鄭劍平

（江西金德鉛業(yè)股份有限公司，江西 德興 334202）

隨著國內(nèi)環(huán)境問題的不斷嚴重，國家對節(jié)能減排于清潔生產(chǎn)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的底吹爐-鼓風(fēng)爐冶煉工藝對環(huán)境的危害、能耗高逐漸凸顯，例如冶煉過程中的高鉛渣具有較大熱能，但卻不能得有效利用，同時冶煉所使用的焦炭價格逐年升高，使得煉鉛成本處于高位[1]。鑒于目前的環(huán)保形勢，利用節(jié)能環(huán)保降耗的生產(chǎn)工藝勢在必行，本文以江西金德鉛業(yè)股份有限公司的富氧側(cè)吹煉鉛工藝為例，對其工藝特點和冶煉過程進行分析。

1 富氧側(cè)吹煉鉛工藝原理

1.1 氧氣底吹爐熔煉原理

氧氣底吹熔煉是熔池熔煉，經(jīng)配料制粒的混合料從底吹爐頂部加入，氧氣從底部氧槍中吹入引起熔體攪拌，;混合料中的金屬硫化物在渣液層發(fā)生氧化、造渣、沉鉛反應(yīng)，生成金屬氧化物和二氧化硫及液態(tài)鉛液珠，并釋放大量熱使氧化反應(yīng)繼續(xù)下去；進行化學(xué)反應(yīng)如：

PbS+O2=Pb+SO2+202kJ

PbS+1.5O2=PbO+SO2+420kJ

PbS+2PbO=3Pb+SO2-217kJ

PbO+SiO2=PbO·SiO2+11kJ

2FeS＋3O2＋SiO2＝2FeO·SiO2＋2SO2↑

CaCO3=CaO+CO2↑

2FeO·SiO2＋CaO＋2PbO=2PbO·CaO·2FeO·SiO2

對精鉛礦的氧化熔煉是為了使精鉛礦熔化，然后通過反應(yīng)分解硫化鉛，進而產(chǎn)生粗鉛以及存留于熔融渣中的氧化鉛，此過程會排出二氧化硫濃度高的廢氣，廢氣排入余熱鍋爐中，經(jīng)余熱回收等一系列過程處理后，制取工業(yè)用濃硫酸，這樣就使二氧化硫得到再次利用。

1.2 富氧側(cè)吹爐熔煉原理

從氧氣底吹熔池出來的熱渣含有約1050℃的顯熱，直接通過渣流槽直接流入側(cè)吹還原熔煉爐；再從側(cè)吹爐側(cè)面風(fēng)眼內(nèi)鼓入一定濃度的富氧無油壓縮空氣，和頂部加料口加入無煙煤；使碳在熔池中燃燒，燃燒過程中產(chǎn)生的高溫，可以為爐內(nèi)提供能量，同時產(chǎn)生的一氧化碳等還原氣體，可用于鉛的還原過程，進行化學(xué)反應(yīng)如下[1]：

PbO+C=Pb+CO-108kJ

PbO+CO=Pb+CO2+82kJ

CO2+C=2CO-165kJ

進行還原熔煉主要是把熔融渣中的氧化鉛還原為單質(zhì)金屬鉛，逐步與爐渣分離，產(chǎn)生粗鉛，排出的爐渣含鉛量低于2.0%，排出煙氣中的二氧化硫含量大幅降低，經(jīng)過進一步脫硫處理后即可達到排放標準。

2 技術(shù)特點

（1）富氧側(cè)吹爐具有較低能耗，冶煉中的煙氣與二氧化硫排放量低于其它工藝，冶煉過程中側(cè)吹還原爐排放的煙氣量為相同規(guī)模鼓風(fēng)爐的不到3成，而二氧化硫排放量僅占鼓風(fēng)爐1成。同時其工藝流程簡單，產(chǎn)生灰塵較少，這樣就保證了鉛塵不發(fā)生明顯的彌散，相關(guān)測試表明，一線操作崗位的鉛含量不到0.03mg/m3[2]。

（2）側(cè)吹還原爐渣中含有的鉛不到2%，低于鼓風(fēng)爐的3%～4%，鉛回收率方面來看，側(cè)吹還原爐是97.1%，鼓風(fēng)爐鉛則僅為95.5%[3]。

（3）常將側(cè)吹還原爐、煙化爐及熔煉爐安裝于較近位置，一方面去除了鼓風(fēng)爐上料及熱渣鑄造系統(tǒng)，同樣也減少了建筑面積。

圖1 富氧側(cè)吹爐結(jié)構(gòu)示意圖

（4）側(cè)吹爐的爐身由銅質(zhì)水套圍成矩形，靠銅水套工作面上形成的冷凝爐渣層來抵御爐渣的沖刷和腐蝕，其使用壽命在5年以上。盡管銅水套比用耐火磚襯里的熱損量大，但冶煉單位能耗仍可維持在較低的水平。因為高床能力和高氧鼓風(fēng)使得煙氣體積大大減少，煙氣帶走的熱量大大降低。

3 富氧側(cè)吹爐的結(jié)構(gòu)

