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        硫酸鉛渣直接還原熔煉的生產(chǎn)實踐及改進(jìn)

        2019-05-27 11:45:30黎開金
        世界有色金屬 2019年5期
        關(guān)鍵詞:煙氣

        黎開金

        (富民薪冶工貿(mào)有限公司,云南 昆明 650400)

        中國銅業(yè)西南銅業(yè)分公司銅主體冶煉工藝采用艾薩爐熔池熔煉和轉(zhuǎn)爐吹煉技術(shù),產(chǎn)出的艾薩煙塵和轉(zhuǎn)爐煙塵主要以揮發(fā)元素鉛、砷、鉍、鋅等金屬為主,且銅含量較低,煙塵率總體<1.5%,產(chǎn)出煙塵通過高溫酸浸和壓濾后,濾液進(jìn)行銅、鋅和砷的濕法綜合回收,濾渣則進(jìn)行火法回收處理[1]。針對銅煙塵濾渣主要以硫酸鉛為主的性質(zhì),某公司在生產(chǎn)實踐中不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝,實現(xiàn)了環(huán)境友好的硫酸鉛渣直接還原熔煉生產(chǎn)模式。

        1 冶煉原理

        1.1 原料成分

        表1 入爐物料主要元素含量

        表1中列出了入爐物料物相,硫酸鉛渣主要以PbSO4為主,并含有較高價值的Bi,可看作鉛物料的還原熔煉。

        1.2 熔煉機(jī)理

        (1)主要金屬鉛在冶煉過程中的行為

        在還原爐熔煉過程中,溫度在550℃~630℃時硫酸鉛在還原氣氛中反應(yīng)生成硫化鉛:

        PbSO4+4CO=PbS+4CO2;PbSO4+4C=PbS+4CO

        硫酸鉛渣在還原熔煉過程中,絕大部分PbSO4被還原成PbS,只有少部分按下列式離解:PbSO4=PbO+SO2+1/2O2

        硫酸鉛開始分解的溫度為850℃,而激烈分解的溫度為905℃,石英、石灰等造渣成分能促進(jìn)硫酸鉛的分解,其反應(yīng)為:

        PbSO4+SiO2=PbO·SiO2+SO2+1/2O2;

        PbSO4+Fe2O3=PbO·Fe2O3+SO2+1/2O;

        PbSO4+CaO=PbS+CaSO4

        PbSO4和反應(yīng)產(chǎn)出的PbO均能與PbS反應(yīng)生成金屬鉛:

        2 生產(chǎn)實踐

        PbSO4+PbS=2Pb+2SO2;2PbO+PbS=3Pb+SO2

        在熔煉區(qū),所有爐料均融化成液體,CaO、FeO等將硅酸鉛中的PbO置換出來,進(jìn)而被CO還原成鉛,其反應(yīng)為:

        2PbO·SiO2+CaO+2CO=2Pb+CaO·SiO2+2CO2;

        2PbO·SiO2+2FeO+2CO=2Pb+2FeO·SiO2+2CO2;

        2PbO·SiO2+CaO+FeO+2CO=2Pb+CaO·FeO·SiO2+2CO2

        同時,因硫酸鉛的還原反應(yīng)生成較多硫化鉛,在生產(chǎn)中加入部分鐵屑置換,以降低鉛冰銅含鉛。但此反應(yīng)僅可回收部分金屬鉛。

        PbS+Fe=Pb+FeS

        硫酸鉛渣自身具有一定的粘性,同時配入石灰、鐵粉等輔料,經(jīng)過堆式配料和攪拌機(jī)將物料充分混勻后,經(jīng)過液壓制磚機(jī)制磚,磚料經(jīng)過15天以上的風(fēng)干后,水分降至20%以下,并且有一定的強(qiáng)度。

        (1)還原熔煉。制出的磚料和返渣均勻搭配入爐[2],焦率在13%~15%,及時加料,確保一定的料面高度,在配入輔料不足時,二次補入石英石等輔料。通過還原熔煉產(chǎn)出鉛鉍合金、冰銅、爐渣和煙塵,較大部分含量較高的Pb和高價值的Bi、Sn、Ag、In等有價金屬進(jìn)入合金中,大部分Cu、S進(jìn)入冰銅中,造渣成分和少部分金屬進(jìn)入爐渣中,有害雜質(zhì)As進(jìn)入煙塵富集。

