一文详解铅冶炼工艺及用能特点

文摘 2024-11-18 13:10 山东

生产工艺流程

目前国内外通用的炼铅工艺可分为粗炼和精炼，其中粗炼分为火法和湿法。火法炼铅概况为传统炼铅法与直接炼铅法两大类，而直接炼铅法可简单分为闪速熔炼和熔池熔炼两种。具体分类见图1-1(铅冶炼工艺)和图 1-2(火法炼铅工艺)。

1、传统炼铅法

传统炼铅法即烧结—鼓风炉还原熔炼工艺，其主要设备为烧结机和鼓风炉，分两段分别完成氧化和还原过程，该工艺本身存在一些缺陷：烧结过程中 SO2浓度偏低，烟气 SO2转换率只能达 90%左右，SO2 利用率低;烧结过程产生的反应热不能有效回收利用，鼓风炉熔炼时需消耗大量冶金焦，能耗较高;烧结烟气中夹带粉尘量大，烧结返料约80%，烧结成本高;鼓风炉烟气 SO2 浓度低，不能有效回收，环保压力大;工作、卫生及操作环境差，难以实现清洁生产，对职工健康危害大。由于该工艺较为成熟，且投资小，目前在国外铅生产仍占有重要作用，而国内该工艺己经列入《产业结构调整指导目录(2011 年版)》淘汰类，属于淘汰类工艺。

2、直接炼铅法

直接炼铅法分为闪速熔炼和熔池熔炼：闪速熔炼的典型代表有基夫赛特法、奥托昆普法;溶池熔炼的典型代表有 QSL 法、水口山法(SKS)、艾萨炉、卡尔多法等。

(1)基夫赛特法的关键设备为基夫赛特炉，主要由反应塔、电热还原区、铜水套和包括余热锅炉在内的直升烟道组成，该法在反应塔内完成氧化过程和80%左右的还原过程，在电热还原区完成20%左右还原过程。该炼铅方法有以下特点：原料适应性强，对原料品位没有过多要求，可处理铅精矿、多金属金矿、锌渣、铅烟尘和二次铅物料等;炉子运行稳定、连续，炉体寿命长，维修费用低，作业率可高达95%以上;主金属回收率高，铅回收率 98%，金银回收率99%，锌回收率60%以上;工作环境卫生条件好，烟尘率低，炉体密闭，烟尘烟气逸散少，工艺环保性好;烟气中SO2浓度高，制酸成本低;自动化程度高，工人劳动强度低，所需员工数量少。基夫赛特法有着如上诸多优点，但也有着投资成本高、原料需经预干燥处理、工艺连贯性过强等缺点。

(2)QSL 法的关键设备为 QSL 炉，QSL 炉为可 90 度转动的卧式长圆筒型炉，一炉内设有氧化区和还原区分别完成氧化和还原过程，有着能耗低、对环境友好、备料简单、烟气 SO2浓度高、生产成本低等优点，但该工艺同时有着物料品位要求高、操作控制要求高、渣含铅高、烟尘率高、粗铅含硫高、浮渣率高等缺点，国内曾由德国引进该工艺，但由诸多原因均被迫停产。

(3)底吹—鼓风炉炼铅工艺(水口山法即SKS 法)，将铅精矿、铅烟尘、熔剂及少量粉煤经计量、配料、制粒后，由炉子上方的加料口加入炉内;工业氧气从炉底的氧枪喷入熔池，氧气进入熔池后，首先和铅液接触反应，生成氧化铅，其中一部分氧化铅在激烈地搅动状态下和位于熔池上部的硫化铅进行交互反应生成一次粗铅、氧化铅和 SO2;所生成的一次粗铅和铅氧化渣沉淀分离后，粗铅虹吸或直接放出;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。氧化熔炼产生的 SO2烟气经余热锅炉和电收尘器后送硫酸车间制酸。

水口山法在借鉴 QSL 法基础上，保留了 QSL 法的氧化段，取消了还原段，还原段采用鼓风炉熔炼完成，炉体结构相对简单;与传统烧结、鼓风炉炼铅法相比，自动化程度明显提高，工作环境明显改善，劳动强度明显下降，较为彻底的解决了烧结粉尘、低浓度SO2污染等问题，且投资相对较低，在国内推广应用较多。

(4)卡尔多法的关键设备为卡尔多炉，卡尔多炉本体由内衬铬铅砖的圆筒形炉缸和喇叭形炉两部分构成，通过炉体的驱动电机可使炉子转动，使熔体在生产时处于转动之中，溶体传热传质效果优良，热利用率高，在一炉内完成加料、氧化、还原、出铅放渣四个步骤，但该工艺所产烟气中SO2时断时续，SO2浓度低，制酸成本高，且有中间物料多、金属直收率低、炉衬寿命短、耐火材料消耗高等缺陷。国内曾从瑞典引进该工艺，但由于生产成本高被迫关停。

