CN105671314A

CN105671314A - 一种同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法及系统

Info

Publication number: CN105671314A
Application number: CN201610245889.9A
Authority: CN
Inventors: 张乐如; 贺菊香; 刘生长
Original assignee: CINF Engineering Corp Ltd
Current assignee: CINF Engineering Corp Ltd
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2016-06-15

Abstract

本发明涉及一种同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法及系统，该方法包括：将铅锌精矿、铅锌氧化矿和/或含铅锌二次物料与熔剂进行配料、制粒；制粒后的炉料加入双区富氧侧吹炉的熔炼区，鼓入富氧空气，控制弱还原性气氛，进行熔炼，形成铅相和渣相，粗铅通过虹吸口放出，高锌炉渣进入富氧侧吹炉的烟化区；向烟化区加入锌还原所需的煤，鼓入富氧空气，控制烟化区为强还原性气氛；还原得到的锌形成锌蒸气随炉气进入锌蒸汽冷凝器，形成含锌铅液，经过冷却锌液与铅液分离，得到粗锌。采用该方法，原料不需要烧结和焙烧，工艺流程大幅度缩短；能够冶炼铅锌品位很低的原料，特别是能够处理锌浸出渣，为湿法炼锌解决环保问题；能够用煤替代焦炭，降低生产成本。

Description

一种同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法及系统

技术领域

本发明属于有色金属冶炼领域，具体涉及一种同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法及系统。

背景技术

以硫化铅或硫化锌精矿为原料的矿产铅、锌基本上都是分开冶炼的。铅冶炼主要以铅精矿为原料，目前世界上基本上采用火法炼铅方法生产粗铅，然后经过火法精炼和电解精炼得到电铅。锌冶炼主要以硫化锌精矿为原料，80%以上产能采用湿法炼锌方法直接生产电锌。只有密闭鼓风炉炼锌方法（又称ISP）可以在同一座炉子生产铅锌，同时产出粗铅和粗锌。

但是ISP炼锌有几方面的缺陷：一是必须对硫化铅锌原料进行烧结焙烧，不能直接入炉熔炼。然而烧结焙烧的工艺流程很长，设备繁多，且效率很低，烧结产物的80%以上必须经过四段破碎、筛分，返回配料，再次混合、制粒、烧结，其目的是要将含硫25%的原料稀释至含硫6%左右，以满足烧结的工艺要求。二是烧结烟气量大，烟气SO₂浓度低，不利于两转两吸工艺制酸。三是要求原料含Pb≥20%、Zn≥40%，如果需要加入氧化矿或含铅锌杂料时，既不能加入烧结机烧结，也不能直接加入鼓风炉，需要压制成团。四是烧结块破碎、筛分过程中粉尘污染严重，需要设置庞大的通风除尘系统。五是没有大量搭配或单独处理锌浸出渣的生产实践，不能为湿法炼锌解决渣处理的环保问题。六是烧结块加入鼓风炉还原熔炼，必须以焦炭作还原剂，焦炭率达到40%以上，能源成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够同时产出金属铅和金属锌的直接冶炼方法及系统，原料不需要烧结和焙烧，工艺流程大幅度缩短；能够冶炼铅锌品位很低的原料，特别是能够处理锌浸出渣，为湿法炼锌解决环保问题；能够用煤替代焦炭，降低生产成本。也就避免了现有技术中的缺陷。

本发明的技术方案为：一种同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，包括下述的步骤：

1）将铅锌精矿、铅锌氧化矿和/或含铅锌二次物料与熔剂进行配料、制粒，要求炉料元素质量比：Pb≥10%、Zn≥20%；

2）制粒后的炉料加入双区富氧侧吹炉的熔炼区，鼓入富氧空气，控制弱还原性气氛，在1150～1250℃进行熔炼，形成铅相和渣相，粗铅通过虹吸口放出，高锌炉渣进入富氧侧吹炉的烟化区；

