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1、 . . 一、项目的意义和必要性1.1项目的目的近年来我国精铅产量稳步增长,10年间年均递增14.9%,铅产量占全球总量的比例从1996年的12%增长到2013年的31%,2013年铅产品产量达到320万吨,我国已成为全球铅生产消费中心,铅产量和消费量连续多年位居世界第一。由于铅产量的增长速度高于铅精矿产量和铅消费的增长速度,国铅精矿供不应求与铅冶炼产品供过于求的矛盾日益显现在铅产量快速增长的同时,企业的数量也迅速增加。但相反的是我国铅锌业的销售收人在减少，生产成本与环境成本增高。与国际铅锌巨头相比,我国产业集中度较低,2012年,精铅产量10万以上的企业有3家,510万吨的有8家,3万吨/年
2、以上的18家。2013年,我国规模以上的铅锌冶炼企业有521家,比2012年增加55家,企业平均冶炼能力仅1.6万吨，大多采用简单的反射炉冶炼技术,产能低,规模小,资源利用率低,环境污染严重,技术装备水平低,行业集中度低，循环利用率低，有价金属综合利用率低，节能减排压力大等问题。随着炼铅工业的发展，高品位和容易处理的铅矿会越来越少，而低品位和复杂多金属铅废料的比例会逐渐增加。针对火法炼铅的这些问题，近年来许多冶金工作者把注意力集中到铅的湿法冶金方面来。这主要是因为湿法炼铅过程不会产出SO2气体，也没有含铅烟尘和含铅挥发物逸出。而且，湿法炼铅过程对低品位和复杂多金属含铅物料的适应性也比较强。工业
3、上用于处理铅物料的各种火法炼铅过程不仅产出二氧化硫气体和含铅烟尘，而且还会造成一部分铅和铅的化合物挥发。烧结焙烧鼓风炉还原熔炼这种传统的火法炼铅过程，目前仍然普遍被采用。该过程产出的烟气含二氧化硫浓度低，不易回收。因而对大气造成严重污染；挥发出来的铅和铅的化合物也会污染车间的生产环境，损害工人的身体健康。尽管象基夫赛特和Q-S-L这样一些现代火法炼铅过程产出的烟气含SO2浓度较高，可用于制酸，但产出的含铅尘和含铅挥发物的污染是无法彻底根除的。除污染外，火法炼铅的另一个不足之处是不适合处理低品位物料和复杂含铅多金属废物料。有色冶金过程产出的含铅多金属废物料含有不同的有价元素，如铜、铅、锌、锑、锡
4、、镍与金、银等贵金属。我国是有色金属生产大国，据统计，我国有色冶金含铅废物料产量已达7438l04吨，占地86510m2，而且还在以每年产出量约920l04吨的速度逐年增加。我国有色冶金含铅多金属物料的处理主要以火法处理为主，综合利用率较低，平均利用率约为45。我省有色金属资源丰富，尤其是铅锌与多金属资源。据统计，我省的主要冶金企业驰宏、金鼎、蒙自矿业、祥云飞龙等企业每年产出的含铅多金属冶金废料约85l03吨，这不但给企业带来了处理这些物料的经济负担，同时堆放也存在很大的困难，环保方面也面临严峻的挑战。本项目针对驰宏锌锗股份的含铅多金属冶金废物料，开发湿法电积铅的工艺，获得了纯度大于99.8%
5、的电积铅，同时综合回收金、银、铜、锌、锗。有效利用了这些有色冶金含铅物料，使其资源化、无害化，改善了环境、节约了资源,对企业可持续发展具有现实意义。1.2项目的意义含铅多金属冶金废物料是铅冶金与铅产品生产、使用过程中排出的废料。它既是污染环境的有害物质，也是提取有价成份的二次资源。因此，有必要对其进行综合处理，以达到“开源节流”、资源化利用的目的。传统的含铅多金属物料烧结-鼓风炉还原冶炼工艺，已经被国家强行淘汰，我国目前新建或粗铅冶炼工厂，广泛采用底吹炉氧化熔炼-鼓风炉还原(SKS)和顶吹氧化熔炼-鼓风炉还原熔炼两种工艺。这两种工艺对提升我国粗铅冶炼水平起了很大的作用，但共性的缺点是氧化熔炼产
