富铅渣_鼓风炉还原炼铅研究
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富铅渣—鼓风炉还原炼铅研究
杨 钢,王吉坤
(云南冶金集团总公司科技部,云南 昆明 650051)
2003年中国的铅产量约为150万t,占世界总
产量的20%,居世界第一位,同时也是世界上最大的铅出口国。
长期以来,我国各铅厂均采用传统的烧结—鼓风炉熔炼工艺从硫化铅精矿中生产粗铅。该工艺虽然具有生产力大、渣含铅低、铅直收率高、烟尘率低等优点,但由于在硫化铅精矿的烧结过程中产生大量的低浓度SO 2烟气(SO 2含量仅为018%~2%),无法直接用于制酸,仅采用简单的SO 2吸收
方法进行处理后排放于大气中。这不仅严重污染环境,同时也造成硫资源的浪费,故该炼铅工艺早被国家列为限期淘汰的生产工艺。因此,采用新型、节能、环保的炼铅工艺对我国炼铅企业进行技术改造成为当务之急。
自二十世纪80年代开始,国外相继出现了一些新的炼铅方法,其共同点是:取消了铅精矿烧结脱硫的环节,将脱硫和熔炼在同一个过程内完成,因此称为直接炼铅法。目前已有四种直接炼铅技术实现了工业化生产,它们是:QSL 法,基夫赛特法,TBRC (卡尔多)法和奥斯麦特(或ISA 艾萨)法。这些方法由于省去了烧结工序和充分利用了原料的氧化热,加之烟气中SO 2浓度高、烟气可直接用于制酸,故投资省、能耗低、环保效果好,与传统炼铅法相比具有极大优越性。
作为中国主要的有色金属采矿与冶金企业之一的云南冶金集团总公司经过对国内外各种炼铅方法论证研究后,决定采用国外先进的顶吹沉没氧化熔炼技术(艾萨炉),与本公司自主开发的富铅渣鼓风炉还原技术进行有机整合。
顶吹沉没氧化熔炼技术,是在澳大利亚联邦科学工业研究组织(CSIRO )研究开发的悉罗(SIRO )喷枪的基础上,由澳大利亚芒持艾萨矿业公司(MIM )与该组织(CSIRO
)共同研究开发的,并于70年代初在芒特艾萨矿业公司进行中间试验
获得成功。
通过20年来的不断改进和发展而成为能处理铜、铅、锌、锡等多种物料的方法。该法的炉体为固定式圆筒型,悉罗喷枪从炉顶插入,并没入炉渣。炉料由炉顶加入,炼出的金属和炉渣从炉子的下部放出。
该技术在对硫化铅进行氧化熔炼时,是将铅精
矿(Pb 品位约47%)和熔剂加入熔炼炉中熔炼,熔炼温度为1050℃,产出部分粗铅及富铅渣(含Pb50%)。
富铅渣经鼓风炉还原生产粗铅,既充分利用了艾萨炉熔炼氧化脱硫、烟气可满足制酸要求的特点,又发挥了鼓风炉还原熔炼处理量大、投资低、工艺简单、操作维护方便的优点。既解决了由于烧结焙烧过程严重污染环境和高能耗的问题,又避免了铅精矿“顶吹沉没熔炼”还原段存在的不足。
云南冶金集团总公司从澳大利亚芒特艾莎公司引进的艾萨炉熔炼技术是具有世界水平的新工艺,具有能耗低,满足环保要求及提高生产效率等优点。由一个艾莎熔炼炉及一个鼓风炉组成的铅生产工艺将为一个粗铅冶炼的新技术。
但是,这一新工艺的鼓风炉熔炼物料特性与原来的常规烧结块鼓风炉熔炼物料发生了很大变化。铅烧结块为自熔疏松多孔的块状物,孔隙率一般为50%~60%,堆比重118~212,块度一般为50~150mm 。烧结块中以硅酸铅和游离氧化铅形态存
在的铅约占总铅量的40%~60%,故在鼓风炉还原熔炼时,游离PbO 在600℃时已大量被还原,各种硅酸铅在700~900℃时开始熔化并还原,其它金属氧化物熔体中的铅化合物在熔化区被上升气流中的CO 及熔剂中的CaO 、FeO 所还原和置换,在焦点区,C 直接参与了从熔体中还原硅酸铅中的铅。由于铅烧结块的表面积大,CO 的气固反应和碳的直接还原反应比较活跃,还原过程进行得很彻底。
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2004年12月第33卷第6期(总第189期) 云南冶金YUNNANMETALLURGY
