姚建明， 李東波

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

?

氧氣底吹工藝處理復(fù)雜鉛物料的生產(chǎn)實(shí)踐

姚建明， 李東波

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

簡述了氧氣底吹熔煉的原理及優(yōu)勢(shì)，論述了氧氣底吹工藝在處理高銅鉛精礦、復(fù)雜金精礦、鉛酸蓄電池、鋅浸出渣及高鋅鉛物料等復(fù)雜鉛物料上的應(yīng)用。

氧氣底吹熔煉； 復(fù)雜鉛物料； 鉛冶煉； 清潔生產(chǎn)

0 前言

我國是全球最大的鉛生產(chǎn)國與消費(fèi)國，由于高品位鉛原料短缺以及二次鉛物料尚無確保經(jīng)濟(jì)環(huán)?；厥盏墓に?，原料多樣化與復(fù)雜化已成為我國鉛冶煉行業(yè)面臨的新問題，給冶煉行業(yè)帶來極大的挑戰(zhàn)。

氧氣底吹熔煉技術(shù)憑借其明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于處理高銅鉛精礦、高鋅鉛精礦、復(fù)雜金精礦、鉛膏及鉛玻璃等二次鉛資源、鋅浸出渣等復(fù)雜鉛物料。該技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益，不僅有效地緩解了鉛冶煉行業(yè)面臨的資源短缺問題，同時(shí)解決了二次鉛物料的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題。

1 氧氣底吹熔煉工藝

1.1 氧氣底吹熔煉的原理

鉛精礦、復(fù)雜鉛物料、熔劑等按照一定的比例混合制粒后，加入氧氣底吹爐進(jìn)行氧化熔煉，熔煉過程基本實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)o碳冶煉，僅在配入大比例雜料后熱平衡不能保證時(shí)加入少量碎煤。冶煉分為兩個(gè)過程，即物料完成相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，完成爐料熔化過程，而后完成造渣及渣鉛澄清分離過程。

氧氣底吹爐內(nèi)的熔體在底部噴槍噴入氣體劇烈攪拌下處于有序翻滾狀態(tài)，含鉛粒料入爐后落在熔體表面迅速卷入熔體并被氧化熔化，從而大大降低了PbS的揮發(fā)量。期間發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)是氧與PbS及碎煤中的可燃物的氧化反應(yīng)、 PbO與PbS的交互反應(yīng)以及硫酸鹽的分解反應(yīng)。鉛液形成后，鉛作為載體發(fā)生鉛的氧化反應(yīng)，并伴有FeS2、ZnS的氧化及造渣反應(yīng)。主要反應(yīng)式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

1.2 氧氣底吹熔煉的優(yōu)勢(shì)

氧氣底吹熔煉技術(shù)自2002年第一條生產(chǎn)線投產(chǎn)以來，因其有效解決了鉛冶煉SO2及鉛塵嚴(yán)重污染問題，且大幅度提高了硫的利用率，降低了噸鉛加工成本，在我國迅速推廣[1]。目前建成投產(chǎn)與在建的氧氣底吹熔煉生產(chǎn)線達(dá)40余條，設(shè)計(jì)產(chǎn)能超過360萬t/a，占到了全國礦鉛總產(chǎn)能的85%以上。氧氣底吹煉鉛技術(shù)的開發(fā)，引領(lǐng)了全球鉛冶煉行業(yè)的技術(shù)革命。

氧氣底吹熔煉技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有：

(1)對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)?？商幚砀鞣N品位的鉛精礦，同時(shí)可搭配處理各種二次鉛原料。

(2)能耗低。采用純氧熔煉，在搭配低比例二次鉛物料情況下可實(shí)現(xiàn)完全自熱熔煉，無需配入燃料補(bǔ)熱。

(3)操作控制簡易，技術(shù)成熟可靠安全。

2 氧氣底吹工藝在處理復(fù)雜鉛物料上的應(yīng)用

2.1 處理高銅鉛精礦

對(duì)于鉛精礦的含銅量，各冶煉企業(yè)都有嚴(yán)格的控制指標(biāo)，一般以1.5%為上限。最初氧氣底吹爐對(duì)原料含銅有著更為嚴(yán)格的要求，如河南某煉鉛企業(yè)曾要求氧氣底吹爐入爐物料銅含量不得高于0.5%[2]。隨著冶煉利潤空間的縮小，企業(yè)不斷探索處理低品質(zhì)含銅高的鉛精礦，將綜合回收銅作為企業(yè)盈利增長點(diǎn)。

