我国铅锌冶炼行业发展状况与政策分析

我国铅锌冶炼行业发展状况与政策分析10多年来，我国铅锌工业生产发展较快，经济效益明显回升。“十一五”期间，在稳步推进淘汰落后产能、促进节能减排的同时，我国铅锌冶炼行业也在积极有序地进行兼并重组及境外资源的开发。不过，我国铅锌冶炼行业在发展的过程中也存在一些问题，如结构性矛盾突出、资源保障程度低、缺乏产品价格话语权等情况。因此，亟需加大行业改革力度，实现我国铅锌冶炼行业的可持续发展。背景资料◆我国铅锌矿基本情况铅锌是我国优势矿产矿资源。我国铅矿查明资源储量3481.80万吨；锌矿查明资源储量9172.35万吨，储量及基础储量仅次于澳大利亚、美国，居世界第三位。我国铅锌矿资源表现为以下特点：第一，大矿少、小矿多，大型铅矿仅占全部矿床的1.5%，大型锌矿占全部锌矿的4.5%。第二，富矿少、贫矿多，高于3%的探明铅储量只占全部探明储量的30%左右，锌矿床品位略高，但仍有35%以上的锌矿品位小于4%。第三，铅锌储量、基础储量保证年限不高，铅储量不足4年，锌为5年；铅基础储量5.6年，锌7.4年，虽然储量丰富，但后备资源缺乏，可供规划利用的资源储量不多。第四，国内铅锌业矿山以小企业为主。第五，随着国内铅锌冶炼产能的扩张，国内铅锌原料的进口也在迅速增加。从储量分布来看，内蒙古、云南、湖南、广东和甘肃是我国主要铅锌资源分布地，其储量都超过100万吨，这5省的储量占全国总量的72%。◆我国铅锌冶炼行业的基本情况我国以独立的铅生产企业和锌生产企业为主，铅锌综合企业占少数；铅锌深加工产品少，国内企业产品差异性小，品牌效应不明显；国内铅锌价格透明，贸易商和物流公司作用大，有一定的投机机会；是有色金属行业集中度最低的，依靠国内消费市场和低环保成本有一定的行业竞争力。据中国有色金属工业协会统计，2009年我国规模以上的铅锌企业1374家，其中采选企业754家，冶炼企业620家。全年铅锌行业总资产2070.7亿元，占有色金属行业总资产的11.6％，其中采选业752亿元，冶炼业817亿元；主营业务收入2241亿元，其中采选业771亿元，冶炼业1470亿元；实现利税总额255.1亿元，其中利润147.5亿元，采选业实现利润84亿元，冶炼业利润63.5亿元。我国已成为全球最重要的铅锌生产国之一。2000年国内精铅产能在110万吨，2010年精铅产能快速增长至498万吨；2000年锌冶炼产能在170万吨左右，到2010年锌冶炼产能高达633万吨。铅的冶炼工艺几乎全是火法，湿法冶炼至今仍处于试验阶段。铅精炼方面，我国基本上采用电解精炼工艺，而俄罗斯和欧美主要采用火法精炼。锌的生产工艺分为火法和湿法，目前主要的生产工艺是湿法，该工艺可以减少环境污染，有利于生产连续化、自动化和原料的综合利用，提高产品质量，降低能耗。◆铅锌冶炼行业产业结构经过几十年的发展建设，我国已经形成了东北、湖南、两广、滇川、西北等五大铅锌采选冶炼和加工配套生产基地，铅产量占全国总产量的85%以上，锌产量占全国总产量的95%。我国铅锌冶炼企业众多、布局分散、规模有限。2001年我国前10位铅、锌企业产量占全国产量比例分别为52%和64%，2008年降为37.5%和45.5%。铅锌行业近几年快速发展，但只是矿山、冶炼厂数量与产量的简单放大，市场缺乏具有国际竞争力的大型采选冶炼企业。我国主要铅锌冶炼企业生产能力及矿石自给率我国铅锌冶炼行业发展现状1.投资持续快速增长近几年，我国铅锌行业固定资产投资加速增长。2000—2001年民营企业迅速成长；2002—2003年铅冶炼规模迅速扩大；2004年以来，矿山和冶炼业投资全面高涨；2005—2007年采选业投资增长速度超过冶炼业，在2007年二季度达到高峰，之后增长速度减慢；2005年以来，冶炼业投资以大型企业为主，投资大，起点高。铅锌行业固定资产投资持续增长，主要是因为我国铅锌采选业和冶炼业出现了融合趋势，未来采选冶一体化的企业数量将增加，这将促使大企业产业结构延伸向矿产。我国铅锌行业固定资产投资情况2.国内精矿供应偏紧，导致冶炼成本偏高在铅锌冶炼成本构成中，原料费用即矿产成本是最重要的部分。2001年以来，国内铅精矿价格占精铅价格比例稳定在60%以上，2007年占76%，2008年占74%，2009年占82%，2010年占85%，按照今年上半年的铅矿以及精铅价格计算，今年的铅精矿价格占精铅价格的比例为87%。锌精矿价格占电解锌比例近年来趋于下降，2007年占74％，2008年占55％。近两年国内铅价与铅精矿销售价格比较从国内精矿产量来看，精矿产量增长明显，2010年矿山生产活跃，精矿产量增幅稳定在25%以上。据CNIA统计，2010年我国累计生产铅精矿185.1万吨，同比增加36.1%。铅价走势良好，刺激了矿山生产的积极性。2011年上半年铅矿产量为131万吨，增幅较大，这主要是因为稀贵金属价格攀升。虽然精矿产量增长，但其增速落后于精铅以及锌冶炼增速，国内精矿供应紧张，导致冶炼成本偏高。3.外强内弱局势长期延续，冶炼商缺乏话语权，国内加工费偏低我国大部分冶炼企业自供矿有限。例如，湖南株冶是一家年产铅锌60万吨的冶炼企业，而矿石自给率只有1%。2003年以来，我国铅锌精矿很少出口，而是大量进口。2008年，我国进口铅锌精矿分别达到144.5万吨和238.5万吨，同比增长13.8%和10.7%；2009年，我国铅锌精矿分别进口120万吨和370万吨，铅精矿进口同比下降16.9%，锌精矿进口同比增长55.1%；2010年，累计进口铅精矿160.4万吨，与上年持平，锌精矿进口有所下滑，进口量为324万吨，比上年下滑15.9%。2011年上半年，我国铅精矿进口量累计为66.1万吨（实物量），同比增长9.4%。因国内冶炼厂购买意愿不强，精矿进出口贸易相对较为平淡，上半年进口到我国的精矿多为去年的订单，新增订单较少。据中国海关统计，上半年我国精矿月进口量徘徊在23万吨左右，1—6月份全国累计进口137.5万吨实物量，折合金属量64.3万吨左右，比去年同期少进口13万吨，大约减少金属量6万吨。去年10月份以来，国内每个月的锌精矿产量都没有超过30万吨。精矿进口下降的主要原因在于加工费持续低迷，打击了冶炼厂的进口积极性，而且市场锌价变动频繁，进口经营难度加大。铅矿进口基本稳定加工费低迷打击冶炼商积极性4.冶炼能力持续快速增长，且有继续增长的趋势过去10年间，铅锌冶炼产能急剧扩张，2000年精铅产能在110万吨，2010年国内精铅产能快速增长至498万吨，10年间精铅产能年均递增28%；2000年锌冶炼产能在170万吨左右，2010年锌冶炼产能达到633万吨，10年间锌产能年均递增24.7%。铅锌产能保持较快增长从安泰科公布的数据看，2010年我国铅冶炼产能由2009年的445万吨增加至498万吨，增幅在12%左右；分地区看，新增产能主要集中在河南、湖南、云南等主要精铅生产地区。我国主要铅生产企业2011年，我国锌冶炼淘汰落后产能任务为33.7万吨，与去年淘汰落后产能29.37万吨相比增长了14.74%，但国内锌冶炼的投资热情依旧，因此今年我国锌冶炼产能仍将上升。2010年，我国锌冶炼产能为633.5万吨，产量约为513万吨。随着新增产能的陆续建成投产，2011年我国锌冶炼产能有望突破700万吨，产量也将提升。据上海有色网（SMM）统计，包括安徽铜冠、汉中锌业、江铜集团在内的多家企业，在2011年可建成投产的新增锌冶炼产能将达75万吨，若按80%的企业开工率计算，则今年的电解锌产量将达573万吨。2010年我国铅冶炼新增产能我国主要锌冶炼企业及其产量5.我国铅锌冶炼和采矿一体化进程加快目前我国铅锌矿产资源紧张，铅锌价格外强内弱，国外大型矿产商对其资源具有一定的垄断性，导致进口矿成本偏高。在这一背景下，国内一些主要的冶炼企业如株洲冶炼集团公司、豫光金铅公司、四川宏达公司等开始将业务延伸至矿山领域，进一步推动了我国铅锌产业链的一体化。另外，国家节能减排及环保整顿政策也令部分小型冶炼商遭遇技术、环保壁垒，冶炼成本过高，随着原生铅行业准入条件的推行，我国将有大部分中小企业被淘汰出局，这也促进了矿冶一体化。“十二五”期间我国铅锌冶炼行业发展状况与相关政策1.“十二五”规划结构调整对铅锌冶炼的影响“十二五”时期我国开始由中等收入国家向高收入国家迈进，从经济大国走向经济强国。2011年是“十二五”的开局之年，起步是否良好，不仅要看经济增速，更要看结构调整等转化方式是否取得进展。“十二五”期间，我国铅锌工业的发展必须以环境保护和资源综合利用作为首要任务，重金属污染综合防治是“十二五”规划中的工作重点。按照规划，有14类重点防控的重金属污染物，14个重点省份，138个重金属污染防控重点区域，9大金属污染防控重点行业，4452家重金属污染防控重点企业，规划的目标确定为：重点区域的重点重金属污染物排放比2007年减少15%，非重点区域的重点重金属污染物排放量不得超过2007年的水平。2.加大节能减排力度，淘汰落后产能，实现我国铅锌冶炼行业的可持续发展随着全球气候变暖、温室效应日趋严重，环境状况不断恶化，同时能源价格迅猛上涨，节能减排引起了世界各国的普遍关注。铅锌冶炼属于高能耗高污染的行业，提高节能减排技术水平和管理水平非常重要，节能减排水平将体现整个行业的技术水平，决定整个行业的生存发展。为促进铅锌行业的结构调整和产业升级，发改委发布了《铅锌行业准入条件》，按照相关要求，工信部公布符合铅锌行业准入条件的企业仅有11家，包括河南豫光金铅、济源市金利冶炼、株冶集团、葫芦岛新野股份等几家大公司。2011年8月18日，工信部发布《再生铅行业准入条件（征求意见稿）》，从工艺、产能、环保等多个角度对再生铅行业设立了准入门槛。我国再生铅企业分布较为分散，存在很多不达标的小企业，行业门槛提高将淘汰部分落后产能，促进行业集中度提高，初步估计，准入条件推广后，行业内将有2/3的企业面临淘汰。2011年铅冶炼淘汰落后产能企业名单已经公布，涉及35家铅冶炼企业，累计产能68万吨；2011年锌冶炼淘汰落后产能企业名单包括32家企业，涉及产能34万吨。“十二五”期间，我国铅锌冶炼行业面临环保以及节能减排压力，企业需要更加关注节能减排和环境保护，同时还要加快技术进步，特别是回收处置技术，增加再生铅生产比例，改善我国铅锌生产行业的产业结构，实现我国铅锌冶炼行业的可持续发展。金属铅的冶炼流程铅从原矿开始，经过采矿和选矿，得到含铅45%－70%的铅精矿，然后送入冶炼厂进行冶炼。炼铅原料炼铅原料大部分是硫化铅精矿，小部分是铅锌氧化矿，其中所含有价金属几乎都可在冶炼过程中回收。中国硫化铅精矿中常含有以下有价金属：铅、锌、铜、砷、锑、铋、镉、汞、金、银、硒、碲、铟、锗、铊。在烧结过程，95%以上的汞进入烟气；70%的铊，30～40%的镉、硒、碲，以及一小部分砷、锑、铋等金属进入烟尘；其余留在烧结块和返粉中。在鼓风炉熔炼过程中，几乎全部的金、银和大部分铜、砷、锑、铋、锡、硒、碲进入粗铅，95%以上的锌、锗，50%以上的铟进入炉渣，80～90%的镉进入烟尘。在火法初步精炼过程，粗铅中的铜、锡、铟大部分进入浮渣，金、银、铋等金属留在铅中。在铅电解精炼过程，比铅更正电性的金属如金、银、铜、锑、铋、砷、硒、碲等不溶解而留在阳极泥，比铅更负电性的金属如铁、锌、镍、钴与铅一道溶解，进入电解液，但不在阴极析出。从烧结机烟气中可回收汞，烟尘一般返回配料，经循环富集后回收镉和铊。处理鼓风炉烟尘可回收镉、锌、铟、铊等金属。浮渣熔炼时产出粗铅、冰铜（包括砷冰铜）、炉渣和烟尘，可从冰铜和炉渣中回收铜、铅，从烟尘中回收铟和砷。处理含锡较高的粗铅时，高锡浮渣可经重选得到铅精矿和锡精矿，分别回收铅、锡。中国低品位铅锌氧化矿在鼓风炉化矿过程中，一部分铅、锌、镉、锗挥发进入烟尘，一部分进入粗铅，大部分留在熔渣。熔渣经烟化炉挥发，铅、锌、镉、锗进入烟尘，再从烟尘中回收。精炼经过初级冶炼后得到的粗铅进一步精炼，有火法和湿法两种。目前世界上以火法为主，湿法炼铅尚处于试验研究阶段。国外以火法为主，我国以电解精炼为主。电解法的特点是能更好地回收金、银、铋等有价金属，并得到纯电铅。火法精炼则较灵活，可根据粗铅中杂质情况和市场的需求组织生产，投资也省。主要冶炼工艺介绍：基夫塞特（Kivcet）炼铅：1967年前苏联有色金属矿冶研究院开始试验；1988年实现了工业化连续生产。该工艺是由原苏联的莫斯科有色研究院和哈萨克斯坦共同研制完成的。意大利萨米公司购买了该项专利权并在威斯麦港（VesmePort）建设了一座8万吨/年粗铅厂。许可证和基本设计费高达1000万美元，投资巨大。基夫塞特法炼铅对物料的制备要求严格，入炉炉料经配料后要求充分干燥至水份0.5%以下，粒度要求100目左右。终渣含铅3%以上，仍有低空污染问题，生产能耗高。QSL炼铅：由德国鲁奇公司等研制的，已在中国、德国、韩国建厂，该工艺对原料制备要求相对较为宽松，物料水份、粒度组成不受严格的限制。由于氧化与还原在同一个装置中完成，终渣含铅为5%-10%，氧耗高、电耗高。富氧顶吹浸没熔炼法（ISA和Ausmelt炼铅）：是澳大利亚联邦科学工业研究组织（简称CSIRO）在20世纪70年代初开始研究开发的顶吹浸没喷枪技术衍生出来的熔炼方法，属熔池熔炼范畴。20世纪70年代末澳大利亚MIM与CSiRO合作开发熔炼技术直接炼铅，并以艾萨炼铅法取得专利权。20世纪80年代初顶吹浸没喷枪技术发明人组建了Ausmelt公司并在喷枪和一些新的应用领域进行了开发，至此MIM和Ausmelt两家公司均获得了该项技术的转让权。该技术采用两台同样结构的竖式炉子分别进行氧化、还原熔炼。目前，ISA法氧化段生产已趋正常，氧化炉产出的SO2烟气可供制酸，但还原段生产稳定性较差。同时，该工艺氧枪更换频繁，一般4-7天需更换一次，作业率低，换枪机构复杂，且投资较大。卡尔多转炉炼铅：由瑞典波立登公司开发的技术，是氧气冶金在顶吹转炉上的一种应用，也属熔池熔炼范畴。炼铅工艺分两段进行：富氧熔化并氧化，熔融物料还原熔炼，渣含铅可根据还原剂用量和还原时间确定，渣含铅也在3%左右。但氧化和还原产出的烟气，二氧化硫含量有较大差异。氧化段烟气，二氧化硫浓度高达16%，还原段产出烟气二氧化硫浓度低于400PPm。为了酸厂的连续生产，氧化段烟气先经压缩冷凝使50%的二氧化硫液化，剩余的烟气中的二氧化硫制酸。ISA和Kaldo实际意义上都不是一步炼铅，只有Kivcet和QSL法属一步炼铅，前者要不是两个炉子分别氧化还原，要不分阶段进行。鼓风炉法炼铅：该工艺铅冶炼生产能耗高，产生SO2浓度低，不能实现两转两吸制酸，污染较为严重，劳动条件差。根据设备不同又分为烧结锅-鼓风炉、烧结机-鼓风炉和密闭鼓风炉ISP。烧结锅-鼓风炉国家已明确规定在2000年前必须淘汰。目前大部分现在生产的企业主要用的是烧结机-鼓风炉工艺。ISP技术可以使用混合铅锌矿原料进行冶炼，具有原料适应范围广，工艺成本低等优点。氧气底吹炼铅（SKS）：1998年，多家单位出资合作利用水口山底吹炼铅试验车间，开展了氧气底吹熔炼-鼓风炉还原炼铅（即SKS法）验证试验工作，经两个多月的试验证明，工艺可靠、指标可行。实现了用底吹熔炼取代传统炼铅工艺中的烧结和返粉破碎工序。由于底吹炉烟气SO2浓度高，利于制酸，硫的回收率高达95%～96%，同时由于取消了烧结返粉破碎，彻底根治了SO2和铅扬尘污染。底吹熔炼过程不需外加燃料，完全自热并可利用部分余热发电节能。更主要的是底吹过程约有50%的铅通过交互反应直接产出粗铅，进入鼓风炉的高铅渣含铅40%～45%，与烧结块含铅不相上下，因此鼓风炉熔炼的物料与烧结工艺比相应减少约50%，因此，焦炭耗量明显下降，从而使炼铅成本低于传统工艺，加上硫酸的利润，可取得良好的经济效益。该工艺原料适应性强，既可直接处理各种品位的铅精矿，也可以处理各种含铅物料、次生料，如铅极板、废旧蓄电池等。浅析SKS法氧气底吹熔炼炉开炉的基础环节

