重金屬冶金技術(shù)鉛冶金

重金屬冶金技術(shù)鉛冶金第二章鉛冶金第2頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天概述2.3.1直接熔煉的基本原理2.3.2基夫賽特法煉鉛2.3.32.3硫化鉛精礦的直接熔煉2.3.4QSL法煉鉛2.3.5艾薩法煉鉛2.3.6水口山法煉鉛第3頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2.3.1

概述金屬硫化物精礦不經(jīng)焙燒或燒結(jié)焙燒直接生產(chǎn)出金屬的熔煉方法稱為直接熔煉。對(duì)硫化鉛精礦來(lái)說(shuō),這種粒度僅為幾十微米的浮選精礦因其微粒小,比表面積大,化學(xué)反應(yīng)和熔化過(guò)程都有可能很快進(jìn)行，充分利用硫化礦粒子的化學(xué)活性和氧化熱，采用高效、節(jié)能、少污染的直接熔煉流程處理是合理的。第4頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2.3.1

概述

傳統(tǒng)的燒結(jié)—鼓風(fēng)爐流程將氧化——還原兩過(guò)程分別在兩臺(tái)設(shè)備中進(jìn)行，存在許多難以克服的弊端。隨著能源、環(huán)境污染控制以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本對(duì)冶煉過(guò)程的要求越來(lái)越嚴(yán)格，傳統(tǒng)煉鉛法受到多方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。第5頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.2

直接熔煉的基本原理金屬硫化物精礦直接熔煉的特點(diǎn)之一是利用工業(yè)氧氣,二是采用強(qiáng)化冶煉過(guò)程的現(xiàn)代冶金設(shè)備,從而使金屬硫化物受控氧化熔煉在工業(yè)上應(yīng)用成為可能。在鉛精礦的直接熔煉中，根據(jù)原料主成分PbS的含量,按照PbS氧化發(fā)生的基本反應(yīng)PbS+O2==Pb+SO2控制氧的供給量與PbS的加入量的比例(簡(jiǎn)稱為氧/料比),從而決定了金屬硫化物受控氧化發(fā)生的程度。第6頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.2

直接熔煉的基本原理實(shí)際上,PbS氧化生成金屬鉛有兩種主要途徑：一是PbS直接氧化生成金屬鉛，較多發(fā)生在冶金反應(yīng)器的爐膛空間內(nèi)；二是PbS與PbO發(fā)生交互反應(yīng)生成金屬鉛，較多發(fā)生在反應(yīng)器熔池中。為使氧化熔煉過(guò)程盡可能脫除硫（包括溶解在金屬鉛中的硫），有更多的PbO生成是不可避免的，在操作上合理控制氧/料比就成為直接熔煉的關(guān)鍵。第7頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.2

直接熔煉的方法硫化鉛精礦直接熔煉方法可分為兩類：一類是把精礦噴入灼熱的爐膛空間，在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行氧化熔煉，然后在沉淀池進(jìn)行還原和澄清分離，如基夫賽特法．這種熔煉反應(yīng)主要發(fā)生在爐膛空間的熔煉方式稱為閃速熔煉；另一類是把精礦直接加入鼓風(fēng)翻騰的熔體中進(jìn)行熔煉，如QSL法、水口山法、奧斯麥特法和艾薩法等。這種熔煉反應(yīng)主要發(fā)生在熔池內(nèi)的熔煉方式稱為熔池熔煉。第8頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.2

直接熔煉的方法直接煉鉛法具有下列優(yōu)點(diǎn)：熔煉強(qiáng)度高。在雙懸狀態(tài)下，強(qiáng)勁的氣流帶動(dòng)爐料相互碰撞；或在熔池內(nèi)，氣流使熔體劇烈翻騰。熱的利用率高。煙氣SO2濃度高；有利于綜合回收。直接煉鉛既是高效、節(jié)能的提取治金方法，也是綜合利用高、環(huán)境保護(hù)好的方法。第9頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫賽特法(Kivcet)前蘇聯(lián)有色金屬科學(xué)研究院從六十年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)的直接煉鉛工藝，八十年代用于大型工業(yè)生產(chǎn)，1986年初在哈薩克斯坦的烏斯季—卡緬諾爾斯克建成基夫賽特法煉鉛廠。1986年意大利薩明公司購(gòu)買其專利建成處理爐料600t/d鉛廠(KSS廠)，目前在生產(chǎn)。1996年底，加拿大科明科公司120000t/a粗鉛的基夫賽特?zé)掋U廠投產(chǎn)成功，目前在生產(chǎn)。第10頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫賽特法(Kivcet)

