CN102154555B - 一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法和设备 - Google Patents

一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法和设备,该方法先将铅物料与固硫剂、粘结剂及还原剂充分混匀,然后压制团块,团块干燥后送鼓风炉进行还原造锍熔炼。本发明在无二氧化硫产生的情况下一步炼制粗铅和铁锍,实现了高危铅废料的连续无害化处理,具有化害为利,变废为宝,流程简短,环境友好及成本低廉等优点。本发明不仅可清洁处置高危铅废料和黄铁矿烧渣等含重金属的固体废弃物,而且可使储量丰富的高铁氧化铅矿资源得到有效利用,对重金属污染治理和资源利用均具有重大意义。

Description

一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法和设备
技术领域
本发明涉及一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法和设备（行业称GDLSM法），属重金属污染治理领域。
背景技术
在有色金属及铁锰冶金过程中产生多种铅物料, 如铅烟灰、或铅泥、或硫酸铅渣、或废电瓶熔炼渣、或废铅酸畜电池胶泥。铅烟灰包括再生铅冶炼烟尘、鼓风炉炼铅烟尘、铜转炉烟尘、铅冰铜处理烟尘、锰厂回收的含铅烟尘、钢厂回收的含铅烟尘; 铅泥为环保污泥, 包括含铅废水处理产生的污泥、制酸尾气喷淋捕集的酸泥、铅厂雨水和循环水收集的污泥; 硫酸铅渣系湿法冶金废渣, 包括次氧化锌的硫酸浸出渣、湿法炼锌厂的高酸浸出渣、炼锌厂高压氧浸渣的选硫尾矿。这些都是高危重金属废弃物, 目前没有成熟可靠的处置方法, 绝大部分就地堆存, 是重金属污染的重大隐患与祸源。也有人用落后的熔炼工艺处理这些铅废料, 但环境污染严重, 能耗高, 资源利用差。
2001年8月29日中国发明专利公开号CN 1310241A，公开了一种“有色金属硫化矿及含硫物料的还原造锍冶炼方法”将有色金属硫化矿与造锍剂、还原剂、添加剂磨碎混合，然后在900～1300℃的温度下进行还原造锍熔炼。该发明在炼制有色金属粗金属或合金时，无二氧化硫生成，适合于铅、锑、铋的单一硫化矿或精矿、复杂硫化矿或精矿以及这些金属的含硫富集物的处理。但该专利技术尚未用鼓风炉实施过,对于铅废料这种高危重金属废弃物来说，由于种类繁多,硫含量波动范围大，铅含量大部分较低, 其他 成分种类及含量又变化多样，因此, 该专利技术有效处置这类铅废料还有待深入研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法和设备，可以清洁处置高危铅废料和黄铁矿烧渣等含重金属的固体废弃物, 有效利用储量丰富的高铁氧化铅矿资源,在无二氧化硫产生的情况下一步炼制粗铅和铁锍,化害为利, 变废为宝。 
本发明所提出的技术方案是：一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法和设备,采用鼓风炉作为主体熔炼设备，并配备炉料预处理及熔炼产物回收的辅助设备系统；该方法首先将铅废料与固硫剂、固体粘结剂、液体粘结剂及还原剂充分混匀；然后压制团块, 团块干燥后与焦碳一起送鼓风炉进行还原造锍熔炼；工艺技术条件为:1). 固硫剂为理论量的1.0～1.5倍；2). 固体粘结剂为炉料量的0.0%～30%，液体粘结剂为炉料量的10%～50%；3). 还原剂为理论量的1.2～3.0倍；4). 制团后的炉料含水5%～30%,压制团块压力25～80MPa；5). 还原造锍熔炼温度1090℃～1250℃； 鼓风炉风压3～10大气压；鼓风炉鼓风量20～100 Nm3/（min·m-2）；焦炭量为团块的10%～20%。