氧气底吹熔炼—鼓风炉还原炼铅新工艺及工业化装置开发，彻底改变了中国铅冶炼污染现状，在环境治理上取得突破性进展，是中国有色金属行业的重大技术进步，对国民经济可持续发展具有深远意义。该工艺属有色金属行业冶炼技术的重大技术创新，达到国际先进技术水平。其特点是利用氧气底吹炉氧化，替代烧结工艺，彻底解决了原烧结过程中SO2及铅尘严重污染环境的难题。底吹产出的高铅渣用创新后的鼓风炉还原，有效抑制了低沸点铅物的挥发，克服了其他炼铅新工艺普遍存在的烟尘率高、返尘量大的缺点，且具有金属回收率高、热能利用好等许多优点。在我国所采用此法的铅冶炼企业投产连续运行几年多实践表明，该工艺具有投资省(为传统流程的70％，不到引进工艺的50％)，综合能耗低(为380-400kg标煤/t粗铅，与基夫赛特和顶吹浸没熔炼工艺持平)，环保好(硫的捕集率>99％，所有排放物均达标)，金属回收率高(铅、银达98％-98.5％)，生产成本低(为传统工艺的85％，比国外新工艺更低)等特点。该工艺是先进的熔池熔炼现代技术与创新后的鼓风炉还原工艺的完美结合，具有显著的经济和环保效益，已获得铅冶炼同行的认可，并已扩展到铜冶炼。该技术在我市宇腾有色、华信集团等企业已成功应用，综合效益显著。

