我國大型鉛冶煉企業(yè)生產工藝的選擇

我國大型鉛冶煉企業(yè)生產工藝的選擇

1鉛冶煉系統(tǒng)系統(tǒng)的必要性水口山采礦辦是一家大型色澤開采、選擇和冶煉的聯(lián)合企業(yè)。其下屬的冶煉廠是中國第一家生產鉛的制造商。到目前為止，它已經形成了4.5萬噸厚鉛。由于歷史原因,該廠的粗鉛冶煉仍采用古老的燒結鍋燒結-鼓風爐熔煉工藝流程。燒結煙氣的SO2濃度僅為0.8%～1%,無法制酸而直接排入大氣,每年SO2排放量達2萬t,給方圓幾十公里范圍內的生態(tài)環(huán)境和城鄉(xiāng)居民造成嚴重危害;是湘江流域經濟開發(fā)帶酸雨形成的污染源之一,同時燒結鍋燒結作業(yè)勞動強度大,操作崗位環(huán)境十分惡劣。隨著環(huán)境保護要求日趨嚴格,燒結鍋屬淘汰設備,國家經貿委限期于2000年底淘汰。而鉛冶煉系統(tǒng)是水口山礦務局的重要經濟支柱,無論是產量、產值,還是銷售收入、利潤在全局都占很大的比例。如果關閉,整個企業(yè)將因此面臨困境。采用合理的工藝技術改造現(xiàn)有的鉛冶煉系統(tǒng),徹底治理其煙氣對大氣環(huán)境的污染,是水口山礦務局繼續(xù)生存和發(fā)展的必由之路。同時鉛燒結煙氣的治理,也是我國鉛冶煉工業(yè)的一個重要課題。2直接煉鉛法質量分數(shù)為5.2選擇合適的工藝流程,是一項綜合性的技術經濟工作。所選的流程是否合理,直接關系到工廠的基建投資和生產中的各項技術經濟指標。由于涉及的方方面面因素較多,須結合工廠實際情況,作多方案比較,以求得到合理的工藝流程。據(jù)世界有色金屬1998年年鑒統(tǒng)計,1997年世界精煉鉛產量為584.467萬t(不包括從再生原料中回收的鉛)。目前,煉鉛主要是火法,世界上礦產粗鉛有95%以上是用燒結-鼓風爐熔煉流程生產的。燒結設備有燒結鍋、燒結盤和帶式燒結機。燒結鍋、燒結盤和帶式吸風燒結機所排出的SO2濃度一般在2%以下,難以用來制酸,排入大氣嚴重污染環(huán)境。而帶式鼓風燒結機的煙氣SO2濃度達4%～7%,可用于制酸。直接煉鉛法國外有基夫賽特法、QSL法、艾薩法、卡爾多法等;國內有水口山礦務局與一些科研設計單位和生產廠家于80年代后期開發(fā)的氧氣底吹直接煉鉛工藝,稱水口山煉鉛法,該法的試驗已通過部級鑒定。上述直接煉鉛法的建廠和產量情況分別為:基夫賽特法有3個鉛廠正常生產,該法1997年總產量不超過30萬t。QSL法也有3個鉛廠,但只有兩家在生產,產量約10萬t/a。艾薩法有5～6家鉛廠,但多為處理二次原料,有4家正常生產,產量約15萬t/a。MTM公司的6萬t/a示范廠于1994年關閉?？柖喾óa量不到10萬t/a。據(jù)統(tǒng)計,世界年產10萬t/a以上的鉛廠有21座,除加拿大科明科和意大利的維斯麥港采用基夫賽特法外,其余19座均采用傳統(tǒng)的燒結-鼓風爐熔煉法,美國是世界上產鉛的第一大國,1996年精鉛產量140萬t,1997年136萬t,但美國沒有一家直接法煉鉛廠,全部為燒結-鼓風爐熔煉法。