冶金百科 | 鉛冶金工藝——火法煉鉛（三段爐煉鉛法）

2023-04-14 11:03:58 來源：中冶有色技術(shù)網(wǎng)

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簡介：為解決SKS的高能耗、高成本及污染等問題，國內(nèi)多家企業(yè)對(duì)SKS法進(jìn)行了改造，其中豫光金鉛恒邦采用了液態(tài)高鉛渣底吹還原工藝，金利公司和萬洋集團(tuán)采用了液態(tài)高鉛渣側(cè)吹還原工藝，均獲得成功并取得了很好的運(yùn)行效果。由于充分利用了液態(tài)高鉛渣的顯熱，煉鉛能耗及處理成本大幅降低，鉛回收率明顯提高，環(huán)境明顯改善，形成了具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“三段爐”煉鉛法。

三段爐煉鉛法

1)方法簡介

為解決SKS的高能耗、高成本及污染等問題，國內(nèi)多家企業(yè)對(duì)SKS法進(jìn)行了改造，其中豫光金鉛恒邦采用了液態(tài)高鉛渣底吹還原工藝，金利公司和萬洋集團(tuán)采用了液態(tài)高鉛渣側(cè)吹還原工藝，均獲得成功并取得了很好的運(yùn)行效果。由于充分利用了液態(tài)高鉛渣的顯熱，煉鉛能耗及處理成本大幅降低，鉛回收率明顯提高，環(huán)境明顯改善，形成了具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“三段爐”煉鉛法。

2)技術(shù)特點(diǎn)

為了適應(yīng)環(huán)保、低碳、節(jié)能降耗的需求，新的技術(shù)不斷出現(xiàn)，目前在河南省濟(jì)源豫光金鉛，金利公司、萬洋集團(tuán)各自采用的液態(tài)高鉛渣直接還原的三種爐型代表了我國鉛冶煉發(fā)展的最高水平。

豫光三段爐煉鉛法

豫光三段爐煉鉛法主要工藝為底吹爐氧化脫硫——底吹爐還原—煙化爐回收鋅，2010年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。取消鼓風(fēng)爐，不用冶金焦，實(shí)現(xiàn)液態(tài)渣直接還原，與原有富氧底吹爐氧化段一起，形成完整的液態(tài)渣直接還原工業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)。具體技術(shù)方案為：鉛精礦、石灰石、石英砂等進(jìn)行配料混合后，送入氧氣底吹爐熔煉，產(chǎn)出粗鉛、液態(tài)渣和含塵煙氣。液態(tài)高鉛渣直接進(jìn)入臥式還原爐內(nèi)，底部噴槍送人天然氣和氧氣，上部設(shè)加料口，加煤粒和石子，采用間斷進(jìn)放渣作業(yè)方式。天然氣和煤粒部分氧化燃燒放熱，維持還原反應(yīng)所需溫度，氣體攪拌傳質(zhì)下，實(shí)現(xiàn)高鉛渣的還原。

豫光三段爐煉鉛法主要設(shè)備連接見圖3-42

豫光三段爐煉鉛法主要特點(diǎn)：

①流程短：工藝省去了鑄渣工序，淘汰了鼓風(fēng)爐，減少了二次污染和煙塵率，國際同類技術(shù)的煙塵率一般在15%左右，而豫光煉鉛法的煙塵率僅為7%~8%。

②自動(dòng)化水平高：工藝可在氧化、還原等關(guān)鍵工序中設(shè)置3000多個(gè)數(shù)據(jù)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的DCS集中自動(dòng)控制，用工大幅減少，系統(tǒng)生產(chǎn)更安全穩(wěn)定。

③低能耗：該工藝不僅利用了渣和鉛的潛熱，熔池熔煉時(shí)傳熱傳質(zhì)效率高，能耗大大降低。粗鉛能耗比氧氣底吹—鼓風(fēng)爐煉鉛低25%左右，比傳統(tǒng)工藝低約50%。

④低排放：底吹還原爐的爐底噴人天然氣和氧氣，粒煤和石灰由爐頂加人，還原溫度1050~1150℃，不使用焦炭，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目標(biāo)，SO排放濃度遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，僅為氧氣底吹—鼓風(fēng)爐煉鉛中鼓風(fēng)爐排放量的10%，同時(shí)CO排放量僅為氧氣底吹—鼓風(fēng)爐煉鉛工藝的22%。

