硫酸鉛渣直接還原熔煉工藝渣含金屬的控制

黎開金

（富民薪冶工貿(mào)有限公司，云南 昆明 650400）

某公司多年來以西南銅業(yè)分公司銅冶煉煙塵濾渣為原料，配料制磚后，采用還原爐進行直接還原熔煉，產(chǎn)出鉛鉍合金、鉛冰銅、爐渣和煙塵等，因該濾渣主要以硫酸鉛為主，與燒結(jié)塊相比具有不同的特性，生產(chǎn)處理存在一定的難度。為此，該公司在生產(chǎn)實踐中不斷摸索優(yōu)化，通過研究硫酸鉛渣的熔煉機理和爐渣物理學(xué)習(xí)性質(zhì)，找出影響爐渣含金屬的關(guān)鍵因素，從而實現(xiàn)降低渣含金屬，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭力。

1 硫酸鉛渣熔煉機理

硫酸鉛渣主要以PbSO4為主，可看作鉛物料的還原熔煉。但硫酸鉛渣和鉛燒結(jié)塊在物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分上的差異，熔煉機理有所不同。硫酸鉛渣熔煉機理主要為PbSO4的化學(xué)反應(yīng)，其主要爐內(nèi)反應(yīng)如下：

從以上爐內(nèi)反應(yīng)可看出，硫酸鉛主要還原生成較多硫化鉛，而硫化鉛難于發(fā)生還原反應(yīng)，因為PbSO4在較低的溫度下就能被還原為PbS，而生成金屬Pb的反應(yīng)又相對在較高的溫度下進行，若PbSO4過快還原，會造成PbS過量而揮發(fā)進入煙塵或進入爐渣，影響鉛的直收率。同時爐況波動導(dǎo)致爐內(nèi)熔體澄清分離效果差，從而未參與反應(yīng)的硫化鉛進行爐渣中夾雜。

2 爐渣成分與性質(zhì)

（1）爐渣的成分。因為爐渣的熔點、粘度及比重等物理性質(zhì)決定于其化學(xué)成分，則選擇爐渣成分，對于還原熔煉生產(chǎn)好壞有決定性的影響。還原爐煉鉛爐渣的主要成分為FeO、SiO2、CaO、ZnO等，還含有少量的MgO、Al2O3等。其中FeO、SiO2、CaO、ZnO、MgO、Al2O3的總和約占總渣量的85%～90%，這些組分的性質(zhì)大致可決定爐渣的性質(zhì)[1]。

（2）爐渣的物相組成（如表1所示）

表1 爐渣物相

由表1爐渣物相分析結(jié)果可知，爐渣的物相較為復(fù)雜，其他雜質(zhì)元素較多，其中鉛主要以PbS形態(tài)存在，Cu主要以Cu2O和Cu2S形態(tài)存在，Sn主要以SnO2形態(tài)存在。渣中Pb、Cu和Sn的有價金屬均以化合物形式存在，再從硫酸鉛渣熔煉機理分析，說明硫酸鉛渣直接還原熔煉生產(chǎn)較常規(guī)冶煉為困難，物料中有價金屬參加反應(yīng)過快，反應(yīng)不徹底。

（3）爐渣的性質(zhì)。有色金屬的冶煉過程實際是一個以爐渣作媒介提純金屬的過程，爐渣性質(zhì)對冶煉過程至關(guān)重要，爐渣的組成和性質(zhì)決定了熔煉過程的還原程度、燃料消耗、金屬回收率的爐子的生產(chǎn)率。①爐渣的熔點。爐渣的熔點越低，熔煉所需的燃料越少，爐子生產(chǎn)率越高。但并不是爐渣越易熔化，熔煉效果就越好，如果熔煉過程中硫酸鹽的還原反應(yīng)來不及完全反應(yīng)前爐料就開始熔化，則造成鉛、銅和錫等有價金屬進入渣中而損失。

