国内外铅冶炼技术进展及发展动向

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1、世界 有色金属 1999年第6期 WORLD NONFERROUS METALS Pb 国内外铅冶炼技术进展 及发展动向 株洲冶炼厂 周敬元 游力挥 近10年来,铅的生产技术并没有象70年代末 80年代初那样得到实质性的突破和飞跃发展,不过 当时发展起来的几种硫化铅精矿直接熔炼法,如基夫 赛特法、QSL法、 艾萨法等在一些冶炼厂得到了应 用。但由于铅的价格低迷不振,没有吸引到太多的厂 家投资建新厂,因此总的来说推广不迅速。 目前,粗铅的生产仍采用火法,湿法炼铅仍处于 试验阶段。 烧结焙烧 鼓风炉还原熔炼是占主导地位的炼 铅方法,大多数铅厂采用这一流程。据统计,大约 80 %的铅是通过烧结焙烧

2、鼓风炉还原熔炼方法生 产出来的,采用这一方法的铅厂数量也占铅厂总数的 80 %左右。 硫化铅精矿的直接熔炼法与烧结焙烧 鼓风炉 还原熔炼法相比,有着显著的优越性。但直接熔炼法 的主要困难是,要想获得含硫很低的粗铅,就无法获 得含铅很低的炉渣。因此,在任何一种直接炼铅法 中,都少不了炉渣贫化阶段,从而增加了工艺的复杂 性和操作的难度。 1 几种直接炼铅工艺介绍和评价 1. 1 基夫赛特法 基夫赛特法是较为成功的一种直接炼铅工艺,在 前苏联建有3家工厂,德国、 意大利、 玻利维亚和加拿 大各建有1家工厂。最近没有建新厂的意向。 这种方法的核心设备是基夫赛特炉,由带火焰喷 嘴的反应塔、 填有焦炭过滤

3、层的熔池、 立式余热锅炉、 铅锌氧化物的还原挥发电热区组成。 干燥后的炉料通过喷嘴与工业纯氧同时喷入反 应塔内,炉料在塔内完成硫化物的氧化反应,并使炉 内的颗粒熔化,生成金属氧化物。金属铅滴在下落过 程中形成熔体。此熔体通过浮在熔池表面的焦炭过 7 国内外铅冶炼技术进展及发展动向 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 世界 有色金属 1999年第6期 WORLD NONFERROUS METALS 滤层时,其中大部分的氧化铅被还原成金属铅而沉降 到熔池底部。 基夫赛特

4、法有如下好处: 产出的烟气二氧化硫浓度高达20 %50 % , 烟气体积小; 炉料不需要烧结,生产环节少,在同一台设备 中进行氧化 还原两个过程; 焦耗少,精矿热能利用率高。原料中含硫大于 14 %时就无须另加燃料,而且可以自热熔炼; 系统排放的有害物质含量低于环境允许的标 准; 生产成本低; 对炉料成分无严格要求,试验时曾处理过含铅 18 %70 %的原料,均能顺利运行,而且能维持很好 的综合回收率; 对不同原料的适应性强,可以处理各种不同品 位的铅精矿、 铅银精矿、 铅锌精矿和鼓风炉难以处理 的硫酸盐残渣、 湿法锌厂产出的铅银渣、 废铅蓄电池 糊、 各种含铅烟尘。意大利维斯麦港冶炼厂的炉料

5、 中,锌浸出渣的搭配量达到50 % ,而加拿大科明科公 司特雷尔冶炼厂的锌浸出渣搭配量可高达72 % ,不 过需要一台烟化炉来配合。 最早的基夫赛特炉建于1986年,建在前苏联的 乌斯季 卡缅诺戈尔斯克铅厂。经过十几年的生产实 践,其工艺和设备均得到了显著的改进和完善。特别 是意大利也采用该工艺建厂并进行研究开发以后,该 工艺的自动化水平达到了近乎完善的地步。 乌斯季 卡缅诺戈尔斯克铅厂对基夫赛特系统的 设备结构进行了下列重大改进: 电热区面积从65m2缩小至34m2; 炉顶安装了两个相同的喷嘴,每隔1520min 更替一次,因此可连续工作3400h而无须修理; 焦滤层设置了鼓风(氧气及其与天

