水口山炼铅法

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1、水口山炼铅法水口山炼铅 7NJ0v5w*T 1.1 研发概况1988 年我国开始引进 QSL 炼铅工艺谈判，至 1993 年试投 产，因各种原因，该工艺在我国未获成功，故难以推广。我国在 1985 年由国家计委、国家科委立项，把治理铅冶炼污染列为重 点科研攻关项目。确定在沈阳冶炼厂开展湿法炼铅扩大试验和在 水口山矿务局开展氧气底吹氧化电炉还原熔炼扩大试验研究。 1998 年中国有色工程设计研究总院带头，组织池州冶炼厂、河 南豫光金铅集团、温州冶炼厂和水口山矿务局五方集资，进行氧 气底吹熔炼鼓风炉还原工业试验，取得成功。1999年国家 计委、国家经贸委分别批准用该工艺在池州冶炼厂建设 3万 t/

2、a 的示范性工厂和在河南豫光金铅集团进行5万t/a铅冶炼厂的技 术改造。生产实践有明，对于我国目前生产上采用的烧结一鼓风 炉炼铅老工艺改造，水口山法是一项污染少、投资省、见效快的 可取方案。1.2 水口山炼铅工艺铅精矿的氧化熔炼是在一个水平回转式 熔炼炉中进行，该底吹炉结构与QSL炉相似，不同之处是只有氧 化段而无还原段，因而炉子的长度比较短。铅精矿、铅烟尘、熔 剂及少量粉煤经计算、配料、圆盘制粒后，由炉子上方的气封加 料口加入炉内，工业氧从炉底的氧枪喷入熔池，氧气进入熔池后， 首先与铅液接触反应，生成氧化铅，其中一部分氧化铅在激烈的 搅动状态下，和位于熔池上部的硫化铅进行反应熔炼，产出一次

3、粗铅并放出SO2。反应生成的一次粗铅和氧化铅渣沉淀分离后， 粗铅经虹吸或直接放出，铅氧化渣则由铸锭机铸块后，送往鼓风 炉还原熔炼，产出二次粗铅。出炉 SO2 烟气采用余热锅炉或汽 化冷却器回收余热，经电收尘器收尘后，烟气送往制酸。熔炼过 程采用微负压操作，整个烟气排放系统处于密封状态，从而有效 防止了烟气外逸。同时，由于混合料是以润湿、粒状形式输送入 炉的，加上在出铅、出渣口采用有效的集烟通风措施，从而避免 了铅烟尘的飞扬。由于在吹炼炉内只进行氧化作业。不进行还原 作业，工艺过程大为简化。氧气底吹熔炼一次成铅率与铅精矿品 位有关，品位越高，一次粗铅产出率越高，为适应下一步鼓风炉 还原要求，铅氧

4、化渣含应在 40%左右，略低于传统法炼铅原烧结 块含铅率，相应地，一次粗铅产出率一般为35%40%,粗铅含 S0.2%。在氧气底吹熔炼过程中，为减少PbS的挥发，并产出含 S、As低的粗铅，需要控制铅氧化渣的熔点不高于 1000C。, CaO/SiO2 比（0.70.8）有利于降低鼓风炉渣含铅。考虑以两个 因素，铅氧化渣中 CaO/SiO2 比控制在 0.60.7 之间为宜。和烧 结块相比，铅氧化渣孔隙率较低，同时，由于是熟料，其熔化速 度较烧结块要快，熔渣在鼓风炉焦区的停留时间短，从而增加了 鼓风炉还原工艺的难度。但是，生产实践证明，采用鼓风炉处理 铅氧化渣在工艺上是可行的，鼓风炉渣含 Pb

5、 可控制在 4%以内。通过炉型的改进、渣型的调整、适应控制单位时间物料处理量等 措施，渣含Pb可望进一步降低。另外，尽管现有指标较烧结-鼓 风炉工艺渣含Pb量1.5%2%的指标稍高，但由于新工艺鼓风炉 渣量仅为传统工艺鼓风炉渣量的50%60%,因而，鼓风炉熔炼 铅的损失基本不增加。在技改过程中，利用原有的鼓风炉作适当 改进即可，这样，可以节省基建投资。该工艺的一个重要组成部 分是氧气站，目前，国内工业纯氧的制备技术有两种，一种为传 统的深冷法，一种为变压吸附法。前者生产能力大，氧气纯度高， 但成本高,氧气单位电耗一般为0.60.7kWh/Nm3；后者投资省， 成本低，氧气单位电耗低于0.45k

6、Wh/Nm3。国产1500m3/h的 吸附制氧设备已研制成功，其氧气纯度达93%以上。对于1x104t/a规模的炼铅厂，氧气需要量一般为700800m3/h。采 用变压吸附法制氧完全能满足中型炼铅厂技改需要。水口山炼铅 法工艺流程如图所示。 $N%K.!C(z$Q 1.3工业应用 河南豫光金铅集团和池州有色金属公司是我国第一批采用 氧气底吹鼓风炉还原炼铅新工艺取代烧结 鼓风炉熔炼的工 厂，工厂设计的重点在于如何解决工业化生产装置的连续稳定运 行，以保证生产指标的实现。主要针对该工艺的特殊性，对如下 装置进行了工业化的研究和设计：(1)氧气底吹熔炼选择合适的氧 枪距、冷却介质、送氧强度以及氧枪套