3）向烟化区加入锌还原所需的煤，鼓入富氧空气，控制烟化区为强还原性气氛，温度1250～1350℃；

4）还原得到的锌形成锌蒸气随炉气进入锌蒸汽冷凝器，形成含锌铅液，经过冷却锌液与铅液分离，得到粗锌。

优选的，步骤1）炉料制成粒度为10～20mm颗粒，水分控制在15%（质量）以下。

优选的，步骤2）富氧空气含氧70%~80%（体积）；弱还原性气氛是通过控制空气过剩系数为0.9~1，以得到氧化锌。

进一步的，步骤2）粗铅液自动从下部的虹吸放铅口溢出。

优选的，步骤2）保持熔炼区为微负压0~-50Pa；步骤3）保持烟化区密闭并处于微正压0~50Pa。

优选的，步骤3）富氧空气含氧35%~40%（体积）；强还原性气氛是通过控制炉气中CO/CO₂体积比为1.5~2.5:1，使氧化锌还原为金属锌。

进一步的，步骤4）锌蒸汽被锌蒸汽冷凝器内设置的转子所扬起的铅液冷却为锌液，与铅液混合在一起，形成含锌铅液，含锌铅液流入冷却溜槽和铅锌分离槽冷却，锌液与铅液分离。铅液返回锌蒸汽冷凝器。

上述同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法所采用的系统，该系统包括双区富氧侧吹炉、锌蒸汽冷凝器、冷却溜槽和铅锌分离槽；双区富氧侧吹炉包括熔炼区和烟化区，熔炼区下部设有虹吸放铅口，烟化区下部设有放渣口，烟化区炉顶设有炉气出口斜烟道；锌蒸汽冷凝器与炉气出口斜烟道相连接，烟化区炉气通过锌蒸汽冷凝器时，被冷凝成含锌铅液；冷却后的含锌铅液依次进入冷却溜槽和与之相连的铅锌分离槽，将锌液与铅液分离。

进一步的，锌蒸汽冷凝器内设置若干转子。

进一步的，冷却溜槽设有蛇形管冷却器。

进一步的，还包括配料胶带运输机和圆筒制粒机，物料经圆筒制粒机制粒后通过胶带运输机加入双区富氧侧吹炉的熔炼区。

进一步的，所述双区富氧侧吹炉熔炼区炉顶设有加料口和直升烟道，熔炼区烟气通过直升烟道进入余热锅炉、静电收尘器和制酸系统。

进一步的，所述双区富氧侧吹炉烟化区炉顶设有加煤口。

本发明采用富氧空气熔炼方法，在同一冶炼装置内以铅锌精矿、铅锌氧化矿或其它二次含铅锌物料（包括锌浸出渣、钢铁厂烟灰等各种渣料或烟尘）为原料，原料不需要烧结焙烧、以煤炭为还原剂，直接加入双区富氧侧吹炉冶炼，同时直接产出含铅Pb≥90%的粗铅和Zn≥95%的粗锌。

产出的粗锌可以通过精馏得到精锌，粗铅通过火法精炼和电解精炼得到电铅，同时通过阳极泥处理得到金、银、铜、锑、铋等有价金属的产品或半成品。炉渣经过粒化成为一般工业固废，可以作为建材原料直接销售。

具体来说，本发明有如下的有益效果：

1）采用Pb≥10%、Zn≥20%炉料，改变了现有工艺要求混合炉料Pb≥20%、Zn≥40%。从而拓宽了原料来源，能直接处理各种低品位铅锌物料、含铅锌的二次物料，特别是可以搭配处理大量锌浸出渣、钢铁厂烟灰等各种渣料或烟尘，将有害固废变成无害化，有利于环境保护；

2）可以采用低品位铅锌原料直接产出金属铅、锌，改变了现有技术处理低品位铅锌原料只能生产含铅高的次氧化锌，然后用硫酸溶液将次氧化锌浸出，得到的硫酸锌溶液进行净化、电解，浸出产生的浸出渣含铅很高（Pb20%～30%），必须再次送入铅冶炼系统回收铅锌的复杂流程，达到节能减排；

3）采用煤炭作还原剂和燃料，改变了现有铅锌冶炼工艺需要焦炭作还原剂的状况，生产成本降低，实现铅、锌冶炼的无焦炭化生产；

4）减少了现有工艺铅锌精矿需要烧结以及返粉破碎、筛分、制粒等一系列工序，工艺流程大幅度缩短，生产效率成倍提高。

附图说明

图1为本发明的双区富氧侧吹炉示意图。

图2为本发明冶炼系统主要设备连接示意图。

图3为本发明工艺流程图。

其中：1’-炉缸、2’-熔炼区、3’-熔炼区加料口、4’-铜水套隔墙、5’-烟化区、6’-密封加料器、7’-粗铅放出口、8’-放渣口、9’-炉顶、鼓泡高度H1、渣液面H2、铅液面H3；