上述的鼓风炉的风口区面积为0.5m2～30m2, 高4.0m～10.0m;炉腹角为0°～10°, 鼓风炉的炉壁由水套构成，水套通过循环水管道连接高位槽；高位槽利用热水上升冷水下降的原理，实现水套冷却和冷却水无动力循环使用; 所述辅助设备系统由配料设备及压制团块设备、烟气处理设备、以及炉渣和铁锍处理设备组成；配料设备包括依次排列的进料斗、对棍机、搅拌机; 压团机为改造后的压砖机, 具有自动装料、自动压团及自动脱模的功能；主烟道连接鼓风炉上部的排烟口, 烟气通过主烟道, 经由旋风收尘器、布袋除尘器和水幕除尘器组成的烟气处理设备处理达标后排空, 脱硫塔是事故应急设备, 即因出现事故导致排空炉气不达标时, 须开启脱硫塔使之达标; 粗铅由位于炉膛底部的虹吸放出口连续流入铸铅包; 炉渣和铁锍从位于炉膛中底部的放渣口同时放出，经水冷凹槽进入铸铁包沉清分离, 炉渣始终复盖在铁锍的上面, 并连续不断地通过铸铁包的上缺口进入水流槽进行水淬, 最后流集于渣池。
上述铅废料为铅烟灰、或铅泥、或硫酸铅渣、或废电瓶熔炼渣、或废铅酸畜电池胶泥；其中的铅烟灰为再生铅冶炼烟尘、或鼓风炉炼铅烟尘、或铜转炉烟尘、或铅冰铜处理烟尘、或锰厂回收的含铅烟尘、或钢厂回收的含铅烟尘; 其中的铅泥为环保污泥, 包括含铅废水处理产生的污泥、酸尾气喷淋捕集的酸泥、铅厂雨水及循环水收集的污泥; 其中的硫酸铅渣系湿法冶金废渣, 包括次氧化锌的硫酸浸出渣, 湿法炼锌厂的酸浸出渣和高压氧浸渣选硫后的尾矿；上述铅废料含硫0.1～25%，含铅≥1%。
上述固硫剂为含有铅或其他有色金属及贵金属的氧化铁矿或氧化铁物料, 包括富含氧化铁的黄铁矿烧渣,和或湿法冶金的富铁渣,和或氧化铁矿,或含氧化铜的物料,或氧化铜矿; 此外还有富含氧化铁的氧化铅矿和富含贵金属的炼锌厂窑渣的磁选铁渣。
上述固体粘结剂为腐殖酸钠或有粘结性质的含铅物料, 液体粘结剂为纸浆废液, 还原剂为粉状烟煤。
上述鼓风炉鼓风量的单位“ Nm3/（min·m-2）”意思是鼓风炉风口区断面，每平方米的标准鼓风量。
本发明工艺过程的基本原理：
首先,氧化铁被还原成氧化亚铁：
Figure 369655DEST_PATH_IMAGE001
 
铅废料中的硫酸铅也被还原:
Figure 312204DEST_PATH_IMAGE002
在900～1200℃的温度及还原性气氛下产生还原造锍反应:
氧化铅也产生还原反应：
Figure 233072DEST_PATH_IMAGE004
Figure 767959DEST_PATH_IMAGE005
 
本发明采用中温还原造锍熔炼和低风压小风量的操作模式, 以确保还原性气氛和防止铅蒸汽逸出, 污染环境。
本发明是CN 1310241A专利技术的延续和发展，本发明以含有铅或其他有色金属及贵金属的氧化铁矿或氧化铁物料作固硫剂, 在无二氧化硫产生的情况下由铅废料一步炼制粗铅和铁锍, 铁锍替代铸铁铸造压重物件,实现了高危重金属固体废弃物及造纸废液的连续无害化处置, 并使高铁氧化铅矿资源得到有效利用。具有化害为利, 变废为宝, 流程简短, 环境友好及成本低廉等优点, 对重金属污染治理和资源利用均具有重大意义。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图中：1鼓风炉；2进料斗；3对棍机；4搅拌机；5压团机；6干燥堆场；7铸铁包；8水冷套；9无动力循环水冷却装置；10旋风收尘器；11水冷凹槽；12水流槽；12淬渣池；14铸铅包。      
具体实施方式
下面用具体实施方式并结合附图详细描述本发明