云南A廠自有礦山所產(chǎn)的高銅低品位鉛精礦含Pb 28.9%～45.9%、Cu 3.73%～12.0%，主金屬品位低，含銅之高在國內(nèi)同行業(yè)極為少見。企業(yè)曾嘗試直接冶煉高銅低品位鉛精礦，雖然加強(qiáng)生產(chǎn)操作，氧氣底吹爐可以運(yùn)行，但粗鉛產(chǎn)出量極少，無法發(fā)揮其實(shí)際功效，大部分粗鉛的生產(chǎn)需由后段還原爐完成。后該廠將不同物料進(jìn)行搭配，適量降低了入爐物料含銅。入爐混合精礦成分為(%)：Pb 51.38，Zn 4.32，Cu 2.34，S 19.60，F(xiàn)e 10.09，SiO24.11，CaO 0.66。氧氣底吹爐的主要技術(shù)條件控制：加料量18～20 t/h，氧料比160～180 m3/t，爐膛溫度1 100～1 150 ℃。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：一次沉鉛率40%，高鉛渣含鉛35%～40%，高鉛渣殘硫<1.5%[3]。

云南B廠充分發(fā)揮氧氣底吹熔煉技術(shù)優(yōu)勢(shì)，搭配處理含Cu 20%左右的銅精礦，控制入爐物料含Cu 2%以上，生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)良好，技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

鉛物料含銅高會(huì)對(duì)煉鉛工藝環(huán)節(jié)帶來不利影響，因此，備料時(shí)物料必須混合均勻，以免鉛精礦成分波動(dòng)大對(duì)鉛品位和造渣成分造成較大影響。生產(chǎn)中鉛虹吸口崗位要及時(shí)撈出浮渣，觀察虹吸口液面動(dòng)向，避免虹吸口堵塞。

2.2 處理復(fù)雜金精礦

過去我國大量的含砷硫銻等有害雜質(zhì)較高的復(fù)雜金精礦大都采用傳統(tǒng)的氰化工藝，金回收率較低，約85%，造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)，同時(shí)提金尾渣堆存殘留氰化物影響環(huán)境。

山東某廠利用粗鉛富集金銀的特性，以粗鉛為載體，搭配處理復(fù)雜金精礦、高鉛高銀雜礦及提金尾渣等(見表1)，綜合回收金、銀、鉛、鋅等有價(jià)金屬。

表1 含金物料主要化學(xué)成分

為了提高金銀回收率，該廠實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)原料情況，一般搭配復(fù)雜金精礦15%～20%、高鉛高銀雜礦25%～35%、提金尾渣5%～10%，混合物料含Pb～45%，Au>14 g/t，Ag>900 g/t。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，氧氣底吹鉛冶煉工藝處理復(fù)雜金精礦，金的總回收率高于95%(含后續(xù)工藝)，較氰化浸出工藝提高至少10個(gè)百分點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益顯著。

2.3 處理鉛酸蓄電池

由于鉛的社會(huì)積存總量逐年增多，再生鉛在鉛工業(yè)中的地位變得越來越重要。受市場(chǎng)、回收渠道等因素的影響制約，再生鉛企業(yè)絕大部分規(guī)模不大、技術(shù)裝備落后，普遍存在環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問題。

為解決再生鉛行業(yè)的污染問題，促進(jìn)鉛的循環(huán)利用，緩解由冶煉規(guī)模擴(kuò)張引起的原料緊缺問題，河南A廠率先引進(jìn)意大利安奇泰克廢舊蓄電池CX集成預(yù)處理技術(shù)，與氧氣底吹煉鉛工藝進(jìn)行集成創(chuàng)新[4]，利用原生鉛生產(chǎn)的技術(shù)裝備，在經(jīng)濟(jì)環(huán)保處理再生鉛物料方面取得重大突破。