(5)富氧底吹+液态高铅渣直接还原熔炼工艺，该工艺的前面氧化炉熔炼部分与SKS 法等熔炼工艺基本相同，还原炉采用富氧熔炼炉替代了鼓风炉，取消了铸渣机，用溜槽将氧化炉和还原炉进行连接。氧化炉产生的液态高铅渣经溜槽直接进入还原炉进行还原熔炼，有效利用高铅渣的显热，还原炉内加煤粒或焦炭，采用天然气或煤或煤气等进行还原熔炼。还原炉产出二次粗铅送后续的精炼系统，还原炉渣送后续的烟化炉处理，回收锌。

(6)富氧顶吹熔炼工艺(ISA 法)：富氧顶吹熔炼法系富氧顶吹浸没式熔池熔炼过程，ISA 法为顶吹熔炼，核心设备为艾萨炉。铅精矿、铅烟尘、熔剂及少量粉煤经计量、配料、制粒后，由炉子上方的加料口加入炉内;富氧空气从炉顶的喷枪喷入熔池，氧气进入熔池后，首先和铅液接触反应，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交互反应生成一次粗铅、氧化铅和 SO2;所生成的一次粗铅和铅氧化渣沉淀分离后，粗铅虹吸或直接放出;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。氧化熔炼产生的 SO2 37 烟气经余热锅炉和电收尘器后送硫酸车间制酸。

(7)富氧侧吹炼铅工艺：富氧空气从炉子侧墙上位于静置熔体平面以下约 0.5m 处的风口以约 100kPa 的表压送入炉内，使熔体强烈鼓泡与激烈搅动，控制炉内温度及气氛灯完成熔炼过程。其核心设备是侧吹熔炼炉，炉子是由三层冷却水套围成的横断面呈矩形的炉子，自下而上分为炉缸、炉身(熔池区和再燃烧区)、炉顶三部分。炉缸用耐火材料砌筑于钢板焊接而成的钢槽内，呈倒拱形;炉身两侧装有熔池风口和再燃烧风口，炉一端为加料室，另一端为渣虹吸井，有放渣口和虹吸放铅口;炉顶有上层(熔炼室)炉顶和中层(加料室)炉顶，炉顶均为钢水套内衬耐火泥，加料室炉顶有主加料口。上层炉顶设有备用加料口和直升烟道，直升烟道也由水套围成。

富氧侧吹炼铅工艺由两台串联炉子组成，经过配料的炉料计量后送入氧化炉内进行富氧侧吹氧化熔炼，产出一次粗铅、富铅渣、含高浓度 SO2烟气，其烟气送制酸;热态富铅渣经溜槽直接流入还原炉，加入还原剂进行富氧侧吹还原熔炼，产出二次粗铅和还原炉渣，还原炉渣进烟化炉吹炼进一步回收铅、锌。氧化炉和还原炉产出的粗铅送后续精炼系统。

3、粗铅精炼工艺

粗铅精炼主要有火法和电解法。

火法经过除铜(先熔析或凝析除铜，再加硫深度除铜)、除碲(加苛性钠)、除砷锑锡(氧化法或碱性精炼法：原理基于在450℃条件下，砷、锑、锡在 NaNO3强氧化剂的作用下氧化成高价氧化物→变成软铅)、除银(加锌回收金银)、除锌(铅钙)、除铋后，最终精炼成精铅。其优点是投资少，生产周期短，占用资金少，生产成本低，特别适用于处理含铋低的粗铅;缺点是工序多，铅直收率低，劳动条件差。

国内普遍采用电解精炼工艺(见图 1-3)。电解的原料一般为粗铅。粗铅先进行火法精炼除铜、锡，调整锑含量，铸成阳极板，用硅氟酸和硅氟酸铅的水溶液进行电解。除铜渣进行处理后，粗铅返回电解工序，冰铜进入下道工序回收铜。析出铅经过氧化精炼除去砷、锑、锡等杂质后，铸成产品铅锭。电解阳极泥送到下道工序进一步回收其中的有价金属。

能源消耗种类

铅冶炼生产中粗炼工艺的用能品种：主要为天然气(煤气)、电力、焦炭(焦粉、焦粒等)、洗精煤、原煤和耗能工质(氧气、压缩空气、新水等)等。包括熔池熔炼用气、用煤、用焦和生产用电、辅助用电等。

