“三連爐”聯(lián)合冶煉提高鉛精礦中鋅的回收率生產(chǎn)工藝實(shí)踐研究

蔡炳龍，黎志良

（江西金德鉛業(yè)股份有限公司，江西 德興 334200）

江西金德鉛業(yè)股份有限公司成立于2007年12月7日，產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)模為：年產(chǎn)電鉛8萬噸，副產(chǎn)品硫酸7.39萬噸，銀錠205.15噸，金錠0.29噸，另外還有冰銅、精鉍、氧化鋅等產(chǎn)品。粗鉛生產(chǎn)原工藝為富氧底吹爐-鼓風(fēng)爐，后由于國家環(huán)境政策要求的提高，于2015年對(duì)粗鉛生產(chǎn)工藝進(jìn)行技改，用側(cè)吹還原爐替代鼓風(fēng)爐進(jìn)行粗鉛的生產(chǎn)，新工藝于2015年7月8日投產(chǎn)，面對(duì)市場(chǎng)原料競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，加工費(fèi)低的局面。公司尋找到市場(chǎng)上有低鉛富含鋅精礦：含Pb 20%～35%、Cu6%～15%、Zn 10%～15%、全S 16%～28%、有效S 14%～25%，此種原料富含有價(jià)金屬高，冶煉效益好能夠有效提升產(chǎn)品次氧化鋅的冶煉經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合目前現(xiàn)有粗鉛生產(chǎn)工藝，通過優(yōu)化入爐物料成分以及對(duì)工藝參數(shù)調(diào)整控制等研究，經(jīng)過五年的生產(chǎn)實(shí)踐，三爐生產(chǎn)情況趨于穩(wěn)定，價(jià)值高的副產(chǎn)品次氧化鋅產(chǎn)量顯著提升，鋅金屬回收率逐年上升，達(dá)到研究目標(biāo)，有效提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 “三連爐”煉鉛生產(chǎn)工藝

公司采用的“三連爐”煉鉛生產(chǎn)工藝是采用富氧底吹爐——氧氣側(cè)吹還原爐——煙化爐三爐相結(jié)合，富氧底吹爐與氧氣側(cè)吹還原爐連接在一起，而煙化爐與前二個(gè)爐子有一定距離。氧化段為富氧底吹爐，還原段為氧氣側(cè)吹還原爐，富氧底吹爐熔煉產(chǎn)出的液態(tài)高鉛渣經(jīng)過溜槽流入氧氣側(cè)吹還原爐內(nèi)進(jìn)行直接還原，上部加入煤粒和石子，爐子側(cè)部通入氧氣，間斷進(jìn)、放渣作業(yè)，一個(gè)周期后實(shí)現(xiàn)高鉛渣的還原，產(chǎn)出粗鉛和含鋅爐渣，含鋅爐渣放入渣包中，通過電動(dòng)平板車轉(zhuǎn)運(yùn)到煙化爐廠房，通過雙鉤行車將含鋅爐渣加入到煙化爐中，進(jìn)行還原、氧化，回收次氧化鋅。

1.1 富氧底吹爐熔煉

富氧底吹爐熔煉是一個(gè)沿爐子中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的臥式圓筒形反應(yīng)器，內(nèi)襯鉻鎂磚，在爐子的頂部有加料口、出煙口，爐子的底部有氧氣噴槍，端墻有放渣口，出鉛口。爐子結(jié)構(gòu)緊湊、表面積小，散熱較少；在爐子底部鼓入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體，可減緩熔體對(duì)耐火磚的沖刷、延長爐襯和氧槍區(qū)域磚的使用年限。

