富氧側(cè)吹處理含鉛多金屬物料的生產(chǎn)實(shí)踐

賀毅林，張 嶺

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

含鉛多金屬物料存在狀態(tài)主要為金屬氧化物及硫酸鹽。目前國(guó)內(nèi)廣泛采用制塊后鼓風(fēng)爐處理工藝。其冶煉工藝優(yōu)點(diǎn)是單位產(chǎn)量投資較低，直收率高。但產(chǎn)生的煙氣含SO2濃度低，不能直接制酸，環(huán)保效果差。富氧側(cè)吹法采用富氧冶煉，煙氣含SO2濃度高，能直接制酸，環(huán)保效果好；能充分利用爐料化學(xué)反應(yīng)熱，燃料消耗較少；原料適應(yīng)性廣，可以處理粉料，也可以處理塊料；熔劑和煤均無(wú)需制備和干燥。此外還具有投資省、床能率大、規(guī)模靈活、操作方便等特點(diǎn)[1]。

1 富氧側(cè)吹簡(jiǎn)介

本文介紹的富氧側(cè)吹法其前身是前蘇聯(lián)發(fā)明瓦紐科夫法，屬于一種富氧側(cè)吹熔池熔煉方法[2,3]。其爐缸由耐火材料砌筑而成，爐身由銅水套與鋼水套拼接而成。在一層銅水套上設(shè)有多個(gè)一次風(fēng)口，用于向熔體渣層鼓入富氧空氣。爐料由上部加料口加入，鼓入的富氧空氣強(qiáng)烈攪動(dòng)上部熔體，能迅速完成熔煉過(guò)程。自1976年以來(lái)，該法在蘇聯(lián)地區(qū)廣泛應(yīng)用于銅鎳冶煉。我國(guó)在瓦紐科夫爐的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)、完善、再創(chuàng)新，于2001年開始進(jìn)行氧氣側(cè)吹工業(yè)化煉鉛試驗(yàn)，2009年開始在熱態(tài)高鉛渣還原上取得成功[4,5]。在2012年7月開始研究處理含鉛多金屬物料，并于2014年6月1日投料試生產(chǎn)，一次取得成功。

2 冶煉工藝原理

2.1 氧化段

反應(yīng)原理：

含鉛多金屬物料中的鉛主要是以氧化鉛或硫酸鉛的形態(tài)存在。

硫酸鉛(PbSO4)的熔點(diǎn)為ll70℃，是比較穩(wěn)定的化合物，根據(jù)PbSO4的熱譜實(shí)驗(yàn)得知，PbSO4開始分解溫度為850℃，而激烈分解溫度為905℃[7]。

加入煤主要提供熱量。

生產(chǎn)中配入少量的鉛精礦，其中的PbS可促進(jìn)PbSO4的分解，即可以使硫酸鉛的開始分解溫度降低。PbSO4和PbO均能與PbS發(fā)生相互反應(yīng)生成金屬鉛。例如PbSO4+PbS系中反應(yīng)開始溫度為630℃[6,7]。主要的反應(yīng)方程式有：

加入浮選硫渣，可以提供熱量，提高煙氣中SO2濃度，滿足硫酸系統(tǒng)制酸要求，主要反應(yīng)如下：

冶煉工藝過(guò)程：含鉛多金屬物料、浮選硫渣、石英砂、碎煤等物料按配料比要求分別經(jīng)圓盤給料機(jī)及電子皮帶秤計(jì)量后，經(jīng)膠帶輸送加入富氧側(cè)吹氧化爐中進(jìn)行氧化熔煉。爐料在爐內(nèi)與從爐體兩側(cè)風(fēng)口鼓入的富氧空氣進(jìn)行熔煉。加入的爐料與氧氣發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)生成鉛合金和爐渣。熔煉過(guò)程所需的熱量，來(lái)自碎煤、浮選硫渣燃燒熱和造渣反應(yīng)熱。熔煉生成的鉛合金和爐渣在風(fēng)口以下的靜止渣層中沉淀分離，鉛合金沉降在爐缸底層，渣在爐缸熔體上層。渣由渣口排出流入還原爐還原，鉛合金由爐端的平口排出，經(jīng)圓盤鑄錠機(jī)鑄錠后送鉛錫合金電解。一氧化碳及單體硫在爐膛空間被鼓入的二次空氣氧化。產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，出爐后經(jīng)余熱鍋爐冷卻、電收塵器、布袋除塵器凈化除塵后送硫酸車間，余熱煙塵和電煙塵返回熔煉，布袋塵送金屬砷回收。

2.2 還原段

反應(yīng)原理：

還原段主要的反應(yīng)方程式有：

冶煉工藝過(guò)程：石灰石、碎煤按配料比要求經(jīng)電子皮帶秤計(jì)量后，經(jīng)過(guò)膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)加入富氧側(cè)吹還原爐中，含鉛較高的渣流入富氧側(cè)吹爐還原爐內(nèi)，與鼓入含氧的富氧空氣進(jìn)行還原熔煉。還原過(guò)程所需的熱量，來(lái)自碎煤燃燒熱。熔煉生成的鉛合金和爐渣在風(fēng)口以下靜止渣層中沉淀分離，鉛合金沉降在爐缸底層，渣在爐缸熔體上層。渣由渣口排出流入煙化爐煙化，鉛合金由爐端的虹吸口排出，經(jīng)圓盤鑄錠機(jī)鑄錠后送鉛錫合金電解。爐內(nèi)生成的一氧化碳在爐膛空間被鼓入的二次空氣氧化。產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，出爐后經(jīng)余熱鍋爐冷卻、布袋除塵器凈化除塵后送脫硫，余熱煙塵和布袋塵返回熔煉。