廢舊鉛酸蓄電池物理分選產(chǎn)出的鉛膏組成為(%)：PbSO4～65、PbO2～28.5、PbO～4.5、Pb～0.6、Sb～0.5，其與硫化鉛精礦混合配料后，直接送氧氣底吹爐熔煉，鉛膏中的PbSO4、PbO可與鉛精礦中的PbS發(fā)生交互反應(yīng)，提高一次沉鉛率，當(dāng)鉛精礦中硫化物氧化發(fā)熱不足以維持底吹爐熔煉所需溫度時(shí)，可配入適量的硫金礦或碎煤。生產(chǎn)實(shí)踐表明，鉛膏的配入比例可達(dá)40%以上，但配入的燃料相對(duì)較高。受鉛膏供應(yīng)量制約，實(shí)際生產(chǎn)中一般配入鉛膏～20%，根據(jù)混合料特點(diǎn)配入適量碎煤。

河南B廠為了緩解鉛精礦緊缺的壓力，搭配處理鉛膏、含鉛玻璃、煙灰及含鉛雜料，利用含銀硫鐵礦補(bǔ)熱，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。物料成分見表2。

表2 廢舊鉛酸蓄搭配處理入爐物料化學(xué)成分

%

目前不少氧氣底吹煉鉛廠，將鉛膏、含鉛玻璃等二次鉛資源配入礦鉛精礦進(jìn)行底吹熔煉，高溫脫硫，該冶煉模式優(yōu)化了鉛原料結(jié)構(gòu)，尤其是處理鉛玻璃還可以降低SiO2熔劑的加入量，降低渣率，提高鉛二次資源的回收利用率，為二次含鉛物料清潔、高效綜合利用提供了有效途徑。

2.4 處理鋅浸出渣

鋅浸出渣是濕法煉鋅過程中產(chǎn)出的一種含Pb、Zn、Cu、Ag等有價(jià)金屬的固態(tài)渣(本文特指氧化鋅煙塵的浸出渣和熱酸浸出的鉛銀渣)，由于含有硫酸根及重金屬，屬于危廢渣，堆存需要進(jìn)行“三防”處理，費(fèi)用高，且給環(huán)保造成壓力，同時(shí)也造成資源浪費(fèi)。

云南某廠采用氧氣底吹爐高比例處理鋅浸出渣[5]，利用氧氣底吹爐強(qiáng)化熔煉的特點(diǎn)，通過配入硫化物(或碎煤)維持冶煉的熱平衡，精確控制氧化氣氛，使高比例配入的鋅浸出渣能在氧氣底吹爐內(nèi)完成分解、脫硫、造渣等化學(xué)反應(yīng)。生產(chǎn)中鋅浸出渣配入比例均高于30%，一般維持在～50%，典型的生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表3。主要技術(shù)條件控制為：加料量10～13 t/h，氧料比135～155 m3/t，熔池溫度1 035～1 089 ℃。

國外某鉛廠將其浸出渣在我國進(jìn)行了氧氣底吹熔煉技術(shù)處理工業(yè)化試驗(yàn)，原料成分見表4。根據(jù)原料特點(diǎn)配入約2.0%發(fā)熱值較低的煙煤補(bǔ)熱，配入石灰石調(diào)整渣型，控制Fe/SiO2=1.1、CaO/SiO2=0.4，熔池溫度基本維持在1 050 ℃左右。結(jié)果表明，配入高比例浸出渣時(shí)冶煉過程可以連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，控制富鉛渣含鉛在35%～40%的情況下可以產(chǎn)出少量粗鉛。

表3 鋅浸出渣搭配處理物料化學(xué)成分

表4 鋅浸出渣搭配處理工業(yè)試驗(yàn)原料化學(xué)成分

鉛精礦搭配鋅浸出渣處理，既緩解了礦鉛原料緊缺的問題，又有效解決了環(huán)境污染問題，同時(shí)還可取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該模式可為鉛鋅聯(lián)合企業(yè)的最佳選擇。

2.5 處理高鋅物料

鉛精礦中鋅元素不計(jì)價(jià)，在鉛冶煉過程中綜合回收鋅，能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。高鋅鉛原料的處理過去只能采用ISP，而ISP工藝的燒結(jié)鼓風(fēng)爐能耗高、環(huán)保壓力大。

