CN101321880B - 铅熔炼的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种生产铅的方法，包括进料铅精矿、熔剂和固体燃料经过进料制备装置(10)。制得的混合进料然后经过铅熔炼炉(14)，例如ISASMELT炉或另一种上部进入浸没式喷枪炉。空气或氧气(16)经由浸没式喷枪注入ISASMELT炉(14)中的熔融炉料。炉(14)中，进料混合物转化成粗铅(lead bullion)和含铅熔渣。粗铅经由排放口或溢流堰(18)移出。熔渣经由排放口或溢流堰(20)移出。从炉(14)移出的熔渣(20)形成为具有所需尺寸范围的团块。熔渣团块(20)与焦炭和熔剂(26)一起被送入高炉(28)。在高炉(28)中，熔渣转化成经由排放口或溢流堰(30)移出的粗铅和经由排放口(32)移出的废弃熔渣。(18和30)处移出的粗铅随后可以进料到炼铅装置(34)做进一步处理。

Description

铅熔炼的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种由含硫化铅的材料生产铅的方法。另一方面，本发明还涉及一种生产铅的装置。
背景技术
最重要的铅矿是方铅矿，其主要由硫化铅构成。由这种矿生产铅通常包括泡沫浮选步骤以形成含硫化铅的精矿。含硫化铅的精矿通常包括硫化铅、硫化锌、硫化铁、二氧化硅和氧化钙。随后熔炼该精矿以生产铅金属。
常规的铅熔炼装置包括烧结装置。精矿在高炉中的熔炼步骤之前穿过烧结装置。在该烧结装置中，燃烧或焙烧该精矿以产生含有二氧化硫的废气和含有氧化铅、二氧化硅及其它氧化物的烧结产物。烧结装置氧化该精矿并从该精矿中去除大部分硫。
典型的烧结装置具有其上放置精矿的移动炉篦。该移动炉篦在多个风箱之上移动，空气流经过该风箱向上吹气。该烧结装置需要特殊的进料控制，特别是粒度和含水量的进料控制，以便确保该烧结装置的适当运行。还需要非常大的烧结循环比，以便控制烧结装置中产生的热。重要的是控制烧结装置的运行，以免在烧结装置中形成任何铅金属，因为这样将在烧结装置内阻碍该移动炉篦。
在烧结装置中，硫化物物质大部分转变成氧化物，并且细粉末聚集成团块。聚集的颗粒可以破碎成便于在下游高炉中使用的尺寸。烧结装置气体输送到气体净化设备，以回收任何烟雾和去除含硫气体以形成硫酸。
离开烧结装置的烧结物随后用作铅熔炼高炉的进料。该烧结物与碳质材料(通常为焦炭)和熔剂(例如石灰石)混合并供料进入高炉的上部。在高炉中，空气经定位于朝向高炉底部的风口注入。随着空气向上经过该高炉，其引起一些焦炭燃烧，为熔炼过程提供能量。焦炭的存在确保在高炉的反应区之内很大程度上保持还原性气氛，由此将烧结物中的氧化铅还原为铅金属。铅金属从高炉底部排放，并浇铸成锭料或者收集在浇包中以转移到铅精炼过程。从高炉收集的铅金属通常称为粗铅(lead bullion)，因为该铅金属起精矿中任何贵金属的收集剂的作用。
上述生产铅的常规方法(引入烧结装置和高炉)用来回收全世界铅生产量的大约80％。
还已经开发了从硫化物矿和精矿中回收铅的其它方法。这些方法包括Kivcet法、QSL法和ISASMELT法。
ISASMELT法使用经由上部进入浸没式喷枪(top entry submerged lance)将气体注入熔体。气体经由上部进入浸没式喷枪注入，产生非常汹涌的熔池，其中发生高强度的熔炼或还原反应。在ISASMELT法中，可以使用两级工艺。在两级工艺中，铅精矿直接加入到熔炼炉中的熔渣熔池中。这样产生含铅熔渣，其被转移到第二个炉中，在其中含铅熔渣被还原形成粗铅。两个炉都使用上部进入浸没式喷枪以注入气体。
ISASMELT法也可以用来将加入到熔炼炉中的一些精矿直接还原为粗铅。通常，已以这样的方式处理了含有高浓度的铅例如55％至80％铅更优选60％至75％铅的精矿，但是铅浓度在该范围之外的精矿也可以使用直接熔炼来处理。