底吹爐氧槍采用雙筒管式射流富氧氧槍，氧槍中心管外壁開若干條槽成齒輪形狀，工業(yè)氧氣和空氣分別從外壁為齒輪形狀的中心管的氧氣進(jìn)口和側(cè)面的空氣進(jìn)口進(jìn)入氧槍，在一定壓力下，工業(yè)氧氣經(jīng)中心管，氮?dú)?、軟化水?jīng)三筒管的環(huán)縫從氧槍前端的氧槍口同時(shí)噴吹到反應(yīng)器中。使用單管式射流富氧槍時(shí)，工業(yè)氧氣和空氣分別從后端側(cè)面的氧氣進(jìn)口和后端的空氣進(jìn)口進(jìn)入到氧槍的混合室混合后，在一定壓力下從前端的氧槍口噴吹到反應(yīng)器中，更換氧槍時(shí)，只需轉(zhuǎn)動(dòng)反應(yīng)器，使氧槍口高出熔池的渣面，即可更換。

富氧底吹爐熔煉的基本原理：氧氣底吹熔煉是熔池熔煉，經(jīng)配料制粒的混合料從底吹爐頂部加入，氧氣從底部吹入引起熔體攪拌，高壓氧氣和氮?dú)庖猿羲購难鯓尶谏淞鲊姵?細(xì)小的氣泡在動(dòng)能的作用下推動(dòng)高溫熔體向上和兩側(cè)循環(huán)翻滾并使熔體與氣泡之間充分接觸混合,到達(dá)液面稍微鼓起而平穩(wěn),形成下小上大的錐形體形狀;混合料中的金屬硫化物在渣液層發(fā)生氧化、造渣、沉鉛反應(yīng)，生成金屬氧化物和二氧化硫及液態(tài)鉛液珠，并釋放大量熱使氧化反應(yīng)繼續(xù)下去，同時(shí)生成部分粗鉛和低熔點(diǎn)的高鉛渣,粗鉛在重力作用下流向沉鉛區(qū)，高鉛渣通過渣口溜槽流入側(cè)吹還原爐內(nèi)。

富氧底吹爐爐內(nèi)主要進(jìn)行加熱、熔化、氧化、造锍、造渣等過程，產(chǎn)出含鉛、銅、鋅、金、銀等有價(jià)金屬留在高鉛渣。高鉛渣通過渣口溜槽進(jìn)入側(cè)吹還原爐進(jìn)行還原。

1.2 氧氣側(cè)吹還原爐熔煉

底吹爐產(chǎn)生的高鉛渣通過渣口溜槽進(jìn)入氧氣側(cè)吹爐中進(jìn)行還原，產(chǎn)出含銅和貴金屬粗鉛、含鋅爐渣和含塵煙氣。氧氣側(cè)吹爐還原是間斷、周期性作業(yè)，配料需要將返料、石灰石、和煤，通過稱量按給定的比例送到總皮帶運(yùn)輸機(jī)。由此配制的爐料送到爐上的加料口，在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)將規(guī)定數(shù)量的物料通過加料口連續(xù)加到爐內(nèi)。在加入爐料和煤的同時(shí)通過下排鼓風(fēng)風(fēng)嘴向爐內(nèi)熔體送入工業(yè)氧與空氣的混合氣。

在爐內(nèi)熔池中發(fā)生煤的燃燒放熱反應(yīng)和氧化鉛的還原反應(yīng)，以及造渣組分間的造渣反應(yīng)。與此同時(shí)入爐物料中含有的其它高價(jià)態(tài)雜質(zhì)金屬（如鐵、鋅、銻、砷、等）的氧化物也進(jìn)行不同程度的還原，被捕集于鉛液中，在爐缸內(nèi)沉積。粗鉛通過虹吸從鉛井中流出，在鑄錠模具中，鑄成鉛錠。造渣組分經(jīng)渣口，放到渣包中，經(jīng)電動(dòng)平板車運(yùn)送到煙化爐進(jìn)行提取次氧化鋅。

