三段爐煉鉛法
1)方法簡介
為解決SKS的高能耗、高成本及污染等問題，國內(nèi)多家企業(yè)對SKS法進行了改造，其中豫光金鉛恒邦采用了液態(tài)高鉛渣底吹還原工藝，金利公司和萬洋集團采用了液態(tài)高鉛渣側(cè)吹還原工藝，均獲得成功并取得了很好的運行效果。由于充分利用了液態(tài)高鉛渣的顯熱，煉鉛能耗及處理成本大幅降低，鉛回收率明顯提高，環(huán)境明顯改善，形成了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的“三段爐”煉鉛法。
2)技術(shù)特點
為了適應(yīng)環(huán)保、低碳、節(jié)能降耗的需求，新的技術(shù)不斷出現(xiàn)，目前在河南省濟源豫光金鉛，金利公司、萬洋集團各自采用的液態(tài)高鉛渣直接還原的三種爐型代表了我國鉛冶煉發(fā)展的最高水平。
豫光三段爐煉鉛法
豫光三段爐煉鉛法主要工藝為底吹爐氧化脫硫——底吹爐還原—煙化爐回收鋅，2010年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。取消鼓風(fēng)爐，不用冶金焦，實現(xiàn)液態(tài)渣直接還原，與原有富氧底吹爐氧化段一起，形成完整的液態(tài)渣直接還原工業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)。具體技術(shù)方案為：鉛精礦、石灰石、石英砂等進行配料混合后，送入氧氣底吹爐熔煉，產(chǎn)出粗鉛、液態(tài)渣和含塵煙氣。液態(tài)高鉛渣直接進入臥式還原爐內(nèi)，底部噴槍送人天然氣和氧氣，上部設(shè)加料口，加煤粒和石子，采用間斷進放渣作業(yè)方式。天然氣和煤粒部分氧化燃燒放熱，維持還原反應(yīng)所需溫度，氣體攪拌傳質(zhì)下，實現(xiàn)高鉛渣的還原。
豫光三段爐煉鉛法主要設(shè)備連接見圖3-42
豫光三段爐煉鉛法主要特點：
①流程短：工藝省去了鑄渣工序，淘汰了鼓風(fēng)爐，減少了二次污染和煙塵率，國際同類技術(shù)的煙塵率一般在15%左右，而豫光煉鉛法的煙塵率僅為7%~8%。
②自動化水平高：工藝可在氧化、還原等關(guān)鍵工序中設(shè)置3000多個數(shù)據(jù)控制點，實現(xiàn)全系統(tǒng)的DCS集中自動控制，用工大幅減少，系統(tǒng)生產(chǎn)更安全穩(wěn)定。
③低能耗：該工藝不僅利用了渣和鉛的潛熱，熔池熔煉時傳熱傳質(zhì)效率高，能耗大大降低。粗鉛能耗比氧氣底吹—鼓風(fēng)爐煉鉛低25%左右，比傳統(tǒng)工藝低約50%。
④低排放：底吹還原爐的爐底噴人天然氣和氧氣，粒煤和石灰由爐頂加人，還原溫度1050~1150℃，不使用焦炭，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目標(biāo)，SO排放濃度遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，僅為氧氣底吹—鼓風(fēng)爐煉鉛中鼓風(fēng)爐排放量的10%，同時CO排放量僅為氧氣底吹—鼓風(fēng)爐煉鉛工藝的22%。
⑤清潔化生產(chǎn)：密閉性好的熔煉設(shè)備縮短了工藝流程，減少了無組織排放量，實現(xiàn)了鉛清潔化生產(chǎn)。氧化和還原均采用間歇式作業(yè)，相互干擾小;還原渣可以保持有較長的停留時間，有利于渣含鉛的降低;渣含鉛<2.5%，鉛回收率>97%。