为了使清洁处置铅废料的还原造锍熔炼过程连续大规模进行；本发明采用具有连续作业特点、生产能力大、热利用率高的鼓风炉作为主体熔炼设备, 并对鼓风炉及其辅助设备系统作特殊设计，设备连接情况见附图1。鼓风炉的风口区面积为0.5m2～30m2,高4.0m～10.0m;炉腹角为0°～10°, 所述的炉腹角是指水套平面偏离竖直方向的内夹角;鼓风炉的炉壁由水套（8）构成,循环水高位槽（9）利用热水上升冷水下降的原理,实现水套冷却和冷却水无动力循环使用; 所述辅助设备由配料及压制团块设备、烟气处理设备、以及炉渣和铁锍处理设备组成；配料设备包括依次排列的进料斗（2）、对棍机（3）、搅拌机（4）; 压团机（5）为改造后的压砖机, 具有自动装料、自动压团及自动脱模的功能；主烟道连接鼓风炉上部的排烟口, 烟气通过主烟道, 经由旋风收尘器（10）、布袋除尘器和水幕除尘器组成的烟气处理设备处理达标后排空, 脱硫塔是事故应急设备, 即因出现事故导致排空炉气不达标时, 须开启脱硫塔使之达标; 粗铅由位于炉膛底部的虹吸放出口连续流入铸铅包（14）; 炉渣和铁锍从位于炉膛中底部的放渣口同时放出，经水冷凹槽（11）进入铸铁包（7）沉清分离, 炉渣始终复盖在铁锍的上面, 并连续不断地通过铸铁包（7）的上缺口进入水流槽（12）进行水淬, 最后流集于渣池（13）, 炉渣与铁锍的这种放出和分离方式可防止铁锍氧化产生二氧化硫污染。                       
本发明各实施例中采用的铅物料的种类和成分如表1, 固硫剂的种类和成分如表2。需要指出的是：本发明的保护范围并不限于表1所示的铅物料种类。
表1铅物料的种类及化学成分 /%
Figure 881408DEST_PATH_IMAGE006
 表2固硫剂的的种类及化学成分 /%
Figure 370421DEST_PATH_IMAGE007
 注：*--g/t
实施例1  2%硫含量的炉料熔炼
取烟灰A97.895t、 硫酸铅渣B 36.41t、本地氧化铅矿B 124.37t、宝山氧化铅矿246.675t和氧化钙13.615t,配制成518.965t炉料, 其主成分(%)为: Pb19.27, S2.01, FeO23.93, SiO215.11, CaO5.90, Ag83.76g/t 。再配入粉煤26t和纸桨废液52m3, 然后在混料机中分批混匀, 送入压团机在25MPa压力下压制团块,  湿团块干燥5天后, 强度达到要求。配入12%的焦炭后, 将干团块和焦炭分批加入鼓风炉中熔炼，鼓风炉风口区面积为4m2, 高4.85m;炉复角为5°; 熔炼温度900℃～1250℃, 风压4.2～4.5大气压, 风量250～340m3/min。炉渣温度为1150℃;连续熔炼4天14小时, 共产出粗铅90.474t, 含Pb95%,Ag380g/t, 铅直收率85.95%; 烟灰9.93t, 含Pb65.42%,铅回收率92.44%;水淬炉渣239.35t, 含Pb1.96%, S0.59%, FeO37.72%, SiO229.37%, CaO11.37%,铁锍54.636t, 含Pb5.24%, S16.50%, Fe48.69%, SiO214.86%, CaO6.37%, Ag165g/t , 固硫率＞99%。经当地环保局监测, 排放烟气量为20130～20190 Nm3/h, 其中有害成分含量(mg/m3) 为：铅0.029～0.034，镉0.00017～0.00021, 二氧化硫449～458, 均符合国家《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996二级标准。
实施例2  4%硫含量的炉料熔炼