6、生富铅渣，富铅渣再送入鼓风炉进行还原熔炼。生产过程连续性弱，浪费部分热量，热能综合利用效果差，各种有价金属分散进入烟尘与粗铅中，不利于节能减排与综合回收。为解决铅冶炼污染问题，我国先后引进了QSL法、卡尔多法，但因氧化、还原过程难于控制，渣含铅高，而没得到推广应用。最近引进并工业化设计的基夫赛特炼铅技术，其综合能耗较高，另外，在同一炉子同时实现两个截然相反的过程，无论从冶炼气氛维护，还是过程控制难度都是不易实现的。如想实现这样一个过程，也需要在同一炉分阶段实现。氧化和还原段分开，并在不同反应器完成不同过程的氧气底吹-鼓风炉炼铅法和浸没顶吹-鼓风炉炼铅法，结合国生产实际，与传统工艺集成嫁接，用熔
7、池技术替代烧结工艺，解决了过程中SO2和粉尘污染问题。然而浸没顶吹-鼓风炉还原法也取得了良好效果。两工艺的还原段仍采用半密闭的鼓风炉还原，工艺缺陷明显：都将高温液态渣冷却铸块后入鼓风炉，重新消耗大量的冶金焦加热还原，造成高铅渣潜热的浪费，高铅渣铸块、储运时粉尘飞扬，污染严重。目前，处理含铅多金属废物料一般有火法、湿法两大类，但对难以选矿而成份复杂，不适宜于火法处理的含铅多金属废物料，采用湿法处理，不仅可以有效地防止大气污染，而且能综合回收铅、银等有价成份，同时得到元素硫，具有一定优越性。而在众多的传统湿法处理技术中，综合研究所用含铅多金属废物料的特点，无论是酸法、碱法、胺法，还是NaCl浸出法
8、、Fe3+浸出法或者新氯化法等，均存在着铅浸出率低、成本高等问题。在发展绿色经济、循环经济、低碳经济的新形势下，如何充分利用含铅难处理含铅多金属废料的资源，替代鼓风炉工艺，实现高效、绿色回收的创新，开发一种符合国情的低碳环保的含铅难处理多金属废物料回收新技术，实现炼铅产业的绿色化技术升级，成了业界关注的课题。开发适合于我国含铅难处理多金属废物料特点的回收新工艺，不但可以解决我国高铅渣回收率低，成本高，污染大等问题，而且对我国铅冶金技术的进步和我省经济社会的发展具有推动作用。1.3项目的必要性近10年来,铅的生产技术并没有像上世纪70年代末80年代初那样得到实质性的突破和飞跃发展,但是当时发展起
9、来的几种硫化铅精矿直接熔炼法,如基夫赛特法、卡尔多法、QSL法等已在一些冶炼厂得到了应用。由于铅价格的低迷不振,没有吸引太多的厂家投资建新厂,因此总的来说直接炼铅法的推广并不迅速。迄今为止,传统的烧结焙烧鼓风炉还原熔炼仍是占主导地位的炼铅方法。据统计,大约80%的铅是通过烧结焙烧一鼓风炉还原熔炼法生产出来的,而采用这一方法的铅厂亦占国铅厂总数的80%左右。我国铅冶炼工艺,除有色金属公司西北铅锌冶炼厂引进了德国鲁奇公司QSL炼铅技术(已停产多年)外,其余全部是烧结鼓风炉电解精炼工艺。目前,粗铅的生产仍是火法,湿法炼铅仍处于试验阶段。直接炼铅法多数都是采用富氧强化熔炼,入炉的物料粒度、水分要求高，
10、这就增加了备料的复杂程度。此外,该工艺需要用到含氧浓度大于97%的工业氧气,因此必须配套制氧厂,这样也增加了投资成本。QSL法在德国斯托尔勃格和国温山冶炼厂已取得成功。该法将铅精矿加入炉,鼓入富氧氧化,硫化铅被氧化成氧化铅时,会放出大量的热使过程自热,氧化铅和硫化铅反应生成金属铅,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年引进该项技术,在西北铅锌冶炼厂建了一套5.2万吨/年的QSL炉,但存在一些缺陷,未达到设计指标,目
11、前处于停产状态。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,但其烟尘率高达25%,必须返回处理。另外,炉渣含铅高,一定要配合烟化炉才能得到弃渣。卡尔多炉炼铅工艺在直接炼铅法中占有一席之地。卡尔多炉炼铅法的加料、氧化、还原和排铅渣均在一个相对较小的空间中完成。由于瑞典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,炉前仅需1名工人间断性地管理,另有1名工人通过工业电视和计算机系统对整个过程进行监管。另外,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。卡尔多法的熔炼(氧化)与还原在同一个炉中进行,没有流态物料的任何形式的转运过程。但卡尔多法