2.3 煙化段

反應(yīng)原理：

煙化段主要的反應(yīng)方程式有：

在煙化爐上部，負(fù)壓吸入二次風(fēng)，鋅蒸汽與一氧化碳燃燒

冶煉工藝過(guò)程：貯存在精礦倉(cāng)的原煤，經(jīng)粉煤制備車間制得粉煤。制得的粉煤經(jīng)單螺旋泵以壓縮空氣為載體輸送到煙化爐車間粉煤接收倉(cāng),然后經(jīng)螺旋輸送機(jī)用壓縮空氣輸送至煙化爐。來(lái)自還原爐的熱態(tài)渣流入煙化爐內(nèi)，與粉煤、空氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)出的煙氣（塵）經(jīng)余熱鍋爐回收余熱、布袋收塵器收塵，收下的煙塵即次氧化鋅，廢氣經(jīng)脫硫后達(dá)標(biāo)排放。產(chǎn)出的爐渣經(jīng)水碎后送往渣堆場(chǎng)或出售。

3 生產(chǎn)運(yùn)行情況

經(jīng)過(guò)三年多的生產(chǎn)運(yùn)行，整套冶煉系統(tǒng)運(yùn)行良好。氧化段增加了少量的鉛精礦，并大幅提高了浮選硫渣的比例，氧化段的煤率比設(shè)計(jì)值低很多。不足的是氧化段生產(chǎn)中，煙氣經(jīng)過(guò)聚冷溫度有時(shí)低于煙氣露點(diǎn)溫度，有酸析出容易腐蝕和結(jié)露導(dǎo)致布袋不能正常工作。

4 主要設(shè)備

主要設(shè)備表

5 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表

項(xiàng)目 單位 設(shè)計(jì)指標(biāo) 生產(chǎn)指標(biāo)氧化段床面積 m2 9 9處理量 t/d 395 550～600原料含Pb % 26.74 30～40一次鉛量 t/d 42.9 15～20一次鉛率 % 35 ～10氧氣消耗 m3/t·原料礦 263.93 100氧氣濃度 % 70 ～90煤率 % 16.34 1.05煙塵率 % 30.37 18～20脫硫率 % 96.84 99.5床能率 t/m2d 43.89 61.11～66.66渣產(chǎn)量 t/a 220 380～420渣含Pb % 20.32 30～40冷卻水溫差 ℃ 5 1.9渣溫度 ℃ 1100 1050～1200風(fēng)咀壽命 年 2 ＞2還原段面積 m2 7 7處渣量 t/d 220 380～420二次鉛量 t/d 42 110氧氣消耗 m3/t·渣 79.15 86氧氣濃度 % 60 55～60煤率 % 11.16 8.6熔劑率 % 0.95 9煙塵率 % 8.71 12床能率 t/m2d 31.43 54.29～58.57渣產(chǎn)量 t/a 151 228～252渣含Pb % 1.98 1.5～2.4渣含Zn % 14.7 15～17冷卻水溫差 ℃ 5 3.5風(fēng)咀壽命 年 2 ≥2煙化段面積 m2 6 6處理渣量 t/d 150.77 228～252次氧化鋅含Zn % 59.11 ＞60床能率 t/m2·d 25.13 38～42粉煤率 % 23.27 ～21.5渣含鉛 % 0.21 ＜0.1渣含鋅 % 1.54 ＜1

6 結(jié)論

氧化段渣含硫低，脫硫率比設(shè)計(jì)值高。生產(chǎn)中采用更高的氧氣濃度,冷卻水溫差比設(shè)計(jì)值低,日處理量比設(shè)計(jì)值高，煤率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。還原段處理渣量增大, 還原煙塵返回還原爐，增加了冷料，另外增加了熔劑石灰石，石灰石加熱分解以及升溫需要熱量。冷卻水溫升低于設(shè)計(jì)值，水套帶走的熱量少。煙化段處理渣量增大,粉煤率接近設(shè)計(jì)值。渣含鉛、鋅都低于設(shè)計(jì)值，回收率高于設(shè)計(jì)值。總的來(lái)說(shuō)，富氧側(cè)吹氧化、富氧側(cè)吹還原、煙化爐煙化處理含鉛多金屬物料這一工藝脫硫率高，硫總回收率高，環(huán)保效果好，能耗低，回收率高。是值得推廣的環(huán)保新工藝。

參考文獻(xiàn)

[1]劉軍,劉燕庭.富氧側(cè)吹直接煉鉛工藝研究與應(yīng)用.中國(guó)有色金屬,2013,42(1).

[2]宋光輝.瓦紐科夫法直接煉鉛及其進(jìn)展[J].湖南有色金屬,2004,20(2).

[3]趙秦生,彭長(zhǎng)宏,李炬.瓦紐可夫熔池熔煉法煉鉛[J].2001,30(1).

[4]張立,等.氧氣側(cè)吹還原爐及高鉛渣熔融還原過(guò)程研究.中國(guó)有色金屬,2012,41(2).

[5]李小兵,等.萬(wàn)洋“三連爐"直接煉鉛法的生產(chǎn)實(shí)踐.中國(guó)有色金屬,2011,40(6).

[6]周正華.從廢舊蓄電池中無(wú)污染火法冶煉再生鉛及合金[J].上海有色金屬，2002,23（4）.

[7]張訓(xùn)鵬,彭容秋,等.鉛冶金［M］.湖南：中南工業(yè)大學(xué)出版社，2004.2～3.