2.1加拿大科明科是由前蘇聯(lián)有色金屬科學研究院年代開發(fā)的直接煉鉛工藝,1986年1月在哈薩克斯坦的烏斯季-卡緬諾戈爾斯克建成處理爐料340t/d的鉛廠,1988年改造擴大為400～500t/d,各項技術經濟指標有明顯改善。1986年意大利新薩明公司購買其專利建成處理爐料600t/d的鉛廠(KSS廠)。該廠在原專利的基礎上作了很多的改進,投產后各項技術經濟指標、自動化控制等方面均超過了原專利水平。1996年底,加拿大科明科公司年產120000t粗鉛的基夫賽特爐系統(tǒng)投產成功。該法的特點是:對原料的適應性強,Pb20%～70%、S13.5%～28%、Ag100～8000g/t的原料均可適應,能處理渣料:連續(xù)作業(yè),氧化和還原在一個爐內完成;主要金屬回收率高(Pb回收率>98%),渣含鉛低(<2%);金、銀入粗鉛率達99%以上,還可回收原料中鋅60%以上;煙塵率約5%,煙塵可直接返回爐內冶煉;煙氣SO2濃度高(>40%),可直接制酸;煙氣量少,帶走的熱少,余熱利用好,從而煙氣冷卻和凈化設備小;能耗低,粗鉛能耗為0.35t標煤/t,折合電鉛能耗約0.61t標煤/t,爐子壽命長,爐期可達3a,維修費用少。其主要缺點是原料需干燥至含水1%以下;一次性投資稍高。2.2直接煉鉛工藝QSL法系含鉛物料在反應器內用氧氣底吹冶煉,先后完成氧化脫硫和還原過程,是德國魯奇公司70年代研究開發(fā)的直接煉鉛工藝。加拿大科明科公司QSL鉛廠于1989年建成投產,但僅試產3個月就因工藝設備問題而關閉。德國Stolbtrg鉛廠和韓國溫山QSL鉛冶煉廠先后于1990年和1992年建成投產。我國西北冶煉廠的QSL系統(tǒng)反應器經多項整改后,雖于1995年試車投產成功,但仍有很多問題,至今未能投入正常生產。2.3國外研究現(xiàn)狀氧空氣噴槍頂吹浸沒式溶池熔煉過程,是70年代初澳大利亞聯(lián)邦科學-工業(yè)研究組織(CSIRO)研究開發(fā)的。70年代末澳大利亞芒特·艾特礦業(yè)公司(MIM公司)進行的煉鉛中間試驗獲得成功。1991年12月該公司的一座60000t/a粗鉛的艾薩法煉鉛廠建成投產,該廠采用雙爐流程,爐料加入氧化爐產出高鉛渣,高鉛渣流入還原爐,產出粗鉛和爐渣。生產1a后停產。該項技術發(fā)明人之一的J·M·Floyd博士組建的Ausmelt公司將此法命名為Ausmelt法,在世界各地推廣。1991年英國建成一座60000t/a粗鉛的艾薩法煉鉛廠,處理廢鉛蓄電池等再生原料生產再生鉛;韓國和日本等國也采用此法處理含鉛渣料;德國和納米比亞采用此法煉硫化鉛精礦,已于1997年初投產成功。但兩廠均為單爐熔煉流程,氧化和還原或煙化均在一座爐內完成,周期性間斷作業(yè),僅在氧化階段產生高濃度SO2,因此制酸困難。該法的特點是:爐子結構和備料簡單;對爐料適應性強,雜質脫除率高;能使用低級塊料煤作燃料;噴槍吹煉反應速度快,熱利用率高,能耗低;作業(yè)條件好;煙氣SO2濃度高,可達7%～10%。然而目前尚無雙爐熔煉生產工廠可資借鑒。