本发明的目的是提供一种由含硫化铅材料生产铅的替代性铅熔炼方法和设备。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种由含硫化铅材料生产铅的方法，包括以下步骤：
(a)向铅熔炼炉进料含硫化铅材料以产生含铅熔渣和粗铅；
(b)从铅熔炼炉中移出粗铅；
(c)从铅熔炼炉中移出含铅熔渣；和
(d)向高炉中进料该含铅熔渣，在该高炉中含铅熔渣转化成粗铅和废弃熔渣。
在本发明方法的步骤(a)中，含有硫化铅的进料材料供入铅熔炼炉中。在该炉中，进料材料在这样的条件下进行处理，该条件使得一部分硫化铅转化成铅金属，并且使得另一部分硫化铅转化，从而报告称为炉中的熔渣。因此，铅熔炼炉中的熔渣为含铅熔渣。该熔渣中的铅通常为PbSiO4的形式。可见离开铅熔炼炉的产物包括粗铅、含铅熔渣和废气。废气通常含有二氧化硫。因此，适当地处理废气以从其中去除二氧化硫。二氧化硫优选用来生产硫酸。
离开铅熔炼炉的废气还可含有一些铅烟雾(其可以为烟雾状的硫化铅的形式)。回收该铅烟雾以符合适用的环境标准，并且还能够将该铅烟雾再循环至铅熔炼炉中以使进料材料的铅的损失最小化。
在本发明的一个优选实施方案中，铅熔炼炉包括上部进入浸没式喷枪炉。这种炉适当地包括简单的、稳定的耐火材料衬里的炉。上部进入浸没式喷枪用来将氧气(可以为空气的形式)和燃料注入熔融熔渣的熔池中。这种上部进入浸没喷枪技术中的一种为可由Xstrata Technology设计和安装的ISASMELT炉(由Mount Isa Mines开发)。还存在其它上部进入浸没式喷枪技术熔炼炉并且也可以用于本发明。
虽然ISASMELT炉是用作铅熔炼炉的优选的炉，但是应理解能够从含硫化铅的进料材料直接生产粗铅和含铅熔渣的任何其它炉同样可以在本发明的步骤(a)中使用。
步骤(a)中产生的粗铅被从铅熔炼炉中适当地移出，并直接回收或者传送用于进一步精炼，以提高其纯度。粗铅可以被连续地移出，可以当熔炼炉中粗铅的量达到设定的水平时将其移出，或者可以在设定的时间之后将其移出。
铅熔炼炉中形成的熔渣也从铅熔炼炉中移出，并且随后用作高炉的进料材料。从铅熔炼炉中移出的熔渣被适当地冷却(或使其冷却)，由此其发生固化。固化的熔渣可以发生适当的尺寸缩小，以便得到具有用作高炉的进料材料所需的粒度分布的含铅熔渣的团块。熔融的熔渣可以浇铸并且随后使用适当的尺寸缩小设备破碎，或者其可以浇铸到具有适当尺寸的模具中。或者，熔渣也可以被造粒然后聚集或成球，使其能够进料到高炉中。
含铅熔渣用作高炉的进料材料。在高炉中，含铅熔渣与冶金焦炭一起适当地进料到高炉的上部。使熔渣和焦炭具有在所需尺寸范围之内适当的尺寸，以确保它们形成均匀的混合物和确保当进料在高炉内下降时，保持高炉炉身(shaft)中的材料的孔隙度。高炉下半部中的风口使焦炭燃烧为一氧化碳，该一氧化碳与刚好在风口上方的熔渣反应，产生铅金属和废弃熔渣。废弃熔渣通常含有少于3％的氧化铅，优选少于2％的氧化铅。当进料混合物沿着高炉炉身缓慢下降时，来自风口区的上升热气预热该进料混合物。由于这种热交换，高炉气体以较低温度离开高炉。这改善了高炉的效率。
当熔渣到达接近鼓风口且刚好在风口上方的区域时，熔渣将开始熔融。将来自铅熔炼炉的熔渣转化成铅金属和废弃熔渣的反应在这一熔融的熔渣材料区域中发生。可以通过提高该区域中的温度(例如通过富氧的吹入空气)和/或保持更高还原性的条件，例如经由风口注入粉碎的煤，使这些反应最大化。高炉也可以设计成使该区域中的停留时间最大化以进行反应。
高炉中形成的粗铅通过连续排放或间歇放液从高炉中移出。类似地，废弃熔渣也从高炉中移出。从高炉回收的粗铅可以浇铸成锭料或者送到铅精炼装置(refinery)加以进一步精炼。
在本发明的方法中，铅熔炼炉用来将含硫化铅的进料材料部分转化为粗铅和部分转化为含铅熔渣。可以形成铅熔炼炉的进料材料的典型铅精矿通常具有以下范围的组成：
  物质  Pb   Zn   Fe   S   CaO   SiO2
  重量％  50-75   2-8   5-13   15-23   0.2-0.5   1.5-3