⑤清潔化生產(chǎn)：密閉性好的熔煉設(shè)備縮短了工藝流程，減少了無組織排放量，實(shí)現(xiàn)了鉛清潔化生產(chǎn)。氧化和還原均采用間歇式作業(yè)，相互干擾小;還原渣可以保持有較長的停留時(shí)間，有利于渣含鉛的降低;渣含鉛<2.5%，鉛回收率>97%。

豫光三段爐煉鉛法主要工藝技術(shù)指標(biāo)見表3-17。

豫光三段爐煉鉛法主要工藝技術(shù)指標(biāo)

恒邦三段爐煉鉛法

恒邦三段爐煉鉛法主要工藝為底吹爐氧化脫硫—底吹爐還原—煙化爐回收鋅，2012年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

恒邦三段爐煉鉛法技術(shù)特點(diǎn)：

①底吹還原爐的爐底噴入粉煤和壓縮空氣，渣型m(FeO)/m(SiO)≈2、m(CaO)/m(SiO2)≈0.45，還原溫度1050~1150℃，不使用焦炭;

②氧化和還原均采用間歇式作業(yè)，相互干擾小;

③還原渣可以保持有較長的停留時(shí)間，有利于渣含鉛的降低;渣含鉛<3%，鉛回收率>97%。

恒邦三段爐煉鉛法主要工藝技術(shù)指標(biāo)見表3-18。

恒邦三段爐煉鉛法主要工藝技術(shù)指標(biāo)

萬洋三段爐煉鉛法

萬洋三段爐煉鉛法主要工藝為底吹爐氧化脫硫——側(cè)吹爐還原——煙化爐回收鋅。2011年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。萬洋公司與豫光金鉛公司、中聯(lián)公司于2009年合作開發(fā)“三連爐”煉鉛新工藝，采用氧化爐——還原爐——煙化爐三爐相連，熱渣直流，三臺(tái)熔池熔煉爐由兩道連接溜槽串接在一起組成一個(gè)整體;兩連接溜槽分別連接在前一臺(tái)熔池熔煉爐的出渣口和后一臺(tái)熔池熔煉爐的熔融渣加料口之間，充分利用液態(tài)高鉛渣和還原爐渣的潛熱，緊湊的布置使得流程短占地很少，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，環(huán)保效果好，實(shí)現(xiàn)了鉛冶煉生產(chǎn)的低碳模式。“三連爐”中氧化爐可以是氧氣底吹爐，也可以是澳斯麥特爐、艾薩爐、氧氣側(cè)吹爐等，還原爐為氧氣側(cè)吹還原爐，煙化爐增加滲鉛裝置改進(jìn)。生產(chǎn)系統(tǒng)具體為硫化物精礦、石灰石、石英砂、含鉛煙塵物料進(jìn)入氧化爐熔煉爐內(nèi)充分混合、迅速熔化和氧化，生成一次粗鉛、高鉛渣和煙氣。粗鉛送到下道工序進(jìn)行電解精煉。氧化爐產(chǎn)生的液態(tài)高鉛渣通過溜槽直接流入氧氣側(cè)吹還原爐，高鉛渣與煤、熔劑，經(jīng)鼓入的富氧空氣強(qiáng)烈攪拌而激烈反應(yīng)，產(chǎn)出的粗鉛經(jīng)虹吸道流出，含有微量SO的氣體經(jīng)鍋爐回收余熱后進(jìn)入脫硫塔處理排空。還原爐產(chǎn)出的爐渣直接流入煙化爐提鋅。

與氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原工藝相比，三連爐通過溜槽直接相連，液態(tài)高鉛渣直接流人側(cè)吹還原爐內(nèi)，充分利用了高鉛渣的潛熱，取消了鑄渣機(jī)，避免了高鉛渣塊產(chǎn)生的煙塵飛揚(yáng)現(xiàn)象;還原爐熱渣直接流入煙化爐內(nèi)，潛熱也得到了充分利用，進(jìn)入煙化爐內(nèi)不需要提溫期，可以直接噴入粉煤還原提鋅，降低了煤耗，縮短了煙化提鋅時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率;同時(shí)取消了電熱前床和熱渣吊運(yùn)過程，既節(jié)省了設(shè)備投資，也降低了生產(chǎn)電耗以及避免了渣包運(yùn)輸帶來的環(huán)境問題。