豫光三段爐煉鉛法主要工藝技術(shù)指標(biāo)見表3-17。
恒邦三段爐煉鉛法
恒邦三段爐煉鉛法主要工藝為底吹爐氧化脫硫—底吹爐還原—煙化爐回收鋅，2012年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
恒邦三段爐煉鉛法技術(shù)特點：
①底吹還原爐的爐底噴入粉煤和壓縮空氣，渣型m(FeO)/m(SiO)≈2、m(CaO)/m(SiO2)≈0.45，還原溫度1050~1150℃，不使用焦炭;
②氧化和還原均采用間歇式作業(yè)，相互干擾小;
③還原渣可以保持有較長的停留時間，有利于渣含鉛的降低;渣含鉛<3%，鉛回收率>97%。
恒邦三段爐煉鉛法主要工藝技術(shù)指標(biāo)見表3-18。
萬洋三段爐煉鉛法
萬洋三段爐煉鉛法主要工藝為底吹爐氧化脫硫——側(cè)吹爐還原——煙化爐回收鋅。2011年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。萬洋公司與豫光金鉛公司、中聯(lián)公司于2009年合作開發(fā)“三連爐”煉鉛新工藝，采用氧化爐——還原爐——煙化爐三爐相連，熱渣直流，三臺熔池熔煉爐由兩道連接溜槽串接在一起組成一個整體;兩連接溜槽分別連接在前一臺熔池熔煉爐的出渣口和后一臺熔池熔煉爐的熔融渣加料口之間，充分利用液態(tài)高鉛渣和還原爐渣的潛熱，緊湊的布置使得流程短占地很少，工人勞動強度小，環(huán)保效果好，實現(xiàn)了鉛冶煉生產(chǎn)的低碳模式。“三連爐”中氧化爐可以是氧氣底吹爐，也可以是澳斯麥特爐、艾薩爐、氧氣側(cè)吹爐等，還原爐為氧氣側(cè)吹還原爐，煙化爐增加滲鉛裝置改進。生產(chǎn)系統(tǒng)具體為硫化物精礦、石灰石、石英砂、含鉛煙塵物料進入氧化爐熔煉爐內(nèi)充分混合、迅速熔化和氧化，生成一次粗鉛、高鉛渣和煙氣。粗鉛送到下道工序進行電解精煉。氧化爐產(chǎn)生的液態(tài)高鉛渣通過溜槽直接流入氧氣側(cè)吹還原爐，高鉛渣與煤、熔劑，經(jīng)鼓入的富氧空氣強烈攪拌而激烈反應(yīng)，產(chǎn)出的粗鉛經(jīng)虹吸道流出，含有微量SO的氣體經(jīng)鍋爐回收余熱后進入脫硫塔處理排空。還原爐產(chǎn)出的爐渣直接流入煙化爐提鋅。
與氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原工藝相比，三連爐通過溜槽直接相連，液態(tài)高鉛渣直接流人側(cè)吹還原爐內(nèi)，充分利用了高鉛渣的潛熱，取消了鑄渣機，避免了高鉛渣塊產(chǎn)生的煙塵飛揚現(xiàn)象;還原爐熱渣直接流入煙化爐內(nèi)，潛熱也得到了充分利用，進入煙化爐內(nèi)不需要提溫期，可以直接噴入粉煤還原提鋅，降低了煤耗，縮短了煙化提鋅時間，提高了生產(chǎn)效率;同時取消了電熱前床和熱渣吊運過程，既節(jié)省了設(shè)備投資，也降低了生產(chǎn)電耗以及避免了渣包運輸帶來的環(huán)境問題。