取烟灰B 236.826t、 硫酸铅渣A 198.117t、本地氧化铅矿C 410.139t、废电瓶熔炼渣38.286t和氧化钙24.408t,配制成907.605t炉料, 其主成分(%)为: Pb30.88, S4.00, FeO26.85, SiO213.34, CaO5.12。再配入粉煤46t和纸桨废液109m3, 然后在混料机中分批混匀, 送入压团机在80MPa压力下压制团块,  湿团块干燥6天后, 强度达到要求。配入14%的焦炭后, 将干团块和焦炭分批加入鼓风炉中熔炼，鼓风炉风口区面积为4m2, 高4.85m;炉复角为5° 熔炼温度900℃～1250℃, 风压3～4大气压, 风量200～350m3/min。炉渣温度为1150℃;连续熔炼8天1小时, 共产出粗铅262.687t, 含Pb94.53%,铅直收率88.60%; 烟灰27.936t, 含Pb68.34%,铅回收率95.41%;水淬炉渣355.628t, 含Pb1.62%, S0.51%, FeO38.71%, SiO231.06%, CaO12.13%,铁锍146.644t, 含Pb4.84%, S23.52%, Fe55.28%, SiO27.24%, CaO2.83%,固硫率＞99%。经当地环保局监测, 排放烟气量为20110～20200 Nm3/h, 其中有害成分含量(mg/m3) 为：铅0.022～0.032，镉0.00016～0.00025, 二氧化硫443～468, 均符合国家《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996二级标准。
实施例3  6%硫含量的炉料熔炼
取烟灰A 181.578t、铅泥A 181.578t、本地氧化铅矿A 219.81t、烧渣A 16.47t和氧化钙0.558t,配制成600t炉料, 其主成分(%)为: Pb32.83, S6.00, FeO22.27, SiO25.17, CaO2.02,Ag55.4g/t。再配入粉煤36t、腐埴酸钠0.600t和纸桨废液72m3, 然后在混料机中分批混匀, 送入压团机在60MPa压力下压制团块,  湿团块干燥6天后, 强度达到要求。配入15%的焦炭后, 将干团块和焦炭分批加入鼓风炉中熔炼，鼓风炉风口区面积为4m2, 高4.85m;炉复角为5°;熔炼温度900℃～1250℃, 风压4.2～6大气压, 风量250～400m3/min；炉渣温度为1100℃;连续熔炼5天8小时, 共产出粗铅180.387t, 含Pb94.85%,铅直收率86.86%; 烟灰24.843t, 含Pb65.89%,铅回收率95.17%;水淬炉渣105.245t, 含Pb1.95%, S0.68%, FeO32.84%, SiO226.35%, CaO10.29%,铁锍148.111t, 含Pb5.04%, S23.82%, Fe50.66%, SiO22.22%, CaO1.30%,固硫率＞99%。经当地环保局监测, 排放烟气量为排放烟气量为18040～24765 Nm3/h, 其中有害成分含量(mg/m3) 为：铅0.027～0.034， 二氧化硫428～537, 黑度＜1, 均符合国家《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996(新、改、扩)二级标准。。
实施例4  8%硫含量的炉料熔炼
取烟灰A 163.616t、铅泥A 163.616t、黄铁矿烧渣B 101.272t、窑渣磁选铁渣261.712t、氧浸渣选硫尾矿104.648t和氧化钙3.528t,配制成800t炉料, 其主成分(%)为: Pb18.82, S8.00, FeO33.05, SiO29.63, CaO3.76。再配入粉煤48t、腐殖酸钠1.600t和纸桨废液96m3, 然后在混料机中分批混匀, 送入压团机在31.5MPa压力下压制团块, 湿团块干燥7天后, 强度达到要求。配入15%的焦炭后, 将干团块和焦炭分批加入鼓风炉中熔炼，鼓风炉风口区面积为4m2, 高4.85m;炉复角为5°; 熔炼温度900℃～1250℃, 风压6～10大气压, 风量180～380m3/min；炉渣温度为1000℃;连续熔炼7天12小时, 共产出粗铅135.923t, 含Pb94.53%,铅直收率85.34%; 烟灰9.295t, 含Pb65.28%,铅回收率89.37%;水淬炉渣218.565t, 含Pb1.85%, S0.44%, FeO35.97%, SiO228.86%, CaO11.27%,铁锍262.448t, 含Pb4.56%, S24.02%, Fe54.45%, SiO25.32%, CaO2.08%,固硫率＞99%。