2.4煤調濕風冷水機煙氣制酸法t卡爾多法即氧氣頂吹轉爐法,是瑞典波立頓公司的技術。1982年該公司用氧氣頂吹轉爐處理硫化鉛精礦和煙塵,年產鉛金屬達50000t。此法的特點是:設備較簡單;可用粉煤作還原劑,熔煉能力大,還原反應快;煙氣量小,僅為傳統(tǒng)流程的1/10;用文丘里濕式收塵,不用余熱鍋爐和電收塵。但為間斷作業(yè),僅在氧化階段才有SO2煙氣產生,因此制酸難度大。目前為止,尚無冶煉硫化鉛精礦獨自建硫酸廠處理煙氣的生產實踐。另外,卡爾多爐壽命短,每年須大修4～5次,煙塵率高達15%,煙氣余熱回收難度大。2.5含鉛物料吹煉水口山礦務局與一些科研設計單位和生產廠家,于80年代后期開發(fā)的直接煉鉛氧氣底吹工藝,實質是QSL法的變異。含鉛物料在反應器內用氧氣底吹冶煉,產出粗鉛和高鉛渣,高鉛渣含鉛45%～50%,加入電爐貧化或鑄塊加入鼓風爐處理。該法的主要特點是:原料準備簡單,作業(yè)環(huán)境好,煙氣SO2濃度高(>10%),但氧槍壽命短、一次產鉛率僅為40%左右、能耗高等,特別是半工業(yè)試驗時間短,用于大型工業(yè)生產尚有一定風險。2.6燒結煙氣及煙氣制酸燒結-鼓風爐熔煉法,是傳統(tǒng)的熔煉煉鉛工藝,也是當前鉛冶煉的主要方法。包括硫化鉛精礦燒結焙燒、燒結塊鼓風爐還原熔煉、返粉篩分破碎等工序。隨著技術的進步和環(huán)保法規(guī)的日趨嚴格,燒結設備本身也在不斷地改進,如燒結機采用柔性傳動裝置、剛性滑道密封技術等。同時燒結的工藝條件控制水平不斷提高,返煙鼓風技術、富氧技術的應用,使燒結達到了新的水平。我國韶關冶煉廠的鼓風燒結與國外的如:日本、美國、澳大利亞、德國等國一樣應用得十分成功。該廠有兩臺110m2鼓風燒結機,燒結煙氣現(xiàn)采用一轉一吸制酸工藝回收硫,制酸尾氣經氨吸收后達標排放。隨著該廠燒結控制技術的提高,煙氣SO2濃度也不斷提高。目前煙氣SO2濃度達到5%以上,Ⅰ系統(tǒng)的制酸正在改造為兩轉兩吸制酸工藝。同時加強了燒結的密封和通風除塵措施;燒結車間的勞動條件與其它廠相比有很大改善。我國還有株冶、沈冶、濟源冶煉廠等采用燒結-鼓風爐熔煉法煉鉛。這些廠的鉛燒結存在的問題有單位物料的鼓風量過大,系統(tǒng)漏風率高,原料制備較差,物料透氣性差,燒結過程的自動控制水平低等,其煙氣SO2濃度較低,制酸困難。目前,國內外處理鉛燒結煙氣并產生硫酸的工藝主要有一轉一吸接觸工藝、非穩(wěn)態(tài)轉化工藝和TOPSOE濕式硫酸工藝(WSA工藝)。前兩者受系統(tǒng)水平衡和熱平衡的限制,且尾氣需增設吸收裝置。WSA工藝不管煙氣SO2濃度高或低,都可產生出>96%的濃硫酸,同時不產生任何廢產品和廢水,尾氣不需處理就可達標排放。結合鉛燒結煙氣的特點,鼓風燒結-鼓風爐熔煉工藝的鉛燒結煙氣可采用TOPSOE濕式硫酸工藝。通過引進國外的燒結煙氣制酸技術,在燒結工藝、設備和自動控制等各方面加以改進,燒結-鼓風爐熔煉法在今后仍將有極強的生命力。