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1 8.1 直 接 熔 炼 技 术 概 述 8 硫 化 精 矿 不 经 焙 烧 或 烧 结 焙 烧, 在 一 个 连 续 的 熔 炼 过 程 中 直 接 生 产 出 金 属 的 方 称 为 直 接 熔 炼 是 硫 化 矿 火 法 冶 金 的 发 展 方 向, 只 有 这 样 才 能 充 分 利 用 细 粒 硫 化 精 矿 本 身 具 有 的 巨 大 能 量 ( 包 括 物 理 能 即 表 面 能, 化 学 能 即 氧 化 反 应 和 造 渣 反 应 释 放 的 热 能 ), 并 综 合 利 用 硫 资 源, 以 实 现 高 效 节 能 和 无 污 染 冶 金 目 前 已 经 在 工 业 上 实 现 的 直 接 熔 炼 过 程 仅 有 铅 和 铜 两 种 金 属 在 铜 冶 金 中, 硫 化 铜 精 矿 的 冶 炼 不 用 预 先 焙 烧 处 理, 直 接 进 行 氧 化 熔 炼 后 可 得 到 金 属 铜 严 格 控 制 铜 精 矿 的 氧 化 程 度, 使 之 形 成 氧 化 物 和 硫 化 物 有 一 适 当 的 比 例 的 MeS MeO 混 合 物, 以 保 证 熔 炼 时 发 生 的 交 互 反 应 充 分 进 行, 就 可 产 出 金 属 铜 和 炉 渣 铅 和 镍 也 存 在 类 似 的 可 能 性 从 硫 化 矿 直 接 得 到 金 属 的 冶 炼 方 法 有 两 种, 置 换 还 原 法 和 直 接 氧 化 法 置 换 还 原 法 根 据 硫 化 物 稳 定 性 的 热 力 学 原 理, 各 种 金 属 的 Me MeS 平 衡 硫 势 不 同, 对 硫 亲 和 力 大 的 金 属 能 从 硫 化 物 中 置 换 出 亲 和 力 小 的 金 属 例 如 辉 铋 矿 的 沉 淀 熔 炼, 主 要 发 生 置 换 反 应 : Bi 2 S 3 +3Fe=2Bi+3FeS 在 处 理 含 铋 高 的 硫 化 精 矿 时, 加 铁 屑 置 换 Bi 2 S 3 中 的 铋 沉 淀 熔 炼 在 弱 还 原 性 气 氛 的 反 射 炉 中 进 行, 由 于 金 属 铋 的 熔 点 低 (27l ) 密 度 大 (9.84 g/cm 3 ), 沉 降 于 熔 池 底 部, 从 而 与 炉 渣 分 离, 故 称 沉 淀 熔 炼 同 样, 在 反 射 炉 炼 铅 和 反 射 炉 炼 锑 时 都 曾 有 用 铁 屑 作 置 换 剂, 从 相 应 的 硫 化 精 矿 中 直 接 生 产 金 属 铅 或 金 属 锑 的 工 业 应 用 沉 淀 熔 炼 反 应 发 生 在 反 射 炉 的 料 层 之 中, 传 热 传 质 差, 主 要 以 固 固 或 液 固 之 间 进 行 的 置 换 反 应 速 率 小, 生 产 效 率 低, 只 宜 处 理 高 品 位 精 矿 置 换 反 应 还 因 为 生 成 锍 相, 至 使 金 属 直 接 回 收 率 低, 锍 不 好 处 理, 而 硫 元 素 又 得 不 到 合 理 利 用 硫 化 物 原 料 中 许 多 杂 质 MS 都 能 与 铁 屑 发 生 反 应, 故 生 产 出 来 的 粗 金 属 质 量 差, 含 杂 质 多, 而 铁 屑 又 是 一 种 有 广 泛 用 途 的 工 业 原 料, 生 产 成 本 比 较 高 因 此, 沉 淀 熔 炼 的 工 业 应 用 有 很 大 的 局 限 性 利 用 氧 化 反 应 获 得 金 属 的 方 法 热 力 学 研 究 表 明 硫 化 物 用 空 气 氧 化 时 不 经 过 氧 化 物 ( 如 焙 砂 烧 结 块 ) 阶 段 直 接 产 出 金 属 是 可 能 的, 铜 锍 的 吹 炼 (Cu 2 S Cu) 就 是 生 产 实 践 的 一 例, 已 经 工 业 应 用 的 铅 的 直 接 熔 炼 又 是 另 一 例 近 年 来 开 发 的 直 接 炼 铅 方 法 是 建 立 在 过 去 早 有 应 用 的 所 谓 反 应 熔 炼 基 础 上 的 反 应 熔 炼 的 原 理 被 认 为 是 利 用 金 属 硫 化 物 与 氧 化 物 之 间 相 互 作 用 而 获 得 金 属 的 在 处 理 高 品 位 方 铅 矿 时, 先 将 一 部 分 PbS 氧 化 成 PbO 和 PbSO 4, 然 后 使 之 与 未 反 应 的 PbS 发 生 交 互 反 应 而 生 成 金 属 铅, 基 反 应 为 : 172

2 PbS+2PbO=3Pb +SO 2 PbS+PbSO 4 =2Pb+2SO 2 但 是 这 仅 限 于 含 铅 70% 以 上 的 高 品 位 矿, 因 生 成 25%~40%PbO 的 半 熔 状 的 所 谓 灰 渣, 处 理 较 麻 烦 直 接 熔 炼 的 研 究 认 为 PbS 的 氧 化 也 未 必 非 得 通 过 部 分 硫 化 物 氧 化 和 相 继 发 生 交 互 反 应 这 两 步 过 程 不 可, 下 式 的 直 接 转 变 是 可 能 的 : PbS+O 2 = Pb+SO 2 同 样, 辉 锑 矿 和 辉 铋 矿 也 可 通 过 反 应 熔 炼 获 得 金 属 上 述 反 应 熔 炼 方 法 因 金 属 硫 化 物 的 蒸 气 压 大, 金 属 挥 发 损 失 和 氧 化 物 入 渣 损 失 都 很 大, 必 须 有 完 善 的 收 尘 系 统 和 适 当 的 炉 渣 处 理 设 备 才 能 达 到 工 业 应 用 的 要 求 闪 速 炉 高 温 氧 化 熔 炼 处 理 铜 锌 精 矿 的 研 究 也 说 明, 闪 锌 矿 在 温 度 为 1360~C 以 上 可 用 空 气 直 接 氧 化 熔 炼, 原 料 中 95% 以 上 的 锌 按 下 列 氧 化 反 应 产 生 气 气 态 锌 : ZnS+O 2 =Zn(g) +SO 2 ZnS+2ZnO=3Zn(g) +SO 2 温 度 升 高, 进 入 气 相 中 的 锌 量 就 急 剧 增 加, 但 是 温 度 一 降 低, 便 会 发 生 锌 蒸 气 重 新 被 氧 化 的 逆 反 应, 所 以 要 使 ZnS 在 高 温 下 直 接 氧 化 生 产 金 属 锌, 尤 其 是 要 从 含 有 SO 2 H 2 O 和 CO 2 的 低 锌 气 体 中 将 锌 顺 利 地 冷 凝 下 来, 以 现 有 技 术 水 平 来 说 有 难 以 克 服 的 困 难 硫 化 矿 原 料 在 一 个 连 续 过 程 中 直 接 熔 炼 产 出 金 属 是 硫 化 矿 火 法 冶 金 的 发 展 方 向, 只 有 这 样 才 能 充 分 利 用 细 粒 硫 化 精 矿 本 身 具 有 的 巨 大 能 量 ( 包 括 物 理 能 即 表 面 能, 化 学 能 即 氧 化 反 应 和 造 渣 反 应 释 放 的 热 能 ), 并 综 合 利 用 硫 资 源, 以 实 现 高 效 节 能 和 无 污 染 冶 金 8.2 硫 化 铅 精 矿 的 直 接 熔 炼 传 统 炼 铅 工 艺 的 问 题 冶 金 动 力 学 研 究 告 诉 我 们, 在 接 近 平 衡 状 态 下 的 均 质 反 应 体 系 中 进 行 连 续 操 作 的 冶 炼 过 程 才 能 快 速 高 效 而 传 统 的 烧 结 鼓 风 炉 流 程 将 氧 化 还 原 两 过 程 分 别 在 两 台 设 备 中 进 行, 各 自 反 应 体 系 中 的 化 学 势 随 料 层 移 动 的 距 离 发 生 很 大 的 改 变, 且 都 为 远 离 平 衡 状 态 的 非 均 质 多 相 体 系 显 然, 传 统 炼 铅 流 程 不 能 满 足 这 一 要 求, 因 而 存 在 许 多 难 以 克 服 的 弊 端 具 体 说 来, 传 统 法 有 如 下 主 要 缺 点 : (1) 高 品 位 的 铅 精 矿 在 烧 结 焙 烧 过 程 中 脱 硫 困 难, 大 量 熔 剂 返 粉 或 炉 渣 的 加 入, 不 仅 降 低 了 炉 料 的 含 铅 量, 并 且 大 量 物 料 在 烧 结 阶 段 循 环, 设 备 利 用 率 低 下 (2) PbS 精 矿 氧 化 并 造 渣 可 放 出 kj/t 以 上 的 热 量, 这 种 能 量 在 烧 结 作 业 中 几 乎 完 全 损 失 掉, 而 在 鼓 风 炉 熔 炼 过 程 中 又 要 另 外 消 耗 大 量 昂 贵 的 冶 金 焦 (3) 铅 精 矿 烧 结 阶 段 效 率 低 下, 硫 回 收 率 低, 产 出 的 低 浓 度 烟 气 利 困 难 ; 并 且 还 有 30% 左 右 的 硫 进 入 鼓 风 炉 烟 气 ( 含 0.1%~0.5%SO 2 ), 回 收 和 处 理 成 本 很 高, 环 境 保 护 压 力 大 (4) 流 程 长, 尤 其 是 烧 结 及 其 返 粉 制 备 系 统, 含 铅 物 料 运 转 量 大, 粉 尘 多, 大 量 173