12、有两个不足：一是在熔炼过程中要抽出一部分烟气压缩使二氧化硫气体转变为液态二氧化硫,在还原过程中又将液态二氧化硫送去制酸，以保证工艺顺利进行；二是间断性作业。除了以上几种方法外,还有几种直接炼铅法,如艾萨法、奥托昆普法、SKS(水口山炼铅)法、碱法熔炼、低温碱熔炼法等,但除艾萨法和奥托昆普法得到了一定的应用外,后几种方法还没有得到工业应用。目前来说，火法炼铅技术表现出来的主要缺点是生产环节多,流程长,返料多,不能充分利用精矿的表面能和燃烧热。特别是由于生产环节多,产生粉尘、烟尘的污染源也随之增多。尤其是烧结产生的低浓度二氧化硫制酸难度大。发达国家的铅冶炼厂也在不断地比较新旧方法在经济和技术方面的
13、优劣。新方法在技术方面的优势十分明显,但都有投资庞大的弊端。从铅价低迷的上世纪80年代中期到整个90年代，投资过大的弊端严重地制约了新方法的推广和应用。在这种情况下,许多发达国家的铅冶炼厂仍保留了传统的烧结焙烧鼓风炉熔炼工艺。由于直接炼铅法的技术和环境治理优势,以与有些直接炼铅法如基夫赛特法、卡尔多法、QSL法的日益完善和发展,直接炼铅法将会逐步扩大其领地。特别是对于新建铅冶炼厂,其优势将更加明显。而对于传统的烧结焙烧鼓风炉工艺,由于其经济优势,只要加强自动化仪表和机械化控制程度,加强环境污染治理,仍将保持其生命力而继续生存下去。对于我用传统工艺的铅冶炼厂,只要能够通过技术改造,加强机械密封和
14、自动化控制,不断改善工业卫生状况和消除环境污染,还能在一段时间获得发展。目前株洲冶炼厂正在进行的铅烧结机改造和引进的丹麦托普索WSA制酸工艺,就是一个很好的借鉴。随着全球环保政策和工业卫生规要求的日趋严格,湿法炼铅与含铅多金属废资源的湿法综合回收工艺的研究迫在眉睫。目前国外学者在三氯化铁浸出、硅氟酸介质中的氧化浸出、一步直接电解、非氧化浸出、硝酸浸出等方面进行相关的研究，有些方在扩大试验，湿法炼铅与含铅多金属废资源的湿法综合回收工艺的研究符全铅冶炼的国际趋势，是我省以与我国将来含铅多金属废资源的有效回收方法，因此有必要进行深入的研究，为推进我省，我国的湿法炼铅与含铅多金属废资源的资源化利用作出
15、贡献。二、相关技术领域国外发展现状和趋势21世纪起，西方发达国家已将重金属冶炼列入夕阳工艺，没有花力气去研发，多是维持原有工厂的生产能力。冶炼的方法主要以火法为主，从70年代起，铅的湿法冶炼技术开始起步发展，近年来得到较快发展。目前精铅的产量波动在520万560万吨/年，其中60%以上为含铅废原料。生产工艺、原生铅以烧结-鼓风炉工艺为主、铅电池等二次铅原料，以反射炉熔炼为主。采用现代工艺的铅产量约81万吨，占国外铅产量的15%左右。以下从目前国外采用的火法炼铅与湿法炼铅的发展情况来分析。2.1火法炼铅的现状与发展动态QSL法QSL 法先后共建有四个厂，总产能 35 万吨/年精铅，目前仅德国贝尔
16、采留斯冶金公司和国高丽锌公司这两家还在生产。以富铅精矿和二次铅物料为原料，产能共计为25万吨/年精铅。由于氧化与还原反应在一个炉进行，气氛上相互干扰。还原烟气含SO2，同时送去制酸，增大了制酸的投资与成本；还原过程是连续的，但总在低铅状态下进行，要求很强的还原气氛，增加了还原剂用量，且难以还原彻底，渣含铅偏高在5%7%。加拿大和中国都曾引进此技术建厂，由于上述不同原因而关闭。Kivcet法Kivcet法由意大利萨丁岛维斯麦港冶金公司开发，先后共建有六个厂，国外四家，国两家。产能合计为52万吨精铅，该工艺熔炼与铜闪速炉相似，还原用热焦层与电炉、炉嵌衬大量铜水套，热损失偏大。原料需要预干燥，流程相对较长，投资偏高，烟道粘结严重，需定期清理，维修工作量大，还原渣含铅难以降至5%以下，其单位粗铅成本相对较高。因此国外建设的四个厂，仅有加拿大科明科公司还坚持在生产。意大利、哈萨克斯坦、波利维亚等
