粗铅冶炼富铅渣热态还原研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年6 期 1 7 粗铅冶炼富铅渣热态还原研究 皮国民1 ，贾著红2 1 ．江西理工大学南昌校区，江西南昌3 3 0 0 1 3 ；2 ．云南驰宏锌锗股份有限公司，云南曲靖6 5 5 0 0 0 摘要分析富铅渣还原熔炼的能源消耗、经济效益和工程建设等问题，讨论热渣还原的经济可行性和先 进性。 关键词富铅渣；热还原；鼓风炉还原 中图分类号T F 8 1 2文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 1 2 0 0 9J 0 6 一0 0 1 7 一0 3 S t u d yo nL e a dB u l l i o nS m e l t i n g R e d u c t i o no fH o tL e a d R i c hS l a g P IG u o m i n l ，JI AZ h u - h o n 9 2 1 ．J i a n g x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，N a n c h a n g3 3 0 0 1 3 ．C h i n a ； 2 ．Y u n n a nC h i h o n gZ i n ca n dG e r m a n i u mC o m p a n yL t d ．，Q u i i n g ，Y u n n a n6 5 5 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee n e r g yc o n s u m p t i o n ，e c o n o m i ce f f i c i e n c y ，e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o nf o rt h er e d u c t i o no fl e a d r i c hs l a garea n a l y s e d ，a n dt h ee c o n o m i cf e a s i b i l i t ya n da d v a n c e m e n tp r o p e r t yf o rs l a g - h o tr e d u c t i o na r ea l - S Od i s c u s s e d ． K e y w o r d s L e a d r i c hS l a g ；H o tr e d u c t i o n ；R e d u c t i o nw i t hb l a s tf u r n a c e 粗铅冶炼，传统的硫化铅精矿烧结鼓风炉 还原冶炼工艺，已经被国家强行淘汰，我国目前新建 或粗铅冶炼技改工厂，广泛采用底吹炉氧化熔 炼鼓风炉还原 S K S 和顶吹氧化熔炼鼓风 炉还原熔炼两种工艺D - 3 ] 。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，不利于节能减排，需要进一步完善。富 铅渣热态还原是粗铅冶炼工艺技术的进一步完善提 高。 1 目前直接炼铅生产现状和能耗分析 我国目前粗铅生产主要过程是氧化熔炼阶段， 硫化铅精矿等物料连续进入熔炼炉，高温烟气经过 余热锅炉回收热能，然后制取硫酸回收硫资源，同时 产出一次粗铅和品位在4 0 ％～4 5 ％的富铅渣，粗铅 直接进入精练系统；富铅渣经过冷却铸成大小1 0 0 作者简介皮国民 1 9 6 5 一 ，男，江西丰城人。副教授 ～1 5 0m m 渣块，送入鼓风炉进行再次还原，回收绝 大部分铅。 硫化铅精矿氧化鼓风炉还原熔炼主要的能 源消耗是还原段的焦炭消耗，氧化熔炼阶段基本实 现自热熔炼。表1 是不同时间段生产的能源消耗统 计 说明1 ．能耗主要指，熔炼过程中消耗的所有燃 料包括煤和油，综合能耗指包括燃料和水电压缩风 等，同时根据国家统一计算规则有余热利用的，扣除 回收的热能；2 ．在第二阶段的生产中，处理的物料 包括二次回收的渣料，铅品位只有2 5 ％，占物料总 量的3 0 ～3 5 ％ 。氧化熔炼燃料消耗很少，其高温 烟气通过余热锅炉进行回收，生产4 ．0M P a 的蒸 汽，送到发电站，与其他系统产生的蒸汽混合后进行 余热发电，再次回收利用；还原段鼓风炉产生的是 3 5 0 ℃的烟气，经过冷却降温处理后，再经过布袋收 尘器除尘后排空。中间只是产生0 ．7M P a 的低压 蒸汽，再次利用量比较少。从表中数据看出氧化段 燃料消耗少，更重要的是高温烟气热能的二次回收， 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年6 期 粗铅／‘ 燃料 标煤 ／t 每吨粗铅工序能耗 标煤 ／k g 每吨粗铅单化能耗 标煤 ／k g 每吨粗铅T 序综合能耗 标煤 ／k g 每吨粗铅综合能耗 标煤 ／k g 2 51 6 81 65 5 3 57 7 81 26 2 7 2 0 6 7 6 2 4 2 7 2 98 5 9 69 1 4 2 4 4 2 52 8 5 1 68 8 0 6 6 8 4 3 1 1 0 4 ．47 6 0 4 0 5 ．3 3 62 0 72 37 8 6 58 7 2 1 l4 4 6 1 6 Z4 8 l 2 8 9 1 0 9 ．25 6 3 ．2 2 8 9 ．2 2 富铅渣热还原的原理 硫化铅精矿氧化熔炼产生的高铅渣，与传统烧 结块有很大的不同，主要的差别是含铅高，物相不 同，渣块致密，高铅渣含铅则在4 0 ％～5 0 ％。