下燃烧室之间的区域为中部煅烧带,中部煅烧带亦为逆流煅烧。 3.1.2 并流煅烧 下部燃烧室为完全燃烧,空气过剩系数为2.0左右。下燃烧室燃烧产生的高温烟气(温度<1350℃) 分成两股:一股经中部煅烧带、上部煅烧带流向窑顶与来自上燃烧室的不完全燃烧气体相遇;另一股气流在下燃烧室喷射器的作用下往下走,形成并流煅烧带(下燃烧室平面到下内筒循环气体入口平面之间的区域)。 并流煅烧是套筒窑整个煅烧工艺的关键。石灰最终在这个区域内烧成,高温烟气经料层煅烧石灰,然后从下内筒底部均布的4个循环气体入口处进入下内筒;石灰冷却空气从底部吸入窑内,被高温石灰预热后与高温烟气一起从下内筒入口处进入下内筒内。两股气流混合后称为循环气体(其中含有过剩空气可以作为燃烧二次空气) ,温度一般为800～900 ℃。循环气体经下内筒入口→下内筒顶部→喷射器→下燃烧室料层→下内筒入口,如此循环往复。 在并流煅烧区,随着物料向下流动,石灰石表面逐渐形成了CaO 外壳,其吸热性也变差,但恰好此时较贫化的燃料和空气发生接触燃烧,热量供给较温和,因此不会使CaO 外壳过烧,又能使生芯继续分解。 3.2 气流分布均匀 针对传统竖窑气流分布不均衡问题,套筒式竖窑对窑体内部结构进行了如下几方面的特殊处理。 (1) 设置上、下两个中心内筒,使窑的装料空腔呈环形,减少料层厚度,以利于火焰或高温气体穿透整个料层。 (2) 设置上、下两层错开均布的多个燃烧室,且每个燃烧室与内筒之间由耐火砖砌筑而成的拱桥相连,以便燃烧产生的高温烟气均匀地分布在窑的整个断面上。 (3) 在下内筒的上、下部,沿圆周开有若干个孔(均布) 作为循环气体的进出口。开孔数目与燃烧室相对应,使窑内下部煅烧带气体被均匀地引入下内筒。 通过以上特殊设计,窑内压力、气流及温度在环形截面及整个石灰石料层中得到了均衡分布,保证了石灰石焙烧的均匀性,消除了热沟造成的质量不稳定以及耐火衬易损环现象。 3.3 回收余热,降低能耗 套筒回收余热主要有以下三个途径: (1) 下内筒作为循环气体的通道。下燃烧室产生一部分高温富氧气体向下流动将石灰石冷却空气加热到800～900℃,通过下内筒引出窑外,在喷射介质作用下重新回到下燃烧室作为助燃空气利用。 (2) 上内筒将窑顶30%的废气引出窑外通过空气换热器将热量传递给引射用空气,从而回收余热,提高引射空气温度。 (3) 冷却下内筒的空气自身预热到200℃左右后,也被收集到环管内,然后分配到各燃烧室作为助燃空气再次利用。 通过以上三个途径,使窑内气体多余热量得到合理利用,从而达到节能的目的。有关资料表明,套筒式竖窑能耗仅次于迈尔滋窑,为3762～3971 kJ/kg。 3.4 全程负压操作 套筒窑的特殊结构大大降低了窑内气流阻力损失,易实现全程负压操作,有利于窑内工况调节,同时减轻窑体密封件的负荷,改善劳动环境,使操作更安全。 3.5 原料适应性更强 传统石灰竖窑由于自身结构和煅烧工艺的局限性,入窑原料粒度限制在70～150mm 范围内,超过标准(小于70mm 或大于150mm) 则会影响窑内透气性和石灰煅烧质量。而套筒窑由于采用环形空间煅烧石灰石,极大地改善了窑内物料透气性,为石灰石提供了优良的煅烧条件,从而扩宽了原料粒度范围和粒径比。套筒窑的原料范围为15～180mm ,粒径比能达到1∶3 的水平。 3.6 燃料选择要求范围较宽 筒窑的适应性强,可以采用烟煤、褐煤、重油、天然气、焦炉煤气、转炉煤气及混合煤气等燃料。采用混合煤气要求发热值大于7500 kJ/Nm。且对煤气压力要求不高,大于15kPa 为常规压力。 