可以认为该铅精矿中存在的矿物质基本上是PbS、ZnS、FeS、FeS2、CaCO3和SiO2。该铅精矿与空气、碳质材料和熔剂(通常为二氧化硅)一起加入到铅熔炼炉中。在铅熔炼炉中，该铅精矿中的锌和硫化铁被氧化为ZnO和Fe2O3，而PbS被部分氧化产生Pb金属和PbO。这些氧化物与二氧化硅反应形成熔融的熔渣，其可以被认为是PbSiO4、Zn2SiO4和Fe2SiO4的混合溶液。熔渣也可以含有固体晶体。例如，如果二氧化硅不足以充分熔化ZnO和Fe2O3，那么可能形成锌铁氧体(ZnFe2O4)晶体。如果熔渣中存在高CaO含量，则可以沉淀黄长石晶体(通常为Ca2MgSiO7)。锌铁氧体晶体是等轴的，而黄长石晶体通常是长的和条状。
虽然铅熔炼炉中形成的熔渣通常含有铅、锌和铁的硅酸盐，但是熔渣的组成通常根据对应的铅、锌和铁的氧化物的当量数来报告。
在一个实施方案中，实施本发明的方法，使得铅熔炼炉中产生的含铅熔渣具有整个熔渣的40-55重量％的氧化铅含量和低于0.4的CaO/SiO2比率以及7-10重量％的锌含量。这种熔渣含有一定量的固体锌铁氧体晶体，通常为约15至30体积％，更通常为约20体积％的固体锌铁氧体晶体。这种熔渣在1050℃的流动性非常强。该熔渣还具有特殊性能，即当在浸没的喷枪的作用下溅落在衬里炉壁的耐火材料之上时，其在炉壁之上沉积锌铁氧体的保护层。这确保在铅熔炼炉中发生最小的或不发生耐火材料磨蚀。这种熔渣允许在较低温度下进行操作，由此减少燃料需求。熔渣的高流动性表示挥发性PbS快速结合进熔渣的熔池中，几乎完全抑制作为PbS的铅烟雾化。
在该实施方案的实施中，熔渣性能不随熔渣的冷却速率发生显著改变。因此，该熔渣可以在从铅熔炼炉中移出之后和在制备用于高炉中快速骤冷。
由于本发明的该实施方案中在铅熔炼炉中形成的熔渣的化学性质，为实现在高炉中快速还原铅熔渣，必须将高炉中形成的废弃熔渣中的CaO/SiO2比率提高到大于0.6。因此，通常必须向高炉中直接添加某种形式的石灰。石灰可以适当地为煅烧石灰(卵石)的形式，其有助于保持高炉炉身中材料的渗透性。
在本发明方法的另一个实施方案中，操作铅熔炼炉产生与普通铅烧结物的矿物学性能类似的熔渣。在铅熔炼炉中形成的含铅熔渣适当地具有45至55重量％的氧化铅含量和大于0.6的CaO/SiO2比率。可以处理该含铅熔渣产生由封闭了硅酸铅玻璃相的针状或条状黄长石晶体的互锁网络构成的矿相结构。例如，从铅熔炼炉移出的含铅熔渣可以以低于每分钟50℃的冷却速率冷却。这种熔渣具有与常规铅烧结物类似的软化性能，并且表现出与高炉中的常规氧化铅烧结物类似的性能。由于熔渣中CaO/SiO2比率较高，因此不需要高炉中外加的石灰熔融。
在第二方面中，本发明提供一种从含硫化铅材料生产铅的装置(plant)，该装置包括用于从含硫化铅材料形成铅和含铅熔渣的铅熔炼炉，用于将含硫化铅材料进料到该铅熔炼炉的进料装置，用于从该铅熔炼炉中移出含铅熔渣的熔渣移出装置，用于将含铅熔渣转化为铅和废弃熔渣的高炉，和用于将该含铅熔渣进料到该高炉的熔渣进料装置。
该铅熔炼炉适宜地为上部进入浸没式喷枪炉。上部进入浸没式喷枪炉的实例为由Xstrata Technology设计的名为ISASMELT的炉。也可以使用其它上部进入浸没式喷枪炉。熔渣移出装置从铅熔炼炉中移出含铅熔渣。然后，该熔渣在熔渣处理装置中适当处理，使该熔渣形成为适合于进料到高炉的形式。该熔渣处理装置适宜地包括用于浇铸熔渣和冷却熔融的熔渣引起熔融的熔渣固化的浇铸器。在一个实施方案中，该浇铸器将熔融的熔渣浇铸成为具有进料到高炉所需尺寸范围的独立团块。在另一个实施方案中，来自浇铸器的固化的熔渣穿过粒度缩小装置，形成具有进料到高炉所需尺寸范围的固化熔渣的团块。或者，可以将熔渣造粒，然后进行聚集或成球工艺用于进料到高炉。本发明的高炉也将装备有用于向高炉进料焦炭(或其它碳质材料)、可能需要的任何熔剂和任何含氧气流的其它进料装置。这些基本上是常规的，无须进一步描述。
