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铅快速熔炼的运行评价

发布时间:2012/10/15 11:40:27   阅读:

本文作者:王成彦郜伟尹飞宋元张郑晓斌梁德华李强作者单位:北京矿冶研究总院

2011年5月10日,年产10万t粗铅的铅富氧闪速熔炼工程正式投料生产[1],工业生产中取得的多项技术经济指标表明,铅富氧闪速熔炼新技术已经达到世界领先水平,产出的氧化锌灰不含氟、氯,可以不经多膛炉脱氟氯而直接送锌冶炼厂回收锌,真正做到了铅、锌互补,对铅、锌、铜联合企业更具优势。

1运行效果[2]

近4个月的工业试验和2个月的连续生产表明,铅富氧闪速熔炼新技术达到了世界领先水平。

1)对原料适应性强。入炉料的铅含量可以降至26%,可以搭配处理湿法炼锌渣、含铅20%左右的二次铅物料、含铅30%左右的氧化铅矿、难处理卡林金矿、含金黄铁矿等。在高品位原料供应紧张、高品位原料和铅金属价格几乎倒挂的情况下,铅富氧闪速熔炼新技术更具竞争力。

2)共伴生金属回收率高。弃渣含铅小于2%(最低小于1%)、含锌小于2%(最低小于1%)、平均含银小于6g/t、含金小于0.1g/t、含铜小于0.1%;铅回收率大于98%,金、银回收率99.5%,铜回收率大于85%,锌回收率大于90%。

3)炉子运行连续、稳定,操作方便,劳动强度低,故障率低,作业率高,维修费省。配料、干燥、物料输送、加料、供氧、供气、供水、烟尘输送等均实现了自动控制,闪速炉连续排渣和排铅,不用经常烧口和堵口,炉渣温度一般在1100℃以上,流动性好,因此劳动强度低,用工量少。一套中央扩散型料枪的供料方式,配置简单,故障率低。

4)闪速炉烟尘率低,通常在6%~10%。在入炉料含铅26%、直升烟道只有19m的情况下,闪速炉烟尘率也仅有12%。加之烟尘硫酸化控制技术的应用,彻底避免了烟尘的烧结,且流动性好,便于烟尘的密闭输送。

5)炉体热平衡易于掌控。在投料量仅为设计负荷60%的情况下,也能保证炉体热负荷的要求和系统的正常运行,且不需要额外补充柴油等高值热源。

6)综合能耗低[3]。系统生产过程的焦比为3%~4%、煤比为3%~5%。工业试验阶段,在平均电炉功率因数0.8、投料量仅达到设计负荷70%、入炉料含铅35%的条件下,包括电炉挥发锌的能耗在内,吨粗铅综合能耗也仅为243kgce;生产阶段,在投料量仅达到设计负荷60%、入炉料含铅30%的条件下,包括电炉挥发锌的能耗在内,吨粗铅综合能耗也仅为340kgce;按满负荷生产计算,在入炉料含铅27%的情况下,包括还原贫化电炉挥发锌的能耗在内,吨粗铅能耗只有213kgce。

7)环境保护好[4]。炉料采用密闭浓相输送,收尘后的尾气作为二次补风送闪速炉处理;闪速炉、电炉、余热锅炉、电收尘等均采用负压操作,避免了炉体烟尘烟气的逸散;闪速炉烟尘直接密闭返回熔炼,避免了铅尘的逸散;车间环保烟气经布袋除尘、喷淋塔深度净化后排放,消除了铅尘的污染。吨铅SO2排放量(0.56kg)仅为水口山法(SKS法)的24%,吨铅粉尘排放量(0.06kg)仅为SKS法的8%,加之综合能耗只有约213kgce,真正实现了铅的低碳、低污染冶炼。同时,由于可以搭配处理锌冶炼渣、电子铅玻璃等危险固废,其间接的环保效益更为突出。

8)生产成本低,经济效益显著。首先拓展了铅物料的适用范围,使大量低品位料的经济处理变为现实。其次,铅回收率提高3个百分点以上,金、银回收率提高2个百分点以上,并实现了伴生铜、锌的高效回收。按入炉料含铅27%、满负荷生产计算,预期项目的年利润总额近3亿元,生产利润率超过13%。

2技术特点[5]

1)炉体结构简单,熔炼强度大,熔炼炉操作和运行条件更稳定,作业率高。设计采用的炉型在铜闪速熔炼中已经得到了多年的应用,结构合理,炉寿命长,有成熟的操作和运行经验,作业率高。