笔者根据目前此法在我市几家铅冶炼企业所应用的基本情况，就该法氧气底吹熔炼炉的开炉环节，畅所欲言：

一、

开炉前所要做的准备工作

开炉前的首要工作是人员配备，这是氧气底吹熔炼炉开炉的先决条件。开炉及投底铅前应做到人手齐备、确保快速完成投底铅，快速开炉。

因新砌底吹炉体在长期处于冷态，因此，在底吹炉升温过程要求严格按底吹炉升温工艺要求执行，防止因升温不当而导致炉衬及附属设施热应力损伤，给后续生产带来安全隐患；同时也防止升温不够，使底吹炉进入生产位时各熔池反应难以迅速进行，没有很好的熔池挠动的结果会产生氧枪工作不稳定，从而直接导致加料口大量烟气外溢。因此，主燃烧器工作时间按底吹炉升温曲线执行升温制度，为防止升温不当所造成的底吹炉炉衬损伤，故在开启主燃烧器升温前应使用木柴烤炉，烤炉时间不能低于一天（24小时），木柴烤炉时应保证入炉柴的干燥，在炉膛内的木柴应始终处于燃烧状态，禁止一次性投入大量木柴，人工助燃的烤炉方式进行。

如何使底吹炉进入生产位时炉体内交互反应迅速进行，不但要有足够的反应温度，还要有充分的反应环境，营造一种反应器内良好的反应环境是保证底吹炉开炉时烟气不外溢的重要条件，开炉时投入底铅是最好的解决办法。因为光凭主燃烧器的升温很难达到使底吹炉内产生足够的液相环境，底铅投入量50吨，铅层高度25—30厘米。

二、

开炉时所要做的工作

底吹炉开车前，应启动被料系统，按生产技术科提供的配料单进行配料，制备合格粒料。通过制氧站开始送氧、氮气，提升至氮气压力1、25MPa，氧气压力1、3MPa。主控人员对现场气、水控制阀门组件是否在正常位，各工段现场、机辅材料准备好，通知硫酸工段、余热锅炉及电收尘做好开车准备，待各岗位及相应生产工艺指标达到要求后，底吹炉进入生产位。进入生产位以后，主控室执行底吹炉开炉制度，控制入炉料量及氧料比，防止长时间低氧料比操作在炉内产生生料积压，影响后期炉况顺行，同时也应防止长时间的高氧料比操作而影响底吹炉的沉铅。加料时可采用从小到大渐进的加料方式结合熔池液面高度合理控制加料量及氧料比，加料情况见下表：时间间隔

加料量（t／h）

氧料比控制（Nm3氧气量／吨量）

说明

开炉

0

0

开炉后1小时左右

15-17

130±5

开炉后1小时-2小时

17-19

130±5

开炉后2小时-3小时

19-20

125

注意探测熔池高度

开炉后3小时-5小时

20-21

130

注意探测熔池高度及渣流动性

开炉后5小时-出渣

按熔池高度控制加料量

按炉内渣流动情况控制氧料比

要关注探测熔池高度及流动性

出渣后

正常加料

正常氧料比

要控制好熔池高度

正常生产

正常加料

正常氧料比

可以正常生产操作

因底吹炉开炉前期加料量上不去，烟气中SO2浓度低，硫酸引风后会对转化器温度形成负冲击，转化器温度过低后（一段不低于420℃，二段不低于485℃，三段不低于450℃）SO2转化率不高，硫酸尾气中SO2含量上升，加剧硫酸尾吸工作难度，不利于环保，硫酸工段减少引风量会直接导致底吹炉内负压过低后，炉内烟气外溢。因此硫酸工段在开炉初期转化器升温时间不低于24小时。

同时余热锅炉在底吹炉执行升温知道前系统检查所有阀门、管件、仪表、控制器件及余热锅炉生产用材料准备情况，待底吹炉开始升温后，开启循环泵系统，调节循环水流量，同时监控汽包水位，除氧器水位，软水箱备水工作情况，执行余热锅炉作业制度；当接到主控室开炉指令后，进入余热锅炉生产作业制度，同时监控汽包水位、压力、水温；除氧器水位、水温；循环水流量；烟气温度变化并作出具体动作；软水箱备水等工作情况。电收尘在底吹炉升温时，对所属岗位设备、现场、本岗位使用工具检查和准备，开启阴极加热；接底吹炉开炉指令后，开启2#、3#埋刮板，开启各电场，调整电压，要求二次电压不低于4万伏，并监视各电场、设备工作情况同时开启各阴、阳极振打，必要时可以进行人工振打。

在开炉前相关工作人员应准备好堵口用黄泥、钢钎，关注铅口铅液面上涨情况，并做好保温工作，渣口工准备脱模泥浆，在接到主控室指令后，烧开渣口放渣，进入正常放渣岗位制度。待铅口出铅后，进入铅口作业制度。

为此，氧气底吹熔炼炉的开炉工作就告别了一段落，那么接下来，我们要密切关注：开炉时熔池温度变化；烟气温度变化、渣含铅情况、处理情况时应谨慎操作、进料情况、认真分析锅炉循环水量、汽包水位、给水泵流量、除氧器水位三者对应关系。氧气底吹熔炼－鼓风炉还原炼铅新工艺及工业化装置开发，彻底改变了我国铅冶炼污染现状，在环境治理上取得突破性进展,

是我国有色金属行业的重大技术进步，对国民经济可持续发展具有深远意义。

该项目具有自主知识产权，是由国家科委立项，于“六五”期间在水口山矿务局进行了半工业化试验的基础上，由国家计委、经贸委列为“八五”、“九五”重点科技攻关项目。

该工艺属有色金属行业冶炼技术的重大技术创新，达到国际先进技术水平。其特点是利用氧气底吹炉氧化，替代烧结工艺，彻底解决了原烧结过程中SO2及铅尘严重污染环境的难题。底吹产出的高铅渣用创新后的鼓风炉还原，有效抑制了低沸点铅物的挥发，克服了其他炼铅新工艺普遍存在的烟尘率高、返尘量大的缺点，且具有金属回收率高、热能利用好等许多优点。两厂投产连续运行一年多实践表明，该工艺具有投资省(为传统流程的70%，不到引进工艺的50%)，综合能耗低(为380～400kg标煤/t粗铅，与基夫赛特和顶吹浸没熔炼工艺持平)，环保好(硫的捕集率>99%，所有排放物均达标)，金属回收率高(铅、银达98%～98.5%)，生产成本低(为传统工艺的85%，比国外新工艺更低)等特点。

该工艺是先进的熔池熔炼现代技术与创新后的鼓风炉还原工艺的完美结合，具有显著的经济和环保效益，已获得铅冶炼同行的认可，并已扩展到铜冶炼。目前已建、在建和拟建的铅厂已有8个，设计总产能达50万t/a粗铅；铜冶炼厂1个。该技术应用成功，社会反响强烈，推广速度强劲，市场应用前景广阔。SKS炼铅法