3 散 发 的 铅 蒸 气 铅 粉 尘 严 重 恶 化 了 车 间 劳 动 卫 生 条 件, 容 易 造 成 劳 动 者 铅 中 毒 对 硫 化 铅 精 矿 来 说, 这 种 粒 度 仅 为 几 十 微 米 的 浮 选 精 矿 因 其 粒 度 小, 比 表 面 积 大, 化 学 反 应 和 熔 化 过 程 都 有 可 能 很 快 进 行, 充 分 利 用 硫 化 精 矿 粒 子 的 化 学 活 性 和 氧 化 热, 采 用 高 效 节 能 少 污 染 的 直 接 熔 炼 流 程 处 理 是 最 合 理 的 近 30 年 来, 冶 金 工 作 者 力 图 通 过 PbS 受 控 氧 气 化 即 PbS+O 2 =Pb+SO 2 的 途 径 来 实 现 硫 化 铅 精 矿 的 直 接 熔 炼, 以 简 化 生 产 流 程, 降 低 生 产 成 本, 利 用 氧 化 反 应 的 热 能 以 降 低 能 耗, 产 出 高 浓 度 的 SO 2 烟 气 用 于 制 酸, 减 小 对 环 境 的 污 染 研 究 结 果 表 明 : 通 过 控 制 合 适 的 硫 势 和 氧 势 力, 并 控 制 温 度, 确 实 可 以 实 现 一 步 冶 炼 获 得 成 分 稳 定 的 金 属 铅 的 目 标 但 直 接 熔 炼 要 么 产 出 高 硫 铅, 要 么 形 成 高 铅 渣, 从 热 力 学 上 分 析 这 是 必 然 的 硫 化 铅 精 矿 直 接 熔 炼 的 基 本 原 理 近 年 来, 冶 金 工 作 者 根 据 金 属 硫 化 物 直 接 熔 炼 的 热 力 学 原 理, 运 用 现 代 冶 金 强 化 熔 炼 的 新 技 术, 探 寻 结 构 合 理 的 冶 金 反 应 器, 对 直 接 炼 铅 进 行 了 多 种 方 法 的 研 究, 其 中 有 些 已 经 成 功 地 用 于 大 规 模 工 业 生 产, 并 得 到 了 推 广 可 以 预 见, 直 接 熔 炼 将 逐 渐 取 代 传 统 法 生 产 金 属 铅 Pb S O 系 状 态 图 硫 化 铅 精 矿 直 接 熔 炼 就 是 PbS 被 气 流 中 的 O 2 或 者 是 呈 气 泡 状 态 高 度 分 散 于 熔 池 ( 熔 体 ) 中 的 O 2 氧 化 产 生 金 属 铅 与 PbO, 后 者 又 与 被 氧 化 为 FeO 以 及 其 他 造 渣 组 分 造 渣 熔 化, 最 终 产 出 粗 铅 含 PbO 高 的 炉 渣 以 及 含 SO 2 的 烟 气 所 以 这 种 熔 炼 过 程 是 属 于 焙 烧 熔 炼 的 范 畴, 主 要 的 化 学 反 应 是 PbS 及 其 他 金 属 硫 化 物 的 氧 化 反 应 根 据 热 力 学 计 算, 矢 泽 彬 等 人 绘 制 了 在 1200 下 包 括 铜 铁 锌 等 硫 化 物 氧 化 行 为 的 Pb S O 系 硫 势 氧 势 图, 如 图 8 1 所 示 在 理 论 上, 可 借 助 Pb S O 系 硫 势 氧 势 化 学 势 图 讨 论 炼 铅 过 程 一 般 说 来, 传 统 法 炼 铅 是 首 先 将 PbS 精 矿 在 图 8 1 中 所 示 的 氧 化 区 域 进 行 烧 结 焙 烧, 得 到 的 烧 结 块 在 鼓 风 炉 用 焦 炭 还 原 ( 图 8 1 中 的 还 原 区 域 ) 得 出 含 硫 少 的 粗 铅 ( 含 硫 0.3% 左 右 ) 和 含 PbO 少 的 炉 渣 ( 含 铅 1.5%~3%) 图 8 1 也 给 出 了 直 接 炼 铅 在 平 衡 相 图 中 位 置 是 在 标 有 直 接 字 样 的 区 域, 该 区 域 所 处 气 氛 中 的 SO 2 分 压 主 要 在 =10 4 Pa 附 近 范 围 在 1200 高 温 下, 只 要 气 氛 控 制 得 SO 2 当, 用 空 气 或 氧 气 就 会 使 PbS 转 变 成 该 状 态 下 的 金 属 铅 和 含 PbO 的 炉 渣 在 一 定 温 度 及 O 2 的 范 围 内 金 属 铅 相 是 稳 定 的 当 熔 炼 温 度 一 定 时, 在 高 氧 势 下, 熔 融 金 属 铅 便 会 氧 化, 形 成 PbO 和 PbSO 4 的 熔 体 混 合 物, 其 中 硫 酸 盐 的 含 量 随 的 增 大 而 增 加 ; 在 低 氧 势 下, 熔 铅 中 的 硫 含 量 便 会 增 加, 所 以 直 接 熔 炼 产 生 的 金 属 铅 含 有 硫, 并 与 炉 渣 中 的 PbO 保 持 平 衡 在 直 接 熔 炼 的 熔 池 反 应 中,PbS 按 下 式 发 生 反 应 : O 2 174

4 图 时 Pb S O 系 平 衡 状 态 圈 把 粗 铅 视 为 稀 溶 液, 则 a Pb =l 而 PbS 的 活 度 与 粗 铅 液 中 的 S 含 量 成 正 相 关, 故 可 用 粗 铅 液 中 S 百 分 量 表 示 a PbS, 上 式 平 衡 常 数 可 写 成 K %(S) 这 表 明 在 一 定 温 度 和 SO2 2 apbo SO 2 条 件 下, 铅 液 中 的 含 硫 量 与 共 轭 炉 渣 相 中 a PbO 平 方 成 反 比 ( 图 8-2) 直 接 熔 炼 的 气 氛 控 制 在 lg O 2 = 3 或 4 时, 产 出 炉 渣 中 a PbO 图 8 2 熔 池 中 a PbO PbS 和 粗 铅 含 硫 的 关 系 可 能 小 于 0.1, 即 渣 含 铅 可 以 达 到 较 低 的 水 平 (5% 左 右 ); 但 是 得 到 的 金 属 铅 质 量 较 低, 含 硫 将 达 到 3% 左 右, 需 用 进 一 步 吹 175

5 炼 脱 硫 因 此, 只 有 在 低 氧 势 下, 产 生 含 硫 高 的 铅 (2%~3%S) 以 保 证 : PbS ( 熔 铅 中 )+2PbO ( 熔 渣 中 ) 3Pb( 液 )+SO 2 反 应 能 充 分 进 行 才 能 得 到 含 铅 较 低 的 炉 渣, 但 很 难 达 到 可 以 直 接 丢 弃 的 水 平 如 果 要 将 渣 含 铅 降 到 鼓 风 炉 熔 炼 的 水 平 以 下, 炉 渣 放 出 区 域 的 氧 势 也 应 该 控 制 在 相 当 于 鼓 风 炉 熔 炼 的 氧 势 水 平 (1g O 2 < 5) 如 果 将 熔 炼 室 空 间 的 氧 势 (1g O 2 ) 提 高 到 l 或 2 时, 则 可 使 熔 铅 中 硫 含 量 降 到 0.1 % 以 下, 这 样 一 来, 渣 含 铅 将 显 著 升 高, 可 能 比 鼓 风 炉 高 1 个 数 量 级, 达 到 20% 以 上, 因 此 必 须 进 一 步 贫 化 若 再 提 高 氧 势 到 相 当 于 一 般 铅 烧 结 的 lg 但 这 又 会 使 a PbO 增 大, 铅 入 渣 量 增 加 这 些 矛 盾 都 是 直 接 熔 炼 工 艺 条 件 选 择 时 需 要 综 合 176 O 2 =0 的 水 平, 铅 将 会 全 部 氧 化 (a PbO =1) 因 此, 成 功 的 直 接 熔 炼 至 少 要 考 虑 获 得 含 硫 低 的 粗 铅 和 含 铅 低 的 炉 渣 PbS 精 矿 直 接 熔 炼 时 铅 的 挥 发 损 失 硫 化 铅 精 矿 直 接 熔 炼 工 艺 所 遇 到 的 困 难 还 在 于 铅 的 各 种 化 合 物 及 金 属 本 身 挥 发 性 很 强 的 这 一 特 性 在 图 8 3 的 铅 及 其 化 合 物 蒸 气 压 曲 线 当 中,PbS 挥 发 性 最 大,PbO 次 之, 金 属 铅 挥 发 少 一 些, 为 了 减 少 进 入 气 相 的 铅 量, 必 须 选 择 适 当 的 熔 炼 条 件, 否 则 进 入 烟 尘 中 的 铅 量 及 其 在 熔 炼 过 程 中 的 循 环 量 将 是 很 大 的 图 8 1 的 顶 线 附 有 按 ΣPb PbS PbO Pb 计 算 得 到 的 在 Pb PbS 共 熔 体 中 铅 的 总 蒸 气 压 ΣPb 的 划 分 线, 在 给 定 的 温 度 下, 主 要 与 体 系 中 的 lg O 2 及 lg S 2 有 关, 并 依 熔 炼 条 件 而 变 温 度 在 1200 时, 当 lg S 2 从 2 降 到 l, 相 当 于 铅 含 硫 从 5% 降 到 0.1%, ΣPb 降 低 4~5 倍 由 于 lg 接 炼 铅 范 围 的 温 度 /K 温 度 / 图 8 3 铅 及 其 化 合 物 的 蒸 气 压 S 2 对 ΣPb 的 影 响 具 有 决 定 性, 直 ΣPb 与 PbS 区 域 相 比, 前 者 仅 为 后 者 的 l/4, 但 在 烧 结 焙 烧 的 氧 化 区 域, ΣPb 接 近 可 忽 略 的 程 度 可 见 直 接 熔 炼 炼 铅 的 挥 发 要 比 鼓 风 炉 流 程 大 得 多 铅 的 总 蒸 气 压 是 温 度 的 函 数 图 8 4 表 明, 温 度 升 高 100, ΣPb 约 增 加 1.5 倍 因 此, 从 减 少 烟 尘 损 失 观 点 看, 直 接 炼 铅 应 尽 可 能 在 较 低 温 度 下 生 成 低 硫 粗 铅 是 有 利 的,

6 考 虑 的 问 题 粗 铅 含 硫 /% 图 8 4 SO 2 表 示 a PbO 表 示 ΣPb =10 5 Pa 时 ΣPb 与 a PbO 及 粗 铅 含 硫 的 关 系 粗 铅 中 硫 的 质 量 分 数 /% 图 8 5 熔 池 熔 炼 时 铅 在 直 接 熔 炼 产 物 中 的 分 配 铅 在 直 接 熔 炼 产 物 中 的 分 配 铅 的 分 配 率 是 lg 的 函 数 随 着 粗 铅 含 硫 增 加 到 1.0% 以 后 铅 入 粗 铅 的 分 配 率 便 O 2 会 降 低 铅 在 直 接 熔 炼 产 物 中 的 分 配 如 图 8 5 所 示 就 炉 渣 和 烟 尘 的 处 理 来 考 虑, 当 然 以 处 理 炉 渣 回 收 铅 锌 更 为 容 易 一 些, 所 以 应 尽 可 能 地 进 行 低 硫 粗 铅 熔 炼 但 不 管 是 高 硫 还 是 低 硫 粗 铅 熔 炼, 铅 入 炉 渣 和 烟 尘 中 的 量 都 占 177