基夫賽特?zé)掋U技術(shù)屬哈薩克斯坦東方有色金屬礦冶研究院專利。目前該技術(shù)仍處于專利保護(hù)期內(nèi)，我國(guó)采用該技術(shù)必須購(gòu)買專利許可證，實(shí)行技術(shù)引進(jìn)。需要引進(jìn)內(nèi)容：1購(gòu)買專利許可證；2干燥、熔煉工序的基本設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)；3現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)及試車投產(chǎn)時(shí)技術(shù)服務(wù)；4基夫賽特爐專用物料噴嘴。報(bào)價(jià)420萬(wàn)美元（前3項(xiàng)）。第11頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫賽特法(Kivcet)基夫賽特法煉鉛屬于閃速熔煉一電熱還原法（Kivcet法），其反應(yīng)過(guò)程主要在基夫賽特爐的反應(yīng)塔空間進(jìn)行?；蛸愄貭t由4部分組成：安裝有氧氣-精礦噴嘴的反應(yīng)塔；具有焦炭過(guò)濾層的沉淀池；貧化爐渣并揮發(fā)鋅的電熱區(qū)；冷卻煙氣并捕集高溫?zé)焿m的直升煙道（立式余熱鍋爐）。第12頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫賽特法(Kivcet)第13頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天第14頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫賽特法(Kivcet)優(yōu)點(diǎn)：1.原料適應(yīng)性強(qiáng)，能處理含鉛鋅渣料；2.主要金屬回收率高，綜合回收較好；3.渣含鉛低，＜2.0%；4.煙塵率低，約5%，可直接返回爐內(nèi)冶煉；5.生產(chǎn)成本低，粗鉛綜合能耗0.35t標(biāo)煤／t；6.爐子壽命長(zhǎng)，爐壽可達(dá)3年，維修費(fèi)用省。第15頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫賽特法(Kivcet)

缺點(diǎn)：

1.原料需干燥至含水1%以下。2.一次性投資較高。第16頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法煉鉛

QSL技術(shù)是德國(guó)魯奇公司于二十世紀(jì)七十年代研究開(kāi)發(fā)的直接煉鉛工藝。德國(guó)施托爾貝格煉鉛廠和韓國(guó)溫山QSL廠，先后于1990年和1992年建成投產(chǎn)。1989年加拿大科明科公司的QSL法煉鉛廠投產(chǎn)，因工藝設(shè)備問(wèn)題，僅試產(chǎn)3個(gè)月無(wú)法繼續(xù)生產(chǎn)而被迫關(guān)閉，1993年用基夫賽特法改建；我國(guó)西北冶煉廠20世紀(jì)80年代引進(jìn)的QSL技術(shù)，于1992年建成投產(chǎn)，投產(chǎn)不久因故停產(chǎn)。第17頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法煉鉛QSL反應(yīng)器：臥式（變徑）圓筒形轉(zhuǎn)爐，內(nèi)襯鉻鎂磚，外包鋼板，爐子中置隔墻（隔墻下部有連通孔，雙煙道），分為氧化段和還原段。加料口：加入鉛精礦或其他含鉛二次物料噴嘴：氧化段噴入氧氣；還原段噴入氧氣、粉煤或天然氣。爐子向氧化段傾斜5%，可90度轉(zhuǎn)動(dòng)。第18頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法煉鉛第19頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法煉鉛工藝過(guò)程熔池深度1500mm，爐底鉛液深度250mm。

氧化段：爐料加入后，在爐渣-金屬-氣體乳狀熔體中發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)Pb和PbO，放出熱量，實(shí)現(xiàn)自熱熔煉，此時(shí)的氧勢(shì)較高，約2.2左右。初鉛含S0.3-0.5%,初渣含鉛40-45%。氧化段溫度1050～1100℃.第20頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法煉鉛

還原段：粗渣從隔墻下流入到還原段。粉煤（或天然氣）和氧氣噴入產(chǎn)生CO和H2，使高PbO爐渣在1250℃被還原。還原區(qū)氧勢(shì)較低，約為0.2左右。溫度較高，為1150℃～1250℃。爐渣在流向還原區(qū)端墻上的排渣口的過(guò)程中逐漸被還原，還原形成的金屬鉛（二次粗鉛）沉降到爐底流向氧化區(qū)與一次粗鉛（初鉛）匯合。粗鉛與爐渣逆向流動(dòng)，從虹吸口排出；爐渣從渣口連續(xù)或間斷排出。與氧化段硫化物氧化速度比較，還原速度較慢，還原段長(zhǎng)度約為氧化段的2倍。

