我国大型铅冶炼企业生产工艺的选择

我国大型铅冶炼企业生产工艺的选择

1铅冶炼系统系统的必要性水口山采矿办是一家大型色泽开采、选择和冶炼的联合企业。其下属的冶炼厂是中国第一家生产铅的制造商。到目前为止，它已经形成了4.5万吨厚铅。由于历史原因,该厂的粗铅冶炼仍采用古老的烧结锅烧结-鼓风炉熔炼工艺流程。烧结烟气的SO2浓度仅为0.8%～1%,无法制酸而直接排入大气,每年SO2排放量达2万t,给方圆几十公里范围内的生态环境和城乡居民造成严重危害;是湘江流域经济开发带酸雨形成的污染源之一,同时烧结锅烧结作业劳动强度大,操作岗位环境十分恶劣。随着环境保护要求日趋严格,烧结锅属淘汰设备,国家经贸委限期于2000年底淘汰。而铅冶炼系统是水口山矿务局的重要经济支柱,无论是产量、产值,还是销售收入、利润在全局都占很大的比例。如果关闭,整个企业将因此面临困境。采用合理的工艺技术改造现有的铅冶炼系统,彻底治理其烟气对大气环境的污染,是水口山矿务局继续生存和发展的必由之路。同时铅烧结烟气的治理,也是我国铅冶炼工业的一个重要课题。2直接炼铅法质量分数为5.2选择合适的工艺流程,是一项综合性的技术经济工作。所选的流程是否合理,直接关系到工厂的基建投资和生产中的各项技术经济指标。由于涉及的方方面面因素较多,须结合工厂实际情况,作多方案比较,以求得到合理的工艺流程。据世界有色金属1998年年鉴统计,1997年世界精炼铅产量为584.467万t(不包括从再生原料中回收的铅)。目前,炼铅主要是火法,世界上矿产粗铅有95%以上是用烧结-鼓风炉熔炼流程生产的。烧结设备有烧结锅、烧结盘和带式烧结机。烧结锅、烧结盘和带式吸风烧结机所排出的SO2浓度一般在2%以下,难以用来制酸,排入大气严重污染环境。而带式鼓风烧结机的烟气SO2浓度达4%～7%,可用于制酸。直接炼铅法国外有基夫赛特法、QSL法、艾萨法、卡尔多法等;国内有水口山矿务局与一些科研设计单位和生产厂家于80年代后期开发的氧气底吹直接炼铅工艺,称水口山炼铅法,该法的试验已通过部级鉴定。上述直接炼铅法的建厂和产量情况分别为:基夫赛特法有3个铅厂正常生产,该法1997年总产量不超过30万t。QSL法也有3个铅厂,但只有两家在生产,产量约10万t/a。艾萨法有5～6家铅厂,但多为处理二次原料,有4家正常生产,产量约15万t/a。MTM公司的6万t/a示范厂于1994年关闭。卡尔多法产量不到10万t/a。据统计,世界年产10万t/a以上的铅厂有21座,除加拿大科明科和意大利的维斯麦港采用基夫赛特法外,其余19座均采用传统的烧结-鼓风炉熔炼法,美国是世界上产铅的第一大国,1996年精铅产量140万t,1997年136万t,但美国没有一家直接法炼铅厂,全部为烧结-鼓风炉熔炼法。2.1加拿大科明科是由前苏联有色金属科学研究院年代开发的直接炼铅工艺,1986年1月在哈萨克斯坦的乌斯季-卡缅诺戈尔斯克建成处理炉料340t/d的铅厂,1988年改造扩大为400～500t/d,各项技术经济指标有明显改善。1986年意大利新萨明公司购买其专利建成处理炉料600t/d的铅厂(KSS厂)。该厂在原专利的基础上作了很多的改进,投产后各项技术经济指标、自动化控制等方面均超过了原专利水平。1996年底,加拿大科明科公司年产120000t粗铅的基夫赛特炉系统投产成功。该法的特点是:对原料的适应性强,Pb20%～70%、S13.5%～28%、Ag100～8000g/t的原料均可适应,能处理渣料:连续作业,氧化和还原在一个炉内完成;主要金属回收率高(Pb回收率>98%),渣含铅低(<2%);金、银入粗铅率达99%以上,还可回收原料中锌60%以上;烟尘率约5%,烟尘可直接返回炉内冶炼;烟气SO2浓度高(>40%),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;能耗低,粗铅能耗为0.35t标煤/t,折合电铅能耗约0.61t标煤/t,炉子寿命长,炉期可达3a,维修费用少。