1.3 煙化爐熔煉

煙化爐的煙化過程是一種還原揮發(fā)過程，即把空氣和煤粉吹入煙化爐內(nèi)的熔池中，使化合物和游離的ZnO及PbO還原成鋅和鉛的蒸氣，上升到爐子上部空間，遇到CO2或吸進(jìn)來的空氣再度氧化成氧化鋅和氧化鉛并以煙塵狀態(tài)被收集。爐膛中一部分鉛也以PbS及PbO+狀態(tài)揮發(fā)。若熔渣中含有錫，則在煙化過程中還原成錫（Sn）及氧化錫或硫化錫而揮發(fā)，錫及硫化錫在爐子上部再氧化成二氧化錫（SnO2)。所收集的煙塵大部分為氧化鋅和氧化鉛，此外，還有少量的氧化錫及錫的硫化物，還有易揮發(fā)的稀有金屬元素。煙化爐煙塵含鉛8%～10%，鋅60%～80%，此煙塵俗稱“次氧化鋅”。

鋅的揮發(fā)率與熔渣中的氧化鋅的活度、過程的溫度及平衡相成分有關(guān)。渣含鋅和過程溫度愈高，氣相中CO濃度愈大，則鋅的揮發(fā)率也愈大。爐氣中CO氣體對(duì)ZnO的還原揮發(fā)有利，但溫度過高（如超過1350℃）可能會(huì)引起FeO的還原。CO濃度升高又會(huì)引起爐氣溫度的下降和燃料利用效率降低。所以一般認(rèn)為煙化爐溫度控制在1250℃左右較好，因此煤量控制非常關(guān)鍵。

吹煉期吹煉爐渣宜保持為1150℃～1250℃，但不能高于1300℃～1350℃，這屬于危險(xiǎn)區(qū)，因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致FeO+CO=Fe+CO2反應(yīng)。不過在初期Fe的出現(xiàn)關(guān)系不大，因?yàn)槌跗谠衂n含量高，會(huì)有Fe+ZnO=Zn↑+FeO的反應(yīng)，所以仍不至于產(chǎn)生積鐵，相應(yīng)來說是有利的，高溫主要是限制在中期和后期。溫度過低對(duì)金屬揮發(fā)不利，一般來說，在溫度低于1060℃～1130℃時(shí)，即失去流動(dòng)性，爐內(nèi)壓力很高。進(jìn)料的預(yù)熱溫度最好為1150℃～1200℃，為了提高吹煉時(shí)的溫度而不降低粉煤與空氣混合物的還原能力，最好采用熱風(fēng)，若采用富氧鼓風(fēng)，也能大大提高溫度，增加產(chǎn)量。

1.4 “三連爐”特點(diǎn)

①取消了原來的鼓風(fēng)爐還原鑄渣機(jī)，底吹爐產(chǎn)出高鉛渣流入氧氣側(cè)吹爐在熔融液態(tài)下被直接還原，節(jié)省了大量的燃料，電鉛生產(chǎn)能耗我司2021年下降到257.3kg標(biāo)煤/t·Pb。②氧氣側(cè)吹還原爐熔池熔煉反應(yīng)激烈，還原程度徹底，一個(gè)還原周期內(nèi)，渣含鉛我司目前控制在1.02%以下、氧化鋅含鉛控制在8%以下，并且熔池內(nèi)的鋅盡可能保留在爐渣中，進(jìn)入煙化爐內(nèi)進(jìn)行提煉，可提高鋅回收率。③高鉛渣還原僅用煤作為還原劑，與鼓風(fēng)爐相比，煤比焦炭價(jià)格低廉且用量大幅下降，成本節(jié)約。④自動(dòng)化程度高，操作簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，更安全、環(huán)保，符合節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)。

由于之前采用的是富氧底吹爐——鼓風(fēng)爐還原——煙化爐煉鉛工藝，后新建氧氣側(cè)吹還原爐與煙化爐位置有一定距離，氧氣側(cè)吹爐產(chǎn)出含鋅爐渣不能直流煙化爐內(nèi)，需渣包轉(zhuǎn)運(yùn)，中間會(huì)有10%左右的包殼產(chǎn)出，造成熱量損失，無法發(fā)揮“三連爐”的全部優(yōu)勢(shì)。