        (2)煙氣處理。還原熔煉煙氣經(jīng)干法收塵、濕法除塵、氨法煙氣脫硫后達(dá)標(biāo)排放。干法收塵是煙氣首先進(jìn)入兩級重力沉降,再經(jīng)電除塵器進(jìn)一步除塵,其中粗顆粒重力塵返配料流程,電塵外賣。干法收塵煙氣經(jīng)一級動力波洗滌、填料塔降溫、二級動力波洗滌除塵后,再經(jīng)兩級氨吸脫硫,達(dá)標(biāo)排放。

        (3)主要生產(chǎn)設(shè)備。該公司主要有4.5m2還原爐一座,爐長3.6m,風(fēng)眼距1.25m,風(fēng)眼24個。

        (4)工藝參數(shù)。作業(yè)數(shù)據(jù):磚料處理量為50t/d,鼓風(fēng)量為3600m3/h,風(fēng)壓為3~5Kpa,爐料高度為4.5m,料面煙氣溫度<200℃。經(jīng)濟(jì)指標(biāo):焦率13%~15%,煙塵率12%,鉛鉍合金15t/d,冰銅8t/d,爐渣30t/d,渣含Pb<3%,含Cu<0.8%。鉛回收率90%,鉍回收率95%。

        3 生產(chǎn)改進(jìn)

        (1)采用富氧強(qiáng)化熔煉。該公司于2017年底進(jìn)行了富氧強(qiáng)化熔煉試驗,富氧率為2%,還原爐富氧熔煉的效果十分顯著,能提高焦炭的燃燒速度,一方面爐況更穩(wěn)定,操作更加順利;另一方面磚料處理量和鉛鉍合金產(chǎn)量大大提高,各項技術(shù)指標(biāo)更好。富氧強(qiáng)化熔煉與空氣熔煉指標(biāo)的比較見表2。

        表2 富氧熔煉試驗與空氣熔煉對比

        該公司已經(jīng)形成富氧熔煉完整的改造方案,擬通過富氧強(qiáng)化熔煉改造,完善裝備水平,改善工藝技術(shù)指標(biāo)。

        (2)優(yōu)化爐渣渣型。通過不斷摸索得出改進(jìn)渣型應(yīng)以高鈣低硅渣為主,渣型是FeO 23%~27%,SiO222%~25%,CaO 15%~18%,ZnO<15%,該渣型能夠維持較好的爐溫和穩(wěn)定的爐況,且渣含鉛保持在較低水平。

        (3)提升料柱高度。目前還原熔煉生產(chǎn)過程中,采取的爐料高度為4.5m,已屬于高料柱作業(yè)。在獲得較好指標(biāo)同時,仍想采取富氧強(qiáng)化熔煉,提升爐料高度至4.8m~5m,以摸索出最佳料柱高度。

        (4)提高磚料強(qiáng)度。磚料強(qiáng)度是影響煙塵率的重要因素之一,直接影響到了鉛回收率。該公司通過改良配料,采用發(fā)熱輔料和新型液壓制磚設(shè)備,確保磚料強(qiáng)度提升,使煙塵率從15%降至12%,再經(jīng)過富氧強(qiáng)化熔化試驗后,煙塵率可進(jìn)一步降低。

        4 結(jié)語

        該公司用十年還原爐直接還原熔煉硫酸鉛渣的生產(chǎn)實踐,說明該工藝的成熟可行的,是銅冶煉煙塵處置中重要的一部分,也是冶煉行業(yè)危廢處置綜合回收中可借鑒的一種工藝路線。在目前環(huán)保態(tài)勢和淘汰落后裝備的大環(huán)境下,必須采取改進(jìn)措施方可適應(yīng)該行業(yè)的發(fā)展,通過增加富氧強(qiáng)化熔煉手段和生產(chǎn)技術(shù)方法上的不斷改進(jìn),可提高金屬回收率、優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。公司通過系列降本增效、節(jié)能減排措施,創(chuàng)造良好經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的同時,也提升了在行業(yè)中的市場競爭力。

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