CN102618729A

CN102618729A - 一种熔融氧化铅渣的冶炼方法及装置

Info

Publication number: CN102618729A
Application number: CN201210067546XA
Authority: CN
Inventors: 宾舒; 杨天足; 陈霖; 刘伟锋; 蔡练兵; 周晓源; 张杜超; 李俊; 宾万达
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: CN102618729B

Abstract

一种熔融氧化铅渣的冶炼方法及装置，本发明将硫化铅精矿熔池氧化熔炼得到的高铅渣熔体通过溜槽流入矩型还原炉中，在矩型还原炉的两侧墙通过风口向熔融高铅渣熔体中喷入富氧空气，从设置在还原炉顶部的加料口加入煤粒或焦粒，在富氧空气的强烈搅动下，使煤粒或焦粒与高铅渣充分混合反应，在熔池还原炉内实现熔融高铅渣进料-还原-排渣-再进料的周期作业，在一定的时间间隔内通过设在还原炉侧墙的升温口对熔池中不流动的渣层进行加热和搅动，还原后产出粗铅、烟气、烟尘和还原后渣。本发明产生的烟气量小，节能效果显著；降低还原后渣中铅的含量，还原过程铅的回收率高。

Description

一种熔融氧化铅渣的冶炼方法及装置

技术领域

本发明涉及冶金领域中的火法冶金过程，特别是从熔融氧化铅渣高效还原铅的方法及实现该方法的装置。

背景技术

现行硫化铅精矿的主要冶炼工艺是氧气底吹-鼓风炉还原熔炼，已在我国广为应用。但在这种工艺中，从氧气底吹氧化熔炼产出的高温熔融氧化铅渣（又称高铅渣），需采用铸渣系统浇铸并冷却成块，块状的高铅渣再投入鼓风炉重新用焦炭加热熔化并还原铅，造成能源浪费和成本增加；同时由于块状的高铅渣结构致密、鼓风炉还原的温度相对较低，高铅渣中的铅还原不彻底，还原后渣含铅较高。针对鼓风炉还原高铅渣的不足，目前有多种技术解决方案。发明专利“底吹炉高铅渣液态直接还原炼铅的方法”（专利号03126234.1），在还原炉的底部吹入空气，在炉内加入煤或焦炭，高铅渣熔体从还原炉顶加入炉内与炽热的煤层（或焦炭层）接触，从而实现高铅液态渣中铅的还原。但由于还原过程采用空气，导致冶炼过程烟气量大，能耗高，飞扬的粉尘、烟尘量大；高铅渣只是流过炽热的煤层（或焦炭层），两者没有充分混合，导致高铅渣的还原效果较差。发明专利“熔池熔炼直接炼铅的方法及装置”（专利号200710127659.3），采用的技术方案是在熔池还原炉的底部，用气体喷枪往高铅渣熔体中喷入氧气和天然气（或煤气），同时通过熔池还原炉的加料口往高铅渣的液面加入炭粒，在氧气、天然气（或煤气）、炭粒的共同作用下将高铅渣中的铅还原；但在还原过程中不仅使用氧气，而且还使用天然气（或煤气），同时还要用炭粒作还原剂，综合能耗较高，由于氧气是从还原炉的底部喷入，与沉积在炉底的铅熔体先接触再喷入高铅渣熔体，导致还原后的终渣中铅的含量较高。发明专利“熔融铅氧化渣冶炼方法及装置”（专利号200510200331.0）将熔融铅氧化渣在竖式侧吹炉中还原，炉顶设排烟口、熔剂加入口，铅氧化渣加料口设在上炉体的侧壁，下炉体一侧炉壁设喷嘴入口，另一侧设排渣口，氧气浓度为21~40%的富氧空气与还原剂（粉煤、天然气、煤气或液化石油气）一同由喷嘴喷入熔融的铅氧化渣还原铅；但富氧空气和还原剂需由结构复杂的专用喷嘴喷入，还原炉只有一侧炉壁设有喷嘴，炉内熔体的搅拌强度低，采用的富氧空气氧气浓度偏低，导致烟气量大，能耗偏高。此外，对于在没有气体燃料供应的地区该法的推广应用受到局限。申请号为200610066648.4，发明名称为“一种炼铅法及用于实现该炼铅法的装置”，将熔融高铅渣在两个电热区内还原，在第一电热区让熔融的高铅渣流过电加热的焦炭层，在第二电热区使熔融高铅渣与浮在熔体液面的热焦炭接触并还原；但整个系统用电加热，能耗高，还原过程中焦炭与熔体之间的混合程度不够，导致还原效果较差。此外，电极与炉壳间的气密性缺陷造成作业环境恶化。