金德鉛業(yè)股份有限公司采用中聯(lián)公司的富氧側(cè)吹爐由4層水套構(gòu)成，其中的2層為銅質(zhì)冷卻水套，另外2層為襯有耐火材料的鋼制水套，側(cè)吹爐的橫截面為矩形（圖1）。從下到上，整體可將爐子分成三部分：爐缸、爐身、爐頂。其中，爐身由熔池區(qū)和再燃燒區(qū)組成，爐身兩側(cè)配有熔池下風(fēng)口以及再燃燒上風(fēng)口。側(cè)吹爐一端設(shè)有加料室，另一端設(shè)有渣虹吸井與虹吸放鉛口。為了方便形成熔池，放渣口比下風(fēng)口位置偏高一些。鋼槽采用鋼板焊接而成，其內(nèi)部使用鎂鉻磚砌成，爐底為倒拱形結(jié)構(gòu)，在爐缸的上沿部位添加水平鋼板用以支承下層水套。爐缸是實現(xiàn)渣鉛分層的主要場所，通過虹吸道分別排出粗鉛和渣[4]。

在水平方向上，熔池區(qū)包含了熔煉室與加料室，二者被規(guī)格為65×65mm的水冷方型銅管隔墻分隔開來，隔墻留有通道。富氣空氣由爐底下層的水套風(fēng)口通入熔池，熔體在富氧空氣的作用下發(fā)生鼓泡、膨脹，依次由上通道涌入加料室，與爐料互相裹挾后由下通道進入風(fēng)口區(qū)發(fā)生熔煉反應(yīng)。

為了防止爐氣帶出過多的爐料與噴沫，主加料口底部備有隔墻，中層水套略微向外傾斜，加寬爐子的寬度，這樣就降低了爐氣上升速度以及煙塵量得到減少。再燃燒區(qū)的兩側(cè)配備有再燃燒風(fēng)口，這樣可以使爐氣中含有的Pb、PbS、S、CO等物質(zhì)在此發(fā)生氧化反應(yīng)[5]。

爐頂有加料室爐頂和熔煉室爐頂，均為鋼質(zhì)水套內(nèi)襯耐火涂層。加料室爐頂設(shè)主加料口，熔煉室爐頂設(shè)有輔加料口和排煙口[6]。

4 富氧側(cè)吹爐生產(chǎn)技術(shù)實例分析

江西金德鉛業(yè)股份有限公司，自從2015年7月側(cè)吹爐投產(chǎn)試生產(chǎn)，在之后的三個月里富氧側(cè)吹爐工作狀態(tài)良好，生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)，每天吹煉爐數(shù)穩(wěn)定在11爐左右，其中入爐高鉛渣量大于15000噸/月，粗鉛產(chǎn)量也超過了7000噸/月，月平均渣含鉛低于2.0%。實際生產(chǎn)中可以采取提高高鉛渣中的鉛品位以及富氧側(cè)吹還原爐處理量來提高粗鉛的產(chǎn)量。富氧側(cè)吹還原爐煉鉛工藝的經(jīng)濟指標與鼓風(fēng)爐煉鉛工藝對比如表1所示。由表1可以看出，采用側(cè)吹還原爐技術(shù)金屬回收率均高于鼓風(fēng)爐，其中銅的回收率提高最為明顯，較鼓風(fēng)爐提高20%左右。粗鉛生產(chǎn)能力也有較大幅度提高。

表1 富氧側(cè)吹還原爐與鼓風(fēng)爐技術(shù)指標對比

5 結(jié)語

目前來看，富氧側(cè)吹爐煉鉛技術(shù)已發(fā)展的較為成熟，且安全可靠，具有較強的實用性，優(yōu)異的節(jié)能環(huán)保性能。中聯(lián)富氧側(cè)吹爐還原高鉛渣在國內(nèi)鉛行業(yè)已有多家企業(yè)采用，取得了行業(yè)的認可?，F(xiàn)已在國內(nèi)某廠開始富氧側(cè)吹爐取代煙化爐的工業(yè)實驗，它的優(yōu)點是取消粉煤系統(tǒng)，采用富氧技術(shù)，煤率可下降30%～45%，同時可提高煙化的安全性，提高氧化鋅粉的質(zhì)量。可處理熱態(tài)的含鋅物料，也可以處理冷態(tài)的含鋅原料及鋅浸出渣,對鉛礦石實現(xiàn)了直接冶煉，進一步使得過程中的CO2、SO2等氣體排放降到最低，經(jīng)濟和環(huán)保指標在全世界范圍內(nèi)具有先進水平。

[1]吳成江.側(cè)吹轉(zhuǎn)爐設(shè)計[M].冶金工業(yè)出版社,1960.

[2]劉清漓.富氧側(cè)吹爐上部結(jié)構(gòu)的改造[J].新疆有色金屬,2014(3):81-82.

[3]張樂如,劉燕庭,李允斌.一種富氧側(cè)吹爐處理鋅浸出渣的冶煉方法,CN 102321806 B[P].2016.

[4]劉軍,劉燕庭.富氧側(cè)吹直接煉鉛工藝研究與應(yīng)用[J].中國有色冶金,2013,42(1):34-36.

[5]白樺,李陽.一種同時煉鉛鋅的新技術(shù)[J].有色冶金節(jié)能,2014,30(2):15-16.

[6]藺公敏,賓萬達.氧氣側(cè)吹直接煉鉛爐[J].中國有色冶金,2005(6):48-50.