液态高铅渣直接还原试验研究.pdf

1 0 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 4 ．0 0 3 液态高铅渣直接还原试验研究 李卫锋1 ’2 ，杨安国2 ，陈会成2 ，张传福1 1 ．中南大学冶金科学与工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 ；2 ．河南豫光金铅股份有限公司，河南济源4 5 4 6 5 0 摘要以豫光氧气底吹炉所产高铅渣为原料，配入碳质还原剂，在高温熔融态下还原高铅渣中的铅，并对 还原过程进行了系统研究。结果表明，最佳还原条件为还原温度11 5 0 ℃、还原时间1h 、还原剂率 3 ．5 ％。在上述条件下，高铅渣还原进行得较彻底，渣含铅可降到3 ％左右。 关键词高铅渣；煤粒还原剂；熔融态直接还原；渣含铅 中圈分类号T F 8 1 2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1J 0 4 一0 0 1 0 0 4 T e c h n o l o g yS t u d yo nD i r e c tR e d u c t i o no fL e a d - R i c hS l a g L IW e i f e n 9 1 ”，Y A N GA n g u 0 2 ，C H E NH u i c h e n 9 2 ，Z H A N GC h u a n f u l 1 ．C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．H e n a nY u g u a n gG o l d L e a dC o ．，L t d ．。J i y u a n4 5 4 6 5 0 ，C h i n a A b s t r a c t An e wp r o c e s sf o rr e d u c i n gl e a dw i t hc a r b o n a c e o u sr e d u c i n ga g e n ta th i g ht e m p e r a t u r ef r o mY u g u a n gl e a d r i c hs l a gh a sb e e ni n v e s t i g a t e d ．T h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n d i c a t e di nt h er e s u l t sa r et h a tt h er e - d u c t i o np r o c e s si sc o n d u c t e da t1 15 0 ℃f o r1hw h i l e3 ．5 ％c a r b o n a c e o u sr e d u c i n ga g e n ti sa d d e d ．U n d e r t h ea b o v ec o n d i t i o n s ，l e a d r i c hs l a gi sr e d u c e dc o m p l e t e l y ，a n ds l a gc o n t a i n i n gl e a dc a nd r o pt o3 ％． K e yw o r d s L e a d r i c hs l a g ；C a r b o n a c e o u sr e d u c i n ga g e n t ；L i q u i ds l a gd i r e c tr e d u c t i o n ；L e a di ns l a g 1 研究背景 为解决铅冶炼污染问题，我国先后引进了Q S L 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，国外规模生产也表明其综合能 耗较高，另外，在同一炉子内同时实现两个截然相反 的过程[ 1 ] ，不论从冶炼气氛维护，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 在同一炉内分阶段实现。氧化和还原段分开并在不 同反应器内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，结合国内生产 实际，与传统工艺集成嫁接，用熔池技术替代烧结工 艺，解决了过程中S 0 和粉尘污染问题，实现了稳 定连续生产。 