廢鉛酸蓄電池鉛膏底吹還原熔煉工藝及生產(chǎn)實(shí)踐

文/吳艷新 黃曉 豐王擁軍 湯偉 劉素紅

廢鉛酸蓄電池鉛膏底吹還原熔煉工藝及生產(chǎn)實(shí)踐

文/吳艷新 黃曉 豐王擁軍 湯偉 劉素紅

介紹了底吹還原熔煉工藝處理廢舊鉛酸蓄電池鉛膏的反應(yīng)機(jī)理及實(shí)際運(yùn)用情況。實(shí)踐表明，底吹還原熔煉工藝處理廢舊鉛酸蓄電池鉛膏技術(shù)具有流程短、渣率低、鉛回收率高、脫硫效果好、自動(dòng)化程度高、投資低等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步解決了我國再生鉛發(fā)展中存在的問題，對推動(dòng)我國再生鉛行業(yè)的良性發(fā)展提供了又一條新的思路。

再生鉛；底吹爐；還原熔煉；生產(chǎn)實(shí)踐

2015年，我國精鉛產(chǎn)量為408萬t，精鉛消費(fèi)量約為470萬t，其中鉛酸蓄電池行業(yè)耗鉛量約占鉛消費(fèi)總量的80%。鉛膏是廢鉛酸蓄電池中成分最復(fù)雜的組成部分，它既是污染環(huán)境的有害物質(zhì)，也是回收鉛的重要二次資源［1］。

當(dāng)前，我國75%的原生鉛企業(yè)采用富氧底吹熔池熔煉技術(shù)處理鉛精礦，因此，通過將原有底吹熔煉系統(tǒng)進(jìn)行簡單改造即可直接熔煉鉛膏產(chǎn)出粗鉛，具有可直接處理鉛膏還原脫硫，工藝流程短，渣率低，鉛回收率高，物料脫硫效果好；而且爐子密閉性好，煙氣二氧化硫濃度高，后續(xù)處理副產(chǎn)品成本降低；系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，投資成本低等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步解決了我國再生鉛發(fā)展中存在的問題，推動(dòng)我國再生鉛行業(yè)的良性發(fā)展。

一、鉛膏的化學(xué)組成及還原熔煉反應(yīng)機(jī)理

1.鉛膏的化學(xué)組成

鉛膏是一種成分相對復(fù)雜的混合物質(zhì)，正極與負(fù)極的化學(xué)組分都不相同。鉛膏主要物相有PbSO4、PbO2、PbO、PbO·PbSO4、Pb2O3、Pb 以及微量硫酸鈣與硅酸鹽。不同用途的鉛酸蓄電池中會采用各種不同的添加劑與板柵，所以鉛膏中會引入Sb等不同的雜質(zhì)。

廢鉛酸蓄電池由于在使用過程中有較多的含鐵部件，同時(shí)進(jìn)行破碎時(shí)采用的破碎系統(tǒng)是含鐵部件，因此在破碎過程中會摻入Fe元素雜質(zhì)等。

此外，回收過程中會摻入泥土，故而會引入Ca、Si等雜質(zhì)元素。公司使用的鉛膏化學(xué)成分如表1所示。

2.底吹還原熔煉機(jī)理

在底吹還原熔煉過程中，入爐的鉛膏、熔劑在底吹爐中進(jìn)行一系列的分解、還原、造渣等化學(xué)反應(yīng)。硫酸鉛、過氧化鉛以及石灰石的分解過程由反應(yīng)（1）～（3）組成，硫酸鉛、鉛的氧化物還原過程由反應(yīng)（4）～（8）組成，造渣反應(yīng)由反應(yīng)（9）～（11）組成。

其中分解反應(yīng)和造渣反應(yīng)是所有反應(yīng)的最終環(huán)節(jié)，分別產(chǎn)生還原粗鉛和以PbO-FeO-CaO-SiO2為主要化學(xué)成分的爐渣，也是整個(gè)底吹還原熔煉的最后環(huán)節(jié)。

二、鉛膏底吹還原熔煉工藝概述

1.工藝概述

工業(yè)純氧和天然氣通過布置在爐底中心線上的4支氧槍噴射到爐內(nèi)，為反應(yīng)提供熱源。入爐物料落到熔池表面，由于氧槍噴入的高速氣流膨脹作用造成熔池劇烈攪動(dòng)，強(qiáng)化了熔池的傳質(zhì)傳熱加速了反應(yīng)，使鉛膏、熔劑等物料快速熔化，在底吹爐內(nèi)1000～1100℃的高溫環(huán)境和還原性氣氛下產(chǎn)生粗鉛和熔煉渣。

待爐內(nèi)熔體達(dá)到一定高度后，開始放渣和放鉛作業(yè)。熔融態(tài)粗鉛從虹吸口放出，通過流槽自流入粗鉛圓盤鑄錠機(jī)鑄錠。

產(chǎn)出的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐回收余熱，通過表面冷卻器及布袋收塵器除塵后，煙氣送制酸系統(tǒng)，煙塵倒運(yùn)返回配料。工藝流程如圖1所示。