2)原料的适用范围广,入炉料含铅可以波动在20%~70%。不仅适用于铅精矿的处理,还可以处理铅酸蓄电池、湿法炼锌渣、湿法炼铜渣、含铅20%左右的二次铅物料、含铅30%左右的氧化铅矿、含铅20%~30%的电子玻璃、难处理卡林金矿、含金黄铁矿等,作到铅、锌、铜及贵金属回收互补,对铅、锌、铜联合企业更具优势。

3)金属回收率更高。直接产出含铅小于2%、含锌小于2%、含银小于6g/t、含金小于0.1g/t、含铜小于0.1%的弃渣;铅回收率大于98%;铅精矿中所含的大部分铜以冰铜形式产出并回收;超过99.5%的金银在粗铅中得到富集;铅精矿中所含的锌在还原贫化电炉中回收,回收率可达90%以上,产出的氧化锌灰不含氟、氯,可以不经多膛炉脱氟氯而直接送锌冶炼厂处理。

4)能耗低。闪速炉一次铅还原率80%~90%,闪速炉外排的渣含铅约10%,并实现了液态高温熔融炉渣的直接还原,不仅充分利用了炉渣的显热,而且大幅降低了电炉还原的处理负荷。包括挥发锌的能耗在内,吨粗铅综合能耗约213kgce。

5)加工成本低。不使用冶金焦,使用价格更为低廉的兰炭和煤作为还原剂,且使用量少,正常生产也几乎不消耗柴油,成本低。

6)使用工业纯氧,闪速熔炼的烟气量小,热量损失小,烟气SO2浓度高,烟尘率低,配套余热锅炉和电收尘小。

7)环境保护好。炉料采用密闭浓相输送,收尘后的尾气作为二次补风送闪速炉处理;闪速炉、电炉、余热锅炉、电收尘等均采用负压操作,避免了炉体烟尘烟气的逸散;闪速炉烟尘直接密闭返回熔炼,避免了铅尘的逸散;车间环保烟气经布袋除尘、喷淋塔深度净化后排放,消除了铅尘的污染。

8)取消高耗能的烟化炉,设备配置简洁,能耗进一步降低。

9)配料、干燥、物料输送、加料、供氧、供气、供水、烟尘输送等均实现了自动控制,劳动强度低,劳动安全、工业卫生条件好。

10)投资省。“大三明治”结构的反应塔使铜水套的使用量大幅降低[6],同时由于贫化电炉炉温也较基夫赛特电炉贫化区的温度低,炉墙无需使用铜水套,加之配套辅助设备少,取消了烟化炉,设备全部国产化,铅富氧闪速熔炼法的投资比基夫赛特法大幅降低。同等生产规模下,铅富氧闪速熔炼法的投资仅为基夫赛特法的60%。

3与其它工艺的比较[1,5,7-12]

在国内外现有的直接炼铅工艺中,包括QSL法、艾萨法、Kaldo法、SKS法以及氧气底吹+液态高铅渣直接还原法等在内的熔池炼铅工艺[1],均只能适应于高品位铅精矿的处理,只有基夫赛特法和铅富氧闪速熔炼法才能适应于低品位铅物料的处理。鉴于工艺所处理的对象存在很大的差异而不具备可比性,因此仅就采用基夫赛特工艺的意大利Vesme港铅厂、加拿大特雷尔铅厂和采用本工艺的华宝产业灵宝鑫华铅厂进行主要技术经济指标的简单比较,结果见表1。

铅富氧闪速熔炼法与基夫赛特法的不同之处:

1)主体设备配置不同。铅富氧闪速熔炼法的主体设备由闪速炉和还原贫化电炉二台分开的设备构成,取消烟化炉;基夫赛特法的主体设备由基夫赛特炉(分氧化区和电热还原区二部分)和烟化炉二台设备构成。

2)铅富氧闪速熔炼法的闪速炉反应塔为圆形,反应塔顶只设一个中央扩散型料枪,供料系统配置简单,料在塔内的分布比较均匀;基夫赛特法的反应塔为方形,反应塔顶设有多个料枪,加料系统复杂。