3.7 操作简单,容易调节 套筒窑主要通过控制循环气体温度来调节煅烧状况,调节方式主要有以下两种: (1) 出料调节方式 循环气体温度对排料速度变化比较敏感。改变排料速度,会影响石灰石在窑内的停留时间。如果循环气体温度高,表明石灰煅烧程度高,石灰中残余CO2 含量很少,这时排料速度应加快,使上部未烧透的矿石进入并流区煅烧;反之亦然。 (2) 供热调节方式 改变热量传输,即通过改变下燃烧室的燃料量可以获得所要求的循环气体温度,进而控制石灰的煅烧程度。 4 套筒窑相关工艺配置 在活性石灰煅烧工艺中,为保证活性石灰产品质量,除窑型选择至关重要外,还必须有相匹配的外围技术条件。例如,原料、燃料选择、工艺参数的确定,以及有效检测和监控手段等,这些都对活性石灰质量产生重要的影响。 4.1 原料 4.1.1 石灰石净化 石灰石中的杂质会不同程度地影响石灰质量。在北方,由于气候干燥,石灰石表面较干净,含泥量很少,一般不采用水洗工艺,仅对石灰石进行筛分以剔除小粒及表面杂质。而在南方,石灰石含泥量较大,单靠筛分处理很难除去石灰石表面污泥,因此,应考虑水洗工艺。 4.1.2 石灰石品质 若石灰石中SiO2 、Fe2O3 、Al2O3 等杂质含量过多,会使石灰中游离的CaO 含量大大降低,进而降低石灰的活性。这些杂质在高温下与CaO 反应生成玻璃质体,使石灰表面“瓷化”,导致石灰消化困难。因此,选择品质优良的石灰石是生产优质活性石灰前提条件之一。采用套筒窑生产符合YB/ TO42 - 93 中特级冶金石灰理化指标的原料,应满足ZBD3002 - 90 标准中一级普通石灰石品质要求。 4.1.3 石灰石块度 在同一煅烧条件下,如果石灰石块度差别太大,会产生欠烧或过烧现象,使石灰活性度降低。所以,一般要求石灰石块度波动范围愈小愈好。套筒窑生产优质活性石灰时,原料粒径比(最小块度与块度之比) 选择在1∶2 较合适(不超过1∶3) 。为严格控制大于上限块度和小于下限块度石灰石的含量不超过5% ,在水洗之后设置一台振动筛对石灰石进行筛分处理。此外,石灰石在倒运过程中有再破碎现象,不可避免产生一些小颗粒石灰石,因此,石灰石入窑前应考虑二次筛分处理。 4.2 燃料 套筒窑燃料适应性较强,选择面较宽。在我国北方一般考虑采用煤粉为燃料,在南方则考虑采用煤气为燃料。无论采用何燃料应限制硫含量,一般要求w (S) < 0. 5 %。另外,烧煤粉时要求灰分< 15 % ,挥发分不大于25 % ,灰份软化点>1200 ℃; 煤气为燃料时要求粉尘浓度<10 mg/m3 。为避免粉尘对石灰的污染,应增设管道过滤装置以净化煤气。此外,煤气系统应有自动稳压、流量显示、快速切断、报警等控制功能;为保证窑内煅烧稳定,采用煤气热值测量调节装置(WOBO 热值仪) ,以检测煤气热值变化并调节煤气流量。 4.3 热工制度 4.3.1 配比 当供给100 %煤气时:上、下燃烧室的煤气分配比率m=1. 55～2. 20 ;上烧嘴助燃空气配比λ上=0. 3～0. 55 ,下烧嘴助燃空气配比λ下=0.2～0.45 。以上参数与原料、燃料条件有关,确定时应根据实际情况进行调整。 4.3.2 温度 温度参数能直接反映窑况以及石灰的煅烧程度,是套筒窑重要的热工参数,操作时应严格控制。 4.3.3 风压和风量 风压的控制是以能足够克服料柱阻力,实现窑内通风均匀顺畅为基础。一次风量、二次风量是由燃烧所需空气量确定。排烟量是根据燃烧产生的烟气量、石灰石分解产生的烟气量、石灰石分解产生的CO2 气体量,以及石灰冷却空气量等确定。