表1 鉛膏主要化學(xué)成分（均值），%

圖1 鉛膏底吹還原熔煉工藝流程

2.底吹還原熔煉工藝技術(shù)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的鼓風(fēng)爐、反射爐技術(shù)處理廢舊鉛酸蓄電池鉛膏工藝相比，底吹還原熔煉工藝具有以下優(yōu)勢：

（1）通過富氧底吹爐及兩轉(zhuǎn)兩吸制酸方式兩種工藝相結(jié)合，直接對再生鉛物料進(jìn)行熔煉，無需進(jìn)行脫硫，減少了脫硫成本，有效解決了含硫物料回收過程中能耗高、成本高、環(huán)保效果差的問題；

（2）使用的氧氣底吹爐密閉性好，熱利用率高，連續(xù)下料，操作方便，自動(dòng)化程度高，適合大型生產(chǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度低，爐子壽命長，鉛直收率高；

（3）在處理再生鉛物料過程中，加入的輔料少且不存在預(yù)脫硫過程；經(jīng)制酸系統(tǒng)之后的煙氣能夠達(dá)標(biāo)排放，減少了脫硫劑的使用，大大降低了生產(chǎn)成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

三、鉛膏底吹還原熔煉工藝生產(chǎn)實(shí)踐情況

試生產(chǎn)半年來共處理鉛膏26400t，產(chǎn)出還原粗鉛19341t，還原粗鉛品位均達(dá)98.5%以上，還原渣含鉛9%，煙塵率20%，渣率6%，鉛回收率99.5%，鉛直收率99%，其它各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)控制較好。

1.主要工藝參數(shù)

試生產(chǎn)過程的主要工藝參數(shù)：Fe/SiO2=1.1～1.2、CaO/SiO2=0.4～0.5、鉛膏、煙灰混合處理量10t/h、氧氣量1000～1050Nm3/h、氧氣壓力0.7～0.8MPa、天然氣量330～360Nm3/h、天然氣壓力0.7～0.8MPa、熔煉溫度1000～1100℃、鉛壩高度550mm、渣壩高度800mm、鉛層厚度400～500mm、鍋爐運(yùn)行壓力0.9～1.0MPa、鍋爐出口溫度250℃、煙氣量5000m3/h。

2.主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

表2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

四、生產(chǎn)主要問題及對策措施

生產(chǎn)初期爐況波動(dòng)較大，出現(xiàn)渣鉛高、煙氣溫度高、煙塵率高、鍋爐蒸發(fā)量大等問題導(dǎo)致鍋爐上升煙道、水平煙道、對流區(qū)積灰嚴(yán)重被迫停產(chǎn)2天。后經(jīng)工藝配料調(diào)整及工藝參數(shù)優(yōu)化后，爐況趨于穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)良好。

配料中的焦粒的主要作用有：一是作為還原劑，二是補(bǔ)熱。生產(chǎn)前期，焦粒配入量高達(dá)15%，導(dǎo)致煙氣溫度高，熔煉溫度高。由于焦粒配入量過多，造成爐內(nèi)還原氣氛偏強(qiáng)，焦粒與硫酸鉛反應(yīng)產(chǎn)生硫化鉛，反應(yīng)如下。

PbSO4+4C=PbS+4CO（12）

產(chǎn)生的硫化鉛隨同粗鉛從虹吸口溢出，導(dǎo)致虹吸口堵不住而轉(zhuǎn)爐處理。為了將爐內(nèi)的PbS氧化，將氧氣與天然氣的比例由2 ： 1調(diào)至3.6 ： 1，但效果不明顯，隨后又關(guān)停天然氣，同時(shí)焦粒配入量降至5%，約12h后，爐況正常。

正常生產(chǎn)后，焦粒配入量為9～10%，氧氣與天然氣的比例控制在2.2 ： 1。與此同時(shí)，探索出了低溫放鉛操作模式，即放渣時(shí)提前30min降料提溫，形成了每18h放一次渣的作業(yè)制度。

五、結(jié)語

底吹還原熔煉工藝處理廢舊鉛酸蓄電池鉛膏技術(shù)投運(yùn)以來，經(jīng)過不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，形成了固有的操作模式，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

實(shí)踐表明，底吹還原熔煉工藝處理廢舊鉛酸蓄電池鉛膏技術(shù)具有流程短、渣率低、鉛回收率高、脫硫效果好、自動(dòng)化程度高、投資成本低等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步解決了我國再生鉛發(fā)展中存在的問題，對推動(dòng)我國再生鉛行業(yè)的良性發(fā)展又提供了一條新的思路。

［1］ 胡宇杰等.再生鉛低溫堿性固硫熔煉的實(shí)驗(yàn)研究［J］.工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，（5）588-594.

Practice of bottom-blowing reduction smelting process for paste mud of waste lead storage batteries