现有的用于还原熔融高铅渣的侧吹炉，特点是放渣口开在炉子端墙上，其高度在熔池风口之上。这种设计的缺点是风口以下的渣层处于不流动状态，其结果是此渣层逐渐变得粘稠、铅与渣分层条件恶化；或者虽有放渣虹吸室，但因渣流小或中间加料时间过长，也会有类似现象产生。因无法对不流动的渣层进行加热，当渣层粘稠到一定程度时，还原出的金属铅熔体可能无法穿过此渣层，最终造成铜水套被金属铅熔体侵蚀损坏的事故。

发明内容

为了克服已有熔融氧化铅渣还原方法的不足，本发明提供一种能有效地还原铅，且综合能耗低、过程环境友好的熔池还原高铅渣熔体的方法及实现该方法的装置。

本发明为达到上述目的采用的技术方案是：将硫化铅精矿熔池氧化熔炼得到的高铅渣熔体通过溜槽流入矩型还原炉中，在还原炉的两侧墙通过风口向熔融高铅渣熔体中喷入富氧空气，从设置在还原炉顶部的加料口加入煤粒（或焦粒）和熔剂，在富氧空气的强烈搅动下，使煤粒（或焦粒）与高铅渣充分混合反应，在熔池还原炉内实现熔融高铅渣进料-还原-排渣-再进料的周期作业，在一定的时间间隔内通过设在炉侧墙的升温口对熔池中不流动的渣层进行加热和搅动，还原后产出粗铅、烟气、烟尘和还原后渣。

采用上述熔融高铅渣直接还原的方法具体的工艺过程和参数如下：

1 进料和初步还原

硫化铅精矿熔池氧化熔炼产出的熔融高铅渣通过溜槽流入还原炉内，作为燃料和还原剂的煤粒（或焦粒）及熔剂石灰石从还原炉顶的加料口加入炉内，发生的主要化学反应如下：

C+O₂=CO₂ (1)

CO₂+C=2CO (2)

CaCO₃=CaO+CO₂ (3)

Fe₃O₄+C=3FeO+CO (4)

Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂ (5)

加入的煤粒（或焦粒）与高铅渣的质量比为2~8：100，按高铅渣中CaO/SiO₂（质量比）为0.6~1.4加入石灰石，还原炉内的熔体温度为950~1150℃，鼓入的富氧空气中氧气的体积百分浓度为45~80%，鼓入的氧气量为按反应（1）计算理论耗氧量的0.6~0.8倍，进料初还原的时间25~40min.

2 深度还原

熔融高铅渣在煤粒（或焦粒）的作用下，发生如下主要还原反应：

PbO+C=Pb+CO (6)

PbO+CO=Pb+CO₂ (7)

加入的煤粒（或焦粒）与高铅渣的质量比为5~10：100，鼓入的富氧空气中氧气的体积百分浓度为45~85%，鼓入的氧气量为按反应（1）计算理论耗氧量的0.4~0.5倍，还原炉内的熔体温度为1100~1250℃，还原时间40~70min.