1-配料仓、2-配料胶带运输机、3-圆筒制粒机、4-双区富氧侧吹炉熔炼区、5-双区富氧侧吹炉烟化区、6-锌蒸汽冷凝器7-冷却溜槽、8-铅锌分离槽、9-储锌槽、10脱锌炉气收尘器、11-粗锌铸锭机、12-粗铅铸锭机、粒煤C、烟气G、富氧空气O。

具体实施方式

如图1所示，本发明采用的双区富氧侧吹炉，炉体为矩形固定式炉体，由炉缸1’、炉身、炉顶9’及直升烟道组成。炉缸1’由耐火材料砌筑而成，熔池部分包有钢板外壳。炉身下部设有2～3层铜水套，炉身上部、直升烟道为钢水套或铜水套与耐火砖砌筑的“三明治”墙体。炉顶9’为钢水套。

用铜水套构成的隔墙4’将富氧侧吹炉炉身沿长度方向分为两个区域，分别称为熔炼区2’和烟化区5’，炉缸1’相互连通。熔炼区2’炉顶设有加料口3’和直升烟道，直升烟道与余热锅炉相连。熔炼区2’下部设有虹吸放铅口(7’)。烟化区5’炉顶设有加煤口和炉气出口斜烟道，斜烟道与锌蒸汽冷凝器6相连。烟化区5’下部设有放渣口8’。

如图2所示，实现本发明铅锌直接冶炼方法的主要设备包括配料仓1、配料胶带运输机2、圆筒制粒机3、双区富氧侧吹炉、锌蒸汽冷凝器6、冷却溜槽7、铅锌分离槽8、储锌槽9、脱锌炉气收尘器10、粗锌铸锭机11、粗铅铸锭机12。

根据物料品种数量有多个配料仓1，以便将铅锌精矿、铅锌氧化矿、其它含铅锌二次物料、熔剂、煤粒装入各自的配料仓1。配料仓1下面设有计量秤（一般为电子皮带），用于按照一定比例配料，由配料胶带运输机2输送至圆筒制粒机3制粒。制粒炉料通过胶带运输机2加入双区富氧侧吹炉的熔炼区4。

锌蒸汽冷凝器6由耐火材料砌筑而成，设有若干个转子。冷却溜槽7由耐火材料砌筑而成，设有冷却含锌铅液蛇形管冷却器。铅锌分离槽8由耐火材料砌筑而成，用于铅锌澄清分离。

本发明同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，包括以下步骤：

（1）将铅锌精矿、铅锌氧化矿和/或其它含铅锌二次物料（包括锌浸出渣、钢铁厂烟灰等各种渣料或烟尘）和少量的熔剂进行配料、混合、制粒，要求炉料Pb≥10%，Zn≥20%，混合炉料制成粒度为10～20mm颗粒，水分控制在15%以下。当炉料不含或含可燃硫不够时，需要配入少量粒煤作为燃料。熔剂配入量根据炉料成分及渣型计算，煤配入量根据热平衡及炉内气氛计算；

（2）将制粒后的炉料用胶带运输机2加入双区富氧侧吹炉的熔炼区4，通过风嘴鼓入富氧空气进行富氧熔炼，控制弱还原性气氛，空气过剩系数根据炉料成分确定，保持熔炼区为微负压，温度1150～1250℃（在确保物料熔化、炉渣流动性良好条件下，尽可能降低温度）；

炉料在熔炼区发生氧化、脱硫、造渣、还原等一系列化学反应，产出粗铅和高锌炉渣。铜、金、银、铋、锑等有价金属富集于熔池底部形成的金属铅相中。粗铅液根据炉内熔体压力自动从虹吸放铅口溢出，得到含铅品位93%以上的粗铅，流入粗铅铸锭机12铸成粗铅锭或直接流入精炼系统。熔炼烟气含有SO₂气体，经过余热锅炉冷却、静电收尘器除尘后，送往制酸系统。高锌炉渣通过富氧侧吹炉隔墙下方的通道进入烟化区5；

（3）通过带双层阀门密封加料器6’向烟化区5加入锌还原所需的粒度15～20mm的粒煤，保持烟化区密闭并处于微正压状态，通过风嘴鼓入富氧空气，控制烟化区为强还原性气氛，炉气中CO/CO₂体积比约为2，温度1250～1350℃，有利于锌的还原挥发。富氧浓度根据炉气成分计算确定，其中锌蒸汽6%～8%，CO20%～24%（体积）；