铅冶炼行业的工艺技术大体上分为三代:第一代为烧结锅－鼓风炉工艺技术，该工艺技术因难以解决污染问题已相继被世界各国所淘汰；第二代为烧结机－鼓风炉工艺技术，该工艺技术可使污染情况大为降低；第三代为强化冶炼工艺技术，如有我国自主知识产权的“水口山炼铅法”炼铅工艺，可从根本上解决环境污染问题。目前该工艺已经成功应用于河南豫光金铅股份有限责任公司和安徽科威金属材料股份公司（属于池州有色金属集团公司）的铅冶炼流程。两厂从投产至今，生产稳定，各项技术经济指标均达到和超过设计能力，制酸尾气二氧化硫含量远低于国家排放标准。和利时公司的Smartpro分布式控制系统（DCS）在这两厂的应用起到了优化过程控制、保证生产稳定、提高自动化水平和提高劳动效率的作用。“水口山炼铅法”即富氧底吹氧化－鼓风炉还原熔炼技术，工艺流程见图1－1，铅精矿在氧气底吹炉中进行富氧化脱硫熔炼并沉淀产出一部分粗铅和高铅渣块，高铅渣块再在鼓风炉中进行焦炭还原熔炼产出粗铅。“水口山炼铅法”的核心技术为富氧低吹炉炼铅技术，下面主要介绍这一部分内容。富氧低吹氧化熔炼部分按照工艺流程可分为配料系统、配料输送系统、供油系统、底吹炉系统和余热锅炉系统。配料和输送系统的流程图见图1－2。余热锅炉和电收尘器上附着的铅烟灰通过振打电机和螺旋清灰机收集，并通过2#埋刮板输送机输送到烟尘仓，烟尘仓中的铅烟灰通过定量给料机控制烟灰配料量，然后通过斗提机、1#埋刮板输送机和增湿搅拌机输送到2#皮带机。铅精矿、石英砂、石灰石和碎煤也通过配比输送到2#皮带机。这些炉料在圆盘制粒机上被润湿、混合并制成球粒，球粒通过3#皮带机和可逆配胶带输送机加入到两个球料仓中。球料仓中的球粒通过定量给料机和移动带式输送机后从两个加料口加入到底吹炉中。供油系统主要是通过三螺杆泵往底吹炉的主燃烧器、氧油烧嘴和出铅口送柴油，以用于烤炉和加温铅流槽。底吹炉是一台可旋转的圆筒型回转炉，见图1－3，上部有两个加料口，下部设有4支氧枪（有的底吹炉有三个加料口和6支氧枪，）。当底吹炉处于准备位置（90°）时，加料口和氧枪在同一水平面上，烤炉完毕后，在炉中加入液体铅和渣，在余热锅炉、电收尘、排烟机、烟灰输送系统和通风系统都投入运行后，将底吹炉从准备位置转至吹炼位置（0°，此时加料口在底吹炉上方，氧枪在下方）。此时底吹炉内为一液体熔池，由较浅的底层粗铅和高氧化铅为顶层所构成，氧气通过氧枪在混合液体中浸没喷射，使金属和渣相激烈混合。通过加料口加入生球粒物料，在剧烈搅动的金属－炉渣－气体乳液中进行一系列复杂反应，如硫酸盐和碳酸盐的分解、硫化物的全部或部分氧化、煤粉燃烧、熔剂和金属化的或氧化的反应产物的熔化、液态硅酸盐渣相的形成以及挥发性金属化合物的蒸发等。金属、炉渣和气相之间连续反向流动，产出的粗铅从出铅口虹吸放出，高铅渣从渣口连续放出。含有SO2和烟尘的烟气经过立式膜壁烟道排出，烟气在余热锅炉中换热冷却后进入电收尘器进行净化，然后去制酸系统通过双转双吸制酸工艺进行回收制酸。含有SO2和烟尘的烟气从底吹炉排出时带走了很高的热量，这部分热量可以通过余热锅炉回收利用。余热锅炉流程见图1－4。软化水经过除氧器除去水中的氧以防止设备的氧化腐蚀，给水泵再将除氧器中的水打到汽包中。汽包中的水通过循环泵与余热锅炉中的烟气交换热量，产生的蒸汽经过除雾后送至室外管网。二.

控制要求

1.物料成分要保持稳定

2.物料输送系统中的各设备要进行顺序控制，并有联锁保护

3.控制氧气、氮气和软化水通过氧枪的流量和压力

4.控制氧气通往氧油烧嘴的流量和压力

5.控制柴油通往氧油烧嘴、铅口以及主燃烧器的压力

6.控制通往渣口的氧气压力

7.控制汽包水位和锅筒压力

8.控制除氧器水位和除氧器压力

9.控制高温风机

三.

控制方案1.物料成分要保持稳定化验室化验出各物料成分后，由中控室设定定量给料机的给料量。2.物料输送系统中的各设备要进行顺序控制，并有联锁保护将物料输送系统分为3个子组来进行控制，分别为铅精矿输送子组、烟灰配料输送子组和烟尘输送子组：每一子组设手/自动切换按钮、启程序子组按钮、停程序子组按钮、紧急停车按钮和复位按钮，手动时，各组设备可以手动控制启停，自动时控制子组设备启停。当启动程序子组时，按图示箭头方向依次启动设备，若有设备不能正常启动，超过设定时间后该设备发出报警，现场检修设备，正常后按复位键继续子组启动。停程序子组时则反方向执行。在正常运行过程中，若任一设备故障停车，其后续设备将停车，以免造成物料堆积。2#胶带输送机运行后，烟灰配料输送子组才能启动，2#胶带输送机停止后，烟灰配料输送子组也要紧急停车。停烟尘输送子组时，只有当埋刮板输送机和3#埋刮板输送机同时停止后才停2#埋刮板输送机。

3.控制氧气、氮气和软化水通过氧枪的流量和压力氧气通过氧枪在混合液体中浸没喷射，使金属和渣相激烈混合。氮气和软化水起保护氧枪的作用。为使炉内反应平稳连续，氧气、氮气和软化水的流量和压力均需控制平稳。在一趟管道上同时由两个阀门来控制流量和压力，图3-4所示为通过氧枪的氧气流量和压力控制的示意图，PICA02101控制PV02101阀，FRQC02101控制FV02101阀，它们之间的控制互相耦合，一个阀门动作势必会引起另一个控制量的变化。因为它们之间的耦合关系式没办法给出，在做控制方案时，做两个单PID控制回路，将各自PID的输出乘以系数作为另一个PID调节回路的输出反馈，当两个系数取0时，就为两个独立的PID控制回路，可以一个阀门手动全开，用另一个PID回路来自动调节。若两个回路均投自动，两个系数需要现场调整。4.控制氧气通往氧油烧嘴的流量和压力控制同第3条。5.控制柴油通往氧油烧嘴、铅口以及主燃烧器的压力柴油通往氧油烧嘴、铅口以及主燃烧器的压力采用单PID调节6.控制通往渣口的氧气压力氧气通往渣口的压力采用单PID调节。7.控制汽包水位和锅筒压力锅筒压力采用单PID调节。汽包水位采用三冲量调节：8.控制除氧器水位和除氧器压力除氧器水位和除氧器压力均采用单PID调节。9.控制高温风机高温风机使用变频器控制，中控室给定变频器转速。四.