尽管氧气底吹鼓风炉还原工艺因投资省、 能耗低、环保好、金属直收率高、生产成本低等特点 得到迅速推广，浸没顶吹鼓风炉还原法也取得 了良好效果。但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 1 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， 2 高铅渣铸块、储运时粉尘飞 扬，污染严重【2 J 。在发展绿色经济、循环经济、低碳 经济的新形势下，如何充分利用液态渣潜热，替代鼓 风炉工艺，实现直接还原的创新，开发一种符合国情 的低碳环保炼铅新技术，实现炼铅产业的绿色化技 术升级，成了业界关注的课题。 2基本原理 2 ．1 高铅渣成分 高铅渣与烧结块的最大不同是含铅高；高铅渣 的物相以硅酸铅为主，可达5 0 ％以上，氧化铅则相 作者简介李卫锋 1 9 6 5 一 ，男，河南淮阳人，高级工程师，在读博士，总工程师 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 对减少。表1 为国内高铅渣与烧结块的典型成分。 表1国内典型的高铅渣与烧结块的化学成分 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fd o m e s t i ct y p i c a ll e a d r i c hs l a ga n ds i n t e r i n ga g g l o m e r a t e ／％ 2 ．2 液态高铅渣直接还原原理 鼓风炉还原时，氧化铅被C 0 还原是主要途径， 熔融态的硅酸铅还原需在碱性氧化物 C a O 和 F e O 参与下，才能与还原剂或C 0 有良好接触，完 成还原反应。由于固体氧化铅和液体氧化铅都是易 还原的氧化物，而熔融高铅渣又有利于硅酸铅的还 原，所以液态渣还原比固态渣容易进行。液态铅渣 还原过程中，包含液 熔融的铅的氧化物 固 炽热焦炭 、液 熔融的铅的氧化物 气 C 0 两 个反应过程，其中液固反应占主导地位，且反应 速度快，高温下能短时间完成。为降低渣含铅，加快 还原反应速度，熔炼时也需加入适当的熔剂调整渣 型【3 ] 。总之，从还原热力学、动力学分析与各种直接 炼铅工艺实践来看，液态铅渣直接还原的工艺机理 是可以实现的。 C P b O P b C O C 0 P b O P b C 0 2 P b O S i 0 2 C P b C O S i 0 2 P b 0 S i 0 2 C O P b C 0 2 S i 0 2 3 试验方法与结果 3 ．1 试验室静态试验 考察还原剂量、温度及反应时间对还原效果的 影响，考察液固还原反应进行的速度、彻底程度 等。 3 ．1 ．1 试验原料 试验所用高铅渣主要为氧化铅和硅酸铅状态， 化学成分 ％ P b5 2 、Z n O5 ．6 、C u0 ．7 、F e O1 5 ．2 、 S i 0 21 1 ．4 、C a O4 ．5 、S0 ．4 、A s0 ．6 、S b0 ．7 。含固碳 7 5 ％的粒状无烟煤 以下简称为煤粒 。 3 ．1 ．2 试验方案 选用1 2k W 电炉加热，试验过程中控制温度在 9 5 0 ～12 5 0 ℃，将4 0 0g 高铅渣粉与煤粒等辅料盛 进坩埚中，然后放入电炉进行加热还原，热还原时间 控制1 ～2h ，其中煤粒的粒度5m m 左右，配入量为 高铅渣量的2 ％～9 ％。还原后称量分析粗铅和终 渣。 3 ．1 ．3 还原条件试验及结论 3 ．1 ．3 ．1 还原剂用量试验 固定还原温度为11 5 0 ℃，还原时间6 0r a i n ，调 整还原煤用量2 ％～4 ％，观察熔化、还原过程，分析 渣含铅变化，确定还原剂用量。试验结果见表2 。 表2不同还原剂量的还原试验结果 T a b l e2R e d u c t i v et e s tr e s u l t sa td i f f e r e n tr e d u c t a n td o s e s 从表2 可看出，当还原煤用量在2 ．5 ％以下时， 渣铅较高，随着煤量减少，终渣含铅增加，当还原煤 用量达到3 ．5 ％时，渣含铅可控制到3 ％左右。 3 ．1 ．3 ．2 还原温度条件试验 固定还原时间6 0m i n ，还原煤用量3 ．5 ％，调整 熔炼温度在l1 0 0 ～I2 5 0 ℃，观察熔化、还原过程， 试验结果见表3 。 