铅冶炼生产中电解精炼工序的用能品种：主要为天然气(煤气)、电力、蒸汽和耗能工质(新水)等，包括精炼用气和电解用电、铸锭用电、辅助用电等。

辅助和附属生产中消耗的用能品种：物料转运过程消耗的柴油、汽油等。

主要用能设备

铅冶炼工艺用能设备有：高温冶金炉窑设备：烧结—鼓风炉 (属淘汰类)、富氧底吹炉、富氧侧吹炉、精炼炉等和电解槽等。

根据工业和信息化部发布的《铅锌行业规范条件(2015)》，新建、改造及现有铅冶炼项目，粗铅冶炼须采用先进的富氧熔池熔炼—液态高铅渣直接还原或一步炼铅工艺，以及其他生产效率高、能耗低、环保达标、资源综合利用效果好的先进炼铅工艺，并需配套双转双吸或其他先进制酸工艺，必要时制酸尾气需配套脱硫设施。鼓励采用具有自主知识产权的先进铅冶炼技术。鼓励矿铅冶炼企业利用富氧熔池熔炼炉等先进装备处理铅膏、冶炼废渣等含铅二次资源。

所有新建、改造及现有铅锌冶炼项目，应配套建设有价金属综合利用系统。新建、改造以回收稀贵金属为主要目的的渣处理项目，须有稳定的原料来源，并须采用先进的富氧熔池熔炼以及其他生产效率高、能耗低、环保达标、资源综合利用效果好的先进工艺及装备，现有企业须在2018 年底前改造成富氧熔池熔炼等先进工艺，并均须配备尾气脱硫系统、余热回收系统。

有关名词解释

1、铅精矿：

由主金属铅、硫和伴生元素 Zn、Cu、Fe、As、Sb、Bi、Sn、 Au、Ag 以及脉石氧化物 SiO2、CaO、MgO、Al2O3等组成。《铅精矿》(YS/T 319-2013)标准要求铅精矿中铅的含量不小于45%。铅精矿品位越高，则冶炼的生产率和回收率越高，能耗越低，单位消耗和成本也越小。

2、火法炼铅：

是指在高温下应用冶金炉把铅和其他金属及铅精矿中的大量脉石分离开的过程。火法炼铅方法中的烧结—鼓风炉熔炼工艺和直接炼铅工艺都属于氧化还原熔炼的范畴，包括硫化铅精矿中的硫化铅及其他硫化物的高温氧化生成氧化物(也可能生成金属)和氧化物的还原两个过程。在传统的烧结—鼓风炉熔炼方法中，这两个过程是分开单独进行的。在直接炼铅法中，氧化和还原过程可以在一个单独的炉内分阶段进行，也可以在两个炉内分开连续进行。

3、直接炼铅法：

硫化铅精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属铅的熔炼方法。直接炼铅法分为两类，一类是将铅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，这种熔炼反应主要发生在炉膛空间的熔炼方式被称作闪速熔炼;另一类是铅精矿直接加入鼓风翻腾的熔体中进行熔炼，这种熔炼反应主要发生在熔池中的熔炼熔炼方式被称作熔池熔炼。

4、湿法炼铅：

是指铅精矿经浸出和熔炼电解产出金属铅的过程。包括铅精矿用盐类或碱溶液的浸出和熔盐电解两个主要过程。湿法炼铅一直未获工业应用，还很难与传统的火法炼铅法相竞争。

5、粗铅：

铅精矿等含铅原料经冶金炉冶炼生产的金属铅，《粗铅》(YS/T 71-2013)标准要求粗铅中铅的含量不小于94%。

6、粗铅火法精炼：

是指分段脱除熔炼粗铅中的杂质，产出精铅的过程，为火法炼铅流程的重要组成部分。铅熔炼产出的粗铅，除含有铜、镍、钴、铋、锡、砷、锑、锌、硫等杂质外，还有金、银等贵金属和硒、碲等稀有金属。因此，精炼的目的不仅要脱除对铅性质有不良影响的杂质，使精铅符合用户的要求，而且还要综合回收粗铅中的有价金属。

7、粗铅电解精炼：

以析出铅（或电铅）铸成的薄极片作阴极(始极片)，以经过火法初步精炼的半精炼铅作可溶性阳极，在由硅氟酸和硅氟酸铅水溶液所组成的电解液体系内进行电解的过程。

8、铅锭(电铅)：

粗铅经过电解精炼生产出的精铅，《铅锭》(YS/T 469-2013)标准要求铅锭中铅的含量不小于 99.94%。

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