画面拷屏硫化铅精矿的直接熔炼

4.1概述金属硫化物精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属的熔炼方法称为直接熔炼。对硫化铅精矿来说,这种粒度仅为几十微米的浮选精矿因其微粒小,比表面积大,化学反映和熔化过程都有可能很快进行，充分利用硫化矿粒子的化学活性和氧化热，采用高效、节能、少污染的直接熔炼流程处理是合理的。传统的烧结—鼓风炉流程将氧化——还原两过程分别在两台设备中进行，存在许多难以克服的弊端。随着能源、环境污染控制以及生产效率和生产成本对冶炼过程的要求越来越严格，传统炼铅法受到多方面的严峻挑战。具体说来，传统法有如下主要缺点：（1）随着选矿技术的进步，铅精矿品位一般可以达到60%，这样精矿给正常烧结带来许多困难，导致大量的熔剂、反粉或还有炉渣的加入，将烧结炉料的含量降至40%～50%。送往熔炼的是低品位的烧结块，致使每生产1t多炉渣，设备生产能力大大降低。（2）1tPbS精矿氧化并造渣可放出2x106kJ以上的热量，这种能量在烧结作业中几乎完全损失掉，而在鼓风炉熔炼过程中又要另外消耗大量昂贵的冶金焦。（3）铅精矿一般含硫15％～20％，处理1t精铅矿可生产0.5t硫酸，但烧结焙烧脱硫率只有70％左右，故硫的回收率往往低于70％，还有30％左右，还有30％左右的硫进入鼓风炉烟气，回收很困难，容易给环境造成污染。（4）流程长，尤其是烧结及其返粉制备系统，含铅物料运转量大，粉尘多，大量散发的铅蒸汽、铅粉尘严重恶化了车间劳动卫生条件，容易造成劳动者铅中毒。近30年来，冶金工作者力图通过PbS受控氧化即按反映式PbS+O2＝Pb+SO2的途径来实现硫化铅精矿的直接熔炼，以简化生厂流程，降低生产成本，利用氧化反应的热能以降低能耗，产出高浓度的SO2烟气用于制硫，减小对环境污染。但由于直接熔炼产生大量铅蒸汽、铅粉尘，且熔炼产物不是粗铅含硫高就是炉渣含铅高，致使许多直接熔炼方法都不很成功。冶金工作者通过Pb－S—O系化学势图的研究，找到了获得成分稳定的金属铅的操作条件，但也明确指出，直接熔炼要么产出高硫铅，要么形成高铅渣；要获得含硫低的合格粗铅，就必须还原处理含铅高的直接熔炼炉渣。根据金属硫化物直接熔炼的热力学原理，运用现代冶金强化熔炼的技术，探讨结构合理的冶金反应器，对直接炼铅进行多种方法的研究，其中有些已经成功地用于大规模工业生产，显示了直接熔炼的强大生命力。可以预言，直接熔炼将逐渐取代传统法生产金属铅。4.2硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法4.2.1直接熔炼的基本原理金属硫化物精矿直接熔炼的特点之一是利用工业氧气,二是采用强化冶炼过程的现代冶金设备,从而使金属硫化物受控氧化熔炼在工业上应用成为可能。在铅精矿的直接熔炼中，根据原料主成分PbS的含量,按照PbS氧化发生的基本反应PbS+O2==Pb+SO2,控制氧的供给量与PbS的加入量的比例(简称为氧/料比),从而决定了金属硫化物受控氧化发生的程度。实际上,PbS氧化生成金属铅有两种主要途径：一是PbS直接氧化生成金属铅，较多发生在冶金反应器的炉膛空间内；二是PbS与PbO发生交互反应生成金属铅，较多发生在反应器熔池中。为使氧化熔炼过程尽可能脱除硫（包括溶解在金属铅中的硫），有更多的PbO生成是不可避免的，在操作上合理控制氧/料比就成为直接熔炼的关键。在理论上，可借助Pb-S-O系硫势—氧势化学势图（图4-1）进行讨论。在图4-1中，横坐标和纵坐标分别代表Pb-S-O系中的硫势和氧势，并用多相体系中硫的平衡分压和氧的平衡分压表示，其对数值分别为lgPs2和lgPo2.图中间一条黑实线（折线）将该体系分成上下两个稳定区（又称优势区）。上部PbO-PbSO4为熔盐，代表PbS氧化生成的烧结焙烧产物。在该区域，随着硫势或SO2势增大，烧结产物中的硫酸盐增多；图下部为Pb-PbS共晶物的稳定区，由于Pb和PbS的互溶度很大，因此在高温下溶解在金属铅中的S含量可在很大范围内变化。如图所示，在低氧势、高硫势条件下，金属铅相中的硫可达13%，甚至更高，这就形成了平衡于纵坐标的等硫量（S%)线。随着硫势降低，意味着粗铅中更多的硫被氧化生成SO2进入气相。在这里，用点实线（斜线）代表二氧化硫的等分压线（用PSO2表示）。等PSO2线表示在多相体系中存在的平衡反应1/2S2+O2=SO2.在一定PSO2下，体系中的氧势增大，则硫势降低。反之亦然4.2.2直接炼铅的方法硫化铅精矿直接熔炼方法可分为两类：一类是把精矿喷入灼热的炉膛空间，在悬浮状态下进行氧化熔炼，然后在沉淀池进行还原和澄清分离，如基夫赛特法．这种熔炼反应主要发生在炉膛空间的熔炼方式称为闪速熔炼．另一类是把精矿直接加入鼓风翻腾的熔体中进行熔炼，如QSL法、水口山法、奥斯麦特法和艾萨法等。这种熔炼反应主要发生在熔池内的熔炼方式称为熔池熔炼。按照闪速熔炼和熔池分类的硫化铅精矿直接熔炼的各种方法概括起来列于表4-1。熔池熔炼法除了此表列出的底吹和顶吹法外，正在试验中的还有瓦纽柯夫法，它是一种侧吹的熔池熔炼方法。无论是闪速熔炼，还是熔池熔炼，上述各种直接熔炼铅方法的共同优点是：（1）硫化精矿的直接熔炼取代了氧化烧结焙烧与鼓风炉还原熔炼两过程，冶炼工序减少，流程缩短，免除了反粉破碎和烧结车间的铅粉、铅尘和SO2烟气污染，劳动卫生条件大大改善，设备投资减少。（2）运用闪速熔炼或熔池的方法，采用富氧或氧气熔炼，强化了冶金过程。由于细粒精矿直接进入氧化熔炼体系，充分利用了精矿表面巨大活性，反应速度快，加速了反应器中气-液-固物料之间的传热传质。充分利用了硫化精矿氧化反应发热值，实现了自热或基本自热熔炼。能耗低，生产率高，设备床能率大，余热利用好。（3）氧气或富氧熔炼的烟气SO2浓度高，硫的利用率高。（4）由于熔炼过程得到强化，可处理铅品位波动大、成分复杂的各种铅精矿以及其他含Pb、Zn的二次物料，伴生的各种有价元素综合回收好。直接炼铅法具有下列优点：熔炼强度高。在双悬状态下，强劲的气流带动炉料相互碰撞；或在熔池内，气流使熔体剧烈翻腾。热的利用率高。烟气SO2浓度高；有利于综合回收。直接炼铅既是高效、节能的提取治金方法，也是综合利用高、环境保护好的方法。4.3基夫赛特法炼铅(Kivcet)前苏联有色金属科学研究院从六十年代开始研究开发的直接炼铅工艺，八十年代用于大型工业生产，1986年初在哈萨克斯坦的乌斯季—卡缅诺尔斯克建成基夫赛特法炼铅厂。1986年意大利萨明公司购买其专利建成处理炉料600t/d铅厂(KSS厂)，目前在生产。1996年底，加拿大科明科公司120000t/a粗铅的基夫赛特炼铅厂投产成功，目前在生产。基夫赛特法炼铅属于闪速熔炼一电热还原法（Kivcet法），其反应过程主要在基夫赛特炉的反应塔空间进行。其设备连接图如下图所示：A.优点：1.原料适应性强，能处理含铅锌渣料；2.主要金属回收率高，综合回收较好；3.渣含铅低，＜2.0%；4.烟尘率低，约5%，可直接返回炉内冶炼；5.生产成本低，粗铅综合能耗0.35t标煤／t；6.炉子寿命长，炉寿可达3年，维修费用省。B.缺点：1.原料需干燥至含水1%以下。2.一次性投资较高。基夫赛特炼铅技术属哈萨克斯坦东方有色金属矿冶研究院专利。目前该技术仍处于专利保护期内，我国采用该技术必须购买专利许可证，实行技术引进。需要引进内容：1购买专利许可证；2干燥、熔炼工序的基本设计及详细设计的技术参数；3现场指导及试车投产时技术服务；4基夫赛特炉专用物料喷嘴。报价420万美元（前3项）。C.主要技术经济指标1、炉料含水＜1%2、干燥强度35kg/m3.h3、干燥回收率99%4、Kivcet炉料量1583.81t/d炉料5、炉料含铅24.17%6、铅回收率96.96%7、银入粗铅率99.5%8、金入粗铅率98.06%9、铜入粗铅率80%10、锌入氧化锌率50%11、烟尘率5～7%12、竖炉烟气SO2浓度18%13、渣率49.5%14、渣含铅2.10%15、硫酸净化工序SO2回收率99.5%16、硫酸总转化率99.75%17、车间总硫回收率99.05%18、尾气中SO2含量870.16mg/m3(标)19、工作制度330d/a,24h/d1）生产过程含铅物料+熔剂+工业氧（～95%）喷入竖炉内，反应温度1573-1673K，硫化铅精矿在悬浮状态下完成氧化脱硫和熔化过程，生成粗铅、高铅炉渣和含SO2的烟气，并放出大量热。由于氧气-精矿的喷射速度达100～120m/s，炉料的氧化、熔化和形成初步的粗铅、炉渣熔体仅在2～3s内完成。当焦炭通过约4m高的反应塔空间时，被灼热的炉气加热，但由于精矿粒度细，着火温度低，先于焦炭燃烧。焦炭在反应塔下落过程中仅有10%左右被燃烧。焦炭密度小，落在反应塔下言的沉淀熔体上面形成赤热的焦炭层，这就像炼铅鼓风炉风口区的焦炭层一样，将含有一次粗铅和高铅炉渣的熔体进行过滤，使高铅渣中的PbO被还原出金属铅来，故称为焦炭过滤层。在这里，约有80%～90%的氧化铅被还原。基夫赛特法直接炼铅系统的设备组合如图4-2，炉料在反应塔和焦炭层发生的化学反应及其温度变化沿断面的分布如图4-3。沉淀池加入焦炭块漂浮在熔体表面，氧化铅熔体在通过漂浮在熔池上赤热焦炭层(焦滤层)时被还原。熔体中氧化锌也被还原进入烟尘。产物：粗铅、高铅炉渣、粗氧化锌、烟尘2）基夫赛特熔炼的优点：①劳动条件好；②对原料适应性强,Pb20～70%,S13.5%～28%,Ag100～8000g/t的原料；③连续作业，氧化和还原在一个炉内完成，生产环节少；④烟气SO2浓度高，可直接制酸；烟气量少，带走的热少，余热利用好，从而烟气冷却和净化设备小，烟尘率约5%，烟尘可直接返回炉内冶炼；⑤主金属回收率高（Pb回收率>98%），渣含铅低（<2%)，贵金属回收率高，金、银入粗铅率达99%以上，还可回收原料中锌60%以上；⑥能耗低，粗铅能耗为0.35t标煤/t；⑦炉子寿命长，炉期可达3年，维修费用低。3）基夫赛特熔炼的缺点：①原料准备比较复杂：对炉料和水分要求严格，粒度要控制在0.5mm以下，最大不能超过1mm，需要干燥至含水在1%以下；②建设投资较高。4.4氧气底吹炼铅法4.4.1QSL法德国鲁奇公司于七十年代研究开发的直接炼铅工艺。德国施托尔贝格炼铅厂和韩国温山QSL厂，先后于1990年和1992年建成投产。1989年加拿大科明科公司的QSL法炼铅厂投产，因工艺设备问题，仅试产3个月无法继续生产而被迫关闭，1993年用基夫赛特法改建；我国西北冶炼厂20世纪80年代引进的QSL技术，于1992年建成投产，投产不久因故停产。4.4.1.1QSL炉QSL炉立体图（1）设备反应器：卧式圆筒形转炉，内衬铬镁砖，外包钢板炉子中置隔墙（隔墙下部有连通孔，双烟道），分为氧化段和还原段。加料口：加入铅精矿或其他含铅二次物料喷嘴：氧化段喷入氧气；还原段喷入氧气、粉煤或天然气。炉子向氧化段倾斜5%，可90度转动。（2）工艺过程熔池深度1500mm，炉底铅液深度250mm。氧化段：炉料加入后，在炉渣-金属-气体乳状熔体中发生反应，生产Pb和PbO，放出热量，实现自热熔炼，此时的氧势较高，约2.2左右。初铅含S0.3-0.5%,初渣含铅40-45%。氧化段温度1050～1100℃.还原段：粗渣从隔墙下流入到还原段。粉煤（或天然气）和氧气喷入产生CO和H2，使高PbO炉渣在1250℃被还原。还原区氧势较低，约为0.2左右。温度实较高，为1150℃～1250℃。炉渣在流向还原区端墙上的排渣口的过程中逐渐被还原，还原形成的金属铅（二次粗铅）沉降到炉低流向氧化区与一次粗铅（初铅）汇合。粗铅与炉渣逆向流动，从虹吸口排出；炉渣从渣口连续或间断排出。与氧化段硫化物氧化速度比较，还原速度较慢，还原段长度约为氧化段的2倍。对含锌高的原料，QSL法的终渣需送烟化炉进一步挥发锌。反应器熔池深度直接影响熔体和炉料的混合程度。浅熔池操作不但两者混合不均匀，而且易被喷枪喷出的气流穿透，从而降低氧气或氧气-粉煤的利用率。因此适当加深反应器熔池深度对反应器的操作是有利的。由熔炼工艺特点所决定，QSL反应器内必须保持有足够的底铅层，以维持熔池反应体系中的化学势和温度的基本恒定。在操作上，为使渣层与虹吸出铅口隔开，以保证液铅能顺利排出，也必须有足够的底铅层。底铅层的厚度一般为200～400mm，而渣层宜薄，为100～150mm。反应器氧化区的熔池深度大，一般为500～1000mm。实践证明，还原段的起始处增设一个挡圈，使还原段始终保持200mm高的铅层，这有利于炉渣中被还原出来的铅珠能沉降下来，从而降低终渣含铅；此外，降低还原段的渣液面高度，使还原段的渣层较薄，渣层与铅层的界面交换传质强度加大，同时渣层的涡流强度也减弱了，利于铅沉降。QSL法直接炼铅流程如图所示：