7 了 一 半, 甚 至 更 多, 这 说 明 铅 精 矿 进 行 直 接 熔 炼 具 有 本 质 上 的 困 难 直 接 炼 铅 应 当 遵 循 的 原 则 上 述 基 本 原 理 表 明, 硫 化 铅 精 矿 的 直 接 熔 炼 的 技 术 条 件 和 工 艺 过 程 应 当 满 足 下 述 基 本 要 求 : (1) 在 熔 炼 炉 中 必 须 形 成 两 段 氧 势 明 显 不 同 的 熔 炼 区 间, 精 矿 在 高 氧 势 下 过 氧 化, 得 到 含 铅 高 的 炉 渣 和 含 硫 低 的 粗 铅 金 属 从 高 氧 势 的 区 域 放 出 ; 炉 渣 流 经 一 个 低 氧 势 区 经 受 贫 化 处 理, 使 炉 渣 中 的 PbO 尽 可 能 还 原 成 金 属 铅 (2) 除 了 精 矿 在 高 氧 势 下 熔 炼 以 减 少 挥 发 损 失 外, 适 当 降 低 氧 化 段 温 度 ( 如 从 1300 降 至 950~1050 ), 采 用 富 氧 熔 炼 和 熔 池 熔 炼 均 能 起 到 降 低 烟 尘 率 的 作 用 (3) 为 了 避 免 两 种 不 同 化 学 势 下 的 烟 气 和 熔 体 的 回 流 混 合, 熔 炼 炉 两 区 间 应 设 置 带 通 道 的 液 封 式 隔 墙 或 密 封 溜 槽, 使 两 气 相 彼 此 隔 开, 而 液 相 互 相 连 通 因 此, 生 产 过 程 紧 凑, 设 备 密 闭 性 好, 烟 气 中 SO 2 浓 度 高, 操 作 环 境 好 (4) 直 接 熔 炼 应 当 采 用 闪 速 熔 炼 或 熔 池 熔 炼 类 的 新 熔 炼 方 法, 以 强 化 冶 金 过 程 闪 速 熔 炼 ( 如 Kivcet 法 ) 主 要 强 化 了 在 以 气 相 ( 高 温 下 的 强 氧 化 性 气 流 ) 为 连 续 相, 固 液 ( 精 矿 及 其 氧 化 产 物 的 固 体 颗 粒 或 液 滴 ) 为 分 散 相 的 空 间 反 应 过 程 ; 熔 池 熔 炼 ( 如 QSL 法 Ausmelt 法 Isasmelt 法 TBRC 法 等 ) 主 要 强 化 了 在 以 液 相 ( 粗 铅 和 炉 渣 ) 为 连 续 相, 固 气 ( 精 矿 粒 子 和 氧 气 泡 ) 为 分 散 相 的 熔 池 反 应 过 程 根 据 硫 化 精 矿 比 表 面 积 大 流 态 化 性 能 好 的 特 点, 直 接 熔 炼 方 法 采 用 喷 吹 技 术, 使 精 矿 颗 粒 在 反 应 场 中 处 于 悬 浮 状 态, 物 料 混 合 充 分, 传 热 传 质 好, 反 应 速 度 快, 只 要 合 理 控 制 加 料 中 的 料 氧 比 就 可 实 现 在 特 定 氧 势 下 的 连 续 熔 炼, 使 化 学 反 应 在 接 近 平 衡 状 态 下 完 成, 产 出 成 分 稳 定 的 粗 铅 炉 渣 和 烟 气 直 接 炼 铅 的 方 法 硫 化 铅 精 矿 直 接 熔 炼 方 法 可 分 为 两 类 : 一 类 是 把 精 矿 喷 入 灼 热 的 炉 膛 空 间, 在 悬 浮 状 态 下 进 行 氧 化 熔 炼, 然 后 在 沉 淀 池 进 行 还 原 和 澄 清 分 离, 如 基 夫 赛 特 法 这 种 熔 炼 反 应 主 要 发 生 在 炉 膛 空 间 的 熔 炼 方 式 称 为 闪 速 熔 炼 另 一 类 是 把 精 矿 直 接 加 入 鼓 风 翻 腾 的 熔 体 中 进 行 熔 炼, 如 QsL 法 水 口 山 法 澳 斯 麦 特 法 和 艾 萨 法 等 这 种 熔 炼 反 应 主 要 发 生 在 熔 池 内 的 熔 炼 方 式 称 为 熔 池 熔 炼 按 照 闪 速 熔 炼 和 熔 池 熔 炼 分 类 的 硫 化 铅 精 矿 直 接 熔 炼 的 各 种 方 法 概 括 起 来 列 于 表 8 1 表 8 1 硫 化 铅 精 矿 直 接 熔 炼 的 方 法 熔 炼 类 型 闪 速 熔 炼 熔 池 熔 炼 闪 速 / 熔 池 喷 吹 方 式 底 吹 顶 吹 炼 铅 方 法 基 夫 赛 特 法 QSL 法 水 口 山 法 Ausmelt/Isa TBRC(Kaldo 炉 ) 法 精 矿 干 燥 设 备 ; 由 闪 精 矿 翻 粒 设 精 矿 制 粒 设 带 有 直 插 顶 吹 带 有 顶 吹 喷 枪, 既 可 速 反 应 塔 沉 淀 池 和 备 ; 设 有 氧 化 备 ; 只 有 氧 化 喷 枪 及 调 节 装 沿 横 轴 倾 斜 又 可 沿 主 要 设 备 连 通 电 炉 三 部 分 构 成 / 还 厦 两 段 的 段 的 卧 式 短 置 的 固 定 式 坩 纵 轴 旋 转 的 转 炉 的 kivcet 炉 卧 式 长 转 炉 转 炉 埚 炉 178

8 炉 子 数 量 1 台 1 台 底 吹 转 炉 与 鼓 风 炉 各 1 台 氧 化 炉 还 原 炉 ( 或 鼓 风 炉 ) 各 1 台 1 台 作 业 方 式 连 续 连 续 氧 化 熔 炼 连 续 氧 化 熔 炼 连 续 间 断 精 矿 入 炉 从 反 应 塔 顶 部 喷 干 精 制 粒 湿 精 矿 制 粒 湿 精 矿 矿 下 落 入 炉 下 落 入 炉 湿 精 矿 ( 块 矿 ) 下 落 入 炉 干 / 湿 ; 喷 枪 喷 吹 下 落 氧 气 人 炉 通 过 顶 部 氧 气 精 矿 喷 通 过 设 在 炉 通 过 设 在 炉 嘴 底 的 喷 枪 底 的 喷 枪 顶 吹 浸 没 喷 入 熔 池 通 过 水 冷 却 喷 枪 氧 化 过 程 在 反 应 塔 内 完 成 在 底 吹 转 炉 在 底 吹 转 炉 氧 化 段 完 成 完 成 在 顶 吹 炉 完 成 在 同 一 炉 内 分 批 进 行 主 要 在 沉 淀 池 焦 滤 层 在 底 吹 转 炉 用 鼓 风 炉 还 在 另 一 座 顶 吹 在 同 一 炉 内 分 批 进 还 原 过 程 进 行 还 原 段 完 成 原 炉 或 鼓 风 炉 还 行 原 U-K 厂 ( 哈 );Port Sotlberg 厂 豫 光 金 铅 公 Nordanham 厂 Boliden 公 司 使 用 工 厂 Vesme 厂 ( 意 );Taril ( 德 ); Onasn 司 ; 池 州 冶 炼 ( 德 ); 曲 靖 驰 宏 Ronshar 厂 ( 瑞 典 ) ( 除 注 明 外 厂 ( 加 ) 厂 ( 韩 ); 西 北 厂 ; 水 口 山 三 锌 锗 公 司 均 为 中 国 ) 铅 锌 厂 ; 厂 无 论 是 闪 速 熔 炼 还 是 熔 池 熔 炼, 上 述 各 种 直 接 炼 铅 方 法 的 共 同 优 点 是 : (1) 硫 化 精 矿 的 直 接 熔 炼 取 代 了 氧 化 烧 结 焙 烧 与 鼓 风 炉 还 原 熔 炼 两 过 程, 冶 炼 工 序 减 少, 流 程 缩 短, 免 除 了 返 粉 破 碎 和 烧 结 车 间 的 铅 烟 铅 尘 和 SO 2 烟 气 污 染, 劳 动 卫 生 条 件 大 大 改 善, 设 备 投 资 减 少 (2) 运 用 闪 速 熔 炼 或 熔 池 熔 炼 的 方 法, 采 用 富 氧 或 氧 气 熔 炼, 强 化 了 冶 金 过 程 由 于 细 粒 精 矿 直 接 进 入 氧 化 熔 炼 体 系, 充 分 利 用 了 精 矿 表 面 的 巨 大 活 性, 反 应 速 度 快, 加 快 了 反 应 器 中 气 液 固 物 料 之 间 的 传 热 传 质 ; 充 分 利 用 了 硫 化 精 矿 氧 化 反 应 发 热 值, 实 现 了 自 热 或 基 本 自 热 熔 炼, 能 耗 低, 生 产 率 高, 设 备 床 能 率 大, 余 热 利 用 好 (3) 氧 气 或 富 氧 熔 炼 的 烟 气 量 小, 烟 气 SO 2 浓 度 高, 硫 的 利 用 率 高 (4) 由 于 熔 炼 过 程 得 到 强 化, 可 处 理 铅 品 位 波 动 大 成 分 复 杂 的 各 种 铅 精 矿 以 及 其 它 含 铅 锌 的 二 次 物 料, 伴 生 的 各 种 有 价 元 素 综 合 回 收 好 8.3 基 夫 赛 特 (Kivcet) 法 炼 铅 工 艺 基 夫 赛 特 法 炼 铅 的 工 业 过 程 基 夫 赛 特 熔 炼 法 属 于 闪 速 熔 炼, 其 反 应 过 程 主 要 在 基 夫 赛 特 炉 的 反 应 塔 空 间 进 行 Kiveet 炉 由 四 部 分 组 成 : 安 装 有 氧 气 精 矿 喷 嘴 的 闪 速 熔 炼 反 应 塔 ( 竖 炉 ) 具 有 焦 炭 过 滤 层 的 沉 淀 池 贫 化 炉 渣 并 挥 发 锌 的 电 热 区 和 包 括 余 热 锅 炉 在 内 的 由 膜 式 水 冷 壁 构 成 的 直 升 烟 道 生 产 时, 干 燥 后 的 硫 化 铅 精 矿 (H 2 O<1%) 和 细 颗 粒 焦 炭 (5~15mm), 用 工 业 氧 气 ( 约 95%O 2 ) 喷 入 闪 速 炉 反 应 塔 内, 在 1300~1400 的 氧 化 气 氛 中, 金 属 硫 化 物 迅 速 氧 化 并 放 出 大 量 的 热 能, 把 焦 炭 也 加 热 到 表 面 着 火 温 度, 随 即 落 入 熔 池 未 燃 完 的 焦 粉 因 密 度 小, 浮 在 熔 池 表 面 形 成 一 层 赤 热 的 焦 炭 层 当 高 温 熔 体 通 过 这 赤 热 的 焦 炭 层 时, 其 中 的 179