3 升温放渣

熔融高铅渣还原结束后，加入的煤粒（或焦粒）与高铅渣的质量比为1~5：100，鼓入的富氧空气中氧气的体积百分浓度为45~80%，鼓入的氧气量为按反应（1）计算的理论耗氧量的0.80~0.92倍，将还原炉内熔渣的温度升到1200~1350℃，升温放渣时间25~35min。

完成一个进料和初步还原—深度还原—升温放渣作业周期的时间为90~150min。

4 CO再燃烧

在还原炉上部的风口，喷入氧气的体积百分浓度为21~60%的空气或富氧空气，发生的主要反应为：

2CO+O₂=2CO₂ (8)

喷入的氧气量为按反应（8）计算的理论消耗量的0.8~1.1倍，反应（8）产生反应热将还原炉中部喷溅起的熔渣加热，通过此熔渣将再燃烧热返回熔池，实现热能的充分利用。

所述的煤粒为无烟煤，粒度5~50m，以质量百分比计的固定碳含量≥65%；焦粒又称焦丁，粒度3~40mm，以质量百分比计的固定碳含量≥80%，焦粒不是必要的物料，在其价格与无烟煤相当时可以代替部分煤粒使用；石灰石，粒度为5~30mm，以质量百分比计的CaCO₃含量≥90%；工业氧气，氧气的体积百分浓度≥99%；以氧气体积百分浓度计的富氧空气，系由工业氧气和空气配制。

本发明适合于处理硫化铅精矿经熔池氧化熔炼产出的高铅渣，其成分范围为（%）：Pb 20~50，Zn 0~15，Cu 0~2, Fe 6~15，SiO₂6~20，CaO 4~10，S 0.1~1.0；也适合于处理含锌的氧化铅矿。

实现上述熔融高铅渣还原的装置，炉底呈倒拱形，炉体为横断面是矩型结构的氧气侧吹炉，炉墙由水套和耐火材料筑成；炉子的下部称炉缸，为铅熔体-熔渣的分离沉降区，炉底内衬耐火材料；在炉子下部的前端墙外设置虹吸室，在虹吸室的外端墙设置放渣口，虹吸室的底部设置铅虹吸出口；在位于虹吸室的另一端设置虹吸室隔墙，并在其与炉子前端墙的连接处设置升温口，用于加热和搅动可能形成的粘稠渣层；在虹吸室的底部设置安全口，用于炉子检修时放出炉内的熔体；炉子的中部为熔池反应区，其两侧墙安装有鼓入富氧空气的风口（称下风口或一次风口），在熔池反应区富氧空气与高铅渣、煤粒（焦粒）强烈地混合，进行碳的燃烧与铅的还原；炉子的上部为再燃烧区，其两侧墙上安装有二次风口，鼓入富氧空气或空气以燃烧在熔池反应区产生的CO；在炉子后端墙的上部开有熔融高铅渣的加入口；炉子的顶部装有固体炉料、煤粒（或焦粒）加料口，炉子的上部与炉子的前端墙间设置上升烟道（余热锅炉的垂直段），在炉子的上部空间靠上升烟道的负压吸入或喷入空气将炉气中CO烧尽。

本发明具有以下优点：

1）熔融高铅渣直接进熔融还原炉还原，充分利用了高铅渣熔体自带的热能，熔体内鼓入氧气浓度较高的富氧空气，用煤粒（或焦粒）作燃料和还原剂，产生的烟气量小，节能效果显著。

2）还原过程不用气体燃料和还原剂，也不用粉煤，而仅使用价格低廉的煤粒（或焦粒），生产成本和投资费用均较低。

3）熔融还原炉有铅-渣沉降分层区，有利于还原产物金属铅与熔渣的分离，降低还原后渣中铅的含量，还原过程铅的回收率高。

4）本发明熔融高铅渣采用上述进料和初步还原—深度还原—升温放渣周期性作业，除了间断还原效果好、节省煤以外，还特别适合于硫化铅精矿底吹炉氧化熔炼只能间断放高铅渣的作业特点。