②爐渣的粘度。粘度過大易造成冶煉熔體排放工作難于進行，渣金界面反應(yīng)不完全，粘度過小則易于快速穿過爐內(nèi)的焦點區(qū)，爐渣過熱度低，沉降分離不良并造成與其他溶解產(chǎn)物分離困難，渣含金屬同樣上升[2]。③爐渣的比重。隨著溫度的升高，爐渣的密度會隨之降低，而密度影響爐渣的比重，如果爐渣比重過大，熔煉過程中爐渣和鉛冰銅夾雜，分離不完全，同樣不利于爐渣含金屬的控制。

3 控制渣含金屬的生產(chǎn)實踐

（1）控制較高的熔煉溫度。該公司采用4.5m2還原爐進行硫酸鉛渣的直接還原熔煉，硫酸鉛渣的還原熔煉過程中，需要減緩入爐物料的熔化速度，增強物料與上升煙氣的還原接觸時間，確保PbSO4、SnO2和Cu2O的還原時間，必須要更高的熔煉溫度。同時較高的爐溫可增強爐渣流動性，降低爐渣密度，有利于渣含金屬的控制。

（2）渣型確認(rèn)。上文提到，爐渣的成分決定于整個還原冶煉過程的好壞，渣型的確認(rèn)是冶煉的基礎(chǔ)，該公司經(jīng)過爐況正常時，多次對爐渣數(shù)據(jù)進行分析，得到爐渣渣型首要確保爐渣中含CaO適宜，過高和過低，對渣含金屬影響較大；再對確定渣型為：FeO23%～27%，SiO222%～25%，CaO15%～18%，ZnO＜15%。

（3）提高還原爐還原能力。為了提升還原能力，該公司做了以下措施：①提升料柱高度。目前還原熔煉生產(chǎn)過程中，該公司采取的爐料高度為4.5m，已屬于高料柱作業(yè)，為進一步提升還原能力，在生產(chǎn)中多次摸索出最佳料柱高度為4.8m～5m。②適宜的風(fēng)焦比。該公司通過實踐證明，硫酸鉛渣直接還原熔煉焦率確定在13%～15%，風(fēng)焦比控制在6～6.5，焦率過高，風(fēng)量過小則導(dǎo)致焦炭成本上升，同時燃燒不完全的碎小焦丁阻止了熔體的流動，反而惡化爐缸，造成渣含金屬上升。

（4）生產(chǎn)中加入鐵屑置換。在生產(chǎn)中，鐵屑成本較低，適當(dāng)加入鐵屑，可使之與PbS發(fā)生沉淀反應(yīng)生成FeS，將鉛置換出來，從而減少爐渣中鉛的損失。

（5）返渣減量入爐。為保證硫酸鉛渣還原熔煉爐況，該公司搭配部分返渣入爐，但返渣的大量加入既造成了焦炭生產(chǎn)成本的上升，又使?fàn)t渣體量增大，整體渣含金屬量損失增大，在滿足還原爐爐況順行的情況下，該公司生產(chǎn)從返渣率50%降至15%，返渣減量入爐確保了渣含金屬量損失減少。

（6）加強現(xiàn)場操作管理。精細的現(xiàn)場操作是爐況穩(wěn)定的重要因素之一，通過嚴(yán)格的現(xiàn)場管理，嚴(yán)格控制加料入爐工作，控制風(fēng)眼管理和排放工作，并且在生產(chǎn)中盡量減少停風(fēng)，減緩爐結(jié)的生成速度，及時處理爐況，則可避免渣含金屬的波動。

4 結(jié)語

該公司用多年還原爐直接還原熔煉硫酸鉛渣的生產(chǎn)實踐，證明雖然硫酸鉛渣在冶煉過程中有更多復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，但是爐渣的潛在價值較高，其中含銻、鋅等其他元素亦可通過不斷的技術(shù)研究和現(xiàn)場改進，實現(xiàn)較好的渣含金屬控制，為冶煉同行所借鑒，共同創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。