2 生產(chǎn)實(shí)踐

自2016年至2020年的五年時(shí)間里，公司十分重視提高鋅回收率的工作，經(jīng)過大量的生產(chǎn)實(shí)踐，以及與同行交流溝通和根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行研究。經(jīng)過一段時(shí)間摸索后，鋅回收率由2016年平均的74.41%提高至2020年的82.23%，棄渣含鋅從2016年的2.42%下降到2020年0.92%。同時(shí)把低鉛富含鋅精礦配比逐步提高到占比鉛精礦總量達(dá)到20%最大量時(shí)，能夠穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)量的提高，相應(yīng)帶來回收率的提高，且能耗大幅下降。

熔煉車間在通過調(diào)整配料單、工藝參數(shù)控制、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、制定應(yīng)急預(yù)案、加強(qiáng)管理等措施下，逐步達(dá)到了產(chǎn)量、指標(biāo)穩(wěn)定的目標(biāo)。在加強(qiáng)中間在制品鋅金屬量下降平衡，強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和降低棄渣指標(biāo)、優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)工作，提高鋅回收率方面做了大量工作，取得了明顯的成效。

表1 2016-2020年鉛精礦平均品位及低鉛富含精礦消耗情況表

2.1 主要研究方向

①加強(qiáng)鋅回收率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)工作，不斷完善、規(guī)范鋅回收率的統(tǒng)計(jì)分析，查明無名損失、有名損失的走向，為持續(xù)提高指標(biāo)提供了可靠依據(jù)和方向。②完善了影響指標(biāo)的考核機(jī)制，加重了棄渣指標(biāo)含鋅、氧化鋅產(chǎn)量、還原爐熱渣平衡的考核權(quán)重，充分調(diào)動(dòng)了班組加強(qiáng)指標(biāo)管理工作積極性。③公司加強(qiáng)了含鋅原料采購的管理（優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)、高富含），優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定了爐況和還原爐渣含鋅，為提高氧化鋅產(chǎn)量、鋅回收率創(chuàng)造了有利條件。④持續(xù)加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理和給煤裝備、收塵系統(tǒng)技改投入，減少無組織排放和無名損失，即改善作業(yè)環(huán)境，又提高金屬回收率。⑤2018年9月份開展了降低庫存在制品高鋅物料攻關(guān)和2020年2月份庫存高鋅煙灰下降活動(dòng)，有效回收了庫存在制品中的鋅金屬量。⑥持續(xù)開展降低棄渣含鋅＜1.0%的支部特色攻關(guān)活動(dòng)，取得成效，且逐年下降。⑦控制好外賣氧化鋅、鍋爐灰含水量的取樣均勻性工作，減少鋅金屬的無名損失。⑧實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)，努力提升生產(chǎn)效率，完成產(chǎn)品產(chǎn)量任務(wù)。⑨減少中間物料的產(chǎn)出，促進(jìn)回收率指標(biāo)提高，創(chuàng)造有利條件。⑩實(shí)行攻關(guān)指標(biāo)與車間組織績效指標(biāo)考核相結(jié)合，提高積極性。

2.2 工藝參數(shù)控制

降低入爐粒料含鉛品位，意味著在原料采購過程中可以更側(cè)重于富含，同時(shí)鉛品位適當(dāng)降低，也降低了鉛的計(jì)價(jià)系數(shù)，加工費(fèi)更高，大幅降低了原料采購成本和拓寬原料采購渠道，降低原料采購壓力。通過工藝生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)出一套大量搭加低鉛富含鋅精礦，底吹爐操作的工藝參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)方法，為今后提高底吹爐操作水平，穩(wěn)定爐況，優(yōu)化指標(biāo)，處理復(fù)雜原料，總結(jié)了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

還原爐經(jīng)過不斷技術(shù)探索，參數(shù)調(diào)整，通過技術(shù)手段、管理手段，有效的控制了爐況穩(wěn)定、煙道結(jié)焦，解決了爐缸結(jié)、噴爐問題，杜絕了鉛上爐臺(tái)，燒風(fēng)眼、水套惡性事故發(fā)生。