（4）渣中的氧化锌还原成锌蒸汽随炉气（包括铅蒸汽）进入锌蒸汽冷凝器6，冷凝器下部预先充满液态铅，锌蒸汽冷凝器6内的转子将铅液扬起，锌蒸汽被扬起的铅液冷却为锌液，与铅液混合在一起，形成含锌铅液。含锌铅液温度升高，需要流入冷却溜槽7冷却。利用锌液在铅液中溶解度随温度变化而变化以及锌液与铅液密度差异的特性，含锌铅液流入冷却溜槽7和铅锌分离槽8冷却，锌液与铅液分离，得到含锌品位96%以上的粗锌。锌液进入储锌槽9，然后采用粗锌铸锭机11浇铸成粗锌锭。铅液返回锌蒸汽冷凝器6。

脱锌炉气经过收尘器10收尘和升压得到一种低热值煤气，可以作为干燥炉料或预热空气的燃料。收下烟尘返回配料。

根据加料速度及炉内熔体高度，定期从放渣口8’放渣，炉渣直接粒化。

在一个具体实施例中，冶炼方法和步骤同上，工艺参数如下：

1）原料采用某厂出产的铅锌精矿、铅锌氧化矿和锌浸出渣、钢铁厂烟灰混合料，含Pb11%、Zn22%；设计规模年处理物料量200kt/a；

2）含铅锌物料和熔剂配料质量比：5%~10%，粒度为10～20mm，水分在15%以下；

3）熔炼区鼓入富氧空气含氧75%（体积），空气过剩系数（实际需要空气量/理论需要空气量）为0.95，保持熔炼区压力约为-50Pa，温度约1200℃；

产出粗铅品位95%，铜、金、银、铋、锑等有价金属含量2%、5g/t、800g/t、0.3%、0.5%（根据原料成分而定）；

4）烟化区加入粒度15～20mm的粒煤，加入相对量18%～20%；

5）烟化区鼓入富氧空气含氧35%（体积），空气过剩系数0.7，保持熔炼区压力为50Pa，CO/CO₂体积比约为2，温度约1300℃；

炉气中锌蒸汽8%，CO22%，炉气温度1050℃左右；

含锌铅液温度约540℃，被冷却溜槽7冷却至440℃左右；

蒸汽冷凝器6出口气体温度约为450℃；

得粗锌品位96%，铅、锌回收率分别为95%、93%。

Claims

1.一种同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，其特征在于包括下述的步骤：

2.根据权利要求1所述的同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，其特征在于步骤1）炉料制成粒度为10～20mm颗粒，水分控制在15%（质量）以下。

3.根据权利要求1所述的同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，其特征在于步骤2）富氧空气含氧70%~80%（体积）；弱还原性气氛是通过控制空气过剩系数为0.9~1，以得到氧化锌。

4.根据权利要求1所述的同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，其特征在于步骤2）粗铅液自动从下部的虹吸放铅口溢出。

5.根据权利要求1所述的同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，其特征在于步骤2）保持熔炼区为微负压0~-50Pa；步骤3）保持烟化区密闭并处于微正压0~50Pa。

6.根据权利要求1或3所述的同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，其特征在于步骤3）富氧空气含氧35%~40%（体积）；强还原性气氛是通过控制炉气中CO/CO₂体积比为1.5~2.5:1，使氧化锌还原为金属锌。

7.根据权利要求1~5之一所述的同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，其特征在于步骤4）锌蒸汽被锌蒸汽冷凝器内设置的转子所扬起的铅液冷却为锌液，与铅液混合在一起，形成含锌铅液，含锌铅液流入冷却溜槽和铅锌分离槽冷却，锌液与铅液分离。

8.根据权利要求7所述的同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法，其特征在于铅液返回锌蒸汽冷凝器。

9.一种权利要求1~8之一所述同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法所采用的系统，其特征在于：

该系统包括双区富氧侧吹炉、锌蒸汽冷凝器、冷却溜槽和铅锌分离槽；

双区富氧侧吹炉包括熔炼区和烟化区，熔炼区下部设有虹吸放铅口，烟化区下部设有放渣口，烟化区炉顶设有炉气出口斜烟道；

锌蒸汽冷凝器与炉气出口斜烟道相连接，锌蒸气随烟化区炉气通过锌蒸汽冷凝器时，被冷凝成含锌铅液；

冷却后的含锌铅液依次进入冷却溜槽和与之相连的铅锌分离槽，将锌液与铅液分离。

10.根据权利要求9所述的同时产出金属铅、锌的直接冶炼方法所采用的系统，其特征在于锌蒸汽冷凝器内设置若干转子。