萬洋公司氧氣側(cè)吹爐在新鄉(xiāng)中聯(lián)公司多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于2011年3月10 日一次性開爐成功，運(yùn)行半年來，生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)值。前期氧化段底吹爐為φ3.8m×11.5m，110~120min放一次渣，產(chǎn)出液態(tài)高鉛渣量為(28～35)t/爐，渣含鉛43%～50%，此次設(shè)計(jì)的氧氣側(cè)吹爐為8.4m2，高鉛渣在一個(gè)還原周期內(nèi)完全可以降至1%以下。為了考慮后面煙化爐的生產(chǎn)，使熔池內(nèi)的鋅盡可能的保留在渣中，生產(chǎn)中控制渣含鉛不大于2%。

萬洋側(cè)吹爐示意圖見圖3-43。

萬洋側(cè)吹爐示意圖

萬洋三段爐煉鉛法技術(shù)特點(diǎn)：

①取消了鑄渣機(jī)，避免了高鉛渣冷卻鑄塊過程中水汽迷漫、碎末飛揚(yáng)的現(xiàn)象，生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)一步改善，也省下了鑄渣機(jī)的設(shè)備投資。

②高鉛渣在熔融液態(tài)下直接還原，充分利用了高鉛渣熔體的潛熱，節(jié)省了大量的燃料，使噸鉛生產(chǎn)能耗下降。

③側(cè)吹還原爐的高溫爐渣直接流入煙化爐，不需要電熱前床保溫，煙化爐省略提溫階段，充分利用了熔渣的熱能，可直接進(jìn)入還原提鋅，節(jié)省了粉煤，也提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)氧化鋅品質(zhì)更好。

④高鉛渣還原只采用單一的煤作為燃料和還原劑，起到加熱和還原的作用。與鼓風(fēng)爐相比煤比焦炭價(jià)格低廉，與國內(nèi)其他的還原爐相比不需要天然氣或煤氣作為燃料，使不具有天然氣或煤氣的廠家也可采用此種工藝，對(duì)建廠條件的適應(yīng)性更好，推廣前景更廣。

⑤側(cè)吹還原爐床能率很高，時(shí)間上可以與底吹爐、煙化爐相匹配，取消了電熱前床，節(jié)省大量的電能及石墨電極，使能耗降低。

⑥側(cè)吹還原爐熔池熔煉反應(yīng)激烈，還原程度徹底，為了保證鋅的回收，渣含鉛控制不大于2%。

⑦煙化爐采用滲鉛改進(jìn)，既增加了鉛的回收率，也提高了氧化鋅的品位。⑧三爐相連，熱渣直流，占地很少，節(jié)省投資。

⑨生產(chǎn)操作簡單，指標(biāo)易于控制，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，生產(chǎn)操作環(huán)境好。

金利三段爐煉鉛法

金利三段爐煉鉛法主要工藝為底吹爐氧化脫硫一側(cè)吹爐還原一煙化爐回收鋅，2010年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。熔煉爐產(chǎn)出的高鉛渣定期由排放口放出，熔融狀態(tài)下通過溜槽加入到側(cè)吹還原爐中，側(cè)吹還原爐設(shè)有熱渣加入口和冷料加入口。還原粒煤、熔劑經(jīng)配料由冷料口加入。還原爐兩側(cè)設(shè)煤氣、工業(yè)氧噴槍為還原爐提供熱源，還原爐下部側(cè)墻設(shè)鉛虹吸放出口，還原鉛由虹吸口連續(xù)排出轉(zhuǎn)送精煉車間，還原爐端墻下部設(shè)有排渣口，當(dāng)虹吸排鉛停止時(shí)，即為一個(gè)周期的終點(diǎn)。排渣口放渣，為進(jìn)一步回收渣中的鋅，此渣經(jīng)前床貯存后送煙化爐處理。側(cè)吹還原煙氣通過余熱鍋爐回收余熱，表面冷卻器降溫，布袋收塵器收塵后，是否經(jīng)尾氣處理，依煤粒含硫而定。