其主要缺点是原料需干燥至含水1%以下;一次性投资稍高。2.2直接炼铅工艺QSL法系含铅物料在反应器内用氧气底吹冶炼,先后完成氧化脱硫和还原过程,是德国鲁奇公司70年代研究开发的直接炼铅工艺。加拿大科明科公司QSL铅厂于1989年建成投产,但仅试产3个月就因工艺设备问题而关闭。德国Stolbtrg铅厂和韩国温山QSL铅冶炼厂先后于1990年和1992年建成投产。我国西北冶炼厂的QSL系统反应器经多项整改后,虽于1995年试车投产成功,但仍有很多问题,至今未能投入正常生产。2.3国外研究现状氧空气喷枪顶吹浸没式溶池熔炼过程,是70年代初澳大利亚联邦科学-工业研究组织(CSIRO)研究开发的。70年代末澳大利亚芒特·艾特矿业公司(MIM公司)进行的炼铅中间试验获得成功。1991年12月该公司的一座60000t/a粗铅的艾萨法炼铅厂建成投产,该厂采用双炉流程,炉料加入氧化炉产出高铅渣,高铅渣流入还原炉,产出粗铅和炉渣。生产1a后停产。该项技术发明人之一的J·M·Floyd博士组建的Ausmelt公司将此法命名为Ausmelt法,在世界各地推广。1991年英国建成一座60000t/a粗铅的艾萨法炼铅厂,处理废铅蓄电池等再生原料生产再生铅;韩国和日本等国也采用此法处理含铅渣料;德国和纳米比亚采用此法炼硫化铅精矿,已于1997年初投产成功。但两厂均为单炉熔炼流程,氧化和还原或烟化均在一座炉内完成,周期性间断作业,仅在氧化阶段产生高浓度SO2,因此制酸困难。该法的特点是:炉子结构和备料简单;对炉料适应性强,杂质脱除率高;能使用低级块料煤作燃料;喷枪吹炼反应速度快,热利用率高,能耗低;作业条件好;烟气SO2浓度高,可达7%～10%。然而目前尚无双炉熔炼生产工厂可资借鉴。2.4煤调湿风冷水机烟气制酸法t卡尔多法即氧气顶吹转炉法,是瑞典波立顿公司的技术。1982年该公司用氧气顶吹转炉处理硫化铅精矿和烟尘,年产铅金属达50000t。此法的特点是:设备较简单;可用粉煤作还原剂,熔炼能力大,还原反应快;烟气量小,仅为传统流程的1/10;用文丘里湿式收尘,不用余热锅炉和电收尘。但为间断作业,仅在氧化阶段才有SO2烟气产生,因此制酸难度大。目前为止,尚无冶炼硫化铅精矿独自建硫酸厂处理烟气的生产实践。另外,卡尔多炉寿命短,每年须大修4～5次,烟尘率高达15%,烟气余热回收难度大。2.5含铅物料吹炼水口山矿务局与一些科研设计单位和生产厂家,于80年代后期开发的直接炼铅氧气底吹工艺,实质是QSL法的变异。含铅物料在反应器内用氧气底吹冶炼,产出粗铅和高铅渣,高铅渣含铅45%～50%,加入电炉贫化或铸块加入鼓风炉处理。该法的主要特点是:原料准备简单,作业环境好,烟气SO2浓度高(>10%),但氧枪寿命短、一次产铅率仅为40%左右、能耗高等,特别是半工业试验时间短,用于大型工业生产尚有一定风险。2.6烧结烟气及烟气制酸烧结-鼓风炉熔炼法,是传统的熔炼炼铅工艺,也是当前铅冶炼的主要方法。包括硫化铅精矿烧结焙烧、烧结块鼓风炉还原熔炼、返粉筛分破碎等工序。随着技术的进步和环保法规的日趋严格,烧结设备本身也在不断地改进,如烧结机采用柔性传动装置、刚性滑道密封技术等。同时烧结的工艺条件控制水平不断提高,返烟鼓风技术、富氧技术的应用,使烧结达到了新的水平。我国韶关冶炼厂的鼓风烧结与国外的如:日本、美国、澳大利亚、德国等国一样应用得十分成功。该厂有两台110m2鼓风烧结机,烧结烟气现采用一转一吸制酸工艺回收硫,制酸尾气经氨吸收后达标排放。随着该厂烧结控制技术的提高,烟气SO2浓度也不断提高。目前烟气SO2浓度达到5%以上,Ⅰ系统的制酸正在改造为两转两吸制酸工艺。