6、然气的混合 气体)风嘴,目的是在流程出现故障及焦滤层的还原 反应需要增大热量时补充热量。 意大利维斯麦港冶炼厂也对基夫赛特工艺进行 了许多有益的改进。由于这些改进,基夫赛特法对原 料的适应性大大增强。特别是从处理一种原料向另 一种原料转化过程中的熔炼工艺指标非常稳定。指 标之所以能稳定,是因为以下几个因素: 在向另一种原料转化时,只需调整还原剂的用 量,使其符合新的最佳生产制度的要求,就可以改变 焦滤层的生产能力; 悬浮熔炼的氧气消耗量及焦滤层中氧化铅还 原反应的焦炭消耗量接近化学计算值,因此容易管 理; 随熔体进入焦滤层的热流与氧化铅流达到平 衡,因为焦滤层中的氧化铅还原消耗了该热量; 主要

7、工艺阶段(悬浮熔炼、 还原反应)中的热流 和氧化铅流均非常稳定,不受外界机械能的影响。 尽管基夫赛特法有诸多优点,但它对原料的制备 要求较高,入炉的物料粒度需小于1mm ,水分需小于 1 % ,这就增加了备料的复杂程度。此外,该工艺需要 用含氧浓度大于90 %的工业氧气,因此必须配套建 设制氧厂,这样就增加了投资。 1. 2 QSL法 QSL法在德国斯托尔贝格和韩国温山冶炼厂已 取得成功。该法是将铅精矿加入炉内,鼓入富氧,在 硫化铅被氧化成氧化铅时,会放出大量热量使过程自 热,氧化铅和硫化铅交互反应生成金属铅,部分反应 不完全的氧化铅在还原区加还原剂还原成金属铅,硫 氧化成二氧化硫。因采用富氧

8、熔炼,烟气中的二氧化 硫浓度高达15 %左右,有利于制酸。总的来看,该工 艺的 “三废” 排放完全达到国际环保要求,因此不会污 染环境。 我国于1985年引进该技术,在西北铅锌冶炼厂 建成了一套5. 2万t/ a的QSL炉。由于引进过早, 技术不完善,存在许多缺陷,1990年12月投料后,暴 露出喷枪寿命短,虹吸口过长,隔墙、 挡圈位置及渣口 高度不当等问题,因此,仅运行了35天就只好停炉。 1994年依照韩国温山冶炼厂的经验改造后取得了初 步成功,运行了135天,产出粗铅1万t左右。尽管 有关技术指标与第一次试车生产相比有了长足的进 步,但仍未完全达到设计指标,运行费用太高,造成亏 损,目前

9、处于停产状态。 另外,几十年来以积极采用新技术而著名的加拿 大科明科公司在其特雷尔冶炼厂引进了QSL工艺炼 铅。由于科明科公司要求大量搭配浸出渣,试车后发 现该工艺根本不适合处理大量的浸出渣,结果以失败 告终。 8 综合评述 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 世界 有色金属 1999年第6期 WORLD NONFERROUS METALS 德国斯托尔贝格冶炼厂在对喷枪结构、 隔墙位置 等进行了一系列改造后,使年生产能力从8万t增加 到了10万t。此外,在增加二次物

10、料处理方面,斯托 尔贝格冶炼厂达到50 %。 韩国温山冶炼厂是最后引进QSL技术的,他们 吸取了前几家企业的经验和教训,并作了如下改进: 将隔墙后移了1650mm ,使之离最近的喷枪的 距离达到了3m ,从而使隔墙寿命从3个月延长到5 个月。这样改造后,氧化段的容积增加了,还增加了 余热锅炉的面积,从而提高了处理能力; 把放铅虹吸口的铅溜槽改为法兰连接,并准备 了一个备用的虹吸口溜槽,从而缩短了维修更换的时 间; 改进了喷枪结构,采用机械顶进技术,每3天 顶进一次; 取消了还原段中的两道挡圈。 目前,韩国温山冶炼厂QSL炉的情况非常稳定, 每年能生产10万t粗铅,超过了6. 1万t的设计能 力

11、。 QSL法改善了卫生条件,简化了操作,比传统流 程的投资少,生产成本低,二氧化硫浓度高,但其烟尘 率达25 % ,必须返回处理。此外,渣含铅高,一定要 配合烟化炉才能得到弃渣。 1. 3 卡尔多法 卡尔多炉是由钢铁工业中的转炉演变而来的。 先用于处理各种杂料,后由于瑞典政府对铅烟尘排放 的要求日趋严格,在经过多次试验的基础上,建了一 个11m3的卡尔多炉代替电炉来处理铅精矿。从 1989年起,卡尔多炉即投入使用。 卡尔多炉炼铅工艺在直接炼铅法中占有一席之 地,但多数冶炼工作者并不看重卡尔多炉炼铅法。部 分理由是在同一个容器中既进行氧化,又进行还原, 似乎是一种劳神费力的事,烟气中二氧化硫的浓