Dec.2004
Vol.33.No.6
(Sum189)
由于艾莎熔炼炉得到的富铅块渣为一种含铅
高、致密的块状物料,堆比重3105,比表面积小,气(CO )~固(固态富铅渣)还原接触面积小,还原能力弱。和烧结块有很大的差别。
富铅渣用鼓风炉熔炼是独创性工艺,为了保证整个工艺的顺利投产,有必要明了富铅渣鼓风炉还原的机理,并进行富铅渣鼓风炉熔炼工业试验,确定铅熔炼鼓风炉的优化工艺参数和操作条件。
为此,云南冶金集团总公司与澳大利亚昆士兰大学的火法冶金研究中心达成共识,合作研究富铅渣鼓风炉还原的机理。目的是对富铅渣在鼓风炉中的动力学和还原机理进行研究,并将该研究结果,作为云南冶金集团总公司开展富铅渣鼓风炉熔炼工业试验理论参考
。
图1 艾萨(ISA)熔炼反应的熔炼试验装备
Fig.1
云南冶金集团总公司购买国外的富铅渣,进行了前期的物相和化学分析。富铅渣鼓风炉还原的机理研究主要在澳大利亚昆士兰大学火法冶金研究中
心进行,采用合成渣在石墨坩埚中进行试验(见图1),确定富铅渣在铅鼓风炉中的还原率。利用实验
室规模的艾莎熔炼炉在空气环境下制备不同PbO 含量的富铅渣。测定渣的特性,如孔隙率、密度、在空气中的软化温度、微观结构和相组成。通过反应过程中生成气体量的测定,进行富铅渣与石墨之间反应率的试验确定。运用FactSage 计算机程序完成热力学计算,预测相集合,作为渣的成分和温度的函数。
经过近两年时间的试验,获得试验结论如下:
1)富铅渣的孔隙率、实体密度和真实密度随
渣中PbO 含量的减少而变小。
2)空气环境下富铅渣的软化温度范围是900~1000℃,随渣中PbO 含量的增加,初始软化温度稍趋降低。
3)当温度低于900℃时,渣与碳之间仅发生有限的反应。当温度高于900℃时,反应率随温度的增高而有明显的增加。
4)在相同的温度下,含PbO 成分较高的渣,通常其液相比例也较高。
5)富铅渣与石墨之间的反应主要是通过液体形式进行。
与此同时,云南冶金集团总公司于2001年,由德国进口顶吹沉没熔炼炉产出的富铅渣180t,在云南新立有色金属有限公司112m 2鼓风炉上进行探索性工业试验,历时116h,同时用铅烧结块进行对比试验。取得预期结果:炉床能力58179t/m 2d,焦率18177%,渣含铅4125%,铅直收率8213%。
在这次试验的基础上,项目组又对渣型、炉型和鼓风炉参数进行了认真研究。于2002年再次从国外进口3000t 富铅水淬渣,抽调所属云南驰宏锌锗股份有限公司、昆明冶金研究院等单位有丰富鼓风炉熔炼经验的技术人员与云南澜沧铅矿有关人员共同组成试验组,在云南澜沧铅矿3m 2的鼓风炉上进行工业试验。
试验前后进行了3个多月,最后选用含铅43160%的富铅块渣经配料,入炉品位达到31170%的物料在3m 2鼓风炉上连续熔炼96h,作业率100%,取得如下工业试验结果:
炉床能力:61125t/m 2・d;铅直接回收率:89137%;
铅回收率:96170%;粗铅含铅:
92129%;渣含铅:1188%;焦率:13114%;冶金焦耗:439118kg/t;烟尘率:2156%。由此表明,富铅渣制块—鼓风炉熔炼工艺技术上是可行的,经济上是合理的。富铅渣块鼓风炉熔炼完全可以取得与铅烧结块鼓风炉熔炼相媲美的技术经济指标。
富铅渣鼓风炉熔炼为国内领先水平。该工艺的机理及应用试验可为曲靖6万t/a 顶吹沉没氧化熔炼—鼓风炉还原炼铅技术提供设计依据。它的成功运行将为国内外现有传统粗铅冶炼工艺的改造和新建粗铅冶炼厂的工艺流程提供选择,并起到良好的示范和推动作用。
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杨 钢等 富铅渣—鼓风炉还原炼铅研究