由上述可知,艾薩法和卡爾多法都存在作業(yè)間斷,煙氣SO2不連續(xù)產生,制酸困難,目前還不宜采用;QSL裝置在我國的西北冶煉廠至今仍閑置著,不宜再引進;國內的水口山法半工業(yè)試驗時間短,風險較大。適合水口山鉛冶煉煙氣治理的工藝有基夫賽特法和傳統(tǒng)的鼓風燒結-鼓風爐熔煉法,它們技術上均成熟可靠,各具優(yōu)缺點。3項目經濟效益評價在同等規(guī)模、廠址方案一致的條件下,作過投資估算(8萬t/a粗鉛規(guī)模),基夫賽特法包括精礦倉庫、配料及干燥、基夫賽特爐熔煉、制酸和氧氣站等主體生產車間及必要的輔助生產設施和行政福利設施,引進專利技術、基夫賽特爐、余熱鍋爐、高溫電收塵及必要的控制儀表,工程建設投資為54439.81萬元。鼓風燒結-鼓風爐熔煉法的工程建設投資為39850.22萬元,前者高出14589.59萬元,對于鉛冶煉這種微利企業(yè)來說,是個很沉重的負擔,籌措技改資金困難也更大。因此結合本工程建設投資以及技術的可靠性等因素來考慮,水口山礦務局采用鼓風燒結-鼓風爐熔煉流程,鉛燒結煙氣采用濕式硫酸工藝,對其鉛冶煉廠進行技術改造,治理鉛燒結煙氣的污染問題,可以滿足環(huán)境保護和節(jié)能要求。采用上述推薦流程,進行項目經濟效益初步評價,項目投產后,達產年平均銷售收入為48614.55萬元,利潤總額為5778.56萬元,投資利潤率為11.36%,稅后利潤為3871.63萬元,投資回收期為8.1a。評價指標是在偏于保守的條件下測算的,但不難看出,該項目技術穩(wěn)妥可行、經濟效益較好、社會效益及環(huán)境效益顯著。4次燒結的工藝措施為了滿足日趨嚴格的環(huán)境保護要求,適應原料成分的變化,提高綜合利用程度和企業(yè)的經濟效益,提高燒結煙氣SO2濃度,解決SO2煙氣污染環(huán)境的問題。如水口山采用鼓風燒結-鼓風爐熔煉流程進行技術改造還須在下列幾點上下功夫:1.備料。燒結物料的準備,是燒結機能否燒結好的重要環(huán)節(jié)之一。燒結物料的混合制粒效果要好,物料成分均勻;粒度、水分控制適當,含水5%～6%;含S7%左右;二次物料鉛渣、浮渣、煙塵等如能另行處理,不入鉛燒結,可保證燒結物料有良好的透氣性。2.燒結過程自動控制。料層厚度、小車速度、鼓風量三個參數(shù)由計算機自動控制,根據(jù)料層的厚度來調節(jié)。盡量保證燒結過程波動不大,狀態(tài)穩(wěn)定。3.加強設備和系統(tǒng)的密封。為提高煙氣SO2濃度,減少后面系統(tǒng)的負荷,應做好設備和系統(tǒng)的密封,減少漏風,減少煙氣量。如增加剛性滑道給油點,合理選材,提高車體抗熱變形強度,改進燒結機頭部、尾部密封裝置結構,由四連桿重錘式改為固定板式,燒結機采用整體密封等。4.控制好返粉破碎粒度。燒結塊篩分后的返粉,是燒結混合料的主要組成部分,大約占混合料的60%～80%,也是物料制粒時的核心,故返粉粒度控制的好壞,直接影響到燒結塊的質量和煙氣SO2濃度。一般破碎后粒度在3～6mm的要求達到60%以上。5.燒結鼓風加入富氧。國內燒結為了提高煙氣SO2濃度,燒結機尾部低SO2濃度煙氣返回通過燒結機后段燒結層,即返煙燒結。由于