同时加强了烧结的密封和通风除尘措施;烧结车间的劳动条件与其它厂相比有很大改善。我国还有株冶、沈冶、济源冶炼厂等采用烧结-鼓风炉熔炼法炼铅。这些厂的铅烧结存在的问题有单位物料的鼓风量过大,系统漏风率高,原料制备较差,物料透气性差,烧结过程的自动控制水平低等,其烟气SO2浓度较低,制酸困难。目前,国内外处理铅烧结烟气并产生硫酸的工艺主要有一转一吸接触工艺、非稳态转化工艺和TOPSOE湿式硫酸工艺(WSA工艺)。前两者受系统水平衡和热平衡的限制,且尾气需增设吸收装置。WSA工艺不管烟气SO2浓度高或低,都可产生出>96%的浓硫酸,同时不产生任何废产品和废水,尾气不需处理就可达标排放。结合铅烧结烟气的特点,鼓风烧结-鼓风炉熔炼工艺的铅烧结烟气可采用TOPSOE湿式硫酸工艺。通过引进国外的烧结烟气制酸技术,在烧结工艺、设备和自动控制等各方面加以改进,烧结-鼓风炉熔炼法在今后仍将有极强的生命力。由上述可知,艾萨法和卡尔多法都存在作业间断,烟气SO2不连续产生,制酸困难,目前还不宜采用;QSL装置在我国的西北冶炼厂至今仍闲置着,不宜再引进;国内的水口山法半工业试验时间短,风险较大。适合水口山铅冶炼烟气治理的工艺有基夫赛特法和传统的鼓风烧结-鼓风炉熔炼法,它们技术上均成熟可靠,各具优缺点。3项目经济效益评价在同等规模、厂址方案一致的条件下,作过投资估算(8万t/a粗铅规模),基夫赛特法包括精矿仓库、配料及干燥、基夫赛特炉熔炼、制酸和氧气站等主体生产车间及必要的辅助生产设施和行政福利设施,引进专利技术、基夫赛特炉、余热锅炉、高温电收尘及必要的控制仪表,工程建设投资为54439.81万元。鼓风烧结-鼓风炉熔炼法的工程建设投资为39850.22万元,前者高出14589.59万元,对于铅冶炼这种微利企业来说,是个很沉重的负担,筹措技改资金困难也更大。因此结合本工程建设投资以及技术的可靠性等因素来考虑,水口山矿务局采用鼓风烧结-鼓风炉熔炼流程,铅烧结烟气采用湿式硫酸工艺,对其铅冶炼厂进行技术改造,治理铅烧结烟气的污染问题,可以满足环境保护和节能要求。采用上述推荐流程,进行项目经济效益初步评价,项目投产后,达产年平均销售收入为48614.55万元,利润总额为5778.56万元,投资利润率为11.36%,税后利润为3871.63万元,投资回收期为8.1a。评价指标是在偏于保守的条件下测算的,但不难看出,该项目技术稳妥可行、经济效益较好、社会效益及环境效益显著。4次烧结的工艺措施为了满足日趋严格的环境保护要求,适应原料成分的变化,提高综合利用程度和企业的经济效益,提高烧结烟气SO2浓度,解决SO2烟气污染环境的问题。如水口山采用鼓风烧结-鼓风炉熔炼流程进行技术改造还须在下列几点上下功夫:1.备料。烧结物料的准备,是烧结机能否烧结好的重要环节之一。烧结物料的混合制粒效果要好,物料成分均匀;粒度、水分控制适当,含水5%～6%;含S7%左右;二次物料铅渣、浮渣、烟尘等如能另行处理,不入铅烧结,可保证烧结物料有良好的透气性。2.烧结过程自动控制。料层厚度、小车速度、鼓风量三个参数由计算机自动控制,根据料层的厚度来调节。尽量保证烧结过程波动不大,状态稳定。3.加强设备和系统的密封。为提高烟气SO2浓度,减少后面系统的负荷,应做好设备和系统的密封,减少漏风,减少烟气量。如增加刚性滑道给油点,合理选材,提高车体抗热变形强度,改进烧结机头部、尾部密封装置结构,由四连杆重锤式改为固定板式,烧结机采用整体密封等。4.控制好返粉破碎粒度。烧结块筛分后的返粉,是烧结混合料的主要组成部分,大约占混合料的60%～80%,也是物料制粒时的核心,故返粉粒度控制的好坏,直接影响到烧结块的质量和烟气SO2浓度。一般破碎后粒度在3～6mm的要求达到60%以上。5.烧结鼓风加入富氧。国内烧结为了提高烟气SO2浓度,烧结机尾部低SO2浓度烟气返回通过烧结机后段烧结层,即返烟烧结。由于