12、度时 高时低,不好控制,不易制酸。但实际上,上述看法是 十分片面的。就工艺流程而言,卡尔多炉是十分简单 的,加料、 氧化、 还原和排渣这四步均在一个相对较小 的空间中完成。由于波利登公司采用了先进的控制 设备,使得整个过程流畅轻松,整个炉前仅需一名工 人间断地管理一下,另有一名工人通过工业电视和计 算机系统对整个过程进行监管。此外,卡尔多炉具有 广泛的原料适应性,对处理含硫低的物料尤其合适。 该厂通过用液态二氧化硫配气的方式消除了烟气中 二氧化硫浓度大幅度波动对制酸的不利影响。 与其它直接炼铅法不同的是,卡尔多法的熔炼 (氧化)与还原在同一个炉子中进行,与QSL法、 基夫 赛特法和艾萨法等方法

13、相比,卡尔多法没有流态物料 的任何形式的转运过程。干精矿通过喷枪喷至喷嘴 时与氧气或空气混合,熔炼反应即刻发生。氧化放热 在大多数情况下足以熔化精矿和熔剂,熔炼中有一部 分铅氧化成渣,为此,在熔炼之后需对渣中的铅进行 还原。因此,整个过程是先备料,加入焦炭、 熔剂、 浮 渣等底料预热,再进行氧化熔炼,在炉内的物料全部 熔融、 氧化过程终结后,再喷油和氧进行还原。随着 还原反应和造渣过程的进行,炉内熔体粘度降低,预 示可以放渣,在放渣前取样,放渣后加入石灰石降低 铅温后再放铅,然后再投料预热,分解后的石灰石留 作下一炉的部分熔剂,开始第二个周期,每炉周期为 4. 5h。 此外,卡尔多法采用特殊的

14、喷枪。在卡尔多炉顶 有两根喷枪。第一根为油 氧枪,用于供热和还原; 第二根是精矿枪,用于把精矿喷入炉内。精矿枪由内 外层套管组成,精矿由空气输送,经内管进入炉中,氧 气和空气的混合气体由外管加入,枪头设计成能充分 混合精矿和氧 空气混合气体,这对提高氧气利用率 至关重要。各喷枪均由水冷却。喷枪用液压齿条传 动。精矿枪寿命为10a ,每半年需更换枪尖,油枪寿 命更长。 由于精矿是通过喷枪喷入炉内,故对精矿的干燥 有很高的要求。精矿必须干燥至含水0. 5 %以下。 炉子由两个支撑环通过柔性纤维构件连接到炉 子上,这种结构使炉子与支撑环弹性连接,避免了炉 子转动时炉身的振动。 炉子有四个速度和动力控

15、制各不相同的电动驱 动轮,由电脑控制,作业期间,炉身倾角为28 。 炉子完全密封,在炉子下面有一个贯穿整个炉子 的密封室,室内铺有轨道,粗铅和炉渣用电动平车输 送出来。整个过程由计算机系统控制。这样使工作 面上的烟尘得到了严格的控制,有一个良好的工作环 境。 烟气由文丘里湿式除尘与湿式静电收尘器代替 9 国内外铅冶炼技术进展及发展动向 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 世界 有色金属 1999年第6期 WORLD NONFERROUS METALS 了余热锅炉。洗

16、涤水冷却后重复使用,尘浆经过过滤 设备返回干燥系统。 1. 4 艾萨法 艾萨法是由澳大利亚芒特 艾萨矿业公司和澳洲 熔炼公司共同在澳洲熔炼公司浸没熔炼法的基础上 开发出来的。通过20年来的不断改进和发展而成为 能处理铜、 铅、 锌、 锡等多种物料的方法。该法的炉体 为固定式圆筒型,赛罗喷枪从炉顶插入,并没入炉渣。 炉料从炉顶加入,炼出的金属和炉渣从炉子的下部放 出。炉渣连续地进入还原炉内,用焦炭还原这种高氧 化铅渣,产出粗铅。 该技术的核心是采用了结构相对简单的喷枪,将 冶炼工艺所需的气体和燃料(需要的话)输送到渣面 以下的液态炉渣层中,由此产生的强烈搅动加快了传 热和传质,加快了化学反应的进行,所以单位炉容积 能力很高,并且提高了燃料的利用率。钢制喷枪通过 特别的挂渣作业在喷枪上形成一层渣保护层,从而提 高了喷枪的寿命。目前此技术除在澳大利亚的芒特 艾萨矿业公司使用外,澳洲熔炼公司还与欧洲金属公 司于1995年共同在法国建造了一套年处