7、砖材质，并在结构上便于 氧枪的更换。 (2)工业化生产的氧枪结构与工业化试验装置截然不 同，在结构上充分考虑了冷却措施、保护气体的运用和枪头的可 更换性。(3)氧气底吹炉烟气采用余热锅炉冷却方式，锅炉在设计 中充分考虑了烟尘率高且易黏结的特性，垂直烟道即为余热锅炉 辐射段，水平段为余热锅炉对流段，并配套有机械振打清灰系统。 (4)富铅渣的铸块采用带式铸渣机，其结构、冷凝速度、铸模形式 充分考虑了富铅渣特性及鼓风炉熔炼的要求。(5)富铅渣和烧结块 相比，由于气孔率很低且熔点低，还原性能较差，为此，鼓风炉 的结构、料柱高度和供风方式均有别于常规炼铅鼓风炉。两厂分 别于 2022 年 7月和 8月相

8、继投产，经 1个月的调试达到设计能 力，至今已稳定生产运行。两厂的生产技术指标均达到或超过设 计值。继两座炼铅厂成功改造之后，2022 年 3 月河南豫光金铅 集团新建的又一条年产粗铅 8万吨的生产线成功投产生产工艺本项目生产技术方案简述如下：铅精矿、铅膏、石 英砂、石灰石粉等各种物料经皮带秤按照计算好的比例给料量下 料后进入胶带运输机，然后再经胶带运输机运至圆筒制粒机加水 及烟灰后制粒，制粒后的混合料，按照一定的给料量计量后进入 氧气底吹炉。氧气底吹炉为一个水平的圆筒状转动熔炼炉，外面 为钢板，内衬耐火材料。生产时，混合料从上部加料口加入，氧 气从底部鼓入，氧气底吹炉下部为熔池，混合料在熔池

9、内发生高 温氧化反应，反应生成的粗铅经炉一端的虹吸口流出铸锭，反应 生成的高铅渣经炉另一端流出后铸块送鼓风炉，反应生成的烟气 经余热锅炉、电收尘器降温除尘后送往制酸。鼓风炉是一种具有 垂直作业空间，与圆形或矩形竖井相似的冶金设备。在鼓风炉的 作业过程中，燃料和炉料从炉顶分批加入，而空气则经过炉腹下 部的风口鼓入，形成逆流运动。由风口送进炉内的空气，首先在 风口附近形成氧化燃烧带，即空气中的氧到达范围内使焦炭燃烧 生成二氧化碳，二氧化碳又与炽热的焦炭反应，还原成一氧化碳， 生成的高温还原性气体沿炉体上升，与向下移动的物料作对流运 动，将炉料加热并使其发生物理化学变化，促使还原、造渣、造 锍（冰铜

10、）三个主要过程进行完全。反应后的液体产物流经下面 炽热的焦炭层过热，进入炉缸按密度分层，分别由虹吸流出粗铅， 咽喉（流渣口）流出炉渣，而含有烟尘的烟气则由炉顶上升，进 入烟气管道，经收尘净化后排入大气。从氧气底吹炉和鼓风炉生 产提取的铅，含有少量的杂质和有价金属，称为粗铅。为了进一 步提高铅的纯度和回收有价金属，需要对粗铅进行电解精炼。电 解精炼的作业过程是：将粗铅经火法初步精炼除去铜、锡等杂质 后铸成阳极板。用电解精炼后的析出铅（即阴极铅），熔化制成 阴极（又称始极片），然后将阴、阳极分别按一定的距离（即极间 距），装入盛有硅氟酸铅（PbSiF6）和硅氟酸（H2SiF6）组成的电 解液的电解

11、槽中，通入直流电进行电解。铅不断的自阳极溶解进 入电解液，并在阴极上连续放电析出；锑、铋、金、银等杂质， 则不溶解进入电解液，而是附着在阳极上，构成阳极泥。电解一 定的时间（电解周期）后，用起重机吊出阴极，洗净粘附的电解 液后，大部分经进一步火法精炼后铸成锭（成品），小部分制作始极片。 吊出带阳极泥的阳极，洗刷干净，进行二次电解，或熔化重铸成 阳极板。阳极泥经洗涤过滤后送往贵金属车间。除铜产生的浮渣 经反射炉熔炼产出冰铜和粗铅，粗铅返回电解精炼，冰铜外售。 精炼产出的渣返回氧气底吹炉熔炼。铅阳极泥堆存 3-5天后，其 中大部分杂质主要以氧化物形态存在，在贵铅反射炉高温下同时 配有还原剂、熔剂，