金利液態(tài)高鉛渣還原爐工業(yè)性試驗(yàn)裝置工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)于2008年年底完工，包括一座8m2的側(cè)吹還原爐、相應(yīng)的煙氣處理系統(tǒng)、冷料配料、上料系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)。2009年初進(jìn)入試運(yùn)行階段。工業(yè)性試驗(yàn)共分三個(gè)階段，其內(nèi)容包括裝置的適應(yīng)性、渣型的選擇、工況、供氣、還原粒煤與還原周期調(diào)整等試驗(yàn)。其間對(duì)設(shè)施進(jìn)行了必要的維護(hù)和修改：爐子下部面積擴(kuò)大為13m2，試驗(yàn)工作于2009 年8月底完成，達(dá)到了與底吹熔煉爐放渣制度相適應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行。各項(xiàng)技術(shù)條件和指標(biāo)較穩(wěn)定。2009年9月初即轉(zhuǎn)人示范性生產(chǎn)及正常運(yùn)行。

金利三段爐煉鉛法技術(shù)特點(diǎn)：

①側(cè)吹還原爐能耗低，產(chǎn)出煙氣量和SO排放量遠(yuǎn)低于鼓風(fēng)爐，同等規(guī)模的煙氣量為鼓風(fēng)爐的30%，SO，排放量約為10%。流程短捷，揚(yáng)塵點(diǎn)少，易于密閉通風(fēng)除塵，有效防治了鉛塵的彌散，經(jīng)測(cè)定，操作崗位鉛含量小于0.03mg/m3，衛(wèi)生通風(fēng)除塵后的排放鉛塵濃度為6mg/m3。

②經(jīng)金利公司生產(chǎn)10個(gè)月的冶煉數(shù)據(jù)核算，側(cè)吹還原爐焦?fàn)t煤氣和無煙粒煤消耗折合標(biāo)煤為197kgce/t鉛，比鼓風(fēng)爐純鉛能耗380kg，折合標(biāo)煤369kgce/t 鉛的指標(biāo)大幅降低。

③側(cè)吹還原爐渣含鉛小于2%，而鼓風(fēng)爐渣含鉛3%~4%，側(cè)吹還原爐鉛回收率為97.1%，鼓風(fēng)爐鉛回收率95.5%。

④過程簡單，工序少，作業(yè)穩(wěn)定，易操作，可實(shí)現(xiàn)DCS控制和管理，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

⑤側(cè)吹還原爐、煙化爐與熔煉爐放置在一個(gè)廠房內(nèi)，省略了鼓風(fēng)爐上料、熱渣鑄造系統(tǒng)，建筑面積顯著減少。

金利三段爐煉鉛法主要工藝技術(shù)指標(biāo)見表3-19。

金利三段爐煉鉛法主要工藝技術(shù)指標(biāo)

3)國內(nèi)應(yīng)用情況

底吹爐氧化脫硫——底吹爐還原—煙化爐回收鋅的三段爐煉鉛法，目前在豫光金鉛和山東恒邦冶煉廠建成有示范工程，產(chǎn)能均為10萬t粗鉛;金利三段爐煉鉛法目前僅在金利鉛業(yè)有限責(zé)任公司建成有年產(chǎn)10萬t粗鉛規(guī)模的示范工程;萬洋三段爐煉鉛法由于不依賴天然氣、煤氣等，控制相對(duì)簡單，在國內(nèi)得到了較快的推廣應(yīng)用，目前正在使用或正在改造使用的廠家有：萬洋冶煉集團(tuán)有限公司、安陽市岷山有色金屬有限責(zé)任公司、靈寶新凌鉛業(yè)股份公司、志誠金鉛股份有限公司、福建省誠明金屬冶煉有限公司、湖南宇騰有色金屬股份有限公司等10余家，合計(jì)鉛的年產(chǎn)能約120萬t。

4)總體評(píng)價(jià)

三段爐煉鉛法的爐體配置結(jié)構(gòu)緊湊，熱渣直流，占地少，投資省;氧化、還原、煙化三段連續(xù)作業(yè)，工藝流程短，過程簡單，工序少，作業(yè)穩(wěn)定，易于操作并可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高;實(shí)現(xiàn)熔融高鉛渣直接還原，充分利用熔體潛熱，能耗低，且不使用焦炭，生產(chǎn)成本低;爐體密閉性能好，煙氣溢散少，粉塵量少，對(duì)環(huán)境友好。

三段爐煉鉛法的實(shí)質(zhì)是QSL法的改進(jìn)，因此，和QSL法一樣不適用于中低品位鉛物料的處理，和鉛精礦伴生的鋅也必須通過高耗能的煙化爐回收。