A.优点：①氧化脱硫和还原在一座炉内连续完成；②备料简单；③返料量少，有利于提高设备生产能力和降低包括能源、劳动力等消耗费用；④富氧使产生的烟尘量减少，烟中SO2浓度高，可直接制酸；⑤以煤代焦，成本更低。⑥主要金属回收率高。B.缺点：操作条件控制难度较高；烟尘率高(20～30%)；喷枪使用寿命短；渣含铅高，需进一步处理。4.4.2水口山法水口山炼铅法是我国自行开发的一种氧气底吹直接炼铅法。在20世纪80年代，水口山第三冶炼厂在规模为Φ2234mm×7980mm的氧化反应炉进行半工业试验成功后，扩大推广应用到河南豫光金铅公司和安徽池州两家铅厂生产，从而形成了氧气底吹熔炼-鼓风炉还原铅氧化渣的炼铅新工艺。生产实践证明，对于我国目前生产上采用的烧结-鼓风炉炼铅老工艺改造，水口山法是一项污染少、投资省、见效快的可取方案。氧气底吹熔炼一次成铅率与铅精矿品位有关，品位越高，一次粗铅产出率越高，为适应下一步鼓风炉还原要求，铅氧化渣含应在40%左右，略低于传统法炼铅原烧结块含铅率，相应地，一次粗铅产出率一般为35%～40%，粗铅含S<0.2%。在氧气底吹熔炼过程中，为减少PbS的挥发，并产出含S、As低的粗铅，需要控制铅氧化渣的熔点不高于1000℃，CaO/SiO2比（0.7～0.8）有利于降低鼓风炉渣含铅。考虑以两个因素，铅氧化渣中CaO/SiO2比控制在0.6～0.7之间为宜。和烧结块相比，擗氧化渣孔隙率较低，同时，由于是熟料，其熔化速度较烧结块要快，熔渣在鼓风炉焦区的停留时间短，从而增加了鼓风炉还原工艺的难度。但是，生产实践证明，采用鼓风炉处理铅氧化渣在工艺上是可行的，鼓风炉渣含Pb可控制在4%以内。通过炉型的改进、渣型的调整、适应控制单位时间物料处理量等措施，渣含Pb可望进一步降低。另外，尽管现有指标较烧结-鼓风炉工艺渣含Pb量1.5%～2%的指标稍高，但由于新工艺鼓风炉渣量仅为传统工艺鼓风炉渣量的50%～60%，因而，鼓风炉熔炼铅的损失基本不增加。在技改过程中，利用原有的鼓风炉作适当改进即可，这样，可以节省基建投资。该工艺的一个重要组成部分是氧气站，目前，国内工业纯氧的制备技术有两种，一种为传统的深冷法，一种为变压吸附法。前者生产能力大，氧气纯度高，但成本高，氧气单位电耗一般为0.6～0.7kWh/Nm3；后者投资省，成本低，氧气单位电耗低于0.45kWh/Nm3。国产1500m3/h的吸附制氧设备已研制成功，其氧气纯度达93%以上。对于1×104t/a规模的炼铅厂，氧气需要量一般为700～800m3/h。采用变压吸附法制氧完全能满足中型炼铅厂技改需要。水口山法氧气底吹熔炼取代传统烧结工艺后，不仅解决了SO2烟气及铅烟尘的污染问题，还取得了如下效益：（1)由于熔炼炉出炉烟气SO2浓度在12%以上，对制酸非常有利，硫的总回收率可达95%。（2）熔炼炉出炉烟气温度高达1000～1100℃，可利用余热锅炉或汽化冷却器回收余热。（3）采用氧气底吹熔炼，原料中Pb、S含量的上限不受限制，不需要添加返料，简化了流程，且取消了破碎设备，从而降低了工艺电耗。（4）由于减少了工艺环节，提高了Pb及其他有价金属的回收率，氧气底吹熔炼车间Pb的机械损失<0.5%。水口山炼铅法是我国自行开发的一种氧气底吹直接炼铅法。在20世纪80年代，水口山第三冶炼厂在规模为Φ2234mm×7980mm的氧化反应炉进行半工业试验成功后，扩大推广应用到河南豫光金铅公司和安徽池州两家铅厂生产，从而形成了氧气底吹熔炼-鼓风炉还原铅氧化渣的炼铅新工艺。生产实践证明，对于我国目前生产上采用的烧结-鼓风炉炼铅老工艺改造，水口山法是一项污染少、投资省、见效快的可取方案。铅精矿的氧化熔炼是在一个水平回转式熔炼炉中进行，该底吹炉结构与QSL炉氧化段类似。4.4.2.1水口山法（SKS法）水口山法是原水口山矿务局与国内有关科研、设计单位，于八十年代后期研究开发的氧气底吹直接炼铅工艺。成功开发具有自主知识产权的氧气底吹熔炼——鼓风炉还原炼铅新工艺同时成功地将自主研发的“富氧渣鼓风炉熔炼技术”和“鼓风炉强化喷粉熔炼技术”有效整合，形成了世界上首次将艾萨炉应用于铅冶炼的先进技术。已建成投产的有济源冶炼厂和池州冶炼厂目前水口山矿务局也建成投产了一套80kt/a粗铅的铅厂，采用SKS炉+鼓风炉+烟化炉流程。上世纪八十年代以前，世界上所有铅冶炼均采用烧结—鼓风炉熔炼工艺，低浓度SO2烟气及烧结破碎返粉铅尘污染十分严重，我国铅厂工人每年都要进行休假排铅，并且严重影响铅厂周围儿童智力发育。各国都在开展铅冶炼新工艺的研究，以治理铅冶炼污染问题。我国在1985年由国家计委、国家科委立项，把治理铅冶炼污染列为重点科研攻关项目。确定在沈阳冶炼厂开展湿法炼铅扩大试验和在水口山矿务局开展氧气底吹氧化—电炉还原熔炼扩大试验研究。湿法炼铅扩试工艺流程拉通，但因经济不合理而被否定。在水口山经二年多试验，氧气底吹氧化工艺扩试取得阶段性成果。电炉还原熔炼扩试因粉煤制备装置简陋及试验经费欠缺等原因未获成果。SKS法创新点:1.工艺流程创新2.设备创新1)原创底吹熔炼炉2)余热锅炉创新3)格盘式铸渣机4)新型铅鼓风炉5)喷枪设计创新3.过程控制创新4.开创铅尘封闭输送处理系统1988年我国开始引进QSL炼铅工艺谈判，至1993年试投产，因各种原因，该工艺在我国未获成功，故难以推广。1998年中国有色工程设计研究总院带头，组织池州冶炼厂、河南豫光金铅集团、温州冶炼厂和水口山矿务局五方集资，进行氧气底吹熔炼——鼓风炉还原工业试验，取得成功。1999年国家计委、国家经贸委分别批准用该工艺在池州冶炼厂建设3万t/a的示范性工厂和在河南豫光金铅集团进行5万t/a铅冶炼厂的技术改造。4.4.4.2SKS法设备创新(1)原创底吹熔炼炉底吹炉的长径比、底部氧枪布局及位置、加料口位置、熔池深度、排烟、放渣、放铅口位置，都是通过在科学院化冶所的冷态模拟试验后确定的，确保炉内传质、传热良好，排烟、放渣，放铅操作顺利。(2)余热锅炉创新为防止底吹炉SO2烟气在炉口处外逸，设计了一个香蕉型膜式壁密封烟罩，保证炉体在生产或转动时，炉口烟气不会外逸，保护了车间环境条件。(3)格盘式铸渣机为了使底吹炉产出的高铅渣，直接满足鼓风炉的块度要求，通过单模冷却试验，确定了铸模规格、铸锭机长度及运行速度。设计了薄层速冷格盘式直线型铸渣机，完全满足了产能及鼓风炉熔炼的要求。是满足该工艺要求的原创设备。(4)新型铅鼓风炉由于烧结块和高铅渣的理化性质差别较大，高铅渣极易熔化，原炼铅鼓风炉，不能满足处理高铅渣的要求，通过在水口山的试验，改变了鼓风炉炉腹角，采用双排风口，从而延伸了炙热焦炭高度，延长了铅渣中氧化铅的还原时间。(5)喷枪设计创新ISA喷枪寿命1～2周QSL喷枪寿命 2～4周池州、豫光喷枪寿命 6～8周主要创新点：①强化了喷枪冷却效率； ②喷枪表面喷涂高温陶瓷，提高耐磨抗腐性能； ③提高了喷枪加工精度，确保氧及氮均布，保证了枪 头在炉内温度均一； ④喷枪材质进行了特殊预处理。经济效益：池州，较原烧结锅鼓风炉流程每吨铅成本下降200元，每产出一吨铅同时产出一吨酸，每吨酸视市场波动，利润可达100～200元。豫光，较原烧结机鼓风炉流程每吨铅成本降低150元，每吨酸多盈利100～200元。两厂合计每年新增效益：3500～4800万社会效益：以推广应用80万t铅产量计，每年可减少50万吨SO2排放污染大气环境。改善铅冶炼工厂的操作条件，避免了铅厂工人及工厂周围居民的铅中毒现象。4.5富氧顶吹炼铅法4.5.1概述顶吹熔炼法包括艾萨法和奥斯麦特法，此类熔炼方法的核心是顶吹浸没喷枪技术，故又称为浸没熔炼，其共同特点是：①采用钢外壳、内衬耐火材料的圆柱型固定式炉体；②采用可升降的顶吹浸没式喷枪将氧气/空气和燃料（粉煤、燃料油和天然气均可）垂直浸没喷射进入炉内熔体中；③采用炉顶加料，块料粉料均可；④采用辅助燃料喷嘴补充热量；⑤炉子上部一侧呈喇叭扩大形．设排烟口连接余热锅炉和电收尘器，以回收余热，净化烟气。顶吹熔炼法用于粗铅冶炼，较传统冶炼工艺具有如下优点：(1)对原料适应性强，不仅可以处理铅精矿，还可处理二次含铅物料、锌浸出渣，进行铅渣的烟化；(2)取消了传统的铅烧结过程，消除了粉尘和SO2烟气的低空污染，使操作环境大为改善；(3)采用氧气（富氧30%～40%）顶吹熔炼，因炉体密闭，漏风较少，烟气量在为减少，提高了烟气SO2浓度，为实现双转双吸制酸工艺提供了条件；(4)对入炉料的粒度、水分等要求不严格，备料过程简单，混合料制粒入炉后可显著减少被出炉烟气带走的粉尘量，从而降低烟尘率；(5)顶吹炼铅设备系熔池熔炼，风从炉顶插入的喷枪送入熔池，熔炼强度及热利用率较高；(6)立式圆筒形炉体占地面积小，只是厂房空间要求高，在场地受限的老厂改造中，配置比较容易；(7)冶炼工艺的自动化控制水平大大提高，提高企业的劳动生产率，实现减员增效。顶吹熔炼直接炼铅可采用相连接的两台炉子操作，在不同炉内分别完成氧化熔炼和铅渣还原，实现连续生产；也可以氧化熔炼和铅渣还原两过程同用一台炉，间断操作。但目前存在的问题是在直接熔炼的还原阶段，因为还原所需的粉煤量是根据富铅渣品位严格控制的，由于渣含铅波动范围大，从而引起炉温变化幅度大，加剧炉墙耐火砖损坏，同时烟尘率也较高。顶吹熔炼方法在20世纪80年代工业应用获得成功后，澳大利亚芒特艾萨矿业公司（MM）和奥斯麦特公司（Ausmelt)均持有该技术的专有权和销售权，由于各自独立发展，在技术上形成了各自的特点。4.5.2艾萨法4.5.2.1艾萨一鼓风炉炼铅工艺描述艾萨炉的炼铅原料有铅精矿、石英石熔剂、烟尘返料和煤。煤的加入量根据熔炼热平衡确定，是辅助燃料。但也可用燃料油和气体燃料，通过喷枪喷入炉内。燃料兼作一定还原剂的作用。各种物料由抓斗吊车分别送到各自相应的中间料仓，其下料量由定量秤精确计量，由主控制室调节控制，主控人员根据提供的各种物料分析数据，输入中心计算机，完成配料计算，配料数据传输到对应料仓的计量秤，控制皮带秤的运行，达到精确配料。各中间仓的物料传送到主皮带，经过混合制粒后，送入艾萨炉。根据热平衡和物料平衡计算，控制风量、氧浓度与料量比率，维持恒温作业，完成各种反应，产出粗铅、富铅渣和浓度为8%～10%SO2的烟气。粗铅送去精炼；富铅渣铸成渣块，送到鼓风炉进行还原熔炼；烟气经过余热锅炉回收热能、收尘系统回收铅锌等有价金属，最后进入制酸系统。七十年代初澳大利亚联邦科学-工业研究组织(CSIRO)研究开发的。1991年12月该公司的一座60kt/a粗铅的ISA炼铅厂建成投产，生产一年多后停产。韩国采用此法建了5座炉，其中2座处理QSL渣，2座处理锌浸出渣，1座回收再生铅。1996年德国诺登汉120kt/aAusmelt炉铅厂建成投产，目前采用一段炉作业，高铅渣出售到中国和印尼处理。纳米比亚采用Ausmelt法冶炼硫化铅精矿，于1997年初投产成功，单炉熔炼。2005年8月印度HZL公司Ausmelt炉炼铅厂建成投产，烟气处理采用硫胺法制酸技术（加拿大康索夫技术）。2005年我国云南曲靖80kt/a粗铅ISA炉+鼓风炉炼铅厂建成投产。A.优点：1备料简单2能使用低级块煤作燃料；3烟气SO2浓度高，可直接制酸；4炉子结构简单，占地少。5原料适用性强，可以处理含铅锌渣料。B.缺点：1.如采用单炉氧化熔炼、鼓风炉还原、烟化炉贫化，能耗高，投资大，烟尘率高。2.如采用单炉熔炼周期性作业，还原阶段SO2烟气不连续，制酸相对麻烦。我国从澳大利亚引进的艾萨法炼铅采用艾萨炉顶吹富氧熔炼-鼓风炉还原富铅渣的联合流程，到此正在云南曲靖建厂，即将投入生产。艾萨炉作业是一个高度自动化的控制过程，从炉料的配料、上料、熔炼过程气氛和温度的控制以及设备运行状况的监控等作业主要都由控制室控制，通过DCS系统完成。该项目主要设计指标如下：①处理混合精矿量（13.0～14.5)×104t/a，其中精矿含50%～60%Pb，8%～10%H2O。②粗铅产量8×104t/a，粗铅含96%～98%Pb。③富铅渣产量（9～10）×104t/a，其中渣含45%～50%Pb。④烟尘率13%～18%。⑤熔炼作业率>80%（不含换枪时间）。4.5.2.2艾萨炉熔炼系统主要设备结构艾萨熔炼主体设备有艾萨炉、喷枪、余热锅炉、烧嘴、喷枪卷扬机等，辅助系统有供风、收尘、铸造、铸铅、制酸等外围系统。1．艾萨炉的炉体结构2．艾萨炉喷枪喷枪是艾萨炉的核心技术。艾萨炉喷枪由三层同心圆管组成。最里层是测压管。第二层是柴油或粉煤的通道，通过控制燃料燃烧可快速调节炉温。最外层是富氧空气，供艾萨炉熔炼需要的氧。为使熔池允分搅动，喷枪末端设置有旋流导片，保证鼓风以一定的切向速度鼓人熔池，造成熔池上下翻腾的同时，整个熔体急速旋转，从而加速反应并减少对炉衬耐火材料的径向冲刷力。气体作旋向运动，同时强化气体对喷枪枪体的冷却作用，使高温熔池中喷溅的炉渣在喷枪末端外表面粘结、凝固为相对稳定的炉渣保护层．延缓高温熔体对钢制喷枪的浸蚀，另外，呈旋流状喷出的反应气体对熔体产生的旋向作用．强化了对熔体/炉料的混合搅拌作用，为熔池中气、固、液三相的传热传质创造了有利条件。3辅助燃烧喷嘴艾萨炉的辅助燃烧喷嘴，长期置于炉内，烤炉和暂停熔炼时，喷嘴供油供风，燃烧补热。正常作业情况下，喷嘴停油，但供风作业熔炼补充风用。4艾萨炉的熔体排放艾萨熔炼炉采用间断排放熔体。其优点是排液瞬时流量大，排液溜槽不易冻结，对熔体过热温度要求较低。渣线上下波动范围较大，炉衬磨损和腐蚀相对较分散，渣线区炉衬寿命较长。其缺点是需要设置泥炮，定期打孔、放液、堵孔；清理溜槽，操作较繁琐。熔体高度周期性上下波动，喷枪需要随时进行相应调整，需精心操作控制。4.5.2.3艾萨熔炼操作要点艾萨熔炼操作：分为点火烘炉和正常熔炼1．烘炉艾萨炉的耐火材料采用镁铬砖，外层是高铝砖，烘炉应遵照升温曲线进行，余热锅炉也同时升温。烘炉采用专门的升温烧嘴进行，它设有供油装置、供风系统和自动点火机构，按照执行程序由计算机控制运行，炉温以安装在炉体上部的热电偶测量出来的温度为基准。2.熔炼操作熔池熔炼第一步是造熔池，为了确保在接近正常生产炉温投产。应该用富铅渣．这样炉温低，形成熔池快；没有富铅渣也可用鼓风炉炉渣但炉温控制较高，需要很长时间。当挂渣结束后，则转入正常熔炼状态，从小料量开始。在正常生产进料后，熔池深度不断上升。先放渣，后放铅在整个作业过程中，加料连续进行，只有排放作业是周期性。3．渣型控制艾萨熔炼的富铅渣为PbO-CaO-SiO2-FeO-ZnO渣型，其成分控制主要检测SiO2和Fe含量，一般为Fe/SiO2=1.1～1.2艾萨熔炼系强化熔炼，反应激烈、Fe/SiO2比不适当，会使渣中Fe3O4含量急剧升高，渣的粘度迅速增加，严重时送入熔池的气体和反应生成物中的气体不能及时释放，窒息到—定的程度后会急剧膨胀，熔池虽然涌动，但翻腾效果很差，最后携带大量炉渣喷出炉膛形成泡沫渣，造成安全事故。4．喷枪的检查和更换5．保温烧嘴作业5．保温烧嘴作业6.艾萨炉及余热锅炉的清理艾萨炉炉顶与垂直烟道都是余热锅炉的一部分。炉结的产生影响炉子的负压控制与烟气流通，致使不能正常作业。此时，可以适当调整艾萨炉烟气出口温度，造成一定范围的温度波动，从而使锅炉炉壁形成不均匀的膨胀的收缩，动摇粘结物的附着力，使其落入熔池。在生产运行中，由于各种原因可能引起锅炉爆管，必须及时处理，否则会影响锅炉上水，造成严重后果。但如果停止艾萨炉作业，会造成频繁启动，严重影响炉寿。在炉顶处与锅炉垂直段连接处采用伸缩节，清理锅炉时，从此处将两者隔离。首先将炉顶的水循环切换至另外单独的系统，切换时应特别注意，因为两者水压相差较大，再升高可伸缩的冷却屏，清理干净结渣，插入水冷闸板，逐渐使锅炉降至常温，处理问题。这样可以保证艾萨炉仍然继续保温，减少频繁启动，减少炉体耐火材料因冷热反复变化而降低使用寿命。4.5.3奥斯麦特法在20世纪末，欧洲金属公司（德国)诺丁汉姆（Nordenham）铅锌冶炼厂成功采用奥斯麦特顶吹熔池熔炼方法炼铅。奥斯麦特炉主要由炉体、喷枪及升降装置，加料装置、排渣口、出铅口、烟气出口组成。奥斯麦特炉与艾萨炉的比较①奥斯麦特公司的喷枪由4层套筒组成，中心管从内到外分别是燃料、氧气、空气和套筒风，并引入了二次燃烧机制；二次燃烧机制及套筒喷枪专利为奥斯麦特公司独家拥有。其优点是熔炼产出的单体硫及燃烧不完全的物质如CO及有机物等，由套筒风进行二次燃烧，套筒风送入点接近熔体，二次燃烧产生的热量容易被喷嘴飞扬起来的熔体吸收，提高热效率，同时二次风量可按炉况准确调控。炉体上部不设二次风口，炉子密封性好，烟气不会外泄产生低空污染，炉内热场分布较均匀。②奥斯麦特炉的辅助燃料烧嘴只供烘炉和暂停熔炼时维持炉温用。正常作业时是提至炉外，喷嘴用盖板盖严；③奥斯麦特熔炼炉体外壳喷水，采用喷淋冷却、投资省，简单易行；缺点是冬季车间内水雾较大，钢结构厂房结露腐蚀加快。④奥斯麦特炉采用虹吸口连续排放熔体；其优点是熔池液面高度恒定，波动小。喷枪插入深度不用经常调整。熔炼作业较稳定，操作易于控制。连续排液不需定期打开和堵塞放液口，操作简单，排液量恒定，便于管理。其缺点是虹吸口内隔墙需设水套。排液瞬时流量小，对熔体过热温度较为敏感，虹吸溢流口需设油烧嘴补热提温。渣线波动范围小，对炉衬磨损的腐蚀比较集中，渣线区炉衬寿命短。⑤奥斯麦特炉的炉顶为淋水倾斜炉顶，采用捣打耐火料衬里。出炉烟气过道为斜坡式钢壳内衬耐火材料结构。生产过程中控制烟气温度高于烟尘熔点，使结瘤物熔化返入炉内，炉内无阻溅板。目前这种炉顶结构有被水平炉顶垂直烟道取代的趋势。4.6