5）在虹吸室与炉子前端墙间设置升温口，有利于消除粘稠渣层的形成和铜水套被金属铅熔体侵蚀损坏的隐患。

6）本发明占地面积小、熔炼车间布局紧凑，投资省，特别适合原有的底吹炉--鼓风炉流程的技术改造。

附图说明

图1本发明的氧气侧吹炉示意图；

图2 本发明的氧气侧吹炉的侧视图。

具体实施方式

实施例1 ：

铅精矿熔池氧化熔炼得到的高铅渣，温度为1020℃，其主要化学成分如表1所示。

表1 高铅渣的主要化学成分，质量百分含量（%）

成份	Pb	Zn	Cu	SiO₂	Fe	CaO	S
								含量	46.54	9.53	1.00	7.68	12.59	5.59	0.73

煤粒，粒度为20~30mm,固定碳含量为70.3%；石灰石粒度5~10mm，CaCO₃含量92.58%，工业氧气，其氧气的体积百分浓度≥99%。将上述成分的熔融高铅渣从熔池氧化熔炼炉通过溜槽流入熔池还原熔炼炉，在还原炉的上部加料口加入上述成分的石灰石、煤粒。石灰石的加入量为高铅渣质量7.35%。在进料初还原阶段，煤粒的加入量为高铅渣质量的3.1%，从还原炉中部的侧墙风口喷入氧气浓度为62%富氧空气，工业氧气的消耗量为0.85m³/kg煤，持续40min，将炉内熔体的温度升至1200℃；在深度还原阶段，继续往还原炉内加入高铅渣质量7.16%的煤粒，通过风口喷入氧气浓度为59%的富氧空气，工业氧气的消耗量为为0.56m³/kg煤，持续55min还原阶段结束；在放渣前，将熔体温度进一步升高以利于铅-渣分离并为熔渣的烟化作准备，往还原炉内加入高铅渣质量1.3%的煤粒，通过风口喷入氧气浓度为55%的富氧空气，工业氧气的消耗量为1.15m³/kg煤，温度维持在1300℃15min.后开始放渣；从煤粒加入到还原炉内开始，即在还原炉上部的二次风口喷入空气燃烧产生的CO并加热熔体。高铅渣在还原炉内停留的总时间为110min，从还原炉内放出的熔渣成分如表2所示。

表2 高铅渣还原后的熔渣化学成分，质量百分含量（%）

成分	Pb	Zn	Cu	SiO₂	Fe	CaO	S
								含量	1.79	12.68	0.41	19.34	25.77	13.81	0.35

还原后的熔渣可以作为烟化炉的原料；还原过程排出的烟气经余热锅炉回收余热，降温、除尘并经淋洗处理后排空，所得烟尘返回作氧化熔炼的配料，还原得到的粗铅经浇铸后进行电解精炼。

实现上述高铅渣熔融还原的装置如图1和图2所示。

炉体为横断面是矩型结构的氧气侧吹炉，炉墙由水套和耐火材料筑成；炉子的下部称炉缸，为铅熔体-熔渣的分离沉降区，炉底内衬耐火材料。硫化铅精矿熔池氧化熔炼得到的熔融高铅渣通过设在炉子后端墙15的高铅渣入口溜槽3进入侧吹炉，每炉次高铅渣的数量为氧化炉2h熔炼后积累的高铅渣熔体量，同时作为燃料和还原剂的煤、熔剂石灰石等固体炉料从位于炉顶上的加料口4加入炉内熔池中，富氧空气从安装在炉子侧墙16中部的下风口1鼓入熔融的高铅渣熔体中，熔融高铅渣在富氧空气的作用下被强烈地搅拌并鼓泡，使固体炉料迅速熔化并与高铅渣发生化学反应，同时生成的金属铅滴因相互碰撞并迅速长大。炉子中部的下风口1之下的熔体是相对平静的区域，铅和渣在此静置并按密度大小分层，粗铅由于其密度比熔渣大，沉降到炉子的底部。积聚在炉子底部的粗铅经铅虹吸口9流到炉外铸锭，处于粗铅熔体之上的炉渣熔体进入位于炉子前端墙14侧面的虹吸室6。在虹吸室6的外端墙17上开设放渣口7，当完成一个周期的进料和初步还原—深度还原作业后，升温并烧开放渣口7放渣，放渣后炉内静止渣面（如图1虚线）与放渣口7平行，接着堵渣口7，再进高铅渣开始下一炉还原。放出的还原渣进入烟化炉回收锌或水淬。为了防止静止渣面以下生成粘稠渣层而阻碍金属铅熔体的下沉，每隔72~144h通过设置在虹吸室隔墙13与炉子前端墙14连接处的升温口12喷入富氧空气和燃油（或燃气）对静止的渣层进行加热和搅动，以防止粘稠渣层的形成并有利于粗铅熔体沉降穿过渣层。高铅渣还原产生的含CO烟气进入炉子上部空间，通过炉子上部的上风口2鼓入富氧空气，将CO燃烧成CO₂并加热由下风口1喷入富氧空气后喷溅起的渣熔体，产生的烟气经上升烟道5（余热锅炉的垂直段）回收余热、进入收尘冷却系统收集烟气中的烟尘。