表2 還原爐熔煉三個(gè)階段控制參數(shù)表

煙化爐通過調(diào)整作業(yè)秩序和參數(shù)控制，有效的與還原爐生產(chǎn)達(dá)到無縫銜接，做到了煙化爐100%平衡還原爐熱渣，并能保證好指標(biāo)，同時(shí)將庫存水渣全部消耗完，盤活了庫存金屬量，盤活了積壓資金，提高了操作管理水平的進(jìn)步和年度鋅的回收率。

表3 煙化爐熔煉三個(gè)階段控制參數(shù)表

2.3 冶金配料計(jì)算

表4 低鉛富含精礦占總鉛精礦配比量實(shí)踐生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

表5 影響鋅回收率的指標(biāo)控制表

主要研究投入底吹爐的物料含鋅品位，對(duì)爐況、指標(biāo)及安全、環(huán)保的影響。我廠鉛精礦主要來源為國內(nèi)大中小礦山和中間貿(mào)易商，種類多、成分復(fù)雜，鉛雜料由國內(nèi)產(chǎn)出的二次含鉛物料、金銀礦等。進(jìn)廠需進(jìn)行二元堆放、堆混取樣，根據(jù)化驗(yàn)原料中的有效硫結(jié)果，再進(jìn)行冶金配料計(jì)算。通過調(diào)整鉛精礦的搭配比例，達(dá)到所需的含鋅品位，觀察入富氧底吹爐后，對(duì)熔煉反應(yīng)的煙氣、渣的溫度、氧槍區(qū)域的耐材腐蝕、高鉛渣含硫、爐內(nèi)爐結(jié)、煙道結(jié)焦、硫酸尾排含硫、下料口噴濺、煙化爐棄渣含鋅指標(biāo)等情況，進(jìn)行調(diào)整比例，得出最高富含礦配比和入爐料含鋅品位，對(duì)生產(chǎn)、安全、環(huán)保、指標(biāo)影響最小。經(jīng)研究實(shí)驗(yàn)，入爐低鉛高富含精礦配比在15%左右，入爐粒料含鋅控制7.5%～8.5%,利于提高次氧化鋅的產(chǎn)量、回收率、品質(zhì)。

3 研究成果

研究實(shí)踐取得成功，帶來非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益，隨著鋅回收率由2016年平均的74.41%提高至2020年的82.23%，棄渣含鋅從2016年的2.42%下降到2020年0.92%。數(shù)據(jù)對(duì)比按年70000噸外賣棄渣計(jì)算，年多回收300噸鋅金屬，可提高效益600萬元/年以上，為企業(yè)效益最大化奠定了良好基礎(chǔ)。該實(shí)踐研究不需要對(duì)原生產(chǎn)工藝、設(shè)備做任何改動(dòng)，且不用增加任何投資費(fèi)用，完全利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備，通過調(diào)整工藝控制參數(shù)，加強(qiáng)操作過程管理，達(dá)到在大量處理復(fù)雜原料的同時(shí)，提高次氧化鋅的產(chǎn)量，且優(yōu)化指標(biāo)，提高經(jīng)濟(jì)效益。本次研究成果的應(yīng)用，為下步持續(xù)提高煙化爐鋅回收率，效益最大化，提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

圖1 鋅金屬回收率曲線圖

圖2 外賣棄渣鋅含量曲線圖

表6 2020年提高鋅金屬回收率實(shí)踐研究中間產(chǎn)品含鋅數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

通過生產(chǎn)實(shí)踐，公司利用“三連爐”煉鉛工藝的優(yōu)勢(shì)，開展提高鋅金屬回收率的研究實(shí)踐，同時(shí)能夠?qū)Φ豌U富含鋅精礦進(jìn)行大量處理，提高了次氧化鋅的產(chǎn)量和冰銅、硫酸、銻白、粗鉍等盈利產(chǎn)品的產(chǎn)量，使得企業(yè)效益最大化。研究實(shí)踐的成功，為企業(yè)下一步繼續(xù)加大處理富含精礦提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，提高企業(yè)經(jīng)營效益，拓寬了采購渠道，同時(shí)也更大限度地發(fā)揮了三連爐聯(lián)合冶煉的裝備優(yōu)勢(shì)。