第21頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法煉鉛

對(duì)含鋅高的原料，QSL法的終渣需送煙化爐進(jìn)一步揮發(fā)鋅。

反應(yīng)器熔池深度直接影響熔體和爐料的混合程度。淺熔池操作不但兩者混合不均勻，而且易被噴槍噴出的氣流穿透，從而降低氧氣或氧氣-粉煤的利用率。因此適當(dāng)加深反應(yīng)器熔池深度對(duì)反應(yīng)器的操作是有利的。第22頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法煉鉛第23頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法煉鉛優(yōu)點(diǎn)：①氧化脫硫和還原在一座爐內(nèi)連續(xù)完成；②備料簡(jiǎn)單；③返料量少，有利于提高設(shè)備生產(chǎn)能力和降低包括能源、勞動(dòng)力等消耗費(fèi)用；④富氧使產(chǎn)生的煙塵量減少，煙中SO2濃度高，可直接制酸；⑤以煤代焦，成本更低。⑥主要金屬回收率高。第24頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法煉鉛缺點(diǎn)：

操作條件控制難度較高；煙塵率高(20～30%)；噴槍使用壽命短；渣含鉛高，需進(jìn)一步處理。第25頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛

艾薩法煉鉛是二十世紀(jì)七十年代初澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)-工業(yè)研究組織(CSIRO)研究開(kāi)發(fā)的。1991年12月該公司的一座60kt/a粗鉛的ISA煉鉛廠建成投產(chǎn)，生產(chǎn)一年多后停產(chǎn)。韓國(guó)采用此法建了5座爐，其中2座處理QSL渣，2座處理鋅浸出渣，1座回收再生鉛。

2005年我國(guó)云南曲靖80kt/a粗鉛ISA爐+鼓風(fēng)爐煉鉛廠建成投產(chǎn)。

第26頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛

艾薩爐的煉鉛原料有鉛精礦、石英石熔劑、煙塵返料和煤。煤的加入量根據(jù)熔煉熱平衡確定，是輔助燃料。但也可用燃料油和氣體燃料，通過(guò)噴槍噴入爐內(nèi)。燃料兼作一定還原劑的作用。艾薩爐作業(yè)是一個(gè)高度自動(dòng)化的控制過(guò)程，從爐料的配料、上料、熔煉過(guò)程氣氛和溫度的控制以及設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控等作業(yè)主要都由控制室控制，通過(guò)DCS系統(tǒng)完成。第27頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛艾薩爐主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：①處理混合精礦量（13.0～14.5)×104t/a，其中精礦含50%～60%Pb，8%～10%H2O。②粗鉛產(chǎn)量8×104t/a，粗鉛含96%～98%Pb。③富鉛渣產(chǎn)量（9～10）×104t/a，其中渣含45%～50%Pb。④煙塵率13%～18%。⑤熔煉作業(yè)率>80%（不含換槍時(shí)間）。第28頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛艾薩爐熔煉系統(tǒng)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)艾薩熔煉主體設(shè)備有艾薩爐、噴槍、余熱鍋爐、燒嘴、噴槍卷?yè)P(yáng)機(jī)等，輔助系統(tǒng)有供風(fēng)、收塵、鑄造、鑄鉛、制酸等外圍系統(tǒng)。1．艾薩爐的爐體結(jié)構(gòu)豎直狀、鋼殼內(nèi)襯耐火材料的圓筒形反應(yīng)器，由爐體和爐頂蓋兩部分組成第29頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛

2．艾薩爐噴槍噴槍是艾薩爐的核心技術(shù)。艾薩爐噴槍由三層同心圓管組成。最里層是測(cè)壓管。第二層是柴油或粉煤的通道，通過(guò)控制燃料燃燒可快速調(diào)節(jié)爐溫。最外層是富氧空氣，供艾薩爐熔煉需要的氧。第30頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛

3

輔助燃燒噴嘴艾薩爐的輔助燃燒噴嘴，長(zhǎng)期置于爐內(nèi)，烤爐和暫停熔煉時(shí)，噴嘴供油供風(fēng)，燃燒補(bǔ)熱。正常作業(yè)情況下，噴嘴停油，但供風(fēng)作業(yè)熔煉補(bǔ)充風(fēng)用。4艾薩爐的熔體排放艾薩熔煉爐采用間斷排放熔體。其優(yōu)點(diǎn)是排液瞬時(shí)流量大，排液溜槽不易凍結(jié)，對(duì)熔體過(guò)熱溫度要求較低。第31頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛艾薩熔煉操作要點(diǎn)艾薩熔煉操作：分為點(diǎn)火烘爐和正常熔煉。1．烘爐艾薩爐的耐火材料采用鎂鉻磚，外層是高鋁磚，烘爐應(yīng)遵照升溫曲線進(jìn)行，余熱鍋爐也同時(shí)升溫。烘爐采用專門的升溫?zé)爝M(jìn)行，它設(shè)有供油裝置、供風(fēng)系統(tǒng)和自動(dòng)點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，按照?qǐng)?zhí)行程序由計(jì)算機(jī)控制運(yùn)行，爐溫以安裝在爐體上部的熱電偶測(cè)量出來(lái)的溫度為基準(zhǔn)。第32頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛

2.熔煉操作熔池熔煉第一步是造熔池，為了確保在接近正常生產(chǎn)爐溫投產(chǎn)。應(yīng)該用富鉛渣．這樣爐溫低，形成熔池快；沒(méi)有富鉛渣也可用鼓風(fēng)爐爐渣但爐溫控制較高，需要很長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)掛渣結(jié)束后，則轉(zhuǎn)入正常熔煉狀態(tài)，從小料量開(kāi)始。在正常生產(chǎn)進(jìn)料后，熔池深度不斷上升。先放渣，后放鉛在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，加料連續(xù)進(jìn)行，只有排放作業(yè)是周期性。第33頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛

3．渣型控制艾薩熔煉的富鉛渣為PbO-CaO-SiO2-FeO-ZnO渣型，其成分控制主要檢測(cè)SiO2和Fe含量，一般為Fe/SiO2=1.1～1.2艾薩熔煉系強(qiáng)化熔煉，反應(yīng)激烈，F(xiàn)e/SiO2比不適當(dāng)，會(huì)使渣中Fe3O4含量急劇升高，渣的粘度迅速增加，嚴(yán)重時(shí)送入熔池的氣體和反應(yīng)生成物中的氣體不能及時(shí)釋放，窒息到一定程度后會(huì)急劇膨脹，熔池涌動(dòng)翻騰效果差，最后攜帶大量爐渣噴出爐膛形成泡沫渣，造成安全事故。第34頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3.5艾薩法煉鉛

4．噴槍的檢查和更換5．保溫?zé)熳鳂I(yè)6.艾薩爐及余熱鍋爐的清理艾薩爐爐頂與垂直煙道都是余熱鍋爐的一部分。爐結(jié)的產(chǎn)生影響爐子的負(fù)壓控制與煙氣流通，致使不能正常作業(yè)。此時(shí)，可以適當(dāng)調(diào)整艾薩爐煙氣出口溫度，造成一定范圍的溫度波動(dòng)，從而使鍋爐爐壁形成不均勻的膨脹的收縮，動(dòng)搖粘結(jié)物的附著力，使其落入熔池。第35頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天奧斯麥特法

在20世紀(jì)末，歐洲金屬公司（德國(guó))諾丁漢姆（Nordenham）鉛鋅冶煉廠成功采用奧斯麥特頂吹熔池熔煉方法煉鉛。奧斯麥特爐主要由爐體、噴槍及升降裝置，加料裝置、排渣口、出鉛口、煙氣出口組成。第36頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天奧斯麥特法奧斯麥特爐與艾薩爐的比較①奧斯麥特公司的噴槍由4層套筒組成，中心管從內(nèi)到外分別是燃料、氧氣、空氣和套筒風(fēng)，并引入了二次燃燒機(jī)制；

第37頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天奧斯麥特法

二次燃燒機(jī)制及套筒噴槍專利為奧斯麥特公司獨(dú)家擁有。其優(yōu)點(diǎn)是熔煉產(chǎn)出的單體硫及燃燒不完全的物質(zhì)如CO及有機(jī)物等，由套筒風(fēng)進(jìn)行二次燃燒，套筒風(fēng)送入點(diǎn)接近熔體，二次燃燒產(chǎn)生的熱量容易被噴嘴飛揚(yáng)起來(lái)的熔體吸收，提高熱效率，同時(shí)二次風(fēng)量可按爐況準(zhǔn)確調(diào)控。爐體上部不設(shè)二次風(fēng)口，爐子密封性好，煙氣不會(huì)外泄產(chǎn)生低空污染，爐內(nèi)熱場(chǎng)分布較均勻。第38頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25日，星期天奧斯麥特法

②奧斯麥特爐的輔助燃料燒嘴只供烘爐和暫停熔煉時(shí)維持爐溫用。正常作業(yè)時(shí)是提至爐外，噴嘴用蓋板蓋嚴(yán)；③奧斯麥特熔煉爐體外殼噴水，采用噴淋冷卻、投資省，簡(jiǎn)單易行；缺點(diǎn)是冬季車間內(nèi)水霧較大，鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)露腐蝕加快。第39頁(yè),共43頁(yè)，2024年2月25