9 PbO 被 还 原, 而 ZnO 不 被 还 原 仍 留 在 渣 中, 焦 炭 也 不 被 熔 体 浸 润 图 8-6 基 夫 赛 特 炉 结 构 图 1 反 应 塔 ;2 沉 淀 池 ;3 电 热 区 ;4 直 升 烟 道 ;5 复 燃 室 图 8 7 Kivcet 反 应 塔 和 焦 滤 层 的 断 面 示 意 图 焦 滤 层 是 Kivcet 炼 铅 技 术 的 重 要 特 点 之 一 实 践 表 明, 在 反 应 塔 氧 化 形 成 的 铅 氧 化 物 有 80%~85% 在 焦 滤 层 还 原 生 成 粗 铅 因 此,Kivcet 炉 的 反 应 塔 从 上 到 下 分 为 氧 化 脱 硫 熔 炼 造 渣 ( 含 铅 高 的 初 渣 ) 和 焦 滤 还 原 三 个 基 本 过 程 反 应 塔 和 焦 滤 层 断 面 示 意 图 如 图 8 7 所 示 图 中 还 示 出 了 炉 料 在 反 应 塔 (Kivcet 炉 的 主 体 部 分 ) 内 发 生 的 主 要 反 应 以 及 相 应 的 温 度 与 炉 气 成 分 的 变 化 情 况 180

10 从 焦 滤 层 流 下 的 含 锌 炉 渣 从 铜 水 套 隔 墙 下 流 入 电 炉, 完 成 残 余 的 少 量 氧 化 铅 的 还 原 反 应 和 铅 渣 澄 清 与 分 离 过 程 控 制 电 炉 区 的 还 原 条 件 可 使 氧 化 锌 部 分 或 大 部 分 还 原 挥 发 进 入 电 炉 烟 气 至 此, 氧 化 铅 的 还 原 率 达 95%~97% 以 上, 粗 铅 从 电 炉 端 虹 吸 口 放 出, 渣 送 烟 化 回 收 其 中 的 铅 锌 反 应 塔 产 生 的 平 均 含 SO 2 约 40% 的 烟 气 用 于 制 酸, 电 炉 产 生 的 含 锌 烟 气 则 送 收 尘 系 统 收 尘 U-K 炼 铅 厂 的 kivcet 炼 铅 工 艺 位 于 哈 萨 克 斯 坦 的 乌 斯 基 卡 缅 诺 戈 尔 斯 克 ( 简 单 U K) 铅 锌 厂 于 1986 年 开 始 用 Kivcet 法 炼 铅 工 艺 流 程 如 图 8 8 图 8 8 哈 萨 克 斯 坦 U K 铅 锌 厂 Kivcet 炼 铅 工 艺 流 程 U K 铅 锌 厂 熔 炼 车 间 由 Kivcet 闪 速 炉 ( 包 括 电 热 区 ) 直 升 烟 道 余 热 锅 炉 和 电 收 尘 等 部 分 组 成 炉 料 与 工 业 氧 一 同 喷 入 反 应 塔, 喷 入 氧 量 按 炉 料 成 分 和 脱 硫 率 确 定 在 反 应 塔 高 温 下, 金 属 硫 化 物 氧 化 炉 料 熔 融, 产 出 的 熔 体 有 金 属 氧 化 物 炉 渣 金 属 铅 滴 和 铜 锍 在 熔 池 内, 熔 体 上 层 为 半 熔 融 窑 渣 所 饱 和, 初 渣 中 的 氧 化 铅 与 窑 渣 反 应 并 还 原 成 金 属, 而 ZnO 不 被 还 原, 进 入 终 渣 窑 渣 中 金 属 化 的 铁 促 进 铅 的 还 原 熔 炼 产 物 在 电 热 区 按 密 度 分 离 并 排 出 U K 铅 厂 Kivcet 炼 铅 工 艺 有 如 下 特 点 : 181

11 (1) 产 出 铜 锍 该 厂 炼 铅 炉 料 含 Cu>2%, 生 产 时 产 出 铜 锍, 在 粗 铅 与 炉 渣 之 间 的 铜 锍 层 厚 度 控 制 为 10 cm 左 右, 放 出 的 铜 锍 铸 块 后 送 往 铜 冶 炼 厂 处 理 (2) 用 窑 渣 代 替 焦 炭 作 还 原 剂 该 厂 加 入 约 占 炉 料,10%~12% 的 湿 法 炼 锌 厂 挥 发 窑 产 出 的 窑 渣 ( 约 含 25% 碳 ) 作 还 原 剂, 这 样 既 节 约 了 昂 贵 焦 炭, 同 时 也 可 回 收 窑 渣 中 的 有 价 金 属 (3) 用 烟 化 炉 回 收 炉 渣 中 的 锌 最 初 设 计 时 电 热 区 功 率 为 9000 kva, 并 加 入 焦 炭, 对 炉 渣 进 行 还 原 挥 发 回 收 氧 化 锌 获 得 含 锌 低 的 弃 渣 生 产 实 践 表 明, 电 热 区 渣 含 锌 降 低 到 3% 以 下 时, 会 使 铁 的 氧 化 物 还 原, 造 成 炉 况 恶 化, 而 且 电 能 消 耗 很 大, 所 以 1988 年 改 造 时, 将 电 热 区 功 率 从 9000 kva 降 低 到 5000 kva, 炉 渣 在 电 热 区 主 要 是 保 温 铅 渣 分 离 含 锌 炉 渣 从 炉 内 放 出 直 接 送 烟 化 炉 烟 化 采 取 这 措 施 后, 电 耗 从 每 吨 炉 料 450 kwh 下 降 到 120~150 kwh, 而 渣 含 铅 可 降 到 0.7%~0.8% Vesme 炼 铅 厂 的 kivcet 炼 铅 工 艺 意 大 利 维 斯 麦 港 (Port.Vesme) 炼 铅 厂 是 在 Kivcet 工 艺 发 明 国 以 外 第 一 个 成 功 建 成 (1987 年 2 月 ) 并 投 产 的 大 型 ( 设 计 产 量 84 kt/a)kivcet 法 炼 铅 厂, 又 称 KSS 炼 铅 厂 Vesme 港 基 夫 赛 特 炼 铅 主 体 设 备 组 成 如 图 8 9 图 8 9 Vesme 港 铅 锌 厂 Kivcet 炼 铅 系 统 结 构 示 意 图 l 反 应 塔 2 直 升 烟 道 3 余 热 锅 炉 4 电 收 尘 器 5 电 极 6 电 炉 烟 道 7 余 热 锅 炉 8 换 热 器 9 布 袋 收 尘 器 为 了 降 低 生 产 成 本,KSS 铅 厂 还 处 理 电 锌 厂 浸 出 渣 残 渣 和 蓄 电 池 糊 等 铅 精 矿 干 浸 出 渣 熔 剂 等 各 种 物 料 按 工 艺 要 求 的 渣 型 (%):25~30FeO,15~18CaO 24~28SiO 2 和 12~13ZnO; 用 计 量 皮 带 连 续 配 料, 然 后 送 干 燥 窑 干 燥 至 含 水 小 于 l% 干 燥 热 源 主 要 是 利 用 Kivcet 炉 冷 却 电 炉 烟 气 的 热 交 换 器 所 产 生 的 热 空 气, 辅 之 以 重 油 补 充 加 热 干 燥 后 的 物 料 采 用 锤 式 粉 碎, 粒 径 小 于 2mm 的 筛 下 物 送 到 Kivcet 炉 料 仓 在 熔 炼 时, 炉 料 ( 含 焦 炭 ) 用 工 业 氧 以 超 过 160m/s 的 速 度 喷 入 反 应 塔 内, 矿 物 粒 子 迅 速 氧 化 放 热 使 炉 料 着 火 并 完 成 熔 炼 反 应 熔 化 的 炉 料 落 到 熔 池 表 面 的 炽 热 焦 炭 层 时 即 有 80%~90% 的 氧 化 铅 被 还 原 成 铅 与 含 铅 炉 料 一 道 加 入 炉 内 的 焦 炭 粒 度 为 5~15mm, 在 掉 落 沉 淀 池 的 过 程 中 仅 约 10% 被 烧 掉 生 成 的 氧 化 物 熔 体 和 铅 液 从 隔 墙 底 下 流 入 电 炉 区 精 矿 熔 炼 生 成 的 烟 气 含 有 高 浓 度 (20%~30%)SO 2 金 属 氧 化 物 蒸 气 ( 主 要 是 PbO) 以 182