萬洋公司氧氣側(cè)吹爐在新鄉(xiāng)中聯(lián)公司多次試驗的基礎(chǔ)上，于2011年3月10 日一次性開爐成功，運行半年來，生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)，各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)值。前期氧化段底吹爐為φ3.8m×11.5m，110~120min放一次渣，產(chǎn)出液態(tài)高鉛渣量為(28～35)t/爐，渣含鉛43%～50%，此次設(shè)計的氧氣側(cè)吹爐為8.4m2，高鉛渣在一個還原周期內(nèi)完全可以降至1%以下。為了考慮后面煙化爐的生產(chǎn)，使熔池內(nèi)的鋅盡可能的保留在渣中，生產(chǎn)中控制渣含鉛不大于2%。
萬洋側(cè)吹爐示意圖見圖3-43。
萬洋三段爐煉鉛法技術(shù)特點：
①取消了鑄渣機，避免了高鉛渣冷卻鑄塊過程中水汽迷漫、碎末飛揚的現(xiàn)象，生產(chǎn)環(huán)境進一步改善，也省下了鑄渣機的設(shè)備投資。
②高鉛渣在熔融液態(tài)下直接還原，充分利用了高鉛渣熔體的潛熱，節(jié)省了大量的燃料，使噸鉛生產(chǎn)能耗下降。
③側(cè)吹還原爐的高溫爐渣直接流入煙化爐，不需要電熱前床保溫，煙化爐省略提溫階段，充分利用了熔渣的熱能，可直接進入還原提鋅，節(jié)省了粉煤，也提高了生產(chǎn)效率，同時氧化鋅品質(zhì)更好。
④高鉛渣還原只采用單一的煤作為燃料和還原劑，起到加熱和還原的作用。與鼓風(fēng)爐相比煤比焦炭價格低廉，與國內(nèi)其他的還原爐相比不需要天然氣或煤氣作為燃料，使不具有天然氣或煤氣的廠家也可采用此種工藝，對建廠條件的適應(yīng)性更好，推廣前景更廣。
⑤側(cè)吹還原爐床能率很高，時間上可以與底吹爐、煙化爐相匹配，取消了電熱前床，節(jié)省大量的電能及石墨電極，使能耗降低。
⑥側(cè)吹還原爐熔池熔煉反應(yīng)激烈，還原程度徹底，為了保證鋅的回收，渣含鉛控制不大于2%。
⑦煙化爐采用滲鉛改進，既增加了鉛的回收率，也提高了氧化鋅的品位。⑧三爐相連，熱渣直流，占地很少，節(jié)省投資。
⑨生產(chǎn)操作簡單，指標(biāo)易于控制，工人勞動強度小，生產(chǎn)操作環(huán)境好。
金利三段爐煉鉛法
金利三段爐煉鉛法主要工藝為底吹爐氧化脫硫一側(cè)吹爐還原一煙化爐回收鋅，2010年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。熔煉爐產(chǎn)出的高鉛渣定期由排放口放出，熔融狀態(tài)下通過溜槽加入到側(cè)吹還原爐中，側(cè)吹還原爐設(shè)有熱渣加入口和冷料加入口。還原粒煤、熔劑經(jīng)配料由冷料口加入。還原爐兩側(cè)設(shè)煤氣、工業(yè)氧噴槍為還原爐提供熱源，還原爐下部側(cè)墻設(shè)鉛虹吸放出口，還原鉛由虹吸口連續(xù)排出轉(zhuǎn)送精煉車間，還原爐端墻下部設(shè)有排渣口，當(dāng)虹吸排鉛停止時，即為一個周期的終點。排渣口放渣，為進一步回收渣中的鋅，此渣經(jīng)前床貯存后送煙化爐處理。側(cè)吹還原煙氣通過余熱鍋爐回收余熱，表面冷卻器降溫，布袋收塵器收塵后，是否經(jīng)尾氣處理，依煤粒含硫而定。