选择合适的风机压力及供风量,对套筒窑的操作和调节起到十分重要的作用。表3 列出了500 t/ d 套筒窑(以发热值为2 000kJ/Nm3 煤气) 拟配风机的有关技术性能参数。 4.4 系统控制 系统控制采用以PLC 为核心的计算机控制系统。系统构成为工程师站、操作站、PLC 系统三个部分。网络采用工业以太网和设备网,通过网络进行数据通讯;通过人机操作界面(HMI) 完成工艺流程动态画面显示、传动系统运行状态显示、工艺参数设定、操作方式的选择、生产报表统计、打印,以及故障显示等功能。 三、弗卡斯窑 1 弗卡斯窑结构、工艺流程和对原料的要求 1.1 弗卡斯窑结构 弗卡斯窑大体上可分为四部分: ①贮料带, ②预热带, ③煅烧带, ④冷却带。 贮料带:处于窑顶部,贮量约够2～3h 的石灰正常生产。这样,在例行检修石料倒运及上料装置需要暂短停机时,并不影响石灰窑的连续生产。 预热带:石料在这里吸收向上升腾的热煤气中的热量。这种有效的热交换过程,使石料充分预热,并进入煅烧带。 煅烧带:石料的煅烧,是在这里完成的,煅烧带有上下两层燃烧梁,各燃烧梁上的喷嘴将燃料均匀地喷在石料层上,充分燃烧,为矿石的分解提供热量。燃烧梁下面有观察孔,可使操作者观察煅烧窑整个横断面中石料流动的情况。 冷却带:位于煅烧窑的底部,热石灰通过和冷空气进行热交换,石灰被冷却,空气被预热,然后升入煅烧带。 弗卡斯窑各部分温度( ℃) 范围:贮料带:100～200 ;预热带:200～800 ;燃烧带:700～1100 ;冷却带:100～700 。 1.2 工艺流程　 块度合格的石料,由卷扬机输送到窑顶,经由密封进料门卸入料斗。该进料门自动开启,以接收石料。 当预调定数量的石料进入料斗后,上料停止,顶门关闭。然后,第二道进料由气动装置自动开启,通过一个称作“裤腿”的布料器,石料落入煅烧窑的贮料带。石料落入贮料带的位置,是自动选择的。通过使料流的体积与隔离门相匹配,布料器可井然有序地均匀布料。每次由卷扬机提升的石料,都经由几个“裤腿”中的一个进料。下一次进料,使用另一个“裤腿”。 两个交替操作的料斗门,可避免装料时空气泄入窑内而影响煅烧窑的正常运行,特别是不影响通过安装在石料贮存带的抽风管从石灰窑上部正常抽吸窑气。 进料系统由定时器和料位计自动控制。这个特点可免去对石料进料状况的连续检验。 当矿石入窑后,即缓慢而有序地通过预热带、煅烧带和冷却带,此时即烧制成了熟料。 燃料经由燃烧梁均匀地喷射到窑内石料层。燃烧梁横跨过石灰窑断面,每根燃烧梁都是由一个巨大的、延长了的由导热油冷却的矩形钢箱装置而成。 燃烧梁内的导管将燃料导至均匀分布在梁上的一系列喷射孔,将燃料喷到石料层,与一次助燃空气(由上层燃烧梁端部吸入并经导热油冷却系统预热)和二次助燃空气(由石灰窑底部吸入) 混合。此时严格控制的燃料-空气混合物开始燃烧,为高效而均匀的煅烧提供热量。二次助燃空气从煅烧窑底部进入窑内,在出料斜坡部位冷却熟料成品,同时,上升时生料被预热,而后进入煅烧带。 导热油冷却系统避免燃烧梁过热,装置有相应的控制设备,以达到最高的安全工作保险系数。 一经导热油温度升高,报警讯号立即出现。柴油马达可确保停电时导热油正常循环。 由一台离心风机抽吸供燃烧的热煤气,该风机附属于排气系统,装有油压动力耦合器,以调整转速。通过安装在窑顶的排风管抽吸热气,并将热气延展到燃烧窑每个断面空间,使热煤气均匀地向上通过石料层,从而确保煅烧的热量均匀地分布到煅烧窑内各个部位。