目前 国内的氧化熔炼工艺不同，但产生的富铅渣结果差 别不大，表2 和表3 是生产中三个富铅渣化学和物 相分析结果 其中样品1 和2 是顶吹炉渣，样品3 是 还原熔炼中，还原过程是氧化铅和硅酸铅的还原，包 含了与还原剂固 铅的氧化物 一固 焦炭 或固 铅 的氧化物 一气 C 0 接触到液 熔融的铅的氧化 物 一固 炽热焦炭 或液 熔融的铅的氧化物 一气 C o 接触过程的；氧化铅被C 0 还原是其主要途 径，硅酸铅的还原一定是在有碱性氧化物 C a O 和 F e 0 参与下，主要在炉料熔化后发生。热态铅渣硅 酸铅和氧化铅都是易还原的氧化物，熔融的炉料有 底吹炉渣 。从物相分析看，富铅渣的物相组成以硅利于硅酸铅的还原，分析类似工艺过程，热态铅渣的 酸铅为主，氧化铅很少，同时磁铁含量高。在鼓风炉直接还原是可以实现的。 表2 富铅渣的化学成分 T a b l e2C h e m i c a lc o m p o n e n t so fl e a d - r i c hs l a g／％ 样品1 样品2 样品3 5 3 ．1 5 4 5 ．9 6 3 ．3 4 1 5 ．1 2 1 4 ．8 5 1 0 ．6 8 1 ．2 5 ．5 8 1 ．8 75 ．3 6 1 2 ．9 4 2 ．6 9 1 ．6 2 8 ．9 2 2 ．5 4 3 ．3 4 4 1 ．5 4 ’ 3富铅渣热渣还原的工业化研究和能 源消耗分析 富铅渣热还原试验已经开展很多，工业应用的 卧式炉热渣还原，获得较好的综合能耗和经济技术 指标。富氧顶吹炉氧化和还原交替作业也基本实现 热渣还原过程，侧吹炉还原和电热焦还原正在工业 试验。 从能源消耗分析，热渣还原有着明显的优势。 以热渣顶吹还原和鼓风炉还原进行对比分析。 富铅渣鼓风炉还原，焦炭热能主要是供给渣熔 化、渣还原、烟气损耗；热渣还原能源消耗主要是渣 还原、烟气损耗。富铅渣品位高 P b3 5 ％～4 5 ％ ， 熔点低，化渣的能源消耗是鼓风炉焦炭量的～1 5 ％， 烟气损耗是最大的差别。以还原1 2 ～1 3 ．5t ／h 富 铅渣 P b4 5 ％ 熔炼，鼓风炉还原需要焦炭1 ．4t ／h ， 折合标准煤是1 ．3 6t ／h ，产生4 0 0 ℃的烟气量约为 2 92 5 1m 3 ／h C 0 21 1 ．5 9 ％，0 29 ．2 ％ ，烟气带走的 热焓1 63 3 7M J ／h 。 顶吹炉热渣还原，消耗燃料煤3 ．0t ／h ，冶金炉 出口烟气温度13 0 0 ℃，烟气量3 50 0 0m 3 ／h C 0 z 1 6 ．2 0 ％，0 22 ．5 ％ ，热焓7 14 2 lM J ／h ；烟气经过余 热锅炉，出口烟气温度一般在不高于4 0 0 ℃，这时烟 气热焓是1 98 5 6M J ／h ，回收的热能为5 15 6 5M J ／ h ，折合标准煤17 5 9 ．4k g ／h 。 根据目前生产实际情况，热渣还原同时产生 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年6 期 1 9 4 ．0M P a 的蒸汽约1 0 ～1 3t ／h ，经过计算此时吨蒸 汽的标准煤折合系数是9 5 ．5 7 2 5k g ，回收热能相当 于10 9 9k g ／h 。系统能源消耗 扣除回收 是10 4 4 k g ／h 。 对比能源消耗。热渣还原是鼓风炉还原的 7 7 ％，也就是说富铅渣热渣还原可以节约能源2 3 ％ 左右。 4富铅渣热渣还原经济效益分析 在正常生产运行时，能源效益是主要的差别。 仍然以上述的两个系统为例，进行经济效益分析。 多数情况焦炭价格是燃料煤价格的2 倍以上。在某 实际生产中，焦炭价格约为15 5 0 元／t ，燃料煤价格 7 0 0 元／t ；鼓风炉燃料成本是21 7 0 元／h ，热渣还原 燃料成本是21 0 0 元／h ，回收的余热进行发电，平均 可以发电约9 5 0k W h ，约4 0 0 元。这样每年发电 减少电力费用约3 5 0 万元以上。随着能源供应的紧 张，焦炭和燃煤价格差距会更大，这种良好的效益会 更明显。 5 工程建设分析 两种还原熔炼的主体工程差别不大，辅助系统 差别大。鼓风炉还原占地面积较大，附属设备简单， 工程建设费用一般；热渣还原占地面积少，附属设备 多，牵涉锅炉、电除尘器以及配套的制水和发电系统 工程较复杂。根据我国生产的实际情况，氧化熔炼 的工厂多数配备有余热发电和制水系统，只是增加 扩容，工程费用增加幅度不很大。 顶吹炉在一个冶金炉内，周期性作业，交替完成 精矿氧化熔炼和富铅渣的热还原熔炼，大大节省工 程建设费用。但该工艺最大的缺陷是烟气成分变化 很大，常规的硫酸工艺不能适应，必须使用特殊的制 酸工艺。 6结束语 具有一定生产规模的粗铅生产，采用富铅渣的 热态还原技术具有很好节能效果，符合国家的节能 减排政策，具有很好的经济效益；如果规模比较小， 并且是单独的一个系统，工程费用的增加会降低经 济效益。 参考文献 [ 1 ] 周远翔，李栋．液态铅渣的直接还原技术[ A ] ．／／液态铅 渣热态还原专题研讨会E c ] ．2 0 0 9 ． E 2 3 重有色金属冶炼设计手册编委会．重有色金属冶炼设计 手册 通用工程常用数据卷 E M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 0 5 ． [ 3 ] 王吉坤，贾著红，沈立俊．富氧顶吹熔炼～鼓风炉还原炼 铅工艺[ A ] ．／／铅锌冶炼专题研讨会I t ] ．2 0 0 9 ． 万方数据