附图说明
图1显示根据本发明实施方案的方法和装置的流程图。
附图的详细说明
为说明本发明优选实施方案的目的而提供附图。应理解本发明不应被认为仅限于附图中所示的实施方案。
图1中所示的流程图显示铅精矿、熔剂和固体燃料输送到进料制备单元10。然后，制备的混合进料经由管道12输送到铅熔炼炉14。在图1中所示的流程图中，铅熔炼炉14为ISASMELT炉。如本领域技术人员已知的，ISASMELT炉为上部进入浸没式喷枪炉。可以富含氧气的空气16经由浸没的喷枪注入ISASMELT炉14中的熔融炉料。
ISASMELT炉14中，进料到该炉中的进料混合物转化为粗铅和含铅熔渣。粗铅经由排放口或溢流堰18移出。熔渣经由排放口或溢流堰20移出。来自ISASMELT炉14的废气可以经由废气系统22去除并进料到酸装置(acidplant)24，从其中去除含硫化合物并产生硫酸。虽然图1中并未示出，但是也可以根据通常已知的技术回收废气22中所含的任何铅烟雾。
从ISASMELT炉移出的熔渣20适宜地形成为具有所需尺寸范围的团块。这可以通过以下方式进行：使熔渣固化和随后破碎或研磨该熔渣，通过将熔渣浇铸成具有适当尺寸范围的团块，或者通过粒化该熔渣接着聚集或成球。熔渣团块20与焦炭和熔剂26一起进料到高炉28。在高炉28中，熔渣转化为经由排放口或溢流堰30移出的粗铅和经由排放口32移出的废弃熔渣。18和30处移出的粗铅随后可以进料到铅精炼装置34做进一步处理。
本领域技术人员将理解本发明可以以不同于上述具体描述那些方式的变化和改进来实施。应理解本发明包括落入其精神和范围内的所有这种变化和改进。

Claims (14)

1.一种由含硫化铅材料生产铅的方法，包括以下步骤：
a)向上部进入浸没式喷枪铅熔炼炉中进料含硫化铅材料以产生粗铅和含有硅酸铅的含铅熔渣，其中进料到所述铅熔炼炉中的材料含有50-75重量％的Pb；
b)从所述铅熔炼炉中移出粗铅；
c)从所述铅熔炼炉中移出含铅熔渣并使该含铅熔渣形成为具有适合用作高炉进料材料的粒度分布的团块，所述含铅熔渣具有
(i)整个熔渣的40-55重量％的氧化铅含量和低于0.4的CaO/SiO2比率以及7-10重量％的锌含量；或
(ii)整个熔渣的45-55重量％的氧化铅含量和大于0.6的CaO/SiO2比率；和
d)向高炉中进料该含铅熔渣，在该高炉中含铅熔渣转化为粗铅和废弃熔渣。
2.权利要求1所述的方法，其中上部进入浸没式喷枪将氧气或空气以及燃料注入熔渣的熔池中。
3.权利要求1所述的方法，其中熔剂加入到所述铅熔炼炉中。
4.权利要求1所述的方法，其中所述含铅熔渣含有15至30体积％的固体锌铁氧体晶体量。
5.权利要求1所述的方法，其中在从所述铅熔炼炉中移出含铅熔渣之后将其快速骤冷，以形成用于进料到高炉的进料颗粒。
6.权利要求1所述的方法，其中将高炉中形成的废弃熔渣中的CaO/SiO2比率调整到大于0.6。
7.权利要求6所述的方法，其中向高炉中加入石灰以调整CaO/SiO2比率。
8.权利要求7所述的方法，其中石灰为有助于保持高炉炉身中材料的渗透性的煅烧石灰卵石的形式。
9.权利要求1所述的方法，其中所述含铅熔渣具有(ii)中给定的组成，并且从铅熔炼炉中移出的含铅熔渣被冷却，形成具有矿相结构的含铅熔渣，该矿相结构由封闭了硅酸铅玻璃相的针状或条状黄长石晶体的互锁网络构成。
10.权利要求9所述的方法，其中含铅熔渣以低于每分钟50℃的冷却速率冷却。
11.权利要求1所述的方法，其中含铅熔渣与冶金焦炭一起进料到高炉上部。
12.权利要求1所述的方法，其中废弃熔渣含有低于3％的氧化铅。
13.权利要求1所述的方法，其中步骤(a)中的粗铅从铅熔炼炉中移出，并被直接回收或输送用于进一步精炼以提高其纯度。
14.权利要求1所述的方法，其中从所述高炉中移出的粗铅被直接回收或输送到铅精炼装置用于进一步精炼。
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