12 及 大 量 烟 尘 烟 气 经 直 升 烟 道 上 方 的 余 热 锅 炉 冷 却, 产 出 4MPa 的 高 压 蒸 气, 当 含 硫 烟 气 接 触 到 余 热 锅 炉 冷 却 壁 时,SO 2 与 粘 结 在 壁 上 的 金 属 氧 化 物 反 应, 生 成 硫 酸 盐 ( 主 要 是 PbSO 4 ) 冷 却 后 的 烟 气 用 于 制 酸 收 下 的 烟 尘 返 回 至 熔 炼 过 程 循 环 的 烟 尘 只 占 入 炉 炉 料 的 5% 这 种 烟 尘 含 有 Cd, 循 环 到 一 定 程 度, 即 含 Cd3%~4% 时, 送 往 镉 回 收 工 序 浸 出 提 镉 Kivcet 炉 电 热 区 设 三 根 碳 电 极, 以 维 持 熔 体 处 于 熔 融 状 态 从 电 炉 区 拱 顶 的 两 个 密 封 加 料 口 加 入 占 炉 子 总 能 耗 10%~15% 的 焦 炭, 以 促 进 渣 中 ZnO 的 还 原 还 原 产 生 的 铅 锌 蒸 气 随 电 热 区 烟 气 一 起 进 入 燃 烧 室, 在 其 中 氧 化, 然 后 经 余 热 锅 炉 和 竖 管 式 热 交 换 器 冷 却, 冷 却 后 烟 气 经 布 袋 收 尘 器 净 化 后 排 入 大 气, 烟 尘 送 电 锌 厂 浸 出 或 ISP 熔 炼 生 产 金 属 锌 热 交 换 器 产 生 的 热 空 气 送 往 干 燥 窑 使 用 粗 铅 由 Kivcet 炉 的 虹 吸 口 间 断 放 出, 经 脱 铜 锅 除 铜 后 送 往 精 炼 厂 熔 炼 炉 渣 由 侧 墙 上 的 放 渣 口 连 续 放 出, 经 水 淬 后 送 往 挥 发 窑 处 理 或 渣 场 堆 存 炉 子 的 气 相 空 间 分 成 三 个 区 域 第 一 区 为 直 升 烟 道 区, 第 二 区 为 反 应 塔 区, 两 区 间 用 隔 墙 分 开, 但 反 应 塔 产 生 的 烟 气 可 以 自 由 进 入 直 升 烟 道 第 三 区 为 炉 渣 烟 化 用 的 电 炉 区, 由 一 道 伸 进 熔 体 渣 相 内 200mm 的 隔 墙 与 反 应 塔 区 隔 开 隔 墙 由 外 嵌 耐 火 砖 的 铜 水 套 制 成 反 应 塔 高 5035mm, 内 长 3100mm, 宽 4467mm 炉 墙 由 3 层 耐 火 砖 和 l 层 铜 水 套 构 成, 呈 三 明 治 状 炉 顶 为 拱 球 面, 在 炉 顶 中 部 安 装 有 两 只 喷 嘴 和 一 个 供 保 温 用 的 燃 油 烧 嘴 在 正 常 作 业 时, 两 只 喷 嘴 同 时 使 用 炉 缸 呈 矩 形, 底 面 积 约 87m, 内 宽 4467mm, 内 长 19500mm 在 液 面 以 下 的 炉 墙, 由 嵌 衬 耐 火 砖 的 铜 水 套 砌 筑 直 升 烟 道 由 矩 形 的 膜 式 水 冷 壁 构 成, 连 接 余 热 锅 炉, 将 烟 气 温 度 从 1250 降 到 500 以 下 烟 气 温 度 降 低 会 使 烟 气 中 的 氧 化 物 转 变 成 硫 酸 盐, 并 粘 结 在 水 冷 壁 上, 经 振 打 后, 结 块 直 接 落 入 熔 池, 减 少 了 收 尘 系 统 的 负 荷 和 返 尘 量 直 升 烟 道 水 冷 壁 和 余 热 锅 炉 采 用 强 制 循 环 水 冷 却, 蒸 汽 产 量 为 12.4t/h, 压 力 为 4MPa 该 蒸 汽 与 本 厂 湿 法 炼 锌 流 态 化 焙 烧 蒸 汽 合 并, 用 于 发 电 电 收 尘 器 出 口 烟 气 含 尘 <20mg/m3, 送 往 制 酸 电 炉 区 内 空 长 9480mm, 宽 4467mm, 高 1885mm 炉 顶 拱 形, 设 有 3 根 碳 电 极, 插 入 渣 层 200mm 在 电 极 炉 顶 连 接 处 用 制 氧 站 副 产 的 氮 气 进 行 密 封 炉 顶 还 备 有 两 个 焦 炭 加 入 口, 补 加 焦 炭, 在 熔 地 上 形 成 一 层 50mm 厚 的 焦 炭 层 电 炉 端 设 虹 吸 放 铅 口, 间 断 放 铅 电 炉 区 前 侧 设 5 个 放 渣 口, 分 别 位 于 三 个 不 同 高 度 一 般 情 况 使 用 中 间 高 度 处 的 两 个 并 排 渣 口, 连 续 放 渣 炉 渣 经 水 淬 后 送 往 渣 场 Vesme 港 厂 Kivcet 炼 铅 经 过 多 年 运 行, 粗 铅 生 产 能 力 已 经 达 到 120kt/a, 作 业 率 达 96% 以 上 与 原 有 的 烧 结 一 鼓 风 炉 炼 铅 法 相 比, 该 工 艺 有 如 下 优 点 : (1) 生 产 成 本 降 低 约 50%, 这 得 益 于 包 括 冶 金 焦 炭 在 内 的 能 耗 减 少, 操 作 人 员 和 设 备 维 修 减 少 (2) 良 好 的 环 境 卫 生 条 件, 这 得 益 于 烟 气 排 放 量 大 大 减 少, 且 收 尘 效 率 提 高, 逸 散 的 总 铅 量 工 作 场 地 空 气 中 铅 含 量 和 SO 2 排 放 量 比 现 有 的 法 规 标 准 低 得 多, 还 有 一 特 点 是 大 部 分 砷 入 铅 183

13 (3) 容 易 操 作 整 个 冶 炼 过 程 均 发 生 在 一 个 单 一 的 连 通 设 备 之 中, 除 少 量 的 返 尘 ( 烟 尘 率 仅 5%) 外, 无 需 中 间 物 料 贮 运, 没 有 工 艺 物 料 的 弥 散, 全 部 操 作 由 先 进 的 中 央 控 制 室 控 制 ; 在 对 耐 火 砖 有 严 重 腐 蚀 的 SO 2 PbO 含 量 高 的 恶 劣 条 件 下, 反 应 塔 炉 缸 和 直 升 烟 道 都 采 用 有 保 护 ( 冷 却 铜 水 套 ) 的 耐 火 材 料, 炉 寿 长, 处 于 临 界 状 态 的 设 备 维 修 量 显 著 减 少 (4) 与 锌 厂 联 合 Kivcet 炉 余 热 锅 炉 蒸 汽 与 锌 厂 蒸 汽 合 并, 用 于 汽 轮 机 发 电 ; 电 炉 烟 气 产 出 的 氧 化 锌 因 F Cl 含 量 甚 微, 可 直 接 送 浸 出 生 产 电 锌 : 反 应 塔 含 硫 烟 气 与 锌 流 态 化 炉 烟 气 合 并 用 于 制 酸 ; 利 用 直 接 熔 炼 余 热, 无 需 补 充 额 外 的 燃 料 便 可 处 理 锌 厂 铅 银 渣 废 蓄 电 池 糊 和 其 他 硫 酸 盐 渣 锌 浸 出 渣 与 铅 精 矿 混 合 熔 炼 时, 锌 浸 出 渣 搭 配 量 可 在 20 % 以 上 kivcet 炼 铅 的 技 术 经 济 指 标 Vesme 港 炼 铅 厂 与 U K 炼 铅 厂 基 夫 赛 特 直 接 墙 炼 主 要 技 术 经 济 指 标 如 表 8 2 所 示 表 8 2 Vesme 港 炼 铅 厂 与 U K 炼 铅 厂 基 夫 赛 特 法 炼 铅 指 标 比 较 项 目 单 位 Port Vesme 厂 U K 铅 直 收 率 % ~91.1 粗 铅 成 分 % ~98.0 炉 料 脱 硫 率 % 9r7 82.4~88.0 渣 产 率 ( 为 炉 料 重 ) % 24~30 渣 含 Pb % 1.5~2 0.4~2.5 渣 含 Zn % 7~ ~18.2 氧 化 锌 产 率 ( 为 炉 料 重 ) % 4~5 氧 化 锌 含 Pb % 20 氧 化 锌 含 Zn % 60 含 硫 烟 气 SO 2 浓 度 % 23 36~49 循 环 烟 尘 产 率 ( 为 炉 料 重 ) % 5 4~8 每 t 炉 料 的 物 料 消 耗 O 2 M ~20 还 原 剂 kg 焦 炭 (100%C 计 )45 窑 渣 60~110 电 极 kg 1 1.4~2.0 电 耗 kwh ~150 空 气 中 铅 浓 度 μg m -3 <50 排 入 大 气 中 的 SO 2 可 忽 略 不 计 含 硫 烟 气 回 收 蒸 气 t t -1 - 炉 料 0.6(4MPa) 废 水 ( 净 化 后 返 回 淬 渣 ) m 3 h -1 3 注 :PortVesme 炼 铅 厂 原 料 平 均 成 分 (%):Pb50.0,Zn6.0,Cu0.3,Fe7.0;U K 炼 铅 厂 Pb36.5~45, Zn6.3~8.2,Cu2.2~3.2,S16~20 Vesme 港 铅 锌 厂 的 Kivcet 法 炼 铅 的 成 功 运 转, 使 意 大 利 Samim 公 司 已 有 的 ISP 厂 电 锌 厂 和 KSS 厂 一 起 构 成 了 一 个 能 高 效 运 作 和 充 分 协 调 的 现 代 铅 锌 联 合 企 业 1997 年 加 拿 大 科 明 科 (Cominco) 公 司 特 雷 尔 (Trail) 铅 厂 用 Kivcet 法 取 代 已 建 的 QSL 184