金利液態(tài)高鉛渣還原爐工業(yè)性試驗裝置工程的設(shè)計和建設(shè)于2008年年底完工，包括一座8m2的側(cè)吹還原爐、相應(yīng)的煙氣處理系統(tǒng)、冷料配料、上料系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)。2009年初進入試運行階段。工業(yè)性試驗共分三個階段，其內(nèi)容包括裝置的適應(yīng)性、渣型的選擇、工況、供氣、還原粒煤與還原周期調(diào)整等試驗。其間對設(shè)施進行了必要的維護和修改：爐子下部面積擴大為13m2，試驗工作于2009 年8月底完成，達(dá)到了與底吹熔煉爐放渣制度相適應(yīng)的穩(wěn)定運行。各項技術(shù)條件和指標(biāo)較穩(wěn)定。2009年9月初即轉(zhuǎn)人示范性生產(chǎn)及正常運行。
金利三段爐煉鉛法技術(shù)特點：
①側(cè)吹還原爐能耗低，產(chǎn)出煙氣量和SO排放量遠(yuǎn)低于鼓風(fēng)爐，同等規(guī)模的煙氣量為鼓風(fēng)爐的30%，SO，排放量約為10%。流程短捷，揚塵點少，易于密閉通風(fēng)除塵，有效防治了鉛塵的彌散，經(jīng)測定，操作崗位鉛含量小于0.03mg/m3，衛(wèi)生通風(fēng)除塵后的排放鉛塵濃度為6mg/m3。
②經(jīng)金利公司生產(chǎn)10個月的冶煉數(shù)據(jù)核算，側(cè)吹還原爐焦?fàn)t煤氣和無煙粒煤消耗折合標(biāo)煤為197kgce/t鉛，比鼓風(fēng)爐純鉛能耗380kg，折合標(biāo)煤369kgce/t 鉛的指標(biāo)大幅降低。
③側(cè)吹還原爐渣含鉛小于2%，而鼓風(fēng)爐渣含鉛3%~4%，側(cè)吹還原爐鉛回收率為97.1%，鼓風(fēng)爐鉛回收率95.5%。
④過程簡單，工序少，作業(yè)穩(wěn)定，易操作，可實現(xiàn)DCS控制和管理，提高了勞動生產(chǎn)率。
⑤側(cè)吹還原爐、煙化爐與熔煉爐放置在一個廠房內(nèi)，省略了鼓風(fēng)爐上料、熱渣鑄造系統(tǒng)，建筑面積顯著減少。
金利三段爐煉鉛法主要工藝技術(shù)指標(biāo)見表3-19。
3)國內(nèi)應(yīng)用情況
底吹爐氧化脫硫——底吹爐還原—煙化爐回收鋅的三段爐煉鉛法，目前在豫光金鉛和山東恒邦冶煉廠建成有示范工程，產(chǎn)能均為10萬t粗鉛;金利三段爐煉鉛法目前僅在金利鉛業(yè)有限責(zé)任公司建成有年產(chǎn)10萬t粗鉛規(guī)模的示范工程;萬洋三段爐煉鉛法由于不依賴天然氣、煤氣等，控制相對簡單，在國內(nèi)得到了較快的推廣應(yīng)用，目前正在使用或正在改造使用的廠家有：萬洋冶煉集團有限公司、安陽市岷山有色金屬有限責(zé)任公司、靈寶新凌鉛業(yè)股份公司、志誠金鉛股份有限公司、福建省誠明金屬冶煉有限公司、湖南宇騰有色金屬股份有限公司等10余家，合計鉛的年產(chǎn)能約120萬t。
4)總體評價
三段爐煉鉛法的爐體配置結(jié)構(gòu)緊湊，熱渣直流，占地少，投資省;氧化、還原、煙化三段連續(xù)作業(yè)，工藝流程短，過程簡單，工序少，作業(yè)穩(wěn)定，易于操作并可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，自動化程度高;實現(xiàn)熔融高鉛渣直接還原，充分利用熔體潛熱，能耗低，且不使用焦炭，生產(chǎn)成本低;爐體密閉性能好，煙氣溢散少，粉塵量少，對環(huán)境友好。
三段爐煉鉛法的實質(zhì)是QSL法的改進，因此，和QSL法一樣不適用于中低品位鉛物料的處理，和鉛精礦伴生的鋅也必須通過高耗能的煙化爐回收。
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