富氧侧吹炉处理铅锌氧化原矿工艺的设计研究

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湖南有色金属
HUNAN NONFERROUS METALS
第34卷第3期 2018年6月
治金
富氧恻吹炉处理铅铎氧化原矿工艺的设计研究
刘生长
(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙410011)
摘要:介绍了富氧侧吹炉处理铅锌氧化原矿的生产工艺,在高温熔炼下，铅锌氧化原矿熔化分解，再保持炉内强还原气氛，使铅锌金属挥发进人烟尘，送下一步浸出处理。

这种直接处理氧化原矿的 工艺,相比原来先选矿得到精矿再送冶炼的工艺，缩短了工艺流程,提高了金属回收率。

关键词：富氧侧吹熔炼；铅锌氧化原矿；回收率；节能环保
中图分类号：TF 806.29 文献标识码：A 文章编号：1003 -5540(2018)03 -0024 -03
铅锌在国民经济中占有重要地位，广泛应用于 电气、机械、军事、化工、医药等行业。

锌主要以硫化 物形态存在于自然界，其次少部分以氧化物形态存 在。

铅矿石在自然界中大部分也以硫化物和氧化物 形态存在，硫化矿属于原生矿物，分布极广，目前世 界矿产铅和锌大部分是从硫化矿提炼的。

随着全球 铅锌冶炼的大力发展，易处理的铅锌硫化矿已越来 越少。

对于复杂难选铅锌氧化矿，因其矿石结构复 杂，矿泥含量大，目前尚无理想的处理技术，难以大 规模地开发利用[1’2]。

目前具有工业应用价值的氧 化铅锌矿主要有白铅矿、铅矾、菱锌矿和异极矿等。

本文论述了采用富氧侧吹炉处理铅锌氧化原矿的工
艺设计，旨在提供一种直接处理氧化铅锌矿的冶炼 工艺。

1原料
所用原料为从矿区直接采出的铅锌氧化矿，未
经浮选直接冶炼。

铅锌氧化矿化学成分见表1。

表1铅锌氧化矿的化学成分 ％
成分Pb Zn S
Ga
Ag
Fe
SK 〇CaO
含量4. 72 24. 73
0.49
0.01
5
3.27
3.98
8.36
注:
Ag 含量单位为
2工艺方案选择
铅锌氧化矿主要以碳酸盐型氧化矿的物相形式
存在，氧化率极高，难以通过选矿方法进行富集和分
离。

选矿试验表明，采用四段磨矿一四段摇床重选一
作者简介:刘生长（1984 -)男，工程师,主要从事有色金属冶炼设计
及研究工作。

粗精矿精选工艺流程，虽然可获得铅品位45%〜 50%、含锌15% ~20%的铅精矿，但是铅回收率仅为 50%〜55%，铅锌分离效果很差。

因此考虑直接冶炼。

原料采用原矿冶炼，原料含锌很低，需要进行预 处理，以提高原料中锌的品位。

氧化铅锌矿火法富 集通常采用侧吹炉法、回转窑挥发法、烟化炉法等。

其基本原理都是使矿中的碳酸盐分解，生成氧化锌、 氧化铅，二氧化碳随烟气排走。

氧化锌被碳或一氧 化碳还原形成锌蒸汽进入气相，在炉子上部被二次 空气氧化生成氧化锌，通过收尘得到次氧化锌烟尘。

1.
回转窑挥发法工艺发展时间较长，工艺比较
成熟，同时存在能耗高、环境差、窑衬寿命短、金银等 有价金属不能回收等问题。

2. 烟化炉采用粉煤作为还原剂，需配套建设相 应粉煤制备系统，成本高。

3. 侧吹炉采用富氧熔炼，烟气量小、热效率高、 能耗低。

熔炼过程中直接加入碎煤做还原剂，铅、 锌、锗等金属挥发率高。

富氧侧吹炉已经成功应用于铅、铜、镍等金属的 冶炼。

侧吹炉与烟化炉、回转窑相比，由于侧吹炉采 用富氧熔炼烟气量小，配套的余热锅炉、收尘设施等 比回转窑、烟化炉投资省。

用煤取代焦炭作燃料和 还原剂，原料制备简单，生产流程短，金属回收率高， 生产成本较低，环保效果好。

综上所述，氧化铅锌矿 火法富集设备选择侧吹炉法。

3富氧侧吹炉生产系统
富氧侧吹炉处理铅锌氧化原矿的工艺系统包括
六个部分:原矿破碎系统、配料系统、熔炼挥发系统、
第3期刘生长：富氧侧吹炉处理铅锌氧化原矿工艺的设计研究25
余热利用和收尘系统、尾气处理系统、弃渣处理系 统。