经当地环保局监测, 排放烟气量为15020～16764 Nm3/h, 其中有害成分含量(mg/m3) 为：铅0.037～0.046， 二氧化硫598～667, 黑度＜1, 均符合国家《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996(新、改、扩)二级标准。

Claims (3)

1.一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法，其特征在于，采用鼓风炉作为主体熔炼设备，并配备炉料预处理及熔炼产物回收的辅助设备系统；该方法首先将铅废料与固硫剂、固体粘结剂、液体粘结剂及还原剂充分混匀；然后压制团块，团块干燥后与焦碳一起送鼓风炉进行还原造锍熔炼；工艺技术条件为：1). 固硫剂为理论量的1.0～1.5倍；2). 固体粘结剂为炉料量的0.0%～30%，液体粘结剂为炉料量的10%～50%；3). 还原剂为理论量的1.2～3.0倍；4). 制团后的炉料含水5%～30%，压制团块压力25～80MPa；5). 还原造锍熔炼温度1090℃～1250℃；鼓风炉风压3～10大气压；鼓风炉鼓风量20～100 Nm3／(min·m2)；焦炭量为团块的10%～20%；所述铅废料为铅烟灰、或铅泥、或硫酸铅渣、或废电瓶熔炼渣、或废铅酸畜电池胶泥；其中的铅烟灰为再生铅冶炼烟尘、或鼓风炉炼铅烟尘、或铜转炉烟尘、或铅冰铜处理烟尘、或锰厂回收的含铅烟尘、或钢厂回收的含铅烟尘；其中的铅泥为环保污泥，包括含铅废水处理产生的污泥、酸尾气喷淋捕集的酸泥、铅厂雨水及循环水收集的污泥；其中的硫酸铅渣系湿法冶金废渣, 包括次氧化锌的硫酸浸出渣，湿法炼锌厂的酸浸出渣和高压氧浸渣选硫后的尾矿；上述铅废料含硫0.1～25%，含铅≥1%；所述固硫剂为含有铅或其他有色金属的氧化铁物料，包括富含氧化铁的黄铁矿烧渣，或湿法冶金的富铁渣，或氧化铁矿；此外还有富含氧化铁的氧化铅矿和富含贵金属的炼锌厂窑渣的磁选铁渣。 
2.根据权利要求1所述的一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法，其特征在于，所述的鼓风炉的风口区面积为0.5m2～30m2，高4.0m～10.0m;炉腹角为0°～10°，鼓风炉的炉壁由水套（8）构成，水套（8）通过循环水管道连接高位槽（9）；高位槽（9）利用热水上升冷水下降的原理，实现水套冷却和冷却水无动力循环使用；所述辅助设备系统由配料设备及压制团块设备、烟气处理设备、以及炉渣和铁锍处理设备组成；配料设备包括依次排列的进料斗（2）、对棍机（3）、搅拌机（4）；压团机（5）为改造后的压砖机，具有自动装料、自动压团及自动脱模的功能；主烟道连接鼓风炉上部的排烟口，烟气通过主烟道， 经由旋风收尘器（10）、布袋除尘器和水幕除尘器组成的烟气处理设备处理达标后排空，脱硫塔是事故应急设备，即因出现事故导致排空炉气不达标时，须开启脱硫塔使之达标；粗铅由位于炉膛底部的虹吸放出口连续流入铸铅包（14）；炉渣和铁锍从位于炉膛中底部的放渣口同时放出，经水冷凹槽（11）进入铸铁包（7）沉清分离，炉渣始终覆盖在铁锍的上面，并连续不断地通过铸铁包（7）的上缺口进入水流槽（12）进行水淬，最后流集于渣池（13）。
3.根据权利要求1所述的一种清洁处置铅废料的鼓风炉还原造锍熔炼方法，其特征在于，所述固体粘结剂为腐殖酸钠或有粘结性质的含铅物料，液体粘结剂为纸浆废液，还原剂为粉状烟煤。
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