3)铅富氧闪速熔炼法的兰碳不随炉料加入而是单独加入,对兰碳含水要求简单,小于5%即可;基夫赛特法的兰碳和炉料一起混合加入,同样要求兰碳含水小于1%。

4)铅富氧闪速熔炼法的反应塔和上升烟道之间设有很宽的熔池面和渐压式铜水套压舌,能很好地缓冲高温气流对熔池顶部耐火材料的冲刷浸蚀,实现对熔池顶部耐火材料的挂渣保护;基夫塞特炉的反应塔和上升烟道之间距离很短,为预防含尘气体直接进入烟道,降低烟尘率,在反应塔和上升烟道之间设置了直插式的短隔墙。这虽然实现了下压气流的目的,但加大了气流对炉墙耐火材料的冲刷。同时,由于铅渣的熔点较低(~1100℃),而熔池的空间气体温度高达1350℃以上,熔池顶部挂渣困难,加之负压操作,熔池顶部漏风严重,耐火材料的热胀损毁也比较严重。

5)为避免黏渣层的形成,铅富氧闪速熔炼法采用薄渣层操作工艺,渣在熔池中的停留时间短,渣循环速度快,热传导效果好,反应塔熔炼温度(~1350℃)、熔渣温度(1100~1200℃)和底铅温度(~700℃)均较低,对耐火材料的浸蚀小,从铅虹吸口排出的铅温只有600~700℃,几乎没有铅雾产生,且粗铅含铜低;基夫塞特法则采用了厚渣层(1000~1350mm)、高渣温(~1350℃)和高铅温(~900℃)的操作条件,这不仅增大了电炉电能的消耗和耐火材料的浸蚀消耗,而且由于底铅温度高,粗铅排出炉体时产生的铅雾量也很大,粗铅含铜也很高。也由于铅富氧闪速熔炼法的熔炼温度和排铅温度较基夫赛特低,因此铅尘挥发更少,操作条件、劳动安全和工业卫生条件更好。

6)铅富氧闪速熔炼法在还原贫化电炉的操作中采用了喷吹压缩空气的措施,还原剂为价格低廉的粒煤,大大提高了铅、锌的还原效果,电炉渣含铅、锌最低可降至1%以下;基夫赛特炉的电热还原区熔渣几乎呈静止状态,采用焦粒做还原剂,漂浮在渣面的焦粒和熔渣的有效接触面小,锌还原效果很差(在~1350℃也只有~60%的锌被还原挥发),因此,特雷尔铅厂又重新设置了烟化炉回收锌。

7)铅富氧闪速熔炼法采用薄渣层、低铅温的操控条件,物料中的铜大部分以硫化物的形态在贫化电炉中富集,并形成冰铜相产出,外排电炉渣含铜小于0.1%,铜回收率大于85%。同时,由于冰铜层的存在,即便炉渣含锌降至2%以下,也不用担心铁的过还原(铁和冰铜相的硫化铅会产生置换反应);基夫赛特炉由于底铅温度高,铜溶解于粗铅中而不产生冰铜层,炉渣含铜0.2%~0.4%,后续的粗铅除铜负荷大。

8)铅富氧闪速熔炼法的闪速炉熔池设有二次补风装置,保证了烟道中烟气和烟尘的完全氧化和硫酸化,避免了烟气中残留CO和烟尘中残留PbS在余热锅炉对流区的二次燃烧和PbS烟尘的烧结结块,且烟尘率较基夫赛特法更低。

9)“大三明治”结构的反应塔使铜水套的使用量大幅降低,同时由于贫化电炉炉温较低,炉墙不使用铜水套,并取消了烟化炉,铅富氧闪速熔炼法的投资比基夫赛特法大幅降低。同等生产规模下的投资仅为基夫赛特法的60%。

2011年8月18日,由中国有色金属工业协会组织的科技成果鉴定会专家委员会一致认为[12]:“该项目技术先进、投资省、流程短、工艺稳定,铅冶炼系统综合能耗低,属重大技术创新,整体工艺技术处于世界领先水平,建议对该工艺进行大力推广应用。”

4结论

1)工业生产中取得的多项技术经济指标表明,铅富氧闪速熔炼新技术已经达到世界领先水平:一次铅还原率80%~90%、铅总回收率大于98%、金银回收率大于99.5%、铜回收率大于85%、锌回收率大于90%、脱硫率大于98%;弃渣含铅、锌小于2%(最低小于1%)、平均含银小于6g/t、含金小于0.1g/t、含铜小于0.1%;包括还原贫化电炉挥发锌的能耗在内,吨粗铅综合能耗约为213kgce;取消烟化炉,真正实现了铅、锌的一次回收。

2)采用清洁、高效的冶炼工艺是我国铅行业发展的必然。

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