原则工艺流程如图1所示。

铅锌原矿
I一级破碎I
厂
粒煤|二级破碎| 熔剂
1I
丨混料丨
i■
_溶炼挥发I
I富氧烟化挥发I
烟化烟气水碎渣
I余热利用I
I
I冷去收尘I
次氧化锌尾气
(送锌系统）（送脱硫）
图1富氧侧吹炉处理铅锌氧化原矿工艺原
则流程图
原矿破碎系统:从矿区采出的原矿大小不一，有 各种粒径规模的。

为了满足侧吹炉入炉物料需要，对 矿区来的原矿需经过破碎处理。

对块径特别大的，先 用移动式挖掘破碎机破碎至150 mm以下，其它规模 粒径的原矿经颚式破碎机破碎至50 mm以下。

配料系统:铅锌氧化原矿中除铅锌外，剩余中大 部分为碳和氧，还含有少部分铁硅钙等。

为了降低 原矿熔炼温度，调整渣中FeO- Si〇2 - C aO比值在合 理范围，需配入部分熔剂造渣。

氧化原矿中含硫很 少，不能满足自热熔炼的要求，还需补充燃煤作为高 温熔炼的燃料。

熔炼挥发系统:氧化原矿熔炼系统包括两个部 分，熔炼挥发和烟化挥发。

配料后的混合炉料在熔 炼挥发炉高温下熔化分解，铅锌碳酸盐分解为氧化 铅和氧化锌，碳和氧进入烟气，部分易挥发金属随烟 气进入余热利用系统。

剩余物料进入烟化挥发炉 内，控制煤氧比，保持炉内强还原气氛，铅和锌还原 成金属后挥发，随烟气进入后续余热利用系统。

余热利用和收尘系统:熔炼挥发炉和烟化挥发 炉产生的烟尘和烟气进入余热利用系统降温，分别 经电收尘和布袋收尘后得到铅锌氧化物烟尘，送往 后续的锌系统和铅系统分别回收锌和铅，收尘后的 尾气送后续系统处理。

尾气处理系统:铅锌原矿含S较低，熔炼产生的 烟气含S浓度较低，不能直接制酸，采用脱硫处理。

尾气处理采用离子液脱硫工艺，包括烟气净化、S〇2
吸收和S〇2再生工序等。

弃渣处理系统:烟化挥发炉产生的炉渣有价金
属含量低，没有回收价值，直接作弃渣处理。

采用渣
粒化系统，减少循环水量的消耗，大大改善现场操作
环境。

弃渣水淬沥干送临时堆场，水淬产生的蒸汽
经收集处理。

4主要设备
富氧侧吹炉生产系统的主要设备包括熔炼挥发
炉和烟化挥发炉，均为富氧侧吹炉。

炉子由多层冷
却水套围成，横截面呈矩形，自下而上分为炉缸、炉
身、炉顶三部分。

侧吹熔炼炉示意图如图2所示。

上升烟道 炉顶加料口
图2侧吹熔炼炉示意图
4. 1炉缸
炉缸用镁铬砖砌于钢板焊接而成的钢槽内，炉
底呈倒拱形，炉缸边上沿铺水平钢板，支撑炉身下层
水套。

炉缸的作用是使渣、金属相分层，并通过虹吸
道分别排出。

4.2炉身
炉身分为熔池区和再燃烧区，其两侧装有熔池
风口和再燃烧风口，一^端为加料室，另一^端为渣虹吸
井，有放渣口和虹吸放金属口，放渣口高于下风口以
便形成熔池，即熔池的深度可由放渣口高度调整。