炉身用铜水套围成，炉缸11用耐火砖砌筑，炉底10呈倒拱形，当需要对侧吹炉进行检修时，炉内的熔体从安全口8放出到炉外。

Claims

1.一种熔融氧化铅渣的冶炼方法，其特征在于包括下述步骤：

A 进料和初步还原：

将硫化铅精矿熔池氧化熔炼产出的熔融高铅渣通过入口溜槽加入还原炉内，作为燃料和还原剂的煤粒或焦粒及熔剂石灰石从还原炉顶的加料口加入炉内，加入的煤粒或焦粒与高铅渣的质量比为2~8：100，按高铅渣中CaO/SiO₂质量比为0.6~1.4加入石灰石，还原炉内的熔体温度为950~1150℃，鼓入的富氧空气中氧气的体积百分浓度为45~80%，鼓入的氧气量为理论耗氧量的0.6~0.8倍，进料初还原的时间25~40min；

B 深度还原：

熔融高铅渣在煤粒或焦粒的作用下，氧化铅发生还原反应，加入的煤粒或焦粒与高铅渣的质量比为5~10：100，鼓入的富氧空气中氧气的体积百分浓度为45~85%，鼓入的氧气量为理论耗氧量的0.4~0.5倍，还原炉内的熔体温度为1100~1250℃，还原时间40~70min；

C 升温放渣：

熔融高铅渣还原结束后，加入的煤粒或焦粒与高铅渣的质量比为1~5：100，鼓入的富氧空气中氧气的体积百分浓度为45~80%，鼓入的氧气量为理论耗氧量的0.80~0.92倍，将还原炉内熔渣的温度升到1200~1350℃，升温放渣时间25~35min；

D CO再燃烧：

在还原炉上部的风口，喷入氧气的体积百分浓度为21~60%的空气或富氧空气，喷入的氧气量为理论消耗量的0.8~1.1倍，反应产生反应热将还原炉中部喷溅起的熔渣加热，通过此熔渣将再燃烧热返回熔池，实现热能的充分利用。

2.根据权利要求1所述的熔融氧化铅渣的冶炼方法，所述的煤粒为无烟煤，粒度为5~50mm，以质量百分比计的固定碳含量≥65%。

3.根据权利要求1所述的熔融氧化铅渣的冶炼方法，其特征在于：所述的焦粒又称焦丁，粒度为3~40mm，以质量百分比计的固定碳含量≥80%。

4.根据权利要求1所述的熔融氧化铅渣的冶炼方法，其特征在于：所述的石灰石粒度为5~30mm，以质量百分比计，CaCO₃含量≥90%。

5. 一种用于实现权利要求1所述的熔融氧化铅渣冶炼的装置，其特征在于：炉体为横断面是矩型结构的氧气侧吹炉，炉墙由水套和耐火材料筑成；炉子的下部称炉缸，为铅熔体-熔渣的分离沉降区，炉底内衬耐火材料；在炉子下部的前端墙外设置虹吸室，在虹吸室设置放渣口和虹吸出铅口；在虹吸室隔墙与炉子前端墙的连接处设置升温口；炉子的中部为熔池反应区，两侧墙安装有鼓入富氧空气的风口，称下风口或一次风口，在熔池反应区富氧空气与高铅渣、煤粒或焦粒强烈混合，进行碳的燃烧与铅的还原；炉子的上部为再燃烧区，两侧墙上部安装有二次风口，炉子后端墙的上部开有熔融高铅渣入口溜槽；炉子的顶部安装有固体炉料、煤粒或焦粒的加料口，在炉子的上部空间靠上升烟道的负压吸入或喷入空气将炉气中CO烧尽。