14 法 炼 铅 该 厂 Kivcet 炉 设 四 个 氧 气 一 炉 料 喷 嘴 入 炉 炉 料 量 为 70t/h( 干 量 ), 其 组 成 除 铅 精 矿 外, 锌 浸 出 渣 量 占 45%~50%, 主 要 为 本 公 司 锌 焙 砂 湿 法 炼 锌 常 规 浸 出 和 锌 精 矿 氧 压 浸 出 所 产 目 前,Taril 铅 锌 厂 的 铅 锌 产 量 分 别 为 100kt/a 和 290kt/a 冶 炼 厂 四 条 物 流 线 把 整 个 铅 锌 生 产 连 接 在 一 起 :1 湿 法 炼 锌 厂 浸 出 渣 送 铅 厂 处 理, 约 占 Kivcet 炼 铅 原 料 的 50 %;2 铅 厂 烟 化 炉 产 出 的 氧 化 锌 粉 送 锌 厂 浸 出, 约 占 炼 锌 原 料 的 15%; 3 Kivcet 炉 所 产 的 含 硫 烟 气 送 锌 厂, 与 锌 焙 烧 烟 气 合 并 生 产 硫 酸 ;4 湿 法 炼 锌 厂 废 水 供 炼 铅 厂 生 产 用 水 8.4 氧 气 底 吹 熔 池 熔 炼 (QSL 法 ) 熔 池 熔 炼 是 在 矿 物 原 料 和 必 要 的 燃 料 加 入 熔 体 的 同 时, 向 熔 体 鼓 人 空 气 富 氧 空 气 或 工 业 氧 气, 由 于 鼓 风 向 熔 池 中 压 入 了 气 泡, 当 气 泡 通 过 熔 体 上 升 时, 造 成 熔 体 柱 运 动, 这 样 便 给 熔 体 输 入 了 很 大 的 动 能 熔 池 熔 炼 特 点 是 :(1) 具 有 很 大 的 搅 拌 能, 熔 体 与 炉 料 的 传 热 传 质 速 率 很 大, 熔 炼 强 度 高 ;(2) 由 于 分 散 性 的 氧 化 性 ( 或 还 原 性 ) 气 泡 和 熔 体 间 的 接 触 面 很 大, 燃 料 燃 烧 反 应 和 炉 料 中 发 生 的 化 学 反 应 速 度 都 很 快 ;(3) 根 据 冶 金 过 程 的 需 要, 冶 金 炉 中 的 气 氛 可 控 制 为 氧 化 还 原 或 中 性, 以 实 现 硫 化 物 氧 化 氧 化 物 还 原 和 熔 化 造 渣 等 冶 金 物 理 化 学 过 程 氧 气 底 吹 炼 铅 (QSL 法 ) 是 利 用 熔 池 熔 炼 的 原 理 和 浸 没 底 吹 氧 气 的 强 烈 搅 动, 使 硫 化 物 精 矿 含 铅 二 次 物 料 与 熔 剂 等 原 料 在 反 应 器 ( 熔 炼 炉 ) 的 熔 池 中 充 分 混 合 迅 速 熔 化 和 氧 化, 生 成 粗 铅 炉 渣 和 SO: 烟 气 氧 气 底 吹 炼 铅 的 特 点 是 氧 的 利 用 率 高 ( 几 乎 100%), 硫 的 利 用 率 高 (>97.5%), 烟 气 含 SO2 浓 度 高 (8%~18%), 炉 子 的 操 作 方 便, 劳 动 条 件 好 以 及 成 本 低 等 20 世 纪 80 年 代 初, 在 德 国 Duisburg 铅 锌 厂 建 成 处 理 量 为 10 t/h 的 示 范 工 厂, 并 进 行 了 工 业 试 验 90 年 代 以 来, 先 后 有 德 国 Stolberg 冶 炼 厂 我 国 西 北 铅 锌 炼 厂 和 韩 国 Onasn 冶 炼 厂 用 QSL. 炼 铅 工 艺 建 厂 并 投 入 运 转 表 8 3 为 三 家 QSL 工 厂 的 设 计 数 据 此 外, 我 国 自 行 开 发 的 水 口 山 (SKS) 炼 铅 法 也 是 用 氧 气 底 吹 熔 炼 的 方 法, 由 水 口 山 有 色 金 属 公 司 ( 原 水 口 山 矿 务 局 ) 在 80 年 代 完 成 半 工 业 试 验 以 后, 它 的 氧 气 底 吹 氧 化 鼓 风 炉 还 原 熔 炼 铅 流 程 已 经 在 国 内 两 家 工 厂 获 得 应 用 8.4.1QSL 反 应 器 QSL 反 应 器 是 该 法 炼 铅 的 核 心 设 备 ( 图 8 10) 反 应 器 主 要 由 氧 化 区 和 还 原 区 组 成, 用 隔 墙 将 两 区 隔 开, 还 附 设 有 加 料 口 虹 吸 出 铅 口 放 渣 口 和 排 烟 口 在 氧 化 段 熔 池 下 安 装 有 氧 气 喷 枪, 在 还 原 段 设 氧 还 原 剂 喷 枪 反 应 器 炉 型 为 卧 式 圆 形 断 面 沿 长 轴 线 是 非 等 径 的, 氧 化 区 直 径 大 而 还 原 区 直 径 小 从 出 渣 口 至 虹 吸 出 铅 口 向 下 倾 斜 0.5% 反 应 器 设 有 驱 动 装 置, 沿 长 轴 线 可 旋 转 近 90, 以 便 于 停 止 吹 炼 操 作 时 能 将 喷 枪 转 至 水 平 位 置, 处 理 事 故 或 更 换 喷 枪 矿 物 原 料 如 精 矿 二 次 物 料 熔 剂 烟 尘 和 必 要 时 加 入 的 固 体 燃 料 均 匀 混 合 后 从 氧 化 区 顶 部 的 加 料 口 直 接 加 人, 混 合 炉 料 落 入 由 熔 渣 和 液 铅 组 成 的 熔 池 内 185

15 表 8 3 QSL 工 厂 的 主 要 设 计 参 数 及 指 标 名 称 西 北 铅 锌 德 国 Stolberg 冶 炼 厂 韩 国 OnSan 冶 炼 厂 冶 炼 厂 年 产 粗 铅 /t 反 应 器 尺 寸 /m 总 长 l 氧 化 段 直 径 氧 化 段 长 度 还 原 段 直 径 一 还 原 段 长 度 给 料 量 /t d 精 矿 与 浸 出 渣 的 比 例 100% 铅 精 矿 63% 精 矿,37%Pb Ag 渣 和 精 炼 厂 铅 烟 尘 52% 精 矿,47%Pb Ag 渣, 废 蓄 电 池 糊,Zn 滤 渣,Au/Ag 矿 石 混 合 精 矿 成 分 /% Zn Cu As Sb Cd 处 理 炉 料 量 /(t h 1 ) 氧 化 段 用 O 2 量 /(Nm 3 h 1 ) 还 原 段 用 煤 粉 /(t h 1 ) 天 然 气 用 量 /(m 3 h 1 )) 400 粗 铅 产 量 /(t h 1 ) 弃 渣 产 量 /(t h 1 ) 蒸 汽 产 量 /(t h 1 )( 压 力 6.O MPa) 初 渣 舍 铅 /% 加 弃 渣 含 铅 /% 图 8 10 氧 气 底 吹 (QSL) 炼 铅 反 应 器 示 意 图 S l ~S 3 为 氧 枪 插 孔 K 1 ~K 12 为 还 原 枪 插 孔 M 1 M 2 为 加 料 口 A 1 ~A 8 为 辅 助 燃 烧 插 孔 OL l ~OL 2 为 燃 油 枪 插 孔 186

16 lg( 氧 气 通 过 喷 枪 喷 入, 熔 体 在 1050~1100 下 进 行 脱 硫 和 熔 炼 反 应, 此 时 的 氧 势 较 高, CO / 2 CO ) 约 2.2 在 这 一 区 域 形 成 的 金 属 铅 含 硫 较 低, 称 为 初 铅 ; 形 成 的 炉 渣 含 铅 较 高, 为 25%~30%, 称 为 初 渣 ; 产 出 烟 气 的 SO 2 浓 度 为 10%~15% 初 渣 流 入 还 原 带, 在 还 原 带 还 原 剂 ( 粉 煤 或 天 然 气 ) 通 过 喷 枪 与 空 气 载 体 和 氧 气 一 起 吹 入 熔 池 内 在 粉 煤 中 的 碳 燃 烧 生 成 CO 作 用 下, 炉 渣 中 的 氧 化 铅 被 还 原 还 原 带 的 氧 势 较 低,lg( CO / 2 CO ) 维 持 在 0.2 左 右, 温 度 较 高, 为 1150~1250 炉 渣 在 流 向 还 原 带 端 墙 上 的 排 渣 口 的 过 程 中 逐 渐 被 还 原 形 成 金 属 铅 ( 二 次 铅 ), 并 沉 降 到 炉 底, 流 向 氧 化 区 与 一 次 铅 汇 合 液 铅 与 炉 渣 逆 向 流 动, 从 虹 吸 口 排 出 ; 炉 渣 从 排 渣 口 连 续 或 间 断 排 出 反 应 器 熔 池 深 度 直 接 影 响 熔 体 和 炉 料 的 混 合 程 度 熔 池 过 浅 易 被 喷 枪 喷 出 的 气 流 穿 透, 且 不 易 混 合 均 匀, 降 低 氧 气 粉 煤 的 利 用 率 QSL 反 应 器 内 必 须 保 持 有 足 够 的 底 铅 层, 以 维 持 熔 池 反 应 体 系 中 的 化 学 势 和 温 度 基 本 恒 定 底 铅 层 的 厚 度 一 般 为 200~400mm, 而 渣 层 宜 薄, 为 100~150mm 反 应 器 氧 化 区 的 熔 池 深 度 大, 一 般 为 500~1000mm 反 应 器 的 氧 化 段 和 还 原 段 分 别 装 有 氧 枪 ( 又 称 S 喷 枪 ) 和 还 原 枪 ( 又 称 K 喷 枪 ) S 喷 枪 为 双 层 套 管, 内 管 是 氧 气 通 道, 两 管 间 的 缝 隙 为 冷 却 气 体 通 道 喷 枪 为 三 层 套 管 中 心 管 内 通 粉 煤, 用 压 缩 空 气 作 载 体, 第 二 层 槽 形 缝 隙 通 通 氧 气, 第 三 层 缝 隙 通 冷 却 气 体 以 保 护 还 原 喷 枪 生 产 实 践 证 明, 氮 气 和 雾 化 水 组 成 的 保 护 气 体 比 原 设 计 单 用 氮 气 的 冷 却 效 果 更 好, 能 在 喷 枪 尖 端 形 成 稳 定 的 蘑 菇 状 凝 渣, 从 而 使 减 轻 喷 枪 的 烧 损, 延 长 了 使 用 寿 命 因 粉 煤 的 磨 蚀 作 用 强, 故 还 原 喷 枪 的 中 心 管 粉 煤 通 道 采 用 陶 瓷 内 衬, 可 使 还 原 喷 枪 的 寿 命 提 高 到 3 个 月 QSL 反 应 器 炼 铅 是 在 氧 化 段 和 还 原 段 两 个 区 域 完 成 化 学 反 应 的, 为 了 防 止 两 区 炉 渣 混 流 和 氧 化 区 的 生 料 流 进 还 原 区, 在 两 区 之 间 设 置 隔 墙, 隔 墙 中 部 最 下 方 留 有 孔 洞, 氧 化 区 的 初 渣 从 此 孔 洞 进 入 还 原 区, 而 还 原 区 所 产 生 的 二 次 铅 经 此 孔 流 入 氧 化 区, 再 经 虹 吸 口 排 出 反 应 器 的 隔 墙 结 构 有 两 种 情 况, 若 炉 料 含 锌 较 低, 还 原 区 产 生 的 烟 气 不 必 单 独 收 尘 以 回 收 其 中 的 ZnO 时, 则 隔 墙 只 将 熔 体 分 开, 炉 内 烟 气 混 合 后, 一 起 从 设 在 氧 化 区 一 端 的 烟 道 排 出 若 炉 料 含 锌 较 高, 则 此 隔 墙 不 但 将 熔 体, 而 且 将 炉 膛 的 气 体 空 间 也 隔 开, 以 提 高 还 原 区 的 还 原 气 氛, 使 炉 渣 中 ZnO 尽 量 还 原 挥 发 还 原 区 和 氧 化 区 烟 气 则 分 别 从 炉 子 两 端 各 自 的 烟 道 排 出 反 应 器 虹 吸 口 设 在 炉 子 端 部, 与 反 应 器 轴 线 平 行, 也 可 设 在 某 一 侧 面, 与 反 应 器 轴 线 垂 直 放 渣 口 设 在 还 原 段 末 端, 采 用 铜 水 套 结 构 反 应 器 两 端 设 有 主 燃 烧 器, 在 顶 部 还 设 有 若 干 辅 助 燃 烧 器, 供 烘 炉 时 及 生 产 中 处 于 备 用 位 置 时 为 炉 体 保 温 用 还 原 区 炉 气 含 有 过 剩 的 CO H 2 和 未 裂 解 的 碳 氢 化 合 物 以 及 挥 发 性 的 铅 锌 蒸 气 等 可 燃 物, 在 还 原 区 炉 顶 设 喷 枪 喷 入 富 氧 空 气 使 其 燃 烧, 以 确 保 离 开 反 应 器 的 烟 尘 彻 底 氧 化, 并 降 低 后 面 设 备 的 热 负 荷 QSL 法 炼 铅 的 应 用 德 国 Stolberg 炼 铅 厂 原 设 计 规 模 为 500t/d 处 理 量, 到 1999 年, 实 际 处 理 量 达 到 50t/h, 粗 铅 产 量 超 过 设 计 能 力 30%, 由 原 设 计 的 75kt 提 高 到 110kt 工 艺 流 程 如 图