高鋅鉛精礦的物質(zhì)組成主要為方鉛礦、閃鋅礦及脈石，湖南某廠進(jìn)行了氧氣底吹工藝處理高鋅鉛精礦的工業(yè)試驗(yàn)[6]，所處理的高鋅精礦的主要成分為(%)：Pb 53.86，Zn 13.15，Cu 0.11，F(xiàn)eO 3.53，SiO211.95，CaO 0.61，S 19.76，As 0.3，Sb 0.9，同時(shí)搭配少量高品質(zhì)鉛精礦，控制入爐粒料含鋅在10%以內(nèi)。鋅主要以氧化鋅賦存形態(tài)進(jìn)入熔渣，而較多的氧化鋅導(dǎo)致爐渣的熔點(diǎn)升高，渣發(fā)粘，不利于金渣有效分離及爐渣排放。為了維持爐渣的流動(dòng)性，需控制較高的氧料比。生產(chǎn)實(shí)踐表明，合理控制工藝參數(shù)，利用底吹爐處理高鋅鉛精礦完全可行，入爐粒料含鋅控制在7.5%以內(nèi)，底吹爐沉鉛率可達(dá)40%以上。

河南某廠利用氧氣底吹煉鉛工藝搭配處理高鋅鉛精礦、高鋅浸出渣及含鉛高鋅煙灰等，典型物料成分見表5。實(shí)際生產(chǎn)中入爐物料含鋅>10%，產(chǎn)出的高鉛渣含鋅有時(shí)可達(dá)20%以上。實(shí)踐證明，控制合理渣型及熔煉溫度，底吹爐處理高鋅鉛物料運(yùn)行穩(wěn)定，若入爐物料含鋅過高，后續(xù)的還原爐操作難度將增大，存在熔煉溫度控制、還原深度控制及上升煙道易積灰等問題，需特殊處理。

表5 高鋅鉛物料化學(xué)成分 %

3 結(jié)語

氧氣底吹熔煉技術(shù)已歷經(jīng)十余年的市場(chǎng)檢驗(yàn)，其明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，尤其在處理復(fù)雜鉛物料方面取得的革命性突破，被市場(chǎng)廣泛認(rèn)可與應(yīng)用。該技術(shù)在產(chǎn)能高速增長的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及環(huán)保效益。

[1] 蔣繼穆.國內(nèi)外鉛冶煉技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].有色冶金節(jié)能,2013,(3):4-8.

[2] 王擁軍,王新紅.氧氣底吹煉鉛在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用[A].全國鉛鋅冶金技術(shù)及生產(chǎn)裝備研討會(huì)論文集[C].2008.68.

[3] 徐培倫.氧氣底吹爐處理高銅鉛精礦的生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國有色冶金,2009,(3): 29-32.

[4] 杜新玲.河南豫光金鉛富氧底吹處理廢鉛酸蓄電池生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬工程,2013,3(5): 33-36.

[5] 徐培倫,韓開遠(yuǎn),吳飛等.利用氧氣底吹爐高比例處理鋅浸出渣的方法:中國.CN 101985695A[P], 2011.3.16.

[6] 陳學(xué)興,劉繁.富氧底吹工藝處理高鋅鉛精礦的工業(yè)試驗(yàn)[J].中國有色冶金,2014,(2):14-16.

Practice of treating complex lead-bearing materials with oxygen bottom-blowing process

YAO Jian-ming， LI Dong-bo

This paper describes the principle and advantages of the oxygen bottom-blowing process in brief, discusses the application of oxygen bottom blowing process in treatment of complex lead-bearing materials， such as high-copper lead concentrate, complex gold concentrate, lead-acid batteries, zinc leaching residue and high zinc lead material etc.

oxygen bottom-blowing smelting; complex lead-bearing materials; lead smelting； clean production

姚建明(1982—)，男，江西玉山人，碩士學(xué)歷，工程師，主要從事鉛鋅冶煉工程咨詢及設(shè)計(jì)工作。

2014-- 10-- 14

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] B [文章編號(hào)] 1672-- 6103(2015)02-- 0030-- 04