12、大部分锑和部分砷、铅、铋以低价氧化物挥 发进入烟尘，部分与熔剂作用而造渣，余下部分被还原形成金属 熔体，这种熔体称之为贵铅，是金银的良好捕集剂，铅、铋、铜 等在沉降中大量溶解金银等贵金属，形成贵铅而使金银与大部分 杂质分离。烟尘作为产品高砷锑白出售，炉渣返回铅系统处理。根据各金属对氧的亲和力大小不同，对贵铅在分银炉内进行 氧化精炼。在氧化过程中，砷、锑、铋、铅、铜等以氧化物形态 进入烟尘及渣中，而铜的彻底氧化除去则需要加入氧化剂氧化， 与纯碱造渣除去，由于金银对氧的亲和力小，过程中纯度不断提 高，达到初步精炼的目的。生产出金银合金。分银炉氧化前期渣 产率为贵铅的1530%，含金银铅量较高，返回

13、贵铅炉处理；分银 炉氧化后期渣含铋较高，用作提铋原料；铜渣产率为贵铅的6 10%,返回分银炉处理；烟灰产率为贵铅的34%,返回贵铅炉处 理。分银炉在造苏打渣时加入纯碱和硝酸钠，加入量分别为贵铅 的 9%和 3%。在除铜时加入占贵铅量 25%的硝酸钠。金银合金 经电解精炼产出纯银,洗涤后熔化铸锭,阳极泥经硝酸洗涤即为 纯金，洗涤后熔化铸锭。分银炉氧化后期渣破碎后磨细用硝酸浸 出，浸出液用氯化钠沉淀出氯化银，用葡萄糖还原为纯银后洗涤 铸锭；浸出液用硫酸沉淀出硫酸铅后返回底吹炉熔炼；浸出液用 纯碱水解沉淀出铋渣后用反射炉熔炼粗铋；浸出液用铁粉置换出 海绵铜；废水经污水处理后用于铅鼓风炉冲渣。氧气底吹

14、炉产出 的含SO2的烟气，通过稀酸洗涤净化、浓硫酸干燥后，经两次转 化、两次浓酸吸收生产硫酸。鼓风炉渣经电热前床保温沉淀进一 步分离粗铅和冰铜后，进入烟化炉。烟化的实质是一种还原挥发 过程，是用空气和煤粉混合吹入熔融的炉渣中，燃烧后产出热量 和一氧化碳，使熔渣保持高温并把氧化锌、氧化铅还原成单质锌 铅，挥发到炉子上部空间，被炉气中的二氧化碳和吸入的氧气再 度氧化成氧化锌、氧化铅，随炉气一起进入收尘系统被收集。442 水口山法 5n8R4q2g*g、水口山炼铅法是我国自行开发的一种氧气底吹直接炼铅法。 在 20 世 纪 80 年 代 ， 水 口 山 第 三 冶 炼 厂 在 规 模 为 2234m

15、mx7980mm的氧化反应炉进行半工业试验成功后，扩 大推广应用到河南豫光金铅公司和安徽池州两家铅厂生产，从而 形成了氧气底吹熔炼-鼓风炉还原铅氧化渣的炼铅新工艺。生产 实践证明，对于我国目前生产上采用的烧结-鼓风炉炼铅老工艺 改造，水口山法是一项污染少、投资省、见效快的可取方案。氧气底吹熔炼一次成铅率与铅精矿品位有关，品位越高，一 次粗铅产出率越高，为适应下一步鼓风炉还原要求，铅氧化渣含 应在 40%左右，略低于传统法炼铅原烧结块含铅率，相应地，一次粗铅产出率一般为35%40%，粗铅含S0.2%。在氧气底吹熔 炼过程中，为减少PbS的挥发，并产出含S、As低的粗铅，需要 控制铅氧化渣的熔点不

16、高于1000C。，CaO/SiO2比（0.70.8） 有利于降低鼓风炉渣含铅。考虑以两个因素，铅氧化渣中 CaO/SiO2 比控制在0.60.7 之间为宜。 1F7C!_:-m G:8i9d和烧结块相比，擗氧化渣孔隙率较低，同时，由于是熟料， 其熔化速度较烧结块要快，熔渣在鼓风炉焦区的停留时间短，从 而增加了鼓风炉还原工艺的难度。但是，生产实践证明，采用鼓 风炉处理铅氧化渣在工艺上是可行的，鼓风炉渣含 Pb 可控制在 4%以内。通过炉型的改进、渣型的调整、适应控制单位时间物料 处理量等措施，渣含 Pb 可望进一步降低。另外，尽管现有指标 较烧结-鼓风炉工艺渣含 Pb 量 1.5%2%的指标稍高，但由于新 工艺鼓风炉渣量仅为传统工艺鼓风炉渣量的 50%60%，因而， 鼓风炉熔炼铅的损失基本不增加。在技改过程中，利用原有的鼓 风炉作适当改进即可，这样，可以节省基建投资。 $9,Y9r4S0l 该 工艺的一个重要组成部分是氧气站，目前，国内工业纯氧的制备 技术有两