17 图 8 11 德 国 Stolberg 厂 QSL 炼 铅 工 艺 流 程 该 厂 QSL 反 应 器 采 用 非 全 封 闭 式 隔 墙, 氧 化 段 烟 气 与 还 原 段 用 一 套 烟 气 收 尘 系 统 处 理, 在 生 产 上 除 定 期 抽 取 少 部 分 烟 尘 送 浸 出 以 硫 酸 镉 形 式 回 收 镉 外, 大 部 分 烟 尘 按 一 定 配 比 返 回 配 料, 因 此 不 希 望 原 料 含 锌 高 当 渣 含 锌 高 于 18% 时, 还 原 渣 变 得 过 粘, 给 操 作 带 来 困 难 经 验 表 明, 还 原 区 的 还 原 势 可 使 终 渣 含 铅 降 至 3%~5%, 锌 不 被 烟 化 ; 但 当 渣 含 铅 还 原 到 2% 的 水 平 时, 则 会 有 锌 挥 发 原 设 计 用 电 炉 贫 化 还 原 段 放 出 的 炉 渣 以 回 收 铅 锌, 但 由 于 电 耗 大 被 取 消, 目 前 炉 渣 经 水 淬 后 堆 存 Sotlberg 炼 铅 厂 反 应 器 排 出 的 烟 气 温 度 为 1200, 含 12%~14%SO 2. 余 热 锅 炉 烟 气 冷 却 至 380, 同 时 产 出 265 压 力 4.5MPa 的 饱 和 蒸 汽 送 往 发 电 按 产 lt 粗 铅 计, 可 产 生 电 力 218kWh 这 部 分 电 力 可 满 足 全 厂 用 电 量 的 70% 余 热 锅 炉 冷 却 后 的 烟 气 经 洗 涤 除 尘 除 汞, 用 双 接 触 法 生 产 浓 度 为 96.5% 的 硫 酸 硫 酸 产 量 超 过 70kt, 硫 的 回 收 率 达 到 98% 与 原 来 的 传 统 法 工 艺 比 较,SO 2 散 发 量 从 2100t/a 减 少 到 目 前 已 低 于 100t/a, 铅 从 13t/a 减 少 到 低 于 3t/a 经 过 多 年 的 改 进,QSL 设 备 的 有 效 运 转 率 已 达 到 85 % 以 上 韩 国 高 丽 锌 公 司 的 Onsan 厂 设 计 是 用 来 处 理 除 铅 精 矿 外, 还 有 各 种 铅 锌 残 渣 和 其 他 二 次 物 料 达 47% 左 右 的 原 料, 设 计 粗 铅 产 量 为 61t/a 二 次 物 料 包 括 湿 的 Pb Ag 渣 精 炼 车 间 的 浮 渣 和 厂 外 来 渣 该 厂 工 艺 流 程 如 图 8 12 所 示 188

18 图 8 12 韩 国 Onsan 厂 QSL 炼 铅 工 艺 流 程 图 8 13 QSL 法 与 传 统 法 炼 铅 的 物 料 平 衡 比 较 由 于 炉 料 含 锌 高, 反 应 器 氧 化 区 和 还 原 区 的 烟 气 分 开 排 出, 分 别 产 出 含 硫 烟 气 和 含 锌 烟 气 前 者 经 电 收 尘 器 除 尘 后 烟 气 送 往 制 酸, 此 烟 尘 含 铅 高, 返 回 配 料 ; 后 者 经 布 袋 收 尘 器 收 得 含 锌 高 的 烟 尘, 经 浸 出 后 溶 液 送 去 电 解 锌, 其 浸 出 渣 返 回 QSL 炉 目 前 Onsan 厂 QSL 炉 的 加 料 量 为 55~60t/h 由 于 二 次 物 料 释 放 出 的 反 应 热 比 铅 精 矿 要 少, 当 二 次 物 料 量 增 加 时 会 使 熔 池 温 度 降 低, 因 而 应 当 增 加 细 煤 ( 小 于 lmm) 用 量, 189

19 以 补 偿 氧 化 熔 炼 过 程 热 量 不 足 在 还 原 区, 通 过 调 节 粉 煤 量 和 过 剩 氧 气 系 数 ( 实 际 氧 气 流 量 与 按 理 论 计 算 的 氧 量 之 比 ) 来 控 制 熔 池 温 度 和 终 渣 含 铅 量 按 化 学 计 算, 每 kg 粉 煤 需 氧 量 约 1.6m 3 ( 标 准 状 态 ) 由 于 经 济 原 因, 炉 料 中 的 锌 只 有 部 分 (30%~40%) 在 还 原 区 挥 发, 还 原 渣 含 Pb<5% Zn15 %, 送 往 Ausmelt 炉 烟 化 处 理, 使 炉 渣 中 的 铅 锌 分 别 降 到 <l% 和 3%~5% 后 废 弃 根 据 韩 国 Onsan 冶 炼 厂 的 数 据, 将 QSL. 流 程 与 传 统 的 烧 结 鼓 风 炉 流 程 进 行 比 较, 其 结 果 如 图 8 13 所 示 从 图 可 知,QSL. 流 程 ( 如 图 右 边 ) 中 的 返 料 量 要 少 得 多 在 传 统 流 程 ( 如 图 左 边 ) 中, 为 使 烧 结 块 中 残 硫 尽 可 能 低, 返 料 量 ( 包 括 返 粉 返 尘 甚 至 还 有 返 渣 ) 达 到 新 加 料 量 的 2~3 倍 在 QSL 流 程 中, 返 料 主 要 是 烟 尘, 其 总 量 仅 占 新 料 量 的 19% 左 右 此 外, 在 QSL 流 程 中 用 氧 气 代 替 空 气, 使 必 须 处 理 的 烟 气 量 大 大 减 少, 烟 气 用 于 制 酸, 污 染 大 气 的 SO 2 大 为 减 少 由 于 热 效 率 高 以 及 氧 气 的 利 用, 使 硫 化 物 氧 化 热 得 充 分 利 用, 即 使 在 精 矿 与 二 次 物 料 比 为 55:45 时,QSL 所 消 耗 的 燃 料 量 比 只 处 理 PbS 精 矿 的 传 统 法 还 要 低 QSL 法 可 使 用 便 宜 的 燃 料 和 还 原 煤, 以 煤 代 焦 因 此,QSL 法 炼 铅 更 经 济 而 对 环 境 的 污 染 更 少 我 国 河 南 豫 光 金 铅 和 安 徽 池 州 两 冶 炼 厂 采 用 水 口 山 (SKS) 炼 铅 法 炼 铅, 该 方 法 与 QSL 法 相 同 之 处 是 都 采 用 氧 气 底 吹 进 行 氧 化 熔 炼, 产 出 一 次 粗 铅 和 初 渣 由 于 反 应 器 炉 子 短, 水 口 山 法 炼 铅 只 有 氧 化 段, 没 有 还 原 段, 氧 化 段 产 出 的 高 铅 炉 渣 经 冷 却 铸 成 渣 块 后 送 鼓 风 炉 还 原 熔 炼, 回 收 二 次 铅 生 产 实 践 表 明, 水 口 山 法 炼 铅 具 有 氧 气 底 吹 直 接 熔 炼 的 许 多 优 点, 如 原 料 适 应 性 大, 对 炉 料 的 铅 硫 含 量 的 上 限 不 受 限 制, 无 需 添 加 返 粉 和 返 渣, 故 取 消 了 返 粉 破 碎 工 序, 因 而 流 程 短 ; 炉 料 制 备 简 单, 经 润 湿 制 粒 后 加 入 逸 散 量 少, 劳 动 卫 生 条 件 大 大 改 善, 环 保 效 果 好 ; 由 于 氧 的 利 用, 熔 炼 烟 气 量 少,SO 2 浓 度 高, 硫 的 利 用 率 在 95% 以 上 水 口 山 炼 铅 法 目 前 采 用 的 氧 气 底 吹 氧 化 鼓 风 炉 还 原 炼 铅 的 缺 点 是, 反 应 器 产 出 的 高 铅 熔 渣 经 冷 却 铸 渣 块 后 再 加 入 鼓 风 炉, 还 原 过 程 未 能 利 用 熔 渣 的 显 热, 而 鼓 风 炉 又 消 耗 大 量 的 焦 炭, 致 使 本 工 艺 能 耗 大, 生 产 成 本 高 8.5 顶 吹 熔 池 熔 炼 (Ausmelt 法 TBRC 法 ) 澳 斯 麦 特 熔 炼 澳 斯 麦 特 技 术 (Ausmelt Technology) 在 原 有 赛 罗 (SIRO) 熔 炼 和 艾 萨 (Isa) 熔 炼 法 的 基 础 上, 进 行 了 大 量 的 应 用 性 技 术 开 发, 特 别 是 增 加 了 喷 枪 外 层 套 筒, 使 炉 内 所 需 二 次 燃 烧 风 可 以 直 接 从 同 一 支 喷 枪 喷 入 炉 膛, 使 熔 池 上 方 的 CO 金 属 蒸 气 和 未 完 全 燃 烧 的 炭 质 颗 粒 得 以 充 分 燃 烧, 并 由 激 烈 搅 动 和 熔 体 将 其 吸 收, 较 大 幅 度 地 提 高 炉 内 反 应 的 热 效 率, 同 时 也 改 善 了 烟 气 性 质 该 技 术 已 经 用 于 锡 精 矿 还 原 熔 炼 铜 植 矿 造 锍 熔 炼 和 吹 炼 目 前 用 来 炼 铅 的 工 厂 是 欧 洲 金 属 公 司 ( 德 国 ) 诺 丁 汉 姆 (Nordenham) 铅 锌 冶 炼 厂, 于 1996 年 建 成 投 产 Nordenham 冶 炼 厂 曾 经 使 用 了 几 乎 所 有 的 含 铅 物 料, 如 高 铅 精 矿, 阳 极 泥, 电 池 泥, 190