倾斜式旋转转炉法瑞典玻利顿金属公司于20世纪80年代开始使用倾斜式旋转炉（卡尔多炉）直接炼铅。该法的炉料加料喷枪和天然气（或燃料油）-氧气喷枪插入口都设在转炉顶部，炉体可沿纵轴旋转，故该方法又称为顶吹旋转转炉法（TBRC）。卡尔多炉（Caldo）转炉由圆筒形炉缸和喇叭形炉口组成。炉体外壳为钢板，内砌铬镁砖。外径3600mm，长6500mm，操作倾角280，新砌炉工作容积11m3。炉缸外壁固连着两个大轮圈，带轮圈的炉体用若干组托轮固定在一个框架内，炉体可沿炉缸中心线作回旋运动，转速为0～30r/min。在转炉动力装置驱动下，保持炉体旋转时可以同时调整炉体倾角。在正常作业倾角部位设有烟罩和烟道，将烟气引入收尘系统。输送燃油和氧气的燃烧喷枪与输送精矿的加料喷枪通过烟罩从炉口插入炉内。用一个很大的通风集尘罩将整个炉子系统包括铅包、渣包以及附属设备包围起来，通过风机将泄漏的烟气和尘送到布袋室净化后排空。在炉子下面的通风坑道内，有两个轨道式抬包车用于装运液体或固体产品。与其他强化熔炼新工艺相比，卡尔多炉的优点有：①操作温度可在大范围变化，如在1100～1700℃温度下可完成铜、镍、铅等金属硫化精矿的熔炼和吹炼过程；②由于采用顶吹与可旋转炉体，熔池搅拌充分，加速了气-液-固物料之间的多相反应，特别有利于MS和MO之间的交互反应的充分进行；③借助油（天然气）-氧枪容易控制熔炼过程的反应气氛，可根据不同要求完成氧化熔炼和炉渣还原的不同冶金过程。瑞典玻利顿公司隆卡尔冶炼厂卡尔多转炉既可处理铅精矿，又可处理二次铅原料。处理铅精矿时，处理能力为330t/d，烟气量为25000～30000m3/h。氧化熔炼时烟气含SO2为10.5%。卡尔多炉吹炼分为氧化与还原两个过程，在一台炉内周期性进行。氧化段鼓入含60%O2的富氧空气，可能维持1100℃左右的温度。为了得到含S低的铅，氧化熔炼渣含铅不低于35%。如果渣含铅每降低10%，那么粗铅含硫会升高0.06%。倾斜式旋转转炉法吹炼1t铅精矿能耗为400kWh，比传统法流程生产的2000kWh低很多。采用富氧后，烟气体积减少，提高了烟气中的SO2浓度。缺点：①间歇作业，操作频繁，烟气量和烟气成分呈周期性变化；②炉子寿命短；③设备复杂，造价高。豫光炼铅法——液态高铅渣直接还原新工艺的研发及工业化生产