1.熔池区:熔池区包括下、中层水套，均为铜水 套，中层水套向外倾斜，炉子宽度加大，降低了气流
速度，有效地减少了被炉气带走的细炉料。

2.再燃烧区:再燃烧区炉壁用内砌镁铬砖的钢 水套(上层水套）围成，两侧壁装有再燃烧风口。

炉
气中的S、C O及Sb、P b的硫化物等在此区域进行氧
化反应。

4.炉顶及直升烟道
炉顶均为钢质水套内衬耐火涂层，并设置加料
口和直升烟道，直升烟道也由膜式水冷壁围成。

混合炉料通过侧吹熔炼炉顶的加料口加入炉
内，富氧空气从熔炼炉侧墙上位于静置熔体平面以
下约0. 50m处的风口送入炉内。

在富氧空气的强
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烈搅动下，加快炉内熔体熔化分解速度，加快炉内的 传热传质过程。

固体炉料加入到温度为1100〜1 500 °C搅拌着的熔融炉渣的熔池中，炉料的颗粒或 其聚合体被炉渣湿润，靠炉渣与炉料颗粒之间的温 度差加热。

易熔的组分（硫化物）熔化，在炉渣中形 成金属液滴。

高熔点成分、燃料等，靠强烈的搅拌或 熔于炉渣、或燃烧、或与炉渣中的氧反应。

往炉渣熔 体吹入的气体在相界面与炉渣作用，相应地改变液 相和气相的成分，直至在两相之间建立化学平衡。

因为相界面的面积大，且气体给予熔池很高的搅拌 能，加快了炉内的传热和传质过程，各相的组成均趋 向于平衡，相的分离过程也大为加快。

4.4富氧侧吹炉使用寿命
炉子的使用寿命主要由炉缸的耐火材料、炉身 水套以及烧嘴的使用寿命决定。

炉缸的耐火材料在 正常的使用情况下可使用2〜3 a;炉身铜水套采用 挂渣保护，使用寿命长，铜水套内表面不衬耐火砖，减少了耐火材料的损耗;烧嘴采用专利技术，采用铜 水套挂渣保护喷枪，提高了烧嘴喷枪的使用寿命。

富氧侧吹还原炉烧嘴结构简单，使用寿命较长，炉子无运动部件，操作简单，指标易于控制，工人劳 动强度小，生产操作环境好。

5主要技术指标
主要技术指标见表2。

6结论
采用富氧侧吹炉处理铅锌原矿的冶炼工艺，在 高温环境下熔炼分解，锌富集在次氧化锌烟尘中直 接送锌冶炼。

表2主要技术指标表
项目指标
富氧侧吹熔炼挥发炉床能力/〃!；!!!2…）-70-90
混合炉料含Zn品位/%17.45
富氧浓度/%50 -7 0
氧耗/m3，t_1100 -120
煤耗/kg-t1200 -20
熔炼温度/C1 100 -1 200
次氧化锌含Zn品位/%6185
富氧侧吹烟化挥发炉床能力/t(m2，d)-7 -9
入炉料含Zn品位/%15.2
富氧浓度/%30 -45
氧耗/m3，t_1 4 -6
煤耗/kg-t1140 -180
熔炼温度/C1 200 -1 300
次氧化锌含Zn品位/%61.61
锌总挥发率/%97.2
铅总挥发率/%97.44
1.采用富氧侧吹熔炼处理铅锌原矿挥发得到次 氧化锌，锌的回收率大于97%，铅的回收率大于97%，回收效率高。

2.侧吹炉熔炼工艺采用富氧空气熔炼，可大大 提高生产能力，减少燃料消耗，降低生产成本;熔炼
产生烟气量减小，S〇2浓度提高，有利于烟气脱硫处
理，节省投资。

参考文献：
[1]兰志强,蓝卓越，张琦福.氧化铅锌矿利用工艺技术研究进展
[J].矿产综合利用,2015,(5):8-12.
[2]许冬云.氧化铅锌矿粒度对回转窑还原挥发效果的影响[].
中国资源综合利用,2017, (6 )24 - 26.
收稿日期:2018 -04 -18
Design of Oxygen-enrichen Slide-blown Smelting
Process for Oxidized Lead-zinc Deposit
LIU Sheng-zhang
(CINFEngineering Co.，Lt(L ’Changsha 4101’China)
Abstract ：The metallurgy of oxidized lead-zinc deposit by oxygen-enriched slide-blown furnace were introduced.Oxidized lead-zinc deposit were melted and decomposited in high temperature environment.Lead and zinc were volatilizated into dust in strong reduction atmosphere，then be processed by pared to mineral
processing，it shorten process flowand improved metal recovery.
Key words ：oxygen-enriched side-blown smelting；oxidized lead-zinc deposit;recovery；energy conservation and envi­ronmental protection。