20 电 池 糊, 精 炼 渣 和 锌 浸 出 渣 等, 各 种 物 料 采 取 集 中 分 阶 段 的 处 理 方 式, 最 大 生 产 能 力 达 120kt/a, 目 前 以 90kt/a 粗 铅 ( 设 计 能 力 ) 的 生 产 能 力 运 行 原 设 计 在 1 台 澳 斯 麦 特 炉 内 分 阶 段 完 成 氧 化 熔 炼 和 还 原 熔 炼, 因 为 经 济 上 的 原 因, 还 原 一 直 未 进 行, 产 出 的 富 铅 渣 经 水 碎 后 外 销 该 厂 炼 铅 工 艺 流 程 如 图 8 14 图 8 15 德 国 Nordenham 冶 炼 厂 Ausmelt 炼 铅 工 艺 流 程 A 原 料 仓 库 B 收 尘 器 C 配 料 设 备 D 收 尘 器 E 螺 旋 加 料 机 F 制 粒 机 G 炉 分 配 器 H Ausmelt 熔 炼 炉 I 热 交 换 器 J 电 收 尘 器 K 脱 铜 槽 L 渣 水 淬 l 精 矿 2 废 蓄 电 池 糊 3 煤 4 精 炼 渣 5 石 灰 石 6 河 砂 7 赤 铁 矿 8 烟 尘 9 天 然 气 10 空 气 11 氧 气 12 屏 蔽 空 气 13 蒸 汽 14 SO 2 烟 气 15 粗 铅 16 炉 渣 17 ZnO 烟 尘 该 厂 使 用 的 奥 斯 麦 特 炉 为 钢 壳 内 衬 耐 火 材 料 的 圆 筒 形 炉, 高 约 10 m, 直 径 4m 钢 壳 外 壁 用 水 幕 冷 却, 以 降 低 其 热 辐 射 并 冷 却 炉 内 衬 砖 锥 形 炉 顶 盖 将 出 炉 烟 气 导 入 余 热 回 收 系 统 熔 池 最 大 深 度 为 2 m, 浸 没 到 熔 池 内 的 喷 枪 将 空 气 氧 气 和 天 然 气 喷 入, 气 体 强 烈 搅 拌 熔 池, 进 行 快 速 热 传 导 和 反 应 预 先 混 合 并 制 粒 的 炉 料 从 炉 顶 的 加 料 口 稳 定 加 入, 并 视 其 性 质 及 加 入 量 确 定 喷 入 的 气 体 比 例 产 出 的 粗 铅 沉 降 到 熔 池 底 部, 并 连 续 放 出 炉 渣 由 另 一 放 出 口 排 放, 进 一 步 处 理 以 回 收 铅 和 其 他 金 属 尾 气 经 冷 却, 电 收 尘 除 尘, 净 化 后 与 锌 系 统 烟 气 合 并 送 酸 厂 制 酸 硫 的 总 回 收 率 在 90% 以 上, 逸 散 的 重 金 属 和 SO 2 急 剧 减 少 ( 见 表 8 4), 工 厂 排 放 的 CO 2 量 也 由 传 统 炼 铅 法 的 1.1 t t 1 减 少 到 0.45t t 1, 减 少 了 将 近 60% 表 8 4 Nordenham 厂 每 年 重 金 属 逸 散 量 和 SO 2 逸 散 炼 铅 方 法 Pb Cd Sb As Tl Hg SO 2 传 统 法 (1990 年 )/(kg a 1 ) Ausmelt 法 (1997 年 )/(kg a 1 ) 145l 对 比 /% 从 表 8 5 可 见,CO 2 的 排 放 量 减 少 60%, 此 外, 由 于 能 耗 减 少, 吨 金 属 铅 的 能 量 单 消 下 降 了 35% 总 之, 在 环 保 节 能 和 降 低 成 本 方 面 都 取 得 明 显 的 效 果 191

21 由 于 顶 吹 熔 池 熔 炼 技 术 的 灵 活 性 和 对 原 料 的 广 泛 适 应 性,Atlsmelt 法 还 被 用, 来 单 独 处 理 各 种 铅 锌 物 料, 在 韩 国 高 丽 锌 公 司 Onsan 铅 锌 厂, 目 前 有 4 台 Ausmelt 炉 被 用 作 此 用 途 Ausmelt 熔 炼 具 有 熔 池 熔 炼 的 许 多 优 点 : 炉 料 制 备 简 单, 可 以 是 块 料, 也 可 以 粉 料, 只 要 水 分 <10%, 均 可 直 接 投 入 炉 内 ; 燃 料 和 还 原 剂 可 以 是 固 体 的 ( 煤 ) 气 体 的 ( 天 然 气 ) 或 液 体 的 ( 燃 料 油 ), 在 进 行 还 原 熔 炼 时, 也 可 往 炉 内 直 接 投 入 块 煤 该 工 艺 采 用 顶 吹 喷 枪, 操 作 灵 活 简 便, 由 于 能 简 捷 地 通 过 调 整 燃 料 精 矿 ( 或 还 原 剂 ) 与 空 气 氧 气 的 比 例 来 及 时 控 制 炉 内 气 氛, 既 可 作 为 熔 炼 设 备, 也 可 作 为 炉 渣 还 原 或 烟 化 设 备 ; 既 可 处 理 硫 化 矿, 也 可 处 理 各 种 氧 化 物 原 料 ; 反 应 气 体 被 深 深 地 喷 射 到 炉 渣 内 并 在 熔 池 中 产 生 激 烈 的 湍 流, 加 速 了 冶 金 过 程 的 进 行, 所 以 熔 炼 能 力 高, 强 度 大 TBRC 法 炼 铅 上 世 纪 80 年 代 初, 瑞 典 Boliden 金 属 公 司 用 Kaldo 转 炉 做 了 各 种 不 同 的 铅 精 矿 的 熔 炼 试 验, 使 氧 气 顶 吹 Klado 转 炉 (To Blown Rotary Converter, 简 称 (TBRC) 炼 铅 技 术 开 始 获 得 工 业 应 用 该 公 司 Bormkar 冶 炼 厂 原 采 用 电 炉 直 接 熔 炼 制 粒 富 铅 精 矿, 改 用 TBRC 法 进 行 工 业 试 验 时,Kaldo 转 炉 尺 寸 为 m, 最 大 装 料 量 90 t, 内 衬 铬 镁 砖, 转 速 0~30 r/min 直 接 熔 炼 硫 化 铅 精 矿 的 吹 炼 分 为 氧 化 与 还 原 两 个 过 程, 在 l 台 炉 中 周 期 地 进 行 具 体 流 程 见 图 8 14 图 8 14 TBRC 法 直 接 炼 铅 流 程 Kaldo 转 炉 氧 化 阶 段 的 转 速 为 10~15 r/min 在 还 原 阶 段 为 了 提 高 还 原 剂 (5.15 mm 大 小 的 焦 屑 ) 的 效 力 及 还 原 速 度, 转 速 提 高 到 20~25 r/min 中 心 轴 对 水 平 倾 斜 28 氧 化 阶 段 鼓 风 人 含 50%O 2 的 富 氧 空 气, 可 以 维 持 1100 左 右 的 温 度 还 原 阶 段 烧 重 油 维 持 同 样 的 温 度 为 了 得 到 含 硫 低 的 铅, 氧 化 熔 炼 渣 含 铅 不 应 低 于 25% 还 原 时 渣 含 铅 每 降 低 10%, 铅 含 硫 将 升 高 0.06% Kaldo 转 炉 吹 炼 1 t 精 矿 的 能 耗 为 400 kwh, 比 传 统 的 鼓 风 炉 熔 流 程 生 产 的 2000 kw 低 得 多, 采 用 富 氧 后 烟 气 体 积 大 大 减 少, 从 而 提 高 了 烟 气 中 SO 2 的 浓 度 但 是 Kaldo 转 炉 吹 炼 的 作 业 是 周 期 性 的, 烟 气 量 与 烟 气 成 分 均 不 稳 定, 热 损 失 还 是 较 多 因 此, 氧 气 顶 吹 Kaldo 转 炉 法 直 接 熔 炼 铅 推 广 应 用 较 少 192

22 我 国 西 部 矿 业 公 司 采 用 此 法 直 接 熔 炼 青 海 省 锡 铁 山 矿 所 产 的 较 高 品 位 的 硫 化 铅 精 矿, 目 前 正 在 建 设 之 中 思 考 题 1 何 谓 硫 矿 的 直 接 熔 炼 沉 淀 熔 炼 和 反 应 熔 炼? 它 们 的 应 用 前 景 如 何? 2. 传 统 法 炼 铅 有 哪 些 缺 点? 3. 硫 化 铅 精 矿 直 接 熔 炼 能 像 铜 锍 吹 炼 (Cu 2 S+Cu) 一 样 吹 炼 铅 锍 (PbS Pb) 来 生 产 金 属 铅 吗? 3. 为 什 么 说 硫 化 铅 精 矿 直 接 炼 铅 要 同 时 得 到 含 硫 低 的 铅 含 铅 低 的 渣 和 低 的 挥 发 损 失 是 一 个 复 杂 问 题? 你 能 提 出 一 个 合 理 方 案 来 解 决 吗? 4. 基 夫 赛 特 炼 铅 是 如 何 解 决 还 原 电 炉 最 初 电 能 消 耗 大 的 问 题 的? 5. 基 夫 赛 特 直 接 炼 铅 设 备 主 要 由 哪 些 组 成? 在 反 应 塔 内 主 要 发 生 哪 些 化 学 反 应? 6. 基 夫 赛 炼 铅 的 优 点 是 什 么? 为 什 么 说 采 用 这 项 工 艺 有 利 于 发 挥 铅 锌 联 合 企 业 的 优 势? 7. 在 处 理 含 锌 高 的 炼 铅 原 料 时,QSL 反 应 器 内 部 结 构 有 何 改 变? 8.QSL 炼 铅 比 传 统 法 炼 铅 有 哪 些 优 点? 9 熔 池 熔 炼 有 哪 些 优 点? 两 种 顶 吹 熔 池 熔 炼 法 炼 铅 哪 一 种 方 法 好? 为 什 么? 193