陈会成

摘

要:

简述了国内外铅冶炼的生产技术现状及其存在的不足，并介绍了铅冶炼新技术的研发状况。重点介绍了豫光炼铅法的研发历程、工艺装备特点及工艺的优越性，豫光炼铅法对提升我国铅冶炼水平、实现绿色冶炼的深远意义。关键词:豫光炼铅法；绿色冶炼；液态高铅渣；直接还原

1、国内铅生产技术现状我国是世界第一铅生产和消费大国，据统计2009年全国粗铅产量达314万吨，消费量为287万吨，我国也是铅矿资源贫乏的国家，2009年原生铅选铅量仅120万吨，远不能满足我国铅冶炼的生产需要，大部分铅原料需要进口。我国现行铅冶炼工艺主要有：烧结----鼓风炉还原工艺，氧气底吹氧化----鼓风炉还原工艺（SKS炼铅法），云南曲靖的YMG炼铅法，QSL炼铅法，闪速熔炼炼铅法等，但应用最广的先进工艺是氧气底吹氧化----鼓风炉还原工艺，但它的生产过程能源消耗还大有潜力可挖。资源的短缺、产能的过剩，以及环保要求的日益提高，越来越要求更好的绿色冶炼工艺出现并应用。2、国外铅生产技术现状国外铅冶炼也采用传统的烧结－鼓