这样就避免了热量的“槽式”流向,造成煅烧不均匀和可能的耐火衬的损坏。 成品通过一组料斗、振荡出料器及新型称量器,在窑底出料。每个出料斗由一个电磁振荡式出料器伺服,出料斗将熟料送入称量器。每次熟料送入称量器的间隔时间预调定。每当预调定重量的熟料全部送入称量器后,振荡器停机,然后称量器将熟料卸入熟料贮料斗,此料斗亦安装一振荡器,以卸出熟料,周而复始地运转。每个工作周期卸料的间隔时间及每一次卸料量,根据实际产量预调定。上述调定系由计算机通过工艺控制自动完成。新一代的称量器可连续控制实际出灰重量,据此自动调整煅烧窑的工艺参数。 1.3 对原料的要求　 窑气的质量在很大程度上取决于原料石灰石的质量,弗卡斯窑煅烧石灰石时,原料石灰石应符合下列要求: 粒度,8～14cm ; CaO ≥52% ,SiO2 ≤1 %;S (以SO3 计) , ≤0.25 %;烧失量≤42 %。 2 弗卡斯窑优点 2.1 可使用不同燃料 弗卡斯窑可使用多种燃料,如:重油,天然气,回收煤气、煤粉等,既可使用上述其中一种,也可使用任意两种或更多的混合燃产。 2.2 降低能耗 普通混料式立窑所用石灰石最小为50mm ,而弗卡斯窑所用石灰石可小到20mm ,提高了原料的利用率。由于在燃烧梁系统应用了闭合冷却回路能回收热量,使得热效率特别高,因而热能和电能消耗大幅下降。 2.3 出现问题调整及时 普通混料式立窑是石灰石和燃料一起加入到窑中,要经过预热带才能到达煅烧带,这需要24～48h ,出现石灰生烧和过烧问题,只能通过控制生石灰和燃料的比例来调节,既耗时又耗力。而弗卡斯窑能通过燃烧梁上的观察孔及时发现不正常情况,迅速调整燃料用量,从而避免不正常现象的发生。 2.4 能产生高品质二氧化碳气 采用双裤腿进料,避免上料时进入过多的冷空气,燃料经由燃烧梁均匀地喷到石灰石料层上,使石灰石分解更完全,燃料燃烧更充分,产生的二氧化碳气更均匀。严格控制燃料与空气的配比,可使碳气中的二氧化碳含量高达42% ,一氧化碳含量降到1 %以下,氧气降为零。 2.5 提高石灰质量 由于石灰窑内各个部位被均匀煅烧,燃料的燃烧量能随时控制,彻底消除了生烧和过烧现象,石灰质地非常均匀,活性更大,可广泛应用于冶金、造纸、电石、化工、建筑等行业。 2.6 生产更灵活 弗卡斯窑可根据碳化工序对窑气的需求,在额定产量的50 %～100 %之间任意调整,避免了普通混装石灰窑生产的不可调性。当碳化工序出现故障停车时,弗卡斯窑可非常方便地减少落灰量和窑气的排放量,提高原料的利用率。 2.7 操作简便、稳定,使用寿命长 由于采用自动操作,所需操作员为每班一人。由于弗卡斯窑没有任何过分集中热量的区域,使窑的耐火衬工3作寿命大为延长。 三种主要窑型的对比分析 目前国内能生产高质量活性石灰(活性度>360mL的煅烧设备主要有回转窑、并流蓄热式竖窑(又称麦尔兹窑) 、套筒式竖窑、弗尔斯窑。我国80年代引进窑型大多为回转窑(武钢和宝钢) 和麦尔兹窑(杭钢、太钢、马钢等) 。进入90年代以后,开始引进套筒式竖窑(梅钢、马钢等) 以及弗尔卡斯窑(石钢、本钢等) 。针对上述几种窑型特点进行了实例分析。 可以看出,回转窑电耗、燃料消耗较高,对燃料热值也要求较高,且投资及运行成本比竖窑高。三种竖窑电耗、煤气消耗均比回转窑低。其中,迈尔兹窑采用全程正压通风工艺,对窑内密封要求较高,控制及操作相对复杂;弗尔卡斯窑煅烧工艺较落后,产品质量稍差;套筒式竖窑采用全程负压,对窑内密封要求不高,维修方便,操作较简单,尤其能以低热值煤气为燃料,产品质量与回转窑相当。 ——摘自《钢铁冶金 》