表3 不同温度的还原试验结果 T a b l e3R e d u c t i v et e s tr e s u l t sa td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 万方数据 1 2 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 由表3 可知，11 0 0 ～12 5 0 ℃温度下还原效果 均较好，但11 0 0 ℃时渣含铅稍高；11 5 0 ～12 0 0 ℃ 时，渣含铅较低。 3 ．1 ．3 ．3 还原时间条件试验 固定还原温度为11 5 0 ℃，还原煤用量3 ．5 ％， 调整还原时间在3 0 ～7 0m i n ，试验结果见表4 。 表4 不同还原时间的试验结果 T a b l e4R e d u c t i v et e s tr e s u l t sa td i f f e r e n tt i m e 从表4 可看出当还原时间在3 0 ～4 0r a i n 时， 渣发粘，流动性不好，渣含铅较高；还原时间在5 0 ～ 7 0m i n 时，还原进行得较彻底，渣含铅较低，渣流动 性较好。 3 ．1 ．3 ．4 静态试验优化条件确定 根据小试试验结果，可得如下优化条件还原时 间6 0r a i n ，温度11 5 0 ℃，还原煤用量3 ．5 ％，在此 条件下时，高铅渣还原进行得较彻底，渣含铅较低， 渣流动性较好。 3 ．2 半工业试验研究 静态试验验证了液态渣直接还原的可行性，确 定了直接还原的最优条件后，我们进行了半工业试 验，采用了竖炉、卧式炉2 种装备，进行了氧气与焦 粒、煤粒、天然气、发生炉煤气等不同组合的还原工 艺研究，2 0 0 7 年确定了在卧式底吹还原炉中采用 “氧气 天然气 焦粒”组合的液态渣直接还原工 艺。表5 是豫光金铅近年来液态渣直接还原试验的 具体进展情况。 表5液态高铅渣直接还原试验情况 T a b l e5T e s to fl i q u i dl e a d - r i c hs l a gd i r e c tr e d u c t i o n 3 ．3 试验结果 半工业试验研究表明，直接加液态高铅渣到卧 式底吹还原炉中，用煤粒作还原剂，天然气为燃料， 维持还原温度在11 5 0 ～12 0 0 ℃，反应3 0 ～7 0 m i n ，用少量的煤粒替代昂贵的焦炭，即可达到较好 的还原效果，终渣含铅可降到3 ％左右，每吨粗铅综 合能耗降到2 3 0k g 标准煤。 3 ．4 液态渣直接还原工业化试验的可行方案 液态渣直接还原技术可用煤粒替代冶金焦，取 消鼓风炉熔炼，实现高铅渣的直接还原，与富氧底吹 炉氧化段一起，形成完整的直接炼铅工业化生产系 统。液态渣直接还原工业化的可行工艺流程见图 1 。 具体技术方案为铅精矿、石灰石、石英砂等混 合配料后，送入氧气底吹炉熔炼，产出粗铅、液态高 铅渣和含尘烟气。液态高铅渣直接入卧式还原炉， 底部喷枪送入天然气和氧气，上部设加料口，加入煤 粒和石子。天然气和煤粒氧化燃烧放热用来维持还 原反应所需温度，在气体搅拌下，进行高铅渣的还 原，产出粗铅和炉渣，采用间断进、放渣的作业方式。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 1 3 4 结论及建议 烟气 。_ 丁 排空 图l液态渣直接还原工艺流程图 F i g ．1 P r o c e s sf l o ws h e e to fl i q u i ds l a gd i r e c tr e d u c t i o n 机模拟与理论分析[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，1 9 9 7 1 1 2 1 5 ． 1 液态高铅渣直接还原技术理论上可行，经济 合理，还原速度快，反应时间短，节能效果明显； 2 液态高铅渣直接还原技术可有效地解决液 态高铅渣潜热浪费和转运时的粉尘飞扬等问题，提 高回收率和资源利用率，降低能耗，替代鼓风炉，实 现清洁生产。 参考文献 [ 1 ] 张传福，谭鹏夫，曾德文，等．Q S L 直接炼铅过程的计算 [ 2 ] 李卫锋，张晓国，郭学益，等．我国铅冶炼的技术现状及 进展[ J ] ．中国有色冶金，2 0 1 0 2 1 9 2 3 ． [ 3 ] 周远翔，李栋．液态铅渣的直接还原技术[ C ] ．中国有 色金属学会重冶学委会锌加压浸出工艺与装备国产化 及液态铅渣直接还原专题研讨会论文集，2 0 0 9 1 7 ． 万方数据